This work was supported by the Swedish governmental strategic research program Trees and Crops for the Future (TC4F), VINNOVA, and the EC FP7 project ICON. Hannah Rasel is gratefully acknowledged for performing most of the experiments in the previous paper (Reference 5).

NOTA: sementes Crambe (cultivar Galactica) foram fornecidos pela Plant Research International, Wageningen, Holanda. O óleo foi extraído a partir das sementes pelo método de Appelqvist 13. Tanto a refeição crambe e o glúten de trigo foram armazenadas a -18 ° C até à sua utilização. 1. Massa Preparação <ol><li> peneiramento crambe <ol><li> Peneire a farinha de crambe com uma rodada, peneira inox cozinha de aço (diâmetro dos poros: ~ 1,5 mm, malha 14) de malha fina, para remover grandes frações de fibra e sementes não moídos nem esmagados. Armazenar a refeição peneirado a -18 ° C para evitar o envelhecimento do material. </li></ol></li><li> crambe Milling <ol><li> Para reduzir o tamanho das partículas e tornar o material mais homogéneo, moinho a refeição crambe peneirada num moinho de esferas rotativo. </li><li> Moinho de 250 g de farinha de crambe cada vez em um 7 L frasco com 21-25 mm de diâmetro bolas de cerâmica utilizando uma taxa de revolução jar 53 rpm e um tempo de moagem de 24 horas. </li></ol></li><li><strong&gt; Condicionado <ol><li> Antes de processamento adicional, condicionar toda a refeição crambe e glúten de trigo em pó branqueado-bola em frascos abertos durante um mínimo de 48 h a 23 ° C e uma humidade relativa de 50% numa sala de clima controlado. </li></ol></li><li> A mistura dos componentes <ol><li> Moer o pó de ureia (armazenado num copo fechado em condições ambientais) de partículas finas com um almofariz e pilão. </li><li> Misturar ureia e glicerol (25,5 g de glicerol e 15 g de ureia por cada 100 g de mistura final). <ol><li> Aquece-se a glicerol a 65 ° C num balão de vidro em um banho de óleo e adicionar lentamente o pó de ureia. </li><li> Agita-se a mistura com um agitador magnético a 65 ° C, até o pó de ureia esteja completamente dissolvido. </li></ol></li></ol></li><li> Misturando o glúten de trigo e de crambe <ol><li> Mistura-se o pó de crambe refeição e pó de glúten de trigo em um misturador de cozinha durante 5 min. Por exemplo, para um 60/40 (w / w) de crambe / g de trigoLuten razão, utilizar 35,7 g de farinha de crambe e 23,8 g de glúten de trigo por 100 g de mistura final. </li></ol></li><li> Mistura de glicerol / ureia com crambe glúten / trigo <ol><li> Adiciona-se lentamente a mistura de glicerol / ureia para a mistura de glúten de crambe / trigo na cozinha máquina de mistura, enquanto se agitava a mistura. Continuar a misturar durante aproximadamente 2 minutos, até se obter uma massa homogénea. Preparar 500 g da mistura de cada vez. </li><li> Para o material com 60/40 (w / w) e de crambe, glúten de trigo, utilizar os seguintes teores relativos dos respectivos componentes: 35,7 g de farinha de crambe, 23,8 g de glúten de trigo, 25,5 g de glicerol, e 15 g de ureia ( por 100 g). Para as outras duas combinações de materiais (ou seja, 70/30 e 80/20), alterar apenas os crambe e trigo conteúdos glúten. Manter o conteúdo de glicerol e ureia O mesmo que na combinação de 60/40. </li></ol></li></ol> 2. Extrusão de Filmes <ol><li> Perfil de baixa temperatura &lt;ol&gt; <li> Realizar a extrusão de filme em uma extrusora de rosca dupla. as zonas configuradas 1-10 (cada 80 mm de comprimento) ao longo do tambor da extrusora a um perfil de temperatura baixa (posteriormente chamado &quot;perfil de T f baixa&quot;), como se segue: 75-75-75-80-80-80-80-85 -85-85 ° C. Isso impede que o glúten de trigo a partir de reticulação no barril. </li><li> Usar um molde de folha plana (45 mm x 0,7 milímetros) para extrudir as películas. </li><li> Escolha uma velocidade de parafuso de 30 rpm e 200 rpm e registrar a pressão die. </li><li> Alimentar a massa manualmente através do funil com a ajuda de um impulsor de madeira para suportar o fluxo de material para os parafusos. </li><li> No molde, retirar o produto extrudido com uma correia transportadora que opera a uma velocidade de 2,0 m / min. Coloque refrigeração ventilação de ar (ventiladores) ao longo da faixa. </li><li> Executar diferentes temperaturas de matriz (105 ° C- (105 ° C), 110 ° C- (110 ° C), 125 ° C- (115 ° C), 130 ° C- (120 ° C) e 140 ° C- (125 ° C)) para seleccionar as condições que dão o extruda suavete com um montante mínimo de vazios. NOTA: Os valores entre parêntesis correspondem à temperatura na zona de 11, ao lado da matriz. É ajustada para atingir a temperatura alvo no molde. </li><li> Após extrusão, os extrudidos armazenar em sacos de polietileno selado até posterior processamento ou análise, a fim de prevenir o envelhecimento e a absorção de água atmosférico. </li></ol></li><li> Extrusão de película utilizando o perfil de alta temperatura <ol><li> A extrusão de filmes como descrito na seção 2.1, mas usar um perfil de alta temperatura (mais tarde chamado de &quot;alta-T perfil&quot;), como segue: 85-85-85-100-100-100-110-110-120-120-120 ° C para as zonas 1 a 11 da extrusora. </li><li> Use die temperaturas de 125 ° C e 130 ° C. </li></ol></li><li> Extrusão de filme após a peletização <ol><li> A fim de obter peletes, extrudir o material como cadeias contínuas na extrusora utilizando um molde de duas cadeias. <ol><li> Use o perfil de baixa T para a extruder tambor, como descrito acima, e um parafuso de 60 rpm, velocidade de rotação. </li><li> Use die- diferente (zona 11) temperaturas (130 ° C- (125 ° C), 125 ° C- (115 ° C), 105 ° C- (100 ° C), e 85 ° C (85 ° C) ) para obter os fios com as superfícies mais lisas. </li></ol></li><li> peletização <ol><li> Após a passagem da correia transportadora (a correia situado após a extrusora que ajuda a alimentar o material para fora do extrusor), alimentar os filamentos em um granulador operado com uma velocidade de corte de 7 m / min. </li></ol></li><li> extrusão de película a partir dos peletes <ol><li> Alimentação dos peletes manualmente na extrusora e películas de extrusão com o perfil de T f baixa no interior do cano e com um 125 ° C- (115 ° C), folha plana temperatura da fieira. Use uma velocidade de rotação do parafuso de 30 rpm. </li></ol></li></ol></li><li> Extrusão de filme usando alimentação volumétrica <ol><li> Para simular a alimentação automática (vulgarmente utilizado na indústria), o usoas pelotas previamente extrudida a 85 ° C (passos 2.3.1-2.3.2.1). </li><li> Ligue o alimentador para a extrusora e escolher o modo de alimentação volumétrica da caçamba. </li><li> Use um volume de alimentação de 35 kg / h e funil e do parafuso da extrusora velocidades de 16 e 120 rpm, respectivamente. </li><li> Extrude com o perfil de baixa temperatura do barril e usar uma temperatura die- (zona 11) de 125 ° C- (115 ° C). </li></ol></li></ol> Processo 3. Pós-extrusão (Compression Molding) <ol><li> Pressionar com o quadro <ol><li> Pela primeira configuração, cortar dois extrusados ​​em pedaços de 4,4 cm x 7,0 cm e 2,6 cm x 7,0 cm. NOTA: Isto é necessário porque o quadro é mais amplo do que os extrusados. </li><li> Colocá-los lado uns dos outros numa armação rectangular de alumínio (70 x 70 x 0,5 mm3). </li><li> Sandwich a moldura entre duas placas de alumínio usando poli (tereftalato de etileno) (PET) filmes em ambos os lados para evitar a aderência, e depoiscolocá-los para a imprensa. </li><li> Defina o medidor de pressão sobre a imprensa para 200 ou 400 bar. </li><li> Para cada pressão de moldagem, pressionar as películas com uma temperatura de placa de 110, 120, e 130 ° C durante 10 e 20 min. </li><li> Como uma referência para as amostras de pré-extrudados, filmes de imprensa a partir de material unextruded. Centro de 7,2 g de material fresco (a partir de secção 1.6) na moldura de alumínio. </li><li> Pressione com as mesmas configurações de parâmetros como para os filmes pré-extrudados acima (passos 3.1.4- 3.1.5). </li></ol></li><li> Pressionando sem um quadro <ol><li> Recorte e amostras sanduíche retangulares (4,4 cm x 4,4 cm) entre duas placas de alumínio que utilizam filmes de PET em ambos os lados para impedir a adesão. </li><li> Colocá-los para a imprensa. Defina o medidor de pressão de até 50 bar, 75 bar ou 100 bar. </li><li> Para cada pressão de moldagem, películas press para 5 ou 10 min, utilizando 110 ° C, 120 ° C e 130 ° C da placa de temperaturas. </li></ol></li></ol>

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Os métodos e os resultados foram apresentados anteriormente, como um artigo de Rasel et ai. 5.

A razão pela qual a pressão do cunho era de tão elevada importância foi, provavelmente, devido ao facto de o material necessário uma certa pressão para evitar a formação de bolhas. No entanto, os diferentes componentes podem separação de fase, se a pressão era demasiado elevada. Quando extrusão em uma temperatura demasiado baixa, a coesão era pobre, possivelmente devido a um baixo grau de reticulação, enquanto que uma temperatura muito alta resultou na liberação de gás (provavelmente umidade juntamente com uréia e degradação de proteínas produtos). A extrusão de dois passos (isto é, onde as cadeias foram primeiro extrudida, granulada, extrudida e, em seguida, novamente), resultou em um produto de extrusão mais homogénea, devido à mistura mais extensa que o primeiro passo de extrusão fornecida. A coesão massa pobre quando diminuir a concentração de ureia de 15 para 10% em peso foi provavelmente devido a uma densidade de ligação cruzada inferior. Em analogia com isto, uma concentração mais baixa de glicerol, e, assim, uma capacidade inferiorpara dissolver a ureia, resultou em filmes mais pobres, a menos que uma pressão de matriz superior foi aplicada. Aumentando a concentração de alimentação de crambe, e, portanto, diminuindo a concentração de glúten de trigo, resultaram em um menor grau de formação de agregação / rede. Este reduzido a viscosidade do material no produto de extrusão, o que resulta na necessidade de aumentar a temperatura da fieira a 130 ° C para aumentar a viscosidade e gerar películas homogéneas. É difícil, se não impossível, para extrudir crambe plastificado em películas de qualidade suficiente para qualquer utilização. Mostramos aqui que isso pode ser superado através da mistura de crambe com uma proteína mais facilmente extrudível como glúten de trigo. Para obter a melhor qualidade, os extrusados ​​precisa estar em um passo separado após a extrusão moldado por compressão. Mostra-se aqui que a extrusão trabalha numa escala mais pequena, e um escalonamento é susceptível de ser mais exigentes. Extrusão, junto com moldagem por injecção, são os MOSt métodos comerciais importantes para a produção de plásticos. A fim de substituir os plásticos convencionais existentes, é necessário que o material proteico pode ser produzido com as mesmas técnicas 14-16. Mostramos aqui que é possível fazer a extrusão de sementes oleaginosas farinha de crambe, com a ajuda de glúten de trigo. As aplicações possíveis incluem embalagem e aplicações para vários perfis extrudados (por exemplo, varetas e cilindros). Consideramos que o passo mais crítico durante a preparação das amostras para ser o passo de extrusão. A qualidade final dos filmes dependia fortemente sobre os parâmetros de extrusão e as propriedades do material antes da extrusão.

Ao atualizar um material a partir de um valor baixo para um valor superior, duas questões principais devem ser considerados: o tipo de produto final potencial (s) e as propriedades necessárias. O presente estudo concentra-se sobre a extrusão de plásticos à base de proteínas para potencial utilização em embalagens, por duas razões. O presente variedade de pacotes é extensa, mas o pedido de material de embalagem renovável e biodegradável baixo custo tem aumentado rapidamente na última década. Esta tendência parece continuar, como a maioria dos proprietários e legisladores da marca estão à procura de opções para criar plásticos de petróleo 1. As propriedades dos materiais necessários para a embalagem são, em muitos casos, mais exigentes do que para outros produtos de plástico. No entanto, se um material de sucesso é obtido, o mercado potencial é muito grande. material de embalagem tem de cumprir uma série de critérios para ser adequado. Os critérios exatos diferem dependendo do tipo de embalagem, enchimento / sistemas de vedação, transport, armazenamento, conteúdo, aparência, design de produto, etc. Todos estes parâmetros devem ser considerados por um desenvolvedor de embalagem, mas nem tudo pode ser da mais alta prioridade de uma só vez ao iniciar o desenvolvimento de um material novo e inexplorado. As propriedades em destaque para este estudo foram as performances mecânicas e de barreira. A extrusão é o método de tratamento de escolha, por duas razões: extrusão é um método comum e eficaz para a produção de plásticos de embalagem, e que, geralmente, não envolve um solvente, tal como em moldagem em solução. Assim, nenhum passo de secagem é necessário no fim do processo 2. O glúten de trigo é também um material de corrente lateral proveniente de um produto de amido 3. Ele mostrou potencial como um plástico de embalagem numa série de estudos. Apesar disso, alguns desafios permanecem 4. Crambe abyssinica é uma planta de semente oleaginosa interessante na medida em que não é uma fonte de alimento e podem ser cultivadas em muitos AG diferentecondições ronomic 5,6. Tal como acontece com o glúten de trigo, proteína de crambe é um subproduto, neste caso, de produção de petróleo. É obtido na forma de uma refeição crambe desengordurada, com proteína como o maior componente. Ele também contém uma quantidade considerável de extractos isentos de azoto, tais como hidratos de carbono e fibra 7,8. A refeição tem relativamente pobres propriedades coesivas e precisa de ser misturada com um material de maior coesão. Neste estudo, o glúten de trigo é usado como um aditivo de suporte para a refeição crambe. Para melhorar a tenacidade / extensibilidade do material proteico, um agente plastificante é frequentemente usado como um aditivo bem. Neste estudo, o glicerol é utilizado, que é um produto secundário da indústria de óleo da planta (por exemplo, sementes de colza combustíveis éster metílico) e está prontamente disponível a um baixo custo 9. Ureia, também renovável, é usado como desnaturante de modo a dar o produto extrudido a coesão adequada 2,10,11. Ele também pode funcionar como um agente plastificante. -primas renováveis, Especialmente aqueles que são usados ​​diretamente da natureza, sem purificação, modificação ou síntese química, são, na maioria dos casos, não é adequado para o tratamento de alta temperatura. O desafio é encontrar parâmetros de processamento adequados e composições que resultam em um extrudido com propriedades que lhe permitem competir com os produtos de petróleo. O presente estudo concentra-se na caracterização das propriedades mecânicas e de barreira de um novo material de base biológica produzida a partir de farinha de crambe processado com aditivos diferentes e em diferentes condições 12. Os detalhes completos sobre as características de barreira mecânica e oxigênio são encontrados em Rasel et al. 12.

<table><tbody><tr><td>Crambe meal</td><td>Plant Research International</td><td></td><td>Defatted crambe meal, Residual from oil extraction of cultivar Galactica seeds</td></tr><tr><td>Wheat gluten</td><td>Lantm&amp;auml;nnen Reppe AB</td><td></td><td>It contains 77% (w/w) gluten, 8.1% (w/w) starch and 1.34% (w/w) fat.</td></tr><tr><td>Glycerol</td><td>Karlshamn Tefac AB</td><td>99.5% purity</td><td></td></tr><tr><td>Urea</td><td>Sigma Aldrich</td><td>purity &amp;ge; 99.5%</td><td></td></tr><tr><td>The dough</td><td></td><td></td><td>(per 100 g) prepared with 35.7 g crambe meal, 23.8 g wheat gluten, 25.5 g glycerol and 15 g urea, hence with a liquid (glycerol/urea) to solid (crambe/wheat gluten) ratio of 0.342.</td></tr><tr><td>Round, fine meshed stainless steel kitchen sieve (pore size: ~1.5&amp;nbsp;mm, 14 mesh)</td><td></td><td></td><td>Sieve the crambe meal</td></tr><tr><td>Rotary ball mill</td><td>Pascal Engineering</td><td></td><td>Milling crambe/The volume of the mill house is 7 L and it contained 215 ceramic balls, each with a diameter of 25&amp;nbsp;mm.</td></tr><tr><td>Mortar and pestle</td><td></td><td></td><td>Grinding urea</td></tr><tr><td>Kitchen machine Cloer 660</td><td>Cloer</td><td></td><td>Blending crambe and wheat gluten</td></tr><tr><td>Twin-screw extruder Type LTE20-48</td><td>Labtech Engineering LTD</td><td></td><td>Compounding and film extrusion</td></tr><tr><td>Flat sheet die</td><td></td><td></td><td>Produce extruded flat films with a cross-section of 45 mm x 0.7 mm</td></tr><tr><td>Air Cooling Conveyor Unit type LAC-2.6</td><td>Labtech Engineering LTD</td><td></td><td>Used in the extrusion</td></tr><tr><td>Pelletizer Type LZ-120</td><td>Labtech Engineering LTD</td><td></td><td>Making pellets</td></tr><tr><td>Polystat 200T Hot Press&amp;nbsp;</td><td>Servitec Machine GmbH</td><td></td><td>Hot press to press extrudates</td></tr></tbody></table>

film extrusion of crambe abyssinica/wheat gluten blends

Crambe abyssinica is a plant with potential for use in industrial (non-food) plant oil production. The side stream from this oil production is a high-protein crambe meal that has limited value, as it is not fit for food or feed use. However, it contains proteins that could potentially make it a suitable raw material for higher-value products. The purpose of this study was to find methods of making this side stream into extruded films, showing that products with a higher value can be produced. The study mainly considered the development of material compositions and methods of preparing and extruding the material. Wheat gluten was added as a supportive protein matrix material, together with glycerol as a plasticizer and urea as a denaturant. The extrudate was evaluated with respect to mechanical (tensile testing) and oxygen barrier properties, and the extrudate structure was revealed visually and by scanning electron microscopy. A denser, more homogeneous material had a lower oxygen transmission rate, higher strength, and higher extensibility. The most homogeneous films were made at an extruder die temperature of 125-130 &#176;C. It is shown here that a film can be extruded with promising mechanical and oxygen barrier properties, the latter especially after a final compression molding step.

Os materiais misturados (60% em peso de farinha de crambe e 40% em peso de glúten de trigo) resultou numa massa dura após o processo de mistura inicial. O material foi descansou por alguns minutos antes da primeira extrusão. No entanto, a massa tinha um uma viscosidade demasiado elevada para ser capaz de ser alimentada para a tremonha da extrusora de uma maneira regular. Por conseguinte, foi alimentado peça-a-peça, directamente para o parafuso. Os parafusos tinha uma velocidade constante, e o extrudado filme resultante era contínuo e tinha uma superfície lisa visualmente. Um exemplo de uma película extrudida é mostrado na Figura 1. A pressão do molde e a temperatura foram encontrados para ser os dois parâmetros mais importantes de processamento para controlar de forma a obter película extrudidos homogéneos e lisas. Uma temperatura demasiado baixa matriz, tipicamente abaixo de 110 ° C, não resultou em extrudidos película contínua, ao passo que uma temperatura superior a 130 ° C resultou em the formação de bolhas no material. A temperatura da matriz mais adequada para se obter películas homogéneas e lisas verificou-se ser cerca de 125 ° C. Para obter os extrudidos mais homogéneos, um processo em duas fases verificou-se ser vantajoso, em que, no primeiro passo, filamentos foram extrudidos a uma temperatura mais baixa (tipicamente 85 ° C) e peletizado. Os peletes foram então alimentada para a tremonha para o segundo passo de extrusão. Quando o teor de ureia foi reduzida de 15 para 10% em peso 12, a coesão da massa diminuída substancialmente, resultando num material em pó do tipo; nenhum filme contínua poderia ser extrudado 12. Quando a concentração de glicerol foi reduzida (com um 15% em peso de ureia retido), a massa foi encontrada para ser mais frágil, e a ureia não se dissolveu completamente no glicerol. Além disso, uma consideravelmentemaior pressão die foi necessária para obter filmes homogêneos. No entanto, estes filmes foram encontrados para ser mais suave e mais homogénea do que aqueles com um teor de glicerol superior. Ao aumentar a concentração de pó de crambe refeição e diminuindo a concentração de glúten de trigo, as películas extrudidas apareceu mais escura, mas também mais suave e mais homogénea 5. A taxa de alimentação também pode ser aumentada 12. O problema é que os filmes foram apenas parcialmente contínua, e quebras de cinema apareceu a poucos metros de distância. No entanto, quando se aumenta a temperatura da fieira a cerca de 130 ° C, de películas contínuas pode ser preparada, embora com algumas descolorações 12. Moldagem por compressão, sem uma moldura produziu fina (espessura: 0,1-0,2 mm) filmes que foram muito flexível e translúcido (Figura 2). <p class="jove_content" fo:keep-together.within-page = &quot;1&quot;&gt; Dependendo da forma como foram feitos os extrudidos e que elas continham, a rigidez variou 4,9-5,6 MPa e a resistência 0,3-0,7 MPa, ao passo que a extensibilidade variou de 7 para 16% 12. Os valores correspondentes para os produtos extrudidos, depois da moldação por compressão foram 6,4-15,0 MPa, 0,3-1,1 MPa, e 8-19% 5. Detalhes das medições mecânicas são apresentados na referência 12. 64 espécimes de halteres mm de comprimento foram testadas em tracção segundo a norma ASTM D882-02 a 23 ± 1 ° C e 50 ± 1% RH, com uma velocidade de 10 mm / min. A Figura 3 mostra a importância de extrusão crambe com a adição de glúten de trigo. A força e, especialmente, a extensibilidade, diminuiu com a redução teor de glúten de trigo. A permeabilidade ao oxigénio variou de 17 a 39 centímetros 3 milímetros / (m dias 2 atm), dependendo da composição e se um passo de moldagem por compressão (com um quadro) foi utilizada ou não. Figura 1: material extrudido. película extrudida utilizando uma temperatura do molde de 130 ° C. Ele contém 35,7% em peso de crambe, 23,8% em peso de glúten de trigo, 25,5% em peso de glicerol, e 15% em peso de ureia. A largura da película é de 44 mm. <a href="http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/54770/54770fig1large.jpg" target="_blank">Por favor clique aqui para ver uma versão maior desta figura.</a> <img alt="Figura 2" src="/files/ftp_upload/54770/54770fig2.jpg" /> Figura 2: filmes moldado por compressão. material extrudido moldado por compressão, sem uma moldura, em películas finas, translúcidas, utilizando uma 130 ° C de temperatura prima de 75 bar durante 10 min. As películas planas e enrugados são do mesmo material. A largura da película à esquerda é de ~ 17 mm. <a href="http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/54770/54770fig2large.jpg" target="_blank">Por favor clique</a>aqui para ver uma versão maior desta figura. <img alt="Figura 3" src="/files/ftp_upload/54770/54770fig3.jpg" /> Figura 3: As propriedades mecânicas em função do teor de crambe. tensão máxima (círculos a cheio) e a estirpe sob tensão máxima (círculos abertos) em função do teor de crambe na mistura de glúten de crambe / trigo. As barras de erro representam os desvios padrão. tensão máxima foi obtida a partir da força máxima por amostra secção transversal inicial da parte estreita do espécime de halteres (secção estreita: 16 mm de comprimento e 4 mm de largura). O perfil de temperatura baixa foi utilizada com uma temperatura da matriz inicial de 125 ° C e uma temperatura da zona de 11 115 ° C. A velocidade do parafuso foi de 30 rpm, e a extrusão de peletização foi realizada sem prévia. Os dados obtidos a partir de referência de 12. <a href="http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/54770/54770fig3large.jpg" target="_blank">Por favor, clique dela</a>e para ver uma versão maior desta figura.

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Film Extrusion of Crambe abyssinica/Wheat Gluten Blends

A corrente secundária da produção de óleo vegetal de Crambe abyssinica tem valor limitado. O objectivo deste estudo era encontrar métodos para a extrusão de materiais à base nesta corrente lateral, demonstrando que os produtos com um valor mais elevado pode ser produzido. Os extrudados foram encontrados a ter propriedades promissoras.

Extrusão de filme de<em&gt; Abyssinica Crambe</em&gt; / Glúten de trigo Blends

Crambe abyssinica is a plant with potential for use in industrial (non-food) plant oil production. The side stream from this oil production is a ...

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Research

JoVE Journal

Bioengineering

Film Extrusion of Crambe abyssinica/Wheat Gluten Blends

9.9K visualizações.  SIG Combibloc.  A corrente secundária da produção de óleo vegetal de Crambe abyssinica tem valor limitado. O objectivo deste estudo era encontrar métodos para a extrusão de materiais à base nesta corrente lateral, demonstrando que os produtos com um valor mais elevado pode ser produzido. Os extrudados foram encontrados a ter propriedades promissoras. 

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High-throughput Screening of Carbohydrate-degrading Enzymes Using Novel Insoluble Chromogenic Substrate Assay Kits

Carbohydrates active enzymes (CAZymes) have multiple roles in vivo and are widely used for industrial processing in the biofuel, textile, detergent, paper and food industries. A deeper understanding of CAZymes is important from both fundamental biology and industrial standpoints. Vast numbers of CAZymes exist in nature (especially in microorganisms) and hundreds of thousands have been cataloged and described in the carbohydrate active enzyme database (CAZy). However, the rate of discovery of putative enzymes has outstripped our ability to biochemically characterize their activities. One reason for this is that advances in genome and transcriptome sequencing, together with associated bioinformatics tools allow for rapid identification of candidate CAZymes, but technology for determining an enzyme's biochemical characteristics has advanced more slowly. To address this technology gap, a novel high-throughput assay kit based on insoluble chromogenic substrates is described here. Two distinct substrate types were produced: Chromogenic Polymer Hydrogel (CPH) substrates (made from purified polysaccharides and proteins) and Insoluble Chromogenic Biomass (ICB) substrates (made from complex biomass materials). Both CPH and ICB substrates are provided in a 96-well high-throughput assay system. The CPH substrates can be made in four different colors, enabling them to be mixed together and thus increasing assay throughput. The protocol describes a 96-well plate assay and illustrates how this assay can be used for screening the activities of enzymes, enzyme cocktails, and broths.

A high-throughput assay for enzyme screening is described. This multiplexed ready-to-use assay kit comprises of pre-chosen Chromogenic Polymer Hydrogel (CPH) substrates and complex Insoluble Chromogenic Biomass (ICB) substrates. Target enzymes are polysaccharide degrading endo-enzymes and proteases.

High-throughput screening de enzimas Carboidratos-degradantes Usando Novel Insolúvel substrato cromogénico Kits de Ensaio

Carbohydrates active enzymes (CAZymes) have multiple roles in vivo and are widely used for industrial processing in the biofuel, textile, detergent, paper ...

Bioquímica

Method to Produce Durable Pellets at Lower Energy Consumption Using High Moisture Corn Stover and a Corn Starch Binder in a Flat Die Pellet Mill

A major challenge in the production of pellets is the high cost associated with drying biomass from 30 to 10% (w.b.) moisture content. At Idaho National Laboratory, a high-moisture pelleting process was developed to reduce the drying cost. In this process the biomass pellets are produced at higher feedstock moisture contents than conventional methods, and the high moisture pellets produced are further dried in energy efficient dryers. This process helps to reduce the feedstock moisture content by about 5-10% during pelleting, which is mainly due to frictional heat developed in the die. The objective of this research was to explore how binder addition influences the pellet quality and energy consumption of the high-moisture pelleting process in a flat die pellet mill. In the present study, raw corn stover was pelleted at moistures of 33, 36, and 39% (w.b.) by addition of 0, 2, and 4% pure corn starch. The partially dried pellets produced were further dried in a laboratory oven at 70 &#176;C for 3-4 hr to lower the pellet moisture to less than 9% (w.b.). The high moisture and dried pellets were evaluated for their physical properties, such as bulk density and durability. The results indicated that increasing the binder percentage to 4% improved pellet durability and reduced the specific energy consumption by 20-40% compared to pellets with no binder. At higher binder addition (4%), the reduction in feedstock moisture during pelleting was &#60;4%, whereas the reduction was about 7-8% without the binder. With 4% binder and 33% (w.b.) feedstock moisture content, the bulk density and durability values observed of the dried pellets were &#62;510 kg/m3 and &#62;98%, respectively, and the percent fine particles generated was&#160;reduced to &#60;3%.

In this study, a protocol was developed to produce good quality pellets using a flat die pellet mill at reduced specific energy consumption testing high-moisture corn stover and a starch based binder. The results indicated that adding a corn starch binder improved the pellet durability, reduced percent fines and decreased specific energy consumption.

Método para produzir peletes duráveis ​​em menor consumo de energia usando a alta umidade do milho Stover e Amido de Milho Binder em um apartamento Die Pellet Moinho

A major challenge in the production of pellets is the high cost associated with drying biomass from 30 to 10% (w.b.) moisture content. At Idaho National ...

Ambiente

Composition and Properties of Aquafaba: Water Recovered from Commercially Canned Chickpeas

Chickpea and other pulses are commonly sold as canned products packed in a thick solution or a brine. This solution has recently been shown to produce stable foams and emulsions, and can act as a thickener. Recently interest in this product has been enhanced through the internet where it is proposed that this solution, now called aquafaba by a growing community, can be used a replacement for egg and milk protein. As aquafaba is both new and being developed by an internet based community little is known of its composition or properties. Aquafaba was recovered from 10 commercial canned chickpea products and correlations among aquafaba composition, density, viscosity and foaming properties were investigated. Proton NMR was used to characterize aquafaba composition before and after ultrafiltration through membranes with different molecular weight cut offs (MWCOs of 3, 10, or 50 kDa). A protocol for electrophoresis, and peptide mass fingerprinting is also presented. Those methods provided valuable information regarding components responsible for aquafaba functional properties. This information will allow the development of practices to produce standard commercial aquafaba products and may help consumers select products of superior or consistent utility.

Aquafaba is a viscous juice from canned chickpea that, when stirred vigorously, produces a relatively stable white froth or foam. The primary research goal is to identify the components of aquafaba that contribute viscosifying/thickening properties using nuclear magnetic resonance (NMR), ultrafiltration, electrophoresis, and peptide mass fingerprinting.

Composição e propriedades de Aquafaba: água recuperada de grão de bico enlatado comercialmente

Chickpea and other pulses are commonly sold as canned products packed in a thick solution or a brine. This solution has recently been shown to produce ...

A Protocol for the Production of Gliadin-cyanoacrylate Nanoparticles for Hydrophilic Coating

This article presents a protocol for the production of protein-based nanoparticles that changes the hydrophobic surface to hydrophilic by a simple spray coating. These nanoparticles are produced by the polymerization reaction of alkyl cyanoacrylate on the surface of cereal protein (gliadin) molecules. Alkyl cyanoacrylate is a monomer that instantly polymerizes at RT when it is applied to the surface of materials. Its polymerization reaction is initiated by the trace amounts of weakly basic or nucleophilic species on the surface, including moisture. Once polymerized, the polymerized alkyl cyanoacrylates show a strong affinity with the object materials because nitrile groups are in the backbone of poly (alkyl cyanoacrylate). Proteins also work as initiator for this polymerization because they contain amine groups that can initiate the polymerization of cyanoacrylate. If aggregated protein is used as an initiator, protein aggregate is surrounded by the hydrophobic poly(alkyl cyanoacrylate) chains after the polymerization reaction of alkyl cyanoacrylate. By controlling the experimental condition, particles in the nanometer range are produced. The produced nanoparticles readily adsorb to the surface of most materials including glass, metals, plastics, wood, leather, and fabrics. When the surface of a material is sprayed with the produced nanoparticle suspension and rinsed with water, the micellar structure of nanoparticle changes its conformation, and the hydrophilic proteins are exposed to the air. As a result, the nanoparticle-coated surface changes to hydrophilic.

This article presents a protocol for the production of protein-based nanoparticles that changes the hydrophobic surface to hydrophilic. The produced nanoparticle is an assembly of gliadin-cyanoacrylate diblock copolymers. Spray coating with the produced nanoparticle changes the surface of target material to a hydrophilic surface.

Um protocolo para a produção de nanopartículas Gliadina-cianoacrilato para hidrofílico Coating

This article presents a protocol for the production of protein-based nanoparticles that changes the hydrophobic surface to hydrophilic by a simple spray ...

Química

Ammonia Fiber Expansion (AFEX) Pretreatment of Lignocellulosic Biomass

Lignocellulosic materials are plant-derived feedstocks, such as crop residues (e.g., corn stover, rice straw, and sugar cane bagasse) and purpose-grown energy crops (e.g., miscanthus, and switchgrass) that are available in large quantities to produce biofuels, biochemicals, and animal feed. Plant polysaccharides (i.e., cellulose, hemicellulose, and pectin) embedded within cell walls are highly recalcitrant towards conversion into useful products. Ammonia fiber expansion (AFEX) is a thermochemical pretreatment that increases accessibility of polysaccharides to enzymes for hydrolysis into fermentable sugars. These released sugars can be converted into fuels and chemicals in a biorefinery. Here, we describe a laboratory-scale batch AFEX process to produce pretreated biomass on the gram-scale without any ammonia recycling. The laboratory-scale process can be used to identify optimal pretreatment conditions (e.g., ammonia loading, water loading, biomass loading, temperature, pressure, residence time, etc.) and generates sufficient quantities of pretreated samples for detailed physicochemical characterization and enzymatic/microbial analysis. The yield of fermentable sugars from enzymatic hydrolysis of corn stover pretreated using the laboratory-scale AFEX process is comparable to pilot-scale AFEX process under similar pretreatment conditions. This paper is intended to provide a detailed standard operating procedure for the safe and consistent operation of laboratory-scale reactors for performing AFEX pretreatment of lignocellulosic biomass.

Ammonia Fiber Expansion AFEX Pretreatment of Lignocellulosic Biomass

Ammonia fiber expansion (AFEX) is a thermochemical pretreatment technology that can convert lignocellulosic biomass (e.g., corn stover, rice straw, and sugarcane bagasse) into a highly digestible feedstock for both biofuels and animal feed applications. Here, we describe a laboratory-scale method for conducting AFEX pretreatment on lignocellulosic biomass.

Pré-tratamento de biomassa lignocelulósica da fibra de amônia (AFEX)

Lignocellulosic materials are plant-derived feedstocks, such as crop residues (e.g., corn stover, rice straw, and sugar cane bagasse) and purpose-grown ...

Manufacturing Of Robust Natural Fiber Preforms Utilizing Bacterial Cellulose as Binder

A novel method of manufacturing rigid and robust natural fiber preforms is presented here. This method is based on a papermaking process, whereby loose and short sisal fibers are dispersed into a water suspension containing bacterial cellulose. The fiber and nanocellulose suspension is then filtered (using vacuum or gravity) and the wet filter cake pressed to squeeze out any excess water, followed by a drying step. This will result in the hornification of the bacterial cellulose network, holding the loose natural fibers together.
Our method is specially suited for the manufacturing of rigid and robust preforms of hydrophilic fibers. The porous and hydrophilic nature of such fibers results in significant water uptake, drawing in the bacterial cellulose dispersed in the suspension. The bacterial cellulose will then be filtered against the surface of these fibers, forming a bacterial cellulose coating. When the loose fiber-bacterial cellulose suspension is filtered and dried, the adjacent bacterial cellulose forms a network and hornified to hold the otherwise loose fibers together.
The introduction of bacterial cellulose into the preform resulted in a significant increase of the mechanical properties of the fiber preforms. This can be attributed to the high stiffness and strength of the bacterial cellulose network. With this preform, renewable high performance hierarchical composites can also be manufactured by using conventional composite production methods, such as resin film infusion (RFI) or resin transfer molding (RTM). Here, we also describe the manufacturing of renewable hierarchical composites using double bag vacuum assisted resin infusion.

We present a novel method of manufacturing rigid and robust short natural fiber preforms using a papermaking process. Bacterial cellulose acts simultaneously as the binder for the loose fibers and provides rigidity to the fiber preforms. These preforms can be infused with a resin to produce truly green hierarchical composites.

Fabricação de fibras naturais robustos Preformas Utilizando bacteriana Celulose como Binder

A novel method of manufacturing rigid and robust natural fiber preforms is presented here. This method is based on a papermaking process, whereby loose ...

Bioengenharia

Molecular Entanglement and Electrospinnability of Biopolymers

Electrospinning is a fascinating technique to fabricate micro- to nano-scale fibers from a wide variety of materials. For biopolymers, molecular entanglement of the constituent polymers in the spinning dope was found to be an essential prerequisite for successful electrospinning. Rheology is a powerful tool to probe the molecular conformation and interaction of biopolymers. In this report, we demonstrate the protocol for utilizing rheology to evaluate the electrospinnability of two biopolymers, starch and pullulan, from their dimethyl sulfoxide (DMSO)/water dispersions. Well-formed starch and pullulan fibers with average diameters in the submicron to micron range were obtained. Electrospinnability was evaluated by visual and microscopic observation of the fibers formed. By correlating the rheological properties of the dispersions to their electrospinnability, we demonstrate that molecular conformation, molecular entanglement, and shear viscosity all affect electrospinning. Rheology is not only useful in solvent system selection and process optimization, but also in understanding the mechanism of fiber formation on a molecular level.

Electrospinning is a fascinating technique used to fabricate micro- to nano-scale fibers from a wide variety of materials. Molecular entanglement of the constituent polymers in the spinning dope is essential for successful electrospinning. We present a protocol for utilizing rheology to evaluate the electrospinnability of two biopolymers, starch and pullulan.

Entanglement Molecular e Electrospinnability de Biopolímeros

Electrospinning is a fascinating technique to fabricate micro- to nano-scale fibers from a wide variety of materials. For biopolymers, molecular ...

Twin-Screw Extrusion Process to Produce Renewable Fiberboards

A versatile twin-screw extrusion process to provide an efficient thermo-mechano-chemical pre-treatment on lignocellulosic biomass before using it as source of mechanical reinforcement in fully bio-based fiberboards was developed. Various lignocellulosic crop by-products have already been successfully pre-treated through this process, e.g., cereal straws (especially rice), coriander straw, shives from oleaginous flax straw, and bark of both amaranth and sunflower stems.
The extrusion process results in a marked increase in the average fiber aspect ratio, leading to improved mechanical properties of fiberboards. The twin-screw extruder can also be fitted with a filtration module at the end of the barrel. The continuous extraction of various chemicals (e.g., free sugars, hemicelluloses, volatiles from essential oil fractions, etc.) from the lignocellulosic substrate, and the fiber refining can, therefore, be performed simultaneously.
The extruder can also be used for its mixing ability: a natural binder (e.g., Organosolv lignins, protein-based oilcakes, starch, etc.) can be added to the refined fibers at the end of the screw profile. The obtained premix is ready to be molded through hot pressing, with the natural binder contributing to fiberboard cohesion. Such a combined process in a single extruder pass improves the production time, production cost, and may lead to reduction in plant production size. Because all the operations are performed in a single step, fiber morphology is better preserved, thanks to a reduced residence time of the material inside the extruder, resulting in enhanced material performances. Such one-step extrusion operation may be at the origin of a valuable industrial process intensification.
Compared to commercial wood-based materials, these fully bio-based fiberboards do not emit any formaldehyde, and they could find various applications, e.g., intermediate containers, furniture, domestic flooring, shelving, general construction, etc.

A versatile twin-screw extrusion process to provide an efficient thermo-mechano-chemical pretreatment on lignocellulosic biomass was developed, which leads to an increased average fiber aspect ratio. A natural binder can also be added continuously after fiber refining, leading to bio-based fiberboards with improved mechanical properties after hot pressing of the obtained extruded material.

Processo de extrusão de dois parafusos para produzir placas de fibra renovável

A versatile twin-screw extrusion process to provide an efficient thermo-mechano-chemical pre-treatment on lignocellulosic biomass before using it as ...

Engenharia

Design of an Open-Source, Low-Cost Bioink and Food Melt Extrusion 3D Printer

Three-dimensional (3D) printing is an increasingly popular manufacturing technique that allows highly complex objects to be fabricated with no retooling costs. This increasing popularity is partly driven by falling barriers to entry such as system set-up costs and ease of operation. The following protocol presents the design and construction of an Additive Manufacturing Melt Extrusion (ADDME) 3D printer for the fabrication of custom parts and components. ADDME has been designed with a combination of 3D-printed, laser-cut, and online-sourced components. The protocol is arranged into easy-to-follow sections, with detailed diagrams and parts lists under the headings of framing, y-axis and bed, x-axis, extrusion, electronics, and software. The performance of ADDME is evaluated through extrusion testing and 3D printing of complex objects using viscous cream, chocolate, and Pluronic F-127 (a model for bioinks). The results indicate that ADDME is a capable platform for the fabrication of materials and constructs for use in a wide range of industries. The combination of detailed diagrams and video content facilitates access to low-cost, easy-to-operate equipment for individuals interested in 3D printing of complex objects from a wide range of materials.

The aim of this work is to design and construct a reservoir-based melt extrusion three-dimensional printer made from open-source and low-cost components for applications in the biomedical and food printing industries.

Design de uma impressora 3D de origem aberta, bioink de baixo custo e derretimento de alimentos

Three-dimensional (3D) printing is an increasingly popular manufacturing technique that allows highly complex objects to be fabricated with no retooling ...

Aproveitando Gracilaria gracilis: Potencial Bioativo para Inovação Sustentável

Valorization of the Red Seaweed Gracilaria gracilis Through a Biorefinery Approach

The interest in seaweeds as an abundant feedstock to obtain valuable and multitarget bioactive ingredients is continuously growing. In this work, we explore the potential of Gracilaria gracilis, an edible red seaweed cultivated worldwide for its commercial interest as a source of agar and other ingredients for cosmetic, pharmacological, food, and feed applications.
G. gracilis growth conditions were optimized through vegetative propagation and sporulation while manipulating the physicochemical conditions to achieve a large biomass stock. Green extraction methodologies with ethanol and water were performed over the seaweed biomass. The bioactive potential of extracts was assessed through a set of in vitro assays concerning their cytotoxicity, antioxidant, and antimicrobial properties. Additionally, dried seaweed biomass was incorporated into pasta formulations to increase food&#39;s nutritional value. Pigments extracted from G. gracilis have also been incorporated into yogurt as a natural colorant, and their stability was evaluated. Both products were submitted to the appreciation of a semi-trained sensorial panel aiming to achieve the best final formulation before reaching the market.
Results support the versatility of G. gracilis whether it is applied as a whole biomass, extracts and/or pigments. Through implementing several optimized protocols, this work allows the development of products with the potential to profit the food, cosmetic, and aquaculture markets, promoting environmental sustainability and a blue circular economy.
Moreover, and in line with a biorefinery approach, the residual seaweed biomass will be used as biostimulant for plant growth or converted to carbon materials to be used in water purification of the in-house aquaculture systems of MARE-Polytechnic of Leiria, Portugal.

Autor em destaque: Explorando os compostos bioativos das algas marinhas para inovações sustentáveis nas indústrias 

Here, we describe several protocols aiming at an integrated valorization of Gracilaria gracilis: wild species harvesting, in-house growth, and extraction of bioactive ingredients. The extracts&#39; antioxidant, antimicrobial, and cytotoxic effects are evaluated, along with the nutritional and stability assessment of food enriched with whole seaweed biomass and pigments.

Valorização da Alga Vermelha Gracilaria gracilis Através de uma Abordagem de Biorrefinaria

The interest in seaweeds as an abundant feedstock to obtain valuable and multitarget bioactive ingredients is continuously growing. In this work, we ...

Extrusão de filme de

Resumo

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