kth.sePublikationer KTH
Ändra sökning
RefereraExporteraLänk till posten
Permanent länk

Direktlänk
Referera
Referensformat
  • apa
  • ieee
  • modern-language-association-8th-edition
  • vancouver
  • Annat format
Fler format
Språk
  • de-DE
  • en-GB
  • en-US
  • fi-FI
  • nn-NO
  • nn-NB
  • sv-SE
  • Annat språk
Fler språk
Utmatningsformat
  • html
  • text
  • asciidoc
  • rtf
Effects of multi-functional additives during foam extrusion of wheat gluten materials
KTH, Skolan för kemi, bioteknologi och hälsa (CBH), Fiber- och polymerteknologi, Polymera material.ORCID-id: 0000-0002-5967-6721
KTH, Skolan för kemi, bioteknologi och hälsa (CBH), Fiber- och polymerteknologi, Polymera material.
KTH, Skolan för kemi, bioteknologi och hälsa (CBH), Fiber- och polymerteknologi, Polymera material.ORCID-id: 0000-0002-2073-7005
Department of Plant Breeding, The Swedish University of Agricultural Sciences, Box 190, SE-234 22, Lomma, Sweden.
Visa övriga samt affilieringar
2024 (Engelska)Ingår i: Communications Chemistry, E-ISSN 2399-3669, Vol. 7, nr 1, artikel-id 75Artikel i tidskrift (Refereegranskat) Published
Abstract [en]

To broaden the range in structures and properties, and therefore the applicability of sustainable foams based on wheat gluten expanded with ammonium-bicarbonate, we show here how three naturally ocurring multifunctional additives affect their properties. Citric acid yields foams with the lowest density (porosity of ~50%) with mainly closed cells. Gallic acid acts as a radical scavenger, yielding the least crosslinked/ aggregated foam. The use of a low amount of this acid yields foams with the highest uptake of the body-fluid model substance (saline, ~130% after 24 hours). However, foams with genipin show a large and rapid capillary uptake (50% in one second), due to their high content of open cells. The most dense and stiff foam is obtained with one weight percent genipin, which is also the most crosslinked. Overall, the foams show a high energy loss-rate under cyclic compression (84-92% at 50% strain), indicating promising cushioning behaviour. They also show a low compression set, indicating promising sealability. Overall, the work here provides a step towards using protein biofoams as a sustainable alternative to fossil-based plastic/rubber foams in applications where absorbent and/or mechanical properties play a key role.

Ort, förlag, år, upplaga, sidor
Springer Nature , 2024. Vol. 7, nr 1, artikel-id 75
Nationell ämneskategori
Polymerteknologi
Identifikatorer
URN: urn:nbn:se:kth:diva-345714DOI: 10.1038/s42004-024-01150-1ISI: 001197199900001Scopus ID: 2-s2.0-85189565209OAI: oai:DiVA.org:kth-345714DiVA, id: diva2:1852489
Anmärkning

QC 20240418

Tillgänglig från: 2024-04-18 Skapad: 2024-04-18 Senast uppdaterad: 2024-09-16Bibliografiskt granskad
Ingår i avhandling
1. Bio-based and Biodegradable Foams from Wheat Gluten using Up-Scalable Processes
Öppna denna publikation i ny flik eller fönster >>Bio-based and Biodegradable Foams from Wheat Gluten using Up-Scalable Processes
2024 (Engelska)Doktorsavhandling, sammanläggning (Övrigt vetenskapligt)
Abstract [en]

In this thesis, the production of bio-based and biodegradable foams from wheat proteins (wheat gluten) is presented. Wheat gluten, a side stream from the ethanol/starch industry, was processed using both batch and continuous foaming methods. To produce the foams, glycerol, an effective protein plasticiser, was used, with two foaming agents common in food: sodium bicarbonate (SBC) and ammonium bicarbonate (ABC), to generate soft foams with both closed-and open-cell structures. ABC proved to be a better foaming agent in foam extrusion than SBC, but SBC performed well in the batch methods. Due to ABC’s low decomposition temperature, extrusion could take place at a temperature as low as 70 °C.

     Three different multifunctional additives (citric acid, gallic acid and genipin) were also used to influence and improve the foam properties. The mechanical properties showed that some of the materials could be potentially useful in cushioning and sealing applications. The foams also showed a high absorption of saline (model substance for body fluid) and blood (in the form of sheep’s blood), even under mechanical pressure. Based on these results, a wheat gluten-based product was manufactured as a proof-of-concept.

     The degradability of the foam in various relevant environments was studied. It was found that some foams degraded almost completely in soil after 8 weeks and in alkaline water after 5 weeks. It was also demonstrated that the foam also worked as a good fertilizer. As an alternative to direct composting when the foam is no longer used, the possibility of reusing the foam in a different form was evaluated. In this context, it was possible to produce plastic films from the foam.

Abstract [sv]

I denna avhandling presenteras produktion av biobaserade och biologiskt nedbrytbara skum från veteproteiner (vetegluten). Vetegluten, en biprodukt från etanol-/stärkelseindustrin, bearbetades med både batch-metoder och kontinuerliga skummetoder. För att producera skummet användes glycerol, en effektiv proteinmjukgörare, tillsammans med två skumningsmedel som är vanliga inom livsmedelsindustrin: natriumbikarbonat (SBC) och ammoniumbikarbonat (ABC), för att skapa mjuka skum med både slutna och öppna cellstrukturer. ABC visade sig vara ett bättre skumningsmedel vid skumextrudering än SBC, men SBC presterade väl i batchmetoderna. Genom ABC’s låga sönderdelningstemperatur kunde extruderingen ske vid en så låg temperatur som 70 °C.

     Tre olika multifunktionella tillsatser (citronsyra, gallusyra och genipin) användes också för att påverka och förbättra skummets egenskaper. De mekaniska egenskaperna visade att vissa av materialen potentiellt kunde vara användbara i stötdämpande och tätande applikationer. Skummet visade också hög absorption av saltlösning (modellsustans för kroppsvätska) och blod (i form av fårblod), även under mekaniskt tryck. Baserat på dessa resultat tillverkades en veteglutenbaserad produkt som ett konceptbevis.

     Skummets nedbrytbarhet i olika relevanta miljöer studerades. Det visade sig att vissa skum nästan fullständigt bröts ner i jord efter 8 veckor och i alkalisk vattenlösning efter 5 veckor. Det demonstrerades också att skummet fungerade bra som gödningsmedel. Som ett alternativ till direkt kompostering när skummet inte längre används, utvärderades möjligheten att återanvända skummet i en annan form. I detta sammanhang var det möjligt att producera plastfilmer från skummet.

Ort, förlag, år, upplaga, sidor
Stockholm: KTH Royal Institute of Technology, 2024. s. 93
Serie
TRITA-CBH-FOU ; 2024:34
Nyckelord
Biofoam, protein, wheat gluten, batch process, extrusion, absorbents, cushioning, biodegradation., Bioskum, protein, vetegluten, batchmetod, extrudering, absorption, stötdämpning, bionedbrytning.
Nationell ämneskategori
Textil-, gummi- och polymermaterial
Forskningsämne
Fiber- och polymervetenskap
Identifikatorer
urn:nbn:se:kth:diva-353245 (URN)978-91-8106-031-7 (ISBN)
Disputation
2024-10-11, F3, Lindstedtsvägen 26, https://kth-se.zoom.us/j/68040338320, Stockholm, 10:00 (Engelska)
Opponent
Handledare
Anmärkning

QC 20240916

Embargo fram till 2025-10-11 godkänt av skolchef Amelie Eriksson Karlström via e-post

Tillgänglig från: 2024-09-16 Skapad: 2024-09-16 Senast uppdaterad: 2025-12-02Bibliografiskt granskad

Open Access i DiVA

Fulltext saknas i DiVA

Övriga länkar

Förlagets fulltextScopus

Person

Bettelli, Mercedes A.Hu, QisongCapezza, Antonio JoseOlsson, RichardHedenqvist, Mikael S.

Sök vidare i DiVA

Av författaren/redaktören
Bettelli, Mercedes A.Hu, QisongCapezza, Antonio JoseOlsson, RichardHedenqvist, Mikael S.
Av organisationen
Polymera material
I samma tidskrift
Communications Chemistry
Polymerteknologi

Sök vidare utanför DiVA

GoogleGoogle Scholar

doi
urn-nbn

Altmetricpoäng

doi
urn-nbn
Totalt: 553 träffar
RefereraExporteraLänk till posten
Permanent länk

Direktlänk
Referera
Referensformat
  • apa
  • ieee
  • modern-language-association-8th-edition
  • vancouver
  • Annat format
Fler format
Språk
  • de-DE
  • en-GB
  • en-US
  • fi-FI
  • nn-NO
  • nn-NB
  • sv-SE
  • Annat språk
Fler språk
Utmatningsformat
  • html
  • text
  • asciidoc
  • rtf