Wet Process
Formation of materials from a protein solution or dispersion has been studied extensively (Kester and Fennema 1986, Guilbert and Biquet 1989, Donhowe and Fennema 1994). This process under controlled laboratory conditions, requires formation of a thin layer of protein solution. Thus, it is often described as a casting or continuous spreading method. Protein solubility, as defined by Osborne in 1924, varies greatly (Table II); no general procedure to solubilize
proteins for these applications exists. However, it is interesting to know the types and proportions of interactions that need to be broken to solubilize the proteins (Chou and Morr 1979).
For instance, intermolecular disulfide bonds in keratin must be disrupted to obtain homogeneous solutions (Fraser et al 1972). Similarly, the low solubility in water of wheat gluten has been attributed to the low content of ionized polar amino acids (14.0%), to numerous hydrophobic interactions between nonpolar amino acids (39.6%), and to the presence of covalent disulfide bonds (Reiners et al 1973). The water-insolubility of zein could also be due to its high content of nonpolar amino acids (46.6%) (Wall and Paulis 1978, Shewry and Miflin 1985). Moreover, physicochemical
properties and characteristics of proteins in aqueous solvent systems are dependent on pH. Sensitivity of proteins to pH change is usually associated with a high content of ionized polar amino acids (Table II). For instance, zein and keratin films form over a wide pH range because they have low ionized amino acids contents
(10 and 10.7%, respectively), and thus are not sensitive to pH changes (Okamoto 1978). On the other hand, high contents of ionized polar amino acids in soy proteins (25.4%) limit film formation at low pH (Sian and Ishak 1990). Film formation is based on separation of proteins from the solvent phase by precipitation or phase changes due to: 1) changes in solvent conditions (polarity or pH changes, electrolyte additions); 2) thermal treatments (heating); or 3) solvent removal (drying). Film formation by solvent removal is due to increased polymer concentration in the medium, inducing bonds and forming a three-dimensional network. Film formation by collecting the lipoproteic skin formed after boiling heated protein dispersions is due to polymerization of unfolded proteins by heating and solvent removal (Fukushima and Van Buren 1970, Gennadios et al 1994). This process is called simple coacervation when only one macromolecule is involved.
Most protein-based agro-packaging materials have been fabricated by this process. In complex coacervation, however, at least two oppositely charged macromolecules are combined to yield an insoluble mixed polymer by the mechanism of charge neutralization. Association of proteins and chitosans is one example of a potentially interesting method of film formation.
The solvents used to prepare protein film-forming solutions are generally based on water and ethanol, and occasionally acetone. However, dispersing proteins in solvents may require addition of disruptive agents (mercaptoethanol, sodium sulfite, cysteine, sodium borohydride, N-ethylmaleimide), pH adjustment by addition of acids (lactic, hypochloric, or acetic) or bases (ammonium, sodium, or potassium hydroxides, triethylamine), or ionic strength control
by electrolyte addition. The functional properties of agro-packaging materials obtained by the wet process depend on protein concentration in solution, pH, additives, solvent polarity, drying rate, and temperature (Gontard et al 1992, Donhowe and Fennema1993a, Gennadios et al 1993a).
Dry Process
The thermoplastic behavior of proteins has been studied and used to make agro-packaging materials by thermal or thermomechanical processes under low-moisture conditions (i.e., the dry process), similar to those for thermoplastic starch-based materials (Savary et al 1993, Cuq et al 1997d). Thermoplastic properties of proteins were defined in relation to the glass transition theory, which explains textural changes during thermoplastic polymer processing
(Van Krevelan 1976). The glass transition characterizes changes from a metastable glassy state to an unsteady rubbery state, at a specific glass transition temperature. Glass transition induces variations of material physical properties, and more particularly of thermal and mechanical properties. The molecular response of a glassy material as a system transforming from a metastable glassy state to an unsteady rubbery state corresponds to a general increase
in disorder, free volume, and mobility of macromolecules (Ferry 1980, Cherian and Chinachoti 1996). The glass transition phenomenon is affected by macromolecule characteristics, such as
flexibility, size, length of chains, size and polarity of lateral groups, molecular weight, presence of intermolecular covalent bonds or crystal organizations, and by presence and content of plasticizers
(Slade and Levine 1993a, Cherian et al 1995). For instance, the glass transition temperature of wheat gluten is greatly affected by water content as illustrated in Fig. 2. According to Oudet (1994), thermoplastic polymers are macromolecules
where lateral cohesion is only ensured by low-energy interactions sensitive to plasticizers and temperature changes. The
glass transition behavior of proteins depends on type and density of intermolecular interactions. Proteins could thus be considered as partially thermoplastic polymers that could be changed in a reversible way from a rigid state to a soft state through a temperature increase or plasticizer addition. Plasticization (by water or polyhydroxy compounds) is critical for the interaction of proteins to form a continuous network from powdered raw materials. For instance, thermoplastic properties of collagen applied for film fabrication by extrusion are due to the lack of covalent intermolecular
bonds in molecules.
กระบวนการเปียกก่อตัวของวัสดุจากโซลูชันโปรตีนหรือกระจายตัวได้รับการศึกษาอย่างกว้างขวาง (Kester และ Fennema 1986, Guilbert และ Biquet 1989, Donhowe และ Fennema 1994) กระบวนการนี้ภายใต้เงื่อนไขปฏิบัติการควบคุม ต้องการก่อตัวของชั้นบาง ๆ ของโปรตีน ดังนั้น จึงมักจะอธิบายไว้ว่าเป็นการชี้ขาด หรือวิธีแพร่กระจายอย่างต่อเนื่อง โปรตีนละลาย ตามที่กำหนด โดยออสบอร์นใน 1924 เปลี่ยนแปลง (ตาราง II); ไม่มีขั้นตอนทั่วไปให้ solubilizeโปรตีนสำหรับโปรแกรมประยุกต์เหล่านี้แล้ว อย่างไรก็ตาม เป็นที่น่าสนใจเพื่อทราบชนิดและสัดส่วนของการโต้ตอบที่ต้องการใช้งาน solubilize โปรตีน (โชวและ Morr 1979)เช่น ไดซัลไฟด์ intermolecular พันธบัตรใน keratin ต้องได้ระหว่างการสองวันรับเหมือนโซลูชั่น (เฟรเซอร์ et al 1972) ในทำนองเดียวกัน ต่ำละลายในน้ำของตังข้าวสาลีที่มีการบันทึกเนื้อหาต่ำของ ionized โพลาร์กรดอะมิโน (14.0%), โต้ hydrophobic จำนวนมากระหว่างกรดอะมิโน nonpolar (39.6%), และก็ไดซัลไฟด์ covalent พันธบัตร (Reiners et al 1973) Insolubility น้ำของ zein ได้เนื่องจากเนื้อหาที่สูงของกรดอะมิโน nonpolar (46.6%) (ผนัง และ Paulis 1978, Shewry และ Miflin 1985) นอกจากนี้ physicochemicalคุณสมบัติและลักษณะของโปรตีนในระบบอควีตัวทำละลายจะขึ้นอยู่กับค่า pH ความไวของโปรตีนจะเปลี่ยนแปลงค่า pH มักเกี่ยวข้องกับเนื้อหาที่สูงของ ionized โพลาร์กรดอะมิโน (ตาราง II) ได้ เช่น zein และ keratin ฟิล์มแบบที่ช่วง pH ที่กว้างเนื่องจากมีกรดอะมิโน ionized ต่ำเนื้อหา(10.7% และ 10 ตามลำดับ), และไม่ไวต่อการเปลี่ยนแปลง pH (Okamoto 1978) บนมืออื่น ๆ เนื้อหาที่สูงของกรดอะมิโนโพลาร์ ionized ในโปรตีนถั่วเหลือง (25.4%) จำกัดฟิล์มก่อตัวที่ pH ต่ำ (เซียนและ Ishak 1990) ผู้แต่งฟิล์มอยู่แยกของโปรตีนจากเฟสตัวทำละลาย โดยฝนหรือระยะครบกำหนด: 1) การเปลี่ยนแปลงในตัวทำละลาย (เปลี่ยนขั้วหรือ pH อิเล็กโทรเพิ่ม); 2) รักษาความร้อน (ความร้อน); หรือ 3) เอาตัวทำละลาย (แห้ง) ผู้แต่งฟิล์ม โดยเอาตัวทำละลายเนื่องจากความเข้มข้นของพอลิเมอร์เพิ่มขึ้นในระดับปานกลาง inducing พันธบัตร และเป็นเครือข่ายสามมิติได้ ก่อตัวของฟิล์ม โดยการรวบรวมสกิน lipoproteic ที่เกิดขึ้นหลังจากต้มอุ่นเป็นโปรตีน dispersions จาก polymerization ของโปรตีนกางออกโดยทำความร้อนและตัวทำละลายเอา (ฟุกุชิมะและ Van Buren 1970, Gennadios et al 1994) กระบวนการนี้จะเรียกว่า coacervation ง่ายเมื่อ macromolecule เดียวเท่านั้นส่วนใหญ่ใช้โปรตีนเกษตรบรรจุภัณฑ์มีการหลังสร้างโดยกระบวนการนี้ ใน coacervation ซับซ้อน ไร น้อยสอง oppositely macromolecules จะรวมให้พอลิเมอร์ผสมไม่ละลายน้ำ โดยกลไกของปฏิกิริยาสะเทินค่าธรรมเนียมที่ต้องชำระ ความสัมพันธ์ของโปรตีนและ chitosans เป็นตัวอย่างหนึ่งของวิธีอาจสนใจการก่อตัวของฟิล์มหรือสารทำละลายที่ใช้ในการเตรียมวิธีการขึ้นรูปฟิล์มโปรตีนโดยทั่วไปอยู่ในน้ำ และเอทานอล และบางครั้งอะซิโตน อย่างไรก็ตาม การสลายโปรตีนในหรือสารทำละลายอาจเพิ่มขวัญตัวแทน (mercaptoethanol โซเดียมซัลไฟต์ cysteine โซเดียม borohydride, N-ethylmaleimide), ปรับค่า pH โดยการเพิ่มกรด (แล็กติก hypochloric หรืออะซิติก) หรือฐาน (แอมโมเนีย โซเดียม หรือโพแทสเซียม hydroxides, triethylamine), หรือควบคุมความแรงของ ionicโดยนอกจากอิเล็กโทร สมบัติเชิงหน้าที่ของเกษตรบรรจุภัณฑ์ที่ได้รับ โดยการเปียกขึ้นอยู่กับความเข้มข้นของโปรตีนในโซลูชัน pH สาร ขั้วของตัวทำละลาย แห้งอัตรา และอุณหภูมิ (Gontard et al 1992, Donhowe และ Fennema1993a, Gennadios et al 1993a)กระบวนการแห้งเทอร์โมพลาสติกลักษณะการทำงานของโปรตีนมีการศึกษา และใช้ในการทำเกษตรภัณฑ์โดยกระบวนการความร้อนหรือ thermomechanical สภาวะความชื้นต่ำ (เช่น แห้งการ คล้ายกับเทอร์โมพลาสติกแป้งใช้วัสดุ (Savary et al 1993, d Cuq et al 1997) กำหนดไว้เกี่ยวกับแก้วเปลี่ยนทฤษฎี อธิบาย textural เปลี่ยนแปลงระหว่างการแปรรูปพอลิเมอร์เทอร์โมพลาสติกเทอร์โมพลาสติกคุณสมบัติของโปรตีน(Van Krevelan 1976) เปลี่ยนแก้วระบุลักษณะการเปลี่ยนแปลงจากรัฐฟิต metastable สถานะ rubbery unsteady ที่อุณหภูมิการเปลี่ยนแก้วเฉพาะ เปลี่ยนแก้วก่อให้เกิดความแตกต่าง ของคุณสมบัติทางกายภาพของวัสดุ และมากขึ้นโดยเฉพาะคุณสมบัติทางกล และความร้อน การตอบสนองที่โมเลกุลของวัสดุฟิตเป็นระบบเปลี่ยนจากรัฐฟิต metastable สถานะ rubbery unsteady ตรงกับขึ้นทั่วไปในโรค ฟรีเสียง และการเคลื่อนของ macromolecules (เรือ 1980 เชน และ Chinachoti 1996) ปรากฏการณ์เปลี่ยนกระจกจะมีผลต่อลักษณะ macromolecule เช่นความยืดหยุ่น ขนาด ความยาวของโซ่ ขนาด และขั้วของกลุ่มด้านข้าง น้ำหนักโมเลกุล สถานะ intermolecular โคเวเลนต์พันธบัตรหรือองค์กรคริสตัล และสถานะการออนไลน์และเนื้อหาของ plasticizers(สแลดก Levine 1993a เชน et al 1995) เช่น อุณหภูมิการเปลี่ยนแก้วตังข้าวสาลีเป็นมากได้ผลกระทบจากน้ำดังที่แสดงใน Fig. 2 ตาม Oudet (1994), โพลิเมอร์เทอร์โมพลาสติกเป็น macromoleculesที่ด้านข้างสามัคคีจะเท่ามั่นใจ โดยโต้ตอบพลังงานต่ำที่สำคัญ plasticizers และอุณหภูมิที่เปลี่ยนแปลง ที่แก้วเปลี่ยนลักษณะการทำงานของโปรตีนขึ้นอยู่กับชนิดและความหนาแน่นของการโต้ตอบ intermolecular จึงพิจารณาโปรตีนเป็นโพลิเมอร์เทอร์โมพลาสติกบางส่วนที่สามารถเปลี่ยนแปลงในทางย้อนกลับจากสถานะแข็งสถานะอ่อนผ่านอุณหภูมิเพิ่มขึ้นหรือกระด้างไนลเพิ่มเติม Plasticization (โดยสารน้ำหรือ polyhydroxy) เป็นสิ่งสำคัญสำหรับการโต้ตอบของโปรตีนเพื่อสร้างเครือข่ายอย่างต่อเนื่องจากวัตถุดิบที่บดละเอียด ตัวอย่าง เทอร์โมพลาสติกคุณสมบัติของคอลลาเจนที่ใช้ในการผลิตฟิล์มอัดจะขาดแบบ covalent intermolecularพันธบัตรในโมเลกุล
การแปล กรุณารอสักครู่..
กระบวนการเปียกการก่อตัวของวัสดุจากสารละลายโปรตีนหรือการกระจายตัวได้รับการศึกษาอย่างกว้างขวาง (Kester และ Fennema 1986 Guilbert และ Biquet 1989 Donhowe และ Fennema 1994)
กระบวนการนี้จะอยู่ภายใต้เงื่อนไขการทดลองควบคุมต้องมีการก่อตัวของชั้นบางของการแก้ปัญหาที่มีโปรตีน ดังนั้นจึงมักจะอธิบายว่าหล่อหรือวิธีการแพร่กระจายอย่างต่อเนื่อง สามารถในการละลายโปรตีนตามที่กำหนดโดยออสบอร์ในปี 1924 แตกต่างกันมาก (ตารางที่ II);
ไม่มีขั้นตอนทั่วไปที่จะละลายโปรตีนสำหรับการใช้งานเหล่านี้มีอยู่ แต่ก็เป็นที่น่าสนใจที่จะทราบชนิดและสัดส่วนของการสื่อสารที่จะต้องเสียไปละลายโปรตีน (โจวและ Morr 1979).
ตัวอย่างเช่นพันธบัตรซัลไฟด์โมเลกุลในเคราตินจะต้องมีการหยุดชะงักที่จะได้รับการแก้ปัญหาที่เป็นเนื้อเดียวกัน (เฟรเซอร์ et al, 1972) . ในทำนองเดียวกันการละลายต่ำในน้ำของโปรตีนจากข้าวสาลีได้รับการบันทึกเนื้อหาต่ำของกรดอะมิโนขั้วโลกแตกตัวเป็นไอออน (14.0%) ที่จะมีปฏิสัมพันธ์กับน้ำจำนวนมากระหว่างกรดอะมิโนไม่มีขั้ว (39.6%) และการปรากฏตัวของพันธบัตรซัลไฟด์โควาเลนต์ (Reiners et al, 1973) น้ำแก้ไม่ตกของ Zein ยังอาจเป็นเพราะเนื้อหาที่สูงของกรดอะมิโนไม่มีขั้ว (46.6%) (กำแพงและ Paulis 1978 Shewry และ Miflin 1985) นอกจากนี้ทางเคมีกายภาพและลักษณะของโปรตีนในระบบตัวทำละลายน้ำจะขึ้นอยู่กับค่า pH
ความไวของโปรตีนที่มีการเปลี่ยนแปลงค่า pH มักจะเกี่ยวข้องกับเนื้อหาสูงของกรดอะมิโนขั้วโลกแตกตัวเป็นไอออน (ตารางที่ II) ยกตัวอย่างเช่น Zein และเคราตินในรูปแบบภาพยนตร์ในช่วง pH กว้างเพราะพวกเขามีเนื้อหาต่ำกรดอะมิโนแตกตัวเป็นไอออน
(10 และ 10.7% ตามลำดับ) และจึงไม่ไวต่อการเปลี่ยนแปลงค่า pH (Okamoto 1978) ในทางกลับกันเนื้อหาสูงของกรดอะมิโนขั้วโลกแตกตัวเป็นไอออนในโปรตีนถั่วเหลือง (25.4%) การสร้างภาพยนตร์เรื่องวงเงินที่ pH ต่ำ (เซียนและอิสฮัค 1990) การสร้างภาพยนตร์เรื่องนี้ขึ้นอยู่กับการแยกโปรตีนจากขั้นตอนการทำละลายจากการเปลี่ยนแปลงหรือการเร่งรัดขั้นตอนเนื่องจาก 1) การเปลี่ยนแปลงในสภาพตัวทำละลาย (ขั้วหรือการเปลี่ยนแปลงค่า pH เพิ่มเติมอิเล็ก); 2) การรักษาความร้อน (ความร้อน); หรือ 3) การกำจัดตัวทำละลาย (อบแห้ง) ฟิล์มโดยการกำจัดตัวทำละลายเป็นเพราะความเข้มข้นของพอลิเมอที่เพิ่มขึ้นในกลางที่กระตุ้นให้เกิดการลงทุนในพันธบัตรและสร้างเครือข่ายสามมิติ ฟิล์มโดยการเก็บรวบรวมผิว lipoproteic เกิดขึ้นหลังจากเดือดกระจายโปรตีนอุ่นเป็นเพราะพอลิเมอของโปรตีนกางออกด้วยความร้อนและการกำจัดตัวทำละลาย (ฟุกุชิมะและ Van Buren 1970 Gennadios et al, 1994) กระบวนการนี้เรียกว่า coacervation ง่ายเมื่อเพียงหนึ่งโมเลกุลที่มีส่วนเกี่ยวข้อง.
ส่วนใหญ่ที่ใช้โปรตีนเกษตรวัสดุบรรจุภัณฑ์ที่ได้รับการประดิษฐ์โดยขั้นตอนนี้ ใน coacervation ซับซ้อน แต่อย่างน้อยสองโมเลกุลเรียกเก็บตรงข้ามจะรวมกันเพื่อให้ผลผลิตลิเมอร์ผสมที่ไม่ละลายน้ำโดยกลไกของการวางตัวเป็นกลางค่าใช้จ่าย สมาคมของโปรตีนและไคโตซานเป็นหนึ่งในตัวอย่างของวิธีการที่น่าสนใจของหนังเรื่องนี้ที่อาจก่อ.
ตัวทำละลายที่ใช้ในการเตรียมความพร้อมการแก้ปัญหาโปรตีนขึ้นรูปฟิล์มขึ้นอยู่ทั่วไปในน้ำและเอทานอลและบางครั้งอะซีโตน แต่กระจายโปรตีนในตัวทำละลายอาจจำเป็นต้องมีการเพิ่มของตัวแทนก่อกวน (mercaptoethanol, โซเดียมซัลไฟต์, cysteine, borohydride โซเดียม N-ethylmaleimide) การปรับค่า pH โดยการเติมกรด (แลคติก hypochloric หรืออะซิติก) หรือฐาน (แอมโมเนียมโซเดียมหรือ ไฮดรอกไซโพแทสเซียม triethylamine)
หรือควบคุมความแรงของไอออนิกโดยการเติมอิเล็กโทรไล คุณสมบัติการทำงานของวัสดุเกษตรบรรจุภัณฑ์ที่ได้รับจากกระบวนการเปียกขึ้นอยู่กับความเข้มข้นของโปรตีนในสารละลายกรดด่าง, สารขั้วตัวทำละลายอัตราการอบแห้งและอุณหภูมิ (Gontard et al, 1992 Donhowe และ Fennema1993a, Gennadios et al, 1993a). กระบวนการแห้งพฤติกรรมเทอร์โมของโปรตีนที่ได้รับการศึกษาและใช้ในการทำวัสดุเกษตรบรรจุภัณฑ์โดยกระบวนการความร้อนหรือ thermomechanical ภายใต้สภาวะที่มีความชื้น (เช่นกระบวนการแห้ง) คล้ายกับที่สำหรับวัสดุแป้งที่ใช้เทอร์โม (Savary et al, 1993 Cuq et al, 1997d) เทอร์โมคุณสมบัติของโปรตีนที่ถูกกำหนดในความสัมพันธ์กับทฤษฎีการเปลี่ยนกระจกซึ่งจะอธิบายการเปลี่ยนแปลงเนื้อสัมผัสระหว่างการประมวลผลลิเมอร์เทอร์โม(Van Krevelan 1976) การเปลี่ยนแปลงลักษณะแก้วเปลี่ยนแปลงจากสถานะคล้ายแก้ว metastable ไปสู่สภาพยางไม่คงที่อุณหภูมิเปลี่ยนกระจกที่เฉพาะเจาะจง ก่อให้เกิดการเปลี่ยนกระจกรูปแบบของคุณสมบัติทางกายภาพของวัสดุและอื่น ๆ โดยเฉพาะอย่างยิ่งของสมบัติทางความร้อนและเครื่องจักรกล การตอบสนองในระดับโมเลกุลของวัสดุที่เป็นเหลือบเปลี่ยนระบบจากสถานะคล้ายแก้ว metastable ไปสู่สภาพยางไม่คงที่สอดคล้องกับการเพิ่มขึ้นทั่วไปในความผิดปกติปริมาณฟรีและการเคลื่อนไหวของโมเลกุล(เฟอร์รี่ 1980 Cherian และ Chinachoti 1996) ปรากฏการณ์เปลี่ยนกระจกเป็นผลมาจากลักษณะโมเลกุลเช่นความยืดหยุ่นขนาดความยาวของโซ่ขนาดและขั้วของกลุ่มด้านข้างน้ำหนักโมเลกุล, การปรากฏตัวของโมเลกุลพันธะโควาเลนหรือองค์กรคริสตัลและโดยการแสดงตนและเนื้อหาของพลาสติก (สเลดและ Levine 1993a, Cherian et al, 1995) ยกตัวอย่างเช่นการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิแก้วโปรตีนจากข้าวสาลีได้รับผลกระทบอย่างมากจากปริมาณน้ำดังแสดงในรูปที่ 2. ตามที่ Oudet (1994), โพลีเมอร์โมเป็นโมเลกุลที่ทำงานร่วมกันด้านข้างจะมั่นใจโดยเฉพาะการมีปฏิสัมพันธ์พลังงานต่ำมีความไวต่อพลาสติกและการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิ พฤติกรรมเปลี่ยนกระจกของโปรตีนขึ้นอยู่กับชนิดและความหนาแน่นของการมีปฏิสัมพันธ์ระหว่างโมเลกุล โปรตีนจึงอาจถือได้ว่าเป็นโพลีเมอร์โมบางส่วนที่อาจมีการเปลี่ยนแปลงในทางที่ย้อนกลับจากรัฐแข็งไปยังรัฐที่นุ่มผ่านการเพิ่มขึ้นของอุณหภูมิหรือนอกจากนี้พลาสติ Plasticization (โดยน้ำหรือสาร polyhydroxy) เป็นสิ่งสำคัญสำหรับการทำงานร่วมกันของโปรตีนในรูปแบบเครือข่ายอย่างต่อเนื่องจากวัตถุดิบผง ยกตัวอย่างเช่นคุณสมบัติของเทอร์โมคอลลาเจนที่ใช้สำหรับการผลิตภาพยนตร์โดยการอัดขึ้นรูปจะเกิดจากการขาดโมเลกุลโควาเลนต์พันธบัตรในโมเลกุล
การแปล กรุณารอสักครู่..