Castor Bean Cake Protein-based Biodegradable Films: Gallic Acid Effect

Abstract: The objective of this work was to evaluate the effect of gallic acid (GA) concentration on some physical properties and biodegradability of films produced with proteins extracted from the castor bean cake. The films, prepared by the casting technique, showed homogeneous and brownish appearance. As the GA concentration increased (from 0 to 10 g/100 g protein), the films gradually became darker and more opaque; while the gloss had few significant differences. Solubility, tensile strength and elasticity modulus values of films varied due to changing concentrations of gallic acid. Elongation at break and water vapor permeability values did not have significant changes. A 60% mineralization value of the film containing GA was obtained at 21 days, evidencing its biodegradability. These dark and opaque films could be used in agriculture, specifically in seedling bags as the dark color decrease the incidence of light, preventing root weakening, and the seedlings can be transplanted directly without removal of the film.

Caracterização química, bioquímica e físico-química da torta de mamona para seu aproveitamento na produção de material biodegradável e na alimentação animal / Chemical, biochemical and physical-chemical characterization of castor seed pulp for utilization as biodegradable material and as animal feed

Atualmente, há um grande incentivo governamental para a produção de biodiesel a partir de óleo de mamona. O aumento na fabricação desse óleo irá aumentar a produção de torta de mamona, que tem grande potencial de emprego na tecnologia de material biodegradável e utilização na alimentação animal, se destoxificada. Os objetivos desta tese foram a caracterização química da torta de mamona, a extração de suas proteínas para desenvolvimento de material biodegradável, e a caracterização do resíduo sólido do processo de extração, visando seu uso na alimentação animal. A extração das proteínas da torta de mamona foi feita por solubilização em meio alcalino. Inicialmente, diversos parâmetros (velocidade de agitação, concentração da torta na solução extratora e temperatura de extração) foram testados no intuito de aumentar o rendimento de extração das proteínas, utilizando-se NaOH (pH = 9). Em seguida, diversos experimentos foram realizados para se avaliar os efeitos do pH (8-12) e/ou do tipo de agente alcalino (NaOH, KOH e Ca(OH)2) na extração das proteínas da torta de mamona, sempre à temperatura de 50°C, velocidade de agitação de 400rpm, e concentração da torta na solução extratora de 20%. Os extratos proteicos obtidos foram liofilizados (EPL), e os resíduos foram desidratados em estufa (40°C/24 horas). [...] Os resultados de todos os experimentos de extração das proteínas da torta de mamona permitiram escolher os melhores parâmetros de extração: temperatura = 50°C, velocidade de agitação = 400rpm, concentração da torta na solução extratora = 20%, pH = 12 e agente alcalinizante = NaOH. Em conclusão, o processo de extração de proteínas por solubilização alcalina permitiu a produção de concentrado proteico com características interessantes para a produção de material biodegradável (agricultura e biofilmes), e de resíduos ainda com alto teor de proteínas e de fibras, isento de ricina, podendo, portanto ser utilizado na alimentação animal.

Presently, there is large government incentive for biodiesel production from castor seed oil. The increase of this oil fabrication will raise the production of castor seed pulp, which has great potential for utilization for biodegradable material technology and for animal feed, if detoxified. The objectives of this research were the chemical characterization of the castor seed pulp, the extraction of the proteins for biodegradable material developing, and the characterization of the solid residue of the extraction process, aiming its use for animal feed. The protein extraction from the castor seed pulp was made through solubilization in alkaline medium. Initially, several parameters (stirring speed, pulp concentration in the extraction solution and extraction temperature) were tested aiming the optimization of the protein extraction yield, using NaOH (pH 9). Subsequently, several experiments were realized to evaluate the effects of pH (8-12) and/or of the type of alkaline agent (NaOH, KOH and CaOH) on the castor seed pulp protein extraction, always at 50 °C, 400rpm stirring speed, and 20 % pulp concentration in the extraction solution. The obtained protein extracts were lyophilized (EPL), and the residues were dehydrated in stove (40 °C/24 h). [...] Ricin was not observed in the residues obtain at pH 12. The results of all the experiments of protein extraction of the castor seed pulp allowed to select the best extraction parameters: temperature = 50 °C, stirring speed = 400rpm, castor seed pulp concentration in the extraction solution = 20 %, pH = 12 and alkaline agent = NaOH. In conclusion, through the alkaline protein extraction process it was possible to achieve a protein concentrate with interesting properties for biodegradable material production (agriculture and biofilms), and of ricinless residues which still have high content of proteins and fiber that can be used for animal feed.

Lignin concentration in oat (Avena byzantina L. ) aerial part as measured by four analytical methods

The current analytical methods to quantify lignin in forages are not satisfactory. A spectrophotometric method, the acetyl bromide lignin(ABL), has been employed to determine lignin concentration in forages; however, it suffers from the lack of an ideal standard with which the optical density readings of samples are compared to. A lignin, extracted from the plant with a solution of acidic dioxane, was employed to build a calibration curve for this method. This procedure was then compared with other methods (acid detergent lignin - ADL, Klason lignin – KL and potassium permanganate lignin – PerL) to determine lignin content on different fractions (stem, leaf and whole plant) of eight oat cultivars (Avena byzantina L.). There was no agreement among the four methods. In general, ABL and KL methods yielded thehighest values while ADL method yielded the lowest, particularly for the young plants. Lignin concentration was higher in the stem fractionas compared to leaf. It was detected influence of maturity stage in the investigated samples. It is concluded that the ABL method employingas standard lignin extracted with acidic dioxane has potential to be employed as a method to determine lignin concentration.

Os métodos analíticos para quantificar a concentração de lignina atualmente em uso não se tem mostrado satisfatórios. Um método espectrofotométrico, a lignina brometo de acetila (LBA) tem sido empregado para determinar o teor de lignina em plantas forrageiras; entretanto, padece da inexistência de um padrão de referência ideal, com o qual as leituras de densidade óptica das amostras são comparadas. Uma lignina, extraída da planta com solução ácida dedioxano, foi empregada para a construção de uma curva de calibração para o método em questão. Este procedimento foi comparado com outros métodos (lignina detergente ácido - LDA, lignina Klason –LK e lignina permanganato de potássio - LPer) na estimativa do teor de lignina em diferentes frações vegetais (caule, folha e parte aérea) de oito cultivares de aveia (Avena byzantina L.). Não houve concordância de valores entre os quatro métodos analíticos. Num âmbito geral,LBA e LK forneceram as maiores estimativas enquanto a LDA resultounos menores valores, particularmente nas amostras de plantas mais jovens. A concentração de lignina foi mais elevada na fração caule do que na folha. Foi detectado efeito da maturidade nas amostras analisadas. Conclui-se que o método LBA usando como padrão de referência a lignina extraída com dioxano ácido tem potencial para ser empregado nas determinações dos teores de lignina.

Lignin concentration in oat (Avena byzantina L. ) aerial part as measured by four analytical methods / Concentração de lignina na parte aérea da aveia (Avena byzantina L.) medida por quatro métodos analíticos

The current analytical methods to quantify lignin in forages are not satisfactory. A spectrophotometric method, the acetyl bromide lignin(ABL), has been employed to determine lignin concentration in forages; however, it suffers from the lack of an ideal standard with which the optical density readings of samples are compared to. A lignin, extracted from the plant with a solution of acidic dioxane, was employed to build a calibration curve for this method. This procedure was then compared with other methods (acid detergent lignin - ADL, Klason lignin KL and potassium permanganate lignin PerL) to determine lignin content on different fractions (stem, leaf and whole plant) of eight oat cultivars (Avena byzantina L.). There was no agreement among the four methods. In general, ABL and KL methods yielded thehighest values while ADL method yielded the lowest, particularly for the young plants. Lignin concentration was higher in the stem fractionas compared to leaf. It was detected influence of maturity stage in the investigated samples. It is concluded that the ABL method employingas standard lignin extracted with acidic dioxane has potential to be employed as a method to determine lignin concentration.(AU)

Os métodos analíticos para quantificar a concentração de lignina atualmente em uso não se tem mostrado satisfatórios. Um método espectrofotométrico, a lignina brometo de acetila (LBA) tem sido empregado para determinar o teor de lignina em plantas forrageiras; entretanto, padece da inexistência de um padrão de referência ideal, com o qual as leituras de densidade óptica das amostras são comparadas. Uma lignina, extraída da planta com solução ácida dedioxano, foi empregada para a construção de uma curva de calibração para o método em questão. Este procedimento foi comparado com outros métodos (lignina detergente ácido - LDA, lignina Klason –LK e lignina permanganato de potássio - LPer) na estimativa do teor de lignina em diferentes frações vegetais (caule, folha e parte aérea) de oito cultivares de aveia (Avena byzantina L.). Não houve concordância de valores entre os quatro métodos analíticos. Num âmbito geral,LBA e LK forneceram as maiores estimativas enquanto a LDA resultounos menores valores, particularmente nas amostras de plantas mais jovens. A concentração de lignina foi mais elevada na fração caule do que na folha. Foi detectado efeito da maturidade nas amostras analisadas. Conclui-se que o método LBA usando como padrão de referência a lignina extraída com dioxano ácido tem potencial para ser empregado nas determinações dos teores de lignina.(AU)