Utilization of canola proteins for the production of polymeric materials

Soy proteins have been utilized in many applications such as food ingredient, bio-based films and composites. The advantages of utilizing plant proteins as feedstocks for bio-based polymers are their biodegradability, biocompatibility and low toxicity. Because soy proteins are used in the food indus...

Full description

Bibliographic Details
Main Author: Shi, Weida
Other Authors: Marie-Josee Dumont (Internal/Supervisor)
Format: Others
Language:en
Published: McGill University 2014
Subjects:
Online Access:http://digitool.Library.McGill.CA:80/R/?func=dbin-jump-full&object_id=123319
Description
Summary:Soy proteins have been utilized in many applications such as food ingredient, bio-based films and composites. The advantages of utilizing plant proteins as feedstocks for bio-based polymers are their biodegradability, biocompatibility and low toxicity. Because soy proteins are used in the food industry, and given that it their utilization is becoming controversial due to the bio-based material versus food debate, other protein sources should be investigated as replacement. Therefore, a thorough review of the literature about proteins source which are not commonly used for bio-based polymer applications was performed. Through this review, it was found that canola proteins have an amino acid profile similar to soy proteins. However, the presence of anti-nutritional compounds has limited their utilization in the food industry. In the light of this, the development of bio-based polymeric materials from canola proteins was targeted. More specifically, bio-based films and super-absorbent hydrogels were developed. Canola protein-based films were developed by solution casting. This method consists in solubilizing proteins in a solvent alongside with plasticizers and additives, if required. For this study, proteins were dissolved in water at pH 11 and glycerol was used as the main plasticizer. Stearic acid acted as co-plasticizer in some experiments. Moreover, in some experiments, sodium dodecyl sulfate (SDS) has been used as protein denaturant in order to improve the physical properties of the films. The effects of the plasticizers and additive on the functional properties of the films were investigated. From the results, it was shown SDS was effective at improving the mechanical properties and water absorption of the films. The water absorption capacity was the most interesting result as these films could retain water up to 1115%. It is important to note that these films were not specifically design for high water absorption. Due to the water absorption results, canola proteins were investigated as raw material for the synthesis of superabsorbent hydrogels. These hydrogels were synthesized by solution based graft copolymerization of partially neutralized acrylic acid monomers on canola protein backbones in the presence of a crosslinker (N,N'-methylenebis (acrylymide)) and initiators (sodium bisulfite and potassium persulfate). The effects of the crosslinker, initiator and neutralization degree of acrylic acid on the thermal and swelling properties of hydrogels were studied. These superabsorbent hydrogels achieved extraordinary water absorption in distilled water, reaching to 448 g/g of hydrogel in 48 hours. Canola protein-based hydrogels were highly sensitive to the saline and pH environment of the solutions. === Les protéines de soja ont été utilisées pour de nombreuses applications telles que ingrédient alimentaire, films bio-sourcés et composites. Les avantages de l'utilisation des protéines végétales comme matières premières pour les bio-polymères sont leur biodégradabilité, biocompatibilité et une faible toxicité. Parce que les protéines de soja sont utilisées dans l'industrie alimentaire, et étant donné que leur utilisation est controversée en raison de débats sur l'utilisation d'ingrédients destinés à la consommation pour la production de matériaux, d'autres sources de protéines doivent être étudiées comme remplacement. Par conséquent, une revue de la littérature sur les sources de protéines qui ne sont pas couramment utilisées pour la produciton de matériaux bio-sourcés a été réalisée. Grâce à cette revue de la littérature, il a été constaté que les protéines de canola ont un profil d'acides aminés similaire à celui des protéines de soja. Toutefois, la présence de composés antinutritionnels a limité leur utilisation dans l'industrie alimentaire. Dans ce contexte, le développement de matériaux polymères à base de protéines de canola a été ciblé. Plus précisément, les films bio-sourcés et les hydrogels super-absorbants ont été développés.Les films à base de protéines de canola ont été développés par voie humide. Cette méthode consiste à solubiliser les protéines dans un solvant. L'ajour de plastifiants et additifs est souvent essentiel. Pour cette étude, les protéines ont été dissoutes dans l'eau à pH 11. Le glycérol a été utilisé comme plastifiant principal. De l'acide stéarique a agi comme co-plastifiant dans certaines expériences. De plus, du dodécyl sulfate de sodium (SDS) a été utilisé comme dénaturant afin d'améliorer les propriétés physiques de certain films. L'effet des plastifiants et des additifs sur les propriétés physiques des films a été étudié. D'après les résultats, il a été démontré que le SDS a été efficace pour améliorer les propriétés mécaniques et l'absorption d'eau des films. La capacité d'absorption de l'eau a été le résultat le plus intéressant. Certain de ces films peuvent retenir l'eau jusqu'à 1115 %. En raison des résultats d'absorption eau, les protéines de canola ont été étudiées comme matière première pour la synthèse des hydrogels super absorbants. Ces hydrogels ont été synthétisés en solution par copolymérisation avec greffage d'acide acrylique sur les protéines de canola en présence d'un agent de réticulation (N, N'-méthylène bis (acrylymide)) et d'initiateurs (sodium bisulfite et potassium persulfate). Les effets du degré de réticulation, initiateur et degré de neutralisation de l'acide acrylique sur les propriétés physiques des hydrogels ont été étudiés. Ces hydrogels super absorbants on atteint une capacité d'absorption d'eau de 448 g/g d'hydrogel en 48 heures. Ces hydrogels ont démontrés une très grande sensibilité à l'environnement salin et au pH des solutions.