DEVELOPMENT OF BIOFOAM FROM WHEAT GLUTEN AND WHEAT STARCH BLEND FOR FOOD PACKAGING

Abstract

Biofoams based on wheat gluten and wheat starch were fabricated by thermal compression molding to replace petroleum-based polymer foams, especially polystyrene paper foam (PSP foam) used as food packaging trays. This research aimed to study the effects of blowing agent (sodium hydrogen carbonate), ratios of wheat gluten and gelatinized wheat starch as polymer matrix, ratios of water and glycerol as plasticizers, and crosslinking agent (borax) on cell foam characteristics, bulk density, flexural properties, hardness, color and water absorption compared with those of commercial PSP foam. Scanning electron microscopy analysis revealed the biofoams had open-cell structure. Density of foams increased as the blowing agent concentration because the blowing agent acted as nuclei for foam cell formation while the amount of the blowing agent had no significant influence on flexural properties. Increasing wheat gluten/gelatinized wheat starch ratios (higher wheat gluten content in the polymer matrix) led to a decrease in bulk density but an increase in flexural modulus and strength. In the case of varying the water/glycerol ratios, lower density and higher flexural properties were observed when the water/glycerol ratios increased (lower glycerol content in the biofoams). Incorporation of the crosslinking agent did not affect bulk density as well as color of biofoams whereas flexural properties and hardness of biofoams improved as the crosslink agent concentration. It was found that biofoams provided superior flexural properties and hardness to the commercial PSP foam. However, bulk density and water absorption resistance of the biofoams were higher than those of the PSP foam.

โฟมชีวภาพเตรียมได้จากกลูเตนจากแป้งสาลีและแป้งสาลีที่ถูเจลาติไนซ์ด้วยการขึ้นรูปแบบอัดโดยใช้ความร้อน โฟมชีวภาพที่เตรียมขึ้นนี้จะนำมาใช้เพื่อแทนที่โฟมพอลิเมอร์ที่เตรียมจากสารปิโตรเลียม โดยเฉพาะอย่างยิ่งโฟมพอลิสไตรีน ซึ่งใช้เป็นถาดบรรจุอาหาร งานวิจัยนี้มีวัตถุประสงค์เพื่อศึกษาอิทธิพลของสารฟู (โซเดียมไฮโดรเจนคาร์บอเนต) อัตราส่วนระหว่างกลูเตนจากแป้งสาลีและแป้งสาลีที่ถูกเจลาติไนซ์ซึ่งทำหน้าที่เป็นพอลิเมอร์เมทริซ์ อัตราส่วนระหว่างน้ำต่อกลีเซอรอลซึ่งทำหน้าที่เป็นพลาสติกไซเซอร์ และสารเชื่อมขวาง (บอแรกซ์) ที่มีต่อลักษณะเซลล์โฟม ความหนาแน่นรวม สมบัติแรงดัดงอ ความแข็ง สี และการดูดซึมน้ำของโฟมชีวภาพโดยเปรียบเทียบกับโฟมพอลิสไตรีนที่ใช้ในทางการค้า จากการวิเคราะห์ด้วยเทคนิคจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบส่องกราดพบว่าโฟมชีวภาพมีโครงสร้างเป็นเซลล์เปิด เมื่อปริมาณสารฟูเพิ่มขึ้นจะส่งผลให้ความหนาแน่นรวมของโฟมชีวภาพลดลง เนื่องจากสารฟูทำหน้าที่เป็นจุดเริ่มต้นของการเกิดเซลล์โฟมซึ่งเซลล์โฟมมีปริมาณมากจะทำให้ความหนาแน่นของโฟมต่ำ แต่การเพิ่มปริมาณสารฟูไม่ส่งผลต่อสมบัติแรงดัดงอ เมื่ออัตราส่วนระหว่างกลูเตนจากแป้งสาลีและแป้งสาลีที่ถูกเจลาติไนซ์เพิ่มขึ้น (ปริมาณกลูเตนในพอลิเมอร์เมทริกซ์เพิ่มขึ้น) จะทำให้ความหนาแน่นรวมของโฟมลดลงขึ้น และค่ามอดูลัสของการโค้งงอและการทนต่อการโค้งงอเพิ่มขึ้น ในกรณีที่มีการเปลี่ยนแปลงอัตราส่วนระหว่างน้ำต่อกลีเซอรอลนั้นพบว่าความหนาแน่นรวมลดลง และสมบัติแรงดัดงอสูงขึ้นตามการเพิ่มขึ้นของอัตราส่วนระหว่างน้ำต่อกลีเซอรอล (ปริมาณกลีเซอรอลน้อยลง) การเติมสารเชื่อมขวางลงในโฟมไม่ส่งผลต่อความหนาแน่นรวมและการเปลี่ยนแปลงของสีในโฟมชีวภาพ ในขณะที่สมบัติแรงดัดงอและความแข็งของโฟมเพิ่มขึ้นตามปริมาณของสารเชื่อมขวาง เมื่อเปรียบเทียบสมบัติทางกายภาพและสมบัติเชิงกลของโฟมชีวภาพและโฟมพอลิสไตรีน พบว่าโฟมชีวภาพมีสมบัติแรงดัดงอและความแข็งที่สูงกว่าโฟมพอลิสไตรีน อย่างไรก็ตามความหนาแน่นรวมและการดูดซึมน้ำของโฟมชีวภาพสูงกว่าโฟมพอลิสไตรีน