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          Last update : February 5, 2014
Contribution to the study of gluten as material: contribution of different types of lignins

Contribution à l'étude du gluten comme matériau : apport de lignines de différentes natures


Antoine Duval

Grenoble INP-Pagora


PhD thesis defended on November 15, 2013
Thèse soutenue le 15 Novembre 2013

LGP2

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Abstract

   


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Wheat gluten, a set of proteins from the wheat kernel, is commonly used to process polymeric materials, usually in the presence of glycerol as a plasticizer. Its use is however limited, because of its high sensitivity to water and relatively poor mechanical properties when compared to synthetic polymers. The influence of the glycerol content on the water absorbance, the phase separation and their glass transition were first studied.

Then, another biopolymer, wood lignin, has been incorporated into the materials in order to enhance their properties. The influence of different types of lignin from the paper pulp industry, Kraft lignin and lignosulfonates, have been investigated. Kraft lignin addition enhances materials rigidity and thermal properties, and reduces the water sensitivity, whereas lignosulfonates allow to decrease the glycerol content, resulting in better mechanical properties and reduced water sensitivity.

To gain insights into the interactions between gluten and lignins, several fractionation procedures have then been carried out. The influence of the protein type and lignin molecular mass could be pointed out, and were correlated to the materials macroscopic properties.

Résumé

Le gluten, un ensemble de protéines contenues dans le grain de blé, peut être utilisé pour formuler des matériaux polymères, le plus souvent en présence de glycérol comme plastifiant. Ces matériaux sont généralement limités par une forte sensibilité à l’eau, ainsi que par des propriétés mécaniques faibles devant celles des polymères synthétiques. L’influence de la teneur en glycérol sur l’absorption d’eau des matériaux, ainsi que sur la répartition des phases et leur relaxation, a été évaluée dans un premier temps.

Puis, un second biopolymère, la lignine, issue du bois, a été incorporé dans les matériaux pour en améliorer les propriétés. L’influence de plusieurs lignines, obtenues comme co-produit des industries papetières (lignine Kraft et lignosulfonates), a ainsi été évaluée. La lignine Kraft permet d’améliorer la rigidité et les propriétés thermiques des matériaux, ainsi que de limiter leur sensibilité à l’eau, tandis que l’ajout de lignosulfonates permet de réduire la teneur en glycérol, avec pour conséquence de limiter la sensibilité à l’eau et d’améliorer les propriétés mécaniques.

Différentes étapes de fractionnement des matières premières ont ensuite permis de mieux interpréter les interactions existant entre le gluten et les lignines, et de les corréler aux propriétés macroscopiques des matériaux. L’influence de la nature des protéines et de la masse molaire des lignines ont ainsi pu être mises en évidence.

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