BR112016025811B1 - Processo eletroquímico e sistema para conservação de pelo menos um alimento perecível - Google Patents

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Abstract

PROCESSO E SISTEMA ELETROQUÍMICOS PARA A CONSERVAÇÃO DE ALIMENTOS PERECÍVEIS. Processos e sistemas eletroquímicos para a conservação de alimentos perecíveis são descritos. O processo e o sistema levam em conta a conservação de alimentos perecíveis na presença de umidade de água, melanina, ou um precursor, derivado, análogo ou vari-ante de melanina, e energia eletromagnética, tal como a energia luminosa visível ou invisível. Existe uma necessidade na técnica para métodos e processos melhorados para conservar alimentos perecíveis que superem certas desvantagens associadas aos métodos conhecidos para a conservação de alimentos perecíveis, tais como a adição de conservantes, refrigeração/congelamento, secagem/desidratação de alimentos, e armazenagem sob vácuo. A invenção satisfaz esta necessidade em fornecer um processo e um sistema para conservar alimentos perecíveis na presença de umidade de água, energia eletromagnética e melanina, precursores de melanina, derivados de melanina, análogos de melanina ou variantes de melanina.

Description

CAMPO DA INVENÇÃO
[001] A invenção refere-se aos processos e sistemas para conservação de alimentos perecíveis.
FUNDAMENTOS DA INVENÇÃO
[002] A deterioração de alimentos é o processo pelo qual o alimento deteriora-se até um ponto em que não é mais comestível, ou adequado para o consumo humano. O alimento capaz de deteriorar é conhecido como alimento perecível, e exemplos comuns de alimentos perecíveis incluem frutas e legumes. Muitos fatores diferentes podem provocar a deterioração do alimento, ou afetar a taxa na qual o alimento se deteriora, tais como oxidação, degradação enzimática, temperatura, umidade e microorganismos (por exemplo, bactérias, mofo, leveduras). Assim, os métodos para prevenir, reduzir ou atrasar a deterioração dos alimentos tentam neutralizar um ou mais destes fatores. Tais métodos incluem a adição de conservantes, refrigeração/congelamento, secagem/desidratação de alimentos, e armazenamento sob vácuo (por exemplo, conservas). Visto que a exposição ao oxigênio e a luz solar são duas das principais fontes de oxidação do alimento, o alimento também é muitas vezes armazenado no escuro para reduzir a exposição à luz solar ou lacrados com cera ou outro revestimento protetor para reduzir a exposição ao oxigênio no ar, para reduzir ainda mais a deterioração de alimentos.
[003] No entanto, os métodos anteriormente mencionados de conservação de alimentos possuem algumas limitações. Mais especificamente, a adição de conservantes pode alterar o sabor do alimento, e dependendo do conservante particular adicionado, também pode introduzir produtos químicos nos alimentos que podem provocar efeitos adversos quando consumidos. Além disso, refrigeração, congelamento, desidratação e conservação em recipientes podem apenas conservar os alimentos por um período limitado de tempo antes que o alimento comece a deteriorar ou a qualidade e o sabor do alimento se deteriore a um ponto em que não se possa mais consumi-lo, mesmo embora o alimento possa não ter se estragado e ainda assim seja seguro para o consumo humano. Adicionalmente, a oxidação do alimento pode ainda ocorrer facilmente no alimento que é refrigerado ou congelado. Existe também o problema da descoloração alimentar.
[004] Assim, os antioxidantes também foram utilizados como aditivos para prevenir ou retardar a deterioração dos alimentos. Os antioxidantes são moléculas que inibem a oxidação de outras substâncias ou moléculas. Os antioxidantes utilizados como aditivos para a conservação de alimentos incluem antioxidantes naturais, tais como ácido ascórbico, retinóis, bioflavonoides e tocoferóis, e antioxidantes sintéticos, tais como hidroxitolueno butilado e hidroxianisol butilado. No entanto, a segurança dos antioxidantes sintéticos tem sido colocada em dúvida.
[005] Recentemente, hidrogênio diatômico (H2) foi demonstrado de ter propriedades antioxidantes. Foi também demonstrado que de atuar como um descontaminante de espécies reativas ao oxigênio (ROS). Ver, por exemplo, Hong et al. “Hydrogen as a Selective Antioxidant: A Review of Clinical and Experimental Studies” J. Int. Med. Res. 38: 1893-1903 (2010); e Shulin Liu, Xuejun Sun, and Hengyi Tao “Hydrogen: From a Biologically Inert Gas to a Unique Antioxidant,” Oxidative-Stress-Molecular Mechanisms and Biological Effects Chapter 8, pages 135-133 (2012), edited by Dr. Volodymyr Lushchak ISBN: 978953-51-0554-1, InTech. No entanto, pelo que sabemos do inventor, o uso de H2 na conservação de alimento ainda não foi explorado.
[006] A capacidade intrínseca do pigmento melanina em absorver energia e utilizar a energia absorvida para catalisar a eletrólise de água em hidrogênio e oxigênio também foi recentemente descoberta. Em particular, observou-se que após a divisão da molécula de água pela melanina, a reação inversa pode ocorrer, consequentemente reformando a molécula de água e liberando energia. Assim, a melanina absorve todos os comprimentos de onda de energia eletromagnética, incluindo a energia luminosa visível e invisível, e dissipa essa energia absorvida por meio da dissociação de água e sua consequente reforma. Um processo fotoeletroquímico para gerar energia utilizando melanina, ou os análogos, precursores, derivados ou variantes de melanina, está descrito na Patente U.S. No 8.455.145.
[007] A melanina é ubíqua na natureza e é composta de nitrogênio,oxigênio, hidrogênio e carbono. Durante muitos anos, a melanina não tinha função biológica ou fisiológica atribuída a ela, exceto de ser considerada como um filtro solar simples com um baixo fator de proteção equivalente àquele de uma solução de sulfato de cobre a 2 %. A melanina também foi considerada a molécula mais escura conhecida porque é capaz de absorver energia de quase qualquer comprimento de onda, mas não parece emitir qualquer energia. Isto era exclusivo da melanina, e contradizia as leis termodinâmicas porque outros compostos capazes de absorver energia, particularmente pigmentos, emitem uma parte da energia absorvida. As propriedades eletrônicas da melanina têm sido assim o foco de atenção por algum tempo. No entanto, a melanina é um dos compostos mais estáveis conhecidos pelo homem e, por um longo tempo, pareceu que a melanina era incapaz de catalisar qualquer reação química.
[008] Sem desejar estar ligado a quaisquer teorias, por exemplo,acredita-se que a reação dentro da melanina ocorre de acordo com o seguinte Esquema I:
Figure img0001
[009] Após a absorção de energia eletromagnética tal como a energia luminosa (visível ou invisível), a melanina catalisa a dissociação da água em hidrogênio diatômico (H2), oxigênio diatômico (O2) e elétrons (e-). Embora a divisão da água em hidrogênio e oxigênio consuma energia, a reação é reversível e, no processo inverso, a redução de átomos de oxigênio com hidrogênio diatômico para reformar as moléculas de água libera energia, como debatido acima.
[0010] Assim, a melanina é capaz de transformar energia luminosa em energia química, análoga ao processo pelo qual as plantas utilizam o pigmento clorofila para transformar energia luminosa em energia química durante a fotossíntese. Portanto, por analogia, este processo foi designado "fotossíntese humana". No entanto, uma distinção importante entre a reação de divisão de água realizada pela melanina e aquela realizada pela clorofila é que a reação de divisão de água pela clorofila só pode ocorrer em uma célula viva e com luz visível tendo um comprimento de onda na faixa de 400 nm a 700 nm. Ao contrário, a melanina pode dividir e reformar a molécula de água fora de uma célula viva utilizando qualquer forma de energia eletromagnética, particularmente com a energia luminosa (visível ou invisível) tendo um comprimento de onda na faixa de 200 nm a 900 nm para formar H2 e O2.
BREVE SUMÁRIO DA INVENÇÃO
[0011] Existe uma necessidade na técnica para métodos e processos melhorados para conservar alimentos perecíveis que superem certas desvantagens associadas aos métodos conhecidos para a conservação de alimentos perecíveis, tais como a adição de conservantes, refrigeração/congelamento, secagem/desidratação de alimentos, e armazenagem sob vácuo. A invenção satisfaz esta necessidade em fornecer um processo e sistema para conservar alimentos perecíveis na presença de umidade de água, energia eletromagnética e melanina, precursores de melanina, derivados de melanina, análogos de melanina ou variantes de melanina.
[0012] Em um aspecto geral, a invenção refere-se a um processo eletroquímico para conservar pelo menos um alimento perecível. De acordo com modalidades da invenção, o processo compreende:
[0013] fornecer um recipiente fechado contendo umidade de água, pelo menos um alimento perecível e pelo menos um dispositivo de eletrólise de água, em que pelo menos um dispositivo de eletrólise de água compreende um substrato e pelo menos um material de melanina selecionado do grupo que consiste de melanina, precursores de melanina, derivados de melanina, análogos de melanina e variantes de melanina; fornecer uma fonte de energia eletromagnética a pelo menos um dispositivo de eletrólise de água no recipiente para iniciar uma reação de eletrólise de água através de pelo menos um material de melanina; e manter pelo menos um alimento perecível e o dispositivo de eletrólise de água dentro do recipiente, de tal modo que pelo menos um alimento perecível seja conservado.
[0014] Em uma modalidade preferida, a fonte de energia eletromagnética compreende energia luminosa invisível ou visível tendo um comprimento de onda de 200 nm a 900 nm. Em outra modalidade preferida, o material de melanina compreende melanina natural ou melanina sintética.
[0015] Em outro aspecto geral, a invenção refere-se a um sistema para a conservação de pelo menos um alimento perecível. De acordo com as modalidades da invenção, o sistema compreende: (a) um recipiente fechado contendo: (i) umidade de água; (ii) pelo menos um dispositivo de eletrólise de água, em que pelo menos um dispositivo de eletrólise de água compreende um substrato e pelo menos um material de melanina selecionado do grupo que consiste de melanina, precursores de melanina, derivados de melanina, análogos de melanina e variantes de melanina; e (iii) pelo menos um alimento perecível; e (b) uma fonte de energia eletromagnética para irradiar o dispositivo de eletrólise de água no recipiente.
[0016] Embora o mecanismo exato pelo qual o alimento perecível é conservado não seja conhecido, acredita-se que a reação de eletrólise de água catalisada pela melanina após a irradiação com energia eletromagnética como anteriormente descrito na Patente U.S. No 8.455.145, por exemplo, produza hidrogênio diatômico (H2) que é o principal responsável pelos efeitos conservantes observados de alimentos perecíveis.
[0017] Os detalhes de uma ou mais modalidades da invenção são apresentados na descrição abaixo. Outros aspectos e vantagens serão evidentes a partir da seguinte descrição detalhada e das reivindicações anexas.
DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO
[0018] Todas as patentes e publicações aqui referidas são incorporadas por referência. A não ser que de outra maneira definida, todos os termos técnicos e científicos aqui utilizados possuem o mesmo significado como vulgarmente compreendido por uma pessoa de habilidade prática na técnica à qual esta invenção pertence. De outra forma, certos termos aqui utilizados possuem os significados como apresentados no relatório descritivo.
[0019] Deve ser observado que como aqui utilizado e nas reivindicações anexas, as formas singulares "um", "uma", "o" e "a" incluem as referências no plural, a não ser que o contexto dite claramente de outra maneira.
[0020] A invenção refere-se aos processos e sistemas eletroquímicos para conservar alimentos perecíveis. Embora tenha sido anteriormente demonstrado que a melanina pode catalisar a eletrólise da água para gerar H2 e O2 fora de uma célula viva, até agora este processo só foi demonstrado de ocorrer com melanina submersa em água. No entanto, descobriu-se agora que a melanina pode catalisar a eletrólise da água para gerar quantidades suficientes de hidrogênio diatômico na presença de umidade da água e energia eletromagnética, sem a necessidade da melanina ser submersa em água.
[0021] Após a absorção de energia eletromagnética na presença de umidade de água, a melanina pode iniciar a eletrólise de água em hidrogênio diatômico e oxigênio diatômico, que é suposta de produzir hidrogênio diatômico em quantidades suficientes para fornecer um efeito conservante significativo aos alimentos perecíveis. Visto que o hidrogênio diatômico possui um efeito antioxidante muito forte, o hidrogênio diatômico é muito estável e existe mais hidrogênio diatômico produzido a partir da reação de eletrólise, os efeitos antioxidantes do hidrogênio diatômico são supostos de serem maiores do que os efeitos oxidativos do oxigênio diatômico. De acordo com modalidades da invenção, a melanina, os precursores de melanina, os derivados de melanina, os análogos de melanina ou as variantes de melanina podem ser utilizados para produzir hidrogênio diatômico a partir da umidade de água na presença de uma fonte de energia eletromagnética, tal como a energia luminosa invisível ou visível, ondas eletromagnéticas, raios gama, raios X, radiação ultravioleta, radiação infravermelha, microondas ou ondas de rádio.
[0022] Como aqui utilizado, o termo "eletrólise de água" refere-se a uma reação química na qual a molécula de água (H2O) é dividida em oxigênio diatômico (O2) e hidrogênio diatômico (H2). De acordo com as modalidades da invenção, a eletrólise de água é catalisada por um material de eletrólise da água.
[0023] Como aqui utilizado, "material de eletrólise da água" refere- se a uma substância que é capaz de catalisar a eletrólise de água, isto é, dividir a molécula de água em oxigênio e hidrogênio. De acordo com as modalidades da invenção, materiais de melanina incluindo melanina (natural e sintética), precursores de melanina, derivados de melanina, análogos de melanina e variantes de melanina são materiais de eletrólise da água.
[0024] Como aqui utilizado, o termo "material de melanina" refere-se à melanina, precursores de melanina, derivados de melanina, análogos de melanina ou variantes de melanina. Exemplos de materiais de melanina incluem, mas não são limitados a estes, melanina natural, melanina sintética, eumelanina, feomelanina, neuromelanina, sepiomelanina e alomelanina; compostos aromáticos tais como dopamina, indol, poliidroxiindol, ácido húmico, poliindolquinonas, negro de pirrol, negro de indol, negro de benzeno, negro de tiofeno, negro de anilina, negro de ommocromo; poliquinonas na forma hidratada, negro de dopa, negro de adrenalina, negro de catecol, negro de 4-amina catecol; precursores de melanina tais como fenóis, aminofenóis ou difenóis, polifenóis de indol, quinonas, semiquinonas ou hidroquinonas, L-tirosina, L-dopamina, morfolina, orto-benzoquinona, dimorfolina, negro de porfirina e negro de pterina; compostos contendo carbono linear tais como negro de acetileno; e blocos de construção de carbono tais como fulerenos e grafite.
[0025] Em uma modalidade preferida da invenção, o material de melanina é a melanina, tal como melanina natural ou sintética. A "melanina natural" destina-se a referir à melanina que é isolada de uma fonte natural, tal como uma planta ou animal. A "melanina sintética" destina-se a referir à melanina que é quimicamente sintetizada.
[0026] Como aqui utilizada, "umidade" refere-se à presença de um líquido em pequenas quantidades, de tal modo que um ambiente úmido é criado. O termo "umidade de água" refere-se especificamente à presença de água em uma pequena quantidade que cria um ambiente úmido. A umidade da água pode estar na forma de vapor de água, isto é, água presente no ar em um estado gasoso. A umidade de água também pode estar na forma de orvalho. O termo “orvalho” refere-se à água na forma de gotículas em uma superfície, tal como uma parede interior de um recipiente, devido à condensação. Em uma modalidade preferida da invenção, o alimento perecível a ser conservado é a fonte da umidade da água, e a umidade da água é derivada pelo menos parcialmente da sua liberação natural pelo alimento perecível.
[0027] A não ser que de outra maneira mencionada, "deterioração de alimento" e "deteriorar", quando utilizados com referência a alimentos perecíveis, referem-se ao processo pelo qual o alimento se deteriora ou decompõe até um ponto em que não é mais comestível ou seguro para consumo por mamíferos, e particularmente para o consumo humano.
[0028] Como aqui utilizado, o termo "alimento perecível" refere-se a qualquer alimento que possa decompor, estragar ou deteriorar até um ponto em que não seja mais comestível, ou seguro para consumo, por mamíferos, e particularmente para consumo humano. O alimento perecível também é um alimento que tipicamente estraga se for armazenado indevidamente (por exemplo, em temperatura elevada em vez de sob refrigeração), ou armazenado durante um período prolongado antes do consumo. Um alimento perecível utilizado na invenção pode ser qualquer substância produzida pela terra adequada para o consumo por mamíferos, ou qualquer substância que é preparada para o consumo por mamíferos. O alimento perecível pode estar em qualquer estado físico, tal como líquido, sólido ou semissólido, e é de preferivelmente um sólido (por exemplo, queijo) ou líquido (por exemplo, leite).
[0029] O alimento perecível inclui, mas não é limitado a estes,frutas, hortaliças, aves domésticas, carnes, peixes e produtos lácteos. Exemplos de frutas perecíveis incluem, mas não são limitados a estas, maçãs, bananas, framboesas, morangos, mirtilos, laranjas, uvas, mangas, abacaxi, melão doce, melão, melancia, peras, kiwi e amoras. Exemplos de vegetais perecíveis incluem, mas não são limitados a estes, pepinos, pimentões, feijões, brócolis, couve-flor, couves de Bruxelas, alface, espinafre, batatas, tomates e cebolas. Exemplos de aves domésticas e carnes perecíveis incluem, mas não são limitados a estes, galinha, peru, carne bovina e produtos de carne de porco. Exemplos de peixes perecíveis incluem, mas não são limitados a estes, mariscos, tais como camarão e vieiras; salmão; atum; badejo; e hipoglosso. Exemplos de produtos lácteos perecíveis incluem, mas não são limitados a estes, iogurte, leite, queijos e manteiga.
[0030] Como aqui utilizado, os termos "conservar", "conservando" e "conservação", quando utilizados com referência a alimentos perecíveis, referem-se todos a prevenir, reduzir ou retardar o início da deterioração alimentar do alimento perecível. De acordo com modalidades da invenção, os alimentos perecíveis podem ser conservados pela prevenção, redução ou atraso da progressão da deterioração dos alimentos que ocorre como um resultado da oxidação. Em uma concretização, "conservar" refere-se à inibição da oxidação do alimento perecível. Em outra modalidade, "conservar" refere-se ao retardo do início da oxidação do alimento perecível. Em mais outra modalidade, "conservação" refere-se ao retardo da progressão da oxidação de alimentos perecíveis.
[0031] Qualquer método conhecido na técnica em vista da presente divulgação pode ser utilizado para determinar se a deterioração do alimento foi inibida, reduzida ou retardada, tal como, por exemplo, a inspeção visual para determinar se existe crescimento de mofos ou fungos na superfície do alimento, descoloração (escurecimento) ou podridão do alimento; cheirar o alimento para determinar se existe um odor desagradável que emana do alimento; ou testes químicos para detectar o crescimento de microorganismos que não são visíveis a olho nu. O alimento perecível pode ser tanto visualmente inspecionado quanto cheirado para determinar se a deterioração do alimento foi impedida, reduzida ou retardada. Em uma modalidade particular, a deterioração do alimento pode ser avaliada pela determinação da quantidade de escurecimento ou descoloração do alimento, ou a velocidade em que o alimento escurece ou descolorada, o que é indicativo da oxidação do alimento perecível.
[0032] Em um aspecto geral, a invenção fornece um processo eletroquímico para conservar pelo menos um alimento perecível. De acordo com as modalidades da invenção, um processo eletroquímico compreende fornecer um recipiente fechado contendo umidade de água, pelo menos um alimento perecível e pelo menos um dispositivo de eletrólise da água, em que pelo menos um dispositivo de eletrólise da água compreende um substrato e pelo menos um material de melanina; fornecer uma fonte de energia eletromagnética a pelo menos um dispositivo de eletrólise da água para iniciar uma reação de eletrólise de água através de pelo menos um material de melanina; e manter pelo menos um alimento perecível e um dispositivo de eletrólise da água dentro do recipiente fechado, conservando assim o alimento perecível.
[0033] O hidrogênio diatômico (H2), que é um antioxidante, é suposto de ser produzido pela reação de eletrólise da água ou divisão da molécula de água, catalisada por pelo menos um material de melanina na presença da umidade de água e uma fonte de energia eletromagnética de acordo com um processo da invenção.
[0034] Nas modalidades particulares, um processo da invenção conserva os alimentos perecíveis mediante a prevenção, redução ou retardo da progressão de oxidação do alimento perecível.
[0035] Qualquer tipo de energia eletromagnética pode ser utilizado em um processo da invenção incluindo, mas não são limitados a estes, luz visível e invisível, raios gama, raios X, radiação ultravioleta, ondas eletromagnéticas, radiação infravermelha, microondas e ondas de rádio. Em uma modalidade preferida, a energia eletromagnética compreende energia luminosa visível ou invisível (radiação ultravioleta e infravermelha). Em uma modalidade particular, a energia luminosa visível ou invisível possui um comprimento de onda entre 200 nm e 900 nm.
[0036] De acordo com as modalidades da invenção, pelo menos um dispositivo de eletrólise da água está presente em um recipiente fechado em um processo da invenção. O dispositivo de eletrólise da água é compreendido de um substrato e pelo menos um material de melanina, de tal modo que o material de melanina é mantido sobre ou dentro do substrato. O material de melanina pode ser disperso por todo o substrato ou adsorvido sobre o substrato. De preferência, o substrato é transparente à energia eletromagnética para levar em conta a transmissão aumentada da energia eletromagnética no material de melanina, o que resulta na eletrólise aumentada da água.
[0037] Um dispositivo de eletrólise da água pode compreender um tipo de material de melanina, ou mais do que um tipo de material de melanina. Por exemplo, um dispositivo de eletrólise da água para uso na invenção pode compreender melanina e eumelanina. De acordo com outra modalidade da invenção, mais do que um dispositivo de eletrólise da água pode ser utilizado, com cada dispositivo compreendendo o mesmo ou diferente tipo de material de melanina. Por exemplo, um primeiro dispositivo de eletrólise da água compreendendo melanina e um segundo dispositivo de eletrólise da água compreendendo eumelanina podem ambos ser utilizados em um processo para a conservação de alimentos perecíveis de acordo com a invenção. Como outro exemplo ilustrativo e não limitativo mais do que um dispositivo de eletrólise com cada um compreendendo melanina pode ser utilizado em um processo da invenção.
[0038] De acordo com modalidades da invenção, pelo menos um material de melanina é selecionado do grupo que consiste de melanina, precursores de melanina, derivados de melanina, análogos de melanina e variantes de melanina. Em uma modalidade preferida, pelo menos um material de melanina é melanina, de preferência melanina natural ou melanina sintética. Qualquer método conhecido na técnica em vista da presente divulgação pode ser utilizado para obter um material de melanina. Por exemplo, os materiais de melanina podem ser quimicamente sintetizados ou isolados a partir de fontes naturais, tais como plantas e animais. A melanina também pode ser sintetizada a partir de precursores de aminoácido de melanina tais como a L-tirosina. O material de melanina também pode ser obtido de fontes comerciais.
[0039] O substrato do dispositivo de eletrólise da água pode ser qualquer material inerte, incluindo, mas não limitado a estes, sílica, plástico e vidro. Preferivelmente, o substrato é sílica, de tal modo que um dispositivo de eletrólise da água é uma mistura de sílica e pelo menos um material de melanina. O dispositivo de eletrólise da água pode ser, por exemplo, uma placa ou cubo de melanina/sílica, do qual pode ser produzido através da combinação de uma mistura de cimentação de sílica com uma solução aquosa de melanina.
[0040] Em uma modalidade preferida, um dispositivo de eletrólise da água para uso na invenção é a melanina (sintética ou natural) misturada com sílica. De preferência, a melanina é dispersa na sílica, que forma uma mistura homogênea de melanina e sílica.
[0041] De acordo com as modalidades da invenção, o dispositivo de eletrólise da água pode assumir qualquer tamanho ou forma, incluindo, mas não limitado a estas, uma haste (cilíndrica), placa, esfera ou forma de cubo. Pelo menos um dispositivo de eletrólise da água pode ser utilizado, mas o número de dispositivos de eletrólise da água, e o tamanho ou forma dos dispositivos de eletrólise da água, não são limitados de forma alguma. A taxa de produção de hidrogênio diatômico (H2) dependerá de uma variedade de fatores e pode ser controlada através da variação, por exemplo, do tamanho, da forma, da área superficial, da quantidade de material de melanina no dispositivo e/ou do número de dispositivos de eletrólise da água presente no recipiente fechado.
[0042] De acordo com as modalidades da invenção, o tamanho, forma e número de dispositivos de eletrólise da água são selecionados com base na taxa e quantidade desejadas de eletrólise da água catalisada pelo material de melanina. Por exemplo, o uso de um maior número de dispositivos de eletrólise da água resultará em um aumento da quantidade de eletrólise da água e/ou em um aumento da taxa de eletrólise da água. Como outro exemplo ilustrativo, uma quantidade maior de material de melanina no um ou mais dispositivos de eletrólise da água resultará também em uma quantidade aumentada de eletrólise de água e/ou em um aumento da taxa de eletrólise da água. Está bem dentro do campo de ação de uma pessoa de habilidade prática na técnica determinar o tamanho e a forma do dispositivo de eletrólise da água, o número de dispositivos de eletrólise da água utilizados e o material de melanina específico e a quantidade de material de melanina utilizado no dispositivo de eletrólise da água, a fim de obter resultados ideais na conservação de alimentos perecíveis.
[0043] Em uma modalidade preferida da invenção, o dispositivo de eletrólise da água está na forma de um cubo. Em uma modalidade mais preferida, múltiplos dispositivos de eletrólise da água são utilizados, cada um na forma de um cubo em um processo eletroquímico da invenção.
[0044] O dispositivo de eletrólise da água pode ser produzido por qualquer método conhecido na técnica. Por exemplo, os dispositivos de eletrólise da água de melanina-sílica podem ser preparados através da combinação de pó de sílica, água purificada e melanina em um recipiente produzido de um material inerte. Os componentes são misturados entre si e a mistura é deixada endurecer de tal modo que a mistura endurecida assume a forma do recipiente. De preferência, a melanina é adicionada em uma concentração de cerca de 5 g/L de água purificada. Os dispositivos de eletrólise da água podem ser preparados de qualquer forma de acordo com este mesmo processo através da mistura de pó de sílica, água e melanina em um recipiente tendo a forma desejada e subsequentemente permitindo que a mistura endureça no recipiente. O pó de sílica pode ser substituído por qualquer outro material inerte a fim de produzir dispositivos de eletrólise da água tendo um material diferente da sílica como o substrato. Em certas modalidades da invenção, o dispositivo de eletrólise da água é poroso para levar em conta o fato de que a umidade da água entra em contato com o material de melanina e para a liberação de qualquer hidrogênio diatômico produzido a partir do dispositivo de eletrólise da água.
[0045] Os dispositivos de eletrólise da água podem ser dispostos de qualquer maneira dentro do recipiente fechado. Os dispositivos de eletrólise da água podem entrar em contato com o alimento perecível, ou podem ser colocados em todo o recipiente de tal modo que eles são afastados do alimento perecível. De acordo com modalidades da invenção, quanto mais próximos os dispositivos de eletrólise da água forem colocados no alimento, tanto maior será o efeito de conservação observado. Se o alimento perecível for um líquido, os dispositivos de eletrólise da água podem ser adicionados diretamente no líquido ou submersos no líquido. Embora o material de melanina possa ser adicionado na forma líquida ou sólida diretamente ao alimento perecível (substâncias sólidas, líquidas ou semissólidas/semi-líquidas), o material de melanina não deve ser facilmente recuperável a partir do alimento perecível antes do consumo. Consequentemente, o uso de um dispositivo de eletrólise da água compreendendo o material de melanina leva em conta o fato de que o material de melanina permanece separado do alimento perecível, de tal modo que ele possa ser facilmente removido do recipiente e reutilizado indefinidamente, reduzindo assim os custos do processo.
[0046] De acordo com as modalidades da invenção, um processo eletroquímico é iniciado por fornecer uma fonte de energia eletromagnética ao dispositivo de eletrólise da água. O material de melanina do dispositivo de eletrólise da água absorve a energia eletromagnética, e subsequentemente catalisa a eletrólise da água em hidrogênio diatômico (H2) e oxigênio diatômico (O2). De acordo com as modalidades da invenção, a água está presente na forma de umidade da água. Adicionalmente, a melanina pode ter moléculas de água fortemente ligadas, e acredita-se que o teor de água associado da melanina seja de pelo menos 40%. Assim, a fonte de água para a reação de eletrólise da água catalisada pela melanina também pode ser as moléculas de água ligadas. De preferência, a umidade da água é a água que se condensa na superfície do alimento perecível, ou em uma ou mais das superfícies internas do recipiente fechado, ou ambas. Em uma modalidade preferida, a umidade de água é liberada naturalmente a partir do alimento perecível.
[0047] De acordo com uma modalidade particular da invenção, a energia eletromagnética é a luz visível ou invisível tendo um comprimento de onda que varia de 200 nm a 900 nm. Em outra modalidade particular, o processo eletroquímico é um processo fotoeletroquímico, em que a energia eletromagnética é a energia fotoelétrica, tal como a energia luminosa visível. Em uma modalidade preferida, a fonte de energia fotoelétrica é a luz natural.
[0048] Um processo eletroquímico para a conservação de alimentos perecíveis de acordo com a invenção é realizado em um recipiente fechado. Existem pelo menos dois propósitos para a utilização de um recipiente fechado. O primeiro é prevenir a perda de umidade de água significativa presente no recipiente. O segundo é manter o alimento perecível em contato com o dispositivo de eletrólise da água de modo a conservar o alimento perecível. Em uma modalidade preferida, o recipiente fechado possui uma vedação hermética.
[0049] Um recipiente fechado para uso em um processo da invenção pode ser de qualquer tamanho ou forma. O recipiente fechado pode ser produzido de qualquer material adequado incluindo, mas não são limitado a estes, plásticos, tais como polietileno; vidro; e quaisquer outros materiais que levam em conta a transmissão dos comprimentos de onda desejados de energia eletromagnética dentro do recipiente fechado, de modo que a energia eletromagnética possa ser absorvida pelo material de melanina no dispositivo de eletrólise da água. O material do recipiente fechado é de preferência transparente à luz levando-se em conta a transmissão de luz visível. O material do recipiente fechado também é preferivelmente de forma substancial impermeável ao hidrogênio diatômico. O recipiente pode ter uma forma rígida, ou pode ter um aspecto de forma livre, tal como uma película plástica ou uma embalagem plástica.
[0050] De acordo com as modalidades da invenção, o processo eletroquímico compreende a manutenção de pelo menos um alimento perecível e dispositivo de eletrólise da água dentro do recipiente, preservando assim pelo menos um alimento perecível. A quantidade de tempo que o alimento perecível e o dispositivo de eletrólise da água são mantidos dentro do recipiente pode variar dependendo de vários fatores, tais como o alimento perecível a ser conservado, a temperatura, o número de dispositivos de eletrólise da água no recipiente, a quantidade de material de melanina em cada dispositivo de eletrólise da água, etc. Em uma modalidade preferida, o alimento perecível e o dispositivo de eletrólise da água são mantidos dentro do recipiente até que o alimento perecível seja consumido.
[0051] Um processo eletroquímico de acordo com a invenção pode ser utilizado para conservar qualquer alimento perecível em vista da presente divulgação, incluindo, mas não limitado a estes, frutas, hortaliças, carnes, aves domésticas e produtos lácteos. De preferência, o alimento perecível é uma fruta ou hortaliças, e mais preferivelmente, uma fruta tal como bananas ou maçãs. O alimento perecível para uso em um processo da invenção pode ser descascado ou não descascado. Como um exemplo ilustrativo, uma banana tendo uma casca intacta (isto é, não descascada) pode ser conservada utilizando um processo eletroquímico da invenção. Como outro exemplo ilustrativo, uma maçã que foi cortada pela metade, ou tenha a sua casca parcialmente removida, de tal modo que a polpa é exposta (isto é, descascada) também pode ser conservada utilizando um processo eletroquímico da invenção.
[0052] Em uma modalidade da invenção, apenas um alimento perecível está no recipiente fechado. Em outra modalidade, mais do que um alimento perecível está no recipiente fechado. Quando mais do que um alimento perecível está no recipiente, o alimento perecível pode ser o mesmo ou diferente. Por exemplo, várias maçãs podem estar no mesmo recipiente. Como outro exemplo, uma maçã e uma banana podem estar no mesmo recipiente.
[0053] De acordo com as modalidades da invenção, o processo eletroquímico pode ser iniciado antes do início de qualquer deterioração alimentar, tal como oxidação ou descoloração do alimento perecível, para evitar a deterioração. No entanto, o processo eletroquímico também pode ser iniciado após o início da deterioração do alimento para prevenir qualquer deterioração adicional do alimento, ou reduzir a taxa de deterioração contínua do alimento.
[0054] O processo eletroquímico para a conservação de alimentos perecíveis pode ser executado em qualquer temperatura na qual a melanina é conhecida de estar estável (aproximadamente -150°C a 500°C). De acordo com uma modalidade preferida da invenção, o processo eletroquímico é executado em uma temperatura que varia de 0°C a 50°C, mais preferivelmente de 12°C a 30°C e o mais preferível na temperatura ambiente (aproximadamente 25°C). Visto que a melanina pode absorver qualquer comprimento de onda de energia eletromagnética e não requer necessariamente luz natural, o processo também pode ser executado em um refrigerador (cerca de 4°C). A execução do processo eletroquímico sob refrigeração pode ter a vantagem de conservar o alimento perecível durante um período de tempo ainda mais longo devido aos efeitos de conservação adicionados da refrigeração e armazenamento em temperaturas mais frias.
[0055] Muitos fatores irão afetar a taxa e a eficiência de um processo eletroquímico para a conservação de alimentos perecíveis de acordo com as modalidades da invenção. Estes fatores incluem, mas não são limitados a estes, a quantidade e o comprimento de onda particular da energia eletromagnética fornecida ao recipiente; o número de dispositivos de eletrólise da água; a quantidade e o tipo de material de melanina no dispositivo de eletrólise da água; a quantidade de energia eletromagnética absorvida pelo material de melanina; e a quantidade de umidade da água no recipiente.
[0056] De acordo com as modalidades da invenção, a reação de eletrólise da água pode ser catalisada em pelo menos um material de melanina, em que pelo menos um material de melanina é o único material de eletrólise da água utilizado no processo. Assim, nas modalidades particulares da invenção, pelo menos um material de melanina é o único material de eletrólise da água utilizado em um processo eletroquímico para conservar alimentos perecíveis. De acordo com uma modalidade particularmente preferida, a melanina (sintética ou natural) é o único material de eletrólise da água utilizado em um processo para a conservação de alimentos perecíveis.
[0057] Outro aspecto da invenção fornece um sistema para a conservação de pelo menos um alimento perecível. Um sistema de acordo com a invenção compreende: (a) um recipiente fechado contendo: (i) umidade de água; (ii) pelo menos um dispositivo de eletrólise de água, em que pelo menos um dispositivo de eletrólise de água compreende um substrato e pelo menos um material de melanina selecionado do grupo que consiste de melanina, precursores de melanina, derivados de melanina, análogos de melanina e variantes de melanina; e (iii) pelo menos um alimento perecível; e (b) uma fonte de energia eletromagnética para irradiar pelo menos um dispositivo de eletrólise da água no recipiente.
[0058] De acordo com as modalidades da invenção, um recipient fechado de um sistema contém umidade de água, pelo menos um alimento perecível, e pelo menos um dispositivo de eletrólise da água. O recipiente fechado é lacrado, de preferência com uma vedação estanque a gases. O recipiente fechado pode ser de qualquer tamanho ou forma e pode ser produzido de qualquer material adequado em vista da presente divulgação. Em uma modalidade preferida, o recipiente fechado é produzido de plástico, ou outro material que seja substancialmente impermeável a H2. A utilização de um recipiente com uma vedação estanque a gás produzido de um material que é substancialmente impermeável a H2, impedirá a fuga de qualquer hidrogênio diatômico que seja produzido pelo processo eletroquímico, o que é assim suposto de aumentar os efeitos conservantes do processo no alimento perecível.
[0059] De acordo com as modalidades da invenção, um sistema compreende pelo menos um dispositivo de eletrólise da água. Os dispositivos de eletrólise da água são mantidos dentro do recipiente do sistema. Qualquer um dos dispositivos de eletrólise da água aqui descritos pode ser utilizado. Preferivelmente um ou mais dispositivos de eletrólise da água compreendidos de uma mistura de sílica e melanina (natural ou sintética) são utilizados. No entanto, qualquer material de melanina, incluindo melanina e os seus precursores, análogos, derivados e variantes, pode ser utilizado.
[0060] De acordo com as modalidades da invenção, a energia fornecida pela fonte de energia eletromagnética ao recipiente fechado é transmitida através do recipiente, de tal modo que é absorvida pelo material de melanina do dispositivo de eletrólise da água. Em uma modalidade preferida, a fonte de energia eletromagnética fornece energia luminosa invisível ou visível tendo um comprimento de onda entre 200 nm e 900 nm ao recipiente fechado.
[0061] Em uma modalidade preferida, pelo menos um material de melanina no sistema é a melanina (natural ou sintética). Em outra modalidade preferida, a melanina é o único material de eletrólise da água presente no sistema.
[0062] Qualquer processo eletroquímico para a conservação de alimento perecível aqui descrito pode ser executado utilizando um sistema de acordo com a invenção. Em uma modalidade preferida, o processo eletroquímico é um processo fotoeletroquímico com a fonte de energia eletromagnética sendo energia fotoelétrica, de preferência a energia luminosa visível e mais preferivelmente a energia luminosa natural. Em outra modalidade preferida, a umidade de água do sistema é derivada pelo menos parcialmente de pelo menos um item alimentício perecível, por exemplo, através da liberação natural de água a partir do alimento perecível.
[0063] O processo e o sistema eletroquímicos para conserver alimentos perecíveis de acordo com modalidades da invenção, podem ser realizados com a umidade de água, um dispositivo de eletrólise da água compreendendo um material de melanina, e energia eletromagnética, tal como a energia luminosa, sem a necessidade de qualquer outro tipo de material de eletrólise da água. Visto que a melanina é uma das moléculas mais estáveis conhecidas pelo homem, tendo uma meia-vida estimada de estar na ordem de milhões de anos, o material de melanina ou o dispositivo de eletrólise da água pode ser utilizado por décadas antes que necessite ser substituído. Assim, nenhuma configuração ou manutenção complexa é necessária.
[0064] O mecanismo preciso pelo qual a melanina, e os seus precursores, derivados, análogos e variantes, são capazes de utilizar a energia eletromagnética e catalisar a eletrólise da água para produzir hidrogênio diatômico, ainda não é totalmente compreendido. Sem desejar estar vinculado a quaisquer teorias, acredita-se que a melanina absorve a energia eletromagnética, o que promove a conversão de elétrons de baixa energia em elétrons de alta energia. Pensa-se que os elétrons de alta energia são transferidos por portadores de elétrons móveis dentro do material de melanina. Esta transferência de elétrons libera energia e estabelece um gradiente de prótons suficiente para iniciar a divisão da água em hidrogênio diatômico (H2) e oxigênio diatômico (O2) juntamente com a liberação de quatro elétrons de alta energia.
[0065] Os seguintes exemplos da invenção são para ilustrar ainda mais a natureza da invenção. Deve ficar entendido que os exemplos que se seguem não limitam a invenção e que o escopo da invenção deve ser determinado pelas reivindicações anexas.
EXEMPLOS Exemplo 1: Conservação de maçãs por um processo eletroquímico da invenção.
[0066] Duas maçãs foram cada uma, dividida pela metade através do seu núcleo. As duas metades de uma maçã foram embaladas em folha de plástico transparente, com o lado cortado da maçã voltado para cima, juntamente com cinco cubos produzidos de melanina misturados com sílica (dispositivo de eletrólise da água) colocados aleatoriamente em torno das metades de maçã. Cada um dos cubos de melanina/sílica tinha um tamanho médio de 1 cm x 1 cm x 1 cm. Os cubos foram produzidos através da mistura de água, pó de sílica e melanina em um recipiente do mesmo tamanho e deixando a mistura água/sílica/melanina endurecer dentro do recipiente. As duas metades da outra maçã foram embaladas em folha de plástico transparente sem qualquer melanina/cubos de sílica como um controle. As maçãs embaladas com plástico foram armazenadas na temperatura ambiente (25°C) e expostas à luz natural (visível) durante cerca de 5 semanas. A umidade de água para o processo foi a umidade natural produzida pelas maçãs a partir da umidade dentro do microambiente da maçã embalada com plástico. Nenhum outro material de eletrólise da água foi embalado com as maçãs.
[0067] A polpa exposta das maçãs não apresentou nenhum escurecimento ou outra descoloração no início da experiência, indicando que uma oxidação mínima ou nenhuma ocorreu. No entanto, após um período de incubação de cerca de 5 semanas na temperatura ambiente, a polpa exposta das maçãs embaladas em plástico com a melanina/cubos de sílica apresentou significativamente menos escurecimento (oxidação) do que a polpa das maçãs embaladas em plástico sem a mistura de melanina/cubos de sílica. Além disso, ao longo do curso do período de incubação, a taxa de escurecimento (descoloração) da polpa exposta da maçã embalada com a melanina/cubos de sílica foi retardada em comparação com a taxa de escurecimento da polpa exposta da maçã embalada sem a melanina/cubos de sílica. Os resultados da experiência acima demonstram que na presença de umidade de água, melanina e energia luminosa, a polpa de alimento perecível descascado, tal como maçãs, pode ser conservada.
Exemplo 2: Conservação de bananas por um processo eletroquímico da invenção
[0068] Duas bananas, cada uma com uma casca intacta, foram embaladas separadamente na folha de plástico transparente. Uma banana foi embalada em conjunto na folha de plástico com cinco cubos de sílica misturados com a melanina (dispositivo de eletrólise da água) aleatoriamente colocados ao redor da banana. Cada um da melanina/cubos de sílica tinha um tamanho médio de 1 cm x 1 cm x 1 cm. Os cubos de melanina/sílica foram produzidos através da mistura de água, pó de sílica e melanina em um recipiente do mesmo tamanho, e deixando a mistura de água/sílica/melanina endurecer dentro do recipiente. A outra banana foi embalada na folha de plástico transparente sem qualquer um da melanina/cubos de sílica como um controle. As bananas embaladas em plástico foram armazenadas na temperatura ambiente (25 °C) e expostas à luz visível durante cerca de 2 semanas. A umidade da água para o processo foi a umidade natural produzida pelas bananas a partir da umidade dentro do microambiente da banana embalada com plástico. Nenhum outro material de eletrólise da água foi embalado com as bananas.
[0069] A superfície externa das cascas de banana tinha muito poucas, se houver, manchas castanhas (isto é, oxidação mínima ou nenhuma tinha ocorrido) no início da experiência. No entanto, após um período de incubação de cerca de duas semanas na temperatura ambiente, a casca da banana envolvida juntamente no plástico com a melanina/cubos de sílica foi significativamente menos castanha do que a casca da banana embalada em plástico sem os dispositivos de eletrólise da água. Além disso, ao longo do curso do período de incubação, a taxa de escurecimento (descoloração) da casca da banana embalada com a melanina/ cubos de sílica foi retardada em comparação com a taxa de escurecimento da casca da banana embalada sem a melanina/cubos de sílica.
[0070] Os resultados da experiência acima demonstram que na presença de umidade de água, melanina e energia luminosa, o alimento perecível não descascado, tais como banana, pode ser conservado.
[0071] Será observado por aqueles versados na técnica que alterações podem ser feitas nas modalidades descritas acima sem se afastar do seu amplo conceito inventivo. Fica compreendido, portanto, que esta invenção não se limita às modalidades particulares divulgadas, mas destina-se a cobrir as modificações dentro do espírito e escopo da invenção como definidos pelas reivindicações anexas.

Claims (18)

1. Processo eletroquímico para conservação de pelo menos um alimento perecível, caracterizado pelo fato de que compreende: fornecer um recipiente fechado contendo umidade de água, pelo menos um alimento perecível e pelo menos um dispositivo de eletrólise de água, em que pelo menos um dispositivo de eletrólise da água compreende um substrato inerte e melanina; fornecer uma fonte de energia eletromagnética a pelo menos um dispositivo de eletrólise da água no recipiente para iniciar uma reação de eletrólise da água através de melanina do dispositivo de eletrólise da água para produzir hidrogênio diatômico; e manter pelo menos um alimento perecível e o hidrogênio diatômico produzido a partir da eletrólise da água através da melanina do dispositivo de eletrólise da água dentro do recipiente, de tal modo que pelo menos um alimento perecível seja conservado.
2. Processo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a fonte de energia eletromagnética é selecionada do grupo que consiste em energia luminosa invisível, energia luminosa visível, ondas eletromagnéticas, raios X, radiação ultravioleta, ondas de rádio e raios gama.
3. Processo, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que a fonte de energia eletromagnética compreende a energia luminosa visível ou invisível tendo um comprimento de onda entre 200 nm e 900 nm.
4. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado pelo fato de que o substrato de pelo menos um dispositivo de eletrólise da água compreende sílica.
5. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado pelo fato de que a melanina está dispersa na sílica formando uma mistura de sílica e melanina.
6. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizado pelo fato de que a melanina compreende melanina natural ou melanina sintética.
7. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, caracterizado pelo fato de que a melanina é o único material de eletrólise da água utilizado no processo.
8. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 7, caracterizado pelo fato de que pelo menos um alimento perecível é selecionado do grupo que consiste em frutas, hortaliças, carnes, aves domésticas, peixe e produtos lácteos.
9. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 9, caracterizado pelo fato de que o recipiente fechado é produzido de um material que é substancialmente impermeável ao H2.
10. Sistema para conservação de pelo menos um alimento perecível, de acordo com o processo eletroquímico como definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 9, caracterizado pelo fato de que o sistema compreende: (a) um recipiente fechado contendo: (i) umidade de água; (ii) pelo menos um dispositivo de eletrólise de água, em que pelo menos um dispositivo de eletrólise de água compreende um substrato inerte e melanina; e (iii) pelo menos um alimento perecível; e (b) uma fonte de energia eletromagnética para irradiar pelo menos um dispositivo de eletrólise da água no recipiente.
11. Sistema, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que a fonte de energia eletromagnética é selecionada do grupo que consiste em energia luminosa invisível, energia luminosa visível, ondas eletromagnéticas, ondas de rádio, raios X, radiação ultravioleta e raios gama.
12. Sistema, de acordo com a reivindicação 10 ou 11, caracterizado pelo fato de que a fonte de energia eletromagnética compreende energia luminosa visível ou invisível tendo um comprimento de onda de 200 nm a 900 nm.
13. Sistema, de acordo com qualquer uma das reivindicações 10 a 12, caracterizado pelo fato de que o substrato de pelo menos um dispositivo de eletrólise da água compreende sílica.
14. Sistema, de acordo com qualquer uma das reivindicações 10 a 13, caracterizado pelo fato de que a melanina está dispersa na sílica formando uma mistura de sílica e melanina.
15. Sistema, de acordo com qualquer uma das reivindicações 10 a 14, caracterizado pelo fato de que a melanina compreende melanina natural ou melanina sintética.
16. Sistema, de acordo qualquer uma das reivindicações 10 a 15, caracterizado pelo fato de que a melanina é o único material de eletrólise da água presente no recipiente.
17. Sistema, de acordo com qualquer uma das reivindicações 10 a 16, caracterizado pelo fato de que pelo menos um alimento perecível é selecionado do grupo que consiste em frutas, hortaliças, aves domésticas, carnes, peixes e produtos lácteos.
18. Sistema, de acordo com qualquer uma das reivindicações 10 a 17, caracterizado pelo fato de que a umidade de água é derivada pelo menos parcialmente da liberação natural através de pelo menos um alimento perecível.
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