EA027907B1

EA027907B1 - Способ изготовления биоразлагаемых формованных изделий, в частности посуды и упаковки

Info

Publication number: EA027907B1
Application number: EA201590340A
Authority: EA
Inventors: Ежи Высоцкий
Original assignee: Астон Инвестмент Спулка З Ограничона Одповедзяльносця
Priority date: 2012-09-28
Filing date: 2013-09-27
Publication date: 2017-09-29
Also published as: UA114342C2; PL2900872T3; US20150224682A1; EA201590340A1; PL221219B1; HUE037739T2; CA2885853A1; EP2900872A1; MX364006B; MD20150040A2; CA2885853C; WO2014051447A1; PL400981A1; LT2900872T; MD4604B1; AU2013324540A1; DK2900872T3; NO2900872T3; EP2900872B1; ES2652181T3

Abstract

Способ изготовления биоразлагаемых формованных изделий, в частности посуды и упаковки, с применением способа создания давления водяного пара внутри формы, согласно которому сыпучие отруби, предпочтительно пшеничные отруби, с размером гранул от 0,01 до 2,80 мм в количестве 95-100 мас.%, содержащих более 14% воды, структурно связанной в форме влаги, если необходимо, смешивают в сухом виде со вспомогательными веществами суммарно в количестве не более 5 мас.% и помещают измеренное количество сухого материала, полученного таким образом, в одну из частей составной формы, затем форму закрывают и смесь подвергают одновременному действию температуры и давления в диапазоне 1-10 МПа. Форму нагревают до температуры выше 120°С, затем форму закрывают и затем сбрасывают давление с образованием таким образом зазора между краями формы не шире 0,5 мм, а затем, если это необходимо, форму снова закрывают и повторяют циклы сброса давления. После последнего цикла форму открывают, и при этом количество операций сброса давления составляет по меньшей мере 1, а весь процесс сброса давления и закрывания формы занимает несколько секунд, и его проводят в соответствии с программой оборудования с цифровым управлением, контролирующего движение указанной формы в зависимости от ожидаемых параметров конечного продукта.

Description

Объектом настоящего изобретения является способ изготовления биоразлагаемых формованных изделий, в частности посуды и упаковки.

Способ изготовления биоразлагаемых формованных изделий, в частности посуды и упаковки, известен из описания к патенту Польши РЬ 195130.

Согласно указанному способу сыпучие отруби, предпочтительно пшеничные отруби, с размером гранул от 0,01 до 2,80 мм в количестве 95-100 мас.%, содержащие от 7 до 45% воды, структурно связанной в форме влаги, если необходимо, смешивают в сухом виде со смесью пропитывающих веществ, и/или вкусовых добавок, и/или ароматизирующих добавок, и/или неволокнистых наполнителей, и/или увлажнителей, и/или красителей суммарно в количестве 5 мас.%. Измеренное количество сыпучего материала, полученного описанным выше способом, помещают в одну часть составной формы, предпочтительно формы из двух частей, затем форму закрывают и смесь подвергают одновременному действию температуры в диапазоне от 20 до 450°С и давления в диапазоне 1-10 МПа и/или силы не более 100 т/см²с давлением поршня до 320 МПа в течение периода времени до нескольких секунд. В случае применения давления способ согласно настоящему изобретению предпочтительно осуществляют следующим образом: перед полным закрытием форму герметизируют и затем прижимают вторую часть формы для создания давления в форме. Применение силы предпочтительно осуществляют посредством применения гидравлических прессов, механических прессов, гидравлического молота или оборудования, специально предназначенного для этой цели. Все части формы нагревают при условии, что верхняя и нижняя части формы должны быть нагреты до разных температур, позволяя таким образом контролировать образующийся поток водяного пара. Этот эффект дает возможность выбора того, какая поверхность формованного изделия будет менее пористой. Общее время приложения к смеси давления или силы и температуры, которое составляет несколько секунд, может составлять один цикл или может составлять несколько циклов по несколько секунд с переменным сбросом нагрузки.

Способ согласно изобретению можно осуществлять в одном цикле, если форма имеет отверстия, зазоры или поры, которые дают возможность сбрасывания водяного пара, образующегося при действии температуры и давления или силы. Готовые изделия предпочтительно покрывают слоем, образующим пленку, любым способом.

Согласно указанному выше способу применяют две методики. Первый способ включает приложение к материалу, который находится в форме, повторяющегося давления посредством поршня гидравлического пресса. При каждом отводе поршня форма открывается и происходит стравливание образовавшегося водяного пара. Получение конечного продукта требует несколько ходов поршня, и резкий выход паров воды из частично ожиженной массы вызывает разрыв формованных изделий. Потери составляют до 50%. Возможность управления процессом и его контроль ограничены. В свою очередь, приложение давления путем закрывания формы, герметизации и действия давления, создаваемого водяным паром, образованным в непроницаемой форме, не дает возможности релаксации массы в последующих циклах. Используют не более одного цикла, так как герметизация формы каждый раз неосуществима с технической и экономической точек зрения. Пористые формы или формы с зазорами, которые дают возможность выхода водяного пара, применяют в способе с применением силы давления поршня пресса.

Способ согласно описанию патента Польши № РЬ 195130 на практике применяют для плоских форм, таких как тарелки, в версии с приложением силы давления поршня, а для продуктов, имеющих значительную глубину, таких как чашки, применяют способ с герметичным закрыванием формы и процесс, включающий один цикл. В обоих случаях потери сырья в результате перелива массы из формы и разрыва формованных изделий во время резкого открывания формы являются значительными. Кроме того, процесс является практически непредсказуемым, и полученные формованные изделия не являются идентичными, не имеют одинакового цвета и плотности. Формирование одного изделия занимает примерно несколько секунд, что оказывает влияние на достаточно низкую технологическую производительность при одновременном значительном количестве отходов. На практике невозможно создать высокое давление внутри формы, так как это может вызвать полный разрыв продукта, и, кроме того, разрыв продукта представляет угрозу для людей, находящихся близко к производственной линии.

Таким образом, изготовление формованных изделий согласно описанному выше способу является очень чувствительным к изменениям всех параметров, таких как давление, температура, влажность сырья, время закрывания и открывания формы. Незначительное изменение по меньшей мере одного из этих параметров приводит к неконтролируемому повышению давления, в результате чего продукт разрывает во время открывания формы уже в первом цикле. Эти параметры, однако, имеют большое значение для внешнего вида, плотности и времени конкретного давления, а также контроля всего производственного процесса. Продукты являются прозрачными и имеют относительно небольшую плотность; таким образом, они являются достаточно гибкими и легко впитывают воду. Продукты, изготовленные вышеописанным способом, являются результатом очень тонкой экструзии. Максимально можно получить четыре формованных изделия в минуту.

Объектом настоящего изобретения является способ изготовления биоразлагаемых формованных изделий, в частности посуды и упаковки с применением способа создания давления водяного пара в форме. Сыпучие отруби, предпочтительно пшеничные отруби, с размером гранул от 0,01 до 2,80 мм в

- 1 027907 количестве 95-100 мас.%, содержащей более 14% структурно связанной воды в форме влаги, если необходимо, смешивают в сухом виде со смесью пропитывающих веществ, и/или вкусовых добавок, и/или ароматизирующих добавок, и/или неволокнистых наполнителей, и/или увлажнителей, и/или окрашивающих добавок суммарно в количестве до 5 мас.%. Измеренное количество сыпучего материала, полученного способом, описанным выше, помещают в одну часть составной, предпочтительно из двух частей, непроницаемой нагретой формы, форму закрывают и смесь подвергают одновременному действию температуры в диапазоне от 120°С и давления в диапазоне 1-10 МПа, затем в форме сбрасывают давление путем создания зазора не шире 0,5 мм между краями формы, и затем, если это необходимо, форму снова закрывают и повторяют циклы сброса давления, а затем в последнем цикле форму открывают, и при этом количество сбросов давления составляет по меньшей мере 1, и весь процесс занимает несколько секунд. Процесс сброса давления и закрывания формы проводят в соответствии с программой оборудования с цифровым управлением, контролирующего движение формы в зависимости от ожидаемых параметров конечного продукта. Вследствие применения герметичной формы и неполного открытия формы между циклами можно получить продукт, обладающий физическими и механическими параметрами, которые определены заранее и являются программируемыми, а также имеющий определенный цвет и внешний вид. Известное из уровня техники решение с применением давления образующегося водяного пара с расчетом на только один цикл и полным открытием формы не позволяет каким-либо образом контролировать процесс. Способ, предложенный в настоящем изобретении, благодаря стадии, по меньшей мере, однократного сброса давления в форме до её полного открытия и возможности повторного герметичного закрывания формы и выполнения более одного цикла приложения давления, дает возможность получать формованные изделия, имеющие лучшие рабочие параметры, такие как плотность, цвет и запах. Возможно создавать высокое давление без каких-либо деформаций формованных изделий и производственных потерь. Цвет, запах и плотность особенно важны, если формованные изделия затем применяют в качестве одноразовой посуды для подачи пищи. Эта посуда после окончания приема пищи подходит для употребления, и, следовательно, её вкус и запах имеют большое значение. Наиболее важной характеристикой формованных изделий, полученных в результате применения способа согласно настоящему изобретению, является их повышенная плотность и значительное снижение производственных потерь. Плотность формованных изделий влияет на их повышенную устойчивость к впитыванию жидкости, горячим блюдам, соусам и другим жидкостям. Кроме того, формованные изделия являются более жесткими, и потребителю легче их держать. Время изготовления одного формованного изделия также важно, и оно уменьшено в несколько раз с одновременным улучшением эксплуатационных параметров конечного продукта. Кроме того, способ согласно настоящему изобретению позволяет управлять процессом контролируемым образом для получения продукта с такими параметрами, которые требуются для конкретной цели. Каждый цикл сброса давления и закрывания может давать в результате различные параметры, таким образом обеспечивая возможность получения продуктов, имеющих различные параметры, заданные заранее, такие как внешний вид, показатели устойчивости, абсорбция воды и плотность. Указанный новый способ позволяет получать из формы одного и того же вида, например миски, продукты с различными внешними и внутренними характеристиками в соответствии с запланированным производством посредством регулирования времени, температуры и количества сброса давления. Возможно производить до 20 формованных изделий в минуту по сравнению с четырьмя согласно способу, известному из уровня техники.

Пример 1.

Из сыпучих отрубей, содержащих структурно связанную влагу в количестве 17,5%, полученных размолом пшеницы, посредством просева отбирали следующие части в следующем количестве: 0,1/0,2 мм - 35 мас.%, 0,2/0,4 мм - 25 мас.%, 0,4/0,8 мм - 40 мас.%. Материал подготавливали для получения биоразлагаемых формованных изделий путем смешивания 99 мас.%, отрубей, отобранных описанным выше способом, с 0,3 мас.%, сорбита, 0,4 мас.%, жженого сахара и 0,3 мас.%, красителя, разрешенного к применению в пищевых продуктах. Форма содержала две части. Внутренняя часть формы имела форму конечного продукта, и её края соприкасались друг с другом посредством системы выступов и пазов, плотно закрывая форму. В форму, нагретую до 120°С, наливали подготовленную смесь массой на 10% выше массы конечного продукта, а затем форму закрывали. Тепло, необходимое для разжижения смеси и выпаривания воды, подавали внутрь форм. Для получения требуемых свойств продукта необходимо достичь влажности 10-11%. При закрывании подавали тепло и при сбросе давления давали возможность воде испариться. В этом случае применяли 5 циклов закрывания по 1 с каждый и между циклами сбрасывали давление в форме, каждый раз по 0,5 с. Весь процесс закрывания и сброса давления проводили с цифровым управлением. Давление в форме сбрасывали в пределах от 0,1 до 0,2 мм. Получали продукт, имеющий плотность 1,600 г/см³, в то время как посредством способа, известного из уровня техники, получали формованные изделия с плотностью не более 1,200 г/см³.

Пример 2.

Смесь отрубей с влажностью 17,5%.

Температура 170°С.

Отмеряли точные количества (без перелива).

- 2 027907

Методика является такой же, как в примере 1, для получения готового продукта с влажностью 11%.

Форму закрывали и края закрывали до полного разжижения.

Высокая температура при полном давлении вызывала резкое повышение давления внутри, материал легко достигал высокого уровня текучести и поглощал теплоту, необходимую для выпаривания воды. В этом способе вода в материале после разжижения достигала температуры кипения только к концу первого закрывания. Закрывание и открывание в первом цикле занимало примерно 3 с, и его проводили при цифровом управлении. Второе закрывание вызывало аналогичные эффекты, как и первое, но материал уже был жидким, и высокое давление и температура оказывали влияние на плотность готового продукта. На практике, после второго приложения давления продукт достигал влажности 11-12%, и процесс можно было завершить. Для улучшения внешнего вида и блеска применяли приложение давления третий раз, но только для косметических целей, и энергия, которую применяли для приложения этого давления, незначительна. Первое закрывание 1,5 с, первый цикл сброса давления 1,0 с, повторное закрывание 2 с, повторный цикл сброса давления 1 с, повторное закрывание 1 с, сброс давления 0,5 с. Получали продукт с плотностью 1,600 г/см³, в то время как посредством способа, известного из уровня техники, получали формованные изделия с плотностью не более 1,200 г/см³, и время производства занимало более 30 с.

Пример 3.

Смесь отрубей с влажностью 17,5%. Температура 190-200°С.

Точное количество в закрытой форме и методика является такой же, как в примере 2, в котором задачей является получение готового продукта с влажностью 11%. Формы закрывали, и даже более высокая температура и давление без труда вызывали переход в жидкое состояние. Через 5 с сбрасывали давление в форме на 2 с и затем форму открывали. Получали продукт с плотностью 1,400 г/см³, в то время как посредством способа, известного из уровня техники, получали формованные изделия с плотностью не более 1,200 г/см³, и время производства занимало более 30 с.

Полученная влажность примерно 10-11% в зависимости от количества закрываний формы и температуры показана в табл. 1.

Таблица 1

Количество закрываний	Температура формы
120°С	170°С	190°С
1	16,5	15,9	11,3
2	14,1	13,8	10,2
3	13,2	12,2
4	11,8	11,1
5	10,9	9,9

Стабильная влажность сырья на уровне 17,5%

В приведенных выше примерах изготавливали миски диаметром 200 мм и тарелки диаметром 240 мм. Исследование относительно абсорбции воды с температурой 20°С и масла и притока воды с температурой кипения представлены в табл. 2. Исследование состояло в заполнении миски и тарелки и измерении времени до появления протечки. Результаты всех измерений показали в два или даже три раза более высокую устойчивость к протечкам относительно тарелок и мисок, изготовленных известным способом. Данное исследование показало, что высокое давление в процессе производства приводит к высокой плотности продуктов и имеет решающее влияние на абсорбцию воды готовыми продуктами. Конечные циклы в соответствии с настоящим изобретением имеют только косметические цели и улучшают внешний вид.

Таблица 2. Таблица характеристических признаков продуктов, полученных в соответствии с известными способами и способом согласно настоящему изобретению

Продукт	Жестко сть МПа	Плотно сть г/см³	Толщина мм	Масса г	Цвет	Запах	Количество производств енных циклов
Миска 20 см	1100	1100	1,6	45-50	Светлый	Отрубей	5
*Миска 20 см	1650	1550	1,6	57-62	Светлокоричневый с естественным глянцем	Жареных отрубей	3
Тарелка 24 см	980	1180	1,8	80-90	Светло- коричневый	Отрубей	5
*Тарелка 24 см	1400	1600	1,8	95-100	Темнокоричневый с естественным глянцем	Хлебной корки	3

*Относится к способу согласно настоящему изобретению

Claims

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. Способ изготовления биоразлагаемых формованных изделий с созданием давления водяного пара внутри составной формы, включающий смешивание сыпучих отрубей с размером гранул от 0,01 до 2,80 мм в количестве 95-100 мас.%, содержащих более 14 мас.% воды, структурно связанной в форме влаги, с получением смеси сыпучего материала;

нагревание формы до температуры 120°С или выше;

помещение указанной смеси сыпучего материала в указанную форму;

закрывание формы;

одновременное воздействие на смесь температуры и давления, где температура составляет 120°С или выше и давление составляет от 1 до 10 МПа;

сброс давления в форме путем открывания указанной формы с созданием зазора в 0,5 мм или менее между краями формы и стравливания давления водяного пара внутри формы, затем, необязательно, повторное закрывание указанной формы и далее повторный сброс давления, где указанный сброс давления производят по меньшей мере один раз; и открывание формы с завершением процесса, при этом стадии закрывания формы, подвергания смеси одновременному действию температуры и давления и по меньшей мере одного сброса давления в форме длятся несколько секунд.
2. Способ по п.1, в котором указанные стадии закрывания формы, подвергания смеси одновременному действию температуры и давления и сброса давления в форме повторяют.
3. Способ по п.1 или 2, в котором стадия смешивания сыпучих отрубей дополнительно включает смешивание указанных сыпучих отрубей в сухой форме с пропитывающими веществами, вкусовыми добавками, ароматизирующими добавками, неволокнистыми наполнителями, увлажнителями, красителями или их комбинациями в количестве до 5 мас.% с получением указанной смеси сыпучего материала.
4. Способ по любому из пп.1-3, в котором указанная составная форма представляет собой форму из двух частей.
5. Способ по любому из пп.1-4, в котором указанные отруби являются пшеничными.
6. Способ по любому из пп.1-5, в котором указанное биоразлагаемое формованное изделие представляет собой посуду или упаковку.