ES2180565T5 - Envoltura celulosica para alimentos. - Google Patents
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Abstract
SE PRESENTA UNA ENVOLTURA CELULOSICA PARA PRODUCTOS ALIMENTICIOS HECHA DE UNA CELULOSA NO DERIVATIZADA Y LOS DISTINTOS ADITIVOS INCLUYEN AUXILIARES PARA QUITARLA, AGENTES COLORANTES Y AGENTES AROMATIZANTES, QUE SE PUEDEN COLOCAR SOBRE O DENTRO DE LA ENVOLTURA QUE CONTIENE UN ABLANDADOR SOLUBLE EN AGUA.
Description
Envoltura celulósica para alimentos.
La presente invención se refiere a productos
basados en celulosa y más particularmente a envolturas tubulares de
celulosa para alimentos.
Las envolturas de celulosa para alimentos son
bien conocidas en la técnica y se usan ampliamente en la producción
de productos alimenticios embutidos tales como salchichas y
semejantes. Generalmente, las envolturas de celulosa para alimentos
son tubos sin costuras formados de celulosa regenerada y contienen
un plastificante tal como agua y/o un poliol tal como glicerina. La
plastificación es necesaria porque de lo contrario el tubo de
celulosa es demasiado frágil para su manejo y uso comercial.
Generalmente, las envolturas de celulosa para
alimentos se usan en una de las dos formas existentes. En una
forma, la envoltura consta de una película tubular de celulosa pura
regenerada que tiene un espesor de pared que varía de
aproximadamente 0,025 mm a aproximadamente 0,076 mm y se fabrica con
diámetros de tubo de aproximadamente 14,5 mm a 203,2 mm. La segunda
forma es una envoltura reforzada en la que la pared tubular de la
envoltura consta de una celulosa regenerada ligada a una trama de
papel. Tales envolturas reforzadas se denominan comúnmente
envolturas "fibrosas" para distinguirlas de las envolturas de
celulosa no reforzadas. Las envolturas fibrosas tienen una pared en
el intervalo de 0,050 mm a 0,102 mm de espesor y se fabrican con
diámetros de aproximadamente 40,6 mm a 193 mm o mayores.
La mayoría de la celulosa para fabricar ambos
tipos de envolturas se produce comúnmente por el denominado
"proceso viscosa", en el que la viscosa, un derivado soluble de
la celulosa, se extruye como una película tubular a través de una
matriz anular en baños de coagulación y regeneración, para producir
un tubo de celulosa regenerada. Subsiguientemente, este tubo se
lava, se plastifica con glicerina u otro poliol, y se seca.
Usualmente, el secado se lleva a cano mientras el tubo está inflado
con aire a una presión suficiente tanto para mantener un diámetro
de tubo constante como para orientar la película.
El proceso viscosa para fabricar celulosa es
bien conocido en la técnica. Brevemente, en el proceso viscosa una
celulosa natural, tal como pulpa de madera o borra de algodón, se
trata con una disolución cáustica para activar la celulosa para
permitir la derivatización y extraer de la celulosa natural ciertas
fracciones solubles en álcalis. La celulosa alcalina resultante se
tritura, se envejece y se trata con disulfuro de carbono para
formar xantato de celulosa que es un derivado de la celulosa. El
xantato de celulosa se disuelve en una disolución cáustica débil.
La disolución resultante o "viscosa" se hace madurar, se
filtra, se separa el aire y se extruye. La fuente de la pulpa y el
tiempo de envejecimiento de la celulosa alcalina se seleccionan
dependiendo de si la viscosa será usada para fabricar envolturas
fibrosas o envolturas de celulosa reforzadas. La envoltura fibrosa
usa una disolución menos viscosa porque la disolución de menor
viscosidad empapa la trama de papel por capilaridad, penetrando
completamente en la trama y estableciendo fuertes enlaces
intermoleculares entre las moléculas de celulosa. Para extruir una
envoltura de celulosa no reforzada se usa una disolución más
viscosa.
La viscosa se extruye como un tubo a través de
una matriz anular y cerca de un mandril autocentrante en los baños
de coagulación y regeneración que contienen sales y ácido sulfúrico.
En los baños ácidos, el xantato de celulosa, por ejemplo la
viscosa, se convierte de nuevo en celulosa. A este respecto, el
baño ácido descompone el xantato de celulosa con el resultado de
que se coagula y regenera una forma pura de celulosa. Inicialmente,
la celulosa coagulada y regenerada está en un estado de gel. En
este estado de gel, el tubo de celulosa se pasa en primer lugar a
través de una serie de depósitos de lavado por inmersión en agua,
para separar los subproductos formados durante la regeneración. A
continuación, el tubo de gel se trata con un agente humectante tipo
glicerina y se seca hasta aproximadamente un 10% de humedad, basada
en el peso total de la envoltura. Durante el procedimiento de
secado, el tubo de gel se infla hasta una presión suficiente para
proporcionar un grado de orientación al tubo de celulosa
secado.
Tanto las envolturas de celulosa no reforzada
como las envolturas fibrosas se producen de esta manera, excepto
que en el caso de envolturas fibrosas la viscosa se extruye sobre un
tubo de papel antes de entrar en los baños de coagulación y
regeneración.
Durante la regeneración de la celulosa a partir
de la disolución de xantato se liberan productos de azufre y se
desprenden gases, tales como sulfuro de hidrógeno, disulfuro de
carbono y dióxido de carbono, a través tanto de las superficies
interna como externa del tubo de gel. Los gases producidos como
subproductos durante la regeneración son nocivos y tóxicos, por lo
tanto su confinamiento y recuperación impone una carga considerable
al procedimiento de fabricación. Sin embargo, los gases generados en
la superficie interna del tubo extruido se pueden acumular dentro
de la envoltura tubular y consecuentemente presentan problemas
especiales. La envoltura tubular, mientras esté en estado gel, es
expandible y la acumulación de presión por los gases que se acumulan
dentro de la envoltura provoca variaciones indeseables del
diámetro. Para impedir esto, la envoltura de gel se pincha
periódicamente para purgar los gases acumulados. Este procedimiento
de punción, que supone procedimientos para pinchar, purgar, y a
continuación sellar el tubo de gel pinchado, da lugar a una
interrupción indeseable del procedimiento de fabricación. Asimismo,
los gases que evolucionan dentro de la pared de la envoltura pueden
llegar a quedar atrapados provocando burbujas que debilitan la
envoltura y la desvirtúan respecto a su embutibilidad.
La envoltura en su estado gel retiene en alguna
extensión bajas concentraciones residuales de los compuestos de
azufre producidos durante la regeneración. Aunque se tenga cuidado
para separar todos los compuestos residuales de azufre lavando el
tubo de gel antes de secar, la envoltura secada puede contener aún
cantidades traza de estos compuestos.
A pesar de los problemas intrínsecos al
procedimiento viscosa que se describió anteriormente, es no obstante
el procedimiento más comúnmente usado para la producción de
envoltura de celulosa para la industria del procesado de
alimentos.
Un método de producción alternativo de celulosa
supone formar una disolución de celulosa por medio de una
disolución simple más que requerir antes la derivatización para
formar una sustancia soluble. En la patente de EE.UU. nº
2.179.181, se describe un procedimiento de disolución de la
celulosa. Esta patente describe la disolución de celulosa natural
mediante un óxido de amina terciaria para producir disoluciones de
un contenido de sólidos relativamente bajo, por ejemplo, 7 a 10% en
peso de celulosa disuelta en 93 a 90% en peso de amina terciaria.
En la disolución resultante, la celulosa no está derivatizada antes
de su disolución. La patente de EE.UU. nº 3.447.939 describe el uso
de
N-metil-morfolina-N-óxido
(NMMO) como disolvente tipo amina cíclica en el que las
disoluciones resultantes, aunque tengan un bajo contenido de
sólidos, se pueden usar en reacciones químicas que impliquen al
compuesto disuelto o para precipitar la celulosa para formar una
película o un filamento.
Patentes más recientes, tales como la de EE.UU.
4.145.532 y la de EE.UU. 4.426.228, mejoran las enseñanzas de la
patente de EE.UU. 3.447.939. El documento US 4.145.532 describe un
procedimiento para fabricar una disolución de celulosa en un óxido
de una amina terciaria, tal como NMMO, que contiene
10-35% en peso de celulosa. Este mayor contenido de
sólidos, en parte conseguido incluyendo una cantidad de agua (de
1,4% a aproximadamente 29% en peso) en el disolvente tipo óxido de
amina terciaria, proporciona una disolución adaptada para ser
conformada en un artículo de celulosa tal como por extrusión o
hilado. En el documento US 4.426.228, la disolución de
NMMO-celulosa contiene un aditivo que reduce la
descomposición de la cadena polímera de celulosa para que se
obtengan sustancias moldeadas o hiladas con sólo una ligera
decoloración y que darán formas moldeadas que se distinguirán por
resistencias mejoradas tras la precipitación en un no disolvente tal
como agua.
Generalmente, la disolución de la celulosa se
produce por cuatro métodos: se comporta como una base donora de
electrones, o como un ácido aceptor de electrones, o compleja con
otro reactivo, o forma un derivado en el que la celulosa está
covalentemente enlazada a través de grupos alcohol con varios
reactivos para formar nuevas moléculas. Las últimas incluyen
xantato de celulosa sódica, es decir, siendo la celulosa un alcohol
puede reaccionar para formar ésteres tales como un derivado xantato
que sea soluble en disolventes orgánicos acuosos, no acuosos o
fuertemente polares. La solubilización se debe principalmente al
desbaratamiento de los enlaces de hidrógeno por los enlaces del
derivado. El rasgo sobresaliente de esta etapa es que los grupos
derivatizantes se pueden separar fácilmente mediante materiales
hidroxílicos tales como, por ejemplo, un ácido acuoso, dando
celulosa pura. Cuando se disuelve mediante un procedimiento de
derivatización, la celulosa se regenera verdaderamente, mientras
que cuando se disuelve por complejación o solvatación de la celulosa
pura, como en el primero de los tres tipos de disolución
mencionados, la celulosa es principalmente precipitada o coagulada,
es decir, reorganizada en una forma. A pesar de estas diferencias,
el artículo de celulosa resultante es químicamente idéntico
independientemente de si se reprecipita en disoluciones o se
regenera químicamente.
El uso de NMMO como disolvente de la celulosa
elimina la necesidad de derivatizar la celulosa como en el proceso
viscosa. Consecuentemente, elimina las desventajas que asisten al
proceso viscosa, tales como los problemas asociados con la
generación de gases tóxicos y nocivos y compuestos de azufre.
Sin embargo, aunque la celulosa no derivatizada
que resulta del procedimiento de disolver celulosa en NMMO elimina
ciertos problemas asociados con el proceso viscosa, hasta donde
llega el conocimiento del solicitante, las disoluciones de
NMMO-celulosa todavía no se habían usado en la
fabricación de envolturas de celulosa para alimentos hasta la
publicación el propio documento del solicitante
WO-A-93/13670 que describe tales
envolturas. Se especula que la celulosa no derivatizada no se había
usado comercialmente en la fabricación de envolturas para
alimentos porque la disolución a 65ºC tiene una viscosidad
significativamente mayor que la viscosidad de la celulosa
derivatizada usada en la producción de envolturas de celulosa para
alimentos. En particular, la celulosa no derivatizada en disolución
puede tener un peso molecular de aproximadamente 80.000 a 150.000 y
una viscosidad en el intervalo de aproximadamente 1.000.000 a
3.500.000 centipoises. El alto peso molecular y la alta viscosidad
resultan porque la disolución de la celulosa no afecta al grado de
polimerización. La viscosa para fabricar envolturas, en la que el
grado de polimerización está afectado por el procedimiento de
derivatización, tiene un peso molecular en el intervalo de
aproximadamente 95.000 a 115.000 para la envoltura no fibrosa y una
viscosidad de 5.000 a 30.000 centipoises.
Desde un punto de vista de un procedimiento para
fabricar artículos de celulosa, estas diferencias son importantes
porque después de la disolución, las etapas del procedimiento, que
incluyen la recuperación de la celulosa, dependen de si la celulosa
ha formado un enlace covalente con el reactivo solubilizante, es
decir, ha sido derivatizada. Esto es así en el caso del bien
conocido y comercialmente practicado proceso viscosa. Cuando un
derivado de la celulosa se procesa en un artículo conformado, el
derivado, tal como la viscosa, en primer lugar se coagula
parcialmente en el baño de extrusión y a continuación se hidroliza
subsiguientemente a celulosa, es decir, se regenera la celulosa.
Durante esta hidrólisis y mientras el derivado está todavía en un
estado "plástico", los cristalitos de celulosa reformados se
pueden estirar y orientar para dar propiedades comerciales
deseables tales como altas resistencias a la tracción o al
reventamiento. Sin embargo, una desventaja de este enfoque general
es que, puesto que se ha hidrolizado un derivado de la celulosa, se
forman subproductos adicionales. Esto complica significativamente
la recuperación de la celulosa.
En contraste, en los métodos de disolución de la
celulosa no derivatizada tales como en NMMO/H_{2}O, la
orientación de las moléculas de celulosa durante la reorganización
del artículo de celulosa es más difícil porque no hay ningún enlace
covalente que romper. Por lo tanto, la reorganización es
esencialmente una dilución o descomplejación física. Sin embargo,
la recuperación es menos compleja y, al menos en el sistema
celulosa/NMMO/H_{2}O, comercialmente factible.
La patente de EE.UU. nº 4.246.221 y la patente
de Alemania del Este nº DD 218121 han enseñado que tales mezclas
que contienen celulosa no derivatizada con NMMO y agua se pueden
forzar a través de una boquilla y guiarse longitudinalmente a
través de un hueco de aire de 31 cm de longitud hasta un baño
precipitante para formar fibras sólidas de muy pequeño diámetro.
Más recientemente, la bibliografía relacionada con el hilado de
fibras de celulosa no derivatizada muestra que se deben evitar
tales largos recorridos de senda de aire. Por ejemplo, el documento
US 5.252.284 especifica que un hueco largo de aire conduce al pegado
de las fibras, incertidumbres en el hilado y a la ruptura de las
fibras a altos grados de estiramiento. Según el documento US
5.252.284, usando diámetros de orificio seleccionados y longitudes
del canal de la boquilla seleccionadas, el hueco de aire se reduce
deseablemente a 35 mm como máximo.
Sin embargo, la fabricación de fibras sólidas
individuales de celulosa por extrusión a través de orificios de
51-102 \mum no es análoga a la fabricación de
envolturas de celulosa para alimentos que se extruyen como un tubo
hueco de al menos aproximadamente un diámetro interno de 17,8 mm con
un espesor de pared típicamente del orden de 1,0 mm.
Las envolturas para alimentos fabricadas de
celulosa derivatizada contienen típicamente aditivos o
revestimientos para potenciar las características y el procesado de
los alimentos. Por ejemplo, para fabricar envolturas autocoloreadas
se incorporan colorantes en o sobre la envoltura, la cual transfiere
el color durante el procesado del producto alimenticio desde la
envoltura al producto alimenticio. También se incorporan en o se
revisten sobre la envoltura agentes líquidos de ahumado, que
imparten un sabor ahumado y un color rojizo al producto
alimenticio. También se añaden a las envolturas agentes auxiliares
de pelado que permiten que la envoltura se pueda desprender
completamente del producto cárnico cocinado sin provocar que ninguna
parte del producto cárnico sea dañada.
Las envolturas se fabrican en una variedad de
colores. Para producir estas envolturas coloreadas, antes de la
extrusión se incorporan pigmentos colorantes a la celulosa. A veces,
es necesario imprimir sobre el exterior de la envoltura. Para
imprimir se pueden usar ciertos colorantes y pigmentos cualquiera
que sea lo que se necesite sobre la envoltura.
Aunque se ha demostrado la capacidad de una
envoltura de celulosa derivatizada para aceptar estos aditivos y
revestimientos, no ha habido ninguna experiencia ni expectativa de
que una envoltura de celulosa no derivatizada aceptara asimismo
estos revestimientos y aditivos.
Por consiguiente, es un objeto principal de la
presente invención proporcionar una envoltura celulósica para
alimentos fabricada de celulosa no derivatizada que incorpore un
revestimiento o aditivo que potencie la función de la envoltura
para alimentos, y un método para prepararla. Los aditivos o
revestimientos típicos especialmente deseables para incorporar en
la envoltura son los que transfieren colores o sabores al producto
alimenticio desde la envoltura, los que ayudan al pelado de la
envoltura de la carne, y los colorantes que se usan para imprimir
sobre la superficie de la envoltura.
La presente invención proporciona una envoltura
celulósica para alimentos que comprende una película tubular sin
costuras, exenta de azufre, de celulosa no derivatizada extruida y
precipitada en una disolución de óxido de amina y celulosa de
celulosa disuelta en
N-metilmorfolina-N-óxido (NMMO) y
que contiene un agente colorante, en la que dicha envoltura
contiene un agente colorante no transferible que procede de la
disolución de celulosa, y un agente suavizante soluble en agua.
Para los fines de esta memoria descriptiva,
celulosa "no derivatizada" quiere decir una celulosa que no se
ha sometido a formación de enlaces covalentes con un disolvente o
reactivo sino que se ha disuelto por asociación con un disolvente o
reactivo por medio de fuerzas de Van der Waals o enlaces de
hidrógeno.
"Envolturas de celulosa no derivatizada" y
"envolturas celulósicas no derivatizadas" quieren decir
envolturas para alimentos preparadas a partir de celulosa no
derivatizada como se definió anteriormente.
"Envolturas de celulosa derivatizada" y
"envolturas celulósicas derivatizadas" quieren decir envolturas
para alimentos preparadas mediante la regeneración de una celulosa
derivatizada, empleando preferiblemente el proceso viscosa que se
describió anteriormente.
"No disolvente" quiere decir un líquido que
no es un disolvente de la celulosa.
En el baño de agua, la celulosa no derivatizada
precipita y el tubo de gel resultante se puede tratar con agua, un
alcohol polihídrico tal como glicerina, u otro agente suavizante
soluble en agua tal como un óxido de poli(óxido de alquileno) o un
polialquilenglicol, antes del secado. Sobre la base de una
evaluación de las envolturas para alimentos extruidas usando la
disolución de celulosa no derivatizada, parece que, inesperadamente,
tales envolturas tienen una mayor permeabilidad al agua que las
envolturas de celulosa derivatizada del proceso viscosa. La
permeabilidad al agua es de considerable importancia para las
envolturas de alimentos ya que el procesado de envolturas para
alimentos embutidos con frecuencia supone procedimientos de cocción
o curado que requieren que la humedad y los componentes
saborizantes pasen libremente a través del material de la envoltura.
Sin embargo, sobre la base de una evaluación de las envolturas de
celulosa no derivatizada, parece que tales envolturas son más
resistentes que las envolturas fabricadas con celulosa derivada del
proceso viscosa. Mejorar la permeabilidad a la humedad mientras se
mantiene o mejora la resistencia es inesperable puesto que los
intentos previos para aumentar la permeabilidad al agua de la
envoltura fabricada con celulosa derivatizada dieron lugar a una
disminución de la resistencia de la envoltura.
Las envolturas fabricadas de una celulosa no
derivatizada también tienen una mayor resistencia al desgarro
cuando están húmedas que sus contrapartidas de celulosa del proceso
viscosa. La resistencia al desgarro en húmedo es una importante
propiedad de las envolturas de alimentos ya que es una medida de la
capacidad de la envoltura para soportar el abuso impartido por los
rigores del fruncido y embutido. Por ejemplo, no es inusual que el
equipo para embutir pobremente mantenido entalle o de cualquier otra
forma dañe la envoltura durante el procedimiento de embutido con el
resultado de que la envoltura se desgarre y falle a las presiones
de embutir. Consecuentemente, es importante que la envoltura sea
capaz de soportar cierta cantidad de daño sin que falle.
La celulosa no derivatizada se puede usar para
formar envoltura fibrosa fluyendo la disolución fundida de
NMMO-celulosa sobre una trama de papel antes de
precipitar la celulosa. Esto es sorprendente e inesperado porque la
disolución de NMMO-celulosa aplicada a la trama de
papel no provoca una degradación visible obvia del papel incluso
aunque el componente NMMO de la disolución sea un disolvente de la
celulosa.
Todas las sorprendentes ventajas de una
envoltura de celulosa para alimentos que tenga una resistencia al
desgarro en húmedo mejorada sin ninguna pérdida de resistencia o
permeabilidad al agua, que esté exenta de azufre, y que se forme
mediante un procedimiento que no genere subproductos tóxicos y
nocivos, son alcanzables a través del uso de una celulosa no
derivatizada para formar la envoltura para alimentos.
En particular, la presente invención es una
envoltura de celulosa para alimentos que comprende una película
tubular extruida sin costuras, exenta de azufre, de una celulosa no
derivatizada extruida y precipitada en una disolución de un óxido
de una amina cíclica de celulosa disuelta en
N-metilmorfolina-N-óxido, la cual
se puede decir que exhibe propiedades semejantes a las
termoplásticas, y en la que la película tubular contiene un agente
colorante no transferible procedente de la disolución de celulosa, y
un agente suavizante soluble en agua.
Se encontró que las envolturas para alimentos de
celulosa no derivatizada según la invención tenían todas los
atributos deseables de las envolturas para alimentos formadas a
partir de celulosa derivatizada. Embeben agua y se tratan con
glicerina u otros agentes suavizantes necesarios para dotar a la
envoltura con la flexibilidad necesaria para el procesado; son
permeables a la humedad, lo cual es necesario para procesar el
producto alimenticio embutido en la envoltura; además del agente
colorante no transferible que incorporan, absorben, incorporan
además, o se pueden revestir con agentes auxiliares de pelado,
agentes de inmovilización antipliegues, y agentes saborizantes; son
extensibles y capaces de ser embutidas con un producto alimenticio y
de contener al producto alimenticio durante el ciclo de cocción sin
rajarse; aceptan agentes colorantes para producir envolturas
coloreadas; y es posible imprimir sobre estas envolturas. Tienen
todos estos atributos, además de ser más resistentes al desgarro
que las envolturas de celulosa convencionales y estar completamente
exentas de incluso cantidades traza de compuestos de azufre
generados en el procedimiento.
La figura 1 es un dibujo esquemático que muestra
una disposición del aparato para extruir la envoltura para
alimentos de la presente invención.
La figura 2 es una vista de una boquilla de
extrusión parcialmente separada y en sección como se usa en el
aparato de la figura 1.
La figura 3 es una vista similar a la figura 2
que muestra una boquilla de extrusión alternativa.
Se llevaron a cabo varios ensayos para
establecer la viabilidad de usar celulosa no derivatizada para
formar envolturas de celulosa para alimentos y determinar las
propiedades de las envolturas para alimentos así formadas.
Para fines de ensayo, se obtuvo una disolución
de NMMO-celulosa de Courtaulds Research Ltd.,
Coventry, England. La disolución de ensayo, o "masa de
celulosa" ("dope" en inglés), es un sólido amarillo/marrón
que tiene un punto de fusión de 60-70ºC. La hoja de
datos de seguridad del material de la masa de celulosa identifica
que contiene, en peso, 70-80% de NMMO,
10-20% de celulosa y 5-15% de agua.
Se cree que la masa de celulosa tal y como se suministra se fabrica
según procedimientos descritos en las patentes de EE.UU. nºs
4.145.532, 4.196.282 y 4.255.300.
Aunque la celulosa generalmente usada en este
tipo de procedimientos proviene de la madera o del algodón, la
celulosa también se encuentra en y se puede usar a partir de otras
fuentes tales como hojas de morales, cáñamo, lino, yute, céspedes,
paja, corcho y azúcar de caña. Otras posibles fuentes de celulosa
incluyen ciertas bacterias, hongos, levaduras y algas marinas.
La masa de celulosa, recibida en planchas, se
puso en un congelador para aumentar su fragilidad. A continuación,
se golpeó con un martillo para formar trozos más pequeños y se molió
hasta un tamaño de partícula de menos que aproximadamente 1,58 mm
de diámetro.
El agua de la disolución de la masa de celulosa
probablemente debilita los enlaces de hidrógeno
celulosa-celulosa lo bastante para que la molécula
de NMMO, que en sí misma no sería lo bastante fuerte para romper un
enlace de hidrógeno de la celulosa con otra molécula de celulosa,
pueda encajarse entre las cadenas de celulosa y solvatarlas. Esto
provoca la plastificación y con suficiente calor, tiempo y cizalla
mecánica, disuelve la celulosa. Posiblemente, esta acción también
pueda ser proporcionada mediante moléculas hidroxílicas diferentes
del agua, como por ejemplo, metanol y formamida. En principio,
podría desarrollarse un método para practicar la presente invención
usando una masa de celulosa que no contenga nada de agua o que
contenga una cantidad de agua sustancialmente reducida. Sin
embargo, la recuperación del caro NMMO para su reciclado sería muy
complicada por la adición de un tercer componente al medio
disolvente.
A continuación, estas partículas se cargaron en
una extrusora tipo husillo Brabender modelo 100 que alimentaba un
montaje de la matriz dispuesto para extruir un tubo de
aproximadamente 25,4 mm de diámetro. Las temperaturas de la
extrusora y de la matriz se mantuvieron a aproximadamente 105ºC. La
masa de celulosa extruida se pasó secuencialmente a través de un
perfil de una pila de tamices de malla 60/200/325/200/60 localizado
entre la extrusora y la matriz. La pila de tamices impide que la
masa de celulosa y otros contaminantes parcialmente fundidos sean
extruidos y aumenta el tiempo de residencia de la masa de celulosa
en la extrusora. Esto asegura que la masa de celulosa está
completamente fundida antes de la extrusión.
La matriz se posiciona para extruir un tubo en
sentido descendente hacia un baño de agua mantenido a una
temperatura de aproximadamente 15ºC. Entre la matriz y la
superficie del agua había un hueco de aire de aproximadamente 50
mm. Con esta disposición, se hizo funcionar la extrusora a
aproximadamente 50 rpm a un caudal de alimentación de
aproximadamente 1,13 a 1,36 kg/h. El tiempo de residencia del tubo
extruido en el baño de agua fue de aproximadamente un minuto y
desde del baño el tubo se estiró a través de rodillos de arrastre y
se enrolló sobre un huso.
La figura 1 ilustra el aparato de ensayo usado
en una operación piloto de laboratorio. A este respecto, la
extrusora 12 incluye una tolva 14 en la que se alimenta la masa de
celulosa pulverizada. La pila de tamices 16 está entre la extrusora
y la matriz 18. Calentadores de banda 20 adyacentes a la matriz
mantienen la matriz a aproximadamente 105ºC, como se advirtió
anteriormente. La matriz se orienta para que la envoltura tubular
para alimentos extruida 22 pase verticalmente hacia abajo al baño de
agua 24. Cuando comienza la extrusión, el tubo se mantiene abierto
para que cuando entre en el baño se llene con agua y se entrelace
alrededor de los rodillos 26. El agua dentro del tubo impide que el
tubo se bloquee (es decir, se autoadhiera) cuando sea aplanado al
pasar alrededor de los rodillos 26.
En la figura 2 se muestra la matriz 18 en
sección transversal. La matriz incluye un miembro externo 28 que
tiene un agujero central 30. Centrado dentro de este agujero está un
tapón 32. El tapón y la superficie del agujero definen un espacio
anular 34 y entre ellos, en el que el espacio de la salida 38 define
un hueco de aproximadamente 0,508 mm de ancho y 25,4 mm de
diámetro. La masa de celulosa fundida se introduce en este espacio
a través de la entrada 36 y fluye hacia abajo y alrededor del
mandril y se extruye como un tubo por la salida 38.
Los tubos extruidos de la manera descrita
anteriormente te lavaron en agua para separar todo el NMMO y a
continuación se mantuvieron en remojo muestras en una disolución de
glicerina al 10% durante diez minutos. A continuación, los tubos se
inflaron con aire y, cuando la presión del aire que inflaba fue
suficiente para mantener el tubo abierto durante el secado, se
secaron. El espesor de la pared de los tubos extruidos en esta
operación experimental no fue tan uniforme como el espesor de la
pared de la viscosa extruida comercialmente en una fabricación
convencional de envolturas. Por ejemplo, en una muestra de
envoltura formada de la masa de celulosa de celulosa no
derivatizada, el espesor de la pared en puntos alrededor de su
circunferencia varió entre 0,06 y 0,11 mm, mientras que una
envoltura convencional de celulosa de viscosa derivatizada tiene un
espesor relativamente uniforme de 0,06 mm. En cualquier caso, este
ensayo estableció que la masa de celulosa derivatizada se podía
extruir en tubos que tenían un espesor de pared por debajo de al
menos 0,06 mm.
Para analizar las características de
permeabilidad al agua, un tramo del tubo de celulosa no derivatizada
se mantuvo a remojo en agua (25ºC) durante aproximadamente cinco
minutos y seguidamente se cortaron discos de 38 mm de diámetro a
partir del tramo remojado. El disco remojado se insertó en una celda
de ultrafiltración vendida por Amicon Corporation (modelo 52) que
tenía un plato de polietileno para soportar la muestra de ensayo.
Se introdujo agua a 25ºC a una presión de 500 mm de Hg por un lado
de la celda. Una pipeta unida al otro lado de la celda recogía el
agua que pasaba a través de la muestra de envoltura. Los datos
recogidos se usaron a continuación para calcular la permeabilidad
al agua de la muestra de ensayo. El cálculo resultante representa
un caudal de permeación o ultrafiltración de agua por unidad de área
por unidad de presión aplicada, siendo las unidades específicas
ml/min/m^{2}/mm de Hg. Se analizaron de esta manera tres muestras
de la celulosa no derivatizada. Con fines comparativos, se obtuvo
una sección de una envoltura para alimentos de celulosa
derivatizada fabricada según el proceso viscosa de una cadena de
producción industrial de envolturas NoJax® (marca comercial
registrada de Viskase Corporation, Chicago, IL, EE.UU.), mientras
aún estaba en estado gel (después de la regeneración, lavado y
tratamiento con glicerina, pero antes del secado). Esta envoltura en
estado gel se infló con aire para mantenerla abierta durante el
secado y seguidamente se sometió al mismo ensayo de permeabilidad.
Los resultados del cálculo se muestran en la tabla I.
Los resultados de los análisis de la tabla I
indican que la permeabilidad al agua de una envoltura ensayada que
se formó de la celulosa no derivatizada es mayor que la de las
muestras derivatizadas.
La resistencia de la envoltura de celulosa no
derivatizada se analizó mediante el ensayo denominado
"reventamiento por estiramiento". Este ensayo supone remojar
una sección de la envoltura en agua a temperatura ambiente durante
treinta minutos para asegurarse de que está en estado rehumedecido.
En su estado rehumedecido, se amarra un extremo de la muestra y la
muestra se infla con aire a una tasa de incremento de la presión de
aproximadamente 44,52 mm de Hg/s, hasta que revienta. Durante el
inflamiento, el diámetro aumenta y se registra el diámetro en el
momento de reventar. La muestra de envoltura ensayada formada a
partir de celulosa no derivatizada tenía una anchura desinflada en
estado rehumedecido de 49,5 mm (31,5 mm de diámetro). En el ensayo
alcanzó un diámetro de aproximadamente 48,0 mm y reventó a una
presión interna de 203 mm de Hg.
Para comparar la presión de reventamiento, se
separó un tramo de envoltura de celulosa derivatizada para
alimentos en estado de gel de una cadena de producción comercial
después del tratamiento con glicerina pero antes del secado. Esta
envoltura en estado de gel estaba destinada a la producción de una
envoltura frankfurter convencional conocida como envoltura NoJax®
calibre 25N de Viskase Corporation. Esta envoltura en estado de gel
se trató de la misma manera que la envoltura no derivatizada
anteriormente mencionada, es decir, se infló con aire para
facilitar el secado sin ningún intento de orientarla inflándola para
impartir estiramiento a la envoltura. A continuación, la envoltura
se rehumedeció de la misma manera que la muestra de envoltura de
celulosa no derivatizada y se sometió al ensayo de reventamiento por
estiramiento. En su estado rehumedecido la anchura desinflada de
las tres muestras fue de 35,47 mm en promedio (22,6 mm de diámetro).
La presión media de reventamiento fue 271,33 mm de Hg y el diámetro
medio en el momento de reventar fue de 37,33 mm. La presión de
reventamiento fue mayor que la de la muestra no derivatizada. Sin
embargo, siendo todos los factores iguales, la presión de
reventamiento está en parte determinada por el diámetro de la
envoltura porque cuanto más pequeño es el diámetro mayor será la
presión de reventamiento de la envoltura. Por consiguiente, se cree
que este aumento, al menos en parte, se debió al hecho de que el
diámetro medio de la muestra de celulosa derivatizada fue más
pequeño que el de la muestra de celulosa no derivatizada.
En otro intento para comparar las presiones de
reventamiento, se seleccionaron dos envolturas orientadas de
Viskase Corporation formadas de celulosa derivatizada, para comparar
las presiones de reventamiento en estado rehumedecido. Una,
conocida como envoltura de Viskase NoJax® calibre 40G se seleccionó
porque se especifica que tiene una anchura desinflada (48,77 mm a
52,83 mm) comparable a la muestra de celulosa no derivatizada. Las
especificaciones de Viskase para esta envoltura de calibre 40G
incluyen una presión mínima de reventamiento de 173 mm de Hg, en
la que la presión de reventamiento se determina según el mismo
procedimiento observado anteriormente. La segunda envoltura,
conocida como envoltura Viskase calibre HS 65, tiene una mayor
anchura desinflada especificada de 55,37 mm a 65,02 mm, y las
especificaciones de Viskase para esta envoltura de calibre HS65
incluyen una presión mínima de reventamiento de 171 mm de Hg. Estos
valores mínimos son menores que la presión de reventamiento de 203
mm de Hg obtenida cuando se ensaya la envoltura de celulosa no
derivatizada.
También se sabe que una envoltura formada de
celulosa no derivatizada tiene una mayor presión de reventamiento
después de la orientación, hecha por secado mientras la envoltura se
infla para estirarla, que sin tal orientación. Las envolturas
formadas de celulosa no derivatizada usadas en el ensayo de
reventamiento por estiramiento no estaban orientadas mientras que
la presión de reventamiento especificada para las envolturas de
Viskase anteriormente especificadas son para envolturas orientadas.
Por consiguiente, se cree que, si se orientan, las envolturas
formadas de la celulosa no derivatizada tendrán todavía mayores
presiones de reventamiento que las envolturas comparables formadas
de celulosa derivatizada.
También se ensayó la resistencia al desgarro de
la envoltura formada de celulosa no derivatizada, tanto en la
dirección de la máquina (MD) como en la dirección transversal (TD).
Se cortaron en rectángulos muestras a ensayar tanto de envoltura
celulosa no derivatizada como de envoltura en estado gel NoJax®
calibre 25N, extruidas y tratadas como se advirtió anteriormente.
Se tomó un grupo de tres muestras tal que un lado (A) de cada
muestra se cortó perpendicular a la dirección MD. Se tomó un segundo
grupo de muestras tal que un lado (B) se cortó perpendicular a la
dirección TD. Para iniciar el desgarro se hizo una raja en cada
muestra. Cada raja comenzaba en el centro de un lado (A) o (B) y
se extendía en la dirección a ensayar. Las muestras se remojaron en
agua desmineralizada durante treinta (30) minutos, se midieron sus
espesores y a continuación se fijaron a una máquina de ensayos de
desgarro DuPont tipo péndulo. La muestra se coloca para que cuando
se libere el péndulo del instrumento, el peso del péndulo oscilante
rasgue la muestra por la mitad en la que se inició el desgarro
mediante la raja cortada en un lado. La escala del instrumento
registra un valor que representa la fuerza de desgarro en
gramos-centímetro requerida para desgarrar la
muestra. Este valor se usa para calcular la fuerza de desgarro por
milímetro de espesor de
película.
película.
Se ensayaron envolturas fabricadas tanto de
muestras derivatizadas como no derivatizadas, usando los mismos
procedimientos de ensayo. Los resultados del ensayo de desgarro en
muestras formadas de la celulosa derivatizada se muestran en la
tabla II. La tabla III muestra los resultados de los ensayos de
desgarro de muestras cortadas de una película tubular formada de
celulosa no derivatizada.
\vskip1.000000\baselineskip
La comparación de los resultados muestra que
para una película tubular formada de celulosa no derivatizada la
resistencia al desgarro por 0,1 mm de espesor es, en promedio,
significativamente mayor tanto en la dirección MD como en la TD.
Particularmente, la resistencia al desgarro MD es en promedio unas
2,5 veces mayor y la resistencia al desgarro TD es 1,5 veces mayor.
Esto es importante porque, como se discutió anteriormente, la
resistencia al desgarro en húmedo es un índice de la capacidad de la
envoltura para soportar los rigores del embutido. La resistencia al
desgarro también es importante durante las operaciones de conversión
de las envolturas antes del embutido. Por ejemplo, las envolturas
para alimentos tales como las usadas para procesar frankfurters y
productos semejantes, se convierten típicamente mediante una
operación de fruncido (es decir, comprimiendo longitudinalmente en
pliegues estrechamente empaquetados) para juntar un largo tramo de
envoltura en barras tubulares más cortas. No es inusual en una
operación de fruncido compactar hacia arriba sesenta (60) metros de
envoltura hasta una longitud de sólo 76 cm. El procedimiento de
fruncido en sí mismo se lleva a cabo a velocidades de hasta 360
metros por minuto. Por consiguiente, es importante que la envoltura
sea capaz de mantener su integridad física y no se desgarre durante
la operación de fruncido. Así, tanto por consideraciones de
procesado (fruncido) como de embutido, es deseable tener una
envoltura con una alta resistencia al desgarro.
Los ensayos de embutido se llevaron a cabo para
determinar si las envolturas fabricadas de celulosa no derivatizada
eran adecuadas para procesar alimentos. Se ataron por un extremo
varios trozos de la envoltura formada y tratada con glicerina y
secada como se advirtió anteriormente, y se embutieron a mano con
una emulsión frankfurter de alto contenido de colágeno. Algunas
envolturas se rajaron durante el embutido debido a puntos débiles
provocados por minúsculos agujeros o burbujas en la pared de las
envolturas. Las muestras que se embutieron con éxito se procesaron
después de embutir por cocción a 82ºC y 40% de humedad relativa (HR)
durante 75 minutos, para simular las condiciones de una operación
comercial. Las envolturas de celulosa no derivatizada, embutidas y
procesadas de esta manera, nos se rajaron o rompieron de cualquier
otra forma durante la cocción, lo que indica la conveniencia de su
uso como envolturas para alimentos.
La matriz usada para producir envolturas para
los ensayos previos se reemplazó por una disposición de boquilla
que tenía algunos rasgos similares a la boquilla usada en la
producción de envoltura celulósica frankfurter a partir de viscosa.
Una boquilla típica de extrusión de viscosa para producir envolturas
de celulosa para alimentos incluye un mandril autocentrante que se
extiende hacia fuera del cuerpo de la boquilla. La boquilla está
localizada por debajo del nivel del líquido regenerante y está
orientada para que el tubo de viscosa extruido pase verticalmente
hacia arriba desde la boquilla y a lo largo del mandril hacia arriba
y hacia afuera del líquido regene-
rante.
rante.
\newpage
Con fines de extruir la masa de celulosa no
derivatizada fundida, se hicieron modificaciones que se describen
más adelante para facilitar la extrusión de la masa de celulosa
termoplástica más viscosa de celulosa no derivatizada y la boquilla
se dispuso para extruir en sentido descendente hacia el baño de no
disolvente.
La figura 3 muestra que la boquilla de extrusión
incluye un miembro externo 40 que tiene un ánima central 42 que se
ahusa hacia una salida 44. Centrado dentro de esta ánima está un
tapón ahusado 44. Entre el tapón y la superficie del ánima se
define un paso anular de extrusión 48, en el que la salida 44 del
paso es de aproximadamente 0,25 mm de anchura y aproximadamente
23,6 de diámetro.
La masa de celulosa fundida procedente de la
extrusora (figura 1) entra en el paso 48 de extrusión a través de
la abertura de entrada 50 y a continuación fluye alrededor y a lo
largo del tapón a la salida del paso de extrusión. La superficie
del tapón está dotada con un canal espiral 51 diseñado para
facilitar la distribución y el paso uniforme de la masa de celulosa
fundida alrededor y a lo largo del tapón.
Extendiéndose axialmente desde el tapón y hacia
afuera del ánima está un mandril hueco 52. La porción del extremo
más bajo 54 del mandril está dispuesta, durante el uso, por debajo
del nivel del líquido precipitante indicado por 56.
La porción del extremo más bajo 54 tiene un
diámetro aproximadamente igual al diámetro de la salida 44 del paso
de extrusión. Sin embargo, un tramo del mandril entre su porción del
extremo más bajo y la salida de extrusión está preparado para
proporcionar un asiento 57. Retenida en este asiento está un
manguito 58 formado de un material de fricción relativamente baja
tal como tetrafluoroetileno. El manguito está ahusado desde un
extremo más pequeño adyacente a la salida 44 de extrusión hasta un
extremo mayor que iguala el diámetro de la porción extrema 54 del
mandril. La superficie ahusada de baja fricción proporcionada por
este manguito facilita el paso del tubo extruido a lo largo del
mandril y hacia el líquido precipitante.
La figura 3 muestra además que un conducto
central 60 se extiende axialmente completamente a través del mandril
y del tapón. Un segundo conducto 62, dispuesto concéntricamente
alrededor del primero y que se extiende hacia arriba a través del
tapón, tiene un extremo inferior 64 cerrado y un extremo superior 66
abierto. Este segundo conducto 62 y la pared interna 68 del mandril
hueco definen un canal anular 70. Una primera abertura 72 en la
pared del segundo conducto conecta el espacio 74 entre los conductos
concéntricos 60 y 62 con el espacio 70 entre el segundo conducto y
la superficie interna del ánima hueca. Una segunda abertura 80 se
extiende a través de la pared del mandril y del manguito. Esta
segunda abertura 80 está localizada adyacente al diámetro más
pequeño del manguito y por encima del nivel del líquido precipitante
no disolvente.
Los conductos concéntricos 60 y 62 permiten la
circulación del líquido precipitante por el interior de la celulosa
no derivatizada extruida. En particular, el líquido precipitante del
baño 82 se bombea, por un medio no mostrado, al espacio 74 entre
los conductos concéntricos a través de su parte superior 66 abierta
que se indica mediante la flecha 84. El líquido fluye a través de
la abertura 72 al espacio 70 y a continuación sale del mandril a
través de la abertura 80. Este líquido, que fluye hacia abajo a lo
largo de la superficie del manguito 58 y de la porción inferior 54
del mandril, realiza varias funciones. En primer lugar, lubrica para
facilitar el paso del tubo extruido de celulosa no derivatizada
(representado en la figura 3 por la línea a trazos 78) hacia abajo
a lo largo del mandril y al baño 82. También rellena el tubo
extruido para facilitar la precipitación de la celulosa en la
superficie interior del tubo extruido. El líquido se bombea desde
dentro del tubo extruido hacia afuera a través del conducto central
60, como se indica por la flecha 86, y retorna al baño.
Usando esta boquilla de extrusión con la misma
masa de celulosa y las mismas condiciones de extrusión que se
indicaron previamente, se extruyó un tubo de disolución de
NMMO-celulosa en un baño a 25ºC que contenía 30% de
NMMO y 70% de agua en volumen. A esta concentración, la combinación
de agua y NMMO es un no disolvente de la celulosa.
El tiempo de residencia del tubo extruido en el
baño fue de aproximadamente un minuto. Esto fue suficiente para
precipitar la celulosa no derivatizada de la disolución. El tubo
extruido se lavó con agua y se sumergió en una disolución de
glicerina al 10% durante diez minutos. A continuación, el tubo se
infló con aire y se secó para producir muestras de envoltura para
ensayar. La muestra de envoltura producida de esta manera contenía
38% de glicerina en peso de celulosa seca y tenía una anchura
desinflada después de rehumectar de aproximadamente 30,7 mm (19,57
mm de diámetro). A continuación, estas envolturas se sometieron a
los mismos ensayos de permeabilidad, resistencia al reventamiento
por estiramiento y resistencia al desgarro que se describieron
previamente.
Como testigo se usó una envoltura convencional
de celulosa derivatizada en estado gel. Esta envoltura en estado
gel se tomó de la cadena de producción de Viskase Corporation para
fabricar su envoltura NoJax® de calibre 25N porque la anchura (26,9
mm) y el diámetro (17,2 mm) especificados en estado desinflado de
este calibre de envoltura son próximos a la anchura y diámetro en
estado desinflado de la envoltura de celulosa no derivatizada
producida con la boquilla de extrusión modificada. La envoltura en
estado gel se tomó en una etapa de producción después de entrar en
contacto con la glicerina y antes del secado. En esta etapa, la
envoltura tiene aproximadamente 13-14% de
glicerina. A continuación, se infló justo para mantenerla abierta y
se secó con aire. La envoltura resultante de la celulosa
derivatizada tenía una anchura en estado desinflado y rehumectado de
29,46 mm (18,76 mm de diámetro), por tanto era todavía ligeramente
de un diámetro más pequeño que la muestra de celulosa no
derivatizada.
La envoltura no derivatizada producida con la
boquilla de extrusión modificada era más delgada y más uniforme que
las muestras previas producidas. La tabla IV muestra el espesor de
ocho muestras rehumectadas medido en tres puntos alrededor de su
diámetro.
La tabla IV muestra que se produjeron envolturas
que en promedio tenían un espesor de pared tan pequeño como 0,050
mm con una mejor uniformidad del espesor de pared que las producidas
por la matriz de la figura 2. En promedio, el espesor de la pared
de estas ocho muestras varió de 0,050 mm a 0,084 mm, mientras que
las muestras producidas usando la matriz de la figura 2 tuvieron un
espesor de la pared de entre 0,06 y 0,11 mm.
En la tabla V se muestran los resultados de los
ensayos de permeabilidad, resistencia al desgarro y al reventamiento
por estiramiento, llevados a cabo con las muestras.
| * \hskip0.2cm promedio de 4 | |
| ** (ml/min/m^{2}/mm de Hg). |
La tabla V indica que aunque la permeabilidad al
agua (ultrafiltración) fue mayor para las envolturas de celulosa no
derivatizada, las resistencias al reventamiento por estiramiento y
al desgarro de las envolturas de celulosa no derivatizada
producidas con la boquilla modificada fueron menores que las de la
contrapartida de celulosa derivatizada. Se cree que las menores
resistencias al reventamiento por estiramiento y al desgarro de las
envolturas de celulosa no derivatizada que se dan en la tabla V son
atribuibles tanto a su mayor valor de ultrafiltración (1,66 vs
0,72) como a su mayor contenido de glicerina (38% vs
13-14%), porque se sabe que el aumento de ambos
tiene un efecto adverso sobre la resistencia de la envoltura. Se
cree además que la resistencia de una envoltura de celulosa no
derivatizada hubiera sido superior que la de las muestras de
envolturas de celulosa derivatizada a un contenido equivalente de
glicerina.
\newpage
También se llevó a cabo un ensayo de
estiramiento hacia abajo para evaluar la conveniencia de usar
celulosa no derivatizada en la producción de envoltura fibrosa. El
ensayo de estiramiento hacia abajo se usar para seleccionar papeles
y disoluciones de viscosa para determinar su conveniencia para
fabricar envoltura fibrosa. En el ensayo, una sección de papel
usado para formar envoltura fibrosa se coloca sobre un plato plano.
El líquido a ensayar, usualmente una disolución de viscosa, se
vierte sobre el papel y el papel se estira debajo de una barra
medidora que comprime el líquido sobre la superficie de papel hasta
un espesor uniforme. El papel revestido se estira sobre una argolla
y se sumerge en una disolución de coagulación y regeneración, se
lava y a continuación se sumerge en un baño que contiene una
disolución de glicerina. A continuación, se hace un examen para
determinar si el líquido de revestimiento ha penetrado y se ha
ligado con el papel. Ambas características son esenciales para
fabricar una envoltura fibrosa con éxito. Si se observan penetración
y ligado, entonces los materiales serían adecuados para fabricar
una envoltura fibrosa.
Con fines de ensayar la celulosa no
derivatizada, se fundió a 105ºC la masa de
NMMO-celulosa que se describió anteriormente y se
diluyó con una disolución acuosa de NMMO al 78%, para producir una
disolución que aproximadamente contenía 5% en peso de celulosa. Se
colocó en el plato plano y se calentó a 105ºC una lámina de viscosa
convencional ligada a un papel de cáñamo de fibra larga de 5 kg de
peso por resma (0,030 mm de espesor) obtenido de C.H. Dexter Co.,
Windsor Locks, Conn., y usado para fabricar envoltura comercial de
celulosa fibrosa. La disolución se vertió sobre el papel y el papel
se estiró bajo una barra horizontal espaciada 1,02 mm por encima del
plato para que el papel fuera revestido con la disolución hasta un
espesor ligeramente menor que 1 mm. Después de unos pocos segundos,
la argolla se sumergió en agua corriente que fluía durante
aproximadamente 10 minutos para precipitar la celulosa. A
continuación, la argolla se sumergió en una disolución de glicerina
al 10% durante quince minutos y se secó en un horno a 105ºC.
La inspección visual del lado del papel no
revestido indicó que hubo una penetración aceptable de la celulosa
no derivatizada a través del papel y que la celulosa se ligó al
papel. Como se advirtió anteriormente, estas características son
esenciales para fabricar envoltura fibrosa con éxito. Por lo tanto,
mediante este ensayo de estiramiento hacia abajo, la celulosa no
derivatizada es adecuada para fabricar una envoltura celulósica
fibrosa. Asimismo, sorprendentemente, la inspección visual no
encontró ningún deterioro obvio del sustrato de papel. Esto fue
inesperado porque la disolución aplicada al papel contenía NMMO, un
disolvente de la celulosa.
Una segunda muestra formada de una disolución al
7,3% (xantato de celulosa) derivatizada se usó en un ensayo de
estiramiento hacia abajo con el mismo papel de 5 kg de peso por
resma. La barra se posicionó a una altura de 0,762 mm. Aunque el
revestimiento fue más fino, se aplicó al papel aproximadamente la
misma cantidad de celulosa total porque la concentración de
celulosa en la disolución fue mayor. El revestimiento sobre la
segunda muestra se coaguló y regeneró por inmersión en baños que
contenían sales y ácido sulfúrico y a continuación se lavó con
agua, se trató con glicerina y se secó.
Se llevaron a cabo ensayos de tracción con ambas
muestras así como con una testigo que constaba del papel tratado
sólo con una disolución de glicerina al 10%. Los resultados de los
ensayos llevados a cabo con muestras de 25,4 mm de anchura se dan
en la tabla VI.
| * \hskip0.1cm papel revestido con celulosa no derivatizada | |
| ** papel revestido con celulosa derivatizada (viscosa). |
Los resultados del ensayo muestran que la
celulosa no derivatizada y la viscosa aumentan ambas la capacidad
de la envoltura para soportar carga respecto a un papel no
revestido, aunque el aumento de la muestra revestida con celulosa
no derivatizada fue menor. La carga al fallar de la muestra 1
formada de la celulosa no derivatizada fue aproximadamente 70% de
la carga al fallar de la muestra de celulosa derivatizada. A pesar
de este menor valor, se cree que las características de penetración
y ligado indican que se puede formar una envoltura fibrosa
comercialmente aceptable de la celulosa no derivatizada porque la
celulosa no derivatizada mejora la resistencia del papel base y
esto sería suficiente para satisfacer las necesidades de resistencia
de los usuarios de envoltura fibrosa.
Tanto las envolturas fibrosas como las no
fibrosas usadas en la industria alimentaria, especialmente en la
industria cárnica, están con frecuencia revestidas con varias
sustancias o incorporan estas sustancias en la envoltura en sí
misma. Ejemplos incluyen sustancias colorantes no liberables que se
incorporan a la envoltura y producen envolturas de varios colores;
pigmentos o colorantes que se usan para imprimir un diseño o unas
palabras sobre la superficie externa de la envoltura; agentes
colorantes de calidad alimentaria que se desprenden de la envoltura
y son transferibles al alimento embutido; agentes líquidos de
ahumado usados para dar un sabor ahumado y color a los productos
cárnicos; y agentes auxiliares de pelado que son sustancias que
permiten que la envoltura se desprenda fácilmente del producto
cárnico cocido. Todos estos tipos de sustancias son bien conocidas
por los expertos en la técnica de la fabricación de envolturas y el
envasado de productos cárnicos. Estos agentes y sustancias también
se pueden usar por las mismas razones y en las mismas formas tanto
con envolturas fibrosas como no fibrosas fabricadas de la celulosa
no derivatizada de la presente invención y que contienen un agente
colorante no transferible procedente de la disolución de
celulosa.
Durante la fabricación de salchichas, la
emulsión de carne se embute en la envoltura y a continuación se
cuece. A continuación de la cocción, la envoltura se pela para
desprender la salchicha. Las envolturas que tienen un color no
desprendible facilitan al fabricante de salchichas reconocer la
envoltura que no se ha separado de la salchicha por pelado. Esto es
particularmente importante en las actuales operaciones comerciales
de alto volumen en las que máquinas especializadas rajan y separan
las envolturas de las salchichas procesadas.
Con el fin de producir la envoltura coloreada,
el agente colorante se introduce en la disolución de celulosa antes
de la extrusión por la matriz y el agente colorante llega a ser una
parte intrínseca de la envoltura.
En el área de las envolturas coloreadas, la
envoltura azul es una envoltura que está fácilmente disponible. El
pigmento azul de ftalocianina es el agente incorporado al extruido
que colorea las envolturas de azul.
La envoltura que está coloreada como se dijo
anteriormente pero que adicionalmente tiene una ventana transparente
es ventajosa porque la ventana permite que el fabricante de
salchichas siga el progreso de la cocción de la salchicha, mientras
que la porción coloreada de la envoltura se ve fácilmente si queda
sobre la salchicha después del pelado.
Otra variación de una envoltura azul sólida es
una que tiene múltiples secciones de la envoltura que permanecen
transparentes. Algunas envolturas contienen una franja, de nuevo
usada para visualizar la salchicha cocida.
Son posibles de producir envolturas con colores
diferentes del azul. Ejemplos de algunos pigmentos y colorantes
usados para colorear envolturas son rojo de cromoftal (índice de
color o "CI" 65300), verde de ftalocianina (CI 74260), blanco
rutilo o dióxido de titanio (CI 77891), pigmento violeta, castaño de
perileno (CI 71130), negro de humo (CI 77266), amarillo de irgacina
(CI 56280), y sus mezclas.
Para imprimir palabras o diseños también se usan
sobre la superficie de una envoltura agentes colorantes tales como
colorantes, tintas, y pigmentos. Estos pueden incluir la
identificación del fabricante de salchichas, la identificación del
tipo de salchicha, y el logo del fabricante. Los agentes colorantes
usados para este tipo de impresión incluyen los pigmentos
enumerados anteriormente, y muchos otros que son conocidos por los
expertos en la técnica de imprimir sobre envolturas de calidad
alimentaria, tales como, rojo permanente (CI 12475), naranja (CI
21110), y violeta de carbazol (CI 51319).
También se pueden aplicar a la envoltura agentes
colorantes de tal forma que el color se desprenda de la envoltura y
se transfiera a la comida embutida, usualmente después del
procesado. La combinación de calor y humedad usada en el procesado
de envolturas de carne embutida, especialmente las envolturas que
son permeables a la humedad, ayuda a transferir el color de calidad
alimentaria de la envoltura a la carne. Los colores así transferidos
incluyen rojos, tales como color cereza y rojo profundo, tales como
agentes líquidos de ahumado, y amarillos. Los agentes colorantes
específicos de calidad alimentaria son bien conocidos por los
expertos en el área de producción de estos tipos de agentes
colorantes y por los versados en las regulaciones aplicables tal y
como son promulgadas por la Food and Drug Administration de
EE.UU.
Como se especificó anteriormente, a las
envolturas de la presente invención se pueden incorporar agentes
líquidos de ahumado. Éstos se pueden usar para producir
económicamente envolturas ahumadas de color más oscuro. Tales
envolturas más oscuras tienen atractivos visuales acrecentados en
los mercados en los que el procesador de productos cárnicos vende
el producto con la envoltura sobre el mismo. Los agentes líquidos de
ahumado también se usan para dar un sabor ahumado a la carne
embutida. Se pueden usar tanto agentes líquidos de ahumado que
contengan alquitranes como con una muy baja concentración de
alquitranes, tanto en envolturas no fibrosas como reforzadas con
fibras. Estas envolturas también pueden tener o no otros
revestimientos tales como agentes auxiliares de pelado. Se pueden
usar agentes líquidos de ahumado ácidos, neutralizados o alcalinos.
En una realización preferida para envolturas no fibrosas, se
fabrica una envoltura tratada con un agente líquido de ahumado con
muy bajo contenido de alquitranes usando un agente líquido de
ahumado ácido concentrado con muy bajo contenido de alquitranes
preparado, por ejemplo, según la enseñanza de la patente de EE.UU.
nº 4.540.613.
El agente líquido de ahumado se puede aplicar
externamente a la envoltura usando un depósito de inmersión o un
dispositivo aplicador de espuma. Un ejemplo de éste es el
procedimiento descrito en la patente de EE.UU. nº 4.356.218. La
envoltura también se puede "estancar" con el agente líquido de
ahumado, esto es, una parte alícuota de una disolución de agente
líquido de ahumado se pone dentro de un tramo de envoltura, entra en
contacto con las paredes de la envoltura cuando la envoltura se
mueve a través del tocho estancado y de esta manera reviste la
superficie interna de la envoltura.
Preferiblemente, antes de la adición del agente
líquido de ahumado la envoltura se habrá tratado con fosfatos para
inhibir la formación de manchas negras o la decoloración, por
ejemplo, según la patente de EE.UU. nº 4.511.613. Beneficiosamente,
la envoltura se trata con una base antes de la adición del agente
líquido de ahumado ácido tal que tras el secado de la envoltura
tratada con el agente líquido de ahumado y antes del fruncido, la
envoltura tenga un valor de pH de aproximadamente 5 a 6. Se hace
referencia a las descripciones y enseñanzas de las patentes de
EE.UU. nºs 4.540.613, 4.356.218, y 4.511.613. Convenientemente, las
envolturas tratadas con agentes de ahumado con muy bajo contenido
de alquitranes al menos contendrán 0,31 mg, y preferiblemente al
menos aproximadamente 0,77 mg o más de constituyentes del agente de
ahumado por centímetro cuadrado de área de contacto de envoltura
para alimentos. También se pueden usar agentes líquidos de ahumado
que contengan alquitranes, particularmente en envolturas reforzadas
con fibras.
La humectación antes del fruncido se logra más
comúnmente por medio de una pulverización aplicada a la pared
interna de la envoltura. Esta pulverización puede incluir agentes
humectantes tales como propilenglicol para retardar la velocidad de
absorción de agua como, por ejemplo, se describe en la patente de
EE.UU. nº 3.981.046, o disoluciones auxiliares del pelado.
Tales agentes que potencian la pelabilidad
incluyen, pero no se limitan a, carboximetilcelulosa y otros éteres
de celulosa solubles en agua, el uso de los cuales se describe en
las patentes de EE.UU. nºs 3.898.348 y 4.596.727; "Aquapel",
un producto marca comercial de Hércules Inc., que comprende dímeros
de alquil-cetenas, cuyo uso se describe más en la
patente de EE.UU. nº 3.905.397; y "Quilon", un producto marca
comercial de E.I. DuPont de Nemours Co., que comprende cloruros de
cromilo de ácidos grasos, cuyo uso se describe más en la patente de
EE.UU. nº 2.901.358.
Como se describió previamente, en la técnica se
sabe que la facilidad para pelar una envoltura, particularmente
para frankfurters sin piel, está directamente relacionada con la
formación de piel y la producción de una capa líquida o
revestimiento entre la envoltura y la "piel" de la salchicha.
En ciertas condiciones, el pelado de una envoltura de salchicha
procesada ha presentado problemas, particularmente en la producción
de las denominadas frankfurters "sin piel" en las que están
involucrados grandes números del producto y especialmente en
operaciones comerciales que usan máquinas automáticas de pelar y
embutir de alta velocidad.
Cuando la envoltura se separa de la masa de
carne mediante máquinas automáticas de pelar de alta velocidad,
ocasionalmente hay una tendencia a que parte de la carne se adhiera
a la envoltura y se desgarre de la salchicha con la envoltura,
provocando de este modo arañazos en la superficie de la salchicha.
En otros casos, variaciones en las formulaciones de emulsiones
cárnicas o en las condiciones de procesado pueden dar lugar a un
grado de adherencia de la envoltura al producto que impida la
separación rápida de la envoltura del producto embutido en la
misma. El uso de máquinas automáticas de pelado de alta velocidad en
las operaciones comerciales que se describe, por ejemplo, en las
patentes de EE.UU. nºs 2.424.346, 2.514.660, 2.686.927, 2.757.409,
3.312.995, 3.487.499, y 3.608.973, hace particularmente esencial
que haya una resistencia mínima a la separación de la envoltura de
la salchicha, o el producto obstruirá a la máquina de pelado o
pasará a su través sin pelar. La separación incompleta de la
envoltura necesita el caro e inconveniente pelado y clasificación
manual.
Se han realizado intentos para proporcionar
envolturas que tengan características de fácil desprendimiento. En
la técnica se sabe, como por ejemplo se describe en los documentos
US 2.901.348, 3.106.471, 3.158.492, 3.307.956, 3.442.663, y
3.558.331, que a aplicación de ciertos tipos de revestimientos a la
pared interna de envolturas para alimentos puede producir una
mejora de las características de desprendimiento de la envoltura
del producto tipo salchicha embutida. El uso de agentes auxiliares
de pelado o de revestimientos de desprendimiento ha ayudado a
superar estos problemas de pelabilidad. Tras la cocción,
enfriamiento e hidratación, el éter de celulosa soluble en agua que
contiene agentes auxiliares de pelado ayuda a desprender la
envoltura de la piel del frankfurter por formación de una capa
deslizante entre la envoltura y la piel del frankfurter.
Los éteres de celulosa solubles en agua típicos
que se pueden emplear son los éteres de alquil e
hidroxialquilcelulosa no iónicos solubles en agua tales como,
metilcelulosa, hidroxipropilmetilcelulosa, hidroxipropilcelulosa,
etilmetilcelulosa, hidroxietilcelulosa y etilhidroxietilcelulosa, y
preferiblemente los éteres de celulosa aniónicos solubles en agua,
tales como la carboximetilcelulosa y la
carboximetil-hidroxietilcelulosa. También se pueden
emplear mezclas de éteres de celulosa aniónicos y no iónicos
solubles en agua. Comercialmente, la carboximetilcelulosa (CMC) y
la carboximetil-hidroxietilcelulosa casi siempre se
venden como la sal de sodio, y está bien establecido en la práctica
comercial no referirse al producto comercial como la sal de sodio.
Para el fin de esta solicitud, la referencia a estos materiales
aniónicos incluirá sus sales, por ejemplo, la sal de sodio y otras
de sus sales de metales alcalinos.
La cantidad de éter de celulosa soluble en agua
presente en la superficie interna de la envoltura para alimentos
puede variar en un amplio intervalo, aunque realmente se requieren
muy pequeñas cantidades. En general, las envolturas tubulares de la
presente invención contendrán al menos aproximadamente 0,0002 mg de
celulosa por cm^{2} de superficie de envoltura, y preferiblemente
entre aproximadamente 0,0003 mg/cm^{2} y 0,014 mg/cm^{2} de
dicho éter de celulosa. Son especialmente preferidas las envolturas
que tienen un revestimiento sobre su superficie interna entre
aproximadamente 0,005 y 0,011 mg/cm^{2} de dicho éter de celulosa.
Si se desea, se pueden usar mayores cantidades del componente éter
de celulosa, aunque generalmente no mejorara materialmente las
características de desprendimiento de la envoltura, y con ciertos
tipos de formulaciones de carne o condiciones de procesado se puede
encontrar separación de grasas.
Los revestimientos con agentes auxiliares de
pelado comprenderán típicamente un agente de desprendimiento tal
como un éter de celulosa soluble en agua, como se describió
anteriormente, en combinación con un agente de inmovilización
antipliegues.
Los agentes de inmovilización antipliegues
adecuados para usar en mezcla con agentes de desprendimiento
auxiliares del pelado, tales como éteres de celulosa solubles en
agua, para preparar revestimientos sobre las envolturas de la
presente invención que faciliten el pelado, incluyen aceites
sintéticos, naturales y modificados, que incluyen aceites
minerales, vegetales y animales tales como aceites vegetales y
animales refinados que son normalmente líquidos a temperatura
ambiente o que tienen un punto de fusión por debajo de
aproximadamente 38ºC, aceites minerales de calidad alimentaria,
aceites de silicona y triglicéridos de cadena media. También son
adecuadas como agentes de inmovilización antipliegues sustancias
tales como la lecitina y sus derivados. Se ha encontrado que son
adecuados materiales que están o se pueden colocar en forma
dispersable en medios tipo disoluciones. Un material típico de este
tipo sería una emulsión acuosa de aceite de ricino o de un aceite
mineral. Son particularmente adecuados y preferidos como agentes de
inmovilización antipliegues los aceites minerales.
Un "agente de inmovilización antipliegues"
es un material que es capaz de promover el desfruncido de pliegues
minimizando cualquier tendencia de los pliegues de una barra de
envoltura fruncida a adherirse indebidamente unos a otros y dañar
de este modo a la envoltura por la creación de minúsculos agujeros,
desgarros o rotos durante el desfruncido y el embutido. El agente
de inmovilización antipliegues será preferiblemente efectivo en
presencia de un éter de celulosa soluble en agua tal como la
carboximetilcelulosa, que se sabe promueve la adhesión de pliegues
antes del desfruncido.
Con el fin de ayudar efectivamente a desfruncir
y a reducir las fuerzas de desfruncido, sobre la superficie interna
de la envoltura estarán presentes cantidades adecuadas de un agente
de inmovilización antipliegues, tal como un aceite mineral. Las
cantidades adecuadas de un agente de inmovilización antipliegues,
preferiblemente un aceite mineral, pueden variar de aproximadamente
0,008 mg/cm^{2} a aproximadamente 0,047 mg/cm^{2} o más, y
preferiblemente serán de 0,016 a 0,031 mg/cm^{2}.
La lecitina, un agente emulsionante anfótero, es
un agente de inmovilización antipliegues que también puede actuar
como tensioactivo con propiedades tanto de humectación como de
emulsionamiento. También puede promover la pelabilidad de la
envoltura. Se sabe que la lecitina funciona como un agente auxiliar
de desprendimiento, agente dispersante, lubricante, agente
suavizante y como regulador de la viscosidad en varias aplicaciones
de la industria alimenticia. Como se usa en esta memoria, el término
"lecitina" incluye tanto lecitina no sustituida como lecitina
sustituida que se ha modificado por medios químicos, y sus
constituyentes fosfolípidos individuales, particularmente la
fosfatidilcolina.
Puesto que la lecitina se puede usar como agente
de inmovilización antipliegues o posiblemente para aumentar o
potenciar a un agente auxiliar de pelado, la cantidad de lecitina
presente en la superficie interna de la envoltura puede variar en
un amplio intervalo. En general, las envolturas tubulares preferidas
de la presente invención contendrán suficiente lecitina para
impactar efectiva y favorablemente en la pelabilidad y/o las
fuerzas de desfruncido. La combinación de un éter de celulosa
soluble en agua y de lecitina, particularmente con un agente de
inmovilización antipliegues, tal como un aceite mineral, y un
tensioactivo, tal como monoglicéridos etoxilados, puede mostrar una
pelabilidad mejorada en relación con las composiciones auxiliares de
pelado sin lecitina. Las cantidades adecuadas de lecitina pueden
variar de aproximadamente 0,008 mg/cm^{2} a 0,080 mg/cm^{2}, y
preferiblemente varían de aproximadamente 0,020 a 0,030
mg/cm^{2}.
Los tensioactivos adecuados para usar en las
composiciones de revestimiento de envolturas según la presente
invención incluyen los tensioactivos que actúan como agentes
humectantes de la superficie de la envoltura celulósica y/o como
agentes emulsionantes de aceites tal que el tensioactivo facilita la
dispersión de la composición de revestimiento a lo largo de la
superficie de la envoltura celulósica. Ejemplos de tensioactivos
adecuados incluyen tensioactivos dispersables en agua o al menos
parcialmente solubles en agua tales como aductos de óxido de
etileno de ésteres de ácidos grasos o ésteres parciales de ácidos
grasos, ésteres parciales de ácidos grasos etoxilados de polioles
tales como anhidrosorbitoles, glicerina, poliglicerina,
pentaeritritol, y glucósidos, así como monodiglicéridos etoxilados,
trioleato de sorbitán, lecitina y éteres alifáticos
polioxietilenados tales como lauril-éter polioxietilenado (23).
Los tensioactivos preferidos incluyen ésteres
polioxietilenados de sorbitán de ácidos grasos o sus mezclas tales
como los vendidos con el nombre comercial "Tween" (disponible
en ICI Americas Inc., de Wilmington, Delaware), tales como Tween 80
(monooleato de sorbitán polioxietilenado (20)), monodiglicéridos
etoxilados o sus mezclas tales como los vendidos con el nombre
comercial Mazol 80 MGK (disponible en Mazer Chemical Inc., de
Gurnee, Illinois), trioleato de sorbitán (disponible en ICI
Americas Inc., con el nombre comercial de Span 85), y lecitina. Un
tensioactivo especialmente preferido es una mezcla de
monodiglicéridos etoxilados tales como Mazol 80 MGK. También se
sabe que algunos tensioactivos actúan como agentes de inmovilización
antipliegues, por ejemplo, la lecitina y el Tween 80.
\newpage
Las cantidades adecuadas de tensioactivo pueden
variar de aproximadamente 0,0008 mg/cm^{2} a aproximadamente
0,0009 mg/cm^{2}, y preferiblemente, para un tensioactivo tal como
Mazol 80, de aproximadamente 0,002 a 0,003 mg/cm^{2}. Demasiado
poco tensioactivo puede conducir a una distribución desigual de la
composición de revestimiento sobre la superficie de la
envoltura.
La patente de EE.UU. 3.898.348 describe el
revestimiento de superficies internas de envolturas de celulosa
para salchichas con una mezcla homogénea de un éter de celulosa
soluble en agua y un aditivo seleccionado de aceites animales,
vegetales, minerales y de silicona, y aductos de óxido de alquileno
de ésteres parciales de ácidos grasos.
La patente de EE.UU. 4.137.947 describe un
método para mejorar el desprendimiento o la pelabilidad de la carne
de envolturas de celulosa para salchichas mediante la aplicación de
un revestimiento de desprendimiento de la carne a su superficie
interna.
La publicación de la solicitud de patente
japonesa nº 55141 (1984) describe revestimientos de fácil pelado
que producen envolturas que se desfruncen fácilmente sin
bloquearse.
Se han hecho mejoras en el método de fabricar
envolturas de celulosa no derivatizada que se describieron
anteriormente, que tienen un espesor de pared de
20-31 \mum y se describen en detalle en el
documento EP-A-0662283. La mejora
particular del método descrito inicialmente comprende estirar el
tubo extruido a través de un tramo o hueco de aire de al menos
aproximadamente 152 mm para formar un tubo de celulosa con una alta
resistencia a la tracción en la dirección transversal. Esta mejora
proporciona tubos de celulosa con una resistencia a la tracción TD
de al menos aproximadamente 13,8 MPa, y una relación de resistencias
a la tracción MD/TD que no excede de aproximadamente 2 tubos de
celulosa sin costuras a partir de celulosa no derivatizada usando el
método mejorado. Los materiales de partida fueron como se
describieron anteriormente, una masa de celulosa obtenida de
Courtaulds Research Ltd., de Coventry, Inglaterra, que se molió
hasta un tamaño de partícula de menos que aproximadamente 3,2 mm de
diámetro. Como anteriormente, la masa de celulosa se alimentó a
través de una extrusora calentada y a continuación a través de una
pila de tamices. La mezcla completamente fundida se extruyó en
sentido descendente a través de un montaje
matriz-mandril y se descargó por el orificio anular
para formar un tubo sin costuras de al menos 12,7 mm de diámetro, y
en un primer baño de líquido no disolvente de 85% de agua y 15% de
NMMO. Durante este movimiento, se introdujo una disolución de 30%
de NMMO y agua en el interior del tubo sin costuras extruido,
generalmente como se describió anteriormente y como se muestra en la
figura 3, para suministrar un "baño interno" dentro del tubo
extruido. El líquido de este baño interno se introdujo desde un
recipiente de suministro externo mantenido a temperaturas
controladas. En el curso de este flujo descendente desde el
mandril, la corriente contrajo la superficie interna del tubo
extruido, proporcionando de este modo un baño interno.
El líquido no disolvente que forma el baño
interno fluye en sentido descendente y en corriente directa con
respecto a la superficie interna del tubo extruido sin costuras de
celulosa no derivatizada-NMMO-agua
que se mueve en sentido descendente y hacia el primer baño cuando
el tubo extruido se mueve a través del tramo de senda de aire o del
hueco de aire de aproximadamente 15 cm. También se usan tramos de
senda de aire de hasta 28 cm para producir con éxito el tubo de
celulosa. Cuando este tramo de senda de aire se aumenta desde una
distancia relativamente corta, como por ejemplo 50 mm, hasta al
menos aproximadamente 15 cm o más, la resistencia a la tracción TD
del tubo de celulosa aumenta sustancialmente y se aproxima a la
resistencia MD del tubo, de modo que la relación de resistencias a
la tracción MD/TD no exceda preferiblemente de aproximadamente 2, y
más preferiblemente no exceda de aproximadamente 1,5.
El tubo de disolución extruida se infló con aire
durante su aparición cuando caía desde el orificio anular y pasaba
sobre el mandril.
En la preparación de muestras de envoltura de
celulosa no derivatizada para ensayar, el primer baño constaba de
85% de agua y 15% de NMMO a una temperatura de 18ºC. Este baño
contenía nueve rodillos de los cuales una estaba inactivo y ocho
estaban funcionando. Los rodillos estaban alineados
longitudinalmente con sus ejes de rotación normales al movimiento
longitudinal del tubo desde un extremo al otro del primer baño.
El nivel de líquido del primer baño se mantuvo
por encima del extremo inferior alargado del mandril pero nunca por
encima de la porción del mandril de mayor diámetro.
El tubo se movió desde el primer baño a través
de una cubeta de lavado. El fin de la cubeta de lavado es continuar
el contacto directo entre el líquido no disolvente, por ejemplo
agua, y el tubo que contenía celulosa precipitando, para precipitar
más la celulosa no derivatizada de la disolución y formar un tubo
celulósico.
A continuación de la cubeta de lavado, el tubo
celulósico entra en un segundo baño o tina de lavado. El líquido
que se encontraba en esta tina era agua a 57ºC, usada para separar
completamente el disolvente del tubo. Finalmente, el tubo se sacó
de la tina estirando por medio de un rodillo de arrastre accionado
mecánicamente y se recogieron muestras en un baño de remojo con
agua en reposo a temperatura ambiente. Tras el lavado, las muestras
de tubo de celulosa se remojaron en una disolución de glicerina al
10% y agua al 90% durante al menos 8 minutos. A continuación, las
muestras a ensayar se secaron.
\newpage
De los ejemplos que siguen, sólo el ejemplo 3
produce un producto de la presente invención. Sin embargo, los
otros ejemplos son relevantes ya que describen rasgos que se pueden
usar además de los de la invención.
Se realizaron ensayos para comparar la
efectividad de agentes de pelado sobre envolturas fabricadas tanto
de celulosa derivatizada como no derivatizada. Las envolturas usadas
en este ejemplo y todas las de los siguientes ejemplos se
fabricaron mediante el proceso viscosa a partir de celulosa
derivatizada, identificada como NoJax®, y a partir de celulosa no
derivatizada, identificada como "NDC", y generalmente se
prepararon como se describió anteriormente. La envoltura NoJax® es
un producto estándar de Viskase Corporation y está comercialmente
disponible con y sin agente líquido de ahumado.
A. Ensayo
1
Se fabricaron tres barras fruncidas, cada una de
aproximadamente 38 cm de longitud, de aproximadamente 1100 m de
envoltura de NDC producida. La barra 1 tenía un espesor medio en
húmedo de 88,7 \mum, la barra 2 de 66,3 \mum, y la barra 3 de
54,4 \mum. Cada barra se dividió en dos partes, A y B. Las mitades
A se embutieron hasta un llenado estándar, mientras que las mitades
B se embutieron más completamente. El testigo fue una barra NoJax®
25N con un espesor medio en húmedo de 57,2 \mum. Todas las barras
se fruncieron y pulverizaron durante el fruncido con una disolución
auxiliar de pelado de agua, propilenglicol, carboximetilcelulosa,
Mazol 80, y un aceite mineral.
Las barras se embutieron con una emulsión de
carne y se fabricaron aproximadamente 18-20
eslabones de salchichas a partir de cada mitad de barra. Se
cocieron a una HR de 35% durante 30 minutos a 60ºC, y a continuación
a 82ºC, a una temperatura interna de 71ºC. A continuación, los
eslabones se enfriaron rápidamente en agua corriente fría y se
mantuvieron en el frigorífico en bolsas de plástico durante dos
días. A continuación, los eslabones se pelaron.
Los resultados mostraron que el testigo, NoJax®
25N, produjo frankfurters normales que se pelaron fácilmente sin
ningún arañazo superficial. La barra 1 produjo ciertas lágrimas y
ciertas formas de cacahuete, obviamente salchichas arrugadas
embutidas por debajo de su capacidad normal, pero se pelaron tan
bien como las muestras testigo. La barra 2 produjo salchichas más
uniformes, de un aspecto notablemente mejor que la barra 1, que
también se pelaron tan bien como las testigos. Las salchichas de la
barra 3 eran muy parecidas a las frankfurters testigo y también se
pelaron tan bien como las testigos.
B. Ensayo
2
Se ensayaron respecto a la pelabilidad once
muestras de envoltura de NDC fruncida revestida como anteriormente
con el agente de pelado, tres muestras de NoJax® C20 fruncidas con
el agente de pelado y tres muestras sin el agente de pelado, tres
muestras de NoJax® C25 fruncidas con el agente de pelado y tres
muestras sin el agente de pelado. Cada envoltura se embutió con una
emulsión de alto contenido de colágeno obtenida de Real Sausage
Co., Chicago, Illinois, EE.UU., y conformada en eslabones de
salchichas. Esta emulsión contenía 10 kg de piezas de ganado
vacuno, 7,3 kg de envolturas de ganado vacuno, 7,3 kg de pierna de
ganado vacuno, 14 kg de cortes regulares de cerdo con un 50% de
grasa, 1,02 kg de sal, 0,45 kg de especias, 0,11 kg de polvo de
Praga, y 10 kg de agua. Las envolturas embutidas se ducharon durante
5 minutos en un ambiente de agua corriente antes de procesarlas a
una HR de 30% y 3 minutos de ahumado. Los eslabones de salchichas se
procesaron calentando los eslabones desde 60 a 82ºC durante 30
minutos, y a continuación a 82ºC durante 30 minutos. Esto se hizo
en una cabina de ahumado por lotes tipo jaula AlKAR 2. Tras este
procesado, se envolvieron y se mantuvieron toda la noche a 2,2ºC
antes de pelarlas. A continuación, las salchichas se pelaron. Los
resultados son como se ve en la tabla VII.
| * \hskip0.1cm Pelado denota que se usó como un agente de pelado | |
| ** la ausencia de la palabra "pelado" denota que no se usó ningún agente de pelado. |
Para la envoltura de NDC, el número de
salchichas que se pelaron completamente sin arañar la superficie de
las salchichas fue variable, variando de 16% a 89%. La pelabilidad
no pareció directamente relacionada con el diámetro de embutido. La
envoltura testigo con agente de pelado tuvo tasas de pelabilidad de
89,76 a 100%, mientras que envoltura testigo sin un agente auxiliar
de pelado tuvo tasas de pelabilidad de 0 a 15%.
C. Ensayo
3
Se fruncieron en 30 barras, cada una de 38 cm de
longitud, aproximadamente 914,4 m de celulosa no derivatizada. Cada
barra se revistió por pulverización con una disolución auxiliar de
pelado de 237 gramos de agua, 53,75 gramos de propilenglicol, 3,38
gramos de carboximetilcelulosa y 0,85 gramos de Mazol 80, y 7,01
gramos de un aceite mineral, pulverizando la disolución sobre el
interior de la envoltura cuando se fruncía en una barra.
A continuación, la envoltura fruncida se embutió
con una emulsión de alto contenido de colágeno y se procesó como en
el ensayo 2 anterior.
Los resultados mostraron que aunque en general
la envoltura NoJax® se separaba de las salchichas por pelado sin
arañar los eslabones, esta formulación no era la óptima para la
envoltura de NDC. Sólo un pequeño porcentaje de los eslabones de
NDC fueron capaces de ser completamente pelados sin daño. Sin
embargo, este experimento mostró que los agentes auxiliares de
pelado revestidos sobre la envoltura de celulosa no derivatizada
pueden ayudar a separar la envoltura de las salchichas
cocinadas.
Aunque los resultados del ensayo 1 mostraron que
las salchichas de NDC se pelaban tan bien como las salchichas de
NoJax®, los ensayos 2 y 3 no fueron capaces de repetir estos
resultados. En ambos ensayos 2 y 3, un porcentaje de los eslabones
totales se peló sin daño, pero nunca el 100%. En comparación, la
pelabilidad de las envolturas NoJax® varió de 89,76% a 100% en los
tres ensayos. Estos resultados ilustran que la envoltura fabricada
de celulosa derivatizada y la fabricada de celulosa no derivatizada
no reaccionan de la misma forma con los agentes auxiliares de
pelado, ni se puede esperar que los dos tipos de envoltura funcionen
igualmente en todas las situaciones con todos los aditivos.
Se ensayaron cuatro tipos de envolturas respecto
a la transferencia de agente líquido de ahumado desde la envoltura
a la carne cocinada. Dos envolturas fueron NoJax® y dos fueron de
NDC.
Se trataron 18,6 metros de envolturas de NDC y
NoJax® con un agente de ahumado líquido por inmersión durante 3
minutos en una mezcla de 60% de agente de ahumado, 34% de agua y 6%
de glicerina. A continuación, estos tramos de envoltura se inflaron
con aire hasta un calibre 23 ó 25N, y se secaron durante
1-1,5 horas. Este tratamiento dio lugar a una carga
de agente de ahumado de aproximadamente 1,72 mg/cm^{2} y 1,40
mg/cm^{2} para NoJax® y NDC, respectivamente. Como testigos se
usaron envolturas transparentes NoJax® y de NDC a las que no se
había añadido ningún agente de ahumado líquido.
Los eslabones se cocinaron en una cabina de
ahumado por lotes tipo jaula ALKAR 2, fabricada por Alkar, Lodi,
Wisconsin, EE.UU., subiendo la temperatura a 60-82ºC
durante 30 minutos y a continuación manteniéndolas a 82ºC y 40% de
humedad relativa durante 30 minutos antes de enfriarlas duchándolas
y envolverlas durante toda la noche. Finalmente, las envolturas se
separaron de las salchichas y se evaluó la transferencia de
color.
En este experimento se usaron quince muestras de
cada envoltura. Los resultados se describen más adelante en la
tabla VIII. Para una diferenciación visual se requiere una
diferencia de dos unidades entre las muestras.
| * \hskip0.2cm L = describe oscuridad, 100 = blanco, 0 = negro | |
| ** \hskip0.1cm 2 = describe grado de rojo: valores más altos, más rojo, valores más bajos, más verde. | |
| *** 3 = describe el grado de amarilleamiento: valores más altos, más amarillo, valores más bajos, más azul. | |
| SD^{\alpha} \hskip0.1cm = derivación estándar. |
Los testigos transparentes fueron visualmente
más claros y menos rojos que las muestras ahumadas. Visualmente,
los testigos transparentes fueron similares unos a otros, como los
fueron las muestras ahumadas.
También se analizó la carne, sin la envoltura,
respecto a la presencia de componentes del agente de ahumado. La
composición de la carne fue aproximadamente 58,2% de humedad, 25,7%
de grasas, 13,4% de proteínas y 2,5% de cenizas. Los resultados se
dan más adelante en la tabla IX.
Como se muestra anteriormente, las muestras con
el agente líquido de ahumado tienen mayores concentraciones de
ácidos y de grupos carbonilo que los testigos transparentes.
Por lo tanto, incluso aunque las envolturas
NoJax® y de NDC se fabricaran usando procedimientos diferentes,
ambas absorben aproximadamente la misma cantidad de agente líquido
de ahumado y transfieren el agente líquido de ahumado a la carne
cocida en aproximadamente las mismas cantidades, dando lugar a
aproximadamente la misma cantidad de componentes colorantes y de
ahumado en la carne cocida. Se produjo una buena formación de la
piel tanto en las salchichas embutidas con NDC ahumada como con
NoJax® ahumada.
Como se describió anteriormente, es posible y
deseable fabricar envolturas de varios colores. La coloración de
envolturas NoJax® es una operación básica para los expertos en la
técnica. Generalmente, se fabrica una dispersión de un pigmento,
tal como azul de ftalocianina, y agua. Usualmente, esta disolución
acuosa incluye otros agentes, tales como agentes de humectación y
agentes emulsionantes. Una vez que se fabrica la dispersión, se
añade a la disolución de viscosa antes de la extrusión de la
película o de la envoltura, y se mezcla. A continuación, la
envoltura o película coloreada se extruye y el proceso continua.
No era de esperar que la envoltura fabricada de
celulosa no derivatizada se pudiera colorear de la misma manera.
Como la disolución antes de la extrusión contiene una gran cantidad
de NMMO en una pequeña cantidad de agua, aproximadamente 78% de
NMMO en agua, no es una disolución acuosa. Se cree que la adición de
una dispersión acuosa de un colorante en la corriente de
pre-extrusión provocaría la precipitación de la
celulosa, bloqueando de este modo la extrusión de la película o de
la envoltura.
Con el fin de determinar si la envoltura de
celulosa no derivatizada se podía fabricar de un color no
transferible, el siguiente experimento se realizó para fabricar una
película de celulosa no derivatizada de color azul.
Se combinaron 139,5 gramos de NMMO 78%/H_{2}O
y 69,5 gramos de una masa de celulosa que contenía 15% de celulosa
y aproximadamente 80% de NMMO y 5% de H_{2}O. A continuación, se
añadieron a la masa de celulosa 2,3 gramos de una mezcla en
glicerina de pigmento azul de ftalocianina a aproximadamente una
concentración de 4% de pigmento, a 104ºC, y se mezclaron. Esto se
moldeó en una película y se regeneró con agua fría, dando una
película azul, fabricada a partir de celulosa no derivatizada
pigmentada, con un color completamente uniforme.
Produciendo esta envoltura se mostró que se
pueden fabricar envolturas de varios colores hechas de celulosa no
derivatizada, y que la adición de agentes colorantes, no en
dispersión acuosa, a la masa de celulosa no debe afectar a la
producción de la envoltura final.
Se hicieron estudios para determinar si la
envoltura de celulosa no derivatizada (NDC) aceptaría y retendría la
impresión así como lo hace la envoltura fabricada de celulosa
derivatizada (NoJax®).
Aunque el número de agentes colorantes a escoger
para imprimir envolturas es extremadamente grande, existe una lista
que es bien conocida por los expertos en la técnica de la impresión.
Para este experimento, se imprimieron sobre envolturas NoJax® y de
NDC tintas rojas y blancas estándar hechas reaccionar con
isocianato. Estas disoluciones de tintas se imprimieron sobre
envolturas de 0,91 m de longitud, y el disolvente se separó soplando
la envoltura con aire caliente. La impresión de las envolturas fue
seguida por un curado durante 72 horas a temperatura ambiente.
Se ensayaron la resistencia a la pérdida de
tinta por abrasión y el grado de adhesión de la tinta a la envoltura
mediante ensayos estándar usados en la industria de cinta Scotch®
(marca registrada de 3M, St Paul, Minn., EE.UU.) y resistencia a la
formación de arrugas. Los ensayos se realizaron como sigue:
Se remojaron durante 30 minutos en agua
corriente a 38ºC tiras de 20 x 3,18 cm de envoltura tanto de NDC
como NoJax® que se habían impreso en sus 12,7 cm centrales. A
continuación, cada tira se separó del agua y se frotó entre las
manos del científico mediante un "movimiento de restregado de
ropas", desgastando de este modo cada muestra para el ensayo de
separación de la impresión por frotamiento.
Los resultados del ensayo mostraron que las
muestras de NDC impresas retuvieron su impresión tan bien como las
muestras de NoJax®.
Este ensayo se usa para determinar si se pierde
algo de tinta debido a la falta de adhesión de la tinta a la
envoltura. Se usaron las muestras impresas de envolturas de NDC y
NoJax® que se describieron en el ensayo de resistencia a la
formación de arrugas anterior.
Se prensaron tiras de cinta Scotch nº 610 por el
área impresa de las muestras. La cinta se presionó hacia abajo con
el dedo índice y a continuación se separó rápidamente para que
pudiera producirse la máxima adhesión de la cinta a la tinta.
\newpage
Los resultados del ensayo mostraron que las
muestras de NoJax® y de NDC impresas se comportaron similar y
aceptablemente y resistían la pérdida de tinta por adhesión.
Los resultados de ambos ensayos demuestran que
las envolturas de NDC y NoJax® exhibían similar reactividad
respecto al sistema de tinta.
Debe apreciarse que un artículo de envoltura
para alimentos de celulosa no derivatizada y según la presente
invención representa una avance en la técnica. Puesto que, como se
describió anteriormente, para formar la envoltura no se usa o
genera ni azufre ni ningún compuesto de azufre, la envoltura
resultante está exenta de azufre.
También parece que la resistencia al desgarro,
la permeabilidad al agua y la presión de reventamiento de la
envoltura de celulosa no derivatizada son superiores a las de la
envoltura para alimentos convencional formada de una celulosa
derivatizada tal como se forma regenerando la celulosa de una
disolución de xantato de celulosa. La envoltura de celulosa no
derivatizada de la invención se produce como un material coloreado
como la envoltura de celulosa derivatizada convencional, y se puede
imprimir sobre ella, revestirla con agentes auxiliares de pelado,
agentes líquidos de ahumado y una variedad de otros compuestos
químicos. Sin embargo, las propiedades entre las envolturas de
celulosa derivatizada y no derivatizada difieren respecto a sus
reacciones con varios aditivos, particularmente, como se vio
anteriormente, con el uso de agentes auxiliares de pelado. No se
puede asumir que puesto que un aditivo o agente de revestimiento
funcione bien con una envoltura fabricada de celulosa derivatizada,
hará necesariamente lo mismo con una envoltura fabricada de celulosa
no derivatizada.
Puesto que mediante la fabricación de la
envoltura no se genera ningún subproducto tóxico o nocivo, el
procedimiento de fabricación no impone ninguna carga sobre el medio
ambiente y representa un avance en la técnica de la fabricación de
envolturas de celulosa.
Claims (9)
1. Una envoltura celulósica para alimentos, que
comprende una película tubular sin costuras, exenta de azufre, de
celulosa no derivatizada extruida de, y precipitada en, una
disolución de óxido de amina y celulosa de celulosa disuelta en
N-metilmorfolina-N-óxido (NMMO), y
que contiene un agente colorante, en la que dicha envoltura
contiene un agente colorante no transferible, procedente de la
disolución de celulosa, y un agente suavizante soluble en agua.
2. Una envoltura según la reivindicación 1, en
la que dicho agente colorante es un colorante o pigmento de calidad
alimentaria.
3. Una envoltura según las reivindicaciones 1 ó
2, en las que la envoltura también contiene un agente auxiliar de
pelado y/o un agente saborizante.
4. Una envoltura según la reivindicación 3, en
la que dicho agente auxiliar de pelado está revestido sobre la
superficie interior de dicha película tubular en una cantidad
efectiva para promover el pelado, en la que dicho agente auxiliar
de pelado comprende un agente de desprendimiento y un agente de
inmovilización antipliegues.
5. Una envoltura según la reivindicación 4, en
la que dicho agente de desprendimiento se selecciona del grupo que
consiste en celulosa soluble en agua o sus sales, dextrina, caseína,
alginato, lecitina, quitosano, fosfolípido, y sus mezclas, y en la
que dicho agente de inmovilización antipliegues comprende un aceite
o un fosfolípido.
6. Una envoltura según la reivindicación 4 ó 5,
en la que dicho agente auxiliar de pelado comprende un éter de
celulosa soluble en agua, un fosfolípido, y un poliol.
7. Una envoltura según la reivindicación 3, en
la que el agente saborizante es un agente líquido de ahumado.
8. Una envoltura según cualquier reivindicación
precedente, que incluye una trama de papel en la pared de la
película tubular sin costuras.
9. Una envoltura según cualquier reivindicación
precedente, en las que la envoltura tiene una resistencia al
desgarro MD en húmedo mayor que aproximadamente 20 g/0,1 m de
espesor de pared.
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