ES2268755T3 - Extrusion de proteinas hidrolizadas. - Google Patents
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Abstract
LA PRESENTE INVENCION SE REFIERE A PELICULAS, REVESTIMIENTOS U HOJAS FINAS A BASE DE PROTEINAS. LAS PELICULAS, REVESTIMIENTOS O FINAS HOJAS DE LA PRESENTE INVENCION SE OBTIENE DESPUES DE UNA EXTRUSION Y CONTIENEN PROTEINA HIDROLIZADA O MEZCLAS DE PROTEINAS HIDROLIZADAS. LA PRESENTE INVENCION TAMBIEN SE REFIERE A UN PROCEDIMIENTO PARA LA ELABORACION DE PELICULAS, REVESTIMIENTO U HOJAS FINAS A BASE DE PROTEINA. LAS PELICULAS SE SUELEN UTILIZAR COMO MATERIAL DE EMBALAJE, EN PARTICULAR PARA ALIMENTOS O PIENSOS.
Description
Extrusión de proteínas hidrolizadas.
La presente invención se refiere a películas,
revestimientos o láminas finas basadas en proteínas. La presente
invención también se refiere a un procedimiento para la formación de
películas, revestimientos o láminas finas basadas en proteínas. Las
películas son utilizables como materiales de envasado en general, y
las aplicaciones particulares se refieren al envasado de comida o
pienso.
Hay un creciente interés en producir un material
de envasado en forma de películas, revestimientos o láminas finas
que al mismo tiempo sean biodegradables y comestibles. Los
revestimientos, láminas finas y películas, de aquí en adelante
indicados colectivamente como películas, producidos a partir de
proteínas o fracciones de proteínas aisladas de mezclas que se
encuentran en la naturaleza, han sido extensivamente descritos en
la bibliografía. En general, tales productos se preparan partiendo
de una suspensión. Después de la evaporación de los disolventes se
obtiene una película. Un método usado para fabricar películas que
contengan gluten se basa en suspender la proteína en una mezcla de
un disolvente orgánico, tal como etanol, y agua, a un pH ácido o
alcalino. La suspensión se vierte sobre un soporte; a continuación,
los disolventes se evaporan para obtener una película. Estas
películas denominadas moldeadas tienen propiedades deseables y
pueden usarse como material de envasado. La misma técnica también
se aplica para otras proteínas y proteínas hidrolizadas.
Esta técnica formadora de películas se ilustra,
por ejemplo, en la Patente de EE.UU. 3.653.925, en la que se
dispersa gluten de trigo seco en un medio alcalino que consiste en
alcohol y agua. A continuación, la dispersión se aplica a sustratos
sólidos, que incluyen comida, y a continuación se seca para formar
un revestimiento comestible.
Sin embargo, el moldeo de disoluciones
formadoras de películas no es una técnica fácil y económicamente
factible a escala industrial. El uso de grandes cantidades de
disolventes orgánicos hace este procedimiento caro. Estos
disolventes también dañan el medio ambiente y la salud de la gente,
y además los disolventes orgánicos también comportan riesgos para
la seguridad.
Con el fin de evitar el problema del uso de
disolventes orgánicos, en la solicitud de Patente Europea EP 0593123
se sugiere preparar láminas finas o revestimientos sobre la base de
proteínas solubles en agua. La evaporación del agua a continuación
da lugar inmediatamente a la formación de una película y, en este
caso, no se usan disolventes orgánicos.
Por la bibliografía también se sabe que, en
presencia de agentes plastificantes, pueden extruirse mezclas que
contienen proteínas o ciertas fracciones aisladas de proteínas. La
presencia de agua y/u otro plastificante reduce la temperatura de
transición vítrea del gluten, de modo que el producto puede
extruirse a una temperatura por debajo de la temperatura de
descomposición. En contraste con el moldeo, la principal ventaja de
este procedimiento es que evita los riesgos de trabajar con grandes
cantidades de disolventes orgánicos, tales como etanol. Además, la
extrusión también es un procedimiento continuo que puede
automatizarse. Otra ventaja es que las mismas técnicas que se usan
para los polímeros sintéticos pueden aplicarse para extruir y
seguidamente moldear las proteínas por inyección. No se necesita
ninguna inversión adicional para que la industria del plástico
produzca películas biodegradables que principalmente consistan en
proteínas.
La aplicación de la extrusión a proteínas se
describe, por ejemplo, en la Patente del Reino Unido 1.320.953.
Esta patente se refiere a un procedimiento para preparar un
condimento granular que comprende un hidrolizado o extracto de
proteínas de plantas o animales. La Patente de EE.UU. 3.682.661
describe la extrusión de una dispersión de una proteína vegetal no
desnaturalizada formadora de películas a través de una matriz anular
en un baño coagulante adecuado, y tratar el tubo resultante con un
agente de curtido adecuado. La patente describe específicamente el
uso de este procedimiento para preparar tripas para embutir
salchichas. El tratamiento de extrusión se realiza en condiciones
suaves para evitar la desnaturalización de la proteína.
La Patente del Reino Unido 2.203.928 describe un
método para producir un material comestible en el que se mezclan en
una extrusora una disolución de celulosa que tiene la forma
cristalina II de la celulosa y un polipéptido o un polisacárico y
se prensan hacia un baño coagulante, se neutralizan, se lavan y se
secan. En todos los ejemplos se uso la técnica de moldeo.
Aunque en la bibliografía se sugiere que el
moldeo puede reemplazarse por la extrusión, no se ha descrito
ningún intento exitoso para fabricar películas basadas en
proteínas.
De hecho, cuando se ha intentado hacer eso, los
presentes inventores han encontrado que la termoconformación de
material proteínico durante el procedimiento o seguidamente da
problemas debido al encogimiento del producto. Es este problema el
que se resuelve mediante la presente invención.
La presente invención describe una película,
revestimiento o lámina fina basada en proteínas en la que la
película, revestimiento o lámina fina se prepara por tratamiento
físico-mecánico de una composición que comprende
gluten hidrolizado y glicerina. Preferiblemente, el tratamiento
físico-mecánico es extrusión. La proteína
hidrolizada puede prepararse antes de la extrusión o la extrusión se
realiza en condiciones tales que la proteína se hidroliza
simultáneamente.
Además, la presente invención describe un método
para producir una película, revestimiento o lámina fina basada en
proteínas, comprendiendo dicho método las siguientes etapas:
- a)
- preparar gluten hidrolizado,
- b)
- someter el gluten hidrolizado a un tratamiento físico-mecánico en presencia de glicerina y opcionalmente en presencia de un agente emulsionante y/o un ácido,
- c)
- conformar el producto tratado en una película.
El tratamiento físico-mecánico
es preferiblemente extrusión. Preferiblemente, el procedimiento de
la presente invención se realiza sobre una proteína o mezcla de
proteínas que, debido a hidrólisis o a la adición de un agente
emulsionante o plastificante, tiene una temperatura de transición
vítrea (Tg) de 50°C o menor.
Los presentes inventores han encontrado
inesperadamente que pueden producirse películas con excelentes
propiedades mediante tratamiento físico-mecánico de
proteínas hidrolizadas. Preferiblemente, el tratamiento
físico-mecánico es extrusión. Sin embargo, se
entiende que, puesto que la extrusión supone el aporte de energía
mecánica y que ésta se combina con calentamiento, pueden igualmente
usarse bien otros procedimientos en los que se aporte al material
la misma cantidad de energía.
Los presentes inventores han encontrado que
mientras que la extrusión de proteínas no hidrolizadas da lugar a
películas irregularmente conformadas, la termoconformación de
proteínas hidrolizadas en películas da lugar a películas con
propiedades beneficiosas.
Las propiedades de estas películas extruidas son
comparables con las de las películas obtenidas por moldeo. Hasta
ahora, sólo se han extruido proteínas hidrolizadas para otras
aplicaciones tales como la producción de condimentos
granulares.
La presente invención se refiere a un nuevo y
útil procedimiento para preparar películas que comprenden proteínas
hidrolizadas. Preferiblemente, la proteína se selecciona del grupo
que consiste en proteínas vegetales hidrolizadas de cereales tales
como por ejemplo trigo, en particular gluten de trigo, maíz, cebada,
centeno, milo, proteínas hidrolizadas de plantas tuberosas tales
como, por ejemplo, patatas, proteínas hidrolizadas de legumbres
tales como soja, guisantes, alubias o hidrolizados de proteínas
animales tales como colágeno, gelatina, lactoproteínas, proteínas
del huevo, proteínas de la sangre, y sus combinaciones. Otro grupo
de materiales que se usan con éxito en la presente invención son
las proteínas modificadas.
Como compuesto auxiliar de extrusión puede ser
ventajoso añadir un aditivo, que se selecciona del grupo que
comprende agentes emulsionantes y/o agentes plastificantes y/o
ácidos.
Los inventores han descubierto que pueden
prepararse películas de proteínas hidrolizadas mediante un
procedimiento de extrusión. Este es un método comercialmente
practicable. Se encuentra que las películas formadas mediante este
procedimiento tienen características deseables que las hacen útiles
para varias aplicaciones. Las películas de la presente invención
son utilizables en las industrias de la confitería, frutas y
vegetales, carne y farmacéutica. Por ejemplo, son adecuadas como
protección comestible contra la pérdida o la migración de uno de los
ingredientes del alimento. Las películas son biodegradables. Este
aspecto es de gran importancia para la industria del envasado que
está muy interesada en este tipo de material, ya que podría resolver
parte de los problemas medioambientales con los que estamos
actualmente luchando.
La presente invención proporciona un nuevo
método para fabricar una lámina fina, revestimiento o película,
basada en proteínas hidrolizadas, que comprende las etapas de:
- a)
- tratamiento físico-mecánico de una composición que contiene una proteína hidrolizada en condiciones adecuadas de temperatura, presión y cantidad de agente plastificante/agente emulsionante,
- b)
- seguido por una etapa de termoconformado tal como moldeo por inyección o compresión.
Preferiblemente, el tratamiento
físico-mecánico es extrusión. Sin embargo, también
son utilizables otros métodos tales como el amasado mecánico.
La extrusora también puede estar equipada con
una matriz para que el producto extruido se conforme inmediatamente
en forma de película. Este procedimiento es el denominado moldeo por
extrusión. Aunque en la presente memoria se describe que el
procedimiento de la presente invención comienza a partir de
proteínas hidrolizadas, es evidente que con la selección adecuada
de las condiciones de reacción llega a ser posible comenzar con
proteínas no desnaturalizadas que se hidrolizarán al extruir.
Las proteínas hidrolizadas usadas pueden ser
ambas de origen vegetal o animal o sus combinaciones, y también se
usan proteínas modificadas.
El procedimiento de extrusión puede mejorarse
añadiendo aditivos tales como agentes emulsionantes, agentes
plastificantes, ácidos o sus combinaciones. Estos productos pueden
mezclarse con la proteína hidrolizada antes de la extrusión o
pueden dosificarse separadamente durante la extrusión. La
combinación de proteínas hidrolizadas (o sin hidrolizar) y/o
modificadas conjuntamente con el(los) agentes(s)
emulsionante(s) y/o agente(s) plastificante(s)
y/o ácidos añadidos da preferiblemente lugar a una composición que
tiene una temperatura de transición vítrea por debajo de 50°C.
Las propiedades de los revestimientos, láminas
finas o películas obtenidas, tales como las propiedades mecánicas
(tensión, elongación y deformación), color, cualidades
organolépticas y permeabilidad a los gases, agua, aromas, agentes
conservantes y/o grasas, puede controlarse añadiendo los aditivos
correctos tales como agentes plastificantes, sustancias hidrófobas,
sustancias aromáticas, colorantes y agentes saborizantes.
Para hacer más flexible el material se usan
agentes plastificantes. Los agentes plastificantes pueden
seleccionarse, por ejemplo, en el grupo que consiste en ácidos
grasos (derivados), ftalatos, sebacatos, citratos, agua, alcoholes
de alto peso molecular, trietanolamina, lactamidas, fosfolípidos,
mono, di y oligosacáridos, ácidos, polioles o derivados como
polietilenglicol y glicerina o sus combinaciones. El agente
plastificante es la sustancia, compatible con los alimentos y/o
degradable, glicerina. Preferiblemente, el agente plastificante se
añade en una concentración entre 0,5% y 45%, más preferiblemente en
una concentración entre 5% y 30%. Una temperatura de transición
vítrea por debajo de o cerca de la temperatura ambiente da películas
flexibles. Si la cantidad de agente plastificante es baja sólo se
producen materiales con una temperatura de transición vítrea por
encima de la temperatura ambiente, y como consecuencia son
frágiles. Durante la extrusión, parte del agua puede separarse
aplicando vacío.
Para reducir la permeabilidad del material a la
humedad se añaden sustancias hidrófobas. Se seleccionan del grupo
de, por ejemplo, aceites, grasas, ceras, agentes emulsionantes y/o
sus combinaciones. La hidrofobia también está influenciada por la
selección de la proteína que, por otra parte, si es necesario, puede
modificarse.
Con el objetivo de mejorar la resistencia de las
películas, antes de al extrusión se añaden a la composición fibras
celulósicas o sintéticas. El tipo de fibra juega un papel importante
así como la cantidad añadida. Durante el procedimiento de
extrusión, la longitud de las fibras puede reducirse dependiendo de
los parámetros de extrusión. La compatibilidad entre las proteínas
hidrolizadas y las fibras tiene que ser buena para tener un impacto
en las propiedades mecánicas de las películas. La adición de fibras
también disminuye la deformación de las muestras. Pueden producirse
materiales diseñados para necesidades específicas cambiando la
cantidad y el tipo de fibras.
Además del método, la invención proporciona
además películas, láminas finas y revestimientos cuyas propiedades
pueden adaptarse a la aplicación deseada mediante una selección
adecuada de los aditivos.
Las condiciones de extrusión tienen influencia
en las propiedades del material. La temperatura de extrusión está
entre 70°C y 160°C, más preferiblemente entre 100ºC y 130ºC. La
extrusión puede hacerse tanto en una extrusora de un único husillo
como en una de dos husillos. La forma de la matriz a la salida de la
extrusora puede cambiarse para obtener películas de diferentes
tamaños. También se forman películas usando otros tipos de equipos
y, por ejemplo, pueden obtenerse por hilado o calandrado.
La hidrólisis de las proteínas se consigue por
métodos estándar, es decir, hidrólisis ácida o enzimática.
Dependiendo de si la hidrólisis es parcial o completa se demuestra
que la cantidad necesitada de agente plastificante varía, siendo
necesario más agente plastificante cuando la hidrólisis es menos
completa.
Se observó que las películas obtenidas a partir
de proteínas hidrolizadas, especialmente gluten, no encogen y, por
lo tanto, son de forma mucho más regular. Las películas preparadas a
partir de gluten hidrolizado tienen mucha mejor transparencia y
también son más resistentes.
Finalmente, también es posible usar una mezcla
de proteína hidrolizada y no hidrolizada. Se observó que puede
usarse hasta 75% de proteína no hidrolizada, preferiblemente la
cantidad de proteína no hidrolizada era aproximadamente 50%. En tal
caso, aún podrían encontrase las características de película
favorables de la presente invención.
Comparado con el procedimiento de moldeo
conocido, el procedimiento físico-mecánico (tal como
el procedimiento de extrusión) tiene muchas ventajas. El
procedimiento de extrusión no usa disolventes orgánicos que son
peligrosos y medioambientalmente no beneficiosos. El procedimiento
de extrusión también es mucho más fácil de
automatizar.
automatizar.
Cuando las características de las películas de
los ejemplos de la presente descripción y que se preparan a partir
de gluten hidrolizado de trigo se comparan con películas fabricadas
de gluten no hidrolizado (vital), se observa que el producto de
extrusión obtenido a partir de gluten hidrolizado apenas se encoge
después de la preparación y tiene una superficie mucho más regular.
El producto fabricado del gluten hidrolizado es mucho más regular y
más transparente y este producto permanece más flexible durante el
almacenamiento. El producto también tiene una resistencia al
desgarro mayor y es menos frágil.
Esto abre una completa nueva gama de
aplicaciones. Aparte del envasado para la protección (individual) de
frutas, vegetales, carne y productos de confitería, el material
también puede usarse para separar componentes o capas en productos
alimenticios y de este modo controlar la transferencia interna de
humedad. Esto es posible porque las películas basadas en proteínas
hidrolizadas son comestibles. Ejemplos se encuentran en pizzas
ultracongeladas (pasta separada de la salsa de tomate), empanadas y
productos de confitería (hielo separado de un producto
horneado).
La presente invención se ilustrará
adicionalmente sobre la base de varios Ejemplos. Mediante la palabra
"película" usada en los Ejemplos se quiere decir un
revestimiento así como una lámina fina. Los Ejemplos se focalizan
en el uso de gluten hidrolizado de trigo, pero se realizan de una
manera similar cuando se parte de otros tipos de hidrolizados de
proteínas.
La extrusión de 96 g/min de gluten hidrolizado y
53 g/min de glicerina se realizó con una extrusora Werner &
Phleiderer, tipo ZSK25. La relación L/D se ajustó a 42. Puede
seleccionarse el número de secciones del cilindro y, des este modo,
puede variarse la longitud total de procesado. En el caso presente,
el cilindro tenía cinco secciones de temperatura que se controlaron
separadamente. Las 4 primeras secciones del cilindro fueron de
igual longitud, la quinta tenía sólo la mitad de la longitud de las
anteriores. Las secciones del cilindro se calentaron eléctricamente
y para refrigerar se usó agua. El perfil de temperatura usado fue
40ºC/120ºC/135ºC/90ºC/40ºC. La velocidad del husillo se ajustó a
200 rpm. El orificio de purga en la cuarta sección estaba
cerrado.
A la salida, el material se recogió entre dos
películas de teflón, equipadas con cuatro espaciadotes para ajustar
el espesor e la película. Veinte gramos del material se prensaron
para dar una película a 350 bar y 55ºC.
La calidad de la película se determinó
comparando el grado de deformación después de la compresión.
| Tipo de gluten | Dosificación de | Dosificación de | Calidad de la |
| gluten (g/min) | glicerina (g/min) | película | |
| Gluten hidrolizado | 87 | 46 | Muy buena |
| (fuerte, DH* = 9%) | |||
| Gluten hidrolizado | 87 | 46 | Muy buena |
| (débil, DH* = 5%) | |||
| Gluten vital | 62 | 40 | Fuerte deformación |
| Gliadinas | 49 | 33 | cuando la presión |
| Gluteninas | 40 | 46 | se libera |
| Gluten desamidado | 87 | 46 | |
| * \begin{minipage}[t]{153mm}DH es el grado de hidrólisis del material proteínico que se determina mediante el denominado método OPA. Este método está basado en la absorción a 340 nm del alquilisoindol formado entre grupos NH_{2} primarios y ortoftaldialdehído (OPA) en presencia de cloruro de N,N-dimetil-2-mercaptoetilamonio (DMA) (véase, por ejemplo, Schmidt D.G. y A.J.P.M. Robben, VMT (1993), 19: 13-15).\end{minipage} |
Debido a los fuertes puentes S-S
en la mayor parte del gluten, la estabilidad de las formas fue muy
débil, dando problemas en la termoconformación de estos
materiales.
El agente plastificante se añade para disminuir
la temperatura de transición vítrea. Adviértase que puesto que el
peso molecular del gluten hidrolizado es menor que para las otras
muestras, se necesita menos agente plastificante para reducir la
temperatura de transición vítrea. Como es evidente a partir de la
Tabla 1, el gluten hidrolizado, tanto cuando está fuerte o
débilmente hidrolizado, da lugar a películas que tienen una buena
calidad.
Se repitió la extrusión que se describe en el
Ejemplo 1 usando diferentes cantidades y tipos de agente
plastificante.
\vskip1.000000\baselineskip
| Tipo de gluten | Dosificación de | Dosificación de | Calidad de la película |
| gluten (g/min) | glicerina/agua | ||
| (g/min) | |||
| Gluten hidrolizado | 146 | 0/65 | Viscosidad demasiado baja |
| (fuerte, DH* = 9%) | 146 | 0/22 | Buena pero se torna frágil |
| 146 | 32/22 | Buena | |
| 146 | 15/43 | Viscosidad demasiado baja | |
| 87 | 46/0 | Buena | |
| Gluten hidrolizado | 123 | 32/22 | Buena |
| (débil, DH* = 5%) | 143 | 15/43 | Buena |
| 143 | 0/65 | Buena pero se torna frágil | |
| 130 | 0/43 | Buena pero se torna frágil | |
| 130 | 0/22 | Mala | |
| 87 | 46/0 | Buena |
\vskip1.000000\baselineskip
La temperatura de transición vítrea del gluten
fuertemente hidrolizado es menor que la del gluten débilmente
hidrolizado. La consecuencia es que se necesita menos agente
plastificante para el gluten fuertemente hidrolizado.
Los productos en los que se añade agua como
agente plastificante se tornan frágiles durante el almacenamiento.
Este problema no ocurre si se usa glicerina.
Se repitió la extrusión que se describe en el
Ejemplo 1 usando gluten vital, gluten vital mezclado con almidón y
gluten vital mezclado con gluten hidrolizado.
\vskip1.000000\baselineskip
| Tipo de gluten | Dosificación de | Dosificación de | Calidad de la película |
| gluten (g/min) | glicerina (g/min) | ||
| Gluten vital | 64 | 40 | Gran deformación |
| Gluten vital + almidón | 40 | 46 | después de la |
| de maíz céreo (1:1) | liberación de | ||
| la presión | |||
| Gluten vital + gluten | 64 | 30 | Casi ninguna |
| hidrolizado (1:1) | deformación |
\vskip1.000000\baselineskip
La adición de gluten hidrolizado a gluten vital
da lugar a un producto con casi ninguna deformación.
Se repitió la extrusión que se describe en el
Ejemplo 1 usando diferentes tipos de fibras.
| Dosificación de | Dosificación de | Dosificación de fibras | Calidad de la película |
| gluten hidrolizado | glicerina (g/min) | (% sobre base seca) | |
| (g/min) | |||
| 64 | 34 | 0 | Buena calidad |
| 64 | 34 | Celulosa 3% | Buena calidad |
| 64 | 34 | Lino 5% | Tensión acrecentada |
| Deformación disminuida |
No se advirtió ninguna diferencia añadiendo 3%
de celulosa a la película. Por otra parte, la adición de largas
fibras de lino tuvo una influencia sobre las propiedades mecánicas
de las películas de gluten hidrolizado.
Claims (10)
1. Una película, revestimiento o lámina
fina basada en proteínas, en la que la película, revestimiento o
lámina fina se prepara mediante tratamiento
físico-mecánico de una composición que comprende
gluten hidrolizado y glicerina.
2. Una película, revestimiento o lámina
fina basada en proteínas según la reivindicación 1, en la que la
composición contiene además un agente emulsionante.
3. Una película, revestimiento o lámina
fina basada en proteínas según la reivindicación 1 ó la
reivindicación 2, en la que la composición comprende además un
ácido.
4. Una película, revestimiento o lámina
fina basada en proteínas según una cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 3, en la que la combinación de gluten
hidrolizado y glicerina y/o el agente emulsionante y/o un ácido se
selecciona de tal manera que la temperatura de transición vítrea
esté por debajo de 50ºC.
5. Una película, revestimiento o lámina
fina basada en proteínas según una cualquiera de las
reivindicaciones precedentes, en la que la composición comprende
glicerina en una concentración entre 0,5% y 45%.
6. Una película, revestimiento o lámina
fina basada en proteínas según la reivindicación 5, en la que la
composición comprende glicerina en una concentración entre 5% y
30%.
7. Un método para producir una película,
revestimiento o lámina fina basada en proteínas, comprendiendo
dicho método las siguientes etapas:
- a)
- preparar gluten hidrolizado,
- b)
- someter el gluten hidrolizado a un tratamiento físico-mecánico en presencia de glicerina y opcionalmente en presencia de un agente emulsionante y/o un ácido,
- c)
- conformar el producto tratado en una película.
8. Un método según la reivindicación 7,
en el que el tratamiento físico-mecánico es
extrusión.
9. Un método según la reivindicación 8,
en el que la extrusión se realiza usando una extrusora que
comprende una matriz formadora de películas y la extrusión se
realiza a una temperatura entre 70 y 160ºC.
10. Un método según una cualquiera de las
reivindicaciones 7 a 9, en el que la película, revestimiento o
lámina fina basada en proteínas es adecuada para usar como material
de envasado.
Applications Claiming Priority (2)
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