Descrizione
-<■>-1 4 3 A corredo di una domanda di brevetto di Invenzione Industriale
dal Titolo: “Matrici edibili e relativi metodi e applicazioni”
A nome di: Metalvuoto S.p.a. a Roncello (MI)
Inventori designati: Farris Stefano, Piergiovanni Luciano,
Ronchi Giovanni, Rocca Roberto
* ;;La presente invenzione si riferisce a matrici edibili, in particolare per la protezione diretta di sostanze alimentari e per il rivestimento di substrati a base di materie sintetiche, artificiali e naturali, in specie di films e contenitori, anche silicei, per imballaggio. ;Più in particolare, il trovato concerne matrici edibili lipo-proteiche in soluzione acquosa, almeno comprendenti: proteina, lipide e glicerolo, in rapporti percentuali tra loro ben definiti ;;Stato della tecnica. Con l’esplosione dei consumi, dei prodotti alimentari pre-preparati e ;delle crescenti necessità di smaltimento e riciclaggio dei materiali di imballaggio, è esplosa ;anche la richiesta di imballi edibili. Questo campo della tecnica è perciò diventato un campo ;fitto di brevetti {patent crowded field) in cui un perfezionamento anche minimo ed a prima ;vista “banale” può dar luogo ad importanti successi commerciali. Nella Pubblicazione di ;brevetto intemazionale PCT W02004026035 è descritto un ampio scenario dello stato della ;tecnica, in cui si cita una trentina di riferimenti a brevetti e pubblicazioni in riviste ;scientifiche Nel brevetto US n° 5,019,403 del 5/1991 si descrive un metodo per il ;rivestimento di vari substrati alimentari e/o derivati dall’agricoltura, mediante matrici lipo- ;proteiche: modificando il pH della soluzione in situ si migliorano le performances del ;film/rivestimento edibile; si fa riferimento alle proprietà di barriera nei confronti dei gas e del ;vapor d’acqua; si ipotizza l’inglobamento di sostanze attive nella stessa matrice edibile a ;rilascio controllato; si considera una vasta gamma di prodotti, appartenenti alle tre principali ;categorie (proteine, lipidi e polisaccaridi). Tuttavia appaiono oggi opinabili le tecniche di analisi e mancano dati essenziali per la valutazione della reale efficacia del film. Infine, l’applicazione di tali matrici è limitata ai substrati alimentari derivati dall’agricoltura senza accenno a possibili applicazioni su altre superfici. Nel brevetto US n° 5,543,164 del 6/1996 si descrive un metodo per rottenimento di films e coatings edibili; in tal caso, le formulazioni proposte si basano sulla denaturazione chimica, enzimatica o termica della matrice proteica utilizzata, in modo tale da favorire la formazione di legami e quindi interazioni inter- ed intramolecolari mediante la formazione di ponti disolfuro. Molte proteine, infatti, come quelle del siero del latte, presentano amminoacidi solforati (come la cisteina e la cistina) che stanno alla base dei continuo formarsi dei gruppi disolfùro della cistina a partire dall’ ossidazione dei gruppi tiolici (solfidrilici) della cisteina; quest’ultima, quindi, gioca un ruolo molto importante nello stabilire e mantenere la struttura terziaria delle proteine; due residui non contigui di cisteina, infatti, possono formare ponti S— S (disoliùro), stabilendo cosi un legame tra due catene polipeptidiche o tra due tratti di una stessa catena o ancora tra una catena polipeptidica e quella di una molecola di diversa natura. Agendo su queste proprietà, pertanto, può essere facile promuovere l’interazione tra la proteina ed altre molecole. In tale brevetto vengono esaltate le eccellenti proprietà di barriera al vapor d’acqua del film, attraverso buone tecniche analitiche. Tuttavia, non si considera la possibilità di utilizzare quale bio-macromolecola di partenza la gelatina animale che è priva di amminoacidi solforati; si considerano esclusivamente i prodotti alimentari derivati dall’agricoltura, senza alcun riferimento a matrici differenti. L’interesse verso l’ottenimento e l’applicazione di tali matrici è evidente anche osservando altri numerosi lavori scientifici. Sobral [Food Hydrocolloyds, 15: 423-432 (2001)], ad esempio, descrive le principali caratteristiche chimico-fisiche della gelatina suina come sistema filmogeno, ma non ne considera la diretta applicazione su matrici alimentari o meno. Guilbert [(LWT - Food Science and Technology, 29: 10-17 (1996)] studia varie tipologie di films e coatings edibili, senza considerare l’impiego della gelatina suina <φρ come possibile macromolecola di partenza e limitandosi all’esclusiva applicazione di tali films direttamente sulle superici di vari alimenti. Anker et al., invece, hanno lavorato su matrici edibili lipo-proteiche, in cui la frazione proteica è rappresentata da un isolato delle proteine del siero di latte vaccino, mentre la matrice lipidica da monoglicerìdi acetilati. Tali studi hanno riguardato la caratterizzazione dei films ottenuti in laboratorio, senza riferimento ad alcuna specifica applicazione su matrici o supporti di vario tipo. Miller [ Trends in Food Science and Technology, 8. 228-237 (1997)] indica la possibilità di ottenere films e coatings edibili utilizzando molecole di partenza di varia natura (proteine, lipidi e polisaccaridi), ma ne ipotizza l’esclusiva applicazione diretta solo sulle matrici alimentari. Esistono peraltro libri o capitoli dedicati allo sviluppo di films e coating edibili, ipotizzandone l’applicazione esclusivamente all’ alimento [Cuq, B. et al. Edible films and coatings as active layers In: ROONEY, M (Ed.), Active Food Packaging. Blackie Academic and Professional (1994)] Due sole pubblicazioni scientifiche prevedono l’applicazione di una matrice edibile su di un film plastico, ma solo per migliorarne la barriera all’ossigeno e le caratteristiche ottiche. Ci si limita all’utilizzazione di una matrice idrofila (proteina o polisaccaride) associata ad un plasticizzante (glicerolo, sorbitolo, saccarosio, PG e PEG), senza considerare una matrice lipidica in grado di conferire impermeabilità al vapor d’acqua Non è mai considerata la gelatina (di qualsiasi origine) quale bio-macromolecola di partenza e ci si limita al suo deposito sul lato trattato (a corona) del film, che è quello esterno. Ciò implica che: l’adesione della matrice edibile è sicuramente facilitata laddove è avvenuto il trattamento, ma potrebbe verificarsi la mancanza di adesione della medesima sul lato non trattato; agendo sul lato trattato viene preclusa la possibilità che il film esplichi appieno le sue enormi potenzialità e vantaggi di matrice edibile, in quanto non potrà mai entrare a contatto con l’aIÌmento o con l’ambiente che lo circonda [Seok-In H. et al. Packaging Technology and Science , 17: 13-21 (2004); Seok-In, H et al Packaging Technology and Science, 18: 1-9 (2004)]. Pur con molti ;
meriti, pertanto, i films e coatings edibili descritti in letteratura non sono esenti da inconvenienti, quali: ;- laboriosità di preparazione; in molti casi, per rendere efficaci tali rivestimenti, è necessario intervenire con operazioni particolari e dispendiose, sia in termini di tempo che di risorse; ne sono un esempio la regolazione del pH in sita proposta da Krochta nel primo esempio brevettuale o il fatto che tutti gli Autori/Inventori, per rendere stabile il film/coating, lo conservano in una cella climatizzata ad una temperatura ben precisa per un intervallo di tempo non inferiore alle 16 ore; ;mancanza di universalità; tutte le soluzioni fin qui proposte presentano delle proprietà interessanti, ma mai tutte contemporaneamente presenti nella stessa matrice; cosi, ad esempio, alcuni films presentano ottime proprietà estetiche (ottiche), altri di barriera ai gas o al vapor d’acqua, altri come veicolo di sostanze attive; non si menziona film o lacca avente queste ed altre caratteristiche tutte insieme; inoltre, nessuno dei films e coatings proposti sono stati indicati come utili ed efficaci se applicati sia su matrici alimentari che su substrati non alimentari (films plastici, vetro o cellulosa, ad esempio); ;- costi elevati; in tutti gli esempi presenti in letteratura si parla di films e coatings in grado di espletare specifiche funzioni o di conferire ben precise caratteristiche quando depositati sotto forma di spessi rivestimenti (con spessori superiori ai 50 micron). Va sottolineato che, nella maggioranza dei casi, le formulazioni adottate per rottenimento di rivestimenti edibili prevedono l’uso, singolarmente o in miscela, di sostanze appartenenti ai tre principali gruppi di macronutrienti: proteine, polisaccaridi e lipidi. In genere, la via più idonea per rottenimento di un film in grado di soddisfare le più svariate esigenze di protezione dell’alimento, consiste nell’utilizzare contemporaneamente una matrice polisaccaridica o proteica ed una lipidica. L’ottenimento di siffatti film rappresenta un mezzo eccellente per conferire all’alimento una protezione pressoché totale In questo modo, infatti, vengono combinati i vantaggi derivanti dai diversi componenti, le matrici lipidiche rappresentano delle buone barriere al vapor d’acqua, mentre le proteine ed i polisaccaridi (idrocolloidi) agiscono da barriera nei confronti dei gas e conferiscono la necessaria struttura al film finale, grazie alla formazione di un network continuo fra te diverse molecole Solitamente, infine, viene aggiunta una sostanza detta “plasticizzante”, che conferisce migliori proprietà meccaniche al film. L’impulso che può derivare daH’utilizzo di matrici edibili applicate direttamente agli alimenti nel promuovere un minore impatto ambientale è notevole. Ma ancor più grande è quello che può derivare dal loro utilizzo in totale o parziale sostituzione del packaging sintetico fin qui utilizzato. Sebbene numerosi sforzi ed eccellenti risultati siano stati ottenuti, in tal senso, nell’ottenimento di imballaggi bio-degradabili (basti pensare a quelli a base di acido polilattico, PLA), niente esiste circa la possibilità di utilizzare matrici edibili come un vero e proprio packaging. Il motivo di ciò risiede essenzialmente nella natura di tali bio-polimeri, troppo fragili e delicati per poter funzionare tal quali come un imballaggio di sintesi. ;;Sommario dell’invenzione e breve descrizione dei disegni. ;Primo scopo della presente invenzione è quello di provvedere matrici edibili che non presentano gli inconvenienti dell’Arte Nota, in particolare quelli sopramenzionati. ;Altro scopo è quello di provvedere specifici metodi di preparazione, particolarmente vantaggiosi dal punto di vista realizzativo ed economico. ;Un ulteriore scopo è quello di provvedere substrati di supporto per le matrici de quo , in particolare per la preparazione di film e contenitori con esaltate caratteristiche applicate in specie nel campo dell’ imballaggio. ;Le carateristiche più notevoli della presente invenzione sono recitate nelle rivendicazioni in calce, che si ritengono qui incorporate. I diversi aspetti e vantaggi del trovato appariranno più chiaramente dalla descrizione seguente delle forme di realizzazione preferite, illustrate anche sulla base delle figure da 1 a 4, che sono diagrammi riassuntivi delle prestazioni vantaggiose dei prodotti e metodi secondo Γ invenzione. In particolare, la Figura 1 evidenzia l’influenza della quantità di ciascuna componente nelle diverse formulazioni testate sul parametro OTR (oxygen transmission rate). La Figura 2, invece, visualizza l’effetto delle diverse componenti su un’altra importante carateristica dei films plastici, ovvero la WVTR (water vapour transmission rate). Nella Figura 3, viene riportata la variazione dell’Opacità del medesimo film di polipropilene orientato (OPP) rivestito con diversi films edibili ottenuti mediante diverse concentrazioni delle varie componenti. Infine, la Figura 4 mostra come i diversi rivestimenti edibili esplichino un’importante azione Anti-UV rispetto al film di controllo (OPP tal quale), in maniera differente in funzione delle diverse concentrazioni dei tre principali macronutrienti ;;Descrizione dettagliata dell’ invenzione. La presente invenzione fornisce nuovi metodi per l’ottenimento di una matrice edibile e sue applicazioni su substrati di varia natura. Secondo un aspetto dell’invenzione, si otiene ora una ottima adesione a vari substrati grazie alla scelta di specifiche macromolecole: proteine, lipidi, polialcoli ed emulsionanti. Di preferenza, come proteina si impiega gelatina di origine suina. Come lipidi si preferiscono i monogliceridi acetilati o la cera d’api; come plasticizzante si utilizza glicerolo, mentre come emulsionante si preferisce l’alcool glicerico monostearato o la lecitina di soia. Infine, le formulazioni secondo il trovato comprendono un agente antischiuma appartenente alla famiglia dei polidimetil silossani. Tra gli innumerevoli vantaggi delle nuove matrici ci si limita a menzionare le caratteristiche e proprietà superiori rispetto a quelle del film neutro e a molte lacche tradizionali di origine sintetica. In effetti, la matrice secondo l’invenzione, quando applicata come lacca: ;1) aderisce perfettamente alla parte interna del film, quella che non subisce il cosiddetto “trattamento a corona”; tale matrice, pertanto, può essere depositata senza problemi sul Iato interno della confezione, quello che entra a diretto contatto con ralimento; non è richiesto fuso di agenti che facilitano l’adesione (i cosiddetti primers ), estremamente tossici; ;2) rende saldabili film plastici che non Io sono (come il PHT) o permette di abbassare la temperatura di saldatura di altri film (come il PP). Per questo motivo, la nuova lacca edibile si propone come un eccellente sostituto dei ben noti saldanti a freddo, tossici, costosi e per la cui adozione è necessario un procedimento complesso (applicazione “a registro”); ;3) è una lacca “liscia”, non originando fenomeni schiumogeni che normalmente si manifestano durante la lavorazione su larga scala di molte lacche convenzionali; le schiume rappresentano un delicato problema, sia sotto Γ aspetto prettamente gestionale, sia per le caratteristiche del prodotto finito: la presenza di micro bolle incide negativamente sulle performances del film; ;4) conferisce una eccellente barriera ai gas ed agli aromi, ne consegue che la sua applicazione su di un film plastico ad elevata permeabilità agli aeriformi (ad esempio il PP) conferisce una proprietà addizionale, che solitamente viene ottenuta mediante l’uso di sostanze chimiche di sintesi; ;5) allo stesso modo, tale lacca conferisce un’ottima barriera al vapor d’acqua quando applicata su film che, in partenza, non posseggono tale caratteristica (come il PET, ad esempio); ;6) incrementa la trasparenza dei films sui quali viene applicata; questo è un aspetto molto importante, soprattutto da un punto di vista estetico; ;7) rappresenta un’ottima barriera ai raggi UV, in particolare quelli più dannosi e nocivi per la salute umana (UVc); ;8) rende “active” un packaging che inizialmente non lo é, in quanto in tale matrice possono essere inglobate sostanze attive di vario tipo, come ad esempio antimicrobici, antiossidanti, aromi, fragranze, pigmenti; ;9) è una matrice edibile, e come tale il suo diretto contatto con gli alimenti non crea alcun problema in termini salutistici e legislativi; ;10) allo stato nativo e dopo deposizione è inodore ed incolore; la sua adozione, pertanto, non andrà ad influire sulle caratteristiche finali del packaging né tanto meno su quelle sensoriali deiralimento, ;11) è colorabile, grazie all’aggiunta di pigmenti edibili; come tale, la matrice oggetto della presente invenzione può agire come un vero e proprio inchiostro ;Secondo un primo aspetto del trovato, le matrici de quo comprendono: ;- come proteina, la gelatina suina, caratterizzata da un valore di Bloom compreso tra 120 e 250; ;- come lipide, monogliceridi acetilati derivati dall’olio di palma, con grado di acetilazione compreso tra il 50% ed il 90%, o la cera d’api; ;come plasticizzante, il glicerolo vegetale; ;- come emulsionante, l’alcool glicerico monostearato di origine vegetale o la lecitina di soia; ;come agente antischiuma, i polidimetil silossani. ;Secondo un altro aspetto dell’invenzione, la quantità di proteina sarà compresa tra il 2% ed il 25% f7w), a seconda delle specifiche proprietà che si desiderano esaltare. Le percentuali della componente lipidica e del plasticizzante vengono definite in funzione della detta percentuale di proteina utilizzata (X|), per cui. X2= glicerolo - fi(Xi) e X3= lipide = f2(Xi). ;Caratteristicamente, la somma delle percentuali delle tre componenti (Y) è espressa dalla seguente formula: ;Y = Xi fi(Xi) f2(Xi) (1) ;In una forma di realizzazione preferita si ha che: ;;; ;;;
per cui la (1) può essere anche scritta come: ;;; ;;
Le quantità utilizzate di glicerolo e lipide possono tuttavia discostarsi da quelle previste dalla formula (2) di un valore compreso nel range ± 0,2%. Inoltre, per esaltare determinate specifiche caratteristiche della matrice, si può sostituire una parte della componente lipidica col solvente. ;Le altre due componenti verranno invece utilizzate nelle seguenti specifiche quantità: ;- emulsionante: dal 0,5 al 3%, preferibilmente 1% (<w>/w) della soluzione; ;agente anti-schiuma:da 1 a 10 ppm, preferibilmente 8 ppm ;La parte complementare a 100% sarà rappresentata dal solvente (H20). ;Il metodo secondo l’invenzione per l’ottenimento della matrice di base si articola come segue: ;1. La soluzione acquosa gli co-proteica di partenza viene sottoposta ad agitazione (500 giri/minuto) a temperatura di circa 77°C per circa 60 minuti. ;2. Si regola il pH portandolo al valore di 7 ± 0,5 mediante l’uso di idrossido di sodio (NaOH). ;3 Si aggiunge alla suddetta soluzione la specifica quantità di lipide ed emulsionante, precedentemente sciolti alla temperatura di 135°C per 15 minuti. ;4. Si aggiunge l’agente anti-schiuma nella quantità sopra-menzionata. ;5. Si lascia in agitazione il tutto (1000 giri/minuto) per circa 15 minuti a circa 60°C ;11 trattamento termico sub I) assicura la completa denaturazione della proteina (gelatina suina), che perde così la sua struttura ternaria. In questo modo vengono resi disponibili nuovi siti di legame in precedenza inaccessibili, in corrispondenza dei quali può avvenire l’interazione tra la detta proteina e le altre molecole. La regolazione del pH, invece, si rende necessaria per portare la proteina al suo punto isoelettrico, in corrispondenza del quale le cariche positive e quelle negative della molecola (anfotera) si equivalgono. In questo modo possono avvenire interazioni con altre molecole di carica opposta. L’aggiunta dell’agente antischiuma risulta di fondamentale importanza in quanto, in fase di agitazione, la matrice proteica formerebbe naturalmente un’indesiderata quantità di schiuma. Il secondo step del metodo secondo l’invenzione è rappresentato dalla fase di deposizione della matrice edibile così preparata. In tal senso possono essere utilizzati diversi metodi, a seconda della matrice che si desidera rivestire e degli scopi che si intendono ottenere. Così, ad esempio, se la matrice edibile deve funzionare da lacca applicata sulla superficie interna dei films plastici, la tecnica di deposizione è la laccatura che, come vedremo nel dettaglio nei successivi esempi, consente di depositare strati sottilissimi e perfettamente asciutti sui films plastici che verranno poi avvolti in bobine. Se invece il film edibile deve essere applicato a matrici alimentari o su superfici di diversa natura a scopo decorativo, si ricorre alla nebulizzazione, mediante specifici aerografi con i quali è possibile ottenere particolari effetti (ad esempio superfici colorate con la superficie a “buccia d’arancia”). La deposizione della matrice può inoltre avvenire per semplice colatura dello stesso sulla superficie che si intende rivestire (ad esempio nel caso del rivestimento di superfici concave). In altri casi (ad esempio per eseguire ;
scritte colorate sul vetro o sulla carta) si può ricorrere a strumenti specifici come pennelli, punteruoli ecc. La matrice edibile oggetto dell’ invenzione trova numerose applicazioni. Ad esempio, è stata testata come lacca edibile su vari films plastici, in sostituzione di quelle sintetiche fino ad oggi utilizzate, ottenendo risultati sorprendenti ed eccellenti. La lacca edibile depositata, infatti, ha conferito nuove caratteristiche al film plastico e ne ha esaltato specifiche proprietà: barriera ai gas ed al vapor d’acqua; migliorate proprietà ottiche (minore opacità, ad esempio); barriera ai raggi UV; notevole saldabilità, anche a temperature inferiori a quelle convenzionali; possibilità di rilasciare all’intemo della confezione sostanze attive come antimicrobici, antiossidanti, fragranze ed aromi; consente il contatto diretto con l’alimento senza alcun problema salutistico e legislativo, dato che la matrice viene ottenuta mediante l’uso di molecole di partenza naturali, edibili e regolamentate da specifiche norme La medesima matrice edibile è stata anche utilizzata per rivestire diverse superfici alimentari, al fine di limitare specifiche reazioni degradative e quindi per prolungarne la shelf-life. ;La matrice è stata poi testata con successo su superfici di altra natura, ad esempio è stata utilizzata per rivestire contenitori in vetro trasparenti, proteggendoli dalla radiazione solare grazie alla presenza di specifici pigmenti inglobati in precedenza nella matrice stessa. Essa è stata inoltre utilizzata per rivestire e decorare superfici di cellulosiche, come carta e cartoncino per l’imballaggio. Rientrano nell’invenzione anche gli inchiostri. ;;Esempi ;Materiali. Sono stati utilizzati i seguenti materiali: ;• gelatina suina 133 Bloom (6,67% a 10°C) (Prodottigianni S.p.a., Italia) ;• glicerolo vegetale 99,5% (Gioma Varo s.r.l., Italia) ;• monogliceridi acetilati VERACET 70 (Prodottigianni S.p.a., Italia) ;• emulsionante VEROL N-40 (Prodottigianni S.p.a., Italia) ;• cera d’api (Gasid, Italia) ;• idrossido di sodio NaOH IN (Sigma- Aldrich, Italia) ;• antischiuma dimetilpolisilossano KF-96-200CS (Prodottigianni S.p.a., Italia) Metodi. ;Ottenimento della soluzione fdmogena. Varie soluzioni acquose di proteina sono state preparate variando la concentrazione proteica tra il 2% ed il 25%. La quantità di glicerolo utilizzata è stata variata tra il 4% ed il 50%, mentre quella lipidica tra lo 0,01% ed il 6,5%. L’emulsionante è sempre stato aggiunto in quantità pari all’ 1%, mentre l’agente antischiuma in quantità pari ad 8 ppm. Per rottenimento della matrice edibile si è proceduto come anticipato in precedenza, cioè sottoponendo la soluzione acquosa gl ico- proteica ad agitazione (500 giri/minuto) alla temperatura di 77°C per 60 minuti, ottenendo la denaturazione proteica e la possibilità di interazioni del macronutriente. Si regola il pH portandolo al valore di 7 con idrossido di sodio (NaOH); in questo modo le cariche positive e negative della proteina si equivalranno, favorendo l’interazione con sostanze a differente carica netta Si aggiunge alla suddetta soluzione la specifica quantità di lipide ed emulsionante, precedentemente sciolti alla temperatura di 135°C per 15 minuti e si aggiunge l’agente anti-schiuma nella quantità specifica. L’aggiunta del polidimetilsilo ssano è fondamentale in quanto evita la formazione di schiuma. Si lascia in agitazione il tutto (1000 giri/minuto) per 15 minuti, al fine di favorire la formazione di legami e le interazioni di varia natura fra le diverse molecole presentì in soluzione. La soluzione che ne scaturisce è completamente “liscia”, nella quale, cioè, sono assenti bolle e schiuma. Inoltre è una soluzione trasparente, incolore ed inodore. ;Deposizione della matrice edibile. Come detto in precedenza, i metodi di deposizione e rivestimento dipendono strettamente dal substrato che si desidera rivestire e dalle caratteristiche che si desiderano ottenere. In particolare, le principali tecniche di deposizione sono le seguenti. ;Laccatura. La si adopera per la deposizione di sottilissimi strati di lacca su superfici di film plastici. La relativa matrice edibile ottenuta è mantenuta in continua agitazione in capienti (1000 litri) cisterne a temperatura controllata (77°C). La presenza dell’antischiuma evita la fuoriuscita della lacca liquida dai contenitori. La matrice, attraverso un apposito sistema di pompe, viene trasferita in continuo all’interno di un recipiente a capacità ridotta (200 litri), dove viene mantenuta in agitazione e dal quale raggiunge una vasca rettangolare a cielo aperto, la cui capienza è di circa 20 litri. Un rullo metallico lungo circa un metro e provvisto di micro-incisioni superficiali, pesca la lacca autoregolandone la quantità da depositare sul film che si svolge da una bobina e viene fatto passare a contatto con il detto rullo, il quale deposita sul lato non trattato del film una specifica quantità di lacca. Il film laccato, a questo punto, viene fatto passare attraverso uno stretto spazio delimitato superiormente da lampade a raggi infrarossi, la cui azione è quella di favorire l’evaporazione del solvente dagli strati inferiori della lacca, quelli a diretto contatto con il film plastico. Infine, il film cosi laccato passa attraverso una lunga fenditura delimitata superiormente da piastre riscaldate a 90°C, per far evaporare completamente l’umidità residua. Si evitano così fenomeni di impaccamento del film in fase di riavvolgimento in bobina. ;Nehulizzazione Questa tecnica di deposizione si adatta molto bene per superfici da proteggere e/o decorare. All’uopo la matrice viene trasferita aU’interno di un contenitore metallico inserito superiormente ad un aerografo, a sua volta collegato ad un apparato compressore che consentirà di erogare un flusso di aria compressa ad una pressione compresa tra i 2,0 ed i 3,5 bar. Regolando le fenditure degli ugelli dell’aerografo è possibile ottenere effetti diversi, come ad esempio superfici perfettamente lisce o sulle quali la lacca edibile così depositata conferisce un tipico aspetto a “buccia d’arancia”. Utilizzato per proteggere alimenti di vario tipo (ad esempio prodotti da forno o frutta secca) o per contenitori in vetro, vassoi in cartoncino ecc. ;Colatura. Questa tecnica di deposizione si presta bene per superfici concave, sulle quali la matrice edibile va versata direttamente fino a rivestirle completamente. Un tipico esempio riguarda piatti fondi cellulosici o i contenitori che possono essere utilizzati come porta-vasi Immersione. Tecnica particolarmente indicata per il rivestimento della frutta fresca tagliata a pezzi. Le parti del frutto vengono direttamente immerse all’interno della matrice edibile per intervalli di tempo brevissimi (≤ 2 sec.) al fine di evitare fenomeni di imbibizione della matrice stessa airìnterno del frutto. ;Decorazione. E’ indicata per effettuare scritte e/o disegni su determinate superfici con matrici appositamente addizionate di pigmenti edibili, in grado di originare una soluzione acquosa edibile colorata. Per l’applicazione si possono utilizzare accessori tipo pennelli, punteruoli ecc. La lacca edibile è stata testata con successo su superfici come il vetro, la carta ed il cartoncino, per la decorazione di barattoli, piatti e vassoi, attraverso la realizzazione di specifiche scritte o disegni fantasiosi. ;Spessore della lacca/film/coating edibile. Per la determinazione dello spessore della lacca edibile depositata sui films plastici si è applicata l’equazione che mette in relazione le tre grandezze: grammatura (G), densità (d) e spessore (L), ovvero: ;;; ;;;
da cui è possibile ricavare lo spessore: L - Gd<'1>;;Determinando per differenza attraverso due successive pesate il valore di G (peso di 1 dm<2>di film con la lacca e senza lacca) e sapendo che, per la lacca in esame d = 1,05 gcm<'3>, è facile risalire al valore di L. Per la determinazione dello spessore dei films e coatings edibili applicati su superfici diverse dai films plastici, solitamente aventi spessori superiori a quelli ;
della lacca edibile, si è utilizzato un apposito micrometro (Dialmatic Digital Indicator, Maplewood, NJ, 07040) applicato in 5 punti diversi della superficie rivestita. ;Water Vapour Trans mission Rate (WVTR). Per la valutazione della permeabilità al vapour d’acqua si determina la WVTR secondo la norma ASTM E398-03 utilizzando uno specifico permeabilimetro (Lyssy L80-5000, Dansensor, Denmark). Le misurazioni sono state condotte in condizioni termo- igrometriche controllate (T - 23 °C; RH gradient = 65%). I risultati, (dieci repliche per ciascuna formulazione), sono stati espressi in g m<'2>24h ’. ;Oxygen Transmission Rate (OTR). Per la valutazione della permeabilità all’ossigeno si è ricorsi alla determinazione della OTR secondo la norma ASTM D1434-88 utilizzando uno specifico permeabilimetro (Lyssy OPT 5000, Dansensor, Denmark) Le misurazioni sono state condotte in condizioni termo-igrometriche controllate (T = 23°C; RH gradient = 0%) ed utilizzando sia il gas di trasporto (azoto) che quello per il test (ossigeno) perfettamente anidri. I risultati, ottenuti da dieci repliche per ciascuna formulazione, sono stati espressi in mL m<'2>24h<_1>. ;Saldabilità. La saldabilità della lacca edibile è stata determinata utilizzando una saldatrice automatica a due barre riscaldate entrambe alle temperature di 70°C, 75°C, 80°C, 85°C e 90°C La pressione esercitata dalle barre è sempre stata la stessa, pari a 4 atm. Il tempo di esercizio delle due barre è stato sempre Io stesso, pari ad 1 sec. ;Opacità (Haze). L’opacità dei films plastici laccati con la matrice edibile è stata determinata secondo la norma ASTM D 1003-61, 1988, mediante l’utilizzo di uno specifico spettrofotometro (Lambda 650-High performance-Perkin Elmer) dotato di sfera integratrice avente diametro interno pari a 150 mm. I valori sono stati espressi in percentuale (%) rispetto alla radiazione incidente. ;Assorbimento della radiazione UV. La capacità da parte dei films plastici laccati con la matrice edibile di assorbire la radiazione UV è stata valutata mediante l’acquisizione di spettri di trasmissione nella regione delle lunghezze d’onda tra 200 nm e 800 nm, utilizzando uno specifico spetrofotometro (Lambda 650-Perkin Elmer) dotato di sfera integratrice a diametro interno di 150 mm. Per valutare le differenze tra le diverse formulazioni ottenute e tra queste ed il film di partenza (non laccato) è stata calcolata l’area sotostante ciascuna curva.;Trasparenza. La trasparenza dei films plastici laccati con la matrice edibile è stata determinata secondo la norma ASTM DI 746-88, mediante l’utilizzo di uno specifico spettrofotometro (Lambda 650-High performance- ____????Perkin Elmer) dotato di sfera integratrice avente diametro interno pari a 150 mm. I valori sono stati espressi in percentuale (%) rispeto alla radiazione incidente. ;Vengono qui di seguito descritti specifici esempi, attraverso i quali si vogliono enfatizzare le sorprendenti carateristiche e proprietà della matrice edibile oggetto dell’ invenzione. In tutti gli esempi seguenti si fa riferimento a cinque differenti formulazioni (Tabella 1). ;;Tabella 1 Composizione percentuale delle cinque differenti formulazioni riportate negli esempi ;Formulazione ;Bio-molecola _ 1 _ 2 _ 3 _ 4 _ 5 _ ;Proteina 10 , 30% 10, 30% 2 , 30% 2,30% 6 ,30% ;Plasticizzante 5,0% 4,0% 4 , 50% 4,50% 8 ,40% ;Lipide 2,65% 0,80% 3,0% 1 ,0% 1 ,60% ;Emulsionante 1 ,0% 1,0% 1 ,0% 1 ,0% 1,0% ;Anti-schiuma 1 ,0%o 1 ,0%o 1 ,0%o 1 ,0%o 1 ,0%o ;Solvente_ 81,0%_ 84,0%_ 89,2%_ 9L2_ 82,7% ;Totale 100% 100% 100% 100% 100% ;;Esempio 1. Illustra l’efFetto delle diverse concentrazioni delle varie componenti (con particolare riferimento a quella lipidica) sulla water vapour transmission rate di un film di polipropilene orientato coestruso avente spessore pari a 30 pm, sul quale è stata depositata la lacca edibile secondo Γ invenzione. Lo spessore della laccatura è di 1 pm. Per comprendere al meglio l’influenza delle diverse formulazioni si osservi la Figura 1 qui di seguito riportata. ;tl· Come si può osservare i più bassi valori di WVTR, e quindi le più elevate proprietà di barriera, spettano alla formulazione 3, nella quale non solo si riscontra la più alta concentrazione lipidica (la quale è direttamente responsabile della idrofobicità della laccatura), ma anche la più bassa concentrazione proteica, la cui presenza incide sulle capacità della lacca di resistere al vapor d’acqua, in quanto le proteine presentano una spiccata idrofilia. A dimostrazione di ciò il fatto che, nella formulazione 1 , pur avendo una quantità di lipide leggermente inferiore alla precedente, la WVTR aumenta più che proporzionalmente, a causa della elevata concentrazione proteica. Nella formulazione 2, invece, sebbene la concentrazione proteica sia identica alla formulazione 1, il valore di WVTR aumenta ancora, in quanto la concentrazione lipidica raggiunge il suo valore più basso Nella formulazione 4, sebbene la percentuale del lipide utilizzato sia di poco superiore alla formulazione 2, il valore di WVTR è molto più basso, e questo perché la concentrazione proteica è al suo livello minimo. Infine, considerando la formulazione 5, si osserva un valore di WVTR particolarmente elevato, sebbene le quantità di proteina e lipide siano intermedie rispetto a quelle fino ad ora considerate. In questo caso un ruolo importante nell’ influenzare il valore della WVTR è svolto dal plasticizzante, la cui quantità percentuale utilizzata è quasi il doppio di quella utilizzata per le altre formulazioni. Per concludere, si può affermare che sia la componente proteica che quella lipidica influenzano in maniera determinante la proprietà di barriera al vapor d’acqua, anche se in maniera diametralmente opposta. In ogni caso, tutte le formulazioni testate evidenziano valori di WVTR inferiori a quello del film neutro, a dimostrare l’efficacia della lacca edibile nel migliorare una importante caratteristica dei films plastici. ;Esempio 2. Illustra l’effetto delle diverse concentrazioni delle varie componenti (con particolare riferimento a quella proteica) sulla oxygen trcmsmission rate di un film di polipropilene orientato coestruso avente spessore pari a 30 pm, sul quale è stata depositata la rrs ;la lacca edibile secondo l’invenzione. Lo spessore della laccatura è ancora di 1 pm.L’influenza delle diverse formulazioni è rappresentata nella Figura 2 Come si può osservare i più bassi valori di OTR si riscontrano per le due formulazioni (la 1 e la 2) a più elevato contenuto proteico, sottolineando l’importante ruolo svolto dalla gelatina utilizzata per le realizzazione della lacca oggetto dell’invenzione. La differenza fra le due formulazioni è in particolare legata alla differente quantità di lipide, la cui presenza incide negativamente sulla OTR in quanto va ad interrompere la continuità fra le maglie proteiche. A dimostrazione di quanto ora detto, il più elevato valore di OTR, fra le formulazioni testate, è quello relativo alla formulazione 3, in cui si ha il maggior contenuto lipidico e quello più basso per quanto concerne la frazione proteica. La formulazione 4, invece, presenta un valore di OTR pari alla metà di quello visto per la formulazione 3, e questo perché, come si può osservare, la concentrazione lipidica è tre volte inferiore. La formulazione 5, infine, presenta valori di OTR superiori alle formulazioni 1 e 2, ma inferiori alla 3 e alla 4. Questo perché il suo contenuto proteico è pressoché intermedio a quello utilizzato nelle altre 4 formulazioni. Per concludere, si può affermare che la quantità di proteina utilizzata influenza in maniera proporzionale la proprietà di barriera all’ossigeno, mentre quella lipidica incide in maniera opposta. In ogni caso, è evidente il positivo effetto esplicato dalla lacca edibile oggetto della presente invenzione quando è applicata su un film plastico. In questo caso, uno strato sottilissimo di lacca (1 μτη) determina effetti sorprendenti ed esaltanti su di una proprietà fondamentale dei film plastici per l’imballaggio alimentare; come è stato illustrato in questo esempio, la proprietà di barriera del film plastico neutro (OPP coestruso con spessore di 30 pm) viene migliorata del 2000 %. ;Esempio 3. Illustra l’effetto delle diverse concentrazioni delle varie componenti (con particolare riferimento a quella proteica) sulla saldabilità di un film di polipropilene orientato coestruso avente spessore di 30 pm, sul quale è stata depositata la lacca edibile secondo l’invenzione. Lo spessore della laccatura è ancora di 1 gm. L’influenza delle diverse formulazioni è desumibile dalla Tabella 2. ;;Tabella 2 Influenza della lacca edibile sulla sanabilità dei film ;Temperatura di saldatura (°C) ;Formulazione 70 75 80 85 90 ;1 salda salda salda salda salda ;2 salda salda salda salda salda ;3 salda salda salda salda salda ;4 non salda non salda non salda non salda salda ;5 non salda non salda non salda non salda salda ;OPP non salda non salda non salda non salda non salda ;;Si può facilmente notare lo stupefacente effetto saldante della lacca edibile applicata ad un comune film di polipropilene utilizzato nel campo dell’ imballaggio alimentare. La presenza di un sottilissimo strato di lacca rende possibile la saldatura del film a temperature decisamente più basse di quelle necessarie per saldare i due lati del film neutro (cioè privo di laccatura) Esso, infatti, salda per temperature prossime ai 115-120°C. Si può ben comprendere, pertanto, rimportanza pratica legata all’uso di una simile invenzione. Si ridurrebbero i costi dell’industria e si renderebbero saldabili film che normalmente non lo sono, come ad esempio il polietilene terefìalato (PET). Inoltre, incrementando lo spessore, è possibile ottenere una saldatura a temperature inferiori; per questo motivo, la lacca oggetto dell’ invenzione si propone come un eccellente sostituto dei tradizionali saldanti a freddo, rispetto ai quali offre una minore tossicità, un processo di applicazione sul film meno complesso e laborioso (non è richiesta la deposizione “a registro”) e, non meno importante, costi nettamente inferiori Esempio 4. Illustra Γ effetto delle diverse concentrazioni delle varie componenti (con particolare riferimento a quella proteica) sulla opacità di un film di polipropilene orientato coestruso avente spessore pari a 30 pm, sul quale è stata depositata la lacca edibile descritta dalla presente invenzione. Lo spessore della laccatura, in particolare, risulta essere pari ad 1 gm. Dalla Figura 3 si può osservare che tutte le formulazioni testate evidenziano valori di opacità inferiori a quello del film di polipropilene non laccato mediante la matrice edibile oggetto dell’ invenzione. Sebbene le differenze non siano notevoli, l’aspetto importante da sottolineare riguarda il fatto che, nonostante la presenza di uno strato aggiuntivo, il film di partenza non subisce uno scadimento in termini di opacità, in quanto i valori misurati non superano quello del film tal quale. L’opacità è un parametro estremamente importante in termini pratici, in quanto ad esso è legata la minore o maggiore capacità di vedere chiaramente attraverso il film (e quindi poter vedere l’alimento in esso contenuto). Ne scaturisce, per quanto detto, un’altra importante e sorprendente proprietà e caratteristica della lacca edibile descritta nella presente invenzione: quando depositata su un film plastico, essa non solo non peggiora l’opacità dello stesso, ma sembra anche migliorarla. ;Esempio 5. Illustra l’effetto delle diverse concentrazioni delle varie componenti (con particolare riferimento a quella proteica) sulla capacità di assorbimento della radiazione ultravioletta da parte di un film di polipropilene orientato coestruso avente spessore pari a 30 micron, sul quale è stata depositata la lacca edibile descritta dalla presente invenzione Lo spessore della laccatura, in particolare, risulta essere pari ad 1 pm. L’influenza delle diverse formulazioni appare dalla Figura 4 e dalla Tabella 3 seguente. ;;Tabella 3 Area sotesa dalle curve relative alle diverse formulazioni ;nel range di lunghezza d’onda compreso tra 320 nm e 220 nm ;Formulazione Area ;;100% T 12000 ;;1 8249 ;;2 8184 ;;3 9043 ;;4 8911 ;;5 8554 ;;OPP 8841 ;Come si può facilmente notare, le curve presentano un andamento identico fino ad una lunghezza d’onda pari a 240 nm; da questo punto in poi si osservano delle importanti e sorprendenti differenze, che rendono la lacca edibile utilizzata unica ed originale. Tra i 240 nm e i 229 nm tre delle cinque formulazioni testate (la 3, la 4 e la 5) presentano un valore di trasmittanza (%Τ) superiore a quello relativo al polipropilene non laccato; altre due formulazioni (la 1 e la 2), però, presentano una curva leggermente traslata verso il basso,a testimoniare come tali films laccati lascino passare una quantità di radiazione inferiore a quella che attraversa il film di polipropilene tal quale. E’ dai 220 nm in poi, però,che tutte le formulazioni testate evidenziano un comportamento nettamente migliore rispetto al film di polipropilene neutro nell’ assorbire la radiazione UV Fra le varie formulazioni testate, tuttavia, quelle ad avere le più spiccate e sorprendenti capacità di assorbimento della radiazione UV sono la 1 e la 2, ovvero quelle che presentano il più elevato contenuto proteico. A partire dai 235 nm, infatti, le curve relative alle due formulazioni subiscono un drastico abbassamento, indicante come la percentuale di radiazione trasmessa diminuisca sempre più Se si confronta l’andamento di tali due curve con quello della curva specifica per il polipropilene, si può notare che, a partire da 235 nm, la differenza di radiazione trasmessa è via via maggiore e diventa massima a 212 nm dove i films laccati con le due formulazioni 1 e 2 trasmettono il 6,5% della radiazione incidente, mentre il film di polipropilene tal quale il 47%, con una differenza Δ = 40,5%. Quanto detto fino ad ora è ulteriormente dimostrato dai valori delle aree sottese da ciascuna curva, riportati nella Tabella 3. ;Per concludere, tale esempio evidenzia un’altra eccellente caratteristica della lacca edibile secondo l’invenzione e secondo i relativi metodi. La capacità di assorbire la radiazione ultravioletta risulta di fondamentale importanza per la prevenzione di fenomeni degradativi ed alterazioni indesiderate della matrice alimentare confezionata. Quanto ora detto assume un significato maggiore se si considera che il massimo assorbimento di tale radiazione da parte della lacca edibile avviene in corrispondenza della regione dello spettro UV più pericolosa, ovvero quella dei cosiddetti UVc. La Tabella 4 qui di seguito riportata riassume tutti i risultati ottenuti e descritti nei precedenti esempi. ; ;;
Tabella 4 Proprietà e carateristiche delle cinque formulazioni riportate nei precedenti esempi ;; ;;
Rivendicazioni. ;1) Matrici edibili per la protezione di substrati alimentari o meno, consistenti di una soluzione acquosa almeno comprendente sostanzialmente: proteina, lipide e gliceroio e caratterizzata dal fatto che il contenuto glico-lipo-proteico (Y), espresso in % è funzione dei suoi componenti, secondo la formula: ;;Y = X1+ fl(X1) f2(Xi) 0) ;dove: ;X]= quantità % di proteina (<w>/w); ;- f,(Xi) = quantità % di gliceroio (<w>/w), dipendente da quella proteica; ;f2(Xi) = quantità % di lipide (<w>/w), dipendente anch’essa da quella proteica, ;;detta matrice acquosa contenendo inoltre quantità minoritarie di un emulsionante e di un agente anti-schiuma, sostanzialmente indipendenti da quella della proteina (Xt). ;2) Matrice edibile termosaldabile secondo la rivendicazione 1, in cui la relazione (1) è espressa come: ;;Y = XI+X,XI+ /Ì:2X2(2) ;3) Matrice secondo la rivendicazione 2, in cui ;;; *