PELICULA COMESTI BLE QU E TI EN E PROPI EDADES DE SELLADO MEJORADAS Antecedentes de la Invención Cam po de la Descripción La descripción se refiere a una película comestible usada generalmente para empacar aditivos para alimentos. Más particularmente, la descripción se refiere a una pel ícu la comestible que i ncluye una resina formadora de pel ícula, un plastificante y u n compatibil izador, en donde la pel ícula comestible tiene un rango de temperatura de sellado térmico de por lo menos aproximadamente 1 0° C. Breve Descripción de la Tecnología Relacionada Las pel ículas comestibles, solubles en agua está n destinadas para uso en las ind ustrias alimenticia y de panadería para em pacar dosis unitarias de un ingrediente alimenticio . Este arreglo faci lita la producción de alimentos permitiendo que se agregue la dosis unitaria de ingrediente alimenticio (incluyendo la pel ícula de empaque) directamente a una operación de mezclado sin la necesidad de abrir y disponer de la pel ícula de empaque. Aunque el uso de pel ículas comestibles reduce el número de pasos en un proceso de producción y elimina la producción de desperdicio, las pel ículas comestibles actuales tienen limitaciones en el proceso de empacado de los artículos individ uales . Típicamente, el proceso de empacado utiliza una sola pieza de maquinaria para formar la pel ícula comestible en un paquete, para llenar el paquete con un ingrediente ali menticio, y después sellar el paquete aplicando superficies calentadas
al/los borde(s) abierto(s) del paq uete. Sin embargo, las pel ículas comestibles convencionales crean dificultades al forma r un sello térmico aceptable en un amplio rango de temperatura. Breve Descri pción de la Invención Un aspecto de la descripción proporciona una composición de pel ícula comestible que incluye una resina formadora de pel ícula, un plastificante y un compatibilizador, en donde una pel ícula formada a partir de la composición tiene un rango de temperatura de sello térmico de por lo menos aproximadamente 10° C . Otro aspecto de la descripción proporciona una composición de pel ícula comestible que incluye metilhid roxipropil celulosa, glicerina, ácido láctico, ácido ad ípico, polietilén glicol y polisorbato. Un tercer aspecto de la descripción proporciona un artículo alimenticio pre-empacado en dosis unitaria, que incluye un artículo ali menticio contenido en un paq uete sel lado térmicamente formado a partir de u na composición de pel ícula comestible descrita en la presente. Aspectos y ventajas adicionales serán aparentes para aquellos de pericia ordinaria en la técnica a partir de una revisión de la siguiente descripción detallada. Au nque el método y los a rtículos son susceptibles de modalidades en varias formas , la descripción más adelante en la presente incluye modalidades específicas en el entendimiento de que la descripción es ilustrativa , y no pretende limitar la invención a las modalidades específicas descritas en la presente. Descri pción Detal lada de la Invención Las pel ículas comestibles convencionales presentan dificultades al formas un sello térmico aceptable en un rango de temperatura
suficientemente amplio para acomodar propiedades am bientales e intra-pel ícula variables. En particular, pequeños cambios en el contenido de hun edad de la pel ícula pueden cambiar el angosto rango de tem peratura en el cual la pel ícula comestible formará un sello aceptable de manera que el rango no abarca el punto de fijación de una máq uina de sellado térmico. Cuando esto sucede, el pegado de sello de pel ícula es muy pobre, resultando en ya sea un sello débil, aún desprendible, o un sel lo sobrecalentado, aun hasta quemado. Las composiciones descritas en la presente son útiles para formar pel ículas comestibles que pueden usarse como paquetes para ingredientes tales como productos alimenticios, y artículos hechos a parti r de tales pel ículas. Como se usa en la presente , el término "composición de pel ícula comestible" se puede referir tanto a la composición misma como a una pel ícula formada a partir de la composición . Las composiciones comprenden generalmente una resina formadora de pel ícula comestible, un plastificante , un compatibil izador y aditivos opcionales. Las pel ículas resultantes se caracterizan también por rangos de temperatura de sellado relativamente amplios. A menos que se especifique otra cosa , las concentraciones de las composiciones descritas en la presente se dan en una base de peso seco del peso total de los componentes (% en peso). El peso seco para la determinación de la concentración incluye el peso de la resi na formadora de película comestible, plastificantes , compatibilizadores y aditivos secundarios opcionales, pero excluye el peso de cualesquiera solventes (por ejemplo agua).
Resi na Formadora de Pelícu la Comesti ble Las resinas formadoras de pel ícula comestible preferibles de la descripción son ingeribles con seguridad por humanos en las cantidades usadas , y/o son de preferencia solubles en agua fría, y/o tienen de preferencia una viscosidad en solución al 2% a 20° C desde aproximadamente 1 5 cP hasta aproximadamente 50 cP. Una resina formadora de película comestible adecuada es metilhidroxipropil celulosa ("M H PC"). La concentración de la resina formadora de pel ícula comestible es de preferencia de por lo menos aproximadamente 30% en peso, más preferiblemente por lo menos aproximadamente 40% en peso y lo más preferible por lo menos aproximadamente 55% en peso. La concentración de la resina formadora de pel ícula comestible es de preferencia de no más de aproximadamente 85% en peso, más preferiblemente de no más que aproximadamente 70% en peso , y lo más preferible no más que aproximadamente 65% en peso. Alternativamente, la concentración de la resi na formadora de pel ícula comestible está de preferencia en un rango desde aproximadamente 30% en peso hasta aproxi madamente 85% en peso, más preferiblemente desde aproximadamente 40% en peso hasta aproximadamente 70% en peso, y lo más preferible desde aproximadamente 55% en peso hasta aproximadamente 65% en peso. Cuando la resina formadora de pel ícula comesti ble es M H PC, no está limitada particularmente en cuanto al peso molecular, el grado de sustitución de grupos metoxilo y la sustitución mola r de grupos hid roxipropilo. Sin embargo, para facilidad de procesamiento de la
película, la MHPC tiene de preferencia una viscosidad en solución al 2% a 20° C desde aproximadamente 15 cP hasta aproximadamente 50 cP, que corresponde a un peso molecular en promedio de peso aproximado desde aproximadamente 60,000 Da hasta 87,000 Da. Los grados comerciales adecuados de MHPC incluyen MHPC METOLOSE SE-50 (disponible de Shín-Etsu ChemicalCo. Ltd.) MHPC METHOCEL E-15FG y MHPC METHOCEL E-50FG (disponible de Dow Chemical Company). Se pueden usar mezclas de gomas de polímeros como la resina formadora de película comestible. De preferencia, la mezcla resultante tendrá una viscosidad en solución al 2% a 20° C desde aproximadamente 15 cP hasta aproximadamente 50 cP. Aditivos La composición de película comestible incluye por lo menos un plastificante comestible. El plastíficante penetra la estructura de polímero, altera la unión de hidrógeno intermolecular, y disminuye permanentemente las atracciones ¡ntermoleculares. Cuando se incorpora a la composición, el plastificante sirve para disminuir la temperatura de transición de vidrio de la película resultante y por lo tanto disminuye la temperatura de sellado térmico. Los plastificantes que se pueden usar incluyen, pero no están limitados a: glicerina; polietílén glicol de bajo peso molecular (por ejemplo que tiene una consistencia líquida, por ejemplo que tiene un peso molecular tal como PM 200, PM 300 y PM 600,); monoacetín; triacetín; citrato de trietilo; sorbitol; 1 ,3-butanodiol; D-glucono-1 ,5-lactona; y propilenglicol. La concentración de todos los plastificantes es de preferencia de por lo menos 5% en peso, y más preferiblemente de por lo menos
aproximadamente 8% en peso. La concentración de todos los plastificantes no es de preferencia de más de aproxi madamente 40% en peso, más preferiblemente de no más que aproximadamente 30% en peso, y lo más preferible no más que aproximadamente 20% en peso. La concentración de todos los plastificantes en la composición de pel ícula comestible puede estar en un rango desde aproximadamente 5% en peso hasta aproximadamente 40% en peso, más preferiblemente desde aproximadamente 5% en peso hasta aproximadamente 30% en peso, y lo más preferible desde aproximadamente 8% en peso hasta aproximadamente 20% en peso. La composición de pel ícula comestible incluye también por lo menos un compatibilizador comestible. El compatibilizador si rve para crear una plastificación aumentada de la resina formadora de pel ícula comestible. Sin pretender estar limitado por cualquier teoría en particular, se cree q ue el sistema de resina-compatibilizador descrito en la presente exhibe uniones de celulosa (éter)-poliéter de enlaces de hid rógeno facilitadas por enlaces de hidrógeno de carboxilo-éter. Estas uniones pueden ser vistas como una forma de aleación polimérica no covalente. Los compatibilizadores adecuados incluyen , pero no están l imitados a: ácido láctico, ácido ad ípico, polietilenglicol de alto peso molecular (por ejemplo, que tiene una consistencia sólida o por lo menos pastosa , por ejemplo que tiene un peso molecular de por lo menos aproximadamente 1 000, incluyendo PM 3350 y PM 8000, como ejemplos específicos) y polisorbato (por ejemplo polisorbato 60). Más generalmente, están contemplados otros ácidos carboxíl icos, poliéteres, almidón de carboximetil , almidón
(incluyendo modificado, no modificado y nativo) y carboximetilcelulosa para uso como com patibilizadores . Un almidón modificado adecuado para compatibil ización i ncluye el almidón de ma íz modificado PURE-COTE B760 (d isponible de Grai n Processing Corporation , en M uscatine, lowa). Algunos componentes realizan funciones tanto de plastificación como de compati bilización . Ejemplos de tales componentes incluyen ácido láctico, ácido ad ípico, polietilenglicol y polisorbato. Se cree que cada uno de estos com ponentes tiene funcionalidad de compati bi lizador porq ue, aunque más efectivo como una mezcla de multicomponentes de compatibilizador con glicerina, cada componente cuando se combina únicamente con glicerina aumenta el rango de temperatura de sello térmico en comparación al uso de glicerina como el único aditivo de la composición de pel ícula comestible. La concentración de todos los compatibilizadores es de preferencia de por lo menos aproximadamente 8% en peso, más preferiblemente de por lo menos aproximadamente 1 0% en peso, y lo más preferible de por lo menos aproximadamente 1 2% en peso. La concentración de todos los compatibilizadores es de preferencia de no más de aproximadamente 65% en peso, más preferiblemente de no más de aproximadamente 40% en peso, y lo más preferible no más de aproxi madamente 25% en peso. Alternativamente, la concentración de todos los compatibilizadores combinados en la composición de pel ícula combustible está en un rango desde aproximadamente 8% en peso hasta aproximadamente 65% en peso, más preferiblemente en desde aproximadamente 1 0% en peso hasta aproximadamente 40% en peso y lo más preferi ble desde aproximadamente
1 2% en peso hasta aproximadamente 25% en peso . Una mezcla preferida de plastificantes y compatibilizadores incluye glicerina y por lo menos dos miembros seleccionados del grupo que consiste de ácido láctico, ácido ad ípico, polietilenglicol de alto peso molecula r, polisorbato y almidón, más preferiblemente por lo menos tres miembros del grupo. Más preferi blemente, todos los miembros del grupo que consiste de ácido láctico, ácido ad ípico, polietilenglicol de alto peso molecula r, pol isorbato y almidón están en la mezcla. En esta modalidad , la concentración de la glicerina está en un ra ngo desde aproximadamente 5% en peso hasta aproximadamente 40% en peso (de preferencia desde aproximadamente 5% en peso hasta aproxi madamente 30% en peso y más preferiblemente desde aproximadamente 8% en peso hasta aproximadamente 20% en peso), la concentración de ácido láctico está en un rango desde aproximadamente 5% en peso hasta aproximadamente 30% en peso (de preferencia desde aproximadamente 5% en peso hasta aproximadamente 20% en peso y más preferiblemente desde aproximadamente 8% en peso hasta aproximadamente 1 2% en peso), la concentración de ácido ad ípico está en un rango desde aproximadamente 1 % en peso hasta aproximadamente 12% en peso (de preferencia desde aproximadamente 1 % en peso hasta aproximadamente 7% en peso y más preferiblemente desde aproximadamente 2% en peso hasta aproximadamente 5% en peso), la concentración de polietilenglicol de alto peso molecular está en u n rango desde aproximadamente 0.5% en peso hasta aproximadamente 1 0% en peso (de preferencia desde
aproximadamente 0.5% en peso hasta aproximadamente 5% en peso y más preferiblemente desde aproximadamente 1 % en peso hasta aproximadamente 3% en peso), la concentración de polisorbato está en un rango desde aproxi madamente 1 % en peso hasta aproximadamente 1 5% en peso (de preferencia desde a proximadamente 2% en peso hasta aproximadamente 1 0% en peso y más preferiblemente desde aproximadamente 2% en peso hasta aproximadamente 6% en peso) y la concentración de almidón está en un rango desde aproximadamente 0.5% en peso hasta aproximadamente 1 5% en peso (de preferencia desde aproximadamente 1 % en peso hasta aproxi madamente 1 2% en peso y más preferiblemente desde aproximadamente 1 .5% en peso hasta aproximadamente 1 0% en peso). Las concentraciones precedentes para cada ingrediente están contempladas para uso independientemente y en combinación con las concentraciones descritas para los plastificantes y compatibilizadores restantes, el total que cae de preferencia en un rango desde aproximadamente 1 5% en peso hasta aproximadamente 70% en peso. La composición de pel ícula comesti ble puede incluir opcionalmente aditivos secundarios tales como agentes extendedores, lubricantes , tensoactivos y anti-bloqueo. Cualesquiera aditivos secundarios deben ser ingeribles por seres humanos en la cantidad usada. Los aditivos secundarios pueden ser incluidos en cualesq uiera concentraciones que no afecten materialmente el rango de temperatura de sello térmico de la pel ícula resultante. Las concentraciones conocidas y usadas típicamente en la técnica de pel ículas solubles en agua están contempladas para uso.
Com posición Formadora de Pel ícula Comesti ble La pel ícula comestible se prepara de preferencia mediante el vaciado de sol ución de una mezcla acuosa (por ejemplo solución ) de la resina formadora de pel ícula comestible, plastificantes compati bilizadores y cualesquiera ad itivos secundarios . La relación de peso preferida de la cantidad de resina formadora de pel ícula comestible en comparación a la cantidad combi nada de todos los plastificantes y compatibil izadores está de preferencia en un rango desde aproximadamente 0.4 hasta aproximadamente 5, más preferiblemente desde aproxi madamente 1 hasta aproximadamente 3 y lo más preferible desde aproximadamente 1 .5 hasta 2.5. La pel ícula resultante puede tener cualquier espesor adecuado, por ejemplo en un rango desde aproximadamente 40 µ?? hasta aproximadamente 50 pm . El proceso de sellado térmico de un paquete hecho a partir de una pel ícula se conoce generalmente en la técnica . Durante un tipo de proceso de empacado, la pel ícula comestible se le da forma de paquete, el paquete se llena con un ingrediente alimenticio , y después el paquete se sella con calor. El sello térmico se efectúa típicamente exponiendo los lados abiertos, opuestos de la pel ícula alrededor de la periferia del paquete a superficies calentadas , bajo presión durante un tiempo de duración específico . Las temperaturas en las cuales se forma un sello térmico efectivo definen el rango de temperaturas de sellado térmico. Las pel ículas comestibles convenciona les han usado M HPC como una resi na formadora de pel ícula comestible plastificada con materiales tales como monoacetín, triacetín , glicerina y propilenglicol . Sin embargo, estas
pel ículas comestibles tienen rangos de temperaturas de sello térmico menores que 1 0° C, lo cual es prohibitivamente angosto dadas las variaciones normales del proceso y ambientales . El rango de temperaturas de sellado térmico de la presente descripción es ventajosamente de por lo menos aproximadamente 10° C , de preferencia de por lo menos aproximadamente 1 2° C, más preferiblemente de por lo menos aproximadamente 1 5° C y lo más preferible de por lo menos aproximadamente 20° C. El rango de temperaturas de sellado térmico no tiene l ím ite superior prácticamente , ya q ue los rangos crecientes hacen solamente más fácil el procesamiento de sellado térmico. El rango está contemplado para alcanzar aproximadamente 35° C o aproximadamente 30° C. Alternativamente, el rango de temperatura de sellado térmico está ventajosamente en un rango desde aproximada mente 1 0° C hasta aproximadamente 30° C, desde aproximadamente 1 0° C hasta aproximadamente 22.5° C, o desde aproximadamente 1 2° C hasta aproximadamente 22.5° C. Varias modalidades de la composición de pel ícula comestible descrita en la presente pueden dar opcionalmente una o más ventajas. Por ejemplo, la composición descrita en la presente puede proporcionar una pel ícula que es conveniente para formar y llena r con ingredientes ali menticios, por lo que se raciona liza y reduce el desperdicio en operaciones de procesamiento de alimentos en lotes. Los ingredientes alimenticios adecuados incluyen mejoradores de pan , colorantes de ali mentos , enzi mas, vitaminas, levaduras, acondicionadores y mezclas de bebidas frías. La pel ícula es también sellable por calor en un amplio rango de temperatu ras,
lo cual puede permitir la producción comercial a alta velocidad en una operación de empacado de alimentos reduciendo o eliminando la necesidad de ajustar el establecimiento de temperatura del sellador por calor. La pel ícula es sol uble en agua e ingerible por seres humanos (en las cantidades usadas con relación al ingrediente alimenticio). Método para la determinaci ón del rango de temperaturas de sel lado térmico Una pel ícula comestible de acuerdo con la presente descri pción forma un sello cuando las áreas abiertas al rededor de la periferia de un paquete (por ejemplo, dos capas opuestas de pel ícula que proporcionan acceso al paquete antes del sellado) se exponen a una superficie caliente, bajo presión, durante una cantidad de tiempo específica. Una pel ícula dada esta caracterizada por u n rango de temperaturas en las cuales se forma un sello térmico aceptable. Por debajo del l ímite inferior de este rango de temperaturas de sellado térmico, la temperatura es muy baja para sellar elásticamente la abertura , resultando en un sello que puede ser separado fácilmente. Por arriba del l ímite superior de este rango de temperaturas de sellado térmico, la temperatura es suficientemente caliente para quemar la porción sellada del paquete, lo que resulta en un sello frágil , quebradizo, que se puede romper fácilmente. Las temperatu ras precisas a las cuales se forma un sello térmico aceptable depende de factores q ue i ncluyen el contenido de humedad de la pel ícula comestible. Las características del sello por calor de diferentes pel ículas comestibles pueden ser comparadas objetiva mente med iante el siguiente método.
Una pel ícula comestible a ser probada se deja primero alcanzar su temperatura de equilibrio y contenido de humedad en una atmósfera de aire a 23° C a 50% de h umedad relativa. Estas condiciones son arbitrarias, y se seleccionan para aproximarse al entorno ambiental medio experimentado por una pel ícula comestible durante los procesos típicos de empacado. Después del equilibrio, dos superficies opuestas de la pel ícula comestible se ponen en contacto mediante una superficie calentada a una temperatura fija bajo una presión de 4.22 kg/cm2. La superficie caliente permanece en contacto con las dos superficies opuestas de la pel ícula comestible d urante un tiempo de permanencia de 1 segundo. Un dispositivo de sellado por calor adecuado para este procedimiento es el Heat Sealer modelo TS- 1 2 , disponible de Lako Tool and Manufacturing , I nc. Para determinar el rango de temperaturas de sellado térmico pa ra una composición de película comesti ble específica , se anal izan múlti ples muestras de la composición de pel ícula comestible especifica en un rango de puntos fijos de temperatura para el dispositivo de sellado por calor. Típicamente, las muestras se analizan en puntos fijos de temperatura que varían en incrementos de aproximadamente 0.5° C, aunque se pueden usar incrementos más grandes cuando se trata de aproximarse a los l ímites del rango de temperaturas de sellado térmico. Para cada muestra analizada , la pel ícula sellada resultante se inspecciona para determinar la calidad del sello por calor. Sí el sello resultante es débil y se puede separar fácilmente, entonces el punto fijo de temperatura probado está por debajo del rango de temperaturas de sellado térmico. S í el sello resultante aparece quemado o congelado y puede ser roto fácilmente, entonces la
temperatura del punto fijo probada está por arriba del rango de temperaturas de sellado térmico. Sí el sello resultante no exhibe ninguna de las características de un sello inaceptable, entonces la temperatura del punto fijo probada está dentro del rango de temperaturas de sellado térmico. Una vez que se ha analizado suficientemente un rango amplio de puntos fijos de temperatura , se determinan los extremos superior e inferior del rango de temperaturas de sellado térmico para la pel ícula comestible. Se efectúan de preferencia múltiples replicaciones a cada temperatura para precisión y reprod uctibilidad y se puede i ncorporar análisis estad ístico. Ejemplos Los siguientes ejemplos se proporcionan para i lustración y no pretenden limitar el alcance de la invención. Se prepararon cinco composiciones de pel ícula comestible y se probaron para determinar sus rangos de temperaturas de sellado térmico respectivos. Cada pel ícula comestible conten ía aproximadamente de 60% en peso a 70% en peso de M H PC que tiene una viscosidad en solución al 2% de 50 cP como la resina formadora de pel ícula comestible . Para los Ejemplos 1 a 3, aproximadamente 35% en peso de la pel ícula comestible incluyó una mezcla de plastificantes y compatibilizadores de acuerdo con la presente descripción. Los Ejemplos 1 y 2 comparativos son representativos de películas comestibles convencionales y, por lo tanto, la fracción de peso restante de la pel ícula comestible incluyó solamente plastificantes y aditivos secundarios. Todas las cinco pel ículas se prepararon mezclando los varios componentes y después ejecutando un proceso convencional de vaciado de la solución para crear una pel ícula q ue tiene un espesor de
aproximadamente 50 µ?t? . Los componentes , concentraciones y características de temperaturas de sellado térmico específicos (como se determina mediante el método descrito anteriormente) para cada ejemplo se dan en la Tabla 1 . Tabla 1
Componente Temperaturas de Sellado Térmico (°C) Muestra Nombre Función Límite Límite Rango (%peso) inferior superior MHPC (61.4) Resina Glicerina Plastificante (16.7) Ácido láctico Compatibilizador (9.6) Ejemplo 1 Ácido adípico Compatibilizador 157 173 16 (3.7) PEG 8000 Compatibilizador (1.9) Polisorbato 60 Compatibilizador (2.5) Aditivos secundarios (2.5) MHPC (69.8) Resina Ejemplo 1 Glicerina Plastificante comparativo (10.4)
Propilenglicol Plastificante 162 168 6 (18.7) Aditivos secundarios (1.1 ) MHPC (66.4) Resina Ejemplo 2 Monoacetín Plastificante 168.5 177 8.5 comparativo (30.6) Aditivos secundarios (3.0) MHPC (61.5) Resina Glicerina Plastificante (13.2) Ácido láctico Compatibilizador (9.6) Ácido adípico Compatibilizador (3.7) PEG 8000 Compatibilizador (1.9) Polisorbato 60 Compatibilizador (4.2) Almidón de Compatibilizador maíz modificado (3.4) Aditivos secundarios (2.5)
MHPC (61.4) Resina Glicerina (9.9) Plastificante Ácido láctico Compatibilizador (9.6) Ácido adípico Compatibilizador (3.7) Ejemplo 3 PEG 8000 Compatibilizador 157 179.5 22.5 (1.9) Polisorbato 60 Compatibilizador (4.2) Almidón de Compatibilizador maíz modificado (6.7) Aditivos secundarios (2.6)
La descri pción precedente se da para claridad de entendimiento solamente , y no se deben entender li mitaciones innecesarias a parti r de la misma , ya que pueden ser aparentes modificaciones dentro del alcance de la invención a aquellos q ue tienen pericia ordi naria en la técnica . En toda la especificación , donde la composición se describe incluyendo componentes o materiales, está contemplado que las composiciones pueden consisti r también esencialmente de, o consistir de, cualquier combi nación de los componentes o materiales mencionados, a menos que se describa de otra manera .