MX2013006574A - Proceso para producir fibras de proteína láctea y productos de fibra de proteína láctea obtenidos a partir de las mismas. - Google Patents

Abstract

Las fibras de proteína láctea se producen mediante un proceso de extrusión para la industria textil, entre otras cosas, en el cual al menos una proteína termoplastificable obtenida de la leche se plastifica con un plastificante, por ejemplo agua o glicerol, a temperaturas entre la temperatura ambiente y 140°C, bajo tensión mecánica y se hila a fibras por medio de una boquilla.

Description

PROCESO PARA PRODUCIR FIBRAS DE PROTEÍNA LÁCTEA Y PRODUCTOS DE FIBRA DE PROTEÍNA LÁCTEA OBTENIDOS A PARTIR DE LAS MISMAS DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN La invención se relaciona con un método para producir fibras de proteina láctea, entre otras cosas, para la industria textil y ..productos higiénicos y médicos, y con productos asociados de fibra de proteina láctea tales como algodones hidrófilos, lanas, fibras cortas sueltas, hilos, telas tejidas y de punto asi como otros productos fabricados por medio de la fibra de acuerdo con la invención.

ESTADO DE LA TÉCNICA Las fibras de proteina láctea pertenecen a las fibras de proteina, las cuales en el más amplio sentido, también incluyen los productos naturales lana y seda. A escala técnica, durante mucho tiempo se han conocido las fibras de proteína. En la década de 1930 ya se producían fibras de caseína. La caseína es una fracción de proteína proveniente de la leche de mamíferos. La caseína se produce a partir de leche descremada, que se coagula a 45°C por medio de ácidos a aproximadamente pH .6 (el punto isoeléctrico de la caseína) . Alternativamente, para la coagulación se utiliza laboratorio. Las partículas sólidas se separan o se extraen por compresión y se lavan varias veces. Por último, se lleva a cabo un proceso de deshidratación de 50 hasta 80°C para obtener un contenido de agua residual menor del 10% (Rómpp Chemielexikon, Georg-Thieme-Verlag, 19899 en "caseína"). La caseína es una mezcla de diversas proteínas, de las cuales las más importantes en general se denominan como Sl, aS2, ß y , (leche de vaca) . Debido a que la caseína en polvo ligeramente higroscópica, blanca a amarillenta, es insoluble en agua, aunque soluble en álcalis, se requiere la forma clásica de fabricación mediante un proceso de centrifugado de la solución para que funcione en un entorno alcalino y someter la fibra a otros pasos de tratamiento y baños después de esto. Las proteínas se disuelven en álcalis, se filtran, se limpian, se comprimen a través de boquillas en un baño de ácido, se extraen y endurecen con formaldehído o sulfato de aluminio (referencia Rómpp como en lo anterior) .

En los procesos clásicos de hilado en húmedo, una solución acuosa de caseína se ajusta a un valor de pH de 7 a 10 por medio de carbonato de sodio, agitada a temperatura ambiente durante 24 horas y desgasificada en vacío antes de un procesamiento adicional. La solución luego se extruye en un baño de coagulación que contiene sulfato de aluminio octadecahidratado, cloruro de sodio y ácido sulfuroso. Después de esto, la fibra láctea se endurecerá durante 24 horas en un baño de endurecimiento por medio de solución de acetato de sodio trihidratado y formalina a un valor de pH de 5.5. La fibra luego se limpiará de los residuos del baño de endurecimiento bajo agua corriente durante 24 horas y se deshidratará a temperatura ambiente. El nivel de contaminación provocado por el baño de coagulación y el consumo de agua son muy altos. Además, este método requiere mucho tiempo, el tiempo de proceso es de aproximadamente 60 horas .

A partir de la DE PS 905 418 se conocen, por ejemplo, los baños¦ de endurecimiento que corresponden a las afirmaciones anteriores.

La EP 0 051 423 A2 describe un método para la preparación de un material que contiene caseína. Por consiguiente, una masa plástica constituida por agua y una proteína se extruye en una atmósfera de gas por medio de una extrusora. En este método, es importante que la extrusión se lleve a cabo a una temperatura de 100 °C, mientras que el material tenga que ser calentado dentro del alcance de un tratamiento posterior.

Esto conduce a mayores tiempos de producción y un consumo adicional de energía.

Con relación al método conocido anterior, el producto final se deberá utilizar en el campo de los alimentos. Por este motivo, se describen exclusivamente las proteínas como sustancias de clasificación, es decir en particular se mencionan gluten asi como fuentes tales como pescados y carnes. Los productos asi obtenidos son solubles en agua y no tienen resistencia significativa a la tracción.

OBJETIVO DE LA INVENCIÓN El objetivo., de la invención es evitar las desventajas mencionadas anteriormente y reducir el tiempo de procesamiento. Al mismo tiempo, se deberá disminuir el consumo de agua y energía.

SOLUCIÓN DE ACUERDO CON LA INVENCIÓN El problema se soluciona mediante el método de acuerdo con la reivindicación 1. En la presente, al menos una proteína obtenida de la leche se plastifica junto con un plastificante a temperaturas que varían entre la temperatura ambiente y 140°C bajo tensión mecánica y se hila a fibras a través de una boquilla, en donde el plastificante se selecciona del grupo: solución acuosa de polisacáridos , alcohol, polialcohol o mezclas de estas sustancias.

De acuerdo con la invención, se propone utilizar alcohol o polisacárido ..como plastificante . Gracias al uso de estos plastificantes recién propuestos, es posible producir una fibra de proteína láctea que no tenga las desventajas de la técnica anterior.

La invención se basa el conocimiento de que las proteínas lácteas y en particular la caseína se pueden plastificar en el calor mediante amasamiento y de esta forma se procesan en el proceso de hilado por fusión. En el proceso de hilado por fusión, la materia prima fusible deshidratada se plastifica térmicamente y de preferencia se comprime como fusión a través de boquillas por medio de bombas de engranajes o extrusoras. La fusión se solidifica después de la extrusión. La hebra estirada se enrolla o se procesa adicionalmente según se desee. Las hebras enrolladas se pueden extraer o también se pueden tratar superficialmente antes de ser enrolladas.

Para llevar a cabo un tratamiento incluso más suave, la proteína se mezcla o se amasa intensivamente con un plastificante y simultáneamente se somete a tensión mecánica.

La proteína láctea de preferencia es caseína o lactalbúmina .

La proteína obtenida de la leche se puede producir in situ mediante precipitación a partir de leche. De acuerdo con un primer procedimiento, la leche en forma de una mezcla de laboratorio, se pueden introducir inmediatamente otras enzimas o ácido adecuados en el proceso como mezcla floculada o la proteína floculada extraída por compresión se puede utilizar en forma húmeda. De acuerdo con otro procedimiento opcional, si es necesario se prepara una proteína pura o mezclada, obtenida por separado con anterioridad, es decir, se puede utilizar una fracción de proteina proveniente de la leche, por ejemplo, en la forma de un polvo seco.

La proteina láctea utilizada de acuerdo con la invención se puede mezclar con otras proteínas en una proporción de 30% en masa con respecto a la proteína láctea. Para esto, se pueden utilizar otras albúminas, tales como ovoalbúmina y proteínas vegetales, en particular proteína de altramuz, proteina' de soya y proteínas de trigo, en particular gluten.

De preferencia el plastificante es agua que se utiliza en una proporción comprendida entre 20 y 80% con respecto al peso de la proteína, de preferencia en una proporción comprendida entre aproximadamente 40 y 50% en masa del contenido de proteína. En lugar de agua o mezclados con ésta, se pueden utilizar otros plastificantes , en particular alcoholes, polialcoholes, goma arábiga, carbohidratos en solución acuosa y en particular soluciones acuosas de polisacárido . Si es necesario se debe considerar el contenido de humedad de la fracción de proteína.

En detalle, se prefieren especialmente los siguientes plastificantes y las proporciones asociadas: Se utilizan alcoholes y polialcoholes en proporciones de hasta aproximadamente 10% en masa con respecto a la proteína, en especial se prefiere glicerol (glicerina) . Alternativamente, se pueden utilizar otros polioles, por ejemplo etilenglicol . De preferencia se utilizan carbohidratos y polisacáridos en una proporción comprendida entre 0.4 y 2% en masa, respectivamente en solución acuosa al 70%. Se prefieren almidones de origen diferente, tales como carragenina, celulosa, en particular carboxicelulosa y quxtosana.

No se excluye la adición de otros agentes. Se pueden proporciónar especialmente aditivos y agentes auxiliares tales como adiciones lipofilicas, agentes lustrantes y agentes reticulantes . Los aditivos y agentes auxiliares no deben exceder una proporción máxima de aproximadamente el 30% en masa con respecto a la proteina. Se pueden seleccionar aceites vegetales como adiciones lipofilicas que hacen que la fibra sea ya ligeramente hidrófoba durante la operación de plastificación. Además, se pueden utilizar ceras, que adicionalmente proporcionan estabilidad a la fibra. Las ceras preferidas son cera de carnauba, cera de abejas, cera de candelilla y otras ceras obtenidas naturalmente...

Como agentes reticulantes se prefieren sales de calcio, por ejemplo cloruro de calcio, dialdehído almidón y glucosa-5-lactona .

En una modalidad bastante preferida, la plastificación se realiza por medio de una extrusora, en donde todas las sustancias seleccionadas se mezclaron con anterioridad y luego se alimentan en la extrusora, o sólo algunas sustancias, o sólo la proteina se cargan al inicio y las otras sustancias se agregan en el curso de la extrusión, es decir, en los puntos de alimentación a lo largo del tornillo .

En una modalidad bastante preferida, se pretende que la proteina se alimente en la extrusora como un polvo seco vía una tolva en la entrada de la extrusora, mientras que se agrega el plastificante y en particular agua en un paso de extrusión posterior, en la zona de plastificación . Además, se prefiere que todas las sustancias de partida deshidratadas se mezclen con anterioridad y se alimentan en la extrusora al inicio, mientras que todos los componentes líquidos se combinan en corriente descendente. A la salida de la extrusora, el material extruido se comprime a través de una boquilla y así se forma una fibra.

Si la proteína se utiliza como una mezcla en bruto floculada, el procedimiento de preferencia proporciona una deshidratación que se llevará a cabo a lo largo de la extrusora o el otro dispositivo de procesamiento.

Debido a la plastificación, la operación corresponde a una extrusión por fusión. En esta extrusión termoplástica, los materiales se transfieren en un estado plástico a través de calentamiento y así se deforman. En la presente, la temperatura excede la temperatura de transición gaseosa de la proteina, de tal forma que cambia del estado amorfo al estado de plástico similar a caucho. Si el abatanado y amasado es muy fuerte, ya se habrá generado calor por la tensión mecánica de tal forma que pueda ayudar a que ningún calor se haya suministrado desde el exterior. Luego, la extrusión ya se lleva a cabo a temperatura ambiente. Sin embargo, en las diferentes zonas de la extrusora se tienen que ajustar las temperaturas usualmente muy específicas que permitan una plastificación óptima. De preferencia se extruye dentro de la extrusora entre 30 y 95 °C, de mayor preferencia entre 50 y 90 °C y con la máxima preferencia entre 60 y 80°C.

Además, se prefiere que la fibra formada se enrolle después de salir de la boquilla y se deshidrate antes y/o después de este paso.

Después de que la fibra formada haya dejado la boquilla, se puede cortar inmediatamente -por ejemplo, ser cortada en trozos en fibras cortas- o ser procesada adicionalmente a fibras cortadas.

Inmediatamente después de que la fibra formada haya dejado la boquilla o en al menos un paso de procesamiento posterior, alternativamente la fibra se puede procesar adicionalmente a un hilo plegado, en particular puede estar torcido, ser enrollado suelto a un algodón hidrófilo o ser procesado adicionalmente a una lana En una mejora de la invención, la fibra adicionalmente se puede hacer pasar a través de un baño antes de ser enrollada, aunque este procedimiento no es muy preferido y por lo general no se requiere. Alternativamente, la fibra se puede someter a un tratamiento de aspersión después de haber 'dejado la boquilla. En la presente, a la superficie de la fibra se pueden aplicar por ejemplo agentes suavizantes, ceras, lipófilos o agentes reticulantes . En el caso de agentes reticulantes, se prefieren los mencionados anteriormente, es decir, en general diferentes soluciones salinas, de preferencia solución de cloruro de calcio, solución de dialdehido amidón, solución de glucosa-6-lactona o ácido láctico acuoso.

Las fibras obtenidas se pueden utilizar para todos los fines imaginables. Se pueden utilizar como fibras textiles comunes y de esta forma se pueden procesar para todo tipo de textiles, tales como telas, telas tejidas, telas de punto, telas textiles de ganchillo, hilos, cuerdas, lanas, fieltros, etc. También se pueden obtener a partir de las fibras de la invención algodones hidrófilos, materiales aislantes de fibr*a suelta, filtros y membranas. Los campos de aplicación de las fibras lácteas por lo tanto comprenden, entre otros, la técnica textil, aislamiento en edificios y materiales para construcción, productos higiénicos y, debido a las propiedades antibacterianas inherentes, productos médicos, tales como hisopos, filtros y membranas.

Por lo tanto, parte de esta invención también es un producto de fibra de proteina láctea que contiene fibras que contienen una proteina láctea térmica-mecánicamente plastificada y en particular se han obtenido por medio de un método de acuerdo con la invención como se describió anteriormente .

Si las fibras se enrollan sueltas, por ejemplo es posible producir algodones hidrófilos o lanas que se pueden utilizar por ejemplo como material de relleno y acolchado.

En especial se prefiere que las fibras se tuerzan a hilos. En la presente, es posible tanto torcer las diversas fibras de proteina láctea que se hayan producido por medio del método de acuerdo con esta invención entre si, como torcer las fibras de proteina láctea con otras fibras naturales o sintéticas en combinación. Por ejemplo, se pueden utilizar Elastane (spandex) , viscosa, seda o lana como otras fibras que también se pueden hilar o torcer en mezclas a hilos plegados.

Se obtienen fibras individuales mediante un procedimiento discontinuo. Las fibras también se pueden cortar a fibras cortas o fibras cortadas.

Por otro lado, se pueden producir telas a partir de las fibras, filamentos o hebras obtenidas. Las telas tejidas y de punto de todo tipo por lo tanto también representan productos de fibra de proteina láctea de acuerdo con esta invención.

, VENTAJAS DE LA INVENCIÓN Las ventajas obtenidas por la invención en particular se basan en el hecho de que durante la producción de las fibras de proteina láctea, el proceso de extrusión permite excluir sustancias que representen un riesgo a la salud y que son perjudiciales para el medio ambiente a partir del proceso y la fibra misma. Además, se pueden ahorrar recursos considerables de energía, agua, tiempo y mano de obra, lo cual también mejora la protección del medio ambiente y aumenta la eficiencia económica. Las propiedades especialmente ventajosas de las fibras, que se adaptan muy bien como fibras textiles, se basan en los cambios estructurales de solidificación (estructura textil) que se presentan durante la plastificación . Hasta ahora no se ha conseguido un conocimiento más detallado acerca de los aspectos mecánicos.' EJEMPLOS A continuación, la invención se describirá con detalle por medio de una modalidad ilustrativa. La modalidad ilustrativa sólo sirve para ilustrar los fines y no debe limitar la invención. Con base en esta modalidad ilustrativa y su conocimiento práctico, el experto en la técnica puede encontrar otras' posibles modalidades al variar los parámetros .

Ejemplo 1: Producción de una fibra de proteina láctea con una resistencia de 20 dtex. La extrusión se realiza mediante una extrusora de tornillo individual tipo E de la compañía Dr. Collin con un diámetro de 30 mm. El calentamiento se realiza mediante cuatro zonas de calentamiento de cilindro con el siguiente desarrollo de temperatura: 65°C, 74°C, 75°C, 60°C: La cas'eína en polvo se suministró vía una transportadora vibratoria. El agua se agregó en una proporción de 1:2 (agua : caseína) por medio de una bomba peristáltica. La resistencia de la fibra se define por la resistencia de chorro. La fibra por ejemplo puede tener una resistencia de 20 dtex. Las fibras se enrollan por medio de una devanadora y se deshidratan a temperatura ambiente.

El curso de la extrusión se hace evidente adicionalmente en la Figura 1.

La extrusora 1 se rellena con la caseína en polvo vía una tolva 2. La caseína en polvo se calienta en la extrusora. La adición de agua como plastificante se realiza por medio de la bomba peristáltica 3. El producto final se comprime a través de una boquilla 4. La hebra de fibra se enrolla por medio de una tecnología de devanado adecuada y se seca en la devanadora 5 a temperatura ambiente.

Claims (14)

REIVINDICACIONES

1. Un método para producir fibras de proteina láctea, en donde al menos una proteina obtenida de la leche se plastifica junto con un plastificante a temperaturas comprendidas entre la temperatura ambiente y 140°C bajo tensión mecánica y se hila a fibras a través de una boquilla, caracterizado porque el plastificante se selecciona del grupo: solución acuosa de polisacárido, alcohol, polialcohol o mezclas de estas sustancias.

2. El método según la reivindicación caracterizado porque la proteina obtenida de la leche produce in situ mediante la precipitación de la leche.

3. El método según la reivindicación caracterizado porque la proteina obtenida de la leche utiliza en forma de una proteina obtenida por separado anterioridad.

. El método según una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque la proteina obtenida de la leche es caseína .

5. El método según una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque la proteina obtenida de la leche es lactalbúmina .

6. El método según una de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque la plastificación se lleva a cabo a temperaturas de hasta 80 °C como máximo.

7. El método según una de las reivindicaciones de 1 a 6, caracterizado porque se agregan otros aditivos y agentes auxiliares a la sustancia de partida para que se plastifique .

8. El método según una de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizado porque la plastificación se lleva a cabo por medio de una extrusora y la fibra se comprime a través de una boquilla en la salida de la extrusora y se forma por la misma .

9. El método según una de las reivindicaciones 1 a 8, caracterizado porque la fibra formada se enrolla.

10. El método según una de las reivindicaciones 1 a 9, caracterizado porque la fibra formada se seca.

11. El método según una de las reivindicaciones 1 a 10, caracterizado porque la fibra formada se corta inmediatamente después de haya salido de la boquilla.

12. El método según una de las reivindicaciones 1 a 11, caracterizado porque la fibra formada pasa a través de un baño antes de ser enrollada.

13. El método según una de las reivindicaciones 1 a 11, caracterizado porque la fibra formada se somete a un tratamiento de aspersión antes de ser enrollada.

14. Un producto de fibra de proteina láctea que contiene fibras que se hayan producido de acuerdo con un método según una de las reivindicaciones 1 a 13.