PL221219B1

PL221219B1 - Sposób wytwarzania biodegradowalnych kształtek, zwłaszcza naczyń i opakowań

Info

Publication number: PL221219B1
Application number: PL400981A
Authority: PL
Inventors: Anna Wysocka; Patrycja Wysocka
Original assignee: Anna Wysocka; Patrycja Wysocka
Priority date: 2012-09-28
Filing date: 2012-09-28
Publication date: 2016-03-31
Also published as: ES2652181T3; AU2013324540A1; LT2900872T; MD20150040A2; NO2900872T3; HUE037739T2; US9517578B2; EP2900872A1; PL2900872T3; EP2900872B1; MD4604B1; WO2014051447A1; CA2885853A1; MX364006B; DK2900872T3; EA201590340A1; EA027907B1; UA114342C2; MX2015004106A; US20150224682A1

Abstract

Sposób wytwarzania biodegradowalnych kształtek, zwłaszcza naczyń i opakowań, przy zastosowaniu metody wytwarzania ciśnienia pary wodnej wewnątrz formy polega na tym, że sypkie otręby, zwłaszcza pszenne, o uziarnieniu od 0,01 do 2,80 mm w ilości 95-100% wagowych, zawierające powyżej 14% wody związanej strukturalnie w postaci wilgoci ewentualnie miesza się na sucho z substancjami dodatkowymi w ilości do 5% wagowych łącznie, a odmierzoną ilość tak uzyskanego sypkiego materiału umieszcza się na jednej z części wieloczęściowej formy, formę zamyka się i poddaje mieszankę równoczesnemu działaniu temperatury oraz działaniu ciśnienia w zakresie 1-10 MPa. Formę ogrzewa się do temperatury powyżej 120°C, następnie formę zamyka się, po czym rozszczelnia, tworząc szczelinę między brzegami formy nie większą niż 0,5 mm, a następnie formę ewentualnie ponownie się zamyka i powtarza cykle rozszczelniania. Po ostatnim cyklu formę otwiera się, przy czym ilość rozszczelnień wynosi minimum 1, a cały proces rozszczelniania i zamykania formy trwa kilka sekund i realizowany jest według programu maszyny, cyfrowo sterującej ruchem formy w zależności od oczekiwanych parametrów końcowego produktu.

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest sposób wytwarzania biodegradowalnych kształtek, zwłaszcza naczyń i opakowań.

Znany jest z polskiego opisu patentowego PL 195130 sposób wytwarzania biodegradowalnych kształtek, zwłaszcza naczyń i opakowań. Sposób ten polega na tym, że sypkie otręby, zwłaszcza pszenne o uziarnieniu od 0,01 do 2,80 mm w ilości 95-100% wagowych zawierające od 7% do 45% wody związanej strukturalnie w postaci wilgoci ewentualnie miesza się na sucho z mieszaniną substancji impregnujących i/lub dodatków smakowych i/lub zapachowych i/lub niewłóknistych napełniaczy i/lub środków utrzymujących wilgoć i/lub dodatków barwiących w ilości do 5% wagowych łącznie. Odmierzoną ilość tak uzyskanego sypkiego materiału umieszcza się na jednej z części wieloczęściowej, korzystnie dwuczęściowej formy, formę zamyka się i poddaje mieszankę równoczesnemu działaniu temperatury w zakresie 20 do 450°C oraz działaniu ciśnienia w zakresie 1-10 MPa i/lub siły nacisku ₂ do 100 t/cm² przy ciśnieniu tłoka do 320 MPa w czasie do kilkudziesięciu sekund. W przypadku stosowania ciśnienia sposób według wynalazku korzystnie realizuje się następująco: formę przed pełnym zamknięciem uszczelnia się a następnie dociska drugą część formy wytwarzając wewnątrz formy ciśnienie. Stosowanie nacisku najkorzystniej jest realizować przez użycie pras hydraulicznych, pras mechanicznych, młota hydraulicznego lub urządzeń specjalnie do tego skonstruowanych. Wszystkie części formy są podgrzewane, przy czym korzystnie jest aby górne i dolne części formy podgrzewane były do różnych temperatur, dzięki czemu można sterować kierunkiem przepływu powstającej pary wodnej. Efekt ten pozwala na wybór, która powierzchnia kształt będzie mniej porowata. Łączny czas poddawania mieszanki działaniu ciśnienia lub nacisku oraz temperatury, wynoszący kilkadziesiąt sekund, może być realizowany w jednym cyklu lub w kilku cyklach kilkusekundowych z naprzemiennym odciążaniem. Sposób według wynalazku można realizować w jednym cyklu, jeśli forma posiada otwory, szczeliny lub pory, pozwalające na odprowadzenie powstającej pary wodnej w trakcie działania temperatury i ciśnienia lub nacisku. Gotowe wyroby korzystnie powleka się warstwą błonotwórczą w dowolny sposób.

Zgodnie z powyższym sposobem stosuje się dwie techniki. Pierwsza z nich polega na poddawaniu masy zawartej w formie wielokrotnym naciskom tłokiem prasy hydraulicznej. Każde podniesienie tłoka to otwarcie formy i wypuszczenie powstałej pary wodnej. Powstanie końcowego wyrobu wymaga kilku uderzeń tłoka prasy a para wodna gwałtownie wydostająca się z częściowo upłynnionej masy powoduje rozrywanie kształtek. Straty sięgają nawet 50%. Możliwość sterowania tym procesem i jego kontroli jest ograniczona. Z kolei stosowanie ciśnienia przez zamknięcie formy, jej uszczelnienie i działanie ciśnienia wytworzonego przez powstającą parę wodną w szczelnej formie nie pozwala na odprężenie masy w kolejnych cyklach. Nie stosuje się więcej niż jednego cyklu, gdyż każdorazowe uszczelnianie formy jest nierealne z technicznego i ekonomicznego punktu widzenia. Stosowanie form porowatych czy posiadających szczeliny pozwalających na odprowadzenie pary wodnej stosuje się w metodzie wykorzystującej siłę nacisku tłoka prasy.

Sposób według polskiego opisu patentowego nr PL 195130 w praktyce stosuje się dla form płaskich, takich jak talerze w wersji stosowania siły nacisku tłoka a dla wyrobów posiadających znaczną głębokość, takich jak kubeczki, stosuje się metodę szczelnego zamknięcia formy i procesu zawierającego jeden cykl. W obu przypadkach straty surowca wynikającego z wypływania masy z formy, rozrywania kształtek w trakcie gwałtownego otwierania form są znaczące. Ponadto proces praktycznie jest nieprzewidywalny a powstałe kształtki nie są identyczne, nie posiadają jednakowego koloru i gęstości. Wytworzenie jednej kształtki trwa około kilkudziesięciu sekund co wpływa na dość niską wydajność technologiczną przy równoczesnej znaczącej ilości odpadów. W praktyce nie jest możliwe wytworzenie wysokiego ciśnienia wewnątrz formy, gdyż spowodowałoby ono całkowite rozerwanie produktu a ponadto rozrywanie produktu stanowi zagrożenie dla osób przebywających w pobliżu ciągu produkcyjnego.

Wytwarzanie kształtek według powyższego sposobu jest więc bardzo wrażliwe na zmiany wszystkich parametrów: ciśnienia, temperatury, wilgotności surowca, czasów zamykania i otwierania form. Niewielka zmiana chociaż jednego z tych parametrów powoduje niekontrolowany wzrost ciśnienia, który rozrywa produkt w trakcie otwierania form już w pierwszym cyklu. Parametry te jednak decydują o wyglądzie, gęstości i czasie poszczególnych docisków jak i kontroli całego procesu produkcji. Produkty są jasne i o stosunkowo niewielkiej gęstości przez to są dość elastyczne i łatwo chłoną woPL 221 219 B1 dę. Produkty wytwarzane tym sposobem są efektem bardzo delikatnej ekstruzji. Maksymalnie można wyprodukować cztery kształtki na minutę.

Przedmiotem wynalazku jest sposób wytwarzania biodegradowalnych kształtek, zwłaszcza naczyń i opakowań przy zastosowaniu metody wytwarzania ciśnienia pary wodnej wewnątrz formy. Sypkie otręby, zwłaszcza pszenne o uziarnieniu od 0,01 do 2,80 mm w ilości 95-100% wagowych zawierające powyżej 14% wody związanej strukturalnie w postaci wilgoci ewentualnie miesza się na sucho z mieszaniną substancji impregnujących i/lub dodatków smakowych i/lub zapachowych i/lub niewłóknistych napełniaczy i/lub środków utrzymujących wilgoć i/lub dodatków barwiących w ilości do 5% wagowych łącznie. Odmierzoną ilość tak uzyskanego sypkiego materiału umieszcza się na jednej z części wieloczęściowej, korzystnie dwuczęściowej, szczelnej podgrzewanej formy, formę zamyka się i poddaje mieszankę równoczesnemu działaniu temperatury w zakresie od 120°C oraz działaniu ciśnienia w zakresie 1-10 MPa, po czym formę rozszczelnia się tworząc szczelinę między brzegami formy nie większą niż 0,5 mm a następnie ewentualnie formę ponownie się zamyka i powtarza cykle rozszczelniania a następnie po ostatnim cyklu formę otwiera się, przy czym ilość rozszczelnień wynosi minimum 1 a cały proces trwa kilka sekund. Proces rozszczelniania i zamykania formy realizuje się według programu maszyny cyfrowo sterującej ruchem formy w zależności od oczekiwanych parametrów końcowego produktu.

Dzięki zastosowaniu szczelnej formy oraz niepełnego otwierania formy pomiędzy cyklami możliwe jest uzyskanie produktu o założonych z góry i dających się zaprogramować parametrach fizykomechanicznych oraz określonym kolorze i wyglądzie. Dotychczasowe rozwiązanie z wykorzystaniem ciśnienia powstającej pary wodnej, uwzględniające wyłącznie jednokrotne i pełne otwarcie formy, nie pozwalało na jakiekolwiek sterowanie procesem. Aktualnie proponowany sposób, dzięki etapowi co najmniej jednokrotnego rozszczelniania formy przed jej pełnym otwarciem oraz możliwość ponownego szczelnego zamknięcia formy i wykonania więcej niż jednego cyklu działania ciśnienia, pozwala na uzyskanie kształtek posiadających lepsze parametry użytkowe, takie jak gęstość, kolor, zapach. Możliwe jest wytworzenie wysokiego ciśnienia bez jakichkolwiek zniekształceń kształtek i strat produkcyjnych. Kolor, zapach i gęstość są szczególnie istotne, jeśli kształtki są następnie stosowane jako naczynia jednorazowe do podawania potraw. Naczynia te po zakończeniu posiłku nadają się do spożycia więc ich smak i zapach mają istotne znaczenie. Najistotniejszą jednak cechą kształtek otrzymanych sposobem według wynalazku jest ich zwiększona gęstość oraz znaczne zmniejszenie strat produkcyjnych. Gęstość kształtek ma wpływ na ich podwyższoną odporność na namiękanie ciekłymi, gorącymi potrawami, sosami i innymi płynami. Ponadto kształtki są sztywniejsze i łatwiejsze do trzymania przez konsumenta. Nie bez znaczenia jest czas wytworzenia pojedynczej kształtki, który zmniejszył się kilkakrotnie przy równoczesnej poprawie parametrów użytkowych produktu końcowego. Ponadto sposób według wynalazku pozwala na kontrolowane sterowanie procesem tak, aby otrzymać produkt o takich parametrach jaki jest pożądany do określonego celu. Każdemu cyklowi rozszczelniania i zamykania można nadawać odmienne parametry co daje możliwość produkcji wyrobów o różnych parametrach z góry zaplanowanych takich jak: wygląd zewnętrzny, cechy wytrzymałościowe, wodochłonności oraz gęstość. Nowy sposób pozwala z tego samego kształtu formy np. miseczek wyprodukowanie wyrobów o różnych cechach zewnętrznych oraz wewnętrznych według zaplanowanego wykonania poprzez regulację czasów, temperatury oraz ilości rozszczelnień. Możliwe jest wyprodukowanie do 20 kształtek na minutę w porównaniu z czterema według sposobu znanego ze stanu techniki.

P r z y k ł a d 1. Z sypkich otrąb o zawartości wilgoci związanej strukturalnie wynoszącej 17,5%, uzyskanych z przemiału pszenicy wyselekcjonowano przez przesiewanie następujące frakcje w ilości: 0,1/0,2 mm - 35% wagowych, 0,2/0,4 mm - 25% wagowych, 0,4/0,8 mm - 40% wagowych. Przygotowano materiał do wytwarzania biodegradowalnych kształtek przez zmieszanie 99% wagowych tak wyselekcjonowanych otrąb z 0,3% wagowych sorbitu, 0,4% wagowych palonego cukru i 0,3% wagowych barwnika dopuszczonego do stosowania w produktach spożywczych. Forma miała postać dwuczęściową. Wnętrze formy odwzorowywało kształt wyrobu finalnego a jej brzegi stykały się ze sobą poprzez system wpustów i wypustów szczelnie zamykających formę. Formę ogrzaną do temperatury 120°C zasypano przygotowaną mieszanką o wadze większej o 10% od wagi finalnego produktu po czym ją zamknięto. Do wewnątrz form dostarczano ciepło niezbędne do upłynnienia mieszanki i odparowania wody. Aby produkt miał pożądane właściwości konieczne jest uzyskanie wilgotności 10-11%. Zamykając dostarczano ciepło natomiast rozszczelniając pozwalano na odparowanie wody. W tym przypadku zastosowano 5 cykli zamykania na czas 1 s każdy a pomiędzy cyklami formę

PL 221 219 B1 rozszczelniano każdorazowo na czas 0,5 sekundy. Całość procesu zamykania i rozszczelniania formy była sterowana cyfrowo. Rozszczelniano formy w granicach od 0,1 mm do 0,2 mm. Otrzymano pro₃ dukt o gęstości 1,600 g/cm³ podczas gdy metodą znaną ze stanu techniki otrzymuje się kształtki ₃ o gęstości do 1,200 g/cm³.

P r z y k ł a d 2.

Mieszanka otrąb o wilgotności 17,5%.

Temperatura 170°C.

Odmierzono dokładną porcję (bez wypływki).

Następnie postępujemy tak samo jak w przykładzie 1 aby uzyskać gotowy wyrób o wilgotności 11%.

Zamykamy formę, której krawędzie są zamykane jeszcze przed pełnym upłynnieniem.

Wysoka temperatura plus pełny docisk powoduje, że gwałtownie rośnie ciśnienie wewnątrz, materiał łatwo osiąga wysoki stopień upłynnienia, jak też przyjmuje temperaturę niezbędną do odparowania wody. W tym sposobie woda w materiale po upłynnieniu osiąga temp. wrzenia już pod koniec pierwszego zamknięcia. Zamknięcie i otwarcie pierwszego cyklu trwa około 3 sekundy i jest sterowane cyfrowo. Drugie zamknięcie powoduje podobne skutki jak pierwsze ale materiał jest już upłynniony a wysokie ciśnienie i temperatura mają już wpływ na gęstość gotowego wyrobu. Praktycznie po drugim docisku wyrób osiąga 11-12% wilgotności i można na tym zakończyć, dla estetyki i połysku stosowany jest trzeci dociski ale tylko dla celów kosmetycznych a energia dostarczona przy tym docisku jest znikoma. Pierwsze zamknięcie 1,5 s, pierwsze rozszczelnienie - 1,0 s, ponowne zamknięcie - 2 s, ponowne rozszczelnienie - 1 s, ponowne zamknięcie 1 s, rozszczelnienie 0,5 s. Otrzymano produkt ₃ o gęstości 1,600 g/cm³ podczas gdy metodą znaną ze stanu techniki otrzymuje się kształtki o gęstości ₃ do 1,200 g/cm³ a czas wykonania wynosi powyżej 30 s.

P r z y k ł a d 3.

Mieszanka otrąb o wilgotności 17,5%.

Temperatura 190-200°C.

Dokładna porcja w zamkniętej formie, postępujemy dokładnie tak jak w przykładzie 2 gdzie celem jest gotowy wyrób o wilgotności 11%.

Zamykamy formy, jeszcze wyższa temperatura i docisk powoduje łatwe upłynnienie. Po 5 s roz₃ szczelniamy formę na czas 2 s a następnie ją otwieramy. Otrzymano produkt o gęstości 1,400 g/cm³3 podczas gdy metodą znaną ze stanu techniki otrzymuje się kształtki o gęstości do 1,200 g/cm³ a czas wykonania wynosi powyżej 30 s.

Uzyskiwaną wilgotność około 10-11% w zależności od ilości zamknięć formy i temperatury przedstawia Tabela 1.

T a b e l a 1

Ilość zamknięć	Temperatura form
120°C	170°C	190°C
1	16,5	15,9	11,3
2	14,1	13,8	10,2
3	13,2	12,2
4	11,8	11,1
5	10,9	9,9
Wilgotność surowca stała na poziomie 17,5%

W powyższych przykładach wykonano miski o średnicy 200 mm i talerzyki o średnicy 240 mm. Badania nasiąkliwości wody w temp. 20°C i oleju oraz wpływ wody w temp. wrzenia przedstawia Tabela 2. Badanie polegało na napełnieniu miski i talerza i pomiarze czasu kiedy nastąpił ślad przecieku cieczy. Wyniki wszystkich pomiarów wykazały dwu a nawet trzykrotnie większą odporność na przecieki w stosunku do talerzy i misek wyprodukowanych poprzednią metodą. Badania wykazały, że wysokie ciśnienie w produkcji daje produkt o dużej gęstości a to decydujący wpływ na wodochłonność gotowego produktu. Ostatnie cykle według wynalazku są tylko kosmetyczne, poprawiające wygląd zewnętrzny.

PL 221 219 B1

T a b e l a 2. Zestawienie cech charakterystycznych wyrobów otrzymanych według stanu techniki oraz sposobu według wynalazku.

Produkt	Sztywność MPA	Gęstość G/cm³	Grubość mm	Waga g	Kolor	Zapach	Ilość cykli produkcji
Miska 20 cm	1100	1100	1,6	45-50	jasny	otrąb	5
*Miska 20 cm	1650	1550	1,6	57-62	ciemny brąz połysk naturalny	pieczonych otrąb	3
Talerz 24 cm	980	1180	1,8	80-90	jasny brąz	otrąb	5
*Talerz 24 cm	1400	1600	1,8	95-100	ciemny brąz połysk naturalny	skórki od chleba	3

* Dotyczy sposobu według wynalazku.

Claims

Zastrzeżenie patentowe

Sposób wytwarzania biodegradowalnych kształtek, zwłaszcza naczyń i opakowań przy zastosowaniu metody wytwarzania ciśnienia pary wodnej wewnątrz formy, polegający na tym, że sypkie otręby, zwłaszcza pszenne o uziarnieniu od 0,01 do 2,80 mm w ilości 95-100% wagowych zawierające powyżej 14% wody związanej strukturalnie w postaci wilgoci ewentualnie miesza się na sucho z mieszaniną substancji impregnujących i/lub dodatków smakowych i/lub zapachowych i/lub niewłóknistych napełniaczy i/lub środków utrzymujących wilgoć i/lub dodatków barwiących w ilości do 5% wagowych łącznie a odmierzoną ilość tak uzyskanego sypkiego materiału umieszcza się na jednej z części wieloczęściowej, korzystnie dwuczęściowej formy, formę zamyka się i poddaje mieszankę równoczesnemu działaniu temperatury oraz działaniu ciśnienia w zakresie 1-10 MPa, znamienny tym, że formę ogrzewa się do temperatury powyżej 120°C, następnie formę zamyka się po czym rozszczelnia tworząc szczelinę między brzegami formy nie większą niż 0,5 mm a następnie formę ewentualnie ponownie się zamyka i powtarza cykle rozszczelniania a następnie po ostatnim cyklu formę otwiera się, przy czym ilość rozszczelnień wynosi minimum 1 a cały proces rozszczelniania i zamykania formy trwa kilka sekund i realizowany jest według programu maszyny cyfrowo sterującej ruchem formy w zależności od oczekiwanych parametrów końcowego produktu.