RU2564824C1 - Biodegradable film - Google Patents
Biodegradable film Download PDFInfo
- Publication number
- RU2564824C1 RU2564824C1 RU2014128743/05A RU2014128743A RU2564824C1 RU 2564824 C1 RU2564824 C1 RU 2564824C1 RU 2014128743/05 A RU2014128743/05 A RU 2014128743/05A RU 2014128743 A RU2014128743 A RU 2014128743A RU 2564824 C1 RU2564824 C1 RU 2564824C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- film
- films
- ratio
- gelatin
- biodegradable
- Prior art date
Links
Abstract
Description
Изобретение относится к композициям биоразлагаемых пленок и может быть использовано в фармацевтике, медицине, ветеринарии, пищевой и косметической промышленности, а также для изготовления оберточной пищевой пленки, капсул, упаковочных материалов.The invention relates to compositions of biodegradable films and can be used in pharmaceuticals, medicine, veterinary medicine, food and cosmetic industries, as well as for the manufacture of wrapping food film, capsules, packaging materials.
Известен состав биоразлагаемой ламинированной пленки, содержащей хитозан и пектин. В качестве пластификатора может быть добавлен глицерин. К пектиновому или хитозановому раствору, используемому для изготовления пленки, может быть добавлен крахмал (US, №5919574, МПК C08L 5/06, опубл. 06.07.1999 г.).The known composition of a biodegradable laminated film containing chitosan and pectin. Glycerin may be added as a plasticizer. To the pectin or chitosan solution used for the manufacture of the film, starch can be added (US, No. 5919574, IPC C08L 5/06, publ. 06.07.1999).
Недостатком известного решения является значительная трудоемкость изготовления слоистой пленки, так как необходимо по отдельности изготовить слой пектиновой и слой хитозановой пленок. Кроме того, наслоение этих пленок друг на друга может быть сопряжено с появлением пузырьков воздуха между слоями, которые почти невозможно удалить, так как слои пленки достаточно крепко слипаются между собой.A disadvantage of the known solution is the significant complexity of the manufacture of a layered film, since it is necessary to separately produce a layer of pectin and a layer of chitosan films. In addition, the layering of these films on each other can be associated with the appearance of air bubbles between the layers, which are almost impossible to remove, since the layers of the film adhere sufficiently tightly to each other.
Известна неадгезивная эластичная желатиновая матрица, представляющая собой лиофилизированную смесь белка, полимера, сшивающего агента и возможно пластификатора. В качестве белка выбрана группа, состоящая из коллагена, денатурированного коллагена и их смесей, в качестве полимера выбрана группа, состоящая из полиэтиленгликоля, поли-L-лизина, альгината, хитозана, гиалуроновой кислоты, хондроитина сульфата и их смесей, в качестве сшивающего агента выбрана группа, состоящая из 1-[3-(диметиламино)пропил]-3-этилкарбодиимида (EDC), N-гидроксисукцинимида (NHS), формальдегида, глутаральдегида, полиазиридинов, диглицидиловых эфиров и их смесей (ЕР, №016776, МПК A61L 15/32, опубл. 2012.07.30).Known non-adhesive elastic gelatin matrix, which is a lyophilized mixture of protein, polymer, a crosslinking agent and possibly a plasticizer. As a protein, a group consisting of collagen, denatured collagen and mixtures thereof was selected; as a polymer, a group consisting of polyethylene glycol, poly-L-lysine, alginate, chitosan, hyaluronic acid, chondroitin sulfate and mixtures thereof was selected; as a crosslinking agent, a group consisting of 1- [3- (dimethylamino) propyl] -3-ethylcarbodiimide (EDC), N-hydroxysuccinimide (NHS), formaldehyde, glutaraldehyde, polyaziridines, diglycidyl ethers and mixtures thereof (EP, No. 016776, IPC A61L 15 32, publ. 2012.07.30).
Недостатком является неэластичность, относительно низкая прочность, а также применение сшивающего агента химического происхождения.The disadvantage is inelasticity, relatively low strength, as well as the use of a crosslinking agent of chemical origin.
Известна биоразлагаемая пленка на основе хитозана и пектина. Пектин растворяют в дистиллированной воде при температуре 37-38°С. Хитозан растворяют в 1 H (однонормальной) соляной кислоте при температуре 37°-38°С. Затем полученные растворы пектина и хитозана в равной прпорции сливают и перемешивают до полного растворения образующихся сгустков. Затем добавляют пластификатор - глицерин и структурообразователь - 3% раствор метилцеллюлозы. Пленку формируют на стеклянной подложке в течение 20-24 часов при температуре от 0 до 25°С (RU, №2458077, МПК C08L 5/18, C08L 5/06, C08L 5/08, C08L 101/16, опубл. 10.08.2012 г.).A biodegradable film based on chitosan and pectin is known. Pectin is dissolved in distilled water at a temperature of 37-38 ° C. Chitosan is dissolved in 1 H (one-normal) hydrochloric acid at a temperature of 37 ° -38 ° C. Then, the resulting solutions of pectin and chitosan in equal proportions are drained and mixed until complete dissolution of the resulting clots. Then add a plasticizer - glycerin and a structurant - 3% methylcellulose solution. The film is formed on a glass substrate for 20-24 hours at a temperature from 0 to 25 ° C (RU, No. 2458077, IPC C08L 5/18, C08L 5/06, C08L 5/08, C08L 101/16, publ. 10.08. 2012).
Недостатками является трудоемкость изготовления пленки, относительно низкая прочность и ломкость при высыхании, не позволяющие изготавливать упаковочные материалы, а также относительно высокая стоимость пектина.The disadvantages are the complexity of manufacturing the film, the relatively low strength and brittleness when dried, not allowing to produce packaging materials, as well as the relatively high cost of pectin.
Технический результат заключается в повышении прочности и растяжения, а также в ускорении сроков биоразлагаемости при сохранении характеристик, не уступающих полиэтиленовым пленкам.The technical result consists in increasing the strength and stretching, as well as in accelerating the biodegradability, while maintaining characteristics not inferior to plastic films.
Технический результат достигается тем, что биоразлагаемая пленка включает глицерин, структурообразователь - 10% водный раствор желатина. Дополнительно в качестве сшивающего агента содержит фермент трансглутаминазы, смешанный с молочной сывороткой в пропорции 1:4, при следующем соотношении компонентов, мас. %:The technical result is achieved by the fact that the biodegradable film includes glycerin, the structuring agent is a 10% aqueous solution of gelatin. Additionally, as a crosslinking agent, it contains the transglutaminase enzyme mixed with whey in a ratio of 1: 4, in the following ratio of components, wt. %:
Молочная сыворотка является вторичным сырьем (побочным продуктом) при производстве сыров, творога и казеина. Она отделяется после свертывания молока в результате снижения pH до 4,6 ед. под воздействием молочной кислоты. Основными белками молочной плазмы являются альфа-лактальбумин (65%), бета-лактоглобулин (25%) и альбумин сыворотки крови (8%). Белки составляют 0,7-1,1% от общей массы сыворотки. Жидкая сыворотка содержит лактозу, витамины и минеральные вещества, а также следы жиров [Переработка и использование молочной сыворотки/А.Г. Храмцов и др., - М.: Агропромиздат, 1989. - 271 с.]. Белки молочной сыворотки имеют высокое сродство к трансглютаминазе [Sharma, R.; Lorenzen, P.C.; Qvist, К.В. / International Dairy Journal, Volume 11, Number 10, 2001, pp. 785-793(9)] и поэтому ее присутствие в композиции улучшает физико-механические показатели получаемых пленок.Whey is a secondary raw material (by-product) in the production of cheeses, cottage cheese and casein. It is separated after coagulation of milk as a result of lowering the pH to 4.6 units. under the influence of lactic acid. The main plasma proteins are alpha-lactalbumin (65%), beta-lactoglobulin (25%) and serum albumin (8%). Proteins make up 0.7-1.1% of the total mass of serum. Liquid whey contains lactose, vitamins and minerals, as well as traces of fats [Processing and use of whey / A.G. Khramtsov and others, - M .: Agropromizdat, 1989. - 271 p.]. Whey proteins have a high affinity for transglutaminase [Sharma, R .; Lorenzen, P.C .; Qvist, C.V. / International Dairy Journal, Volume 11, Number 10, 2001, pp. 785-793 (9)] and therefore its presence in the composition improves the physical and mechanical properties of the resulting films.
Желатин, являясь продуктом переработки коллагена, распространенного в природе белкового вещества, образует главную составную часть соединительной ткани позвоночных, особенно в коже, оссеине костей и в сухожилиях. По аминокислотному и элементарному составу желатин близок к коллагену. Главнейшие кислоты: глицин (около 27%), пролин (около 16%), оксипролин (около 14%), глутаминовая кислота (около 12%), аргинин (около 9%), лизин (около 5%). Желатин набухает в воде и при нагревании от 30 до 60°С растворяется; при охлаждении раствор желатина образует студень (гель), который при нагревании опять переходит в раствор. Оптимальная пропорция растворения желатина в воде в заявляемом решении равна 1:10. Температура застудневания и прочность студня зависят от концентрации раствора и качества желатина. Основными критериями качества желатина являются вязкость раствора, прочность студня, температура его плавления и застудневания, измеренные при определенных условиях [Артеменко А.И. Справочное руководство по химии / А.И. Артеменко, В.А. Малеванный, И.В. Тикунова - М:. Высшая школа. 1990. 124 с.]. Благодаря функции гелеобразователя возможно его использование в получении биоразлагаемых полимеров. При недостатке желатина прочность пленок уменьшается.Gelatin, as a product of the processing of collagen, a protein substance that is common in nature, forms the main component of the connective tissue of vertebrates, especially in the skin, bone ossein and tendons. In terms of amino acid and elemental composition, gelatin is close to collagen. The main acids: glycine (about 27%), proline (about 16%), hydroxyproline (about 14%), glutamic acid (about 12%), arginine (about 9%), lysine (about 5%). Gelatin swells in water and dissolves when heated from 30 to 60 ° C; upon cooling, the gelatin solution forms jelly (gel), which when heated again passes into the solution. The optimal proportion of dissolution of gelatin in water in the claimed solution is 1:10. The pour point and jelly strength depend on the concentration of the solution and the quality of the gelatin. The main quality criteria for gelatin are the viscosity of the solution, the strength of the jelly, its melting point and gelation, measured under certain conditions [Artemenko A.I. Reference Guide to Chemistry / A.I. Artemenko, V.A. Malevanny, I.V. Tikunova - M :. Graduate School. 1990. 124 p.]. Due to the function of the gelling agent, it can be used in the preparation of biodegradable polymers. With a lack of gelatin, the strength of the films decreases.
Фермент трансглютаминаза обладает уникальными свойствами - связывает простые и сложные белки, образует ковалентные связи между свободными аминогруппами (свободных, либо из боковых цепей лизина) и гамма-карбоксамидными группами глутамина, способствуя внутри- и межмолекулярному перекрестному сшиванию белковых молекул. Ковалентные связи трансглютаминазы устойчивы к протеолизу.The transglutaminase enzyme has unique properties - it binds simple and complex proteins, forms covalent bonds between free amino groups (free or from the lysine side chains) and gamma-carboxamide groups of glutamine, contributing to the intra- and intermolecular crosslinking of protein molecules. Covalent bonds of transglutaminase are resistant to proteolysis.
Оптимальная концентрация смеси фермента трансглютаминазы с молочной сывороткой должна быть 1:4. При большей концентрации (например, 1:3) увеличивается прочность пленок, но они становятся ломкими даже при увеличении количества пластификатора (глицерина).The optimal concentration of a mixture of transglutaminase enzyme with whey should be 1: 4. At a higher concentration (for example, 1: 3), the strength of the films increases, but they become brittle even with an increase in the amount of plasticizer (glycerin).
Глицерин отвечает за пластичность и гибкость пленок. При его недостатке пленки не растягиваются, при сгибании легко ломаются. При избытке глицерина пленки плохо отделяются от поверхности, становятся липкими, вязкими.Glycerin is responsible for the plasticity and flexibility of the films. With its deficiency, the films do not stretch, they easily break when bent. With an excess of glycerol, films poorly separate from the surface, become sticky, viscous.
Биоразлагаемую пленку получают следующим образом. Желатин растворяют в воде в пропорциях 1:10 при температуре 60°С. Затем смешивают его с глицерином и в последнюю очередь добавляют фермент трансглутаминазу, смешанную с молочной сывороткой в пропорции 1:4 (табл. 1). Фермент сшивает компоненты пленки очень быстро, поэтому после его внесения суспензию перемешивают на магнитной мешалке не более 2 минут. Температура смеси должна быть 45-55°С, так как это оптимум действия трансглутаминазы. Получившуюся массу осторожно выливают в посуду с горизонтальным дном. Количество массы зависит от требуемой толщины. Пленку формируют в течение 20-24 часов при комнатной температуре. В результате получают однородную, слегка мутную пленку. Пленка гибкая - при сгибе не образуется трещин, при разгибании пленка принимает исходное состояние. Пленка не имеет запаха, может принимать различные формы в зависимости от формы сосуда, в который заливают раствор.Biodegradable film is prepared as follows. Gelatin is dissolved in water in proportions of 1:10 at a temperature of 60 ° C. Then it is mixed with glycerin, and the transglutaminase enzyme mixed with whey in a ratio of 1: 4 is added last (Table 1). The enzyme cross-links the components of the film very quickly, so after applying it, the suspension is stirred on a magnetic stirrer for no more than 2 minutes. The temperature of the mixture should be 45-55 ° C, as this is the optimum effect of transglutaminase. The resulting mass is carefully poured into dishes with a horizontal bottom. The amount of mass depends on the required thickness. The film is formed within 20-24 hours at room temperature. The result is a uniform, slightly cloudy film. The film is flexible - when bent, cracks do not form, when unbent, the film takes its initial state. The film is odorless, can take various forms depending on the shape of the vessel into which the solution is poured.
Прочность и растяжение биополимерных пленок в МПа (Н/мм2) определяли в соответствии с ГОСТ-ом 17035-86 и ASTM с использованием универсальной испытательной машины с электромеханическим приводом XLW (PC) Auto (ГОСТ 7855-84; ASTM). Толщину пленок определяли на автоматическом толщиномере высокого разрешения CHY-C2 (табл. 2).The strength and tensile strength of biopolymer films in MPa (N / mm 2 ) were determined in accordance with GOST 17035-86 and ASTM using a universal testing machine with electromechanical drive XLW (PC) Auto (GOST 7855-84; ASTM). The film thickness was determined on a CHY-C2 automatic high-resolution thickness gauge (Table 2).
В таблице 1 приведен состав полученной пленки; в таблице 2 приведены сравнительные характеристики при испытаниях полученных пленок.Table 1 shows the composition of the obtained film; table 2 shows the comparative characteristics when testing the obtained films.
Оценка биоразложения пленок была проведена в почвенной среде. Свежеприготовленные пленки были полностью биоразлагаемы за 6 суток (прототип свежеприготовленной пленки разлагается за 8 суток). После трехмесячного хранения пленка разлагается за 12 суток (прототип после трехмесячного хранения разлагается за 15 суток), после полугода - за 23 суток.Evaluation of the biodegradation of the films was carried out in a soil environment. Freshly prepared films were completely biodegradable in 6 days (a prototype of freshly prepared film decomposes in 8 days). After three months of storage, the film decomposes in 12 days (the prototype after three months of storage decomposes in 15 days), after six months in 23 days.
По сравнению с известными решениями предлагаемый состав биоразлагаемой пленки позволяет повысить ее прочность на 10-15%, растяжение на 20-30%. Пленка приобретает свойство биоразлагаемости и ее можно использовать для изготовления биоразлагаемых упаковочных и перевязочных материалов. Кроме того, снижается ее себестоимость в 1,5 раза за счет использования более дешевой молочной сыворотки.Compared with the known solutions, the proposed composition of the biodegradable film can increase its strength by 10-15%, stretching by 20-30%. The film becomes biodegradable and can be used to make biodegradable packaging and dressing materials. In addition, its cost is reduced by 1.5 times due to the use of cheaper whey.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2014128743/05A RU2564824C1 (en) | 2014-07-11 | 2014-07-11 | Biodegradable film |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2014128743/05A RU2564824C1 (en) | 2014-07-11 | 2014-07-11 | Biodegradable film |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2564824C1 true RU2564824C1 (en) | 2015-10-10 |
Family
ID=54289647
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2014128743/05A RU2564824C1 (en) | 2014-07-11 | 2014-07-11 | Biodegradable film |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2564824C1 (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2021074837A1 (en) * | 2019-10-15 | 2021-04-22 | Товарыство З Обмэжэною Видповидальнистю "Инстытут Гиалуаль" | Unit of disposable sheet articles, metered dispensing system and method for performing a procedure |
US11566133B2 (en) | 2016-06-17 | 2023-01-31 | Universidad De Los Andes | Gelatin polymer derived from natural sources of cold-adapted marine species and uses thereof |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU747400A3 (en) * | 1973-07-18 | 1980-07-23 | Эластин-Верк Аг (Фирма) | Moulding mass for obtaining artificial sausage case and method of manufacturing same |
US5919574A (en) * | 1995-12-29 | 1999-07-06 | The United States Of America, As Represented By The Secretary Of Agriculture | Biodegradable laminated films fabricated from pectin and chitosan |
RU2406732C2 (en) * | 2006-03-13 | 2010-12-20 | Натурин Гмбх Унд Ко | Collagen powder and collagen-based thermoplastic composition for moulding articles |
RU2458077C1 (en) * | 2010-12-14 | 2012-08-10 | Ольга Олеговна Перфильева | Pectin- and chitosan-based biodegradable film |
-
2014
- 2014-07-11 RU RU2014128743/05A patent/RU2564824C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU747400A3 (en) * | 1973-07-18 | 1980-07-23 | Эластин-Верк Аг (Фирма) | Moulding mass for obtaining artificial sausage case and method of manufacturing same |
US5919574A (en) * | 1995-12-29 | 1999-07-06 | The United States Of America, As Represented By The Secretary Of Agriculture | Biodegradable laminated films fabricated from pectin and chitosan |
RU2406732C2 (en) * | 2006-03-13 | 2010-12-20 | Натурин Гмбх Унд Ко | Collagen powder and collagen-based thermoplastic composition for moulding articles |
RU2458077C1 (en) * | 2010-12-14 | 2012-08-10 | Ольга Олеговна Перфильева | Pectin- and chitosan-based biodegradable film |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US11566133B2 (en) | 2016-06-17 | 2023-01-31 | Universidad De Los Andes | Gelatin polymer derived from natural sources of cold-adapted marine species and uses thereof |
WO2021074837A1 (en) * | 2019-10-15 | 2021-04-22 | Товарыство З Обмэжэною Видповидальнистю "Инстытут Гиалуаль" | Unit of disposable sheet articles, metered dispensing system and method for performing a procedure |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Mohammadi et al. | Physico-mechanical and structural properties of eggshell membrane gelatin-chitosan blend edible films | |
Yoon et al. | Cold water fish gelatin methacryloyl hydrogel for tissue engineering application | |
Wittaya | Protein-based edible films: Characteristics and improvement of properties | |
Gómez‐Estaca et al. | The potential of proteins for producing food packaging materials: A review | |
Cao et al. | Effects of various plasticizers on mechanical and water vapor barrier properties of gelatin films | |
Nagarajan et al. | Overview of protein‐based biopolymers for biomedical application | |
Tanabe et al. | Fabrication and characterization of chemically crosslinked keratin films | |
Asma et al. | Physicochemical characterization of gelatin-cmc composite edibles films from polyion-complex hydrogels | |
Zhang et al. | Biodegradable protein‐based films from plant resources: A review | |
US20080227873A1 (en) | Gelation of Undenatured Proteins with Polysaccharides | |
Deng et al. | Mussel-inspired post-heparinization of a stretchable hollow hydrogel tube and its potential application as an artificial blood vessel | |
RU2604223C1 (en) | Method for production of protein-polysaccharide biodegradable film | |
Song et al. | Ecomaterials based on food proteins and polysaccharides | |
RU2545293C1 (en) | Method of producing biodegradable film | |
Wang et al. | Surface modification of PVDF using non-mammalian sources of collagen for enhancement of endothelial cell functionality | |
RU2564824C1 (en) | Biodegradable film | |
KR20070104748A (en) | Film-forming composition for hard capsules comprising fish gelatin and its preparation method | |
Nandane et al. | Optimization of formulation and process parameters for soy protein-based edible film using response surface methodology | |
Durmaz et al. | Poly (vinyl alcohol) and casein films: The effects of glycerol amount on the properties of films | |
García Schejtman et al. | Gelatin films dendronized selectively on one side: enhancing antimicrobial properties and water repellence | |
JP6739767B2 (en) | Protein sheet and method for producing protein sheet | |
JP6367979B2 (en) | Surgical sealant | |
Kowalczyk et al. | A comprehensive study on gelatin-and whey protein isolate-based edible films as carriers of fireweed (Epilobium angustifolium L.) Extract | |
CN111087626A (en) | High-strength pure natural globulin hydrogel and preparation method thereof | |
JP2014166217A (en) | Collagen fiber inorganic polymer composite and method for producing the same |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20160712 |