RU2772773C2

RU2772773C2 - Покрытия для пищевых продуктов

Info

Publication number: RU2772773C2
Application number: RU2019123364A
Authority: RU
Inventors: Джуён ЧУН; Джон СИМОНСЕН; Яньюнь ЧЖАО
Original assignee: Орегон Стэйт Юниверсити
Priority date: 2017-01-31
Filing date: 2018-01-30
Publication date: 2022-05-25

Abstract

Изобретение относится к пищевой промышленности. Композиция покрытия для нанесения на пищевой продукт, содержащая: целлюлозный наноматериал, содержащий нанофибриллы целлюлозы или нанокристаллы целлюлозы, где целлюлозный наноматериал присутствует в количестве от 0,1% мас./мас. до 1% мас./мас. в пересчете на влажную основу; и одну или более капель эмульсии, диспергированных в матрице, содержащей целлюлозный наноматериал, причем одна или более капель эмульсии содержат жирную кислоту и поверхностно-активное вещество. При этом жирная кислота представляет собой жирную кислоту средней длины цепи, где алифатическая цепь содержит от 6 до 12 атомов углерода или длинноцепочечную жирную кислоту, где алифатическая цепь содержит от 13 до 21 атома углерода, и жирная кислота присутствует в количестве от 0,1% мас./мас. до 5% мас./мас. в пересчете на влажную основу, и поверхностно-активное вещество выбрано из полисорбатного поверхностно-активного вещества, сорбитанового поверхностно-активного вещества, сложного эфира сахарозы и жирной кислоты или любых их комбинаций, и поверхностно-активное вещество присутствует в количестве от 0,1% мас./мас. до 2% мас./мас. в пересчете на влажную основу, и при этом поверхностно-активное вещество образует внешнюю гидрофильную область одной или более капель эмульсии, и жирная кислота образует внутреннюю гидрофобную область одной или более капель эмульсии. Высушенное покрытие, образованное на пищевом продукте, содержащее: (i) целлюлозный наноматериал, содержащий нанофибриллы целлюлозы или нанокристаллы целлюлозы; и (ii) одну или более капель эмульсии, диспергированных в матрице, содержащей целлюлозный наноматериал, причем одна или более капель эмульсии содержат жирную кислоту и поверхностно-активное вещество, где жирная кислота представляет собой жирную кислоту средней длины цепи, где алифатическая цепь содержит от 6 до 12 атомов углерода или длинноцепочечную жирную кислоту, где алифатическая цепь содержит от 13 до 21 атома углерода, и поверхностно-активное вещество выбрано из полисорбатного поверхностно-активного вещества, сорбитанового поверхностно-активного вещества, сложного эфира сахарозы и жирной кислоты или любых их комбинаций, и при этом поверхностно-активное вещество образует внешний гидрофильный слой одной или более капель эмульсии, и жирная кислота образует внутреннюю гидрофильную область одной или более капель эмульсии. Пищевой продукт, содержащий покрытие. Пищевой продукт, содержащий высушенное покрытие. Способ нанесения покрытия на пищевой продукт, включающий нанесение покрытия на пищевой продукт с применением композиции покрытия, содержащей целлюлозный наноматериал, содержащий нанофибриллы целлюлозы или нанокристаллы целлюлозы, где целлюлозный наноматериал присутствует в количестве от 0,1% мас./мас. до 1% мас./мас. в пересчете на влажную основу; и одну или более капель эмульсии, диспергированных в матрице, содержащей целлюлозный наноматериал, причем одна или более капель эмульсии содержат жирную кислоту и поверхностно-активное вещество, при этом жирная кислота представляет собой жирную кислоту средней длины цепи, где алифатическая цепь содержит от 6 до 12 атомов углерода или длинноцепочечную жирную кислоту, где алифатическая цепь содержит от 13 до 21 атома углерода, и жирная кислота присутствует в количестве от 0,1% мас./мас. до 5% мас./мас. в пересчете на влажную основу, и поверхностно-активное вещество выбрано из полисорбатного поверхностно-активного вещества, сорбитанового поверхностно-активного вещества, сложного эфира сахарозы и жирной кислоты или любых их комбинаций, и поверхностно-активное вещество присутствует в количестве от 0,1% мас./мас. до 2% мас./мас. в пересчете на влажную основу, и при этом поверхностно-активное вещество образует внешний гидрофильный слой одной или более капель эмульсии, и жирная кислота образует внутреннюю гидрофобную область одной или более капель эмульсии. Изобретение позволяет сохранить у пищевых продуктов различные свойства, например, твердости, сниженной потери массы, и, следовательно, улучшить и сохранить общую целостность и товарные качества пищевого продукта, а также уменьшить и предотвратить выщелачивание пигментов и питательных веществ из фруктов и/или овощей. 7 н. и 28 з.п. ф-лы, 19 ил., 3 табл., 14 пр.

Description

ПЕРЕКРЕСТНАЯ ССЫЛКА НА РОДСТВЕННУЮ ЗАЯВКУ

[0001] В настоящей заявке заявлен приоритет по предварительной заявке на патент США №62/452897, 31 января 2017 года, содержание которой полностью включено в настоящий документ посредством ссылки.

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

[0002] В настоящем документе описаны варианты реализации композиций и пленок для покрытия пищевых продуктов, а также способов их получения и применения.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

[0003] Бананы Кавендиш (Musa acuminate) представляют собой богатый источник витаминов и биоактивных соединений (например, пищевых волокон и фенольных соединений), и являются одним из наиболее востребованных фруктов во всем мире. Однако, как скоропортящийся фрукт, бананы имеют относительно короткий срок годности в отношении физиологических нарушений, болезней после сбора урожая и старения. Бананы являются лишь одним примером пищевых продуктов, которые обычно нуждаются во внешней модификации для сохранения срока годности пищевого продукта. В данной области техники сохраняется потребность в улучшенных композициях и покрытиях, которые могут улучшать срок годности и/или предуборочной целостности различных пищевых продуктов, таких как скоропортящиеся продукты, растения и части растений.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0004] В настоящем документе описаны варианты реализации композиции покрытия, содержащей целлюлозный наноматериал и эмульсионную систему, которая содержит гидрофобный агент (например, жирную кислоту) и поверхностно-активное вещество. Композиции покрытия могут дополнительно содержать функциональный агент, пластификатор или любую их комбинацию. В некоторых вариантах реализации целлюлозный наноматериал может содержать нанокристаллы целлюлозы или нанофибриллы целлюлозы.

[0005] В настоящем документе описаны также варианты реализации высушенного (или по существу высушенного) покрытия, содержащего целлюлозный наноматериал и эмульсионную систему, которая содержит гидрофобный агент и поверхностно-активное вещество, и по существу не содержащего влаги. В некоторых вариантах реализации композиция покрытия или высушенное (или по существу высушенное) покрытие можно использовать для покрытия пищевых продуктов, таких как растение или часть растения.

[0006] В настоящем документе также описаны варианты реализации способа, включающего нанесение покрытия или по существу нанесение покрытия на растение или часть растения с использованием варианта реализации композиции покрытия, описанного в настоящем документе.

[0007] Указанные выше и другие объекты, признаки и преимущества настоящего раскрытия станут более понятны из следующего подробного описания, которое изложено со ссылкой на сопроводительные фигуры.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

[0008] На фиг. 1 представлена схематическая диаграмма, иллюстрирующая механизмы разработки различных вариантов реализации композиции покрытия, описанных в настоящем документе, и их влияние на отсрочку биосинтеза этилена в бананах после сбора урожая;

[0009] На фиг. 2А представлена диаграмма, иллюстрирующая влияние различных композиций покрытия на разрушение хлорофилла в бананах в течение 10-дневного периода хранения при 25±2°С и относительной влажности 50±5%, где «Ctrl» означает образцы без покрытия; «Semp» означает образцы, покрытые 1,2% промышленным раствором Semperfresh™; и «CNC» означает покрытия, полученные из композиции, содержащей нанокристаллы целлюлозы (0,2% мас./мас. в пересчете на влажную основу), хитозан (2% мас./мас. в пересчете на влажную основу) и глицерин (0,4% мас./мас. в пересчете на влажную основу), и «CNF» означает покрытия, полученные из композиции, содержащей нанофибриллы целлюлозы (0,3% мас./мас. в пересчете на влажную основу), оба продукта со следующими эмульсионными системами: только Tween 80 («CNCA» и «CNFA»); Tween 80 и олеиновая кислота («CNCB» и «CNFB»); и сахарозный сложный эфир жирной кислоты и олеиновой кислоты («CNCC» и «CNFC»).

[0010] На фиг. 2В представлена диаграмма, иллюстрирующая влияние различных композиций покрытия на потерю массы бананов в течение 10-дневного периода хранения при 25±2°С и относительной влажности 50±5%, где «Ctrl» означает образцы без покрытия; «Semp» означает образцы, покрытые 1,2% промышленным раствором Semperfresh™; и «CNC» означает покрытия, полученные из композиции, содержащей нанокристаллы целлюлозы (0,2% мас./мас. в пересчете на влажную основу), хитозан (2% мас./мас. в пересчете на влажную основу) и глицерин (0,4% мас./мас. в пересчете на влажную основу), и «CNF» означает покрытия, полученные из композиции, содержащей нанофибриллы целлюлозы (0,3% мас./мас. в пересчете на влажную основу), оба продукта со следующими эмульсионными системами: только Tween 80 («CNCA» и «CNFA»); Tween 80 и олеиновая кислота («CNCB» и «CNFB»); и сахарозный сложный эфир жирной кислоты и олеиновой кислоты («CNCC» и «CNFC»).

[0011] На фиг. 2С представлена диаграмма, иллюстрирующая влияние различных композиций покрытия на товарные качества бананов в течение 10-дневного периода хранения при 25±2°С и относительной влажности 50±5%, где «Ctrl» означает образцы без покрытия; «Semp» означает образцы, покрытые 1,2% промышленным раствором Semperfresh™; и «CNC» означает покрытия, полученные из композиции, содержащей нанокристаллы целлюлозы (0,2% мас./мас. в пересчете на влажную основу), хитозан (2% мас./мас. в пересчете на влажную основу) и глицерин (0,4% мас./мас. в пересчете на влажную основу), и «CNF» означает покрытия, полученные из композиции, содержащей нанофибриллы целлюлозы (0,3% мас./мас. в пересчете на влажную основу), оба продукта со следующими эмульсионными системами: только Tween 80 («CNCA» и «CNFA»); Tween 80 и олеиновая кислота («CNCB» и «CNFB»); и сахарозный сложный эфир жирной кислоты и олеиновой кислоты («CNCC» и «CNFC»).

[0012] На фиг. 3А представлена столбчатая диаграмма, иллюстрирующая сравнение выработки этилена между бананами без покрытия и бананами с покрытием, причем образцы с покрытием содержали покрытие, полученное из Semperfresh™ («Semperfresh Treatments»), или вариант реализации покрытия с целлюлозным нановолокном («CNFC»), полученный из композиции, содержащей 0,3% мас./мас. (в пересчете на влажную основу) CNF, 1% мас./мас. Сахарозного сложного эфира жирной кислоты и 1% мас./мас. олеиновой кислоты (в пересчете на влажную основу), причем выработку этилена измеряли после 48 часов хранения бананов в контейнере объемом 1,5 л.

[0013] На фиг. 3В представлена столбчатая диаграмма, иллюстрирующая сравнение выработки СО₂ и О₂ между бананами без покрытия и бананами с покрытием, причем образцы с покрытием содержали покрытие, полученное из Semperfresh™ («Semperfresh Treatments»), или вариант реализации покрытия с целлюлозным нановолокном («CNFC»), полученный из композиции, содержащей 0,3% мас./мас. (в пересчете на влажную основу) CNF, 1% мас./мас. сахарозного сложного эфира жирной кислоты и 1% мас./мас. олеиновой кислоты (в пересчете на влажную основу), причем значения выработки СО₂ и О₂ измеряли после 24 часов хранения бананов в контейнере объемом 1,5 л.

[0014] На фиг. 3С представлена диаграмма, иллюстрирующая концентрацию АСС, которую измеряли в течение 10-дневного периода хранения при 25±2°С и относительной влажности 50±5%, причем проводили оценку бананов без покрытия и бананов с покрытием, и при этом бананы с покрытием содержали покрытие, полученное из Semperfresh™ («Semperfresh Treatments»), или вариант реализации покрытия с целлюлозным нановолокном («CNFC»), полученный из композиции, содержащей 0,3% мас./мас. (в пересчете на влажную основу) CNF, 1% мас./мас. сахарозного сложного эфира жирной кислоты и 1% мас./мас. олеиновой кислоты (в пересчете на влажную основу).

[0015] На фиг. 3D представлена диаграмма, иллюстрирующая активность ACS, которую измеряли в течение 10-дневного периода хранения при 25±2°С и относительной влажности 50±5%, причем проводили оценку бананов без покрытия и бананов с покрытием, и при этом бананы с покрытием содержали покрытие, полученное из Semperfresh™ («Semperfresh Treatments»), или вариант реализации покрытия с целлюлозным нановолокном («CNFC»), полученный из композиции, содержащей 0,3% мас./мас. (в пересчете на влажную основу) CNF, 1% мас./мас. сахарозного сложного эфира и 1% мас./мас. олеиновой кислоты (в пересчете на влажную основу).

[0016] На фиг. 4А представлены SEM-фотографии, иллюстрирующие морфологические свойства поверхности бананов без покрытия при двух различных разрешениях, 100 мкм (верхнее изображение) и 5 мкм (нижнее изображение).

[0017] На фиг. 4В представлены SEM-фотографии, иллюстрирующие морфологические свойства поверхности бананов, покрытых 1,2% Semperfresh™, при двух различных разрешениях, 100 мкм (верхнее изображение) и 5 мкм (нижнее изображение).

[0018] На фиг. 4С представлены SEM-фотографии, иллюстрирующие морфологические свойства поверхности бананов, покрытых покрытием, полученным из композиции покрытия CNFC, содержащей 0,3% мас./мас. (в пересчете на влажную основу) CNF, 1% мас./мас. (в пересчете на влажную основу) сахарозного сложного эфира жирной кислоты и 1% мас./мас. (в пересчете на влажную основу) олеиновой кислоты, при двух различных разрешениях, 100 мкм (верхнее изображение) и 5 мкм (нижнее изображение).

[0019] На фиг. 5А представлены фотографии, иллюстрирующие сравнение между внешним видом бананов без покрытия (изображение слева), бананов с покрытием Semperfresh™ (среднее изображение) и бананов с покрытием CNFC (изображение справа) в течение 10-дневного хранения при 25±2°С и относительной влажности 50±5%, где бананы с покрытием CNFC содержали покрытие, полученное из композиции, содержащей 0,3% мас./мас. (в пересчете на влажную основу) CNF, 1% мас./мас. (в пересчете на влажную основу) сахарозного сложного эфира жирной кислоты и 1% мас./мас. (в пересчете на влажную основу) олеиновой кислоты.

[0020] На фиг. 5В представлена столбчатая диаграмма, иллюстрирующая сравнение твердости бананов без покрытия, бананов с покрытием Semperfresh™ и бананов с покрытием CNFC в течение 10-дневного хранения при 25±2°С и относительной влажности 50±5%, где бананы с покрытием CNFC содержали покрытие, полученное из композиции, содержащей 0,3% мас./мас. (в пересчете на влажную основу) CNF, 1% мас./мас. (в пересчете на влажную основу) сахарозного сложного эфира жирной кислоты и 1% мас./мас. (в пересчете на влажную основу) олеиновой кислоты.

[0021] На фиг. 5С представлена столбчатая диаграмма, иллюстрирующая сравнение содержание растворимых твердых веществ в бананах без покрытия, в бананах с покрытием Semperfresh™ и в бананах с покрытием CNFC в течение 10-дневного хранения при 25±2°С и относительной влажности 50±5%, где бананы с покрытием CNFC содержали покрытие, полученное из композиции, содержащей 0,3% мас./мас. (в пересчете на влажную основу) CNF, 1% мас./мас. (в пересчете на влажную основу) сахарозного сложного эфира жирной кислоты и 1% мас./мас. (в пересчете на влажную основу) олеиновой кислоты.

[0022] На фиг. 5D представлена столбчатая диаграмма, иллюстрирующая сравнение титруемой кислотности бананов без покрытия, бананов с покрытием Semperfresh™ и бананов с покрытием CNFC в течение 10-дневного хранения при 25±2°С и относительной влажности 50±5%, где бананы с покрытием CNFC содержали покрытие, полученное из композиции, содержащей 0,3% мас./мас. (в пересчете на влажную основу) CNF, 1% мас./мас. (в пересчете на влажную основу) сахарозного сложного эфира жирной кислоты и 1% мас./мас. (в пересчете на влажную основу) олеиновой кислоты.

[0023] На фиг. 6 представлены фотографии, иллюстрирующие сравнение внешнего вида, потери массы и твердости различных фруктов, не содержащих покрытие («Контроль»), и фруктов, содержащих покрытие («С покрытием»), полученное из композиции, содержащей 0,3% мас./мас. (в пересчете на влажную основу) CNF, 1% мас./мас. (в пересчете на влажную основу) сахарозного сложного эфира жирной кислоты и 1% мас./мас. (в пересчете на влажную основу) олеиновой кислоты.

[0024] На фиг. 7 представлены фотографии, иллюстрирующие сравнение внешнего и внутреннего вида манго после 12 дней хранения, при этом манго были без покрытия («Образцы без покрытия») или были покрыты («Образцы с покрытием») покрытием, полученным из композиции, содержащей 0,3% мас./мас. (в пересчете на влажную основу) CNF, 1% мас./мас. (в пересчете на влажную основу) сахарозного сложного эфира жирной кислоты и 1% мас./мас. (в пересчете на влажную основу) олеиновой кислоты.

[0025] На фиг. 8А представлены фотографии брикетов мясного фарша, разделенных пленкой, полученной с использованием композиции целлюлозного наноматериала, до начала хранения (самое левое изображение) и после хранения в течение 1 недели при 5-7°С (на втором изображении слева использовали пленку, содержащую только CNF, на третьем изображении слева использовали пленку, содержащую CNF, модифицированный низкомолекулярным хитозаном, и на самом правом изображении использовали пленку, содержащую CNF и высокомолекулярный CNF.

[0026] На фиг. 8В представлена диаграмма абсорбции воды в зависимости от типа пленки, где контрольную пленку (CNF) сравнивали с двумя различными пленками, модифицированными хитозаном («CNF-низкомолекулярный СН» и «CNF-высокомолекулярный СН»).

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ

[0027] Используемые термины

[0028] Следующее пояснение терминов приведено для лучшего раскрытия настоящего изобретения и в качестве руководства для специалистов в данной области техники при практическом осуществлении настоящего изобретения. В данном контексте «содержащий» означает «включающий», и формы единственного числа включают ссылку на множественное число, если из контекста очевидно не следует иное. Термин «или» относится к одному элементу из указанных альтернативных элементов или комбинацию двух или более элементов, если из контекста очевидно не следует иное.

[0029] Если не указано иное, все технические и научные термины, используемые в данном контексте, имеют то же значение, которое обычно подразумевается специалистом в той области техники, к которой относится настоящее описание. Хотя при практическом осуществлении или испытании настоящего изобретения могут быть использованы те же или эквивалентные способы и материалы, описанные в настоящем документе, ниже описаны подходящие способы и материалы. Приведенные материалы, способы и примеры являются лишь иллюстративными и не являются ограничивающими, если не указано иное. Другие признаки настоящего изобретения понятны из следующего подробного описания и формулы изобретения.

[0030] Если не указано иное, все числовые значения, выражающие количество компонентов, молекулярные массы, проценты, температуры, время и т.д., используемые в описании или формуле изобретения, следует понимать как модифицированные термином «примерно». Соответственно, если не указано иное, в неявной или явной форме, числовые параметры, приведенные ниже, являются приближениями, которые могут зависеть от требуемых свойств и/или пределов обнаружения в стандартных условиях/методах испытания. При непосредственном и явном выделении вариантов реализации из рассматриваемого уровня техники, номера вариантов реализации не являются приближениями, если не использовано слово «примерно». Кроме того, не все альтернативы, упомянутые в данном документе, являются эквивалентами.

[0031] Термин «нанокристалл целлюлозы» в данном контексте относится к целлюлозному элементу, состоящему из по меньшей мере одной элементарной фибриллы, содержащей преимущественно кристаллические и паракристаллические области, которая не имеет ветвлений или переплетений между нанокристаллами целлюлозы или не демонстрирует сетчатую структуру.

[0032] Термин «нанофибрилла целлюлозы» в данном контексте относится к целлюлозному элементу, состоящему из по меньшей мере одной элементарной фибриллы, содержащей кристаллические, паракристаллические и аморфные области, которая может демонстрировать продольные расщепления, переплетения между нанофибриллами целлюлозы или сетчатую структуру.

[0033] Термин «сшивание» в данном контексте относится к использованию вещества (молекулярного или ионного) для связывания по меньшей мере двух молекул (одинаковых или различных) посредством химической связи, такой как ковалентная, ионная и/или электростатическая связь.

[0034] Термин «элементарная фибрилла» или «фибрилла» в данном контексте относится к целлюлозной структуре, происходящей из одного концевого ферментного комплекса, имеющего конфигурацию целлюлозных цепей, специфическую для каждого вида растений, животных, водорослей и бактерий.

[0035] Термин «инкапсуляция» в данном контексте относится к образованию полного или частичного барьера вокруг частицы или объекта для особого регулирования движения веществ в инкапсулированную частицу или объект или из него.

[0036] Термин «экзогенный» относится к любому материалу, который присутствует в или на организме или живой клетке, или системе, или объекте, но который имеет происхождение вне указанного организма/клетки/системы/объекта, в отличие от чего-либо, являющегося эндогенным. В данном контексте термин «экзогенный» обеспечивает отличие синтетических пленок, описанных в настоящем документе, от природных пленок или кожицы, вырабатываемой растениями или частями растений.

[0037] Термин «выщелачивание» в данном контексте относится к экстракции некоторых органических и неорганических веществ из растения или части растения в жидкость, такую как технологическая композиция или другая подходящая водная или неводная композиция.

[0038] Термин «устраняет (устранение)» в данном контексте относится к способности описанной композиции или высушенного (или по существу высушенного) покрытия или пленки, полученной из указанной композиции, или к способу применения композиции для существенного уменьшения (например, на 10%, 20%, 30%, 40%, 50%, 60%, 70%, 80% или 90%) возникновения до- или послеуборочного повреждения. В некоторых вариантах реализации до - или послеуборочное повреждение может быть вызвано биотическим стрессом, абиотическим стрессом, хранением и/или обработкой (например, термической обработкой).

[0039] Термин «нановолокно» в данном контексте относится к нанообъекту, имеющему два внешних размера в нанодиапазоне и существенно больший третий размер.

[0040] Термин «питательные вещества» в данном контексте относится к любому компоненту, который встречается в растении или в части растения, будь то природный компонент или компонент, абсорбированный в процессе роста. Питательные вещества могут включать, но не ограничиваются этим, первичные питательные макроэлементы, такие как азот, фосфор, калий; вторичные питательные макроэлементы, такие как кальций, сера и магний; микроэлементы или следовые минералы, такие как бор, марганец, железо, цинк, медь, никель и т.п.

[0041] Термин «растение» в данном контексте относится к целому растению, включая любые корневые структуры, сосудистые ткани, вегетативные ткани и репродуктивные ткани. «Часть растения» включает любую часть растения. Например, части растения могут быть получены при сборе урожая растений. Части растений, предусмотренные настоящим описанием, включают, но не ограничиваются этим, цветы, фрукты, семена, листья, овощи, стволы, корни, ветки и их комбинации, которые меньше целого растения, из которого они получены.

[0042] Термин «предупреждать (предупреждение)» в данном контексте относится к способности описанной композиции или высушенного (или по существу высушенного) покрытия или пленки, полученной из указанной композиции, или к способу применения композиции для полного или существенного предотвращения возникновения до - или послеуборочного повреждения. В некоторых вариантах реализации до- или послеуборочное повреждение может быть вызвано биотическим стрессом, абиотическим стрессом, хранением и/или обработкой (например, термической обработкой).

[0043] Термин «УФ повреждение» в данном контексте относится к любому виду повреждения объектов, описанных в данном документе, которое обусловлено ультрафиолетовым светом. В некоторых вариантах реализации такое повреждение может включать увядание, изменение цвета, усыхание, образование пятен и т.п.

[0044] Термин «стабилизирующий агент» относится к соединению, которое может улучшать свойства материала, в частности, стойкость к воде и механические свойства высушенного (или по существу высушенного) покрытия или пленки, полученной из композиции покрытия, а также аффинность между целлюлозным наноматериалом и компонентом неорганической соли.

[0045] Количество составных компонентов, которые можно использовать в композициях покрытия, выражены в процентах (масса/масса) в пересчете на влажную основу, если не указано иное. В тех случаях, если составные компоненты представлены в форме или комбинированы в форме водного раствора, то количество компонентов может быть выражено в массово-объемных процентах (% мас./об.)), или в процентах масса/масса (% мас./мас.)), поскольку указанные единицы являются по существу идентичными.

[0046] Введение

[0047] Используют несколько послеуборочных технологий, таких как хранение при низкой температуре, нанесение съедобных покрытий и хранение в гипобарической и контролируемой атмосфере, для задержки дозревания и ухудшения качества фруктов при послеуборочном хранении. Однако хранение при низкой температуры может вызывать холодовое повреждение и физиологическое нарушение плодов бананов, а хранение в гипобарической и контролируемой атмосфере является капиталоемким и дорогостоящим. Съедобные покрытия широко используют в качестве экономичной, экологически безопасной послеуборочной технологии для фруктов и овощей. Такие покрытия могут создавать модифицированную атмосферу посредством образования полупроницаемого барьера, действующего против кислорода, диоксида углерода, влаги и движения растворенных веществ.

[0048] Несмотря на то, что для увеличения срока годности различных фруктов, таких как бананы после их сбора, используют покрытия на основе жиров и/или гидроколлоидов, существует ряд проблем, таких как недостаточно эффективный барьер для влаги и газов, а также неудовлетворительная адгезия к поверхности фруктов, и такие проблемы, существующие в данной области техники, требуют решения. В настоящем документе описаны уникальные композиции покрытий, покрытия и пленки, которые способствуют сохранению пищевыми продуктами (например, упакованными пищевыми продуктами, растениями и частями растений) различных свойств (например, твердости, сниженной потери массы и т.д.) и, следовательно, улучшают и сохраняют общую целостность и товарные качества пищевого продукта. Описанные композиции, покрытия и пленки содержат уникальную комбинацию целлюлозного наноматериала и эмульсионных систем, которые способствуют сохранению указанной целостности и товарных качеств.

[0049] Варианты реализации композиции и покрытия

[0050] В настоящем документе описаны варианты реализации композиции, которую можно использовать для получения покрытий на внешней поверхности пищевого продукта, такого как упакованный скоропортящийся пищевой продукт, растение или часть растения.

[0051] В некоторых вариантах реализации компоненты композиций покрытия, описанные в настоящем документе, являются съедобными, и в некоторых примерах они имеют организационно-правовой статус признанных полностью безопасными (GRAS), по данным Управления по контролю за продуктами питания и лекарственных средств США. В других вариантах реализации такие компоненты перечислены в списках 4А и 4В Министерства охраны окружающей среды США как безопасные для окружающей среды.

[0052] Варианты реализации композиции покрытия, описанные в настоящем документе, содержат целлюлозный наноматериал. Целлюлозный наноматериал в данном контексте представляет собой целлюлозный материал, состоящий, главным образом, из линейных цепей, содержащих от ста до более десяти тысяч β-D-глюкопиранозных звеньев, связанных глюкозидными связями в положениях С1 и С4, имеющий внешние размеры в нанодиапазоне или, в некоторых вариантах реализации, имеющий наномасштабную внутреннюю структуру или поверхностную структуру. В некоторых вариантах реализации целлюлозные наноматериалы могут содержать нанофибриллы целлюлозы (которые также называются в данном документе как «CNF») или нанокристаллы целлюлозы (которые также называются в данном документе как «CNC»). В некоторых независимых вариантах реализации такие наноматериалы могут содержать часть микрокристаллов целлюлозы или микрофибрилл целлюлозы. Количество микрокристаллов целлюлозы и/или микрофибрилл целлюлозы, присутствующих в таких вариантах реализации, может быть уменьшено или увеличено, в зависимости от способа экстракции, используемого для получения целлюлозного наноматериала, и/или в результате изменения видов, содержащих целлюлозу, из которых экстрагированы указанные компоненты. В некоторых вариантах реализации целлюлозные наноматериалы состоят из нанофибрилл целлюлозы или из нанокристаллов целлюлозы. Целлюлозный наноматериал обычно выбран так, чтобы обеспечивать прозрачное покрытие и улучшенную матрицу для внедрения других материалов /компонентов, описанных в данном документе.

[0053] Целлюлозный наномаатериал описанной композиции покрытия обычно выбран так, чтобы он имел подходящую структуру и подходящие химические свойства для применения в конкретных вариантах реализации композиции и в способах применения композиций, описанных в настоящем документе. Например, целлюлозный наноматериал обычно выбран для обеспечения приемлемо прозрачного, водостойкого покрытия. В некоторых вариантах реализации структура целлюлозного наноматериала и свойства соединения оптимизированы для обеспечения такого типа целлюлозного наноматериала, который содержит и кристаллические области, и аморфные области. В некоторых вариантах реализации целлюлозный наноматериал может иметь размеры от 3 нм до 300 нм в ширину. В некоторых вариантах реализации целлюлозный наноматериал может иметь длину от 15 нм до 100000 нм, например, от 50 нм до 100000 нм, или от 100 нм до 10000 нм, от 100 нм до 5000 нм, от 100 до 2500 нм, от 100 нм до 2000 нм или от 100 нм до 1000 нм. В некоторых вариантах реализации описанный целлюлозный наноматериал, описанный в данном документе, может иметь аспектное отношение, напоминающее элементарные фибриллы в клеточных стенках растения. В некоторых вариантах реализации целлюлозный наноматериал имеет аспектное отношение (отношение самого длинного размера к самому короткому размеру), составляющее от 5 до 1000, например, от 10 до 1000, или от 20 до 1000, или от 30 до 1000, или от 50 до 1000. Иллюстративный целлюлозный наноматериал, имеющий аспектное отношение в указанном диапазоне, представляет собой материал в форме нанофибрилл целлюлозы, описанный в настоящем документе. В других вариантах реализации целлюлозный наноматериал может иметь аспектное отношение от 5 до 1000, например, от 5 до 500, или от 5 до 250, или от 5 до 200, или от 5 до 150, или от 5 до 100. Иллюстративный целлюлозный наноматериал, имеющий аспектное отношение в указанном диапазоне, представляет собой материал в форме нанокристаллов целлюлозы, описанный в настоящем документе. В конкретных описанных вариантах реализации целлюлозный наноматериал может представлять собой целлюлозные нанофибриллы, которые могут быть получены обычными способами, известными специалистам в данной области техники, которые имеют выгоду от настоящего описания, такими как фибрилляция с использованием или без использования химической предварительной обработки при механической переработке целлюлозы, полученной из древесного волокна или из недревесного растительного волокна. Способ, используемый для получения целлюлозных нанофибрилл, может обеспечивать или не обеспечивать получение композиции целлюлозных нанофибрилл, содержащей остаточную теми целлюлозу. В некоторых вариантах реализации целлюлозные нанофибриллы могут быть приобретены из коммерческого источника, а затем использованы в описанных композициях.

[0054] Варианты реализации композиции покрытия, описанные в настоящем документе, могут дополнительно содержать эмульсионную систему, функциональную добавку, пластификатор или любые их комбинации, и они обычно представляют собой водные композиции. В некоторых вариантах реализации эмульсионная система может содержать один или более гидрофобных агентов (например, жирную кислоту), одно или более поверхностно-активных веществ или любые их комбинации. Варианты реализации эмульсионной системы, функциональные добавки и пластификаторы более подробно описаны ниже. В конкретных описанных вариантах реализации композиция покрытия содержит, состоит по существу или постоит из целлюлозного наноматериала, функциональной добавки (например, хитозана, алоэ вера, сорбата калия, этилендиаминтетрауксусной кислоты (ЭДТК), четвертичной аммониевой соли или любой их комбинации), пластификатора (например, глицерина, сорбита, полиэтиленгликоля 400 или любой их комбинации) и эмульсионной системы. В иллюстративном варианте реализации композиция покрытия содержит, состоит по существу или состоит из нанокристаллов целлюлозы, хитозана, глицерина и эмульсионной системы. В других вариантах реализации композиция покрытия содержит, состоит по существу или состоит из целлюлозного наноматериала и эмульсионной системы. В иллюстративных вариантах реализации композиция покрытия содержит, состоит по существу или состоит из нанофибрилл целлюлозы и эмульсионной системы. В вариантах реализации, «состоящих по существу из», композиция покрытия может содержать другие компоненты, отличные от указанных в таких вариантах реализации; однако такие дополнительные компоненты не оказывают неблагоприятного влияния на свойства покрытия (по результатам определения посредством сравнения пищевого продукта, содержащего покрытие, полученное из такой композиции, с пищевым продуктом без покрытия), например, посредством уменьшения смачиваемости пищевого продукта указанным покрытием, усиления изменения цвета, увеличения потери массы, ухудшения товарных качеств, увеличения выработки этилена, увеличения концентрации СО₂ при снижении концентрации О₂, или любой их комбинации. Конкретные количества компонентов композиций покрытия описаны ниже; указанные количества выражены в процентах от общей композиции и, если не указано иное, процентные величины, описанные ниже, относятся к процентам мас./мас, определенным в пересчете на влажную основу.

[0055] Варианты реализации эмульсионной системы, описанные в настоящем документе, могут содержать, состоять по существу или состоять из одного или более гидрофобных агентов, одного или более поверхностно-активных веществ или любых их комбинаций. В конкретных описанных вариантах реализации эмульсия содержит, состоит по существу или состоит из одного поверхностно-активного вещества и гидрофобного агента. В тех вариантах реализации, в которых эмульсионная система «состоит по существу из» одного или более гидрофобных компонентов, одного или более поверхностно-активных веществ или любых их комбинаций, эмульсионная система не содержит или не имеет в своем составе любых компонентов, которые оказывают неблагоприятное влияние на эмульсионную систему (например, нарушают способность эмульсионной системы образовывать капли эмульсии и/или другие типы агломератов). Например, эмульсионные системы, которые «состоят по существу из» одного или более гидрофобных компонентов, одного или более поверхностно-активных веществ или любых их комбинаций, не содержат компонентов, которые приводят к расслоению, осаждению, флоккуляции, коалесценции или разделению эмульсионной системы. В тех вариантах реализации, в которых эмульсионная система содержит жирную кислоту и поверхностно-активное вещество, указанное поверхностно-активное вещество обычно выбрано на основании его способности образовывать гидрофобные капли (или другой тип агломерированной структуры) и ускорять введение эмульсионной системы в гидрофильную матрицу из целлюлозного наноматериала и/или снижать поверхностное натяжение композиции покрытия для улучшения стабильности, однородности и растекаемости эмульсионных покрытий.

[0056] В некоторых вариантах реализации один или более гидрофобных компонентов эмульсионной системы могут представлять собой масло или жирную кислоту. Масло может представлять собой эфирное масло, такое как, но не ограничиваясь этим, тимьяновое масло, гвоздичное масло, масло орегано, лемонтрассовое масло, майорановое масло, коричное масло, кориандровое масло или любые их комбинации; растительное масло; оливковое масло; масло авокадо; кокосовое масло; и любые их комбинации. В конкретных описанных вариантах реализации жирная кислота представляет собой жирную кислоту средней длины цепи, где алифатическая цепь содержит от 6 до 12 атомов углерода (насыщенную или ненасыщенную), такую как каприновая кислота и лауриновая кислота; длинноцепочечную жирную кислоту, где алифатическая цепь содержит от 13 до 21 атома углерода (насыщенную или ненасыщенную), такую как олеиновая кислота, линолевая кислота, а-линоленовая кислота, пальмитиновая кислота, стеариновая кислота, арахидиновая кислота; или любую их комбинацию. В некоторых вариантах реализации одно или более поверхностно-активных веществ эмульсионной системы могут быть выбраны из полисорбатного поверхностно-активного вещества (например, полиоксиэтилен(20)-сорбитанмонолаурат, также называемый «Tween 20»; или полиоксиэтилен(80)-сорбитанмонолаурат, также называемый «Tween 80»), сорбитанового поверхностно-активного вещества (например, сорбитанмонолаурат, также называемый «Span 20»; или сорбитанмоноолеат, также называемый «Span 80»), сахарозного сложного эфира жирной кислоты (например, сахарозный сложный эфир жирной кислоты, содержащий от одного до восьми атомов углерода в углеводородной цепи жирной кислоты, такой как сахарозный сложный эфир пропионовой кислоты, масляной кислоты, валериановой кислоты, каприловой кислоты или их ненасыщенных вариантов), или любых их комбинаций. В конкретных описанных вариантах реализации поверхностно-активное вещество представляет собой Tween 80, SEFA или их комбинацию. В иллюстративных вариантах реализации эмульсионная система содержит, состоит по существу или состоит из Tween 80. В дополнительных вариантах реализации эмульсионная система содержит, состоит по существу или состоит из Tween 80 и олеиновой кислоты. В дополнительных вариантах реализации эмульсионная система содержит, состоит по существу или состоит из SEFA и олеиновой кислоты.

[0057] В некоторых дополнительных вариантах реализации композиция покрытия может дополнительно содержать один или более дополнительных компонентов, таких как стабилизатор (например, карбокси- или сульфатсодержащие полисахариды, выбранные из, но не ограничиваясь этим, альгиновой кислоты, альгината натрия, целлюлозы, производных целлюлозы, пектиновых полисахаридов, карбоксиметилдекстрана, ксантановой камеди, карбоксиметил крахмала, гиалуроновой кислоты, декстрансульфата, пентозанполисульфата, каррагенанов, фукоиданов или любых их комбинаций), неорганическая соль (например, натрийсодержащая соль, калийсодержащая соль, кальцийсодержащая соль, магнийсодержащая соль, оловосодержащая соль или любые их комбинации), кислотное соединение (например, аскорбиновая кислота или другая органическая кислота), или любые их комбинации. В вариантах реализации, содержащих любые такие дополнительные компоненты, стабилизатор может присутствовать в количестве от 0,05% мас./мас. (в пересчете на влажную основу) до 2% мас./мас. (в пересчете на влажную основу), например, от 0,05% мас./мас. (в пересчете на влажную основу) до 0,1% мас./мас. (в пересчете на влажную основу), или от 0,05% мас./мас. (в пересчете на влажную основу) до 0,75% мас./мас. (в пересчете на влажную основу), или от 0,05% мас./мас. (в пересчете на влажную основу) до 0,5% мас./мас. (в пересчете на влажную основу), или от 0,05% мас./мас. (в пересчете на влажную основу) до 0,25% мас./мас. (в пересчете на влажную основу). Неорганическая соль может присутствовать в количестве от 0,05% мас./мас. (в пересчете на влажную основу) до 2% мас./мас. (в пересчете на влажную основу), например, от 0,05% мас./мас. (в пересчете на влажную основу) до 0,1% мас./мас. (в пересчете на влажную основу), или от 0,05% мас./мас. (в пересчете на влажную основу) до 0,75% мас./мас. (в пересчете на влажную основу), или от 0,05% мас./мас. (в пересчете на влажную основу) до 0,5% мас./мас. (в пересчете на влажную основу), или от 0,05% мас./мас. (в пересчете на влажную основу) до 0,25% мас./мас. (в пересчете на влажную основу). Кислотное соединение может присутствовать в количестве от 0,5% мас./мас. (в пересчете на влажную основу) до 3% мас./мас. (в пересчете на влажную основу), например, от 0,5% мас./мас. (в пересчете на влажную основу) до 2% мас./мас. (в пересчете на влажную основу), или от 0,5% мас./мас. (в пересчете на влажную основу) до 1,5% мас./мас. (в пересчете на влажную основу), или от 0,5% мас./мас. (в пересчете на влажную основу) до 1,0% мас./мас. (в пересчете на влажную основу), или от 0,05% мас./мас. (в пересчете на влажную основу) до 0,75% мас./мас. (в пересчете на влажную основу). Такие компоненты не оказывают неблагоприятное влияние на эмульсионную систему или свойства композиции покрытия.

[0058] Также предусмотрены композиции покрытия, дополнительно содержащие один или более сельскохозяйственных агентов, выбранных из питательных веществ (например, удобрений), стимуляторов роста, регуляторов роста растений, гербицидов, фунгицидов, пестицидов или их комбинаций. Такие композиции могут быть получены любыми способами, описанными в настоящем документе, и их можно использовать для зерновых культур, деревьев, кустарников, лозы, овощных растений, орнаментных и декоративных растений, таких как растения, выращиваемые из-за цветов (например, розы, гвоздика, лилии и т.д.) или из-за декоративной зелени (например, плющ, папоротник и т.д.) и т.п. Количество сельскохозяйственного агента, используемого в такой композиции покрытия, может быть выбрано в пределах, установленных руководством ЕРА. Специалистам в данной области техники понятно, что такие количества можно определить с помощью руководства ЕРА, касающегося выбранного сельскохозяйственного агента, и посредством выбора количества между нижним и верхним пределом, указанным в нем. В некоторых таких вариантах реализации сельскохозяйственный агент обычно представлен в количестве от 1 м.д. до 5000 м.д., например, от 1 м.д. до 4000 м.д., от 1 м.д. до 3000 м.д., от 1 м.д. до 2000 м.д. или от 1 м.д. до 1000 м.д. Также можно использовать количество, меньшее или равное уровню применения, рекомендованному производителем, и оно может быть без труда установлено специалистом в данной области техники.

[0059] В некоторых вариантах реализации количество целлюлозного наноматериала и эмульсионной системы, используемой в композиции покрытия, выбрано для обеспечения соотношения целлюлозный наноматериал:эмульсионная система от 1:1 до 1:20, например, от 1:2 до 1:8 или от 1:1 до 1:5. В конкретных описанных вариантах реализации целлюлозный наноматериал представляет собой нанофибриллы целлюлозы, и указанный материал входит в композицию покрытия с эмульсионной системой в соотношении от 1:2 до 1:20 или от 1:2 до 1:8. В других конкретных описанных вариантах реализации целлюлозный наноматериал представляет собой нанокристаллы целлюлозы, и указанный материал входит в композицию покрытия с эмульсионной системой в соотношении от 1:1 до 1:20 или от 1:1 до 1:5.

[0060] В некоторых вариантах реализации количество целлюлозного наноматериала, используемого в композиции покрытия, составляет от 0,1% мас./мас. (в пересчете на влажную основу) до 1% мас./мас. (в пересчете на влажную основу), например, от 0,1% мас./мас. (в пересчете на влажную основу) до 0,75% мас./мас. (в пересчете на влажную основу), или от 0,1% мас./мас. (в пересчете на влажную основу) до 0,5% мас./мас. (в пересчете на влажную основу), или от 0,1% мас./мас. (в пересчете на влажную основу) до 0,4% мас./мас. (в пересчете на влажную основу), или от 0,1% мас./мас. (в пересчете на влажную основу) до 0,3% мас./мас. (в пересчете на влажную основу), или от 0,1% мас./мас. (в пересчете на влажную основу) до 0,2% мас./мас. (в пересчете на влажную основу). В конкретных иллюстративных вариантах реализации количество целлюлозного наноматериала, используемого в композициях покрытия, составляет 0,1% мас./мас. (в пересчете на влажную основу), 0,2% мас./мас. (в пересчете на влажную основу), 0,3% мас./мас. (в пересчете на влажную основу) или 0,4% мас./мас. (в пересчете на влажную основу). В некоторых вариантах реализации количество эмульсионной системы, используемой в композиции покрытия, составляет от 0,03% мас./мас. (в пересчете на влажную основу) до 4% мас./мас. (в пересчете на влажную основу), например, от 0,03% мас./мас. (в пересчете на влажную основу) до 3,5% мас./мас. (в пересчете на влажную основу), или от 0,03% мас./мас. (в пересчете на влажную основу) до 3% мас./мас. (в пересчете на влажную основу), или от 0,03% мас./мас. (в пересчете на влажную основу) до 2,5% мас./мас. (в пересчете на влажную основу), или от 0,03% мас./мас. (в пересчете на влажную основу) до 2% мас./мас. (в пересчете на влажную основу), или от 0,03% мас./мас. (в пересчете на влажную основу) до 1,5% мас./мас. (в пересчете на влажную основу), или от 0,03% мас./мас. (в пересчете на влажную основу) до 1% мас./мас. (в пересчете на влажную основу), или от 0,03% мас./мас. (в пересчете на влажную основу) до 0,5% мас./мас. (в пересчете на влажную основу). В таких вариантах реализации эмульсионная система может содержать одно поверхностно-активное вещество в указанном количестве, или она может содержать смесь поверхностно-активного вещества и гидрофобного агента в указанном количестве, причем поверхностно-активное вещество присутствует в указанной смеси в количестве, составляющем от 0,03% мас./мас. (в пересчете на влажную основу) до 5% мас./мас. (в пересчете на влажную основу) (например, от 0,03% мас./мас. (в пересчете на влажную основу) до 2%, или от 0,03% мас./мас. (в пересчете на влажную основу) до 1% мас./мас. (в пересчете на влажную основу), или от 0,2% мас./мас. (в пересчете на влажную основу) до 1% мас./мас. (в пересчете на влажную основу)), и гидрофобный агент присутствует в указанной смеси в количестве, составляющем от 0,1% мас./мас. (в пересчете на влажную основу) до 5% мас./мас. (в пересчете на влажную основу) (Например, от 0,1% мас./мас. (в пересчете на влажную основу) до 4% мас./мас. (в пересчете на влажную основу), или от 0,1% мас./мас. (в пересчете на влажную основу) до 3% мас./мас. (в пересчете на влажную основу), или от 0,1% мас./мас. (в пересчете на влажную основу) до 2% мас./мас. (в пересчете на влажную основу), или от 0,1% мас./мас. (в пересчете на влажную основу) до 1,5% мас./мас. (в пересчете на влажную основу), или от 0,1% мас./мас. (в пересчете на влажную основу) до 1% мас./мас. (в пересчете на влажную основу)). В иллюстративных вариантах реализации эмульсионная система содержит 0,03% мас./мас. (в пересчете на влажную основу) или 0,2% мас./мас. (в пересчете на влажную основу), или 1% мас./мас. (в пересчете на влажную основу) поверхностно-активного вещества и/или 1% мас./мас. (в пересчете на влажную основу) гидрофобного агента. В вариантах реализации, дополнительно содержащих функциональную добавку и/или пластификатор, функциональная добавка может быть использована в количестве от 0,1% мас./мас. (в пересчете на влажную основу) до 3% мас./мас. (в пересчете на влажную основу), например, от 0,1% мас./мас. (в пересчете на влажную основу) до 2,5% мас./мас. (в пересчете на влажную основу), или от 0,1% мас./мас. (в пересчете на влажную основу) до 2% мас./мас. (в пересчете на влажную основу), или от 0,1% мас./мас. (в пересчете на влажную основу) до 1,5% мас./мас. (в пересчете на влажную основу), и пластификатор может присутствовать в количестве от 0,02% мас./мас. (в пересчете на влажную основу) до 1% мас./мас. (в пересчете на влажную основу), например, от 0.)2% мас./мас. (в пересчете на влажную основу) до 0,5% мас./мас. (в пересчете на влажную основу), или от 0,02% мас./мас. (в пересчете на влажную основу) до 0,4% мас./мас. (в пересчете на влажную основу), или от 0,02% мас./мас. (в пересчете на влажную основу) до 0,3% мас./мас. (в пересчете на влажную основу). Дополнительные иллюстративные композиции покрытий и количество компонентов, использованных в таких композициях, описаны также в разделе «Примеры» и на графических материалах настоящего описания.

[0061] В одном иллюстративном варианте реализации композиции покрытия, содержащие нанофибриллы целлюлозы, и эмульсионная система, содержащая олеиновую кислоту и сахарозный сложный эфир жирной кислоты, были особенно эффективны для улучшения послеуборочного хранения плодов бананов при хранении в условиях окружающей среды благодаря регулированию физиологической активности и улучшения адгезии покрытий на поверхности плодов. В некоторых вариантах реализации эмульсионная система обеспечивала улучшение гидрофобности, стабильности и смачиваемости поверхности плодов указанными покрытиями. Такие композиции покрытия также обеспечивали задержку реакции биосинтеза этилена и уменьшали выработку этилена и СО₂ в плодах, а также изменяли морфологию поверхности плодов, обеспечивая более равномерное распределение покрытия. Кроме того, такие варианты реализации покрытия эффективны для уменьшения разрушения хлорофилла в банановой кожуре и потери массы и твердости плодов, что повышает товарные качества и способность к хранению в условиях окружающей среды.

[0062] В настоящем документе описаны также покрытия, полученные из вариантов реализации композиции покрытия, описанных в настоящем документе. Термин «покрытие» в данном контексте относится к слою композиции, образованному на внешней поверхности пищевого продукта, такого как растение или часть растения. Указанный слой не обязательно должен иметь одинаковую толщину или быть совершенно однородным по составу. Указанные композиции покрытия можно высушивать с получением высушенным (или по существу высушенных) покрытий, которые описаны ниже. В настоящем документе описаны также варианты реализации пленки, которая может быть получена с использованием описанных вариантов реализации композиции. Такие варианты реализации пленки можно использовать в качестве компонентов гибкой упаковки (например, биоразлагаемого картона, пленок и упаковочных материалов) для различных скоропортящихся пищевых продуктов, таких как мясные продукты, морепродукты и т.п.Варианты реализации пленки являются съедобными и, следовательно, потребитель может не беспокоиться о безопасности пищевого продукта. В некоторых вариантах реализации пленка может быть волокнистой или кристаллической и может образовывать износостойкое, инертное, водостойкое покрытие на объекте с покрытием. В некоторых вариантах реализации пленка содержит целлюлозный наноматериал и фукнциональный агент, такой как хитозан.

[0063] Покрытие, высушенное (или по существу высушенное) покрытие или пленка не обязательно должна полностью покрывать объект, на который ее наносят. В некоторых вариантах реализации покрытие или пленка может по существу покрывать объект. В таких вариантах реализации пленка или покрытие может покрывать 10%, 20%, 30%, 40%, 50%, 60%, 70%, 80% или 90% площади поверхности объекта. В других вариантах реализации пленка или покрытие может полностью покрывать объект, то есть может покрывать 100% объекта. В некоторых вариантах реализации пленка или покрытие может иметь толщину, которая варьируется на 10%, 20%, 30%, 40%, 50%, 60%, 70%, 80% или 90% по поверхности объекта.

[0064] Покрытия и/или пленки, полученные из вариантов реализации описанной композиции покрытия, являются исключительно водостойкими и прочными. Покрытия и пленки могут обеспечивать водостойкость и барьерные свойства, сохраняя уникальную функциональность нецеллюлозных компонентов композиции. Покрытия и пленки, описанные в настоящем документе, обеспечивают защиту от потери воды, вызванной испарением, и/или от потерь вследствие вытекания сока при замораживании-оттаивании, и обеспечивают улучшенную водостойкость и барьерные свойства при сохранении уникальной функциональности нецеллюлозных компонентов композиции. В дополнительных вариантах реализации покрытия и пленки демонстрируют улучшенную адгезию между целлюлозным наноматериалом и гидрофобными поверхностями (например, гидрофобными поверхностями плодов).

[0065] При нанесении на целевую поверхность растений, частей растений или других пищевых продуктов, описанные композиции после высушивания образуют прочный внешний барьер. Композиции могут быть высушены с получением высушенных (или по существу высушенных) покрытий посредством обеспечения возможности испарения воды из указанной композиции покрытия. В некоторых вариантах реализации покрытия сушат с использованием тепла для облегчения более быстрой сушки композиции покрытия, предотвращая или исключая длительное воздействие кислорода и света. Для сушки композиций после их нанесения на объект можно использовать температуру от 30°С до 35°С. В некоторых вариантах реализации для сушки (по меньшей мере частичной) композиции покрытия после ее нанесения на объект можно использовать технологию сушки горячим воздухом. Для такой технологии сушки горячим воздухом можно использовать температуру от 60°С до 90°С в течение периода времени от 2 минут до 10 минут. Покрытия, полученные с применением вариантов реализации описанных композиций покрытия, могут устранять потерю цвета и физической целостности, связанную с выщелачиванием антоцианинов и других биологических пигментов (например, беталаинов), питательных веществ и водорастворимых соединений. В растениях и пищевых продуктах предотвращение потери воды до и после сбора урожая является важным для обеспечения товарных качеств продуктов. Описанные композиции и покрытия, полученные из таких композиций, можно использовать для предотвращения потери воды в чувствительных растениях и других пищевых продуктах.

[0066] В конкретных описанных вариантах реализации растение или часть растения, которая содержит покрытие, полученное из композиций, описанных в настоящем документе, демонстрирует свойства, которые не могут быть продемонстрированы эквивалентным растением или частью растения (т.е. идентичным не модифицированным растением или частью растения), которая не содержит такое покрытие. Например, в некоторых вариантах реализации растение или часть растения, которая содержит покрытие, полученное из описанной композиции, демонстрирует сниженную потерю массы (например, уменьшение на 10%, 20%, 30%, 40%, 50%, 60%, 70%, 80% или 90%) после оттаивания, по сравнению с эквивалентным растением или частью растения, не покрытой таким покрытием. В некоторых вариантах реализации растение или часть растения, содержащая покрытие, полученное из композиции, описанной в настоящем документе, демонстрирует уменьшение морфологических дефектов (например, уменьшение на 10%, 20%, 30%, 40%, 50%, 60%, 70%, 80%, 90 или 100%), по сравнению с эквивалентным растением или частью растения, не покрытой таким покрытием. В других вариантах реализации растение или часть растения, содержащая покрытие, полученное из описанной композиции, демонстрирует меньшую потерю твердости (например, потерю твердости, которая меньше на 10%, 20%, 30%, 40%, 50%, 60%, 70%, 80% или 90%), по сравнению с эквивалентным растением или частью растения, не покрытой таким покрытием.

[0067] Варианты реализации способа

[0068] В настоящем документе описаны варианты реализации способа получения и применения вариантов реализации композиции покрытия, описанной в настоящем документе.

[0069] Варианты реализации способа получения описанной композиции могут включать диспергирование в воде (которая может быть деионизированной, очищенной и т.п.) подходящего количества каждого компонента композиции, описанного в настоящем документе. В некоторых вариантах реализации компоненты композиции можно добавлять в воду одновременно. В других вариантах реализации каждый компонент можно добавлять в один и тот же водный раствор последовательно. В других вариантах реализации можно получать отдельные водные растворы каждого компонента и затем смешивать их друг с другом. Диспергирование некоторых компонентов в воде перед их смешиванием может не быть необходимым, и поэтому их можно добавлять в неразбавленном виде в один или более растворов, содержащих другие компоненты. В данном контексте «смешивание» можно осуществлять любыми способами, известными в данной области техники. Например, для «смешивания» компонентов, описанных в настоящем документе, можно использовать механическое перемешивание, встряхивание или совместное разбрызгивание компонентов. В конкретных описанных вариантах реализации сначала получают эмульсионную систему отдельно от целлюлозного наноматериала, а затем ее объединяют с целлюлозным наноматериалом (который может быть составлен в композицию с дополнительными компонентами, описанными выше, такими как функциональная добавка и/или пластификатор). В конкретных описанных вариантах реализации эмульсионную систему получают суспендированием поверхностно-активного вещества в воде при температуре окружающей среды или при повышенной температуре (например, 70°С). В вариантах реализации эмульсионной системы, дополнительно содержащих гидрофобный агент (например, жирную кислоту), гидрофобный агент можно добавлять в раствор поверхностно-активного вещества с последующей гомогенизацией. В тех вариантах реализации, в которых композиция покрытия содержит функциональную добавку и/или пластификатор, функциональную добавку можно предварительно обрабатывать (например, растворять в кислотном растворе), а затем объединять с пластификатором и/или целлюлозным наноматериалом.

[0070] После диспергирования каждого компонента в воде (вместе или по отдельности), раствор затем гомогенизируют с помощью гомогенизатора с низким или высоким усилием сдвига. Степень используемого сдвига можно изменять в соответствии с типом используемой композиции покрытия. Раствор обычно гомогенизируют в течение периода времени, подходящего для полного растворения, диспергирования и/или эмульгирования компонентов в воде при температуре окружающей среды. Затем готовую композицию можно составлять для введения посредством пропитки, нанесения в форме спрея, окунания, глазирования или любой другой подходящей технологии нанесения композиции на объект, как описано в настоящем документе. Иллюстративные способы получения дополнительных композиций покрытия описаны в разделе «Примеры» настоящего описания.

[0071] В некоторых вариантах реализации композиция не предназначена для незамедлительного использования, например, если композицию упаковывают для дальнейшей продажи. Такие композиции являются стабильными при хранении, например, разделению подвержено менее 20%, 30%, 40% или 50% композиции через 5, 10, 20, 30 или 60 дней хранения. Предусмотрены даже более продолжительные периоды хранения. Специалистам в данной области техники понятно, что способы получения стойких при хранении композиций могут включать выбор подходящих стабилизаторов для добавления в композицию.

[0072] Композиции, описанные в настоящем документе, можно использовать для предотвращения до- и послеуборочного повреждения растений или их частей, увеличивая срок годности и улучшая товарные качества свежих продуктов. Композиции также можно использовать в пищевых продуктах для улучшения свойств при хранении и внешнего вида пищевых продуктов, в частности, скоропортящихся товаров. Покрытия и/или пленки, полученные из композиций покрытий, описанных в настоящем документе, можно без труда удалять перед продажей посредством простого отслаивания потребителем, и их даже можно безопасно проглатывать.

[0073] В других вариантах реализации композиции покрытия и технологические композиции, описанные в настоящем документе, можно использовать для уменьшения и предотвращения выщелачивания пигментов и питательных веществ из фруктов и/или овощей. Описанные композиции также пригодны в качестве пищевых продуктов при получении замороженных продуктов для предотвращения потерь вследствие вытекания сока и для сохранения целостности при оттаивании. Пищевые продукты подвержены существенной потере воды в процессе замораживания и оттаивания вследствие синерезиса (т.е. потери воды после оттаивания) и испарения; пленки, полученные из композиций, описанных в настоящем документе, могут устранять такую потерю воды. Например, описанные композиции можно использовать для уменьшения потери/увеличения содержания воды в хлебобулочных изделиях (например, в печенье, кондитерских изделиях и хлебе) и/или в мясе при хранении (на холоду или при комнатной температуре). Некоторые варианты реализации можно использовать для снижения потери/увеличения содержания воды и/или слипания конфет и других сладостей при хранении (на холоду или при комнатной температуре). В других вариантах реализации описанные композиции можно использовать для уменьшения газообмена (например, О₂ и СО₂) или воздействия вредных газов (например, газообразного этилена) на различные пищевые продукты или другие органические материалы из окружающего воздуха при хранении и на прилавках.

[0074] Композиции, описанные в настоящем документе, также можно использовать в сельскохозяйственном контексте для защиты частей растений (например, семян сельскохозяйственных зерновых культур), растений и/или рассады от биотического и/или абиотического стресса до и после сбора урожая. В некоторых вариантах реализации композиции, описанные в настоящем документе, можно использовать отдельно или можно объединять с одним или более сельскохозяйственными агентами для уменьшения биотического стресса, такого как заражение насекомыми, нематодами и/или микробами, а также для противодействия абиотическому стрессу, такому как стресс под действием окружающей среды. Специалистам в данной области техники понятно, что существует несколько способов, которые можно использовать для определения уменьшения заражения, обусловленного применением композиций, описанных в настоящем документе. Например, для определения содержания микробов можно получать культуры и определять количество колониеобразующих единиц (КОЕ), и сравнивать его с частями растений (например, с семенами сельскохозяйственных злаков), растениями и/или саженцами, не обработанными указанной композицией. Аналогично, можно подсчитывать количество насекомых или личинок насекомых и сравнивать части растений (например, семена сельскохозяйственных злаков), растения и/или саженцы, обработанные композициями, описанными в настоящем документе, с аналогичными частями растений (например, семенами сельскохозяйственных злаков), растениями и/или саженцами в том же географическом регионе, которые не были подвержены обработке. Обычно обработанные растения демонстрируют на 10%, 20%, 30%, 40%, 50%, 60%, 70%, 80% или 90% меньшее заражение микробами, нематодами и/или насекомыми, по сравнению с контрольными частями растений (например, семенами сельскохозяйственных злаков), растениями и/или саженцами.

[0075] В некоторых примерах композиции покрытия используют для предотвращения или устранения потери массы, гниения и/или потери твердости. Лишь в качестве примера, варианты реализации описанной композиции можно использовать для предотвращения гниения и/или морфологических изменений в частях растения (например, плодах), таких как тропические фрукты. Иллюстративные части растения, которые можно покрывать композициями покрытия, описанными в настоящем документе, включают, но не ограничиваются этим, авокадо, канталуп, манго, белую мускатную дыню и т.п.

[0076] Композиции также обеспечивают безопасные, визуально прозрачные покрытия, которые не придают существенный запах или вкус пищевым продуктам, и которые также препятствуют изменению цвета или другому повреждению плодов, вызванному воздействием УФ. Пленки также могут препятствовать потере влаги, вызванной действием тепла и/или солнечного света.

[0077] Изменение физических свойств биоразлагагемых продуктов, таких как картон, пленки и упаковочные материалы, например, для обеспечения повышенной стойкости к разложению, улучшенных барьерных свойств и/или улучшенной прочности, является другим применением пленок, полученных из композиций, описанных в настоящем документе. Предусмотрено также, что пленки, высушенные (или по существу высушенные) покрытия и композиции покрытия, предложенные в настоящем документе, можно использовать в качестве защитной обработки поверхности или в качестве покрытия для износостойких материалов, например, для уменьшения или предотвращения повреждения при транспортировке и перегрузке. Большинство гибких упаковочных материалов в пищевой промышленности представляют собой полимеры, полученные из нефти. Их экологическая нерациональность и проблемы токсичных отходов обусловливают низкую привлекательность для потребителей. Альтернативные природные материалы (например, целлюлоза и хитозан) являются не стойкими в воде. Пленки, описанные в настоящем документе, можно использовать для получения покрытий, направленных на решение указанных ограничений.

[0078] В конкретных описанных вариантах реализации композиции покрытия можно наносить на объект с помощью любого подходящего способа для частичного или полного покрытия объекта и формирования покрытия после высушивания. Например, объект можно погружать в композицию покрытия. В других вариантах реализации композицию покрытия можно набрызгивать или наносить на объект с помощью кисти. В других вариантах реализации объект можно покрывать (частично или полностью) посредством распылительного нанесения композиции покрытия на объект. Объект также можно глазировать (частично или полностью) с помощью механического аппликатора или кисти для нанесения композиции покрытия на объект. В вариантах реализации, касающихся композиций, которые используют для нанесения покрытия на растения и/или части растений, такие как фрукты и/или овощи, указанную композицию можно наносить на объект до сбора урожая или после сбора урожая. Специалистам в данной области техники известны подходящие разбрызгиватели и глазировочные машины. В некоторых вариантах реализации способ нанесения покрытия может быть выбран на основании вязкости композиции покрытия. Например, если композиция покрытия является вязкой, и объект, на который наносят покрытие, представляет собой продукт после сбора урожая (например, фрукт или овощ), то обычно используют способы окунания или набрызгивания. Доуборочное нанесение обычно включает нанесение покрытия на растение или его часть методом распыления.

[0079] С вариантами реализации композиции, описанной в настоящем документе, можно приводить в контакт бесконечное число объектов, получая улучшенные продукты. В некоторых вариантах реализации объект представляет собой пищевой продукт, такой как растение или часть растения. Иллюстративные объекты включают фрукты, в частности, фрукты с гидрофобными поверхностями, и овощи, в частности, овощи с гидрофобными поверхностями.

[0080] В целом, объекты, содержащие покрытие, полученное из предложенной композиции, содержат компоненты, описанные в настоящем документе, но при высушивании относительная концентрация компонентов изменяется, например, вследствие испарения воды из композиции. Таким образом, высушенное (или по существу высушенное) покрытие, полученное из композиций покрытия, обычно содержит меньше воды и более высоки концентрации/доли (не испарившихся) составных компонентов. По существу высушенное покрытие может все еще содержать небольшое количество влаги, например, от более 0% до 10% влаги, или от более 0% до 7% влаги, или от более 0% до 5% влаги, или от более 0% до 4% влаги, или от более 0% до 3% влаги. В таблице 1 представлены иллюстративные диапазоны количества компонентов, присутствующих в по существу высушенном покрытии, и они выражены в % мас./мас. в пересчете на сухую основу. В иллюстративном примере по существу высушенное покрытие может содержать нанофибриллы целлюлозы или нанокристаллы целлюлозы, которые могут присутствовать в количестве от 4,5% мас./мас. в пересчете на сухую основу до 9,8% мас./мас. в пересчете на сухую основу, например, от 5,0% мас./мас. в пересчете на сухую основу до 8,0% мас./мас. в пересчете на сухую основу. В некоторых вариантах реализации пересчет на сухую основу каждого компонента по существу высушенного покрытия можно проводить по формуле: (процент твердых веществ в высушенном покрытии) X (процент конкретного компонента) / (сумма процентов всех компонентов во влажной композиции). В некоторых вариантах реализации пересчет на сухую основу каждого компонента высушенного покрытия можно проводить по формуле: W_cyx=доля компонента / общая сумма всех компонентов. Исключительно в качестве примера, в иллюстративном варианте реализации, в котором концентрация нанофибрилл целлюлозы составляет от 4,5% мас./мас. в пересчете на сухую основу до 9,3% мас./мас. в пересчете на сухую основу, указанный диапазон получен с помощью следующего расчета (который учитывает 5% влаги, оставшейся в по существу высушенном покрытии): 95 X 1,0 / 21, и 95 X 0,1 / 1,02, соответственно. В некоторых вариантах реализации объекты могут содержать высушенное или по существу высушенное покрытие, имеющее толщину от более 0 мкм до 50 мкм, например, от 1 мкм до 40 мкм, или от 1 мкм до 30 мкм.

[0081] Обзор некоторых вариантов реализации

[0082] В настоящем документе описаны варианты реализации композиции покрытия, содержащей: целлюлозный наноматериал в количестве от 0,1% мас./мас. в пересчете на влажную основу до 1% мас./мас. в пересчете на влажную основу; и эмульсионную систему, содержащую жирную кислоту и поверхностно-активное вещество, причем жирная кислота присутствует в количестве от 0,1% мас./мас. в пересчете на влажную основу до 5% мас./мас. в пересчете на влажную основу, и поверхностно-активное вещество присутствует в количестве от 0,1% мас./мас. в пересчете на влажную основу до 2% мас./мас. в пересчете на влажную основу.

[0083] В некоторых вариантах реализации целлюлозный наноматериал содержит нанофибриллы целлюлозы. В некоторых вариантах реализации нанофибриллы целлюлозы присутствуют в количестве от 0,1% мас./мас. в пересчете на влажную основу до 0,5% мас./мас. в пересчете на влажную основу.

[0084] В некоторых вариантах реализации целлюлозный наноматериал содержит нанокристаллы целлюлозы. В некоторых вариантах реализации нанокристаллы целлюлозы присутствуют в количестве от 0,1% мас./мас. в пересчете на влажную основу до 1% мас./мас. в пересчете на влажную основу.

[0085] В любом или во всех вышеуказанных вариантах реализации жирная кислота представляет собой олеиновую кислоту, каприновую кислоту, лауриновую кислоту, линолевую кислоту, α-линоленовую кислоту, пальмитиновую кислоту, стеариновую кислоту, арахидиновую кислоту и любые их комбинации.

[0086] В любом или во всех вышеуказанных вариантах реализации поверхностно-активное вещество представляет собой сахарозный сложный эфир жирной кислоты или полисорбатное поверхностно-активное вещество.

[0087] В любом или во всех вышеуказанных вариантах реализации дополнительно содержится функциональный агент, пластификатор или их комбинация. В некоторых вариантах реализации функциональный агент представляет собой хитозан.

[0088] В любом или во всех вышеуказанных вариантах реализации пластификатор представляет собой глицерин.

[0089] В любом или во всех вышеуказанных вариантах реализации предложенная композиция покрытия содержит функциональный агент и пластификатор, причем функциональный агент присутствует в количестве от 0,1% мас./мас. в пересчете на влажную основу до 2% мас./мас. в пересчете на влажную основу, и пластификатор присутствует в количестве от 0,02% мас./мас. в пересчете на влажную основу до 1% мас./мас. в пересчете на влажную основу.

[0090] В некоторых вариантах реализации композиция покрытия содержит целлюлозный наноматериал в количестве от 0,1% мас./мас. в пересчете на влажную основу до 1% мас./мас. в пересчете на влажную основу; и эмульсионную систему, содержащую олеиновую кислоту и сахарозный сложный эфир жирной кислоты, причем олеиновая кислота присутствует в количестве от 0,1% мас./мас. в пересчете на влажную основу до 5% мас./мас. в пересчете на влажную основу, и сахарозный сложный эфир жирной кислоты присутствует в количестве от 0,1% мас./мас. в пересчете на влажную основу до 2% мас./мас. в пересчете на влажную основу.

[0091] В некоторых вариантах реализации целлюлозный наноматериал содержит нанофибриллы целлюлозы.

[0092] В некоторых вариантах реализации композиция покрытия содержит целлюлозный наноматериал в количестве от 0,1% мас./мас. в пересчете на влажную основу до 1% мас./мас. в пересчете на влажную основу; и эмульсионную систему, содержащую полисорбатное поверхностно-активное вещество, присутствующее в количестве от 0,1% мас./мас. в пересчете на влажную основу до 2% мас./мас. в пересчете на влажную основу; и функциональный агент, пластификатор или их комбинацию.

[0093] В некоторых вариантах реализации целлюлозный наноматериал содержит нанокристаллы целлюлозы.

[0094] В любом или во всех вышеуказанных вариантах реализации функциональный агент представляет собой хитозан, и пластификатор представляет собой глицерин.

[0095] В настоящем документе описаны также варианты реализации по существу высушенного покрытия, содержащего целлюлозный наноматериал и эмульсионную систему, которая содержит жирную кислоту и поверхностно-активное вещество.

[0096] В некоторых вариантах реализации целлюлозный наноматериал присутствует в количестве от 4,5% мас./мас. в пересчете на сухую основу до 9,8% мас./мас. в пересчете на сухую основу.

[0097] В любом или во всех вышеуказанных вариантах реализации жирная кислота присутствует в количестве от 9,5% мас./мас. в пересчете на сухую основу до 23% мас./мас. в пересчете на сухую основу.

[0098] В любом или во всех вышеуказанных вариантах реализации поверхностно-активное вещество присутствует в количестве от 9,5% мас./мас. в пересчете на сухую основу до 9,8% мас./мас. в пересчете на сухую основу.

[0099] В любом или во всех вышеуказанных вариантах реализации целлюлозный наноматериал содержит нанофибриллы целлюлозы.

[00100] В любом или во всех вышеуказанных вариантах реализации целлюлозный наноматериал содержит нанокристаллы целлюлозы. В некоторых вариантах реализации предложенная композиция дополнительно содержит хитозан в количестве от 9,5% мас./мас. в пересчете на сухую основу до 9,8% мас./мас. в пересчете на сухую основу.

[00101] В любом или во всех вышеуказанных вариантах реализации предложенная композиция дополнительно содержит глицерин в количестве от 2% мас./мас. в пересчете на сухую основу до 4,7% мас./мас. в пересчете на сухую основу.

[00102] В настоящем документе также описаны варианты реализации части растения, содержащей покрытие, полученное из композиции покрытия согласно любому или всем вышеуказанным вариантам реализации композиции покрытия.

[00103] В настоящем документе также описаны варианты реализации части растения, содержащей по существу высушенное покрытие согласно любому или всем вышеуказанным вариантам реализации высушенного покрытия.

[00104] В любом или во всех вышеуказанных вариантах реализации указанная часть растения представляет собой тропический фрукт.

[00105] В любом или во всех вышеуказанных вариантах реализации указанная часть растения представляет собой банан, папайю, авокадо, дыню или манго.

[00106] В настоящем документе также описаны варианты реализации способа, включающего нанесение покрытия или по существу нанесение покрытия на растение или часть растения с использованием композиции покрытия, содержащей целлюлозный наноматериал в количестве от 0,1% мас./мас. в пересчете на влажную основу до 1% мас./мас. в пересчете на влажную основу; и эмульсионную систему, содержащую жирную кислоту и поверхностно-активное вещество, причем жирная кислота присутствует в количестве от 0,1% мас./мас. в пересчете на влажную основу до 5% мас./мас. в пересчете на влажную основу, и поверхностно-активное вещество присутствует в количестве от 0,1% мас./мас. в пересчете на влажную основу до 2% мас./мас. в пересчете на влажную основу.

[00107] Примеры

[00108] Следующие материалы и способы могут быть подходящими для получения и применения различных вариантов реализации настоящего изобретения.

Материалы

[00109] CNF и CNC, полученные из крфат-целлюлозы мягких пород древесины с содержанием твердых веществ 2,95% и 11,8%, соответственно, приобретали у компании Process Development Center в Университете штата Мэн (штат Мэн, США). Хитозан (степень деацетилирования 97%, ММ 149 кДа) приобретали у компании Premix (Исландия), Tween 80 - у Amresco (штат Огайо, США), SEFA - у TCI American (штат Орегон, США), OA и глицерин - у Alfa Aesar (штат Массачусетс, США), и уксусную кислоту - у J. Т. Baker (штат Нью-Джерси, США). 1-Аминоциклопропан-1-карбоновую кислоту (АСС) и N-(2-гидроксиэтил)пиперазин-N-3-пропансульфоновую кислоту (EPPS) приобретали у компании Chem Impex Internation, Inc. (штат Иллинойс, США), HgCl2 - у MP Biomedicals (штат Калифорния, США), пиридоксальфосфат - у TCI American (штат Орегон, США), дитиотреитол (DTT) - у Sigma (штат Миссури, США), и трихлоруксусную кислоту (ТСА) и NaOCl - у JT Baker (штат Нью-Джерси, США).

[00110] Органические бананы Cavendish (Пьюра, Перу) на 2 стадии зрелости (зеленые с едва заметным желтым цветом) без видимых дефектов приобретали в местном супермаркете (штат Орегон, США) в день их поставки на склад и наносили покрытие в день приобретения.

Пример 1

[00111] В данном примере оценивали два типа неионогенных поверхностно-активных веществ, включая Tween 80 и сахарозный сложный эфир жирной кислоты (SEFA), которые имеют разные гидрофильные головки (углевод для Tween 80 и этоксилат для SEFA), в качестве поверхностно-активных веществ в иллюстративных композициях покрытия.

[00112] В данном примере целлюлозный наноматериал содержал нановолокна целлюлозы (CNF), которые имеют высокую гибкость и абсорбционную способность, и нанокристаллы целлюлозы (CNC), которые являются очень жесткими, стержневидными структурами, имеющими отрицательный поверхностный заряд, которые можно объединять с функциональной добавкой, такой как хитозан, с получением матрицы. Оценивали способность композиций покрытия, содержащих указанные компоненты, улучшать способность к хранению бананов после уборки посредством улучшения адгезии покрытий к поверхности плодов, усиления гидроизоляционных свойств покрытия, регулирования физиологической активности и/или модификации морфологии поверхности плодов.

[00113] Оценивали адгезию к фруктам, гидрофобность покрытий и внешние параметры качества фруктов (например, разрушение хлорофилла, потеря массы и товарные качества фруктов), а также влияние покрытий на характеристики поверхности (например, критическое поверхностное натяжение фруктовой кожуры и морфологию клеток) и на физиологическую активность (например, реакцию биосинтеза этилена и выработку этилена и СО₂) фруктов. Кроме того, покрытия оценивали на их способность улучшать способность к хранению фруктов посредством контролирования внутреннего качества фруктов (например, разрушения крахмала, твердости, содержания растворимых твердых веществ и титруемой кислотности) при хранении фруктов в условиях окружающей среды.

[00114] Композиции покрытия получали в пересчете на влажную основу (мас./мас), а диапазон концентрации каждого компонента определяли на основании предварительных исследований (данные не показаны). Каждую матрицу покрытия, содержащую 0,3% CNF и 0,2% CNC-армированного 2% хитозана, составляли в композицию с поверхностно-активными веществами (Tween 80 или SEFA) и/или OA, и превращали в шесть различных типов эмульсионных покрытий, представленных на фиг. 1 (на фиг. 1 показано, что типы поверхностно-активных веществ для получения эмульсии олеиновой кислоты (OA) включали Tween 80 и сахарозный сложный эфир жирной кислоты (SEFA); θ представляет собой угол контакта эталонной жидкости на поверхности банана; γL представляет собой поверхностное натяжение эталонной жидкости на кожуре банана; и γс представляет собой критическое поверхностное натяжение кожуры банана). Сначала эмульсионные системы с различными типами поверхностно-активного вещества получали следующим образом: 1% Tween 80 суспендировали в воде при комнатной температуре и диспергировали SEFA при 70°С для повышения растворимости в воде. Затем к раствору поверхностно-активного вещества добавляли 1% OA (1%, мас./мас.) и гомогенизировали в течение 1 минуты. В качестве положительного контроля получали также композицию покрытия, содержащую только Tween 80 (10%, мас./мас. в пересчете на сухую основу). Для эмульсионный композиций покрытия на основе CNF смешивали 0,3% CNF с поверхностно-активными веществами и/или с OA (CNFA: только 0,03% Tween 80, CNFB: 1% Tween 80 с 1% OA, и CNFC: 1% SEFA с 1% OA), и гомогенизировали в течение 1 минуты (Polytron РТ10-35, Luzernerstrasse, Швейцария). Для эмульсионных композиций покрытия с CNC-армированным хитозаном растворяли 2% хитозана (мас./мас.) в 1% растворе уксусной кислоты (мас./об.) и гомогенизировали с 0,2% CNC и 0,4% глицерина в течение 1 минуты. Полученные композиции покрытия смешивали с поверхностно-активными веществами и/или OA (CNCA: только 0,2% Tween 80, CNFB: 1% Tween 80 с 1% OA, и CNFC: 1% SEFA с 1% OA), гомогенизировали в течение 3 минут и затем дегазировали с помощью вакуумной системы с самотеком.

[00115] При нанесении покрытий на поверхность фруктов оценивали три различных способа нанесения покрытий (окунание, распыление и набрызгивание) и не наблюдали существенных различий в отношении способности фруктов к хранению. Использовали метод нанесения кистью для дополнительного улучшения растекаемости покрытий по поверхности фруктов. Каждую композицию покрытия вручную наносили кистью на бананы, используя малярную кисть (ширина: 25 мм) для достижения однородного покрытия. Фрукты сушили под принудительным потоком воздуха в течение 1 часа. Фрукты без покрытия и фрукты с покрытием хранили в течение 10 дней в условиях окружающей среды под флуоресцентным светом без упаковки (20±2°С и ОВ 50±5%). В качестве положительного контроля использовали фрукты, покрытые Semperfresh™ (Semp, 1,2%, мас./мас, Расе International, LLC, штат Вашингтон, США). Semperfresh™ представляет собой промышленный продукт для нанесения покрытия, содержащий сахарозный сложный эфир жирной кислоты, моно- и диглицериды и карбоксиметилцеллюлозу, и его используют для нанесения покрытий на различные фрукты и овощи, включая бананы.

Пример 2

[00116] Характеристики покрытия сильно зависят от смачиваемости композиции покрытия, которая связана с поверхностными свойствами фрукта. Ранее были предприняты ограниченные попытки для понимания корреляции между смачиваемостью покрытия и поверхностью фруктов. В данном примере оценивали угол контакта (СА) композиции покрытия и коэффициент растекания (W_s) композиций покрытия на поверхности банана, а также поверхностное натяжение (ST) композиций покрытия, которое должно соответствовать ST поверхности бананов для обеспечения достаточной адгезии покрытий на поверхности бананов.

[00117] СА определяли с помощью видеосистемы для наблюдения угла контакта (FTA 32, First Ten Angstroms, Inc., США), оснащенной передним измерителем угла контакта. 10 мкл композиции покрытия капали с высоты 10 мм на горизонтальную поверхность банана. Для всех образцов СА записывали через 30 секунд, исключая влияние времени растекания на растекаемость. ST композиций покрытия определяли с помощью FTÅ модели Т10 (First Ten Angstroms, Портсмут, штат Вирджиния), оснащенного кольцом Du Nuoy ring (CSC Scientific Co, Фэрфакс, штат Вирджиния). Все данные записывали в течение 5 минут для достижения равновесного состояния ST. Рассчитывали растекаемость композиций покрытия и выражали как коэффициент растекания (W_s=W_a-W_c), который получали из коэффициента адгезии (W_a=γ_SV+γ_LV-γ_SL, влияющего на растекание) и коэффициента когезии (W_c=2_γLV, влияющего на стягивание), где γ_SV, γ_SL и γ_LV представляют собой межфазное поверхностное натяжение на границе твердое вещество-пар, твердое вещество-жидкость и жидкость-пар композиции покрытия.

[00118] Для обеспечения достаточной и равномерной адгезии композиций покрытия на поверхности фруктов с покрытием, ST разработанных композиций покрытия должно быть ниже или примерно таким же, как критическое ST(γC) данной поверхности фруктов. Критическое ST поверхности бананов получали экстраполяцией по графику Зисмана, который строили с использованием воды, формамида и 1-метилнафталина в качестве эталонных жидкостей. В некоторых вариантах реализации критическое ST поверхности фруктов зависит от текстуры и состава фруктов.

Пример 3

[00119] В данном примере определяли угол контакта (СА) композиции покрытия и WVP полученной пленки для измерения гидрофобности. СА композиций покрытия на поверхности кремниевой пластины определяли, используя способ, упомянутый выше. Покрытия получали из разработанных композиций покрытия. Вкратце, используя 60 мл композиций покрытия, равномерно поливали полистирольную чашку Петри диаметром 150 мм (Falcon, штат Пенсильвания, США) и сушили при комнатной температуре в течение 2 дней). Затем полученные покрытия кондиционировали при 25°С и ОВ 50% в самостоятельно собранной камере до проведения измерений (Versa, штат Пенсильвания, США) (Jung et al., 2016). WVP покрытий измеряли методом чаши на основании стандарта ASTM Е96-87 (ASTM 2000; Park & Zhao, 2004). Каждый образец пленки (75 × 75 мм) герметизировали с помощью вакуумной смазки между крышкой и экспериментальной чашей из плексигласа (57 × 15 мм), наполненной 11 мл дистиллированной (DI) воды, и плотно зажимали кольцевой уплотнитель с помощью резиновых колец. Собранные экспериментальные чаши хранили в самостоятельно собранной камере при 25°С и ОВ 50% и взвешивали каждый час в течение 6 часов. Данные записывали как среднее значение и стандартное отклонение для трех повторений.

Пример 4

[00120] В данном примере определяли содержание хлорофилла в банановой кожуре, потерю массы (%) и товарные качестве (%) образцов фруктов без покрытия (контроль) и фруктов с покрытием, и использовали в качестве научного обоснования для выбора композиций покрытия для улучшения способности фруктов к хранению. Восемнадцать бананов случайным образом разделяли на три группы (6 фруктов/группа), и каждую группу использовали в качестве одного повтора, и для каждой обработки использовали три повтора. Содержание хлорофилла в банановой кожуре измеряли с помощью DA-метра (Sinteleia, Болонья, Италия) и записывали процентное разрушение хлорофилла как изменение содержания хлорофилла в разное время отбора проб (1-10 дней) относительно исходного содержания хлорофилла. Рассчитывали потерю массы фруктов (%) как изменение массы в разное время отбора проб относительно исходной массы и умноженное на 100. Товарные качества (%) фруктов определяли на основании визуального наблюдения коричневых пятен на банановой кожуре, при этом фрукты считали не пригодными для продажи, если 20% кожуры фруктов было покрыто коричневыми пятнами. Затем рассчитывали товарные качества (%) как количество пригодных для продажи фруктов в разное время отбора проб (1-10 дней), деленное на общее количество фруктов на одну обработку (18 шт. ), и умноженное на 100.

[00121] Варианты реализации композиции покрытия, содержащие нанофибриллы целлюлозы, такие как варианты реализации покрытия, содержащие CNF, олеиновую кислоту и SEFA (например, покрытие «CNFC», описанное на некоторых фигурах), демонстрировали хорошие характеристики в отношении измеренных выше параметров. Такие покрытия дополнительно проверяли посредством нанесения покрытия на свежую партию фруктов. Оценивали разрушение крахмала, твердость, титруемую кислотность (ТА) и общее содержание растворимых твердых веществ (TSS) во фруктах без покрытия и фруктах с покрытием (CNFC и Semp), и делали фотографии фруктов в разное время отбора проб (0, 3, 7 и 10 день) при таких же условиях хранения, которые испытывали выше. Содержание крахмала в мякоти определяли методом окрашивания йодом для оценки превращения крахмала в сахар в результате дозревания фрукта. Получали свежий раствор йода, используя 2,5 г/л йода и 10 г/л йодида калия. Поперечный срез банана погружали в раствор йода на 5 секунд в каждое время отбора проб и визуально наблюдали шесть поперечных срезов, случайным образом выбранных из шести фруктов для каждой обработки. Твердость фруктов определяли как максимальную силу проникновения (Н), используя анализатор текстуры (анализатор текстуры ТА-ХТ2, Texture Technologies Corp., штат Нью-Йорк, США), в котором отдельные бананы протыкали цилиндрическим зондом из нержавеющей стали Р/6 на глубину 7 мм со скоростью 10 мм/с.Проводили три измерения в разных положениях каждого отдельного фрукта в качестве одного повтора на одну обработку. Записывали средние значения и стандартные отклонения в шести повторениях. Для определения TSS и ТА смешивали 40 г банановой мякоти с 160 мл DI воды с помощью блендера (Proctor Silex, NACCO Industry Inc., штат Вирджиния, США). Смесь фильтровали через фильтровальную бумагу для качественного анализа с размером ор 2,5 мкм (Whatman, GE Healthcare Bio-Sciences, штат Пенсильвания, США). TSS фильтрата измеряли с помощью рефрактометра (RA250-HE, КЕМ, Токио, Япония). Затем фильтрат титровали с 0,1 н. NaOH до рН 8,3 с помощью рН-метра (Orion 410А, Fisher scientific, штат Массачусетс, США) и цифрового титратора (Brinkmann, штат Техас, САШ). ТА записывали как эквивалентный процент яблочной кислоты, поскольку она является преобладающей кислотой в зрелых бананах. Проводили одно измерение для каждого фрукта в качестве одного повторения на одну обработку, и записывали средние значения и стандартные отклонения для шести повторений.

Пример 5

[00122] В данном примере изучали физиологическую активность фруктов и поверхностные характеристики фруктов без покрытия и фруктов с покрытием для понимания механизмов эффективного покрытия.

[00123] Дыхание (О₂ и СО₂) и выработку этилена в бананах измеряли с помощью газового хроматографа (GC-2014, Greenhouse gas analyzer, Shimadzu, Япония) с пламенно-ионизационном детектором (FID, этилен и СО₂) и датчиком теплопроводности (TCD, О₂). Случайным образом выбирали пять бананов, взвешивали, помещали в воздухонепроницаемую стеклянную емкость объемом 1,5 л с крышкой, имеющей 10 мм резиновую септу для отбора проб газа из свободного пространства, и хранили при комнатной температуре (20±2°С). Выработку О₂ и СО₂ контролировали через 24 часа, а выработку этилена измеряли через 48 часов из-за низкой выработки этилена. Из каждой емкости собирали 1 мл газа из свободного пространства, используя воздухонепроницаемый шприц (Series A, Valco Instrument Co., США), и затем вводили пробу в ГХ, оснащенный тремя видами упакованных колонок: 80/100 HAYESEP D, 8/100 HAYESEP N и колонка с молекулярными ситами 60/80 (Supelco, Беллефонт, штат Пенсильвания, США). В качестве газа-носителя использовали гелий при давлении 350 кПа и скорости потока 21,19 мл/мин. Температуру дозатора, колонки и детектора FID устанавливали на 150, 90 и 250°С, соответственно. Стандартные газы О₂, СО₂ и этилен приобретали у компании Air Liquide (Scott™, штат Пенсильвания, США), и использовали программное обеспечение GC Solution (Shimadzu, Япония) для расчета количества О₂, СО₂ и этилена.

[00124] Как показано на фиг. 1, покрытия могут влиять на реакцию биосинтеза этилена во фруктах посредством создания модифицированных атмосферных условий. Измеряли количество АСС как предшественника этилена и активность ACS как фермента, который катализирует синтез АСС из S-аденозилметионина (SAM).

[00125] Для измерения АСС и ACS образцы банановой мякоти собирали в разное время отбора проб (0, 3, 7 и 10 дней) и хранили при -80°С до проведения анализа. Для экстракции АСС гомогенизировали 2 г только что оттаянной мякоти банана в 10 мл 9% ТСА в течение 60 секунд и инкубировали при 4°С в течение 24 часов. Экстракт центрифугировали при 10000 × g в течение 30 минут и доводили рН надосадочной жидкости до 7-8 с помощью 1 н. NaOH. Получали два образца реакционной смеси с 500 мкл надосадочной жидкости, 100 мкл 10 мМ HgCl₂ (100 мкл) и 300 мкл DI воды в закрытых пробирках объемом 10 мл. Один из них закрепляли с помощью внутреннего стандарта АСС (50 мкл 0,05 мМ АСС). Оба образца инкубировали в течение 3 минут при 4°С после добавления 100 мкл насыщенного NaOH и 5,25% NaOCl для гидролиза АСС до этилена. Затем брали образец газа объемом 5 мл для измерения содержания этилена и проводили количественный анализ с помощью ГХ. Концентрацию АСС выражали в пмоль/г свежего образца.

[00126] Для измерения ACS гомогенизировали 5 г только что оттаянной банановой мякоти в 10 мл буфера с 100 мМ М-(2-гидроксиэтил)пиперазин-N'-3-пропансульфановой кислоты (EPPS), 0,5 мкМ пиридоксальфосфата и 4 мМ дитиотреитола (DTT) в течение 60 секунд и доводили до рН 8,5 с помощью КОН. Экстракт центрифугировали при 10000 × g в течение 30 минут и диализировали надосадочную жидкость в течение ночи при 4°С в буферном растворе для диализа (рН 8,5), содержащем 2 мМ EPPS, 0,2 мкМ пиридоксальфосфата и 0,1 мМ DTT. Точно также, получали два образца реакционной смеси, содержащих 400 мкл раствора фермента, 50 мкл 600 мМ APPS (рН 8,5) и 90 мкл DI воды в закрытых пробирках объемом 10 мл. Один из них закрепляли с помощью внутреннего стандарта АСС (50 мкл 0,05 мМ АСС). После добавления 60 мкл 0,5 мМ SAM обе реакционные смеси инкубировали в течение 3 часов при 30°С, а затем смешивали с 100 мкл 10 мМ HgCl₂ и 200 мкл DI воды. Реакционную смесь окончательно гидролизовали добавлением 100 мкл насыщенного NaOH и 5,25% NaOCl. Затем, после инкубации при 4°С в течение 3 минут, собирали газ из свободного пространства объемом 5 мл и измеряли выработку этилена с помощью ГХ. Активность АСС выражали в пмоль этилена/г свежего образца.

Пример 6

[00127] В данном примере изучали влияние покрытия на морфологию поверхности бананов с помощью сканирующего электронного микроскопа (SEM) (FEI Quanta 600, Cressington Scientific Instruments Ltd., Великобритания). Кожуру бананов без покрытия, с покрытием Semp и с покрытием CNFC нарезали на кусочки по 5 мм и помещали в модифицированный фиксатор Карновского на 2 часа. Образцы промывали 0,1 М буфером из какодилата натрия и обезвоживали в градуированной серии ацетона (10%, 30, 50, 70, 90, 95, 100-100%), по 10-15 минут каждый. Образцы сушили в сушилке EMS 850 до критической точки, закрепляли на ножке SEM кожурой вверх и покрывали золотом и палладием. Цифровые изображения записывали при ускоряющем напряжении 5 кВ.

[00128] Использовали полностью рандомизированный двухфакторный дизайн, учитывающий два фактора обработки (тип матрицы покрытия: CNF и CNC-армированный хитозан; типы эмульсий: только Tween 80, Tween 80 с OA и SEFA с OA), для анализа характеристик композиций покрытия и полученных покрытий. Использовали PROC GLM для определения существенных различий и взаимодействий между всеми факторами с помощью программы SAS (SAS версии 9.2, The SAS Institute, США), и использовали метод наименьшей достоверной разности (LSD) полученных результатов для проведения множественных сравнений. Все измерения проводили в трех экземплярах, и результаты считали достоверно различными при Р<0,05.

[00129] Затем использовали полностью рандомизированный дизайн для одного фактора обработки (тип композиций: без покрытия, с покрытием Semp и с покрытием CNFC) для дополнительного, более глубокого изучения внутреннего качества фруктов, физиологической активности и поверхностных характеристик бананов. Все измерения проводили в двух или трех экземплярах. Проводили однофакторный дисперсионный анализ для определения достоверной разности между обработками, и проводили LSD полученных результатов с помощью статистического программного обеспечения (SAS версии 9.2, The SAS Institute, США). Результаты считали достоверно различными при Р<0,05.

Пример 7

[00130] Эффективность покрытий для фруктов в отношении снижения потерь воды и контролирования послеуборочного дыхания зависит от достаточной смачиваемости и адгезии композиций покрытия на поверхности фруктов, а также от гидрофобности полученных покрытий. В данном примере оценивали смачиваемость и гидрофобность композиций покрытия посредством измерения смачиваемости (угла контакта и коэффициента растекания) композиций покрытия на поверхности фруктов и корреляции поверхностного натяжения (ST) композиций покрытия с критическим ST поверхности фруктов, гидрофобностью (углом контакта) композиций покрытия) на гидрофобной кремниевой пластине и WVP полученных покрытий.

[00131] Тип эмульсий, используемых в составе композиций покрытия, оказывал существенное (Р<0,05) влияние на С А поверхности бананов, демонстрируя более низкое значение СА в композиции покрытия, содержащей OA/Tween 80 (36,8°) или OA/SEFA (31,2°), чем в композиции, содержащей только Tween 80 (44,8°) (таблица 2). Коэффициент растекания (Ws) композиций покрытия существенно (Р<0,05) ухудшался вследствие взаимного влияния типа матрицы покрытия и эмульсии, и более высокое значение Ws наблюдали в эмульгированных композициях покрытия (CNCB, CNCC, CNFB, and CNFC), чем в композициях без эмульсии (CNCA и CNFA). Что касается ST, указанные два фактора обработки (матрица покрытия и эмульсия) имели существенное (Р<0,05) взаимное влияние на ST композиций покрытия, демонстрируя наименьшее ST в композициях покрытия CNCC и CNFC (26,0 мМ/м и 25,4 мМ/м, соответственно) среди всех вариантов обработки (таблица 2). Полученные результаты подтверждают, что эмульгированные композиции покрытия улучшают смачиваемость покрытий на гидрофобной поверхности бананов, состоящей из кутина и воска в клеточной стенке. Кроме того, ST разработанных композиций покрытия было ниже, чем критическое ST поверхности фруктов, полученное по графику Зисмана, и составляло 35,2 мН/м (фиг. 1), что свидетельствует о низкой поверхностной энергии поверхности бананов (<100 мН/м). Поверхность многих фруктов имеет низкое поверхностное натяжение благодаря присутствию слоя природного воска. Хотя такой слой природного воска является защитным для фрукта, он может обусловливать необходимость более высокой смачиваемости водных покрытий для их равномерной адгезии на поверхности фруктов. Для повышения смачиваемости покрытий на поверхности фрукта, ST композиций покрытия должно быть ближе к критическому ST поверхности фруктов и/или ниже него. Полученные выше результаты подтверждают, что все композиции покрытий, разработанные в данном примере, за исключением CNFA, имеют более низкое ST, чем критическое ST поверхности бананов, что обеспечивает достаточную адгезию покрытий на поверхности бананов.

[00132] В отношении гидрофильности, композиции покрытия с OA/SEFA имели существенно (Р<0,05) более низкое значение СА на гидрофобной кремниевой пластине, чем с OA/Tween 80 (таблица 2), что может быть обусловлено более высокой гидрофобностью SEFA по сравнению с Tween 80, что приводит к уменьшению межфазного натяжения на границе масло-вода и повышению гидрофобности покрытий. В то же время тип матрицы покрытия и используемой эмульсии оказывает существенный (Р<0,05) эффект на WVP полученных покрытий, при этом WVP пленки CNFC (0,03 г мл/м2 д Па) имеет наименьшее значение среди всех композиций покрытия, что означает превосходные гидроизоляционные свойства (таблица 2). Не ограничиваясь одной теорией, в настоящее время полагают, что эмульсионная система OA/SEFA может хорошо диспергироваться в непрерывной фазе CNF с образованием небольшого поверхностного заряда и гибкой структуры, по сравнению с покрытием на основе CNC-армированного хитозана, что препятствует диффузии влаги через гидрофобную эмульсионную матрицу CNF. CNC-армированная хитозановая матрица может быть менее совместима с эмульсионной системой OA/SEFA, о чем свидетельствует более низкий заряд поверхности, вследствие электростатического взаимодействия между положительно заряженным хитозаном и отрицательным зарядом поверхности CNC, а также высокой кристалличности непрерывной фазы.

Таким образом, эмульсионная система, состоящая из OA и SEFA в матрице покрытия на основе CNF, может обеспечивать получение гидрофобных покрытий с улучшенной барьерной функцией в отношении влаги.

Пример 8

[00133] Влияние композиций покрытия на разрушение хлорофилла, потерю массы и товарные качества бананов в течение 10 дней хранения в условиях окружающей среды представлено на фиг. 2А-2С. Покрытие CNFC вызывало наименьшее и самое медленное разрушение хлорофилла в банановой кожуре среди всех композиций покрытия (фиг. 2А). Покрытие CNFC также вызывало наименьшую потерю массы (-17%) фруктов по окончании 10 дней хранения в условиях окружающей среды, по сравнению с образцами без обработки (-24%) и с другими вариантами обработки (-19-23%) (фиг. 2В). Кроме того, CNFC сохраняет наивысшие товарные качества фруктов, по сравнению с другими композициями покрытия в течение всего периода хранения (фиг. 2С). Примерно 50% фруктов без покрытия (контроль) утратили товарные качества через 5 дней хранения, при этом примерно 90% фруктов с покрытием CNFC сохраняли товарные качества через 8 дней хранения. Не ограничиваясь одной теорией, в настоящее время полагают, что эффективность покрытия CNFC может быть обусловлена хорошо диспергированной эмульсионной системой OA/CEFA в матрице покрытия CNF, которая тесно взаимодействует с поверхностью фруктов, обеспечивая равномерное распределение покрытия и хорошие гидроизоляционные свойства, что препятствует потере влаге, уменьшает разрушение хлорофилла и улучшает товарные качества фруктов в процессе хранения.

Пример 9

[00134] В данном примере дополнительно изучали фрукты без покрытия, с покрытием Semp и с покрытием CNFC на их влияние на физиологическую активность (фиг. 3A-3D) и поверхностные характеристики (фиг. 4А-4С) бананов в процессе хранения в условиях окружающей среды. Покрытие CNFC существенно снижает выработку этилена фруктами (0,82 м.д./г), по сравнению с фруктами без покрытия (4,41 м.д./г) и с фруктами с покрытием Semp (2,38 м.д./г) (фиг. 3А). Фрукты с покрытием CNFC также содержат меньше СО₂ и больше О₂ по сравнению с фруктами без покрытия, и столько же СО₂ и О₂, сколько фрукты с покрытием Semp (фиг. 3В). Дыхание фруктов (О₂ и СО₂) и выработка этилена являются основными физиологическими показателями, свидетельствующими об изменении дозревания и увядания в течение периода хранения. Полученные данные подтверждают тот факт, что покрытие CNFC подавляет дыхание и выработку этилена бананами посредством образования измененной внутренней атмосферы внутри фрукта, замедляя дозревание и увядание фрукта.

[00135] Послеуборочные стареющие фрукты вырабатывают этилен посредством аутокаталитического биосинтеза этилена, в процессе которого АСС действует как предшественник этилена, и ACS действует как каталитический фермент, синтезирующий АСС из SAM (фиг. 1). Как показано на фиг. 3С, покрытие CNFC обеспечивает существенно более высокую концентрацию АСС во фруктах, по сравнению с фруктами без покрытия и с покрытием Semp.Полученный результат указывает на то, что покрытие CNFC модифицирует внутреннюю атмосферу фрукта, которая ограничивает гидролиз АСС до этилена, что приводит к меньшей выработке этилена с накоплением АСС во фрукте. Такой результат согласуется с более низкой выработкой этилена во фруктах, покрытых CNFC, по сравнению с фруктами без покрытия и с покрытием Semp (фиг. 3В). В то же время активность ACS имеет пик на 0 день хранения, затем постепенно снижается в течение первых 4-5 дней хранения, но снова увеличивается для фруктов, покрытых CNFC и Semp, в течение оставшегося времени хранения (фиг. 3D). Первоначальная более высокая активность ACS может быть обусловлена началом последующего пожелтения кожуры полученных образцов фруктов. Возможно, что плоды банана, приобретенные на местном рынке, могут уже достигать начала последующего пожелтения кожуры до попадания на местный склад. Повышенная активность ACS во фруктах, покрытых Semp и CNFC, через 7 дней хранения может быть связана с замедленным дозреванием на более поздней стадии дозревания фрукта. Покрытие CNFC обеспечивает более низкую активность ACS во фруктах, чем покрытие Semp, демонстрируя более медленный процесс дозревания. Таким образом, покрытие CNFC может регулировать физиологическую активность бананов, что продемонстрировано более низкой выработкой этилена и СО₂ и меньшей активностью ACS, замедляя дозревание фрукта.

[00136] Влияние покрытий на характеристики поверхности фрукта, изученное с помощью анализа SEM, представлено на фиг. 4А-5С. Покрытие CNFC (фиг. 4С) однородно распределено по поверхности перикарпия без расщепления эпидермальных клеток, при этом на плодах без покрытия (фиг. 4А) и с покрытием Semp (фиг. 4В) появлялись трещины и/или расколы между клетками. Неудовлетворительное покрытие может потенциально ускорять потерю влаги, дыхание и грибковую инвазию. Кроме того, размер и форма эпидермальных клеток фруктов с покрытием CNFC, были изменены, как отмечено на фиг. 4С, что может быть результатом взаимодействий между волокнистой матрицей CNF и эпидермальными клетками банановой кожуры. Таким образом, морфология поверхности фруктов дополнительно подтверждает, что волокнистое гидрофобное покрытие CNFC может быть прочно связано с поверхностью банана, обеспечивая эффективные характеристики покрытия.

Пример 10

[00137] В данном примере проводили валидационное исследование фруктов без покрытия, с покрытием Semp и с покрытием CNFC. Внешний вид фруктов проверяли на 3, 7 и 10 день при хранении в условиях окружающей среды (фиг. 5А). В течение зелено-желтого периода дозревания бананов (0-3 день хранения) оба покрытия, Semp (среднее изображение на фиг. 5А) и CNFC (правое изображение на фиг. 5А), обеспечивали замедление разрушения хлорофилла. В течение желто-коричневого периода дозревания плодов (7-10 день хранения) покрытие CNFC сильнее уменьшало образование коричневых пятен на поверхности фруктов, по сравнению с фруктами без покрытия и с покрытием Semp.На желтой стадии, когда банановые плоды продолжают дозревать, присутствие полифенолоксидазы (РРО) дополнительно ускоряет превращение фенола в хинин и укрупнение макромолекул вследствие полимеризации, что приводит к накоплению коричневого пигмента. Покрытие CNFC обеспечивает уменьшение ферментативного потемнения на желтой стадии фруктов посредством задержки дозревания и увядания бананов.

[00138] Испытание с крахмалом показало высокое содержание крахмала в бананах с покрытием CNFC, о чем можно судить по темно-синему/черному цвету поверхности поперечного среза фруктов после реакции с йодом, по сравнению с фруктами без покрытия и с покрытием Semp (фиг. 5А). Аналогичную тенденцию наблюдали для TSS на 3 и 7 день хранения, что свидетельствует о том, что покрытие CNFC обеспечивает наименьшее значение TSS во фруктах, по сравнению с фруктами без покрытия и с покрытием Semp (фиг. 5А). Полученные результаты подтверждают, что покрытие CNFC задерживает дозревание бананов посредством предотвращения гидролиза крахмала и его превращения в растворимые сахара. В то же время TSS в бананах с покрытием CNFC существенно не отличается от данного показателя в бананах без покрытия на 10 день хранения, что свидетельствует о правильном процессе дозревания, который продолжается в бананах в течение периода хранения. Полученный результат также подтверждается повышенной активностью ACS через 7 дней хранения, что свидетельствует о правильном дозревании, продолжающемся в бананах с покрытием CNFC.

[00139] И бананы с покрытием Semp, и бананы с покрытием CNFC сохраняли более высокую твердость, чем образец без покрытия на 3 и 7 день хранения (фиг. 5В). Твердость является важным параметром для определения стадии дозревания и качества бананового плода. В процессе дозревания пектинэстераза и полигалактуроназа гидролизуют пектин и крахмал, что приводит к разрушению и ухудшению структуры клеточной стенки, что в свою очередь приводит к размягчению плода. На основании результатов, описанных и рассмотренных выше, покрытие CNFC с однородным распределением покрытия на поверхности фрукта благодаря взаимодействию между CNF и эпидермальными клетками банановой кожуры, может задерживать физиологическую активность и дозревание фрукта с покрытием, сохраняя твердость фрукта в процессе хранения.

[00140] Покрытие CNFC обеспечивает наименьшее содержание растворимых твердых веществ во фрукте, по сравнению с фруктами без покрытия и с покрытием Semp на 3 и 7 день хранения (фиг. 5С). Содержание твердых веществ является хорошим показателем дозревания фруктов, поскольку в процессе дозревания крахмал гидролизуется в растворимые сахара. Данные о содержании растворимых твердых веществ подтверждают, что покрытие CNFC сильнее задерживает дозревание фруктов, по сравнению с покрытием Semp.В то же время содержание растворимых твердых веществ в бананах с покрытием CNFC существенно не отличается отданного показателя в бананах без покрытия на 10 день хранения, что свидетельствует о правильном процессе дозревания, который продолжается в бананах в течение периода хранения. Полученный результат также подтверждается повышенной активностью ACS через 7 дней хранения, что свидетельствует о правильном дозревании, продолжающемся в бананах с покрытием CNFC.

[00141] ТА фруктов с покрытием CNFC был существенно (Р<0,05) больше, чем для фруктов без покрытия и с покрытием Semp в течение всех 10 дней хранения (фиг. 5D). Можно предположить, что покрытие CNFC уменьшает усвоение органических кислот в качестве первичного субстрата для процесса дыхания в процессе хранения благодаря регулируемой физиологической активности фрукта. Стадия валидации подтвердила, что покрытие CNFC эффективно для задержки дозревания, замедления ухудшения качества и улучшения способности к хранению бананов после сбора урожая при хранении в условиях окружающей среды.

Пример 11

[00142] В данном примере изучали влияние эмульсионных покрытий CNF на внешний вид и некоторые параметры качества различных фруктов при хранении в условиях окружающей среды. Результаты представлены на фиг. 6, где средние значения, за которыми следуют различные верхние буквенные индексы, между контрольными фруктами и фруктами с покрытием существенно различаются (Р<0,05), и WL=потеря массы.

Пример 12

[00143] В данном примере наносили покрытие на манго, используя композицию покрытия, содержащую нанофибриллы целлюлозы и эмульсионную систему, содержащую олеиновую кислоту и сахарозный сложный эфир жирной кислоты. Манго хранили в течение 12 дней в условиях окружающей среды. Наблюдали, что нанесение покрытия увеличивает продолжительность зеленого периода и улучшает способность фруктов к хранению (см. фиг. 7).

Пример 13

[00144] Измеряли потерю массы, твердость, общее содержание растворимых твердых веществ (TSS) и титруемую кислотность (ТА) фруктов без покрытия и с покрытием через 12 дней хранения. Наблюдали только существенную (Р<0,05) разницу ТА, которая была выше для фруктов с нанесенным вариантом реализации покрытия, описанного в настоящем документе, чем для фруктов без покрытия. Более высокое значение ТА может означать, что дозревание фрукта отсрочено. Результаты представлены ниже в таблице 3.

Пример 14

[00145] В данном примере оценивали пленки, полученные из CNF с внедренным СН, для применения в качестве пленок для разделения мясных продуктов. Соответственно, пленки из CNF с внедренным СН (содержащие 20% мас./мас. СН с ММ 68 кДа и 287 кДа в пересчете на сухую основу) имели существенно более низкую абсорбцию жидкости (более низкие значения WA), чем пленки из CNF без СН, что свидетельствует об улучшенной водонепроницаемости пленок из CNF с внедренным СН. Полученные результаты (см. фиг. 8А и 8В) демонстрируют, что пленки из CNF с внедренным СН являются износостойкими в отношении условий с высокой влажностью, и поэтому их можно потенциально использовать для пищевых продуктов, имеющих поверхность с высоким содержанием влаги, в качестве разделительного слоя для предотвращения миграции влаги между продуктами, выложенными слоями. Все пленки, отличные от контрольного образца (который содержал только CNF), получали посредством введения 0,5% (мас./мас. воды в пересчете на влажную основу) CNF и 10% (мас./мас. хитозана в пересчете на сухую основу) глицерина.

[00146] С учетом многочисленных возможных вариантов реализации, в отношении которых можно использовать принципы настоящего изобретения, следует понимать, что приведенные варианты реализации являются лишь предпочтительными примерами, и их не следует понимать как ограничение объема настоящего изобретения. Напротив, его объем определен следующей формулой изобретения. Таким образом, данное изобретение включает все, что входит в объем и сущность формулы изобретения.

Claims

1. Композиция покрытия для нанесения на пищевой продукт, содержащая:

целлюлозный наноматериал, содержащий нанофибриллы целлюлозы или нанокристаллы целлюлозы, где целлюлозный наноматериал присутствует в количестве от 0,1% мас./мас. до 1% мас./мас. в пересчете на влажную основу; и

одну или более капель эмульсии, диспергированных в матрице, содержащей целлюлозный наноматериал, причем одна или более капель эмульсии содержат жирную кислоту и поверхностно-активное вещество,

при этом жирная кислота представляет собой жирную кислоту средней длины цепи, где алифатическая цепь содержит от 6 до 12 атомов углерода или длинноцепочечную жирную кислоту, где алифатическая цепь содержит от 13 до 21 атома углерода, и жирная кислота присутствует в количестве от 0,1% мас./мас. до 5% мас./мас. в пересчете на влажную основу, и

поверхностно-активное вещество выбрано из полисорбатного поверхностно-активного вещества, сорбитанового поверхностно-активного вещества, сложного эфира сахарозы и жирной кислоты или любых их комбинаций, и поверхностно-активное вещество присутствует в количестве от 0,1% мас./мас. до 2% мас./мас. в пересчете на влажную основу, и

при этом поверхностно-активное вещество образует внешнюю гидрофильную область одной или более капель эмульсии, и жирная кислота образует внутреннюю гидрофобную область одной или более капель эмульсии.

2. Композиция покрытия по п.1, содержащая нанофибриллы целлюлозы.

3. Композиция покрытия по п.2, где нанофибриллы целлюлозы присутствуют в количестве от 0,1% мас./мас. до 0,5% мас./мас. в пересчете на влажную основу.

4. Композиция покрытия по п.1, содержащая нанокристаллы целлюлозы.

5. Композиция покрытия по п.4, где нанокристаллы целлюлозы присутствуют в количестве от 0,1% мас./мас. до 1% мас./мас. в пересчете на влажную основу.

6. Композиция покрытия по п.1, где жирная кислота представляет собой олеиновую кислоту, каприновую кислоту, лауриновую кислоту, линолевую кислоту, α-линоленовую кислоту, пальмитиновую кислоту, стеариновую кислоту, арахидиновую кислоту и любые их комбинации.

7. Композиция покрытия по п.1, где поверхностно-активное вещество представляет собой сложный эфир сахарозы и жирной кислоты или полисорбатное поверхностно-активное вещество.

8. Композиция покрытия по п.1, дополнительно содержащая функциональный агент, пластификатор или их комбинацию.

9. Композиция покрытия по п.8, где функциональный агент представляет собой хитозан.

10. Композиция покрытия по п.8, где пластификатор представляет собой глицерин.

11. Композиция покрытия по п.8, содержащая функциональный агент и пластификатор, причем функциональный агент присутствует в количестве от 0,1% мас./мас. в пересчете на влажную основу до 2% мас./мас. в пересчете на влажную основу, и пластификатор присутствует в количестве от 0,02% мас./мас. в пересчете на влажную основу до 1% мас./мас. в пересчете на влажную основу.

12. Композиция покрытия по п.1, где жирная кислота представляет собой олеиновую кислоту и поверхностно-активное вещество представляет собой сложный эфир сахарозы и жирной кислоты.

13. Композиция покрытия по п.12, содержащая нанофибриллы целлюлозы.

14. Композиция покрытия по п.8, где поверхностно-активное вещество представляет собой полисорбатное поверхностно-активное вещество.

15. Композиция покрытия по п.14, содержащая нанокристаллы целлюлозы.

16. Композиция покрытия по п.14, где функциональный агент представляет собой хитозан, и пластификатор представляет собой глицерин.

17. Композиция покрытия по п.1, дополнительно содержащая часть микрокристаллов целлюлозы или микрофибрилл целлюлозы.

18. Композиция покрытия по п.1, дополнительно содержащая часть микрофибрилл целлюлозы.

19. Композиция покрытия по п.17, где количество микрофибрилл целлюлозы, присутствующих в композиции покрытия, может быть уменьшено или увеличено, в зависимости от способа экстракции, применяемого для получения целлюлозного наноматериала, и/или в результате изменения видов, содержащих целлюлозу, из которых экстрагированы микрофибриллы целлюлозы.

20. Высушенное покрытие, образованное на пищевом продукте, содержащее

(i) целлюлозный наноматериал, содержащий нанофибриллы целлюлозы или нанокристаллы целлюлозы; и

(ii) одну или более капель эмульсии, диспергированных в матрице, содержащей целлюлозный наноматериал, причем одна или более капель эмульсии содержат жирную кислоту и поверхностно-активное вещество, где

жирная кислота представляет собой жирную кислоту средней длины цепи, где алифатическая цепь содержит от 6 до 12 атомов углерода или длинноцепочечную жирную кислоту, где алифатическая цепь содержит от 13 до 21 атома углерода, и

поверхностно-активное вещество выбрано из полисорбатного поверхностно-активного вещества, сорбитанового поверхностно-активного вещества, сложного эфира сахарозы и жирной кислоты или любых их комбинаций, и

при этом поверхностно-активное вещество образует внешний гидрофильный слой одной или более капель эмульсии, и жирная кислота образует внутреннюю гидрофильную область одной или более капель эмульсии.

21. Высушенное покрытие по п.20, которое содержит от более 0% до 10% влаги.

22. Высушенное покрытие по п.20, где целлюлозный наноматериал присутствует в количестве от 4,5% мас./мас. в пересчете на сухую основу до 9,8% мас./мас. в пересчете на сухую основу.

23. Высушенное покрытие по п.20, где жирная кислота присутствует в количестве от 9,5% мас./мас. в пересчете на сухую основу до 23% мас./мас. в пересчете на сухую основу.

24. Высушенное покрытие по п.20, где поверхностно-активное вещество присутствует в количестве от 9,5% мас./мас. до 9,8% мас./мас. в пересчете на сухую основу.

25. Высушенное покрытие по п.20, содержащее нанофибриллы целлюлозы.

26. Высушенное покрытие по п.20, содержащее нанокристаллы целлюлозы.

27. Высушенное покрытие по п.26, дополнительно содержащее хитозан в количестве от 9,5% мас./мас. до 9,8% мас./мас. в пересчете на сухую основу.

28. Высушенное покрытие по п.26, дополнительно содержащее глицерин в количестве от 2% мас./мас. до 4,7% мас./мас. в пересчете на сухую основу.

29. Пищевой продукт, содержащий покрытие, полученное из композиции покрытия по пп.1, 17 или 18.

30. Пищевой продукт, содержащий высушенное покрытие по п.20.

31. Пищевой продукт по п.30, представляющий собой тропический фрукт.

32. Пищевой продукт по п.30, представляющий собой банан, папайю, авокадо, дыню или манго.

33. Способ нанесения покрытия на пищевой продукт, включающий нанесение покрытия на пищевой продукт с применением композиции покрытия, содержащей целлюлозный наноматериал, содержащий нанофибриллы целлюлозы или нанокристаллы целлюлозы, где целлюлозный наноматериал присутствует в количестве от 0,1% мас./мас. до 1% мас./мас. в пересчете на влажную основу; и одну или более капель эмульсии, диспергированных в матрице, содержащей целлюлозный наноматериал, причем одна или более капель эмульсии содержат жирную кислоту и поверхностно-активное вещество, при этом

жирная кислота представляет собой жирную кислоту средней длины цепи, где алифатическая цепь содержит от 6 до 12 атомов углерода или длинноцепочечную жирную кислоту, где алифатическая цепь содержит от 13 до 21 атома углерода, и жирная кислота присутствует в количестве от 0,1% мас./мас. до 5% мас./мас. в пересчете на влажную основу, и

поверхностно-активное вещество выбрано из полисорбатного поверхностно-активного вещества, сорбитанового поверхностно-активного вещества, сложного эфира сахарозы и жирной кислоты или любых их комбинаций, и поверхностно-активное вещество присутствует в количестве от 0,1% мас./мас. до 2% мас./мас. в пересчете на влажную основу, и при этом поверхностно-активное вещество образует внешний гидрофильный слой одной или более капель эмульсии, и жирная кислота образует внутреннюю гидрофобную область одной или более капель эмульсии.

34. Способ по п.33, дополнительно содержащий часть микрокристаллов целлюлозы или микрофибрилл целлюлозы.

35. Способ по п.33, дополнительно содержащий часть микрофибрилл целлюлозы.