RU2851602C1 - Состав для получения упаковочного материала для пищевых продуктов - Google Patents

Abstract

Изобретение относится к пищевой промышленности. Состав для получения упаковочного материала для пищевых продуктов, преимущественно овощных и фруктовых, на основе природных материалов, включающий воду и каррагинан, отличающийся тем, что в качестве природных материалов дополнительно использованы альгинат натрия, крахмал, глицерин, миристиновая кислота, кунжутное масло, гель алоэ веры, экстракт цветка гибискуса, фибриллы наноцеллюлозы, взятые в соотношении ингредиентов, мас.%: крахмал 2,72; каррагинан 0,98; альгинат натрия 0,04; миристиновая кислота 0,18; кунжутное масло 0,15; гель алоэ веры 0,18; экстракт цветка гибискуса 1,85; фибриллы наноцеллюлозы 0,37; глицерин 1,11; вода 92,42; или крахмал 2,71; каррагинан 0,98; альгинат натрия 0,04; миристиновая кислота 0,18; кунжутное масло 0,15; гель алоэ веры 0,18; экстракт цветка гибискуса 1,85; фибриллы наноцеллюлозы 0,55; глицерин 1,11; вода 92,25; или крахмал 1,85; каррагинан 1,85; альгинат натрия 0,04; миристиновая кислота 0,18; кунжутное масло 0,15; гель алоэ веры 0,18; экстракт цветка гибискуса 1,85; фибриллы наноцеллюлозы 0,37; глицерин 1,11; вода 92,42; или крахмал 0,98; каррагинан 2,72; альгинат натрия 0,04; миристиновая кислота 0,18; кунжутное масло 0,15; гель алоэ веры 0,18; экстракт цветка гибискуса 1,85; фибриллы наноцеллюлозы 0,37; глицерин 1,11; вода 92,42; при этом значение паропроницаемости состава не более 10^-9 г/(с⋅м⋅Па), водорастворимости состава не более 35%, маслопроницаемости состава не более 15% и влагопоглощения состава не более 55%. Изобретение позволяет получить пищевую пленку с низкими значениями паропроницаемости, маслопроницаемости, водорастворимости и влагопоглащения для увеличения срока хранения продуктов без изменения их качеств. 1 табл.

Description

Изобретение относится к ключевой проблеме защиты и охраны окружающей среды и одним из решений актуальных направлений утилизации отходов, в частности, за счет производства из природных материалов биоразлагаемых упаковок для пищевых продуктов с целью постепенного замещения ими производимых в настоящее время упаковок, преимущественно из пластиковых материалов на основе синтетических полимеров с очень большим, почти вековым сроком естественного биологического разложения и с опасным при этом для экологии выделением токсичных веществ, загрязняющих среду обитания.

Предметом заявляемого изобретения является многокомпонентный состав пищевых упаковочных пленок на основе природных материалов, взятых в каждом составе в соответствующих масс. % для получения биоразлагаемых упаковочных пленок и использования их для пищевых продуктов, преимущественно для овощей и фруктов.

Уровень техники в данной области представлен на основе анализа источников патентной информации и научной литературы за последние 20 лет, по результатам которого выявлены и отобраны наиболее близкие аналоги составов для получения различных пищевых материалов [1-4].

Известен состав [1] биоразлагаемой пищевой пленки на основе белково-полисахаридной смеси из желатина, альгината натрия, глицерина и раствора фермента трансглутаминазы. Основным недостатком данного состава являются высокая стоимость и ограниченность его использования за счет применения в нем дефицитного сшивающего агента фермента трансглутаминазы.

Известна упаковочная оболочка [2], которая состоит из слоя, содержащего смесь термопластичного крахмала и/или термопластичного производного крахмала и, по меньшей мере, одного дополнительного полимера (гомо- или сополимер со звеньями гидроксикарбоновой кислоты, полиуретан со сложными эфирными блоками, полиуретан с простыми эфирными блоками, полиуретан со сложными и простыми эфирными блоками или полиалкиленкарбонат формулы -[CHR₁-CHR₂OCO-O-]_n, где R₁ и R₂ независимо друг от друга означают водород или (С₁-С₄)-алкил, а n означает целое число от 10 до 5000). При этом оболочка изготовлена коэкструзией и имеет несколько слоев, причем слой, содержащий указанную смесь, является внутренним, а, по меньшей мере, один другой слой является барьерным слоем. При этом оболочка внутри содержит, по меньшей мере, одно переносимое красящее, ароматизирующее и/или вкусовое вещество, а в состав ее также входят желатин и полисахариды. Недостатком данного состава для оболочки является сложная технология изготовления, а также присутствие в составе синтетических полимеров, что делает данное изделие не биоразлагаемым.

Известно упаковочное изделие [3], в виде плоской или рукавной пленки из пластифицируемых биополимеров, продуктов их расщепления или производных и/или синтетических полимеров из натуральных мономеров, т.е. из термопластичного крахмала. Данные пленки изготавливаются путем смешивания биополимеров, их продуктов расщепления или производных и/или синтетических полимеров, по меньшей мере, с одним съедобным пластификатором, по меньшей мере, с одним смягчителем и, по меньшей мере, с одним средством сшивки. Съедобные пленки являются пригодными для упаковки продуктов питания, таких как колбаса и вареная ветчина. Основным недостатком этого известного состава является сложность идентификации безопасного использования за счет наличия в упаковочном материале синтетических полимеров из натуральных мономеров.

Известен состав [4] биоразлагаемой полимерной пленки на основе желатина, каррагинана, агар-агара и/или гидроксипропилметилцеллюлозы и воды, предназначенный в качестве упаковочной пленки для использования преимущественно в молочной промышленности, в частности, для творога, мягких сыров и сливочного масла, наиболее близкий к заявляемому изобретению по назначению и достигаемому техническому результату, который принят в качестве прототипа.

Недостатком известного состава, принятого в качестве прототипа, является сложность технологии получения состава за счет использования в его составе полимера гидроксипропилметилцеллюлоза, который не является природным компонентом, а его получение в процессе обработки щелочной целлюлозы оксидом пропилена и метилхлоридом, приводит к загрязнению окружающей среды и является достаточно затратным процессом.

Заявляемое изобретение свободно от указанного недостатка.

Техническим результатом заявляемого изобретения является повышение эксплуатационных свойств получаемых упаковочных материалов с заявляемым составом, в частности, за счет уменьшения паропроницаемости, маслопроницаемости и водорастворимости, а также влагопоглощения и снижения стоимости с существенно улучшенными экологическими свойствами и производственными условиями их получения.

Указанный технический результат достигается новым составом для получения упаковочного материала для пищевых продуктов, преимущественно, овощных и фруктовых, на основе природных материалов, включающий воду и каррагинан, в котором, в соответствии с заявленным изобретением, в качестве природных материалов дополнительно использованы альгинат натрия, крахмал, глицерин, миристиновая кислота, кунжутное масло, гель алоэ веры, экстракт цветка гибискуса, фибриллы наноцеллюлозы, взятые в соотношении ингредиентов, мас.%:

Крахмал	2,72
Каррагинан	0,98
альгинат натрия	0,04
миристиновая кислота	0,19
кунжутное масло	0,15
гель алоэ веры	0,19
экстракт цветка гибискуса	1,85
фибриллы наноцеллюлозы	0,19
глицерин	1,11
вода	92,58

или

крахмал	2,72
каррагинан	0,98
альгинат натрия	0,04
миристиновая кислота	0,18
кунжутное масло	0,15
гель алоэ веры	0,18
экстракт цветка гибискуса	1,85
фибриллы наноцеллюлозы	0,37
глицерин	1,11
вода	92,42

или

крахмал	2,71
каррагинан	0,98
альгинат натрия	0,04
миристиновая кислота	0,18
кунжутное масло	0,15
гель алоэ веры	0,18
экстракт цветка гибискуса	1,85
фибриллы наноцеллюлозы	0,55
глицерин	1,11
вода	92,25

или

крахмал	1,85
каррагинан	1,85
альгинат натрия	0,04
миристиновая кислота	0,18
кунжутное масло	0,15
гель алоэ веры	0,18
экстракт цветка гибискуса	1,85
фибриллы наноцеллюлозы	0,37
глицерин	1,11
вода	92,42

или

крахмал	0,98
каррагинан	2,72
альгинат натрия	0,04
миристиновая кислота	0,18
кунжутное масло	0,15
гель алоэ веры	0,18
экстракт цветка гибискуса	1,85
фибриллы наноцеллюлозы	0,37
глицерин	1,11
вода	92,42

обеспечивающими биоразлагаемость состава, в том числе за счет уменьшения паропроницаемости не более чем до 10^-9 г/(с⋅м⋅Па), водорастворимости не более чем до 35%, маслопроницаемости не более чем до 15% и влагопоглощения не более чем до 55%.

Заявленное изобретение было апробировано в лабораторных условиях на базе Санкт-Петербургского государственного университета.

В результате многочисленных проведенных исследований экспериментально оптимальными реагентами были выбраны следующие реагенты: каррагинан, крахмал, глицерин, миристиновая кислота, кунжутное масло, гель алоэ вера, экстракт цветка гибискуса и фибриллы наноцеллюлозы, и подобраны следующие оптимальные значения пределов и технологические условия: перемешивание дисперсии проводилось при 500 rpm (варьировали скорость перемешивания от 300 до 600 rpm), температура приготовления дисперсии была выбрана 80°С (варьировали температуру приготовления от 60 до 90°С), количество воды 50 мл (было изучено количество воды от 40 до 100 мл), количество глицерина было выбрано 0,6 г (варьировали количество от 0,1 до 0,75 г), количество миристиновой кислоты было выбрано 0,1 г, а кунжутного масла 0,08 г (в дисперсию вводили от 0,01 до 1 г), также были подобраны оптимальные концентрации геля алоэ веры 0,1 г (варьировали количество добавки от 0,05 до 0,15 г).

Апробирование упаковочного материала для пищевых продуктов заявленного состава осуществлялось способом получения пленок, включающим формование пленок на основе смеси полисахаридов, нанесенную в чашку Петри с последующей ее сушкой, получением полимерного нанокомпозита путем приготовления раствора из смеси каррагинана и крахмала массой 2 г с добавлением, 0,02 г альгината натрия, 0,6 г глицерина в 50 мл воды с постоянным перемешиванием со скоростью 500 rpm при 80°С, с последующим добавлением через 30 минут миристиновой кислоты (0,1 г) и кунжутного масла (0,08 г), также дальнейшим введением геля алоэ веры (0,1 г) и экстракта цветка гибискуса (1 г), а также фибрилл наноцеллюлозы (5, 10, 15 масс. %), затем полученную дисперсию выдерживают при комнатной температуре в течении 120 минут, после чего ее наносят в пластиковую чашку Петри, которую высушивают в сушильном шкафу без принудительной конвекции при 50°С в течение 24 часов, затем полученную из дисперсии пленку отделяют от пластиковой подложки и используют в качестве съедобной упаковки для фруктов и овощей.

На основе проведенной апробации были получены составы с разным соотношением полисахаридов (каррагинана и крахмала) и содержанием фибрилл наноцеллюлозы, и на их основе были приготовлены биоразлагаемые упаковочные пленки.

Заявленный способ на основе проведенной апробации поясняется конкретными примерами его реализации. В результате многочисленных экспериментов были получены пленки с разным соотношением полисахаридов (каррагинана и крахмала) и содержанием фибрилл наноцеллюлозы.

Паропроницаемость пленок (WVP, г/(с⋅м⋅Па)) изучалась гравиметрическим методом и рассчитывалась по формуле: где Δm - разница веса (г), 1 - средняя толщина пленки (м); t - время эксперимента (с), А - площадь проникновения (площадь горлышка бюкса, м²), Р - парциальное давление водяного пара при 25°С (3,169 кПа), ΔRH - разность относительной влажности (0,75). Эксперимент проводился следующим образом: образцы пленок припаивали к бюксу, содержащему силикагель, для получения относительной влажности под пленкой 0%, далее бюкс оставляли в эксикаторе с насыщенным раствором хлорида натрия для поддержания относительной влажности 75%. Измерения проводили каждые 24 часа.

Маслопроницаемость пленки (ОР, %) рассчитывали по следующему уравнению: где w_f- масса фильтровальной бумаги после эксперимента, w_i - масса фильтровальной бумаги до эксперимента, m_oil - масса масла, нанесенного на пленку. Эксперимент проводился следующим образом: образцы пленок (8×2 см) помещали на фильтровальную бумагу и далее равномерно наносли 25 капель масла на поверхность пленки, не выходя за края пленки, на 24 часа и далее взвешивали снова фильтровальную бумагу без пленки.

Влагопоглощение (МА, %) рассчитывали по формуле:где w_i - исходная масса пленки, w_f - масса пленки в конце эксперимента. Эксперимент проводился следующим образом: пленки (2×2 см) сушили при 60°С в течение 24 ч и далее помещали в эксикатор с насыщенным раствором хлорида натрия для поддержания относительной влажности 75% на 24 часа и после взвешивали.

Водорастворимость пленок (Sw, %) рассчитывали по уравнению:

где w_i - исходная масса пленки, w_f - масса пленки после эксперимента. Эксперимент проводился следующим образом: образцы пленки (2×2 см) сушили при 60°С в течение 24 ч и далее погружали в бюксы с 15 мл дистиллированной воды при 25°С на 1 час. После этого пленки сушили при температуре 60°С в течение 24 ч и взвешивали.

В Таблице 1 представлены результаты экспериментов на примере 5-ти пленок с разным соотношением полисахаридов каррагинана и крахмала (в расчете на 2 г смеси полисахаридов) и содержанием фибрилл наноцеллюлозы (относительно 2 г смеси полисахаридов).

Как показывают результаты проведенных лабораторных исследований, заявленные составы для получения упаковочного материала для пищевых продуктов на основе природных материалов обладают низкими значениями паропроницаемости (8.63⋅10^-11-1.97⋅10^-10 г/(с⋅м⋅Па)), маслопроницаемости (1-6%), водорастворимости (15-31%) и влагопоглощения (45-54%), что позволяет при их использовании существенно повысить срок хранения фруктов и овощей за счет оптимально подобранной рецептуры составов на основе природных полимеров и компонентов, делающих перспективными их применение в пищевой промышленности, в частности для упаковки овощей и фруктов. Кроме того, заявленная рецептура составов упаковочных материалов может быть использована и как съедобная биоразлагаемая пищевая пленка.

Список используемых источников информации:

1) Патент RU 2604223, опубл. 04.06.2015.

2) Патент RU 2305408, опубл. 10.09.2007.

3) Патент RU 2223653, опубл. 20.02.2004.

4) Патент RU 2693776, опубл. 04.07.2019 - (Прототип).

Claims (9)

1. Состав для получения упаковочного материала для пищевых продуктов, преимущественно, овощных и фруктовых, на основе природных материалов, включающий воду и каррагинан, отличающийся тем, что в качестве природных материалов дополнительно использованы альгинат натрия, крахмал, глицерин, миристиновая кислота, кунжутное масло, гель алоэ веры, экстракт цветка гибискуса, фибриллы наноцеллюлозы, взятые в соотношении ингредиентов, мас.%:
2. Крахмал 2.72 каррагинан 0.98 альгинат натрия 0.04 миристиновая кислота 0.18 кунжутное масло 0.15 гель алоэ веры 0.18 экстракт цветка гибискуса 1.85 фибриллы наноцеллюлозы 0.37 глицерин 1.11 вода 92.42
3. или
4. крахмал 2.71 каррагинан 0.98 альгинат натрия 0.04 миристиновая кислота 0.18 кунжутное масло 0.15 гель алоэ веры 0.18 экстракт цветка гибискуса 1.85 фибриллы наноцеллюлозы 0.55 глицерин 1.11 вода 92.25
5. или
6. крахмал 1.85 каррагинан 1.85 альгинат натрия 0.04 миристиновая кислота 0.18 кунжутное масло 0.15 гель алоэ веры 0.18 экстракт цветка гибискуса 1.85 фибриллы наноцеллюлозы 0.37 глицерин 1.11 вода 92.42
7. или
8. крахмал 0.98 каррагинан 2.72 альгинат натрия 0.04 миристиновая кислота 0.18 кунжутное масло 0.15 гель алоэ веры 0.18 экстракт цветка гибискуса 1.85 фибриллы наноцеллюлозы 0.37 глицерин 1.11 вода 92.42,
9. при этом значение паропроницаемости состава не более 10^-9 г/(с⋅м⋅Па), водорастворимости состава не более 35%, маслопроницаемости состава не более 15% и влагопоглощения состава не более 55%.