PL247986B1 - Dwuwarstwowa folia do przedłużania trwałości żywności i sposób wytwarzania dwuwarstwowej folii - Google Patents

Abstract

Przedmiotem zgłoszenia jest dwuwarstwowa folia do przedłużania trwałości żywności, która ma pierwszą warstwę i drugą warstwę z osuszonych roztworów nakładanych kolejno na produkt spożywczy. Roztwór furcellaranu służący do wytworzenia pierwszej warstwy zawiera furcellaran rozpuszczony w wodzie destylowanej w ilości od 0,6% do 1,2% wagowo użytej wody destylowanej, który był pozostawiony do spęcznienia przez 0,9 – 1,1 godziny i następnie rozpuszczony dalej w trakcie mieszania w temperaturze od 180°C do 220°C do czasu uzyskania jednorodnego, klarownego roztworu foliotwórczego furcellaranu, a następnie schłodzony do temperatury od 50 C do 70 C, w ilości od 98,5% do 99,5% całkowitej masy pierwszego roztworu powłokotwórczego, i glicerol w ilości 0,5% do 1,5%, całkowitej masy pierwszego roztworu powłokotwórczego, dodany podczas mieszania do roztworu furcellaranu. Roztwór karboksymetylocelulozy (CMC) służący do wytworzenia drugiej warstwy zawiera karboksymetylocelulozę w ilości od 0,8% do 1,2% wagowo użytej wody destylowanej, w ilości od 97,0% do 99,0% całkowitej masy drugiego roztworu powłokotwórczego, glicerol w ilości 0,5% do 1 5% całkowitej masy drugiego roztworu powłokotwórczego, dodany podczas mieszania w temperaturze pokojowej do roztworu karboksymetylocelulozy oraz roztwór hydrolizatu żelatynowego (HGEL) ze skóry karpia otrzymany po rozpuszczeniu hydrolizatu żelatynowego (HGEL) ze skóry karpia w wodzie destylowanej w ilości od 1,5% do 7,5% wagowo użytej wody destylowanej, w ilości 0,5% do 1,5% całkowitej masy drugiego roztworu powłokotwórczego, dodany podczas mieszania w temperaturze pokojowej do roztworu karboksymetylocelulozy i glicerolu. Zgłoszenie obejmuje także sposób wytworzenia dwuwarstwowej folii do przedłużania trwałości żywności.

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest dwuwarstwowa folia do przedłużania trwałości żywności i sposób wytwarzania dwuwarstwowej folii do przedłużania trwałości żywności, zgodnie z którym roztwory powłokotwórcze są aplikowane bezpośrednio na produkt, w szczególności na produkt żywnościowy, w postaci płynnej przez polewanie, zanurzanie lub natryskiwanie. Roztwory powłokotwórcze mogą być również wlewane kolejno do formy w celu wytworzenia dwuwarstwowej powłoki biopolimerowej, przykładowo w postaci folii biopolimerowej, która może być wykorzystywana jako opakowanie produktów, w tym produktów żywnościowych. Wynalazek może znaleźć zastosowanie w przemyśle spożywczym jako sposób utrwalania łatwo psujących się produktów spożywczych.

Rozwój przemysłu doprowadził do zalegania odpadów z tworzyw sztucznych, które stały się ogromnym problemem, gdyż polimery, to jest polietylen, polichlorek winylu, nie są łatwo rozkładane przez mikroorganizmy glebowe. Ostatecznie, nierozkładane odpady z tworzyw sztucznych pozostają w środowisku na bardzo długi czas, co stanowi ogromne zagrożenie dla fauny i flory środowiskowej (Vieira, da Silva, dos Santos, & Beppu, 2011).

Taka sytuacja wymusiła na przemyśle oraz w środowisku naukowym poszukiwania alternatywy dla tworzyw sztucznych. Ciekawym rozwiązaniem stają się materiały opakowaniowe na bazie biopolimerów. Wśród występujących naturalnie polimerów do najczęściej wykorzystywanych należy zaliczyć chitozan, żelatynę czy skrobię. Folie wytworzone z biopolimerów charakteryzują się bardzo dobrymi właściwościami użytkowymi, a także mogą stanowić bezpieczną matrycę dla składników aktywnych, takich jak ekstrakty roślinne, hydrolizaty białkowe czy nanowypełniacze (Fertahi, Ilsouk, Zeroual, Oukarroum, & Barakat, 2021).

Odpowiedzią na zapotrzebowanie konsumentów na żywność minimalnie przetworzoną i bez sztucznych dodatków może być dwuwarstwowa jadalna powłoka biopolimerowa przedstawiona w poniższym opisie, która ma lepsze właściwości barierowe niż powłoki wytworzone z innych biopolimerów. Folie jadalne wyróżniają się właściwościami barierowymi, które sprawiają, że powstają wzajemne oddziaływania między produktem i otoczeniem. Transpiracja i ususzka są głównymi przyczynami strat produktów spożywczych podczas ich składowania, dlatego też bardzo ważnym czynnikiem jest poprawa właściwości barierowych folii polimerowych w stosunku do pary wodnej, poprzez inkorporację fazy lipidowej.

Znane są jadalne, aktywne powłoki zawierające chitozan oraz karagenian.

Znane są jadalne, aktywne powłoki zawierające furcellaran, jednakże brak jest informacji dotyczących powłok albo roztworów z kompleksem furcellaran-polisacharyd. W znanych przykładach wykonania w celu otrzymania roztworu powłokotwórczego furcellaran mieszano z białkiem serwatkowym (Pluta-Kubica, Jamróz, Kawecka, Juszczak, & Krzyściak, 2019), żelatyną (Jamróz, Kulawik, Krzyściak, Talaga-Ćwiertnia, & Juszczak, 2019) czy hydrolizatem żelatynowym (Jamróz et al., 2021), który wykorzystywano do otrzymywania folii biopolimerowych.

Podążając za trendami konsumenckimi związanymi z eliminacją sztucznych konserwantów z żywności oraz zmniejszeniem ilości marnowanej żywności, wciąż poszukuje się nowych składników pochodzenia naturalnego, które będą wykazywać skuteczność zarówno jako dodatki aktywne do żywności funkcjonalnej, ale także jako substancje konserwujące oraz składniki aktywne biodegradowalnych jadalnych opakowań. Takim składnikiem może być hydrolizat białkowy ze skór karpia o właściwościach antyoksydacyjnych. Hydrolizat otrzymuje się z odpadów z przetwórstwa karpi, co wiąże się z jego pozytywnym wpływem na środowisko poprzez zagospodarowanie odpadów z przetwórstwa spożywczego. Hydrolizat żelatyny ze skór karpia posiada wysoką aktywność antyoksydacyjną. Zawiera on biologicznie aktywne peptydy definiowane jako fragmenty białek, które pozostają nieaktywne w sekwencji swoich prekursorów, natomiast po uwolnieniu przez enzymy proteolityczne mogą oddziaływać z odpowiednimi receptorami, wykazując działanie przeciwutleniające. Hydrolizaty białkowe, które zawierają peptydy przeciwutleniające, można stosować jako składnik bioaktywny w jadalnych powłokach biopolimerowych. Hydrolizat żelatyny ze skór karpia, który jest źródłem, między innymi przeciwutleniającego peptydu o sekwencji Alanina-Tyrozyna, wykazuje ponadto działanie antyhipertensyjne.

Hydrolizat żelatyny, zgodnie ze stanem techniki, może być wytwarzany z żelatyny. Sposobami wytwarzania żelatyny, z której pozyskiwany jest hydrolizat, są sposoby opisane w publikacji pt. „Characterization of carp (Cyprinus carpio) skin gelatin extracted using different pretreatments method”, Food Hydrocolloids 81 (2018). Zgodnie z tą publikacją, w jednym ze sposobów bazującym na przedstawionej metodzie, partię częściowo rozmrożonej skóry o temperaturze około 0°C potraktowano 2,6% roztworem chlorku sodu, przy czym stosunek wagi skór do objętości NaCl wynosił 1 : 6 (wag./obj.). Proces był kontynuowany przez 10 minut w temperaturze nieprzekraczającej 16°C, z intensywnym mieszaniem na mieszadle mechanicznym. Po ekstrakcji mieszaninę pozostawiono na 10 minut do sedymentacji. Następnie górną warstwę roztworu, zawierającą tłuszcz znajdujący się na powierzchni, zebrano i usunięto. Pozostałą część roztworu przelano przez tkaninę o średnicy oczek 72 μm i wirowano przez 5 minut przy 1000 x g, a supernatant usunięto. Powyższą procedurę przeprowadzono dwukrotnie. Potem pozostały surowiec zmieszano z wodą wodociągową w stosunku 6 : 1 (obj./wag.) i mieszano przez 10 minut w temperaturze nieprzekraczającej 18°C, i odwirowywano przez 5 minut przy 1000 x g, a supernatant usunięto. Krok ten został powtórzony trzy razy. Następnie materiał został dodany do ciepłej wody destylowanej o temperaturze około 45°C, w stosunku 1 : 3 (wag./obj.). Ekstrakcję żelatyny prowadzono przez 60 minut, z ciągłym mieszaniem w temperaturze 45°C ±1,5°C. Po zakończeniu ekstrakcji roztwór żelatyny oddzielono od nierozpuszczalnego materiału za pomocą filtracji, przy użyciu podwójnej tkaniny o średnicy oczek 72 μm. Wreszcie, roztwór ponownie przesączono przez jakościowy papier filtracyjny o średniej prędkości i wysuszono za pomocą liofilizatora. Ekstrakcje przeprowadzano trzykrotnie.

Inny sposób wytwarzania żelatyny znany ze wspomnianej publikacji został oparty na metodzie opisanej przez Duana i wsp. (2011). Zgodnie z tym sposobem skóry zmieszane z 0,1 M NaOH mieszano przez 6 godzin w sposób ciągły, przy stosunku próbka/roztwór alkaliczny wynoszącym 1 : 3 (wag./poj.), w celu usunięcia białek niekolagenowych. Roztwór alkaliczny był wymieniany co 3 godziny. Następnie próbki przemyto zimną wodą destylowaną, aż do uzyskania obojętnego odczynu pH wody przemywającej, to jest pH 7. Po czym skóry namoczono przy użyciu etanolu spożywczego (95,6%), przy stosunku ciało stałe/rozpuszczalnik wynoszącym 1 : 2 (wag./obj.), pozostawiono na noc w celu usunięcia tłuszczu i kilkakrotnie przemyto zimną wodą destylowaną. Wszystkie procedury przeprowadzono przy temperaturze około 4°C. Żelatynę ekstrahowano ze wstępnie obrobionych skór, przy stosunku frakcja stała/woda destylowana wynoszącym 1 : 3 (wag./obj.), przez 4 godziny w temperaturze 45°C ±1,5°C. Następnie żelatynę zebrano przez filtrację i liofilizowano podobnie jak opisano dla wyżej wspomnianego sposobu. Ekstrakcje przeprowadzano w trzech powtórzeniach.

W jeszcze innym sposobie, znanym ze wspomnianej publikacji, żelatynę otrzymano przy użyciu rozcieńczonych alkaliów i obróbki wstępnej kwasami organicznymi i nieorganicznymi. Ten sposób został oparty na metodzie opisanej przez Grossmana i Bergman (1992) z modyfikacjami. Zgodnie z tym sposobem skóry były moczone w 0,2% NaOH przez 2 godziny, przy stosunku próbka/roztwór alkaliczny wynoszącym 1 : 6 (wag./obj.). Potem skóry potraktowane alkaliami przemywano wodą destylowaną w temperaturze 10°C, do osiągnięcia odczynu pH 7, i moczono w 0,2% H2SO4 przez 2 godziny, przy stosunku próbka/roztwór kwasu wynoszącym 1 : 6 (wag./obj.). Następnie skóry potraktowane kwasem mineralnym przemywano wodą destylowaną w temperaturze 10°C, aż do momentu, gdy popłuczyny miały odczyn pH 7, i nasączano 1,0% wodnym roztworem kwasu cytrynowego przez 2 godziny, przy stosunku próbka/roztwór kwasu cytrynowego wynoszącym 1 : 6 (wag./obj.). Po tym skóry potraktowane kwasem cytrynowym ponownie przemywano wodą destylowaną w temperaturze 10°C, aż popłuczyny osiągnęły odczyn pH 7, i poddano je końcowemu przemyciu wodą destylowaną w celu usunięcia wszelkich pozostałości soli. Wstępnie przygotowane skóry umieszczono w naczyniu zawierającym wodę destylowaną i ekstrahowano w temperaturze 45°C ±1,5°C. Po całonocnej ekstrakcji, mieszaninę przesączono, a następnie liofilizowano w celu całkowitego usunięcia wilgoci, jak opisano dla wyżej wspomnianych sposobów. Ekstrakcje przeprowadzono w trzech powtórzeniach.

Z publikacji opisu zgłoszeniowego PL.424604 wynalazku pt. „Produkt hydrolizy żelatyny pozyskanej ze skóry karpia i sposób jego otrzymywania” znany jest sposób wytwarzania produktu hydrolizy żelatyny pozyskanej ze skóry karpia, zawierający aktywny peptyd o właściwościach przeciwutleniających, zidentyfikowany jako Alanina-Tyrozyna, cechujący się wysoką rozpuszczalnością w wodzie w szerokim zakresie odczynu pH. Zgodnie ze wspomnianą publikacją, hydrolizat żelatyny ze skóry karpia uzyskiwano przez dodatek enzymu proteolitycznego subtylizyny, otrzymywanego, przykładowo z Bacillus subtilis, w ilości 2% masy liofilizowanej żelatyny o zawartości białka 82%. Otrzymany hydrolizat żelatyny wykazywał aktywność przeciwutleniającą określoną w oparciu o siłę redukującą jonów żelaza (III) zgodnie z metodą FRAP na poziomie 5,14-3,70 μM troloksu na mg liofilizatu.

Wytworzony hydrolizat żelatyny zawierał między innymi białko w ilości 80,09 ±0,43% wagowo całkowitej masy i tłuszcz w ilości 0,93% wagowo całkowitej masy, jako składniki odżywcze. Na profil aminokwasów w białku składała się głównie alanina, arginina, kwas asparaginowy, kwas glutaminowy, glicyna, lizyna, metionina, prolina + hydroksyprolina, seryna, treonina i walina.

Znany z wyżej wymienionej publikacji i dostępnej literatury sposób otrzymywania hydrolizatu żelatyny polegał na tym, że skóry z karpia (Cyprinus carpio), będące produktem ubocznym w procesie filetowania ryb, poddawane były moczeniu w 0,1 M NaOH przez 6 godzin, następnie w alkoholu etylowym przez 12 godzin, w temperaturze 4°C. Żelatynę ekstrahowano w wodzie przez 4 godziny w temperaturze 45°C ±1°C. Otrzymany roztwór poddawany był procesowi liofilizacji. W jednym z przykładów wykonania 12,25 g liofilizowanej żelatyny o zawartości białka 82% rozpuszczano w 150 ml wody destylowanej o temperaturze 50°C, jednocześnie dodając 1 M HCl, w takiej ilości, aby doprowadzić odczyn pH roztworu do wartości 7. Dodawanie HCl do roztworów w celu uzyskania żądanego odczynu pH roztworu jest dobrze znane ze stanu techniki. Z różnych publikacji wynika, że po dodaniu HCl do roztworu sprawdza się odczyn pH roztworu i dodaje się tyle HCl, ciągle sprawdzając wartość odczynu pH, aż doprowadzi się odczyn pH roztworu do żądanej wartości odczynu pH. Pomiary odczynu pH roztworu są łatwiejsze aniżeli obliczenie, ile HCl należy dodać, aby doprowadzić odczyn pH roztworu do żądanej wartości odczynu pH.

Hydrolizę enzymatyczną rozpoczynano przez dodatek enzymu proteolitycznego subtylizyny, otrzymywanego, przykładowo z Bacillus subtilis, w ilości 2% w stosunku do substratu. Proces hydrolizy prowadzono przez 180 minut w temperaturze 50°C, utrzymując stale odczyn pH roztworu o wartości 7 poprzez dodatek 1 M NaOH w ilości pozwalającej na ciągłe utrzymywanie odczynu pH roztworu na poziomie o wartości pH 7. Reakcję hamowano poprzez ogrzewanie hydrolizatu w temperaturze 90°C przez 15 minut, po czym otrzymany roztwór chłodzono w łaźni z lodem przez 10 minut, a następnie wirowano przy 10 000 x g przez 15 minut w temperaturze 4°C. Wyrażenie 10 000 x g opisuje siłę przyspieszenia przykładaną do próbki w wirówce, którą mierzy się wielokrotnością, w tym przypadku 10 000 razy, standardowego przyspieszenia z powodu grawitacji na powierzchni Ziemi albo przyspieszenia wywołanego grawitacją Ziemi, co odnosi się nie tylko do tego przykładu, ale i do innych, gdy wspomina się o wirowaniu. W przypadku energicznego mieszania można je prowadzić do 10000 x g, co odnosi się nie tylko do tego przykładu, ale i do innych, gdy wspomina się o wirowaniu. W celu otrzymania hydrolizatu żelatyny produkt wirowania poddawano liofilizacji.

Furcellaran znany ze stanu techniki jest siarczanowym, anionowym polisacharydem pozyskiwanym z czerwonych alg Furcellaria lumbricalis, a jego właściwości strukturalne i funkcjonalne są zbliżone do κ-karagenianu.

Aby przygotować roztwór wodny furcellaranu, furcellaran rozpuszcza się w wodzie destylowanej w ilości od 0,6% do 1,2% wagowo użytej wody destylowanej i pozostawia do spęcznienia przez 0,9-1,1 godziny i następnie rozpuszcza w trakcie mieszania w temperaturze od 180°C do 220°C do czasu uzyskania jednorodnego, klarownego roztworu foliotwórczego furcellaranu.

Karboksymetyloceluloza (CMC) jest polimerem, półsyntetyczną pochodną celulozy otrzymaną przez przyłączenie do jednej z reszt hydroksylowych glukopiranozy grupy karboksymetylowej. Karboksymetyloceluloza jest stosunkowo odporna na działanie mikroorganizmów. W roztworach wodnych wykazuje właściwości emulgatora anionowo czynnego, stabilizuje emulsję i zwiększa lepkość. W niniejszym opisie pod pojęciem karboksymetylocelulozy należy rozumieć roztwór wodny soli sodowej karboksymetylocelulozy, który aktywność przeciwbakteryjną wykazuje dopiero w roztworach o pH poniżej 5,0. W przemyśle spożywczym jest oznaczona symbolem E466 i należy do grupy emulgatorów i środków zagęszczających.

Przedmiotem wynalazku jest sposób otrzymywania dwuwarstwowej folii biopolimerowej o aktywności antyoksydacyjnej, służącej do wydłużania trwałości produktów spożywczych, które zostają w nią zawinięte. Wynalazek może znaleźć zastosowanie w przemyśle spożywczym jako sposób utrwalania łatwopsujących się produktów spożywczych.

Celem niniejszego wynalazku jest stworzenie dwuwarstwowej folii do przedłużania trwałości żywności, która wykazywałaby dużą aktywność antyoksydacyjną i którą można by łatwo nakładać na produkt spożywczy. Ponadto celem niniejszego wynalazku jest ujawnienie sposobu wytwarzania dwuwarstwowej folii do przedłużania trwałości żywności.

Ideą wynalazku jest dwuwarstwowa folia do przedłużania trwałości żywności, mająca pierwszą warstwę z osuszonego przez odparowanie wody z pierwszego roztworu powłokotwórczego zawierającego furcellaran, zwanego dalej roztworem furcellaranu, i drugą warstwę osuszonego przez odparowanie wody z drugiego roztworu powłokotwórczego zawierającego karboksymetylocelulozę (CMC), zwanego dalej roztworem karboksymetylocelulozy (CMC), charakteryzująca się tym, że roztwór furcellaranu służący do wytworzenia pierwszej warstwy zawiera furcellaran rozpuszczony w wodzie destylowanej w ilości od 0,6% do 1,2% wagowo użytej wody destylowanej i pozost awiony do spęcznienia przez 0,9-1,1 godziny i następnie rozpuszczony dalej w trakcie mieszania w temperaturze od 180°C do 220°C do czasu uzyskania jednorodnego, klarownego roztworu foliotwórczego, w ilości od 98,5% do 99,5% całkowitej masy pierwszego roztworu powłokotwórczego, a następnie schłodzony do temperatury od 50°C do 70°C, i glicerol w ilości 0,5% do 1,5% całkowitej masy pierwszego roztworu powłokotwórczego, dodany podczas mieszania do roztworu furcellaranu, a roztwór karboksymetylocelulozy (CMC) służący do wytworzenia drugiej warstwy zawiera karboksymetylocelulozę w ilości od 0,8% do 1,2% wagowo użytej wody destylowanej, w ilości od 97,0% do 99,0% całkowitej masy drugiego roztworu powłokotwórczego, glicerol w ilości 0,5% do 1,5% całkowitej masy drugiego roztworu powłokotwórczego, dodany podczas mieszania w temperaturze pokojowej do roztworu karboksymetylocelulozy oraz roztwór hydrolizatu żelatynowego (HGEL) ze skóry karpia otrzymany po rozpuszczeniu hydrolizatu żelatynowego (HGEL) ze skóry karpia w wodzie destylowanej w ilości od 1,5% do 7,5% wagowo użytej wody destylowanej, w ilości 0,5% do 1,5% całkowitej masy drugiego roztworu powłokotwórczego, dodany podczas mieszania w temperaturze pokojowej do roztworu karboksymetylocelulozy i glicerolu.

Korzystnie, karboksymetyloceluloza może być solą sodową karboksymetylocelulozy.

Przy tym, korzystnie pierwsza warstwa i druga warstwa mogą być uformowane w formie albo na produkcie żywnościowym.

Ideą wynalazku jest również sposób wytwarzania dwuwarstwowej folii do przedłużania trwałości żywności mającej pierwszą warstwę z osuszonego przez odparowanie wody z pierwszego roztworu powłokotwórczego zawierającego furcellaran, zwanego dalej roztworem furcellaranu, i drugą warstwę osuszonego przez odparowanie wody z drugiego roztworu powłokotwórczego zawierającego karboksymetylocelulozę, zwanego dalej roztworem karboksymetylocelulozy (CMC), nałożoną na pierwszą warstwę w postaci drugiego roztworu powłokotwórczego, charakteryzujący się tym, że przygotowując roztwór furcellaranu służący do wytworzenia pierwszej warstwy, furcellaran rozpuszcza się w wodzie destylowanej w ilości od 0,6% do 1,2% wagowo użytej wody destylowanej i pozostawia do spęcznienia przez 0,9-1,1 godziny i następnie rozpuszcza się dalej w trakcie mieszania w temperaturze od 180°C do 220°C do czasu uzyskania jednorodnego, klarownego roztworu foliotwórczego furcellaranu, w ilości od 98,5% do 99,5% całkowitej masy pierwszego roztworu powłokotwórczego, po czym schładza się do temperatury od 50°C do 70°C, a na końcu, podczas mieszania dodaje się do roztworu foliotwórczego furcellaranu glicerol w ilości 0,5% do 1,5% całkowitej masy pierwszego roztworu powłokotwórczego, w którym zanurza się produkt żywności, po czym pozostawia się produkt żywności do osuszenia, przygotowując natomiast roztwór karboksymetylocelulozy, służący do wytworzenia drugiej warstwy, do wody destylowanej dodaje się sól sodową karboksymetylocelulozy w ilości od 0,8% do 1,2% wagowo użytej wody destylowanej, w ilości od 97,0% do 99,0% całkowitej masy drugiego roztworu powłokotwórczego, a do roztworu wodnego soli sodowej karboksymetylocelulozy dodaje się podczas mieszania w temperaturze pokojowej glicerol w ilości 0,5% do 1,5% całkowitej masy drugiego roztworu powłokotwórczego oraz roztwór hydrolizatu żelatynowego (HGEL) ze skóry karpia otrzymany po rozpuszczeniu hydrolizatu żelatynowego (HGEL) ze skóry karpia w wodzie destylowanej w ilości od 1,5% do 7,5% wagowo użytej wody destylowanej, w ilości 0,5% do 1,5% całkowitej masy drugiego roztworu powłokotwórczego, dodany podczas mieszania w temperaturze pokojowej do wodnego roztworu soli sodowej karboksymetylocelulozy i glicerolu.

Korzystnie, hydrolizat żelatynowy pozyskuje się z liofilizowanej żelatyny wytworzonej ze skóry z karpia (Cyprinus carpio), którą poddaje się moczeniu najpierw w 0,1 M NaOH przez 6 godzin, a następnie w alkoholu etylowym przez 12 godzin, w temperaturze 4°C, po czym żelatynę ekstrahuje się w wodzie przez 4 godziny w temperaturze 45°C ±1°C, a otrzymany roztwór poddaje się procesowi liofilizacji.

Ponadto, hydrolizat żelatynowy pozyskuje się z 12,25 g liofilizowanej żelatyny o zawartości białka 82%, którą rozpuszcza się w 150 ml wody destylowanej o temperaturze 50°C, jednocześnie dodając 1 M HCl w takiej ilości, aby doprowadzić odczyn pH roztworu do wartości pH 7, po czym rozpoczyna się hydrolizę enzymatyczną przez dodatek enzymu proteolitycznego subtylizyny, otrzymywanego z Bacillus subtilis, w ilości 2% w stosunku do substratu i proces hydrolizy prowadzi się przez 180 minut w temperaturze 50°C, utrzymując stale odczyn pH roztworu o wartości pH 7 poprzez dodatek 1 M NaOH w ilości pozwalającej na ciągłe utrzymywanie odczynu pH roztworu o wartości pH 7, przy czym proces hydrolizy hamuje się poprzez ogrzewanie hydrolizatu w temperaturze 90°C przez 15 minut, po czym otrzymany roztwór chłodzi się w łaźni z lodem przez 10 minut, a następnie odwirowuje się przy 10000 x g przez 15 minut w temperaturze 4°C i w celu otrzymania hydrolizatu żelatynowego produkt wirowania poddaje się liofilizacji.

Przedmiot wynalazku jest uwidoczniony w przykładach wykonania na rysunku, na którym Fig. 1 przedstawia schemat blokowy jednego ze sposobów przygotowania wodnego roztworu furcellaranu,

Fig. 2 przedstawia schemat blokowy jednego ze sposobów przygotowania pierwszego roztworu powłokotwórczego zawierającego furcellaran, Fig. 3 przedstawia schemat blokowy jednego ze sposobów przygotowania wodnego roztworu karboksymetylocelulozy (CMC), Fig. 4 przedstawia schemat blokowy jednego ze sposobów przygotowania wodnego roztworu hydrolizatu żelatynowego, a Fig. 5A i 5B przedstawiają schemat blokowy jednego ze sposobów przygotowania roztworu drugiego powłokotwórczego zawierającego karboksymetylocelulozę.

W celu wytworzenia dwuwarstwowej powłoki biopolimerowej, przykładowo w postaci folii biopolimerowej, przygotowuje się dwa roztwory: roztwór wodny furcellaranu i glicerolu oraz roztwór wodny karboksymetylocelulozy (CMC), hydrolizatu żelatynowego ze skóry karpia i glicerolu.

Na Fig. 1 przedstawiono schemat blokowy jednego ze sposobów przygotowania roztworu wodnego furcellaranu. W kroku 10 furcellaran miesza się z wodą destylowaną, w jednym przykładzie furcellaran miesza się w ilości 0,6% wagowo użytej wody destylowanej, w innym przykładzie furcellaran miesza się w ilości 1,2% wagowo użytej wody destylowanej, korzystnie furcellaran miesza się w ilości 1,0% wagowo użytej wody destylowanej. W kroku 11 roztwór wodny furcellaranu pozostawia się do spęcznienia, w jednym przypadku przez 0,9 godziny, w innym przypadku przez 1,1 godziny, korzystnie przez 1 godzinę. Następnie w kroku 12 rozpuszcza się go w trakcie mieszania, w jednym przykładzie w temperaturze 180°C, w innym przykładzie w temperaturze 220°C, korzystnie w temperaturze 200°C, aby uzyskać jednorodny, klarowny roztwór foliotwórczy.

Fig. 2 przedstawia schemat blokowy jednego ze sposobów przygotowania pierwszego roztworu powłokotwórczego zawierającego furcellaran do wytworzenia pierwszej warstwy dwuwarstwowej powłoki do przedłużania trwałości żywności. Po starcie w kroku 20, w kroku 21 do uprzednio przygotowanego roztworu furcellaranu, w ilości od 98,5% do 99,5% wagowo całkowitej masy pierwszego roztworu powłokotwórczego, podczas mieszania roztworu furcellaranu, dodaje się glicerol w ilości 0,5% wagowo całkowitej masy pierwszego roztworu powłokotwórczego w jednym przykładzie wykonania, a w innym przykładzie 1,5% wagowo całkowitej masy pierwszego roztworu powłokotwórczego, korzystnie w jeszcze innym przykładzie wykonania 1,0% wagowo całkowitej masy pierwszego roztworu powłokotwórczego. Pierwszy roztwór powłokotwórczy zawierający roztwór furcellaranu w ilości od 98,5% do 99,5% wagowo i glicerol w ilości od 0,5% do 1,5% miesza się przez czas od 10 min do 30 min w kroku 22.

W celu wytworzenia pierwszej warstwy, pierwszy roztwór powłokotwórczy zawierający roztwór furcellaranu i glicerol w jednym z przykładów wykonania wlewa się w kroku 23 do formy aż do osiągnięcia w formie wysokości roztworu w granicach od 0,1 mm do 1,5 mm. W innym przykładzie wykonania zanurza się produkt spożywczy w roztworze powłokotwórczym zawierającym roztwór furcellaranu i glicerol. Pierwszy roztwór powłokotwórczy suszy się do przyjęcia formy żelu w temperaturze pokojowej wynoszącej od 20°C do 22°C oraz wilgotności od 40% do 45% w czasie 18 min w jednym przykładzie wykonania, a 22 min w innym przykładzie wykonania, korzystnie 20 min w jeszcze innym przykładzie wykonania.

Na Fig. 3 przedstawiono schemat blokowy jednego ze sposobów przygotowania wodnego roztworu karboksymetylocelulozy (CMC) służącego do wytworzenia drugiej warstwy. W kroku 30 sól sodową karboksymetylocelulozy (CMC) miesza się z wodą destylowaną, w jednym przykładzie sól sodową karboksymetylocelulozy miesza się w ilości 0,8% wagowo użytej wody destylowanej, w innym przykładzie sól sodową karboksymetylocelulozy miesza się w ilości 1,2% wagowo użytej wody destylowanej, korzystnie sól sodową karboksymetylocelulozy miesza się w ilości 1,0% wagowo użytej wody destylowanej, przygotowując roztwór wodny karboksymetylocelulozy w ilości od 97,0% do 99,0% przewidywanej całkowitej masy drugiego roztworu powłokotwórczego.

Fig. 4 przedstawia schemat blokowy jednego ze sposobów przygotowania roztworu wodnego hydrolizatu żelatynowego, w którym w kroku 40 miesza się hydrolizat żelatynowy ze skóry karpia z wodą destylowaną przez od 10 godzin do 15 godzin w temperaturze od 20°C do 22°C. W jednym przypadku hydrolizat żelatynowy rozpuszcza się w wodzie destylowanej w ilości 1,5% wagowo użytej wody destylowanej, a w innym przypadku hydrolizat żelatynowy rozpuszcza się w wodzie destylowanej w ilości 7,5% wagowo użytej wody destylowanej, korzystnie hydrolizat żelatynowy rozpuszcza się w wodzie destylowanej w ilości 4,5% wagowo użytej wody destylowanej. Udział roztworu hydrolizatu żelatynowego w całkowitej masie drugiego roztworu powłokotwórczego wynosi od 0,5% do 1,5% całkowitej masy drugiego roztworu powłokotwórczego.

Fig. 5A i 5B przedstawiają schemat blokowy jednego ze sposobów przygotowania drugiego roztworu powłokotwórczego do wytworzenia dwuwarstwowej folii do przedłużania trwałości żywności.

Po starcie w kroku 50, w kroku 51 do wodnego roztworu soli sodowej karboksymetylocelulozy, uprzednio przygotowanego, dodaje się podczas mieszania w temperaturze pokojowej glicerol w ilości 0,5% w jednym przykładzie wykonania, a w innym przykładzie wykonania 1,5% całkowitej masy drugiego roztworu powłokotwórczego, korzystnie 1,0% całkowitej masy drugiego roztworu powłokotwórczego. W kroku 52 roztwór wodny soli sodowej karboksymetylocelulozy i glicerolu miesza się przez 10 h - 15 h w temperaturze pokojowej wynoszącej od 20°C do 22°C. W kroku 53 dodaje się uprzednio przygotowany roztwór hydrolizatu żelatynowego (HGEL) ze skóry karpia otrzymany po rozpuszczeniu hydrolizatu żelatynowego (HGEL) ze skóry karpia w wodzie destylowanej, w ilości 0,5% w jednym przykładzie wykonania, a w innym przykładzie wykonania 1,5% całkowitej masy drugiego roztworu powłokotwórczego, korzystnie 1,0% całkowitej masy drugiego roztworu powłokotwórczego, dodany podczas mieszania w kroku 54 przez 10 min w jednym przykładzie wykonania, a przez 20 min w innym przykładzie wykonania w temperaturze pokojowej do wodnego roztworu soli sodowej karboksymetylocelulozy i glicerolu. W celu wytworzenia dwuwarstwowej folii do przedłużania trwałości żywności, na pierwszą warstwę roztworu powłokotwórczego, to znaczy warstwę pierwszego roztworu powłokotwórczego, po przyjęciu formy żelu, po upływie 30 minut od wlania pierwszego roztworu w jednym przykładzie wykonania albo po upływie 40 minut w innym przykładzie wykonania, wlewa się do formy w kroku 55 drugi roztwór powłokotwórczy do wytworzenia dwuwarstwowej folii do przedłużania trwałości żywności zawierający roztwór karboksymetylocelulozy, glicerol i roztwór hydrolizatu żelatynowego w ilości potrzebnej do wytworzenia drugiej warstwy albo zanurza się w nim, albo natryskuje się nim produkt spożywczy powleczony pierwszą warstwą w jednym przykładzie wykonania, albo wlewa się do formy aż do osiągnięcia w formie wysokości drugiego roztworu w granicach od 0,1 mm do 1,5 mm w ilości potrzebnej do wytworzenia drugiej warstwy po przeprowadzeniu prostych obliczeń matematycznych. Po wylaniu drugiego roztworu na pierwszy roztwór doprowadzony do formy żelu, obie warstwy potrzebne do wytworzenia folii do przedłużania trwałości żywności mającej pierwszą warstwę zawierającą furcellaran oraz glicerol i drugą warstwę zawierającą karboksymetylocelulozę (CMC), glicerol i hydrolizat żelatynowy suszy się w temperaturze pokojowej wynoszącej od 20°C do 22°C oraz wilgotności od 40% do 45% przy aktywnym wywiewie powietrza w ilości od 2 m³/min do 50 m³/min przez 12 godzin w jednym przykładzie wykonania, a 24 godziny w innym przykładzie wykonania.

Przykład 1 Folia dwuwarstwowa (FUR/CMC+HGEL)

Przygotowano indywidualnie 1% roztwór karboksymetylocelulozy (CMC) w ilości 99,0 ml, rozpuszczając podczas mieszania sól sodową karboksymetylocelulozy w ilości 1,0% wagowo użytej wody destylowanej, do którego po rozpuszczeniu dodano glicerol w ilości 1,0 ml. Roztwór karboksymetylocelulozy i glicerolu mieszano przez 12 h w temperaturze pokojowej. Jednocześnie przygotowano 1% roztwór furcellaranu (FUR) w ilości 99,0 ml, do którego po rozpuszczeniu dodano glicerolu w ilości 1,0 ml. Roztwór furcellaranu i glicerolu podgrzano do temperatury 130°C. Następnie 100 ml roztworu furcellaranu i glicerolu wylano na przygotowaną formę w postaci cylindrycznego pojemnika o średnicy 0 150 mm i pozostawiono w bezruchu, aż roztwór przyjął postać żelu.

Następnie, do 100 ml roztworu karboksymetylocelulozy i glicerolu dodano 0,5 g hydrolizatu żelatynowego (HGEL). Gdy roztwór stał się klarowny, to przy pomocy pipety został naniesiony na pierwszą warstwę roztwór furcellaranu i glicerolu, który miał już postać żelu, i pozostawiony w bezruchu aż do przyjęcia formy żelu. Tak otrzymany żel dwuwarstwowy po wysuszeniu przyjął postać folii.

Przykładem zastosowania zgłaszanego wynalazku były pomidorki typu cherry zabezpieczone folią dwuwarstwową. W tym przykładzie zastosowania stwierdzono, że folia dwuwarstwowa charakteryzuje się potencjałem antyoksydacyjnym wynoszącym około 3 mM troloksu/mg określonym metodą FRAP oraz około 2,8% określonym metodą DPPH. Ponadto folię dwuwarstwową poddano badaniom wytrzymałościowym w celu określenia jej właściwości mechanicznych. Stwierdzono, że wydłużenie względne trwałe folii przy próbie na zerwanie wynosi około 40%, a moduł elastyczności wynosi około 150 MPa.

W powyższym przykładzie pomidorki typu cherry przechowywano w temperaturze pokojowej przez 17 dni z zastosowaniem folii, po czym próbki analizowano w zakresie zmian ich wagi, koloru oraz zawartości polifenoli. Uzyskane wyniki wskazały, że duża przepuszczalność wobec pary wodnej, wynosząca około 870 g/m^d, powoduje utratę wagi. Proponowana dwuwarstwowa folia ma podobne parametry, jeżeli chodzi o zawartość polifenoli jak folia LDPE, co wskazuje na dość isto tny kierunek w zastosowaniu, gdyż te folie mogą być alternatywą dla folii syntetycznych podczas przechowywania produktów spożywczych.

Ważną cechą folii według wynalazku jest to, że folia ulega biodegradacji w przeciągu około 3 tygodni.

Claims (6)

Zastrzeżenia patentowe

1. Dwuwarstwowa folia do przedłużania trwałości żywności mająca pierwszą warstwę z osuszonego przez odparowanie wody z pierwszego roztworu powłokotwórczego zawierającego furcellaran, zwanego dalej roztworem furcellaranu, i drugą warstwę osuszonego przez odparowanie wody z drugiego roztworu powłokotwórczego zawierającego karboksymetylocelulozę (CMC), zwanego dalej roztworem karboksymetylocelulozy (CMC), znamienna tym, że roztwór furcellaranu służący do wytworzenia pierwszej warstwy zawiera furcellaran rozpuszczony w wodzie destylowanej w ilości od 0,6% do 1,2% wagowo użytej wody destylowanej i pozostawiony do spęcznienia przez 0,9-1,1 godziny, i następnie rozpuszczony dalej w trakcie mieszania w temperaturze od 180°C do 220°C do czasu uzyskania jednorodnego, klarownego roztworu foliotwórczego, w ilości od 98,5% do 99,5% całkowitej masy pierwszego roztworu powłokotwórczego, a następnie schłodzony do temperatury od 50°C do 70°C, i glicerol w ilości 0,5% do 1,5% całkowitej masy pierwszego roztworu powłokotwórczego, dodany podczas mieszania do roztworu furcellaranu, a roztwór karboksymetylocelulozy (CMC) służący do wytworzenia drugiej warstwy zawiera karboksymetylocelulozę w ilości od 0,8% do 1,2% wagowo użytej wody destylowanej, w ilości od 97,0% do 99,0% całkowitej masy drugiego roztworu powłokotwórczego, glicerol w ilości 0,5% do 1,5% całkowitej masy drugiego roztworu powłokotwórczego, dodany podczas mieszania w temperaturze pokojowej do roztworu karboksymetylocelulozy, oraz roztwór hydrolizatu żelatynowego (HGEL) ze skóry karpia otrzymany po rozpuszczeniu hydrolizatu żelatynowego (HGEL) ze skóry karpia w wodzie destylowanej w ilości od 1,5% do 7,5% wagowo użytej wody destylowanej, w ilości 0,5% do 1,5% całkowitej masy drugiego roztworu powłokotwórczego, dodany podczas mieszania w temperaturze pokojowej do roztworu karboksymetylocelulozy i glicerolu.

2. Dwuwarstwowa folia według zastrz. 1, znamienna tym, że karboksymetyloceluloza jest solą sodową karboksymetylocelulozy.

3. Dwuwarstwowa folia według zastrz. 1 albo 2, znamienna tym, że pierwsza warstwa i druga warstwa są uformowane w formie albo na produkcie żywnościowym.

4. Sposób wytwarzania dwuwarstwowej folii do przedłużania trwałości żywności mającej pierwszą warstwę z osuszonego przez odparowanie wody z pierwszego roztworu powłokotwórczego zawierającego furcellaran, zwanego dalej roztworem furcellaranu, i drugą warstwę osuszonego przez odparowanie wody z drugiego roztworu powłokotwórczego zawierającego karboksymetylocelulozę, zwanego dalej roztworem karboksymetylocelulozy (CMC), nałożoną na pierwszą warstwę w postaci drugiego roztworu powłokotwórczego, znamienny tym, że przygotowując roztwór furcellaranu służący do wytworzenia pierwszej warstwy, furcellaran rozpuszcza się w wodzie destylowanej w ilości od 0,6% do 1,2% wagowo użytej wody destylowanej i pozostawia do spęcznienia przez 0,9-1,1 godziny, i następnie rozpuszcza się dalej w trakcie mieszania w temperaturze od 180°C do 220°C do czasu uzyskania jednorodnego, klarownego roztworu foliotwórczego furcellaranu w ilości od 98,5% do 99,5% całkowitej masy pierwszego roztworu powłokotwórczego, po czym schładza się do temperatury od 50°C do 70°C, a na końcu podczas mieszania dodaje się do roztworu foliotwórczego furcellaranu glicerol w ilości 0,5% do 1,5% całkowitej masy pierwszego roztworu powłokotwórczego, w którym zanurza się produkt żywnościowy, po czym pozostawia się produkt żywnościowy do osuszenia, przygotowując natomiast roztwór karboksymetylocelulozy, służący do wytworzenia drugiej warstwy, do wody destylowanej dodaje się sól sodową karboksymetylocelulozy w ilości od 0,8% do 1,2% wagowo użytej wody destylowanej, w ilości od 97,0% do 99,0% całkowitej masy drugiego roztworu powłokotwórczego, a do roztworu wodnego soli sodowej karboksymetylocelulozy dodaje się podczas mieszania w temperaturze pokojowej glicerol w ilości 0,5% do 1,5% całkowitej masy drugiego roztworu powłokotwórczego oraz roztwór hydrolizatu żelatynowego (HGEL) ze skóry karpia otrzymany po rozpuszczeniu hydrolizatu żelatynowego (HGEL) ze skóry karpia w wodzie destylowanej w ilości od 1,5% do 7,5% wagowo użytej wody destylowanej, w ilości 0,5% do 1,5% całkowitej masy drugiego roztworu powłokotwórczego, dodany podczas mieszania w temperaturze pokojowej do wodnego roztworu soli sodowej karboksymetylocelulozy i glicerolu.

5. Sposób wytwarzania dwuwarstwowej folii według zastrz. 4 znamienny tym, że hydrolizat żelatynowy pozyskuje się z liofilizowanej żelatyny wytworzonej ze skóry z karpia (Cyprinus carpio), którą poddaje się moczeniu najpierw w 0,1 M NaOH przez 6 godzin, a następnie w alkoholu etylowym przez 12 godzin, w temperaturze 4°C, po czym żelatynę ekstrahuje się w wodzie przez 4 godziny w temperaturze 45°C ±1°C, a otrzymany roztwór poddaje się procesowi liofilizacji.

6. Sposób wytwarzania dwuwarstwowej folii według zastrz. 4 albo 5 znamienny tym, że hydrolizat żelatynowy pozyskuje się z 12,25 g liofilizowanej żelatyny o zawartości białka 82%, którą rozpuszcza się w 150 ml wody destylowanej o temperaturze 50°C, jednocześnie dodając 1 M HCl w takiej ilości, aby doprowadzić odczyn pH roztworu do wartości pH 7, po czym rozpoczyna się hydrolizę enzymatyczną przez dodatek enzymu proteolitycznego subtylizyny, otrzymywanego z Bacillus subtilis, w ilości 2% w stosunku do substratu i proces hydrolizy prowadzi się przez 180 minut w temperaturze 50°C, przy czym proces hydrolizy hamuje się poprzez ogrzewanie hydrolizatu w temperaturze 90°C przez 15 minut, po czym otrzymany roztwór chłodzi się w łaźni z lodem przez 10 minut, a następnie odwirowuje się przy 10000 x g przez 15 minut w temperaturze 4°C i w celu otrzymania hydrolizatu żelatynowego produkt wirowania poddaje się liofilizacji.