ПИЩЕВАЯ ПЛЁНКА НА ОСНОВЕ ХИТОЗАНА, СПОСОБ ЕЁ ПОЛУЧЕНИЯ И ПРИМЕНЕНИЯ Российский патент 2022 года по МПК C08J5/18 C08L5/08 

Изобретение относится к съедобной оболочке, которую можно использовать для нанесения на съедобную посуду, фрукты и кондитерские изделия [МПК B65D 65/00, B65D 65/46].

Из уровня техники известен СПОСОБ ПРИГОТОВЛЕНИЯ РАЗЛАГАЕМОЙ ПИЩЕВОЙ УПАКОВКИ ПЛЕНКИ [CN107189296 (А), опубл. 22.09.2017 г.], содержащий следующие исходные материалы (по весу): 38-45 частей поливинилового спирта, 25-35 частей полимолочной кислоты, 20-30 частей хитозана, 14-21 частей крахмала, 5-10 частей льняное хлопковое волокно, 4-8 частей каолина, 2-5 частей антисептика и 1-4 части светостабилизатора.

Недостатком известного способа является добавление в раствор для приготовления пищевой упаковки поливинилового спирта и антисептика, что ограничивает возможность потребления в пищу известного решения из-за неприятного вкуса.

Также из уровня техники известен СПОСОБ ПРИГОТОВЛЕНИЯ ПОЛНОСТЬЮ БИОРАЗЛАГАЕМОЙ ПИЩЕВОЙ КОНСЕРВИРУЮЩЕЙ ПЛЕНКИ [CN 108892810 (А), опубл. 27.11.2018 г.], которая изготавливается из следующих массовых частей сырья: 30-60 частей модифицированного крахмала, 30-60 частей пищевого желатина, 30-60 частей соевого шрота, 10-15 частей карбоксиметилцеллюлозы, 1-3 части хитозана, 1-5 частей пластификатора, 10-15 частей воды, 1-5 частей лимонной кислоты, 1-5 частей антибактериального масла, 1-5 частей свежего имбирного сока, 1-5 части липкого рисового сока и 1-5 частей морковного порошка.

Недостатком данного аналога является недостаточная пластичность и водоотталкивающие свойства.

Наиболее близкой по технической сущности является ПИЩЕВАЯ ПЛЕНКА НА ОСНОВЕ ПОЛИСАХАРИДА, СПОСОБ ЕЕ ПОЛУЧЕНИЯ И ПРИМЕНЕНИЕ [CN 104893003 (А), опубл. 09.09.2015 г.], при этом пищевую пленку на основе полисахарида готовят из следующих массовых компонентов: от 10 до 20 частей крахмала, от 4 до 8 частей хитозана, от 5 до 15 частей глюкозы, от 5 до 10 частей метилцеллюлозы, от 1 до 5 частей желатина, от 2 до 10 частей пектина, от 2 до 5 частей агара, от 8 до 20 частей многоатомных спиртов, от 2 до 8 частей сорбиновой кислоты, от 1 до 5 частей парафина, от 3 до 7 частей альгина, от 3 до 6 частей лимонная кислота, от 1 до 3 частей стеарилфумарата натрия, от 1 до 4 частей L-аспартата и от 1 до 2 частей витамина С.

Основной технической проблемой прототипа является сложный состав компонентов, необходимый для достижения требуемых характеристик по гибкости, прозрачности и водонепроницаемости пищевой пленки.

Задачей изобретения является устранение недостатков прототипа.

Техническим результатом изобретения является сокращение количества компонентов, необходимых для создания пищевой пленки с высокими механическими характеристиками и безопасной для потребления человеком.

Указанный технический результат достигается за счет того, что раствор для получения пищевой пленки на основе хитозана, содержащий хитозан, пищевую кислоту, крахмал и пластификатор, отличающий тем, что выполнен на основе дистиллированной воды и содержит хитозан, пищевую кислоту, крахмал и пластификатор, в качестве которого используют пектин или агар-агар или их смесь, масс. %:

хитозан от 0,35 до 10;

пищевая кислота от 0,5 до 6;

крахмал от 1 до 10;

пластификатор до 10.

В частности, для приготовления раствора используют воду, при этом рН воды должен находиться в диапазоне от 5,4 до 7,5.

В частности, в качестве пищевой кислоты используют лимонную кислоту или уксусную кислоту или молочную кислоту или их смесь в произвольных пропорциях. В частности, в качестве хитозана используют хитозан молекулярной массой 330 кДа со степенью дезацетилирования не менее 70%.

В частности, в качестве хитозана используют хитозан молекулярной массой свыше 1 кДа с произвольной степенью дезацетилирования.

В частности, в качестве крахмала используют картофельный крахмал или кукурузный крахмал или крахмал из тапиоки или модифицированный крахмал.

Указанный технический результат достигается за счет того, что способ приготовления раствора для получения пищевой пленки на основе хитозана, характеризующийся приготовлением на водяной бане водного раствора пищевой кислоты, добавлением в раствор пищевой кислоты навески хитозана для получения требуемой концентрации хитозана, перемешиванием получившегося раствора от 10 до 90 минут до образования оптически прозрачного или немного мутного желто-золотистого немного вязкого раствора без глобул нерастворенного хитозана и пузырьков воздуха, приготовлением на водяной бане водного раствора крахмала, смешиванием раствора хитозана и крахмала в водяной бане и перемешиванием получившегося раствора до образования оптически непрозрачного бледно-золотистого раствора без глобул нерастворенных компонентов и без пузырьков воздуха, после чего в раствор для получения пищевых пленок добавляют пластификатор.

В частности, температуру водяной бани поддерживают в пределах 20-100°С, а нагревание длится свыше 90 минут.

Указанный технический результат достигается за счет того, что способ получения пищевой пленки на вафельных рожках из раствора на основе хитозана, характеризующийся нанесением на поверхность вафельного рожка раствора для получения пищевой пленки, сушкой вафельного рожка в духовке в режиме конвекции при температуре 70°С в течение 2 часов, при этом через каждые 15 минут поворачивают вафельные рожки на 90°, после чего оценивают равномерность покрытия поверхности вафельного рожка пищевой пленкой, которая под действием ультрафиолетового освещения светится бледным зелено-голубым излучением.

В частности, раствор для получения пищевой пленки наносят на поверхность вафельного рожка кистью, шпателем или распылением.

В частности, высушивание раствора проводят при помощи вакуума.

В частности, высушивание раствора проводят методом сублимационной сушки.

Осуществление изобретения.

Заявленный раствор для получения пищевой пленки на основе хитозана представляет из себя коллоидный раствор, который наносится на целевое съедобное изделие и высушивается до образования однородной пленки, препятствующей сквозной протечке и намоканию съедобного изделия. Образовавшаяся пленка является умеренно-пластичной, но не имеет высокой прочности на разрыв. При этом она хорошо моделирует поверхность, на которую нанесена.

Проиллюстрируем осуществление изобретения на примере приготовления раствора с низкой, средней и высокой концентрациями применяемых веществ.

Первоначально готовят навески сыпучих веществ: хитозана, лимонной кислоты, картофельного крахмала.

Готовят водяную баню или используют нагревательную поверхность для обеспечения плавного нагрева емкостей с растворами до температур от 50-70°С. Для низкой концентрации используемых веществ на водяной бане готовят 0,5%-ный раствор пищевой кислоты, для чего в 100 мл воды добавляют 0,5 г лимонной кислоты и перемешивают, добиваясь полного растворения кристаллов кислоты в воде, после чего в раствор лимонной кислоты всыпают навеску хитозана 0,4 г для получения 0,35% раствора хитозана из расчета использования сухого 88,4% хитозана, при этом постоянно перемешивают хитозан, добиваясь его полного растворения в кислоте. Для этого - в зависимости от способа перемешивания и температуры - требуется от 10 до 30 минут. Допускается использование магнитной мешалки и иных способов перемешивания. При повышении температуры водяной бани вплоть до температуры кипения воды возможно и более быстрое растворение хитозана. Критерий успешности: образование оптически прозрачного (или немного мутного) желто-золотистого немного вязкого раствора без глобул нерастворенного хитозана и пузырьков воздуха.

Также готовят 1% раствор крахмала в воде. Для этого навеску крахмала массой 1 г смешивают со 100 мл воды, ставят на водяную баню с температурой 50-70°С и постоянно перемешивают, добиваясь полного растворения крахмала в воде. Для этого - в зависимости от способа перемешивания и температуры - требуется от 10 до 30 минут. Допускается использование магнитной мешалки и иных способов перемешивания. При повышении температуры водяной бани вплоть до температуры кипения воды возможно и более быстрое растворение крахмала. Критерий успешности: образование слабо прозрачного (или опалесцирующего) бело-серого немного вязкого раствора без глобул нерастворенного крахмала и пузырьков воздуха.

Как только растворы хитозана и крахмала будут готовы, их соединяют в одной емкости и также ставят на водяную баню с температурой 50-70°С и постоянно перемешивают, добиваясь полного смешения растворов. Для этого - в зависимости от способа перемешивания и температуры - требуется от 5 до 20 минут. Допускается использование магнитной мешалки и иных способов перемешивания. При повышении температуры водяной бани вплоть до температуры кипения воды возможно и более быстрое смешение компонентов. Критерий успешности: образование оптически непрозрачного бледно-золотистого (или бежевой гаммы) раствора с вязкостью канцелярского клея без глобул нерастворенных компонентов и без пузырьков воздуха.

Для средней концентрации используемых веществ на водяной бане готовят 4% раствор пищевой кислоты, для чего в 100 мл воды добавляют 4 г лимонной кислоты и перемешивают, добиваясь полного растворения кристаллов кислоты в воде, после чего в раствор лимонной кислоты всыпают навеску хитозана 4,52 г для получения 4% раствора хитозана из расчета использования сухого 88,4% хитозана, при этом постоянно перемешивают хитозан, добиваясь его полного растворения в кислоте. Для этого - в зависимости от способа перемешивания и температуры - требуется от 10 до 60 минут. Допускается использование магнитной мешалки и иных способов перемешивания. При повышении температуры водяной бани вплоть до температуры кипения воды возможно и более быстрое растворение хитозана. Критерий успешности: образование оптически прозрачного (или немного мутного) желто-золотистого немного вязкого раствора без глобул нерастворенного хитозана и пузырьков воздуха.

Также готовят 6% раствор крахмала в воде. Для этого навеску крахмала смешивают со 100 мл воды, ставят на водяную баню с температурой 50-70°С и постоянно перемешивают, добиваясь полного растворения крахмала в воде. Для этого - в зависимости от способа перемешивания и температуры - требуется от 10 до 60 минут. Допускается использование магнитной мешалки и иных способов перемешивания. При повышении температуры водяной бани вплоть до температуры кипения воды возможно и более быстрое растворение крахмала. Критерий успешности: образование оптически непрозрачного бело-серого немного вязкого раствора без глобул нерастворенного крахмала и пузырьков воздуха.

Как только растворы хитозана и крахмала будут готовы, их соединяют в одной емкости и также ставят на водяную баню с температурой 50-70°С и постоянно перемешивают, добиваясь полного смешения растворов. Для этого - в зависимости от способа перемешивания и температуры - требуется от 10 до 90 минут. Допускается использование магнитной мешалки и иных способов перемешивания. При повышении температуры водяной бани вплоть до температуры кипения воды возможно и более быстрое смешение компонентов. Критерий успешности: образование оптически непрозрачного бледно-золотистого (или бежевой гаммы) раствора с вязкостью канцелярского клея без глобул нерастворенных компонентов и без пузырьков воздуха.

Для высокой концентрации используемых веществ на водяной бане готовят 6% раствор лимонной кислоты, для чего в 100 мл воды добавляют 6 г лимонной кислоты и перемешивают, добиваясь полного растворения кристаллов кислоты в воде, после чего в раствор лимонной кислоты всыпают навеску хитозана 11,31 г для получения 10% концентрации хитозана, при использовании сухого 88,4% хитозана, при этом постоянно перемешивают хитозан, добиваясь его полного растворения в кислоте. Для этого - в зависимости от способа перемешивания и температуры - требуется от 10 до 90 минут. Допускается использование магнитной мешалки и иных способов перемешивания. При повышении температуры водяной бани до температуры кипения воды возможно и более быстрое растворение хитозана. Критерий успешности: образование оптически прозрачного (или немного мутного) желто-золотистого немного вязкого раствора без глобул нерастворенного хитозана и пузырьков воздуха.

Также готовят 10% раствор крахмала в воде. Для этого навеску крахмала смешивают со 100 мл воды, ставят на водяную баню с температурой 50-70°С и постоянно перемешивают, добиваясь полного растворения крахмала в воде. Для этого - в зависимости от способа перемешивания и температуры - требуется от 10 до 90 минут. Допускается использование магнитной мешалки и иных способов перемешивания. При повышении температуры водяной бани вплоть до температуры кипения воды возможно и более быстрое растворение крахмала. Критерий успешности: образование оптически непрозрачного бело-серого умеренно-вязкого раствора без глобул нерастворенных компонентов и без пузырьков воздуха.

Как только растворы хитозана и крахмала будут готовы, их соединяют в одной емкости и также ставят на водяную баню с температурой 50-70°С и постоянно перемешивают, добиваясь полного смешения растворов. Для этого - в зависимости от способа перемешивания и температуры - требуется от 40 до 60 минут. Допускается использование магнитной мешалки и иных способов перемешивания. При повышении температуры водяной бани вплоть до температуры кипения воды возможно и более быстрое смешение компонентов. Критерий успешности: образование оптически непрозрачного бледно-золотистого (или бежевой гаммы) раствора с вязкостью меда без глобул нерастворенных компонентов и без пузырьков воздуха.

В качестве кислоты можно использовать лимонную кислоту, уксусную кислоту, молочную кислоту или их смесь в произвольных пропорциях. При этом получаемая пищевая пленка обладает высокими физико-механическими свойствами, необходимыми для достижения технического результата.

В качестве крахмала можно использовать картофельный или кукурузный крахмал, крахмал из тапиоки или иной крахмал, включая модифицированный крахмал, при этом получаемая пищевая пленка обладает высокими физико-механическими свойствами, необходимыми для достижения технического результата.

Также в раствор для получения пищевых пленок добавляют пластификатор, в качестве которого можно использовать пектин масс. % до 10 или агар-агар масс. % до 10 или их смесь в произвольных пропорциях с совокупным масс. % до 10 для придания необходимых для достижения технического результата физико-механических свойств пищевой пленки.

Полученный раствор для получения пищевой пленки на основе хитозана наносят на вафельные рожки путем заливки на ¾, наклонного вращения рожка для равномерного смазывания стенок и последующего слива излишка раствора в предназначенную для этого емкость, а в случае нанесения на внешний слой - при помощи обмазывания всей поверхности рожка кистью, шпателем или любым другим способом, включая распыление, чтобы получить однородный слой пленки. Также раствор наносился на торцы рожков с широкой стороны. Было два исполнения рожков: одинарный рожок, покрытый раствором со всех сторон (исполнение А), и двойной рожок (один рожок вложен в другой), где у внутреннего рожка раствором покрывались все поверхности, а у внешнего рожка - только внутренняя поверхность (исполнение Б). Таким образом, пищевая пленка образовала одинарный слой на внутренней части внутреннего рожка и, за счет объединения, двойной слой на внешней стороне внутреннего рожка и внутренней стороне внешнего рожка. Обработанные раствором для получения пищевой пленки вафельные рожки ставят на сушку на подходящем для этого носителе в духовку в режим конвекции на 70°С. Общее время сушки составляет 2 часа. В ходе сушки рожки поворачивают на 90° через каждые 15 минут для равномерной просушки. По прошествии двух часов вафельные рожки вынимались из духовки. Оценивался их внешний вид, а при помощи ультрафиолетовой лампы оценивалась равномерность покрытия пищевой пленкой (под ультрафиолетовым освещением пленка светится бледным зелено-голубым излучением, которое хорошо заметно). Также оценивалась степень просушки: если в нижней части рожка пищевая пленка находилась в жидком или не до конца сухом состоянии, то рожок оставляли на 8-12 часов при комнатной температуре до полного высыхания.

Для тестирования герметичности использовались различные жидкости: вода комнатной температуры, водяной кипяток с температурой 100°С, горячий кофе с температурой 85°С, холодная кока-кола, холодное пиво и горячий жирный суп с температурой 70°С. Результаты тестирования приведены в прилагаемой таблице.

Результаты получены на вафельных рожках с полезным объемом в 100 мл, обработанных раствором для получения пищевой пленки на основе хитозана. В эти рожки заливались: вода комнатной температуры, растворенная в воде флуоресцентная краска (для индикации протечек в ультрафиолетовом свете), водный кипяток, 80% этанол, кока-кола, горячий кофе с высокой степенью кислотности.

Было два исполнения: одинарный рожок, покрытый пищевой пленкой со всех сторон (исполнение А), и двойной рожок (один рожок вложен в другой), где у внутреннего рожка пищевой пленкой покрывались все поверхности, а у внешнего рожка - только внутренняя поверхность (исполнение Б). Исполнение А после высушивания давало массу пищевой пленки примерно равной 2 граммам. Исполнение Б - примерно 12 граммам. Для исполнения А удалось добиться 2 часов устойчивости пищевой пленки к жидкостям без сквозной протечки или намокания внешнего слоя. Для исполнения Б - 14 часов. Исполнение А к 2 часам размягчалось и могло быть сжато рукой без серьезных усилий, но держало форму. Исполнение Б сохраняло первичную прочность на протяжении 4 часов, но к 14 часам экспозиции сохраняло примерно 30% от исходной прочности. При этом аналогичный исполнению А вафельный рожок без покрытия пищевой пленкой при наливании в него дистиллированной воды с температурой 20°С протекает насквозь примерно за 3 секунды, а вставленные один в другой рожки - по аналогии с исполнением Б, но без пищевой пленки - за 7 секунд.

В ходе экспериментов было выяснено, что пищевая пленка не деградирует в воде комнатной температуры (при погружении образца пищевой пленки в воду на трое суток), практически не деградирует в водном кипятке (при погружении образца пищевой пленки в кипяток на 2 часа с последующим естественным остыванием; при заливке кипятка в съедобные изделия, обработанные пищевой пленкой, - в течение 14 часов), не деградирует в 80% этаноле (при погружении образца пищевой пленки в этанол на 24 часа), не деградирует в кока-коле (при погружении образца пищевой пленки в кока-колу на 24 часа; при заливке кока-колы в съедобные изделия, обработанные пищевой пленкой, - в течение 14 часов), не деградирует в кофе (при заливке горячего или холодного кофе в съедобные изделия, обработанные пищевой пленкой - в течение 14 часов).

Также было установлено, что пищевая пленка обладает гигроскопичностью и может вбирать в себя до 1000% жидкости и более по отношению к собственной массе (по результатам контрольного взвешивания).

Пищевая пленка не имеет собственного выраженного вкуса, за исключением кисловатого привкуса, который обусловлен концентрацией использующейся кислоты (или смеси кислот) и практически полностью исчезает при использовании малой концентрации кислот.

Заявленный технический результат изобретения достигается за счет выбранных экспериментальным путем оптимальных соотношений концентраций хитозана, пищевой кислоты, крахмала и пластификатора, а также за счет применения оптимального способа приготовления водного раствора для получения пищевой пленки на основе хитозана и получения пищевой пленки на вафельных рожках.

Заявленный раствор водный для получения пищевой пленки на основе хитозана можно наносить на любую съедобную посуду: например, на тарелки из отрубей.

Изобретение может быть использовано для изготовления съедобной оболочки, которую можно использовать для нанесения на съедобную посуду, фрукты и кондитерские изделия. Раствор для получения пищевой пленки содержит хитозан, пищевую кислоту, крахмал, пластификатор и дистиллированную воду. В качестве пластификатора используют пектин, агар-агар или их смесь. Предложены также способ приготовления раствора для получения пищевой пленки и способ получения пищевой пленки на вафельных рожках. Технический результат заключается в уменьшении количества компонентов пищевой пленки и улучшении ее механических свойств. 3 н. и 9 з.п. ф-лы, 1 табл.

1. Раствор для получения пищевой пленки на основе хитозана, содержащий хитозан, пищевую кислоту, крахмал и пластификатор, отличающий тем, что выполнен на основе дистиллированной воды и содержит хитозан, пищевую кислоту, крахмал и пластификатор, в качестве которого используют пектин, или агар-агар, или их смесь, масс. %:

хитозан от 0,35 до 10;

пищевая кислота от 0,5 до 6;

крахмал от 1 до 10;

пластификатор до 10.

2. Раствор по п. 1, отличающийся тем, что для приготовления раствора используют воду, при этом рН воды должен находиться в диапазоне от 5,4 до 7,5.

3. Раствор по п. 1, отличающийся тем, что в качестве пищевой кислоты используют лимонную кислоту, или уксусную кислоту, или молочную кислоту, или их смесь в произвольных пропорциях.

4. Раствор по п. 1, отличающийся тем, что в качестве хитозана используют хитозан молекулярной массой 330 кДа со степенью дезацетилирования не менее 70%.

5. Раствор по п. 1, отличающийся тем, что в качестве хитозана используют хитозан молекулярной массой свыше 1 кДа с произвольной степенью дезацетилирования.

6. Раствор по п. 1, отличающийся тем, что в качестве крахмала используют картофельный крахмал, или кукурузный крахмал, или крахмал из тапиоки, или модифицированный крахмал.

7. Способ приготовления раствора для получения пищевой пленки на основе хитозана по п. 1, характеризующийся приготовлением на водяной бане водного раствора пищевой кислоты, добавлением в раствор пищевой кислоты навески хитозана для получения требуемой концентрации хитозана, перемешиванием получившегося раствора от 10 до 90 минут до образования оптически прозрачного или немного мутного желто-золотистого немного вязкого раствора без глобул нерастворенного хитозана и пузырьков воздуха, приготовлением на водяной бане водного раствора крахмала, смешиванием раствора хитозана и крахмала в водяной бане и перемешиванием получившегося раствора до образования оптически непрозрачного бледно-золотистого раствора без глобул нерастворенных компонентов и без пузырьков воздуха, после чего в раствор для получения пищевых пленок добавляют пластификатор.

8. Способ по п. 7, отличающийся тем, что температуру водяной бани поддерживают в пределах 20-100°С, а нагревание длится свыше 90 минут.

9. Способ получения пищевой пленки на вафельных рожках из раствора на основе хитозана, приготовленного способом по п. 8, характеризующийся нанесением на поверхность вафельного рожка раствора для получения пищевой пленки, сушкой вафельного рожка в духовке в режиме конвекции при температуре 70°С в течение 2 часов, при этом через каждые 15 минут поворачивают вафельные рожки на 90°, после чего оценивают равномерность покрытия поверхности вафельного рожка пищевой пленкой, которая под действием ультрафиолетового освещения светится бледным зелено-голубым излучением.

10. Способ по п. 9, отличающийся тем, что раствор для получения пищевой пленки наносят на поверхность вафельного рожка кистью, шпателем или распылением.

11. Способ по п. 9, отличающийся тем, что высушивание раствора проводят при помощи вакуума.

12. Способ по п. 9, отличающийся тем, что высушивание раствора проводят методом сублимационной сушки.