CAMPO DE LA INVENCION

La invención se refiere a un material laminado biodegradable flexible e hidrosoluble para empaque o como envoltorio de empaque, producida a partir de agar-agar, y proceso para producir dicha película.

ARTE PREVIO

En las últimas décadas se han realizado y se continúan realizando innumerables esfuerzos por reemplazar materiales de empaque no degradables por materiales reciclables - tales como papel o cartón - o materiales degradables, particularmente, biodegradables.

Ejemplos de tales esfuerzos son las patentes:

USNo.3.921.333 que se refiere al uso de materiales plásticos sintéticos como polímeros termoplásticos - los que son biodegradables - en el material de los empaques.

USNo.4.312.979 que sugiere el uso de ciertos polisacáridos como materiales moldeables para películas biodegradables.

USNo.4.472.542 que enseña un hidrogel producido al disolver un gel en polivinil alcohol y su deshidratado parcial por liofilización.

USNo.4.992.220 que enseña un método para producir material en empaque biodegradable formando un molde de gel al dispersar un extracto de polisacárido natural en agua, refrigerar el gel moldeado y entonces iiofilizar dicho molde para producir un material liviano similar en concistentencia con la espuma de uretano.

KR20010032608 enseña un método para preparar una película para empaque que comprende micropolvo cerámico obtenido de mica procesada, algas marinas (agar-agar) y hojas de maíz, donde el polvo cerámico radia rayos infrarrojos para mantener la frescura de los productos agrícolas o ganaderos, las hojas de maíz forman el material de empaque por su fibra y las algas permiten la adhesión de las fibras. Biodegradable Agar Extracted from Gracilaría Vermicuophylla: Film Properties and Application to Edible Coating Materials Science Forum (Volúmenes 636-637). Advanced Materials Forum V. Luis Guerra Rosa y Fernanda Marcando, páginas 739-744, enseña un método de extracción económica de biopolímeros tales como carragenanos, alginatos y agar, desde una mezcla de algas marinas muertas para producir películas biodegradables para ser usadas en cubiertas de alimentos y comestibles. El método comprende extraer en caliente y con un álcali dichos biopolímeros de la mezcla.

USNo.5.160.467 enseña un método para la producción de un material de empaque biodegradable liviano que comprende disolver polisácaridos gelables de origen vegetal animal en agua hervida, moldear la solución en una forma deseada, enfriándola a una mezcla semi-sólida, y deshidratar al vacío la solución moldeada para retirar la humedad, desmoldando el producto a presión atmosférica.

JP2001131203 enseña una película que contiene agar y/o agarosa que tiene un espesor casi uniforme y una superficie bastante suave, y método de preparación a partir de una mezcla de agar y/o agarosa y agua hasta obtener un gel como lámina que después se seca a 0-40°C mientras se aplica una carga de 0,01-2 kgf/cm ² hasta obtener la película.

WO2006/59180 enseña el uso de carragenanos kappa semi-refinados como un polisacárido de alga marina en la preparación de películas y la preparación de la película calentando el carragenano en agua hasta obtener un sol crudo que se centrifuga bajo calor para obtener un sol claro, el que posteriormente se concentra por evaporación para posteriormente fundir la película.

La presente invención tiene como objeto proporcionar un método alternativo que los ya existentes para producir un material laminado biodegradable, flexible e hidrosoluble útil para empaques o como envoltorio de empaque.

Resumen del Invento La presente invención se refiere a un método para la preparación de un material laminado biodegradable flexible e hidrosoluble útil para empaque o como envoltorio de empaque, que comprende disolver, en un recipiente, agar-agar en agua - preferentemente, en agua ultra pura - a una temperatura constante de 100°C para evitar la formación de un gel, y con agitación permanente, evitando la pérdida de agua por evaporación; depositar la solución mientras está en estado líquido en moldes, para posteriormente, conducir una etapa de secado por convección forzada a 35°C, extrayendo aire bajo un régimen de flujo laminar; y estabilizar la película formada, a temperatura y humedad ambiente (20°C y 50% HR) para obtener una película transparente y con superficies lisas por ambos lados.

Breve Descripción de las Figuras

Figura 1 muestra la etapa de solubilización de agar-agar.

Figura 2 muestra la etapa de vertido de la solución en un molde.

Figura 3 muestra la etapa de secado por convección forzada.

Figura 4 muestra la transparencia del film obtenido.

Figura 5 muestra las películas de agar-agar obtenidas por el presente método a diferentes concentraciones y volumen.

Figura 6 muestra el molde de acrílico usado en el proceso de secado para el escalamiento Figura 7 muestra el método de la presente invención incluyendo la etapa opcional de tinción. Descripción Detalla de la Invención

La presente invención se refiere a un método para la preparación de un material laminado biodegradable, flexible e hidrosoluble útil para empaque o como envoltorio de empaque, que comprende disolver, en un recipiente, agar-agar en agua - preferentemente agua ultra pura - a una temperatura constante de 100°C para evitar la gelación, y con agitación permanente, evitando la pérdida de agua por evaporación; depositar la solución mientras está en estado líquido en moldes, para posteriormente, conducir una etapa de secado por convección forzada a 35°C, extrayendo aire bajo un régimen de flujo laminar; y estabilizar la película formada, a temperatura y humedad ambiente (20°C y 50% HR) para obtener una película transparente y con superficies lisas, por ambos lados.

Es muy importante asegurar la calidad del agua utilizada para la solubilidad del agar. El agua destilada o agua desionizada presenta una gran cantidad de iones principalmente cationes que disminuyen la solubilidad de agar-agar en agua y además, puede generar el desarrollo de microorganismos como bacterias y hongos. Preferentemente, se debe usar agua ultra pura para evitar la generación de microorganismos e impurezas sólidas.

En la preparación se debe controlar la temperatura de la disolución del agar, la cantidad de agar-agar usada, la calidad del agua y asegurar las condiciones homogéneas de secado para evitar imperfecciones o irregularidades en las películas.

Ejemplo de Realización

Obtención de la Mezcla

En la realización de presente método se probaron diferentes concentraciones de agar-agar (ver tabla 1) que se disolvieron en 1000 ml_ de agua destilada a una temperatura de 100°C, la mezcla se depositó en una vaso precipitado de capacidad de 2000 ml_. A través de una manta calefactora, con sistema de agitación por un período de 20 minutos y calentamiento controlado a 100°C, se realizó la solubilización completa del agar-agar. Posteriormente, se observó un cambio en la transparencia de la disolución, y se usó papel de aluminio y/o un vidrio reloj para evitar la pérdida de agua y su liberación al exterior como vapor, condensándose así dicho vapor.

De esta disolución, se estudiaron 6 diferentes volúmenes para la obtención de películas de agar-agar (10, 20, 30, 40, 50 y 60 mi), los cuales fueron depositados en una cápsula Petri de dimensión de 90 mm x 15 mm para su posterior proceso de secado. El objetivo de est metodología fue obtener una película estándar bajo condiciones controladas para su posterior medición en espesor y densidad.

Tabla 1: Concentraciones de agar-agar en razón del porcentaje (%) peso/volumen. No. % p/v de la Masa Volumen Volumen Volumen Volumen Volumen Volumen disolución agar-agar 10 mL 20 mL 30 mL 40 mL 50 mL 60 mL

(g)

1 0,1 1 + + + + + +

2 0,2 2 + + + + + +

3 0,4 4 + + + + + +

4 0,6 6 + + + + + +

5 0,8 8 + + + + + +

6 1.0 10 + + + + + +

El porcentaje de concentración de agar-agar se calcula de la siguiente forma:

% p/V = (g de agar- agar) x 100/ 100 mL de agua destilada

Las cápsulas son secadas a través del método de secado por convección en una estufa por un período de 24 horas a una temperatura de 35°C. Las muestras se estabilizan a temperatura y humedad ambiente para su posterior medición de espesor y densidad.

En forma alternativa, antes de agregar agar-agar al agua, se agrega un agente de tinción y se homogeniza la mezcla agente de tinción-agua. Dicho agente de tinción se selecciona preferentemente de extracto de quillay, extracto de té, tintas comestibles, entre otras.

Obtención del material laminado de agar-agar

Para determinar el espesor del material laminado que se obtiene por evaporación de un determinado volumen de agar-agar en agua destilada, es necesario controlar los siguientes parámetros:

a) concentración de agar-agar en agua destilada;

b) temperatura de trabajo

c) forma del molde donde se evapora la muestra

d) área del molde de evaporación En el desarrollo de esta invención se mantienen constantes dos variables, el área del molde circular (cápsulas Petri) para una evaporación constante (30 x 30 mm ² ) y la temperatura de trabajo (100°C).

La determinación del espesor del material laminado se obtiene en función de la concentración de agar-agar y el volumen de concentración a un molde con dimensiones constantes.

Tabla 2: Resultados promedios obtenidos en la medición del espesor en (mm) para cada material laminado con su valor de desviación estándar correspondiente

Concentración Masa Volumen Volumen Volumen Volumen Volumen Volumen de la disolución de 10 mL 20 ml_ 30 mL 40 mL 50 mL 60 mL agar-agar agar- agar

(g)

0,1 1 ** ** ** ** 0,0074 ± 0,0090 ±

0,0011 0,0009

0,2 2 0,0020 ± 0,0050 ± 0,0081 ± 0,0092 ± 0,0148 ± 0,0161 ±

0,0008 0,0006 0,0004 0,0005 0,0009 0,0014

0,4 4 0,0035 ± 0,0078 ± 0,0130 ± 0,0190 ± 0,0275 ± 0,0367 ±

0,0006 0,0005 0,0014 0,001 1 0,0012 0,0017

0,6 6 0,0085 ± 0,0142 ± 0,0222 ± 0,0355 ± 0,0420 ± 0,0547 ±

0,0026 0,0019 0,0009 0,0014 0,0013 0,0013

0,8 8 0,0091 ± 0,0225 ± 0,0336 ± 0,0459 ± 0,0564 ± 0,0682 ±

0,0009 0,0010 0,0011 0,0009 0,0020 0,0019

1 ,0 10 0,0154 ± 0,0231 ± 0,0412 ± 0,0481 ± 0,0655 ± 0,0832 ±

0,0023 0,0014 0,0033 0,0008 0,0021 0,0029 *Masa de agar disuelta en 1 litro de agua

** Los materiales laminados preparados con la concentración 0,1% presentaron espesores muy delgados y frágiles por lo que no se logró realizar la medición en determinadas concentraciones.

A partir de la información de los datos anteriores, se procedió a controlar la concentración y el volumen de la muestra necesaria para preparar un material laminado con el espesor deseado. El espesor del material laminado dependerá de la concentración de agar-agar y el volumen que se agregue al molde.

Las muestras se secan por convección forzada por 24 horas y son evaporadas, para luego ser retiradas de la estufa y estabilizadas a temperatura ambiente 20°C y 50% humedad relativa por 12 horas.

Las películas son desmoldadas de las cápsulas para su posterior medición. Se obtiene una muestra central de área de 30 mm x 30 mm, que es medida con un micrómetro digital con una sensibilidad de 0,001 mm para un total de 25 mediciones al azar en el espesor de cada película obtenida.

Tabla 3 Espesores de los materiales laminados de agar-agar para la concentración 0,1% p/v

No. Espesor Espesor en Espesor en Espesor en Espesor en Espesor en (mm) (mm) para (mm) para (mm) para (mm) para en (mm) para 10 20 mL 30 mL 40 mL 50 mL para 60 mL mL

1 - - - - 0,007 0,010

2 - - - - 0,007 0,009

3 - - - - 0,007 0,010

4 - - - - 0,007 0,008

5 - - - - 0,006 0.008

6 - - - - 0,007 0,008

7 - - - - 0,011 0,009

8 - - - - 0,008 0,009 9 - - - - 0,007 0,009

10 - - - - 0,007 0,010

11 - - - - 0,008 0,010

12 - - - - 0,007 0,008

13 - - - - 0,008 0,009

14 - - - - 0,006 0,009

15 - - - - 0,007 0,009

16 - - - - 0,007 0,008

17 - - - - 0,006 0,009

18 - - - - 0,008 0,012

19 - - - - 0,007 0,010

20 - - - - 0,008 0,008

21 - - - - 0,008 0,008

22 - - - - 0,009 0,009

23 - - - - 0,007 0,009

24 - - - - 0,007 0,009

25 - - - - 0,009 0,0114

Masa (g) de 0,0980

un área de

30 x 30 mm

Muestra de agar al 0,1% de concentración a un volumen de10 mL y hasta 40 mL redisolución presentan un material laminado muy delgado, no es posible medir con instrumentos y su fragilidad impide manipulación.

Tabla 4 Espesores del material laminado de agar-agar para la concentración 0,2% p/v

No. Espesor en Espesor en Espesor en Espesor en Espesor Espesor

(mm) para 10 (mm) para (mm) para (mm) para en (mm) en (mm) mL 20 mL 30 mL 40 mL para 50 para 60 mL mL

1 0,003 0,005 0,008 0,009 0,014 0,017

2 0,002 0,005 0,008 0,010 0,015 0,015 0,001 0,005 0,008 0,009 0,014 0,015

0,002 0,006 0,008 0,009 0,014 0,015

0,001 0,005 0,008 0,010 0,015 0,015

0,001 0,005 0,008 0,009 0,015 0,015

0,001 0,005 0,008 0,009 0,015 0,017

0,003 0,005 0,008 0,009 0,015 0,015

0,003 0,006 0,008 0,010 0,015 0,017

10 0,003 0,005 0,009 0,009 0,014 0,016

11 0,002 0,005 0,009 0,010 0,014 0,017

12 0,001 0,005 0,008 0,009 0,015 0,019

13 0,002 0,005 0,008 0,009 0,014 0,018

14 0,003 0,005 0,008 0,009 0,015 0,017

15 0,002 0,005 0,008 0,009 0,014 0,019

16 0,001 0,005 0,008 0,009 0,015 0,018

17 0,002 0,004 0,008 0,009 0,014 0,017

18 0,003 0,005 0,008 0,009 0,016 0,015

19 0,002 0,006 0,008 0,010 0,017 0,015

20 0,002 0,005 0,008 0,009 0,015 0,015

21 0,002 0,005 0,008 0,008 0,015 0,015

22 0,001 0,003 0,008 0,009 0,017 0,015

23 0,002 0,005 0,007 0,009 0,015 0,015

24 0,002 0,005 0,009 0,009 0,014 0,015

25 0,002 0,005 0,008 0,009 0,015 0,015

Masa (g) 0,0040 0,0074 0,0106 0,0142 0,0189 0,0243 de un

área de

30 x 30

mm

Tabla 5 Espesores del material laminado de agar-agar para la concentración 0,4 p/v

No. Espesor en Espesor en Espesor en Espesor en Espesor Espesor (mm) para (mm) para (mm) para 30 (mm) para en (mm) en (mm) 10 mL 20 mL mL 40 mL para 50 para 60 mL mL

1 0,003 0,008 0,011 0,022 0,026 0,036

0,003 0,008 0,011 0,018 0,026 0,035

0,004 0,008 0,013 0,018 0,025 0,036

0,004 0,009 0,011 0,019 0,026 0,038

0,004 0,008 0,011 0,019 0,027 0,039

0,004 0,008 0,012 0,018 0,029 0,039

0,004 0,008 0,012 0,022 0,029 0,036

0,004 0,008 0,013 0,019 0,029 0,036

0,003 0,008 0,012 0,018 0,027 0,036

10 0,004 0,008 0,017 0,018 0,027 0,035

11 0,004 0,008 0,015 0,018 0,027 0,036

12 0,003 0,007 0,013 0,018 0,029 0,035

13 0,003 0,007 0,013 0,018 0,027 0,038

14 0,003 0,008 0,014 0,020 0,027 0,041

15 0,002 0,008 0,014 0,019 0,027 0,040

16 0,003 0,008 0,013 0,020 0,027 0,038

17 0,003 0,007 0,012 0,019 0,027 0,038

18 0,003 0,008 0,014 0,019 0,028 0,037

19 0,004 0,008 0,012 0,019 0,029 0,036

20 0,004 0,007 0,013 0,019 0,029 0,035

21 0,003 0,007 0,014 0,019 0,029 0,035

22 0,003 0,007 0,013 0,020 0,029 0,035

23 0,004 0,007 0,014 0,019 0,027 0,037

24 0,004 0,008 0,014 0,018 0,028 0,035

25 0,004 0,008 0,014 0,018 0,027 0,035

Masa (g) de 0,0069 0,0146 0,0221 0,030 0,0375 0,0490 un área de 30 x 30 mm

Tabla 6 Espesores del material laminado de agar-agar para la concentración 0,6 p/v

No. Espesor en Espesor en Espesor en Espesor en Espesor Espesor

(mm) para (mm) para (mm) para (mm) para en (mm) en (mm)

10 mL 20 mL 30 mL 40 mL para 50 para 60 mL mL

1 0,004 0,013 0,023 0,036 0,041 0,057

2 0,004 0,011 0,022 0,035 0,041 0,056

3 0,004 0,013 0,022 0,036 0,040 0,057

4 0,006 0,012 0,023 0,036 0,042 0,054

5 0,005 0,013 0,024 0,038 0,042 0,053

6 0,008 0,015 0,022 0,036 0,044 0,051

7 0,010 0,012 0,022 0,035 0,042 0,054

8 0,009 0,014 0,022 0,035 0,042 0,063

9 0,012 0,014 0,021 0,034 0,043 0,057

10 0,009 0,014 0,022 0,040 0,041 0,053

11 0,012 0,013 0,022 0,035 0,043 0,058

12 0,009 0,013 0,024 0,038 0,045 0,054

13 0,010 0,012 0,022 0,035 0,045 0,055

14 0,011 0,013 0,023 0,034 0,041 0,054

15 0,009 0,013 0,022 0,034 0,040 0,056

16 0,009 0,013 0,021 0,035 0,041 0,056

17 0,009 0,018 0,021 0,035 0,041 0,053

18 0,008 0,017 0,021 0,036 0,041 0,056

19 0,008 0,017 0,021 0,035 0,043 0,054

20 0,014 0,017 0,023 0,035 0,042 0,055

21 0,007 0,016 0,023 0,034 0,042 0,055

22 0,008 0,015 0,023 0,035 0,042 0,050

23 0,008 0,016 0,022 0,036 0,042 0,050 24 0,009 0,015 0,022 0,035 0,042 0,052

25 0,011 0,016 0,021 0,034 0,042 0,054

Masa (g) 0,0090 0,0239 0,0221 0,0479 0,0591 0,0766 de un área

de 30 x 30

mm

Tabla 7 Espesores del material laminado de agar-agar para la concentración 0,8 p/v

No. Espesor en Espesor en Espesor Espesor Espesor Espesor

(mm) para (mm) para en (mm) en (mm) en (mm) en (mm)

10 mL 20 mL para 30 para 40 para 50 para 60 mL mL mL mL

1 0,009 0,023 0,034 0,047 0,055 0,070

2 0,009 0,022 0,034 0,046 0,055 0,068

3 0,009 0,022 0,035 0,046 0,051 0,068

4 0,008 0,021 0,035 0,047 0,057 0,069

5 0,010 0,021 0,031 0,047 0,056 0,069

6 0,009 0,023 0,035 0,045 0,059 0,067

7 0,008 0,022 0,036 0,045 0,058 0,066

8 0,010 0,024 0,034 0,046 0,059 0,067

9 0,012 0,024 0,034 0,046 0,059 0,066

10 0,009 0,024 0,033 0,045 0,058 0,064

11 0,008 0,024 0,034 0,048 0,056 0,069

12 0,009 0,022 0,034 0,047 0,058 0,069

13 0,009 0,023 0,033 0,046 0,057 0,068

14 0,009 0,023 0,032 0,045 0,054 0,068

15 0,008 0,023 0,033 0,046 0,054 0,065

16 0,009 0,023 0,032 0,045 0,054 0,067

17 0,009 0,023 0,032 0,046 0,057 0,069

18 0,010 0,023 0,033 0,045 0,054 0,071

19 0,010 0,021 0,033 0,047 0,058 0,072 20 0,010 0,022 0,033 0,045 0,057 0,070

21 0,009 0,022 0,034 0,045 0,058 0,069

22 0,009 0,022 0,034 0,045 0,058 0,068

23 0,008 0,023 0,034 0,045 0,055 0,068

24 0,008 0,022 0,033 0,047 0,056 0,071

25 0,0090 0,021 0,033 0,045 0,056 0,068

Masa (g) de un 0,0144 0,0269 0,0459 0,0616 0,0776 0,0959 área de 30 x 30

mm

Tabla 8 Espesores del material laminado de agar-agar para la concentración 1 ,0 p/v

No. Espesor Espesor en Espesor en Espesor en Espesor en Espesor en (mm) (mm) para (mm) para (mm) para (mm) para en (mm) para 10 20 mL 30 mL 40 mL 50 mL para 60 mL mL

1 0,010 0,022 0,040 0,048 0,066 0,087

2 0,012 0,024 0,040 0,048 0,063 0,084

3 0,014 0,023 0,040 0,048 0,063 0,083

4 0,016 0,023 0,040 0,048 0,064 0,083

5 0,017 0,021 0,043 0,047 0,069 0,082

6 0,015 0,021 0,046 0,049 0,063 0,080

7 0,018 0,021 0,043 0,048 0,066 0,083

8 0,019 0,022 0,042 0,049 0,064 0,084

9 0,018 0,020 0,043 0,048 0,064 0,082

10 0,017 0,023 0,043 0,049 0,067 0,089

11 0,016 0,023 0,043 0,049 0,070 0,085

12 0,016 0,024 0,048 0,049 0,065 0,082

13 0,015 0,024 0,043 0,048 0,065 0,084

14 0,013 0,024 0,040 0,049 0,066 0,087

15 0,013 0,025 0,039 0,049 0,065 0,080

16 0,013 0,025 0,038 0,048 0,067 0,082 17 0,012 0,025 0,040 0,049 0,063 0,091

18 0,016 0,024 0,039 0,048 0,064 0,084

19 0,016 0,024 0,040 0,048 0,066 0,077

20 0,015 0,023 0,049 0,047 0,065 0,081

21 0,016 0,022 0,034 0,047 0,068 0,081

22 0,016 0,022 0,042 0,048 0,064 0,082

23 0,017 0,024 0,039 0,048 0,070 0,083

24 0,019 0,024 0,038 0,046 0,066 0,083

25 0,017 0,024 0,037 0,047 0,064 0,082

Masa (g) de 0,0195 0,0370 0,0564 0,0721 0,0994 0,1308 un área de

30 x 30 mm

Determinación de la densidad (d) del material laminado de agar-agar

Se determinó la densidad de cada material laminado preparado para caracterizarla. Las medidas se realizaron para una muestra de 30 mm x 30 mm tomado de la zona central de cada molde y utilizando el espesor promedio de cada muestra.

Tabla 9 Densidad del material laminado de agar-agar (g/cm ³ )

Densidad del material laminado (g/cm ³ )

Porcentajes de Concentración de agar-agar

Volumen 0,2% 0,4% 0,6% 0,8% 1%

molde (mi)

10 2,270 2,203 1,174 1,762 1,403

20 1,644 2,090 1,870 1,377 1,781

30 1,458 1,889 1,810 1,520 1,523

40 1,722 1,770 1,500 1,492 1,666

50 1,415 1,514 1,563 1,530 1,687 60 1 ,679 1 ,484 1 ,557 1 ,561 1 ,746

Secado

El método más eficiente es el secado por convección forzada en una estufa, la que presenta las mejores condiciones de evaporación, y genera materiales laminados más homogéneos y reproducibles.

El proceso de evaporación es lento y se lleva a cabo en una estufa de convección forzada a 35°C, usando un extractor de aire para asegurar que el flujo laminar de aire sea constante durante todo el período de secado del material.

Escalamiento

Se preparó un material laminado en un molde de acrílico de mayores dimensiones de 144 mm x 144 mm y se seca somete a secado por convección forzada en una estufa, es decir, siguiendo el mismo procedimiento realizado en las cápsulas petri. Se usa una concentración de 0,6% de 60 ml_, obteniéndose materiales laminados transparentes y de superficies lisas en ambos lados.