專利名稱：涂有無機膜的食用產(chǎn)品的制作方法
背景技術(shù)：
發(fā)明領(lǐng)域本發(fā)明涉及涂有可食用無機膜的食用產(chǎn)品，例如食品或藥品的組合物。本發(fā)明還涉及生產(chǎn)涂有無機膜的食用產(chǎn)品的方法以及生產(chǎn)涂有無機膜的食用產(chǎn)品的設(shè)備。
本發(fā)明也涉及減少食品包裝材料的浪費和處置的問題，因為若食用產(chǎn)品本身可更穩(wěn)定地貯藏，就可減少對外包裝材料的需求。
此外，本發(fā)明還可供生產(chǎn)需要利用水份的新食品和低脂產(chǎn)品，迄今為止，水份對食品的貯藏壽命有消極影響。
現(xiàn)有技術(shù)描述在許多常規(guī)食用產(chǎn)品中，混入水份、氧或脂肪會使產(chǎn)品變軟、氧化或起霜，因而限制食用產(chǎn)品的貯藏壽命?！百A藏壽命”是指貯藏的食品因變質(zhì)而不適于食用前所經(jīng)過的時間。食品中混入水份、氧或其他成分會使產(chǎn)品的味道、結(jié)構(gòu)、氣味、營養(yǎng)價值、貯藏穩(wěn)定性和可售性產(chǎn)生有害的變化?！敖Y(jié)構(gòu)”是指產(chǎn)品的組織、觸覺和外觀，包括復(fù)蓋在物質(zhì)上的組成物微粒的性質(zhì)和排列。水份的轉(zhuǎn)移可發(fā)生在食品與其周圍環(huán)境之間和/或發(fā)生在非均相食品體系的不同組分之間。例如，象餡餅皮之類烤干的物質(zhì)結(jié)構(gòu)上的變質(zhì)發(fā)生在水份由濕度高的餅餡轉(zhuǎn)移到餡餅皮的時候。同時，餅餡因水份丟失到餡餅皮或周圍環(huán)境中而變化，產(chǎn)生膠狀或粘滯的粘稠物。
美國專利No.4,707,365[海恩斯(Haynes)等人]披露，小甜餅中使用的巧克力片一變質(zhì)就會失去巧克力的香味效果。發(fā)現(xiàn)這種香味的損失是由于小甜餅面包片中水的活性較高，而相應(yīng)的巧克力片中水的活性要低得多。具體而言，小甜餅面包片中的水份擴散到巧克力片中，使存在于其中的巧克力香味化合物解吸。然后，這些解吸出的化合物返回擴散到小甜餅的面包片中。結(jié)果，失去巧克力香味效果的巧克力片小甜餅在貯藏時間內(nèi)硬結(jié)。本發(fā)明通過在巧克力片表面形成防潮膜來防止水份轉(zhuǎn)移，從而克服上述問題。
如果不是將巧克力片，而是將外包糖衣的糖果，或是將外包糖衣的糖果與巧克力片一起加入小甜餅或冰淇淋產(chǎn)品中同樣存在問題。發(fā)現(xiàn)超過規(guī)定時間，糖衣常常褪色，致使小甜餅或冰淇淋褪色。本發(fā)明通過在糖衣上形成保護層來防止褪色，從而克服上述問題。
可食用膜由于對避免上述問題以及對延長食品的貯藏壽命具有影響，因而非常重要?？墒秤媚み€可通過減少對抗氧劑和防腐劑的需要擴展新食品的可能性，并提高消費者對各種新穎食品的期望。由于延長了食品的貯藏壽命，因而也有利于擴展分配渠道。此外，可食用膜可減少保護食用產(chǎn)品所需的包裝材料的量，因為該膜起防潮和/或防氧層的作用，所以可提高食用產(chǎn)品的貯藏壽命。通過減少對包裝材料的需求，可食用膜對環(huán)境管理和有關(guān)事宜具有有利的影響。
上述采用可食用保護層涂覆在食用產(chǎn)品上將有害影響減至最小，是本領(lǐng)域內(nèi)熟知的。然而，迄今為止，可食用防水防氧層的開發(fā)集中在含有機材料，特別是類脂化合物和蛋白質(zhì)的保護層上。防潮層的開發(fā)集中在主要含纖維素、類脂化合物和蛋白質(zhì)的保護層上。通常，含類脂化合物的保護層的透濕性比含蛋白質(zhì)的保護層差。但是，含蛋白質(zhì)的保護層對某些產(chǎn)品(例如水果)不實用。
需要非類脂化合物支撐物來減少含類脂化合物的保護層所伴隨的易碎性/易裂性。纖維素膜通常用作支撐膜。并且添加增塑劑來減少易碎性。蛋白質(zhì)可用在支撐膜和保護層兩方面，但是蛋白質(zhì)保護層經(jīng)常不象類脂化合物保護層那樣有效。
最近的工作集中于蛋白質(zhì)膜和碳水化合物膜。蛋白質(zhì)，例如膠原蛋白、玉米蛋白、動物膠、谷蛋白和各種乳蛋白，已成為近期工作的焦點。碳水化合物，例如脫乙酰殼多糖、改性纖維素和甲基纖維素，也正在研究。這些材料可用于必須保持水的活性，以保持產(chǎn)品性質(zhì)和微生物穩(wěn)定的許多食品領(lǐng)域。尚需進一步的研究，才能使這些技術(shù)被更廣泛地接受。
現(xiàn)有技術(shù)中可食用膜的根本問題是需要量大，以使保護層有效。該有效量與膜的厚度直接相關(guān)。較厚的保護層不被消費者認可，因為較厚的保護層由于其結(jié)構(gòu)上的差異影響口感。通常，越有效的膜其口感特性越差。這種現(xiàn)象的實例是蠟?zāi)けＷo層。蠟是有效的保護層，但是對蠟保護層來講，需要添加的量使它(即石蠟)粘在口中不熔。水果往往涂有蠟?zāi)ぃ蕴岣哔A藏壽命，但這些蠟?zāi)た杀幌M者感覺到，因此是不希望的。然而，這些蠟可使水份的損失減半。
蟲膠是有效的防潮層，它可用水或溶劑分散。雖然溶劑是蟲膠最有效的分散劑，但溶劑因其氣味會吸收在食品中而不合乎要求。
本發(fā)明公開了采用不溶性無機膜的未知食用產(chǎn)品。與目前公開的不溶性無機膜-例如SiO2膜-相比，其他水基保護層只有一小部分功效。迄今為止，食品工業(yè)極多使用脂肪、膠質(zhì)或蛋白質(zhì)作保護層。這些現(xiàn)有技術(shù)的膜的主要局限是需要量大，以便有效，這樣就改變了產(chǎn)品的味道和口感。有時，食品表面的結(jié)晶蛋白質(zhì)或淀粉將改進食品的防潮層。大多數(shù)情況下這些組分溶于水。
因此，理論上講，最適宜的保護層是在口中感覺不到，又不溶于水的超薄的無毒層。這種保護層可長期防止氧和水份的遷移。
下列參考文獻和與下文所引用的參考文獻公開了本技術(shù)領(lǐng)域的狀況，它們都并入本發(fā)明作為參考。
美國專利No.2,093,260[懷爾德(Wilder)等人]披露，鹽在含脂肪的即食谷類食品中有不利影響。當(dāng)鹽用于以常規(guī)方式制作這些食品時，鹽的存在會導(dǎo)致產(chǎn)生相當(dāng)大量的游離鹽酸。該專利公開一種方法，根據(jù)該方法，在完成導(dǎo)致食品中脂肪分解的高溫工序之前避免向食品中添加鹽，由此在不影響保持含大量脂肪的食物質(zhì)量的情況下可得到鹽的滋味(第二欄，第49-56行)。高溫烘烤工序之后，食品用鹽溶液涂覆，然后干燥，得到帶有必要鹽味的食品，而無鹽的不利影響。
美國專利No.4,196,219[肖(Shaw)等人]披露了延長冷凍熟食-例如肉類、家禽和魚類-的貯藏壽命的方法。該方法包括的步驟為烹調(diào)食物，用含有包括角叉菜膠鈣鹽的組合物的可食用膜涂覆上述熟食，冷凍用角叉菜膠鈣鹽涂覆的食物，然后將該涂膜的食物在冷凍狀態(tài)下貯存。上述膜作為基本上均勻的厚膜涂覆在食物上。
美國專利No.4,288,460[西里伯特(Chiliberto)等人]披露了顆粒狀水溶性食品組成部分，它一接觸空氣即變質(zhì)，這種組成部分由密封在含有脂肪酸衍生物和助流劑(即氣相沉積的二氧化硅或羧甲基纖維素)的保護膜中而被保護。所得涂膜顆粒的貯藏壽命得到提高，且仍然可基本上瞬間溶于水。
美國專利No.4,504,502[羅蘭(Roland)等人]披露了通過在食品基體表面涂覆含有水溶性藻蛋白的含水的分散體所制成的涂膜食用產(chǎn)品。該含水的分散體具有粘滯作用，因此可基本上均勻地涂覆食品基體表面。然后將干的膠化混合物包在藻蛋白涂覆的食品基體上，其保持的時間足以沿食品基體表面形成基本上連續(xù)的可食用藻蛋白膜。該膜足以有效阻止水份從食品基體表面移出，從而抑制脫水。上述膜也形成防氧層，從而阻止食品基體氧化，保持該食品基體內(nèi)的味道。
美國專利No.4,802,924[沃茲尼基(Woznicki)等人]披露了采用聚葡萄糖或聚葡萄糖與纖維素聚合物的組合物，或涂有纖維素聚合物膜的聚葡萄糖膜來涂覆藥片、食品和糖果等類的方法。
美國專利No.5,286,502[邁爾(Meyers)等人]披露了延長口香糖棒貯藏壽命的方法，包括用可食用膜形成劑(優(yōu)選纖維素衍生物)的水溶液涂覆口香糖棒的兩面，該溶液經(jīng)不完全干燥用作膠粘劑。然后用蠟?zāi)ね吭诳墒秤媚ば纬蓜┑母魍繉由稀?br> 美國專利No.5,298,273[伊托(Ito)]披露了通過最初烘烤面團制成的適用于冷凍的甜食(例如冰淇淋和冷凍的酸乳酪等)和其他食用產(chǎn)品的可食用容器。該方法包括在一對加熱的壓盤中間夾入含有糖、油和面粉的谷粉制的糊狀混合物，然后加熱烘烤該糊狀混合物，以產(chǎn)生淀粉的α-構(gòu)型(alphatization)，并蒸發(fā)水份。這樣，在最初烘烤后將得到脫水的可食用烘烤糊狀物的薄板。然后使該脫水的可食用烘烤糊狀物薄板再恢復(fù)水份(例如通過噴淋)，并成型制成容器，再經(jīng)烘烤制成冷凍的甜食和其他食用產(chǎn)品的松脆容器。
發(fā)明目的本發(fā)明的一個目的是提供涂有可食用膜的食用產(chǎn)品，它可使食用產(chǎn)品的貯藏壽命延長。
本發(fā)明的另一個目的是提供生產(chǎn)涂有可食用膜的食用產(chǎn)品的方法。
本發(fā)明的又一個目的是提供預(yù)制的可食用材料薄片，它可成型，然后作為外殼包在食用產(chǎn)品上。
發(fā)明概述本發(fā)明涉及可食用膜，通過采用連續(xù)的無機組合物作保護層來克服涂膜的食用產(chǎn)品所伴隨的結(jié)構(gòu)上的問題。需要制備很薄(0.05微米或更薄)的無定形薄層，以防止食用產(chǎn)品彎折時保護層破裂。上述無機物優(yōu)選為不溶物。
本發(fā)明的主要目的包括提高食用產(chǎn)品的貯藏壽命和/或改進食用產(chǎn)品的味道效果。與目前的防潮層技術(shù)相比，本發(fā)明有若干優(yōu)點。主要的優(yōu)點是提高食用產(chǎn)品的貯藏壽命，而不影響其味道與結(jié)構(gòu)。其優(yōu)點還包括能夠開發(fā)有雙重結(jié)構(gòu)的新產(chǎn)品，象松脆的夾有果凍的甜食，由于膜在果凍部分和松脆部分之間形成保護層，因而這種甜食不會變軟。另外，其優(yōu)點還包括減少為保護食用產(chǎn)品所用的包裝材料，由此可減少成本和環(huán)境垃圾。此外，上述所有優(yōu)點的實現(xiàn)不會明顯影響食用產(chǎn)品的外觀、味道、氣味或觸覺。
一般方法在食用產(chǎn)品上涂覆無機膜可通過若干方法進行。
在一個優(yōu)選方法中，將食用產(chǎn)品放在可產(chǎn)生等離子體的間歇或連續(xù)體系中。該體系可以是簡單的電暈放電，也可以是象化學(xué)等離子體涂覆那樣復(fù)雜。在任一體系中，產(chǎn)品越干燥、越耐熱、越光滑、含脂肪越低和密度越高，則成功率越高。
優(yōu)選的方法是能廉價而快速地形成無機薄膜的方法。本發(fā)明優(yōu)選的實施方案包括一種方法，其中涂膜作為連續(xù)生產(chǎn)食用產(chǎn)品的一系列步驟中的一步。
形成的膜將食用產(chǎn)品包覆到必要的程度，以通過保持水的活性或保持味道來提高貯藏壽命。這可導(dǎo)致在整個食用產(chǎn)品，或不同成分組成的食用產(chǎn)品的一部分上涂膜。例如，在烘烤的比薩餅面團的一面涂膜，使隨后涂覆的濕度較高的作料不會影響烘烤的面團，從而提高該產(chǎn)品的貯藏壽命。本發(fā)明也可供在同一只包裝袋中包裝不同味道的食品(即脆點心)，而不會不利地混味。
在一些實施方案中，存在防止水份轉(zhuǎn)移的保護層，但無防止氧滲透的保護層，或者是相反。降低食用產(chǎn)品的透氧性可減少類脂化合物的氧化、無酶致黑以及微生物的生長。例如，若食用產(chǎn)品含有較高的多不飽和脂肪，則要求保護層要特別能阻止氧的滲透。相反，若食用產(chǎn)品是新鮮水果或蔬菜，則需要保持適當(dāng)?shù)暮粑胶猓员苊馊毖鹾粑?，缺氧呼吸會減少消費者對食品的接受。因此，選擇的無機保護層具有合乎要求的特點，以使涂膜的食用產(chǎn)品具有期望的性質(zhì)。
可食用無機膜基本上在整個食用產(chǎn)品的至少一部分或在整個食用產(chǎn)品上連續(xù)?？墒秤媚ひ埠鼙?0.0001-0.5微米)，以使食用產(chǎn)品的觸覺、外觀和味道不會受不利的影向?？墒秤媚ぷ詈米銐虮。秤卯a(chǎn)品上無機材料的量最好足夠少，以使所得涂膜的食用產(chǎn)品符合食用產(chǎn)品的標準和規(guī)定的范圍(例如在聯(lián)邦規(guī)章標準第21項中公布的標準和規(guī)定)。
包膜體系可用于在食用產(chǎn)品表面涂覆無機材料的涂膜體系包括(1)噴涂或類似的熱升華；(2)電子發(fā)射；和(3)等離子體沉積。近年來，與無機材料膜相關(guān)技術(shù)的發(fā)展水平很高，生物醫(yī)學(xué)和電子學(xué)兩個領(lǐng)域均與該技術(shù)有關(guān)，因為無機膜在這些領(lǐng)域也具有很大的實用性。
由于制備等離子體常需要高溫和/或低真空，因此必須當(dāng)心避免改變食用產(chǎn)品的組成或結(jié)構(gòu)，例如蒸發(fā)待涂膜表面的水份。若在室溫或低溫下制備等離子體，則優(yōu)選低真空工藝。較干燥的食品顯示出較高的成功率，因為若食品的水含量較低，水份在其表面的蒸發(fā)就極小。取決于食用產(chǎn)品的種類，在某些涂膜操作中也可冷凍食用產(chǎn)品，以防水份蒸發(fā)。
噴涂或類似的熱升華體系采用目標組合物，借助由較高的射電頻率或直流電勢向著目標物加速的離子撞擊目標組合物。撞擊離子的沖力把能量傳遞到目標物的表面原子，使這些原子高速噴射到待涂膜基體上。
電子發(fā)射法產(chǎn)生足以使基體在真空下升華的能量。但是，對一些食用產(chǎn)品來說該升華溫度普遍太高，電子發(fā)射的能級為每個噴槍～20-40千瓦，因而需要核輻射屏蔽。電子發(fā)射法雖可應(yīng)用，但該方法較昂貴，使其對在食品工業(yè)中應(yīng)用的吸引力較小。
等離子體強化的化學(xué)汽相沉積法通過電磁能激發(fā)，電磁能必須充足，以使氣體或液體分裂成電子、離子和游離基團以及其他激發(fā)態(tài)的形式。“等離子體”是電離的氣體，它包含基本上相等數(shù)目的離子和電子。前體化合物汽化后導(dǎo)入真空室，在其中進行放電。電磁場引起電子發(fā)射，產(chǎn)生離子，從而引起連鎖反應(yīng)，產(chǎn)生更多的帶電微粒。灼熱的等離子體中的激發(fā)態(tài)的氣體被吸引到食品表面，其中激發(fā)的不帶電形式的化合物涂覆到基體表面上，原子挨原子地構(gòu)建，直至形成連續(xù)的薄層。
微波等離子體強化的化學(xué)汽相沉積法除以上工序之外還利用微波能。該方法產(chǎn)生與上述相似的產(chǎn)品。
在化學(xué)等離子體沉積中通常采用的頻率為約10KHz-約1GHz，優(yōu)選為10KHz-100MHz，壓力為約0.00001-約50乇。動力耦合可以是電容耦合、電感耦合或微波耦合。
雖然上述任何涂膜方法均可采用，但是若要求食用產(chǎn)品非常均勻，優(yōu)選的給食用產(chǎn)品涂膜的方法為化學(xué)等離子體沉積(CPD)。如果不需高度控制，噴涂是優(yōu)選的方法，而不太昂貴的生產(chǎn)成本是很重要的。CPD的主要優(yōu)點在于該方法可以在比噴涂法更低的真空和溫度下進行。噴涂法的主要優(yōu)點在于它減少可在膜中形成污染物的副反應(yīng)的可能性。近15年來，噴涂和CPD兩種方法在電子和生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域得到提高和發(fā)展。此外，CPD膜目前已被FDA(食品藥品管理局)批準作為食品接觸表面的柔韌性包裝材料。
在化學(xué)等離子體沉積中，通過將至少一種氣態(tài)前體導(dǎo)入具有受控電場的區(qū)域，在容器中形成沉積薄膜的等離子體。通?？刂频墓に噮?shù)包括內(nèi)壓水平、電場特征、氣體組合物及其進入等離子體的流速。改變這些參數(shù)將改變生成膜的特征和性質(zhì)。當(dāng)然，需要控制這些等離子體的變量，以制備其性質(zhì)合乎要求的膜。當(dāng)用于本發(fā)明時，需要調(diào)整上述參數(shù)，以形成基本上連續(xù)，并具有均勻厚度和組成的膜。
費爾特(Felt)等人在美國專利No.4,888,199中公開一種方法，它包括的工藝為采用等離子體將薄膜沉積在基體表面上，其中監(jiān)控并分析等離子體的發(fā)射，結(jié)果用于自動控制等離子體的特性，以便控制沉積上的薄膜的性能。
食用基體材料“食用產(chǎn)品”涉及可由人類或非人類(即寵物)消耗的食用產(chǎn)品或藥品。食用產(chǎn)品也可包括僅供陳列的食品。待涂膜的食用產(chǎn)品的性質(zhì)，例如其表面光潔度、含水量、耐熱性、脂肪含量和密度，在選擇食用基體材料的種類及其應(yīng)用方法中是重要條件。當(dāng)食品表面光潔干燥時可得到最佳結(jié)果。發(fā)現(xiàn)對較光潔的表面來講，較薄的膜有效。食用產(chǎn)品表面的濕度也是重要條件，因為較難給正在蒸發(fā)的表面涂膜。較耐熱的食用產(chǎn)品能采用較低的壓力或真空工藝，以及較高的工藝溫度，以保持等離子體的生產(chǎn)成本較低。含較高脂肪的食用產(chǎn)品是非極性的，這使得很難將膜粘附到該產(chǎn)品表面。食用產(chǎn)品表面將由于脂肪的多晶型特性而改變。超過一定時間，脂肪將改變結(jié)晶結(jié)構(gòu)，以達到其最低熱力學(xué)狀態(tài)。多晶型通常變成較大的結(jié)晶粒度。這種多晶型的膨脹會導(dǎo)致膜破裂或凹凸不平。這些問題可通過采用表面脂肪含量較低的食用產(chǎn)品來克服。
另外，在真空工藝中，密度較高的食用產(chǎn)品效果較好，因為它們不會膨脹。膨脹的食用產(chǎn)品會在膜中產(chǎn)生破裂，從而降低可食用膜的功效。在處理前冷凍食用產(chǎn)品可減少許多上述問題。但是，由于通過噴涂或CPD形成的膜是非晶型的，因此本來是柔韌的，由基體膨脹產(chǎn)生的破裂問題不明顯。
在本發(fā)明的另一個實施方案中采用預(yù)涂可食用保護層，它包覆食用產(chǎn)品的一些空隙，從而形成光潔的表面。然后再給這種產(chǎn)品涂無機膜。這種方法有利于酶或酸/堿反應(yīng)會分解預(yù)涂膜的食用產(chǎn)品。當(dāng)上述情況發(fā)生時，作為保護層的無機膜仍然保留。這種方法在商業(yè)上是很重要的，因為它避免了在食品生產(chǎn)廠產(chǎn)生等離子體沉積所伴隨的問題和費用。
根據(jù)本發(fā)明，一些可能存在的可以涂膜的食用產(chǎn)品類型的實例包括低水份食品，需要較責(zé)的保護層防止其變潮。
硬糖，暴露于高濕度時變粘。
小甜餅和油炸薯條，包裝袋敞開或長期貯放也會變潮或變壞，并失去其松脆性。
用于陳列的食用產(chǎn)品，因而需要較長的貯藏壽命。隨時間推移，這些產(chǎn)品會因失水而褪色和破裂。
包糖衣的糖果/藥品，要防止色膜蹭到手上。空氣和潮氣會溶解帶色的糖衣。
即食谷類，在牛奶中食用時會隨時間而變潮。
上層為糊狀巧克力片的小甜餅，超過規(guī)定時間會變潮，或失去巧克力的香味，從而縮短貯藏壽命或減弱味道。
通常靠加水來減少脂肪的低脂肪體系，超過規(guī)定時間會變干，從而限制其貯藏壽命。
本發(fā)明通過在高水份食品上形成防潮膜防止產(chǎn)品脫水，可生產(chǎn)其他不可能實現(xiàn)的低脂肪/高水份產(chǎn)品。因此可獲得具有較長貯藏壽命的諸如低脂肪體系之類的高水份食品。
含有堅果或乳脂的對氧敏感體系，隨時間推移會由于氧的轉(zhuǎn)移變
，通過本發(fā)明可減少這種類脂化合物的氧化。
可得益于本發(fā)明的其他產(chǎn)品是不同風(fēng)味的味道很濃的小吃。目前這類產(chǎn)品需要包在不同的包裝袋中，否則會互相串味，由此改變產(chǎn)品的特色。借助本發(fā)明的保護膜可把上述食品包在一起。例如，外涂無機膜的油炸薯條之類產(chǎn)品或其他產(chǎn)品將形成香味保護層，從而也能把多種風(fēng)味的油炸薯條包在同一只包裝袋中。
無機膜組合物膜組合物可以是任何無機材料。優(yōu)選膜材料通過食品和藥品管理局(Food and Drug Administration)的GRAS[綜合安全認證(GenerallyRecognized As Safe)]檢定，或可以容易地通過象GRAS這樣的檢定。更優(yōu)選膜材料可形成防止水份和/或氧轉(zhuǎn)移的保護層。優(yōu)選的膜化合物包括SiO2、SiO、CaO、ZnO、TiO2和MnO。SiO2的理想之處是它通過了GRAS檢定，可形成良好的保護層，它作為超薄膜已用于其他領(lǐng)域，例如電子領(lǐng)域。CaO由于其眾所周知的營養(yǎng)價值也是合乎要求的。特別優(yōu)選在食品表面涂覆SiO2、MnO、CaO和TiO2，因為這些化合物既是良好的添加劑，良好的食物輔助劑，又是良好的顏色添加劑。也可以在食品表面涂覆其他保護性無機物。
無機膜組合物還優(yōu)選不溶于水，或只在水中分散?！胺稚ⅰ钡亩x是由一種物質(zhì)的微?；蛭⒌螖U散到另一體系所形成的分散體系狀態(tài)。這保證產(chǎn)生的膜形成持續(xù)有效的防潮層，從而提高食用產(chǎn)品的貯藏壽命。
應(yīng)當(dāng)控制膜的純度，以保護所得食用產(chǎn)品安全?！凹儍簟钡亩x是基本上不含摻假或污染食用產(chǎn)品的任何物質(zhì)。該術(shù)語特別涉及不含影響食用產(chǎn)品安全的雜質(zhì)的膜組合物，膜組合物的純度通常應(yīng)當(dāng)為至少80％，優(yōu)選為至少90％，更優(yōu)選為至少95％，再優(yōu)選為至少99％，最優(yōu)選為至少99.9％。
SiO2是特別優(yōu)越的，因為它是良好的添加劑組分，它在食品中的使用可高達2.0％(重量)。此外，SiO2粉已普遍用作防粘劑。另外，SiO和SiO2目前用于涂覆塑料和玻璃，以提高抗氧性?？煽紤]把可提純和再循環(huán)的防微波層，覆蓋在塑料上的透明材料用于包裝，給能透過微波能的塑料包裝膜或瓶涂上高度防氧層。參見布羅迪(Brody，A.L.)的“涂有柔韌薄膜的玻璃包裝材料綜述”(“Glass-coated Flexible Filmsfor PackagingAn Overview”)，包裝技術(shù)與工藝(PackagingTechnology & Engineering)，1994，2，第44-47頁，在此引用作為參考。
本發(fā)明的膜組合物可包括SiO和SiO2的混合物。由于膜組合物是混合物，它可表示為SiOx，式中1≤x≤2。
作為Si的來源用于化學(xué)汽相沉積(CVD)/化學(xué)等離子體沉積(CPD)的各種化合物包括有機硅酯、酸酐(常用有機硅酯來指代)、硅烷(SiH4)、乙硅烷(Si2H6)和氯化硅烷。此外，還包括四乙氧基硅烷(Si(OC2H5)4)、還有熟知的原硅酸四乙酯(TEOS)。參見泰德(Tedder)等人的“低壓化學(xué)汽相沉積形成絕緣薄膜的機理研究四乙氧基硅烷與SiO2表面的反應(yīng)”(“Mechamstic Studies of DielectricThin Film Growth by Low Pressure Chemical VaporDepositionThe Reaction of tetraethoxysilane with SiO2Surfaces”)，應(yīng)用物理雜志(Journal of Applied Physics)，69卷，10期，1991，5，15，第7037-49頁，在此引用作為參考。
用于等離子體沉積的另外的已知前體包括HMDSO(六亞甲基乙硅烷)、O2和He的混合物。
低溫CVD SiO2膜公開于德休(Desu)等人的“采用新型前體的低溫CVD SiO2膜”(“Low temperature CVD of SiO2FilmsUsing Novel Precursors”)，電化學(xué)協(xié)會雜志(J.Electrochem.Soc.)，139卷，9期，1992，9，在此引用作為參考。新型前體-命名為hydridospheresiloxanes的HT8(Oh-H8Si8O12)和HT10(D5h-H10S10O15)-源于HSiCl3，它被認為可用于高效率沉積SiO2。這種方法可使優(yōu)質(zhì)SiO2薄膜沉積在單晶硅基體上。采用濕潤的氧作助反應(yīng)劑，上述膜在500℃和大氣壓下逐漸形成。
膜制成的膜應(yīng)當(dāng)基本上連續(xù)?！盎旧线B續(xù)”的定義是至少80％連續(xù)，優(yōu)選90％連續(xù)，更優(yōu)選95％連續(xù)，最優(yōu)選99％連續(xù)。雖然膜的破裂、缺損或不完全覆蓋會降低保護層的功效，但這種膜仍然達到減少水份和/或氧在食用產(chǎn)品上轉(zhuǎn)移的作用。不過，最好應(yīng)當(dāng)形成連續(xù)膜，因為膜越不連續(xù)，保護作用的功效就越差。無機膜應(yīng)當(dāng)在至少食用產(chǎn)品的顯著部分上連續(xù)，優(yōu)選在食用產(chǎn)品的整個表面上連續(xù)。膜應(yīng)當(dāng)較薄，以減少破裂或缺損的可能性。
由噴涂或CPD形成的膜是非晶形的，它保證柔韌性，因而可進一步防止破裂或缺損。通過在涂覆過程中加入添加劑可提高膜的柔韌特性。
膜的厚度也是重要的條件。膜的厚度與膜組合物相對于食用產(chǎn)品重量的重量百分率成正比。由于安全關(guān)系或規(guī)章要求，常優(yōu)選或需要使膜組合物的含量保持最小。此外，膜厚度之所以重要還由于厚度可影響食用產(chǎn)品的特征，包括產(chǎn)品的味道、結(jié)構(gòu)和氣味。另外，膜的厚度基本上決定作為保護層的膜的功效。
由于嘴可以感覺出象砂?；虬讏啄菢恿６葹?0微米或更大的微粒，因此無機膜的厚度應(yīng)當(dāng)小于0.5微米。無機膜的厚度應(yīng)優(yōu)選為約0.0001-0.2微米，更優(yōu)選為約0.0001-0.1微米，再優(yōu)選為約0.0002-0.05微米，最優(yōu)選為約0.0005-0.02微米。
無機膜還應(yīng)在厚度和組成兩方面基本上均勻。“基本上均勻”的定義是膜的均勻性必須使食用產(chǎn)品具有期望的性質(zhì)，膜的變化優(yōu)選小于100％，更優(yōu)選小于50％，再優(yōu)選小于25％，最優(yōu)選小于10％。
控制用于包覆食用產(chǎn)品的膜的量，以使所得產(chǎn)品安全。這將取決于采用的食用產(chǎn)品和膜材料。一般而言，所得食用產(chǎn)品中膜組合物的量應(yīng)小于約0.05％(重量)，優(yōu)選小于約0.01％(重量)，更優(yōu)選小于約0.005％(重量)，再優(yōu)選小于0.001-0.002％(重量)，最優(yōu)選小于約0.0005％(重量)。
本發(fā)明各個方面另外的目的、優(yōu)點和特征將從下面描述的本發(fā)明的優(yōu)選實施方案反映出，這些描述與附圖一起給出。
附圖簡述

圖1說明由糖衣、拋光膜、最后是可食用無機膜包覆的橢圓形食用產(chǎn)品部分的垂直剖面圖；圖2說明包有第一層糖衣，然后是無機可食用預(yù)包膜，再外包拋光膜的橢圓形食用產(chǎn)品部分的垂直剖面圖；圖3說明本發(fā)明優(yōu)選實施方案的食用條形產(chǎn)品的局部剖面透視圖，食用條形產(chǎn)品涂有可食用無機膜，然后包覆第二層膜；圖4說明本發(fā)明優(yōu)選實施方案的食用條形產(chǎn)品的局部剖面透視圖，食用條形產(chǎn)品預(yù)涂可食用無機膜，然后包覆第二層可食用膜；圖5說明本發(fā)明優(yōu)選實施方案的食用條形產(chǎn)品的局部剖面透視圖，食用條形產(chǎn)品涂有可食用無機膜；
圖6為用可食用膜涂覆食用產(chǎn)品所用的間歇設(shè)備流程圖；圖7為用可食用膜涂覆食用產(chǎn)品所用的連續(xù)設(shè)備流程圖；和圖8為制備涂覆在膜產(chǎn)品上的可食用膜的間歇設(shè)備流程圖。
優(yōu)選實施方案描述首先參見圖1，圖中說明食用產(chǎn)品，包括橢圓形巧克力產(chǎn)品1，它涂有第一層糖衣，形成糖衣2，再涂拋光膜3，最后外涂無機膜4。
圖2說明橢圓形巧克力產(chǎn)品5，它涂有糖衣6，再涂無機膜7，最后外涂拋光膜8。
圖3說明食用產(chǎn)品，包括涂有無機膜10，最后包在巧克力包皮11中的糖果夾心部分9。
圖4說明食用產(chǎn)品，包括涂有無機膜13，最后包在巧克力包皮14中的糖果夾心部分12。
圖5說明食用產(chǎn)品，包括涂有巧克力包皮16，最后外涂無機膜17的糖果夾心部分15。
圖6說明間歇噴涂方法，其中待涂覆食品置于密封的等離子體沉積設(shè)備17中的等離子體沉積區(qū)域19中。關(guān)閉門18后，用泵20抽真空，用惰性氣體或活潑氣體通過傳輸管道21返回沖洗密封區(qū)，并提升到操作真空。從適宜的電源(未顯示)通過電極22輸入電流，產(chǎn)生等離子體。經(jīng)過足以涂覆產(chǎn)品的時間之后，切斷電流，關(guān)閉泵20，從管道21排出氣體，打開門19，然后取出涂膜的產(chǎn)品。
圖7說明用于等離子體沉積的連續(xù)體系。在等離子體沉積的連續(xù)方法中，采用三個分開的密封室1、2和3，各室處于單獨的真空控制中。產(chǎn)品經(jīng)過星形閥25進入傳送帶28上的室1，閥25可阻止外部空氣進入。由泵26通過閥27保持室1的真空，然后惰性氣體或活潑氣體經(jīng)由傳輸管道29沖洗產(chǎn)品。傳送帶28將產(chǎn)品經(jīng)過星形閥30送入室2。星形閥30將室1與室2分開。通過星形閥30后，產(chǎn)品置于傳送帶31上進入等離子體沉積區(qū)32。在惰性氣體或活潑氣體存在下和泵35保持的真空下，電流由電源(未顯示)通過導(dǎo)管33輸送到電極34，由此產(chǎn)生等離子體。該等離子體涂覆產(chǎn)品。然后，該涂膜的產(chǎn)品通過星形閥36進入傳送帶37上的室3。通過泵38使室3的真空低于室2。然后通過星形閥39從室3取出產(chǎn)品，放在傳送帶上轉(zhuǎn)入常規(guī)食品生產(chǎn)線。
圖8說明噴涂器，它將一層可食用無機膜涂在柔韌薄片49上。該可食用膜可隨后與柔韌薄片49分開，并可加到圖4所示產(chǎn)品中。預(yù)制的柔韌薄片49置于室43中。將該柔韌薄片從料筒40展卷到冷卻滾筒41上。無機目標物48置于板50上，在從閥45控制的供氣管道44獲得的氣體的存在下，通過輸電線47施加電能，使無機目標物48噴涂到柔韌薄片49上。然后通過卷取滾筒42拉緊涂膜的柔韌薄片51。關(guān)閉真空，切斷電源并停止通氣，然后取出產(chǎn)品。該方法與圖6的沉積體系有些相似，如首先通過一臺或一臺以上的泵46在室43中抽真空排空氣，然后向該室導(dǎo)入活潑氣體和/或惰性氣體，進行涂覆操作。但是，該方法不同于CPD，在CPD中氣體電離，然后帶電離子被吸引到產(chǎn)品上，在噴涂中，帶電微粒向著目標物加速，使微粒從目標物噴射到基體上(此處為柔韌薄片49)。所得預(yù)制的無機材料薄片可以貯存，可與上述柔韌薄片分開，并可包覆在食用產(chǎn)品上作保護層。
實施例應(yīng)用噴涂和化學(xué)等離子體沉積(CPD)兩種技術(shù)進行了實驗。在這兩種情況中，在某些產(chǎn)品上采用的外層拋光膜看來會使SiO2在涂膜的產(chǎn)品上產(chǎn)生粉狀斑點。另外，發(fā)現(xiàn)一定的操作功率范圍(約50瓦)為低熔點產(chǎn)品，例如巧克力產(chǎn)品(熔點為約20℃)所優(yōu)選。
噴涂法比CPD的真空操作更嚴格。另外，CPD在產(chǎn)品上涂覆約1000埃的薄層要比噴涂法快約10倍。CPD制備的膜可與噴涂法制備的膜相比，不同的是CPD在僅僅50瓦下制膜。實施例1采用的食用產(chǎn)品為SKITTLES齒形糖(Bite Size Candies)。它們?yōu)橥獍且碌乃阄度橹恰Ｔ赟KITTLES齒形糖生產(chǎn)中，蔗糖與香料混合，形成乳脂。然后將乳脂制成橢圓形芯子。隨后用蔗糖溶液涂覆該芯子，并風(fēng)干。將產(chǎn)品磨光，最后印上字S.SKITTLES，至今，當(dāng)產(chǎn)品長期暴露在過量潮氣中時，顯出有不利的影響。
將SKITTLES產(chǎn)品置于圖6所示類型實驗室設(shè)備的反應(yīng)室中，關(guān)閉反應(yīng)室門。然后抽真空至基準壓強為50-200毫乇。反應(yīng)室用氬氣以45標準立方厘米/分(sccm)沖洗，然后用氧氣以8標準立方厘米/分(sccm)沖洗，直至室內(nèi)充滿純氧氣。TEOS(原硅酸四乙酯)管在進入反應(yīng)室前加熱至95℃，以汽化TEOS。功率調(diào)到約50瓦，通過定在13.56MHz的射頻(RF)耦合裝置供電。等離子體產(chǎn)生，打開TEOS閥，使TEOS與等離子體中的氧反應(yīng)，并涂覆SKITTLES齒形糖。通電10分鐘后，切斷氧氣和TEOS蒸氣，最后關(guān)閉真空泵。打開反應(yīng)室，取出產(chǎn)品。
應(yīng)當(dāng)優(yōu)選向底板供電，并將產(chǎn)品置于該底板或“熱”板上。另一方面，如果食用產(chǎn)品是導(dǎo)體，則可直接向食用產(chǎn)品供電。這種方法可減少粉塵，使SiO2可直接涂覆在產(chǎn)品表面上。這是由于來自TEOS的SiO+的正電性。無論如何，上述方法導(dǎo)致減少在等離子體涂覆中在涂膜的產(chǎn)品表面上形成的SiO2粉塵。這樣可將SiO2涂覆在產(chǎn)品上，而不產(chǎn)生粉塵。條件范圍 理想值電極分離 1-3英寸 (1.5)電極區(qū)域 15-50.0英寸 (32.0)氬氣流速 25-100sscm(45sscm)氧氣流速 1-20sscm (8sscm)TEOS溫度 85-110℃ (95℃)射頻(RF)(13.56MHz)25-100瓦 (50瓦)沉積時間 5-25分(15分)基準壓強(200毫乇) 50-500毫乇通過檢測涂膜的SKITTLES來評估在潮氣中暴露的影響。未涂膜的SKITTLES放在小水瓶中會立即開始溶解。涂有無機膜的SKITTLES放在小水瓶中4分鐘后才開始溶解。可以相信，如果減少或消除膜中存在的‘針孔’，并在產(chǎn)品上涂更多的無機膜，開始溶解的時間還會進一步延長?？梢灶A(yù)見，通過更仔細的制作設(shè)備，‘針孔’的數(shù)目和大小將會減小。實施例2本實施例中采用TWIX焦糖甜餅條(Caramel Cookie Bars)。TWIX條是上面蓋有焦糖膜，然后外包巧克力的小甜餅。圖4說明了這種產(chǎn)品。其貯藏壽命由于水份從焦糖轉(zhuǎn)移到小甜餅而多少受限。這種水份的轉(zhuǎn)移使小甜餅變軟，隨時間推移導(dǎo)致產(chǎn)品的質(zhì)量比最初制作的產(chǎn)品差。在本實施例中，在圖7中說明的設(shè)備前面安裝預(yù)處理設(shè)備，以制作切成條段的小甜餅。然后使產(chǎn)品通過星形閥25，該閥設(shè)計成允許產(chǎn)品進入真空抽至20乇的室1，而不會降低真空度。然后使產(chǎn)品經(jīng)過星形閥30進入室2，在其中等離子體以無機物薄層涂覆產(chǎn)品。涂膜后產(chǎn)品經(jīng)過星形閥36進入室3，室3保持真空為30乇。經(jīng)過星形閥39后取出已涂有無機膜的產(chǎn)品。然后，該產(chǎn)品在常規(guī)甜食生產(chǎn)線上繼續(xù)進行進一步加工。小甜餅上的保護層減少了水份和氧進入和移出小甜餅，從而提高產(chǎn)品的貯藏壽命。實施例3本實施例采用“M&M′S”巧克力糖(Chocolate Candies)，它是橢圓形巧克力夾心糖，外涂帶色蔗糖溶液，以形成糖衣。如果暴露于潮濕條件中，“M&M′S”巧克力糖上的色膜隨時間推移最終脫落。為提高這種糖的質(zhì)量，需要本發(fā)明的防潮層。本實施例中采用間歇方法，該方法需要在類似于圖7的等離子體發(fā)生器中放置多孔床轉(zhuǎn)盤(“多孔滾筒”)。產(chǎn)品置于滾筒中，然后將滾筒放入室1，隨后將真空抽至0.1乇。然后用O2返回沖洗滾筒，至真空達10乇。然后將滾筒放入室2運轉(zhuǎn)，等離子體開始涂覆產(chǎn)品。涂覆后使該室升壓，然后從滾筒上取下產(chǎn)品。通過減少暴露在潮氣中的不利影響，巧克力糖上的無機膜提高了產(chǎn)品的貯藏壽命和質(zhì)量。實施例4本實施例中采用包著的巧克力片或包著的“M&M′S”巧克力糖(Chocolate Candies)或“M&M′S”牛奶巧克力烤片(MilkChocolate Baking Bits)。當(dāng)這類糖果添加到食用產(chǎn)品，例如小甜餅或冰淇淋產(chǎn)品中時，通常會將它們的顏色滲入這些食用產(chǎn)品中。這會在食用產(chǎn)品中產(chǎn)生有時在審美上不能吸引人的“暈圈”或色環(huán)。類似于實施例2(參見圖1和圖2)涂覆上述產(chǎn)品和/或其組成部分，以減少這種變色。涂膜的產(chǎn)品可加入小甜餅或冰淇淋產(chǎn)品中而不會引起“暈圈形成”。實施例5包著的“即食”谷類在牛奶加入谷類中后不久即變潮。沒等消費者吃完盤中物，谷類通常即變潮。除外包糖衣的谷類之外，上述情況會降低食用產(chǎn)品的食用吸引力。采用本發(fā)明的技術(shù)，通過用無機膜涂覆谷類可減少水份的遷移，而無需添加過量蔗糖。由于谷類已被保護，因此若無機膜含有營養(yǎng)物，該膜將補加到無機物和營養(yǎng)要求物中。給谷類涂膜的工藝可采用圖6和圖7所示設(shè)備進行。在谷類上形成的保護層將被優(yōu)選，以使產(chǎn)品在與牛奶混合時不會變潮。由于谷類產(chǎn)品只與牛奶接觸相當(dāng)短的時間(1-10分鐘)，因此膜的厚度可相應(yīng)地調(diào)整。如果采用防氧/水份保護膜，所得產(chǎn)品將由于降低了氧的遷移而具有較長的貯藏壽命。因而產(chǎn)品將不太可能變壞。
如以上描述和實施例所說明，本發(fā)明對制作眾多種類的食用產(chǎn)品具有很大的用途。本發(fā)明可保證延長食用產(chǎn)品的貯藏壽命，并可在對食用產(chǎn)品的味道、結(jié)構(gòu)和氣味無不利影響的情況下運用。本發(fā)明便于在不縮短產(chǎn)品貯藏壽命的情況下減少包裝材料的費用，因為可以采用不太昂貴的包裝材料，而不是較貴的金屬箔或保護性包裝材料。這對環(huán)境的進一步有利之處是上述昂貴的包裝材料是不易生物降解的。
所采用的術(shù)語和詞句用作描述用語，而非限制用語，無意采用上述術(shù)語或詞句來排除作為其部分而表示和描述的任何等同特征，可以認識到，在本發(fā)明范圍內(nèi)的各種更改均有可能。
權(quán)利要求
1.一種涂膜的食用產(chǎn)品，它包括a.食用材料；和b.涂覆在食用材料上的無機膜，其中基本上連續(xù)的無機膜復(fù)蓋食用材料的至少一部分。
2.權(quán)利要求1的涂膜的食用產(chǎn)品，其中無機膜形成減少水份和/或氧遷移的保護層。
3.權(quán)利要求1的涂膜的食用產(chǎn)品，其中無機膜的厚度小于0.5微米。
4.權(quán)利要求3的涂膜的食用產(chǎn)品，其中無機膜的厚度為0.0002-0.2微米。
5.權(quán)利要求4的涂膜的食用產(chǎn)品，其中無機膜的厚度為0.0002-0.1微米。
6.權(quán)利要求5的涂膜的食用產(chǎn)品，其中無機膜的厚度為0.0002-0.05微米。
7.權(quán)利要求1的涂膜的食用產(chǎn)品，其中無機膜在食用材料的整個表面上形成基本上連續(xù)的薄層。
8.權(quán)利要求1的涂膜的食用產(chǎn)品，其中無機膜至少95％是連續(xù)的。
9.權(quán)利要求1的涂膜的食用產(chǎn)品，其中無機膜包括選自SiO2、SiO、CaO、ZnO、TiO2和MnO的至少一種化合物。
10.權(quán)利要求1的涂膜的食用產(chǎn)品，其中無機膜基本上由SiO2、SiO、CaO、ZnO、TiO2或MnO構(gòu)成。
11.權(quán)利要求1的涂膜的食用產(chǎn)品，其中無機膜基本上由SiO和SiO2的混合物構(gòu)成。
12.權(quán)利要求1的涂膜的食用產(chǎn)品，其中無機膜基本上是純凈的。
13.權(quán)利要求1的涂膜的食用產(chǎn)品，還包括預(yù)涂材料，它在無機膜涂覆之前涂覆在食用材料上。
14.權(quán)利要求1的涂膜的食用產(chǎn)品，其中無機膜將食用材料與含水的填充物分開。
15.權(quán)利要求1的涂膜的食用產(chǎn)品，其中涂膜的食用產(chǎn)品包含一種以上的無機膜。
16.權(quán)利要求1的涂膜的食用產(chǎn)品，其中無機膜為涂膜的食用產(chǎn)品的0.0001-0.05％(重量)。
17.權(quán)利要求1的涂膜的食用產(chǎn)品，其中食用材料基本上為固體。
18.權(quán)利要求1的涂膜的食用產(chǎn)品，其中食用材料為膠體。
19.一種生產(chǎn)涂有無機膜的食用產(chǎn)品的方法，該方法包括通過等離子體沉積用基本上連續(xù)的無機材料膜涂覆食用產(chǎn)品，該無機材料膜復(fù)蓋食用產(chǎn)品的至少一部分。
20.一種生產(chǎn)涂有無機膜的食用產(chǎn)品的方法，該方法包括通過在食用產(chǎn)品上噴涂基本上連續(xù)的無機材料膜來涂覆食用產(chǎn)品。
全文摘要
一種食用產(chǎn)品,在其表面的至少一部分涂有無機薄膜。該膜優(yōu)選構(gòu)成防潮/防氧層,形成提高了貯藏壽命的涂膜的食用產(chǎn)品。食用產(chǎn)品包括食品和藥品?？捎米魃鲜瞿さ臒o機材料包括SiO
文檔編號A23L2/00GK1177911SQ96192458
公開日1998年4月1日 申請日期1996年1月18日 優(yōu)先權(quán)日1996年1月18日
發(fā)明者D·L·貝耶爾, T·E·雅赫, D·L·扎克, R·A·耶羅梅, F·P·德布林卡特 申請人:火星有限公司