Una composición termoplástica basada en colágeno homogénea que comprende un polvo de colágeno seco que está basado en un colágeno que forma fibrillas que está desnaturalizado o parcialmente desnaturalizado,

que presenta un peso molecular medio de al menos 500 kD, una solubilidad igual o mayor de 25% en agua a 60ºC y un tamaño medio de partícula comprendido entre 30 µm y 350 µm

Polvo de colágeno y composición termoplástica basada en colágeno para preparar artículos conformados.

Campo de la invención

La presente invención se refiere a una nueva tecnología basada en colágeno y, en particular, a un nuevo precursor basado en colágeno, al procedimiento para su preparación, y a su uso en la preparación de una composición basada en colágeno homogénea que funciona como un termoplástico. La presente invención también se refiere a artículos sólidos con forma conformados a partir de dicha composición termoplástica, y a los procedimientos para su fabricación.

Antecedentes de la invención

El colágeno es una de las proteínas más exitosamente aplicadas, usado, entre otros campos, en la industria alimenticia como proteína formadora de películas que produce películas comestibles y/o biodegradables planas o tubulares usadas como material de envoltura en el envasado de alimentos. "Colágeno" es el término genérico para una familia de proteínas, cuyos representantes pueden encontrarse en cualquier organismo multicelular. Hasta la fecha, se han descrito más de 20 tipos diferentes de colágeno en la bibliografía. Para fines industriales hay fuentes de colágeno que son particularmente favorables para la recuperación de colágeno desde el punto de vista de la disponibilidad, arquitectura tisular y economía. Una de dichas fuentes es el cuero bovino.

Una de las tecnologías basadas en colágeno actualmente más prominentes está relacionada con la fabricación de envolturas basadas en colágeno para las salchichas. Esta tecnología intenta en gran medida de evitar que las fibras de colágeno pierdan su estructura molecular nativa, ya que una parte sustancial del éxito del procesamiento y las propiedades mecánicas de las películas tubulares o planas de colágeno resultantes, depende de su estructura fibrilar. Por tanto, un objetivo principal de esta tecnología es la conservación de la estructura fibrosa del colágeno, durante todas las etapas industriales para extraer y purificar el colágeno de tejidos animales brutos, como cuero bovino o piel porcina. Por lo tanto, existen en el estado de la técnica procedimientos diseñados cuidadosamente en los que se obtienen pastas de fibras de colágeno hinchadas con ácido básicamente intactas, altamente hidratadas, que pueden extruirse formando películas planas o tubulares. Es bien sabido que el control de la temperatura durante la preparación de pastas de colágeno y en la extrusión es un factor muy importante para evitar que las fibras de colágeno se hidrolicen y por lo tanto gelatinicen.

Aunque dichas pastas acuosas de colágeno fibroso hinchadas con ácido han demostrado excelentes propiedades en la preparación de películas por extrusión a bajas temperaturas, la enorme viscosidad de la pasta, incluso a una concentración baja de sólidos (colágeno), provoca que este material no muestre propiedades reológicas que permitirían procesarlas fácilmente mediante un equipo de extrusión convencional conocido del procesamiento de plásticos. Las Patentes de Estados Unidos 3.123.482 y 3.346.402, por ejemplo, pueden dar una impresión de lo complejo y especializado que es el equipo de extrusión y las condiciones usadas en la fabricación de envolturas de colágeno.

Además, después de pasar a través del orificio de la salida del cabezal de extrusión, la película tubular o plana formada a partir de la pasta de colágeno debe estabilizarse por coagulación y secado, lo que significa que tiene que retirarse una gran cantidad de agua del gel con forma, lo que supone un elevado coste energético. En dicho procedimiento, las fibras de colágeno se orientan físicamente y en muchos casos en línea o en un tratamiento químico posterior se reticulan para producir una matriz tridimensional con una estructura de red de fibrillas irreversiblemente incrustadas. Esto, por otro lado, presenta la desventaja de que el producto obtenido por este tipo de tecnología no puede recuperarse y reutilizarse para repetir el procedimiento. Además, cualquier otro artículo tridimensional moldeado diferente de los obtenidos por extrusión en películas, tubos o cuerdas no son factibles, salvo que se pretenda utilizarlos como artículos poco hidratados, tales como cebos y señuelos para pescar de acabado suave de colágeno, o lentes ópticas, dado que, después del secado y en los procedimientos de curado, dicho artículo tridimensional moldeado se encoge drásticamente hasta perder su forma original. Además, las dispersiones altamente hidratadas de colágeno fibroso, aunque son útiles en sus formas clásicas de aplicación, no tienen propiedades adecuadas para formar artículos sólidos tridimensionales por técnicas de procesamiento termoplástico convencionales como extrusión por calor y moldeo por inyección sin correr el riesgo de hidrolizar hidrotérmicamente el colágeno hasta un grado tal que se vuelvan soluciones gelatinosas muy diluidas. Como resultado, aún no se han conseguido exitosamente artículos moldeados basados en colágeno sólidos con un bajo nivel de contenido en agua.

Por tanto, los hidrogeles derivados de colágeno, aunque son capaces de funcionar como materiales termoplásticos, no tienen la estructura, estabilidad o resistencia para funcionar como un artículo moldeado sólido; incluso cuando se secan, con los costes resultantes, no funcionarán de forma estable en condiciones húmedas.

Otra tecnología basada en colágeno, se caracteriza por la degradación de colágeno formando gelatina, pegamentos animales e hidrolizados. Dichos productos de hidrólisis obtenidos del colágeno, que difieren en su grado de hidrolización, se usan en una amplia diversidad de industrias como alimentos, como ingredientes para cosméticos y pegamentos animales. De acuerdo con esta tecnología, las moléculas de colágeno se hidrolizan, por ataque enzimático o tratamiento con calor de una dispersión ácida o alcalina de colágeno fibrilar en agua, hasta que las unidades estructurales básicas se destruyen produciendo una gelatina. El peso molecular medio de estos nuevos productos pépticos es variable, y siempre por debajo de 500 kD. Para fines prácticos, la característica principal de la gelatina es su capacidad de generar hidrogeles físicos, incluso a una concentración de sólidos muy baja, que son termorreversibles a temperaturas de aproximadamente 40ºC. Esta capacidad implica ciertas ventajas en los procesos de tratamiento y moldeo ya que los hidrogeles de gelatina pueden calentarse por encima del punto de fusión para verterse o inyectarse en un molde, y después solidificarse por enfriamiento. Sin embargo, su fuerza y resistencia de gel es baja y depende del contenido de agua y del grado de reticulación. En el intento de formar artículos con forma, también surgen problemas técnicos debido al gran encogimiento que sucede durante el secado del producto hidratado. La fabricación de artículos moldeados formados por gelatina o hidrolizado de gelatina con un peso molecular medio de menos de 3 kD es imposible.

Se han propuesto algunos procesos nuevos para transformar la gelatina en un producto de tipo termoplástico para moldear artículos (véanse las Patentes de Estados Unidos 4.992.100 y 5.316.717) plastificando una gelatina en polvo, con la adición de agua, en un dispositivo de extrusión y sometiéndolo a elevadas temperaturas y fuerzas de cizalla, para producir un fundido homogéneo fluido que, después de retirarse del troquel ranurado de la extrusora, puede granularse. Los granulados pueden procesarse como un producto de tipo termoplástico, lo que presenta la ventaja de funcionar a un bajo contenido de agua y conservar algunas propiedades de la gelatina, mientras que el encogimiento de los artículos moldeados fabricados con dichos granulados es muy ligero y puede ajustarse añadiendo de aditivos, por ejemplo, plastificantes. No obstante, la gelatina es un producto a fabricar primero a partir del colágeno, con los consiguientes costes de producción y adquisición. Además, su estructura molecular implica un mal comportamiento con el envejecimiento de los artículos moldeados o en condiciones húmedas, lo que ha provocado la consecuencia de que en realidad nunca, según el hbox{conocimiento de los inventores, se ha encontrado aplicación industrial en el moldeo de artículos.}

Para acortar el procedimiento de fabricación de gelatina y de precursores de pegamento (también llamados materiales glutinosos), se ha propuesto otro procedimiento en la Patente Alemana Nº DE 19712400. Este procedimiento comienza con una materia prima rica en colágeno, y es capaz de evitar todas las etapas húmedas y termoquímicas, que llevan mucho tiempo, de elevado...

1. Una composición termoplástica basada en colágeno homogénea que comprende un polvo de colágeno seco que está basado en un colágeno que forma fibrillas que está desnaturalizado o parcialmente desnaturalizado, que presenta un peso molecular medio de al menos 500 kD, una solubilidad igual o mayor de 25% en agua a 60ºC y un tamaño medio de partícula comprendido entre 30 µm y 350 µm.

2. Una composición termoplástica basada en colágeno homogénea de acuerdo con la reivindicación 1, que comprende:

3. Una composición termoplástica basada en colágeno homogénea de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 ó 2, que comprende además un plastificante.

4. Una composición termoplástica basada en colágeno homogénea de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, que comprende entre aproximadamente el 5% en peso y el 50% en peso de un plastificante.

5. Una composición termoplástica basada en colágeno homogénea de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, que comprende:

6. Una composición termoplástica basada en colágeno homogénea de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 3 a 5, en la que dicho plastificante es glicerina.

7. Una composición termoplástica basada en colágeno homogénea de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, que comprende además un aditivo seleccionado entre el grupo de proteínas, polímeros biodegradables, agentes de soplado, modificadores, cargas, lubricantes, reticulantes, conservantes, colorantes, mejoradores de la fluidez, agentes aromatizantes y aromas, agentes nutricionales y sus mezclas.

8. Una composición termoplástica basada en colágeno homogénea de acuerdo con la reivindicación 7, en la que dicha proteína se selecciona entre una proteína obtenida de animales, una proteína obtenida de plantas, una proteína microbiana y sus mezclas.

9. Una composición termoplástica basada en colágeno homogénea de acuerdo con la reivindicación 8, en la que el contenido en polvo de colágeno seco es más del 30% en peso del contenido de proteína total.

10. Una composición termoplástica basada en colágeno homogénea de acuerdo con la reivindicación 7, en la que dicho polímero biodegradable es un termoplástico natural o sintético seleccionado entre el grupo constituido por un polihidroxialcanoato, un polialquilenéster, un poli(ácido láctico), una polilactida, una poli-varepsilon-caprolactona, un poli(éster vinílico), un poli(alcohol vinílico) y sus mezclas.

11. Una composición termoplástica basada en colágeno homogénea de acuerdo con la reivindicación 7, que consiste en aproximadamente el 56% en peso de polvo de colágeno seco; aproximadamente el 24% en peso de agua; aproximadamente el 17,5% en peso de glicerina; y aproximadamente el 2,5% en peso de ácido cítrico.

12. Una composición termoplástica basada en colágeno homogénea de acuerdo con la reivindicación 7, que consiste en aproximadamente el 50% en peso de polvo de colágeno seco; aproximadamente el 25% en peso de agua; aproximadamente el 15% en peso de glicerina; aproximadamente el 5% en peso de cochinilla en polvo y aproximadamente el 5% en peso de etanol.

13. Una composición termoplástica basada en colágeno homogénea de acuerdo con la reivindicación 7, que consiste en aproximadamente el 50% en peso de polvo de colágeno seco; aproximadamente el 25% en peso de agua; aproximadamente el 15% en peso de glicerina; aproximadamente el 5% en peso de gluten de trigo; aproximadamente el 2% en peso de cochinilla en polvo; aproximadamente el 2% en peso de aroma de vainilla; y aproximadamente el 1% en peso de ácido cítrico.

14. Una composición termoplástica basada en colágeno homogénea de acuerdo con la reivindicación 7, que comprende polvo de colágeno seco; aproximadamente el 15% en peso de agua que comprende aproximadamente el 10% en peso basado en agua de caramelo colorante; aproximadamente el 10% en peso basado en agua de aroma de bacón; y aproximadamente el 6% en peso basado en agua de aroma de caramelo colorante ahumado; aproximadamente el 20% en peso de glicerina; y aproximadamente el 2,5% en peso de ácido cítrico.

15. Una composición termoplástica basada en colágeno homogénea de acuerdo con la reivindicación 7, que consiste en aproximadamente el 50% en peso de polvo de colágeno seco; aproximadamente el 25% en peso de agua; aproximadamente el 20% en peso de glicerina; y aproximadamente el 5% en peso de etanol.

16. Un procedimiento para obtener una composición termoplástica basada en colágeno homogénea de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 15, que comprende las siguientes etapas:

17. Un procedimiento de acuerdo con la reivindicación 16, que comprende además la adición de uno o más aditivos, simultáneamente o por separado, al polvo de colágeno seco, al agua, en la etapa (i), o la etapa (ii) y en el que dicho aditivo se integra homogéneamente en la composición termoplástica basada en colágeno homogénea obtenida en forma de una masa, o gránulos.

18. Un procedimiento de acuerdo con la reivindicación 16, en el que el procedimiento se realiza en un sistema de mezcla continuo.

19. Uso de una composición termoplástica basada en colágeno homogénea de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 15, para la fabricación de un artículo sólido con forma.

20. Un artículo sólido con forma conformado a partir de una composición termoplástica basada en colágeno homogénea de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 15.

21. Un artículo sólido con forma de acuerdo con la reivindicación 20, seleccionado entre un artículo para deporte al aire libre; una sábana; una bolsa; una bandeja; una botella; un tubo; vajilla, que comprende una taza, un platillo, un plato; una cubertería que comprende un cuchillo, un tenedor, una cuchara, u otro utensilio para comer; un juguete para mascotas; un mordedor para mascotas; un artículo alimentario que comprende un caramelo, un dulce, un aperitivo; pienso para animales; una película plana; una película tubular; un cebo de pesca, un señuelo de pesca; un producto de tipo gominola; un artículo espumado; un material de envasado para otros artículos; un gránulo para embalaje poco compacto; un material de envasado para alimento y un recipiente.

22. Un artículo sólido con forma de acuerdo con la reivindicación 21, en el que el mordedor para mascotas es un mordedor para perros.

23. Un procedimiento para fabricar un artículo sólido con forma de acuerdo con la reivindicación 20, que comprende conformar la composición termoplástica basada en colágeno homogénea.

24. Un procedimiento para fabricar un artículo sólido con forma de acuerdo con la reivindicación 23, que comprende conformar posteriormente la composición termoplástica basada en colágeno homogénea en forma de una masa obtenida en la etapa (ii) o conformar los gránulos como se obtienen en la etapa (iii) de acuerdo con la reivindicación 16.

25. Un procedimiento para fabricar un artículo sólido con forma de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 23 ó 24, mediante un procedimiento de conformado seleccionado entre moldeo por compresión, extrusión en película por soplado, co-extrusión en película por soplado, moldeo por soplado, moldeo por rotación, moldeo por transferencia, moldeo por extrusión, moldeo por co-extrusión, formación al vacío, formación a presión, moldeo por inflado y moldeo por inyección.

26. Un procedimiento para fabricar un artículo sólido con forma de acuerdo con la reivindicación 25, en el que el procedimiento de conformado es moldeo por inyección.

27. Un procedimiento de acuerdo con la reivindicación 24, que comprende (i) comprimir una composición termoplástica basada en colágeno homogénea a través de un troquel ranurado, (ii) obtener una película primaria; (iii) laminarla en un sistema de calandrias calentadas hasta conseguir el espesor de pared y la anchura de película deseados.

28. Un procedimiento de acuerdo con la reivindicación 24, que comprende (i) comprimir una composición termoplástica basada en colágeno homogénea a través de un troquel anular; y (ii) formar una película tubular mediante extrusión en película por soplado.

29. Un procedimiento de acuerdo con la reivindicación 24, que comprende (i) comprimir una composición termoplástica basada en colágeno homogénea a través de un troquel plano y formar una cinta.

30. Un procedimiento de acuerdo con la reivindicación 24, que comprende (i) comprimir una composición termoplástica basada en colágeno homogénea a través de un troquel de parisón; y (ii) soplarlo en una forma de cuerpo hueco.

31. Un artículo sólido con forma obtenido por el procedimiento de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 23 a 30, que se somete adicionalmente a un baño de curado o a una atmósfera de curado.