涂有无机膜的食用产品的制作方法

专利名称：涂有无机膜的食用产品的制作方法
背景技术：
发明领域本发明涉及涂有可食用无机膜的食用产品，例如食品或药品的组合物。本发明还涉及生产涂有无机膜的食用产品的方法以及生产涂有无机膜的食用产品的设备。
本发明也涉及减少食品包装材料的浪费和处置的问题，因为若食用产品本身可更稳定地贮藏，就可减少对外包装材料的需求。
此外，本发明还可供生产需要利用水份的新食品和低脂产品，迄今为止，水份对食品的贮藏寿命有消极影响。
现有技术描述在许多常规食用产品中，混入水份、氧或脂肪会使产品变软、氧化或起霜，因而限制食用产品的贮藏寿命。“贮藏寿命”是指贮藏的食品因变质而不适于食用前所经过的时间。食品中混入水份、氧或其他成分会使产品的味道、结构、气味、营养价值、贮藏稳定性和可售性产生有害的变化。“结构”是指产品的组织、触觉和外观，包括复盖在物质上的组成物微粒的性质和排列。水份的转移可发生在食品与其周围环境之间和/或发生在非均相食品体系的不同组分之间。例如，象馅饼皮之类烤干的物质结构上的变质发生在水份由湿度高的饼馅转移到馅饼皮的时候。同时，饼馅因水份丢失到馅饼皮或周围环境中而变化，产生胶状或粘滞的粘稠物。
美国专利No.4,707,365[海恩斯(Haynes)等人]披露，小甜饼中使用的巧克力片一变质就会失去巧克力的香味效果。发现这种香味的损失是由于小甜饼面包片中水的活性较高，而相应的巧克力片中水的活性要低得多。具体而言，小甜饼面包片中的水份扩散到巧克力片中，使存在于其中的巧克力香味化合物解吸。然后，这些解吸出的化合物返回扩散到小甜饼的面包片中。结果，失去巧克力香味效果的巧克力片小甜饼在贮藏时间内硬结。本发明通过在巧克力片表面形成防潮膜来防止水份转移，从而克服上述问题。
如果不是将巧克力片，而是将外包糖衣的糖果，或是将外包糖衣的糖果与巧克力片一起加入小甜饼或冰淇淋产品中同样存在问题。发现超过规定时间，糖衣常常褪色，致使小甜饼或冰淇淋褪色。本发明通过在糖衣上形成保护层来防止褪色，从而克服上述问题。
可食用膜由于对避免上述问题以及对延长食品的贮藏寿命具有影响，因而非常重要。可食用膜还可通过减少对抗氧剂和防腐剂的需要扩展新食品的可能性，并提高消费者对各种新颖食品的期望。由于延长了食品的贮藏寿命，因而也有利于扩展分配渠道。此外，可食用膜可减少保护食用产品所需的包装材料的量，因为该膜起防潮和/或防氧层的作用，所以可提高食用产品的贮藏寿命。通过减少对包装材料的需求，可食用膜对环境管理和有关事宜具有有利的影响。
上述采用可食用保护层涂覆在食用产品上将有害影响减至最小，是本领域内熟知的。然而，迄今为止，可食用防水防氧层的开发集中在含有机材料，特别是类脂化合物和蛋白质的保护层上。防潮层的开发集中在主要含纤维素、类脂化合物和蛋白质的保护层上。通常，含类脂化合物的保护层的透湿性比含蛋白质的保护层差。但是，含蛋白质的保护层对某些产品(例如水果)不实用。
需要非类脂化合物支撑物来减少含类脂化合物的保护层所伴随的易碎性/易裂性。纤维素膜通常用作支撑膜。并且添加增塑剂来减少易碎性。蛋白质可用在支撑膜和保护层两方面，但是蛋白质保护层经常不象类脂化合物保护层那样有效。
最近的工作集中于蛋白质膜和碳水化合物膜。蛋白质，例如胶原蛋白、玉米蛋白、动物胶、谷蛋白和各种乳蛋白，已成为近期工作的焦点。碳水化合物，例如脱乙酰壳多糖、改性纤维素和甲基纤维素，也正在研究。这些材料可用于必须保持水的活性，以保持产品性质和微生物稳定的许多食品领域。尚需进一步的研究，才能使这些技术被更广泛地接受。
现有技术中可食用膜的根本问题是需要量大，以使保护层有效。该有效量与膜的厚度直接相关。较厚的保护层不被消费者认可，因为较厚的保护层由于其结构上的差异影响口感。通常，越有效的膜其口感特性越差。这种现象的实例是蜡膜保护层。蜡是有效的保护层，但是对蜡保护层来讲，需要添加的量使它(即石蜡)粘在口中不熔。水果往往涂有蜡膜，以提高贮藏寿命，但这些蜡膜可被消费者感觉到，因此是不希望的。然而，这些蜡可使水份的损失减半。
虫胶是有效的防潮层，它可用水或溶剂分散。虽然溶剂是虫胶最有效的分散剂，但溶剂因其气味会吸收在食品中而不合乎要求。
本发明公开了采用不溶性无机膜的未知食用产品。与目前公开的不溶性无机膜-例如SiO2膜-相比，其他水基保护层只有一小部分功效。迄今为止，食品工业极多使用脂肪、胶质或蛋白质作保护层。这些现有技术的膜的主要局限是需要量大，以便有效，这样就改变了产品的味道和口感。有时，食品表面的结晶蛋白质或淀粉将改进食品的防潮层。大多数情况下这些组分溶于水。
因此，理论上讲，最适宜的保护层是在口中感觉不到，又不溶于水的超薄的无毒层。这种保护层可长期防止氧和水份的迁移。
下列参考文献和与下文所引用的参考文献公开了本技术领域的状况，它们都并入本发明作为参考。
美国专利No.2,093,260[怀尔德(Wilder)等人]披露，盐在含脂肪的即食谷类食品中有不利影响。当盐用于以常规方式制作这些食品时，盐的存在会导致产生相当大量的游离盐酸。该专利公开一种方法，根据该方法，在完成导致食品中脂肪分解的高温工序之前避免向食品中添加盐，由此在不影响保持含大量脂肪的食物质量的情况下可得到盐的滋味(第二栏，第49-56行)。高温烘烤工序之后，食品用盐溶液涂覆，然后干燥，得到带有必要盐味的食品，而无盐的不利影响。
美国专利No.4,196,219[肖(Shaw)等人]披露了延长冷冻熟食-例如肉类、家禽和鱼类-的贮藏寿命的方法。该方法包括的步骤为烹调食物，用含有包括角叉菜胶钙盐的组合物的可食用膜涂覆上述熟食，冷冻用角叉菜胶钙盐涂覆的食物，然后将该涂膜的食物在冷冻状态下贮存。上述膜作为基本上均匀的厚膜涂覆在食物上。
美国专利No.4,288,460[西里伯特(Chiliberto)等人]披露了颗粒状水溶性食品组成部分，它一接触空气即变质，这种组成部分由密封在含有脂肪酸衍生物和助流剂(即气相沉积的二氧化硅或羧甲基纤维素)的保护膜中而被保护。所得涂膜颗粒的贮藏寿命得到提高，且仍然可基本上瞬间溶于水。
美国专利No.4,504,502[罗兰(Roland)等人]披露了通过在食品基体表面涂覆含有水溶性藻蛋白的含水的分散体所制成的涂膜食用产品。该含水的分散体具有粘滞作用，因此可基本上均匀地涂覆食品基体表面。然后将干的胶化混合物包在藻蛋白涂覆的食品基体上，其保持的时间足以沿食品基体表面形成基本上连续的可食用藻蛋白膜。该膜足以有效阻止水份从食品基体表面移出，从而抑制脱水。上述膜也形成防氧层，从而阻止食品基体氧化，保持该食品基体内的味道。
美国专利No.4,802,924[沃兹尼基(Woznicki)等人]披露了采用聚葡萄糖或聚葡萄糖与纤维素聚合物的组合物，或涂有纤维素聚合物膜的聚葡萄糖膜来涂覆药片、食品和糖果等类的方法。
美国专利No.5,286,502[迈尔(Meyers)等人]披露了延长口香糖棒贮藏寿命的方法，包括用可食用膜形成剂(优选纤维素衍生物)的水溶液涂覆口香糖棒的两面，该溶液经不完全干燥用作胶粘剂。然后用蜡膜涂在可食用膜形成剂的各涂层上。
美国专利No.5,298,273[伊托(Ito)]披露了通过最初烘烤面团制成的适用于冷冻的甜食(例如冰淇淋和冷冻的酸乳酪等)和其他食用产品的可食用容器。该方法包括在一对加热的压盘中间夹入含有糖、油和面粉的谷粉制的糊状混合物，然后加热烘烤该糊状混合物，以产生淀粉的α-构型(alphatization)，并蒸发水份。这样，在最初烘烤后将得到脱水的可食用烘烤糊状物的薄板。然后使该脱水的可食用烘烤糊状物薄板再恢复水份(例如通过喷淋)，并成型制成容器，再经烘烤制成冷冻的甜食和其他食用产品的松脆容器。
发明目的本发明的一个目的是提供涂有可食用膜的食用产品，它可使食用产品的贮藏寿命延长。
本发明的另一个目的是提供生产涂有可食用膜的食用产品的方法。
本发明的又一个目的是提供预制的可食用材料薄片，它可成型，然后作为外壳包在食用产品上。
发明概述本发明涉及可食用膜，通过采用连续的无机组合物作保护层来克服涂膜的食用产品所伴随的结构上的问题。需要制备很薄(0.05微米或更薄)的无定形薄层，以防止食用产品弯折时保护层破裂。上述无机物优选为不溶物。
本发明的主要目的包括提高食用产品的贮藏寿命和/或改进食用产品的味道效果。与目前的防潮层技术相比，本发明有若干优点。主要的优点是提高食用产品的贮藏寿命，而不影响其味道与结构。其优点还包括能够开发有双重结构的新产品，象松脆的夹有果冻的甜食，由于膜在果冻部分和松脆部分之间形成保护层，因而这种甜食不会变软。另外，其优点还包括减少为保护食用产品所用的包装材料，由此可减少成本和环境垃圾。此外，上述所有优点的实现不会明显影响食用产品的外观、味道、气味或触觉。
一般方法在食用产品上涂覆无机膜可通过若干方法进行。
在一个优选方法中，将食用产品放在可产生等离子体的间歇或连续体系中。该体系可以是简单的电晕放电，也可以是象化学等离子体涂覆那样复杂。在任一体系中，产品越干燥、越耐热、越光滑、含脂肪越低和密度越高，则成功率越高。
优选的方法是能廉价而快速地形成无机薄膜的方法。本发明优选的实施方案包括一种方法，其中涂膜作为连续生产食用产品的一系列步骤中的一步。
形成的膜将食用产品包覆到必要的程度，以通过保持水的活性或保持味道来提高贮藏寿命。这可导致在整个食用产品，或不同成分组成的食用产品的一部分上涂膜。例如，在烘烤的比萨饼面团的一面涂膜，使随后涂覆的湿度较高的作料不会影响烘烤的面团，从而提高该产品的贮藏寿命。本发明也可供在同一只包装袋中包装不同味道的食品(即脆点心)，而不会不利地混味。
在一些实施方案中，存在防止水份转移的保护层，但无防止氧渗透的保护层，或者是相反。降低食用产品的透氧性可减少类脂化合物的氧化、无酶致黑以及微生物的生长。例如，若食用产品含有较高的多不饱和脂肪，则要求保护层要特别能阻止氧的渗透。相反，若食用产品是新鲜水果或蔬菜，则需要保持适当的呼吸平衡，以避免缺氧呼吸，缺氧呼吸会减少消费者对食品的接受。因此，选择的无机保护层具有合乎要求的特点，以使涂膜的食用产品具有期望的性质。
可食用无机膜基本上在整个食用产品的至少一部分或在整个食用产品上连续。可食用膜也很薄(0.0001-0.5微米)，以使食用产品的触觉、外观和味道不会受不利的影向。可食用膜最好足够薄，食用产品上无机材料的量最好足够少，以使所得涂膜的食用产品符合食用产品的标准和规定的范围(例如在联邦规章标准第21项中公布的标准和规定)。
包膜体系可用于在食用产品表面涂覆无机材料的涂膜体系包括(1)喷涂或类似的热升华；(2)电子发射；和(3)等离子体沉积。近年来，与无机材料膜相关技术的发展水平很高，生物医学和电子学两个领域均与该技术有关，因为无机膜在这些领域也具有很大的实用性。
由于制备等离子体常需要高温和/或低真空，因此必须当心避免改变食用产品的组成或结构，例如蒸发待涂膜表面的水份。若在室温或低温下制备等离子体，则优选低真空工艺。较干燥的食品显示出较高的成功率，因为若食品的水含量较低，水份在其表面的蒸发就极小。取决于食用产品的种类，在某些涂膜操作中也可冷冻食用产品，以防水份蒸发。
喷涂或类似的热升华体系采用目标组合物，借助由较高的射电频率或直流电势向着目标物加速的离子撞击目标组合物。撞击离子的冲力把能量传递到目标物的表面原子，使这些原子高速喷射到待涂膜基体上。
电子发射法产生足以使基体在真空下升华的能量。但是，对一些食用产品来说该升华温度普遍太高，电子发射的能级为每个喷枪～20-40千瓦，因而需要核辐射屏蔽。电子发射法虽可应用，但该方法较昂贵，使其对在食品工业中应用的吸引力较小。
等离子体强化的化学汽相沉积法通过电磁能激发，电磁能必须充足，以使气体或液体分裂成电子、离子和游离基团以及其他激发态的形式。“等离子体”是电离的气体，它包含基本上相等数目的离子和电子。前体化合物汽化后导入真空室，在其中进行放电。电磁场引起电子发射，产生离子，从而引起连锁反应，产生更多的带电微粒。灼热的等离子体中的激发态的气体被吸引到食品表面，其中激发的不带电形式的化合物涂覆到基体表面上，原子挨原子地构建，直至形成连续的薄层。
微波等离子体强化的化学汽相沉积法除以上工序之外还利用微波能。该方法产生与上述相似的产品。
在化学等离子体沉积中通常采用的频率为约10KHz-约1GHz，优选为10KHz-100MHz，压力为约0.00001-约50乇。动力耦合可以是电容耦合、电感耦合或微波耦合。
虽然上述任何涂膜方法均可采用，但是若要求食用产品非常均匀，优选的给食用产品涂膜的方法为化学等离子体沉积(CPD)。如果不需高度控制，喷涂是优选的方法，而不太昂贵的生产成本是很重要的。CPD的主要优点在于该方法可以在比喷涂法更低的真空和温度下进行。喷涂法的主要优点在于它减少可在膜中形成污染物的副反应的可能性。近15年来，喷涂和CPD两种方法在电子和生物医学领域得到提高和发展。此外，CPD膜目前已被FDA(食品药品管理局)批准作为食品接触表面的柔韧性包装材料。
在化学等离子体沉积中，通过将至少一种气态前体导入具有受控电场的区域，在容器中形成沉积薄膜的等离子体。通常控制的工艺参数包括内压水平、电场特征、气体组合物及其进入等离子体的流速。改变这些参数将改变生成膜的特征和性质。当然，需要控制这些等离子体的变量，以制备其性质合乎要求的膜。当用于本发明时，需要调整上述参数，以形成基本上连续，并具有均匀厚度和组成的膜。
费尔特(Felt)等人在美国专利No.4,888,199中公开一种方法，它包括的工艺为采用等离子体将薄膜沉积在基体表面上，其中监控并分析等离子体的发射，结果用于自动控制等离子体的特性，以便控制沉积上的薄膜的性能。
食用基体材料“食用产品”涉及可由人类或非人类(即宠物)消耗的食用产品或药品。食用产品也可包括仅供陈列的食品。待涂膜的食用产品的性质，例如其表面光洁度、含水量、耐热性、脂肪含量和密度，在选择食用基体材料的种类及其应用方法中是重要条件。当食品表面光洁干燥时可得到最佳结果。发现对较光洁的表面来讲，较薄的膜有效。食用产品表面的湿度也是重要条件，因为较难给正在蒸发的表面涂膜。较耐热的食用产品能采用较低的压力或真空工艺，以及较高的工艺温度，以保持等离子体的生产成本较低。含较高脂肪的食用产品是非极性的，这使得很难将膜粘附到该产品表面。食用产品表面将由于脂肪的多晶型特性而改变。超过一定时间，脂肪将改变结晶结构，以达到其最低热力学状态。多晶型通常变成较大的结晶粒度。这种多晶型的膨胀会导致膜破裂或凹凸不平。这些问题可通过采用表面脂肪含量较低的食用产品来克服。
另外，在真空工艺中，密度较高的食用产品效果较好，因为它们不会膨胀。膨胀的食用产品会在膜中产生破裂，从而降低可食用膜的功效。在处理前冷冻食用产品可减少许多上述问题。但是，由于通过喷涂或CPD形成的膜是非晶型的，因此本来是柔韧的，由基体膨胀产生的破裂问题不明显。
在本发明的另一个实施方案中采用预涂可食用保护层，它包覆食用产品的一些空隙，从而形成光洁的表面。然后再给这种产品涂无机膜。这种方法有利于酶或酸/碱反应会分解预涂膜的食用产品。当上述情况发生时，作为保护层的无机膜仍然保留。这种方法在商业上是很重要的，因为它避免了在食品生产厂产生等离子体沉积所伴随的问题和费用。
根据本发明，一些可能存在的可以涂膜的食用产品类型的实例包括低水份食品，需要较责的保护层防止其变潮。
硬糖，暴露于高湿度时变粘。
小甜饼和油炸薯条，包装袋敞开或长期贮放也会变潮或变坏，并失去其松脆性。
用于陈列的食用产品，因而需要较长的贮藏寿命。随时间推移，这些产品会因失水而褪色和破裂。
包糖衣的糖果/药品，要防止色膜蹭到手上。空气和潮气会溶解带色的糖衣。
即食谷类，在牛奶中食用时会随时间而变潮。
上层为糊状巧克力片的小甜饼，超过规定时间会变潮，或失去巧克力的香味，从而缩短贮藏寿命或减弱味道。
通常靠加水来减少脂肪的低脂肪体系，超过规定时间会变干，从而限制其贮藏寿命。
本发明通过在高水份食品上形成防潮膜防止产品脱水，可生产其他不可能实现的低脂肪/高水份产品。因此可获得具有较长贮藏寿命的诸如低脂肪体系之类的高水份食品。
含有坚果或乳脂的对氧敏感体系，随时间推移会由于氧的转移变
，通过本发明可减少这种类脂化合物的氧化。
可得益于本发明的其他产品是不同风味的味道很浓的小吃。目前这类产品需要包在不同的包装袋中，否则会互相串味，由此改变产品的特色。借助本发明的保护膜可把上述食品包在一起。例如，外涂无机膜的油炸薯条之类产品或其他产品将形成香味保护层，从而也能把多种风味的油炸薯条包在同一只包装袋中。
无机膜组合物膜组合物可以是任何无机材料。优选膜材料通过食品和药品管理局(Food and Drug Administration)的GRAS[综合安全认证(GenerallyRecognized As Safe)]检定，或可以容易地通过象GRAS这样的检定。更优选膜材料可形成防止水份和/或氧转移的保护层。优选的膜化合物包括SiO2、SiO、CaO、ZnO、TiO2和MnO。SiO2的理想之处是它通过了GRAS检定，可形成良好的保护层，它作为超薄膜已用于其他领域，例如电子领域。CaO由于其众所周知的营养价值也是合乎要求的。特别优选在食品表面涂覆SiO2、MnO、CaO和TiO2，因为这些化合物既是良好的添加剂，良好的食物辅助剂，又是良好的颜色添加剂。也可以在食品表面涂覆其他保护性无机物。
无机膜组合物还优选不溶于水，或只在水中分散。“分散”的定义是由一种物质的微粒或微滴扩散到另一体系所形成的分散体系状态。这保证产生的膜形成持续有效的防潮层，从而提高食用产品的贮藏寿命。
应当控制膜的纯度，以保护所得食用产品安全。“纯净”的定义是基本上不含掺假或污染食用产品的任何物质。该术语特别涉及不含影响食用产品安全的杂质的膜组合物，膜组合物的纯度通常应当为至少80％，优选为至少90％，更优选为至少95％，再优选为至少99％，最优选为至少99.9％。
SiO2是特别优越的，因为它是良好的添加剂组分，它在食品中的使用可高达2.0％(重量)。此外，SiO2粉已普遍用作防粘剂。另外，SiO和SiO2目前用于涂覆塑料和玻璃，以提高抗氧性。可考虑把可提纯和再循环的防微波层，覆盖在塑料上的透明材料用于包装，给能透过微波能的塑料包装膜或瓶涂上高度防氧层。参见布罗迪(Brody，A.L.)的“涂有柔韧薄膜的玻璃包装材料综述”(“Glass-coated Flexible Filmsfor PackagingAn Overview”)，包装技术与工艺(PackagingTechnology & Engineering)，1994，2，第44-47页，在此引用作为参考。
本发明的膜组合物可包括SiO和SiO2的混合物。由于膜组合物是混合物，它可表示为SiOx，式中1≤x≤2。
作为Si的来源用于化学汽相沉积(CVD)/化学等离子体沉积(CPD)的各种化合物包括有机硅酯、酸酐(常用有机硅酯来指代)、硅烷(SiH4)、乙硅烷(Si2H6)和氯化硅烷。此外，还包括四乙氧基硅烷(Si(OC2H5)4)、还有熟知的原硅酸四乙酯(TEOS)。参见泰德(Tedder)等人的“低压化学汽相沉积形成绝缘薄膜的机理研究四乙氧基硅烷与SiO2表面的反应”(“Mechamstic Studies of DielectricThin Film Growth by Low Pressure Chemical VaporDepositionThe Reaction of tetraethoxysilane with SiO2Surfaces”)，应用物理杂志(Journal of Applied Physics)，69卷，10期，1991，5，15，第7037-49页，在此引用作为参考。
用于等离子体沉积的另外的已知前体包括HMDSO(六亚甲基乙硅烷)、O2和He的混合物。
低温CVD SiO2膜公开于德休(Desu)等人的“采用新型前体的低温CVD SiO2膜”(“Low temperature CVD of SiO2FilmsUsing Novel Precursors”)，电化学协会杂志(J.Electrochem.Soc.)，139卷，9期，1992，9，在此引用作为参考。新型前体-命名为hydridospheresiloxanes的HT8(Oh-H8Si8O12)和HT10(D5h-H10S10O15)-源于HSiCl3，它被认为可用于高效率沉积SiO2。这种方法可使优质SiO2薄膜沉积在单晶硅基体上。采用湿润的氧作助反应剂，上述膜在500℃和大气压下逐渐形成。
膜制成的膜应当基本上连续。“基本上连续”的定义是至少80％连续，优选90％连续，更优选95％连续，最优选99％连续。虽然膜的破裂、缺损或不完全覆盖会降低保护层的功效，但这种膜仍然达到减少水份和/或氧在食用产品上转移的作用。不过，最好应当形成连续膜，因为膜越不连续，保护作用的功效就越差。无机膜应当在至少食用产品的显著部分上连续，优选在食用产品的整个表面上连续。膜应当较薄，以减少破裂或缺损的可能性。
由喷涂或CPD形成的膜是非晶形的，它保证柔韧性，因而可进一步防止破裂或缺损。通过在涂覆过程中加入添加剂可提高膜的柔韧特性。
膜的厚度也是重要的条件。膜的厚度与膜组合物相对于食用产品重量的重量百分率成正比。由于安全关系或规章要求，常优选或需要使膜组合物的含量保持最小。此外，膜厚度之所以重要还由于厚度可影响食用产品的特征，包括产品的味道、结构和气味。另外，膜的厚度基本上决定作为保护层的膜的功效。
由于嘴可以感觉出象砂粒或白垩那样粒度为20微米或更大的微粒，因此无机膜的厚度应当小于0.5微米。无机膜的厚度应优选为约0.0001-0.2微米，更优选为约0.0001-0.1微米，再优选为约0.0002-0.05微米，最优选为约0.0005-0.02微米。
无机膜还应在厚度和组成两方面基本上均匀。“基本上均匀”的定义是膜的均匀性必须使食用产品具有期望的性质，膜的变化优选小于100％，更优选小于50％，再优选小于25％，最优选小于10％。
控制用于包覆食用产品的膜的量，以使所得产品安全。这将取决于采用的食用产品和膜材料。一般而言，所得食用产品中膜组合物的量应小于约0.05％(重量)，优选小于约0.01％(重量)，更优选小于约0.005％(重量)，再优选小于0.001-0.002％(重量)，最优选小于约0.0005％(重量)。
本发明各个方面另外的目的、优点和特征将从下面描述的本发明的优选实施方案反映出，这些描述与附图一起给出。
附图简述

图1说明由糖衣、抛光膜、最后是可食用无机膜包覆的椭圆形食用产品部分的垂直剖面图；图2说明包有第一层糖衣，然后是无机可食用预包膜，再外包抛光膜的椭圆形食用产品部分的垂直剖面图；图3说明本发明优选实施方案的食用条形产品的局部剖面透视图，食用条形产品涂有可食用无机膜，然后包覆第二层膜；图4说明本发明优选实施方案的食用条形产品的局部剖面透视图，食用条形产品预涂可食用无机膜，然后包覆第二层可食用膜；图5说明本发明优选实施方案的食用条形产品的局部剖面透视图，食用条形产品涂有可食用无机膜；
图6为用可食用膜涂覆食用产品所用的间歇设备流程图；图7为用可食用膜涂覆食用产品所用的连续设备流程图；和图8为制备涂覆在膜产品上的可食用膜的间歇设备流程图。
优选实施方案描述首先参见图1，图中说明食用产品，包括椭圆形巧克力产品1，它涂有第一层糖衣，形成糖衣2，再涂抛光膜3，最后外涂无机膜4。
图2说明椭圆形巧克力产品5，它涂有糖衣6，再涂无机膜7，最后外涂抛光膜8。
图3说明食用产品，包括涂有无机膜10，最后包在巧克力包皮11中的糖果夹心部分9。
图4说明食用产品，包括涂有无机膜13，最后包在巧克力包皮14中的糖果夹心部分12。
图5说明食用产品，包括涂有巧克力包皮16，最后外涂无机膜17的糖果夹心部分15。
图6说明间歇喷涂方法，其中待涂覆食品置于密封的等离子体沉积设备17中的等离子体沉积区域19中。关闭门18后，用泵20抽真空，用惰性气体或活泼气体通过传输管道21返回冲洗密封区，并提升到操作真空。从适宜的电源(未显示)通过电极22输入电流，产生等离子体。经过足以涂覆产品的时间之后，切断电流，关闭泵20，从管道21排出气体，打开门19，然后取出涂膜的产品。
图7说明用于等离子体沉积的连续体系。在等离子体沉积的连续方法中，采用三个分开的密封室1、2和3，各室处于单独的真空控制中。产品经过星形阀25进入传送带28上的室1，阀25可阻止外部空气进入。由泵26通过阀27保持室1的真空，然后惰性气体或活泼气体经由传输管道29冲洗产品。传送带28将产品经过星形阀30送入室2。星形阀30将室1与室2分开。通过星形阀30后，产品置于传送带31上进入等离子体沉积区32。在惰性气体或活泼气体存在下和泵35保持的真空下，电流由电源(未显示)通过导管33输送到电极34，由此产生等离子体。该等离子体涂覆产品。然后，该涂膜的产品通过星形阀36进入传送带37上的室3。通过泵38使室3的真空低于室2。然后通过星形阀39从室3取出产品，放在传送带上转入常规食品生产线。
图8说明喷涂器，它将一层可食用无机膜涂在柔韧薄片49上。该可食用膜可随后与柔韧薄片49分开，并可加到图4所示产品中。预制的柔韧薄片49置于室43中。将该柔韧薄片从料筒40展卷到冷却滚筒41上。无机目标物48置于板50上，在从阀45控制的供气管道44获得的气体的存在下，通过输电线47施加电能，使无机目标物48喷涂到柔韧薄片49上。然后通过卷取滚筒42拉紧涂膜的柔韧薄片51。关闭真空，切断电源并停止通气，然后取出产品。该方法与图6的沉积体系有些相似，如首先通过一台或一台以上的泵46在室43中抽真空排空气，然后向该室导入活泼气体和/或惰性气体，进行涂覆操作。但是，该方法不同于CPD，在CPD中气体电离，然后带电离子被吸引到产品上，在喷涂中，带电微粒向着目标物加速，使微粒从目标物喷射到基体上(此处为柔韧薄片49)。所得预制的无机材料薄片可以贮存，可与上述柔韧薄片分开，并可包覆在食用产品上作保护层。
实施例应用喷涂和化学等离子体沉积(CPD)两种技术进行了实验。在这两种情况中，在某些产品上采用的外层抛光膜看来会使SiO2在涂膜的产品上产生粉状斑点。另外，发现一定的操作功率范围(约50瓦)为低熔点产品，例如巧克力产品(熔点为约20℃)所优选。
喷涂法比CPD的真空操作更严格。另外，CPD在产品上涂覆约1000埃的薄层要比喷涂法快约10倍。CPD制备的膜可与喷涂法制备的膜相比，不同的是CPD在仅仅50瓦下制膜。实施例1采用的食用产品为SKITTLES齿形糖(Bite Size Candies)。它们为外包糖衣的水果香味乳脂糖。在SKITTLES齿形糖生产中，蔗糖与香料混合，形成乳脂。然后将乳脂制成椭圆形芯子。随后用蔗糖溶液涂覆该芯子，并风干。将产品磨光，最后印上字S.SKITTLES，至今，当产品长期暴露在过量潮气中时，显出有不利的影响。
将SKITTLES产品置于图6所示类型实验室设备的反应室中，关闭反应室门。然后抽真空至基准压强为50-200毫乇。反应室用氩气以45标准立方厘米/分(sccm)冲洗，然后用氧气以8标准立方厘米/分(sccm)冲洗，直至室内充满纯氧气。TEOS(原硅酸四乙酯)管在进入反应室前加热至95℃，以汽化TEOS。功率调到约50瓦，通过定在13.56MHz的射频(RF)耦合装置供电。等离子体产生，打开TEOS阀，使TEOS与等离子体中的氧反应，并涂覆SKITTLES齿形糖。通电10分钟后，切断氧气和TEOS蒸气，最后关闭真空泵。打开反应室，取出产品。
应当优选向底板供电，并将产品置于该底板或“热”板上。另一方面，如果食用产品是导体，则可直接向食用产品供电。这种方法可减少粉尘，使SiO2可直接涂覆在产品表面上。这是由于来自TEOS的SiO+的正电性。无论如何，上述方法导致减少在等离子体涂覆中在涂膜的产品表面上形成的SiO2粉尘。这样可将SiO2涂覆在产品上，而不产生粉尘。条件范围 理想值电极分离 1-3英寸 (1.5)电极区域 15-50.0英寸 (32.0)氩气流速 25-100sscm(45sscm)氧气流速 1-20sscm (8sscm)TEOS温度 85-110℃ (95℃)射频(RF)(13.56MHz)25-100瓦 (50瓦)沉积时间 5-25分(15分)基准压强(200毫乇) 50-500毫乇通过检测涂膜的SKITTLES来评估在潮气中暴露的影响。未涂膜的SKITTLES放在小水瓶中会立即开始溶解。涂有无机膜的SKITTLES放在小水瓶中4分钟后才开始溶解。可以相信，如果减少或消除膜中存在的‘针孔’，并在产品上涂更多的无机膜，开始溶解的时间还会进一步延长。可以预见，通过更仔细的制作设备，‘针孔’的数目和大小将会减小。实施例2本实施例中采用TWIX焦糖甜饼条(Caramel Cookie Bars)。TWIX条是上面盖有焦糖膜，然后外包巧克力的小甜饼。图4说明了这种产品。其贮藏寿命由于水份从焦糖转移到小甜饼而多少受限。这种水份的转移使小甜饼变软，随时间推移导致产品的质量比最初制作的产品差。在本实施例中，在图7中说明的设备前面安装预处理设备，以制作切成条段的小甜饼。然后使产品通过星形阀25，该阀设计成允许产品进入真空抽至20乇的室1，而不会降低真空度。然后使产品经过星形阀30进入室2，在其中等离子体以无机物薄层涂覆产品。涂膜后产品经过星形阀36进入室3，室3保持真空为30乇。经过星形阀39后取出已涂有无机膜的产品。然后，该产品在常规甜食生产线上继续进行进一步加工。小甜饼上的保护层减少了水份和氧进入和移出小甜饼，从而提高产品的贮藏寿命。实施例3本实施例采用“M&M′S”巧克力糖(Chocolate Candies)，它是椭圆形巧克力夹心糖，外涂带色蔗糖溶液，以形成糖衣。如果暴露于潮湿条件中，“M&M′S”巧克力糖上的色膜随时间推移最终脱落。为提高这种糖的质量，需要本发明的防潮层。本实施例中采用间歇方法，该方法需要在类似于图7的等离子体发生器中放置多孔床转盘(“多孔滚筒”)。产品置于滚筒中，然后将滚筒放入室1，随后将真空抽至0.1乇。然后用O2返回冲洗滚筒，至真空达10乇。然后将滚筒放入室2运转，等离子体开始涂覆产品。涂覆后使该室升压，然后从滚筒上取下产品。通过减少暴露在潮气中的不利影响，巧克力糖上的无机膜提高了产品的贮藏寿命和质量。实施例4本实施例中采用包着的巧克力片或包着的“M&M′S”巧克力糖(Chocolate Candies)或“M&M′S”牛奶巧克力烤片(MilkChocolate Baking Bits)。当这类糖果添加到食用产品，例如小甜饼或冰淇淋产品中时，通常会将它们的颜色渗入这些食用产品中。这会在食用产品中产生有时在审美上不能吸引人的“晕圈”或色环。类似于实施例2(参见图1和图2)涂覆上述产品和/或其组成部分，以减少这种变色。涂膜的产品可加入小甜饼或冰淇淋产品中而不会引起“晕圈形成”。实施例5包着的“即食”谷类在牛奶加入谷类中后不久即变潮。没等消费者吃完盘中物，谷类通常即变潮。除外包糖衣的谷类之外，上述情况会降低食用产品的食用吸引力。采用本发明的技术，通过用无机膜涂覆谷类可减少水份的迁移，而无需添加过量蔗糖。由于谷类已被保护，因此若无机膜含有营养物，该膜将补加到无机物和营养要求物中。给谷类涂膜的工艺可采用图6和图7所示设备进行。在谷类上形成的保护层将被优选，以使产品在与牛奶混合时不会变潮。由于谷类产品只与牛奶接触相当短的时间(1-10分钟)，因此膜的厚度可相应地调整。如果采用防氧/水份保护膜，所得产品将由于降低了氧的迁移而具有较长的贮藏寿命。因而产品将不太可能变坏。
如以上描述和实施例所说明，本发明对制作众多种类的食用产品具有很大的用途。本发明可保证延长食用产品的贮藏寿命，并可在对食用产品的味道、结构和气味无不利影响的情况下运用。本发明便于在不缩短产品贮藏寿命的情况下减少包装材料的费用，因为可以采用不太昂贵的包装材料，而不是较贵的金属箔或保护性包装材料。这对环境的进一步有利之处是上述昂贵的包装材料是不易生物降解的。
所采用的术语和词句用作描述用语，而非限制用语，无意采用上述术语或词句来排除作为其部分而表示和描述的任何等同特征，可以认识到，在本发明范围内的各种更改均有可能。
权利要求
1.一种涂膜的食用产品，它包括a.食用材料；和b.涂覆在食用材料上的无机膜，其中基本上连续的无机膜复盖食用材料的至少一部分。
2.权利要求1的涂膜的食用产品，其中无机膜形成减少水份和/或氧迁移的保护层。
3.权利要求1的涂膜的食用产品，其中无机膜的厚度小于0.5微米。
4.权利要求3的涂膜的食用产品，其中无机膜的厚度为0.0002-0.2微米。
5.权利要求4的涂膜的食用产品，其中无机膜的厚度为0.0002-0.1微米。
6.权利要求5的涂膜的食用产品，其中无机膜的厚度为0.0002-0.05微米。
7.权利要求1的涂膜的食用产品，其中无机膜在食用材料的整个表面上形成基本上连续的薄层。
8.权利要求1的涂膜的食用产品，其中无机膜至少95％是连续的。
9.权利要求1的涂膜的食用产品，其中无机膜包括选自SiO2、SiO、CaO、ZnO、TiO2和MnO的至少一种化合物。
10.权利要求1的涂膜的食用产品，其中无机膜基本上由SiO2、SiO、CaO、ZnO、TiO2或MnO构成。
11.权利要求1的涂膜的食用产品，其中无机膜基本上由SiO和SiO2的混合物构成。
12.权利要求1的涂膜的食用产品，其中无机膜基本上是纯净的。
13.权利要求1的涂膜的食用产品，还包括预涂材料，它在无机膜涂覆之前涂覆在食用材料上。
14.权利要求1的涂膜的食用产品，其中无机膜将食用材料与含水的填充物分开。
15.权利要求1的涂膜的食用产品，其中涂膜的食用产品包含一种以上的无机膜。
16.权利要求1的涂膜的食用产品，其中无机膜为涂膜的食用产品的0.0001-0.05％(重量)。
17.权利要求1的涂膜的食用产品，其中食用材料基本上为固体。
18.权利要求1的涂膜的食用产品，其中食用材料为胶体。
19.一种生产涂有无机膜的食用产品的方法，该方法包括通过等离子体沉积用基本上连续的无机材料膜涂覆食用产品，该无机材料膜复盖食用产品的至少一部分。
20.一种生产涂有无机膜的食用产品的方法，该方法包括通过在食用产品上喷涂基本上连续的无机材料膜来涂覆食用产品。
全文摘要
一种食用产品,在其表面的至少一部分涂有无机薄膜。该膜优选构成防潮/防氧层,形成提高了贮藏寿命的涂膜的食用产品。食用产品包括食品和药品。可用作上述膜的无机材料包括SiO
文档编号A23L2/00GK1177911SQ96192458
公开日1998年4月1日 申请日期1996年1月18日 优先权日1996年1月18日
发明者D·L·贝耶尔, T·E·雅赫, D·L·扎克, R·A·耶罗梅, F·P·德布林卡特 申请人:火星有限公司