在一次性容器中的氧气和二氧化碳的吸收的制作方法

专利名称：在一次性容器中的氧气和二氧化碳的吸收的制作方法
在一次性容器中的氧气和二氧化碳的吸收相关申请的交叉引用
本申请是2010年3月31日提交的未决美国专利申请No. 12/751，583的部分继续申请，在此通过引用将其明确地并入本文。关于联邦政府资助的研究或开发的声明
无。对“序列表”的引用 不适用。发明背景。 发明领域本发明主要涉及在储存容器或包装中的氧气和/或二氧化碳的吸收以及相对湿度调节/食品中的水分活度控制。特别地，其涉及在一次性使用的食物容器储存期间的氧气吸收，或者二氧化碳或氧气与二氧化碳组合的清除。相关技术的描述
在食物包装中，已知一些食物通过在其储存期间与氧气反应而发生变质。这已经通过在密封前将包装抽真空以减少和/或除去氧气，在食物上提供蜡涂层，和通过降低储存温度来处理。还已知在基于植物和动物的食材的包装中使用氧气清除剂。特别引人关注的是防止咖啡粉的氧化，这是因为氧化降低该产品的香味和味道。将咖啡真空包装或者包装在氮气中以除去尽可能多的氧气。某些食物还可以通过呼吸或烘焙或烘烤放出CO2或其它挥发物。特别是咖啡以及烘烤的坚果在烘烤时产生显著量的二氧化碳。于是咖啡生产商必须在包装之前使咖啡排出二氧化碳气体或者包括排气口以使该包装不会膨胀和/或爆裂。排出二氧化碳气体所必需的时间还潜在地让香味化合物逸出。使用二氧化碳清除剂可让咖啡在烘烤后不久即包装而没有二氧化碳气体的积聚。这种用于排气的停留(staging)/暴露的省略不仅消除了这种经济上不利的处理时间，而且还将因此实现保留会随排气一同排出的(co-offgassing)化合物/挥发物，所述化合物/挥发物在其本质上赋予咖啡产品所期望的感观性质特性。新鲜烘烤和冲泡的咖啡的独特和与众不同的香味主要是由烘烤期间形成的化合物引起的。I Baltes 等的 J Agric. Food Chem. 35(3): 340-6 (1987) ; W.Baletes 等的 Ζ· Lebensm. Unten. Forsch. 184(3): 179-86 (1987) ; ff. Baltes 等的Z Lebensm. Unters. Forsch. 184(6): 478-84 (1987) ; ff. Baltes 等的Z· Lebensm.Unten. Forsch. 185(1): 5-9 (1987) ; ff. Baltes 等的Z Lebensm. Unters. Forsch.184(6): 485-93 (1987) ; R. J. Clarke, Coffee, Vol. 2 Technology. Clarke andMacrae ed. 1987 Dept. Food Science, University of Reading. Reading; I. Flament和 C. ChevalIier. “Analysis of Volatile Constituents of Coffee Aroma. ” Chern.Ind. (London).: 1988; R. Tressl, “Formation of Components in Roasted Coffee. ”Thermal Generation of Aromas. Parliment ed. 1989 American Chemical Society.Washington, D. C.。当烘烤生咖啡豆时，该豆中的氨基酸、糖类、脂质和木质素降解并彼此反应从而形成数千计的大部分无味的化合物。在这些中有小部分气味活性(odor-active)化合物。这些气味中一些的化学结构是已知的但是大部分仍待描述或者至少已知组分的相对气味重要性仍待证明。通常认可的是，刚烘烤后咖啡的香气是其最期望的状态。在几小时或几天内所期望的香气明显降低并且许多不期望的气味变得可察觉。这种香味变化的化学作用可能涉及与烘烤期间形成香味的那些类似的自由基反应。(参见美国专利No.5，087，469 ;第 I 栏，II. 9-38 行)。另外，现磨的烘烤咖啡和坚果均十分芳香且因此令人愉悦。因为这些期望的香味芳香物质是挥发性的，所以在研磨和包装之间浪费的任何时间均减少香味和消费者可接受性。因为CO2也在烘烤之后立刻放出，加工者必须在包装之前让其逸出或者冒包装膨起或鼓胀和可能爆裂的风险。吸收CO2的方法使得可以将新鲜烘烤的咖啡和其它食物立刻进行包装，节省制造的时间和空间，并且交付比任何现有的都好的产品。已经尝试的抑制氧化的方法是在加工期间使用抗氧化剂。例如，美国专利No.5，384，143描述了一种如下的方法其中将咖啡提取物快速冷却至低于20°C，然后将选自 异抗坏血酸、抗坏血酸和它们的水溶性盐的抗氧化剂加入到经冷却的提取物中。然后在不含氧气的条件下将该提取物填充到罐中。这种技术比在惰性气体气氛下进行整个过程花费更小，但是存在问题。特别地，咖啡是能够比食物中常用的大多数抗氧化剂更快地清除氧气的强效抗氧化剂。因此，虽然该专利中描述的抗氧化剂除去了一些氧气，但是它们的效力不足以阻止咖啡清除大部分存在的氧气。因此，咖啡遭受一些氧化损害。(参见美国专利No.6，093，436 ;第I栏第54行-第2栏第2行)。其它方法是使用酶系统。例如，已建议使用基于葡萄糖氧化酶和醇氧化酶的系统。然而，这些系统由于仍发生由氧气引起的变质而未被证明是能胜任的。此外，这些酶系统常常产生不期望的过氧化氢。(参见美国专利No. 6，093, 436 ;第2栏，II. 3-8行)。因此，本发明的目的是提供相对廉价且足够强效地从自身也是抗氧化剂的饮料组分中除去氧气的抗氧化剂系统。需要提供不可逆地吸收CO2使得食物能够在烘烤后其香味最高峰时立刻进行包装的有效方法。特别地，需要改进用于一次性使用的咖啡粉容器的储存技术。一次性使用的咖啡容器用于家庭和办公室并且不总是受到良好的库存控制且因此可能长时间置于搁架上。此夕卜，在复杂的、非常低氧气或氮气的氛围中包装一次性使用的容器是不经济的。典型的一次性使用的咖啡容器在该容器气氛中具有约3-5重量％的氧气。发明概述
本发明提供了储存期延长的包装，该包装包括供哺乳动物摄取的会因氧化而降低品质的物质，包括包含过渡金属氧气清除剂的氧气清除剂，基本上不透氧气的容器，其中所述容器具有悬持在该容器中的过滤器，该过滤器容留供哺乳动物摄取的物质，并且所述容器还容留氧气清除剂。在另一个实施方案中，本发明提供了储存期延长的包装，该包装包括哺乳动物可摄取的由于放出CO2而降低品质的物质，该包装包括二氧化碳清除剂，基本上不透二氧化碳的容器，其中所述容器具有悬持在该容器中的过滤器，该过滤器容留哺乳动物可摄取的物质，并且所述容器还容留二氧化碳清除剂。附图
的若干视图的简要描述
图I和图2是用于本发明的容器的俯视图和侧视图。图3是现有技术的即冲咖啡容器沿图2的A-A线的截面。图4是本发明的图解，其采用了包含氧气清除剂或二氧化碳清除剂、湿度调节剂或者清除剂和湿度调节剂组合的小袋。图5是本发明的图解，其中具有氧气清除剂性能的膜附连到即冲咖啡容器的盖子上。图6是本发明的图解，其中在容器底部放置有氧气清除剂(或二氧化碳清除剂、湿度调节剂或它们的组合)的条带或珠粒。 发明详述
本发明与本领域的在先实践相比具有许多优点。本发明使得能够形成其中活性组分有效维持食品或药品的新鲜度的包装系统。本发明使得能够形成具有延长储存期的一次性即冲咖啡容器，而不改变该容器的功能或设计。此外，本发明的容器成本低，并且本发明的吸附剂容器还可以对氧气清除剂和容器使用可生物降解材料。所述清除剂可以提供为对不同食物容器而言特别期望的形式，这取决于它们对氧气清除、二氧化碳清除和/或水分吸收的需求。参考下面的详细描述和附图本发明的这些和其它实施方案是显而易见的。短语“人可摄取的物质”意欲包括从本发明的过滤器杯中取出后可以饮用或摄取的食物，例如汤、咖啡和茶；以及药品。虽然水是通常使用的液体，但是也可使用其它与人体相容的液体，例如婴儿配方奶、果汁、乙醇和血浆。术语“吸附剂”、“吸收剂”和吸收体用于表示清除(吸收)氧气、二氧化碳或水蒸气的材料。人是优选的哺乳动物，但是也可以将动物用饮料和药品进行包装用于动物，例如狗、牛、猫和马。储存在具有盖膜的杯子中的一次性即冲咖啡的形成是非常成功的。然而当杯子在搁架上长期储存时，难以保持咖啡香气和咖啡香味。即冲型容器可在顶部和底部刺穿以允许水进入和流过咖啡磨粉和过滤器，然后在冲泡后穿过杯子底部。咖啡香气和香味的变质部分是因为氧化部分是因为蒸发。虽然杯子通常在惰性环境中进行包装，但是仍保留了高达约5%残留氧气的气氛。因为包装的成本和复杂性，通过用氮气吹洗来进一步降低氧气是不现实的。本发明提供了不需要重新设计即冲型容器的成本有效的解决方案。咖啡机设计为接收已知设计的杯子，且改变杯子的设计是不现实的。此外，期望使用可生物降解的材料作为一次使用后即丢弃的杯子。图I和2显示了即冲咖啡容器10的俯视图和侧视图。容器10具有盖子12和外侧面14。在使用期间,将盖子12刺穿，也将底部16刺穿。水经由盖子12注入而咖啡从底部16取出。截面线A-A大致通过容器10的中心。图3是现有技术的即冲型容器10的剖视图。容器10具有在22处密封到容器侧壁14的过滤器18。容器内的咖啡水平由M表示，并且在使用中容器盖子12通过未示出的方式刺穿并将热水注入到该容器中。容器底部16也通过未示出的方式刺穿，并从该底部取出咖啡。所述过滤器将杯子分成两个空间A和B。如上所述，本发明涉及对即冲咖啡容器以及其它食物和药品容器的改进。在本发明结构中，与现有技术的杯子中相似的部分按图3进行相同地编号。
图4描述了本发明实施方案的截面，其中小袋24插入在空间“B”中。小袋24包含氧气吸收剂28例如与盐和电解质组合的铁。小袋24中的材料可在储存期间快速地吸收氧气。氧气的快速吸收是有益的，因为咖啡也可吸收氧气，但是该小袋中的氧气清除剂在氧气吸收速率方面是咖啡的至少10倍。小包26的表面由可透过蒸气而不可透过水的材料形成的。它在沸水温度以上仍维持其完整性。小袋24可以放在容器10的A或B空间内。可选择地或额外地，所述小袋可以包含能够吸收从咖啡放出的CO2的CO2吸收剂使得咖啡能够在烘烤后短时间内进行包装，由此使通过挥发损失的香味最小化。还可以在氧气吸收小袋之外使用二氧化碳吸收小袋。可选择地或额外地，所述小袋可以包含水分调节制剂，它能够使咖啡或其它食品例如茶的水分活度维持在最佳水平，使得它不会过干或过湿，而过干或过湿可影响香味成分的可提取性。在图5的实施方案中，即冲型容器配设有粘附到盖子12上的氧气吸收剂膜或其它吸附剂膜29。可在将盖子放置到容器上之前将氧气吸收剂膜粘附到盖子材料12上。该膜 可以浇注、层压或挤压涂敷到盖子上或者预先形成并通过粘合剂、超声封接或热封附着到盖子上。该实施方案具有在咖啡包装之前将氧气吸收剂添加到盖子上的优点。氧气吸收剂膜29可以由多层结构组成，其中氧气吸收剂在该结构的内层。该膜可以具有耐磨层或光滑层(未示出)，它们可提供耐磨性或滑动使得咖啡不能从该膜中移除氧气吸收剂(清除剂)材料。所述耐磨层或滑动层可以由聚乙烯、聚丙烯、聚酰胺和它们的共聚物形成。可以将常规助滑添加剂加入到与咖啡接触的层中以产生O. 5以下，优选O. 3以下的摩擦系数。虽然参照氧气吸收膜进行了描述，但是有可能所述膜仅含CO2吸收材料。还可能它同时包含二氧化碳和氧气吸收材料。在图6的实施方案中，将氧气清除剂或其它吸附剂放置在杯子10的底部16和底部边缘34上。可以通过多种技术将清除剂32放在那里，但是挤出技术，如对于热熔性粘合剂采用的挤出技术快速且可以于制造期间在将过滤器18于14处附连到杯子侧面之前进行。还可以将预成形的氧气清除剂环或其它吸附剂膜附连到杯子的底部内缘34。吸附剂的放置还可通过其它挤压涂敷方法进行。挤出材料包括热熔聚合物以及可就地固化的增塑溶胶材料。可使用用于咖啡或其它可摄取饮料的氧气和/或二氧化碳透过性高的材料容器。然后将该容器密封在氧气、二氧化碳和水蒸气不可透过的袋子内。该袋子具有在其密封之前放在该袋中的氧气吸收剂和/或二氧化碳吸收剂和/或水吸收剂。在即将使用之前打开该袋子使得可摄取的饮料例如咖啡粉在使用之前不损失新鲜度。可透过性容器可以由可生物降解材料形成，例如聚乳酸(PLA)或PLA与另一种聚合物如聚乙烯或丙烯酸的共聚物。可选择地，该杯子可由可透过氧气、二氧化碳和水蒸气的薄的低成本的或非常薄的聚合物形成。所述袋子可以是箔、聚乙烯醇或高密度聚乙烯，优选在能够在该袋子内获得最好阻挡性能的层中。对于容纳氧气清除剂或其它吸附剂的聚合物，本发明中可以使用任何合适的树月旨。该聚合物容纳吸附剂从而在使用该容器时使它不会被带入到咖啡或其它药品或食品中。用于制备氧气清除和吸收制品的聚合物可包括常用聚烯烃例如低密度聚乙烯(LDPE)、高密度聚乙烯(HDPE)、聚丙烯(PP)、聚苯乙烯(PS)、高抗冲聚苯乙烯(HIPS)、聚碳酸酯(PC)、聚(甲基丙烯酸甲酯)(PMMA)以及它们的衍生物或共聚物。适合于本发明且可生物降解的聚合物包括由可再生资源产生的常用聚合物和可生物降解聚合物例如聚乳酸共聚物、淀粉基聚合物如热塑性淀粉、聚羟基烷酸酯(PHA)、聚羟基丁酸酯(PHB)。还包括基于石油的可生物降解聚合物，例如聚环氧乙烷、聚乙烯醇(PVOH)。本发明使用常用的塑料制品制造方法，其包括挤出、注塑、挤压涂敷、层压、压片和复合(compounding)以形成包括氧气清除剂、CO2吸收剂和水分调节剂的吸附剂结构体。虽然本发明针对即冲咖啡用食物容器的利用进行论述。但是本发明的概念和容器还适合于其它用途。所公开的容器适合用于其它食品，其中水或其它液体加入到该容器的过滤器内所含的物质中并且其中在通过该食品和过滤器之后取出已改变的液体。典型的这类物质可以是婴儿配方奶、茶、可可、乳成分和肉汤(soup tooth)。该容器还可用于药品，其作为固体运送然后使载液流过过滤器内的该固体以产生医用液体。其实例可以是药物例如粉末状麻醉药，如吗啡和美沙酮盐酸盐，以及用作放射学示踪剂的物质。该容器还可用于风 味酒精饮料。将清除剂材料放置在容器中的本发明方法还可用于包装对湿气敏感的产品。这样的产品包括许多药物和食品。如果容器中存在水分，这类食品如面粉、饮料混合物、胶质甜点以及盐或其它调味品会发生变质。水分吸收剂可以单独使用或者与氧气吸收剂组合使用。水分吸收剂例如硅胶、分子筛、活性炭和粘土可以用于调节和吸收水蒸气以防止哺乳动物可摄取的物质的变质。可将水分吸收剂材料放置到容器中以使这类物质能够储存更长时间，水分吸收剂材料例如美国专利5，322，701-Cullen所公开的，通过引用将其并入本文。下面是制备用于一次性即冲咖啡的固体氧气吸收组合物或涂层的方法。氧气清除剂可以是粉末掺混物或者由压紧的颗粒和粘合剂形成的压制固体的形式。制备压紧或压制的氧气吸收盘、片剂或胶囊的方法如下。形成基于铁粉的粉末状吸收剂的掺混物，该铁粉具有作为电解质的氯化钠和作为水分载体的硅胶以及无需加热到非常高温的粘合剂。所述粘合剂可以是会在3，000-50，000磅/平方英寸的压力下软化的细粉状聚乙烯。也可加热所述组合物以固着(set)或固化该粘合剂但是不可将其加热到水沸点以上以保持载体中的水分。以重量计，合适的组合物可以为约18%聚乙烯、40%铁粉、30%硅胶、8%水和2%氯化钠。最好使用软化点在水沸点以上的树脂粘合剂。制备氧气吸收复合物的方法可以是将氧气吸收组合物放入热塑性材料中使得该氧气吸收复合物能够作为液体环填充到容器中并且使其固着或硬化。以重量计，该组合物可以是约40%热塑性树脂、30%铁粉、20%硅胶、9%水和1%氯化钠。添加剂例如CaCO3、粘土或滑石可用于提高树脂的孔隙率和提高氧气吸收速率。该组合物可以沉积到容器中或制成可放到容器内侧上的条带。该热塑性树脂可以是乙酸乙烯酯、乙基醋酸乙烯、聚氨酯或它们的组合。另一种制备氧气吸收组合物的方法是将氧气吸收组合物分散到聚氯乙烯增塑溶胶中。这些增塑溶胶用作帽内衬和用作帽和罐盖内的衬垫。然后可将这种氧气吸收增塑溶胶组合物作为沿着杯子侧面的内衬、环或涂层放入杯子中。这种组合物可以呈半液体并且可填充到杯子中并使其固着。所述增塑溶胶可以选自高密度聚乙烯、高密度聚丙烯、丙烯酸乙酸乙烯酯乙烯共聚物、乙烯乙酸乙烯酯、乙酸乙烯酯均聚物、乙酸酯乙烯共聚物、增塑的氯乙烯、氧化的聚乙烯均聚物和聚氨酯。优选的增塑溶胶是聚氯乙烯，因为它不与食物反应并且耐受沸水温度。氧气吸收组合物可以高达75重量％，其它25%是聚合物。一种组合物为10. 35克聚氯乙烯增塑溶胶、12. 51克包含2重量％氯化钠的铁粉。示例性的增塑溶胶材料是聚乙烯增塑溶胶，将其以10. 35克量与12. 51克包含2重量％氯化钠的200目铁粉掺混。用电动高速混合器进行掺混。将所得组合物的样品涂覆到容器帽上。随时间测量氧气吸收速率。
权利要求
1.储存期延长的包装，其包含供哺乳动物摄取的会因氧化而降低品质的物质，所述包装包括含有过渡金属氧气清除剂的氧气清除剂，基本上不透氧气的容器，其中所述容器具有悬持在该容器中的过滤器，该过滤器容留所述供哺乳动物摄取的物质，并且所述容器还容留所述氧气清除剂。
2.权利要求I的包装，其中所述容器还装有二氧化碳吸收剂。
3.权利要求2的包装，其中所述二氧化碳吸收剂在吸收二氧化碳时会产生水。
4.权利要求I的包装，其中所述过渡金属是单质铁，且所述氧气清除剂是水活化的。
5.权利要求I的包装，其中所述食品选自咖啡、茶、可可和乳制品。
6.权利要求I的包装，其中所述食品是咖啡，且所述清除剂以至少10倍于该咖啡的氧气吸收速率的速率吸收氧气。
7.权利要求6的包装，其中所述清除剂的氧气吸收速率是所述食品的氧气吸收速率的至少50倍。
8.权利要求I的包装，其中所述氧气清除剂包含活化剂和铁。
9.权利要求8的包装，其中所述活化剂包含盐。
10.权利要求9的包装，其中所述盐包含氯化钠。
11.权利要求I的包装，其中所述过滤器容留咖啡粉、茶或可可。
12.权利要求11的包装，其中所述食品容器包括不透氧气的盖子。
13.权利要求11的包装，其中所述容器和过滤器是可热密封的。
14.权利要求2的包装，其中所述二氧化碳吸收剂包含氢氧化钙或氢氧化镁。
15.权利要求12的包装，其中所述氧气清除剂包含氧化钙或氧化镁粉末和位于硅胶中的水，它们反应产生氢氧化钙。
16.权利要求I的包装，其中所述容器还包含位于过滤器中的咖啡并且所述过滤器悬持在容器底部的上方。
17.权利要求I的包装，其中所述容器具有盖子并且所述氧气清除剂附连到所述容器的盖子上。
18.权利要求I的包装，其中所述氧气清除剂附连到所述容器的壁上。
19.权利要求I的包装，其中所述氧气清除剂包含在聚合物膜或条带中。
20.权利要求I的包装，其中所述氧气清除剂配制为盘、片剂或胶囊。
21.权利要求I的包装，其中所述氧气清除剂位于可透过氧气但不透过液态水的小袋中。
22.权利要求I的包装，其中所述哺乳动物包括人。
23.储存期延长的包装，其包含哺乳动物可摄取的会由于放出CO2而降低品质的物质，所述包装包括二氧化碳清除剂，基本上不透二氧化碳的容器，其中所述容器具有悬持在该容器中的过滤器，该过滤器容留所述哺乳动物可摄取的物质，并且所述容器还容留所述二氧化碳清除剂。
24.权利要求23的包装，其中所述二氧化碳清除剂在吸收二氧化碳时会产生水。
25.权利要求23的包装，其中所述人可摄取的物质选自咖啡、茶、可可和乳制品。
26.权利要求23的包装，其中所述物质是咖啡。
27.权利要求23的包装，其中所述二氧化碳清除剂包含氢氧化钙、硅胶和水。
28.权利要求23的包装，其中所述过滤器容留茶或可可。
29.权利要求28的包装，其中所述容器和过滤器是可热密封的。
30.权利要求23的包装，其中所述容器还包含位于过滤器中的咖啡并且所述过滤器悬持在容器底部的上方。
31.权利要求23的包装，其中所述容器具有盖子并且所述二氧化碳清除剂附连到所述容器的盖子上。
32.权利要求23的包装，其中所述二氧化碳清除剂附连到所述容器的壁上。
33.权利要求23的包装，其中所述二氧化碳清除剂包含在聚合物膜或条带中。
34.权利要求23的包装，其中所述二氧化碳清除剂包含在盘、片剂或胶囊中或者配制为盘、片剂或胶囊。
35.权利要求23的包装，其中所述二氧化碳清除剂位于可透过二氧化碳但不透过液态水的小袋中。
36.权利要求23的包装，其中所述哺乳动物包括人。
37.包括不可透过性袋的包装，该包装包含至少一个可透过性的包含哺乳动物可摄取的物质，并且包含氧气清除剂或二氧化碳清除剂。
38.权利要求37的包装，其中所述至少一个容器包括封闭容器，该封闭容器具有悬持在该容器中的过滤器。
39.如权利要求34的包装，其中所述盘、片剂或胶囊涂覆有可透过二氧化碳的聚合物。
40.如权利要求20的包装，其中所述盘、片剂或胶囊涂覆有可透过氧气的聚合物。
全文摘要
本发明提供了储存期延长的包装，其包含供人摄取的会因氧化而品质降低的物质，该包装包括含有过渡金属氧气清除剂的氧气清除剂，基本上不透氧气的容器，其中所述容器具有悬持在该容器中的过滤器，该过滤器容留所述供人摄取的物质，并且所述容器还容留所述氧气清除剂。在另一个实施方案中，本发明提供了储存期延长的包装，该包装包含人可摄取的会由于放出CO2而品质降低的物质，该包装包含二氧化碳清除剂，基本上不透二氧化碳的容器，其中所述容器具有悬持在该容器中的过滤器，该过滤器容留所述人可摄取的物质，并且所述容器还容留所述二氧化碳清除剂。
文档编号B65D81/24GK102905990SQ201180026793
公开日2013年1月30日 申请日期2011年3月23日 优先权日2010年3月31日
发明者J.W.克伦普, C-C.仇, G.E.麦克迪, D.S.佩恩, T.H.鲍威尔斯, S.索洛夫约夫, T.J.赫利 申请人:多种吸附技术公司