用于测量胶原包装材料的热收缩性的装置和测试方法制造方法及图纸

一种用于测量胶原膜的热收缩性的装置和方法，其中，该装置设置有水热容器桶和用于加热水浴的可调节加热器、温度探针、用于所述膜的试样的抓取夹、构造为搁置在桶的边缘上并且容纳上抓取夹的第一杆、固定到桶的底部的一组滑轮和用于将试样的张力传递到桶的外部的第二杆、设置有位移传感器的位移测量单元和设置有用于获取、处理和显示位移和温度数据的程序装置的处理器。该装置简单、经济、可靠，能够提供与通过诸如DSC的量热技术获得的数据相当的数据，并且便于在同一过程中对多个样品进行测试。试。试。

【技术实现步骤摘要】
用于测量胶原包装材料的热收缩性的装置和测试方法


[0001]本专利技术属于食品领域，特别地，其涉及一种用于测量胶原膜的热收缩性的装置和方法，该胶原膜被制造为食品包装材料，主要是肉。

技术介绍

[0002]一个多世纪以来，天然胶原的一些热特性已为人所知，例如当在某些温度下加热时收缩。付罗丽(Flory)等人在1950年代对这一方面进行了广泛研究，他们提出了收缩机制。其中，他们描述了如何通过此蛋白质的结晶相和无定形相之间的转变产生胶原的热收缩；并且他们证明了该转变完全类似于涉及其他结晶聚合物的融合的转变。该过程被描述为“凝胶化”或也被描述为“变性”。
[0003]胶原具有表现分级结构的结构，这是生物系统的特征。胶原的化学结构通过由氢键连接的三条链的螺旋“原胶原”而出现；“微纤维”，具有前述物质的五重对齐，具有约64nm的方向重复，以及胶原“原纤维”，其由以四方晶格填充的微纤维组成。在生物组织中，原纤维被主要由粘多糖组成的另外的原纤维基质包围。最近的研究(阿德米尔麦思科(Admir Masic)等；2015；马克斯普朗克研究所(Max Planck Institute)，马萨诸塞州)进一步表明，水是胶原的螺旋结构的组成部分，约占物质重量的60％。
[0004]已经提出胶原变性的开始开始于三螺旋的解旋。在称为Ts的一定温度下，热能的贡献导致三螺旋协同熔化，并且胶原分子从具有高度拉长的线性螺旋形状变成小得多的平均长度随机球形，这在宏观上作为胶原纤维的非常显著的收缩而被观察到。因此，在所观察到的热学方面(热吸收、变性焓等)和机械方面(缩短程度、产生的张力等)之间存在高度相关性，因为这两者都是单一过程，胶原分子晶体结构的熔化的反映。
[0005]随后，在温度升高的过程期间，可能发生热不稳定交联的水解，而热稳定交联的维持是胶原原纤维内残余张力的原因。
[0006]还已经显示胶原的热性质随动物的年龄和环境条件而变化。将分子结构与胶原的稳定性联系起来的收缩温度测试在制皮行业中是常规的，以评估鞣制过程的充分性，并且在预定的潮湿条件(水热)下进行，因为胶原的热性质取决于所述材料的含水量。
[0007]从热力学分析中，在一定温度下出现的完整原胶原三螺旋结构向无序结构的转变反应开始时，观察到活化自由能随着蛋白质的等电稳定性的增加而增加，这取决于培养基的pH。根据蔡特(Chater)的观察(1929)，此稳定性向pH中性区域增加，并向极值降低。因此，收缩温度随着胶原的化学稳定性的增加而增加。收缩温度由泰斯(1946)定义为“以温度为单位表达的胶原的结构稳定性的量度”。因此，通过增加胶原变性的活化自由能来增加胶原的化学稳定性的处理，也增加了胶原的热稳定性，因为收缩温度随着所述处理而增加。
[0008]热稳定性可以各种方式测量；例如，收缩温度(Ts)可通过研究在逐步加热过程期间以预定速率(ΔT/T)浸入水中的皮革条的收缩开始来确定；然而，表观收缩温度取决于加热速率，使得当加热速率增加时，随着收缩变得可见而测量的温度也更高。这使得此技术有些不精确，特别是当材料的性质可改变反应的动力学时。
[0009]胶原材料的热稳定性也可使用差示扫描量热法(DSC)技术来测量，即，通过测量样品相对于加热至一定速率(ΔT/T)的参考样品所吸收的热量的变化来进行热力学研究。因此，在此测试中，温度作为时间的函数而线性增加。材料的相变可能需要更多或更少的热量来流向样品，这取决于所述转变是吸热的还是放热的。例如，胶原的变性是吸热过程，即，其需要热量。因此DSC用于测定胶原热稳定性。此外，此技术允许研究在已知湿度条件下的热转变。在此技术中，热转变可由起始温度和与所述热转变相关的焓来表征，该起始温度被假定为接近常规测量的收缩温度，该焓等于在转变的起始和结束温度之间的热流曲线相对于温度下界定的面积，该焓归一化为每单位重量的干燥胶原材料的能量。通过此测试，可获得各种附加的和有价值的信息，例如：a)收缩温度(Ts)，其反映胶原的化学状态；b)与天然胶原结构的退化或保持程度相关的收缩焓(ΔH)；对于胶原的任何程度的变性，该焓将小于胶原的天然状态的焓。收缩温度的增加可响应于通过鞣制的化学稳定性的增加，或响应于对干燥材料进行的测量，但是收缩温度的下降将是由于化学去稳定(键断裂)或变性。还可以计算熵，是一种与胶原结构的无序程度更相关的热力学参数，但是这是很少使用的参数。然而，这种类型的分析需要昂贵且复杂的设备，而这在任何制革厂设施或与皮革相关的公司中是不可获得的。此外，尽管此方法的灵敏度允许使用极少的材料样品，但是这又代表了面对在宏观水平上可能非常不均匀的生物材料(例如胶原组织)的限制，并且在不同的微观样品之间产生高度变化，这取决于例如所选择的样品的原纤维和纤维结构，或者取决于所选择的微量样品的pH或溶质的不同吸收。
[0010]另一种与胶原状态的估计相关的替代测试是在某些水热条件下测量等长张力的技术，其首字母“HIT”是已知的。在此技术中，保持皮革条以约束收缩，同时所测量的是由收缩力引起的张力。可能获得关于材料的分子状态的附加信息，但是在转变开始的温度值之间发现显著差异。
[0011]在所获得的张力相对于温度的曲线中，观察到三个步骤：张力增加到最大值的第一个步骤，随后是相对恒定张力的步骤；第三个是由于胶原结构的逐渐破坏或某些交联的断裂而可以是恒定张力或松弛的步骤。在张力增加阶段中曲线的斜率给出了由于连接而引起的纤维刚度的概念；斜率越高，纤维中存在的交联数量越大。松弛区域代表这些键的稳定性。松弛曲线的速度越陡，键将越不稳定。最终，HIT曲线的形状可提供有用的信息，以比较各种试样的键的相对密度和稳定性。
[0012]胶原的这种有趣的水热行为也在胶原肠衣制造行业中具有其实际应用，类似于皮革和皮革制造工业，因为两者都基于诸如胶原的化学改性的方面，例如交联或交联聚合，以寻找某些物理性质和随时间的微生物稳定性；而且最大限度地保留了胶原的天然结构，避免了其在皮革预处理过程和后续过程中的变性。
[0013]例如HIT试验的曲线的使用的一些实例可在诸如US 3894158的胶原膜的专利中或在申请WO2004073407A1(摩根(Morgan)；得福乐(Devro)；2004)中作为参考文献，在这些专利中描述了猪胶原膜，其中，此技术已经用于检测与此材料的来源相关的胶原的特异性差异，特别是在比预期用于肉的畜群的其余动物更年长的雌性动物中。基于哺乳动物胶原在60℃-70℃的温度下与水接触时经历的突然收缩(其初始长度的大约25％至33％)，如果收缩被抑制，则通过刚性地安装试样，将产生相当大的张力。所述试验通过测量以恒定速度加热产生的张力而对胶原热收缩进行研究。因为胶原交联越多，动物年龄越大，导致分子变性
所需的能量大于年轻动物的胶原所需的能量，这也将反映在温度收缩的增加上。同样，在增加张力的过程中曲线的斜率报告了由键引起的纤维的刚度：斜率越陡，存在的键数越多(胶原交联)，因此动物的年龄越大。然而，不可能将获得的图与热转变过程或胶原变性的进展相关联。...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于测量胶原膜的热收缩性的装置，其特征在于，包括：水热容器桶(2)和用于加热水浴的可调节加热器(3)；所述容器内的温度探针(8)；上抓取夹和下抓取夹(4)，用于所述膜(1)的至少一个试样；第一杆(6)，构造为搁置在所述桶的边缘上并容纳所述上抓取夹，使得所述试样从所述第一杆悬挂并延伸到所述桶中；一组滑轮(10)，固定到所述桶的底部和第二杆以及至少一个导线(9)，所述导线附接到每个下抓取夹(4)，以通过所述一组滑轮将所述试样的张力传递到所述桶的外部；用于测量所述试样的位移的测量单元(11)，所述测量单元设置有每个试样的位移传感器(17)，其中，每个传感器附接到每个导线(9)；处理器(13)，设置有用于获取、处理和显示所述位移和温度数据的程序装置。2.根据权利要求1所述的用于测量胶原膜的热收缩性的装置，其特征在于，所述装置设置有环(7)，以将所述上抓取夹具固定到所述杆，并且将所述下抓取夹固定到所述导线。3.根据前述权利要求中任一项所述的用于测量胶原膜的热收缩性的装置...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡安，阿古斯蒂，
申请(专利权)人：维斯克凡科技苏州有限公司，
类型：发明
国别省市：