Электрохимический способ и система для консервирования скоропортящегося пищевого продукта - RU2659760C2
Код документа: RU2659760C2
Описание
ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
[0002] Изобретение относится к способам и системам для консервирования скоропортящегося пищевого продукта.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
[0003] Порча пищевого продукта является процессом, при котором пищевой продукт разрушается до состояния, при котором он больше не является съедобным, или становится непригодным для потребления. Пищевые продукты, способные портиться, называют скоропортящимися, и типичные примеры скоропортящихся пищевых продуктов включают в себя фрукты и овощи. Многие различные факторы могут вызвать порчу пищевого продукта или повлиять на скорость, при которой пищевой продукт портится, такие как окисление, ферментативное разложение, температура, влажность и микроорганизмы (например, бактерии, плесень, дрожжи). Таким образом, способы для предотвращения, ослабления или задержки порчи пищевых продуктов имеют целью попытаться противодействовать одному или более из этих факторов. Такие способы включают в себя добавление консервантов, охлаждения/замораживания, сушки/обезвоживания пищевого продукта и его хранение под вакуумом (например, в консервных банках). Поскольку воздействие кислородом и солнечным светом - это два основных источника окисления продукта, пищевые продукты также часто хранят в темноте для снижения воздействия солнечным светом, или запечатывают воском или другим защитным покрытием, для снижения воздействия кислородом на воздухе, для дальнейшего ослабления процесса порчи.
[0004] Однако, вышеупомянутые способы консервирования имеют некоторые ограничения. Точнее говоря, добавление консервантов может изменить вкус пищевого продукта, и в зависимости от конкретного добавленного консерванта, также может привнести в пищу химикаты, которые могут вызвать неблагоприятные эффекты при потреблении. Более того, охлаждение, замораживание, обезвоживание и консервирование может сохранить пищевой продукт лишь на ограниченное время до того как он начнет портиться, либо качество и вкус пищевого продукта ухудшится до состояния, при котором его больше не захочется употреблять, хотя продукт может быть еще не испорченным, и, следовательно, безопасным для потребления. Дополнительно, окисление все еще вполне возможно в охлажденном или замороженном пищевом продукте. Также существует проблема обесцвечивания пищевых продуктов.
[0005] В качестве добавок для предотвращения или задержки порчи продуктов, также использовались антиоксиданты. Антиоксиданты представляют собой молекулы, которые тормозят окисление других веществ или молекул. Антиоксиданты, используемые в качестве добавок для консервирования пищи, включают в себя как природные антиоксиданты, такие как аскорбиновая кислота, ретинолы, биофлавоноиды и токоферолы, так и синтетические антиоксиданты, такие как бутилированный гидрокситолуол и бутилированный гидроксианизол. Однако безопасность синтетических антиоксидантов также находится под вопросом.
[0006] Недавно было показано, что двухатомный водород (H2) обладает свойствами антиоксиданта. Было показано, что он действует как поглотитель активных форм кислорода (reactive oxygen species, ROS). См., например, работу Hong и др. «Водород как селективный антиоксидант: Обзор клинических и экспериментальных исследований» (Hong et al.«Hydrogen as a Selective Antioxidant: A Review of Clinical and Experimental Studies» J. Int. Med. Res. 38: 1893-1903 (2010)); и Shulin Liu, Xuejun Sun и Hengyi Tao «Водород: от биологически инертного газа к уникальному антиоксиданту, окислительно-нагрузочно-молекулярные механизмы и биологические эффекты» («Hydrogen: From a Biologically Inert Gas to a Unique Antioxidant», Oxidative-Stress-Molecular Mechanisms and Biological Effects Chapter 8, pages 135-133 (2012)), изданную под редакцией д-ра Владимира Лущака, ISBN: 978-953-51-0554-1, InTech. Однако, насколько известно автору изобретения, использование H2 в консервировании пищи еще не было исследовано.
[0007] Также была недавно раскрыта присущая пигменту меланина способность к поглощению энергии и утилизации поглощенной энергии для катализирования электролиза воды, с образованием водорода и кислорода. В частности, было обнаружено, что при расщеплении молекулы воды меланином может возникнуть обратная реакция, впоследствии воссоздающая молекулу воды и высвобождающая энергию. Таким образом, меланин поглощает все длины волн электромагнитной энергии, включая энергию видимого и невидимого света, и рассеивает эту поглощенную энергию посредством диссоциации воды и ее последующим воссозданием. Фотоэлектрохимический способ для генерирования энергии, с использованием меланина или его аналогов, соединений-предшественников, производных соединений или разновидностей меланина описан в Патенте США № 8,455,145.
[0008] Меланин повсеместно распространен в природе и состоит из азота, кислорода, водорода и углерода. В течение многих лет у меланина не было известно никакой присущей ему биологической или физиологической функции, отличной от той, которую рассматривали как простой солнцезащитный фильтр, с низким коэффициентом ослабления излучения, эквивалентным тому, который имеется у 2%-ного раствора сульфата меди. Меланин также рассматривали как самую темную молекулу, известную из-за ее способности поглощать энергию с по существу любой длиной волны, но он, как казалось, не излучает никакой энергии. Это было уникально для меланина, и это противоречило законам термодинамики, поскольку другие соединения, способные поглощать энергию, в частности, пигменты, излучают часть поглощенной энергии. Таким образом, электронные свойства меланина привлекали внимание в течение некоторого времени. Однако, меланин является одним из наиболее стабильных соединений, известных человеку, и в течение длительного времени казалось, что меланин непригоден для катализирования какой-либо химической реакции.
[0009] Например, если не привязываться ни к какой теории, то предполагалось, что реакция внутри меланин протекает согласно следующей схеме I:
2H2O+свет
При поглощении электромагнитной энергии, такой как энергия света (видимого или невидимого), меланин катализирует диссоциацию воды, с образованием двухатомного водорода (H2), двухатомного кислорода (O2) и электронов (e-). Хотя расщепление воды на водород и кислород потребляет энергию, реакция является обратимой, и в обратном процессе происходит восстановление атомов кислорода двухатомным водородом, с восстановлением молекул воды, которые высвобождают энергию, как обсуждалось выше.
[0010] Таким образом, меланин способен преобразовывать световую энергию в химическую энергию, аналогично способу, с помощью которого растения используют пигмент хлорофилла для преобразования световой энергии в химическую энергию в ходе фотосинтеза. Поэтому, по аналогии, этот способ был обозначен как «человеческий фотосинтез». Однако, важное различие между реакцией расщепления воды, осуществляемой меланином, и реакцией расщепления воды, осуществляемой хлорофиллом, состоит в том, что реакция расщепления воды хлорофиллом может возникать только в живой клетке и при наличии видимого света, имеющего длину волны в диапазоне 400-700 нм. Напротив, меланин может расщеплять и восстанавливать молекулу воды вне живой клетки, с использованием любой формы электромагнитной энергии, в частности, с использованием энергии света (видимого или невидимого), имеющей длину волны в диапазоне 200-900 нм, с образованием H2 и O2.
КРАТКАЯ СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0011] В данной области техники существует потребность в усовершенствованных способах и процессах для консервирования скоропортящихся пищевых продуктов, которые преодолевают определенные недостатки, связанные с известными способами для консервирования скоропортящегося пищевого продукта, такими как добавление консервантов, охлаждение/замораживание, сушка/обезвоживание пищи и хранение под вакуумом. Изобретение удовлетворяет этим требованиям за счет обеспечения способа и системы для консервирования скоропортящегося пищевого продукта в присутствии водяной влаги, электромагнитной энергии и меланина, соединений-предшественников меланина, соединений, производных от меланина, аналогов меланина или разновидностей меланина.
[0012] В одном общем аспекте, изобретение относится к электрохимическому способу для консервирования по меньшей мере одного скоропортящегося пищевого продукта. Согласно вариантам выполнения изобретения способ содержит:
обеспечение закрытого контейнера, содержащего водяную влагу по меньшей мере один скоропортящийся пищевой продукт и по меньшей мере одно устройство для электролиза воды, причем по меньшей мере одно устройство для электролиза воды содержит подложку и по меньшей мере один меланиновый материал, выбранный из группы, состоящей из меланина, соединений-предшественников меланина, производных соединений меланина, аналогов меланина и разновидностей меланина;
обеспечение источника электромагнитной энергии для указанного по меньшей мере одного устройства для электролиза воды в контейнере для инициации реакции электролиза воды, посредством по меньшей мере одного меланинового материала; и
поддержание по меньшей мере одного скоропортящегося пищевого продукта и устройства для электролиза воды в контейнере, вследствие чего консервируется по меньшей мере один скоропортящийся пищевой продукт.
[0013] В одном предпочтительном варианте выполнения источник электромагнитной энергии содержит энергию невидимого или видимого света, имеющую длину волны 200-900 нм. В другом предпочтительном варианте выполнения меланиновый материал содержит природный меланин или синтетический меланин.
[0014] В другом общем аспекте изобретение относится к системе для консервирования по меньшей мере одного скоропортящегося пищевого продукта. Согласно вариантам выполнения изобретения система содержит:
(a) закрытый контейнер, содержащий:
(i) водяную влагу;
(ii) по меньшей мере одно устройство для электролиза воды, причем по меньшей мере одно устройство для электролиза воды содержит подложку и по меньшей мере один меланиновый материал, выбранный из группы, состоящей из меланина, соединений-предшественников меланина, производных соединений меланина, аналогов меланина и разновидностей меланина; и
(iii) по меньшей мере один скоропортящийся пищевой продукт; и
(b) источник электромагнитной энергии для облучения устройства для электролиза воды в контейнере.
[0015] Хотя точный механизм, посредством которого консервируется скоропортящийся пищевой продукт, неизвестен, предполагается, что реакция электролиза воды, катализируемая меланином при облучении электромагнитной энергией, как ранее было описано, например, в Патенте США № 8,455,145, порождает двухатомный водород (H2), который в первую очередь ответственен за наблюдаемые эффекты консервирования скоропортящегося пищевого продукта.
[0016] Подробности одного или более вариантов выполнения изобретения изложены в описании ниже. Другие признаки и преимущества станут ясными из следующего подробного описания и прилагаемой формулы изобретения.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0017] Все патенты и публикации, на которые имеется ссылка в настоящей работе, включены в виде ссылки. Пока не задано иное, все технические и научные термины, используемые в настоящей работе, имеют то же значение, что и традиционно понимаемое обычным специалистом в данной области техники, к которому относится данное изобретение. В иных случаях, определенные термины, используемые в настоящей работе, имеют такие значения, которые изложены в спецификации.
[0018] Необходимо отметить, что как изложено в настоящей работе и в прилагаемой формуле изобретения, единственное число включает в себя множественные объекты, если из контекста четко не следует иное.
[0019] Изобретение относится к электрохимическим способам и системам для консервирования скоропортящегося пищевого продукта. Хотя ранее было продемонстрировано, что меланин может катализировать электролиз воды, с образованием H2 и O2 вне живой клетки, до сих пор осуществление этого способа наблюдалось только для меланина, погруженного в воду. Однако, в настоящее время было открыто, что меланин может катализировать электролиз воды, с образованием достаточных количеств двухатомного водорода в присутствии водяной влаги и электромагнитной энергии, без обязательного погружения меланина в воду.
[0020] При поглощении электромагнитной энергии в присутствии водяной влаги, меланин может инициировать электролиз воды, с образованием двухатомного водорода и двухатомного кислорода, что, как предполагается, приводит к образованию двухатомного водорода в количествах, достаточных для обеспечения значительного эффекта консервирования скоропортящегося пищевого продукта. Поскольку двухатомный водород обладает очень сильным антиокислительным эффектом, двухатомный водород очень стабилен, и вследствие реакции электролиза получается больше двухатомного водорода, антиокислительные эффекты двухатомного водорода, как предполагается, намного сильнее, чем окислительные эффекты двухатомного кислорода. Согласно вариантам выполнения изобретения меланин, предшественники меланина, производные меланина, аналоги меланина, или разновидности меланина могут быть использованы для получения двухатомного водорода из водяной влаги в присутствии источника электромагнитной энергии, такой как энергия невидимого или видимого света, электромагнитных волн, гамма-излучения, рентгеновского излучения, ультрафиолетового излучения, инфракрасного излучения, микроволн, или радиоволн.
[0021] Как изложено в настоящей работе, термин «электролиз воды» относится к химической реакции, в которой молекула воды (H2O) расщепляется на двухатомный кислород (O2) и двухатомный водород (H2). Согласно вариантам выполнения изобретения электролиз воды катализируется материалом, пригодным для электролиза воды.
[0022] Как изложено в настоящей работе, термин «материал, пригодный для электролиза воды», относится к веществу, способному катализировать электролиз воды, т.е., расщепление молекулы воды на кислород и водород. Согласно вариантам выполнения изобретения материалами, пригодными для электролиза воды, являются меланиновые материалы, включающие в себя меланин (природный и синтетический), предшественники меланина, производные меланина, аналоги меланина и разновидности меланина.
[0023] Как изложено в настоящей работе, термин «меланиновый материал» относится к меланину, предшественникам меланина, производным меланина, аналогам меланина или разновидностям меланина. Примеры меланиновых материалов включают в себя, но не ограничены, природный меланин, синтетический меланин, эумеланин, феомеланин, нейромеланин, сепиомеланины и аломеланин; ароматические соединения, такие как допамин, индол, полигидроксииндол, гуминовая кислота, полииндолхиноны, пиррол черный, индол черный, бензол черный, тиофен черный, анилин черный, оммохром черный; полихиноны в гидратированной форме, допа черный, адреналин черный, катехол черный, 4-аминкатехол черный; соединения-предшественники меланина, такие как фенолы, аминофенолы или дифенолы, индол-полифенолы, хиноны, полухиноны или гидрохиноны, L-тирозин, L-допамин, морфолин, орто-бензохинон, диморфолин, порфирин черный и птерин черный; линейные углеродсодержащие соединения, такие как ацетилен черный; и углеродные макромолекулы, такие как фулерены и графит.
[0024] В предпочтительном варианте выполнения изобретения меланиновый материал представляет собой меланин, такой как природный или синтетический меланин. Термин «природный меланин» понимают как относящийся к меланину, который изолирован от природного источника, такого как растение или животное. «Синтетический меланин» понимают как относящийся к меланину, который синтезирован химически.
[0025] Как изложено в настоящей работе, «влага» относится к присутствию жидкости в небольших количествах, вследствие чего создается влажная среда. Термин «водяная влага» в частности относится к присутствию воды в небольших количествах, создающей влажную среду. Водяная влага может присутствовать в форме водяного пара, т.е. воды, присутствующей в воздухе в газообразном состоянии. Водяная влага также может присутствовать в форме росы. Термин «роса» относится к воде в форме капель на поверхности, такой как внутренняя стенка контейнера, из-за конденсации. В предпочтительном варианте выполнения изобретения консервируемый скоропортящийся пищевой продукт является источником водяной влаги, а водяная влага получена, по меньшей мере частично, вследствие ее естественного высвобождения из скоропортящегося пищевого продукта.
[0026] Пока не указано иное, понятие «порча пищи» и «порча», используемое применительно к скоропортящемуся пищевому продукту, относится к процессу, при котором пища гниет или разрушается до состояния, при котором оно больше не является съедобным или безопасным для потребления млекопитающими, и в частности, для потребления людьми.
[0027] Как изложено в настоящей работе, термин «скоропортящийся пищевой продукт» относится к любой пище, которая может сгнить, испортиться или ухудшиться до состояния, при котором она больше не является съедобной или безопасной для потребления млекопитающими, и в частности, для потребления людьми. Скоропортящийся пищевой продукт также представляет собой пищу, которая обычно портится, если она хранится ненадлежащим образом (например, при высокой температуре, а не при охлаждении), или хранится в течение продолжительного периода времени до потребления. Скоропортящийся пищевой продукт, используемый в изобретении, может представлять собой любое вещество, создаваемое в мире, пригодное для потребления млекопитающими, или любое вещество, которое приготовлено для потребления млекопитающими. Скоропортящийся пищевой продукт может находиться в любом физическом состоянии, таком как жидкое, твердое или полутрвердое, и предпочтительно является твердым (например, сыр) или жидким (например, молоко).
[0028] Скоропортящийся пищевой продукт включает в себя, но не ограничен, фрукты, овощи, мясо птицы, мясо, рыбу и молочные продукты. Примеры скоропортящихся фруктов включают в себя, но не ограничены, яблоки, бананы, малину, землянику, чернику, апельсины, виноград, манго, ананас, дыню, мускатную дыню, арбуз, груши, киви и ежевику. Примеры скоропортящихся овощей включают в себя, но не ограничены, огурцы, перец, бобы, брокколи, цветную капусту, брюссельскую капусту, салат-латук, шпинат, картофель, помидоры и лук. Примеры скоропортящегося мяса птицы и мяса включают в себя, но не ограничены, курицу, индейку, говядину и свинину. Примеры скоропортящейся рыбы включают в себя, но не ограничены, моллюски, такие как креветки и устрицы; лосось; тунец; морской окунь; и палтус. Примеры скоропортящихся молочных продуктов включают в себя, но не ограничены, йогурт, молоко, сыры и масло.
[0029] Как изложено в настоящей работе, термины «консервировать», «консервирующий» и «консервирование», при использовании применительно к скоропортящемуся пищевому продукту, все относятся к предотвращению, ослаблению или откладыванию начала порчи скоропортящегося пищевого продукта. Согласно вариантам выполнения изобретения скоропортящийся пищевой продукт можно консервировать путем предотвращения, ослабления или откладывания развития порчи продукта, которая возникает в результате окисления. В одном варианте выполнения термин «консервирование» относится к сдерживанию окисления скоропортящегося пищевого продукта. В другом варианте выполнения термин «консервирование» относится к откладыванию начала окисления скоропортящегося пищевого продукта. В еще одном варианте выполнения термин «консервирование» относится к откладыванию прогрессирования окисления скоропортящегося пищевого продукта.
[0030] Любой способ, известный из уровня техники с точки зрения настоящего раскрытия, может быть использован для определения того, была ли предотвращена, ослаблена или отсрочена порча продукта, такая как, например, визуальная инспекция для определения того, возник ли рост плесени или грибков на поверхности пищевого продукта, обесцвечивание (побурение) или гниение пищи; обнюхивание пищи для определения того, имеется ли неприятный запах, испускаемый из пищи; или химическое тестирование для выявления роста микроорганизмов, невидимых невооруженным глазом. Скоропортящийся пищевой продукт можно, как визуально инспектировать, так и проверять по запаху для определения того, была ли предотвращена, ослаблена или отсрочена порча пищи. В конкретном варианте выполнения порчу пищи можно оценить путем определения степени побурения или обесцвечивания пищи, или скорости, при которой пища буреет или становится обесцвеченной, что указывает на окисление скоропортящегося пищевого продукта.
[0031] В одном общем аспекте изобретение обеспечивает электрохимический способ для консервирования по меньшей мере одного скоропортящегося пищевого продукта. Согласно вариантам выполнения изобретения электрохимический способ содержит обеспечение закрытого контейнера, содержащего водяную влагу по меньшей мере один скоропортящийся пищевой продукт, и по меньшей мере одно устройство для электролиза воды, причем по меньшей мере одно устройство для электролиза воды содержит подложку и по меньшей мере один меланиновый материал; обеспечение источника электромагнитной энергии для указанного по меньшей мере одного устройства для электролиза воды для инициации реакции электролиза воды, посредством указанного по меньшей мере одного меланинового материала; и поддержание по меньшей мере одного скоропортящегося пищевого продукта и устройства для электролиза воды внутри закрытого контейнера, для консервирования, таким образом, скоропортящегося пищевого продукта.
[0032] Предполагается, что двухатомный водород (H2), который представляет собой антиоксидант, получают путем реакции электролиза воды или расщепления молекулы воды, катализированной посредством по меньшей мере одного меланинового материала в присутствии водяной влаги и источника электромагнитной энергии согласно способу изобретения.
[0033] В конкретных вариантах выполнения способ по изобретению позволяет консервировать скоропортящийся пищевой продукт путем предотвращения, ослабления или откладывания развития окисления скоропортящегося пищевого продукта.
[0034] В способе по изобретению можно использовать любой тип электромагнитной энергии, включающий в себя, но не ограниченный, видимый и невидимый свет, гамма-излучение, рентгеновское излучение, ультрафиолетовое излучение, электромагнитные волны, инфракрасное излучение, микроволны и радиоволны. В предпочтительном варианте выполнения электромагнитная энергия содержит энергию видимого или энергию невидимого света (ультрафиолетовое и инфракрасное излучение). В конкретном варианте выполнения энергия видимого или невидимого света имеет длину волны 200-900 нм.
[0035] Согласно вариантам выполнения изобретения, в способе изобретения в закрытом контейнере присутствует по меньшей мере одно устройство для электролиза воды. Устройство для электролиза воды состоит из подложки и по меньшей мере одного меланинового материала, вследствие чего меланиновый материал находится на или в подложке. Меланиновый материал может быть диспергирован по всей подложке или адсорбирован по поверхности подложки. Является предпочтительным, чтобы подложка была прозрачной для электромагнитной энергии, чтобы допустить повышенное пропускание электромагнитной энергии к меланиновому материал, что приводит к усиленному электролизу воды.
[0036] Устройство для электролиза воды может содержать один тип меланинового материала, или более одного типа меланинового материала. Например, устройство для электролиза воды для использования в изобретении может содержать меланин и эумеланин. Согласно другому варианту выполнения изобретения может быть использовано более одного устройства для электролиза воды, где каждое устройство содержит один и тот же или различные типы меланинового материала. Например, в способе для консервирования скоропортящегося пищевого продукта по изобретению может быть использовано, как первое устройство для электролиза воды, содержащее меланин, так и второе устройство для электролиза воды, содержащее эумеланин. В качестве другого иллюстративного и не ограничивающего примера, в способе по изобретению может быть использовано более одного устройства для электролиза, где каждое из них содержит меланин.
[0037] Согласно вариантам выполнения изобретения по меньшей мере один меланиновый материал выбран из группы, состоящей из меланина, соединений-предшественников меланина, производных соединений меланина, аналогов меланина и разновидностей меланина. В предпочтительном варианте выполнения по меньшей мере один меланиновый материал представляет собой меланин, предпочтительно, природный меланин или синтетический меланин. Для получения меланинового материала может быть использован любой способ, известный из уровня техники, с точки зрения настоящего раскрытия. Например, меланиновые материалы могут быть синтезированы химически или выделены из природных источников, таких как растения и животные. Меланин также может быть синтезирован из аминокислотных предшественников меланина, таких как L-тирозин. Меланиновый материал также может быть получен из промышленных источников.
[0038] Подложка устройства для электролиза воды может представлять собой любой инертный материал, включающий в себя, но не ограниченный, кварц, пластик и стекло. Является предпочтительным, чтобы подложка представляла собой кварц, таким образом, чтобы устройство для электролиза воды представляло собой смесь кварца и по меньшей мере одного меланинового материала. Устройство для электролиза воды может представлять собой, например, меланиновую/квацевую пластину или кубик, любой из которых можно сделать путем комбинирования цементирующей смеси кварца с водным раствором меланина.
[0039] В предпочтительном варианте выполнения устройство для электролиза воды для использования в изобретении представляет собой меланин (синтетический или природный), смешанный с кварцем. Является предпочтительным, чтобы меланин был диспергирован в кварце, с образованием гомогенной смеси меланина и кварц.
[0040] Согласно вариантам выполнения изобретения устройство для электролиза воды может принимать любой размер или форму, включающую в себя, но не ограниченную, стержень (цилиндрический), пластину, сферу или куб. Может быть использовано по меньшей мере одно устройство для электролиза воды, но наличие нескольких устройств для электролиза воды, а также размеры или формы устройств для электролиза воды никоим образом не ограничены. Скорость образования двухатомного водорода (H2) будет зависеть от различных факторов, и ее можно контролировать, изменяя, например, размер, форму, площадь поверхности, количество меланинового материала в устройстве, и/или количество устройств для электролиза воды, присутствующих в закрытом контейнере.
[0041] Согласно вариантам выполнения изобретения размер, форму и количество устройств для электролиза воды выбирают, исходя из желаемой скорости и степени электролиза воды, катализируемого меланиновым материалом. Например, использование большего количества устройств для электролиза воды приведет к повышенной степени электролиза воды и/или повышенной скорости электролиза воды. В качестве другого иллюстративного примера, большее количество меланинового материала в одном или более устройствах для электролиза воды также приведет к повышенной степени электролиза воды и/или повышенной скорости электролиза воды. Вполне в компетенции обычного специалиста в данной области техники находится определение размера и формы устройства для электролиза воды, используемого количества устройств для электролиза воды и конкретного меланинового материала и количества меланинового материала, используемого в устройстве для электролиза воды, для достижения оптимальных результатов в консервировании скоропортящегося пищевого продукта.
[0042] В предпочтительном варианте выполнения изобретения устройство для электролиза воды находится в форме куба. В более предпочтительном варианте выполнения, в электрохимическом способе по изобретению используют несколько устройств для электролиза воды, каждое из которых имеет форму куба.
[0043] Устройство для электролиза воды может быть изготовлено любым способом, известным из уровня техники. Например, меланино-кварцевые устройства для электролиза воды могут быть изготовлены путем комбинирования кварцевого порошка, очищенной воды и меланина в контейнере, сделанного из инертного материала. Компоненты смешивают между собой, и смесь оставляют затвердевать, так, чтобы отвердевшая смесь приняла форму контейнера. Является предпочтительным, чтобы меланин был добавлен при концентрации очищенной воды примерно 5 г/л. Устройства для электролиза воды согласно этому самому способу могут быть изготовлены в любой форме, путем смешивания кварцевого порошка, воды и меланина в контейнере, обладающем желаемой формой, и впоследствии позволяющему смеси затвердеть в контейнере. Кварцевый порошок может быть заменен на любой другой инертный материал, для получения устройств для электролиза воды, имеющие в качестве подложки материал, отличный от кварца. В определенных вариантах выполнения изобретения устройство для электролиза воды является пористым, что позволяет водяной влаге входить в контакт с меланиновым материалом и высвобождать любой двухатомный водород, полученный в устройстве для электролиза воды.
[0044] Устройства для электролиза воды могут быть любым образом установлены в закрытом контейнере. Устройства для электролиза воды могут контактировать со скоропортящимся пищевым продуктом, или они могут быть размещены по всему контейнеру таким образом, чтобы они были отделены от скоропортящегося пищевого продукта. Согласно вариантам выполнения изобретения, чем ближе к пище размещают устройства для электролиза воды, тем больший наблюдается консервирующий эффект. Если скоропортящийся пищевой продукт представляет собой жидкость, устройства для электролиза воды могут быть добавлены непосредственно в жидкость или погружены в жидкость. Хотя непосредственно к скоропортящемуся пищевому продукту меланиновый материал может быть добавлен в жидкой, либо в твердой форме (твердые, жидкие, или полутрвердые/полужидкие вещества), меланиновый материал перед потребления может и не извлекаться так легко из скоропортящегося пищевого продукта. Следовательно, использование устройств для электролиза воды, содержащих меланиновый материал, предусматривает то, что меланиновый материал останется отделенным от скоропортящегося пищевого продукта, так, чтобы его можно было легко удалять из контейнера и неограниченно использовать, что, таким образом, снижает затраты способа.
[0045] Согласно вариантам выполнения изобретения электрохимический способ инициируется за счет обеспечения источника электромагнитной энергии для устройства для электролиза воды. Меланиновый материал устройства для электролиза воды поглощает электромагнитную энергию, и впоследствии катализирует электролиз воды, с образованием двухатомного водорода (H2) и двухатомного кислорода (O2). Согласно вариантам выполнения изобретения вода присутствует в форме водяной влаги. Дополнительно, меланин может иметь прочную связь с молекулами воды, и предполагается, что содержание связанной воды в меланине составляет по меньшей мере 40%. Таким образом, источник воды для реакции электролиза воды, катализируемой меланином, также может представлять собой связанные молекулы воды. Является предпочтительным, чтобы водяная влага представляла собой воду, которая сконденсировалась на поверхности скоропортящегося пищевого продукта, или на одной или более из внутренних поверхностей закрытого контейнера, или там и там. В предпочтительном варианте выполнения водяная влага естественным образом высвобождается из скоропортящегося пищевого продукта.
[0046] Согласно конкретному варианту выполнения изобретения электромагнитная энергия представляет собой видимый, либо невидимый свет, имеющий длину волны в диапазоне 200-900 нм. В другом конкретном варианте выполнения электрохимический способ представляет собой фотоэлектрохимический способ, в котором электромагнитная энергия представляет собой фотоэлектрическую энергию, такой как энергия видимого света. В предпочтительном варианте выполнения источником фотоэлектрической энергии является природный свет.
[0047] Электрохимический способ для консервирования скоропортящегося пищевого продукта по изобретению осуществляют в закрытом контейнере. Существуют по меньшей мере две цели для использования закрытого контейнера. Первая состоит в предотвращении потерь значительного количества водяной влаги, присутствующей в контейнере. Вторая состоит в поддержании скоропортящегося пищевого продукта в контакте с устройством для электролиза воды, для консервирования скоропортящегося пищевого продукта. В предпочтительном варианте выполнения закрытый контейнер имеет воздухонепроницаемое уплотнение.
[0048] Закрытый контейнер для использования в способе по изобретению может иметь любой размер или форму. Закрытый контейнер может быть сделан из любого подходящего материала, включающего в себя, но не ограниченного, пластик, такой как полиэтилен; стекло; и любые другие материалы, которые предусматривают пропускание желаемых длин волн электромагнитной энергии в закрытый контейнер, таким образом, чтобы электромагнитная энергия могла поглощаться меланиновым материалом в устройстве для электролиза воды. Является предпочтительным, чтобы материал закрытого контейнера был прозрачным для света, для обеспечения пропускания видимого света. Также является предпочтительным, чтобы материал закрытого контейнера был по существу непроницаемым для двухатомного водорода. Контейнер может иметь жесткую форму, или он может иметь произвольную форму, такую как пищевая пластиковая пленка или полиэтиленовый пакет.
[0049] Согласно вариантам выполнения изобретения электрохимический способ содержит поддержание по меньшей мере одного скоропортящегося пищевого продукта и устройства для электролиза воды в контейнере, для консервирования, таким образом по меньшей мере одного скоропортящегося пищевого продукта. Количество времени, в течение которого скоропортящийся пищевой продукт и устройство для электролиза воды содержатся в контейнере, может меняться, в зависимости от различных факторов, таких как вид консервируемого скоропортящегося пищевого продукта, температура, количество устройств для электролиза воды в контейнере, количество меланинового материала в каждом устройстве для электролиза воды и т.д. В предпочтительном варианте выполнения скоропортящийся пищевой продукт и устройство для электролиза воды содержат в контейнере до потребления скоропортящегося пищевого продукта.
[0050] Электрохимический способ по изобретению может быть использован для консервирования любого скоропортящегося пищевого продукта, с точки зрения настоящего раскрытия, включая (но без ограничений) фрукты, овощи, мясо, мясо птицы и молочные продукты. Является предпочтительным, чтобы скоропортящийся пищевой продукт представлял собой фрукт или овощ, а более предпочтительно, фрукт, такой как бананы или яблоки. Скоропортящийся пищевой продукт для использования в способе по изобретению может быть очищенным или неочищенным. В качестве иллюстративного примера, банан, имеющий нетронутую кожуру (т.е. неочищенный) может быть законсервирован с использованием электрохимического способа по изобретению. В качестве другого иллюстративного примера, яблоко, которое было разрезано пополам, или у которого частично была удалена кожура, так что обнажилась мякоть (т.е. очищенное) также может быть законсервировано с использованием электрохимического способа по изобретению.
[0051] В одном варианте выполнения изобретения в закрытом контейнере находится только один скоропортящийся пищевой продукт. В другом варианте выполнения в закрытом контейнере находится более одного скоропортящегося пищевого продукта. Когда в контейнере находится более одного скоропортящегося пищевого продукта, скоропортящийся пищевой продукт может быть одним и тем же или они могут быть различными. Например, в одном контейнере могут содержаться несколько яблок. В качестве другого примера, в одном контейнере могут находиться яблоки и бананы.
[0052] Согласно вариантам выполнения изобретения электрохимический способ может быть инициирован перед началом какой-либо порчи продукта, такой как окисление или обесцвечивание скоропортящегося пищевого продукта, для предотвращения порчи. Однако, электрохимический способ также может быть инициирован после начала порчи пищи, для предотвращения какой-либо дополнительной порчи пищи, или для снижения скорости продолжающейся порчи пищи.
[0053] Электрохимический способ для консервирования скоропортящегося пищевого продукта может быть выполнен при любой температуре, при которой известно, что меланин находится в стабильном состоянии (приблизительно от -150°C до 500°C). Согласно предпочтительному варианту выполнения изобретения электрохимический способ выполняют при температуре в диапазоне 0-50°C, более предпочтительно, 12-30°C, и наиболее предпочтительно, при комнатной температуре (приблизительно 25°C). Поскольку меланин может поглощать любую длину волны электромагнитной энергии, и для этого не обязательно требуется природный свет, способ также может быть выполнен в холодильнике (примерно 4°C). Выполнение электрохимического способа при охлаждении может иметь преимущество, состоящее в консервировании скоропортящегося пищевого продукта в течение даже более длительного периода времени, благодаря дополнительным консервирующим эффектам, связанным с охлаждением и хранением при более холодных температурах.
[0054] На скорость и эффективность электрохимического способа для консервирования скоропортящегося пищевого продукта согласно вариантам выполнения изобретения будут влиять многие факторы. Эти факторы включают в себя, но не ограничены, количество и конкретную длину волны электромагнитной энергии, подаваемой на контейнер; количество устройств для электролиза воды; количество и тип меланинового материала в устройстве для электролиза воды; количество электромагнитной энергии, поглощаемой меланиновым материалом; и количество водяной влаги в контейнере.
[0055] Согласно вариантам выполнения изобретения реакция электролиза воды может быть катализирована посредством по меньшей мере одного меланинового материала, в котором по меньшей мере один меланиновый материал представляет собой только материал, пригодный для электролиза воды, используемый в способе. Таким образом, в конкретных вариантах выполнения изобретения по меньшей мере один меланиновый материал представляет собой только материал, пригодный для электролиза воды, используемый в электрохимическом способе для консервирования скоропортящегося пищевого продукта. Согласно особо предпочтительному варианту выполнения меланин (синтетический или природный) представляет собой только материал, пригодный для электролиза воды, используемый в способе для консервирования скоропортящегося пищевого продукта.
[0056] Другой аспект изобретения обеспечивает систему для консервирования по меньшей мере одного скоропортящегося пищевого продукта. Система по изобретению содержит:
(a) закрытый контейнер, содержащий:
(i) водяную влагу;
(ii) по меньшей мере одно устройство для электролиза воды, причем по меньшей мере одно устройство для электролиза воды содержит подложку и по меньшей мере один меланиновый материал, выбранный из группы, состоящей из меланина, соединений-предшественников меланина, производных соединений меланина, аналогов меланина и разновидностей меланина; и
(iii) по меньшей мере один скоропортящийся пищевой продукт; и
(b) источник электромагнитной энергии для облучения по меньшей мере одного устройства для электролиза воды в контейнере.
[0057] Согласно вариантам выполнения изобретения закрытый контейнер системы содержит водяную влагу по меньшей мере один скоропортящийся пищевой продукт и по меньшей мере одно устройство для электролиза воды. Закрытый контейнер герметизируют, предпочтительно газонепроницаемым уплотнением. Закрытый контейнер может иметь любой размер или форму и может быть сделан из любого подходящего материала, с точки зрения настоящего раскрытия. В предпочтительном варианте выполнения закрытый контейнер изготавливают из пластика или другого материала, по существу непроницаемого для H2. Использование контейнера с газонепроницаемого уплотнения, изготовленного из материала, по существу непроницаемого для H2, будет предотвращать утечку любого двухатомного водорода, полученного электрохимическим способом, что, таким образом, как предполагается, усиливает консервирующие эффекты способ для скоропортящегося пищевого продукта.
[0058] Согласно вариантам выполнения изобретения система содержит по меньшей мере одно устройство для электролиза воды. Устройство (устройства) для электролиза воды находятся в контейнере системы. Можно использовать любые устройства для электролиза воды, описанные в настоящей работе. Является предпочтительным использование одного или более устройств для электролиза воды, содержащих смесь кварца и меланина (природного или синтетического). Однако можно использовать любой меланиновый материал, включая меланин и его соединения-предшественники, аналоги, производные соединения и разновидности.
[0059] Согласно вариантам выполнения изобретения энергия, подаваемая источником электромагнитной энергии на закрытый контейнер, передается через контейнер, вследствие чего она поглощается меланиновым материалом устройства для электролиза воды. В предпочтительном варианте выполнения источник электромагнитной энергии подает на закрытый контейнер энергию невидимого или видимого света, имеющую длину волны 200-900 нм.
[0060] В предпочтительном варианте выполнения по меньшей мере один меланиновый материал в системе представляет собой меланин (природный или синтетический). В другом предпочтительном варианте выполнения меланин представляет собой лишь материал, пригодный для электролиза воды, присутствующий в системе.
[0061] Любой электрохимический способ для консервирования скоропортящегося пищевого продукта, описанный в настоящей работе, может быть выполнен с использованием системы по изобретению. В предпочтительном варианте выполнения электрохимический способ представляет собой фотоэлектрохимический способ с источником электромагнитной энергии, представляющей собой фотоэлектрическую энергию, предпочтительно, энергию видимого света, а более предпочтительно, энергию естественного света. В другом предпочтительном варианте выполнения водяная влага системы получена, по меньшей мере частично, из указанного по меньшей мере одного скоропортящегося пищевого продукта, например, за счет естественного высвобождения воды из скоропортящегося пищевого продукта.
[0062] Электрохимический способ и система для консервирования скоропортящегося пищевого продукта согласно вариантам выполнения изобретения могут быть реализованы с использованием водяной влаги, устройства для электролиза воды, содержащего меланиновый материал, и электромагнитной энергии, такой как энергия света, без необходимости в любом другом типе материала, пригодного для электролиза воды. Поскольку меланин представляет собой одну из наиболее стабильных молекул, известных человечеству, имеющую оцениваемое время полупревращения порядка нескольких миллионов лет, меланиновый материал или устройство для электролиза воды может быть использовано в течение десятилетий, до того, как его придется заменить. Таким образом, не требуется никакого сложного запуска или технического обслуживания.
[0063] Точный механизм, посредством которого меланин и его соединения-предшественники, производные соединения, аналоги и разновидности могут использовать электромагнитную энергию и катализировать электролиз воды, с получением двухатомного водорода, еще не был полностью понят. Не желая привязываться к каким-либо теориям, можно предположить, что меланин поглощает электромагнитную энергию, ускоряя конверсию низкоэнергетических электронов в высокоэнергетические электроны. Предполагается, что высокоэнергетические электроны переносятся носителями подвижных электронов по меланиновому материалу. Этот перенос электронов высвобождает энергию и устанавливает протонный градиент, достаточный для инициации расщепления воды на двухатомный водород (H2) и двухатомный кислород (O2), наряду с высвобождением четырех высокоэнергетических электронов.
[0064] Следующие примеры изобретения приведены для дальнейшей иллюстрации природы изобретения. Следует понимать, что следующие примеры не ограничивают изобретение, и что объем изобретения определяется прилагаемой формулой изобретения.
ПРИМЕРЫ
[0065] Пример 1: Консервирование яблок электрохимическим способом по изобретению.
[0066] Каждое из двух яблок было разделено пополам через их сердцевину. Две половины одного яблоко были завернуты вместе в прозрачную полимерную пленку, со срезанной стороной яблока, обращенной вверх, наряду с пятью кубиками, сделанными из меланина, смешанного с кварцем (устройство для электролиза воды), случайным образом размещенных вокруг половин яблока. Каждый кубик из меланина/кварца имел средний размер 1 см x 1 см x 1 см. Кубики были получены путем смешивания воды, кварцевого порошка и меланина в контейнере одного и того же размера, и смесь вода/кварц/меланин оставили затвердевать в контейнере. Две половины другого яблока были завернуты вместе в прозрачную полимерную пленку без каких-либо кубиков из меланина/кварца, для контроля. Яблоки, завернутые в полимерную пленку, были выдержаны при комнатной температуре (25°C) и подвергнуты воздействию естественного (видимого) света в течение примерно 5 недель. Водяная влага для способа представляла собой естественную влагу, производимую яблоками, вследствие влажности в микросреде яблока, завернутого в полимерную пленку. Вместе с яблоками никакой другой материал, пригодный для электролиза воды, не был завернут.
[0067] Обнаженная мякоть яблок продемонстрировало отсутствие какого-либо побурения или другого обесцвечивания в начале эксперимента, указывая на то, что возникающее окисление минимально или отсутствует вовсе. Однако, после инкубационного периода примерно 5 недель при комнатной температуре, обнаженная мякоть яблок, завернутых в полимерную пленку вместе с кубиками из меланина/кварца, продемонстрировала значительно меньшее побурение (окисление), чем мякоть яблок, завернутых в полимерную пленку без кубиков из меланина/кварца. Кроме того, в ходе инкубационного периода скорость побурения (обесцвечивания) обнаженной мякоти яблока, завернутого вместе с кубиками из меланина/кварца, была более медленной, по сравнению со скоростью побурения обнаженной мякоти яблока, завернутого без кубиков из меланина/кварца. Результаты вышеуказанного эксперимента демонстрируют, что в присутствии водяной влаги, меланина и энергии света мякоть очищенного скоропортящегося пищевого продукта, такого как яблоки, может быть законсервирована.
[0068] Пример 2: Консервирование бананов электрохимическим способом по изобретению
[0069] Каждый из двух бананов с нетронутой кожурой был завернут по отдельности в прозрачную полимерную пленку. Один банан был завернут в полимерную пленку вместе с пятью кубиками кварца, смешанными с меланином (устройство для электролиза воды), случайным образом размещенными вокруг банана. Каждый кубик из меланина/кварца имел средний размер 1 см x 1 см x 1 см. Кубики из меланина/кварца были получены путем смешивания воды, кварцевого порошка и меланина в контейнере одного и того же размера, и смесь вода/кварц/меланин была оставлена затвердевать в контейнере. Другой банан был завернут в прозрачную полимерную пленку без каких-либо кубиков из меланина/кварца, для контроля. Бананы, завернутые в полимерную пленку, были выдержаны при комнатной температуре (25°C) и подвергнуты воздействию видимого света в течение примерно 2 недель. Водяная влага для способа представляла собой естественную влагу, производимую бананами вследствие влажности в микросреде банана, завернутого в полимерную пленку. Вместе с бананами никакие другие материалы, пригодные для электролиза воды, завернуты не были.
[0070] Внешняя поверхность банановой кожуры в начале эксперимента имела очень мало, если вообще они были, бурых пятен (т.е., окисление возникало минимальное, или вообще его не было). Однако, после инкубационного периода, составлявшего примерно две недели при комнатной температуре, кожура банана, завернутого в полимерную пленку вместе с кубиками из меланина/кварца, была значительно менее бурой, чем кожура банана, завернутого в полимерную пленку без устройства для электролиза воды. Кроме того, в ходе инкубационного периода скорость побурения (обесцвечивания) кожуры банана, завернутого вместе с кубиками из меланина/кварца, была более медленной, по сравнению со скоростью побурения кожуры банана, завернутого без кубиков из меланина/кварца.
[0071] Результаты вышеуказанного эксперимента демонстрируют, что в присутствии водяной влаги, меланина и энергии света может быть законсервирован неочищенный скоропортящийся пищевой продукт, такой как бананы.
[0072] Специалистам в данной области техники должно быть понятно, что для вариантов выполнения, описанных выше, могут быть сделаны изменения, без отступления от их широкой изобретательской концепции. Поэтому, следует понимать, что данное изобретение не ограничено конкретными раскрытыми вариантами выполнения, а предназначено для охвата модификаций, находящихся в пределах сущности и объема изобретения, как задано прилагаемой формулой изобретения.
Реферат
Изобретение относится к пищевой промышленности. Электрохимический способ для консервирования по меньшей мере одного скоропортящегося пищевого продукта включает обеспечение закрытого контейнера, содержащего водяную влагу, указанный по меньшей мере один скоропортящийся пищевой продукт и по меньшей мере одно устройство для электролиза воды, причем указанное по меньшей мере одно устройство для электролиза воды содержит подложку и по меньшей мере один меланиновый материал, выбранный из группы, состоящей из меланина, соединений-предшественников меланина, производных соединений меланина, аналогов меланина и разновидностей меланина; обеспечение источника электромагнитной энергии для указанного по меньшей мере одного устройства для электролиза воды в контейнере, для инициации реакции электролиза воды, посредством указанного по меньшей мере одного меланинового материала устройства для электролиза воды; и поддержание указанного по меньшей мере одного скоропортящегося пищевого продукта и устройства для электролиза воды в контейнере, так что указанный по меньшей мере один скоропортящийся пищевой продукт консервируется. Система для консервирования по меньшей мере одного скоропортящегося пищевого продукта, содержащая: (a) закрытый контейнер, содержащий: (i) водяную влагу; (ii) по меньшей мере одно устройство для электролиза воды, причем указанное по меньшей мере одно устройство для электролиза воды содержит подложку и по меньшей мере один меланиновый материал, выбранный из группы, состоящей из меланина, соединений-предшественников меланина, производных соединений меланина, аналогов меланина и разновидностей меланина; и (iii) по меньшей мере один скоропортящийся пищевой продукт; и (b) источник электромагнитной энергии для облучения указанного по меньшей мере одного устройства для электролиза воды в контейнере. Изобретение позволяет упростить способ консервирования продуктов, а также увеличить время консервации без использования различных химических веществ. 2 н. и 18 з.п. ф-лы, 2 пр.
