(57)【要約】  繊維状物質からジュースを抽出するプロセス（１０）および装置（２）。プロセス（１０）は、流体が入れられた受入れチャンバ（３０）の中に繊維状物質（１３）を供給するステップを備える。この後、繊維状物質（１３）は受入れチャンバ（３０）内の流体と組み合わせられて第１の混合流体を生成する。この後、第１の混合流体は、少なくとも１台の細胞破壊装置（４０）に通されて繊維状物質からの第１の混合流体へのジュースの少なくとも部分的な放出を促進し、それによって比較的細かく破壊された繊維状物質が懸濁している上記第１の混合流体よりも放出ジュース成分が比較的高い第２の混合流体を生成する。この後、第２の混合流体が集められる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ジュースを繊維状物質から抽出するプロセスであって、
流体が入れられた受入れチャンバに前記繊維状物質を供給するステップと、
前記繊維状物質と前記流体を前記受入れチャンバ内で混合して第１の混合流体を生成するステップと、
前記第１の混合流体の少なくとも一部を少なくとも１つの細胞破壊装置に通過させ、前記繊維状物質から前記第１の混合流体へのジュースの少なくとも部分的な放出を促進し、それによって、比較的細かく破壊された繊維状物質が懸濁している前記第１の混合流体よりも、放出されるジュース成分が比較的多いものとなっている第２の混合流体を生成するステップと、
前記第２の混合流体の少なくとも一部分を集めるステップと、
を備えるプロセス。
【請求項２】
前記繊維状物質を前記受入れチャンバ内に供給する前記ステップが、原料の繊維状物質を前記受入れチャンバの中に供給する工程を備える、請求項１に記載のプロセス。
【請求項３】
前記原料の繊維状物質が、収穫された植物を備える、請求項２に記載のプロセス。
【請求項４】
前記収穫された植物が、糖質を含む植物の茎を備える、請求項３に記載のプロセス。
【請求項５】
前記収穫された植物が、前記受入れチャンバ内に供給する前に切断装置に通された植物のビレットまたは断片の形態で供給される、請求項３または４に記載のプロセス。
【請求項６】
前記繊維状物質が畑から収穫されるときに、前記受入れチャンバ内に連続的かつ直接的に供給される、請求項１に記載のプロセス。
【請求項７】
前記繊維状物質が畑から収穫されて、別途、前記受入れチャンバ内に供給される、請求項１に記載のプロセス。
【請求項８】
前記繊維状物質を前記受入れチャンバ内に供給する前に、前記繊維状物質が細胞露出装置に通されて前記繊維状物質のジュースを含む細胞を少なくとも部分的に露出し破壊する、請求項１に記載のプロセス。
【請求項９】
前記細胞露出装置が、前記繊維状物質が前記受入れチャンバ内に供給されるときに前記繊維状物質を細断および／またはせん断する１つ以上の回転ハンマーまたはディスクを備えるシュレッディング装置である、請求項８に記載のプロセス。
【請求項１０】
前記繊維状物質を前記受入れチャンバ内に供給する前記ステップの前および／または間に、前記流体が前記受入れチャンバに供給される、請求項１に記載のプロセス。
【請求項１１】
前記流体が水である、請求項１０に記載のプロセス。
【請求項１２】
前記水が蒸留水および／または純水である、請求項１１に記載のプロセス。
【請求項１３】
前記繊維状物質と前記流体を前記受入れチャンバ内で混合する前記ステップが、前記受入れチャンバ内に延びて前記流体中に懸濁した前記繊維状物質を切断しせん断する切断装置を使用する工程を備える、請求項１に記載のプロセス。
【請求項１４】
前記切断装置が、前記繊維状物質のジュースを含む細胞から前記流体の中へのジュースの放出を促進して前記第１の混合流体を生成する、請求項１３に記載のプロセス。
【請求項１５】
前記第１の混合流体が、流体状態にある繊維状物質の混合物である、請求項１４に記載のプロセス。
【請求項１６】
前記切断装置が回転刃カッターである、請求項１３に記載のプロセス。
【請求項１７】
前記第１の混合流体の前記流体状態が、該流体状態が前記第１の混合流体の流れを促進するために所望レベルに維持されるようにモニタリング装置によって監視される、請求項１５に記載のプロセス。
【請求項１８】
前記モニタリング装置が前記流体の流量を検出する前記受入れチャンバ内に備えられた流量センサである、請求項１７に記載のプロセス。
【請求項１９】
前記第１の混合流体の前記流体状態の繊維含有率が１０〜２０％のレベルに維持される、請求項１７に記載のプロセス。
【請求項２０】
前記第１の混合流体の前記流体状態の繊維含有率が約１５％のレベル以下に維持される、請求項１９に記載のプロセス。
【請求項２１】
前記第１の混合流体の前記繊維含有率が前記所望レベルを超えた場合に、余剰繊維状物質が前記第１の混合流体から除去される、請求項１９に記載のプロセス。
【請求項２２】
前記余剰繊維状物質の一部または全部を前記第１の混合流体から除去する抽出装置が前記受入れチャンバ内に備えられる、請求項２１に記載のプロセス。
【請求項２３】
前記抽出装置が、前記除去された前記余剰繊維状物質をさらに処理して該余剰繊維状物質からジュースを抽出する、請求項２２に記載のプロセス。
【請求項２４】
前記余剰繊維状物質から抽出された前記ジュースが、前記受入れチャンバ内の前記第１の混合流体に戻される、請求項２３に記載のプロセス。
【請求項２５】
ジュース抽出後に、前記抽出装置が前記余剰繊維状物質を処分する、請求項２４に記載のプロセス。
【請求項２６】
前記第１の混合流体を少なくとも１台の細胞破壊装置に通過させる前記ステップが、前記受入れチャンバからの前記第１の混合流体を前記細胞破壊装置の入口に供給する工程を備える、請求項１に記載のプロセス。
【請求項２７】
前記第１の混合流体が、前記受入れチャンバからポンプによって前記細胞破壊装置の前記入口に供給される、請求項２６に記載のプロセス。
【請求項２８】
前記第１の混合流体が、前記受入れチャンバから重力によって前記細胞破壊装置の前記入口に供給される、請求項２６に記載のプロセス。
【請求項２９】
前記細胞破壊装置が機械的な細胞破壊装置である、請求項２６に記載のプロセス。
【請求項３０】
前記細胞破壊装置がローター／ステーターホモジナイザである、請求項２９に記載のプロセス。
【請求項３１】
前記細胞破壊装置が、前記入口を通じて前記受入れチャンバから前記第１の混合流体を引き入れる、請求項２６に記載のプロセス。
【請求項３２】
前記細胞破壊装置が、前記第１の混合流体が前記細胞破壊装置の前記入口から入り、出口を通って出るときに前記第１の混合流体の流れに乱流を発生し、該乱流が前記第１の混合流体内に存在する前記繊維状物質の間にせん断力を発生し、ジュースが前記繊維状物質の細胞組織から放出されて前記第２の混合流体を生成するように前記第１の混合流体によって前記繊維状物質の細胞組織が少なくとも部分的に分解する、請求項３１に記載のプロセス。
【請求項３３】
前記第１の混合流体が前記細胞破壊装置に一度だけ通されて、前記第２の混合流体を生成する、請求項３２に記載のプロセス。
【請求項３４】
前記第１の混合流体が前記細胞破壊装置の前記入口に供給され、前記第２の混合流体が前記細胞破壊装置の前記出口で効果的に生成される、請求項３３に記載のプロセス。
【請求項３５】
前記第１の混合流体が前記細胞破壊装置に複数回通過して、前記第２の混合流体を生成する、請求項３２に記載のプロセス。
【請求項３６】
複数の細胞破壊装置が直列に配置されて、前記第１の混合流体を２段階以上で処理して前記第２の混合流体にする、請求項３２に記載のプロセス。
【請求項３７】
異なる粒径の前記繊維状物質を受け入れるべく、前記細胞破壊装置の１台以上が他の装置と異なる容量を有する、請求項３６に記載のプロセス。
【請求項３８】
前記第２の混合流体の少なくとも一部を集める前記ステップが、前記第２の混合流体を保持チャンバに供給する工程を含む、請求項１に記載のプロセス。
【請求項３９】
前記第２の混合流体がさらなる処理のために前記保持チャンバから遠隔地に輸送される、請求項３８に記載のプロセス。
【請求項４０】
前記保持チャンバが前記受入れチャンバと流体連通し、もって、前記第１の混合流体内に存在する繊維含有率が所望レベルを超えた場合に前記第２の混合流体が前記受入れチャンバの中に再導入され得るようにした、請求項３８に記載のプロセス。
【請求項４１】
前記第２の混合流体内に存在する前記繊維状物質からジュースの少なくとも一部または全部を分離するステップを備える、請求項１に記載のプロセス。
【請求項４２】
前記第２の混合流体内に存在する前記繊維状物質からジュースの少なくとも一部または全部を分離する前記ステップが、前記第２の混合流体を分離装置に供給する工程を備える、請求項４１に記載のプロセス。
【請求項４３】
前記分離装置が、第２の混合流体に遠心力を加えることによって固形の前記繊維状物質から前記ジュースを分離する遠心分離デカンタである、請求項４２に記載のプロセス。
【請求項４４】
分離された前記ジュースが前記分離装置から抽出される、請求項４３に記載のプロセス。
【請求項４５】
前記プロセスが畑または耕作地内に設置される移動式装置で実行され、該移動式装置が前記耕作地から収穫される前記繊維状物質を直接受け入れる、請求項１に記載のプロセス。
【請求項４６】
当該プロセスにおける１つ以上のステップが別々の場所で実行されてもよい、請求項１に記載のプロセス。
【請求項４７】
繊維状物質からジュースを抽出する装置であって、
前記繊維状物質を受け入れる受容器と、
前記受容器によって第１の混合流体に受け入れられる前記繊維状物質を処理するプロセッサと、
前記第１の混合流体の少なくとも一部分を受け入れて、第２の混合流体を生成するよう、ジュースを含む細胞からの前記ジュースの少なくとも部分的な放出を促進する少なくとも１台の細胞破壊装置と、
前記第２の混合流体の少なくとも一部分を受け入れて貯蔵する貯蔵チャンバと、
を備える装置。
【請求項４８】
前記受容器が前記繊維状物質を受け入れる前に多量の流体が含まれているタンクである、請求項４７に記載の装置。
【請求項４９】
前記流体が水および／または抽出されたジュースである、請求項４８に記載の装置。
【請求項５０】
前記繊維状物質が収穫された植物である、請求項４７に記載の装置。
【請求項５１】
前記収穫された植物が糖質を含む植物の収穫された茎である、請求項５０に記載の装置。
【請求項５２】
前記繊維状物質がジュースを含む細胞を備える、請求項４７に記載の装置。
【請求項５３】
前記繊維状物質が、前記受容器に受け入れられる前に前記ジュースを含む細胞を少なくとも部分的に露出および／または破壊するために処理される、請求項５２に記載の装置。
【請求項５４】
前記プロセッサが、前記受容器内に延びる１台以上の切断装置を備える、請求項４７に記載の装置。
【請求項５５】
前記１台以上の切断装置が、前記流体内に懸濁された前記繊維状物質を切断しせん断する回転刃カッターであり、それによって、ジュースを含む前記繊維状物質の細胞からジュースの最初の部分を周囲の流体の中に放出する、請求項５４に記載の装置。
【請求項５６】
前記第１の混合流体の繊維含有率を監視するモニタリング装置をさらに備える、請求項４７に記載の装置。
【請求項５７】
前記モニタリング装置が、前記第１の混合流体の流量を検出する前記受容器内に備えられた流量センサである、請求項５６に記載の装置。
【請求項５８】
前記第１の混合流体内に存在する繊維含有率が所定レベルを超えた場合に前記第１の混合流体から繊維含有率を除去する抽出装置をさらに備える、請求項５６に記載の装置。
【請求項５９】
前記少なくとも１台の細胞破壊装置が機械的な細胞破壊装置である、請求項４７に記載の装置。
【請求項６０】
前記機械的な細胞破壊装置がローター／ステーターホモジナイザである、請求項５９に記載の装置。
【請求項６１】
前記細胞破壊装置が、前記第１の混合流体が前記細胞破壊装置の出口を通過するときに、前記第１の混合流体の流れの中に乱流を発生することによって、ジュースを含む細胞から前記ジュースの少なくとも部分的な放出を促進する、請求項５９に記載の装置。
【請求項６２】
前記第１の混合流体内で発生される前記乱流によって、前記第１の混合流体内に存在する前記繊維状物質が比較的高いせん断力を受け、それによって、前記繊維状物質の細胞組織が少なくとも部分的にまたは完全に分解し前記細胞組織からジュースを放出して前記第２の混合流体を生成する、請求項６１に記載の装置。
【請求項６３】
前記第１の混合流体を２段階以上で処理するべく複数の細胞破壊装置が直列に配置される、請求項４７に記載の装置。
【請求項６４】
前記第１の混合流体を２段階以上で処理すべく複数の細胞破壊装置が直列に配置される、請求項５９または６０に記載の装置。
【請求項６５】
当該装置が畑または耕作地内に定置される移動式装置の一部であり、収穫される前記繊維状物質を受け入れる、請求項４７に記載の装置。
【請求項６６】
当該装置が耕作地または畑から離れた位置に設置され、前記耕作地または畑で収穫された前記繊維状物質がジュース抽出のために当該装置に供給される、請求項４７に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【関連出願の相互参照】
【０００１】
本出願は、２００５年１０月２０日出願のオーストラリア仮特許出願番号第２００５９０５８１８に基づいて優先権を主張し、その内容は参照によって本明細書に組み入れられる。
【発明の分野】
【０００２】
本出願は、収穫された植物からジュースを抽出するプロセスと装置に関する。特に、本出願は、蔗糖、果糖、および／またはブドウ糖など、糖を含む作物からジュースを抽出するプロセスと装置を対象とする。
【発明の背景】
【０００３】
サトウキビは、茎の節間に高濃度の蔗糖、すなわち糖を本来蓄える能力があるために世界の熱帯および亜熱帯地方で栽培され背丈が高く生育する単子葉作物である。ソルガムは、サトウキビの近親植物であり、「スイートソルガム」と呼ばれる特別な品種のソルガムであるサトウキビと同様に、やはりその茎に多量の糖を蓄積する。穀物の成熟期が近づくと、スイートソルガムは茎汁に１０〜２５％の糖（代表的な二糖類である蔗糖）を含有する。
【０００４】
オーストラリアの製糖業はサトウキビから原料糖および精糖を生産しており、オーストラリアで生産される原料糖の約８５％が輸出され、１９９９／２０００年の糖の売上によるオーストラリアの純収入は約１０億ドル（ＳＲＤＣ  ２００２）である。
【０００５】
伝統的に、糖は栽培地域に分散された製糖工場で原料サトウキビからまず抽出される。一般に、サトウキビは、収穫までの１０〜１８ヶ月間に成長し、成熟したサトウキビは２〜４ｍの高さになり、理想的には糖濃度が最高であるときに収穫される。オーストラリアおよびその他の技術先進国において、サトウキビは様々な自動刈り取り機で収穫され、自動刈り取り機は地面に近い根元で切断したサトウキビの茎を様々な切断手段に通し容易に集められてさらなる処理のために処理工場に輸送されうるサトウキビのビレットを生成する。
【０００６】
サトウキビのビレットは一般に貯蔵所に集められ、ディーゼル機関車などの様々な方法で製糖工場に運ばれる。サトウキビは一般に最も早く収穫されたサトウキビが最初に処理されるようにして常に新鮮なサトウキビが圧搾機に供給される。この後、サトウキビは一般にハンマーミルで刻まれて繊維状物質に細断される。この点については、糖質ジュースを含むサトウキビ茎の細胞は破壊されるがこの段階でジュースは抽出されない。
【０００７】
つぎに、細断されたサトウキビは一般に繊維状物質から糖分を多量に含むジュースを抽出するために一連の破砕機に通され、この後、ジュースはさらなる処理のためにポンプで取り去られる。取り残された繊維状物質は、バガスと呼ばれ、製糖工場の燃料源として利用されうる。こうした破砕法または圧搾法によるジュースの抽出効率はきわめて低いことが判明しており、場合によっては損失が５０％にもなることがある。これは一般に繊維状物質の細胞破壊が不十分なことによるもので、多くの場合、繊維状物質の細胞組織に部分的に固着した二次的な植物性物質を完全に放出させることはこのような従来の機械的処理では可能でない。
【０００８】
つぎに、ジュースは一般にその中に存在する土壌などの不純物を沈殿しやすくするために石灰乳の存在する状態において加圧下で加熱され、不純物はクラリファイアの中でマッド（ｍｕｄ）として底部に沈殿させて取り除かれる。この点については、透明なジュースすなわち精製ジュースは、クラリファイアの上部から取り出され、蒸発工程で過剰な水分が沸騰によって取り除かれてシロップに濃縮される。つぎに、シロップは蔗糖を抽出するために何度もの結晶化を経るようになされ、この後生成物は沸騰されて蔗糖は残った糖液画分から分離する。つぎに、原料糖は冷却されて乾燥され、さらに精製するために世界中の精糖所にまとめて出荷されて高品質の精製産物となる。
【０００９】
サトウキビを収穫してその様々な副生成物に加工する従来のシステムでは、サトウキビ作物は一般に完全に収穫されて畑から持ち去られるためにバイオマスの損失を招き、作物の生産レベルを維持するためには畑に施肥などを行なって損失を補わなければならない。生産工程で産出されるすべての繊維は、一般に、加工工場において維持され、そこで加工工場用の発電に燃料として使用されるか、あるいは家畜の飼料または肥料として売却されるため、サトウキビの生産元が得る恩恵はほとんどない。
【００１０】
さらに、ビレット状のサトウキビは様々な輸送方法でかなりの距離を処理工場まで運ばれるため輸送費および取扱手数料が一般に高い。ビレットは原料のかなりの量を占めるためサトウキビの輸送には比較的大型の車両を必要とし、こうした輸送車両を支援するために地方および国のインフラにさらに負担がかかる。
【００１１】
同様に、粉砕処理からは原料糖以外にも様々な有用副生成物が産出される。これらの副生成物には、発酵糖液から生成され、燃料、または洗浄剤として、あるいは香料およびブリックスに使用されうるエタノール、ウシの飼料とアルコールおよび二酸化炭素の生産用の原料として使用されうる最終シロップである糖液、および土地改良剤および肥料として使用されうる濾過後の残留物であるマッドと灰分がある。これらの副生成物は粉砕処理によって初めて得られるものであるためサトウキビ栽培者が副生成物に直接関与することがないので、栽培者がこれらの物資を取引して新たな多様化の機会を生むことは困難である。
【００１２】
本明細書に記載されている文書、条例、資料、装置、記事などの考察は、本発明の背景を提供するためのものにすぎない。本発明は本出願の各請求項の優先日以前に存在したことで、これらの内容のいずれかまたはすべてが先行技術基盤の一部分を形成していること、あるいは本発明に関する分野での周知の事実であったことを認めるものと受け止められるべきではない。
【発明の概要】
【００１３】
第１の態様によると、本発明は、繊維状物質からジュースを抽出するプロセスであって、
流体が入れられた受入れチャンバに上記繊維状物質を供給するステップと、
上記繊維状物質と上記流体とを上記受入れチャンバ内で組み合わせて第１の混合流体を生成するステップと、
上記第１の混合流体の少なくとも一部を少なくとも１台の細胞破壊装置に通過させて繊維状物質からの上記第１の混合流体へのジュースの少なくとも部分的な放出を促進し、それによって、比較的細かく破壊されて懸濁している繊維状物質を有する上記第１の混合流体よりも比較的高い含量の放出ジュースを有する第２の混合流体を生成するステップと、
上記第２の混合流体の少なくとも一部分を集めるステップと、
を含むプロセスである。
【００１４】
本発明のこの態様の実施形態において、繊維状物質を受入れチャンバに供給するステップは、原料繊維状物質を受入れチャンバに供給することを含む。原料繊維状物質は、糖を含む植物の収穫された茎など、収穫された植物の形態であってもよく、受入れチャンバに供給する前に切断装置に通されているこうした植物の棒または断片の形態であってもよい。一形態において、繊維状物質は畑から収穫されるとき連続的かつ直接的に受入れチャンバに供給されてもよい。他の形態において、繊維状物質は畑から収穫され、たとえば、バッチプロセスなど別の作動機構で受入れチャンバに供給されてもよい。
【００１５】
繊維状物質のジュースを含む細胞を少なくとも部分的に露出し破壊するために、繊維状物質は受入れチャンバに供給される前に細胞露出装置に通されてもよい。細胞露出装置は、シュレッディング装置であってもよいが、これに代るものとして受入れチャンバに供給されている繊維状物質を細断および／またはせん断する回転ハンマーまたはディスクを使用した装置であってもよい。
【００１６】
一実施形態において、プロセスが開始すると、繊維状物質を受け入れるために多量の流体が最初に受入れチャンバに供給される。最初の流体の供給は蒸留水および／または純水などの水の形態であってもよい。また、流体は繊維状物質を受入れチャンバに供給するステップの間に供給されてもよい。
【００１７】
他の実施形態において、繊維状物質と第１の混合流体を生成する流体とを組み合わせるステップは、受入れチャンバの中に延びる切断装置を使用することを含む。切断装置は回転刃カッターの形態でもよい。上記流体の中で懸濁された繊維状物質を切断してせん断し、それによってジュースを含む細胞からのジュースの初期部分を周囲の流体の中に放出するために、切断装置は繊維状物質と接してもよい。この点については、第１の混合流体が流体状態の繊維状物質の混合物であるように、上記受入れチャンバに供給される繊維状物質は最初に大きさが小さくされる。
【００１８】
第１の混合流体の流体状態は、第１の混合流体の流量レベルを促進するために流体状態が所望レベルに維持されるようにモニタリング装置によって監視されてもよい。モニタリング装置は、受入れチャンバに備えられた流体の流量を検出する流量センサであってもよい。この点については、第１の混合流体の流体状態は、繊維含有率が１０〜２０％以下に維持されてもよい。一形態において、第１の混合流体に存在する繊維含有率のレベルを約１５％のレベル以下に維持することが望ましいかもしれない。
【００１９】
一実施形態において、第１の混合流体に存在する繊維含有率が所望レベルを超えた場合は、繊維状物質は第１の混合流体から除去されてもよい。第１の混合流体から繊維状物質の一部または全部を物理的に集め繊維状物質を処理してジュースを取り出す抽出装置が備えられてもよい。抽出装置は残りの繊維状物質を廃棄することができるが、他の実施形態において、繊維状物質の少なくとも一部を第１の混合流体に戻すことができる。この点については、抽出された繊維状物質から取り出されたジュースは上記第１の混合流体に戻されてもよい。
【００２０】
一実施形態において、少なくとも１台の細胞破壊装置は繊維状物質からの大部分のジュースの放出を促進する。さらに、少なくとも１台の細胞破壊装置は、繊維状物質からの全部のジュースの放出を促進することができる。他の実施形態において、少なくとも１台の細胞破壊装置は、繊維状物質のジュースを含む細胞の少なくとも一部から、好ましくはこうした細胞の大部分から、そしてさらに好ましくはこうした細胞の全部からのジュースの少なくとも一部の放出を促進する。一実施形態において、少なくとも１台の細胞破壊装置に供給される繊維状物質の少なくとも一部、好ましくは大部分、さらに最も好ましくはほぼ全部または全部は、所定の長さ以下の長さを持ちうる。単なる一例として、所定長さは約３ｃｍ、好ましくは約２．５ｃｍ、さらに好ましくは約２ｃｍ、さらに好ましくは約１ｃｍとすることができる。
【００２１】
さらに他の実施形態において、第１の混合流体の少なくとも一部または全部が少なくとも１台の細胞破壊装置を通過するステップは、第１の混合流体を細胞破壊装置の入口に供給することを含む。第１の混合流体は、ポンプまたは重力によって細胞破壊装置の入口に供給されてもよい。この点については、細胞破壊装置はローター／ステーター式ホモジナイザなどの機械式細胞破壊装置であってもよい。細胞破壊装置は、ポンプとして機能して、第１の混合流体を上記入口から引き込み上記細胞破壊装置の出口を出て行くとき第１の混合流体の流れに乱流を発生してもよい。第１の混合流体が細胞破壊装置を通過するときに第１の混合流体の流れにおける乱流によって、混合流体内に存在する繊維状物質は比較的高いせん断力を受け、それによって繊維状物質の細胞組織は少なくとも部分的にまたは完全に分解して細胞組織からジュースを放出する。
【００２２】
一実施形態において、第１の混合流体は上記第２の混合流体を生成するために細胞破壊装置を一度だけ通過してもよい。この点については、第１の混合流体は細胞破壊装置の入口に供給され、第２の混合流体は細胞破壊装置の出口で効果的に生成される。他の実施形態において、複数の細胞破壊装置が直列に配置されて第１の混合流体が２段階以上で処理されてもよい。この配置では、細胞破壊装置の一部または各々は、異なる粒径の繊維状物質を容認するために、他の装置に対して異なる容量を有してもよい。さらに他の実施形態において、第１の混合流体は１台の細胞破壊装置を複数回通過して第２の混合流体を生成してもよい。
【００２３】
一実施形態において、第２の混合流体の大部分が集められる。他の実施形態において、第２の混合流体の全部が集められる。この点については、第２の混合流体は、少なくとも１台の細胞破壊装置を出るとき集められてもよい。この点については、第２の混合流体は、保持チャンバに供給されてもよい。第２の混合流体を保持チャンバに供給するためにポンプが使用されてもよい。この場合、第２の混合流体は、必要な場合にはさらなる処理のために遠隔地に輸送されてもよい。第１の混合流体に存在する繊維含流量が所望レベルを超えた場合に第２の混合流体が受入れチャンバに再導入されうるように、保持チャンバは受入れチャンバと流体連通してもよい。
【００２４】
さらに他の実施形態によると、プロセスは、第２の混合流体に存在する繊維状物質からジュースの少なくとも一部または全部を分離するステップをさらに含んでもよい。この点については、取り込まれた第２の混合流体は分離装置に供給されてもよい。一実施形態において、分離装置は、第２の混合流体に遠心力を加えることにより繊維状物質からジュースを分離する遠心分離デカンタであってもよい。この場合、分離されたジュースは分離装置から抽出されてもよい。他の実施形態において、上記少なくとも１台の細胞破壊装置によってまたは追加的な分離装置において、あるいはこれら両方で第２の混合流体から分離された繊維状物質は、第１の混合流体、または第２の混合流体、または分離装置の取入れ口に戻されうる。
【００２５】
プロセスは耕作地から収穫された繊維状物質を受け入れるために、畑または耕作地内に設置される移動式または非移動式装置で実行されてもよい。他の形態において、プロセスの１つ以上のステップが畑または耕作地とは別の場所および／または遠隔地において実行されてもよい。
【００２６】
第２の態様によると、本発明は繊維状物質からジュースを抽出する装置であって、
上記繊維状物質を受け入れる受容器と、
上記受容器により受け入れられた上記繊維状物質を処理して第１の混合流体にするプロセッサと、
第２の混合流体を生成するために、上記第１の混合流体の少なくとも一部を受け入れてジュースを含む細胞から上記ジュースの少なくとも部分的な放出を促進する少なくとも１台の細胞破壊装置と、
第２の混合流体の少なくとも一部を受け入れて貯蔵する貯蔵チャンバと、
を備える装置である。
【００２７】
本発明のこの態様の実施形態において、受容器は繊維状物質を受け入れる前に多量の流体を入れることができるタンクであってもよい。多量の流体は、蒸留水または純水などの水、または事前に抽出されたジュース、または事前に抽出されたジュースと蒸留水および／または純水などの水の配合であってもよい。この点については、繊維状物質は受容器内に入れられた上記流体に受け入れられる。
【００２８】
一実施形態において、受け入れられた繊維状物質は糖を含む植物の収穫された茎など、収穫された植物の形態であってもよい。他の実施形態において、繊維状物質は受容器に受け入れられる前に切断装置に通されている植物のさいの目状またはビレット状の断片の形態であってもよい。
【００２９】
繊維状物質のジュースを含む細胞を少なくとも部分的に露出し破壊するために、繊維状物質は細胞露出装置によって受容器に受け入れられる前に処理されうる。細胞露出装置はシュレッディング装置であってもよいが、これに代るものとして受入れチャンバに供給されている繊維状物質を細断および／またはせん断する回転ハンマーまたはディスクを使用した装置であってもよい。
【００３０】
他の実施形態において、プロセッサは受容器の中に延びる１台以上の切断装置を備える。切断装置は回転刃カッターの形態であってもよい。上記流体の中に懸濁された繊維状物質を切断してせん断し、それによってジュースを含む細胞からのジュースの最初の部分を周囲の流体の中に放出するために切断装置は繊維状物質と接してもよい。この点については、第１の混合流体が流体状態にある繊維状物質の混合物であるように、受容器に存在する繊維状物質は最初に大きさが小さくされる。
【００３１】
第１の混合流体の流体状態は、第１の混合流体の流量レベルを促進するために流体状態が所望レベルに維持されるようにモニタリング装置によって監視されてもよい。モニタリング装置は、受容器に備えられた流体の流量を検出する流量センサであってもよい。この点については、第１の混合流体の流体状態は繊維含有率が１０〜２０％以下に維持されてもよい。一形態において、第１の混合流体に存在する繊維含有率のレベルを約１５％のレベル以下に維持することが望ましいかもしれない。
【００３２】
一実施形態において、第１の混合流体に存在する繊維含有率が所望レベルを超えた場合は、繊維状物質は第１の混合流体から除去されてもよい。第１の混合流体から繊維状物質を物理的に集め繊維状物質を処理してジュースを取り出し残りの繊維状物質を廃棄する抽出装置が備えられてもよい。この点については、抽出された繊維状物質から取り出されたジュースは上記第１の混合流体に戻されてもよい。
【００３３】
さらに他の実施形態において、少なくとも１台の細胞破壊装置は繊維状物質からの大部分のジュースの放出を促進する。さらに、少なくとも１台の細胞破壊装置は、繊維状物質からの全部のジュースの放出を促進することができる。他の実施形態において、少なくとも１台の細胞破壊装置は、繊維状物質のジュースを含む細胞の少なくとも一部から、好ましくはこうした細胞の大部分から、そしてさらに好ましくはこうした細胞の全部からのジュースの少なくとも一部の放出を促進する。この態様の一実施形態において、少なくとも１台の細胞破壊装置に供給される繊維状物質の少なくとも一部、さらに好ましくは大部分、最も好ましくはほぼ全部または全部は、所定の長さ以下の長さを持ちうる。たとえば、所定長さは約３ｃｍ、好ましくは約２．５ｃｍ、さらに好ましくは約２ｃｍ、さらに好ましくは１ｃｍとすることができる。
【００３４】
さらに他の実施形態において、第１の混合流体の少なくとも一部または全部は細胞破壊装置の入口で受け入れられる。第１の混合流体はポンプまたは重力によって細胞破壊装置の入口に供給されてもよい。この点については、細胞破壊装置は、ローター／ステーター式ホモジナイザなどの機械式細胞破壊装置であってもよい。細胞破壊装置は、ポンプとして機能して、第１の混合流体を上記入口から引き込み、上記細胞破壊装置の出口を出るときに第１の混合流体の流れに乱流を発生してもよい。第１の混合流体が細胞破壊装置を通過するときに第１の混合流体の流れにおける乱流によって、混合流体内に存在する繊維状物質は比較的高いせん断力を受け、それによって繊維状物質の細胞組織は少なくとも部分的にまたは完全に分解して細胞組織からジュースを放出する。
【００３５】
さらなる一実施形態において、第１の混合流体は上記第２の混合流体を生成するために細胞破壊装置に一度だけ受け入れられてもよい。この点については、第１の混合流体は細胞破壊装置の入口に供給され、第２の混合流体は細胞破壊装置の出口で効果的に生成される。他の実施形態において、複数の細胞破壊装置が直列に配置されて第１の混合流体が２段階以上で処理されてもよい。この配置では、細胞破壊装置の一部または各々は、異なる粒径の繊維状物質を容認するために他の装置に対して異なる容量を有してもよい。さらに他の実施形態では、第１の混合流体は１台の細胞破壊装置を複数回通過して第２の混合流体を生成してもよい。
【００３６】
さらに他の実施形態において、貯蔵チャンバは第２の混合流体の大部分を受け入れて貯蔵する。他の実施形態において、第２の混合流体の全部が貯蔵チャンバに受け入れられて集められる。この点については、第２の混合流体は少なくとも１台の細胞破壊装置を出るときに集められてもよい。第２の混合流体を貯蔵チャンバに供給するためにポンプが使用されてもよい。この場合、第２の混合流体は必要な場合にはさらなる処理のために遠隔地に輸送されてもよい。第１の混合流体に存在する繊維含流量が所望レベルを超えた場合に第２の混合流体が受容器に再導入されうるように、貯蔵チャンバは受容器と流体連通してもよい。
【００３７】
装置は、第２の混合流体に存在する繊維状物質からジュースを分離する分離装置をさらに備えてもよい。この点については、第２の混合流体は貯蔵チャンバから分離装置に供給されてもよい。一実施形態において、分離装置は、第２の混合流体に遠心力を加えることにより固形繊維状物質からジュースを分離する遠心分離デカンタであってもよい。この場合、分離されたジュースは、分離装置から抽出されてもよい。さらなる一実施形態において、上記少なくとも１台の細胞破壊装置および／または分離装置によって第２の混合流体から分離された繊維状物質は、第１の混合流体、または第２の混合流体、または分離装置の取入れ口に戻されうる。
【００３８】
さらなる一実施形態において、装置は、収穫された繊維状物質を受け入れるために畑または耕作地内に定置される移動式装置の一部を形成してもよい。他の形態において、装置は、耕作地または畑から離れた位置に設置されて耕作地または畑で収穫された繊維状物質がジュース抽出のための装置に供給されるようにしてもよい。
【００３９】
本明細書を通じて、用語「備える」、または「備えている」などの変形表記は、言及される１つの要素、１つの自然数またはステップ、あるいは要素の１つのグループ、複数の自然数またはステップを包含することを意味するが、他のいかなる要素、１つの自然数またはステップ、あるいは要素の１つのグループ、複数の自然数またはステップを除外することを意味するものではないことは理解される。
【００４０】
ほんの一例として、以下で添付図面を参照して本発明を説明する。
【発明の実施形態の詳細な説明】
【００４１】
サトウキビを、糖質を含むジュースに加工することに関して本発明を説明することにするが、本発明は蔗糖、果糖、および／またはブドウ糖などの糖質を含むすべての作物に関して利用されうることは理解される。
【００４２】
サトウキビから糖質を含むジュースを抽出する一般的なプロセス１０の実施形態が図１に示される。このプロセスを図２に示されるようなバイオマス処理装置２に関して説明することにするが、プロセスまたはプロセス内の様々なステップは必要に応じて処理装置２から遠隔で実行されうることは理解される。
【００４３】
図１に示されるように、シュレッディング段２０に移行する前に、原料繊維は長さが通常２０〜３０ｃｍのビレット１２として知られる断片に切断される。この機能を実行するために様々な収穫装置があり、多くの装置は一般に作物の列に沿って移動する車両を備え、収穫車両が前進しながら植物の鞘頭部を切断するために垂直方向に調整されうる駆動回転プレトッパーを担持した前方に延びるブームを有する。通常、植物を地表面またはその近くで切断するベースカッターが備えられ、茎は収穫装置から離れて前方に倒され、茎の各々は、茎を切り刻んでビレットにする回転チョッピングカッターに連続供給する１列の供給ローラーで根元から先に刈り取り機に取り込まれるようにしてもよい。
【００４４】
また、本発明は、一定供給される原料繊維を受け入れることができてもよく、したがって、茎がビレット１２に必ずしも切断されることなく茎を受け入れてもよい。この点については、サトウキビの茎は、さらなる処理のためにシュレッダーまたは飼料ヘッダー装置で破壊される。
【００４５】
シュレッディング段２０は、あまり多くのジュースが抽出されることなく繊維状物質１３のジュースを含む細胞が少なくとも部分的に露出されて破壊されるようにビレット１２を繊維状物質１３に細断する。シュレッディング段を実行する装置には、ビレット１２を繊維にせん断しそれによってジュースを含む細胞を破壊する回転ハンマー装置または回転ディスクなど、様々なものがある。前述のように、植物は非ビレット状の茎の形態で提供されてもよく、あるいは飼料ヘッダーなどの切断装置を初期の収穫装置として使用することもでき、その結果、茎が最初に破壊されて繊維状物質１３となり、茎全体を貯蔵タンク３０に適した大きさに破壊するためのシュレッダーなどのプロセスを使用する必要性は少なくなるか、または全くなくなる。この機能を実行するための１台の具体的な装置を処理装置２に関して以下で説明することにする。
【００４６】
シュレッディング段２０によって得られた繊維状物質１３は貯蔵タンク３０に取り込まれ、それによって繊維状物質１３からジュースを抽出するために繊維状物質１３の中間回収が始まる。予め細断された植物のみが貯蔵タンク３０に受け入れられるように、貯蔵タンク３０は図示のようにシュレッダー装置２０のすぐ下に設置することができ、貯蔵タンク３０は繊維状物質１３の連続供給を受けるのに適した比較的大きい容量を有する。
【００４７】
繊維状物質１３をさらに減らして繊維状物質からジュースの抽出を開始するために、貯蔵タンク３０内に複数のカッター３５が備えられる。カッター３５は、通常、業務用食品加工機など、回転刃カッターの形状をしており、貯蔵タンク３０の中に延びてここに含まれる繊維状物質１３と接触している。カッター３５の刃は繊維を切断してせん断し、破壊されたジュースを含む細胞からジュースを放出されるように混合物全体を攪拌し、繊維状物質１３とジュースの比較的多くの混合流体を生じさせることが好ましい。繊維状物質１３を切断してせん断し繊維状物質１３とジュースの比較的細かい混合物にするとともに、カッター３５は貯蔵タンク３０内に存在する流体が移動を続けるようにし、それによってより多くの粗い繊維状物質１３がカッター３５の刃と絶えず接触してジュースを含む細胞が露出し破壊するようにする。
【００４８】
システムがある程度の流動性を保つようにするためには、貯蔵タンク３０内の繊維含有率を所望の最大レベル以下に維持されることが望ましい。既存の糖質を含む繊維についての知見と理解によると、所望の最大繊維含有率は処理される繊維の種類に応じて５〜２０％の範囲で変るもの予想される。説明のために、本プロセスは約１５％の最大繊維含有率を有するものとされる。したがって、プロセスの開始時に、繊維状物質が最初は流体環境中に供給されるように貯蔵タンク３０には純水が供給されてもよい。こうすると、プロセスの効率とカッター３５の役割を最大にすることにつながる。
【００４９】
プロセス中に貯蔵タンク３０内に存在する繊維含有率が高くなりすぎて所望の最大レベル（たとえば、約１５％のレベル）を超えると、余剰繊維１３が貯蔵タンク３０から抽出装置７０を通って除去されうる。抽出装置７０は、スクリュー式抽出装置であってもよいが、貯蔵タンク３０と連通する有孔抽出板であってもよい。抽出装置７０への入口点は、繊維が貯蔵タンク３０内に存在する流体から取り出されて貯蔵タンク３０から抽出されるように、貯蔵タンク３０基部の上方の位置にある。
【００５０】
抽出装置７０の起動によって、繊維１３は、繊維１３に存在するジュース１４を抽出するベルトプレス、ハンマー、ローラー、スクリュープレス、遠心分離機、またはその他の機械的ジュース抽出装置など、抽出装置７５に供給される。この後、ジュース１４はタンク３０に再び供給されうる。抽出装置７５によってジュースが抽出された後に残る繊維１５は、プロセスから除去されてさらなる処理のために貯蔵されることもあり、バイオマスとして畑に戻されることもあり、必要に応じてタンク３０に戻されることもあり、さらに／または細胞破壊装置４０、５０の一方または両方および／または分離装置６０に供給されることさえもある（これらすべては以下でさらに詳しく説明される）。
【００５１】
貯蔵タンク３０内に存在する液体１６は、適切な場合、連続またはバッチでタンク３０から引き出されて第１段の細胞破壊装置４０に供給されうる。細胞破壊装置４０は、液体１６に存在する繊維に作用してその細胞組織を砕いて細胞組織からジュースを放出させるもので限り様々な形態を取りうる。第１段の細胞破壊装置４０は、ローター／ステーターホモジナイザ、ビーズミルホモジナイザ、ブレードホモジナイザ、凍結割断装置、グラインダー、ペッスル／チューブホモジナイザ、超音波破砕器、またはジュースを放出する繊維の具体的な細胞を対象とすることができる装置に類似した装置などの様々な形態を取りうる。第１段の細胞破壊装置４０に受け入れられる液体１６は、貯蔵タンク３０内に貯蔵されている繊維に働くシュレッダー２０とカッター３５の作用によって、少なくとも部分的に露出され破壊されたジュースを含む細胞を有する比較的多くの量の繊維を含む可能性がある。
【００５２】
液体１６は、通常、タンク３０の基部の上方の適切な位置から引き出され、第１段の細胞破壊装置４０に直接供給される。液体１６を破壊装置４０に引き出すためにポンプまたは重力送り装置が利用されてもよく、場合によっては、破壊装置４０は液体１６を受け入れる貯蔵タンク３０に直接当接してもよい。細胞破壊装置４０は、ここを通過する液体１６の流れに乱流を発生し、固形繊維粒子がさらに破壊し、繊維粒子が繊維粒子と破壊装置４０のボディの間で発生されるせん断力によって重なり合って分解するときジュースを放出するように適合される。この点については、第１段の細胞破壊装置４０は、液体１６を処理してさらに高い放出ジュース濃度とより細かくせん断された繊維粒子とを有するより均質な流体１７とする。
【００５３】
本明細書に描かれた実施形態において、稼動条件にとって必要な場合は、細胞破壊装置４０に供給される繊維状物質のほぼ全部または全部は所定の長さ以下の長さを持ちうる。これが必ずしも必要でないことは理解される。
【００５４】
万一第１段の細胞破壊装置４０に存在する繊維含有率が高すぎてそのためにそれ以上流体が流れなくなる可能性がある場合は、余剰繊維１３の少なくとも一部分を破壊装置４０から抽出装置７０に引き出してから前述のような方法でシステムから除去することができる。
【００５５】
比較的より均質な流体１７は、第２段の細胞破壊装置５０と流体連通しているコモンレールに供給されうる。第１段の細胞破壊装置４０は加圧下で流体１７をコモンレールに供給してもよいが、流体１７を供給するためにポンプが使用されてもよい。また、第２段の細胞破壊装置５０は前述された第１のローター／ステーターホモジナイザと同様に作用するローター／ステーターホモジナイザであってもよいが、第２段の細胞破壊装置は、通常、第１段の細胞破壊装置４０の場合よりも粗い繊維を処理する能力が比較的低い。したがって、第１段の細胞破壊装置４０から流れる均質な流体１７はより細かくせん断された繊維粒子を含むので、第２段の細胞破壊装置はこれらの粒子をさらに処理して粒子からジュースを抽出し、供給された流体１７よりも放出されるジュース濃度が比較的高く繊維粒径がかなり小さい流体１８を発生することができる。
【００５６】
図１に示されるように、第２段の細胞破壊装置５０に存在する繊維含有率が細胞破壊装置５０の適正な動作を妨げるようになった場合には、余剰繊維１３はポンプなどによって細胞破壊装置５０から抽出装置７０に引き出されてシステムから排出されることもできるが、貯蔵タンク３０および／または細胞破壊装置４０、５０の一方もしくは両方の入口および／または分離装置６０を含む装置の他の段に供給されることもできる。
【００５７】
タンク３０内に存在する液体１６の処理と破壊は２段階プロセスとして説明されているが、２つのブロック４０と５０を取り囲む鎖線で示されるようにシステムの要求に応じてこのプロセスが単一のステップで実行されうることは想像される。いずれにせよ、流体は、常に再循環してシステムに戻り装置内の他の場所における液体の流体含有率を増加させ、システムを通過する流体が繊維粒子を破壊し繊維からジュースを放出するために流体内で高いせん断力が発生することのできる十分な流動性を有するようにすることができる。
【００５８】
細胞破壊装置４０、５０によって提供される均質化プロセスの最後に発生される流体１８は、放出されるジュース成分が比較的に非常に高く、流体に含まれる繊維粒子が比較的に非常に細かく、したがって、パイプなどを比較的容易に輸送されうる。この点については、流体１８はプロセス１０から容易に取り出され、さらなる処理のために第２の場所に輸送され、流体中に存在する比較的細かい繊維粒子の一部または全部が除去されうる。
【００５９】
比較的細かい繊維粒子を除去し繊維粒子からジュースを分離するために、流体１８はさらに分離装置６０に提供されてもよい。分離装置６０は、遠心力によって固形繊維粒子をジュースから分離するための中心回転スクリューが中に定置された遠心分離デカンタなどのデカンタであってもよい。デカンタの具体的な動作を、実際の処理機構に関して以下にさらに詳しく説明することにする。いずれにせよ、ジュース生成物１９は、必要に応じて分配するためにデカンタから容易に抽出されて集められる。同様に、ジュース１９の一部または全部は、システム内の流体含有率が処理を促進する所望レベルに保たれるようにタンク３０に再導入されうる。この点については、処理されたジュースおよび／または水を必要に応じてプロセスに常に戻す必要があるかもしれない。
【００６０】
前述のようなプロセスは、ジュースを含む繊維細胞の非効率的な破壊方法である圧搾またはローリングを必ずしも必要とせずにジュースを繊維から抽出することは理解される。むしろ、本プロセスは、様々なせん断力を流体に加えて繊維粒子に細胞破壊を生じさせ繊維を減らして繊維からジュースを放出させることにより継続的に処理されうる繊維とジュースの流体を発生することに頼るものである。こうしたプロセスは畑で実行され、その結果、流体でありかつビレットよりもはるかに小さい体積のジュース１９で満たされうるタンカーが容易に使用されうるので、植物原料のビレットを一連のトラックや機関車で処理工場に輸送する必要性が少なくなる。畑の周辺および／または畑から処理工場または加工工場までのジュース１９の輸送は必要な場合にはパイプラインによって行われうる。
【００６１】
前述のような処理を実行するバイオマス処理装置２の実施形態を、以下に図２〜７に関して説明することにする。装置２は前述のような処理１０のステップの各々を実施する装置を利用して説明することにするが、装置２はこれらのステップの１つ以上のみを実行しそれ以外のステップは１つ以上の他の場所で実行されるように構成されうることは理解される。
【００６２】
図示された装置２は、ある意味で、一般にサトウキビなどの糖質を含む作物の個々の茎を収穫するために畑で使用される従来の収穫機の形態である。図に示されるように、装置２は、装置２が前進しながらサトウキビの鞘頭部を切断する駆動回転プレトッパー３と、サトウキビを切断しさらなる処理のために装置２に持ち上げて入れるベースカッター４およびリフター装置５とを使用する。本発明は、鞘頭部が予め切り取られたサトウキビの茎に関して説明されているが、鞘頭部が切り取られていないサトウキビすなわちスイートソルガムの茎を収穫する方法で同様に利用されうることは理解される。
【００６３】
図３の装置２の断面図にさらにはっきり示されるように、サトウキビの茎をシュレッダー２０に輸送するコンベアシステム７が備えられる。サトウキビがシュレッダー２０に入る前にサトウキビの茎をビレットに細分化する回転カッター６が備えられる。殻、塵埃、およびその他の粒状物質が動作中のシュレッダー２０に入る前にこうした物質を少なくとも部分的に取り除いて畑に戻すために抽出ファンまたはブロア８がシュレッダー２０の近くに備えられる。
【００６４】
図４は、本発明のジュース抽出システムをさらに詳しく示す。図示されたシュレッダー２０は、反対方向に回転せしめられる２本の中心軸２３に装着された一連の回転ディスク２２の形態である。この点については、ディスク２２の各々に切開部が備えられ、ディスクは切開部によってビレットを杷持し、ビレットの繊維はシュレッダー２０を通過して貯蔵タンク３０に入ることが可能なより小さい部分にせん断することができる。
【００６５】
原料繊維が収穫されて貯蔵タンク３０に供給される方法は本発明の仕組みにとって本質的でないことは理解される。同様に、シュレッダー２０の目的は、ジュースを含む細胞が破壊され露出されて本発明のジュース抽出プロセスを促進するように、処理しやすい大きさと形態で貯蔵タンク３０に確実に提供されるようにするだけである。この点については、原料繊維を貯蔵タンク３０に供給するために飼料収穫機などの様々な収穫手段が使用されうる。
【００６６】
図に示されるように、貯蔵タンク３０は、シュレッダー２０を通過するサトウキビビレットのせん断された繊維状物質を集めるためにシュレッダー２０のすぐ下に設置される。タンク３０の中に延びる複数のカッター３５が示され、カッター３５は駆動装置３６、駆動軸３７、および駆動軸３７の端部に配置された一連の刃３８を備える。カッター３５は、刃３８がタンク３０内に存在する繊維状物質の中に延びて、タンク内に存在する繊維状物質が切断され処理されて繊維状物質とジュースの比較的細かい混合物になるように配置される。これは、繊維状物質をせん断し継続的に露出させ、ジュースを含む細胞を供給し細胞からジュース成分を抽出するために繊維状物質に作用する刃３８によって実現される。また、カッター３５は、細胞が破壊／分解された流体を生じせしめるためにタンク３０内に存在する流体が常に移動し流動している状態となるよう攪拌機能を実行する。
【００６７】
貯蔵タンク３０の中に存在する流体は、最大の繊維含有率がたとえば、約１５％の処理流量目標と一致する場合にほぼ流体の状態に維持されることは理解される。この点については、プロセスが開始時に最初の繊維状物質の供給が流体槽の中に受け入れられ、繊維状物質の回収時に繊維状物質の処理が開始できるように純水を貯蔵タンク３０に供給する必要があってもよい。同様に、貯蔵タンク３０の流体状態を常に監視することにより、抽出されたジュースを再循環させるか、または水を一定間隔で貯蔵タンクに再導入して所望の流動状態を維持する必要があると考えられてもよい。貯蔵タンク３０の中に存在する流体の流体状態は、流体の流量が装置２を中心として輸送されるのに十分であるかどうかを評価するために、たとえば、操作員によって目視で監視されてもよい。また、流体の流体状態を決定して測定するために、流量センサなどが貯蔵タンク３０の中または貯蔵タンク３０に通じるパイプの中に備えられうるものと考えられる。
【００６８】
この点については、繊維含有率が過剰な場合は、タンク３０の壁に沿って斜めに延びるスクリュー抽出装置７０が備えられてもよい。スクリュー抽出装置は、図５にさらにはっきり示されており、タンク３０と下端７２で、またベルトプレス７５と上端７３で流体連通する無孔または有孔円筒型チャンバ７１を備える。チャンバ７１の中心孔にスクリューフィーダ７４が備えられ、スクリューフィーダはモータ７６によって所望の回転方向にスクリュー７４を回転させることができる。
【００６９】
スクリュー抽出装置７０は、タンク３０の流体内に存在する繊維含有率が一定レベル、たとえば、流体の１５％を超えると、繊維をシステムから除去することによってシステムの流動性が設定範囲内に維持されるように動作されうる。繊維をシステムから除去するために、繊維はチャンバ７１の孔に送られ、それによって繊維をチャンバ７１に沿ってタンク３０から引き上げて引き離すためにスクリュー７４が起動される。
【００７０】
チャンバ７１の上端７３において、繊維はベルトプレス７５に供給される。ベルトプレス７５は、互いに接触させて配置された１対のベルト駆動ローラー７７を備えており、繊維からジュースを取り出すために繊維を輸送して圧搾する。図示された実施形態において、抽出されたジュースは、下端７２でタンク３０と連通しているチャンバ７１を経てタンク３０に戻されてさらにここに保たれることになる。繊維はベルトプレス７５を通過した後、高度に破壊／分解された原料サトウキビ／スイートソルガム繊維１５の形態で、ローラー７７の作用によって装置２を通過し続ける。この繊維１５は、畑に戻され次の植付けのための栄養分を土壌に返すことに役立つが、回収されてエタノールの生産などの環境上有益な他のプロセスで使用されてもよい。図示されていないが、処理装置２は繊維１５を貯蔵タンク３０に戻すような構成、または細胞破壊装置４０、５０の一方または両方および／または分離装置６０の入口に供給するような構成、あるいはその両方の構成とすることができる。
【００７１】
抽出装置７０はシステムから余剰繊維含有量を取り出すためにのみ必要であり、したがって、繊維含有率が許容レベル以内に保たれるならば必ずしも抽出装置７０を起動する必要はない。
【００７２】
図６にさらにはっきり示されるように、貯蔵タンク３０の中に存在する液体（ジュースと繊維の混合物）はタンクから第１段の細胞破壊装置４０にパイプ４２によって引き出される。パイプ４２は、タンク３０下端の上方の適切な位置においてタンクの中に延びており、比較的短く、比較的高い繊維含有率と繊維粒径の流体を細胞破壊装置４０に流すことができる。
【００７３】
第１段の細胞破壊装置４０は、回転軸に対して斜めに装着された楕円形のディスクを収容する円筒ハウジング４３を有する均質化装置の形態をしており、このため流体は軸方向および半径方向における斜流となる。この流路とハウジング４３内の流体の重なり合った移動とが繊維とハウジング４３の間にせん断力を発生し、その結果、繊維の粒径を破壊するように作用してジュースを含む繊維細胞からジュースを放出する。この場合、得られた流体はパイプ４６を経て流体コモンレール４８に供給される。
【００７４】
第１段の細胞破壊装置４０は、ｈｏｅｌｓｃｈｅｒｔｅｃｈｎｉｃ−ｇｏｒａｔｏｒ  ＧｍｂＨ＆Ｃｏ．ＫＧ社により提供され販売されるＧＯＲＡＴＯＲ（登録商標）であってもよい。
【００７５】
第１段の細胞破壊装置４０内の繊維含有率が高すぎて所望の流量が制限される場合は、余剰繊維がハウジング４３から取り出され、除去するかもしくは前述のような方法で処理装置２のある段階にさらに戻すためにスクリュー抽出装置７０に輸送されうる。
【００７６】
この点については、レール４８に存在する流体は、細胞破壊装置４０によって受け入れられる流体よりも比較的かなり高いジュース成分を有し、はるかに細かい繊維粒子を含む。この場合、この流体は、繊維粒子をさらに破壊して残りのジュースを繊維粒子から抽出するために第２段の細胞破壊装置によってさらに処理されうる。図７に示されるように、装置２は、要求がプロセッサによって満たされるように２台の第１段の細胞破壊装置４０と２台の第２段の細胞破壊装置５０とを使用してもよい。
【００７７】
図７に示されるような構成では、第２段の細胞破壊装置５０は予め処理された流体をレール４８からポンプによって受け入れるか、または第１段の細胞破壊装置から直接供給されてもよい。この点については、第２段の細胞破壊装置５０は、流体内の繊維粒子をさらに破壊してジュースを含む細胞の中に存在する残りのジュースを抽出することができる。第２段の細胞破壊装置は、通常、半径方向に長孔または丸孔が加工され、通常、約５０ｍ／ｓの速度で動作される同心円状のツールリング（ｔｏｏｌ  ｒｉｎｇ）を備えたダイナミックローター／ステーターホモジナイザであるが、プロセスの要件に応じて種々の速度が使用されてもよい。この点については、ホモジナイザを通過する流体は、多段流体の高せん断力、高振動数の振動力、強力な微量混合、および圧力上昇を受け、これによって、流体内に存在する繊維がさらに破壊し、続いて残りのジュースが放出される。
【００７８】
第２段の細胞破壊装置５０は、ＳＵＰＲＡＴＯＮ（登録商標）の名称でＢｕｃｋａｕ−Ｗｏｌｆ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅ  ＧｍｂＨ社によって販売され提供されるホモジナイザであってもよい。
【００７９】
本発明は第１段の後に第２段の細胞破壊装置を備える２段の細胞破壊プロセスに関して説明されているが、特に、貯蔵タンク３０内の繊維の粒径が１段の細胞破壊ステップで足りる大きさである場合は単一のステップが適用可能であることも考えられる。
【００８０】
第２段の細胞破壊装置からの流体は、さらに精製し現地外で処理するために回収して輸送するに足る十分な品質のものであることもあるが、図示された実施形態において繊維粒子をジュースから分離するために、第２段の細胞破壊装置５０からの流体はデカンタ６０の形態の分離装置６０に供給される。図５と６にさらにはっきり示されるように、デカンタ６０はボウルチャンバ６２と中央のスクリューコンベヤ６４からなる遠心分離デカンタの形態である。
【００８１】
流体はボウル６２の端部６１でデカンタ６０の中に供給され、ボウル６２は回転して流体内に遠心力を発生し、ジュース内の繊維の粒子はジュースから分離されてボウル６２の端縁に寄せられる。この後、ジュースは中心に位置するパイプ６６を通ってボウルの他端で取り出され、装置２から取り出されて貯蔵されるか、または再循環して貯蔵タンク３０に戻る。中心スクリューコンベヤ６４は、ボウルから繊維粒子の増加分を取り除くように作用し、それによって増加分を圧縮して繊維とジュースを分離し、移動式装置２が動作中に繊維を端部６１から畑に搬送して戻す。
【００８２】
図２にさらにはっきり示されるように、装置２の背後にホース１１が備えられ、ホースはさらなる処理のために処理工場に輸送するジュースを貯蔵する遠隔貯蔵タンカーに結合される。また、装置２はジュースを貯蔵するための積載タンクを搭載されることもできてジュースは後で処理工場に輸送するタンカーやその他の貯蔵庫および運搬車両に供給されうることも想像される。これらの場合の各々において、プロセス内で再循環してシステムの適切な流動性と望ましい繊維含有率を維持するために抽出されたジュースを絶えず供給することが必要かもしれない。この場合、貯蔵されたジュースを再利用しこれをタンク３０に再び供給するためにコントローラと関連ポンプと配管が備えられてもよい。
【００８３】
デカンタ６０から取り出されるジュースは、ジュースを含む繊維細胞からジュースを抽出する複数のステップの生成物である。これらのステップは、繊維の粒径を常に小さくすることを目的として個々の細胞を破壊し細胞に含まれるジュースの放出を促進している。プロセスは、圧搾、ハンマリング、またはその他のこのような従来の機械的な抽出プロセスを必ずしも必要とするのではなく、ジュースを直接抽出する物質の細胞組織に注意を向けていることは理解される。これは、繊維が流体中に懸濁している流体を発生し、流体内でせん断力を発生させて繊維粒子を破壊し、周囲の流体へのジュースの放出を促進するように流体の流れを調整することによって実現されうる。このようなシステムは、ジュースが繊維から抽出されるときにジュースを繊維から分離する必要がないが、ジュースをさらに抽出するためにシステムの流体内容物を維持する。
【００８４】
前述のシステムとプロセスでは、サトウキビの処理の比較的大多数を畑で実行することが可能となり、したがってジュースはサトウキビの茎のビレットというよりもむしろ出荷されるサトウキビからの抽出が容易になりうる。このようなシステムとプロセスによって、畑から失われるバイオマスが減少し、栽培者とって輸送およびインフラの費用が減少し、栽培者に以前よりも多くの多様化の機会がもたらされる可能性がある。
【００８５】
また、このジュースの抽出処理は、繊維の個々の細胞を直接の対象としてそこに含まれるジュースを放出するという利点を有する。さらに、このジュースの抽出処理は、バイオマスの収穫後できる限り早い時期にジュースが繊維から抽出されるという利点も有する。
【００８６】
当業者は、これまで大まかに記述された本発明の主旨と範囲を逸脱することなく、具体的な実施形態で示されるような本発明に対して多くの変形例および／または変更形態を実施されてもよいことを理解される。したがって、本実施形態はあらゆる点で例示的であって限定的でないものと考えられるべきである。
【図面の簡単な説明】
【００８７】
【図１】本発明の一実施形態によるジュース抽出プロセスを示す流れ図である。
【図２】本発明の一実施形態によるバイオマス処理装置の描写である。
【図３】図２のバイオマス処理装置の部分断面図である。
【図４】図２のバイオマス処理装置のジュース抽出システムの分離図を示す。
【図５】分りやすくするために一部の構成部品を省いた図４のジュース抽出システムの簡易平面図を示す。
【図６】第１および第２段の細胞破壊装置が抽出装置と連通する様子を示す図５のジュース抽出システムの拡大図である。
【図７】細胞破壊装置が流体コモンレールと連通する様子を示す第１および第２段の細胞破壊装置の構成の斜視図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【国際調査報告】
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