(57)【要約】本願に開示する油を処理する方法は、少なくとも１つのロータと少なくとも１つの相補的な形をしたステータとを備えガスを液体と混合するように構成した高剪断装置を設け、高剪断装置内で不活性または反応性のガスを油と接触させ、溶液、分散液又はその組み合わせである生成物を生成する。また本願に開示する油を処理するための高剪断システムは、供給口と少なくとも１つのロータと少なくとも１つの相補形状のステータとを備えガスを液体と混合できるように構成した少なくとも１つの高剪断装置と、供給口に流体が通過できるよう接続したガスの供給源と、供給口に流体が通過できるよう接続した油の供給源と、高剪断装置の上流に設置し供給口と油の供給源とに流体が通過できるよう接続したポンプとを含む。
2015517011.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
油を製造する方法であって、
少なくとも１つのロータと少なくとも１つの相補形状のステータとを備えガスを液体と混合するように構成した高剪断装置を設ける過程と、
高剪断装置内で不活性または反応性のガスを油と接触させる過程と、
溶液または分散液あるいはその混合である生成物を生成する過程とを含む方法。
【請求項２】
請求項１の方法であって、溶液がガスで飽和あるいは過飽和しており、必要に応じて溶液がガスで５％以上過飽和する方法。
【請求項３】
請求項１又は請求項２の方法であって、分散液が平均直径５０μｍ未満の気泡を含むようにした方法。
【請求項４】
請求項１から請求項３のいずれかの方法であって、ガスが、窒素、希ガス、二酸化炭素、水素、硫化水素のいずれかを含む方法。
【請求項５】
請求項１から請求項４のいずれかの方法であって、油が植物油を含み、さらに必要に応じて食用油又は非食用油、必要に応じて大豆油、必要に応じてオーストリッチ油を含む方法。
【請求項６】
請求項１から請求項５のいずれかの方法であって、前記の油が、大豆油、ヒマワリ油、ヤシ油、コーン油、綿実油、オリーブ油、パーム油、ピーナッツ油（落花生油）、菜種油（キャノーラ油を含む）、ベニバナ油、ゴマ油、ヘーゼルナッツ油、アーモンド油、カシュー油、マカダミア油、モンゴンゴ油（マンケッティ油）、ペカン油、ピスタチオ油、サチャインチ（プルケティアボルビリス）油、クルミ油、スイカ実油、ヒョウタン実油、バッファローカボチャ油、バターカボチャ種子油、カボチャ実油、アサイー油、カシス種子油、ルリジサ種子油、月見草油、イナゴマメ種子鞘、アマランサス油、杏仁油、リンゴ種子油、アルガン油、アーティチョーク油、アボカド油、ババス油、ベン油、ボルネオ脂、ケープチェストナッツ油（ヤング油）、イナゴマメ鞘油（アルガロバ油）、カッシア油、ココアバター、オナモミ油、コフネヤシ油、コリアンダー種油、ディカ油、アマナズナ油、亜麻仁油、ブドウ種子油、大麻油、カポック実油、ケナフ種子油、ラッレマンチア油、マルーラ油、メドウフォーム油、カラシ油、ナツメグバター、オクラ種子油、パパイヤ種子油、シソ種子油、ペクイ油、松の実油、プルーン核油、キヌア油、ニガー種子油、米糠油、ロイル油、茶実油（ツバキ油）、アザミ油、タイガーナッツ油（又はハマスゲ油）、トマト種子油、小麦胚芽油、ヒマシ油、ヤシ油（コプラ油）、コーン油、綿実油、アマナズナ油、大麻油、カラシ油、パーム油、ピーナッツ油、ダイコン油、菜種油、ニガー種子油、米糠油、ベニバナ油、アッケシソウ油、タイガーナッツ油、キリ油、藻油、コパイバ油、ホンジュ油、ナンヨウアブラギリ油、ホホバ油、ミルクブッシュ油、石油ナット油、クルミ油、ダンマル油、亜麻仁油、ケシ油、烏臼油（ナンキンハゼ油）、ベルノニア油、レモン油、オレンジ油、グレープフルーツ種子油、キハダ油、バラノス油、ブラダーポッド油、ニガキモドキ油、バードック油（イガ油）、キャンドルナット油、ニンジン種子油、ヒマシ油、大風子油、ハマナ油、クフェア油、イリッペ脂、ホホバ油、マンゴー油、モーラバター、ニーム油、オジョン油、ローズヒップ種子油、ゴム種子油、シーバックソーン油、シアバター、スノーボール種子油（ガマズミ油）、トール油、タマヌ油、トンカビーン油（クマル油）、これらの組み合わせ、からなる群から選択した方法。
【請求項７】
請求項１から請求項６のいずれかの方法と既存の油処理方法をあわせて用いる油の製造方法。
【請求項８】
請求項７の方法であって、油の精製と脱色の間に請求項１から請求項６のいずれかに記載の方法を適用し、油の脱臭後に必要に応じて請求項１から６のいずれかに記載の方法を必要に応じて２回以上適用する方法。
【請求項９】
油処理用の高剪断システムであって、
供給口と少なくとも１つのロータと少なくとも１つの相補的な形をしたステータとを備えガスを液体と混合するように構成した少なくとも１つの高剪断装置と、
供給口と流体が通過できるよう接続したガスの供給源と、
供給口と流体が通過できるよう接続した油の供給源と、
高剪断装置の上流に設置して供給口と油の供給源とに流体が通過できるよう接続したポンプとを含むシステム。
【請求項１０】
請求項９のシステムであって、ガスの供給源が、窒素、希ガス、二酸化炭素、水素又は硫化水素を供給するように構成したシステム。
【請求項１１】
請求項９又は請求項１０のシステムであって、さらに熱交換器を少なくとも１つ設けて油を予熱するように構成したシステム。
【請求項１２】
請求項９から請求項１１のいずれかのシステムであって、油の中にガスを含んだ溶液または分散液あるいはその混合である生成物を高剪断装置で生成するよう構成したシステム。
【請求項１３】
請求項９から請求項１２のいずれかのシステムであって、さらに搾油ユニット、脱ガムユニット、中和ユニット、脱色ユニット、水素添加ユニット、脱臭ユニット、蒸気精製ユニットのいずれかを備えたシステム。
【請求項１４】
請求項９から請求項１３のいずれかのシステムであって、高剪断装置が剪断間隙によって隔てられた歯付のロータ・ステータを備えたものであり、必要に応じて剪断間隙幅を１０．０μｍから１０．０ｍｍとし、必要に応じて高剪断装置で２０，０００ｓ-1を超える剪断速度を生成するようにしたシステム。
【請求項１５】
請求項９から請求項１４のいずれかに記載のシステムと既存の油処理システムとをあわせて備えたシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は油の処理に関するものであって、具体的には高剪断装置を利用する油処理に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般的に言って、油には植物油、揮発性精油、石油化学油、合成油などがある。これとは別に、油は有機油と鉱油に分類することもできる。植物や動物等の生物から（生物によって）自然の代謝過程を経て生成する有機油には多種多様なものがある。有機油は主に脂質を含んでおり、他にタンパク質、ワックス、アルカロイド等の化合物を含むこともある。一方、鉱油は、原油（石油）やこれを精製した石油化学製品と総称される各種成分から製造される。これらは今日の経済における重要な資源である。原油は化石化した古代の有機物に由来するものであって、その有機物は地球化学的過程を経て油となる。鉱油は、原油の蒸留物のうち特定の数種を指すこともある。
【０００３】
植物油脂は植物に由来する脂肪性物質である。物理的に言えば、油は室温で液体であり、脂肪は固体である。化学的に言えば、脂肪と油はいずれもトリグリセリドから成る。それらは植物のさまざまな部分から抽出されるが、主として植物の種子から抽出される。植物油を製造する一般的な工程は、搾油、脱ガム、精製（化学精製、物理精製）、水素添加、脱臭などの過程からなる。植物油（調理用油などになる）に関する一般的な問題は、酸敗、すなわち酸化による劣化であり、望ましくない臭気と風味を生じることがある。
【０００４】
化粧品業と製薬業ではオーストリッチ油が広く使用されている。しかし、酸敗性があるため風味、色、匂い、栄養価に望ましくない化学変化が生じる。したがって、例えば油を安定化するため、あるいはその品質を改良するため、油の処理に用いられる方法やシステムを更に開発する必要がある。
【発明の概要】
【０００５】
概要
本明細書には油を処理する方法を開示している。この方法では、少なくとも１つのロータと少なくとも１つの相補的な形をしたステータとを備えガスを液体と混合するように構成した高剪断装置を設け、高剪断装置内で不活性ガス又は反応性ガスであるガスを油と接触させ、溶液または分散液あるいはその混合である生成物を生成する。
【０００６】
実施例によっては、溶液はガスで飽和又は過飽和したものとする。実施例によっては、溶液はガスで５％以上過飽和したものとする。実施例によっては、分散液は５０μｍ未満の平均直径を有する気泡を含んだものとする。
【０００７】
実施例によっては、ガスは、窒素、希ガス、二酸化炭素、水素又は硫化水素とする。実施例によっては、油は植物油とする。実施例によっては、油は食用油又は非食用油とする。実施例によっては、油は大豆油とする。実施例によっては、油はオーストリッチオイルとする。
【０００８】
実施例によっては、油は、大豆油、ヒマワリ油、ココナツ油、コーン油、綿実油、オリーブ油、パーム油、ピーナッツ油（落花生油）、菜種油（キャノーラ油を含む）、ベニバナ油、ゴマ油、ヘーゼルナッツ油、アーモンド油、カシュー油、マカダミア油、モンゴンゴナッツ油（マンケッティ油）、ペカン油、ピスタチオ油、サチャインチ（プルケネティア・ボルビリス）油、クルミ油、スイカ実油、ヒョウタン実油、バッファローカボチャ油、バターカボチャ種子油、カボチャ実油、アサイー油、カシス種子油、ルリジサ種子油、月見草油、イナゴマメ種子鞘、アマランサス油、杏仁油、リンゴ種子油、アルガン油、アーティチョーク油、アボカド油、ババス油、ベン油（モリンガ油）、ボルネオ脂、ケープ栗油（ヤング油）、イナゴマメ鞘油（アルガロバ油）、カッシア油、ココアバター、オナモミ油、コフネヤシ油、コリアンダー種油、ディカ油、アマナズナ油、亜麻仁油、ブドウ種子油、大麻油、カポック実油、ケナフ種子油、ラッレマンチア油、マルーラ油、メドウフォーム油、カラシ油、ナツメグバター、オクラ種子油、パパイヤ種子油、シソ種子油、ペクイ油、松の実油、プルーン核油、キヌア油、ニガー種子油、米糠油、ロイル油、茶実油（ツバキ油）、アザミ油、タイガーナッツ油（ハマスゲ油）、トマト種子油、小麦胚芽油、ヒマシ油、ヤシ油（コプラ油）、コーン油、綿実油、アマナズナ油、大麻油、カラシ油、パーム油、ピーナッツ油、ダイコン油、菜種油、ニガー種子油、米糠油、ベニバナ油、アッケシソウ油、タイガーナッツ油、桐油、藻油、コパイバ油、クロヨナ油、ナンヨウアブラギリ油、ホホバ油、ミルクブッシュ油、石油ナット油、クルミ油、ダンマル油、亜麻仁油、ケシ油、烏臼油（ナンキンハゼ油）、ベルノニア油、レモン油、オレンジ油、グレープフルーツ種子油、キハダ油、バラノス油、ブラダーポッド油、ニガキモドキ油、バードック油（イガ油）、キャンドルナット油、ニンジン種子油、ヒマシ油、大風子油、ハマナ油、クフェア油、イリッペ脂、ホホバ油、マンゴー油、モーラバター、ニーム油、オジョン油、ローズヒップ種子油、ゴム種子油、シーバックソーン油、シアバター、スノーボール種子油（ガマズミ油）、トール油、タマヌ油、トンカビーン油（クマル油）、以上の組み合わせ、からなる群から選択したものとする。
【０００９】
実施例によっては、ここに開示している方法と既存の油の処理方法とをあわせて用いた方法とする。実施例によっては、ここに開示している方法は、油の精製と脱色の間に行う。実施例によっては、ここに開示している方法は、油の脱臭後に行う。実施例によっては、ここに開示している方法は２回以上行う。
【００１０】
本明細書には油を処理するための高剪断システムも開示している。このシステムは、供給口と少なくとも１つのロータと少なくとも１つの相補的な形をしたステータとを備えガスを液体に混合できるよう構成した少なくとも１つの高剪断装置と、供給口に流体が通過できるよう接続したガスの供給源と、供給口に流体が通過できるよう接続した油の供給源と、高剪断装置の上流に設置し供給口と油の供給源とに流体が通過できるよう接続したポンプとを含む。
【００１１】
実施例によっては、ガスの供給源は、窒素、希ガス、二酸化炭素、水素、硫化水素のいずれかを供給するように構成する。実施例によっては、さらにシステムに少なくとも１つの熱交換器を設け、この熱交換器で油を予熱するように構成する。実施例によっては、高剪断装置は、油の中にガスを含んだ生成物を生成するように構成し、生成物は、溶液または分散液あるいはその混合とする。
【００１２】
実施例によっては、さらにシステムには搾油ユニットを設ける。実施例によっては、さらにシステムに脱ガムユニットを設ける。実施例によっては、さらにシステムに中和ユニットを含める。実施例によっては、さらにシステムに脱色ユニットを含める。実施例によっては、さらにシステムに水素添加ユニットを含める。実施例によっては、さらにシステムに脱臭ユニットを含める。実施例によっては、さらにシステムに蒸気精製ユニットを設ける。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
以上の他、各種実施例の特徴と利点は、以下の詳細な説明と図面において明らかになるであろう。
【００１４】
本発明の好ましい実施例を更に詳細に説明するために、添付図面をここで参照する。
【００１５】
【図１】本発明の実施例に従って油を処理する高剪断装置の断面図である。
【図２Ａ】本発明の実施例に従って油を処理する方法を例示する。
【図２Ｂ】本発明の実施例に従った高剪断油処理システムの概略図を例示する。
【図３】本発明の実施例に従ってガス分子を埋め込むための空きポートを有する油分子を例示する。
【図４】高剪断処理により得られた過飽和の油・ガス生成物を真空脱ガスする過程を示す写真である。
【図５Ａ】高剪断処理後の油の中にある水素の気泡を示す走査電子顕微鏡写真である。写真中に見える水素の気泡は直径約０．５ミクロンから約２ミクロンである。
【図５Ｂ】高剪断処理後の油の中にある水素の気泡を示す走査電子顕微鏡写真である。写真中に見える水素の気泡は直径約０．５ミクロンから約２ミクロンである。
【図５Ｃ】高剪断処理後の油の中にある水素の気泡を示す走査電子顕微鏡写真である。写真中に見える水素の気泡は直径約０．５ミクロンから約２ミクロンである。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
概説
本開示では、油を処理する方法を説明する。本開示において油とは、別段の断りがない限り有機油を指す。また、本開示では植物油を有機油の代表として使用している場合が多い。本明細書で植物油について説明した高剪断処理方法とシステムを他の油にも適用できることは当業者であれば容易に認識できることである。参照を容易にするために、本開示でいう「植物油」という用語は、植物油と脂肪の両方を含む。工程の温度を調整して固体状態の植物性脂肪が液体状態の植物油の形態となるようにすることによって、植物油（液体）を処理する方法を植物性脂肪（固体）の処理にも適用できることは、当業者であれば容易に理解できることである。
【００１７】
この方法は、高剪断装置内でガス（例えば窒素）を油と混合して、油の中にガスを含んだ生成物を生成する過程を含み、その生成物は溶液または分散液あるいはそれらの並存したものとなる。呼び方を簡単にするため、本願を通してこの油・ガスの生成物を分散液／溶液と呼ぶこともある。高剪断処理をした後の油・ガスの生成物は、酸化に対する耐性が大きくなるため、より安定したものとなる。また、この油・ガスの生成物は、更に貴重な化合物、例えばオメガ３脂肪酸を保持することも可能である。
【００１８】
理論によって限定したいわけではないが、高剪断作用によれば、油にガスを過飽和させて植物とともに存在する酸素量を減らし、従って油に作用される酸化を低下させることができると考えられる。さらに分子レベルで見れば、ガス分子は不飽和トリグリセリドに対して内部ブランケット効果を与え、酸化・酸敗を更に防止又は遅延させることができるようになる。
【００１９】
過飽和
実施例によっては、高剪断を与えると（与えない場合と比較して）油をガスで過飽和させることができるようになり、安定した溶液が生成する。本願でいう過飽和とは、溶液（溶媒）に含まれる溶質の量が、同じ条件で比較した時に、平衡状態での溶質の量よりも多いことを意味する。超過した溶質の割合は、溶液の過飽和度の尺度となる。
【００２０】
実施例によっては、過飽和溶液は周囲条件で長期間安定したものとする。実施例によっては、溶液からガスを放出させるには、真空を用いることが必要となる。例えば図４を参照せよ。
【００２１】
ある実施例では、溶液はガスで過飽和したものとする。実施例によっては、溶液はガスで５％以上過飽和したものとする。実施例によっては、溶液はガスで１０％以上過飽和したものとする。実施例によっては、溶液はガスで１５％以上過飽和したものとする。実施例によっては、溶液はガスで２０％以上過飽和したものとする。実施例によっては、溶液はガスで２５％以上過飽和したものとする。実施例によっては、溶液はガスで３０％以上過飽和したものとする。実施例によっては、溶液はガスで３５％以上過飽和したものとする。実施例によっては、溶液はガスで４０％以上過飽和したものとする。実施例によっては、溶液はガスで４５％以上過飽和したものとする。実施例によっては、溶液はガスで５０％以上過飽和したものとする。
【００２２】
ガス
実施例において、上記のガスは、窒素、二酸化炭素、水素、硫化水素、希ガス、その組み合わせ、からなる群から選択する。
【００２３】
油
本開示において、油には植物油が含まれる。植物油には、大豆油、ヒマワリ油、ヤシ油、コーン油、綿実油、オリーブ油、パーム油、ピーナッツ油（落花生油）、菜種油（キャノーラ油を含む）、ベニバナ油、ゴマ油、ヘーゼルナッツ油、アーモンド油、カシュー油、マカダミア油、モンゴンゴ油（マンケッティ油）、ペカン油、ピスタチオ油、サチャインチ（プルケネティア・ボルビリス）油、クルミ油、スイカ実油、ヒョウタン実油、バッファローカボチャ油、バターカボチャ種子油、カボチャ実油が含まれる。
【００２４】
他のタイプの植物油としては、アサイー油、カシス種子油、ルリジサ種子油、月見草油、イナゴマメ種子鞘、アマランサス油、杏仁油、リンゴ種子油、アルガン油、アーティチョーク油、アボカド油、ババス油、ベン油（モリンガ油）、ボルネオ脂、ケープ栗油（ヤング油）、イナゴマメ鞘油（アルガロバ油）、カッシア油、ココアバター、オナモミ油、コフネヤシ油がある。植物油の更なる例としては、コリアンダー種油、ディカ油、アマナズナ油、亜麻仁油、ブドウ種子油、大麻油、カポック実油、ケナフ種子油、ラッレマンチア油、マルーラ油、メドウフォーム油、カラシ油、ナツメグバター、オクラ種子油、パパイヤ種子油、シソ種子油、ペクイ油がある。
【００２５】
別のタイプの植物油には、松の実油、プルーン核油、キヌア油、ニガー種子油、米糠油、ロイル油、茶実油（ツバキ油）、アザミ油、タイガーナッツ油（ハマスゲ油）、トマト種子油、小麦胚芽油がある。
【００２６】
バイオ燃料用に使用される植物油も本明細書に開示する方法を用いて同様に処理できる。例としては、ヒマシ油、ヤシ油（コプラ油）、コーン油、綿実油、アマナズナ油、大麻油、カラシ油、パーム油、ピーナッツ油、ダイコン油、菜種油、ニガー種子油、米糠油、ベニバナ油、アッケシソウ油、大豆油、ヒマワリ油、タイガーナッツ油、桐油がある。更なる例を挙げると、藻油、コパイバ油、クロヨナ油、ナンヨウアブラギリ油、ホホバ油、ミルクブッシュ油、石油ナット油がある。
【００２７】
いくつかの乾性油（普通の室温で乾かしてハード仕上げにできる植物油）も同様に処理でき、これには例えばクルミ油、ヒマワリ油、ベニバナ油、ダンマル油、亜麻仁油、ケシ油、烏臼油（ナンキンハゼ油とも呼ばれる）、桐油、ベルノニア油がある。
【００２８】
本開示の植物油には、レモン油、オレンジ油、グレープフルーツ種子油などのカンキツ油や、キハダ油、バラノス油、ブラダーポッド油、ニガキモドキ油、バードック油（イガ油）、キャンドルナット油、ニンジン種油、ヒマシ油、大風子油、ハマナ油、クフェア油、イリッペ脂、ホホバ油、マンゴー油、モーラバター、ニーム油、オジョン油、ローズヒップ種子油、ゴム種子油、シーバックソーン油、シアバター、スノーボール種子油（ガマズミ油）、トール油、タマヌ油、トンカビーン油（クマル油）も含まれる。
【００２９】
場合によっては、本開示の油には、不飽和のいかなるトリグリセリド油も含む。ここには、大豆油、コーン油、パーム油、魚油が含まれる。またここにはダチョウ油も含まれる。
【００３０】
高剪断装置
高剪断ミキサや高剪断ミルなどの高剪断装置（ＨＳＤ）は、一般的にその流体を混合する性能によっていくつかの種類に分類される。混合とは流体中の不均質な種ないし粒子のサイズを減少させる過程である。混合の程度又は完璧さの尺度としては、混合装置が流体を分断させるために発生させる単位体積当たりのエネルギー密度がある。それぞれの種類は、与えることのできるエネルギー密度に基づいて区別される。粒子や気泡の径が一貫して約０．００１μｍから約５０μｍの範囲である分散液を作り出すのに十分なエネルギー密度を有する工業用ミキサは三種類ある。
【００３１】
均質化バルブシステムは通常、高エネルギー装置に分類される。処理する流体は、非常に高い圧力をかけて、隙間の狭いバルブを通して低圧の環境へ送り出す、あるいは放出する。バルブの圧力勾配と、これによって生じた乱流とキャビテーションの作用によって、粒子、長鎖分子、気泡、ミセルなど、流体中の様々な相が分割され、緩やかに剪断される。このようなバルブシステムは一般に牛乳の均質化に使用されており、約０．０１μｍ〜約１μｍの範囲の平均粒径を作り出すことができる。この対極にあるのが、低エネルギー装置に分類される流体ミキサシステムである。このシステムは通常、処理する流体（多くの一般的な用途では食品）の貯留容器内に高速で回転するパドルないし流体ロータを備えている。このシステムは通常、処理された流体中の粒子、液滴、気泡の平均径が２０ミクロンを超えてもよい、場合に使用される。
【００３２】
流体に与えられる混合エネルギー密度に関して低エネルギーの高剪断ミキサと均質化バルブシステムとの間にあるのが、中間エネルギー装置に分類されるコロイドミルである。典型的なコロイドミルは、円錐又は円盤状のロータを相補的な液冷ステータから厳密に調整したロータ・ステータ間隙で隔てた構成であり、その間隙は約０．２５μｍから１０．０ｍｍの範囲である。ロータは、例えば電動機で直接駆動しても、ベルト機構を介して駆動してもよい。多くのコロイドミルは適当な調整機能があり、処理流体の中に平均径が約０．００１μｍから約２５μｍの粒子や気泡を作ることができる。これらの能力により、コロイドミルは、限定しないがコロイド分散処理や油・水系分散処理などの種々の目的に適ったものとなる。具体例としては、コロイドミルは、化粧品、マヨネーズ、シリコーン・銀のアマルガム、屋根材用タール混合物、ある種の塗料製品を調製する工程などに応用することができる。
【００３３】
次に、図１を参照すると、高剪断装置２００の概略図が示されている。この高剪断装置２００はロータ・ステータの組み合わせを少なくとも１組備えている。ロータ・ステータの組み合わせは、限定しないが、生成器２２０、２３０、２４０あるいはステージとしても知られていることもある。高剪断装置２００は、少なくとも２つの生成器を備えたものとするが、非常に好ましくは少なくとも３つの生成器を備えたものとする。第１生成器２２０はロータ２２２とステータ２２７である。第２生成器２３０はロータ２２３とステータ２２８であり、第３生成器はロータ２２４とステータ２２９である。各生成器２２０、２３０、２４０について、ロータは入力部２５０によって回転駆動される。生成器２２０、２３０、２４０は軸２６０の周りを回転方向２６５に回転するように構成する。ステータ２２７は高剪断装置の壁２５５に固定状態に取り付ける。
【００３４】
各生成器はロータとステータとの間に間隙がある。第１生成器２２０は第１間隙２２５、第２生成器２３０は第２間隙２３５、第３生成器２４０は第３間隙２４５である。間隙２２５、２３５、２４５は、幅約０．２５μｍ（１０-5インチ）から１０．０ｍｍ（０．４インチ）とする。あるいは、間隙２２５、２３５、２４５は幅約１０．０μｍから１０．０ｍｍとする。あるいは、工程は、高剪断装置２００を利用することを含み、間隙２２５、２３５、２４５は、約０．５ｍｍ（０．０２インチ）から約２．５ｍｍ（０．１インチ）である。場合により、間隙は、約１．５ｍｍ（０．０６インチ）に維持する。あるいは、間隙２２５、２３５、２４５は、生成器２２０、２３０、２４０の間で異なる。場合により、第１生成器２２０の間隙２２５は第２生成器２３０の間隙２３５よりも大きくし、第２生成器２３０の間隙２３５は第３生成器２４０の間隙２４５よりも大きくする。
【００３５】
また、間隙２２５、２３５、２４５の幅は、その大きさが減少していくのに対応する粗、中間、微細、超微細の特徴表示を与えても良い。ロータ２２２、２２３、２２４とステータ２２７、２２８、２２９は、歯付きの設計であっても良い。各生成器には、当技術分野で知られているようにロータ・ステータ歯の列を２組以上含めても良い。ロータ２２２、２２３、２２４は、各ロータの周囲にわたって周方向に間隔を置いた多数のロータ歯を備えたものとすることもできる。ステータ２２７、２２８、２２９は、各ステータの周囲にわたって周方向に間隔を置いた多数のステータ歯を備えたものとすることもできる。
【００３６】
実施例によっては、ロータ歯の間隔が各ロータ２２２、２２３、２２４の周上で均等になるようにする。例えば、各歯間の距離は、約０．５ｍｍ（０．０２インチ）から約２．５ｍｍ（０．１インチ）、あるいは約０．５ｍｍ（０．０２インチ）から約１．５ｍｍ（０．０６インチ）としても良い。場合によっては、間隙は約１．５ｍｍ（０．０６インチ）に維持する。場合によっては、各ロータ２２２、２２３、２２４の各歯の間の距離は異なっていても良い。理論によって限定するのではないが、ロータ２２２、２２３、２２４の歯内の間隙を変更することで、ロータが回転する毎に剪断速度にパルスを与えることもできる。
【００３７】
実施例によっては、ステータ歯の間隔が各ステータ２２７、２２８、２２９の周上で均等になるようにする。例えば、各歯間の距離は、約０．５ｍｍ（０．０２インチ）から約２．５ｍｍ（０．１インチ）、あるいは約０．５ｍｍ（０．０２インチ）から約１．５ｍｍ（０．０６インチ）としても良い。場合によっては、間隙は、約１．５ｍｍ（０．０６インチ）に維持する。場合によっては、各ステータ２２７、２２８、２２９上の各歯の間の距離は異なっていても良い。理論によって限定するのではないが、歯内の間隙を変更することで、ロータが回転する毎に剪断速度にパルスを与えるようにステータ２２７、２２８、２２９を構成することもできる。
【００３８】
実施例によっては、ロータの内径は約１１．８ｃｍとする。実施例によっては、ステータの外径は約１５．４ｃｍとする。更なる実施例として、ロータとステータの外径は、ロータが約６０ｍｍ、ステータが約６４ｍｍとしても良い。あるいは、例えば工業規模の装置などでは、ロータとステータをこれとは別の直径で形成し、先端速度と剪断圧力を高めることもできる。理論によって限定するわけではないが、工業規模のロータとステータは、直径が例えばメートル単位の相当に大きなものであっても良い。実施例によっては、３段のステージにそれぞれ約０．０２５ｍｍから約３ｍｍの間隙を含む超微細な生成器を用いて動作させる。分散させる相と連続相を含む供給ストリーム２０５を高剪断装置２００に通す場合、所望の分散を達成できるよう間隙幅を予め決めておく。
【００３９】
供給ストリーム２０５は、高剪断混合によって分散液を生成するための連続相と分散させる相とを含むものである。場合によっては、供給ストリーム２０５の連続相は油などの液体ストリームとする。連続相は、限定しないが、さらに溶剤、キャリア液又は反応物キャリアを含んだものとしても良い。供給ストリーム２０５の中の分散させる相は、連続相に分散させるために、水蒸気などのガスないし蒸気とする。あるいは、分散させる相は、連続相に容易に混合や溶解しないキャリア液に溶解させたガスとする。供給ストリーム２０５をガスと反応させたい場合には、分散させる相は、気泡、ガス粒子、蒸気滴、液滴、ミセル、あるいはその混合とする。供給ストリーム２０５は、分散させる相の中に触媒等の粒子状の固体成分を含んでいても良い。本願でいうガスと液体と固体を含む分散させる相は、粒子を含むものとする。場合によっては、供給ストリーム２０５は分散させる相が連続相の中にある、異種混合物とする。この異種混合物は、スラリーないしペースト等の高粘性の液体としても良い。本明細書でいう異種混合物は、分散させる相に油のストリームを含む連続相があるものとする。特定の理論によって限定するのではないが、異種混合物を含む供給ストリーム２０５は、高剪断装置２００に導入する前あるいは導入すると同時に、連続相と分散させる相とを有する。
【００４０】
高剪断装置２００に導入された供給ストリーム２０５は生成器２２０、２３０、２４０を通して送り出されて、生成物である分散液２１０が生成する。生成物である分散液２１０は、連続相全体にわたって均質に分布した分散相の粒子を含んでいる。各生成器において、ロータ２２２、２２３、２２４は、固定ステータ２２７、２２８、２２９に対して高速で回転する。ロータが回転すると、供給ストリーム２０５などの流体がロータ２２２の外面とステータ２２７の内面の間に押し込まれ、局所的に高剪断条件ができる。間隙２２５、２３５、２４５は、供給ストリーム２０５を処理する高剪断力を発生させる。ロータとステータの間の高剪断力によって、分散させる相の粒子が連続相の中で更に均質に分散させて生成物となる分散液２１０を生成する。また、高剪断力によって平均粒径が小さくなる。分布の狭い所望の粒径を得るため、高剪断装置２００の各生成器２２０、２３０、２４０のロータ・ステータの組み合わせは交換可能とする。理論によって限定するわけではないが、所望の分散と粒径を生成する目的でロータ・ステータの組み合わせを選択する。
【００４１】
生成物である分散液２１０は平均粒径を約１．５μｍ未満とし、場合によって、粒子は直径がサブミクロンサイズとする。場合により、平均粒径は約１．０μｍから約０．１μｍの範囲とする。あるいは、平均粒径は約４００ｎｍ（０．４μｍ）未満とし、非常に好ましくは約１００ｎｍ（０．１μｍ）未満とする。好ましくは、液滴は少なくともミクロンサイズとする。場合によっては、高剪断装置２００は、油の中にミクロンサイズの水蒸気の分散を生成できるように構成する。実施例によっては、生成器２２０、２３０、２４０は、粒子ないし液滴の平均サイズが直径で約１ミクロンから約５００ミクロンの範囲である水蒸気の分散を生成できるように構成する。実施例によっては、液滴の大きさを直径約５０ミクロンとする。液滴の大きさは、流体に加える剪断の量と上で述べたような生成器２２０、２３０、２４０の構造とによって制御することができる。
【００４２】
先端速度は、エネルギーを高剪断装置の内容物に伝達する１つ以上の回転部品の端部に対応する速さ（ｍ／秒）である。ある回転部品について、先端速度は単位時間当たりにロータの先端が進む円周上の距離であり、Ｖを先端速度、Ｄをメートルで表したロータの直径、ｎを１秒当たりの回転数で表すロータの回転速度とすると、概してＶ（ｍ／秒）＝π・Ｄ・ｎという式で定義できる。このように、先端速度はロータの直径と回転速度の関数となっている。実施例によっては、直径か回転速度を変更することで高剪断装置２００中の剪断速度を増加させることもできる。
【００４３】
コロイドミルに関しては、先端速度は通常２３ｍ／秒（４５００フィート／分）より大きいが、４０ｍ／秒（７９００フィート／分）より大きくしても良い。本開示でいう「高剪断」という用語は、１ｍ／秒（２００フィート／分）を超える先端速度を出すことが可能でかつ高剪断装置の内容物にエネルギーを加えるための機械駆動の外部の動力装置を必要とする、ロータ・ステータを備えたミルやミキサなどの機械的装置を指す。高剪断装置は、高い先端速度を、非常に小さい剪断間隙と組み合わせ、処理する材料に対して有意な摩擦を加える。従って、作動中先端のところに局所的に約１０００ＭＰａ（約１４５０００ｐｓｉ）から約１０５０ＭＰａ（約１５２３００ｐｓｉ）の範囲の圧力と高温が生じる。実施例によっては、この局所的な圧力は少なくとも約１０３４ＭＰａ（約１５００００ｐｓｉ）となる。局所的な圧力は、作動中における先端速度と流体の粘度とロータ・ステータの間隔によっても変わる。
【００４４】
剪断速度は、先端速度を剪断間隙の幅（ロータとステータの間の最小のすきま）で割ったものである。流体に入力されるエネルギー（ｋＷ／Ｌ／分）は、モータのエネルギー（ｋＷ）と流体出力（Ｌ／分）を測定することによって概算できる。実施例によっては、高剪断装置のエネルギー消費が１０００Ｗ／ｍ3よりも大きくなるようにする。実施例によっては、エネルギー消費が約３０００Ｗ／ｍ3から約７５００Ｗ／ｍ3の範囲内となるようにする。
【００４５】
高剪断装置２００は、大きな先端速度と非常に小さな剪断間隙とを組み合わせることで材料に対して剪断を行う。剪断の量は、概して流体の粘度と剪断間隙によって決まる。高剪断装置２００内で発生させる剪断速度は、２００００ｓ-1より大きくしても良い。実施例によっては、発生させる剪断速度は２００００ｓ-1から１０００００ｓ-1の範囲内とする。ＨＳＤ４０内で発生させる剪断速度は１０００００ｓ-1より大きくしても良い。実施例によっては、剪断速度は少なくとも５０００００ｓ-1とする。実施例によっては、剪断速度は少なくとも１００００００ｓ-1とする。実施例によっては、剪断速度は少なくとも１６０００００ｓ-1とする。実施例によっては、ＨＳＤ４０で発生させる剪断速度は２０，ｓ-1から１０００００ｓ-1の範囲内とする。例えば、ひとつの適用例として、ロータ先端速度を約４０ｍ／秒（７９００フィート／分）、剪断間隙幅を０．０２５４ｍｍ（０．００１インチ）として、１６０００００ｓ-1の剪断速度を生成する。また別の適用例として、ロータ先端速度を約２２．９ｍ／秒（４５００フィート／分）、剪断間隙幅を０．０２５４ｍｍ（０．００１インチ）として、９０１６００ｓ-1の剪断速度を生成する。
【００４６】
ロータは、ロータの直径と上述の所望の先端速度と釣り合った速度で回転するように設定する。理論によって限定するわけではないが、高剪断装置２００を組み込むことによって油の中に分散する蒸気が増加すると、輸送抵抗は減少する。あるいは、高剪断装置２００を高剪断コロイドミルとし、高剪断装置の回転する先端のところに瞬間的に発生する高い圧力と温度によって遊離基を生成することによって、下流と反応器内での反応を促進する働きをさせる。高剪断装置２００より下流での反応を促進させるには、場合によって単一のステージ又は分散チャンバを利用することもできる。またこれとは別に、下流での反応を促進させるための形態として、例えば少なくとも２つのステージを含む複数の装置をラインに直列に設けても良い。
【００４７】
いかなる高剪断装置２００を選択するかは、スループットの要件と出力分散液２１０中の粒子をどれほどの粒径としたいかとによって決まる。場合によって、高剪断装置２００は、ノースカロライナ州ウィルミントンのＩＫＡ（登録商標）ワークスインコーポレーテッドとマサチューセッツ州ウィルミントンのＡＰＶノースアメリカインコーポレーテッドのＤｉｓｐａｘＲｅａｃｔｏｒ（登録商標）とする。例えば、ＤＲ２０００／４型は、ベルトドライブ、４Ｍ生成器、ＰＴＦＥシーリングリング、供給口フランジ１インチのサニタリークランプ、排出口フランジ３／４インチのサニタリークランプ、馬力２ＨＰ、出力速度７９００ｒｐｍ、流量毎時約３００〜毎時約７００（生成器による）、先端速度９．４ｍ／秒〜約４１ｍ／秒超（約１８５０フィート／分から約８０７０フィート／分超）である。これに代えて、供給口・排出口の接続形態、馬力、先端速度、出力ｒｐｍ、流量の異なる任意のモデルを利用することも可能である。更なる場合において、高剪断装置２００は、生成物として分散液を生成するための高い剪断速度とスループットが得られるように構成された任意の装置とする。
【００４８】
特定の理論で限定したいわけではないが、高剪断装置内における高剪断混合の度合いは、物質の移動速度を増加させるのに十分であると考えられる。また、高剪断装置は遊離基の生成と反応を起こすことのできる非理想状態を局所的に生成している可能性がある。これは、ギブズ自由エネルギーでの予測に基づけば、それ以外の場合に起きるとは考えられない。その上、こうした反応は、低剪断の混合パラメータでは期待できない。高剪断装置内で局所的な非理想状態が生じると温度と圧力の上昇が引き起こされると考えられ、最も有意なのは局所的な圧力上昇のほうであると考えられる。高剪断装置内の圧力と温度の上昇は、瞬間的かつ局所的である。場合によっては、上昇した温度と圧力は高剪断装置から出てしまえばシステムのバルク（平均）状態に戻る。場合によっては、高剪断混合装置は、１種以上の反応物を遊離基に解離するのに十分な強さのキャビテーションを誘発し、これによって化学反応が強化されるか、あるいはそれ以外の場合に必要となる条件よりも緩い条件で反応が起きるようになる可能性がある。またキャビテーションが生ずれば、局所的に乱流と液体微小循環（音響流）が生成することにより輸送過程の速度が増加する可能性がある。化学／物理処理用途におけるキャビテーション現象の応用についての概要は、Ｇｏｇａｔｅらによる"Cavitation: A technology on the horizon", Current Science 91 (No.1): 35-46 (2006)から得られる。油とガスの高剪断処理に関していえば、高剪断作用によると、油分子にガス分子を組み込んで内部不活性ブランケットを形成することで、生成した分散液についての安定化効果を生み出すことが可能である。
【００４９】
油の高剪断処理
図２Ａに例示する実施例では、高剪断装置（ＨＳＤ）内で油とガスを混合し、油・ガスの分散液／溶液を生成する。実施例によっては、この油・ガス分散液／溶液が図５Ａ〜図５Ｃに示すように直径約５０μｍ未満の気泡を含んだものとなるようにする。また実施例によっては、油・ガスの分散液／溶液は、図５Ａ〜図５Ｃに示すように直径約２０μｍ未満の気泡を含むようにする。また実施例によっては、油・ガスの分散液／溶液が図５Ａ〜図５Ｃに示すように直径約１０μｍ未満の気泡を含むようにする。また実施例によっては、油・ガスの分散液／溶液が図５Ａ〜図５Ｃに示すように直径約５μｍ未満の気泡を含む。実施例によっては、油・ガスの分散液／溶液が図５Ａ〜図５Ｃに示すように直径約２μｍ未満の気泡を含むようにする。種々の実施例で、油・ガスの分散液／溶液はガスのナノバブルを含むようにする。本明細書で用いている「ナノバブル」とは、直径がサブナノメートルから１０００ナノメートルの範囲である気泡を指す。実施例によっては、剪断装置で気泡の平均サイズが直径約５μｍ未満であるような分散液／溶液を生成する。実施例によっては、生成される分散液／溶液中の気泡の直径がサブミクロンとなるようにする。実施例によっては、気泡の平均サイズは直径で約０．１μｍから約５μｍとなるようにする。実施例によっては、剪断装置で気泡の平均サイズが直径４００ｎｍ未満であるような分散液／溶液を生成する。実施例によっては、剪断装置で気泡の平均サイズが直径１００ｎｍ未満であるような分散液／溶液を生成する。
【００５０】
図２Ｂを参照すると、油５とガス８が剪断装置４０に（図１では供給口２０５のところに）導入される。ガスは油の中でナノバブルとなって分散する。実施例によっては、ポンプ１０を設けて剪断装置４０に対する油の流量を制御する。このポンプ１０は連続運転と半連続運転のいずれかのために用い、適当なポンプ装置であればいかなるものでも良い。実施例によっては、ポンプを使用して剪断装置４０（図２Ｂには図示せず）に入っていくガスの流量を制御する。場合によっては、ＨＳＤ４０に導入する前に油５とガス８を混合する。別の場合として、油５とガス８をＨＳＤ４０（図２Ｂには図示せず）にそのまま導入する。
【００５１】
実施例によっては、ＨＳＤ４０で生成した分散液／溶液を受け取るために、図２Ｂに示すように高剪断システム（ＨＳＳ）に保存容器５０を設ける。容器５０から分散液／溶液を抽出するためにポンプ４５を利用し分散液／溶液の流量を制御できるように構成する。ポンプ４５やポンプ１０は連続運転と半連続運転のいずれかを行うために用いるものであり、ＨＳＤ４０を通ってＨＳＳ全体にわたるように流れを制御できるよう、約２０２．６５ｋＰａ（２気圧）を超える圧力、好ましくは約３０３．９７５ｋＰａ（３気圧）を超える圧力を発生させることのできる適当なポンプ装置であればいかなるものでもよい。好ましくは、ポンプの接触部分はすべてステンレス鋼、例えば３１６ステンレス鋼とする。図２Ｂに例示するＨＳＳには、ポンプ１０とポンプ４５に加え、追加のポンプ（図示せず）を１つ以上設けてもよい。例えば、圧力を高めるために、ＨＳＤ４０と容器５０との間にブースタポンプ（ポンプ４５に同様のものでもよい）を設けることもできる。別の例として、追加のガス又は油をＨＳＤ４０に導入するため、補助的な供給ポンプ（ポンプ１０と類似してもよい）を設けることもできる。ローパー・ポンプ社（Roper Pump Company、ジョージア州コマース）のＲｏｐｅｒＴｙｐｅ１のギアポンプや、デイトン・エレクトリック社（Dayton Electric Co、イリノイ州ナイルズ）のDayton Pressure Booster Pump 2P372E型は、図２Ｂに示したＨＳＳに用いることのできるものの例である。
【００５２】
さまざまな実施例で、ＨＳＳの中に温度制御システム３０を設けてもよい。この温度制御システムは、油が液体状態になるとともにガスが油に取り込まれるのに十分な溶解度となる温度になるよう、ＨＳＤ４０または貯蔵容器５０あるいはその両方の温度を制御するように構成し、ガスと油の混合が確実にそのような温度で行われて安定化効果が起きるようにする。場合によっては、温度制御システムは熱交換器を備えたものとする。油供給ストリーム５は、当業者に周知のいかなる方法を使用して加熱あるいは冷却することができる。油供給ストリーム５の温度を変えるには、外部の加熱／冷却用熱伝達装置を使用することも想定できる。こうした熱交換器のいくつかの例としては、当技術分野で周知のとおり、シェル、チューブ、プレート、コイルの熱交換器がある。
【００５３】
実施例によっては、ＨＳＤ４０は、分散液／溶液を生成するための複数の高剪断生成器を備えたものとする。ＨＳＤ４０は少なくとも、ロータとステータを組み合わせたものを直列に３個並べて構成した３段の高剪断分散装置を備えたものとする。例えば、ＩＫＡ（登録商標）ＤＲ２０００／４型の分散機は、ＨＳＤ４０として油の中にガスを含んだ分散液／溶液を作り出す目的で使用できる。ロータ・ステータの組は、例えば図１に例示したように構成できる。ＨＳＤ４０のロータは、ロータの直径と望ましい先端速度に釣り合う速度で回転するように設定できる。上述のように、高剪断装置（例えば、コロイドミルあるいは歯付ロータ）は、ステータとロータとの間の間隙が固定されているか、あるいは調整可能となっている。ロータ・ステータの間隙を小さくするかロータの回転速度を大きくすることによってＨＳＤ４０内のロータ・ステータの箇所での混合と剪断の効果は増加し、その逆も同じである。ＨＳＤ４０は、先端速度が少なくとも４５００フィート／分（７９００フィート／分（４０ｍ／秒）を超えることもある）で、少なくとも３００Ｌ／時の送出を行う。高剪断混合によって、油を含む連続液相の中にミクロンサイズあるいはサブミクロンサイズの気泡を含む分散液／溶液を得ることができる。また、ＨＳＤ４０の部品や作動条件は、ロータ・ステータ間で所望の剪断効果を達成するために構成・動作可能ないかなるものとしても良い。
【００５４】
ＨＳＤ４０におけるステージのロータとステータは、第１ステージのロータ歯とステータ歯をそれぞれ周上で間隔を置いて配置することができる。形態によっては、ロータ・ステータの間隙はステージを進むにつれて段階的に減少させていく。あるいは、ロータ・ステータの間隙は、全ステージにわたり一定であるように設定する。更に、ＨＳＤ４０には熱交換器を設けても良い。非限定的な例として、このＨＳＤ４０の熱交換器には、装置の熱伝導性部分と接触するように熱交換流体を流すための導管を設ける。さらに具体的には、ＨＳＤ４０にＰＴＦＥ製のシール材を設け、これを当技術分野で知られているいずれかの適切な技術を使用して冷却することもできる。
【００５５】
ＨＳＤ４０は、ＨＳＤ供給ストリームがロータ・ステータステージを通って流れ分散液／溶液が生成するように構成する。場合によっては、ＨＳＤ供給ストリームは、第１ステージのロータ・ステータの組み合わせに流れ込み、第１ステージの混合と剪断を受ける。第１ステージを出た粗い分散液／溶液は第２ステージのロータ・ステータに流れ込み、増加した混合と剪断を受ける。気泡サイズが更に減少あるいは中程度となって第２ステージから出てきた分散液／溶液は、第３ステージのロータ・ステータの組み合わせに流入する。第３ステージのロータ・ステータは、相対的に最も高い混合・剪断効果を発揮できるよう構成される。このように構成すると、ＨＳＤ４０によって各ステージで混合・剪断効果が連続的に上昇する。あるいは、剪断速度は流れの方向に沿って実質一定となるよう、各ステージ内の剪断速度を実質一定とする。別の形態としては、第１ステージのロータ・ステータの剪断速度をその後のステージの剪断速度よりも大きくする。
【００５６】
ＨＳＤ供給ストリームはＨＳＤ内で高剪断状態にさらされる。ＨＳＤ供給ストリームのガスストリーム８と油ストリーム５はＨＳＤ４０内で混合され、この働きによってガスの油への微細な分散液／溶液を作り出す。ＨＳＤ４０は高剪断条件でガスと油を密に混合する働きをする。ＨＳＤ４０内ではガスと油が高度に分散して、油の中にガスのナノサイズの気泡やサブミクロンサイズの気泡やマイクロバブルが生成する。こうして生じる分散液／溶液は、気泡の平均径が約１．５μｍ未満となる。このように、ＨＳＤ４０から出てくる分散液／溶液は、ミクロンサイズやサブミクロンサイズの気泡を含んでいる。実施例によっては、得られる分散液／溶液は、気泡の平均径が１μｍ未満となるようにする。実施例によっては、気泡の平均径が約０．４μｍから約１．５μｍの範囲内とする。実施例によっては、平均気泡サイズは約４００ｎｍ未満とし、場合によっては約１００ｎｍとしても良い。気泡の径は局所的な圧力と温度に依存するが、理想気体の法則によって推定することもできる。実施例によっては、分散液／溶液は、大気圧で少なくとも約１５分間、分散した状態に留まることが可能である。
【００５７】
理論によって限定したいわけではないが、ガスは油分子の中に組み込んだり埋め込んだりすることで油を過飽和させることもできる。言い換えれば、油へのガスの溶解度は高剪断作用によって増加する。油分子の例を図３に示す。図３の分子３００は、トリステアリン（１，３−ジ（オクタデカノイルオキシ）プロパン−２−イルオクタデカノエート、トリステアリン、トリオクタデカノイン、グリセロールトリステアレート、グリセリルトリステアレート）であり、脂肪に由来するトリグリセリド（ステアリン酸のグリセリルエステル）である。分子３００には骨格３０１と分枝３０２と空きポート３０３がある。更には、分子３００は軸Ｙまたは軸Ｚを中心として自由に回転可能である。ガス分子は、特に高剪断作用を受けると、空きポート３０３のところで油分子（３００）に引っ掛かる。油分子と、ガス分子との間にこうした組み込みが形成されると安定化効果が促され、油の酸化を防止できたり遅延できたりする。
【００５８】
実施例によっては、高剪断装置に通す前に油を真空中で脱ガスし、油の中に溶解している空気を除去する。実施例によっては、高剪断装置に通す前に油を加熱あるいは冷却する。場合によっては、油を、例えばその油の凝固点直上の温度まで加熱あるいは冷却する。場合によっては、油を加熱して流れやすくしたり可溶化したりする。
【００５９】
ガスを油と混合する温度は、油の融点と、ガス溶解度と温度の関係とに依存する。植物油はほとんどが周囲の温度で液体であり、ガスは温度が下がるにつれて溶解度が高くなる傾向があるため、多くの場合、高剪断工程は室温・周囲温度以下の温度で行う。上で述べたように、植物性脂肪も同じように処理できる。処理温度は、処理対象とする植物性脂肪の特性によって変えてもよい。一般的に言えば、植物油／脂肪が液体状態でありかつガスの溶解度が高剪断混合にとって十分となるような温度でそれらを処理する。
【００６０】
実施例によっては、油とガスの高剪断混合は触媒が存在する状態で行われる。場合によっては、この触媒は銅クロマイト触媒とする。場合によっては、この触媒は活性炭とする。触媒の使用は、どんな過程ないし反応を望むかによる。実施例によっては、油は、アルキル化、酸化、水素添加、脱水素化のいずれかを行う。このような反応はそれぞれ適切な触媒を用いて進行させるが、その触媒は当業者に周知である。処理温度はその工程を行う圧力における油の沸点以下とする。実施例によっては、油を飽和あるいは過飽和させるのに触媒は必要でない。
【００６１】
複数の高剪断混合装置
場合によっては、油に対するガスの安定化効果を更に強化するために２つ以上の高剪断装置を使用する。その動作は、バッチモードでも連続モードでも良い。場合によっては、高剪断処理システムは、複数の高剪断装置を配置する実装の利益を引き出せるよう構成と工程フローを変更する。
【００６２】
方法およびシステムの統合
実施例によっては、高剪断処理方法とシステムは、油を製造する既存の方法やシステムと統合することができる。
【００６３】
高剪断下でガスを油と混合する過程は、既存の精油又は精製後工程のいずれの時点でも適用できる。場合によっては、油が精製された後（一般にＲ油と呼ばれる）とする。また場合によっては、油が脱色された後（一般にＲＢ油と呼ばれる）とする。また場合によっては、油が脱臭された後（一般にＲＢＤ油と呼ばれる）とする。また別の場合としては、油に水素添加を施した後とする。また別の場合としては、水素添加処理と内部不活性ブランケット処理を行うため、ガスとともに水素を用いる。場合によっては、高剪断装置に蒸気ストリッピングを組み合わせて使用することで蒸気が油全体に分散するのを促し、ストリッピングと吸収酸素の除去を強化して、不飽和油を更に安定させる。
【００６４】
大豆油の処理は、大部分の植物油によって使用されるものの特色を示す。圧搾作業を行ったばかりの粗油は、まず、苛性ソーダと混合される。鹸化によりトリグリセリドは石鹸に変わる。この石鹸は遠心分離機により除去される。中和乾燥ソープストック（ＮＤＳＳ）は通常、動物用飼料として使用される。残った油は、完全真空に近い状態で加熱することによって脱臭され、水蒸気が送り込まれる。具体的に言えば、油は真空状態で発煙点近くまで加熱され、油の底に水が導入される。この水は直ちに蒸気に変わり、気泡となってあらゆる水溶性の化学物質を運びながら油の中を通っていく。この水蒸気導入によって、油に望ましくない風味や匂いを与える不純物が除去される。凝縮物は更に処理されてビタミンＥ栄養補助食品となる一方、油は製造業者や消費者に販売することができる。
【００６５】
場合によっては、油の一部は更に処理される。油を凝固点付近で注意深く濾過することにより「ウィンターオイル（winter oil）」が精製される。この油からサラダドレッシングを作ることもできる。その他の場合としては、油は部分的に水素添加して種々の成分油を生成する。軽度に水素添加した油は正規の大豆油と物理的特性が良く似ているが、酸敗ないし酸化することに対する耐性は大豆油よりも高い。軽度に水素添加した油は本明細書に記載したような高剪断工程を通る、酸敗・酸化に対する耐性を強化するために、ことができる。植物油から製造する揚げ油については、油（例えば大豆油）の多価不飽和を酸敗から防ぐのにかなりの水素添加が必要である。水素添加植物油は、同程度に飽和した他の油と２つの重大な形で異なる。水素添加中、水素はトリグリセリドの端にある脂肪酸と接触するのは容易であるが、中央の脂肪酸と接触するのは容易でない。トランス脂肪酸（トランス脂肪と呼ばれることが多い）は水素添加の過程で生成し、部分的水素添加油の４０重量％にまで達することがある。トランス脂肪酸（トランス脂肪）は、健康に良くないと考えられるようになっている。本明細書に記載したような高剪断工程は、安定性の高い油や、酸敗・酸化に対する耐性の強い油を製造する必要がある際に特に有用である。場合によっては、本明細書に記載したような高剪断工程に通す油は、同じ程度に水素添加して油の中に含まれるトランス脂肪の量を減らす必要はない。
【００６６】
実施例によっては、製油システムには、脱ガムユニットと中和ユニットと脱色ユニットと脱臭ユニットとを設ける。また、高剪断工程は、油溶性不純物を除去する何らかの既知の工程と組み合わせても良い。従来の方法は、精製、脱色、脱臭の各ステップを含む。苛性精製工程は、植物油の脱ガム、精製、脱色、脱臭の各過程を含む。物理精製工程は、植物油の脱ガム、脱色、脱臭（蒸気精製）の各過程を含む。高剪断処理を行う方法又はシステムは、植物油の製造に利用される１つ以上の工程又はユニットと組み合わせてもよい。高剪断過程は、植物油の製造工程において搾油工程より後のいずれの時点にも適用することができる。場合によっては、油を脱臭した後とする。別の場合として、油を水素添加した後とする。油を製造するための方法とシステム（システムの各種構成要素）は、当技術分野で周知である。
【００６７】
実施例によっては、油とガスの高剪断処理を既存の精製工程あるいは精製後の工程で２回以上行う。例えば、精製と脱色の間に高剪断処理を行い、油の脱臭後にも高剪断処理を行う。当業者であれば、上記の開示内容を考慮して、高剪断工程・システムを既存の製油工程・システムと統合するための多くの形態を考案することができるであろう。したがって、そのような形態はすべて本開示内容の範囲内にあるものとする。
【００６８】
利点
各種実施例では、高剪断工程によって、油の安定性が増加し、酸化を遅延あるいは防止し、油に含まれるオメガ３脂肪酸などの貴重な化合物を保護する。
【００６９】
安定性の改善
全ての油脂は酸化する傾向がある。酸化の速度は、不飽和度と、酸化防止剤の存在と、それまでの貯蔵状態とによって決まる。油安定指数（Oil Stability Index／ＯＳＩ）は、油脂試料の酸化に対する相対的な耐性を判定するための、アメリカ油化学会（ＡＯＣＳ）が認可した方法である。これは過酸化物価の測定に基づいて油脂の誘導時間を判定していた旧式のＡＯＭ（活性酸素法）に代わるものである。
【００７０】
ＯＳＩ分析では、酸化に対するあらゆる耐性を克服できるまでは酸化速度が遅い。この時間は酸化誘導期として知られている。この誘導期の後は、酸化速度が劇的に上昇する。過酸化物価分析や遊離脂肪酸分析によれば、特定の時点における油の質の良し悪しについての見解が得られるが、ＯＳＩ分析によれば予測値が得られる。ＯＳＩは種々の油を比較してそれぞれの保管期限を予測するために使用できる。またＯＳＩ分析は、酸化防止剤の有効性を評価したり、あるいは揚げ油が悪くなるまでどれくらい長く使用できるかを判定したりするためにも使用できる。
【００７１】
ＯＳＩ法は一般的に全ての油脂に適用できる。分析対象とされる最も一般的な油は、精製された植物油（すなわち大豆油、パーム油、ピーナッツ油、ヒマワリ油、コーン油、ヤシ油、キャノーラ油）である。ＯＳＩ時間は２時間未満から１００時間を超えることもある。
【００７２】
ＲＢＤ大豆油（サラダ油）は、窒素と二酸化炭素とともに高剪断処理する（１回のみ）。不飽和油のＯＳＩは１１０℃で５時間であるが、窒素処理した油のＯＳＩは１１０℃で５．９５時間、二酸化炭素処理した油のＯＳＩは１１０℃で６．８５時間である。未処理の油のＡＯＭは１０〜１２時間であるが、窒素処理した油のＡＯＭは１３．９３時間、二酸化炭素処理した油のＡＯＭは１６．１１時間である。
【００７３】
本発明の好ましい実施例を示され説明したが、当業者は、本発明の趣旨と教示内容から逸脱することなくその修正を行うことができる。本明細書に記載した実施例は例にすぎず、これに限定する意図はない。本明細書に開示した本発明の多くの適用例と変更例は、可能であり、本発明の範囲内である。数値による範囲又は限定が明示して述べられている場合、そのような明示した範囲又は限定は、明示して述べた範囲又は限定に含まれる、同じ大きさの範囲又は限定を繰り返し含むものと理解すべきである。請求項の要素について用いている用語「任意に」の使用は、対象の要素が、必要である、あるいは必要でないことを意味する意図がある。両方の代替物は、請求項の範囲内にあることが意図される。「備える」「含む」「有する」等のような広い用語を使用している部分は、「からなる」「実質〜からなる」「実質〜から構成される」等のような狭い用語の根拠となると理解すべきである。
【００７４】
従って、保護範囲は以上に記載した説明ではなく以下に続く特許請求の範囲のみによって定め、その範囲は特許請求の対象の全ての均等物を含むものとする。各請求項は本発明の実施例として明細書に援用する。従って、特許請求の範囲は更なる説明とし、本発明の好ましい実施例として加える。参考文献の内容を含めたり考察したりしているのは、特にそれが本出願の優先日より遅い日に公開された参考文献である場合でも、その文献が本発明に対する先行技術であると認めているわけではない。本明細書に引用した全ての特許、特許出願、刊行物の開示する内容は、背景的な知識や、あるいは具体例となる事項、手順的な事項など本明細書に示したものの補足となる詳細を得る範囲で本明細書に参照援用する。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３】
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【図４】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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【国際調査報告】
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