СПОСОБ РАЗДЕЛЕНИЯ ВЕЩЕСТВ, ВХОДЯЩИХ В СОСТАВ СУХИХ ПИЩЕВЫХ ПРОДУКТОВ И КОРМОВ, С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ТРИБОЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКОГО СЕПАРАТОРНОГО УСТРОЙСТВА
METHOD FOR SEPARATION OF SUBSTANCES INCLUDED IN DRY FOOD PRODUCTS AND FEEDS, USING TRIBOELECTROSTATIC SEPARATOR DEVICE

ПЕРЕКРЕСТНАЯ ССЫЛКА НА РОДСТВЕННЫЕ ЗАЯВКИ
Настоящая заявка испрашивает приоритет на основании предварительной заявки на патент США № 62/551008, поданной 28 августа 2017 года, и предварительной заявки на патент США № 62/612804, поданной 2 января 2018 года, имеющих название "СПОСОБ РАЗДЕЛЕНИЯ ВЕЩЕСТВ, ВХОДЯЩИХ В СОСТАВ СУХИХ ПИЩЕВЫХ ПРОДУКТОВ И КОРМОВ, С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ТРИБОЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКОГО СЕПАРАТОРНОГО УСТРОЙСТВА", причем полное описание каждой из них настоящим включено в данный документ посредством ссылки во всей своей полноте во всех отношениях.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
ОБЛАСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Настоящее изобретение относится к способу повышения ценности веществ, входящих в состав сухих, гранулированных пищевых продуктов и кормов для животных, с использованием метода трибоэлектростатической сепарации для разделения компонентов пищи человека и кормов для животных на основе трибоэлектрической зарядки частиц.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Многие ингредиенты, используемые для получения пищевых продуктов человека и кормов для животных, представляют собой растительные вещества, состоящие из сухих смесей, в состав которых входят, в основном, белки, крахмалы, сахара, волокна, жиры и масла. Природные растительные культуры собирают, очищают, сушат, кондиционируют, измельчают и очищают, как требуется для их конечного применения в качестве ингредиентов продуктов питания человека и кормов для животных. Процесс очистки обычно состоит из сухого физического разделения на основе размера и/или плотности частиц, или из мокрых процессов, в которых используются дополнительные химические вещества, щелочная вода, кислая вода или другие растворители, необходимые для очистки представляющего интерес компонента и получения побочных продуктов, которые используются в качестве ингредиентов с более низкой стоимостью.
Одной из основных категорий сухих растительных ингредиентов пищевых продуктов и кормов являются зерновые, которые включают пшеницу, ячмень, овес, рис, рожь, кукурузу, просо, сорго, лебеду и кус-кус. Зерновые культуры обычно содержат относительно высокий уровень крахмала и относительно низкий уровень белка, клетчатки и масла. Сухая обработка зерновых культур обычно состоит из физического разделения по размеру частиц после измельчения. Из более волокнистых внешних тканей зерна образуются более крупные частицы, чем из обогащенной крахмалом фракции эндосперма после измельчения. Это позволяет осуществлять прямое разделение с использованием сит или методов распределения с получением продукта из отрубей, обогащенного клетчаткой, и продукта из муки, обогащенного крахмалом.
Второй основной категорией сухих растительных ингредиентов пищевых продуктов и кормов являются зернобобовые (или бобовые), которые включают горох, фасоль лима, обыкновенные бобы, бобы люпина и бобы гарбанзо. Бобовые обычно содержат более низкие уровни крахмала и сахара и более высокие уровни белка, чем зерновые. Содержание масла в бобовых варьирует среди разных культур, но обычно оно выше, чем у зерновых. Бобовые желательно использовать в качестве ингредиентов продуктов питания для людей и животных вследствие более высокого содержания белка. В пищевой промышленности проводятся интенсивные исследования по разработке модифицированных бобовых продуктов с повышенным содержанием белка для применения в качестве заменителей традиционно используемых зерновых культур.
Третьей основной категорией сухих растительных ингредиентов пищевых продуктов и кормов являются семена масличных культур и пищевые продукты, полученные после удаления масла из исходной масличной культуры. Примерами масличных культур являются соя, канола (или рапс), подсолнечник, горчица, кунжут, льняное семя, сафлор, кукурузные зародыши и арахис. Семена масличных культур характеризуются высоким содержанием масла, низким содержанием крахмала/сахара и умеренным уровнем белка и клетчатки. Муку, полученную в качестве побочного продукта после удаления масла из исходной масличной культуры, используют в качестве ингредиента продуктов питания для животных (и, возможно, человека). Перерабатывающая промышленность затрачивает значительные усилия для усовершенствования способов повышения содержания белка в муке, полученной в качестве побочного продукта из разных масличных культур.
Другим распространенным источником ингредиентов кормов для животных являются побочные продукты промышленности, связанной с первичной переработкой скота и производством технических жиров и кормовых продуктов из непищевого животного сырья, такие как рыбная мука, костная мука и мясокостная мука (MBM). Эти побочные продукты представляют собой костную смесь, которая состоит из неорганических минералов, таких как фосфат кальция, белков, таких как коллаген, и обогащенных белком частиц из остаточных мягких тканей. Композицию можно упростить, моделируя ее как смесь белков, костей (измеряемых путем сжигания), воды, жиров и масел. Корма для животных с высоким содержанием белка можно использовать в качестве корма для сельскохозяйственных животных и домашних животных. В некоторых частях света озабоченность по поводу губчатой энцефалопатии крупного рогатого скота (BSE) ограничивает применение мясокостной муки в качестве корма для крупного рогатого скота, однако этот продукт можно использовать для кормления других животных. Пищевые продукты с низким содержанием белка можно использовать в качестве сырья при производстве желатина, если соблюдаются жесткие требования к составу, плотности и размеру частиц. Пищевые продукты с низким содержанием белка также можно использовать в качестве органических удобрений. Животную муку, которая не соответствует требованиям высокого содержания белка для получения кормов для животных, или характеристикам, необходимым для производства желатина или удобрений, как правило, либо захоранивают, либо сжигают. Салотопщики разделяют сырье так, чтобы максимизировать получение побочных продуктов с высоким содержанием белка (с низким содержанием золы) и с низким содержанием белка (с высоким содержанием золы), чтобы максимально увеличить общую стоимость. В тех случаях, когда салотопщик не может должным образом разделить сырье, желательно использовать процесс, в котором муку подвергают сухому фракционированию с получением фракций с высоким и низким содержанием золы.
Производители пищевых ингредиентов и широкая общественность заинтересованы в улучшенных пищевых ингредиентах, характеризующихся, например, более высоким содержанием белка, пониженным содержанием глютена, более высоким содержанием растворимых волокон и т.д., которые обеспечивают улучшение здоровья как людей, так и животных. Однако технологические процессы, необходимые для производства этих улучшенных ингредиентов, не должны увеличивать риски для здоровья, как реальные, так и предполагаемые. По этой причине предпочтительными являются процессы физического разделения, в которых не используются растворители или синтетические химические вещества.
Другое преимущество процессов сухого физического разделения по сравнению с процессами мокрого разделения заключается в том, что улучшается функциональность белка как пищевого ингредиента, поскольку процессы сухого разделения не требуют смачивания водой или растворителями и сушки.
Исторически сухое разделение, используемое для получения пищевых продуктов и кормов, включает в себя процессы, основанные на разнице в размерах и плотности, такие как сортировка или воздушная сепарация. Указанные способы разделения можно использовать только в тех случаях, когда представляющие интерес компоненты значительно различаются между собой по размеру частиц и/или плотности. Например, способы разделения по размеру не используют для отделения пшеничного глютена от пшеничного крахмала, где оба компонента имеют частицы одинакового размера.
Процессы электростатической сепарации составляют новый подход к разделению сухих пищевых ингредиентов. Электростатическую сепарацию используют в промышленных масштабах в течение последних 50 лет для обогащения полезных ископаемых и переработки отходов, но применение существующих методов электростатической сепарации для обработки пищевых и кормовых веществ еще не было продемонстрировано для коммерчески значимых режимов обработки.
Электростатическое обогащение позволяет проводить разделение на основе различий в химии поверхностей (рабочая функция), электропроводности или диэлектрических свойствах. Системы электростатической сепарации работают по сходным принципам. Все системы электростатической сепарации включают устройство для электрической зарядки частиц, генерируемое извне электрическое поле для разделения и способ транспортировки частиц внутрь устройства для разделения и из него. Электрическую зарядку можно проводить одним или несколькими способами, включающими в себя кондуктивную индукцияю, трибоэлектризацию (контактная электрификация) и ионную зарядку или зарядку коронным разрядом. В системах электростатической сепарации используют по меньшей мере один из указанных способов зарядки.
Системы электростатического разделения на вращающемся барабане используют в разных отраслях промышленности и способах применения в тех случаях, если электропроводность одного компонента превышает электропроводность другого компонента. Существует множество вариантов и геометрических решений используемых для проводящих барабанных систем, однако в целом они работают по схожим принципам. Поступающие частицы рассеиваются на заземленном вращающемся барабане и затем заряжаются путем индукции или ионизирующего коронного разряда. Электропроводящие частицы отдают свой заряд на поверхность заземленного барабана. Вращение барабана приводит к тому, что проводящие частицы выбрасываются с поверхности барабана и оседают в первом бункере для сбора продукта. Непроводящие частицы сохраняют свой электрический заряд и прикрепляются к поверхности барабана. В конечном счете электрический заряд непроводящих частиц рассеивается, или частицы стряхивают с барабана после вращения барабана, так чтобы непроводящие частицы оседали в бункере для непроводящих частиц. В некоторых случаях между бункерами для проводящих и непроводящих частиц помещают промежуточный бункер. Эффективность сепарационного устройства данного типа ограничивается частицами, которые являются относительно крупными и/или имеют высокую удельную массу, вследствие необходимости контакта всех частиц с поверхностью барабана. Динамика потока частиц также важна, так как угловой момент в конечном итоге обуславливает транспортировку частиц с поверхности барабана в соответствующий бункер для сбора продукта. Мелкие частицы и частицы низкой плотности, на которые легко воздействуют воздушные потоки, с меньшей вероятностью выбрасываются из барабана по предсказуемой траектории.
Способ отделения волокон от семян масличных культур с использованием проводящего барабанного сепаратора описан в европейской патентной заявке EP1908355 A1. Приведены примеры удаления волокна из белка обезжиренного неочищенного рапса с размером частиц более 315 микрон. Результаты разделения зависят от оптимизации процесса сушки сырья, позволяющей достичь разницы в уровне влажности (и, следовательно, проводимости) волокон и ядер, подлежащих разделению. Это наблюдение относится ко всем проводящим барабанным устройствам, которые ограничиваются разделением, основанным, главным образом, на различиях в проводимости компонентов. Применение устройства электростатического разделения данного типа для пищевых продуктов и кормов ограничивается теми случаями, когда электропроводимость компонентов смеси значительно различается.
Сепаратор с проводящей лентой представляет собой вариант описанного выше вращающегося сепаратора. Частицы сырья равномерно распределяют по ширине заземленной конвейерной ленты. Частицы также заряжают либо индукцией, либо бомбардировкой ионами. Опять же, проводящие частицы отдают свой электрический заряд заземленной конвейерной ленте, в то время как непроводящие частицы сохраняют свой заряд. Проводящие частицы падают с края ремня под действием силы тяжести, тогда как заряженные непроводящие частицы "поднимаются" с поверхности ремня под действием электростатических сил. Опять же, чтобы разделение было эффективным, каждая частица должна контактировать с поверхностью ремня, чтобы проводящие частицы могли отдавать свой заряд ремню. Следовательно, сепаратор может транспортировать только один слой частиц за один раз. По мере уменьшения размера частиц сырья производительность устройства уменьшается.
Способ отделения волокон от кукурузной муки с использованием проводящего ленточного сепаратора описан в заявке на патент США US20160143346 A1. Приведены примеры, когда волокно удаляют из неочищенной кукурузной муки с размером частиц более 704 микрон. Как и в случае примера с вращающимся барабаном, применение устройства данного типа ограничивается относительно крупным размером частиц и материалами, в которых компоненты смеси обладают разной электропроводностью.
Электростатические сепараторы с параллельными пластинами позволяют разделять частицы не по различиям в проводимости, а по различиям в химии поверхности, которая позволяет переносить электрический заряд посредством фрикционного контакта или трибо-зарядки. Частицы приобретают электрический заряд в результате энергичного контакта с другими частицами или с третьей поверхностью, такой как металл или пластик, с требуемыми трибозарядными свойствами. Материалы, которые являются электроотрицательными (расположены на отрицательном конце трибоэлектрического ряда), удаляют электроны с поверхности трибо-зарядки и, таким образом, приобретают суммарный отрицательный заряд. Напротив, материалы, которые находятся на положительном конце трибоэлектрического ряда, отдают электроны и заряжаются положительно. Заряженные частицы затем вводят в электрическое поле, создаваемое между двумя параллельными пластинчатыми электродами, посредством разных способов транспортировки (гравитационного, пневматического, вибрационного). В присутствии электрического поля заряженные частицы отклоняются, движутся в направлении противоположно заряженных электродов и собираются в бункерах для сбора соответствующих продуктов. В зависимости от конфигурации сепараторного устройства можно собрать среднюю фракцию, содержащую смесь частиц.
Способ обработки бобовых, зерновых, масличных культур и сухофруктов с использованием трибо-зарядного устройства и отдельного вертикального сепаратора с параллельными пластинами описан в заявке на патент США US 20150140185 A1. Приведены примеры отделения белка от крахмала и белка от крахмала и волокна для муки турецких бобов, муки из киноа и синтетической смеси соевой муки и кукурузного крахмала. Трибозарядку осуществляют на отдельной стадии путем приведения в контакт частиц сырья с поверхностью из PTFE, используя изготовленную на заказ "трибо-пушку" с внутренними каналами, покрытыми PTFE. После трибозарядки исходное вещество разделяют с помощью устройства с вертикальными пластинами, причем 40 мг каждого потока собирают, сушат и определяют содержание белка. Эксперименты, по всей видимости, проводят в лабораторном масштабе. Скорость подачи, используемую в эксперименте, не раскрывают.
Другой способ отделения волокна от белка для жмыхов масличных культур с использованием двухстадийного способа трибоэлектростатического разделения описан в заявке на патент США US20160310957 A1. В этом способе исходные частицы сначала обрабатывают на стадии трибо-зарядки псевдоожиженным воздухом с получением электростатических зарядов на движущихся частицах, после чего частицы разделяют с помощью электростатического сортировщика с вертикальными параллельными пластинами, где частицы падают, а пути отклоняются под действием электрического поля, индуцированного вертикальными параллельными пластинчатыми электродами. Прибор лабораторного масштаба с размерами электродов высотой 30 см и шириной 10 см. Отсутствует описание скорости подачи, используемой в устройстве. Вертикальные электроды включают в себя средства для механической очистки электродов, позволяющие удалять частицы, которые прилипают к электродам во время работы. Описан альтернативный способ очистки электрода, при котором полярность электрического поля периодически меняется на противоположную, что способствует удалению частиц, которые прилипают к электроду во время работы. Приведены примеры отделения белка от лигнина в жмыхе подсолнечника и жмыхе рапса, которые были размолоты до размера частиц менее 250 микрон, и один и два раза пропущены через сепаратор. Результаты показывают значительное увеличение содержания белка во фракции, полученной на одном из электродов, и уменьшение белка во фракции, полученной на противоположном электроде. Не описано, был ли собранный образец соскоблен с электрода или собран в приемник под устройством.
h
t
h
t
h
t
Пригодность электростатических сепараторов с вертикальными пластинами для высокопроизводительных промышленных применений ограничивается фундаментальной физикой, связанной с отклонением пути частиц, падающих через разделительную камеру. В конструкции сепаратора с вертикальными пластинами на частицы действуют как минимум три силы, поскольку они горизонтально отклоняются от действия электрического поля, перпендикулярного пути вертикально падающей отдельной частицы. Гравитационная сила перемещает частицу вниз пропорционально диаметру в кубе и прямо пропорционально плотности частиц, если частицы сферические. Электростатическая сила, действующая на сферическую частицу в электрическом поле, пропорциональна квадрату диаметра частицы и прямо пропорциональна напряженности электрического поля. Аэродинамическое сопротивление для сферической частицы пропорционально квадрату скорости частицы и диаметру частицы. С учетом этих сил для электрического поля обычной напряженности в сепараторе свободного падения с вертикальными пластинами и максимальной плотностью поверхностного заряда, которая может быть достигнута на поверхности частиц, можно показать, что отношение горизонтальной (отклоняющей) скорости (v) к вертикальной (конечная, скорость падения) скорости (v) будет значительно варьировать в зависимости от размера частиц. В одном примере отношение скоростей (v/v) будет варьировать от 0,4 для частиц размером 300 микрон до 8,0 для частиц размером 10 микрон. Можно показать, что оптимальное отношение высоты (H) к зазору между электродами (G) для сепаратора с вертикальными пластинами со свободным падением равно 2×v/v. Следовательно, оптимальные размеры для сепаратора свободного падения с вертикальными пластинами сильно зависят от размера подаваемых частиц. Разработчик-практик выбрал бы размеры, подходящие для оптимального разделения наиболее часто встречающихся частиц (режим распределения исходных частиц по размерам). Частицы, размер которых сильно превышает размер, указанный в режиме, не будут значительно отклоняться на выходе из сепаратора с вертикальными пластинами и будут собираться отдельно в потоке средней фракции, который подлежит повторному измельчению и возвращению в исходное сырье. Частицы, размер которых значительно меньше, чем размер, указанный в режиме, будут перемещаться к поверхности электрода в виде вертикальной пластины, то есть, они имеют тенденцию собираться на электродах и прилипать к ним. По этой причине невозможно разработать сепаратор с вертикальными пластинами, имеющий размеры, позволяющие эффективно разделять весь диапазон размеров частиц, получаемых при использовании стандартного промышленного измельчающего оборудования.
Другим фактором, который ограничивает эффективность сепараторов с вертикальными пластинами, является влияние зарядов, присутствующих на частицах, на эффективное электрическое поле в зоне сепарации. Данное явление известно как эффект пространственного заряда. Когда заряженные частицы появляются между электродными пластинами, заряды на частицах взаимодействуют с зарядами на электродных пластинах и уменьшают локальное электрическое поле. Величину этого эффекта можно оценить с помощью закона Гаусса, который гласит, что изменение электрического поля зависит от величины общего чистого заряда в контрольном объеме. По мере удаления от поверхности электрода электрическое поле уменьшается за счет наличия заряженных частиц между точкой и поверхностью электрода. Когда заряд в пространстве равен заряду на поверхности электрода, электрическое поле отсутствует, и, следовательно, отсутствует дополнительное разделение частиц в устройстве с вертикальными пластинами. Это обуславливает ограничение скорости подачи, присущее электростатическим сепараторам с вертикальными пластинами для электрического поля заданной напряженности и заданной ширины электрода.
Характеристика псевдоожижения порошков является одним из параметров, позволяющих определить поведение частиц порошка в трибо-электростатических сепараторах. В разделе 3.5, Pneumatic Conveying of Solids, Klinzig G.E. et al., второе издание, 1997 г., в общих чертах описаны вещества как "аэрируемые" или "способные к прилипанию". Способные к прилипанию частицы обычно представляют собой частицы с более мелким размером, более низкой удельной массой, несферической формой и более высокой поверхностной влажностью. Мелко измельченные заряженные частицы ведут себя как липкий порошок, который прилипает к внутренней поверхности любого обрабатывающего устройства, создавая слои, которые со временем могут накапливаться. Липкие порошки особенно хорошо прилипают к поверхности электродов, необходимых для создания электрического поля в электростатическом сепараторе. Накопление липких порошков на поверхности электродов нарушает приложенное электрическое поле и приводит к снижению эффективности разделения. Следовательно, чтобы обеспечить непрерывную работу сепараторов с вертикальными пластинами, необходимо использовать какой-либо механизм отскабливания или очистки электродов. Данный механизм сложно осуществить вследствие необходимости электрической изоляции при высоком напряжении. Кроме того, многие эксперименты с использованием настольных сепараторов с вертикальными пластинами проводят в периодическом режиме, когда образцы продукта собирают путем открытия камеры сепаратора после эксперимента и соскабливания вещества, собранного на электродах, для анализа. Полученные таким образом результаты не позволяют прогнозировать эффективность разделения при непрерывной работе.
Чтобы преодолеть некоторые недостатки электростатических сепараторов с вертикальными пластинами, правопреемником данной заявки был разработан трибоэлектрический ленточный сепаратор (TBS). На фиг.1 показана трибоэлектрическая система 10 ленточного сепаратора, такая как раскрытая в принадлежащих тем же авторам патентах США №№ 4839032 и 4874507, которые настоящим полностью включены в настоящее описание посредством ссылки для всех целей. Трибоэлектрические ленточные сепараторы (TBS) используют для разделения компонентов смесей частиц в минеральной и перерабатывающей промышленности. Один вариант осуществления системы 10 ленточного сепаратора включает параллельно расположенные электроды 12 и 14/16, расположенные в продольном направлении для определения продольной центральной линии 18, а ремень 20 перемещается в продольном направлении между разнесенными электродами параллельно продольной центральной линии. Ремень 20 образует непрерывную петлю, которая приводится в движение парой концевых роликов 22, 24. Смесь частиц загружают на ленту 20 в области подачи 26 между электродами 14 и 16. Ремень 20 включает в себя сегменты 28 и 30 бегущего противотока, движущиеся в противоположных направлениях, для транспортировки компонентов смеси частиц по длинам электродов 12 и 14/16. Единственной движущейся частью TBS является ремень 20. Пояс поэтому является критическим компонентом TBS. Ремень 20 движется с высокой скоростью, например, примерно до 20 м/с. Два поясных сегмента 28, 30 движутся в противоположных направлениях, параллельно центральной линии 18, и, таким образом, если они вступают в контакт, относительная скорость составляет примерно 40 м/с.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Аспекты настоящего изобретения направлены на процесс трибоэлектрического разделения и систему фракционирования исходной смеси, содержащей по меньшей мере два компонента из группы белков, крахмалов, растворимых и нерастворимых волокон. В частности, по меньшей мере один вариант осуществления способа включает в себя: подачу исходной смеси, содержащей по меньшей мере два компонента из группы белков, крахмалов, растворимых и нерастворимых волокон, в трибоэлектрический сепаратор; и одновременно зарядку и разделение исходной смеси по меньшей мере на две субфракции, одна из которых обогащена одним компонентом, выбранным из белка, крахмала и волокна, и имеет состав, отличный от пищевой смеси.
Варианты исходной смеси могут включать любые углеводы, такие как моно-, ди-, олиго- или полисахариды, другие сахара, микроэлементы, фитохимические вещества, витамины, микроэлементы и масла.
Варианты осуществления способа включают фракционирование исходной смеси с помощью трибо-электростатического ленточного сепаратора.
По меньшей мере, один вариант осуществления системы включает в себя трибоэлектрический сепаратор ленточного типа, содержащий первый электрод и второй электрод, расположенные на противоположных сторонах продольной осевой линии и сконфигурированные для создания электрического поля между первым и вторым электродами; по меньшей мере один первый ролик, расположенный на первом конце сепаратора, и по меньшей мере один второй ролик, расположенный на втором конце сепаратора; непрерывную ленту, расположенную между первым и вторым электродами и поддерживаемую по меньшей мере одним первым роликом и по меньшей мере одним вторым роликом; и зону разделения, определяемую непрерывной лентой и между ней.
Варианты осуществления способа и устройства можно использовать для отделения частиц белка от частиц волокон и крахмала, если исходная смесь характеризуется уровнем белка от 1 до 99%; уровнем крахмала от 1 до 99%; уровнем волокон от 1 до 99%; содержанием масла менее 20%, и содержанием влаги менее 30%.
Предлагается по меньшей мере один вариант осуществления способа и устройства, где уровень белка в одной из субфракций повышается и может находиться в диапазоне от 4% до 90%.
Предлагается по меньшей мере один вариант осуществления способа и устройства, где уровень белка в одной из субфракций повышается и может находиться в диапазоне от 25% до 46,5%.
Предлагается по меньшей мере один вариант осуществления способа и устройства, где уровень белка в одной из субфракций повышается и может находиться в диапазоне от 4% до 51%.
Предлагается по меньшей мере один вариант осуществления способа и устройства, где уровень крахмала в одной из субфракций повышается и может находиться в диапазоне от 36% до 88%.
Предлагается по меньшей мере один вариант осуществления способа и устройства, где уровень волокон в одной из субфракций повышается и может находиться в диапазоне от 27 до 51%.
Предлагается по меньшей мере один вариант осуществления способа и устройства, где уровень волокон в одной из субфракций повышается так, что его относительное изменение составляет по меньшей мере 5%.
Предлагается по меньшей мере один вариант осуществления способа и устройства, где уровень крахмала в одной из субфракций повышается так, что его относительное изменение составляет по меньшей мере 5%.
Предлагается по меньшей мере один вариант осуществления способа и устройства, где размер частиц может находиться в диапазоне от 12 до 400 мкм.
Предлагается по меньшей мере один вариант осуществления способа и устройства, где процентное содержание влаги может составлять от 5 до 8%.
Предлагается по меньшей мере один вариант осуществления способа и устройства, где процентное содержание масла может составлять от 0,7 до 4,7%.
Предлагается по меньшей мере один вариант осуществления способа и устройства, где скорость обработки исходной смеси может находиться в диапазоне от 1000 до 17000 кг в час на метр ширины электрода.
Предлагается по меньшей мере один вариант осуществления способа и устройства, где скорость ленты может находиться в диапазоне от 10 до 70 футов в секунду.
Предлагается по меньшей мере один вариант осуществления способа и устройства, где напряженность электрического поля может находиться в диапазоне от 120 до 4000 кВ/м.
Предлагается по меньшей мере один вариант осуществления способа и устройства, где частицы крахмала отделяют от частиц волокон и белка, если исходная смесь характеризуется уровнем крахмала от 1 до 99%; уровнем белка от 1 до 99%; уровнем волокон от 1 до 99%; содержанием масла менее 20%, и содержанием влаги менее 30%.
Предлагается по меньшей мере один вариант осуществления способа и устройства, где уровень крахмала в одной из субфракций повышается так, что его относительное изменение составляет по меньшей мере 5%.
Предлагается по меньшей мере один вариант осуществления способа и устройства, где уровень волокон в одной из субфракций повышается так, что его относительное изменение составляет по меньшей мере 5%.
Предлагается по меньшей мере один вариант осуществления способа и устройства, где уровень белка в одной из субфракций повышается так, что его относительное изменение составляет по меньшей мере 5%.
Предлагается по меньшей мере один вариант осуществления способа и устройства, где уровень крахмала в одной из субфракций повышается и может находиться в диапазоне от 36% до 88%.
Предлагается по меньшей мере один вариант осуществления способа и устройства, где уровень крахмала в одной из субфракций повышается до значений в диапазоне от 16 до 45%.
Предлагается по меньшей мере один вариант осуществления способа и устройства, где размер частиц может находиться в диапазоне от 12 до 92 мкм.
Предлагается по меньшей мере один вариант осуществления способа и устройства, где размер частиц может находиться в диапазоне от 600 до 1700 мкм.
Предлагается по меньшей мере один вариант осуществления способа и устройства, где процентное содержание влаги может составлять от 0,2 до 11,5%.
Предлагается по меньшей мере один вариант осуществления способа и устройства, где процентное содержание масла может составлять от 0,6 до 9,6%.
Предлагается по меньшей мере один вариант осуществления способа и устройства, где скорость ленты может находиться в диапазоне от 10 до 70 футов в секунду.
Предлагается по меньшей мере один вариант осуществления способа и устройства, где напряженность электрического поля может находиться в диапазоне от 120 до 4000 кВ/м.
Предлагается по меньшей мере один вариант осуществления способа и устройства, где процентное содержание влаги может составлять от 0 до 30%, предпочтительно от 0,2 до 11%.
Предлагается по меньшей мере один вариант осуществления способа и устройства, где отсутствует регулировка влажности исходной смеси перед разделением.
Предлагается по меньшей мере один вариант осуществления способа и устройства, где присутствует регулировка влажности исходной смеси перед разделением путем сушки или увлажнения.
Предлагается по меньшей мере один вариант осуществления способа и устройства, где скорость ленты может находиться в диапазоне от 10 до 70 футов в секунду, предпочтительно от 45 до 65 футов в секунду.
Предлагается по меньшей мере один вариант осуществления способа и устройства, где напряжение, приложенное к электродам устройства и рабочим электродам, может находиться в диапазоне от 3 кВ до 20 кВ, предпочтительно от 10 до 16 кВ.
Предлагается по меньшей мере один вариант осуществления способа и устройства, где напряженность электрического поля может находиться в диапазоне от 120 до 4000 кВ/м.
Предлагается по меньшей мере один вариант осуществления способа и устройства, где зазор между электродами непрерывно регулируется и может варьировать в диапазоне от 0,5 до 2,5 см, предпочтительно от 0,9 до 1,7 см.
Предлагается по меньшей мере один вариант осуществления способа и устройства, где исходная смесь содержит зерна злаков, таких как пшеница, ячмень, овес, рис, рожь, кукуруза, просо, сорго, квиноа и кускус.
Предлагается по меньшей мере один вариант осуществления способа и устройства, где исходная смесь содержит бобы (или бобовые), такие как бобы гороха, лимы, стручковой фасоли, люпина и нута.
Предлагается по меньшей мере один вариант осуществления способа и устройства, где исходная смесь содержит семена масличных культур и пищевые продукты, полученные после удаления масла из необработанных семян масличных растений, таких как соя, канола, рапс, подсолнечник, горчица, кунжут, лен, сафлор, зародыши кукурузы и арахис.
Аспекты описания включают субфракцию, обогащенную белком, крахмалом или клетчаткой, и полученную путем разделения по способу, описанному в любом из предыдущих пунктов.
Аспекты описания включают способ фракционирования исходной смеси, содержащей влагу и масло, а также содержащей белки и богатые золой костные частицы, с использованием процесса трибо-электростатического разделения. Способ может включать: подачу указанной смеси, содержащей белки и богатые золой костные частицы, в трибоэлектрический сепаратор, одновременно зарядку и разделение указанной исходной смеси по меньшей мере на две субфракции, где одна из субфракций обогащена белком или золой и имеет состав, отличный от состава исходной смеси.
По меньшей мере один вариант осуществления способа дополнительно включает непрерывно действующий трибоэлектростатический ленточный сепаратор для фракционирования исходной смеси, где трибоэлектростатический ленточный сепаратор содержит: первый электрод и второй электрод, расположенные на противоположных сторонах продольной центральной линии и сконфигурированные так, чтобы обеспечить электрическое поле между первым и вторым электродами;
по меньшей мере один первый ролик, расположенный на первом конце сепаратора; по меньшей мере, один второй ролик, расположенный на втором конце сепаратора; непрерывную ленту, расположенную между первым и вторым электродами и поддерживаемую по меньшей мере одним первым роликом и по меньшей мере одним вторым роликом; и
зону разделения, определяемую непрерывной лентой и между ней.
Предлагается по меньшей мере один вариант осуществления способа, где белковые частицы отделяют от богатых золой костных частиц, если исходная смесь характеризуется уровнем белка от 1 до 99%; уровнем золы от 1 до 99; содержанием масла менее 20% и содержанием влаги менее 30%.
Предлагается по меньшей мере один вариант осуществления способа, где уровень белка в одной из субфракций повышается и может находиться в диапазоне от 41 до 66%.
Предлагается по меньшей мере один вариант осуществления способа, где уровень белка в одной из субфракций повышается и может находиться в диапазоне от 55% до 80%.
Предлагается по меньшей мере один вариант осуществления способа, где уровень золы в одной из субфракций повышается и может находиться в диапазоне от 50% до 54%.
Предлагается по меньшей мере один вариант осуществления способа, где уровень золы в одной из субфракций повышается и может находиться в диапазоне от 18% до 39%.
Предлагается по меньшей мере один вариант осуществления способа, где уровень белка в одной из субфракций повышен, причем относительное изменение составляет по меньшей мере 5%.
Предлагается по меньшей мере один вариант осуществления способа, где уровень золы в одной из субфракций повышен, причем относительное изменение составляет по меньшей мере 5%.
Предлагается по меньшей мере один вариант осуществления способа, где смесь содержит пищевые продукты, полученные в результате обработки животных, таких как крупный рогатый скот, свиньи, домашняя птица и рыба, которые включают костную муку, мясную муку, мясокостную муку и рыбную муку.
Аспекты описания включают субфракцию, обогащенную белком или золой и полученную путем разделения в соответствии с любым из вариантов осуществления способа.
Аспекты описания включают трибоэлектрическую систему разделения. Система может содержать: источник потока сырья, причем поток сырья содержит кормовой побочный продукт растительного или животного происхождения; и трибоэлектрический ленточный сепаратор, причем трибоэлектрический ленточный сепаратор содержит: входное отверстие для подачи жидкости, сообщающееся по текучей среде с источником подачи потока сырья; первый электрод и второй электрод, сконфигурированные так, чтобы обеспечить электрическое поле между первым и вторым электродами; по меньшей мере один первый ролик, расположенный на первом конце сепаратора; по меньшей мере один второй ролик, расположенный на втором конце сепаратора; непрерывную ленту, расположенную между первым и вторым электродами и поддерживаемую по меньшей мере одним первым роликом и по меньшей мере одним вторым роликом; выходное отверстие первого потока продукта; и выходное отверстие второго потока продукта.
По меньшей мере один вариант осуществления системы предусматривает, что поток сырья содержит, по меньшей мере, один компонент, выбранный из группы, состоящей из белков, глютена, крахмала, растворимых волокон и нерастворимых волокон.
По меньшей мере один вариант осуществления системы позволяет получать корм на растительной основе, который содержит одно или несколько из злаковых зерен, бобовых и/или семян масличных.
По меньшей мере один вариант осуществления системы предоставляет поток сырья, который содержит зерна злаков, включающих в себя пшеницу, ячмень, овес, рис, рожь, кукурузу, просо, сорго, квиноа и кускус.
По меньшей мере один вариант осуществления системы предоставляет поток сырья, который содержит бобы или бобовые, включающие в себя горох, бобы лимы, бобы стручковой фасоли, бобы люпина и бобы нута.
По меньшей мере один вариант осуществления системы предоставляет поток сырья, который содержит семена масличных культур и/или продукты питания, полученные после удаления масла из необработанных семян масличных культур, включающих в себя сою, канолу, рапс, подсолнечник, горчицу, кунжут, льняное семя, сафлор, кукурузные зародыши и арахис.
По меньшей мере один вариант осуществления системы предоставляет корм из побочных продуктов животноводства, который содержит бычью костную муку, студенистые костные продукты или рыбную муку.
По меньшей мере один вариант осуществления системы предоставляет поток сырья, который не является предварительно обработанным, разделенным на основе размера частиц и/или плотности.
По меньшей мере один вариант осуществления системы предоставляет поток сырья, который не является обезжиренным или обезвоженным.
По меньшей мере один вариант осуществления системы предоставляет поток сырья, предварительно обработанный методом сухого разделения.
По меньшей мере один вариант осуществления системы предоставляет поток сырья, который является обезжиренным или обезвоженным.
По меньшей мере один вариант осуществления системы предоставляет поток сырья, который характеризуется диапазоном размеров частиц D10-D90 примерно от 0,1 микрона до примерно 2000 микрон, то есть диапазоном размеров частиц D10-D90 примерно от 0,1 микрона до примерно 1000 микрон, т.е. диапазоном размеров частиц D10-D90 примерно от 0,5 микрона до примерно 500 микрон, то есть диапазоном размеров частиц D10-D90 примерно от 1 микрона до примерно 300 микрон, то есть диапазоном размеров частиц D10-D90 примерно от 10 микрон до примерно 90 микрон, т.е. диапазоном размеров частиц D10-D90 примерно от 1 микрона до примерно 10 микрон.
По меньшей мере один вариант осуществления системы предоставляет первый поток продукта, связанный с первым выходным отверстием потока продукта, который характеризуется диапазоном размеров частиц D10-D90 от примерно 0,1 микрона до примерно 2000 микрон, то есть диапазоном размеров частиц D10-D90 от примерно 0,1 микрона до примерно 1000 микрон, то есть диапазоном размеров частиц D10-D90 примерно от 0,5 микрона до примерно 500 микрон, то есть диапазоном размеров частиц D10-D90 примерно от 1 микрона до примерно 300 микрон, то есть диапазоном размеров частиц D10-D90 примерно от 10 микрон до примерно 90 микрон, то есть диапазоном размеров частиц D10-D90 примерно от 1 микрона до примерно 10 микрон.
По меньшей мере один вариант осуществления системы предоставляет первый поток продукта, который характеризуется диапазоном размеров частиц D10-D90 примерно от 1 микрона до примерно 500 микрон, то есть диапазоном размеров частиц D10-D90 примерно от 10 микрон до примерно 100 микрон.
По меньшей мере один вариант осуществления системы предоставляет второй поток продукта, связанный со вторым выходным отверстием потока продукта, который характеризуется диапазоном размеров частиц D10-D90 от примерно 0,1 микрона до примерно 2000 микрон, то есть диапазоном размеров частиц D10-D90 от примерно 0,1 микрона до примерно 1000 микрон, то есть диапазоном размеров частиц D10-D90 примерно от 0,5 микрона до примерно 500 микрон, то есть диапазоном размеров частиц D10-D90 примерно от 1 микрона до примерно 300 микрон, то есть диапазоном размеров частиц D10-D90 примерно от 10 микрон до примерно 90 микрон, то есть диапазоном размеров частиц D10-D90 примерно от 1 микрона до примерно 10 микрон.
По меньшей мере один вариант осуществления системы предоставляет второй поток продукта, который характеризуется диапазоном размеров частиц D10-D90 от примерно 1 микрона до примерно 500 микрон, то есть диапазоном размеров частиц D10-D90 от примерно 10 микрон до примерно 150 микрон.
По меньшей мере один вариант осуществления системы предоставляет корм из побочных продуктов растительного происхождения или из побочных продуктов животноводства, который характеризуется своим естественным уровнем масла и/или естественным уровнем влажности.
По меньшей мере в одном варианте осуществления системы природный уровень масла составляет менее чем примерно 10%, предпочтительно менее чем примерно 5% и более предпочтительно менее чем примерно 1%.
По меньшей мере в одном варианте осуществления системы природный уровень влажности составляет менее чем примерно 15%, предпочтительно менее чем примерно 10%, более предпочтительно менее чем примерно 1% и наиболее предпочтительно менее чем примерно 0,5%.
По меньшей мере один вариант осуществления системы предоставляет сепараторное устройство, которое имеет общую скорость, составляющую по меньшей мере примерно 2000 кг/час/метр ширины электрода, предпочтительно по меньшей мере примерно 3500 кг/час/метр ширины электрода, более предпочтительно по меньшей мере примерно 5000 кг/час/метр ширины электрода, еще более предпочтительно по меньшей мере примерно 7500 кг/час/метр ширины электрода, еще более предпочтительно по меньшей мере примерно 10000 кг/час/метр ширины электрода, еще более предпочтительно по меньшей мере примерно 15000 кг/час/метр ширины электрода, наиболее предпочтительно по меньшей мере примерно 20000 кг/час/метр ширины электрода.
По меньшей мере один вариант осуществления системы сконфигурирован так, чтобы достичь степени извлечения крахмала по меньшей мере примерно 90% на выходе первого потока продукта, и, кроме того, он сконфигурирован так, чтобы достичь степени извлечения белка по меньшей мере примерно 70% на выходе второго потока продукта, по отношению к потоку сырья, содержащему пшеничную клейковину и пшеничный крахмал, на входном отверстии для подачи сырья.
По меньшей мере один вариант осуществления системы сконфигурирован так, чтобы достичь степень извлечения волокон по меньшей мере примерно 60% на выходе первого потока продукта, и, кроме того, он сконфигурирован так, чтобы достичь степень извлечения белка по меньшей мере примерно 65% на выходе второго потока продукта по сравнению с исходным потоком, содержащим семена подсолнечника на входном отверстии для подачи исходной смеси.
По меньшей мере один вариант осуществления системы сконфигурирован так, чтобы достичь степень извлечения белка по меньшей мере примерно 55% на выходе потока продукта по сравнению с потоком шрота из экстрагированных семян рапса на входном отверстии для подачи.
По меньшей мере один вариант осуществления системы сконфигурирован так, чтобы получить поток обогащенного волокнами продукта, в котором содержание волокон составляет по меньшей мере примерно 55% на выходе первого потока продукта, и поток обогащенного крахмалом продукта, в котором содержание крахмала составляет по меньшей мере примерно 65% на выходе второго потока продукта по сравнению с входным отверстием для подачи.
По меньшей мере один вариант осуществления системы сконфигурирован так, чтобы получить поток обогащенного волокнами продукта, в котором общее содержание волокон составляет по меньшей мере примерно 20%, то есть, по меньшей мере примерно 40% на выходе первого потока продукта, и поток обогащенного крахмалом продукта, в котором содержание крахмала составляет по меньшей мере примерно 40%, то есть, по меньшей мере примерно 65% на выходе второго потока продукта, по сравнению с входным отверстием для подачи.
По меньшей мере один вариант осуществления системы сконфигурирован так, чтобы получить поток обогащенного белком продукта, в котором содержание белка составляет по меньшей мере примерно 55% по сравнению с исходным потоком, содержащим люпиновую муку, на входном отверстии для подачи.
По меньшей мере, один вариант осуществления системы сконфигурирован так, чтобы получить поток обогащенного белком продукта, в котором содержание белка составляет по меньшей мере примерно 60% по сравнению с исходным потоком, содержащим концентрат белка гороха, на входном отверстии для подачи.
По меньшей мере, один вариант осуществления системы сконфигурирован так, чтобы получить поток обогащенного белком продукта, в котором содержание белка составляет по меньшей мере примерно 70% по сравнению с исходным потоком, содержащим концентрат белка стручковой фасоли, на входном отверстии для подачи.
По меньшей мере один вариант осуществления системы сконфигурирован так, чтобы получить поток обогащенного белком продукта, в котором содержание белка
составляет по меньшей мере примерно 55% по сравнению с исходным потоком, содержащим соевую муку, на входном отверстии для подачи.
По меньшей мере один вариант осуществления системы сконфигурирован так, чтобы получить поток обогащенного белком продукта, в котором содержание белка составляет по меньшей мере примерно 65% по сравнению с исходным потоком, содержащим белково-костную массу, на входном отверстии для подачи.
По меньшей мере один вариант осуществления системы сконфигурирован так, чтобы получить поток обогащенного белком продукта, в котором содержание белка составляет по меньшей мере примерно 50% по сравнению с исходным потоком, содержащим рыбную муку, на входном отверстии для подачи.
По меньшей мере один вариант осуществления системы сконфигурирован так, чтобы получить первый поток продукта на первом выходе потока продукта согласно любой из таблиц 1-12, представленных в данном документе.
По меньшей мере один вариант осуществления системы сконфигурирован так, чтобы получить второй поток продукта на втором выходе потока продукта согласно любой из таблиц 1-12, представленных в данном документе.
По меньшей мере один вариант осуществления системы предоставляет трибоэлектрический ленточный сепаратор, который можно регулировать, чтобы облегчать получение потоков продуктов разного качества.
Аспекты изобретения включают описанную здесь обогащенную крахмалом композицию.
Варианты осуществления обогащенной крахмалом композиции включают в себя обогащенную крахмалом композицию с пониженным содержанием волокон и/или белка.
Варианты обогащенной крахмалом композиции включают в себя обогащенную крахмалом композицию, в которой содержание крахмала составляет по меньшей мере примерно 1%, 5%, 10%, 20%, 30%, 40%, 50%, 60%, 70%, 80%, 90%, 95% или 99%.
Варианты обогащенной крахмалом композиции включают в себя обогащенную крахмалом композицию, характеризующуюся диапазоном размеров частиц D10-D90 примерно от 0,1 микрона до примерно 2000 микрон, то есть диапазоном размеров частиц D10-D90 примерно от 0,1 микрона до примерно 1000 микрон, то есть диапазоном размеров частиц D10-D90 примерно от 0,5 микрона до примерно 500 микрон, то есть диапазоном размеров частиц D10-D90 примерно от 1 микрона до примерно 300 микрон, то есть диапазоном размеров частиц D10-D90 примерно от 10 микрон до примерно 90 микрон, то есть диапазоном размеров частиц D10-D90 примерно от 1 микрона до примерно 10 микрон.
Аспекты изобретения включают описанную здесь обогащенную белком композицию.
Варианты осуществления обогащенной белком композиции включают обогащенную белком композицию с пониженным содержанием крахмала, сахара и/или волокон.
Варианты осуществления обогащенной белком композиции включают обогащенную белком композицию, в которой содержание белка составляет по меньшей мере примерно 1%, 5%, 10%, 20%, 30%, 40%, 50%, 60%, 70%. 80%, 90%, 95% или 99%.
Варианты осуществления обогащенной белком композиции включают обогащенную белком композицию, характеризующуюся диапазоном размеров частиц D10-D90 от примерно 0,1 микрона до примерно 2000 микрон, то есть диапазоном размеров частиц D10-D90 от примерно 0,1 микрона до примерно 1000 микрон, то есть диапазоном размеров частиц D10-D90 примерно от 0,5 микрона до примерно 500 микрон, то есть диапазоном размеров частиц D10-D90 примерно от 1 микрона до примерно 300 микрон, то есть диапазоном размеров частиц D10-D90 примерно от 10 микрон до примерно 90 микрон, то есть диапазоном размеров частиц D10-D90 примерно от 1 микрона до примерно 10 микрон.
Аспекты изобретения включают описанную здесь обогащенную волокнами композицию.
Варианты осуществления обогащенной волокнами композиции включают обогащенную волокнами композицию с пониженным содержанием крахмала, сахара и/или белка.
Варианты осуществления обогащенной волокнами композиции включают обогащенную волокнами композицию, в которой содержание волокон составляет по меньшей мере примерно 1%, 5%, 10%, 20%, 30%, 40%, 50%, 60%, 70%. 80%, 90%, 95% или 99%.
Варианты осуществления обогащенной волокнами композиции включают обогащенную волокнами композицию, характеризующуюся диапазоном размеров частиц D10-D90 примерно от 0,1 микрона до примерно 2000 микрон, то есть диапазоном размеров частиц D10-D90 от примерно 0,1 микрона до примерно 1000 микрон, то есть диапазоном размеров частиц D10-D90 примерно от 0,5 микрона до примерно 500 микрон, то есть диапазоном размеров частиц D10-D90 примерно от 1 микрона до примерно 300 микрон, то есть диапазоном размеров частиц D10-D90 примерно от 10 микрон до примерно 90 микрон, то есть диапазоном размеров частиц D10-D90 примерно от 1 микрона до примерно 10 микрон.
Аспекты изобретения включают пшеничный крахмал, обогащенный крахмалом, в котором концентрация крахмала составляет более чем примерно 85%, а концентрация белка составляет менее чем примерно 5%.
Варианты осуществления обогащенного пшеничного крахмала включают обогащенный пшеничный крахмал, в котором содержание масла составляет менее 1%.
Варианты осуществления обогащенного пшеничного крахмала включают обогащенный пшеничный крахмал, полученный в результате извлечения более чем 92% крахмала.
Варианты осуществления обогащенного пшеничного крахмала включают обогащенный пшеничный крахмал, в котором изменение концентрации крахмала больше или равно 12%.
Аспекты изобретения включают пшеничный глютен, обогащенный белком, в котором концентрация белка составляет более чем примерно 50%, а концентрация крахмала составляет менее чем примерно 40%.
Варианты осуществления обогащенного пшеничного глютена включают обогащенный пшеничный глютен, в котором содержание масла составляет более 4%.
Варианты осуществления обогащенного пшеничного глютена включают извлечение белка больше, чем на 74%.
Варианты осуществления обогащенного пшеничного глютена включают обогащенный пшеничный глютен, в котором изменение концентрации белка составляет более 36%.
Аспекты изобретения включают муку из семян подсолнечника, обогащенную белком, в которой концентрация белка составляет более чем примерно 45%, а общая концентрацию волокон составляет менее чем примерно 30%.
Варианты осуществления муки из семян подсолнечника включают извлечение белка более чем на 68%.
Варианты осуществления муки из семян подсолнечника включают обогащенную муку из семян подсолнечника, в которой изменение концентрации белка составляет более 8%.
Аспекты изобретения включают муку из семян подсолнечника, обогащенную волокнами, в которой общая концентрация волокон составляет более чем примерно 50%, а концентрация белка составляет менее чем примерно 25%.
Варианты осуществления обогащенной муки из семян подсолнечника включают обогащенную муку из семян подсолнечника, полученную в результате извлечения клетчатки более чем на 61%.
Варианты осуществления обогащенной муки из семян подсолнечника включают обогащенную муку из семян подсолнечника, в которой изменение концентрации клетчатки больше или равно 15%.
Аспекты изобретения включают рапсовую муку, обогащенную белком, в которой концентрация белка составляет более чем примерно 40%.
Варианты осуществления обогащенной рапсовой муки включают извлечение белка более чем на 54%.
Варианты обогащенной рапсовой муки включают обогащенную рапсовую муку, в которой изменение концентрации белка составляет более 8%.
Аспекты изобретения включают муку из цельной пшеницы, обогащенную волокнами, в которой общая концентрация волокон составляет более чем примерно 12%, а общая концентрация крахмала составляет менее чем примерно 60%.
Варианты осуществления обогащенной муки из цельной пшеницы включают обогащенную крахмалом пшеничную муку, в которой концентрация крахмала составляет более 59%, а концентрация белка составляет менее 16%.
Варианты осуществления обогащенной муки из цельной пшеницы включают обогащенную пшеничную муку, полученную в результате извлечения крахмала более чем на 66%.
Варианты осуществления обогащенной муки из цельной пшеницы включают обогащенную пшеничную муку, в которой изменение концентрации крахмала больше или равно 5%.
Аспекты изобретения включают овсяные отруби, обогащенные волокнами, в которых общая концентрация волокон составляет более чем примерно 20%, а концентрация крахмала составляет менее чем примерно 55%.
Варианты осуществления обогащенных овсяных отрубей включают обогащенные овсяные отруби, в которых изменение концентрации волокон составляет более 3%.
Аспекты изобретения включают овсяные отруби, обогащенные крахмалом, в которых концентрация крахмала составляет более 65%, а концентрация волокон составляет менее 10%.
Варианты осуществления обогащенных овсяных отрубей включают обогащенные овсяные отруби, в которых изменение концентрации крахмала больше или равно 12%.
Аспекты изобретения включают пшеничные отруби, обогащенные волокнами, в которых общая концентрация волокон составляет более чем примерно 45%, а концентрация крахмала составляет менее чем примерно 20%.
Варианты осуществления обогащенных пшеничных отрубей включают обогащенные пшеничные отруби, в которых изменение концентрации волокон составляет более 2%.
Аспекты изобретения включают пшеничные отруби, обогащенные крахмалом, в которых концентрация крахмала составляет более 40%, а концентрация волокон составляет менее 22%.
Варианты осуществления обогащенных пшеничных отрубей включают обогащенные пшеничные отруби, в которых изменение концентрации крахмала больше или равно 22%.
Аспекты изобретения включают люпиновую муку, обогащенную волокнами, в которой общая концентрация волокон составляет более чем примерно 40%, а концентрация крахмала составляет менее чем примерно 2%.
Аспекты изобретения включают люпиновую муку, обогащенную волокнами, в которой концентрация волокон составляет более 45%, а концентрация белка составляет менее 30%.
Варианты осуществления обогащенной люпиновой муки включают обогащенную люпиновую муку, в которой изменение концентрации клетчатки больше или равно 6%.
Аспекты изобретения включают люпиновую муку, обогащенную белком, в которой концентрация белка составляет более чем примерно 45%, а концентрация крахмала составляет менее чем примерно 2%.
Аспекты изобретения включают люпиновую муку, обогащенную белком, в которой концентрация белка составляет более 45%, а концентрация волокон составляет менее 20%.
Варианты осуществления обогащенной люпиновой муки включают обогащенную люпиновую муку, в которой изменение концентрации белка составляет более 13%.
Аспекты изобретения включают гороховый белок, обогащенный белком, в котором концентрация белка составляет более чем примерно 60%, а концентрация крахмала составляет менее чем примерно 5%.
Аспекты изобретения включают белок обыкновенных бобов, обогащенный белком, в котором концентрация белка составляет более чем примерно 70%, а концентрация крахмала составляет менее чем примерно 5%.
Аспекты изобретения включают соевую муку, обогащенную белком, в которой концентрация белка составляет более чем примерно 55%, а общая концентрация волокон составляет менее чем примерно 20%.
Варианты обогащенной соевой муки включают обогащенную соевую муку, в которой изменение концентрации белка составляет более 8%.
Аспекты изобретения включают соевую муку, обогащенную волокнами, в которой концентрация волокон составляет более 50%, а концентрация белка составляет менее 55%.
Аспекты изобретения включают соевую муку, обогащенную волокнами, в которой общая концентрация волокон составляет более чем примерно 20%, а концентрация белка составляет менее чем примерно 55%.
Варианты осуществления обогащенной соевой муки включают обогащенную соевую муку, в которой изменение концентрации волокон больше или равно 1,5%.
Аспекты изобретения включают костную муку, обогащенную белком, в которой концентрация белка составляет более чем примерно 40%.
Аспекты изобретения включают костную муку, обогащенную белком, в которой концентрация белка составляет более 60%, а концентрация золы составляет менее 25%.
Варианты осуществления обогащенной костной муки включают обогащенную костную муку, в которой изменение концентрации белка составляет более 25%.
Аспекты изобретения включают рыбную муку, обогащенную белком, в которой концентрация белка составляет более чем примерно 80%.
Аспекты изобретения включают рыбную муку, обогащенную белком, в которой концентрация белка составляет более 80%, а концентрация золы составляет менее 12%.
Варианты осуществления обогащенной рыбной муки включают обогащенную рыбную муку, в которой изменение концентрации белка составляет более 7%.
Другие аспекты, варианты осуществления и преимущества описанных иллюстративных аспектов и вариантов осуществления подробно обсуждаются ниже. Любой вариант осуществления, раскрытый в данном документе, может быть объединен с любым другим вариантом осуществления любым способом, согласующимся по меньшей мере с одним из раскрытых здесь объектов, целей и потребностей, причем ссылки на "вариант осуществления", "некоторые варианты осуществления", "альтернативный вариант осуществления", "разные варианты осуществления", "один вариант осуществления" и тому подобное, не обязательно являются взаимоисключающими и предназначены для указания того, что конкретный признак, структура или характеристика, описанные в связи с вариантом осуществления, могут быть включены по меньшей мере в один вариант осуществления. Появление таких терминов в данном документе не обязательно относится к одному и тому же варианту осуществления.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Некоторые иллюстративные признаки и примеры описаны ниже со ссылкой на прилагаемые чертежи, где:
На фиг. 1 приведено схематическое изображение системы трибоэлектрического ленточного сепаратора;
На фиг. 2 изображена троичная диаграмма, представляющая диапазоны композиций разных культур и кормов;
На фиг. 3 приведен график распределения частиц по размерам в продуктах, полученных из смеси пшеничного глютена/крахмала, как описано в нижеследующем примере 1;
На фиг. 4 приведен график распределения частиц по размерам в продуктах, полученных из муки семян подсолнечника, как описано в нижеследующем примере 2;
На фиг. 5 приведен график, сравнивающий два порта подачи после одного прохода в муке семян подсолнечника, как описано в примере 2;
На фиг. 6 приведен график распределения частиц по размерам в продуктах, полученных из цельной пшеничной муки, как описано в примере 4;
На фиг. 7 приведен график, сравнивающий содержание крахмала с содержанием клетчатки в цельной пшеничной муке, как описано в примере 4;
На фиг. 8 приведен график распределения частиц по размерам в овсяных отрубях, как описано в примере 5;
На фиг. 9 приведен график распределения частиц по размерам в исходной смеси пшеничных отрубей, как описано в примере 6;
На фиг. 10 приведен график содержания белка, выделенного из исходной смеси люпиновой муки, как описано в примере 7; и
На фиг. 11 приведен график содержания белка, выделенного из исходной смеси костной муки, как описано в примере 11.
Настоящее изобретение подробно определяется в прилагаемой формуле изобретения. Преимущества данного изобретения можно лучше понять с помощью нижеследующего описания, если рассматривать его вместе с чертежами. Чертежи не предназначены для изображения в масштабе. На чертежах идентичные или почти идентичные компоненты, показанные на разных фигурах, обозначаются одинаковыми цифрами. Для ясности не каждый компонент может быть помечен на каждом чертеже. Специалист в данной области техники сможет понять, учитывая преимущества настоящего описания, что величины, размеры, компоненты и виды, показанные на чертежах, приведены для иллюстративных целей. Другие величины, формы представления данных, признаки и компоненты также могут быть включены в варианты осуществления, раскрытые в данном документе, без отступления от объема изобретения.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Данное изобретение не ограничивается в своем применении деталями конструкции и расположения компонентов, изложенными в последующем описании или показанными на чертежах. Изобретение допускает другие варианты осуществления и может быть применяться на практике или выполнятся разными способами. Кроме того, фразеология и терминология, используемые в данном документе, предназначены для целей описания и не должны рассматриваться как ограничивающие. Использование терминов "включающий", "состоящий из" или "имеющий", "содержащий", "охватывающий" и их вариантов в настоящем документе подразумевает включение элементов, перечисленных после, и их эквивалентов, а также дополнительных элементов.
Аспекты настоящего изобретения направлены на процесс трибоэлектрического разделения и систему фракционирования исходной смеси, содержащей по меньшей мере два компонента, выбранных из белков, крахмалов, растворимых и нерастворимых волокон. В частности, варианты осуществления способа включают подачу исходной смеси, содержащей по меньшей мере два компонента, выбранных из группы белков, крахмалов, растворимых и нерастворимых волокон, в трибоэлектрический сепаратор и одновременно зарядку и разделение пищевой смеси по меньшей мере на две субфракции, одна из которых обогащена по меньшей мере одним из белка, крахмала и волокон и имеет состав, отличный от состава исходной смеси. Варианты осуществления способа включают фракционирование исходной смеси с помощью трибоэлектростатического ленточного сепаратора (TBS).
Применение традиционных электростатических процессов для разделения веществ, входящих в состав пищевых продуктов и кормов для животных, было продемонстрировано только для узкого диапазона веществ, которые можно разделять с помощью обычного роликового или барабанного сепаратора благодаря различиям в электрической проводимости, или их можно разделять с помощью низкоскоростного устройства с вертикальными пластинами благодаря большому размеру частиц исходного вещества и их равномерному распределению. Процесс TBS позволяет разделять более широкий спектр веществ на основе способности к трибо-электростатической зарядке в одностадийном непрерывном процессе с высокой скоростью, как продемонстрировано в примерах, приведенных в настоящей заявке.
Другой фактор, ограничивающий применение традиционных процессов электростатического разделения для разделения пищевых продуктов и кормов для животных, включает в себя горючую природу некоторых пищевых продуктов и кормов для животных. Электростатический сепаратор должен быть спроектирован таким образом, чтобы снизить риски, связанные с обработкой горючих веществ, таких как определенные продукты питания и корма для животных. Устройство TBS по настоящему изобретению предназначено для уменьшения этих рисков несколькими способами: (1) электроды устройства TBS выполнены с дискретными ячейками, которые разработаны и рассчитаны таким образом, чтобы ограничивать максимальную энергию искры энергией, которая хранится в конденсаторе, который составляют электродные пластины, (2) системы ленточного привода устройства TBS предназначены для минимизации объема, который подвергается воздействию горючей смеси пыли и воздуха, и, следовательно, для ограничения энергии, выделяемой во время воспламенения пыли, и (3) аппарат TBS оснащен взрыворазрядными клапанами и оборудованием для тушения пламени. Эти особенности TBS применяются к конструкциям настольных (модель X2.5) и пилотных (модель 06/A) устройств, используемых в примерах, описанных в настоящей заявке.
На фиг. 2 показана тройная диаграмма, представляющая типичный диапазон композиций (белок, общее количество волокон, крахмал/сахара/другие углеводы) для естественно выращенных материалов в основных категориях ингредиентов пищевых продуктов и кормов для животных. Для ясности на фиг. 2 не показано содержание влаги и масла, которые присутствуют в смесях во время обработки. Содержание белка в пищевых и кормовых ингредиентах измеряют с помощью стандартных методов Кьельдаля или Дюма. Общее содержание волокон измеряют с помощью одного из стандартных аналитических методов, таких как гравиметрический метод AOAC 991.43. Общее содержание крахмала и сахаров измеряют с помощью поляриметрии и разных других методов, или рассчитывают. Содержание масла измеряют с использованием стандартного метода кислого гидролиза/эфирной экстракции. Содержание влаги измеряют методом сушки в печи. Состав по каждому из трех твердых компонентов выражают в виде процентного содержания без учета водных и масляных фракций.
Каждый из треугольников обозначает композицию конкретной культуры, которая используется в качестве ингредиента пищевого продукта или корма для животных. Содержание растворимых волокон в указанных примерах культур не учитывается при измерениях волокон. Закрашенные квадраты обозначают композицию исходных веществ, используемую в иллюстративных тестах по разделению таких исходных веществ с помощью устройства TBS и способа настоящего изобретения. Незакрашенные квадраты обозначают композицию продукта и побочных веществ, полученных в каждом примере разделения. Пунктирные стрелки показывают диапазон композиции, полученной в каждом примере тестируемого разделения исходного вещества. Важно отметить, что исходные вещества, используемые для примера разделения с помощью устройства и способа TBS, содержат разные количества воды и масла, и что состав исходного вещества на входе и полученных продуктов на выходе представлен в виде % белка, % волокон и % крахмала/сахаров/других углеводов, нормализованных по 100%, без учета содержания воды и масла в каждом образце.
Изучение фиг. 2 показывает, что диапазон иллюстративных исходных веществ и продуктов, полученных в результате разделения с помощью устройства и способа TBS настоящего изобретения, образует область, которая включает в себя большинство различных культур (треугольников), которые используются в качестве ингредиентов пищевых продуктов или кормов для животных. Таким образом, разумно предположить, что устройство и способ разделения TBS можно использовать для других показанных примеров культур (а также не показанных на фиг. 2), которые попадают в область, тестируемую в примерах, и также разумно предположить, что культуры, которые не находятся в указанных областях, также можно разделять с помощью устройства и способа TBS с получением аналогичных результатов, с учетом ограниченного количества проведенных испытаний (не все культуры подвергались тестированию). Таким образом, как видно из примеров и обсуждения, разумно сделать вывод о том, что способ и устройство TBS, описанные в настоящем документе, можно использовать для встречающихся в природе культур (а также для предварительно обработанных культур), других сельскохозяйственных продуктов, побочных продуктов, рыбной и животной муки и отходов, содержащих влагу и/или масло, при коммерчески значимых скоростях обработки и одновременными зарядкой и разделением культур на два потока, каждый из которых обогащен по меньшей мере одним компонентом, выбранным из белка, волокон и крахмала.
Настоящее изобретение относится к новому способу фракционирования гранулированных компонентов пищевых продуктов и кормов для животных, которые существуют в областях, указанных на фиг. 2, на их составные компоненты с помощью трибоэлектрического ленточного сепаратора и способа (TBS). Устройство, показанное на фиг. 1, и способ позволяют эффективно обрабатывать сухие, гранулированные ингредиенты пищевых продуктов и кормов для животных путем одностадийного способа разделения в непрерывном режиме с коммерчески значимыми скоростями обработки. Под непрерывным режимом подразумевается, что ингредиенты, подлежащие разделению, одновременно подвергаются трибоэлектрической зарядке, транспортировке и разделению. Способ можно использовать для разделения разных зерновых культур, бобовых, масличных культур, какао, кофе и других сельскохозяйственных продуктов, побочных продуктов и отходов. Способ можно особо использовать для повышения содержания белка в пищевых продуктах и кормах для животных путем отделения частиц белка от частиц крахмала и сахара и отделения частиц белка от волокон. Другое применение заключается в повышении содержания крахмала в пищевых продуктах и кормах для животных путем удаления остаточных волокон и белка. Другие способы применения включают отделение растворимых и нерастворимых волокон и последующее обогащение разными компонентами, способствующими укреплению здоровья, такими как бета-глюкан. В других вариантах осуществления изобретения можно повысить содержание других компонентов природных веществ, или отделить их от смеси, содержащей микроэлементы, витамины, следовые элементы, красители, фитохимические или минеральные вещества. В других примерах изобретения можно повысить содержание белка в животной муке путем удаления золы, содержащей костные частицы.
TBS работает как одностадийное устройство, в котором частицы пищевых продуктов и кормов одновременно подвергаются трибозарядке путем частых столкновений между частицами, которые происходят в одном устройстве под действием специальной высокоскоростной ленты с непрерывной петлей, транспортировке и разделению. Способы электростатического разделения, основанные на трибозарядке, являются более эффективными и имеют более широкое применение, чем способы, основанные на зарядке посредством кондуктивной индукции или ионной бомбардировки, потому что они позволяют разделять больший диапазон частиц с тонкими различиями в химии поверхности (или поверхностной рабочей функции). Благодаря высокой плотности числа частиц в промежутке между электродами и высокой скорости потока, обеспечиваемой быстро движущейся лентой, в устройстве происходит много столкновений между частицами, и оптимальная трибо-зарядка происходит непрерывно по всей зоне разделения. Противоточный поток, обусловленный движением ленты с непрерывным контуром, создает противотоковое многоступенчатое разделение внутри устройства TBS.
В отличие от устройства и способа TBS согласно настоящему изобретению, все электростатические сепараторы с вертикальными пластинами требуют отдельной первичной стадии обработки для трибозарядки частиц исходной смеси перед разделением с помощью сепаратора с вертикальными пластинами. В сепараторах с вертикальными пластинами на стадии трибозарядки может потребоваться приведение в контакт каждой частицы со специальной твердой поверхностью с определенными поверхностными свойствами, чтобы обеспечить разные заряды на поверхности частиц. Однако необходимость контакта каждой частицы исходной смеси со специальной твердой поверхностью создает значительное ограничение максимальной скорости обработки, которая может быть достигнута с помощью сепаратора с вертикальными пластинами в компактном устройстве.
Проблема разделения ингредиентов пищевых продуктов и кормов для животных заключается в том, что они имеют тенденцию представлять собой способные к склеиванию порошки, которые особенно хорошо прилипают к поверхности электродов, необходимых для создания электрического поля в электростатическом сепараторе. Преимущество движения высокоскоростной ленты с непрерывной петлей в устройстве TBS и способе настоящего изобретения состоит в том, что происходит непрерывное очищение электродов, что обеспечивает удаление прилипших веществ и исходной смеси с электродов и осаждения их в соответствующем бункере для сбора продукта. Высокоскоростная лента с непрерывной петлей является единственной движущейся частью в устройстве и способе TBS, и благодаря своей конструкции и высокоскоростному движению она одновременно транспортирует и обеспечивает трибозарядку частиц исходной смеси, а также обеспечивает систему непрерывной очистки электродов от липкой исходной смеси и ингредиентов исходной смеси, которые прилипают к электродам. Эта особенность позволяет устройству и способу TBS настоящего изобретения работать непрерывно, не требуя сложных механизмов соскабливания электродов или систем переключения полярности электродов, которые требуются для способов с вертикальными пластинами.
Преимущество устройства и способа TBS настоящего изобретения заключается в том, что, как иллюстрируют примеры испытаний, раскрытые в данном документе и показанные на фиг. 2, устройство и способ TBS можно использовать для разделения компонентов исходной смеси в их естественном состоянии с их естественным содержанием влаги и масла (не требуется предварительная обработка) с достижением разделения содержимого исходной смеси на два потока, обогащенных по меньшей мере одним из белка, клетчатки и крахмала. Также понятно, что содержание влаги в исходном веществе для устройства и способа TBS можно скорректировать до диапазона, который оптимизирует трибозарядку частиц и, следовательно, оптимизирует результаты разделения. Оптимальный уровень влажности зависит от природы исходного вещества и обычно варьирует от 0% до 30%, предпочтительно от 0,2 до 11%. Регулировка влажности исходной смеси является предпочтительной для некоторых ингредиентов пищевых продуктов и кормов для животных, однако регулировка уровня влажности ингредиентов пищевых продуктов и кормов для животных не является обязательным требованием для достижения удовлетворительных результатов разделения некоторых веществ с помощью устройства и способа TBS настоящего изобретения. Например, в девяти из описанных ниже двенадцати примеров результаты разделения достигают при обработке исходной смеси в том виде, в каком она была получена, то есть с уровнем влажности, который образуется естественным образом при выращивании, уборке, измельчении и предварительной обработке. Это наблюдение демонстрирует уникальную особенность и преимущество устройства и способа TBS настоящего изобретения, заключающееся в том, что одностадийная трибозарядка и разделение, которые происходят в процессе TBS, являются достаточными для зарядки отдельных компонентов, подлежащих разделению, без необходимости предварительной сушки или смачивания исходной смеси, или отдельной стадии трибозарядки.
3
3
В соответствии с одним или несколькими вариантами осуществления один или несколько потоков обогащенного продукта могут быть связаны с сухим безводным способом без какой-либо необходимой сушки. Предпочтительно, белковые концентраты, полученные с помощью сухих способов в соответствии с одним или несколькими вариантами осуществления, могут сохранять нативную функциональность белка по сравнению с белками, концентрированными влажными способами. В некоторых конкретных неограничивающих вариантах осуществления мука из масличных культур может быть обогащена белком, а волокна могут быть обогащены b-глюканом. В соответствии с одним или несколькими вариантами осуществления один или несколько потоков обогащенных продуктов можно получить, не используя химические вещества, то есть кислоты, основания или растворители, и/или биопрепараты. В соответствии с одним или несколькими вариантами осуществления, один или несколько потоков обогащенного продукта могут быть получены с помощью одностадийного способа с непрерывными зарядкой и разделением. В соответствии с одним или несколькими вариантами осуществления, один или несколько потоков обогащенного продукта могут быть получены с помощью способа с высокой пропускной способностью и высокой производительностью. Например, в некоторых неограничивающих вариантах осуществления можно достичь до 17000 кг/ч/м ширины электрода для ингредиентов пищевых продуктов и кормов для животных низкой плотности (насыпная плотность 200 кг/м). В соответствии с одним или несколькими вариантами осуществления один или несколько потоков обогащенного продукта можно получить по способу с низким энергопотреблением. Например, менее 4 кВтч/т сырья для ингредиентов пищевых продуктов и кормов для животных низкой плотности (насыпная плотность 200 кг/м). В соответствии с одним или несколькими вариантами осуществления можно получить потоки продуктов, имеющие разные диапазоны уровней по одному или нескольким параметрам. По меньшей мере в некоторых вариантах осуществления устройство TBS можно регулировать, то есть скорость ремня можно корректировать, чтобы обеспечить получение продуктов разных сортов.
Также было определено, что: устройство и способ TBS могут работать со скоростью ленты от 10 до 70 футов в секунду, предпочтительно от 45 до 65 футов в секунду; напряжение, подаваемое на электроды устройства TBS и технологические электроды, может варьировать от 3 кВ до 20 кВ, предпочтительно от 10 до 16 кВ; зазор между электродами непрерывно регулируется и может варьировать от 0,5 до 2,5 см, предпочтительно от 0,9 до 1,7 см.
Функции и преимущества указанных и других вариантов осуществления будут более понятны из нижеследующих неограничивающих примеров. Предполагается, что примеры носят иллюстративный характер и не должны рассматриваться как ограничивающие объем описанных здесь вариантов осуществления.
Примеры результатов разделения разных ингредиентов пищевых продуктов и кормов для животных подробно описаны в нижеследующих примерах, а диапазоны продуктов и побочных продуктов для выбранных примеров графически показаны на фиг. 2.
Пример 1: Разделение белка и крахмала
Смесь, состоящую из пшеничного глютена (тип белка) и пшеничного крахмала, используют для тестирования с помощью экспериментального (модель 06/A) устройства и способа TBS, чтобы продемонстрировать способность устройства и способа TBS одновременно заряжать и разделять отдельные частицы белка и крахмала в одну стадию. Исходное вещество имеет средний размер частиц примерно 90 микрон, содержит 8,1% влаги и 1,7% масла по результатам измерения методом кислого гидролиза. Образец исходной смеси подают в сепаратор в том виде, в котором его получают, без регулировки содержания влаги, со скоростью 3600 кг в час на метр ширины электрода TBS. Скорость ленты TBS устанавливают на уровне 65 футов в секунду, а на зазор между электродами TBS подают 12 кВ, чтобы создать напряженность электрического поля 1125 кВ/м. Два продукта собирают на двух концах сепаратора. Средняя фракция, требующая переработки, отсутствует. Массовые выходы двух продуктов, состав исходной смеси и продуктов приведены в таблице 1 ниже.
Таблица 1: Результаты тестирования смеси, содержащей пшеничный глютен и пшеничный крахмал
Исходная смесь
Продукт 1 (обогащенный крахмалом)
Продукт 2 (обогащенный белком)
Масса
100%
83%
17%
Белок
14,6%
3,6%
51,0%
Влага
8,1%
-
-
Волокна
1,4%
1,5%
1,3%
Зола
0,4%
0,3%
0,8%
Жир/масло
1,7%
0,7%
4,7%
Крахмал
75,6%
87,6%
36,2%
Извлечение крахмала
92,1%
7,9%
Извлечение белка
25,6%
74,4%
Результаты, приведенные в таблице 1, показывают, что продукт 1 обогащен крахмалом, причем извлечение крахмала, то есть доля исходного крахмала, перешедшая в продукт 1, составляет примерно 92%. Продукт 2 обогащен белком, причем извлечение белка, то есть доля исходного белка, попавшая в продукт 2, составляет примерно 74%. Измерение размера частиц в образцах исходной смеси, продукта 1 и продукта 2 проводят с помощью лазерного дифракционного анализатора Malvern: на фиг. 3 показано распределение частиц по размерам для исходной смеси, продукта 1 и продукта 2 для медианного размера частиц (D50). Распределение частиц по размерам для каждого образца можно выразить с использованием значения, где 10% образца состоит из частиц меньшего размера, чем заданный (D10), и значения, где 90% образца состоит из частиц меньшего размера, чем заданный (D90). Для данного образца исходной смеси диапазон D10-D90 составляет от 12 до 92 микрон. Для продукта 1 диапазон составляет от 11 до 75 микрон. Для продукта 2 диапазон составляет от 13 до 126 микрон.
Этот пример демонстрирует способность способа TBS эффективно осуществлять трибозарядку и разделение отдельных частиц белка и крахмала в одну стадию из образца исходной смеси в виде мелкодисперсного сухого порошка с высокой скоростью обработки, с получением потоков продуктов, обогащенных каждым компонентом.
Пример 2: Разделение белка и волокон с низким содержанием масла
Образец тонкоизмельченной, экстрагированной растворителем муки из семян подсолнечника тестируют с помощью экспериментального (модель 06/A) устройства и способа TBS с целью повышения содержания белка путем отделения волокон и демонстрации возможностей устройства и способа TBS одновременно заряжать и разделять отдельные частицы белка и волокон в одну стадию. Образец муки из семян подсолнечника, измельченный примерно до среднего размера частиц 75 микрон, содержит 8% влаги и 0,6% масла по данным метода кислотного гидролиза.
Образец исходной смеси подают в сепаратор в том виде, в котором его получают, без регулировки содержания влаги, со скоростью 9520 кг/час/м ширины электрода TBS. Скорость ленты TBS устанавливают на уровне 45 футов в секунду, а на зазор между электродами TBS подают 12 кВ, чтобы создать напряженность электрического поля 1050 кВ/м. Два продукта собирают на двух концах сепаратора. Средняя фракция, требующая переработки, отсутствует. Массовые выходы двух продуктов, состав исходной смеси и продуктов в одной из тестируемых партий показаны в таблице 2 ниже.
Таблица 2: Результаты тестирования муки из семян подсолнечника
Исходная смесь
Продукт 1 (обогащенный волокнами)
Продукт 2 (обогащенный белком)
Масса
100%
46%
54%
Белок
37,7%
24,7%
46,5%
Влага
8,0%
-
-
Общие волокна
35,7%
50,8
26,9
Жир/масло
0,6%
-
-
Крахмал
2,3%
2,0%
2,7%
Извлечение белка
31,1%
68,9%
Извлечение волокон
61,7%
38,3%
Результаты, представленные в таблице 2, показывают, что продукт 2 обогащен белком, причем извлечение белка, то есть доля исходного белка, перешедшая в продукт 2, составляет примерно 69%. Извлечение волокон в продукт 1 составляет примерно 62%. Измерение размера частиц образцов исходной смеси, продукта 1 и продукта 2 проводят с помощью лазерного дифракционного анализатора Malvern. На фиг. 4 показано распределение частиц по размерам в исходной смеси, продукте 1 и продукте 2 при медианном размере (D50). Для этого образца исходной смеси размер частиц варьирует (D10-D90) от 10 до 266 микрон. Для продукта 1 диапазон составляет от 18 до 403 микрон. Для продукта 2 диапазон составляет от 20 до 320 мкм.
Было проведено несколько испытаний для оптимизации таких переменных процесса, как скорость ленты и порт подачи, и путем усреднения результатов была получена кривая зависимости массового выхода продукта от качества продукта. На фиг.5 показаны результаты одного прохода, когда исходную смесь подают в TBS с использованием двух разных портов подачи. Этот результат показывает, что устройство и способ TBS позволяют разделять и получать широкий спектр продуктов с разными уровнями чистоты при соответствующем массовом выходе продукта.
Этот пример демонстрирует способность устройства и способа TBS подавать исходную смесь в любой порт подачи, эффективно заряжать и разделять частицы белка и волокон в одну стадию из образца исходной смеси в виде мелкодисперсного сухого порошка при высокой скорости обработки, с получением потока продукта, обогащенного белком, и потока продукта, обогащенного волокнами.
Пример 3: Разделение белка и волокон с высоким содержанием масла
Образец перемолотой, механически экстрагированной рапсовой муки тестируют с использованием лабораторного устройства и способа TBS (модель X2.5) с целью повышения содержания белка путем отделения волокнистого содержимого и демонстрации способности устройства и способа TBS одновременно заряжать и разделять отдельные частицы белка и волокон в одну стадию. Образец рапсовой муки, измельченный примерно до среднего размера частиц 132 микрона, содержит 7,6% влаги и 9,8% масла по данным метода кислого гидролиза.
Образец исходной смеси подают в сепаратор в том виде, в котором его получают, не регулируя содержание влаги. Два продукта собирают на двух концах сепаратора. Средняя фракция, требующая переработки, отсутствует. Массовые выходы двух продуктов, состав исходной смеси и продуктов в одной из тестируемых партий показаны в таблице 3 ниже.
Таблица 3: Результаты тестирования механически экстрагированной рапсовой муки
Исходная смесь
Продукт 1 (обогащенный волокнами)
Продукт 2 (обогащенный белком)
Масса
100%
62,9%
37,1%
Белок
35,0%
31,0%
43,3%
Влага
7,6%
-
-
Жир/масло
9,8%
-
-
Волокна
33,9%
39,8%
21,3%
Извлечение белка
45,2%
54,8%
Извлечение волокон
76%
34%
Результаты, представленные в таблице 3, показывают, что продукт 2 обогащен белком, причем извлечение белка, то есть доля белка исходной смеси, перешедшая в продукт 2, составляет примерно 55%. Этот результат демонстрирует, что устройство и способ TBS позволяют повышать содержание белка в механически экстрагированной (в результате прессования шнековым прессом) рапсовой муке с относительно высоким содержанием масла.
Пример 4: Разделение волокон и крахмала
Образец цельнозерновой пшеничной муки тестируют с помощью экспериментального (модель 06/A) устройства TBS, чтобы продемонстрировать способность устройства и способа TBS одновременно заряжать и разделять отдельные частицы волокон и крахмала в одну стадию. Образец исходной цельнозерновой пшеничной муки со средним размером частиц примерно 160 микрон, содержит 11,5% влаги и 1,6% масла по данным метода кислого гидролиза.
Образец исходной смеси подают в сепаратор TBS в том виде, в котором его получают, не регулируя содержание влаги, со скоростью 7750 кг/час/м ширины электрода TBS. Скорость ленты TBS устанавливают на уровне 65 футов в секунду, а на зазор между электродами TBS подают 16 кВ, чтобы создать напряженность электрического поля 1170 кВ/м. Два продукта собирают на двух концах сепаратора. Средняя фракция, требующая переработки, отсутствует. Массовые выходы двух продуктов, состав исходной смеси и продуктов в одной из тестируемых партий показаны в таблице 4 ниже.
Таблица 4: Результаты тестирования цельнозерновой пшеничной муки
Исходная смесь
Продукт 1 (обогащенный волокнами)
Продукт 2 (обогащенный крахмалом)
Масса
100%
40,3%
59,7%
Белок
15,3%
15,0%
15,3%
Влага
11,5%
-
-
Жир/масло
1,6%
-
-
Общее содержание волокон
12,8%
13,9%
8,5%
Зола
1,3%
1,7%
1,2%
Общее содержание крахмала
61,6%
57,6%
66,1%
Результаты, приведенные в таблице 4, показывают, что продукт 1 обогащен волокнами, а продукт 2 обогащен крахмалом. Измерения размеров частиц в образцах исходной смеси, продукта 1 и продукта 2 проводят с помощью лазерного дифракционного анализатора Malvern. На фиг. 6 показано распределение частиц по размерам в исходной смеси, продукте 1 и продукте 2 для медианного размера (D50). Для этого образца исходной смеси размер частиц варьирует (D10-D90) от 17 до 469 микрон. Для продукта 1 диапазон составлял от 37 до 563 микрон. Для продукта 2 диапазон составлял от 12 до 432 микрон.
Проводят несколько тестов, чтобы оптимизировать переменные сепаратора, такие как конфигурация полярности электрода и порт подачи, а содержание золы используют для оценки содержания волокон в исходной смеси и продуктах. На фиг.7 показаны данные по массовому выходу продукта с низким содержанием золы (продукт 2) по отношению к содержанию волокон в исходной смеси, продукта, обогащенного волокнами (продукт 1), и продукта, обогащенного крахмалом (продукт 2), собранных в разных условиях работы сепаратора за один проход. Полученные результаты демонстрируют, что устройство и способ TBS позволяют получать продукт с широким диапазоном содержания волокон.
Пример 5: Разделение волокон и крахмала
Образец овсяных отрубей тестируют с помощью экспериментального (модель 06/A) устройства TBS, чтобы продемонстрировать способность устройства и способа TBS одновременно заряжать и разделять отдельные частицы растворимых волокон, нерастворимых волокон и крахмала в одну стадию. Срединный размер частиц исходного вещества составляет примерно 800 микрон. Проводят предварительные эксперименты по определению уровня влажности исходной смеси, которые обеспечивают оптимальные результаты разделения исходной смеси. Содержание влаги в исходной смеси доводят до уровня 0,2%, после чего образец подают в сепаратор со скоростью 5356 кг в час на метр ширины электрода TBS. Скорость ленты TBS устанавливают на уровне 65 футов в секунду, а на зазор между электродами TBS подают 12 кВ, чтобы создать напряженность электрического поля 995 кВ/м. Два продукта собирают на двух концах сепаратора. Средняя фракция, требующая переработки, отсутствует. Массовые выходы двух продуктов, состав исходной смеси и продуктов показаны в таблице 5 ниже.
Таблица 5: Результаты тестирования овсяных отрубей
Исходная смесь
Продукт 1 (обогащенный волокнами)
Продукт 2 (обогащенный крахмалом)
Масса
100%
89,2%
10,8%
Белок
18,0%
19,3%
13,9%
Влага
0,2%
-
-
Зола
2,9%
3,3%
1,7%
Общее содержание волокон
17,3%
20,7%
8,2%
Нерастворимые волокна
9,2%
10,1%
4,4%
Растворимые волокна
8,1%
10,6%
3,8%
Жир/масло
8,4%
-
-
Крахмал
53,4%
46,6%
65,7%
Результаты, приведенные в таблице 5, показывают, что продукт 1 обогащен волокном, а продукт 2 обогащен крахмалом. Измерение размера частиц исходной смеси проводят путем ультразвукового просеивания на воздухе. На фиг. 8 показано распределение частиц по размерам в исходной смеси для срединного размера (D50). Для данного образца исходной смеси размер частиц варьирует (D10-D90) от 600 до 1400 микрон.
Этот пример демонстрирует способность способа TBS эффективно заряжать и разделять исходную смесь в виде мелкодисперсного сухого порошка на отдельные частицы волокон и крахмала в одну стадию с высокой скоростью обработки, с получением потоков продуктов, обогащенных каждым компонентом.
Общие пищевые волокна обычно подразделяют на два типа. Нерастворимые волокна состоят в основном из целлюлозы, гемицеллюлозы и лигнинов. Растворимые волокна, такие как, например, бета-глюканы или фруктоолигосахариды, представляют собой полисахариды с более низкой молекулярной массой, чем у целлюлозы. Целлюлоза как основной представитель нерастворимых волокон встречается в природе как высокоплотный и высококристаллический защитный материал, тогда как растворимые волокна встречаются в менее кристаллической форме и имеют более низкую молекулярную массу, подобно крахмалам. Показано, что с помощью устройства и способа TBS можно эффективно разделять волокна и крахмала, если целлюлоза является основным компонентом волокон. Следовательно, разумно ожидать, что с помощью устройства и способа TBS также можно эффективно разделять растворимые и нерастворимые волокна в отсутствии крахмала.
Пример 6: Разделение волокон и крахмала
Образец пшеничных отрубей тестируют с помощью экспериментального (модель 06/A) устройства TBS, чтобы продемонстрировать способность устройства и способа TBS одновременно заряжать и разделять отдельные частицы растворимых волокон, нерастворимых волокон и крахмала в одну стадию. Срединный размер частиц исходного вещества составляет примерно 800 микрон. Проводят предварительные эксперименты по определению уровня влажности исходной смеси, которые обеспечивают оптимальные результаты разделения исходной смеси. Содержание влаги в исходной смеси доводят до уровня 2,1%, после чего образец подают в сепаратор со скоростью 2976 кг в час на метр ширины электрода TBS. Скорость ленты TBS устанавливают на уровне 65 футов в секунду, а на зазор между электродами TBS подают 12 кВ, чтобы создать напряженность электрического поля 1050 кВ/м. Два продукта собирают на двух концах сепаратора. Средняя фракция, требующая переработки, отсутствует. Массовые выходы двух продуктов, состав исходной смеси и продуктов показаны в таблице 6 ниже.
Таблица 6: Результаты тестирования пшеничных отрубей
Прогон ID RD5 170620 A11
Исходная смесь
Продукт 1 (обогащенный волокнами)
Продукт 2 (обогащенный крахмалом)
Масса
100%
91%
9%
Белок
17,9%
18,3%
15,8%
Влага
2,1%
-
-
Зола
5,8%
6,6%
4,3%
Общее содержание волокон
43,5%
45,1%
22,3%
Растворимые волокна
3,9%
4,2%
2,5%
Жир/масло
2,3%
-
-
Крахмал
22,7%
16,5%
44,8%
Измерение размера частиц исходной смеси, продукта 1 и продукта 2 проводят путем ультразвукового просеивания на воздухе. На фиг. 9 показано распределение частиц по размерам в исходной смеси для срединного размера (D50). Для данного образца исходной смеси размер частиц варьирует (D10-D90) от 600 до 1700 микрон.
Этот пример демонстрирует способность способа TBS эффективно заряжать и разделять исходную смесь в виде мелкодисперсного сухого порошка на отдельные частицы волокон и крахмала в одну стадию с высокой скоростью обработки, с получением потоков продуктов, обогащенных волокнами и крахмалом.
Пример 7: Обогащение люпиновым белком
Образец измельченной люпиновой муки, тип бобовых, тестируют с помощью лабораторного устройства (модель X2.5) и способа TBS с целью повышения содержания белка и демонстрации способности устройства и способа TBS одновременно заряжать и концентрировать белковые частицы за одну стадию. Образец измельчают до среднего размера частиц 80 микрон и тестируют в том виде, в котором его получают, не регулируя содержание влаги. Всего проводят 12 прогонов. Массовый выход и содержание белка в продукте одного из прогонов показаны ниже в таблице 7 и на фиг. 10. Этот результат показывает, что устройство и способ TBS позволяют отделять белок от муки с достижением разных уровней чистоты при соответствующем массовом выходе продукта.
Таблица 7: Результаты тестирования люпиновой муки
Прогон ID 171221-6
Исходная смесь
Продукт 1 (обогащенный волокнами)
Продукт 2 (обогащенный белком)
Масса
100%
75,5%
24,5%
Белок
35,0%
30,2%
48,0%
Влага
7,3%
-
-
Общее содержание волокон
36,1%
42,7%
18,8%
Жир/масло
9,7%
8,7%
11,8%
Крахмал
1,1%
<1%
1,0%
Пример 8: Обогащение гороховым белком
Образец концентрата горохового белка тестируют с помощью лабораторного устройства (модель X2.5) и способа TBS с целью повышения содержания белка и демонстрации способности устройства и способа TBS одновременно заряжать и концентрировать белковые частицы в одну стадию. Образец подвергают сухой обработке традиционными методами. Исходную смесь с медианным размером частиц 7 микрон подают в устройство TBS в том виде, в каком ее получают. Массовый выход и содержание белка в продукте одного из прогонов показаны ниже в таблице 8. Этот результат показывает, что устройство и способ TBS позволяют дополнительно повышать содержание белка в гороховом белке, который был предварительно обработан с помощью традиционных методов сухого разделения, основанных на различиях в размерах и плотности.
Таблица 8: Результаты тестирования концентрата горохового белка
Прогон ID 180710-4
Исходная смесь
Продукт 1 (обогащенный крахмалом)
Продукт 2 (обогащенный белком)
Масса
100%
39,7%
60,3%
Белок
57,6%
52,1%
61,6%
Влага
7,3%
-
-
Общее содержание волокон
17,3%
23,9%
13,4%
Жир/масло
2,4%
Крахмал
4,0%
4,7%
3,5%
Пример 9: Повышение содержания белка стручковой фасоли
Образец концентрата белка стручковой фасоли тестируют с помощью лабораторного устройства (модель X2.5) и способа TBS с целью повышения содержания белка и демонстрации способности устройства и способа TBS одновременно заряжать и концентрировать частицы белка в одну стадию. Образец подвергают сухой обработке традиционными методами. Исходную смесь с медианным размером частиц 8 микрон подают в устройство TBS в том виде, в каком ее получают. Массовый выход и содержание белка в продукте одного из прогонов показаны ниже в таблице 9. Этот результат показывает, что аппарат и способ TBS способны дополнительно повышать содержание белка в белке стручковой фасоли, который предварительно обрабатывают с помощью традиционных методов сухого разделения, основанных на различиях в размерах и плотности частиц.
Таблица 9: Результаты тестирования концентрата белка стручковой фасоли
Прогон ID 180710-4
Исходная смесь
Продукт 1 (обогащенный крахмалом)
Продукт 2 (обогащенный белком)
Масса
100%
38,6%
61,4%
Белок
66,6%
60,0%
71,5%
Влага
8,3%
-
-
Общее содержание волокон
13,3%
18,5%
11,8%
Жир/масло
2,0%
Крахмал
6,0%
8,6%
4,6%
Пример 10: Повышение содержания белка в соевой муке
Образец обезжиренной соевой муки тестируют с использованием экспериментального (модель 06/A) устройства и способа TBS с целью повышения содержания белка и демонстрации способности устройства и способа TBS одновременно заряжать и концентрировать частицы белка в одну стадию. Образец обрабатывают традиционными методами. Исходную смесь с медианным размером частиц 20 микрон подают в устройство TBS в том виде, в каком ее получают. Массовый выход и содержание белка в продукте одного из прогонов показаны ниже в таблице 10. Этот результат показывает, что устройство и способ TBS позволяют повышать содержание белка в соевой муке, предварительно обработанной традиционными методами.
Таблица 10: Результаты тестирования обезжиренной соевой муки
Прогон IDRD9 170822 A6
Исходная смесь
Продукт 1 (обогащенный волокнами)
Продукт 2 (обогащенный белком)
Масса
100%
54,2%
45,8%
Белок
55,5%
51,8%
59,5%
Влага
4,2%
-
-
Общее содержание волокон
18,8%
20,5%
17,5%
Жир/масло
<0,3%
Пример 11: Повышение содержания белка в костной муке
Отобранный образец студенистых костных продуктов, полученных из бычьей костной муки, тестируют с использованием лабораторного устройства (модель X2.5) и способа TBS с целью повышения содержания белка и демонстрации способности устройства и способа TBS одновременно заряжать и отделять отдельные белковые частицы от костных частиц в одну стадию. Образец с медианным размером частиц 850 микрон перед тестированием сушат в печи. В отличие от предыдущих примеров, белок отделяют от кости, а не от волокон или крахмала. Массовые выходы и содержание белка в продукте одного из прогонов показаны ниже в таблице 11. Этот результат показывает, что устройство и способ TBS позволяют отделять белок от костной муки с достижением разных уровней чистоты при соответствующем массовом выходе продукта. На фиг.11 показаны результаты восьми прогонов TBS с верхней отрицательной полярностью.
Таблица 11: Результаты тестирования бычьей костной муки - студенистых костных продуктов
Результаты анализов
Прогон ID 171218-3
Исходная смесь
Продукт 1 (обогащенный белком)
Продукт 2 (обогащенный золой)
Масса
100%
9,2%
90,8%
Белок
41,0%
65,6%
38,7%
Влага
5,6%
Зола
50,5%
25,1%
54,4%
Масло/жир
5,4%
8,5%
4,1%
Пример 12: Повышение содержания белка в рыбной муке
Перемолотый образец рыбной муки тестируют с помощью лабораторного устройства (модель X2.5) и способа TBS с целью повышения содержания белка и демонстрации способности устройства и способа TBS одновременно заряжать и отделять белковые частицы от костных частиц в одну стадию. Перед тестированием образец измельчают до медианного размера частиц 81 микрон и затем сушат. Массовые выходы и содержание белка в продукте одного из прогонов показаны ниже в таблице 12. Этот результат показывает, что устройство и способ TBS позволяют отделять содержащийся в рыбной муке белок от кости.
Таблица 12: Результаты тестирования рыбной муки
Результаты анализов
Прогон ID 180618-1
Исходная смесь
Продукт 1 (обогащенный белком)
Продукт 2 (обогащенный золой)
Масса
100%
81,3%
18,7%
Белок
73,4%
80,4%
54,7%
Влага
0,3%
Зола
17,6%%
12,6%
39,0%
Здесь приведено несколько аспектов по меньшей мере одного варианта осуществления настоящего изобретения, однако следует понимать, что специалисты в данной области техники могут легко осуществить разные изменения, модификации и улучшения. Такие изменения, модификации и улучшения являются частью настоящего описания и входят в пределы сущности и объема изобретения. Соответственно, вышеприведенное описание и чертежи служат только в качестве примеров.