在非大气压力下对固体进行连续处理的系统和方法

xiaoxiao2020-6-24  4

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专利名称:在非大气压力下对固体进行连续处理的系统和方法
技术领域
本发明涉及材料加工,更具体地涉及在非大气压力下固体材料的连续加工。
背景技术
许多固体材料可优选在压力或者真空条件下进行处理。此类处理的例子包括巴氏杀菌和干燥。不幸的是,此类固体的加工通常以不连续批料的方式进行,或者要求使用高压递送机制使固体材料接触高剪切力,从而改变固体材料的性质。

发明内容
本发明的实施方式允许在非大气压力下对固体材料进行连续加工。如本文所述,在一些实施方式中,在与加工容器基本相同的非大气压条件下将材料递送到加工容器。此夕卜,本发明的一些实施方式能够连续加压处理固体材料而不扰乱加工容器的操作压力。在本发明的一个例子中,描述了一种在非大气压力下对含淀粉材料进行连续处理的方法。根据该例子,所述方法包括将含淀粉材料递送至水化控制设备,在所述水化控制设备内使含淀粉材料中的水分含量增加或降低中的至少一种,并将所述含淀粉材料从水化控制设备递送到材料传递设备。所 述材料传递设备包含限定了进料端和排料端的室,靠近所述室进料端的第一阀,以及靠近所述室排料端的第二阀。该例子详细说明了将含淀粉材料递送到材料传递设备,包括将含淀粉材料递送到第一阀打开且第二阀关闭的材料传递设备的室中。示例性方法还包括:关闭材料传递设备的第一阀,从而将含淀粉材料压力隔离在材料传递设备的室中;将材料传递设备的室内压力调节至非大气压力,所述非大气压力基本等于材料传递设备下游的加工容器中的非大气压力;打开材料传递设备的第二阀并将含淀粉材料从材料传递设备的室内递送至加工容器;以及在加工容器中加热含淀粉材料。在本发明的另一个例子中,描述了一种在非大气压力下对含淀粉材料进行连续处理的系统。所述系统包含水化控制设备、加工容器、干燥器以及材料传递设备,所述水化控制设备配置成使含淀粉材料中的水分含量增加或降低中的至少一种;所述加工容器配置成在非大气压力下加热含淀粉材料,所述加工容器位于所述水化控制设备的下游;所述干燥器配置成降低含淀粉材料中的水分含量,所述干燥器位于所述加工容器的下游;所述材料传递设备位于所述水化控制设备和所述加工容器之间。根据一个例子,材料传递设备包含室、位于水化控制设备和室之间的第一阀、以及位于加工容器和室之间的第二阀。示例性系统还包含与材料传递设备的室压力连通的压力源,该压力源配置成调节室内压力,从而使压力基本等于加工容器中的非大气压力。在另一个例子中,描述了一种在非大气压力下对含固体组分的材料进行连续处理的方法。该方法包括:在基本大气压力的条件下将含固体组分的材料递送至具有进料端和排料端的第一室,关闭靠近第一室进料端的第一阀,并将第一室的压力调节至非大气压力,所述非大气压力基本等于第二室内的非大气压力。根据该例子,第二室具有进料端和排料端,第二阀将第二室与第一室隔开,所述第二阀的位置靠近第二室的进料端和第一室的排料端。示例性方法还包括:打开第二阀,将含固体组分的材料递送通过第二阀到达第二室;将所述含固体组分的材料从第二室连续递送至与第二室传递连通的加工容器,所述加工容器在非大气压力下操作,所述第二室的非大气压力基本等于加工容器的非大气压力;以及在加工容器中连续加工含固体组分的材料。在附图和以下描述中详细说明了一个或多个例子。通过说明书、附图和权利要求书,不难了解其它的特征、目的和优点。附图简要说明

图1A显示根据本发明第一实施方式的系统的端视图。图1B显示根据本发明第一实施方式的系统的侧视图。图2A显示根据本发明第二实施方式的系统的端视图。图2B显示根据本发明第二实施方式的系统的侧视图。图3A显示根据本发明第三实施方式的系统的端视图。图3B显示根据本发明第三实施方式的系统的侧视图。图4显示根据本发明一个实施方式的系统的详细端视图。图5是根据本发明的一个示例性工艺过程的流程图。图6是使用第一组RVA仪器操作条`件下,两种示例性研磨面粉样品的示例性RVA曲线图。图7是使用第二组RVA仪器操作条件下,图6的两种示例性研磨面粉样品的示例性RVA曲线图。图8是使用第一组RVA仪器操作条件下,示例性的整个玉米粒样品和示例性的研磨面粉样品的示例性RVA曲线图。图9是使用第二组RVA仪器操作条件下,图8的示例性的整个玉米粒样品和示例性的研磨面粉样品的示例性RVA曲线图。
具体实施例方式本发明的实施方式包括在非大气压力下(例如,在完全真空至约IOOpsig之间)对含固体组分的材料进行连续处理的系统和方法。在与加工容器基本相同的压力下,例如材料不与明显的剪切应力接触或者不扰乱加工容器的操作压力,将材料连续递送至加工容器。图1A-3B显示根据本发明对固体进行连续压力处理的系统构造的三个实施方式。图1A和IB分别是第一实施方式的端视图和侧视图。通过材料传递设备10将固体材料连续进料到加工容器1,并通过排料漏斗20从加工容器中排出,所述排料漏斗20具有一个或多个排料阀22、24,以允许材料排出而不会扰乱加工压力。应注意,加工容器可以是任意所需的类型。在一些实施方式中,加工容器包括购自博派克斯国际有限公司(BepexInternational, LLC)的 Solidaire 、TorasDisc 、Thermascrew 、TurbuIizer 或者Contimiator 干燥器,该公司是本申请的受让人。例如,加工容器I可以是圆盘、桨状搅拌器、双转子、螺旋器、流化床、薄层桨搅拌器、薄膜桨搅拌器、蒸汽管、旋转器或其他混合器或者加工容器。美国专利第6,098,307号也揭示了所需的加工容器,其全文通过引用结合入本文。如图1A和IB所示,固体经过加工容器从材料传递设备10到排料漏斗20,在受控的非大气压力下停留一段预定的时间以处理固体。图2A和2B显示与图1A和IB相同的一般构型,不同之处在于串联加入了第二处理容器30以提供延长的停留时间。第二加工容器30可以与第一加工容器10相同或者不同。在一些例子中,第二加工容器30可以是螺旋容器、清洗容器或者垂直漏斗。为了进行说明,图3A和3B分别显示具有不同加工容器的第二实施方式的端视图和侧视图。在材料传递设备10将固体材料进料到加工容器2中,并通过排料漏斗20从加工容器排出。在图3A和3B的实施方式中,当固体移动通过加工容器2时,固体经过圆盘搅动和来自圆盘40的热传递,这为处理提供了较长的停留时间。本发明的实施方式包括材料传递设备20。在本文中,该设备有时候也称作“进料器”。如图4最佳所不,设备10可以包含第一室40,第一阀60将所述第一室40与材料传递装置50分开。第一室40包含进料端42和排料端44,并提供体积来装纳材料直至其通过第二阀80被递送到第二室70。因此,在第一室内收集材料直至其被递送到第二室,并且第一室的体积大于在第一阀和第二阀之间延伸的假想管,该假想管是阀的尺寸。换言之,第一室的直径可以大于罩住了阀的阀外壳的外直径(例如,比它大两倍或更大)。第二室70包含进料端72和排料端74,并提供连续供给材料到加工容器90中进行加工的体积。如同第一室那样,第二室的直径可以大于罩住了阀的阀外壳的外直径(例如,比它大两倍或更大)。因此,系统包含至少两个压力受控且可选择性隔离的室,可用于在基本等于加工容器压力的压力下,将固体材料连续递送至加工容器。在一些实施方式中,提供进料计量装置100以促进材料从第二室运输到加工容器。在此类实施方式中,进料计量装置包含计量马达来驱动计量螺杆推动材料进入加工容器,例如以受控且基本均匀的速率推动材料进入加工容器。如下文所详述,通过第一阀和第二阀的连续传动并调节第一阀中的压力,固体可以被连续地递送到以非大气压力操作的加工容器中,而不会使材料经受剪切力或者扰乱加工容器中的压力。可以通过机 电控制系统依次操作第一阀和第二阀。此外,第一阀和第二阀可以是任意合适的类型。在一些实施方式中,第一阀和/或第二阀包含正向密封阀,当系统压力大于大气压时帮助防止加工气体从系统泄漏,当系统压力小于大气压时帮助防止大气进入系统。第一阀或第二阀的其他合适的阀的例子包括:蝴蝶阀、球阀、节流阀、虹膜阀、卸料阀、圆顶阀、刀门、单气闸或旋转阀、双气闸或旋转阀、以及滑门。可以用任意合适的装置调节第一室的压力。在一些实施方式中,将第一室的压力调节到非大气压力包括:对第一室加压从而使其压力高于大气压,或者在第一室内抽真空从而使其压力低于大气压。在这些实施方式中,可以提供与第一室气体连通的正压力源和/或真空源(例如,正压力和/或真空泵、蒸汽产生器)以调节第一室的压力。可以通过任意装置在这些实施方式中产生压力和/或真空。此外,可以提供一个或多个排气阀,以促进在需要的时候将第一室的压力调节回到大气压。在一些实施方式中,根据本发明的方法包括在基本大气压力下将含有固体组分的材料递送到具有进料端和排料端的第一室。该方法可包括关闭靠近第一室进料端的第一阀的步骤。此外,该方法可包括将第一室的压力调节至非大气压力的步骤,所述非大气压力基本等于具有进料端和排料端的第二室的非大气压力。在一些实施方式中,可以通过第二阀将第二室与第一室分开,所述第二阀位于靠近第二室的进料端和第一室的排料端。然后可以打开第二阀,可以将材料递送到第二室。本发明的实施方式还包括将含有固体组分的材料从第二室连续递送到与所述第二室传递连通的加工容器中,其中所述第二室中的非大气压力基本等于加工容器中的非大气压力。最后,可以在加工容器中连续加工材料,并通过一个或多个排料阀排出,例如,以使加工容器与加入材料或排出材料相关的任意压力变化基本上或完全压力隔离的方式排出。因此,本发明的实施方式允许在非大气压力下对固体材料进行连续加工。如一些实施方式中所述,在与加工容器基本相同的非大气压条件下将材料递送到加工容器。此外,本发明的一些实施方式能够连续加压处理固体材料而不扰乱加工容器的操作压力。本发明的一些实施方式实现这些结果而不会在将材料递送到加工容器时对材料产生明显的机械作用力或者剪切力,从而避免了在传递过程中对材料造成不理想的改性,并且对最终产品的特性提供精确控制。例如,在淀粉和含淀粉产品的情况下,特别是那些包封在淀粉颗粒中的淀粉-蛋白质复合物的情况下,如果在高压进料设备中使用过度剪切,则会发生颗粒的破裂和淀粉的降解。特别是当产品相比于周围环境处于提升的温度和/或湿度水平下,对淀粉或者含淀粉产品施加过度机械作用力或者剪切力时,这尤为明显。在此类实施方式中,第一室和第二室可以没有压缩力或者基本没有压缩力(例如,机械搅动器)。本发明实施方式的方法还可包括对其他合乎希望地依次打开或关闭第一阀和第二阀。例如,所述方法可包括在将材料递送到第一室之前打开第一阀的步骤。在一些实施方式中,所述方法包括在将材料递送到第二室之后关闭第二阀的步骤。在此类实施方式中,在第二阀关闭准备再次在第一阀打开之后递送材料之后,可以将第一室中的压力调节至基本为大气压力或者其他传递系统的压力(例如,在传递系统未配置成在大气压力下操作的情况下)。 在一些实施方式中,将含固体组分材料从第二室连续递送到加工容器的步骤包括将材料从第二室递送到进料计量装置,并从进料计量装置递送到加工容器。在此类实施方式中,所述进料计量装置可以处于与第二室和加工容器基本相同的非大气压力下。本发明的实施方式包括以任意形式对任意固体材料进行连续压力加工。在一些实施方式中,含固体组分的材料是颗粒固体、粉状固体、湿润固体、湿饼、糊或者浆料的形式。在某些实施方式中,固体组分包括:豆类(例如,豆、豌豆、扁豆)、植物(例如,叶、根和皮)、药草、香料、面粉组分(胚乳、麸皮和胚芽)、任意全麦、全麦面粉、全麦膳食、任意豆类、豆粉或者豆膳食、麸分离物、胚芽分离物、胚乳分离物、淀粉粉末或者热敏聚合物、化学品、矿物质以及食品。本发明的实施方式不限于任意特定的进料尺寸,但是尺寸通常为全麦尺寸(例如约IOmm)至精细研磨微米或亚微米级颗粒。在一些实施方式中,加工容器中的加工步骤包括连续压热处理。在此类实施方式中,材料在加工容器中除了进行压力处理之外还进行热处理。可以通过任意合适的装置向材料施加热量,包括直接加热和间接加热。通常,在大于一个大气压下,在约100-170摄氏度之间进行热处理。取决于加工的材料,当暴露于所述温度和压力条件下时,材料可能会含有0至大于50重量%的水分含量(例如,大于75重量%的水分)。连续压热处理的例子包括以下一个或多个:巴氏杀菌、消毒、酶失活、淀粉改性、淀粉糊化、风味特征和质地改性。植物、药草和香料的巴氏杀菌或消毒的更具体的例子包括:杀死孢子、降低微生物活性以及杀灭病原体。全麦或者麸/胚芽分离物成分的酶失活、全麦面粉中淀粉的改性和胶凝、谷物面粉或经过分离的淀粉粉末的胚乳分离物、以及麸分离物在经过化学改性或未经化学改性的情况下通过改变风味特征或者质地进行改性,是通常称作热处理、烧煮、预烧煮、速溶化或者烘烤的例子。巴氏杀菌可以认为是材料的微生物数量的两个对数下降或者更高的对数下降(即下降两个数量级或者更多个数量级)。作为对比,消毒可以认为是基本完全杀灭了材料上的微生物。在巴氏杀菌的情况下,可以向材料直接注入蒸汽,使材料近乎瞬时加热至所需的杀菌温度,从而最小化所需的加工时间。此外,因为可以在高压下连续操作本发明的实施方式,所以可以获 得高于常压沸点的温度。该较高的温度可用于一些微生物的巴氏杀菌。此外,因为可以无需煮沸获得高于常压沸点的温度,所以材料可以暴露于所述温度而不会由于煮沸而变干。该过程可用于在需要保留材料水分的情况下用较高的温度进行热处理。在某些实施方式中,在真空或者压力下在加工容器中进行热处理。此类实施方式可用于干燥热敏聚合物、化学品和食物。通常,可以在约50-110摄氏度的温度以及约0.1-0.5个大气压的压力下进行所述处理。例如,可以在约50-60摄氏度下真空干燥谷物、淀粉和香料。在本发明的一些实施方式中,还可以在加工之前或者在加工过程中控制材料的水分含量(例如,按需提升或者降低水分含量)。例如,可以加入蒸汽来控制材料的水分含量。在一些实施方式中,在进入加工容器之前,通过初始水化混合步骤来向上调节水分含量。如果在加工容器中使用了蒸汽,则还可以通过蒸汽冷凝来获得水分。另一方面,如果对材料进行加热而不加入蒸汽或者未进行水化,则可能发生水分损失。在某些实施方式中,可以在加工之前或者在加工过程中从材料中的固体分离来自材料的水蒸气。可以按需在加工过程中或者加工之后,以冷凝或者未冷凝的形式将这些蒸汽重新引入固体。当需要产品水分和/或当蒸汽为产品提供所需的风味或者质地时,可能希望重新引入这些蒸汽。在其他过程中,则可能希望弃去蒸汽,例如当需要低产品水分时,蒸汽含有不合乎希望的蒸汽时,和/或当蒸汽会对产品质地或风味造成负面影响时。如本文所述,材料传递设备的实施方式允许在非大气压力下将固体材料连续递送至加工容器。在一些实施方式中,材料被连续递送至加工容器而未使材料接触剪切应力或者扰乱加工容器的压力。图5显示实施本文所述的材料传递设备的示例性工艺108。在图5的例子中,工艺108包含水化控制设备110、加工容器112和干燥器114。此外,工艺108还包含上文所述的材料传递设备10。在操作时,可以将固体材料连续进料到水化控制设备110中,所述水化控制设备110配置成调节(例如,增加和/或降低)固体材料中的水含量。固体材料通过材料传递设备10从水化控制设备110中排出并进入加工容器112。可以在加工容器112中加热固体材料或者进行其他加工。在经过加工容器112之后,可以将固体材料排出到干燥器114,所述干燥器114配置成对固体材料进行干燥(例如,降低固体材料的水分含量)用于传输、储藏或者进一步加工。
如上文所述,工艺108可用于加工各种不同的固体材料。例如,工艺108可用于加工含淀粉材料,例如麸、玉米、小麦或者燕麦等。在这些例子中,可以加工含淀粉材料以调节材料的水分含量和/或使材料暴露于不同于环境温度的温度。工艺108可配置成对含淀粉材料进行巴氏杀菌(例如,通过杀灭含淀粉材料中的病菌孢子)、对含淀粉材料进行消毒、使含淀粉材料中的酶失活(例如,通过将材料中的脂肪转变为脂肪酸)、对材料中的淀粉组分进行化学改性、使材料中的淀粉胶凝、和/或改变含淀粉材料的质地。工艺108可以通过施加压力、温度和/或水分来改性含淀粉材料。在一些例子中,工艺108可以化学改性含淀粉材料或者使其发生化学反应。化学改性可涉及天然含淀粉材料的聚合、交联、解聚合或者变性等。化学反应可涉及使天然含淀粉材料与一种或多种(例如除了水之外的)额外组分发生反应。通常,图5的例子中的水化控制设备110、加工容器112以及干燥器114是能够实现固体材料的加工从而调节固体材料的水分含量以及使固体材料暴露于除了环境温度以外的温度的各种结构特征和组分的代表。虽然如图5所示的水化控制设备110、加工容器112以及干燥器114是相互分开的,但是应理解,可以共同实施某些结构特征和组分以履行属于工艺108的功能。在图5的例子中,在工艺108开始时将材料(为了易于描述,下文称作含淀粉材料)进料到水化控制设备110中。在某些例子中,水化控制设备配置成例如通过加热材料蒸发水分来降低含淀粉材料的水分含量。在其他例子中,水化控制设备110配置成增加含淀粉材料的水分含量,例如用以制备所述含淀粉材料以用于在加工容器112中进行加工。可以在加工容器112的加热过程·中,例如烧煮、巴氏杀菌、酶失活或者以其他方式改性含淀粉材料过程中蒸发掉加入的水分。当如此配置时,水化控制设备110可以接收水(例如,液态水和/或蒸气)并使水与含淀粉材料接触以增加材料的水分含量。水化控制设备110还可以接收除了水之外的其他液体和/或固体材料或者接收其他液体和/或固体材料代替水,从而在加工容器112之前使所述材料与含淀粉材料接触。在水化控制设备110配置成增加含淀粉材料的水分含量的例子中,所述水化控制设备可以是混合器(例如,低剪切桨式混合器、高速桨式混合器、带式混合物、混合螺杆),但是也可以是其他类型的设备。在一些例子中,例如通过具有热护套的外壳控制水化控制设备110的温度。取决于工艺108的配置,水化控制设备110可以接收水分含量小于14重量% (例如,范围约为5-13重量%)的含淀粉材料并排出水分含量大于14重量% (例如,水分含量大于30重量%,或者水分含量范围为14-55重量%)的含淀粉材料。在图5的例子中,含淀粉材料从水化控制设备110中排出并被加工容器112接收。在一些应用中,以不同于加工容器112的压力操作水化控制设备110。例如,可以在大气压下操作水化控制设备110,而在高于或低于大气压的压力下操作加工容器112。或者,可以在高于或低于大气压的压力下操作水化控制设备110,而在大气压下操作加工容器112。在另一个例子中,可以在非大气压下操作水化控制设备110和加工容器112,其中水化控制设备的压力不同于加工容器的压力。在任意例子中,工艺108可以包含材料传递设备10以用于调节水化控制设备110和加工容器112之间的含淀粉材料的压力。图5的例子中的材料传递设备10包含如上所述的室40、第一阀60以及第二阀80。室40可以是位于水化控制设备110和加工容器112之间的压力平衡室。在操作时,可以在打开第一阀60的同时关闭第二阀80,将含淀粉材料从水化控制设备110排出到材料传递设备10中。在向室40引入合适量的含淀粉材料之后,可以关闭第一阀60以限定与水化控制设备110和加工容器112压力隔离的室。室40的初始压力可以与水化控制设备110的压力相同。之后,可以激活与室40流体连通的正压力和/或真空源,以调节室的压力(例如,增加和/或降低室内的压力),直至室内的压力基本等于加工容器112中的压力。随后,可以在打开第二阀80的同时关闭第一阀60,将材料传递设备10内物质排出到加工容器112中。为了重复工艺,在排出了传递设备内物质之后,可以关闭材料传递设备10的第二阀80,同时第一阀60保持关闭。室40的初始压力可以与加工容器112的压力相同。之后,可以激活与室40流体连通的正压力和/或真空源,以调节室的压力(例如,增加和/或降低室内的压力),直至室内的压力基本等于水化控制设备110中的压力。随后,可以打开第一阀60以再次填充室40,用于将额外的材料运输到加工容器112。在此方式中,可以将含淀粉材料从与水化控制设备110相关的第一压力运输到与加工容器112相关的第二压力,而不会以剪切或者其他破坏含淀粉材料的方式对材料造成压力震动。工艺108包含加工容器112。加工容器112可以包括上文参照图1A-3B所述的任意示例性类型的加工容器。在一个例子中,加工容器112配置成在容器内加热含淀粉材料。加工容器112可以配置成间接加热含淀粉材料(例如,通过接收蒸汽或者另一种导热流体的带护套的容器进行加热)和/或直接加热含淀粉材料。当加工容器112配置成直接加热含淀粉材料时,容器可以接收蒸汽或者另一种经加热的介质(例如,经过加热的空气),所述蒸汽或者经加热的介 质在容器中与含淀粉材料直接接触。在一些例子中,加工容器112还配置成在容器内搅动含淀粉材料。搅动可以增加操作时热传输进入含淀粉材料的速率。

加工容器112可以在任意合适的温度和压力条件下操作,并且可以改变所述温度和压力条件,例如基于容器中加工的材料的类型进行变化。此外,可以在给定的温度和压力条件下在加工容器中对含淀粉材料加工任意合适的时间。例如,在含淀粉材料进行巴氏杀菌的例子中,加工容器112可以在大于5psig的压力和大于100 T的温度下操作,所述压力为例如大于15psig的压力,大于20psig的压力,或者范围约为15-25psig的压力,所述温度为例如大于250 °F的温度,或者范围约为200-400 ° 的温度。含淀粉材料可以暴露于所述温度和压力条件下至少3秒,例如至少I分钟、至少5分钟、至少30分钟,或者约10-30分钟的范围。也就是说,含淀粉材料在加工容器112中的停留时间范围可以约为10-30分钟。应理解,前述的温度值、压力值和停留时间值仅仅是示例性的,本发明并不限于此。例如,在加工容器112中对含淀粉材料进行酶失活的例子中,加工容器112可以在大于3psig的压力和大于200 T的温度下操作,所述压力为例如大于Spsig的压力,大于IOpsig的压力,或者范围约为7.5-12psig的压力,所述温度为例如大于200 0F的温度,或者范围约为200-300 ° 的温度。在该应用中,含淀粉材料可以暴露于所述温度和压力条件下至少3秒,例如至少I分钟、至少5分钟、至少60分钟,或者约5-60秒的范围。加工容器112通过材料传递设备10接收来自水化控制设备110的含淀粉材料。如上文所述以及如图5所示,在一些例子中,材料传递设备10包含位于第二阀80的排料端和加工容器112之间的第二室70。第二室70可以配置成从材料传递设备10接收含淀粉材料,并在加工容器112中进行加工之前装纳材料。储藏在第二室70中的材料的装纳体积可有助于确保加工容器112连续操作,而不用等待来自水化控制设备110的材料。当材料传递设备10配置成具有第二室70时,该室可以储藏任意合适体积的含淀粉材料。在一些例子中,材料传递设备10的第二室70配置成储藏足够体积的含淀粉材料,从而使得所述含淀粉材料基本阻断了材料传递设备10与加工容器112之间的流体连通。例如,在将蒸汽注入加工容器112的情况下,储藏在第二室70中的含淀粉材料可以基本防止注入到加工容器112中的蒸汽连通返回材料传递设备10的第二阀80的出口处。也就是说,可以将材料传递设备10的第二阀80的出口处的环境与加工容器112中的环境基本隔离开。在加工容器和材料传递设备之间具有温差的情况下,防止蒸汽从加工容器112移动到材料传递设备10的第二阀80的出口处可能是有用的。例如,当第二阀80的出口处的环境冷于加工容器112中的环境时,如果蒸汽移动到第二阀的出口,则来自加工容器的蒸汽会冷凝。这可导致含淀粉材料的不同颗粒发生团聚,潜在地导致堵塞或者其他运行问题。出于其他原因,第二阀80出口处的环境和加工容器112中的环境之间具有不同的气体组成也可能是有益的。可以使用各种不同设备件或者设备件的组合来实现加工容器112。在不同例子中,加工容器112可以是桨式干燥器(例如,薄层桨式干燥器)、间接干燥器、旋转圆盘式干燥器、蒸汽管干燥器、旋转干燥器、流化床干燥器和/或吹扫塔。

在操作时,加工容器112可以在接收端接收含淀粉材料,并在排料端排出该材料。在图5的例子中,加工容器112的排料端用附图标记116表示。在以不同于工艺108中下游操作的压力操作加工容器112的应用中,材料传递设备10可以放置在加工容器的排料端116。加工容器112的排料端116处的材料传递设备可用于调节含淀粉材料的压力(例如,增加或降低含淀粉材料的压力),使其压力从加工容器中的压力调节至加工容器下游的压力。以这种方式,可以将含淀粉材料从加工容器112运输至下游工艺,而不会以剪切或者其他破坏含淀粉材料的方式对材料造成压力震动。当工艺108包含位于加工容器112下游的材料传递设备10时(所述加工容器112也可以具有或者不具有位于加工容器上游的材料传递设备10),设备可如上所述包含室40、第一阀60以及第二阀80。在操作时,可以在打开第一阀60的同时关闭第二阀80,将含淀粉材料从加工容器112排出到材料传递设备10中。在向室40引入合适量的含淀粉材料之后,可以关闭第一阀60以限定与加工容器112压力隔离的室。室40的初始压力可以与加工容器112的压力相同。之后,可以激活与室40流体连通的正压力和/或真空源,以调节室的压力(例如,增加和/或降低室内的压力),直至室内的压力基本等于加工容器112的下游压力。随后,可以在打开第二阀80的同时关闭第一阀60,将材料传递设备10内物质排出到加工容器112下游。或者,可以在打开第二阀80的同时关闭第一阀60,无需首先使室40内的压力与加工容器112的下游压力平衡。在打开阀之后,加工容器与下游工艺之间的压差会迫使加工容器中的含淀粉材料离开进入下游工艺。在任一种情况下,都可以从材料传递设备10中排出含淀粉材料,而不会改变加工容器112中的操作压力。为了重复工艺,在排出了传递设备内物质之后,可以关闭材料传递设备10的第二阀80,同时第一阀60保持关闭。室40的初始压力可以与下游工艺的压力相同。之后,可以激活与室40流体连通的正压力和/或真空源,以调节室的压力(例如,增加和/或降低室内的压力),直至室内的压力基本等于加工容器112中的压力。在加工容器112中的压力高于下游工艺的例子中,可以通过向室内注入蒸汽或者压缩空气等,将室40内的压力增加至加工容器的压力。随后,可以打开第一阀60以再次填充室40,用于将额外的材料运输离开加工容器112。图5的例子中的工艺108包含干燥器114。干燥器114配置成从加工容器112接收经过热加工的含淀粉材料,并通过蒸发材料中的水分来干燥材料。干燥器114可以包含任意类型的加工设备,所述加工设备对含淀粉材料进行直接和/或间接加热以蒸发材料中的水。在一些例子中,干燥器114在大气压力下操作,但是在其他例子中,干燥器114在非大气压力下操作。在一个例子中,干燥器114是分散闪蒸干燥机。分散闪蒸干燥机可配置成机械分散接收自加工容器112的经过热加工的含淀粉材料,同时将所述含淀粉材料与热空气混合。干燥器114的其他示例性类型的干燥器包括闪蒸干燥器、流化床干燥器以及旋转干燥器等。在工艺108包含干燥器的情况下,干燥器可以将含淀粉材料干燥至任意可接受的水分含量。例如,取决于要加工的材料类型,水分含量可以发生变化。在一些例子中,用干燥器114将含淀粉材料 干燥至小于20重量%的水分含量,例如小于14重量%的水分含量或者小于10重量%的水分含量。对含淀粉材料进行干燥可促进材料的解聚,并可促进材料在后续运输、储藏或者加工过程中团聚的减少或者消除团聚。在工艺108的例子中,含淀粉材料离开干燥器114。可以将含淀粉材料运输通过旋风器(图5),来分离含淀粉材料与空气或者其他用于在干燥器114中干燥材料的经过加热的空气。之后,可以将经过干燥和分离的含淀粉材料按需传输至储藏、运输或者进一步加工。在图5的例子中,离开干燥器114和旋风器120的含淀粉材料在冷却器122中进行加工。冷却器122配置成降低含淀粉材料的温度。在加工容器112之后(并且在一些例子中,在干燥器114和/或旋风器120之后)冷却含淀粉材料可以停止或者减缓可能发生的含淀粉材料的任意烧煮。此外,含淀粉材料的冷却可以改变含淀粉材料的流变性和结晶度,用于后续使用。在一些例子中,冷却器122配置成将含淀粉材料冷却至低于100° F的温度,例如低于90° F的温度或者低于80° F的温度,但是也可以考虑其他温度。尽管上文已经结合本发明的具体示例性实施方式描述了本发明的实施方式,但是很明显,本领域技术人员可以通过从上述内容受益而进行许多的替代、改良和变化。因此,只要落在本发明的精神和宽范围之内,本发明就包含所有这些替代方式、改良方式和变化方式。以下实施例可以为根据本发明进行处理的固体提供额外细节。实施例实施例1将三种不同的含淀粉材料经过如图5所示的工艺。第一种含淀粉材料是整个玉米粒。第二和第三种含淀粉材料是新鲜研磨的玉米面粉。在所有情况下,在水化控制设备中将含淀粉材料都水化至30重量%的水分,然后在加工容器中进行加热和搅动。在加工容器中进行加热和搅动的同时,将相当于10-15重量%的含淀粉进料材料(即,不包括水化控制设备中加入的水的重量)的蒸汽注入到加工控制容器中。在加工容器下游干燥并冷却含淀粉材料。
在相同的温度和压力条件下处理,同时加工第一含淀粉材料(即整个玉米粒)和第二含淀粉材料(即一种新鲜研磨的玉米面粉样品)。此外,在这些实施例中,在大于5psig的正压下操作加工容器。在与前两种样品相同的温度条件但是不同的压力条件下处理第三含淀粉材料(即另一新鲜研磨的玉米面粉样品)。具体来说,对于第三种含淀粉材料,在大气压力下操作加工容器。在如上所述的加工之后,使用波通仪器RVA4500 (Perten Instruments RVA4500)分别产生三种含淀粉材料的RVA曲线。RVA曲线测量了含淀粉材料的烧煮特性。对于三种含淀粉材料分别产生了两条RVA曲线。将4克经过加工的含淀粉材料与25克水混合,然后将混合物放置在如下操作条件的RVA仪器中,产生第一 RVA曲线:
权利要求
1.一种在非大气压力下对含淀粉材料进行连续处理的方法,该方法包括: 将含淀粉材料递送至水化控制设备; 在所述水化控制设备中使含淀粉材料中的水分含量增加和/或减少; 将所述含淀粉材料从水化控制设备递送至材料传递设备,所述材料传递设备包含限定了进料端和排料端的室,靠近室的进料端的第一阀以及靠近室的排料端第二阀,其中,将含淀粉材料递送至材料传递设备包括将含淀粉材料递送至材料传递设备的室,该室的第一阀打开且第二阀关闭; 关闭材料传递设备的第一阀,从而将含淀粉材料压力隔离在材料传递设备的室内;将材料传递设备的室内压力调节至非大气压力,所述非大气压力基本等于材料传递设备下游的加工容器中的非大气压力; 打开材料传递设备的第二阀并将含淀粉材料从材料传递设备的室递送至加工容器;以及 在加工容器中加热含淀粉材料。
2.如权利要求1所述的方法,其特征在于,所述含淀粉材料包含麦、麸、燕麦或者玉米中的至少一种。
3.如权利要求1所述的方法,其特征在于,所述使含淀粉材料中的水分含量增加和/或减少包括使含淀粉材料中的水分含量增加和/或减少,直至含淀粉材料具有14-55重量%的水分含量范围。
4.如权利要求3所述的方法,其特征在于,所述水化控制设备包含混合器。
5.如权利要求1所述的方法,其特征在于,所述调节材料传递设备的室内压力包括增加室内压力直至压力范围为10-55psig。
6.如权利要求5所述的方法,其特征在于,所述调节室内压力包括向室内注入蒸汽。
7.如权利要求1所述的方法,其特征在于,所述在加工容器中加热含淀粉材料包括在加工容器中将含淀粉材料间接加热至200-300° F的温度范围。
8.如权利要求1所述的方法,其特征在于,所述打开材料传递设备的第二阀并将含淀粉材料从材料传递设备的室递送至加工容器包括将含淀粉材料递送至位于室的排料端和加工容器之间的第二室,从而使得所述含淀粉材料基本阻断了室与加工容器之间的流体连通,由此室排料端的气体组成不同于加工容器中的气体组成。
9.如权利要求1所述的方法,其特征在于,所述材料传递设备包含第一材料传递设备,还包含位于加工容器下游的第二材料传递设备,所述第二材料传递设备包含限定了进料端和排料端的室,靠近室的进料端的第一阀以及靠近室的排料端第二阀,所述方法包括将含淀粉材料从加工容器递送至第二材料传递设备,该第二材料传递设备的第一阀打开且第二阀关闭。
10.如权利要求1所述的方法,其特征在于,该方法还包括对含淀粉材料进行干燥,直至所述含淀粉材料的水分含量小于14重量%,并将所述含淀粉材料冷却至低于100° F的温度。
11.一种在非大气压力下对含淀粉材料进行连续处理的系统,该系统包含: 配置成使所述含淀粉材料中的水分含量增加和/或降低的水化控制设备; 配置成在非大气压力下加热所述含淀粉材料的加工容器,所述加工容器位于所述水化控制设备的下游; 配置成降低所述含淀粉材料中水分含量的干燥器,所述干燥器位于所述加工容器的下游; 位于所述水化控制设备和加工容器之间的材料传递设备,所述材料传递设备包含室、位于所述水化控制设备和所述室之间的第一阀、以及位于所述加工容器和所述室之间的第二阀;以及 与材料传递设备的室压力连通的压力源,该压力源配置成调节室内压力,从而使压力基本等于加工容器中的非大气压力。
12.如权利要求11所述的系统,其特征在于,所述水化控制设备包含混合器,该混合器配置成使含淀粉材料与水混合,直至所述含淀粉材料具有范围为14-55重量%的水分含量。
13.如权利要求11所述的系统,其特征在于,所述加工容器包含夹套容器,该夹套容器配置成间接加热含淀粉材料,同时搅动所述含淀粉材料,从而增加从夹套容器到含淀粉材料的热传输速率。
14.如权利要求11所述的系统,其特征在于,该系统还包含位于加工容器下游的分散闪蒸干燥机,该分散闪蒸干燥机配置成在存在热气体的条件下机械分散含淀粉材料,从而干燥所述含淀粉材料直至其水分含量小于14重量%。
15.如权利要求14所述的系统,其特征在于,该系统还包含位于所述散闪蒸干燥机下游的冷却器,该冷却器配置成将含淀粉材料冷却至低于100° F的温度。
16.一种在非大气压力下对含固体组分的材料进行连续处理的方法,该方法包括: 在基本大气压力条件下将含固体组 分的材料递送至具有进料端和排料端的第一室; 关闭靠近第一室进料端的第一阀; 将第一室的压力调节至非大气压力,所述非大气压力基本等于具有进料端和排料端的第二室内的非大气压力,位于靠近第二室的进料端和第一室的排料端的第二阀将所述第二室与所述第一室分隔开; 打开第二阀; 将所述含固体组分的材料递送通过第二阀到达第二室; 将所述含固体组分的材料从第二室连续递送至与第二室传递连通的加工容器,所述加工容器在非大气压力下操作,所述第二室的非大气压力基本等于加工容器的非大气压力;以及 在加工容器中连续加工所述含固体组分的材料。
17.如权利要求1所述的方法,其特征在于,该方法包括在将材料递送到第一室之前打开第一阀的步骤。
18.如权利要求1所述的方法,其特征在于,该方法包括在将材料递送到第二室之后关闭第二阀的步骤。
19.如权利要求1所述的方法,其特征在于,所述含固体组分的材料是颗粒固体、粉状固体、湿润固体、湿饼、糊或者浆料的形式。
20.如权利要求1所述的方法,其特征在于,所述固体组分包括以下一种或多种:植物、药草、香料、豆、面粉组分、全麦麸分离物、胚芽分离物、胚乳分离物以及淀粉。
21.如权利要求1所述的方法,其特征在于,所述将所述含固体组分的材料从第二室连续递送至加工容器的步骤包括将材料从第二室递送至进料计量装置,并从进料计量装置递送至加工容器,所述进料计量装置的非大气压力基本等于第二室和加工容器的非大气压力。
22.如权利要求12所述的方法,其特征在于,所述加工步骤包括以下一个或多个:巴氏杀菌、消毒、酶失活、 淀粉改性、淀粉糊化、风味改性以及材料质地改性。
全文摘要
本发明涉及可用于在非大气压力下对固体材料(例如含淀粉固体材料)进行连续加工的系统和方法。在一些例子中,在与加工容器基本相同的非大气压力条件下将材料递送至加工容器,从而避免剪切材料。在一些例子中,将固体材料连续进料到加工容器,在加工容器中连续加工,并从加工容器中连续排出。
文档编号A23L1/20GK103228155SQ201180050671
公开日2013年7月31日 申请日期2011年10月21日 优先权日2010年10月22日
发明者P·M·柯尼格, G·J·金保尔, D·L·菲利普斯 申请人:博派克斯国际有限公司

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