CN116745022A - 原料加工方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于从诸如有机、非有机或生物动力原料的原料中回收产品的工艺、方法和装置。产品包括诸如高营养食品、营养品和生物活性化合物的消耗品和/或诸如能源和合成燃料的非消耗品。本发明通常包括实时工艺优化。装置包括逆流扩散提取器和去皮器，用于从原料中获得有用的产品，有用的产品可选地用于进一步加工中的消耗。

Description

原料加工方法及系统

技术领域

本发明涉及原料加工领域，特别是生物质(biomass)加工领域。

更具体地，本发明涉及将有机、非有机和/或生物动力原料加工成组分的领域。

这些部件包括各种各样的物质，诸如像高营养食品、保健品、果汁、水、能源、燃料、建筑材料、脂质、药物、营养品以及生物活性化合物。可消耗性组分可经受进一步加工，以提供有用的剂型，诸如片剂、可食用液体和粉末。非消耗性部件可经受进一步加工，以提供有价值的产品，诸如合成燃料。

虽然将参考食品加工行业对本发明进行实质性描述，但是对于技术人员而言将明显的是，本发明不限于该行业，而是可应用于使用有机、非有机和/或生物动力原料的广泛范围的其他行业。此外，尽管还将参考可消耗组分的回收描述本发明，但是对于技术人员而言将明显的是，本发明不限于此，而是可用于隔离诸如燃料的其他产品。

背景技术

依靠原料的恒定供应的行业(诸如食品加工行业)每年产生数十亿千克富含有机物的废物。废物包括营养物、含碳和含氮的加工废物排放物、未使用的原料和废物包装。食品加工废水经常被加工，但是由于在加工厂中产生的废水的污染物负载量和广泛可变性的类型，加工是复杂且昂贵的。处置或储存由行业产生的废物提出了巨大的经济和环境挑战。

大部分废物结束于填埋场或应用于它分解并释放二氧化碳和甲烷的土地。因此，食品加工行业是全球温室气体产品的第三大贡献者。

原料加工行业正在努力使废物的产生最小化。例如，已经努力对有机废物进行堆肥、再循环加工和包装材料、以及在加工期间节省能源和水。对减少、再利用和再循环的关注是例如食品加工行业中的废物管理策略的关键部分。食品加工行业寻求高效且经济的管理废物而不排放有害的、有气味的或令人讨厌的污染物的方法。

食品加工行业还处于提高加工性能和效率、同时还环保的压力下。这必须与所生产的食品是安全、健康和可负担得起的高消费者期望相平衡。经常在来自种植者、输送商、加工商、批发商和零售商的跨供应链的生产管理和履行中寻求效率。

食品加工行业面临的潜在挑战是它在许多层面上以“模拟”范例运作。“数字化转型”现在迫使公司改变其商业模式并且适应新市场现实，该新市场现实基本上是由消费者需求和期望驱动的。

数字化转型是将数字技术整合到商业的所有领域中，从而致使在商业运作和给予其消费者的价值方面的根本改变。食品行业通过数字化转型取得的结果包括跨供应链的质量控制、提高生产效率和时效性、定向交付。寻求改善的洞察，以跨越消费者行为的预测分析并提供工厂处组分生产的实时优化。大数据洞察可以帮助农民响应需求种植植物，适应消费者购买模式。在加工厂，优化生产产率和不断精制特定目标产品和配方的质量的能力将影响食品加工行业的营收和利润。

食品加工行业还探索了多种方式来改进其能源效率以减少能源成本、碳排放以及负面环境影响。能源管理系统(EMS)在食品加工行业中被广泛实施，以实现和维持能源使用改进。食品加工行业中的能源管理是复杂的，具有多种竞争参数，诸如能源生产、能源导入/导出、能源存储、能源转换、能源传输和能源消耗。这种状况因其他不确定参数(即，间隔、可能性和概率分布)而更加复杂，这些不确定参数是现有技术的基于模拟的机器(无声装置)和作为大多数食品生产设备的主要部分的组件中固有的。因此，为了提高食品加工中的能源效率，需要一种为食品生产设备提供详细的实时能源使用分解的系统。

数字化转型的范例转变和基于物联网(IoT)的能源智能电表的使用可以改进能源消耗。智能电表打开了许多事情的门，包括提供关于多种食品加工设备的能源消耗水平的关键信息，从而允许管理者实时做出更好的决定以减少总体能源使用。基于IoT的智能能源系统可以帮助减少能源浪费并且是全厂利用、废物减少、质量改进以及可用提取元素的数量的增加的一部分。

因此，存在对具有减少的浪费的有机、非有机和生物动力原料的改进的加工的需要。存在对原料转化成其组分或下游产品方面具有改进的生产效率的原料加工的需要。

贯穿本说明书，单数形式的词语“发明人”的使用可以被认为涉及本发明的一个(单数)发明人或多于一个(复数)发明人。

应当认识到，包括对本说明书中的文件、装置、行为或知识的任何讨论以解释本发明的背景。进一步地，贯穿本说明书的讨论由于发明人的实现和/或发明人对某些相关技术问题的识别而发生。此外，在本说明书中包括对诸如文件、装置、行为或知识的材料的任何讨论，以在发明人的知识和经验方面解释本发明的背景，并且因此，任何此类讨论不应被视为承认任何材料在本公开和本文的权利要求书的优先权日期之前形成现有技术基础或相关领域的公知常识的一部分。

本文所描述的实施例的一个目的是克服或减轻相关技术系统的上述缺点中的至少一个或至少提供相关技术系统的有用替代方案。

发明内容

在一个方面，本发明提供了一种用于从原料中回收产品的工艺。本发明的其他方面包括但不限于：在该工艺的一个或更多个步骤中捕获和记录关于原料的信息；可选地在加工之前清洗该原料；配方优化；信息管理；调控逆流提取；隔离和/或纯化由该工艺生产的产品。本发明的又一方面包括但不限于在该工艺的一个或更多个步骤中使用逆流扩散和去皮。

其他方面和优选形式在说明书中公开和/或在所附权利要求书中限定，从而形成本发明的说明书的一部分。

在第一方面，提供了一种用于从原料中回收产品的工艺，该工艺包括以下步骤：

接收原料；

将原料的档案记录在与处理器相关联的数据库中；

可选地清洗原料；

将实时原料信息提供至处理器，以优化用于将原料分离成组分的预载配方程序；

根据处理器提供的机器可读配方程序指令，将原料分离成组分，指令基于档案和实时原料信息；

其中，经分离的组分包括以下项中的一种或更多种：液体、固体、纤维、萜烯、多酚、矿物质、蛋白质或它们的组合。

在本发明的第二方面，提供了一种用于清洗原料的工艺，该工艺包括以下步骤：

提供电解池，该电解池具有包含阳极和阴极以及盐水电解质的单个池，

将电流从阴极传递到阳极，以产生包括HOCl的游离氯溶液，其中，溶液的pH值在5和7之间，以及

将溶液施加到原料。

优选地，用于清洗原料的工艺是根据本发明的用于从原料中回收产品的工艺中的步骤。

在本发明的第三方面，提供了一种用于加工原料的实时优化的方法，该方法包括以下步骤：

将配方程序预载在处理器上，该配方程序包括用于工艺控制设置的机器可读配方程序指令；

将原料的数字化档案记录在与处理器相关联的数据库中；

记录原料信息并将该信息提供至处理器；

基于数字化档案和/或原料信息来执行对机器可读配方程序指令的实时调整；

其中，效率数字算法基于数字化档案和/或原料信息计算待应用至机器可读配方程序指令的调整；并且

将经调整的机器可读配方程序指令应用至工艺控制设置。

优选地，原料加工的实时优化方法是根据本发明的用于从原料中回收产品的工艺中的步骤。

在本发明的第四方面，提供了一种用于从原料中回收产品的系统，该工艺包括：

原料加工机构，原料加工机构可操作地根据配方程序执行多个原料加工步骤；

与原料加工机构通信并被配置成用于原料加工步骤的工艺控制的设施；以及

多个传感器，多个传感器与原料加工机构相关联并且被适配成将原料档案和原料信息传输到该设施；

该设施包括：

存储单元，该存储单元用于存储配方程序，该配方程序包括用于原料加工步骤的工艺控制的机器可读配方程序指令列表，其中，机器可读配方程序指令列表包括命令指令，各命令指令均将相应的原料加工步骤分配给预定义控制命令组中的预定义控制命令；

电子库，该电子库包括用于存储原料档案和原料信息的数据库；

处理器，该处理器用于响应于来自数据库的原料档案和原料信息来执行机器可读配方程序指令的实时调整；

其中，原料档案和原料信息被输入到效率数字算法，以用于在顺序地执行指令列表中的机器可读配方程序指令之前，计算对机器可读配方程序指令的调整和优化工艺控制命令。

在本发明的第五方面，提供了一种用于逆流扩散提取(CCE)的装置，该装置包括：

细长壳体，该细长壳体具有邻近第一端部的入口和邻近第二端部的出口，该壳体的纵向轴线从第一端部向第二端部向上倾斜；

可旋转螺杆传送机，该可旋转螺杆传送机具有布置在壳体内并且能够绕其纵向轴线旋转的至少一个大致螺旋形的行程(flight)，以用于将待提取的原料从入口移动到出口；

入口室，该入口室定位成邻近入口，使得待提取的原料能够通过入口引入到可旋转螺杆输送机；

用于将提取液体引入到壳体中的工具，使得提取液体沿壳体向下流动并且与正被提取的原料逆流；以及

用于抽取从原料中提取的液体并且使该液体返回到壳体中的工具，使得返回的液体与正被提取的原料相接触。

可选地，入口室是气锁室，该气锁室包括具有可打开的顶侧和可打开的底板的气密容器。

可选地，该装置进一步包括用于减小壳体和/或气锁室内的压力的泵。

优选地，用于逆流提取的装置用于执行根据本发明的用于从原料中回收产品的工艺中的原料加工步骤。

在优选实施例中，将原料加工成一种或更多种选自萜烯、湿纤维、干纤维、渗余物矿物质、蛋白质、多酚或汁(呈来自植物材料的可消耗液体的形式)的产品。在本发明方法的一种形式中，通过逆流输注(CCI)将两种或更多种上述产品(再)组合。

在本发明的另一实施例中，用于逆流提取的装置用于加工来自现有技术工艺的至少一些原料。

在本发明的第六方面，提供了一种用于从原料、优选地长茎生物质获得有用产品的去皮器，该去皮器包括；

-一对旋转定尺构件，其被适配成对在一对旋转定尺构件之间通过的原料进行定尺寸，

-切割头，该切割头用于切割原料，

-第一旋转切割构件，该第一旋转切割构件用于使用旋转切割构件从该原料中移除包括秆芯的第一产品，

-第二旋转切割构件，该第二旋转切割构件用于从该原料中移除包括树外皮的第二产品，剩余的树内皮包括含第三产品，以及

-单独的出口，其用于第一产品、第二产品和第三产品中的每一个。

优选地，去皮器用于执行在根据本发明的用于从原料中回收产品的工艺中的原料加工步骤。

在本发明的第七方面，提供了一种用于从包括秆芯、树外皮以及树内皮的原料中获得有用产品的去皮工艺，该去皮工艺包括以下步骤；

-对原料的长茎进行定尺，

-优选地纵向切割原料的茎，

-使用旋转切割构件从生物质中产生包括秆芯的第一产品，

-使用旋转切割构件从生物质中产生包括树外皮的第二产品，以及

-产生包括树内皮的第三产品。

去皮器或去皮装置的产品可以为消耗或生产原料的前述工艺、装置或系统中的任何一个或更多个提供树外皮、秆芯和树内皮中的一种或更多种。

在本文所描述的实施例的第八方面，提供了一种用于从原料(优选长茎生物质)中回收产品的系统，该工艺包括：

去皮器，该去皮器可操作地根据程序执行多个原料去皮步骤，

与去皮器通信并且被配置成用于原料加工步骤的工艺控制的设施，以及

多个传感器，多个传感器与去皮器相关联并且被适配成将去皮器信息和原料信息传输至该设施，

该设施包括：

存储单元，该存储单元用于存储原料去皮程序，该原料去皮程序包括机器可读原料去皮程序指令列表，该机器可读原料去皮程序指令列表用于原料去除步骤的工艺控制，其中，机器可读原料去皮程序指令列表包括命令指令，每个命令指令将相应的原料去皮步骤分配至预定义控制命令组中的预定义控制命令，

电子库，该电子库包括用于存储原料档案和原料信息的数据库，

处理器，该处理器用于响应于来自数据库的去皮器信息和原料信息来执行机器可读原料去皮程序指令的实时调整，

其中，去皮器信息和原料信息被输入到效率数字算法，以用于在顺序地执行指令列表中的机器可读原料去皮程序指令之前计算对机器可读原料去皮指令的该调整和优化工艺控制命令。

上述系统可以进一步包括一个根据本发明的用于逆流扩散提取的装置，其中，去皮器产生被送入到该装置中并且经受逆流扩散提取的树外皮、秆芯或树内皮中的一种或更多种。

在本文所描述的实施例的第九方面，提供了一种用于加工原料的系统，该系统包括根据本发明的去皮器和逆流提取器、压机、以及干燥器，其中：

(i)使原料穿过去皮器并分离成树内皮、秆芯和树外皮；以及

(ii)树内皮、秆芯和树外皮中的至少一个是用于逆流提取器的原料，

经压制的干燥的秆芯和/或树外皮可以经受随后的热解步骤，以产生焦油、木醋(木醋酸)、氢气和生物炭中的一种或更多种。经压制的干燥的树内皮更通常被储存。

经压制的干燥的秆芯和/或树外皮可以经受随后的热解步骤，以产生焦油、木醋(木醋酸)和生物炭中的一种或更多种。

通常，原料在进料至上述系统中之前被除叶，叶形式的废物和其他植物腐屑可以经受进一步的加工。

本发明源于这样一种认识：基于原料数据的原料加工的实时优化可以提供工艺效率的实质性改进以及伴随的废物的减少。最优地，在加工整个原料以提供有价值的产品的情况下，几乎可消除废物。

附图说明

通过参照结合附图对实施例的以下描述，相关领域的技术人员可以更好地理解本申请的优选实施例和其他实施例的进一步公开、目的、优点和方面，这些附图仅通过展示的方式给出，并且因此不限制本文的公开，并且其中：

图1示出了与本发明的工艺相关联的导致萜烯的提取和固体/纤维和液体的分离的步骤；

图2示出了与图1中分离的液体的进一步加工相关联的步骤；

图3示出了与本发明的熔合工艺相关联的步骤，其中，进一步加工图1的纤维产品；

图4示出了根据本发明的方法和工艺执行的许多算法之一的简单示例的流程图；

图5(包括图5A、图5B和图5C)示出了与控制设定的“配方实时优化”相关联的步骤，以提供本发明的工艺所需的原料组分以生产预定的最终产品；

图6示出了本发明的系统的体系结构，描绘了一起工作以实现包括传感器网络和dCCE CPU的整个食品加工系统的基础部件和子系统；

图7示出了根据本发明的装置，其包括配备有气锁室的单螺杆数字CCE(dCCE)；

图8示出了根据本发明的包括图7的dCCE装置的加工系统的一部分；

图9是示出了在从纤维分离液体、接着重组以生产目标产品的工艺中使用dCCE的流程图；

图10(包括图10A、图10B和图10C)示出了控制表，其示出了图8中所示的加工系统的操作控制参数；

图11是示出了使用通过本文所公开的任何工艺生产的纤维作为用于能源和合成燃料的生产的原料的流程图；

图12是示出了适于在本发明中的去皮器的一个实施例的平面图；

图13是流程图，示出了根据本发明的用于加工原料以分离或提取产品的工艺的另一实施例。

零件列表(图7)

零件列表(图11)

零件列表(图8)

具体实施方式

工艺

本发明的第一方面提供了一种用于从原料中回收组分的工艺。优选地，本发明的工艺以最小浪费或优选地无浪费地将原料转化为组分。本发明的工艺描述于以下段落中并且由图1的流程图示出，图1示出了从原料的递送至萜烯的提取以及固体/纤维和液体的分离的主要工艺步骤。

优选地，该原料是食品源。更优选地，该食品源是植物或来源于植物并且可以包括有机的、非有机的和/或生物动力材料。这包括诸如甘蔗、甜菜、可可豆和咖啡豆的食品源。最优选地，食品源选自苹果、橘子、梨和菠萝。

优选地，从原料中回收的组分选自以下各项中的任何一种或更多种：液体、固体、纤维、萜烯、多酚、矿物质、蛋白质或它们的组合。取决于原料的类型，示例性多酚包括萜烯。取决于原料的特性，示例性液体包括糖、木质素和纤维素。取决于原料的特性，示例性固体包括膳食纤维和非膳食纤维。

更优选地，回收的组分选自以下各项中的任何一种或更多种：高营养食品、健康产品、果汁、水、能源、燃料、建筑材料、脂质、药物、营养品以及生物活性化合物。可消耗组分可经受进一步加工，以提供有用的剂型，例如片剂、可食用液体和粉末。非消耗性部件可以经受进一步加工以提供有价值的组分，例如合成燃料。

原料档案

原料通常通过公路、铁路或水路输送至食品加工设备。每个原料批次均与关于其识别、来源和处置的历史信息相关联。

在到达食品加工设备时，捕获每个原料批次的历史信息，以创建在原料加工之前被记录在数据库中的原料批次档案。

该信息可以由任何适合的传感器(诸如扫描仪)捕获。在特别优选的实施例中，扫描仪用于读取标准机器可读光学标签，诸如条形码或矩阵条形码(快速响应)QR码。该数字化信息可包括证书、喷雾剂、喷雾图表、肥料和与各特定批次的原料相关的杀虫剂。所捕获的信息可以被转发到相关设施，诸如数据库服务器，或在设备之内或之外的任何其他自动化高性能数据库管理系统。

可选地，在下文所述的实时配方优化期间，原料档案可以用作数据参考点。

传感器

然后扫描原料批次以记录物理参数。优选地，在加工设备处收入时，使用配置有行业标准技术的“物联网”(IoT)基传感器来扫描原料。IoT通常是设置有唯一标识符和在不需要人为干预的情况下通过网络传输数据的能力的相关计算装置、机械和数字机器的系统。可以提供有助于促进这种基础结构能力的部件的供应商的一些示例包括本领域普通技术人员熟知的公司，诸如Allen Bradley、Schneider Electric、Rockwell Automation、Berthold Technologies、Mett1er Toledo、Hydronix、BB Sensors以及Calex，这些公司是能够提供创新的传感器技术以支持全世界食品加工厂中的系统的定制配置的许多公司。

在本文中使用时，术语“传感器”旨在指检测或测量物理属性并指示、记录、传输或以其他方式响应的装置。贯穿本说明书，将参考与原料加工相关联的传感器范围，包括但不限于与原料到达、加工准备、加工、质量控制、包装、储存和输送相关联的传感器。传感器可以是市场上可买到的和/或为预期目的而定制的。

例如，本发明的方法或工艺可以包括水分测量传感器，这些水分测量传感器是以许多和不同形式可商购的。市场上的几种高温微波传感器被设计成用于诸如浓缩物、溶液的液体或任何需要测量水分或溶解固体的水平的工艺。这允许在制造粉末状产品时控制质量和减少浪费。这些类型的传感器全部由对于食品接触是安全的材料制造，使得能够在食品生产或类似环境中进行安装。它们可以用于在蒸发器中测量何时减少液体，以确定何时达到目标液位。这使得能够精确地定时排出液体。这些传感器还可以用于任何需要精确测量液体中的水分的工艺中。传感器快速检测水分水平的变化，使得能够在加工期间进行实时调整，从而确保生产一致产品的能力。

一系列传感器已经被设计为，专门用于糖加工应用中涉及白利糖度标度(Brixscale)的溶解固体。白利糖度测量(或白利糖度标度)尤其在食品和饮料行业中是众所周知的。根据白利糖度测量，1白利糖度(°Bx)＝1g蔗糖/100g溶液，这等于1％白利糖度的溶液。使用先进的数字微波测量技术，可精确地测量糖浆或糖膏的水含量，并且推导白利糖度测量。用于测量物理参数的其他类型的传感器包括比重计、比重瓶、白利糖度计/折射计和数字密度计。

倾斜式仪表倾斜传感器允许精确测量俯仰和侧倾的角度，并且非常适于监测平台调平或角度调整。优选的倾斜传感器制造商将它们的技术基于微机电系统(MEMS)。MEMS是用于创建结合机械和电气元件的小型集成装置或系统的加工技术。它们使用集成电路批量加工技术来制造并且尺寸可以在从几微米到毫米的范围内。

非接触式红外温度传感器理想地适用于食品加工和制造行业，因为它们可以在不污染或干扰产品的情况下使用。这些传感器具有非常快速的响应时间，并且可以精确地测量沿着生产过程在传送带上、在桶和储料罐中移动的食品物质的表面温度。在许多食品加工应用中，工艺和产品温度是重要的物理参数。利用红外传感器系统的非接触式温度测量是用于监测和管理这些工艺的非常强大的方法。

在加工原料之前可以被捕获并记录在数字化档案中的示例性信息可以包括以下各项中的任一项或更多项：

a)白利糖度(°Bx)；

b)水含量；

c)纤维含量；

d)在分配给储料仓之前的尺寸；以及

e)在分配给储料仓之前的重量。

所捕获的信息可以被转发至加工设备内或外部的数据库。可选地，所捕获的信息可以在下文所描述的“实时配方优化”期间用作数据参考点。

原料检验

在递送、收集档案信息和其他信息之后，通常将原料批次分配给适当的储料设备，诸如仓或料斗。根据需要，将原料正向调用到加工机构，通过本发明的方法和系统控制正向调用的速率。

原料行进至检验台，在检验台处，原料经受扫描以检测诸如产品标识贴纸的异物以及诸如小枝和叶的碎屑。通过手动或自动工具移除异物。原料还经受扫描以检测任何金属以进行移除。可以使用其他扫描来检查原料已经被正确地识别，并且检测不希望的化学品，诸如杀虫剂。

原料清洗

本发明的工艺可以进一步包括一种用于在本发明的工艺的分离阶段之前原料检验和清洗的方法。

清洗原料以移除有害病原体。这些包括化学品诸如杀虫剂、霉菌、孢子和任何其他不希望的异物。优选地，清洗步骤包括使用不包括有毒化学品，但仍允许控制pH值和抑制微生物生长的清洗溶液。一种示例性清洗溶液由Tygrus，LLC生产。这种溶液的使用为本发明的工艺提供了优点，其中，从使用危险化学品的先前工艺转变为使用性能更好的、低成本且无急性毒性的清洗方法。

替代性清洗溶液可以包括稳定的次氯酸(HOCl)，其是有效对抗病原体的强大的氧化剂。大多数关于HOCl的研究已经涉及其直接用于食品。美国食品和药品管理局食品接触通知1811允许在生的或经加工的水果和蔬菜、鱼类和海鲜、肉、家禽和带壳蛋上使用高达60ppm的HOCl。

在行业中，存在几种用于生产标准HOCl的商业现有技术方法，通常在使用时进行。标准HOCl是使用具有两个隔室的电解池利用膜技术生产的，这两个隔室分别被隔开成阳极隔室和阴极隔室。在生产中使用的膜通常是由仅允许正离子朝向阴极室穿过它的聚合物制成的。将氯化钠溶液注入阳极室。带正电荷的钠离子穿过膜到达阴极侧，但带负电荷的氯离子不能穿过膜。产生两种溶液，阳极电解液和阴极电解液。在阳极侧，生成氧化还原电位(ORP)大于800mV的HOCl强酸溶液。在阴极侧，生成ORP小于-800的NaOH强碱溶液。生成的溶液都不是稳定的。阳极电解液和阴极电解液都试图回到平衡。两种溶液迅速失去它们的ORP。

在第二方面，本发明提供了一种用于使用处于接近中性pH值的稳定形式的HOCl清洗原料的方法。HOCl是亚稳定的分子。稳定的HOCl的生产可以包括使用单池电解并且仅产生一种溶液，次氯酸的阳极电解液。此类电解池具有单一隔室，该单一隔室包含阳极和阴极两者，并且可以被工程化或可以不被工程化以生成ORP＞800的单一溶液。本发明人制备了以HOCl为主的中性至酸性的游离氯溶液。HOCl溶液是稳定的，并且HOCl分子仅在暴露于有机表面或空气中的氧气时失活。通过移除传统的化学清洗步骤，本发明可以提供完整的有机且无化学的食品生产工艺。这还消除了对工厂维护中的化学富集清洁的需求，由于在现有技术加工设备的早期清洗隔间循环中使用有毒元素，所以通常需要化学富集清洁。

分离

在本发明的第三方面，本发明的工艺可以进一步包括用于“配方实时优化”的方法。当原料从清洗隔间流到本发明的工艺的分离阶段时，传感器可以向优化工艺提供初始输入。在本发明的一些实施例中，传感器嵌在传送带中，该传送带在加工步骤之间运送原料通过加工机构。

先前描述的类型的传感器可以捕获与以下各项中的任一项或更多项相关的信息：

a)白利糖度(°Bx)；

b)温度；

b)水含量；

c)纤维含量；

d)尺寸；以及

e)重量。

本发明的工艺提供了生产预定的最终产品的工艺所需的原料组分。工艺步骤的组合限定了用于产品生产的配方。每个生产配方包括涉及一个或更多个以下参数的工艺控制设置：

a)温度；

b)提取；

c)萜烯释放；

d)时间；

e)搅拌速度；

f)倾斜度；

g)扩散剂；

h)产品的体积；

i)扩散剂的体积；

j)固体提取效率；以及

k)产品的长侧和短侧的切割尺寸。

图5是示出在配方实时优化的控制设置中所涉及的步骤，以提供本发明的工艺所需的原料组分，以产生预定的最终产品的流程图；

通过任何适当工具，在加工机构(诸如工厂或其他设备)内输送原料。在完全自动化的加工机构中，通常用输送机来输送。优选地，在输送期间，测量不同原料参数的值，诸如白利糖度(°Bx)、水位、纤维水平、和/或重量。参数的测量可通过如上所述的本领域中已知的合适的传感器进行。

实时信息管理系统

这些传感器可以被配置成形成传感器网络。人工智能(AI)算法可以与IoT技术结合，以有助于本发明工艺的操作效率。

图6示出了本发明的系统的架构，描绘了一起工作以实现整个食品加工系统的基本部件和子系统。这些包括位于电子数据仓库中的传感器网络监测数据库(SNMD)，该电子数据仓库包括关系型数据库管理系统(RDBMS)和非关系型非唯一结构化查询语言(NoSQL)数据库。数据仓库和支持人工(AI)应用算法程序构成本发明的实时信息管理系统(RIMS)。

作为整体架构的一部分，该系统可以执行多种功能，诸如预测设备故障、预测优化操作条件并且识别在加工期间有待调整的参数，以维持理想结果。原则上，系统通过加工来自传感器网络的恒定数据流以检测和分析模式来实现这一点。

在本发明的系统的优选实施例中，这些传感器将检测到的原料信息经由安全专用无线网络传达至传感器网络监测数据库(SNMD)。该数据库位于包括关系型数据库管理系统(RDBMS)和NoSQL数据库两者的电子数据仓库中。数据仓库和支持AI应用算法程序(将在下面详细描述)构成本发明的实时信息管理系统(RIMS)。

由传感器网络检测到的数据被传达至传感器网络监测数据库(SNMD)，以用于实时更新适用软件和/或生成优化用于移动通过本发明的工艺的特定批次的原料的预载配方的响应的目的。

RIMS包括关系数据库的混合数据仓库，其通常使用行和列以结构化格式检索和保存数据。还可以有NoSQL(“非SQL”或“非关系”)数据库，其是非表格的并且与关系表不同地存储数据，诸如通过存储结构化、半结构化和非结构化数据。当处理AI应用和大量数据时，NoSQL数据库是优选的。数据仓库的灵活性允许RIMS系统响应能够极其高效和有效存储有助于RIMS的不同数据集。

这些数据集包括但不限于源自用于基准测试的外部实验室的标准样品数据、源自用于编译行业增长智能数据库的合成数据、来自世界卫生组织(WHO)的全球营养数据库、配方和公式数据库、以及算法数据库。

RIMS还可以包括在多个服务器上运行的AI应用堆栈程序。应用堆栈是帮助执行某些任务的一套或一组应用程序。这些应用紧密地链接在一起，并且可以在它们之间以最小的步骤导出或导入数据。各种编程语言可用于通过在IoT堆栈上嵌入人工智能(只要可能)来优化本发明的工艺。这些程序包括但不限于传感器网络的参数设置建模、数据容差设置和数据连接建模、优化配方建模和监测数据和算法的效果建模。

各效率数字算法(EDA)本身是反映配方的方法步骤的计算机程序。该算法以所捕获的传感器网络数据和所捕获的原料档案作为输入开始。该算法的其他输入包括数据仓库内的多个数据库和AI应用堆栈中的程序的输出。EDA生成输出集合，其本质上是预载配方的预定设置的实时最优指令集调整。所生成的输出被发送到逆流扩散提取器(CCE)的中央处理器(CPU)，其将在下面进一步描述。

RIMS通常包括稳健的(robust)决策管理系统，该决策管理系统包括但不限于传感器网络管理系统、RIMS用户界面、dCCE CPU主机中继系统以及远程RIMS管理系统。所生成的EDA经由CPU主机中继传输将实时优化递送到CCE板载CPU。

计算机化程序的特别优选的实施例描绘在图4中。在该实施例中，参数集建模程序调用来自传感器网络监测数据库的数据集。并行地，配方优化建模程序调用来自仓库的包括标准数据样本、配方和公式以及全局营养数据库的组合的数据集。这些程序的输出馈送监控数据和算法程序的效果建模，其调用来自算法数据库的数据集，并产生效率数字算法(EDA)，该效率数字算法(EDA)专用于当时生产中配方的优化。

程序将指令集传递到RIMS决策管理流，其中，命令集由dCCE CPU主机中继系统传达到CCE上的板载CPU。所有这些可以通过工厂操作室中的RIMS用户界面或经由RIM远程管理远程地监控。AI应用堆栈允许基于目标生产输出和根据本发明的工艺的性能的恒定精制和优化来执行高级建模。

原料加工

固/固分离

本发明的方法和系统可以应用于任何食品加工步骤，诸如烹饪、脱水、切割成目标块、或分离成多个部分。

在优选实施例中，在检验和清洗之后，原料通常由输送机输送，以便在进一步加工之前被系统地切割成所希望大小的块。传感器检测原料块的尺寸/大小作为用于原料加工的实时优化的信息的一部分。工艺的优化可能需要调整刀片或刀片宽度。例如，当这些块前进至CCE时，这是重要的，因为调整刀片以优化“扩散切口”，这伴随地优化了CCE的固体提取效率。图7描绘了CCE的优选实施例。

在另一实施例中，原料经受去皮，即，将原料切割成所希望尺寸的块并且通过用于剥去外衣、树外皮或果皮的机器进料。去皮对植物特别有效，这些植物包含纤维，诸如坚果、木材、植物茎和谷物。典型的去皮产品包括坚韧的树木外部(树外皮(bark))、坚韧的树木内部(秆芯(hurd))和来自茎的树内皮部的纤维素纤维(树内皮(bast))。

在德福戈集团澳大利亚有限公司(Defugo Group Australia Pty Ltd)的澳大利亚临时专利申请号20200904477中公开和描述了一种典型的去皮器和去皮方法，该申请通过引用并入本文。用于从包含树皮、树的内皮和树的外皮的长茎生物质获得有用产品的去皮器装置包括；

-一对旋转定尺构件，该旋转定尺构件对适配成当茎在它们之间通过时对茎进行定尺，

-切割头，该切割头用于纵向切割生物质的茎，

-第一旋转切割构件，该第一旋转切割构件用于使用旋转切割构件从该生物质上移除包括秆芯的第一产品，

-第二旋转切割构件，该第二旋转切割构件用于从该生物质移除包括树外皮的第二产品，剩余的树内皮包含第三产品，以及

-单独的出口，这些单独的出口用于第一产品、第二产品和第三产品中的每一个。

用于从包含树外皮、秆芯和树内皮的生物质获得有用产品的去皮方法，包括以下步骤；

-对生物质的长茎进行定尺，

-纵向切割生物质的茎，

-使用旋转切割构件产生包括来自该生物质的秆芯的第一产品，

-使用旋转切割构件从该生物质产生包括树外皮的第二产品，

-产生包括树内皮的第三产品。

液/固分离

在本发明的第四方面，提供了一种用于将原料组分有效分离成液体组分和固体组分的改进的方法。

逆流扩散提取器(CCE)在食品加工行业中已知为连续和无级接触装置，其中，固相和液相逆流运行并且因此分离。如前所述，在被引入CCE装置之前，通常将原料切割或切短成所需尺寸的块。可替代地，或另外地，对原料进行去皮，并且将得到的树内皮、秆芯和树外皮中的一个或更多个引入CCE装置中。

从原料中提取的液体被重新引入CCE装置，以提供液体逆流。

CCE装置不仅用于从有机和无机固体提取可溶性组分，而且还用作用于输注、固体加热、固体冷却、色谱分离、连续生物反应、抑制生物反应、固体润湿、固体脱水、固体混合、连续化学反应和移除污染物和其他易腐烂产品的工艺的一部分。

如图7中所描绘的CCE通常包括以下特征：

·除了固相和液相的逆流的流之外，可以进行并流的流，

·当液相移动时，固相是静止的，

·可以在固相和液相之间建立浓度梯度并且保持该梯度，

·可以在固相与液相之间建立温度梯度并且保持该梯度，

·对于固体流和液体流两者，可以建立真正的塞流，或其中存在固相或液相的显著反向混合的流，

·可以控制颗粒在固相中的形态，包括，例如，表面积，以及

·可以控制在固相和液相之间的接触时间。

存在八个决定CCE装置中的扩散、输注或热传递效率的关键操作变量，它们是；

·固相的进料速率，

·液相和固相的相对比例，

·温度(其将根据固体和液体而变化)，

·原料固体的制备(例如，切片厚度、尺寸等)，

·角度或操作，

·停留时间，

·每个停留时间的循环数，以及

·液相的操作水平。

以上列出的变量中的每一个均是无级的并且可以变化成非常宽范围的值。因此，尽管CCE在机械上是简单的，但其操作在数学上是复杂的。

在CCE装置的使用的以下描述中，参考使用气锁室将原料引入到CCE装置中，并且使用泵或等效装置在气锁室或CCE装置的其他部分中进行压力控制。然而，应当理解，CCE装置的一些应用可以在环境压力下操作。类似地，虽然一些应用要求在CCE装置的一些或所有部分中进行温度控制，但是其他应用可以在环境温度下进行。

在图7中描绘了本发明的CCE装置的实施例。优选地，本发明的装置包括具有壳体的单螺杆数字CCE(dCCE)，该壳体配备有气锁室(1)，诸如CC进入气锁室。优选地，气锁室(1)包括具有可打开的顶部和可打开的底板的气密容器。

在一些实施例中，原料可以通过可打开的顶部直接从传送带掉落到腔室中，而在其他实施例中，原料可以从切割装置(诸如可调整的切割头(10))掉落到腔室中。优选地，切割装置专用于当时正在加工的原料的类型。

可替代地或另外地，可以将包含经去皮产生的树外皮、秆芯和树内皮的一种或更多种的原料引入到该腔室中。

一旦原料掉落到气锁室(1)中，顶部关闭并且然后腔室的底板打开，并且产品掉落到dCCE进入区域中，该dCCE进入区域在任一侧上具有气密的卷帘门。原料连续地掉落到顶部上并且包含在料斗内。然后在底板铺放器关闭之后，当顶部重新打开时，原料掉落到腔室中。这个过程非常快速地发生并且优选地避免了大量原料的积聚。

优选地，在本发明的工艺中的传感器捕获与白利糖度brix(°Bx)、水位、纤维水平和重量中的任何一个或更多个相关的信息。该信息作为子例程由RIMS处理。该信息被用作用于控制和调整原料的流速和提取液的流速的算法的输入。因此，实时自动控制原料进入气锁室的移动速度和速率以及原料流到dCCE中的速率。

优选地，dCCE包括CC真空启用(15)。这可以通过密封dCCE并且将dCCE中的压力降低高达约1巴(100kPa)来实现。因此，气锁室气密且能够承受减小的内部压力的能力对于本发明的该实施例是重要的。

优选地，根据本发明的方法分离原料通过与本发明的dCCE装置相结合的实时配方优化实现了独特的产品结果。

优选地，dCCE配备有一个或更多个诸如传感器的测量装置，这些传感器在原料在dCCE中被分离时捕获一组操作数据。该一个或更多个传感器将该数据转发到RIMS，在RIMS中，该数据被作为子例程处理并且生成算法以连续优化dCCE的效率。基于所捕获的数据，RIMS针对在预载的配方程序中定义的所期望的最终产物评估分离工艺和操作条件的实时状态。如果有必要，则RIMS能够向dCCE传输指令，以改变dCCE的操作条件，从而dCCE能够更有效地操作以生产所期望的产品。

对于本领域技术人员显而易见的是，数字化的CCE的使用需要一个或更多个诸如传感器的测量装置来捕获与CCE的操作相关的数据。优选地，所捕获的数据涉及以下参数中的任何一个或更多个：

压力–监测和调整加工压力的能力伴随地允许RIMS控制温度。压力控制对于使用本发明的工艺和方法回收原料组分(诸如萜烯)也是关键的–如下所述。压力的严格调控还允许控制与任何不想要的副产品相关的产品的污染。然而，如上所述，一些工艺可以在环境压力下进行。

温度–实时监测和调整温度的能力可用于优先于另一种目标组分鉴定和提取一种目标组分(诸如萜烯)。这种温度的实时优化还允许对酸或脂质的转化或不转化的工艺控制并且因此防止在该目标组分内产生不希望的化合物。然而，如上所述，一些方法，诸如不涉及萜烯回收的那些，可以在环境温度下进行。

尺寸–原料段(诸如原料的短切块)的尺寸与组分的总提取效率和产率直接相关。尺寸数据可以被传输到RIMS用于方案的实时优化。在一些情况下，将需要通过连续调整dCCE的可移除切割头上的刀片宽度来调整“扩散切口”来调整固体提取效率。通过使用不同类型的刀片和切口并且通过控制用于固体提取的切口的厚度，结合调整dCCE中加工的温度和时间，可以实现扩散切口提取的优化。优选地，dCCE包括可移除且可调整的切割头和单螺杆刀片(参见TBD图)，其允许控制尺寸、切口和表面积，从而允许提取率和产率的调控以及优化。

白利糖度(液体和液固体：纤维)–监测液体和液固体的白利糖度产率的能力允许RIMS调整原料的流速以及扩散体积和时间。

重量–监测原料重量的能力允许RIMS控制和优化扩散液位。如果原料太少，那么它将漂浮到dCCE的背面。如果原料太多，那么提取不能有效地发生，因为它将在螺杆顶部之上移动。原料的重量通过将其按压并保持抵靠dCCE的螺杆而有助于剪切提取。

液位–监测和控制dCCE中的液位的能力允许优化dCCE性能并且按目标递送配方。液体和原料的适当平衡提供了正确的重量，以使产品保持抵靠可旋转螺杆传送机而不漂浮和移动，刚好足以在搅拌下移动并且由此分离。如果液体太多，那么它将原料清洗至dCCE的背面。如果液体太少，那么将不提取所希望的产品，并且它将在没有完全提取的情况下向上移动CCE。

液固体–监测液固体(纤维)的能力允许RIMS调整原料的搅拌，从而管理液固体的密度并且实现符合配方的纤维的目标产率。

搅拌–监测和调整dCCE中原料的搅拌允许RIMS控制原料的提取。例如，如果白利糖度提取不如所要求的有效，则可以减慢搅拌，或者当达到或超过所要求的提取速率时加速搅拌。在一些实施例中，dCCE包括液压倾斜搅拌控制单元，该液压倾斜搅拌控制单元提供用于该单元的整个凹槽的倾斜调整的工具，并且通过该RIMS和该dCCE的板载CPU来控制。传感器将关于搅拌的数据传输到RIMS，在RIMS中，搅拌的数据作为子例程被处理，并且生成算法来调整凹槽的倾斜，以实现减慢或加速的所期望的效果。

液体扩散进入点–监测和控制用于液体扩散的多个进入点的能力进一步允许在dCCE的某些实施例中实时提取的管理。RIMS将指令传达到dCCE的板载CPU，以选择可调整的间隔的扩散进入点的适当组合，以实现实时的优化提取。参见图7，可调整的间隔的扩散进入点11和13允许CCE选择间隔进入的适当组合以优化提取。

通过调整各液流的进入点的位置，可以控制各液流的流动距离，并且通过调整螺杆的角度，可以调整驱动液流的压力头。必须实时地优化这两个操作因数以获得最大效率。调整经受实际限制，并且例如，如果螺杆的角度太陡，固体流将简单地通过螺杆向下滑回。

这两种因数可以响应于固相的孔隙率的变化而改变。随着固相沿螺杆向上前进，固相的孔隙率可能减小，并且进入的液体的粘度和白利糖度也可能减小。固相的孔隙率是在扩散发生时固体坍塌的程度的函数，并且液相的粘度通常随着从固体的提取的增加而增加。

围绕螺杆的壳体的配置包括位于螺杆下方的凹槽部分、以及位于顶部上的盖部分。如果盖是凸的，则任何冷凝物倾向于沿着壳体的侧部流动至液体排放点，从而导致不想要的稀释。这可以通过具有凹盖部分来避免。

螺杆提升器–如上所述，dCCE包括用于使固相和液相接触的单个螺杆，提取的效率部分地依赖于固体与液体之间的接触的优化。固体之间的拖曳力和螺杆的加载力的作用倾向于在螺杆正向移动期间将固体提升出液体并到液体上方。然后，暴露的固体在螺杆的反向移动期间倾向于坍落回到液相中。固体的量或暴露度和坍落度倾向于随原料而变化，但暴露度和坍落度越大，固体和液体之间的接触越小。

为了解决在固体与液体之间获得更好的接触，可以将提升杆引入到围绕螺杆的壳体中，以确保暴露的固体周期性地转移穿过螺杆并返回到液体中。这可以导致产率的显著增加并且可以使得CCE能够改进从具有高拖拽因数和低坍落因数的材料的提取。

具体地，提升杆的数量和位置可以被优化以避免提升杆之间的固体紧密堆积。在提升杆之间堆积的固体可以阻碍或堵塞螺杆的操作，从而使扭矩增加至引起螺杆的灾难性结构故障的点。这对于产品(诸如咖啡豆)和高密度材料(诸如甘蔗)而言可能是问题。

在替代性实施例中，螺杆提升杆由附接到螺杆的螺杆提升板替代。优选地，螺杆提升板可移除地位于沿着螺杆的不同点处。可以定制不同配置和不同尺寸的板，并与正在被加工的固体匹配。如果CCE装置将用于加工非常宽的原料选择，可移除板的概念特别有用，因为螺杆提升板的尺寸对整体提取和产率具有显著影响。

萜烯分离

有利地，本发明的dCCE装置和工艺有助于通常与独特的香气和香味相关联的萜烯的分离。在化学上，萜烯是由异戊二烯(C5H8)单元构成的烃结构。萜烯通常不能被常规CCE隔离。提供能够隔离萜烯的减压环境的能力。

如先前所指出的，在本发明的dCCE装置中，压力通常减小约1巴，以便影响萜烯的隔离。具体地，以蒸气的形式从dCCE中回收萜烯并且然后通过冷却至合适的温度液化。然后液体经受蒸馏和/或分馏以移除不想要的香味或目标特定香味。可将最终产品液化并包装。由于它们的香气和香味，萜烯广泛用于食品、化妆品、药物和生物技术行业。

分离固体或纤维

本发明的dCCE和工艺对于固体或纤维的分离也是有利的。图9是示出了dCCE在从纤维分离液体、接着重组以生产目标产品的工艺中的使用的流程图。

将可更换切割头(10)结合在dCCE中对于固体或纤维的分离是特别有用的。如果纤维的最终用途是已知的，则可使用所选的切割头将原料切割成所期望的特定尺寸。如果最终用途未知，则可以将纤维切割成较大的尺寸，以用于稍后的进一步加工。

在另一实施例中，对原料进行去皮，即，将原料切割成所希望大小的块并且通过用于剥去外衣、树外皮或果皮的机器进料。可以将一种或更多种去皮产品(树外皮、秆芯或树内皮)进料至dCCE中。

下一步是使用带式压机(也称为压带滤器)脱水。在优选实施例中，包含纤维的原料块从dCCE转移到储料罐。原料块以受控的方式从滤布的两个移动带之间的储料罐进料。起初通过重力提取液体，然后通过在滤布围绕辊通过时挤压提取。液体通过端口排出并返回到dCCE。将纤维从滤布上刮下，然后转移到混合罐，在混合罐中，将纤维与所需体积的液体混合以用于白利糖度操控，或者将纤维作为零糖(白利糖度)。

将组分糖含量操控至所期望的目标结果的能力是本发明工艺的关键区分项，因为现有技术的方法通常生产具有约5°BX的纤维。然后可以在散装无菌包装之前将湿纤维巴氏灭菌。可替代地，可以将纤维移动到干燥器，并且将干纤维散装包装或研磨。干纤维是用作膳食补充剂或营养补充剂的，特别是用于强化食品的有价值的产品。

液体的分离

在本发明的另一方面，该工艺可以包括使用dCCE生产液体组分。图2是示出了用于加工液体的一个实施例的步骤的流程图。

液体的生产可以通过在dCCE的后部添加可移除的筛网来增强。筛网辅助分离所希望的目标体积并且帮助保持液体中所希望的固体量。筛网防止纤维整体移动超过可旋转的螺杆传送机的背面。筛网被配置成用于分离不同的目标体积，并且筛网可以根据所希望的体积以及所希望的液体中固体的比例容易地移除和替换。

由此，从dCCE中回收的液体可经受进一步的加工，诸如精整和/或过滤。在一个实施例中，液体通过精整机从CCE转移。精整是通过使液体穿过筛以移除固体(诸如纸浆)来使其净化的工艺。精整还移除固体和其他物质，这些物质可以另外在之后的过滤步骤中刺穿过滤膜。精整机通常是处于桨式螺杆构型的圆柱形筛。

过滤是本领域技术人员熟知的。过滤器根据孔径分类：微过滤器(0.01至1.0微米)、超滤器(0.001至0.01微米)、纳米过滤器(0.0001至0.001微米)以及反渗透(＜0.001微米)。这些不同的孔径可以用于保留具有从＞100，000(微滤)、1000至300000(超滤)、300至1000(纳滤)以及100至300(反渗透)范围内的不同分子量的分子。通常，本发明的方法将包括微滤或超滤。

例如，如果液体是浊汁，可以使用蒸发器从该产品中移除水以实现所期望的白利糖度。在果汁的情况下，该经提取的液体可以仍然含有可溶性和不溶性膳食纤维、矿物质、多酚和蛋白质。进一步地，这是还可以捕获萜烯的点。在dCCE中可能尚未达到所希望的萜烯的沸点。这种情况下的蒸发器再没有过滤或反渗透的情况下使用。

当清汁或浓缩物是所希望的组分时，本发明的工艺可以用于提取多酚、矿物质和蛋白质。例如，汁液可以从dCCE转移到精整机。然后汁液经受微滤，其中，渗余物返回至dCCE或用于制造浊汁。然后汁液经受超滤，其中，更多的渗余物返回到dCCE或浊汁。然后汁液经受纳滤，并且提取三种流：1)渗余物矿物质、2)蛋白质和3)多酚。取决于目标多酚，多酚被送过以藻类为中心的提取工艺或色谱系统。汁液继续通过反渗透，以移除作为另一种产品的水果水。

然后将最终的清汁移动到蒸发器和巴氏消毒器，以用于清汁或浓缩物的最终制备。

融合

在另一方面，本发明可以包括“融合”工艺，或将两种或更多种产品放在一起。图3是示出了本发明熔合工艺的一种实施例的流程图。优选地，放在一起的两种或更多种产品中的至少一种产生自本发明的工艺。特别优选地，融合工艺包括将纤维与其他组分，优选可溶性组分一起输注。可溶性组分可包括例如增强健康和香气两者的糖、油、矿物质、多酚和益生菌。

优选地，逆流输注可以用于输注具有可溶组分的纤维坯。纤维坯简单地是来自一块原料(例如苹果或梨)的纤维，或来自水果、蔬菜或植物的任何纤维，这些水果、蔬菜或植物具有如上所述的dCCE工艺中移除的一些或全部糖、油和其他可溶性材料。然后使纤维坯穿过逆流输注器(CCI)，使得用输注液对其进行输注。通常，该输注液包含已经通过本发明的工艺移除的可溶性种类，诸如糖、油、蛋白质、维生素、矿物质、多酚和益生菌。

通过控制输注液，CCI能够确保受控量的输注液输注到坯中。如果产物在与涉及营养效果、剂量或每日消耗量的声明相关联的包装中销售，那么准确测量输注到已知量的纤维中的液体的量是特别重要的。本发明工艺的这个方面准许用户设计包括特定成分档案的输注食品。根据本发明的融合工艺可以适用于包括食品废热产品，诸如零食、可吸烟、非处方药和营养保健品。

图8示出了包括图7的dCCE装置的系统。凹槽壳体152中的CCE螺杆推运器153是由传导流体的管道系统供给的系统中的中央单元。在该图示中，箭头(或/>)指示流体流动的方向。图10示出了展示用于在图8中示出的加工系统的操作控制参数的控制表。

在这个图示中，原料加工可以包括由根据本发明的原料加工的实时优化方法控制的一系列步骤。例如，根据预载的配方程序，到dCCE的指令可以如下：

表1:

执行顺序	零件(按零件列表)	操作	指令
				1	71	设置	80℃
2	54	开/关	开
				3	70	设置	3Mt/hr
4	55	开/关	开
				5	92	开/关	开
6	58	开/关	开
				7	101	开/关	开
8	74	设置	20Mt/hr
				9	73	设置	90℃
10	51	开/关	开

CCE的最优提取时间通常是在40与60分钟之间。基于诸如列出正向和反向螺杆时间(每分钟转数)的以下的表，CCE螺杆时间被设置为实现谐振时间。在表2中，阴影框指示最优提取时间，并且其他框指示范围之外的时间：

表2:

示例

现在将参考以下非限制性实施例描述本发明。

示例1-苹果原料加工

在本示例中，原料包括苹果。这说明了本发明如何可以用于将苹果原料分离成多种有用的组分，诸如液体、固体、纤维、萜烯、多酚、矿物质、蛋白质或它们的组合。过去，苹果原料通常由食品行业加工以提供单一产品。

优选地，该食品加工机构被配置成用于从产品递送卡车进行数据传输。输送容器通常包括条形码，这些条形码可以由接收者扫描以跟踪原料(包括来源)的历史。扫描的信息还可包括其他相关数据，包括证书、喷雾剂、喷雾图表、肥料和用于原料生产的杀虫剂的列表。

原料在到达加工厂时被扫描或被其他传感器以捕获信息，诸如白利糖度、水位、纤维水平、尺寸和重量。该初始数据被上传到服务器并且被记录为数据库中的原料的数字化档案。

然后将原料的装运分配到储料仓。

一般而言，根据生产运行的需要，原料被工厂操作员正向调用。各生产运行都被执行到基于配方的工艺。在本示例中，正向调用有机格兰尼史密斯苹果(Granny Smithapple)，并用配方DB-Apple EAdam生产，以提供6白利糖度的浊汁和轻质可溶性纤维固体棒。

产品移动通过检验台，以用于移除任何有缺陷的苹果或碎屑。然后使苹果通过调整过PH值的HOCI或Tygrus的清洗隔间。

在清洗步骤后，苹果沿着传送带移动，该传送带将苹果带至分离器。配方DB-AppleEAdam已经定义了以下设置：

a.温度；

i.提取，

ii.萜烯释放，

b.时间；

c.搅拌速度；

d.倾斜度；

e.扩散剂；

f.产品的体积；

g.扩散剂的体积；

h.固体提取效率；

i.产品的长侧和短侧的切割尺寸。

移动苹果的传送带嵌入有IoT传感器。再次扫描苹果白利糖度、水位、纤维水平和重量。IoT传感器将数据传达至计算机服务器，以用于这批苹果的预载配方的实时优化。数据由网络传输到实时信息系统(RIMS)。

RIMS由服务器、数据库和用户界面组成，其中，用效率数字算法处理所捕获的数据。该算法计算已被推送至逆流提取器(CCE)的中央处理器(CPU)的配方的任何预定设置(以上a-g)的最优指令和调整。

例如，配方的RIMS工艺优化可以导致使用EDA进行以下温度控制。在这个示例中，将感测温度(S)与配方温度(N)进行比较，并且如果S大于N，则将指令发送至CPU以基于“公式Z”“温度降低X”。然后可以将指令传递到CPU指令中继器，其中，感测温度重置指令并且将原料流速与数据库“DB-spd”进行比较。这之后可以是如果需要增加则向CPU发送“重置温度然后增加流速”的指令或者如果需要减少则向CPU发送“降低流速然后重置温度”的指令。

苹果移动到分离器，切块机将它们切成块。这些块的尺寸与总提取率和产率直接相关。尺寸数据被传输至RIMS，以用于DB-Apple EAdam配方的实时优化，在这种情况下，以通过调整“扩散切口”来调整固体提取效率(h-i)。扩散切口通过可移除切割头上的刀片宽度的连续调整来控制。通过改变在表面区域上使用的刀片和切口的类型以及通过控制用于固体提取的切口的厚度来实现扩散切口提取的优化。加工温度和时间CCE的控制也是重要的。

通过将可移除且可调整的切割头(10)添加至CCE单螺杆刀片来增强切割头。这允许快速且容易地移除和重新装配用于待加工的产品尺寸的适当切割头。这些特征允许控制尺寸、切口和表面积并且就提取率和产率而言将本发明与现有技术区分开来。这包括快速且容易地移除和重新装配用于待加工的产品尺寸的适当切割头。

苹果片直接从切割头掉落到添加到单螺杆CCE的气锁进入室(1)中。一旦苹果落入腔室中，顶部滑片关闭并且然后腔室的底板滑片打开，并且产品掉落到CCE进入区域中。进入区域在任一侧上具有气密的卷帘门。苹果连续地掉落到料斗内的顶部上，然后在底板滑片回到原位之后，在滑片重新打开时掉落到腔室中。这个过程非常快速地发生，并且不允许大量产品积聚在顶部滑片上。

白利糖度、水含量、重量和纤维产率的IoT数据捕获作为算法的子例程由RIMS处理，以控制和调整苹果的流速和扩散剂的流速，因此影响气锁进入室的移动速度和产品流入到CCE中。

这个进入点是必要的，以允许使用真空启用(15)降低CCE内的压力。通过密封CCE单元并降低1巴的压力，使得使用CCE的萜烯生产成为可能，因此需要气锁进入室。

苹果在CCE中的储存是本发明的工艺的提取阶段的开始。将清洗和分离/切片后的数据传达到RIMS的IoT传感器触发了对这一批苹果所预载配方的初始优化，并且将指令传达到CCE的CPU。通过存在于CCE内的一组IoT传感器来促进工艺参数的下一次调整。这些传感器在苹果正被加工时捕获数据并且将该数据准发到RIMS，以使得能够连续优化CCE的效率。RIMS和算法针对系统中目标产品的所加载配方来评估实时生产状态和操作条件。CCE中的IoT传感器测量以下参数：

压力/真空–监测和调整压力/真空的能力允许控制极高温和极低温。它还允许回收萜烯。这还避免了在优化压力/真空情况下的产品污染。

温度–监测和调整温度的能力用于鉴定和提取超过另一种的一种目标并且微调某些萜烯的沸点。这种实时优化还允许目标提取物内的酸的转化或非转化。

白利糖度(液体和液固体：纤维)–监测液体和液固体的白利糖度产率的能力允许调整产品的流速以及扩散体积和时间。

重量–监测产品重量的能力允许控制和优化扩散液位。如果产品太少，那么苹果将漂浮到CCE的背面。如果产品太多，那么提取不能发生，因为苹果在螺杆顶部之上移动。产品的重量通过将其按压并保持抵靠螺杆而有助于剪切提取。

液位–监测和控制CCE中的液位的能力对于CCE性能的优化以及按目标递送配方是至关重要的。液体和产品的适当平衡提供了正确的重量以将产品保持抵靠螺杆而不漂浮和移动，刚好足以在搅拌下移动和分离。如果液体太多，那么它将产品清洗至CCE的背面。如果液体太少，那么将不提取目标产品，并且它将在没有完全提取的情况下向上移动CCE。

液固体–监测液固体(纤维)的能力是调整位于下文的搅拌的关键方面。液固体的密度的管理允许符合配方的纤维的目标产率。

搅拌–所有上述参数对苹果的搅拌和正向移动具有影响。当监测搅拌时，当不在所希望的水平下发生白利糖度提取时，它减慢，并且一旦实现所希望的提取就加速。对CCE的创新改进之一是经由CCE中的CPU控制的单元的整个凹槽的液压倾斜调整。图7示出了用于此目的的液压提升搅拌控制单元(18)的位置。将关于搅拌的数据传输到RIMS的IoT传感器又允许指令发送到CPU，以调整凹槽的倾斜以实现减慢或加速的所期望的效果。

液体扩散进入点–监测和控制液体扩散的多个进入点的能力有助于实时管理提取。RIMS将指令传送到CCE的CPU，以选择间隔的进入点的适当组合，以实现实时的最优提取。

CCE的当前版本允许苹果原料被分成三个目标产品组：萜烯、液体和固体。

通过密封该单元并将内部压力降低约1巴，使得使用CCE的萜烯回收成为可能。通过在CCE内施加微真空，萜烯作为蒸气从CCE中吸出并液化。然后使用蒸馏器/分馏器将液体分开，以移除不想要的香料或目标特定香料。将最终产品液化并包装。

通过将可变切割头添加至CCE的端部，已经改善了CCE的固体或纤维生产。如果纤维的最终用途是已知的，那么使用切割器将苹果切割成特定尺寸。如果最终用途未知，则将苹果切成较大的尺寸，以用于稍后加工。纤维从CCE移动到储料罐，以对带式压机提供体积控制。带式压机移除返回至CCE的过量水。

苹果纤维移动至混合罐，在混合罐中，将苹果纤维与苹果汁混合以用于白利糖操控，或者将苹果汁保持为零糖(白利糖度)。该目标产品结果是本发明工艺的关键区分项。现有技术方法通常生产具有约5％白利糖度的纤维。湿纤维移动至巴氏消毒和散装无菌包装，并且干纤维移动至干燥器，并且然后进行散装包装或根据消费者需要研磨至最终规格。

通过在CCE的背面处添加筛网以阻止纤维整体移动超过螺杆的背面，已经改善了CCE的苹果汁生产。这些筛网是可移除的并且有助于维持液体中固体的目标体积。然后，苹果汁从CCE移动通过精整机以移除固体。

当期望具有5至6白利糖度范围的浊苹果汁时，经由蒸发器移除水以使苹果汁返回至单一浓度。浊苹果汁将包括可溶性和不可溶性的膳食纤维、矿物质、多酚和蛋白质。这是还可以捕获萜烯的点。该示例中的蒸发器在无过滤或反渗透的情况下使用。

当清苹果汁或浓缩物是目标产物时，也提取多酚、矿物质和蛋白质。苹果汁从CCE移动到精整机，以移除固体和可以刺穿用于进一步加工的滤膜的任何物质。苹果汁进行至微滤步骤，其中，将渗余物添加回CCE装置或用于制备浊汁。

下一步骤是苹果汁的超滤，其中，将更多的渗余物添加回CCE或浊汁。苹果汁然后移动通过纳滤，并且提取三种流：1)渗余物矿物质、2)蛋白质或3)多酚。取决于目标多酚，多酚被送过以藻类为中心的提取工艺或色谱系统。汁液继续通过反渗透，以移除作为另一种产品的水果水。然后将最终的清汁移动到蒸发器和巴氏灭菌器中。

逆流输注(CCI)

通过首先在如上所述的CCE工艺中提取糖(从苹果汁)并且产生纤维坯，使用逆流输注来输注具有输注组合物的苹果纤维。纤维坯是来自苹果的纤维，已经移除了所有的糖、油和其他可溶性物质。然后，使纤维坯通过CCI以将等量的已经移除的组分输注到坯中。这些组分通常是可溶性的，并且可以包括糖、油、蛋白质、维生素、矿物质和多酚或它们的组合。

通过控制输注液的组成，CCI能够确保输注液的受控量的输注液被输注回到坯中。

苹果产品

本发明的工艺因此允许通过使用100％加工的原料产生产品而没有废物。可以从苹果生产的产品的选择包括但不限于：

生物活性化合物(多酚)

多酚(酚类化合物)是广泛分布在植物界中的二级化合物。它们通常在可食用和非可食用植物中发现，并且已经报道具有多种生物效用，包括抗氧化剂活性。它们被分为若干类，即类黄酮(黄酮、黄酮醇、黄烷醇、黄烷酮、异黄酮、花色素)、酚酸(羟基苯甲酸和羟基肉桂酸)、芪、以及木脂素，它们在叶、开花组织、以及树木部分(诸如茎和树外皮)中尤其常见。

从苹果原料回收的特定生物活性化合物中的每一个具有特定的营养价值优点。将这些生物活性化合物掺入健康营养食品和补充剂产品的生产中。下表列出了苹果原料中通常存在的生物活性化合物：

表3:

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本发明的CCE装置可以用于执行根据本发明的用于从原料中回收产品的工艺中的原料加工步骤。可替代地或另外地，CCE装置可以用于加工来自现有技术工艺的原料。这可以出于广泛原因来完成，诸如最大化加工的经济方面、最大化产率或最小化废物，优选地消除废物。

例如，CCE装置可以改装至一个或更多个现有的原料加工厂以加工废物流。该废物流可以与新鲜水果、或来自其他加工厂的其他废物流相结合。

在另一个示例中，CCE装置可以使用从现有技术工艺中直接导出的原料。例如，在法律禁止将水果和蔬菜的外皮和果皮用于果汁生产的司法管辖区，可能会出现这种情况。在一些国家，这种类型的禁止被应用于柑橘加工。因此，CCE的原料将由现有技术的挤压或剥离工艺提供，诸如通过使用带式压机。

示例2-甘蔗原料加工

在本示例中，原料包括甘蔗。本示例说明了将甘蔗生物质分离成有价值的组分，诸如(i)蔗糖和(ii)生物燃料形式的生物能。

初始加工

甘蔗被带到加工厂。如果有必要，在输送至接收仓之前，使坯料穿过除叶单元以移除叶物质和松散有机物质，这些叶物质和有机物质可以经受进一步的加工。

如果有必要，将甘蔗从除叶单元运送至清洗站，在清洗站处，从甘蔗的外部清洗污垢和其他不希望的物质。这保持了加工材料的质量。

如果甘蔗茎(坯料)形式的长茎生物质在甘蔗田中未被切割到所希望的长度，则将它们在加工厂处切割到所希望的长度。

甘蔗去皮

在加工中通常的下一步骤是去皮，其将坯料分成三个组成部分，即：

-树外皮(2wt％)，树外皮可以用作提取曲辛的原料，以及提取其他生物活性物和蜡，

-秆芯(80wt％)，秆芯可以用作回收糖和膳食纤维组分的原料，以及

-树内皮(18wt％)，树内皮可以用作用于回收纤维素和木质素的原料以用于下游能源生成。

图12是示出了根据本发明的适合使用的去皮器的一个实施例的平面图。虽然描述了去皮器在甘蔗坯料方面的使用，但应理解的是，去皮器适合于更一般地与通常呈长茎植物的形式的广泛范围的植物生物质一起使用。

该长茎生物质通过漏斗斜槽(31)重力进料至去皮器中，该漏斗斜槽将该生物质的茎置于纵向对齐，使得该茎“针垂”。

生物质的长茎掉落到一对定尺轮(32)之间的抓持区域(33)，该对定尺轮抓持并挤压生物质进料茎至一致的预定直径。定尺轮(32)的旋转方向由弯曲箭头指示。定尺轮(32)的旋转以一定速度推动经定尺的生物质进料越过切割头(34)，切割头(34)附接到去皮器的内部框架(47)。

切割头(34)将生物质进料茎纵向切割，通常切割成两个半茎。两个半部中的每一个均沿切割头(34)的任一侧向下行进，由内部通道(37)和第一引导轮(36)引导。第一导向轮(36)的旋转方向由弯曲箭头指示。因此，该生物质进料被引导到第一去皮阶段中。生物质进料以‘镜像’方式沿着去皮器的每一侧继续向下。

第一去皮阶段

第一去皮阶段移除茎的秆芯或树木内部。然后将生物质进料传送至输送轮(41)与邻近的切割轮(40)之间的间隙中。生物质进料穿过输送轮(41)与邻近的切割轮(40)之间的间隙。

各切割轮(40)、输送轮(41)和第二导向轮(48)的旋转方向均由弯曲箭头指示。输送轮(41)旋转得比切割轮(40)慢，因此抓住生物质进料茎的外皮层。切割轮(40)移除生物质进料茎下侧的秆芯。输送轮(41)和切割轮(40)之间的间隙的尺寸决定移除或保留在生物质进料茎的外皮层上的秆芯的比例。

已经移除的秆芯是细分的微粒物质，该微粒物质类似于锯屑并且从出口管道下落至传送带(未示出)。该秆芯可以被储存或直接进料至下游工艺(如下文所讨论的)。

第二去皮阶段

来自第一去皮阶段的生物质进料(减去秆芯的至少一部分)类似于长条，并且继续至第二去皮阶段。第二阶段的目标是将外表皮树皮随后移除。

生物质进料进入到第二输送轮(43)与邻近的第二切割轮(42)之间的间隙中。第二输送轮(43)和第二切割轮(42)的旋转方向由弯曲箭头指示。第二切割轮(42)在与第一切割轮(40)相反的方向上旋转。类似地，第二输送轮(43)在与第一输送轮(41)相反的方向上旋转。移除的树外皮看起来像锯屑并且通过水或空气的加压流从急转的第二切割轮(42)取下。树外皮落下至出口管道并落到传送带(未示出)上。树外皮可以被储存或直接进料至下游工艺(如下文所讨论的)。

从这种加工中留下来的是树内皮，它看起来像长的纤维带。沿着出口管道推动树外皮产品。

在优选实施例中，去皮器的外壳体(45)被设计成齿槽翼构型，该齿槽翼构型适配在输送轮和切割轮上，其中，中心枢转销(46)在顶部处。壳体(45)可以绕枢轴销(46)旋转或枢转，以提供通向去皮器内部的进口，以用于新的生物质加工的维护、安全检查和构型改变，诸如切割头(34)的改变。切割头(34)、切割轮(40、42)以及输送轮(41、43)附接至去皮器的内部框架(47)，内部框架(47)容纳用于使轮旋转的马达并且赋予单元稳定性。诸如切割头(34)和输送轮(41，43)的所有移动部件可移除地附接至该框架。在优选实施例中，切割刀(34)和输送轮(41，43)“夹紧”到内部框架(47)，以便容易地移除以便维修和构型改变。

从秆芯提取糖

从去皮器产生的秆芯可以被进料到CCE装置中，在CCE装置中，使用热水作为扩散液体提取糖。提取的糖浆具有10-11的白利糖度值，并且随后穿过具有0.5mm筛网的振动筛，以过滤出较大的固体。

微滤

使用0.1mm过滤器的微滤移除该提取物中的较小固体和细菌。提取的糖浆可以被送去使用现有技术的糖蒸发器进行加工并且结晶，以产生优质的种植(未精制的)糖。这种简单的方法具有以下优点：与常规方法不同，它不使用任何化学品或其他试剂来清洁结晶糖或使其变白。

如果希望从该糖溶液中进一步提取多酚和矿物质，则可以利用以下步骤：

超滤

超滤可以用于从来自微滤的渗余物溶液中移除多酚化合物和大部分提取的矿物盐。这提供了可以被进一步精制以制造其他产品的多酚和矿物质的浓缩物。来自这个阶段的过滤的提取物可以通过蒸发进行浓缩并且留下为糖浆(参见下文)或者用于生产糖晶体。

离子交换

可以可选地使用离子交换工艺来进一步减少糖溶液中的任何颜色。离子交换设备(诸如树脂交换柱)是本领域熟知的并且可以容易地包括在根据本发明的加工厂中。深色的多酚化合物可以通过结合到聚合物交换树脂来选择性地移除，以产生具有优质外观的更轻的产品。

蒸发器

蒸发器是本领域熟知的另一种装置并且可以容易地包括在加工厂中。蒸发器产生条件，其中，糖浆可通过水蒸发从糖浆结晶，通常至大于70白利糖度的水平。来自蒸发工艺的水可以被回收并且用作饮料、饮料混合器或返回到CCE以用于进一步的糖提取。

来自秆芯的纤维–用于人或动物消耗

提取的纤维将离开CCE的顶部并且进入到切割头(诸如牌切割头)中。切割头上的量规可以根据需要进行设定，诸如设定到所希望的纤维长度。

可以将包含约85％水分的收集的提取的纤维泵送到平衡罐中，并且然后泵送到带式压机，在带式压机中，它被压缩以将水分水平降低至约70-75wt％。回收的水可以返回到CCE装置。

可以将压制的纤维进料至回转窑干燥器以用于进一步干燥。一旦干燥到小于约8％的水分水平，纤维可被研磨并装袋。在干燥期间移除的水可以被冷凝并返回至CCE，用于工厂进行清洁，或者安排用于其他用途，诸如农业。

树外皮加工

树外皮加工通常仅用于靶向植物外皮中的特定产品的回收。如果仅需要糖回收，或糖和废热发电能，则不必从树内皮移除树外皮。树外皮加工是昂贵的工艺并且仅经济上可行用于回收高价值产品，其中一些在以下段落中描述。

在CCE中使用乙醇的溶剂萃取

可以在CCE单元中提取树外皮，该CCE单元被设计成防火花和防闪光的。这是必要的，因为提取扩散液包括在水中稀释至18％的乙醇，以便提取外皮中不溶于水的生物活性物。这些生物活性物质包括树外皮中的曲辛、多酚和脂质，它们具有相当大的商业价值。通过1mm筛来筛选提取物以移除较大的固体。

使用蒸发器移除乙醇和水，以浓缩提取物中的生物活性化合物。通过蒸发移除的水和乙醇可以被冷凝并且用于其他目的。

提取后用于能源的秆芯和树外皮加工

秆芯和树外皮均适于在从秆芯提取糖和从树外皮提取多酚后加工成能源。例如，可以将秆芯和树外皮生物质加工成粒料，然后干燥到所需的含水量。如在图11中示出的加工步骤中示出的，可以将回收的纤维加工成粒料、干燥并且然后用于生产用于发电的气体。干燥的粒料的高温热解形成富含氢气和一氧化碳的合成气，然后过滤该合成气。生物炭和石墨烯是通过生物质的热解生产的并且被移除并且可以用于诸如土壤修正的目的。

用于能源的树内皮和树外皮加工-乙醇、生物柴油和氢气

上述方法还可以用于树内皮和树外皮，或单独用于树内皮。通常将树内皮切割成期望的长度并且加工成干燥的粒料(38)，以用于在图11中示出的反应步骤中的转化。如果需要进一步干燥生物质，则可以在加工之前将其置于长期储存。

树外皮的移除是优选的以避免蜡的提取，这些蜡可以在该工艺中引起不希望的副产品。因为蜡确实具有商业价值，所以如果需要移除它们，它们被认为是废物流。

将生物质移动至平衡罐，在生物罐中添加酶以进一步‘松散’纤维中的目标物。液体目标物是用于产生生物乙醇的木质素和纤维素、用于热解以产生生物柴油的纤维、木醋、生物炭和热能。平衡罐使生物质到CCE装置中的进料速率稳定，在CCE装置中，纤维与木质素和纤维素材料分离。

液体

液体流是纤维素、木质素和水的混合物。在使用任何适当工具(诸如离心或膜过滤器)将水与木质素和纤维素分离之前，该液体穿过粗过滤器以移除任何过期的酶。取决于乙醇是否是所希望的，可以将混合流直接进料至工艺中，或将液体分离成木质素和纤维素流以用于进一步精制成乙醇/生物能。

示例3-汉麻/洋麻加工

在本示例中，该原料包括高纤维产品，诸如汉麻或洋麻。本示例说明了将汉麻或洋麻生物质分离为有价值的组分，诸如(i)生物燃料形式的能源，(ii)棉花替代物和(iii)用于人或动物消耗的基于植物的蛋白质。

初始加工

将汉麻的茎带至加工厂。如果茎在甘蔗田中未被切割成所需长度，那么它们在加工厂被切割成所需长度。

如果有必要，在输送至接收仓之前，使茎穿过除叶单元以移除叶物质和松散有机物质，将有机物质通入单独的工艺，以用于动物饲料中的第二阶段再使用。

如果有必要，将茎从除叶单元运送至清洗站，在清洗站中，从茎的外部清洗污垢和其他不希望的物质。这保持了加工材料的质量。

茎去皮

茎加速通过机器，以将甘蔗分成3个不同部分，即；

-2wt％的树外皮(如果树内皮需要具有高纯度，则从树内皮上移除树外皮)并且用于生产能源或用于提取高端生物活性物，

-60wt％-70wt％的秆芯，秆芯包含短纤维、大部分木质素和较低的纤维素并且用于在汉麻混凝土(hemprece)中的粘合，并且用于能源生产，以及

-30wt％-40wt％的树内皮，树内皮具有大部分高纤维素的长纤维链、低木质素并且主要用于纺织品和能源生产。

秆芯加工

如果能源是来自秆芯的唯一希望的输出物，则将移除的材料移动到造粒单元并且然后移动到干燥单元，在干燥单元中，水分将降低至14％。然后可以将这些粒料用于产生能源，如图11所示。

可替代地，如果秆芯要经受提取，则在传送带上将其送至CCE装置并且使用热水或冷水作为扩散液来提取。经提取的液体可以包含纤维素、木质素、淀粉、蛋白质以及糖。

这些提取物的二次加工可以基于所希望的经济结果，诸如液体淀粉、蛋白质、糖和纤维素和木质素的能源转化。

纤维加工

上述经提取的纤维可以离开CCE的顶部并且被进料到带式压机中以用于移除水分。经提取的纤维为约85％的水分并且可被压制以将含水量降低至约70％-75％。回收的水可以返回到CCE。

经压制的纤维可以被造粒并且被送去用于进一步干燥。一旦干燥至14％水分的水分水平，就可以储存纤维以用于随后的能源转换。通过干燥移除的水可以被冷凝并且在CCE中重复使用、用于加工装置中以用于清洁、或者被安排用于其他用途(包括农业)。

树外皮加工

树外皮加工仅在植物外皮中特定的高价值多酚产品是所希望的、或用于清洁树内皮以用于转化为纺织品时才需要。如果能源回收是唯一的目标，那么不需要从树内皮上移除树外皮。这是昂贵的过程并且仅值得回收高价值产品。

在CCE中使用乙醇的溶剂萃取

在CCE装置中提取树外皮层，由于使用可燃的提取扩散液(诸如18％乙醇水溶液)，该CCE装置被设计为防火花和防闪光的。乙醇用于提取树外皮中不溶于水的生物活性物，诸如曲辛和其他具有相当大商业价值的脂质。在蒸发器中被浓缩之前，通过1mm筛来筛选提取物。

使用蒸发器移除溶剂并且浓缩提取物中的生物活性化合物。该溶剂可以被回收并且再使用。然后将浓缩物送去用于进一步提取相关生物活性物。

将剩余的纤维压制、制粒并且干燥至14％的水分以用于存储。例如，其可以用于图11中示出的能源转换工艺中。

纺织品的树内皮加工：

不论树外皮是否被去皮器移除，树内皮的加工与上述相同。树内皮被切割成适合于CCE装置(树内皮在CCE装置中被加工)的长度并且实现经加工的纤维的所期望的长度。然后将经切割的树内皮移动至含有酶的压载罐，以帮助松散纤维和使树内皮脱胶。酶的类型将由所需提取的量和纤维链的分解的最优量来确定。当它们穿过CCE时，纤维链松散并且释放含有纤维素、木质素、糖以及淀粉的液体流。可以将这些提取物移动到二级分离工艺和用于转化成能源的工艺。

液体

液体流是纤维素、木质素、淀粉和水的混合物。在使用任何适当工具(诸如离心或膜过滤器)将水与木质素和纤维素分离之前，使液体穿过粗过滤器以移除任何过期的酶。取决于是否希望产生乙醇，可以对混合流进行加工，或者可以将液体分离成木质素和纤维素流，以用于进一步精制成乙醇/生物能。

一旦从CCE的端部移除，这些纤维就准备好干燥和加工成可替代的棉、纸、纸板或任何数量的基于纺织品的材料。

用于能源的树内皮加工

无论是否由去皮器从树内皮上移除树外皮，树内皮的加工与上述相同。将树内皮切割成所希望的长度并且干燥至14％的水分以用于存储并且转化成能源。

用于能源转换的粒化生物质

粒化生物质最优地进料在如在图11中所描绘的系统中。生物质可以被转化成，例如：

·可再生燃料-柴油、氧气、乙醇和氢气

·生物炭/石墨烯

·焦木质酸

·水

总体上，粒化生物质可以用于大多数类型的现有技术的热解工艺中，具有不同程度的产率和产品质量。

液体向能源的转化

在生物质被转换成能源之前，生物质中的多种其他有价值的产品可以被提取(诸如通过使用CCE)或分离(诸如通过使用去皮器)。本发明的方法的优点之一是它提供了生物质到能源的转化而不需要移除不希望的副产品或杂质来改善该生物质转化。这对于宽范围的生物质原料是真实的，这些原料包括甘蔗、以及获得自原料(诸如棕榈)的油。

示例的讨论

这些示例说明了本发明的实施例，其中，去皮器和/或逆流提取装置可以用于从原料中隔离产品

具体参考示例2和示例3，本发明提供了一种用于加工原料的系统，包括以下步骤：

(i)使原料穿过去皮器，以将原料分离成树内皮、秆芯、以及树外皮；

(ii)在逆流提取器中进一步单独地加工树内皮、秆芯、以及树外皮中的至少一种，

其中，树内皮被压制、干燥和储存，

和/或

其中，将秆芯和/或树外皮压制、干燥并热解，以产生焦油、木醋(木醋酸)、氢气和生物炭中的一种或更多种。

在图13中更详细地描述了这种系统，包括在逆流提取器和去皮器中间的步骤。

本领域的普通技术人员将理解的是，可以在本发明的实践中使用除了具体示例的那些之外的材料和方法，而无需借助于过度实验。任何此类材料和方法的所有本领域已知的功能等效物旨在被包括在本发明中。已经使用的术语和表达被用作描述的术语而非限制的术语，并且不存在这样的意图：在使用这样的术语和表达时，排除所示出和所描述的特征的任何等同物或其部分，但是认识到在要求保护的本发明的范围内的各种修改是可能的。因此，应当理解的是，虽然本发明已经通过示例具体地公开，但是本领域技术人员可以采用优选实施例和可选的特征、在本文中公开的概念的修改和变化，并且这些修改和变化被认为在由所附权利要求限定的本发明的保护范围内。

在此引用的每个参考文献的全部内容通过引用并入本文。这些参考文献可提供材料来源、替代材料、方法的细节以及本发明的附加用途。

从本文给出的详细描述中，本发明的实施例的适用性的进一步保护范围将变得显而易见。然而，应当理解的是，描述和具体示例，虽然指示本发明的优选实施例，但仅通过说明的方式给出，因为本文所公开的精神和保护范围内的各种变化和修改对于本领域的技术人员而言将从该详细描述中变得清楚。

还应当理解的是，在附图中所示出的并且在以下说明书中所描述的具体装置和工艺仅仅是所附权利要求书中所限定的发明概念的示例性实施例。因此，除非权利要求另有明确说明，否则与在本文所公开的实施例相关的具体尺寸和其他物理特征不应被视为限制性的。另外，除非另外指明，否则应当理解的是，对沿给定方向或沿给定方向延伸的部件的特定特征的讨论等并不意味着，特征或部件在此方向上遵循直线或轴，或者仅沿此方向或在此类平面上延伸而没有其他方向部件或偏差，除非另外指明。

虽然已经结合其具体实施例描述了本发明，但应理解的是，它能够进行进一步修改。本申请旨在覆盖总体上遵循本发明的原理的本发明的任何变化用途或改编，并且包括与本公开的此类偏离，这些偏离是在本发明所属领域的已知或惯常实践之内并且可以应用于以上阐述的基本特征。

由于在不偏离本发明的基本特征的精神的情况下，本发明可以以若干形式体现，应当理解的是，除非另有说明，否则上述实施例不是限制本发明，而是应当在如所附权利要求中限定的本发明的精神和保护范围内广泛地解释。所描述的实施例在所有方面都被视为仅是说明性的而非限制性的。

不同修改和等效布置旨在被包括在本发明和所附权利要求书的精神和保护范围内。因此，具体实施例应理解为说明可实施本发明的原理的许多方式。在以下权利要求中，装置加功能条款旨在覆盖执行限定功能的结构，并且不仅覆盖结构等同物，还覆盖等效结构。例如，虽然钉子和螺杆可能不是结构等效物，因为钉子采用圆柱形表面以将木制部件固定在一起，而螺杆采用螺旋表面以将木制部件固定在一起，但是在紧固木制部件的环境中，钉子和螺杆是等效结构。

应注意的是，本文所使用的术语“服务器”、“安全服务器”或类似术语，描述了可以在通信系统中使用的通信装置，除非上下文另外要求，并且不应被解释为将本发明限制于任何特定的通信装置类型。因此，通信装置可以包括但不限于网桥、路由器、网桥路由器(路由器)、交换机、节点或其他通信设备，其可以是或可以不是安全的。

还应注意的是，当本文使用流程图来展示本发明的不同方面时，不应被解释为将本发明限制于任何特定逻辑流程或逻辑实现方式。所描述的逻辑可以分成不同的逻辑块(例如，程序、模块、函数或子例程)，而不改变总体结果或以其他方式偏离本发明的真实保护范围。通常，逻辑元件可添加、修改、省略、以不同次序执行或使用不同逻辑构造(例如，逻辑门、循环基元、条件逻辑和其他逻辑构造)来实施，而不改变总体结果或以其他方式脱离本发明的真实保护范围。

本发明的各个实施例可以以许多不同的形式来实施，包括用于与处理器(例如，微处理器、微控制器、数字信号处理器)一起使用的计算机程序逻辑，或者通用计算机，并且为此，任何商业处理器可用于实施本发明的实施例，或者作为系统中的单个处理器、串行或并行处理器集合，因此，商业处理器的示例包括但不限于Merced^TM、Pentium^TM、Pentium II□、Xeon^TM、Celeron^TM、Pentium Pro^TM、Efficeon^TM、Athlon^TM、AMD^TM等)、用于与可编程逻辑器件一起使用的可编程逻辑(例如，现场可编程门阵列(FPGA)或其他PLD)、分立组件、集成电路(例如，专用集成电路(ASIC))或包括其任何组合的任何其他装置。在本发明的示例性实施例中，用户和服务器之间的所有通信主要实现为一组计算机程序指令，该组计算机程序指令被转换成计算机可执行形式，存储在计算机可读介质中，并且在操作系统的控制下由微处理器执行。

实现本文所描述的功能的全部或部分的计算机程序逻辑可以不同形式来体现，包括源代码形式、计算机可执行形式、和不同中间形式(例如，由汇编程序、编译器、链接器、或定位器生成的形式)。源代码可包括用不同编程语言(例如，目标代码、汇编语言、或诸如Fortran、C、C++、JAVA、或HTML之类的高级语言)中的任一种语言实现的一系列计算机程序指令。此外，存在数百种可用于实现本发明的实施例的可用计算机语言，其中包括Ada；Algol；APL；awk；Basic；C；C++；Conol；Delphi；Eiffel；Euphoria；Forth；Fortran；HTML；Icon；Java；Javascript；Lisp；Logo；Mathematica；MatLab；Miranda；Modula-2；Oberon；Pascal；Perl；PL/I；Prolog；Python；Rexx；SAS；Scheme；sed；Simula；Smalltalk；Snobol；SQL；VisualBasic；VisualC++；Linux和XML.)以便与不同操作系统或操作环境一起使用。源代码可以定义和使用不同数据结构和通信消息。源代码可以是计算机可执行形式(例如，经由解释器)，或者源代码可被转换(例如，经由翻译器、汇编器或编译器)成计算机可执行形式。

计算机程序可以以任何形式(例如，源代码形式、计算机可执行形式、或中间形式)永久地或暂时地固定在有形存储介质中，如半导体存储器设备(例如，RAM、ROM、PROM、EEPROM、或闪存可编程RAM)、磁存储器设备(例如，磁盘或固定磁盘)、光存储器设备(例如，CD-ROM或DVD-ROM)、PC卡(例如，PCMCIA卡)、或其他存储器设备。计算机程序可以以任何形式固定在使用各种通信技术中的任一种传输到计算机的信号中，包括但不限于模拟技术、数字技术、光学技术、无线技术(例如，蓝牙)、联网技术、以及联网间技术。计算机程序可以以任何形式分布为具有伴随的印刷或电子文档(例如，收缩包装软件)的可移除存储介质、预加载有计算机系统(例如，在系统ROM或固定盘上)、或通过通信系统(例如，互联网或万维网)从服务器或电子公告板分布。

实现本文所描述的功能的全部或部分的硬件逻辑(包括用于与可编程逻辑器件一起使用的可编程逻辑)可以使用传统的手动方法来设计，或者可以使用不同手段(如计算机辅助设计(CAD)、硬件描述语言(例如，VHDL或AHDL)、或PLD编程语言(例如，PALASM、ABEL、或CUPL))以电子方式设计、捕获、模拟、或文档记录。硬件逻辑还可以被结合到用于实现本发明的实施例的显示屏幕中，并且可以是分段显示屏幕、模拟显示屏幕、数字显示屏幕、CRT、LED屏幕、等离子体屏幕、液晶二极管屏幕等等。

可编程逻辑可以永久地或暂时地固定在有形存储介质中，诸如半导体存储器装置(例如，RAM、ROM、PROM、EEPROM、或闪存可编程RAM)、磁存储器装置(例如，磁盘或固定磁盘)、光存储器装置(例如，CD-ROM或DVD-ROM)、或其他存储器装置。可编程逻辑可被固定在使用各种通信技术中的任一种可发送至计算机的信号中，包括但不限于模拟技术、数字技术、光学技术、无线技术(例如，蓝牙)、联网技术、以及网络互连技术。可编程逻辑可以分布为具有伴随的印刷或电子文档(例如，收缩包装软件)的可移动存储介质，预加载有计算机系统(例如，在系统ROM或固定盘上)，或通过通信系统(例如，互联网或万维网)从服务器或电子公告板分布。

每当在本说明书中给出范围时，例如，温度范围、时间范围、或组合物或浓度范围，所有中间范围和子范围、以及所有包括在所给出的范围中的单个值旨在被包括在本公开中。应当理解的是，在本文的描述中包括的范围或子范围内的任何子范围或单个值可以从本文的权利要求中排除。

如本文所使用的，“包含”与“包括”、“含有”或“其特征为”同义，并且是包含性的或开放式的，并且不排除另外的、未列举的元素或方法步骤。如本文所使用的，“由…组成”排除未在权利要求要素中指定的任何要素、步骤或成分。如本文所使用的，“基本上由…组成”不排除实质上不影响权利要求的基本和新颖特征的材料或步骤。广义术语“包含”旨在涵盖较窄的“基本上由…组成”和甚至更窄的“由…组成”。因此，在本文对短语“包含一个或多个权利要求元素”(例如，“包含A”)的任何叙述中，该短语旨在涵盖较窄的，例如，“基本上由A组成”和“由A组成”，因此，较宽的词语“包含”旨在于在本文的每个使用中提供“基本上由…组成”或“由…组成”的特定支持。本文中说明性描述的本发明可适当地在不存在本文中未具体公开的任何元素、限制或限制的情况下实施。

Claims (15)

1.一种用于从原料中回收产品的工艺，所述工艺包括以下步骤：

接收原料；

将所述原料的档案记录在与处理器相关联的数据库中；

将实时原料信息提供至所述处理器，以优化用于将所述原料分离成组分的预载的配方程序；

根据所述处理器提供的机器可读配方程序指令，将所述原料分离成组分，所述指令基于所述档案和实时原料信息；

其中，经分离的所述组分包括以下项中的一种或更多种：液体、固体、纤维、萜烯、多酚、矿物质、蛋白质或它们的组合。

2.根据权利要求1所述的工艺，所述工艺包括通过以下步骤清洗所述原料：

提供电解池，所述电解池具有包含阳极和阴极以及盐水电解质的单个池，

将电流从所述阴极传递到所述阳极，以产生包括HOCl的游离氯溶液，其中，所述溶液的pH值在5和7之间，以及

将所述溶液施加到所述原料。

3.一种用于原料加工的实时优化的方法，所述方法包括以下步骤：

将配方程序预载在处理器上，所述配方程序包括用于工艺控制设置的机器可读配方程序指令；

将原料的档案记录在与所述处理器相关联的数据库中；

记录原料信息并将所述信息提供至所述处理器；

基于所述数字化档案和/或所述原料信息来执行对所述机器可读配方程序指令的实时调整；

其中，效率数字算法基于所述数字化档案和/或所述原料信息计算待应用于所述机器可读配方程序指令的调整；以及

将经调整的所述机器可读配方程序指令应用于所述工艺控制设置。

4.一种用于从原料中回收产品的系统，所述工艺包括：

原料加工机构，所述原料加工机构可操作地根据配方程序执行多个原料加工步骤；

与所述原料加工机构通信并被配置成用于原料加工步骤的工艺控制的设施；以及

多个传感器，所述多个传感器与所述原料加工机构相关联并且被适配成将原料档案和原料信息传输到所述设施；

所述设施包括：

存储单元，所述存储单元用于存储配方程序，所述配方程序包括用于原料加工步骤的工艺控制的机器可读配方程序指令列表，其中，所述机器可读配方程序指令列表包括命令指令，各所述命令指令均将相应的原料加工步骤分配给预定义控制命令组中的预定义控制命令；

电子库，所述电子库包括用于存储所述原料档案和所述原料信息的数据库；

处理器，所述处理器用于响应于来自所述数据库的所述原料档案和所述原料信息来执行机器可读配方程序指令的实时调整；

其中，所述原料档案和所述原料信息被输入到效率数字算法，以用于在顺序地执行所述指令列表中的所述机器可读配方程序指令之前，计算对所述机器可读配方程序指令的调整和优化工艺控制命令。

5.一种用于逆流扩散提取的装置，所述装置包括：

细长壳体，所述细长壳体具有邻近第一端部的入口和邻近第二端部的出口，所述壳体的纵向轴线从所述第一端部向所述第二端部向上倾斜；

可旋转螺杆传送机，所述可旋转螺杆传送机具有至少一个大致螺旋形的行程，所述至少一个大致螺旋形的行程布置在所述壳体内并且能够绕所述壳体的纵向轴线旋转，以用于将待提取的原料从所述入口移动到所述出口；

用于将提取液体引入到所述壳体中的工具，使得所述提取液体沿所述壳体向下流动并且与正被提取的所述原料逆流；

用于抽取从所述原料中提取的液体并使所述液体返回到所述壳体中的工具，使得返回的所述液体与正被提取的所述原料相接触；

泵，所述泵用于减小所述壳体内的压力。

6.根据权利要求5所述的用于逆流扩散提取的装置，进一步包括气锁室，所述气锁室位于所述入口附近，使得能够通过所述入口将待提取的所述原料引入所述可旋转螺杆传送机。

7.根据权利要求6所述的用于逆流扩散提取的装置，其中，所述气锁室包括气密容器，所述气密容器具有可打开的顶侧和可打开的底板。

8.根据权利要求1所述的用于从原料中回收产品的工艺，其中，使用根据权利要求6所述的用于逆流扩散提取的装置将所述原料分离成组分。

9.根据权利要求1所述的用于从原料中回收产品的工艺，其中，所述原料被分离成产品并且所述产品中的两种或更多种通过逆流输注(再)组合。

10.一种用于从原料中获得有用产品的去皮器，所述去皮器包括：

-一对旋转定尺构件，所述一对旋转定尺构件被适配成对在所述一对旋转定尺构件之间通过的原料进行定尺寸，

-切割头，所述切割头用于切割所述原料，

-第一旋转切割构件，所述第一旋转切割构件用于使用旋转切割构件从所述原料移除包括秆芯的第一产品，

-第二旋转切割构件，所述第二旋转切割构件用于从所述原料移除包括树外皮的第二产品，剩余的树内皮包括第三产品，以及

-单独的出口，所述单独的出口用于所述第一产品、所述第二产品和所述第三产品中的每一个。

11.根据权利要求1所述的用于从原料中回收产品的工艺，其中，使用根据权利要求10所述的去皮器将所述原料分离成组分。

12.一种用于从原料中回收产品的系统，所述工艺包括：

去皮器，所述去皮器可操作地根据程序执行多个原料去皮步骤，

与所述去皮器通信并且被配置成用于原料加工步骤的工艺控制的设施，以及

多个传感器，所述多个传感器与所述去皮器相关联并且被适配成将去皮器信息和原料信息传输至所述设施，

所述设施包括：

存储单元，所述存储单元用于存储原料去皮程序，所述原料去皮程序包括用于原料去皮步骤的工艺控制的机器可读原料去皮程序指令列表，其中，所述机器可读原料去皮程序指令列表包括命令指令，每个所述命令指令均将相应的原料去皮步骤分配给预定义控制命令组中的预定义控制命令，

电子库，所述电子库包括用于存储原料档案和所述原料信息的数据库，

处理器，所述处理器用于响应于来自所述数据库的所述去皮器信息和所述原料信息来执行机器可读原料去皮程序指令的实时调整，

其中，将所述去皮器信息和所述原料信息输入到效率数字算法，以用于在顺序地执行所述指令列表中的所述机器可读原料去皮程序指令之前，计算对所述机器可读原料去皮指令的调整和优化工艺控制命令。

13.根据权利要求12所述的系统，进一步包括根据权利要求6所述的逆流扩散装置，其中，所述去皮器产生作为用于所述逆流扩散装置的原料的树外皮、秆芯或树内皮中的一种或更多种。

14.一种用于加工原料的系统，所述系统包括根据权利要求10所述的去皮器、根据权利要求6所述的逆流提取器、压机以及干燥器，其中：

(i)原料穿过所述去皮器并分离成树内皮、秆芯和树外皮；以及

(ii)所述树内皮、所述秆芯、以及所述树外皮中的至少一种穿过所述逆流提取器、所述压机和所述干燥机。

15.根据权利要求14所述的系统，其中，将所述秆芯和所述树外皮中的一种或两种热解以产生焦油、木醋(木醋酸)、氢气和生物炭中的一种或更多种。