JP6510563B2 - 穀粒を分別するためのシステムおよび方法 - Google Patents

Description

本発明は、食物繊維の含有量が増大した画分、ならびに／または、デンプンおよび／もしくはタンパク質の含有量が増大した画分を得るために、穀粒製品を分別するための装置、システムおよび方法に関する。本装置は、ミクロンサイズの篩を使用して未分別の穀粒製品の気流アシスト粒子分離（ＡＣＡＰＳ、ａｉｒ‐ｃｕｒｒｅｎｔ ａｓｓｉｓｔｅｄ ｐａｒｔｉｃｌｅ ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ）を行うように構成される。

精白、製麦、フレーキング、製粉（グラインディング）、篩い分けおよび空気分類は、オート麦および大麦等の穀粒を繊維、デンプンおよびタンパク質等の成分濃縮物に処理するための標準の乾燥技術である。これらの乾燥処理技術の中で、製粉および（篩振盪機および／またはバイブレータに取り付けられた篩を使用する）篩い分けのプロセスは、最も一般的に用いられる経済的な方法である。篩い分け技術は、製粉された微粒子をそれらの粒度に基づいて分離および分類するために１００μｍの小ささの開口部を有する篩を典型的に用いる。１００μｍ以下の開口部を有する微細な篩を使用する際には、詰まりが発生する傾向があり、これにより供給速度を落とすことが必要となり、スループットの減少が生じる。これは分離効率の低下を引き起こし、一部の植物材料では、篩い分け作業を継続することが不可能となる。ピン製粉および空気分類（ＰＭＡＣ、ｐｉｎ‐ｍｉｌｌｉｎｇ ａｎｄ ａｉｒ‐ｃｌａｓｓｉｆｉｃａｔｉｏｎ）技術に基づく他の既存の方法は、より微細な微粒子の効率的分離がみられるが、対象成分の低い抽出率および低い収率が欠点である。禾穀類、菽穀類および脱脂オイルシードミールからの穀粉の空気分類について、多くの研究が行われている。加えて、ＰＭＡＣ技術は、非常に資本集約的であり、商業規模の生産を開始するためには機器の初期費用が１００万ドルを超えることが多い。

従来技術の検討から、穀粒成分の分離を達成するために多様な技術を利用する様々な空気分類手法および機器が過去に使用されていることが分かる。このような手法には、成分分離を可能にする異なる気流に穀粒をさらす様々な気流技術および機器デザインが含まれる。

例えば、ミュラー（Ｍｕｅｌｌｅｒ）に対する特許文献１は、穀粒画分を分離するために篩の下部から空気を上方に循環させ、粉塵の出入りを防止する閉システム内に画分を選択的に収集する、セモリナをクリーニングするための装置を記載する。

ウエバヤシ（Ｕｅｂａｙａｓｈｉ）らに対する特許文献２は、振動篩ボックスと積み重ねられた篩とを有する清浄化装置を記載する。この清浄化装置は、篩ボックスに沿って篩の積み重ね方向に対して横に粒子を広げるために調節された吸引上昇気流を用いて作動する。

ミュラーに対する特許文献３には、振動する重ね合わせたスクリーン層を有する穀粒製品を浄化するための装置を記載する。動揺する篩を通した粒子の下向きの移動方向に対して上向きの真空吸引が提供される。吸引は、フラップによって調節される。

マノラ（Ｍａｎｏｌａ）に対する特許文献４は、製品が吸引下で入口から移動する間に製品を広げるための円錐トレイを有する分離デバイスを記載する。それから製品は、同じ吸引機構によって外から吸引される上昇する空気の流れと出会う。相対的に重い製品は容器の下部に落ちて排出される一方で、相対的に軽い製品は留まり、空気の流れにしたがって吸引導管を介してデバイスを出る。

ドネルソン（Ｄｏｎｅｌｓｏｎ）に対する特許文献５は、微粒子材料を浄化するための装置を記載する。供給オーガを使用して、振動スクリーン上への堆積のために放出ダクトに材料が導入される。微細材料または軽量破片はスクリーンを通過した後、導管を通じて収集ホッパーへと真空吸引によって外方および上方へ吸引される。相対的に重い材料（ホールカーネル材料）は、収集のために放出オーガに堆積される。

コウノ（Ｋｏｈｎｏ）に対する特許文献６は、原料穀粒から軽量穀粒を分離するための分離方法およびデバイスを記載する。第１分離ステップにおいては、原料穀粒と軽量穀粒の一部とが旋回によって生成される壁表面に対する摩擦抵抗によってある流れエリアにとどまり、自らの重さによって下側の円錐セクション内に落ちることができるように、穀粒混合物が第１空気によって円筒形セクションの内壁に沿って巻き上げられる。ある実施形態は、送風機によって誘発される第２および／または第３気流も使用する。

フェルデン（Ｆｅｌｄｅｎ）に対する特許文献７は、種または他の物体を仕分けするための装置を記載する。種が送達モジュールを介してカラムに導入され、真空吸引によって上方に持ち上げられた後、カラムの上部から出て３つの別々の収集チャンバ上へ通過して密度に応じて収集され、最も軽い成分が真空ソースの方へ進む。

ヘルヴェク（Ｈｅｌｌｗｅｇ）らに対する特許文献８は、ベータグルカンが増強されたオート麦製品を調製するための乾燥製粉プロセスを記載する。このプロセスは、一連の製粉、篩い分け（分別）および配合ステップを含む。

クヴィスト（Ｋｖｉｓｔ）らに対する特許文献９は、ベータグルカンが豊富な画分を生産するための、オート麦および大麦穀粒からの水溶性食物繊維の抽出のためのプロセスを記載する。このプロセスは、製粉、デンプン分解酵素での酵素処理および遠心分離を含む。

カイゼル（Ｋａｉｓｅｒ）らに対する特許文献１０は、ラボスケールでの粒度分布の判定のために主に提案されるバッチ処理方法のための空気ジェット篩デバイスを記載し、篩デッキの上に配置された篩と、篩デッキの下の回転スロット付きノズルを有するチャンバとを備え、篩デッキこれを通して空気が上方に吹き上げられて篩口がパージされ、篩上にある材料が撹拌される。篩デッキの上のチャンバは、篩い分けの間密封される。このデバイスは、篩の下のチャンバからの空気出口流における粒子を検出するためのセンサを備える。

エドワーズ（Ｅｄｗａｒｄｓ）らに対する特許文献１１は、吸引チャンバを有する篩い分け装置（バッチ処理）を記載し、吸引チャンバの上に中央孔と２つの追加の孔の輪とによって画成される篩支持構造体（浮上ヘッド）が据えられる。篩布が、浮上ヘッドの上面にある。篩ケース構造体は、浮上ヘッドの上面によって支持される。浮上ヘッドは、篩ケースへの空気の流入を可能にする水平な通気道も有する。この気流は、篩にかけられている材料を撹拌するのに役立ち、篩の閉塞を防ぐ。空気はまた、篩ケースの上部カバーの２つの口を通して篩ケース内に流れ込む。

ハンケ（Ｈａｎｋｅ）らに対する特許文献１２は、懸濁液から固体を分離するための装置を記載する。懸濁液が入口を通じてデバイスに導入され、静置チャンバに蓄積した後、オーバフローエッジを超えて篩い分けバーおよびギャップが提供された篩に沿って下降する。流体はギャップを通じて流出し、固体はギャップを超えて移動し、下部シュートを通じて放出される。

カイゼルらに対する特許文献１３は、デバイスに関連する追加の電子制御機構を有する、特許文献１０に記載されるものと概ね類似するデバイスを記載する。

以上より、繊維、デンプンおよび／またはタンパク質が増大した別々の画分を、上述の対象成分の高い抽出効率で、低い資本および処理コストで生産する、穀粒の乾燥分別のための連続的で詰まりを生じない改良された高スループットの商業規模の篩い分け装置、システムおよび方法に対する必要性がなお存在する。

米国特許第５，３４８，１６１号明細書 米国特許第８，０６１，５２３号明細書 米国特許第４，８０６，２３５号明細書 米国特許第４，６８０，１０７号明細書 米国特許第５，０１９，２４２号明細書 米国特許第７，４２４，９５６号明細書 米国特許第５，６４５，１７１号明細書 米国特許第７，９７６，８８８号明細書 米国特許第７，９１０，１４３号明細書 米国特許出願公開第２０１１／０２５３６０１号明細書 米国特許第４，２６１，８１７号明細書 米国特許第４，２６８，３８２号明細書 欧州特許第０９７８３２８（Ｂ２）号明細書

本発明は、穀粒製品を分別する問題を取り上げる。本発明のある態様は、繊維含有量が増加した穀粒製品画分を生産し、本発明の他の態様は、デンプンおよび／またはタンパク質の含有量が増加した画分を生産する。本発明のシステムは、真空下で高圧空気パルス化によって生成された動的気流を用いて微細穀粒製品の微粒子を流動化して、ミクロンサイズのフィルタリング篩を通してフィルタリングし、相対的に粗い繊維画分を篩上に残す。本プロセスの有効性を示す一実施例では、大麦粉およびオート麦粉から高品質のベータグルカン濃縮物が、最大３０％のベータグルカン濃度の繊維製品の生産で、既存の乾燥処理技術の約５０〜６０％のコストで得られる。本装置、システムおよび方法のさらにいくつかの応用例が確認されており、これにはエンドウ、ソラマメ、レンズマメ、ヒヨコマメ、リョクトウ等の微細菽穀類穀粒からの食物繊維濃縮物の分離、ならびにキャノーラ、亜麻、アサ、大豆、ゴマなどからのオイルシードミール（無脂肪）における繊維の減少が含まれる。本システムで使用される機器は可動部を有さず、したがってほとんど損耗がないため最小限の保守で足りる。小麦製粉および小麦粉生産、タンパク質濃縮物の生産のための菽穀類穀粒のピン製粉および空気分類（ＰＭＡＣによるタンパク質からのデンプンの分離の前の子葉繊維の除去を含む）、禾穀類の粉からの燃料エタノールの生産（デンプン／タンパク質が増強された粉をエタノール生産において使用する前の禾穀類の粉からの繊維の除去を含む）、およびデンプン抽出のための穀粒の湿式製粉などの付加価値穀粒処理工程への本装置およびシステムの統合は、付加価値穀粒処理工程の篩い分け率、費用効果およびミルスループットを大幅に向上させる。

本発明の一態様は、穀粒製品を分別するための篩い分け装置を提供する。この篩い分け装置は、篩によって下部チャンバから隔てられた上部チャンバと、複数の開口部によって画成される上部チャンバカバーとを含む。上部チャンバの側壁には、上部チャンバ内への乾燥穀粒粒子の供給のため、および上部チャンバ内への空気の流入のために構成された入口ポートがある。下部チャンバの側壁には、篩い分け装置の内部が出口ポートを介して真空下にあるときの下部チャンバからの空気の流出および第１穀粒画分の流出のための第１出口ポートがある。

ある実施形態では、篩い分け装置は、上部チャンバ内への高圧気流を篩表面より上で水平にパルス化するための、上部チャンバの側壁に設置されたノズルをさらに含む。

ある実施形態では、上部チャンバの側壁に、篩い分け装置が第２出口ポートを介して真空下にあるときの上部チャンバからの空気の流出および第２穀粒画分の流出のための第２出口ポートがある。

ある実施形態では、開口部は、上部チャンバカバーの合計表面積の約０．２％〜約０．３％の間の合計空隙スペースを上部チャンバカバーに画成する。

ある実施形態では、開口部を通って移動する空気の速度は、真空強度が約５〜約８インチＨｇの間であるとき、毎分約１２〜約１８立方フィートである。

ある実施形態では、開口部は、上部チャンバカバーの表面エリア全体にほぼ均一に分散され、上部チャンバ内に垂直の気流を誘発するために適用される真空に対して十分に小さい直径をそれぞれ有する。

篩い分け装置のある実施形態においては、上部チャンバカバーの開口部は円形である。上部チャンバカバーの円形開口部は、それぞれほぼ同一の直径を有しうる。

ある実施形態では、上部チャンバ自体の形状が円筒形または卵形であってもよい。

ある実施形態では、カバーの下側と篩の表面との間の距離は、約４〜約８インチである。

一実施形態では、上部チャンバカバーの円形開口部は、１つの中央開口部と、中央開口部のまわりの第１円をなすほぼ等間隔の５つの開口部と、第１円のまわりの第２円をなすほぼ等間隔の１１の開口部とが配設されうる。ある実施形態では、各穴は、直径が約０．５インチである。

ある実施形態では、篩は、上部チャンバを下部チャンバから分ける篩台によって支持される。篩台は、直径が約４ｃｍより大きい円形開口部を有する金属スクリーンによって提供されうる。

ある実施形態では、篩は、直径が約１００μｍ未満の開口部によって画成される。

ある実施形態では、穀粒製品を投入するためのホッパーを備えた水平チューブが、上部チャンバの入口ポートに接続される。水平チューブの外側開口部には、着脱可能キャップが提供されてもよい。

ある実施形態では、上部チャンバは、下部チャンバから着脱可能である。下部チャンバに上部チャンバを封着するための手段および上部チャンバを下部チャンバに締着するための手段も提供されうる。

ある実施形態では、下部チャンバには、下部チャンバの内部の圧力状態の測定のための圧力計が提供されうる。

ある実施形態では、下部チャンバの少なくとも一部は円錐形または截頭円錐形であり、下部チャンバの下部は下部ポートによって画成され、この下部ポートは、篩い分け装置が作動中のときにはキャップされ、下部チャンバの清掃および／または保守が必要なときにはキャップが取り除かれる。

ある実施形態では、下部ポートは、下部チャンバへと篩を通過する微粒子を連続的に空けることを可能にする回転式エアロック弁に接続される。

本発明の別の態様は、穀粒製品を分別するためのシステムを提供する。このシステムは、上に定義および記載された篩い分け装置と、第１出口ポートに操作可能に接続され、第２出口ポートに操作可能に接続された真空生成器とを含み、この真空生成器は、上部チャンバカバーの開口部を通して空気を吸い込み、また入口ポートを通して空気を吸い込むように構成される。このシステムは、真空生成器により提供される真空下で篩を通過して第１出口ポートから下部チャンバを出る微細穀粒粒子を収集するための第１容器も含む。第１容器は、第１出口ポートに操作可能に接続される。

ある実施形態では、このシステムは、篩を通過しない粗穀粒粒子を収集するための第２容器も含む。第２容器は、第２出口ポートを介して上部チャンバに操作可能に接続される。

ある実施形態では、第１および第２容器はサイクロン分離容器である。

ある実施形態では、第１および第２サイクロン分離容器は、導管システムを介して真空生成器に接続される。導管システムは、第１サイクロン分離容器への空気および粒子の流れを制御するための第１弁と、第２サイクロン分離容器への空気および粒子の流れを制御するための第２弁とを含みうる。

ある実施形態では、導管システムには、微粒子が真空生成器に入るのを防ぐために、フィルタが提供される。

ある実施形態では、導管システムには、圧力センサが提供される。導管システムには、圧力センサによって導管内で所定の過剰な圧力が測定されたときに導管を閉じるための安全弁も提供されてもよい。

ある実施形態では、第１および第２サイクロン分離容器にはそれぞれ、第１および第２出口ポートを介して篩い分け装置から収集された穀粒製品の除去のための閉鎖可能な下方開口部が提供される。これらのサイクロン分離容器には、篩い分けデバイスの上部チャンバおよび下部チャンバから容器に入ってくる製品／微粒子を連続的に空けるために、（閉鎖可能な下方開口部に代わる）「回転式エアロック弁」が設置されることもできる。

本発明の別の態様は、製粉された穀粒製品を粗画分と微細画分とに分別する方法である。この方法は、ａ）篩によって上部チャンバと分けられた下部チャンバを有する篩い分け装置を提供するステップであって、篩い分け装置は、上部チャンバの入口ポートと、下部チャンバの第１出口ポートと、上部チャンバの第２出口ポートと、複数の開口部によって画成される上部チャンバカバーとを有する、ステップと、ｂ）真空吸引によって入口ポートを通じて上部チャンバ内に穀粒粒子を吸い込むステップと、ｃ）真空吸引下で上部チャンバカバーの開口部を通じて空気を吸い込むことによって上部チャンバ内に乱気流を生成し、入口ポートを通じて空気を吸い込み、これにより穀粒粒子を流動化し、篩の開口部の閉塞または詰まりを防ぐ、ステップと、ｄ）真空吸引下で篩を通して第１出口ポートを介して下部チャンバから微細穀粒粒子を吸い出し、これにより微細穀粒粒子画分の収集を可能にするステップとを含む。

本方法の別の実施形態は、上述のステップａ）〜ｄ）のすべてを含み、ステップｄ）の動作を停止し、第２出口ポートを介して粗穀粒粒子を上方チャンバから吸い出し、これによりベータグルカンを含む粗穀粒粒子画分の収集を可能にするステップをさらに含む。ベータグルカンは１−３および１−４結合の禾穀類ベータグルカンでありうる。

ある実施形態では、ステップｄ）の停止は、第１出口ポートに接続された真空導管内の第１の開いた弁を閉じることによって、および第２出口ポートに接続された真空導管内の第２の閉じた弁を開くことによって達成される。

ある実施形態では、粗穀粒粒子画分は、未分別の製粉した穀粒製品と比較して総食物繊維含有量が３００％超増加、２００％超増加、１００％超増加、５０％超増加、４０％超増加、３０％超増加、２０％超増加、または１０％超増加している。

他の実施形態では、粗穀粒粒子画分は、未分別の製粉した穀粒製品と比較して水溶性食物繊維含有量が４００％超増加、３００％超増加、２００％超増加、１００％超増加、５０％超増加、２０％超増加、１０％超増加、または５％超増加している。

他の実施形態では、微細穀粒粒子画分は、未分別の製粉した穀粒製品と比較してデンプン含有量が５０％超増加、４０％超増加、３０％超増加、または２０％超増加している。

他の実施形態では、微細穀粒粒子画分は、未分別の製粉した穀粒製品と比較してタンパク質含有量が６０％超増加、５０％超増加、４０％超増加、３０％超増加、２０％超増加、または１５％超増加している。

ある実施形態では、粗画分は、デンプンおよびタンパク質が大幅に少ない。

製粉した穀粒製品が襖である場合、未分別の襖と比較して粗画分はアラビノキシランが増強され、微細画分はタンパク質が増強される。

製粉した穀粒製品がオート麦（天然もしくは脱脂またはそれらの組み合わせであってもよい）である場合、未分別の製粉したオート麦と比較して粗画分はベータグルカンが増強される。

製粉した穀粒製品が大麦である場合、未分別の大麦と比較して粗画分はベータグルカンが増強される。

製粉した穀粒製品がオイルシードミールである場合、未分別のオイルシードミールと比較して微細画分は繊維が減少する。

製粉した穀粒製品が（例えば醸造産業からの）麦芽粕または可溶分を含む乾燥蒸留穀物（ＤＤＧＳ、ｄｒｉｅｄ ｄｉｓｔｉｌｌｅｒｓ’ ｇｒａｉｎｓ ｗｉｔｈ ｓｏｌｕｂｌｅｓ）である場合、未分別の麦芽粕またはＤＤＧＳと比較して微細画分はタンパク質が増強され、粗画分はアラビノキシラン（ペントサン）が増強される。

製粉した穀粒製品が小麦粉またはミールである場合、小麦粉またはミールは本明細書に記載される方法のステップを行う前に脱脂される。

ある実施形態では、製粉した穀粒製品は大麦またはオート麦穀粒であり、ベータグルカン含有量の増強は３００％を超える。このような実施形態では、総食物繊維も、３００％超増強される。

ある実施形態では、製粉した穀粒製品は豆粉またはキャノーラミールであり、粗画分は総食物繊維が２００％超増強される。

ある実施形態では、本システムには、デバイスの上部チャンバと下部チャンバとの間で真空吸引を交互に行うための一対の弁と、収集容器から粗粒子および微粒子を連続的に空けるのを促進するためのエアロック弁とが提供される。

ある実施形態では、本システムは、一対の弁の操作のための自動化された弁開閉シーケンサをさらに含む。

本明細書に記載されるシステムは、製粉した大麦およびオート麦製品からのベータグルカンが増強された粗画分の生産のために使用されうる。

本明細書に記載されるシステムは、製粉したキャノーラミールからの繊維が減少したキャノーラミールの生産のために使用されうる。

本発明の実施形態を、添付の図面に関連して記載する。

穀粒製品（Ｇ）を微細な微粒子画分Ｇ１と粗い微粒子画分Ｇ２とに分別するためのシステム１０の一部としての篩い分け装置１２を示した図である。 複数の穴２２によって画成される上部チャンバカバー２０の上面を示した図である。

穀粒を分別するための篩い分け装置およびシステムの実施形態の例を、図面を参照して説明する。図１の実施形態の説明中に、代替的特徴を利用する代替的実施形態を簡単に説明する。上部チャンバカバーの特徴が、図２に示される。

篩い分け装置およびシステムの一実施形態を、図１に関して説明する。穀粒分別システム１０は、食品用のステンレス鋼または当業者に知られた他の類似の材料で形成されうる篩い分け装置１２を含む。装置１２は、篩１８によって上部チャンバ１６から隔てられた下部チャンバ１４を含む。ある実施形態では、下部チャンバ１４は概ね円筒形の上方部分と截頭円錐形の下方部分とを有し、上部チャンバ１６も概ね円筒形であり、直径が下部チャンバ１４の上方部分の直径とほぼ同様である。穀粒製品を分別する目的に都合のよいことに、篩１８は、約１００マイクロメートル（μｍ）未満の直径を有する開口部を有する。この篩１８は、穀粒粒子の混合物Ｇを微細画分Ｇ１（すなわち篩開口部の直径（単数または複数）より小さい直径を有する粒子）と粗画分Ｇ２（すなわち篩開口部の直径（単数または複数）より大きい直径（単数または複数）を有する粒子）とに分別する働きをする。

上部チャンバ１６には、上部チャンバ１６の直径全体を概ねカバーするカバー２０が提供される。上部チャンバカバー２０には、複数の開口部２２が提供される。次に上部チャンバカバーの一実施形態を、カバー２０の上面図を示す図２に関連して簡単に説明する。上部チャンバカバーのこの特定の実施形態は、中央開口部２２ａを有する円形カバー２０である。さらに５つの開口部２２ｂが、中央開口部２２ａから半径方向外方に位置する円をなして配置される。開口部２２ｂは、互いにおよび中央開口部２２ａからほぼ等間隔である。さらに１１の開口部２２ｃが、開口部２２ｂから半径方向外方に、かつ互いにほぼ等間隔で配置される。このような開口部２２の配設は、以下に詳述するように装置１２が真空吸引下にあるときに気流を発生させるために有用である。カバー２０は、システム１０の作動時に操作者が上部チャンバ１６内の穀粒粒子の動きを見ることができる、ほぼ透明な硬質プラスチック、プレキシグラスまたは他の硬質の透明材料で形成されるのが好都合である。

次に図１に戻ると、下部チャンバ１４には、下部出口ポート２４が提供され、この下部出口ポート２４を通じて下部チャンバ１４に真空吸引が適用される。また、微細画分Ｇ１の粒子が、収集のために下部出口ポート２４を通過する。

上部チャンバ１６には、ホッパー３６と水平チューブ３８とを介した穀粒粒子の混合物Ｇの供給のため、およびシステムの作動時に空気の通過を可能にするための、入口ポート２６が提供される。水平チューブ３８には、その外側開口部をカバーするため、およびチューブ３８の内部へのアクセスを可能にすることで保守を促進するための、着脱可能キャップ４０が提供される。ある場合には、キャップ４０を開くことが、システム１０の作動時に上部チャンバ１６内への気流を増加させる手段を提供してもよい。上部チャンバ１６には、上部チャンバ１６に収集される穀粒粒子の粗画分Ｇ２の排出のための上部出口ポート２８も提供される。

この特定の実施形態では、篩１８は、金属スクリーンから構築されうる篩台３０上にある。ある実施形態では、金属スクリーンは、直径約４ｃｍより大きい開口部を有する。篩台３０は、下部チャンバ１４の内側側壁に形成されまたはこれに取り付けられたレッジ３２上に載っている。篩１８および篩台３０は、上部チャンバ１６を下部チャンバ１４の上の適所に係止するためのクランプ３４と組み合わせたＯリングまたはガスケット等のシール３５によって適所に保たれてもよい。

下部チャンバ１４の追加の任意の特徴には、着脱可能キャップ４４を備えた下部ポート４２が含まれる。この特徴は、必要に応じた微細粒子画分Ｇ１の排出だけでなく、下部チャンバ１４の保守および清掃のために提供される。加えて、下部ポート４２は、（着脱可能キャップ４４の代わりに）下部チャンバに収集される微細粒子を連続的に空けることができる「回転エアロック弁」に取り付けることができる。下部チャンバ１４は、下部チャンバ１４の内部の気圧の測定のための圧力計４６も任意に含む。

上述の装置１２はシステム１０の一部として図１に示され、このシステム１０は、真空生成器４８、および真空生成器４８を下部出口ポート２４と上部出口ポート２８とに接続する一連の真空導管も含む。したがって、図１に示した実施形態では、真空生成器４８は、導管セクション５０、５２、５４、５６、６０および６４を介して下部チャンバ１４の下部出口ポート２４に操作可能に接続される。同様に、真空生成器４８は、導管セクション５０、５２、５４、５８、６２および６６を介して上部チャンバ１６の上部出口ポート２８に操作可能に接続される。

真空生成器４８によって提供される真空吸引を介して微細穀粒画分Ｇ１を収集するために、導管セクション６０と６４との間に第１サイクロン分離容器６８が接続される。同様に、上部チャンバ１６内に蓄積する粗穀粒画分Ｇ２を収集するために、導管セクション６２と６６との間に第２サイクロン分離容器７０が接続される。これらのサイクロン分離容器６８および７０は、以下にさらに詳述するように、下方チャンバ１４および上部チャンバ１６からの真空吸引をそれぞれ可能にするかまたはブロックするそれぞれの弁７２および７４と連動して作動するのが好都合である。サイクロン分離容器６８および７０は、円錐の頂点に分配開口部を備えた円錐形であってもよい。円錐の頂点には、当技術分野において穀粒製品の連続的分配のために有効であることが知られている構造の回転エアロック弁が提供されてもよい。

図１に示したシステムの実施形態は、微細粒子が真空生成器４８に入って損傷を与えることを防ぐために導管セクション５０と５２との間に配置された微粒子フィルタ７６を含む、任意の構成要素を有する。導管システム内の圧力をモニタリングするために、真空導管圧力計７８が導管セクション５４に接続される。この導管圧力計７８は、圧力が所定の値を上回った場合に安全弁８０の閉鎖を行うように構成することができるが、これは、上流導管セクションまたはサイクロン分離容器のいずれかに閉塞が生じた場合に発生しうる。

次に、図１のシステム１０の作動について説明する。弁７４が閉じられ、弁７２が開かれる（安全弁８０もその通常の開位置にある）。真空生成器４８のスイッチが入れられ、真空導管セクション５０、５２、５４、５６、６０、および６４に真空吸引が適用される。その結果、上部チャンバカバー２０の穴２２を介して、および入口ポート２６を通じて、大気から上部チャンバ１６に空気が吸い込まれる。いかなる特定の理論にも拘束されるものではないが、篩の表面に向かってほぼ縦に下方へ、篩の表面に対してほぼ垂直に移動する、カバー２０の穴２２によって生成される複数の気流は、入口ポート２６を通じて上部チャンバ１６に入るほぼ水平の気流と衝突し、この気流の衝突が上部チャンバ１６内の篩１８の上に乱気流を発生させると考えられる。これらの乱気流は、ホッパー３６を介して入口ポート２６から供給された後に上方チャンバ１６に入る未分別の穀粒製品Ｇを十分に撹拌し流動化する。この穀粒製品Ｇの十分な撹拌および流動化は、篩１８の開口部の閉塞を防ぐ。代替的な実施形態では、上部チャンバの側壁上の篩表面のすぐ上に篩表面に対して平行に設置されたノズル（図示せず）を通じて、高圧気流が上部チャンバ内に水平に入る。一度に１つのノズルを通じて、高圧気流のパルス化が行われる。気流が篩表面を掃引する。

装置１２内への未分別の穀粒製品Ｇの投入も、真空生成器４８によって提供される真空吸引によって促進される。必要な場合には、装置１２のホッパー３６と上部チャンバ１６との間の水平チューブ３８上に弁を設置することによって、水平な気流が増加または調節されてもよい。代替的実施形態においては、入口ポート２６を通る空気の流れを調節する他の手段が提供されてもよい。

それから上部チャンバ１６内の穀粒製品Ｇが、篩１８によって分別される。明確のため、図１では、上部チャンバ１６の内部は粗穀粒画分Ｇ２だけを含むものとして示されるが、最初は、微細粒子Ｇ１が篩１８の開口部を通過して下部チャンバ１４に入り、粗穀粒画分Ｇ２が上部チャンバ１６内に残るまで、未分別の穀粒製品Ｇが上部チャンバ１６を占有することが理解されよう。微細画分Ｇ１の粒子は、下部出口ポート２４を通過し、真空導管６４を通過して第１サイクロン分離容器６８に収集される。分配量の穀粒製品Ｇの分別が完了したと判断されると、弁７２が閉じられ、弁７４が開かれる。その結果、真空生成器４８の作動を継続したまま、導管６０および６４を通じた真空吸引が停止され、導管６２および６６を通じた真空吸引が開始される。この動作は、上部チャンバ１６から上部出口ポート２８および導管６６を通じて空気および粗粒子Ｇ２を吸い出し、第２サイクロン分離容器７０に収集する効果を有する。ある実施形態では、両方のサイクロン分離容器６８および７０の下部に回転エアロック弁が設置され、容器に収集された微細な微粒子および粗い微粒子を連続的に空けるために使用される。

ある実施形態では、本システムは、以下に簡潔に記載したステップによって周期的様式で作動しうる。（ｉ）図１に示すように弁７２が開き弁７４が閉じた状態で導管６４および６０を介して働く真空吸引下で、所定の体積の未分別の穀粒製品Ｇが分配および分別され、（ｉｉ）微細粒子Ｇ１が、第１サイクロン分離容器６８に排出され、（ｉｉｉ）粗粒子Ｇ２が、第２サイクロン分離容器７０に排出される。このような周期的プロセスは、最適化および自動化されることができる。弁の自動化に加えて、下部チャンバ３５の下部ならびにサイクロン収集容器６８および７０の下部の回転エアロック弁の設置は、連続的な粒子分類、収集および分配プロセスを促進すると考えられる。この自動化された連続システムのすべての要素のサイズを適切に決定することによって、商業規模の作動が実行可能である。

ある実施形態では、必要な効率的な穀粒材料の分類を達成するために一連の弁開閉を提供するために、自動化された弁開閉シーケンサが提供されてもよい。導管／チューブ／容器内の高真空の蓄積につながるため、両方のバルブが閉じたままであってはならない。シーケンサの動作は、当業者に知られた従来の電子機器、プロセッサおよびプログラムによって制御することができる。

ある実施形態では、ホッパーへの穀粒材料の供給速度が作動と同期される。例えば、下部チャンバの出口ポートを通じて吸引が開始すると、フィーダがホッパーへの穀粒材料の供給を開始し、穀粒材料が入口ポートを通じて上部チャンバ内に吸い込まれる。上部チャンバ内に所定量の穀粒材料を供給したあと、フィーダは停止するが、下部チャンバの出口ポートを通じた真空吸引は、気流アシスト篩い分けを行うために所定の期間作動を継続する。篩い分けプロセスが完了すると、粗材料が上部チャンバから収集される。このステップを可能にするために、上部チャンバの出口ポートを通じた吸引が開始され、下部チャンバの出口ポートを通じた吸引が停止される。下部チャンバに吸引を提供する弁を閉じる前に、まず上部チャンバに吸引を提供する弁が開かれる。

熟練者は、開いた弁７２を閉じ、閉じた弁７４を開くことによって、真空生成器４８の動作により誘発されるシステム１０を通る空気の流れの方向を示した矢印が変更されうることが分かるであろう。これによって空気が、上部出口ポート２８から出て導管６６を通り、第２サイクロン分離容器７０を通り、導管６２、５８、５４、５２および５０を通って流れる。

実施例１ さまざまな穀粒製品および組成物の分別
微細製粉された大麦粉およびオート麦粉への本プロセスの適用により、ベータグルカンが（それぞれ最大３３％および２２％）増強された粗繊維濃縮物が産出され、デンプン（それぞれ最大７２％および６９％）およびタンパク質が（それぞれ最大１９％および１６％）増強された微細微粒子流が生産された。

キャノーラミール（総食物繊維１３％およびタンパク質３７％）への本プロセスの適用により、「繊維が増強された」粗粒子画分（最大５３％の総食物繊維）と、タンパク質含有量がわずかに増強された（最大４１％のタンパク質）「繊維が少ない」タンパク質ミールとが産出された。大豆ミールでも同様の傾向が観察された。

豆粉への本プロセスの適用により、繊維が増強された粗粒子画分（最大２８％の総食物繊維含有量）と、デンプンが増強された（最大５６％）微細粒子画分とを生産することができた。

製麦、調質、および製粉された小麦穀粒への本プロセスの適用により、白色小麦粉（抽出率６９％）とふすま濃縮物とを得た。

製麦、調質、および製粉されたデュラム小麦穀粒への本プロセスの適用により、インドおよびアラビアスタイルのフラットブレッドの生産に適した組成（デンプン６９％、タンパク質１４％および食物繊維４％）を有するデュラムアタ小麦粉が産出された。

実施例２ 穀粒製品分別方法の比較
本発明の方法の例示的実施形態を用いて、ベータグルカン含有量が増加した粗穀粒画分を得る目的で、３つの異なる穀粒製品（大麦粉、オート麦粉、製粉したオート麦ふすま）を分別した（表１）。この実施形態から得られた結果を、表２において既存の空気分類技術と比較している。結果から、本方法を用いた場合にベータグルカン含有量がより大きく増加していることが分かる。本発明の方法の本実施形態によって提供される収率は、標準の空気分類技術と比較して優れているが、必要な初期設備投資が大幅に少なく、継続的作動コストがより低い。

表１においては、ベータグルカン含有量（水溶性食物繊維）が大麦粉で最大３３％、オート麦粉および製粉したオート麦ふすまで最大２２％増加していることが分かる。したがって、本発明の実施形態を使用して大麦およびオート麦穀粒材料を分別したときには、大麦粉で２９６％、オート麦粉で３４２％、および製粉されたオート麦ふすまで２４３％を上回る水溶性食物繊維の増加が期待できる。大麦粉、オート麦粉および製粉されたオート麦ふすまの平均総食物繊維（ＴＤＦ、ｔｏｔａｌ ｄｉｅｔａｒｙ ｆｉｂｅｒ）は、それぞれ１２〜１３％、１１〜１３％および１６〜１９％の間の範囲であった（結果は表１に示していない）。ＴＤＦは水溶性食物繊維（ＳＤＦ、ｓｏｌｕｂｌｅ ｄｉｅｔａｒｙ ｆｉｂｅｒ）および不溶性食物繊維（ＩＤＦ、ｉｎｓｏｌｕｂｌｅ ｄｉｅｔａｒｙ ｆｉｂｅｒ）を含むため、本発明の実施形態を使用して大麦およびオート麦穀粒材料を分別したときに粗画分においてＴＤＦが実質的に増加した（表１）。

豆粉およびキャノーラミールで行った類似の分別試験の結果、２００％を上回る総食物繊維の増加が生じた。これらの試験から得たデータが、表３に示される。

粒子分離および自動篩清掃の効率に影響する主な要因の間の関係が、表４に示される。

結論
本発明をその好ましい実施形態および好ましい使用に関して図と共に説明しているが、当業者に理解される本発明の意図された完全な範囲内で修正および変更を加えることができるため、それに限定されるものではない。

Claims (50)

1. 穀粒製品を分別するための篩い分け装置であって、
   ａ）篩によって下部チャンバから隔てられた上部チャンバと、
   ｂ）前記篩い分け装置の内部が空気の流出のための前記下部チャンバの側壁の第１出口ポートを介して真空下にあるときに、前記上部チャンバへの気流のほぼ垂直の流入を可能にする、複数の開口部によって画成される上部チャンバカバーと、
   ｃ）前記上部チャンバの側壁の入口ポートであって、前記上部チャンバ内への乾燥穀粒粒子の供給のため、および前記上部チャンバへの空気のほぼ水平の流入のために構成された、入口ポートと、
   ｄ）前記篩い分け装置の内部が前記第１出口ポートを介して真空下にあるときの、前記下部チャンバからの空気の流出および第１穀粒画分の流出のための前記下部チャンバの側壁の前記第１出口ポートと、
   を含む、篩い分け装置。
2. 前記上部チャンバ内への高圧気流を前記篩表面より上で水平にパルス化するための、前記上部チャンバの前記側壁に設置されたノズルをさらに含む、請求項１記載の篩い分け装置。
3. 前記上部チャンバの前記側壁の第２出口ポートであって、前記篩い分け装置が前記第２出口ポートを介して真空下にあるときの、前記上部チャンバからの空気の流出および第２穀粒画分の流出のための第２出口ポートをさらに含む、請求項１または２記載の篩い分け装置。
4. 前記上部チャンバカバーの前記開口部は、前記上部チャンバカバーの合計表面積の０．２０％〜０．３０％の間の合計空隙スペースを画成する、請求項１〜３のいずれか一項に記載の篩い分け装置。
5. 前記開口部は、前記上部チャンバカバーの表面積全体にほぼ均一に分散され、前記上部チャンバ内に垂直の気流を誘発するために適用される真空に対して十分に小さい直径をそれぞれ有する、請求項１〜４のいずれか一項に記載の篩い分け装置。
6. 前記上部チャンバカバーの前記開口部は、円形である、請求項１〜５のいずれか一項に記載の篩い分け装置。
7. 前記上部チャンバカバーの前記円形開口部は、各々ほぼ同一の直径を有する、請求項６記載の篩い分け装置。
8. 前記上部チャンバの直径は、４０インチであり、前記上部チャンバカバーの前記円形開口部は、各々０．５インチの直径を有し、１つの中央開口部と、前記中央開口部のまわりの第１円をなすほぼ等間隔の５つの開口部と、前記第１円のまわりの第２円をなすほぼ等間隔の１１の開口部とが配置される、請求項７記載の篩い分け装置。
9. 前記篩は、前記上部チャンバを前記下部チャンバから分ける篩台によって支持される、請求項１〜８のいずれか一項に記載の篩い分け装置。
10. 前記篩台は、直径が４インチより大きい円形開口部を有する金属スクリーンである、請求項９記載の篩い分け装置。
11. 前記篩は、直径が１００μｍより小さい開口部によって画成される、請求項１記載の篩い分け装置。
12. 穀粒製品を投入するためのホッパーを有する水平チューブが前記入口ポートに接続される、請求項１〜１１のいずれか一項に記載の篩い分け装置。
13. 前記水平チューブは、着脱可能キャップを備える外側開口部を有する、請求項１２記載の篩い分け装置。
14. 前記ホッパーと前記入口ポートとの間の前記水平チューブ内に弁をさらに含む、請求項１２または１３記載の篩い分け装置。
15. 前記上部チャンバは、前記下部チャンバから着脱可能である、請求項１〜１４のいずれか一項に記載の篩い分け装置。
16. 前記上部チャンバを前記下部チャンバに取り付けるためのシールおよびクランプをさらに含む、請求項１５記載の篩い分け装置。
17. 前記下部チャンバは、前記下部チャンバの内部の圧力状態の測定のための圧力計を備える、請求項１〜１６のいずれか一項に記載の篩い分け装置。
18. 前記下部チャンバの少なくとも一部は、円錐形または截頭円錐形であり、前記下部チャンバの下部は、下部ポートによって画成され、前記下部ポートは、前記篩い分け装置が作動中のときにはキャップされ、前記下部チャンバの清掃および／または保守の間にはキャップが取り除かれる、請求項１〜１７のいずれか一項に記載の篩い分け装置。
19. 前記下部ポートは、真空下にある間、前記下部チャンバから微粒子を連続的に空にするための回転エアロック弁を備える、請求項１８記載の篩い分け装置。
20. 前記上部チャンバは、円筒形または卵形である、請求項１〜１９のいずれか一項に記載の篩い分け装置。
21. 穀粒製品を分別するためのシステムであって、
    ａ）請求項１〜２０のいずれか一項に記載の篩い分け装置と、
    ｂ）前記第１出口ポートに操作可能に接続された真空生成器であって、前記上部チャンバカバーの前記開口部を通してほぼ垂直に空気を吸い込み、前記入口ポートを通してほぼ水平に空気を吸い込むように構成される、真空生成器と、
    ｃ）前記真空生成器によって提供される真空下で前記篩を通過し、前記第１出口ポートを介して前記下部チャンバを出る微細穀粒粒子を収集するための容器であって、前記第１出口ポートに操作可能に接続される、容器と、
    を含む、システム。
22. 前記容器は、サイクロン分離容器である、請求項２１記載のシステム。
23. 穀粒製品を分別するシステムであって、
    ａ）請求項３に記載の篩い分け装置と、
    ｂ）前記第１出口ポートに操作可能に接続され、前記第２出口ポートに操作可能に接続された真空生成器であって、前記上部チャンバカバーの前記開口部を通して空気を吸い込み、前記入口ポートを通して空気を吸い込むように構成される、真空生成器と、
    ｃ）前記真空生成器によって提供される真空下で前記篩を通過し、前記第１出口ポートを介して前記下部チャンバを出る微細穀粒粒子を収集するための第１容器であって、前記第１出口ポートに操作可能に接続される、第１容器と、
    ｄ）前記篩を通過しない粗穀粒粒子を収集するための第２容器であって、前記第２出口ポートを介して前記上部チャンバに操作可能に接続される、第２容器と、
    を含む、システム。
24. 前記第１および第２容器は、サイクロン分離容器である、請求項２３記載のシステム。
25. 前記第１および第２サイクロン分離容器は、導管システムを介して前記真空生成器に接続される、請求項２４記載のシステム。
26. 前記導管システムは、前記第１サイクロン分離容器への空気および粒子の流れを制御するための第１弁と、前記第２サイクロン分離容器への空気および粒子の流れを制御するための第２弁とを含む、請求項２５記載のシステム。
27. 前記第１および第２弁を交互に開閉し、各弁に適切な開放および閉鎖時間を提供することが、繊維およびデンプン濃縮物を連続的に収集し空ける手段を提供する、請求項２６記載のシステム。
28. 前記導管システムは、微粒子が前記真空生成器に入るのを防ぐためのフィルタを備える、請求項２５〜２７のいずれか一項に記載のシステム。
29. 前記導管システムは、圧力センサを備える、請求項２５〜２８のいずれか一項に記載のシステム。
30. 前記導管システムは、前記システム内の真空レベルを調節し、これにより過度の真空による前記サイクロン分離容器および篩への損害を防ぐための、前記圧力センサと通信する安全弁を備える、請求項２９記載のシステム。
31. 前記第１および第２サイクロン分離容器は各々、前記篩い分け装置から前記第１および第２出口ポートをそれぞれ介して収集される穀粒製品の除去のための閉鎖可能な下方開口部を備える、請求項２４記載のシステム。
32. 前記第１および第２サイクロン分離容器は、前記容器の前記下方開口部に回転エアロック弁が設置される、請求項３１記載のシステム。
33. 製粉された穀粒製品を粗画分と微細画分とに分別する方法であって、
    ａ）篩によって上部チャンバと分けられた下部チャンバを有する篩い分け装置を提供するステップであって、前記篩い分け装置は、前記上部チャンバの入口ポートと、複数の開口部によって画成される上部チャンバカバーと、前記下部チャンバの第１出口ポートとを有する、ステップと、
    ｂ）真空吸引によって前記入口ポートを通じて前記上部チャンバ内に穀粒粒子を吸い込むステップと、
    ｃ）前記真空吸引下で前記上部チャンバカバーの前記開口部を通じて空気を吸い込み、前記入口ポートを通じて空気を吸い込むことによって、前記上部チャンバ内のほぼ垂直の気流とほぼ水平の気流との組み合わせによって乱気流を生成し、これにより前記穀粒粒子を流動化し、前記篩の開口部の閉塞を防ぐ、ステップと、
    ｄ）前記真空吸引下で前記篩を通して前記第１出口ポートを介して前記下部チャンバから微細穀粒粒子を吸い出し、これにより微細穀粒粒子画分の収集を可能にする、ステップと、
    を含む、方法。
34. 前記篩い分け装置は、前記上部チャンバ内への高圧気流を前記篩表面より上で水平にパルス化するための、前記上部チャンバの側壁に設置されたノズルをさらに含む、請求項３３記載の方法。
35. 前記篩い分け装置は、前記上部チャンバの第２出口ポートをさらに含み、前記方法は、前記ステップｄ）の動作を停止し、前記真空吸引下で前記第２出口ポートを介して粗穀粒粒子を前記上部チャンバから吸い出し、これにより粗穀粒粒子画分の収集を可能にするステップをさらに含む、請求項３３または３４記載の方法。
36. 前記ステップｄ）の動作を停止する前記ステップは、前記第１出口ポートに接続された真空導管内の第１の開いた弁を閉じることによって、および前記第２出口ポートに接続された真空導管内の閉じた第２の弁を開くことによって達成される、請求項３５に記載の方法。
37. 前記製粉した穀粒製品は大麦またはオート麦穀粒であり、前記方法は、前記粗穀粒粒子画分のベータグルカンを増強する、請求項３５または３６に記載の方法。
38. 前記ベータグルカンは、１−３および１−４結合の禾穀類ベータグルカンである、請求項３７記載の方法。
39. 前記製粉した穀粒製品は襖であり、前記粗画分は、未分別の襖と比較してアラビノキシランが増強される、請求項３３〜３６のいずれか一項に記載の方法。
40. 前記製粉した穀粒製品はオート麦であり、前記粗画分は、未分別のオート麦と比較してベータグルカンが増強される、請求項３３〜３６のいずれか一項に記載の方法。
41. 前記製粉した穀粒製品は大麦であり、前記粗画分は、未分別の大麦と比較してベータグルカンが増強される、請求項３３〜３６のいずれか一項に記載の方法。
42. 前記製粉した穀粒製品はオイルシードミールであり、前記微細画分は、未分別のオイルシードミールと比較して繊維が減少する、請求項３３〜３６のいずれか一項に記載の方法。
43. 前記製粉した穀粒製品は可溶分を含む乾燥蒸留穀物（ＤＤＧＳ）であり、前記微細画分は、未分別のＤＤＧＳと比較してタンパク質が増強される、請求項３３〜３６のいずれか一項に記載の方法。
44. 前記製粉した穀粒製品は豆粉またはキャノーラミールであり、前記粗画分は、未分別の豆粉またはキャノーラミールと比較して総食物繊維が増強される、請求項３３〜３６のいずれか一項に記載の方法。
45. 前記製粉した穀粒製品は豆粉であり、前記微細画分は未分別の小麦粉と比較してデンプンが増強される、請求項３３〜３６のいずれか一項に記載の方法。
46. 前記製粉した穀粒製品は、ステップａ）〜ｄ）を行う前に脱脂される粉またはミールである、請求項３３〜３６のいずれか一項に記載の方法。
47. デバイスの上部チャンバと下部チャンバとの間で真空吸引を交互に行うための一対の弁と、収集容器から粗粒子および微粒子を連続的に空けるのを促進するためのエアロック弁とをさらに含む、請求項２１記載のシステム。
48. 前記一対の弁の操作のための自動化された弁開閉シーケンサをさらに含む、請求項４７記載の方法。
49. 製粉した大麦およびオート麦製品からのベータグルカンが増強された粗画分の生産のための、請求項２１〜３２、４７および４８のいずれか一項に記載のシステムの使用法。
50. 製粉したキャノーラミールからの繊維が減少したキャノーラミールの生産のための、請求項２１〜３２、４７および４８のいずれか一項に記載のシステムの使用法。

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