JP7457700B2 - デンプンの消化のための方法及び装置 - Google Patents

Description

本発明は、請求項１の序文部分の特徴を有するデンプンの可溶化（以下、「消化」ということもある）方法に関する。

本発明はまた、本発明による方法が実施されているときに蒸煮容器として使用することができ、請求項１７の序文部分の特徴を有する装置に関する。

デンプンを分解することによってデンプンを加工する方法は、公知である。デンプンの酵素分解のための方法では、天然デンプン粉末は、供給バッグ（「ビッグバッグ」）又はサイロからスラリーステーションに供給され、ここで、デンプン粉末は水中に導入され、３５％までの固形分を有するスラリー（懸濁液）が生成される。このようにして得られたデンプンのスラリーは、スラリーステーションから蒸煮容器に揚送され、そこで分解を引き起こす酵素（アミラーゼ）がスラリーステーションにおいて、又はスラリーをスラリーステーションから蒸煮容器に運ぶポンプの前方若しくは後方において、測定された量で添加される。通常、蒸気を注入する手段によってスラリーを蒸煮容器に入れる場合、スラリーは、８５℃～９５℃の温度に加熱され、すでに分解が起こっている。

蒸煮容器への供給装置内には、スラリーが噴出するのを防止するために、及び／又は、スラリーの供給物をより均質に構成するために、静的ミキサー又は他の構成要素を設けることができる。

蒸煮容器内において、公知の方法では、所望の分解度のための滞留時間が容積バッファリングによって設定される。デンプン（天然デンプン）の酵素分解のための公知の方法を実施する種々の装置の場合、この方法を加速するために、撹拌機構及び任意的にミキサーディスクが蒸煮容器内に提供される。

デンプンの消化によって得られたペーストは、ポンプを使用して蒸煮容器から取り出され、酵素が使用された場合には、失活ゾーンを通して揚送される。通常、失活ゾーンは栓流反応器であり、最初に蒸気を導入することによってペーストを１２０～１３５℃の温度に加熱する。失活時間は、パイプ容積及び／又は揚送出力によって制御される。

酵素の失活によりデンプンの分解が停止した後、ペーストを再び希釈し、次いで貯蔵する。

別の公知の手法は、蒸煮容器の代わりに、蒸気注入後に設置されるラビリンスパイプを使用することであり、この場合、所望の分解度に十分な滞留時間を達成することができ、剪断縁部を介して、懸濁液中の物質の追加の剪断が達成される。

蒸煮容器はまた、公知の方法を用いて、バッチ操作（それに応じて十分に大きく作られる場合）で使用され得る。

公知の方法では、比較的大きなユニットが必要であるか、又は少量のスループットしか得られないことが不利である。

カチオン性デンプンを消化するための公知の方法では、カチオン性デンプン粉末を供給バッグ（ビッグバッグ）又はサイロからスラリーステーションに供給し、粉末を水中に導入し、そこで１５％までの固形分を有するスラリー（懸濁液）を生成する。このデンプンスラリーを蒸煮管内に揚送する。

カチオン性デンプンを消化するための公知の方法では、蒸煮管は栓流反応器であり、最初に蒸気を導入することによってデンプンスラリーを１１５℃～１３５℃に加熱する。滞留時間は、栓流反応器の容積及び／又は揚送出力によって制御される。蒸煮工程の後、ほとんどの場合、それは再び希釈され、得られたペーストは、次いで貯蔵される。

また、カチオン性デンプンの消化の場合、蒸煮管の代わりにラビリンスパイプを蒸気注入後に使用することができる。

また、蒸煮管を蒸煮容器に置き換えることも知られており、蒸煮容器は、十分に大きく作られている場合には、バッチ操作で使用することもできる。

デンプンを分解するための機器及び方法は、特許文献１、特許文献２、及び特許文献３から公知である。

特許文献１から、デンプンを、熱（２２５～３５０°Ｆ）の作用下で、水中の細菌アルファ－アミラーゼ（α－アミラーゼ）を使用して製紙工業用の組成物に変換することが知られている。プロペラブレードを有するロータが回転する垂直反応器カラムを使用する。水平及び垂直バッフルが設けられている。上向きの流れを伴う撹拌作用が生成される。特許文献１は、紙のサイジングのために製紙産業で使用することができる生成物を得るための、細菌アミラーゼによるデンプンの連続変換に関する。乱流を発生させるためのバッフル及び撹拌機構を有する垂直反応器が使用される。添加されたアミラーゼを失活させるために蒸気が導入され、蒸気が導入される場所は開放されたままである。

特許文献２は、デンプンの酵素加水分解を記載している。酵素が添加される、加水分解されるデンプンは、混合中に剪断力に供される。デンプン分解酵素が使用される、加水分解デンプンの生成方法が、特許文献２に開示されている。必要な水は、蒸気として供給することができ（直接蒸気注入）、蒸気は「適切な手段」によって供給される。温度の設定は、加水分解が実施される際に、「剪断混合」と同時に実施され得ることが述べられている。

特許文献３によれば、酵素的に分解されたデンプンペーストの製造中に、デンプンペーストは、乱流が発生する反応容器に供給される。デンプンペーストは、酵素及び蒸気加熱の作用によってベンチュリ管状凝集モジュール内で生成される。酵素的に分解されたデンプンペーストの製造方法は、特許文献３に記載されている。この場合、反応容器内の酵素とデンプンペーストとの良好な混合は、乱流によって達成される。デンプンペーストは、反応容器内に供給され、又は反応容器内で生成される。撹拌機構を用いて、反応容器内でより激しい乱流状態を調節可能に発生させる。特許文献３の場合、凝集が撹拌機構を用いることなく凝集モジュール内で行われ、該モジュールに蒸気が供給される。蒸気ではなく澱粉ペーストが反応容器に供給される。

特許文献４には、１２０℃～１８０℃の温度の蒸煮チャンバ内でのデンプンのコロイド溶液の生成が記載されている。段落［００２１］は「分子間水素結合の切断及び巨大分子の溶解」に言及している。段落［００３９］は、第２のステップにおいて、デンプンのコロイド溶液中への加圧蒸気の導入に言及している（段落［００６６］も参照）。段落［００５７］には、撹拌システムが使用されることが言及されている。段落［００６８］及び［００６９］では、蒸気分配リングが詰まるのを防止するために、「チャンバの基部で」蒸気の導入を回避すべきであることが説明されている。特許文献４の図３に示される装置を用いて、蒸気はラインを介して蒸煮器の二重壁に１回、コロイド溶液に１回供給される（段落［０１０１］及び［０１０２］）。これは、特許文献４の他の図に示されている蒸煮器にも当てはまる。撹拌ツール（詳細には特定されていない）の領域に供給される蒸気については、特許文献４号には記載されていない。

特許文献５によれば、ゲル化／酵素加水分解に使用することができるデンプンの「分解（ｂｒｅａｋｄｏｗｎ）生成物」（分解（ｄｅｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ）生成物）が製造される。特許文献５では、ラインを介して蒸気を装置に供給することが提案されている。この装置は、図１の下方からボイラー内に、及び図２の上方からボイラー内に蒸気を導入する。撹拌機構は、特許文献５のボイラーには設けられていない。

Ｇｕｇｌｉｅｌｍｏ Ｓａｎｔｉの文献には、飽和蒸気が導入される、機械的撹拌を伴うバイオリアクターが提案されている。蒸気は、下方から反応器の底部に通じているラインを通って供給される。撹拌機構は、反応器の底部の上方のある距離で終焉する。

特許文献６によれば、デンプンミルクが酵素切断に供され、ここでデンプンミルクを１４０～１５０℃に加熱することによって凝集させる。得られた「ペースト」を冷却し、酵素と混合し、分解してマルトースシロップを形成する。ロータ及びバッフルを備えた「高速ミキサー」の形態の反応容器が使用される。従って、特許文献６は、デンプンを１２０～１６０℃で凝集させ、酵素で切断してマルトースシロップを生成する方法を開示している。「デンプンミルク」の加熱は、直接又は間接的な蒸気加熱で行われる。撹拌と直接及び間接的加熱を有する方法を実施するためのユニットが示されている。撹拌機構は、ブレードを備えている。蒸気は、ディフューザの領域において下方からユニット内に供給される。ディフューザの上方にバッフルが配置されており、バッフルの上方に撹拌機構が設けられている。特許文献３に示される撹拌機構は、「剪断力」を生成するのに適しておらず、それが剪断力にも言及されていない理由である。

米国特許第３，３７１，０１８ Ａ号明細書 国際公開第２０１８／０１１４０１ Ａ１号明細書 独国特許第１０ ２００７ ０１１ ４０９ Ａ１号明細書 米国特許出願公開第２０１０／１５９１０４ Ａ１号明細書 米国特許第３，３０８，０３７ Ａ号明細書 スイス特許第５１３ ９８０ Ａ号明細書

本発明の目的は、デンプンを消化するために、改善され、より経済的に操作される方法、及びこの方法を実施する際に使用することができる蒸煮容器を利用可能にすることである。

この目的は、本発明によれば、請求項１の特徴を有する方法と、請求項１７の特徴を有する装置とによって達成される。

本発明による方法によれば、デンプンのスラリー（懸濁液）の加熱は、蒸煮容器内に蒸気を導入することによって蒸煮容器内で直接行われ、剪断力がスラリーに作用し、その結果、より有利な工程制御が可能であることが有利である。

特に、この場合、スラリーは、８５℃～１３５℃の凝集温度まで蒸煮容器内で加熱されることが好ましい。

本発明による手順及び本発明による装置の好ましい有利な構成は、従属請求項の主題である。

本発明による方法及び本発明による装置を用いて、公知の分解方法、即ち酵素的デンプン分解、酸化的デンプン分解は、熱／機械的消化方法によって改善される。

本発明による熱／機械的デンプン消化の利点は、デンプンをペーストに消化するための酸化的及び酵素的方法とは対照的に、化学添加剤を必要とせず、それによりモル質量のわずかな変化しか生じないことである。これは、熱的／機械的に処理された天然デンプンがより高い凝集性を有し、その結果、より高い紙強度を達成することができるという利点を有する。加えて、モル質量のわずかな変化のために、デンプンのより高い収率が達成される。

本発明の別の利点は、本発明による熱／機械的デンプン消化では、失活が必要とされないという事実に起因する。用語「熱／機械的デンプン消化」は、ペーストを得るための、熱の投入及び剪断力の適用によるデンプンの処理を指す。

本発明による方法を実施するために本発明により提案される装置の利点は、コンパクトな設計を有し、その結果、少ない再循環量及び短い滞留時間が達成されることである。別の利点は、速度、温度、ステータ／ロータ設計の方法パラメータが良好な制御性を保証するという事実に起因する。

最後に、本発明による装置では、デンプンスラリーを高濃度で加工することができる。本発明による装置の別の利点は、装置内の蒸気の直接計量が提供され、酵素が使用される場合、酵素は、装置（蒸煮器）に従って測定された量で添加することができるという事実に起因する。本発明による装置では、追加的に導入される機械的エネルギー（剪断力）のため、従来のデンプン蒸煮器（パイプ蒸煮器、コンバータなど）と比較して、大きな利点が達成される。

本発明による装置では、ステータと組み合わされたロータが使用され、同時に蒸気が導入されるので、デンプンスラリーに作用する剪断力のために、デンプンの迅速かつ容易に調整可能な凝集が保証される。これは、加工時間を短縮できることを意味する。別の利点は、多くの種類のデンプン（例えば、トウモロコシ、小麦、ジャガイモ）を加工できることである。

本発明による装置において、増大した反応温度（蒸煮温度）が適用される場合、生成されるデンプンペーストの粘度の低下及びより安定な操作が達成される。

機械的剪断投入のために、生成されるデンプンペーストの粘度の低下の原因である粗いコロイドデンプン粒子の減少が達成される。

本発明による装置のロータの形態（ロータの高さ及び直径並びにその速度）を選択することによって、生成されるデンプンペーストの粘度を設定することができる。

本発明によるデンプンの消化方法の利点は、酵素分解と、それによるペーストの所望の低粘度の設計された設定により、例えば製紙産業において使用可能な生成物を生成するために、消化によって得られるペーストに少なくとも１種の酵素が添加され得ることである。

本発明による方法に酵素が使用される場合、酵素は、方法又は方法の完了のいずれかにおける失活によって不活性となる。

可能な実施形態において、本発明による方法は、蒸煮容器内に配置された中空変位要素から、蒸気がロータの領域内の蒸気用の少なくとも１つの出口開口を通って出るという点で区別することができる。

可能な実施形態において、本発明による方法は、ステップｃ）において、蒸気を導入することによって、デンプン含有スラリーを蒸煮容器内で８５℃～１３５℃の温度に加熱するという点で区別することができる。

可能な実施形態において、本発明による方法は、ステップｃ）が１～５時間の期間中に実施されるという点で区別することができる。

可能な実施形態において、本発明による方法は、ステップａ）において、最大３５～４５％のデンプン粉末を有するスラリーが固体として生成されるという点で区別することができる。

可能な実施形態において、本発明による方法は、ステップｂ）の前のスラリーが８５℃～９５℃の温度に加熱されるという点で区別することができる。

可能な実施形態において、本発明による方法は、ステップｃ）を実施する際、デンプンの消化度が、スラリーが蒸煮容器内で撹拌される速度を選択することによって設定されるという点で区別することができる。

可能な実施形態において、本発明による方法は、ステップｃ）を実施する際、デンプンの消化度が、スラリーのスループットを選択することによって設定されるという点で区別することができる。

可能な実施形態において、本発明による方法は、ステップｃ）を実施する際、デンプンの消化度が、スラリーの温度を選択することによって設定されるという点で区別することができる。

可能な実施形態において、本発明による方法は、ステップｄ）の後、酵素を失活させるという点で区別することができる。

可能な実施形態において、本発明による方法は、酵素の失活がペーストを１２０℃～１３５℃の温度に加熱することによって行われるという点で区別することができる。

可能な実施形態において、本発明による方法は、蒸気を導入することによって温度を上昇させるという点で区別することができる。

可能な実施形態において、本発明による方法は、ステップｃ）において、蒸煮容器を通るスラリーのスループットが、蒸煮容器を通るスラリーの流れを妨害することによって、及び／又は、蒸煮容器内若しくは後方でのスラリーの静的混合によって調節されるという点で区別することができる。

可能な実施形態において、本発明による方法は、ステップａ）において、スラリーを生成するためにカチオン性デンプン粉末が使用されるという点で区別することができる。

可能な実施形態において、本発明による方法は、ステップａ）において、スラリーを生成するために天然デンプン粉末が使用されるという点で区別することができる。

可能な実施形態において、本発明による装置は、蒸気供給ラインが中空変位要素内へ排出するという点と、変位要素が、ラインの排出箇所とは反対側の、ロータに隣接する側に、蒸気用の少なくとも１つの出口開口を有するという点で区別することができる。

可能な実施形態において、本発明による装置は、出口開口が、変位要素のロータに対向する環状端面上に分散して設けられているという点で区別することができる。

可能な実施形態において、本発明による装置は、蒸気供給ラインが蒸気用の少なくとも１つの出口開口を有する中空リングへ排出するという点で区別することができる。

可能な実施形態において、本発明による装置は、リングが変位要素から離れるロータの側に配置されているという点で区別することができる。

可能な実施形態において、本発明による装置は、出口開口がロータに面するリングの壁に設けられているという点で区別することができる。

可能な実施形態において、本発明による装置は、リングがその延長部にわたって分散して配置された複数の出口開口を有するという点で区別することができる。

可能な実施形態において、本発明による装置は、ステータシートが変位要素から突出し、容器の内面に突出するという点で区別することができる。

可能な実施形態において、本発明による装置は、ロータがその少なくとも１つの側面にフィンを有するという点で区別することができる。

可能な実施形態において、本発明による装置は、ロータのシャフトと同軸である変位要素の開口が漏斗形状であり、開口の広がった領域が容器のカバーに面しているという点で区別することができる。

可能な実施形態において、本発明による装置は、ラインの軸線が環状変位要素と同軸に、かつロータと同軸に配向されている点で区別することができる。

可能な実施形態において、本発明による装置は、分散ディスク上のフィンの高さが内側から外側に向かって増加するという点で区別することができる。

可能な実施形態において、本発明による装置は、フィンがロータのシャフトを通過する径方向平面に対して斜めに設定されている点で区別することができる。

可能な実施形態において、本発明による装置は、ロータが容器の底部を通って容器の内部に突出するという点で区別することができる。

可能な実施形態において、本発明による装置は、ラインの排出箇所の領域内に、ディフューザとして機能する狭窄部が設けられているという点で区別することができる。

可能な実施形態において、本発明による装置は、狭窄部が環状フィン、特に三角形断面を有する環状フィンによって形成されるという点で区別することができる。

本発明の更なる詳細及び特徴は、図面を参照して以下の説明で与えられ、図面では、公知のユニット及び手順、本発明による手順、並びに本発明により使用され得る蒸煮容器が例として示されている。ここで：

図１は、天然デンプンの酵素分解のための（公知の）ユニットを図式的に示す。 図２は、カチオン性デンプンの消化のための（公知の）ユニットを図式的に示す。 図３は、天然デンプンの酵素分解のための（連続）方法を実施するためのユニットを示す。 図４は、カチオン性デンプンの消化のための本発明による方法を実施するためのユニットを示す。 図５は、デンプンの酵素分解のための公知の方法をブロック図で示す。 図６は、カチオン性デンプンの消化のための公知の方法をブロック図で示す。 図７は、カチオン性デンプンの消化のための本発明による方法をブロック図で示す。 図８は、本発明による方法を実施する際に使用することができる蒸煮容器の２つの実施形態を部分的にかつ断面で示す。 図９は、本発明による方法の実施に適したユニットを示す。

酵素的に分解されるデンプンの公知の方法は、図１及び図５のブロック図によるユニットにおいて連続的に実施することができ、以下のように記載することができる：
生の成分として使用されるのは：
天然デンプン粉末、
水、
蒸気、及び
酵素（アミラーゼ）
である。

デンプン粉末をビッグバッグ１又はサイロ２に貯蔵する。この供給装置から、デンプン粉末は、スラリーステーション１に供給される。このステーション３では、デンプン粉末が水中に導入され、３５％までの固形分を有するスラリー（懸濁液）が生成される。そこから、ポンプ５を使用してスラリー（デンプン懸濁液）を蒸煮容器４に揚送する。酵素は、ポンプ５の前方又は後方で、供給容器６からスラリーステーション３内に計量された量で添加することができる。ほとんどのユニットでは、スラリーは、蒸煮容器４に入る前に、蒸気注入９によって凝集温度（８５℃～９５℃）にされる。

加えて、スラリーが噴出するのを防止し、供給物を均質に構成するために、静的ミキサー又は他の構成要素を蒸煮容器４の供給装置内に設置することができる。実際の蒸煮容器４においては、所望の分解度のための所要滞留時間（８～２０分）が容積バッファリングによって設定される。蒸煮容器４内には、蒸煮容器４内のスラリー中に剪断力をもたらすことによって分解工程を加速するために、撹拌機構及び／又はミキサーディスクが設置される。

ポンプ７によって、ペーストは蒸煮容器４から連続的に取り出され、失活領域８を通って揚送される。失活ゾーン８は栓流反応器であり、そこでは、蒸気注入９によって、ペーストが最初に１２０℃～１３５℃に加熱され、失活時間は、パイプ容積及び／又は揚送出力によって制御することができる。分解工程が停止された後、得られたペーストは、任意的にライン１５からの水で希釈され、次いで貯蔵される。

蒸気注入後に蒸煮容器４の代わりにラビリンスパイプを設けることが知られており、このパイプでは、第１に、所要滞留時間を達成することができ、第２に、剪断縁部を介してスラリーの追加の剪断が達成される。

蒸煮容器は、バッチ操作にも使用することができる（それに応じて十分に大きく作られた場合）。その場合、蒸煮容器４内の懸濁液の製造から出発して、全ての方法ステップを実施する。欠点は、比較的大きなユニットが必要であるか、又はそれに応じて少ないスループット量が実施され得ることである。

カチオン性デンプンの蒸煮方法の公知の方法（図２によるユニットにおいて実施することができ、図７のブロック図に示されるように流れることができる）では、以下のように進行することが可能である：
生の成分として使用されるのは：
カチオン性デンプン粉末、
水、及び
蒸気
である。

デンプン粉末をビッグバッグ１又はサイロ２に貯蔵する。スラリーステーション３は、この供給装置から供給される。このステーション３では、粉末が水中に導入され、１５％までの固形分を有するスラリー（懸濁液）が生成される。そこから、デンプン懸濁液を蒸煮管１０に揚送する。

蒸煮管１０は栓流反応器であり、そこでは、蒸気注入９によってデンプン懸濁液が最初に１１５℃～１３５℃に加熱され、滞留時間は、パイプ容積及び／又は揚送出力によって制御することができる。蒸煮工程の後、得られたペースト（消化デンプン）を任意的に再び希釈し（ライン１５からの水）、次いで貯蔵する。

蒸気注入９の後に蒸煮管１０の代わりにラビリンスパイプを設けることが知られており、このパイプでは、第１に、所要滞留時間を達成することができ、第２に、剪断縁部を介してスラリーの追加剪断が達成される。

蒸煮管は、蒸煮容器１０に置き換えることができる。それに応じて十分に大きく作られると、蒸煮容器１０は、バッチ操作にも使用することができる。その場合、蒸煮容器１０内の懸濁液の製造から出発して、全ての方法ステップを実施する。欠点は、比較的大きなユニットが必要であるか、又はそれに応じて少ないスループット量が実施され得ることである。

本発明によるカチオン性デンプンを消化するための方法は、図４に示され、図８による蒸煮容器を使用するユニット内で実施することができ、この方法は、図７によるブロック図に示されるように流れることができる。詳細には、この場合、以下のように進行することが可能である：
生の成分として使用されるのは：
カチオン性デンプン粉末、
水、及び
蒸気
である。

デンプン粉末をビッグバッグ１又はサイロ２に貯蔵する。スラリーステーション３は、この供給装置から供給される。このステーション３では、粉末がライン１１からの水中に導入され、３５％までの固形分を有するスラリー（懸濁液）が生成される。そこから、デンプン懸濁液をポンプ５で蒸煮器４内に揚送する。

蒸気注入は、ライン１３を介して蒸煮器４内に直接行われ、そこでスラリーは凝集温度（８５℃～１３５℃）にされる。

加えて、スラリーが蒸煮器４を通して噴出するのを防止するため、及び／又は蒸煮工程がより均質となるように構成するために、静的ミキサー又は他の構成要素を、事実の後に設置することができる。蒸煮器４では、速度の変更、スループットの変更、及び／又は蒸煮温度によって所望のデンプン特性を設定することができる。

得られたペーストは、任意的に、ライン１５からの水で希釈され、次いで貯蔵される。

本発明による方法を実施する場合、カチオン性デンプンの消化に使用することができる装置（蒸煮器４）は、図８に示す設計を有することができる。

蒸煮容器４として使用される本発明による装置は、容器４０を備え、この容器は、カバー４１によってその上部が閉鎖されている。容器４０内では、容器４０の下方に配置されたベアリング本体（図示せず）に取り付けられたロータ４２が下方から突出している。

ロータ４２の容器４０へのフィードスルーは、摺動リングシール４３によって密封されている。

ロータ４２は、ローラベアリング（図示せず）によってベアリング本体内に取り付けられている。

容器４０の下部領域に配置されたその部分において、ロータ４２は分散ディスク４４を有し、分散ディスク４４の頂部には、径方向に対して傾斜したフィン４５がある。この場合、一実施形態において、ロータ４２の回転方向に対するフィン４５の配向は、回転方向に対してフィン４５の径方向内端部がフィンの径方向外端部よりも更に前方に位置するように選択される。

変形実施形態では、フィン４５は、回転方向に対してそれらの径方向外端部がそれらの径方向内端部よりも更に後方に位置するように配向される。

また、フィン４５は、内側から外側に向かって高さを増大させることができる。

フィン４５は、例えば、分散ディスク４４の頂部で湾曲している。湾曲フィン４５は、フィン４５の凸側が分散ディスク４４の回転方向に対して前方を向くように、又は凸側が分散ディスク４４の回転方向に対して後方を向くように、いずれかに配向される。

従って、分散ディスク４４の頂部のフィン４５は、フィン４５の凹側が、分散ディスク４４の回転方向に対して前方又は後方を向くようにも湾曲させることができる。

分散ディスク４４の頂部のフィン４５は、真っ直ぐなフィンであってもよい。

蒸煮容器４０（蒸煮器）内に設けられた、分散ディスク４４を有する回転ロータ４２のために、剪断力が容器４０内に導入されたデンプンのスラリー中にもたらされ、それによってデンプンの消化を有利に支持する。

ロータ４２は、例えば、１００～１５０ｍｍ、好ましくは１３０ｍｍの直径を有し、分散ディスク４４上のフィン４５を含めて、例えば、３～１０ｍｍ、特に５～７ｍｍの高さを有する。ロータ４２は、例えば３，０００～５，０００ｒｐｍの速度で回転する。ロータ４２の速度は、必要な円周速度に達するために、その直径に基づいて選択される。

ロータ４２上では、ブレード４７を備えたプロペラ４６が分散ディスク４４の上方に設けられており；調製される懸濁液中で、プロペラは分散ディスク４４上へと下方に向けられる流れを作り出す。プロペラ４６は、必ずしも設けられていなくてもよい。

カバー４１では、ライン５０（そこを通して懸濁液が容器４０に流入する）は、ロータ４２に対して同軸に排出する。

カバー４１の内側には、内側に向いた円錐状の突起５１が設けられており、懸濁液供給ライン５０はこの突起の中心部へと排出する。

ライン５０のこの配置は、容器４０内の回路内に位置する懸濁液と、容器４０内に新たに供給される懸濁液との最適な混合を保証する。

ライン５０の端部（容器４０内の排出箇所）には、ディフューザとして機能する狭窄部５２（断面が三角形の環状フィンによって形成される）が存在するため、供給された懸濁液と、容器４０内に既に存在し、調製されている懸濁液との上述の混合は、有利に支持される。

調製された懸濁液（消化デンプン）を排出するために、供給ライン５０を取り囲む排出ラインが設けられている。

カバー４１は、容器４０に螺合される。

容器４０の内側空間には、環状の変位要素６０が設けられており、その内側開口は、ほぼ漏斗形状に設計することができる。変位要素６０の外面と容器４０の壁の内側との間には、環状チャネルが位置し、このチャネル内では、懸濁液が分散ディスク４４を離れた後に上方に流れる。ロータ４２上のプロペラ４５によって任意的に支持される懸濁液は、変位要素６０の内側開口を通って分散ディスク４４に向かう方向に下方に流れる。

図示されている実施形態では、ロータ４２の上端がソケットネジを用いてロータ４２内に固定された空気力学的に効率的な被覆によって覆われている。

変位要素６０の外側には、変位要素６０の外側と容器４０の壁の内側（特にその下部）との間の環状チャネル（ギャップ）にまたがる、即ちその自由縁が容器４０の壁の内側に隣接するステータシート６１が、バッフルとして設けられている。

変位要素６０を容器の内部に保持するために、締結ネジを設けることができる。

図８の左側に示される蒸煮容器４の実施形態では、変位要素６０は中空であり、ライン６２を介して蒸気が供給され、ライン６２は、蒸煮容器４のハウジング４０のカバー４１を通して案内される。ライン６２は、中空変位要素６０の上端面内へ排出する。その底部において、変位要素６０は、複数の出口開口６３を有し（変位要素６０の内側開口の周囲に分散している）、その結果、ライン６２を介して変位要素６０の内側空間に導入される蒸気は、ロータ４２の領域、特にその分散ディスク４４の領域内において容器４０の内側空間に出ることができる。

図８の右側に示される実施形態では、中空リング７０（ディフューザリング）が設けられており、この中空リングには、蒸気の排出のためのリング開口が設けられている。図９の右側に示すように、リング７０は、変位要素６０から離れるロータ４０の分散ディスク４４の側に配置されており、リング７０の出口開口は、上方に向かう、即ち変位要素４０に向かう方向に配向されている。明確にするために、蒸気がリング７０に供給されるラインは、図９には示されていない。

特定の用途では、蒸煮容器４の容器４０の内部空間内への蒸気の供給は、中空変位要素６０及びリング７０の両方を介して行われることが有利であり得る。

図９に示すデンプン調製（デンプン消化）用ユニットの場合、デンプン分散蒸煮器（例えば、蒸煮容器４）に酵素を添加せずに、デンプンを凝集させる。凝集後、酵素を、デンプン蒸煮器の産出量に従って測定量でペーストに添加し、静的ミキサーを使用して均質に加工する。可変滞留時間の後、対応する配管によって、酵素を昇温により失活させる。この場合、利点は
ａ） デンプンが、デンプン分散蒸煮器（例えば、蒸煮容器４）内でほとんど分子量の低下なしに凝集される
ｂ） その後の酵素処理によって、粘度及び消化度などのデンプン特性を、顧客のニーズに合わせて個別に設定することができる
ことである。

また、デンプン分散蒸煮器（例えば、蒸煮容器４）における剪断エネルギー入力によっても、その後の使用が影響され得る。

図９は、本発明による方法の前述の実施形態を実施することができるユニットを示す。

図９に示すユニットは、図８に示す蒸煮容器４のように設計され得る蒸煮容器４（「デンプン分散蒸煮器」）を含む。ライン２０（そこを通して酵素がポンプ２２を使用して酵素供給容器２１から供給される）は、蒸煮容器４へ排出する（本発明によらない）。

ポンプ２４を使用して、デンプンは別のライン２３を介して蒸煮容器４内に運ばれる。

蒸気は、ライン２５を通して蒸煮容器４内に導入される。

ペーストを形成するために消化されたデンプンは、ライン２６を介して蒸煮容器４から取り出される。酵素は、静的ミキサー２７の前方で（ポンプ２９を用いて）供給容器２８から混合される。

摺動リングシール４３のためのシール水としての水は、ポンプ３１によって支持されるライン３０を介して蒸煮容器４の下部領域に供給することができる。

以下に、本発明による方法の実施例を再現する：

実施例１：
水分１３％の小麦デンプン（Ｃｏｌｌａｍｙｌ ７４１１）を水と混合して、３０重量％の含有量の小麦デンプンのスラリーを生成する。このようにして得られたスラリーを、図９による装置において、１１５℃の蒸煮温度で７５０ｌ／ｈのスループットで凝集させた。図９による装置のすぐ後方で、酵素Ｖ Ｗａｒｏｚｙｍ Ａ１５２を、４．２８ｌ／ｈの一定量で静的ミキサーの前方にて測定量で添加した。図９による装置に使用されるロータ４２は、７ｍｍの高さを有していた。
直径１３０ｍｍのロータ４２を用いてロータ速度４，２００ｒｐｍで、粘度１２，５００ｍＰａｓのペーストを生成し、モータは、３５アンペアの電力消費を有するロータ４２を駆動した。

実施例２：
手順は実施例１に示したように実施され、ロータ速度を４，４００ｒｐｍに増加し、モータの電力消費は４１アンペアであった。９，７００ｍＰａｓの粘度を有するペーストを生成した。

実施例３：
手順は実施例１と同様に実施され、ロータ速度を４，４００ｒｐｍに増加し、酵素を２．１４ｌ／ｈの量で添加した。９，５００ｍＰａｓの粘度を有するペーストを生成した。

実施例４：
手順は実施例３に示したように実施され、添加した酵素の量を４．２８ｌ／ｈに増加させた。７，８００ｍＰａｓの粘度を有するペーストを生成した。

実施例５：
手順は実施例３に示したように実施され、添加した酵素の量を８．５６ｌ／ｈに増加させた。７，４００ｍＰａｓの粘度を有するペーストを生成した。

実施例６：
手順は実施例１に示したように実施され、手順は、４，４００ｒｐｍのロータ速度及び１３０ｍｍの直径を有するロータ４２で実施された。反応温度は、１００℃に設定され、モータは、３８アンペアの電力消費を有するロータ４２を駆動した。得られたペーストは、１３，９５０ｍＰａｓの粘度を有していた。

実施例７：
手順は実施例６に示したように実施され、反応温度を１１５℃に設定した。モータの電力消費は、３５アンペアであった。ペーストは、９，７００ｍＰａｓの粘度を有していた。

実施例８：
手順は実施例１に示したように実施され、反応温度は１１５℃であり、ロータ４２は４，４００ｒｐｍの速度で操作された。ロータ４２は、直径１３０ｍｍ、高さ５ｍｍであった。モータの電力消費は、３７アンペアであった。１０，７００ｍＰａｓのペーストの粘度が達成された。

実施例９：
手順は実施例８に示したように実施され、高さ７ｍｍのロータ４２が使用され、モータの電力消費は４１アンペアであった。その結果、９，７００ｍＰａｓの粘度を有するペーストが生成された。

実施例１０：
ジャガイモデンプン２０重量％のスラリーを得るために、水分１３％のジャガイモデンプン（Ｃｏｌｌａｍｙｌ ９１００）を水に入れた。このようにして得られたスラリーを、図９による装置において１１５℃で７５０ｌ／ｈのスループットで凝集させた。実施例１の酵素を、図９による装置の後方で加えたが、静的ミキサーの前方でも加えた。
図９による装置から出るスラリーを、７，５００ｍｍの反応長さを有する栓流反応器に通した。その結果、１，６６０ｍＰａｓの粘度を有するペーストが生成し、生成したデンプンペーストは、透明で最適に溶解した。

実施例１１：
手順は実施例１０と同様に実施され、但し、栓流反応器の反応長さは１０，０００ｍｍであった。生成したデンプンペーストの粘度は、１，５４０ｍＰａｓであった。デンプンペーストは透明であり、デンプンは最適に溶解した。

実施例１２：
手順は実施例１０と同様に実施され、２５重量％のジャガイモデンプンのスラリーを使用した。生成したデンプンペーストは透明であり、デンプンは最適に溶解した。

実施例１３：
水分１３％の小麦デンプンを水と混合して３０％スラリーを形成し、図９による装置内で９８℃で蒸煮した。図９による装置のロータの高さは、７ｍｍであった。酵素（Ｗａｒｏｚｙｍ Ａ１５２）を、図９による装置の直後にて測定量で添加し、スラリーが図９による装置から出た後、９５℃の温度を維持した。次いで、６０℃の水及び２４０ｌ／ｈのスループットで後希釈を行った。４，２００ｒｐｍの一定のロータ速度及び１，４００ｍｌ／ｈの酵素の添加で、４４０ｍＰａｓのペーストの粘度を達成することができた。

実施例１４：
手順は実施例１３と同様に実施され、酵素の添加を１，８００ｍｌ／ｈの量で適用した。得られたデンプンペーストの粘度は、２４０ｍＰａｓであった。

実施例１５：
手順は実施例１３と同様に実施され、酵素の添加量を２，２００ｍｌ／ｈに増加させた。得られたデンプンペーストの粘度は、１４０ｍＰａｓであった。

実施例１６：
手順は実施例１３と同様に実施され、ロータ速度３，８００ｒｐｍ及び直径１３０ｍｍのロータを使用した。５８０ｍＰａｓのペーストの粘度が達成された。

実施例１７：
手順は実施例１７と同様に実施され、４，２００ｒｐｍのロータ速度を適用した。２７０ｍＰａｓの粘度を有するデンプンペーストを生成した。

実施例１８：
手順は実施例１６と同様に実施され、ロータ速度を４，８００ｒｐｍに増加させた。２５０ｍＰａｓのデンプンペーストの粘度が達成された。

実施例１９：
手順は実施例１６と同様に実施され、５，０００ｒｐｍのロータ速度を適用した。生成したデンプンペーストは、１８０ｍＰａｓの粘度を有していた。

実施例２０：
カチオン化ジャガイモデンプン（Ｃａｔｉｏｎａｍｙｌ ９８５３Ｋ）を水と混合して、７．５％ジャガイモデンプンを含むスラリーを形成した。このようにして得られたスラリーを、図９による装置内で５００ｌ／ｈのスループットで９８℃で蒸煮し、次いで４％含有量に後希釈した。この実施例では、内部摩擦のために、より高い稠度でより良好な消化が達成された。これは、顕微鏡による検査によって視覚的に確認することができた。

実施例２１：
１５％含有量のジャガイモデンプンを含むスラリーを実施例２０と同様に処理し、図９による装置内で１１０℃で蒸煮した。より高い紙強度では、デンプンペーストはより低い多孔度を達成し、これは実験室用紙によって確認された。

要約すると、本発明の実施形態は、以下のように説明することができる：
デンプン（天然デンプン又はカチオン性デンプンのような加工デンプン）を消化する方法を用いて、デンプンの水性スラリーを蒸煮容器４内で蒸気で処理し、この場合、剪断力に曝露し、デンプン含有スラリーを、蒸気を導入することによって蒸煮容器４内で８５℃～１１０℃の温度に加熱し、所望の消化度に達するまで消化ステップを実施する。

Claims (32)

1. デンプンを可溶化するための方法であって、以下の方法ステップ：
   ａ） 粉末状デンプンの水性スラリーを生成することと、
   ｂ） 前記スラリーを蒸煮容器（４）内に導入することと、
   ｃ） 熱機械的可溶化を実施するために、蒸煮容器（４）内のスラリーを蒸気で処理することであって、
   前記スラリーは、フィン付き分散ディスクを備えたロータにより作られる剪断力に機械的作用により曝露され、
   蒸気は、ロータの下方に配置された中空リング（７０）から供給され、ロータ（４２）に向けられた開口が蒸気の排出のために設けられるか、及び／又は、蒸気は、蒸煮容器（４）内に配置された要素（６０）から、ロータ（４２）の領域内の蒸気用の少なくとも１つの出口開口（６３）を通って出る、
   ように処理することと、
   ｄ） 少なくとも部分的にペーストに変換されたデンプンを、蒸煮容器（４）から取り出すことと、
   ｅ） ペーストを任意的に希釈すること、とを特徴とし、
   ここで、前記要素（６０）は、
   －環状で、且つ
   －中空である、
   方法。
2. 前記デンプン含有スラリーは、ステップｃ）において、蒸気を導入することによって、蒸煮容器（４）内で８５℃～１３５℃の温度に加熱されることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
3. ステップｃ）が、１～５時間の期間中に実施されることを特徴とする、請求項１または２に記載の方法。
4. ステップａ）において、最大３５～４５％のデンプン粉末を有するスラリーが固体として生成されることを特徴とする、請求項１～３のいずれか１項に記載の方法。
5. スラリーが、ステップｂ）の前に８５℃～９５℃の温度に加熱されることを特徴とする、請求項１～４のいずれか１項に記載の方法。
6. ステップｃ）を実施する際に、デンプンの分解度が、スラリーが蒸煮容器内で撹拌される速度を選択することによって設定されることを特徴とする、請求項１～５のいずれか１項に記載の方法。
7. ステップｃ）を実施する際に、デンプンの可溶化度が、スラリーのスループットを選択することによって設定されることを特徴とする、請求項１～６のいずれか１項に記載の方法。
8. ステップｃ）を実施する際、デンプンの可溶化度が、スラリーの温度を選択することによって設定されることを特徴とする、請求項１～７のいずれか１項に記載の方法。
9. 請求項１に記載のステップｄ）により得られるペーストに酵素が添加され、ペースト中に含まれるデンプンが酵素の作用下で分解されることを特徴とする、請求項１～８のいずれか１項に記載の方法。
10. 酵素が失活されることを特徴とする、請求項９に記載の方法。
11. 前記酵素の失活は、ペーストを１２０℃～１３５℃の温度に加熱することによって行われることを特徴とする、請求項１０に記載の方法。
12. 請求項１に記載の工程ｃ）において蒸気を導入することによって温度を上昇させることを特徴とする、請求項１１に記載の方法。
13. ステップｃ）において、蒸煮容器（４）を通るスラリーのスループットは、蒸煮容器（４）を通るスラリーの流れを妨害することによって、及び／又は、蒸煮容器（４）内若しくは後方でのスラリーの静的混合によって調節されることを特徴とする、請求項１～１２のいずれか１項に記載の方法。
14. ステップａ）において、スラリーを生成するためにカチオン性デンプン粉末が使用されることを特徴とする、請求項１～１３のいずれか１項に記載の方法。
15. ステップａ）において、スラリーを生成するために天然デンプン粉末が使用されることを特徴とする、請求項１～１３のいずれか１項に記載の方法。
16. 容器（４０）と、カバー（４１）と、スラリーをカバー内に排出するライン（５０）と、少なくとも部分的に変換されたデンプン（ペースト）を排出するためにカバー（４１）内に設けられたラインと、容器（４０）の内部に設けられ、バッフルとして設計されたステータシート（６１）と、ロータ（４２）と、要素（６０）とを備え、その外面は、容器（４０）の内面からある距離にあり、その内側開口は、ロータ（４２）と同軸に配置され、容器（４０）内へ排出する蒸気供給ライン（６２）を特徴とし、
    ここで、前記要素（６０）は、
    －環状で、且つ
    －中空である、
    請求項１に記載の方法のステップｃ）を実施するための、蒸煮容器（４）の形態の装置。
17. 前記蒸気供給ライン（６２）は、要素（６０）内へ排出し、前記要素（６０）は、前記ライン（６２）の排出箇所とは反対側の、ロータ（４２）に隣接する側に、蒸気用の少なくとも１つの出口開口（６３）を有することを特徴とする、請求項１６に記載の装置。
18. 前記出口開口（６３）は、要素（６０）のロータ（４２）に対向する環状端面上に分散して設けられていることを特徴とする、請求項１７に記載の装置。
19. 前記蒸気供給ライン（６２）は、蒸気用の少なくとも１つの出口開口を有する中空リング（７０）に通じていることを特徴とする、請求項１６に記載の装置。
20. 前記リング（７０）は、前記要素（６０）から離れるロータ（４２）の側に配置されることを特徴とする、請求項１９に記載の装置。
21. 前記出口開口は、前記ロータ（４２）に面する前記リング（７０）の壁に設けられていることを特徴とする、請求項１９又は２０に記載の装置。
22. 前記リング（７０）は、その延長部にわたって分散して配置された複数の出口開口を有することを特徴とする、請求項１９～２１のいずれか１項に記載の装置。
23. 前記ステータシート（６１）は、要素（６０）から突出し、容器（４０）の内面に突出することを特徴とする、請求項１６～２２のいずれかに記載の装置。
24. 前記ロータ（４２）は、その少なくとも１つの側面にフィン（４５）を有することを特徴とする、請求項１６～２３のいずれか１項に記載の装置。
25. ロータ（４２）のシャフトと同軸である要素（６０）の開口が漏斗形状であり、前記開口の広がった領域が容器（４０）のカバー（４１）に面していることを特徴とする、請求項１６～２４のいずれかに記載の装置。
26. 前記ライン（５０）の軸線は、要素（６０）と同軸に、かつロータ（４２）と同軸に配向されることを特徴とする、請求項１６～２５のいずれかに記載の装置。
27. 前記分散ディスク（４４）上のフィン（４５）は、内側から外側に向かって高さが増加することを特徴とする、請求項１６～２６のいずれか１項に記載の装置。
28. 前記フィン（４５）は、ロータ（４２）のシャフトを通過する径方向平面に対して斜めに設定されていることを特徴とする、請求項１６～２７のいずれかに記載の装置。
29. 前記ロータ（４２）は、前記容器の底部を通って容器（４０）の内部に突出することを特徴とする、請求項１６～２８のいずれか１項に記載の装置。
30. 前記ライン（５０）の排出箇所の領域内に、ディフューザとして機能する狭窄部（５２）が設けられていることを特徴とする、請求項１６～２９のいずれか１項に記載の装置。
31. 前記狭窄部（５２）は、環状フィンによって形成されることを特徴とする、請求項３０に記載の装置。
32. 前記環状フィンは、三角形断面を有する環状フィンであることを特徴とする、請求項３１に記載の装置。

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