JPH07308564A - シヤフォームマトリックスの製造方法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明の目的は、従来技術のもつ欠点を解消
することにある。 【構成】 本発明は、原料の形態の変形により得られ
る、シヤフォームマトリックスと呼ばれる新たなマトリ
ックス材料を作るためのユニークな方法及び装置であ
る。本発明の方法は、非溶解原料キャリヤが内部流れを
受ける温度までキャリヤの温度を上昇させ、その後に、
原料の流れを射出し且つ破壊流体剪断力を原料に作用し
て、原料を、別々の部分すなわちマス（これらは変形さ
れた形態を有する）に分離する。シヤフォームマトリッ
クスには、油脂性材料及び活性剤等の他の配合剤を添加
してもよい。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、原料の形態（morpholo
gy）の変形から得られる新しいマトリックス材料を製造
するユニークな方法及び装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、材料加工の技術は著しく進歩して
いる。環境及び種類が異なる種々の物質に事実上の爆発
技術を適用して別の材料形態を与える技術が多く知られ
ている。良く知られた物質は、該物質を取り扱い且つ露
出するためのきれいで、効率の良い調節された方法を発
見するための厳格な検査を受けている。種々の分野に適
用できる新たな材料形態を開発することも重要である。
１つの材料加工領域として、加工中の熱の使用による材
料構造の低減に関する技術がある。食品及び食品材料の
加工においても、多くの場合にそのような技術を使用す
る。例えばThomas E. Chivers の米国特許第3,762,846
号、第3,723,134 号及び第3,557,717 号には、調理した
スラリすなわちシロップからキャンディフロス（綿菓
子）を作る溶解方法が開示されている。材料は、スラリ
を形成するため、例えば９３〜９６℃（約２００〜２０
５⁰F）の第１温度でブレンド及び加熱される。このスラ
リの形成後、例えば171.1 ℃（約３４０⁰F）の実質的に
高い温度でバッチ（１窯分の材料）を調理又はボイル
し、その後、噴霧ノズルから排出させる。溶融キャンデ
ィ中に含有される大部分の水分は、キャンディが排出さ
れるときに飛ばされる。上記米国特許の開示は、例えば
糖その他の材料を水中に溶解させ、次に広範囲に亘って
加熱して、溶液から水を飛ばす材料の溶解技術に基づく
ものである。大部分の水は溶液の排出後に飛ばされる。
かくして、上記米国特許の技術は、加工中の材料の高温
処理及び溶解に関連する欠点がある。

【０００３】材料の他の加工方法がStork の欧州特許出
願第0 387 950 号に開示されている。この方法は、乾燥
粒状材料を含むガスの流れと溶液の小滴ジェットとの衝
突により、発泡スプレードライ製品を作る方法である。
目的製品の材料の少なくとも１つを含む溶液はガスと組
み合わされて、乾燥粒子と衝突させる小滴ジェットとし
て噴霧する前に加熱される。上記欧州特許に開示の装置
は低密度製品を作るように設計されており、精巧な機器
構造を必要とし且つエネルギ集約的である。Shukla等の
英国特許第2 155 934 B 号明細書には、溶液からショ糖
（スクロース）又はブドウ糖（グルコース）を結晶化す
る方法が開示されている。この技術は、糖溶液を蒸発さ
せて過飽和糖溶液を作るものである。過飽和溶液は、次
に連続スクリュー押出し機内で剪断を受け、核形成され
る。シロップの滞留時間は、ショ糖については１１５〜
１４５℃（２３９〜２９３⁰F）の温度及びブドウ糖につ
いては１００〜１３５℃（２１５〜２７５⁰F）の温度
で、２５秒（平均値）以下である。シロップが徐々に核
形成されると、この技術は、シロップを移動バンド上に
通し、比較的高温で且つ緩い速度で結晶化が続くことを
可能にする。この英国特許に係る方法は、水の沸点以下
には低下しないように溶液を維持する必要がある。

【０００４】英国特許明細書第1 460 614 号及びTate &
Lyle Limited の米国特許第3,972,725 号には、シロッ
プ溶液を突発的に核形成し且つ結晶化ゾーンに排出する
連続方法が開示されている。突発的核形成は、コロイド
ミル又はホモジナイザ等の装置内で加えられる剪断力に
溶液を曝すことによって達成される。溶液は移動バンド
上に排出され、ここで、水は、材料を比較的高温に維持
することにより沸騰して飛ばさなくてはならない。英国
特許明細書第2 070 015 B 号及び米国特許第4,342,603
号には、ブドウ糖の結晶化に用いられる関連方法が開示
されている。開示された方法では、過飽和溶液が剪断力
を受けてベルト上に結晶化される。ショ糖方法及びブド
ウ糖方法の両方法共、高温で処理される溶液を必要と
し、従ってエネルギ集約的である。Millerの米国特許第
3,365,331 号、第4,338,350 号及び第4,362,757 号には
糖を結晶化する方法が開示されており、この方法は、核
形成するために糖溶液を衝撃打ち（インパクトビーティ
ング）する工程を有している。また、この方法は、かな
りのエネルギ量の入力を要し且つ温度制御に直接関連す
る問題を有している。

【０００５】Hurst 等の米国特許第3,197,338 号にはブ
ドウ糖の結晶化方法が開示されており、この方法は、ブ
ドウ糖溶液を混練し、結晶化の後に核形成して中実ガラ
スを形成し、これを次に研摩する工程を有している。英
国特許第2 077 270 B 号には他のブドウ糖結晶化方法が
開示されており、この方法では、蒸発によりデンプン水
解物が濃縮され、次に冷却して結晶化する間に同時にク
ラッシュ及び混合される。製品は更に磨り潰される。こ
れらの方法もブドウ糖を含む溶液を打つことにより核形
成する必要がある。より最近では、Richard C. Fuisz博
士により材料の加工技術が開示された。米国特許第4,85
5,326 号の技術では、薬理学的特性（pharmological pr
operties）をもつ種々の物質が糖と組み合わされ且つス
ピンされて容易に水に溶ける製品を製造する。米国特許
第4,873,085 号、第5,034,421 号、第4,997,856 号、第
5,028,632 号における開示は、１以上の糖を備えたスピ
ニング物質に関するものである。Fuisz の米国特許第5,
034,421 号には、所定のリリースパターンをもつ薬剤を
含有するスパンマトリックスシステムが開示されてい
る。Fuisz の特許には、スピニングヘッドの高速スピニ
ングを受けさせることによる上記原料加工方法の例が開
示されており、この方法では物質も加熱エレメントに対
する加熱を受ける。温度の変化は非常に大きい。これ
は、スピニングヘッドの周囲に配置された加熱エレメン
トに対して原料を迅速且つ効率的に拡げることにより引
き起こされると考えられる。かくして、スピンされてい
る間に、加熱エレメントに対する原料の大きな面接触が
与えられる。

【０００６】原料は、充分に内部流れ状態を創出するま
で加熱される。内部流れ状態は、原料の一部がマスの残
部に対して亜粒子レベル（subparticle level)で移動し
て、スピニングヘッドの周囲に設けられた開口から出る
ことを可能にする。スピニングヘッド内で創出された遠
心力により、流動する原料がヘッドから外方に投げ飛ば
され、これにより、原料は変化した構造にリフォーム
（二次成形）される。流動可能な原料を分離及び排出す
るのに要する力は、スピニングヘッドから生じる遠心力
だけである。これらの例は、新規なマトリックス材料を
作るための１つのアプローチを開示している。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、Fuis
z の米国特許以外の方法に関連する欠点を解消すること
にある。本発明の他の目的は、Fuisz 博士によりこれま
でに開示され且つ特許請求された技術を改良することに
ある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、非溶解キャリ
ヤを備えた原料の温度を、流体剪断力を受けるとキャリ
ヤが内部流れを生じる点（温度）まで上昇させることに
よりシヤ（剪断）フォームマトリックスを製造するユニ
ークな方法及び装置である。原料は、内部流れ状態にあ
る間に前進及び射出され、且つ破壊流体剪断力を受け
て、元の原料の形態とは異なる形態をもつ多数の部分
（すなわちマス）を形成する。多数のマスは、流体剪断
力との接触直後に実質的に冷却され、本発明に従って、
凝固される前に自由流れ状態を継続できるようになる。
従って、新しいマスが剪断工程の範囲を超えるまで原料
が自由流れ状態に維持される剪断箇所に、条件が与えら
れる。ガスの温度は、剪断力発生流体として使用される
ときに制御するのが理想的である。温度は、剪断力とし
て前記材料に加えられる各ガス圧力について射出される
材料の流れ点（流動点）の温度より少なくとも0.1 ℃高
いガス温度が得られるように制御される。従って、加え
られる圧力が１０気圧であるときは、ガスの温度は、射
出される材料の温度より少なくとも１℃は高くすべきで
ある。この特徴は剪断効果を最適にし、且つ射出された
原料が分離され且つ剪断工程を超えて移動されるまで、
射出された材料を自由流れ状態に維持することが判明し
ている。

【０００９】本発明の方法に使用される原料は、サッカ
リドベース材料、熱可塑性ポリマ、生分解性ポリマ及び
セルロースからなる群から選択されたキャリヤを備えた
材料である。好ましくは、原料は有機物質すなわち炭素
化合物である。基本的には、原料は、溶解時を頼りにし
なくても処理できる能力に基づいてここで使用できるも
のが選択される。原料には、溶解されない少量の材料が
含有されていてもよく、原料の加工可能性は、溶解の必
要なくして内部流れを生じることができるキャリヤに基
づいている。サッカリドベース材料の場合には、原料
は、最初は、加工を受ける固体材料である。サッカリド
ベース材料という用語は、糖及び糖誘導体を含むものと
する。糖とは、古典的センスで、ショ糖（スクロー
ス）、麦芽糖（マルトース）、果糖（フルクトース）、
乳糖（ラクトース）、ブドウ糖（グルコース）、アラビ
ノース、木糖（キシロース）、ガラクトース等を意味す
るものとする。糖アルコールの非制限的リストとして、
次のもの、すなわちソルビトール、マンニトール、マル
チトール、ペンタトール、イソマルト（登録商標「Pala
tinit 」）及びキシリトール等がある。また、糖誘導体
として化学的誘導体及び酵素的誘導体があり、スクラロ
ース（sucralose)のような糖のクロロ誘導体を含むけれ
どもこれに限定されるものではない。

【００１０】サッカリドベース材料には、種々の等級の
低モノマーサッカリド、すなわち糖、オリゴマー及びデ
ンプン等の多糖類を含めることができる。デンプンの加
水分解により幾つかのサッカリドベース材料を作ること
ができ、これらはデンプンポリマー加水分解の度合いに
より分級される。測定ユニットは、Ｄ．Ｅ．すなわち、
デキストロース当量（dextrose equivalent)と呼ばれる
ものである。Ｄ．Ｅ．とは、デキストロースとして表さ
れる還元糖として定義され且つ乾燥物質のパーセンテー
ジ（百分率）として報告される。例えばブドウ糖及びそ
の低単位オリゴマーのように高含有量の短炭素鎖をもつ
サッカリドベース材料は、通常、デキストロース当量
（Ｄ．Ｅ．）が大きい。しかしながら、例えば高モノマ
ー単位のオリゴマー及びポリマーのような高含有量の長
炭素鎖をもつサッカリドベース材料は、通常、デキスト
ロース当量（Ｄ．Ｅ．）が小さい。例えば、マルトデキ
ストリンは、デンプンの加水分解により生じる長鎖オリ
ゴマーから低い値のモノマー単位をもつ糖に至る、糖と
多糖類との混合物を含有している。ＦＤＡガイドライン
の下では、マルトデキストリンは、２０より小さいＤ．
Ｅ．をもつ甘くない栄養サッカリドポリマーからなり、
一方、コーンシロップ固形物は、ＦＤＡにより、２０よ
り大きいＤ．Ｅ．をもつものとみなされている。しかし
ながら、本発明者らは、マルトデキストリンを、集合的
に、甘くない栄養サッカリドポリマーと、マトリックス
を形成できるキャリヤ材料を集合的に形成する６炭素モ
ノマー単位をもつ他のオリゴマーとからなるサッカリド
ベース材料と呼ぶ。あらゆる用途において、本発明のキ
ャリヤ材料は非溶解性である。

【００１１】本発明の好ましい実施例では、原料に他の
材料を含めることができる。例えば、原料に油脂性材料
を含めることができ、該油脂性材料は、数ある中で、結
晶化調節剤として機能できる。結晶化調節剤により、本
発明の方法及び装置の結果として形成されるマトリック
スが、アモルファス状態にあることができ且つ制御され
た方法で結晶化を行う環境の作用を受けることを意味す
る。結晶化調節剤として他の疏水性物質を使用でき、該
疏水性物質は本発明の一部と考えられる。本発明に使用
できると考えられる幾つかの油脂性材料は次のようなも
の、すなわち、植物油、大豆油、キャノーラオイル（ca
nola oil) 、コーンオイル、ココアバター、ひまわり
油、動物性脂肪（animal fats)、獣油（tallows)、ラー
ド、魚油、甲殻類オイル、及びこれらの混合物である。
また、原料には、生化学的に影響を与える薬剤、染料、
香料、結晶化調節剤、甘味料、フレーバ及びこれらの混
合物からなる群から選択された添加剤を含有させること
ができる。生化学的に影響を与える薬剤の非制限的リス
トとして次のようなもの、すなわち、鎮咳剤、抗ヒスタ
ミン剤、抗鬱血剤（decongestants)、アルカロイド、ミ
ネラル補助剤、緩下剤、ビタミン、制酸剤、イオン交換
樹脂、抗コレステロール血症剤、抗脂質剤（anti-lipid
agents)、抗不整脈剤、解熱剤、鎮痛剤、食欲抑制剤、
去痰剤、抗不安剤、抗潰瘍剤、抗炎症剤、冠静脈拡張
剤、脳血管拡張剤、末梢血管拡張剤、抗感染剤、向精神
剤、抗躁剤、覚醒剤、消化管剤、鎮静剤、止痢形成剤、
抗アンギナ剤、血管拡張剤、血圧降下剤、血管収縮神経
剤、偏頭痛処置剤、抗生物質、トランキライザ、精神安
定剤、抗癌剤、血液凝固阻止剤、催眠剤、制吐剤、制吐
気剤、抗痙攣剤、神経筋剤、高血糖症及び低血糖症剤、
甲状腺及び抗甲状腺剤、利尿剤、鎮痙剤、子宮弛緩剤、
ミネラル及び栄養添加剤、肥満抑制剤、蛋白同化剤、赤
血球新生剤、抗喘息剤、制咳剤、粘液分解剤、抗尿酸剤
（anti-uricemic drugs)、及びこれらの混合物がある。

【００１２】多くの生化学的に影響を与える薬剤は熱に
敏感なため、本発明は、射出工程より充分前の時点で感
熱剤を導入し、感熱剤が長時間の熱状態に露出されるこ
とを防止する工程を有している。かくして、任意の感熱
剤をキャリヤに導入して、その後に射出及びシヤフォー
ムマトリックス製品の形成を行うことができる。ユニー
クなものにするため、本発明の装置には、非溶解原料の
温度を上昇させ且つ同時に該原料に加えられる圧力を増
大させて、射出のために前進させる手段が設けられてい
る。原料の温度及び圧力の増大及び原料の前進をさせる
この手段は、多加熱ゾーンを備えたツインスクリュー押
出し機で構成するのが好ましい。また、この加熱ゾーン
の個数は４つ以上が好ましく、本発明の好ましいモード
では９つのゾーンを有している。本発明の装置の第２エ
レメントは、原料を剪断してシヤフォームマトリックス
を形成する条件で原料を射出する手段である。該射出手
段は、温度及び圧力を増大させる手段と流体連通してお
り且つ前記内部流れ状態にある間に原料を受け入れる箇
所に配置されている。この原料射出手段は、原料の高圧
射出を行うノズルであるのが好ましい。剪断点を超える
マトリックスの自由流れ状態を維持するため、射出手段
の全体に亘って温度維持手段を設けるのが好ましい。

【００１３】好ましい実施例においては、本発明の装置
には更に、射出箇所に充分近接した箇所において、キャ
リヤに添加剤を導入するポートを設けて、添加剤の劣化
を防止又は最小にすることができる。このようにして、
感熱剤の活性（例えば、生化学的に影響を与える特性）
を喪失する懸念することなく、感熱剤を導入できる。最
後に、本発明の装置は、射出手段より手元側に固定され
且つ原料が内部流れ状態にある感に原料の剪断を行なう
ように配置された剪断手段を有している。この剪断手段
は、原料がノズルを出るときに、原料の流れに対し空気
のような流体を高速で吹きつける手段であるのが好まし
い。このような装置は外部噴霧ノズルで構成できる。一
実施例においては、剪断のための空気を加熱して、剪断
点（剪断温度）を超える分離マスの自由流れを高めるこ
とができる。別の実施例では、剪断手段を、予め選択さ
れ且つ維持された環境に対する原料の高速衝突時に剪断
を生じさせるように環境を維持できるチャンバで構成で
きる。概略的には、剪断環境の温度及び湿度は、高速で
この環境に対して吹きつけられる原料（内部流れを有し
ている）に剪断を生じさせるレベルに維持される。本発
明によれば、高温での制動ができる材料に基づいた乾燥
エマルジョンを作ることができる。本発明の方法は高度
の制御が可能であり、原料及び原料添加剤の劣化を最小
にする温度及び／又は短い高熱滞留時間を厳格に制御す
ることによって、大きな体積のシヤフォームマトリック
スを製造できる。

【００１４】本発明は、溶液法で作られた製品より、一
層アモルファスな構造（例えばよりランダムな構造）を
もつシヤフォーム製品を作り得ることを実証できた。本
発明により得られるマトリックスは、スピンされた製品
（spun product) よりも水中により多くのオイルを分散
させることができる。これは、チンダル効果が大きいこ
とにより実証される。従って、所与のＤ．Ｅ．をもつマ
ルトデキストリンには、スピンされた製品より、シヤフ
ォーム製品として多量のオイルが分散される。これは、
スピニングにより製造するよりも、オイルを支持する微
細粒子をより多量に製造できる結果であると考えられ
る。また、非常に安定した分散を確保できる。シヤフォ
ームマトリックスで作られた分散からオイルを分離させ
るにはエーテル又はヘキサンを必要とし、一方、一般
に、スピンされたマトリックスから生じる分散からオイ
ルを分離させるには熱及び遠心力が適している。従来技
術と比較しての本発明の改良は、本発明の好ましい実施
例についての以下の説明により確認されるであろう。以
下の説明は、いかなる意味においても本発明の範囲を制
限するものではなく、本発明の好ましい実施例の単なる
例示に過ぎない。本発明の範囲は、特許請求の範囲にお
いて示されている。

【００１５】本発明の好ましい実施例は図示及び説明の
ために選択されたものであり、添付図面に示されてい
る。

【００１６】

【実施例】本発明によるシヤフォームマトリックスは、
加熱により変えられる構造をもつキャリヤ材料を備えた
原料の変形により形成される材料である。原料は充分に
加熱され、キャリヤが破壊剪断力を受けたときに、その
形態の変形を可能にする。この破壊が生じる状態を、本
明細書では内部流れと呼ぶことにする。内部流れは、原
料に不連続性を充分に生じさせる亜粒子レベルで原料が
移動及び分離できることが考えられる。本発明では、破
壊力は、該破壊力の作用時間が瞬間的であると考えられ
る程の非常に短い時間だけ、かなり突然的に原料の流れ
に加えられる。本発明者らは、本発明の好ましい実施例
では、原料が、瞬間破壊剪断力を創出する速度で原料に
衝突する流体、ガス又は液体の流れを受けることを見出
している。原料に衝突する流体により創出される力を、
破壊流体剪断力と呼ぶ。本発明では、好ましい流体は空
気である。しかしながら、本発明は、破壊流体剪断力を
創出するのに使用される流体の種類を制限するものでは
ない。一実施例では、空気が、連続高速ジェットとして
原料に吹きつけられる。別の実施例では、空気圧力に抗
して原料を高速で推進させることを意図している。両場
合において、原料は、該原料が内部流れを有している間
に原料に作用する剪断作用により、個々の不連続マスに
突然的に破壊される。

【００１７】本発明のシヤフォームマトリックスの他の
特徴は、瞬間破壊された原料（flash-disrupted feedst
ock)の元の形態からの自由流れ変形中に、瞬間破壊され
た原料がリフォームされることから生じる形態にある。
このユニークな自由流れ変形は、原料が冷却されて新た
なマトリックス構造になる間に、連続流れが妨害されな
いようにすることによって達成される。本発明の新たな
マトリックス材料を形成するため、原料が流れ状態にあ
る間に、剪断を受ける点まで原料を供給できるユニーク
な装置が考えられた。このユニークな装置は、本発明の
方法をユニークに熟練実施できる幾つかの特徴を有して
いる。図１に示すように、ツインスクリュー押出し機１
０は、原料を加熱するチャンバを形成している。加熱
は、一連の加熱ゾーン１〜９内で制御される。原料１８
は、非溶解状態でホッパ供給装置１２からチャンバ内に
供給される。本発明における非溶解状態とは、処理の目
的で配合剤が溶解されていないことを意味する。円滑な
流れを確保し且つ処理量の増大を全体的に補助するた
め、少量の水（又は他の薬剤）を加工助剤として使用で
きる。しかしながら、これらの加工助剤は、原料の性質
を非溶解性から溶解性に変えるためのものではない。

【００１８】制御された加熱及び供給を行うため、多ゾ
ーンツインスクリュー押出し機が使用されている。多ゾ
ーンは、内部流れの生じる温度に充分に到達させるべく
原料を加熱するのに使用される。殆どの原料との混合及
び置換中に生じる摩擦の結果として温度が固有に上昇す
るため、押出し中に生じる自己温度（autologous tempe
rature）に適合させるべく外部から供給される温度を或
る程度まで低下できる。下記の例において、２５対１の
Ｌ：Ｄ比をもつAPV Baker 社のMPF 50形ツインスクリュ
ー共回転押出し機を用いて、押出しを行った。入口と出
口との間で制御された加熱を行うため、９つのゾーンを
設けた。スクリューの形状は、加工条件に合うように調
節できる。本発明の重要なファクタは、このような温度
を超えることなく又は押出し機内での長い滞留時間を招
くことなく内部流れが可能な状態を達成すべく、原料を
加熱し且つ押し出すことである。このバランスは、内部
流れ状態に適合するけれどもこれを超えないようにすべ
く、適正な機械サイズを選択し、処理量の体積を調節
し、最適スクリュー設計を選択し且つ別々のゾーンで加
熱することにより達成される。従って、適正状態が達成
されるやいなや、ノズル等の射出手段に原料を通すこと
により押出しが終了される。

【００１９】以下に説明する第１組の実験において、キ
ャリヤ材料として糖が処理された。前のパラグラフで説
明した温度と時間とのバランスは、表Ｉに記載した９つ
のゾーン温度分布及び前進速度を与えることにより満た
される。従って、糖の原料が、最後の３つのゾーン（す
なわちゾーン７、８及び９）内に約２０秒以上滞留する
ことはなかった。第２組の実験では、原料中のキャリヤ
材料としてマルトデキストリンを使用し且つ表ＩＩに記
載された温度分布及び前進速度を用いて処理して、温度
及び時間の条件を得た。この結果、マルトデキストリン
原料が、最後の３つのゾーン（すなわちゾーン７、８及
び９）内に約９０秒以上滞留することはなかった。両方
の場合において、原料は、このような温度以上に実質的
に加熱することなく且つこのような条件下で最短の滞留
時間をもって、内部流れ状態を与える速度で加熱され且
つ前進された。温度又は時間が過度であると、キャリヤ
の劣化を招き且つ原料の非処理マスが創出される。油脂
性材料等の他の配合剤２０がリザーバ２２内に蓄えら
れ、ポンプ２６により原料として計量される。混合、加
圧及び前進エレメントがスクリュー１１として概略的に
示されている。原料の処理物を、押出し機から、円ＩＩ
で囲んで示す装置の剪断部分に送るためのヘッドクラン
プ又はアダプタプレート１５も設けられている。図２に
は、この部分の詳細が示されている。

【００２０】図２には、本発明の装置及び方法の射出部
分が概略的に示されている。より詳しくは、原料１８
は、加圧されて押出し機１０から排出され且つ弁機構３
２を介して前進される。押し出されたマスは、所望なら
ば３ポート弁を用いて、ポート３１等の別の出口に導く
のが好ましい。弁機構３２の直ぐ下流側には高圧ノズル
３４が設けられている。本発明の好ましい実施例では、
ノズル３４は、原料の実質的な干渉流れを押し出す高圧
低速ノズルである。別の実施例では、ノズル３４を、高
圧且つ高速で原料を押し出す高速ノズルで構成できる。
引続き図２を参照すると、本発明の好ましい実施例で
は、ノズル３４を出る干渉流れに対して高速空気の流れ
を吹きつけることにより、内部流れ状態にある間に原料
の剪断を行う。高速空気は空気流れ４２により与えら
れ、この空気流れは、その温度を制御すべく、フィルタ
／圧力流れ調整器４１を介してインラインヒータ４４及
び熱電対４３に導かれる。インラインヒータ４４は空気
温度を上昇させて、原料流れから分離され且つ剪断され
たマスの自由流れの特徴を高めるのに使用される。空気
は、ショ糖については約１３０℃から約２１０℃まで加
熱し、マルトデキストリンについては約８５℃から約１
８０℃まで加熱するのが好ましい。

【００２１】図３は本発明の別の実施例を示すものであ
り、この実施例は、原料が射出される前の劣化していな
い時点で、原料に添加剤を射出できるものである。幾つ
かの配合剤（より詳しくは、生化学的に影響を与える活
性配合剤）は熱に敏感で、長時間の加熱状態の存在によ
り劣化することが知られている。本発明は、添加剤分配
容器７０（該容器７０から添加剤が供給ライン７２に沿
って引き出される）を設けることにより、この問題を解
決する。次に、この新たな配合剤が、添加射出ポート７
４、７６、７８のいずれか１つに沿って添加される。ポ
ート７４から配合剤が添加されると、ポート３１と高圧
ノズル３４との間のスタティックミキサにより、高い混
合効率が達成される。本発明は、図３に示す形態に制限
されるものではないことを理解すべきである。射出ポー
トは、本明細書で説明する方法及び装置の任意の箇所に
設けることができる。当業者ならば、添加剤の不安定性
及び使用する装置の特性に基づいて所望の構造を選択で
きる。空気の流れは、ノズルにより原料の外面に吹きつ
けられて原料に不連続性を形成し、且つ元の原料の形態
を、不連続マスとして、自由流れ凝固により得られる新
たな形態に基本的に変形させる。図４に示すように、空
気流れ４２は、内部ノズル装置５６を包囲する環状チャ
ンネル５４と流体連通している。図示のように、原料は
ノズル５６に供給されて、干渉流れ５５としてノズル５
６を出る。ここで原料１８は、エアキャップ６０及び保
持リング６２により形成された曲りくねった通路の出口
の組合せにより創出される高速空気流れ５８を受ける。

【００２２】原料が剪断箇所まで及びこれを超えて自由
流れリフォメーションまで前進されるときに、伝熱によ
り、押出し機／ヒータ内で創出される内部流れ状態が喪
失されないようにするための他の手段を講じることがで
きる。例えば、原料から比較的冷たい弁機構３２への伝
熱を低減させるため、弁機構３２を加熱することができ
る。また、作動中にヒートガンをエレメント６０、６２
に向けることにより又は温度制御形加熱バンドを用いる
ことにより、エレメント６０、６２で全体的に示す剪断
箇所に熱を維持することもできる。或いは、内部ノズル
５６の温度を加熱空気の流れに対して上昇又は低下させ
て、原料からの伝熱により流れ状態以下の温度に低下す
ることを防止することもできる。しかしながら、本発明
の方法を連続させると各機構の定常温度が得られるた
め、個々の作動エレメントを更に加熱して過度の伝熱及
び冷却を防止する必要はない。空気を用いて剪断力を創
出する場合には、約1.5 〜２０気圧、好ましくは約２〜
１０気圧の圧力が２流体ノズルに加えられる。前述のよ
うに、剪断力の創出に用いられる空気の温度は、あらゆ
る気圧で射出される原料の温度より、少なくとも約0.1
℃高い温度に制御するのが好ましい。

【００２３】以下の各例において、剪断力は、約３気圧
の圧力で供給される空気により、図４に示す２流体ノズ
ルを介して加えた。ノズルを出る前の空気の温度は、シ
ョ糖については約１８５℃に、マルトデキストリンにつ
いては約１５０℃に維持した。図４に示すノズルでの空
気の圧力が２気圧であるとき、原料の流れに衝突する空
気の速度は６８ft／秒（約２１m/秒）であり、空気圧力
が４気圧であるとき、空気速度は９５ft／秒（約２９m/
秒）である。以下、本発明のユニークな方法及び装置を
より詳細に説明し且つ実際の実験で例示して、その結果
を示す。しかしながら、これらの例は本発明の範囲を制
限するものではない。例 実験は、実際に使用される本発明を前提として行った。
目的は、非溶解原料から変形シヤフォームマトリックス
を製造できるか否かを決定することにある。このため、
試験は、基本的に２段階で行った。第１段階は、固体原
料すなわちキャリヤとして結晶質糖（ショ糖）を使用し
た。この糖は、溶解原料成分を用いることなく、上記ツ
インスクリュー押出し機に供給された。また、シヤフォ
ームマトリックス製品の一部として油脂性成分が首尾よ
く導入されているか否かを決定すべく、糖を油脂性材料
と一緒に処理した。これらの結果は驚異的にすばらしい
ものであり、本発明の連続方法を商業的規模での製造に
使用できることが実証された。

【００２４】糖の例 第１の実験では、３００rpm のスクリュー速度で糖を押
出し機内で処理した。押出し機の温度分布並びに原料及
び加工助剤の供給速度が表Ｉに示されている。この実験
の加工助剤として水を用いたことを付記しておく。

【００２５】

【表１】 表 Ｉ ────────────────────────────────── 実験 糖 オイル 加工 温度分布（℃） 番号 供給 供給 助剤 速度 速度 H₂O ゾーン (kg/h) (kg/h) (kg/h) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 ────────────────────────────────── 1 36.0 --- 1.0 30 50 90 180 180 200 200 200 200 2 36.0 --- 1.0 30 50 90 180 180 200 200 200 200 3 36.0 3.6 1.0 30 50 90 180 180 200 200 200 200 4 36.0 9.6 1.0 30 50 90 180 180 200 200 200 200 5 36.0 11.8 1.0 30 50 90 180 180 200 200 200 200 ────────────────────────────────── 各実験において、乾燥原料（ドライフィード）として結
晶質糖の形態のショ糖を使用した。表Ｉに示す温度は、
第１ゾーン（押出し機の入口ホッパに最も近いゾーン）
から第９ゾーン（出口に隣接する最後のゾーン）までの
温度である。原料は、例えば約５００psig（約３４気
圧）の圧力でノズルから射出された。

【００２６】実験番号１ 実験１では、加工助剤として微量の水を含むショ糖のみ
を用いて得られた製品は優れた外観を有する。このシヤ
フォームマトリックスはほぼ白色であり、コットンウー
ルの質感を有している。この材料は、新たなシヤフォー
ムマトリックスを適用できると考えられる多くの用途に
容易に適用できる。実験番号２ 実験２では、条件は第１の実験の条件と同じである。こ
の製品も繭毛羽（フロス）のように見えるが、実験番号
１の製品のようにかなり純白に見えるものより幾分黒ず
んでいる。実験番号３ 実験３では、シヤフォームマトリックスが油脂性材料等
の付加配合剤に適合できるか否かを決定するため原料に
オイルを添加した点を除き、条件は実験１及び実験２の
条件と同じである。より詳しくは、キャノーラオイルを
3.6 kg/hの供給速度で導入した。その他の条件は、前の
２つの実験と同じに維持した。得られた製品は光沢のな
い白いコットンのようなシヤフォームマトリックスであ
り、外観及び質感共に許容できるものである。

【００２７】実験番号４ 実験４では、発明者らは、シヤフォームマトリックスに
導入すべきオイルの量を約２００％だけ増大（例えば、
3.6 から9.6kg/h に増大）した。その他の条件は前の実
験と同じに維持した。

【００２８】この実験により、純白でコットンウールの
ような質感をもつ優れた製品が得られた。これは、オイ
ル含有量が約２１％であると考えられる優れた製品であ
る。また、いかなるオイル分離も検出されなかった。実験番号５ 最後に、糖の実験に関して、最終製品に約２４％の含有
量が得られるように、11.8 kg/h の流量まで更に増大し
た。原料は、前の実験の条件下で非常に良く処理され且
つノズルから、周囲の環境に容易に分散される毛羽状材
料に良く噴霧される。製品は、コットンウールのような
美しい白色の繭毛羽材料である。シヤフォームマトリッ
クスを製造すべく、原料のマトリックスの処理の変化を
試験するための他の実験を行ったところ、新しいシヤフ
ォーム製品を製造するための本発明の方法及び装置は商
業的規模で信頼できるものであることが判明した。上記
各実験において、本発明のシヤフォームマトリックス製
品は、原料の糖キャリヤの形態とは非常に異なった形態
に処理される。

【００２９】上記実験で製造されたショ糖／オイル製品
は水に添加され且つ非常に微細なオイルのコロイド分散
系を形成する。マルトデキストリンの例 本発明の可能性を評価するため、他の固体原料について
別の実験を行った。新たなシヤフォームマトリックスを
製造できるか否かを判断するため、特定のマルトデキス
トリン固形物を使用した。以下の実験に使用したマルト
デキストリンは、Hubinger Dri Sweet 36 である。これ
らの実験の条件を表ＩＩに示す。

【００３０】

【表２】 表 ＩＩ ──────────────────────────────────── 実験 コーンシ オイル 加工 温度分布（℃） スクリュ 番号 ロップ供 供給 助剤 ー速度 給速度 速度 H₂O ゾーン (kg/h) (kg/h) (kg/h) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 （rpm) ──────────────────────────────────── 6 25 --- 1.5 20 40 40 40 40 40 40 65 65 375 7 20 4.1 --- 20 20 20 40 40 60 60 85 85 350 8 20 4.1 --- 20 20 20 40 40 60 60 85 85 300 9 20 4.1 --- 20 20 20 40 40 60 60 85 85 350 10 15 4.1 --- 20 20 20 40 40 60 60 85 85 350 11 15 3.6 --- 20 20 20 40 40 60 60 85 100 350 12 15 3.6 --- 20 20 20 40 40 60 60 85 100 400 ────────────────────────────────────実験番号６ 固体のマルトデキストリン原料以外のいかなる成分も使
用しないで、固体マルトデキストリン原料から新たなシ
ヤフォームマトリックスを得ることができるか否かを決
定するため、実験６を行った。この実験を行うため、マ
ルトデキストリンを２５kg/hの流量で供給し且つ水の加
工助剤を1.5 kg/hの流量で供給する。表ＩＩには、温度
分布が示されている。ノズルを通して均一に噴霧される
薄いコットンのような製品を得るため、非常に均一な流
れを維持した。製品は、シヤフォームマトリックスとし
て使用するのに満足できるものである。

【００３１】実験番号７ 実験６は、新たなシヤフォームマトリックスに油脂性材
料を導入できるか否かを決定すべく行った。かくして、
オイルを、約１７重量％の流量で原料のマルトデキスト
リンに供給した（例えば、4.1 kg/hのイルを２０kg/hの
マルトデキストリン原料に供給した）。原料は、表ＩＩ
に示すような３５０rpm の処理速度及び温度分布で前進
された。この結果、殆ど目に見える程のオイル分離がな
い非常に白くて薄く脆い製品が得られた。かくして、油
脂性材料は、乾燥マルトデキストリン原料からシヤフォ
ームマトリックス製品に首尾よく導入される。実験番号８ 処理速度を３００rpm に低下させた点を除き実験７の条
件と同じ条件で別の実験を行った。この製品も非常に薄
くて白い粒状製品の形態をなしており、オイル分離の兆
候は見られない。実験番号９ 実験７及び実験８の結果を確認するため、別の実験を行
った。この実験９では、実験７に述べたと同様にしてマ
ルトデキストリンをオイルで処理し、魅力的な白くて薄
い製品を製造した。これにより、油脂性材料が導入され
た固体マルトデキストリン原料からシヤフォームマトリ
ックスを再現できることが確認された。

【００３２】実験番号１０ 実験１０では、固体マルトデキストリン原料の流量を１
５kg/hに低下させる一方、オイル含有量を4.1 kg/hに維
持した。この実験により得られた製品は、油脂性材料の
21.5％の名目量を含有している。この実験は表ＩＩに記
載した条件下で行われ、得られた製品は全ての実験のう
ちで最も魅力的なものである。この製品は、非常に低密
度で且つ高品質の白い外観を有している。製品の形状は
幾分繊維のようである。実験番号１１ 実験１１では、最後のバレルゾーンの温度を１００℃に
上昇させ、ボール弁に加熱エレメントを取り付け、且つ
ノズルに加熱銃を向けて、製品がノズルから出て剪断を
受けるときに自由流れ状態に留まるように温度を維持し
た。この結果は優れたものであった。この実験１１で
は、小さくて非常に白い骨片の形態をなす１９％の油脂
性材料含有量の製品が得られた。製品には大きな位相分
離は全く見られなかった。実験番号１２ 実験１１の結果は、４００rpm のスクリュー速度で原料
を前進させることにより製造速度を増大させたこの実験
で確認された。この実験でも、非常に白くて小さく且つ
薄い骨片製品が得られた。また、少なくとも１時間は、
高速で連続運転を行うことができた。

【００３３】上記実験の結果、乾燥原料を、多くの技術
分野に適用できる新たなマトリックスに首尾よく変形さ
せることができることを決定できた。もう１つの実施例
は、高圧且つ高速で原料を射出する単一の流体ノズルを
使用するものであり、射出された流れを大気圧中で瞬間
的に破壊させるのに充分な速度でノズルから原料を射出
させる。この好ましい実施例では、シヤフォーム製品を
形成するのに要する速度は、約2,000 psi （約１４０kg
/cm²）の圧力を付与することにより創出される。もちろ
ん、ノズルサイズを変えることにより圧力を変えること
ができる。重要なことは、原料の流れの分離を創出して
シヤフォーム製品のマスにするのに充分な速度で原料の
流れを射出することである。以上、本発明の好ましい実
施例であると現在考えられているものを説明したが、当
業者には、本発明の真の精神から逸脱することなくして
他の変更を実現できるであろう。しかしながら、そのよ
うなあらゆる変更は、特許請求の範囲に記載された本発
明の範囲に含まれるものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】図２、図３及び図４に詳細に示す剪断領域を備
えた本発明の全体的方法及び装置を示す概略図である。

【図２】図１において円で囲まれた剪断領域ＩＩを示す
詳細概略図である。

【図３】図２と同様な概略図であり、破線は、長時間加
熱を行うことなく添加剤の導入を行う好ましい実施例を
示すものである。

【図４】本発明の好ましい実施例の好ましい射出構造を
示す詳細概略図である。

【符号の説明】

１ 加熱ゾーン ２ 加熱ゾーン ３ 加熱ゾーン ４ 加熱ゾーン ５ 加熱ゾーン ６ 加熱ゾーン ７ 加熱ゾーン ８ 加熱ゾーン ９ 加熱ゾーン １０ ツインスクリュー押出し機 １１ スクリュー １２ ホッパ供給装置 １５ ヘッドクランプ（アダプタプレート） １８ 原料 ２０ 配合剤 ２２ リザーバ ２６ ポンプ ３１ ポート ３２ 弁機構 ３４ 高圧ノズル ４１ フィルタ／圧力流れ調整器 ４２ 空気流れ ４３ 熱電対 ４４ インラインヒータ ５４ 環状チャンネル ５５ 干渉流れ ５６ 内部ノズル装置 ５８ 高速空気流れ ６０ エアキャップ ６２ 保持リング ７０ 添加剤分配容器 ７２ 供給ライン ７４ 射出ポート ７６ 射出ポート ７８ 射出ポート

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 リチャード シー フイズ アメリカ合衆国 バージニア州 22066 グレート フォールズ コーンウェル フ ァーム ロード 9320 (72)発明者 ピーター ジー ヒスコックス イギリス エセックス シービー10 １キ ューワイ サフロン ウォルデン ヒンク ストン ハイ ストリート 50

Claims (28)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ａ）固体の非溶解キャリヤ材料を含む原
   料の温度を、流体剪断力を付与したときに内部流れを生
   じさせる温度まで上昇させ、 ｂ）工程ａ）から得られた、加熱された前記原料の流れ
   を、少なくとも１つのオリフィスから加圧下で射出し、 ｃ）次に、原料の流れを多数の部分に分離して原料の形
   態を変形させる破壊流体剪断力を原料に付与する工程を
   有するシヤフォームマトリックスの製造方法。
2. 【請求項２】 前記多数の部分が、前記流体剪断力との
   接触及び前記流れの多数の部分への分離の直後に、前記
   内部流れ温度以下の温度に冷却される、請求項１に記載
   の製造方法。
3. 【請求項３】 前記多数の部分を、凝固するまで自由流
   れを可能にする条件下で固体シヤフォームマトリックス
   としてリフォームするための環境が与えられている、請
   求項１に記載の製造方法。
4. 【請求項４】 前記キャリヤ材料が、サッカリドベース
   材料、熱可塑性ポリマ、生分解性ポリマ及びセルロース
   からなる群から選択される、請求項１に記載の製造方
   法。
5. 【請求項５】 前記原料が更に結晶化調節剤を有する、
   請求項４に記載の製造方法。
6. 【請求項６】 前記結晶化調節剤が抗湿潤剤である、請
   求項５に記載の製造方法。
7. 【請求項７】 前記原料が、植物油、大豆油、キャノー
   ラオイル、コーンオイル、ひまわり油、動物性脂肪（an
   imal fats)、獣油（tallows)、ラード、魚油、甲殻類オ
   イル、及びこれらの混合物からなる群から選択された油
   脂性材料を有する、請求項５に記載の製造方法。
8. 【請求項８】 前記原料が更に、生化学的に影響を与え
   る薬剤、染料、香料、結晶化調節剤、甘味料、フレーバ
   及びこれらの混合物からなる群から選択された添加剤を
   更に有する、請求項４に記載の製造方法。
9. 【請求項９】 前記温度が、前記内部流れ温度を実質的
   に超えないようにして前記内部流れ温度まで制御されて
   上昇され、この制御温度が上昇する間の滞留時間を最短
   にする、請求項１に記載の製造方法。
10. 【請求項１０】 前記原料が、同時に加圧される、請求
    項９に記載の製造方法。
11. 【請求項１１】 前記制御温度の上昇が、前記原料を、
    多数の温度制御ゾーンを備えた供給チャンバに通すこと
    により行われる、請求項９に記載の製造方法。
12. 【請求項１２】 前記原料が、前記内部流れ温度を実質
    的に超える加熱を防止し且つ前記チャンバ内の滞留時間
    を最短にする条件下で前記多ゾーンに通される、請求項
    １１に記載の製造方法。
13. 【請求項１３】 前記流体剪断力が、流体を、高速で前
    記押出し物の流れに吹きつけることにより発生される、
    請求項４に記載の製造方法。
14. 【請求項１４】 前記原料がショ糖であり、前記流体が
    約１６０〜２００℃の温度に維持された空気であり、大
    気が３０％ＲＨ以下の相対湿度を有する、請求項１３に
    記載の製造方法。
15. 【請求項１５】 前記原料がマルトデキストリンであ
    り、前記流体が、約８５〜１８０℃の温度及び大気圧に
    維持された空気である、請求項１３に記載の製造方法。
16. 【請求項１６】 前記流体剪断力が、別々の不連続マス
    を形成する条件で、前記原料を、流体の気圧に対して高
    速で前記ノズルを通して押し出すことにより発生され
    る、請求項４に記載の製造方法。
17. 【請求項１７】 非溶解原料が内部流れを受ける点まで
    温度及び圧力を増大させ且つ原料を同時に前進させて射
    出する手段と、 前記原料を剪断してシヤフォームマトリックスを形成す
    る条件で原料を射出する手段とを有しており、該射出手
    段が、温度及び圧力を増大させる前記手段と流体連通し
    た状態で射出し且つ前記内部流れ状態にある間に前記原
    料を受け入れ、 前記射出手段より手元側に固定されており且つ前記内部
    流れ状態中に原料の剪断を行なって原料をシヤフォーム
    マトリックスに変形させるように配置された、原料の剪
    断手段を更に有するシヤフォームマトリックスの製造装
    置。
18. 【請求項１８】 前記温度及び温度を増大させる手段
    が、選択的に加熱可能なゾーンと前記原料を前進させる
    連続処理機構とを備えた多ゾーンチャンバからなる、請
    求項１７に記載の製造装置。
19. 【請求項１９】 前記処理機構が前記原料を押出し加工
    するための少なくとも１つのねじ機構を備えている、請
    求項１８に記載の製造装置。
20. 【請求項２０】 前記手段が少なくとも４つの加熱ゾー
    ンを備えたツインスクリュー押出し機である、請求項１
    ９に記載の製造装置。
21. 【請求項２１】 ９つの加熱ゾーンが設けられている、
    請求項２０に記載の製造装置。
22. 【請求項２２】 前記射出手段が高圧ノズルである、請
    求項１７に記載の製造装置。
23. 【請求項２３】 前記ノズルが、出口オリフィスにおい
    て原料の実質的な干渉流れを与える低圧ノズルである、
    請求項２２に記載の製造装置。
24. 【請求項２４】 前記ノズルが、高速で原料を射出する
    ための少なくとも１つの開口を備えた高速ノズルであ
    る、請求項２２に記載の製造装置。
25. 【請求項２５】 前記原料を剪断する手段が、原料が前
    記射出手段を出るときに原料に対して高速で流体を供給
    する手段を備えている、請求項１７に記載の製造装置。
26. 【請求項２６】 前記流体供給手段が外部噴霧手段を備
    えている、請求項２５に記載の製造装置。
27. 【請求項２７】 前記剪断手段が、前記環境に対する原
    料の高速衝突時に剪断を生じさせる環境を維持する環境
    維持チャンバを備えている、請求項２４に記載の製造装
    置。
28. 【請求項２８】 前記ノズルより手元側の箇所で原料に
    添加剤を射出する手段を有している、請求項１７に記載
    の製造装置。