KR101770357B1 - 곡물 알곡으로부터 추출액을 제조하는 방법 및 그 방법에 사용하기 적합한 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 시간 당 최소 100 kg의 건조 곡물 알곡의 속도로 곡물 알곡을 분쇄하고 분쇄된 곡물 알곡을 액체를 사용하여 추출하는, 곡물 알곡의 추출액을 제조하는 연속적인 방법을 제공하는데, 상기 방법은, 연속적으로 곡물 알곡을 액체와 섞는 단계; 자유롭게 부유하는 곡물 입자들을 하나 이상의 회전 블레이드들과 충돌시켜 상기 액체 안에 포함된 곡물 입자들을 연속적으로 분해하고, 그 결과로 분쇄된 부유물을 생산하는 단계; 및 상기 분쇄된 부유물의 적어도 일부를, 선택적인 추가적 후처리 후에, 써버린 알곡 및 추출액으로의 분리를 위해 분리 장치로 연속적으로 전달하는 단계를 포함하고, 상기 하나 이상의 회전 블레이드들은 최소 10 m/s의 첨단 속도로 회전하고, 하나 이상의 회전 블레이드들에 의해 분쇄되는 부유물에 전달되는 기계적 에너지의 총량이 건조 곡물 알곡 kg 당 5 내지 1000 kJ의 범위 안에 있고, 상기 하나 이상의 회전 블레이드들 첨단과 회전축 사이의 거리가 2 내지 25 cm의 범위에 있는 것을 특징으로 한다. 본 발명의 방법 및 시스템은 소모 비용 및 유지보수 비용의 절약, 짧은 분쇄 시간, 및 위생적 설계를 포함하여 여러 가지 장점들을 갖는다.

Description

곡물 알곡으로부터 추출액을 제조하는 방법 및 그 방법에 사용하기 적합한 장치{METHOD OF PREPARING A LIQUID EXTRACT OF CEREAL GRAIN AND APPARATUS SUITABLE FOR USE IN SUCH METHOD}

본 발명은 곡물 알곡의 추출액을 추출하는 방법에 관한 것이다. 본 발명에 따른 방법은 예를 들어 양조 산업에서 적절하게 사용될 수 있는데, 예를 들어 맥아즙 생산이 그러한 분야이다.

본 발명은 더 나아가 상기 방법에서 사용하기에 적합한 제분 기구 및 분리 장치를 포함하는 시스템을 제공한다.

양조 산업에서 맥아즙 생산을 위한 담금(mashing) 이전 원재료의 분쇄는 보통 다음 기법들 중 하나에 의하여 수행 된다:

- 롤러 분쇄기(roller mill)에 의한 건식 분쇄

- 해머 분쇄기(hammer mill)에 의한 건식 분쇄

- 담금(steeping) 및 롤러 분쇄기에 의한 습식 분쇄

- 조절 분쇄(conditioned milling)(곡물 껍질을 더욱 유연하게 하기 위하여 맥아 습도가 약간 높여지는 점을 제외하고, 롤러 분쇄기에 의한 건식 분쇄와 유사함)

- 분산 펌프 분쇄(dispersion pumping milling)

상기 작업들 각각은 추출량, 산소 취득, 담금 분리에서의 분리 성능, 후 공정에의 영향, 제분된 가루의 효소 성능(담금 시), 위생적 태양, 전력 소비, 분말 먼지 폭발 위험, 껍질로부터의 타닌 추출, 여과기 통과 등의 관점에서 장점 및 단점들을 갖는다.

습식 분쇄는 그 기법과 관련된 몇 가지 주요 단점들, 특히 담금을 위한 긴 잔류 시간 분포 및 좋지 않게 조정된 맥아의 불충분한 분쇄로 인하여 인기가 줄어들었다. 그러나 습식 분쇄는 또한 건식 분쇄에 비하여 중요한 장점들을 가지고 있다. 예를 들어, 분말 먼지 폭발 위험과 관련된 강화된 안전 규정들은 건식 분쇄 공정의 비용을 증가시키는 예방적 수단들을 요구한다. 습식 분쇄 기법은 명백하게도 그러한 수단을 필요로 하지 않는다.

발명가들은 건식 분쇄의 가능한 대안으로서 분산 펌프 기법을 연구해왔다. 그러나 맥아가 아닌 입자에 의한 고정자 회전자 조립체의 마모가 높은 유지비용 및 신뢰할 수 없는 성능을 가져온다는 것이 발견되었다.

따라서 습식 분쇄의 장점들(분말 먼지의 부재, 최소 안전 예방장치, 단순한 장비, 낮은 소모비용)을 예를 들어 해머 분쇄 공정의 단순성과 결합하는 분쇄 기법에 대한 요구가 존재한다.

본 발명의 목적은 곡물 알곡의 추출액을 추출하는 방법을 제공하는 것이다. 본 발명은 더 나아가 상기 방법에서 사용하기에 적합한 제분 기구 및 분리 장치를 포함하는 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 발명자들은, 곡물 알곡 입자들을 액체 속에 떠있는 상태에서 분쇄하는, 즉 자유롭게 떠 있는 곡물 입자들을 최소 10 m/s의 매우 높은 첨단 속도(tip speed)로 회전하는 하나 이상의 블레이드들과 부딪히게 함으로써 상기 분쇄가 이루어지도록 하는 연속 분쇄 방법에 의하여 상기 목적이 달성될 수 있음을 발견하였다. 본 방법에서 상기 하나 이상의 회전 블레이드들의 첨단과 회전축 사이의 거리는 2 내지 25 cm의 범위 내에 있고, 하나 이상의 블레이드들에 의하여 전달되는 총 기계적 에너지는 건조된 곡물 1 kg 당 5 내지 1000 kJ의 범위 안에 속한다. 따라서 본 방법은, 매우 높은 속도로 회전하면서 충분히 긴 시간 동안 곡물 알곡 입자들을 포함하는 부유물과 접촉상태를 유지하여 입자 크기를 큰 폭으로 감소시키는 하나 이상의 비교적 적은 회전 블레이드들을 사용한다.

본 발명에 따른 방법은 습식 분쇄의 모든 이점들을 제공하며, 헤머 분쇄만큼 단순하고 극히 안정적이다. 본 방법은 표준 주방용 배합기(blender)에 적용된 것과 동일한 원칙, 즉 고속으로 회전하는 블레이드를 이용한다. 떠 있는 곡물 알곡 입자들의 관성으로 인하여, 고속 회전 블레이드는 충돌에 의하여 이 곡물 입자들을 분해할 수 있다. 산업적 규모에서 곡물을 분해하기 위하여 지금까지 사용되어온 본쇄 기법들과는 달리, 본 방법에서의 곡물 입자 분해는 두 개의 단단한 표면 사이에 곡물 입자들을 압착하는 것에 의존하지 않는다.

또 다른 태양에 따르면, 곡물 알곡의 추출액을 제조하기 위한 시스템이 제공되고, 이 시스템은 분쇄 기구 및 분쇄 기구의 다음 단계에서 써버린 알곡과 추출액을 분리하기 위한 분리 장치를 포함하는데, 상기 분쇄 기구는 분쇄되는 부유물을 포함하기 위한 분쇄 챔버(milling chamber)에 연결된 액체 유입구를 포함하고, 분쇄 챔버에는 하나의 회전자가 수용되며, 상기 회전자는 회전자 회전축으로부터 연장된 하나 이상의 블레이드들을 포함하고, 상기 블레이드도 분쇄 챔버 내에 수용되며, 상기 하나 이상의 블레이드들의 첨단으로부터 회전축까지의 거리가 2 내지 25 cm의 범위 안에 있고, 상기 회전자는 회전을 위한 구동 유닛에 연결되고, 상기 구동 유닛은 상기 블레이드들을 최소 10 m/s의 첨단 속도로 구동하도록 구성된다.

본 방법의 주요 장점들은 다음과 같이 요약될 수 있다:

- 소모비용 및 유지비용의 절약;

- 배치(batch) 및 연속 양조 모두에 대한 적합성;

- 짧은 분쇄 시간; 및

- 시스템을 통과하는 연속적인 흐름으로 인한 위생적 설계.

추가로, 본 발명의 발명자들은, 다른 분쇄 기법들과는 달리 본 발명이 12%를 초과하는 습도를 가진 곡물 알곡들을 분쇄하고 추출하는 데에도 적합하게 사용될 수 있음을 발견하였다. 마지막으로, 예를 들어 보리를 추출하기 위하여 사용되는 경우, 본 방법이 감소된 β-글루칸 성분을 갖는 추출액을 생산하는 것을 본 발명자들은 예상치 못하게 발견할 수 있었다. β-글루칸 수준의 감소는 이후 공정의 처리뿐만 아니라 제품 품질에도 긍정적인 영향을 끼친다.

본 방법의 이점들은 곡물 알곡들로부터 추출액을 특히 사업적 규모로 생산하는 경우에 두드러진다. 따라서 곡물 알곡들을 최소 시간 당 100 kg의 건조 곡물의 속도로 처리하여 곡물의 추출액을 제조하는 경우에, 본 발명은 유익하게 사용될 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 시스템의 제1 실시예를 보여주는 개략적인 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 시스템의 제2 실시예를 보여주는 개략적인 도면이다.
도 3a 및 도 3b는 본 발명의 한 실시예에 따른 블레이드를 상세히 보여주는 개략적인 도면들이다.
도 4는 본 발명에 따른 시스템의 제3 실시예를 보여주는 개략적인 도면이다.
도 5는 본 발명에 따른 분쇄 기구의 대안적인 구성을 보여주는 개략적인 도면이다.

따라서 본 발명의 한 태양은, 곡물 알곡들을 시간 당 최소 100 kg의 건조 곡물의 속도로 분쇄하고 분쇄된 곡물에서 추출액을 추출하는 연속적인 방법에 관한 것으로서, 상기 방법은,

- 연속적으로 곡물 알곡을 액체와 결합하는 단계;

- 자유롭게 떠 있는 곡물 입자들을 하나 이상의 회전 블레이드들과 충돌시킴으로써 액체 내에 포함된 곡물 입자들을 연속적으로 분해하여 분쇄된 부유물을 생산하는 단계; 및

- 분쇄된 부유물의 적어도 일부를, 선택적으로 추가적인 처리 후에, 써버린 알곡과 추출액을 분리하기 위한 분리 장치로 연속적으로 전달하는 단계를 포함하고, 상기 하나 이상의 회전 블레이드들은 최소 10 m/s의 첨단 속도로 회전하고, 하나 이상의 블레이드들에 의하여 분쇄된 부유물 속으로 전해지는 기계적 에너지가 건조 곡물 1 kg 당 5 내지 1000 kJ의 범위에 들어가며, 상기 하나 이상의 회전 블레이드들의 첨단으로부터 회전축까지의 거리가 2 내지 25 cm의 범위 안에 있다.

여기서 사용된" 곡물 알곡"이라는 용어는 특정 형태의 곡물을 지칭하는 것으로서, 한 종류의 열매 씨(곡과:caryopsis) 또는 둘 이상의 이러한 재료들의 조합을 지칭한다. 본 발명은 사용되는 곡물 알곡이 사전에 분쇄된 곡물인 경우의 방법을 포함한다.

여기서 사용된 "블레이드"라는 용어는 회전축을 중심으로 회전하도록 구성되고, (무게) 중심점으로부터 두 개의 다른 방향, 예를 들어 반대 방향으로 방사상 방향으로 뻗어있는 적어도 두 개의 (블레이드) 날개들을 보통 포함하는 단단한 물체를 지칭한다. 상기 블레이드에 대한 하나의 요구사항은, 충돌에 의하여 곡물 입자들을 분해하는 데 적절히 사용될 수 있어야 한다는 점이다. 추가로, 상기 블레이드는, 액체 속의 곡물 알곡들을 섞기 위하여 휘젓는 동작을 제공함으로써, 곡물 입자들의 균일한 분쇄를 도울 것이 요구된다.

여기서 사용된 "분해"라는 용어는 하나의 고체 입자를 둘 이상의 고체 입자들로 나누는 것을 지칭한다. "분해"라는 용어는 느슨하게 결합된 입자들, 예를 들어 덩어리로 뭉쳐있는 것을 분리하는 것을 포함하지는 않는다.

여기서 사용된 "기계적 에너지"라는 용어는 하나 이상의 회전 블레이드에 의하여 분쇄되는 부유물에 전달되는 위치 에너지 및 운동 에너지의 총량을 의미한다. 본 방법에서 기계적 에너지의 양은, 예를 들어 회전 블레이드들에 의해 발생된 온도 증가로부터 유추되거나, 그리고/또는 블레이드들을 회전시키기 위하여 사용된 토크로부터 계산될 수 있다.

"하나 이상의 회전 블레이드들"이라는 표현은, 곡물 입자들이 포함된 액체를 회전 경로를 따라 통과하여 움직이는 블레이드들을 지칭하는 것으로 이해되어야 한다. 한 실시예에 따르면, 하나 이상의 회전 블레이드들은 회전축 또는 회전체(예를 들어, 회전하는 원통의 내부)에 장착된다. 본 발명에 포함되는 다른 실시예에 따르면, 하나 이상의 회전 블레이드들은 고정된 몸체에 장착되고, 예를 들어 회전 패들(rotating paddle)들의 영향 아래, 곡물 입자들을 포함한 액체가 블레이드들을 지나 움직이도록 구성된다. 자연스럽게, 블레이드들을 회전체에 장착하고 액체를 블레이드가 회전하는 방향과 반대의 방향으로 회전하도록 함으로써 본 방법의 효율을 향상시키는 것도 가능하다.

본 방법은 연속적인 방식으로 수행되는데, 이는 본 공정이 근본적으로 연속적인 곡물 알곡 흐름 및 근본적으로 연속적인 액체의 흐름, 또는 대안으로서 곡물 알곡 및 액체를 포함하는 근본적으로 연속적인 흐름을 이용하고, 더 나아가 근본적으로 연속적인 분쇄된 부유물의 흐름을 만들어낸다는 것을 의미한다. 분리 장치에 전달된 분쇄된 부유물의 부분은 추출물 및 써버린 알곡으로 유익하게도 연속적으로 분리된다. 이렇게 얻어진 추출액은 예를 들어 양조 공정과 같이 배치 방식 또는 연속 작동 공정에서 적절하게 사용될 수 있다. 따라서 본 방법은 배치 맥아즙 생산 및 배치 발효와 같은, 배치 작업들을 사용하는 양조 공정에 사용될 수 있다. 특히 바람직한 하나의 실시예에 따르면, 본 방법은, 연속적인 맥아즙 가열, 연속적 홉 찌꺼기(trub) 제거, 및 연속적 발효를 추가로 포함하는, 연속적 양조 공정에 사용된다.

추가로, 곡물 알곡의 추출액을 제조하기 위한 시스템이 제공되는데, 상기 시스템은 위에서 설명한 방법을 수행하기에 적합하게 구성된 것이다. 상기 시스템은 분쇄 기구와, 분쇄 기구 다음 단계에 연결되고 써버린 알곡을 추출액으로부터 분리하기 위한 분리 장치를 포함하는데, 상기 분쇄 기구는 분쇄되는 부유물을 수용하기 위한 분쇄 챔버에 연결된 액체 유입구를 포함하고, 분쇄 챔버 안에는 회전자가 수용되고, 상기 회전자는 회전자의 회전축으로부터 연장되는 하나 이상의 블레이드들을 포함하고, 상기 블레이드들은 상기 분쇄 챔버에 수용되고, 상기 하나 이상의 블레이드들의 단부와 상기 회전축 사이의 거리가 2 내지 25 cm의 범위 안에 들고, 상기 회전자는 회전을 위한 구동 유닛에 연결되고, 상기 구동 유닛은 블레이드를 최소 10 m/s의 첨단 속도로 회전시킨다.

위에서 설명한 것처럼, 본 발명의 방법 및 시스템은 산업적 규모로 적절하게 수행될 수 있다. 통상적으로 본 방법에서, 곡물 알곡은 시간당 최소 150 kg, 바람직하게는 200 kg, 더욱 바람직하게는 최소 300 kg의 건조 곡물 알곡의 속도로 분쇄된다.

본 발명의 방법 및 시스템은, 곡물 입자들의 크기 감소가 오직 고속 회전 블레이드(들)의 작용에 의해서만 성취되는 점에서 장점을 제공한다. 따라서 분쇄 장치의 다른 요소들 간의 직접적 또는 간접적 접촉의 결과, 예를 들어 돌들과 같은 이물질의 결과로 발생하는 마모 및 파열이 최소화된다. 따라서 본 발명의 매우 바람직한 한 실시예에 따르면, 하나 이상의 회전 블레이드들의 작용으로 발생하는 곡물 입자들의 분해는 곡물 입자들을 상기 하나 이상의 회전 블레이드들과 다른 딱딱한 표면 사이에서 압착함으로써 이루어지는 것이 아니다. 명백하게도, 이 특징은 본 발명의 방법이 담금 및 롤러 분쇄기에 의한 습식 분쇄 기법, 조절 분쇄, 및 분산 펌프 분쇄로부터 구별되도록 한다.

본 발명의 방법 및 시스템은 곡물 알곡 입자들의 입자 크기에 있어서 상당한 감소를 성취하는 데 사용될 수 있다. 통상적으로, 하나 이상의 회전 블레이드들의 작용에 의한 곡물 입자의 분해는 곡물 알곡의 중량 가중 평균 입자 크기를 적어도 2의 인수, 바람직하게는 적어도 4의 인수로 감소시킨다. 더욱 바람직하게는 하나 이상의 회전 블레이드들은 상기 평균 입자 크기를 적어도 8의 인수로 감소시킨다.

본 발명의 방법 및 시스템은 다양한 범위의 곡물 알곡 재료들로부터 추출액을 제조하는 데 적절하게 사용될 수 있다. 특히 하나 이상의 회전 블레이드들의 작용에 의한 분해 전에 액체 내에 포함된 곡물 입자들이 0.5 mm 내지 1 cm, 바람직하게는 1 mm 내지 8mm의 중량 가중 평균 입자 크기를 갖는 경우에 좋은 결과가 성취된다.

본 발명의 방법 및 시스템은 통상적으로 입자들이 50 μm 내지 1000 μm의 범위, 바람직하게는 1 mm 내지 8 mm의 범위 안의 중량 가중 평균 직격을 갖는 분쇄된 부유물을 만들어낸다.

본 방법의 바람직한 하나의 실시예에 따르면, 큰(거친) 입자들, 예를 들어 최소 0.5 mm의 직경을 가진 입자들은, 분쇄 공정 중 또는 그 후, 그리고 분리 장치에 도달하기 전에, 액체 부유물이 적절한 분리 요소, 예를 들어 체, 스크린, 또는 하이드싸이클론(hydrocyclone)을 통과하도록 함으로써, 분쇄된 부유물로부터 선택적으로 분리된다. "선택적 제거" 또는 "선택적 분리"라는 용어는, 거친 입자들이 제거되지만 작은 입자들은 부유물 속에 남는 것을 의미한다. 더욱 바람직하게는, 최소 1.0 mm의 직경을 가진 입자들이 분쇄된 부유물로부터 제거되는 것이 좋다. 가장 바람직하게는, 최소 2.0 mm의 직경을 가진 입자들이 분쇄된 부유물로부터 제거되는 것이 좋다. 분쇄된 부유물로부터 제거된 큰 입자들은 분쇄 단계에 재순환, 즉 이렇게 분리된 입자들을 부유 곡물 입자들을 포함하는 액체 속으로 다시 투입함으로써 재순환시키는 것이 바람직하다. 특히 바람직한 하나의 실시예에 따르면, 상기 분리된 입자들은 연속적인 방식으로 재순환된다.

분쇄 기구의 이후 단계로부터 분쇄 기구의 이전 단계로 피드백 루프가 제공될 수 있다. 본 발명에 따른 하나의 실시예에서는 하나의 회귀 도관(return conduit)이 큰 입자를 포함하는 부유물을 적어도 하나의 분쇄 기구로 되돌릴 수 있다. 이후의 실시예에서는 분리된 입자들을 직접 분쇄 기구 또는 분쇄 기구의 이전 단계(예를 들어, 곡물 입자 공급이 액체와 결합하게 되는 혼합 장치)로 재순환시키는 방식이 포함되어 있음을 주지할 필요가 있다.

본 방법에서 상기 액체 및 곡물 알곡은 적절하게 혼합되어, 6 내지 50 wt.%, 바람직하게는 10 내지 45 wt.%, 그리고 더욱 바람직하게는 15 내지 40 wt.%의 전조 물질을 포함하는 부유물을 형성한다. 여기서 "건조 물질"은 용해된 물질 및 용해되지 않은 물질을 모두 포함한다.

상기 곡물 알곡과 결합된 액체는 수성의 액체인 것이 바람직하다. 사용된 수성 액체는 양조용 물이 될 수 있다. 그러나 본 발명은 또한, 다른 곳에서 발생한 재순환된 수성 액체 흐름을 양조 공정에서 사용하는 것도 포함한다. 이렇게 재순환된 수성 액체의 예로는, 본 방법에서 써버린 알곡을 세척하기 위하여 사용된 세척수일 수 있다.

본 발명의 방법 및 시스템의 분쇄 효율은 회전 블레이드들의 작용 아래 곡물 입자들의 분해가 발생하는 분쇄 챔버의 부피에 따라 영향을 받는다. 만약 부피가 크면, 실질적으로 입자 크기 감소를 성취하는 데 너무 오래 걸릴 수 있다. 만약 부피가 매우 작으면, 체류 시간이 너무 짧아져서 곡물 입자들의 오직 일부만이 회전 블레이드들과 충돌할 수 있는 기회를 갖게 됨에 따라 실질적으로 입자 크기를 감소시키는 것이 역시 어려워진다. 본 발명의 발명자들은, 곡물 및 액체의 혼합된 흐름이 일련의 비교적 작은 부피의 분쇄 챔버들을 통과하도록 함으로써, 매우 효율적인 곡물 알곡의 분쇄가 이루어질 수 있음을 발견하였는데, 여기서 각각의 분쇄 챔버은 위에서 설명한 것처럼 하나 이상의 회전 블레이드들을 포함한다. 대안으로서, 혼합된 흐름이 연속된 둘 이상의 회전 블레이드들, 바람직하게는 연속된 셋 이상의 회전 블레이드들을 포함하는 튜브를 통과하도록 함으로써 효율적인 분쇄가 이루어질 수 있다. 상기 튜브는 직선형일 수도 있고, 또한 휘어진 것일 수도 있다. 상기 튜브의 단면은 예를 들어 원형 또는 각진 형태와 같이 여러 가지 형태를 가질 수 있다.

따라서, 본 바람직한 실시예에 따라, 곡물 입자들을 포함하는 액체가 각각 하나 이상의 회전 블레이드들을 구비한 둘 이상, 더욱 바람직하게는 셋 이상의 분쇄 챔버들을 통과하도록 함으로써, 곡물 입자들이 분쇄된다. 각각의 분쇄 챔버 안에서의 체류 시간은 0.1 내지 10 분의 범위, 더욱 바람직하게는 0.1 내지 4분의 범위 안에 있는 것이 좋다. 가장 바람직하게는, 각각의 분쇄 챔버 안에서의 체류 시간이 0.2 내지 2분의 범위 안에 있는 것이 좋다.

본 발명의 방법 및 시스템에서 사용된 회전 블레이드들은 고속 회전축에 적절하게 장착되어 있다. 본 발명의 방법 및 시스템은, 하나 이상의 회전 블레이드들을 사용하는 것이 바람직한데, 회전 블레이드 각각은 방사상으로 연장되고 서로 다른 방향, 예를 들어 회전축과 일치하는 무게중심점으로부터 반대의 방향으로 연장된 적어도 두 개의 블레이드 날개들을 포함하는 것이 바람직하다.

회전 블레이드들의 날개들은 선행 가장자리 및 후행 가장자리를 포함한다. 바람직하게는, 블레이드 날개 선행 가장자리의 적어도 일부가 절단용 날을 제공하도록 빗각을 이루는 것이 좋다. 상기 날개의 선행 가장자리에 절단용 날을 제공함으로써, 회전 블레이드들의 실효성이 더욱 향상될 수 있다.

위에서 설명한 것처럼, 본 발명의 방법 및 시스템에 사용된 하나 이상의 블레이드들은 유익하게도 작동 중에 뒤섞는 작용을 한다. 하나 이상의 블레이드들이 부유 곡물 입자들을 수용한 액체 안을 회전함에 따라, 상기 블레이드의 (절단) 가장자리들은 절단 경로를 정의하고, 상기 날개들은 액체 및 곡물 입자들의 흐름을 생성한다. 상기 하나 이상의 블레이드들의 회전으로 인하여 날개들에 의해 발생한 흐름은 절단 경로 상의 액체 및 부유 곡물 입자들을 끌어당겨 이 구성요소들이 균질하게 혼합되도록 하고, 절단 블레이드들을 사용하여 액체 안에 동반된 곡물 입자들을 분해한다.

하나의 유익한 실시예에 따르면, 하나 이상의 회전 블레이드들은 휘젓는 프로펠러로서 작용하는데, 다시 말하면 상기 블레이드들은 회전하는 날개들처럼 작용해서 블레이드의 전면과 후면 사이에 압력 차이를 발생시킨다. 상기 블레이드의 휘젓는 작용의 결과로 분해된 입자들은 회전 블레이드들에 의해 멀리 밀려나서, 다른 입자들로 대체될 수 있게 된다.

특히 바람직한 하나의 실시예에 따르면, 하나 이상의 블레이드들은, 선행 가장자리들이 후행 가장자리에 비하여 수직으로(회전축이 수직 방향이라고 할 때) 위 또는 아래에 위치하도록 비틀리거나, 피치가 조절되거나, 아니면 성형된, 적어도 두 개의 날개들을 포함한다. 예를 들어, 선행 가장자리들이 후행 가장자리들에 비하여 수직으로 위에 위치하도록 블레이드 날개들이 비틀어진 경우에, 혼합용 날개의 반복적인 회전은 절단 경로를 통하여 (곡물 입자들을 포함한) 액체를 끌어당기게 된다. 이에 따라, 혼합용 날개의 회전은 곡물 입자들을 절단 경로를 통과하여 아래쪽 방향으로 연속적으로 끌어당기고, 그 후에는 입자들을 분쇄 챔버의 안쪽 표면을 따라 위쪽으로 밀어낸다. 결과적으로 블레이드의 회전을 통하여 곡물 입자들이 연속적으로 분쇄되고 분쇄 챔버의 내용물과 혼합되기 때문에, 곡물 입자들 및 액체는 균질하게 혼합된다.

특히 바람직한 한 실시예에 따르면, 하나 이상의 블레이드들은 둘 이상의 날개들을 포함하고, 상기 날개의 선행 가장자리들은 절단 경로를 정의하며, 상기 블레이드 날개들은 블레이드들의 무게중심을 통과하는 회전축과 수직인 평면에 대하여 복합적인 각도들(compound angles)로 정렬되어 혼합용 날개에 복합적인 절단 경로들을 제공한다.

유익하게도, 날개들 각각은, 그 선행 가장자리가 후행 가장자리보다 수직으로 위 또는 아래에 위치하도록 비틀리거나 성형되고, 그 원위 단부가 중심점보다 수직으로 위 또는 아래(회전축을 수직으로 볼 때)에 위치하도록 각도를 주어 구성된다. 특히 바람직한 하나의 실시예에 따르면, 블레이드 날개들의 선행 가장자리는 그 후행 가장자리보다 수직으로 위에 위치하고, 그 원위 단부는 그 중심점 보다 수직으로 위 또는 아래에 오도록 정렬된다.

일정 기준점 까지, 날개들의 각도가 크면 클수록, 그리고 더욱 중요하게는 날개들의 비틀림이 크면 클수록, 혼합용 블레이드들과 연관된 리프트(lift)의 양도 더욱 커진다. 블레이드 날개들은 적절한 리프트를 생성하기 위하여 날개의 전체 길이를 따라 비틀어지거나, 대안으로서, 블레이드 날개의 일부가 비틀어질 수 있다. 통상적으로 블레이드 날개의 선행 가장자리로부터 후행 가장자리까지 경사각은 60˚를 넘지 않고, 더 바람직하게는 45˚를 넘지 않는다(수직 회전축을 가정할 때, 경사각은 수평면에 대하여 상대적으로 정의된다). 가장 바람직하게는, 선행 가장자리로부터 후행 가장자리까지 최대 경사각이 5˚ 내지 30˚ 범위 안에 존재한다.

본 발명의 공정에서 사용되는 블레이드 날개들은 회전축으로부터 방사상 바깥쪽으로 유익하게 연장된다. 상기 블레이드 날개들은 방사상 평면에 대하여 상대적으로 위쪽 또는 아래쪽으로 일정 각도에서 바깥쪽으로 연장될 수 있다. 방사상 평면에 상대적으로 이렇게 위 또는 아래로의 각도는 5˚ 내지 70˚의 범위, 더 바람직하게는 10˚ 내지 45˚의 범위 안에 있는 것이 바람직하다. 상기 날개의 단부는 방사상 평면을 기준으로 상기 각도로 기울어지는 것이 바람직하다. 통상적으로, 상기 단부는 블레이드 날개 길이의 60% 미만, 더 바람직하게는 50% 미만을 지칭한다.

하나의 유익한 실시예에서, 하나 이상의 회전 블레이드들은 동일한 방사상 방향에서 위쪽 및 아래쪽 각도로 연장된 둘 이상의 블레이드 날개들을 포함한다. 블레이드 날개들의 이러한 구성은 분쇄 작업의 효율을 증가시키는 장점이 있다.

블레이드 날개들 각각은 회전축과 날개 첨단의 원위 단부 사이에서 측정된 실효 폭 및 길이를 갖는데, 상기 실효 폭과 길이의 비율은 1:1 내지 1:20의 범위, 바람직하게는 1:2 내지 1:5의 범위 안에 포함된다.

위에서 언급한 것처럼, 본 발명의 방법 및 시스템에서 사용된 회전 블레이드들은 매우 고속으로 회전한다. 통상적으로 하나 이상의 회전 블레이드들은 최소 2,000 rpm의 속도, 더 바람직하게는 최소 10,000 rpm의 속도로 회전한다. 통상적으로 하나 이상의 회전 블레이드들의 첨단 속도는 최소 12 m/s, 더 바람직하게는 최소 15 m/s, 더 바람직하게는 최소 20 m/s, 더욱 바람직하게는 최소 50 m/s, 그리고 가장 바람직하게는 최소 70 m/s이다.

본 발명의 장점들은, 비교적 작은 크기를 갖는 회전 블레이드들을 사용함으로써 성취된다. 한편으로는 블레이드 길이의 상당 부분을 따라서 블레이드가 곡물 입자들과 부딪히는 충돌이 상기 입자들을 분해하기에 충분하도록 보장하기 위하여 충분히 기다란 회전 블레이드를 사용하는 것이 중요하다. 그러나 동시에, 블레이드를 고속 첨단 속도로 회전시키기 위해 필요한 토크는 블레이드 길이의 증가에 따라 증가하기 때문에, 그리고 기다란 블레이드는 높은 속도로 회전 시 훨씬 더 취약해지기 때문에, 블레이드의 길이는 일정 최대값으로 제한된다. 통상적으로 본 발명의 방법에서 사용된 하나 이상의 회전 블레이드들의 첨단과 회전축 사이의 거리(즉 상기 하나 이상의 블레이드들의 길이)는 2.5 내지 20 cm의 범위, 더 바람직하게는 2.5 내지 18 cm의 범위, 그리고 가장 바람직하게는 3 내지 15 cm의 범위 안에 들어간다. 특히 바람직한 실시예에 따르면, 최소 10 m/s의 첨단 속도, 특히 최소 20 m/s의 첨단 속도로 회전하는 모든 회전 블레이드들의 첨단은 회전축으로부터 25 cm 이내, 더 바람직하게는 20 cm 이내, 더욱 바람직하게는 18 cm 이내, 그리고 가장 바람직하게는 15 cm 이내에 위치한다.

본 방법이 유지보수의 필요가 거의 없이 수행될 수 있도록 보장하기 위하여, 금속, 세라믹, 합성 폴리머, 다이아몬드, 및 그 조합들로 구성된 집단으로부터 선택된 전단 저항력을 갖춘 재료로 만들어진 회전 블레이드들을 사용하는 것이 바람직하다.

특히 바람직한 하나의 실시예에 따르면, 하나 이상의 회전 블레이드들은 0.1 내지 1 cm, 더 바람직하게는 0.2 내지 0.8 cm, 그리고 가장 바람직하게는 0.25 내지 0.6 cm의 두께를 갖는다. 최소의 두께를 갖는 블레이드를 사용하는 것이 유익한데, 이는 회전 마찰력을 줄이고 블레이드의 '절단력'을 극대화시키기 때문이다. 그러나 당연하게도, 상기 두께는 회전 블레이드의 적절한 작동 수명을 보장하기에 충분한 것이어야 한다.

회전 블레이드들의 작용에 의한 분해 이전에 곡물 알곡과 결합되는 상기 액체의 온도는 넓은 범위 내에서 변할 수 있다. 통상적으로, 곡물 알곡과 결합될 때의 상기 액체의 온도는 -5 내지 100˚C의 범위, 바람직하게는 10 내지 60˚C의 범위 안에 있다.

곡물 알곡 입자 크기의 상당한 감소를 얻기 위하여, 하나 이상의 회전 블레이드들로부터 분쇄되는 부유물로 상당한 양의 기계적 에너지가 전달되어야 한다. 통상적으로, 하나 이상의 회전 블레이드들로부터 분쇄되는 부유물로 전달되는 기계적 에너지의 총량은 건조 곡물 알곡 kg 당 최소 8 kJ, 더 바람직하게는 최소 10 kJ, 가장 바람직하게는 최소 15 kJ이다. 본 방법은 제한된 양의 기계적 에너지 전달로 곡물 알곡의 상당한 크기 감소가 성취될 수 있다는 점에서 장점이 있다. 따라서 하나 이상의 회전 블레이드들에 의하여 분쇄되는 부유물에 유익하게 전달된 기계적 에너지의 총량은 건조 곡물 알곡 kg 당 800 kJ, 더 바람직하게는 500 kJ, 가장 바람직하게는 300 kJ을 넘지 않는다.

하나 이상의 회전 블레이드들에 의해 분쇄되는 부유물에 전달된 기계적 에너지는, 냉각 또는 상당한 증발이 없는 경우에, 분쇄되는 부유물의 온도 증가를 유발한다. 본 방법에서, 곡물 입자들의 분해는 분쇄되는 부유물에 있어서 통상적으로 100˚C, 더 바람직하게는 60˚C, 그리고 가장 바람직하게는 30˚C보다 낮은 온도 증가를 동반한다. 상당한 온도 증가를 피하기 위하여, 곡물 입자 부유물은 분쇄 작업 중에 냉각될 수 있다. 그러나 하나의 바람직한 실시예에 따르면, 곡물 입자들의 분해는 상기 부유물의 냉각 없이 이루어진다.

상기 분쇄된 부유물은 써버린 알곡 및 추출액으로 분리하기 위한 분리 장치로 전달되기 전에 하나 이상의 추가 처리에 적절하게 노출될 수 있다. 하나의 바람직한 실시예에 따르면, 써버린 알곡 및 추출액으로 분리되기 전에, 상기 분쇄된 부유물은 효소가 추출된 전분을 당분, 일반적으로 맥아당으로 분해하도록 담금 공정을 거친다.

써버린 알곡 및 추출액으로의 분리는 종래 알려진 고체-액체 분리 기법 어느 것을 통해서도 적절히 성취될 수 있다. 상기 분리는 매쉬 여과기(mash filter), 원심분리기, 라우터턴(lautertun), 체(sieve) 등으로부터 선택된 하나 이상의 분리 장치를 이용하여 이루어지는 것이 바람직하다. 본 발명은 매쉬 여과기를 사용하여 효과적으로 분리될 수 있는 분쇄된 부유물을 제조하는 데 특히 적절하다. 따라서 특히 유익한 하나의 실시예에서, 본 방법은 분쇄된 부유물을 써버린 알곡 및 추출액으로 분리하기 위하여 매쉬 여과기를 사용한다.

본 방법에 의해 처리되기에 적합한 곡물 알곡들의 예들은 보리, 수수(sorghum), 쌀, 옥수수, 메밀, 호밀, 조, 이러한 곡물들의 싹 틔운 알곡들 및 그 조합들을 포함한다. 특히 바람직한 하나의 실시예에 따르면, 본 방법의 곡물 알곡은 보리, 특히 맥아를 포함한다.

더 나아가 본 발명은 아래의 도면들을 참조하여 도시되었다.

도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 시스템의 제1 실시예를 보여주는 개략적인 도면이다.

도 2는 제2 실시예를 보여주는 개략적인 도면이다.

도 3a 및 도 3b는 본 발명의 한 실시예에 따른 블레이드를 상세히 보여주는 개략적인 도면들이다.

도 4는 제3 실시예를 보여주는 개략적인 도면이다.

도 5는 본 발명에 따른 분쇄 기구의 대안적인 구성을 보여주는 개략적인 도면이다.

도 1은 본 발명의 한 실시예를 개략적으로 예시하고 있다. 본 도면은 분쇄 기구(1)의 단면을 보여준다. 추가로 도 1은 본 발명에 따른 반응 챔버(reaction chamber)(50)(예를 들어 열교환기) 및 분리 장치(20)(예를 들어 고체를 액체로부터 분리하기 위한 장치)를 보여준다. 상기 분쇄 기구(1), 반응 챔버(50), 및 분리 장치(20)를 포함하는 시스템은 맥아즙과 같이 곡물 알곡 추출물의 준비 및 제조에 사용될 수 있다.

본 발명에 따른 시스템은 하나 이상의 분쇄 기구(1)들을 포함한다. 하나의 실시예에서 본 발명에 따른 상기 시스템은 연속적으로 구성된 둘 이상의 분쇄 기구(1)들을 포함한다. 상기 둘 이상의 분쇄 기구(1)들은 순차적으로 연결되는 것이 바람직하다. 또한 일련의 회전 블레이드들을 포함하는 하나의 분쇄 기구를 사용하는 것, 예를 들어 둘 이상의 회전 블레이드들을 수용하는 하나의 튜브를 사용하는 것도 가능하다. 둘 이상의 분쇄 기구들을 사용하거나 일련의 회전 블레이드들을 사용하는 것은, 아래에서 더욱 자세히 설명하는 것처럼, 곡물 입자들의 효율적인 분해를 가능하게 한다.

도 1에서, 액체가 유입구(2)를 통하여 분쇄 챔버(3)에 들어감으로써 분쇄 기구(1)에 유입된다. 본 도면에 따른 실시예에서, 상기 분쇄 챔버(3)은 그릇(vessel) 또는 용기(container)일 수 있다. 제2 유입구(4)는 분쇄 챔버(3)에 곡물 알곡을 공급하기 위한 유입구를 나타낸다. 비록 유입구(2, 4)들이 특정한 위치에 도시되었지만, 본 발명의 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 유입구(2, 4)들을 원하는 위치에 배치할 수 있다. 하나의 실시예에서, 유입구들 중 하나는 액체 또는 곡물 알곡을 분쇄 챔버(3)의 중간 부분, 예를 들어 블레이드(30, 31)들에 가까운 부분으로 공급한다. 다른 실시예에서는 액체 및 곡물 알곡의 혼합체가 유입구(2)를 통하여 분쇄 기구(1)에 공급된다.

분쇄 챔버(3)은 곡물 알곡의 부유물을 포함한다. 상기 부유물은 도면에서 일정 수준(13)을 갖는 것으로 도시되었다. 그러나 하나의 바람직한 실시예에서 분쇄 챔버(3)은 액체로 가득 채워진다.

상기 액체 및 곡물 알곡이 분쇄 챔버로 들어가는 흐름을 제어하는 것이 가능하다. 유입량을 표현하는 매개변수들(도 1에서 조절 밸브(44) 또는 투입 나사(45)의 형태로 개략적으로 도시됨)은 프로세서 및 메모리(도면 생략)를 포함하는 제어기(5)에 모아질 수 있다. 상기 제어기(5)는 예를 들어 무선을 이용하여 유입량을 측정하기 위한 측정 장치(도면 생략)에 연결된다. 상기 조절 밸브(44) 및 투입 나사(45)는 분쇄 챔버(3)로 들어가는 유입량을 제어하기 위한 수단을 포함할 수 있다.

상기 제어기(5)는 구동 유닛(6)과 연결되고 구동 유닛을 제어할 수 있다. 구동 유닛(6)은 회전자(7)를 원하는 속도로 회전시킬 수 있는 유닛을 개략적으로 나타낸 것이다. 상기 구동 유닛(6)은 전자적으로 제어되는 엔진일 수 있다. 그것은 변속기(transmission)를 포함할 수 있다.

상기 회전자(7)는, 개략적으로 표현된 밀봉 샤프트 베어링(12)에 매달려 분쇄 챔버(3) 안으로 연장되는 샤프트(8)를 포함한다. 하나의 실시예에서는 상기 구동 유닛(6)도 역시 분쇄 챔버(3) 안에 수용된다. 하나의 실시예에서는 변속기가 분쇄 챔버(3) 안에 수용된다.

하나의 실시예에서, 상기 구동 유닛(6)의 회전축은 변속기를 통해 샤프트(8)에 연결된다. 하나의 실시예에서는, 하나의 구동 유닛(6)이 다른 분쇄 기구(1)들의 둘 이상의 샤프트(8)들을 구동하는 데 사용된다. 하나의 실시예에서, 하나의 분쇄 기구(1)는 다른 블레이드(30, 31)들을 구비한 둘 이상의 샤프트(8)들을 포함한다.

두 개의 블레이드(30, 31)들이 상기 샤프트(8) 위에 장착된다. 블레이드(30, 31)들은 상기 샤프트(8)에 잠기고 풀릴 수 있는, 교체 가능한 유닛이다. 도시된 실시예에서는, 블레이드(30, 31)들 사이에 슬리브(46)가 끼워져 있다. 본 발명의 기술 분야에 통상의 지식을 가진 자는 상기 샤프트(8)에 블레이드(30, 31)들을 장착하기 위하여 다른 종류의 장착 시스템도 구성할 수 있을 것이다.

도 3b의 실시예에서 볼 수 있는 것처럼, 하나의 실시예에서 상기 블레이드(30)는 세 개의 블레이드 날개(9 내지 11)들을 포함한다. 회전축(14)으로부터 블레이드의 첨단(16)까지의 거리(15)는 최소 2 cm이다. 바람직하게는, 상기 거리(15)가 최소 5 cm이고, 더 바람직하게는 최소 10 cm인 것이 좋다. 하나의 실시예에서, 상기 블레이드들은 최대 25 cm, 더 바람직하게는 최대 20 cm의 최대 길이(15)를 갖는다. 상기 블레이드(30)는, 회전 중에 날카로운 가장자리(29)가 날개(9 내지 11)들의 전방 가장자리를 형성하도록, 시계 방향(28)으로의 회전을 하도록 배치되고 구성된다. 더 나아가, 날개(9 내지 11)들의 원위부(distal portion)(27)는 위쪽으로 휘어진 핀(fin)(26)을 포함한다. 상기 핀(26) 및 날카로운 전방 가장자리(29)들은 분쇄 챔버에 포함된 액체 안에 있는 알곡들을 분쇄하기 위하여 배치되고 구성되었다. 상기 핀(26)들은 더 나아가 작동 중에 액체를 휘저을 수 있도록 배치되고 구성된다.

본 발명에 따르면, 상기 첨단(16)은 분쇄 중에 혼합기와 같은 효과를 생성하기 위하여 적어도 10 m/s의 최소 속도를 갖는다.

도 3a는 블레이드(90)의 다른 실시예를 보여준다. 블레이드(90)는 하나의 중앙 슬리브형 몸체(91)와 그 슬리브형 몸체로부터 방사상 방향으로 연장된 네 개의 날개(92 내지 95)들을 포함한다. 날개(92 내지 95)들 각각은 일반적으로 방사상 방향의 연장부(96) 및 그 연장부(96)보다 더 연장되어 방사상 평면(98)을 기준으로 위쪽 또는 아래쪽으로 각도 α를 이루는 첨단부(97)를 포함한다. 하나의 실시예에서, 상기 날개(92 내지 95)들은 하나의 핀을 또한 구비한다. 이는 도 3a에서는 생략되어 있다. 상기 핀, 또는 샤프트 축(14)에 평행한 방향으로 연장된 날개의 다른 일부분은 회전 중에 액체 속에서 교란을 발생시킬 수 있고, 사용 중인 유체의 혼합을 유발하여, 분쇄 챔버(3) 내에 포함된 전체 유체의 분쇄를 가능하게 한다.

하나의 실시예에서, 상기 핀들은 회전 중에 유체의 날개로의 유입 및 날개로부터의 배출을 유발하여 유체가 휘저어지도록 한다.

하나의 실시예에서, 상기 샤프트(8)는 분쇄 챔버(3)의 바닥 단부로부터 분쇄 챔버(3) 안에 포함된 위쪽의 유체 속으로 연장된다. 상기 블레이드들은 분쇄 챔버의 바닥 표면에 가까운 샤프트로부터 연장된다.

상기 제어기(5)는 블레이드들을 회전시키도록 구동 유닛(6)을 제어할 수 있다. 상기 구동 유닛은 블레이드 날개들을 최소 10 m/s, 바람직하게는 최소 15 m/s로 회전시킬 수 있다. 이는 산업적 규모에서 주방용 혼합기 효과를 얻을 수 있도록 하여, 종래 기술의 시스템들보다 더욱 효과적인, 시간 당 최소 100 kg의 건조 곡물 알곡의 속도로 곡물 알곡을 분쇄함으로써 곡물 알곡의 추출액을 제조하는 시스템을 가능하게 한다.

상기 분쇄 기구(1)는 액체 및 곡물 알곡의 연속적인 공급을 위하여 구성되는 것이 바람직하다.

도 2는 다른 실시예를 보여주는데, 혼합 챔버(mixing chamber)(60)가 순차적으로 구성된 세 개의 분쇄 기구(61)들의 이전 단계에 배치되고, 다른 구성요소들은 제1 실시예와 유사하다. 상기 혼합 챔버(60)는 곡물 알곡을 위한, 그리고 물 또는 수성 액체를 위한 두 개의 유입구(62, 63)들을 포함하고, 곡물 알곡 및 수성 액체는 개략적으로 도시된 혼합 장치(64)를 포함하는 일반적인 드럼형의 용기에 모아지게 된다. 상기 혼합 장치는 하나의 블레이드(65) 및 하나의 구동 유닛(66)을 포함한다. 상기 구동 유닛(66) 및 블레이드(65)는 상기 유체 및 알곡을 혼합하도록 구성된다. 바람직하게는 혼합을 위해 낮은 분 당 회전수를 사용하는 것이 좋다. 하나의 실시예에서, 상기 혼합 챔버(60)는 부유물의 분쇄 전처리를 수행하도록 구성된다. 도시된 실시예에서, 혼합된 부유물은 세 개의 분쇄 기구(61)들 중 첫 번째로 흘러가는데, 이 분쇄 기구는 상기 분쇄 기구(1)와 유사한 구성을 갖는다.

작동 중에 상기 블레이드(30, 31)들, 특히 블레이드 날개(9 내지 11)들의 첨단(16)은 분쇄 챔버(3) 안에 수용된 액체 내에 부유하는 곡물 입자들을 분해한다. 높은 각속도와 특히 블레이드 날개(9 내지 11)들 첨단(16)의 높은 속도로 인하여, 상기 블레이드 날개들은 상당한 양의 운동 에너지를 부유물에 전달한다. 전달되는 총 기계적 에너지는 건조 곡물 알곡 kg 당 최소 5 kJ인 것이 바람직하다. 상기 제어기(5)는 회전 속도가 적절한 양의 운동에너지, 즉 부유물 속에 있는 곡물 입자들을 분해하기에 충분한 운동에너지를 부유물에 전달하기에 충분한지를 감시할 수 있다.

분쇄 기구(1)의 작동 결과로서 부유 입자들의 혼합을 증가시키기 위하여, 상기 분쇄 챔버은 도시된 실시예에서 분쇄 챔버(3) 벽으로부터 방사상 안쪽 방향으로 연장된 하나 이상의 배플(baffle)(74, 75)들을 포함할 수 있다. 상기 배플(74, 75)들은 분쇄 챔버(3) 내에 위치한 배플 몸체의 부분일 수 있다.

도 1에 보인 제1 분쇄 기구는 하나의 배출구(18)를 갖는다. 상기 배출구(18)는 제어기(5)에 의해 제어될 수 있는 하나의 밸브(19)를 포함한다. 상기 배출구(18)는 알곡 부유물을 다음 분쇄 기구로 전송하는 것을 가능하게 한다. 마지막 분쇄 기구는 분쇄된 부유물을 반응 챔버(50)와 그 이후 단계의 분리 장치(20)로 전송하는 하나의 배출구(21)를 구비한다. 본 실시예에서 상기 분리 장치(20)는 배출구(23)의 전 단계에 위치하고 개략적으로 도시된 메쉬(mesh)(22)를 포함한다.

하나의 실시예에서, 상기 분리 장치(20)는 하나의 원심분리기를 추가로 포함한다. 곡물 알곡의 추출액 제조에 대하여 통상의 지식을 가진 자는 도시된 실시예에 따른 분쇄 기구와 연계하여 사용될 수 있는 여러 다른 구성들도 익숙하게 알고 있을 것이다.

하나의 실시예에서, 상기 배출구(18)는 일반적으로 분쇄 챔버(3) 높이의 절반 위치에 배치된다. 이는 분쇄 챔버(3)로부터 분쇄된 유체의 연속적인 전달을 가능하게 한다. 바닥면 근처에는 더 무거운 부유 입자들이 축적되고, 위쪽 끝에서는 더 가벼운 부유 입자들이 존재하게 된다.

비록 도 1은 액체 수준(13)을 도시하고 있지만, 분쇄 기구(1) 안에서 가스로 차있는 위쪽 공간이 없이 상기 분쇄 챔버을 작동시키는 것도 가능하고, 일부 실시예에서는 오히려 바람직하기도 하다.

하나의 실시예에서, 분쇄 기구(1, 61)들 사이, 그리고 반응 챔버(50)로의 전달은 연속적이다. 이어지는 전달 단계들은 배치 방식 및/또는 연속적일 수 있다.

비록 도 1이 본 발명에 따른 시스템을 매우 개략적으로 도시하고 있지만, 본 발명의 기술 분야에 통상의 지식을 가진 자는 본 명세서에서 개시된 발명을 이용하여 도시된 실시예를 산업적 규모로 업그레이드할 수 있을 것이다. 특히, 본 발명의 기술 분야에 통상의 지식을 가진 자는 본 발명에 따른 시스템을 양조를 위하여 제공할 수 있다.

도 4는 본 발명에 따른 시스템의 제3 실시예를 개략적으로 도시하고 있다. 도 4는 하나의 혼합 기구(100) 및 하나의 분쇄 기구(104)를 포함하는 시스템을 개략적으로 보여주는데, 상기 분쇄 기구는 하나의 분쇄 챔버(105)을 포함하고, 상기 분쇄 챔버에는 세 개의 개략적으로 도시된 구동 유닛들 및 회전자들(101, 102, 103)이 수용된다. 곡물 알곡(120) 및 물 또는 수성 액체(121)가 혼합 챔버(112)로 추가되어 부유물로 변환된다.

상기 혼합 기구(100)는 혼합 챔버(112) 안에 수용된 하나의 회전자(111)를 포함하고, 또한 상기 회전자(111)에 연결된 구동 유닛(113)도 역시 혼합 챔버(112) 안에 완전히 수용된다.

상기 분쇄 챔버(105)는 구획판(109, 110)들에 의해 개략적으로 분리된 세 개의 분쇄 유닛(106 내지 108)들을 포함한다. 상기 구획판(109, 110)들은 유익하게도 분쇄 챔버(105)를 통과하여 흐르는 부유물에 포함되어 있는 큰(또는 거친) 입자들이 각각 분쇄 유닛(106) 및 분쇄 유닛(107)에 남겨질 수 있도록 구성된다. 도시된 실시예에서, 분쇄 챔버(105)에서의 부유물 수준(122)이 상기 구획판들을 넘어 다음 분쇄 유닛으로 넘칠 정도이지만 함께 부유물 안에 포함된 큰 입자들을 운반하지는 못할 정도의 높이로 유지되기 때문에, 큰 입자들은 구획판(109 및 110)에 의해 남겨진다. 따라서 큰 입자들은 구획판(109 또는 110)을 지나갈 수 있는 입차 크기로 분쇄 작용에 의해 분해될 때 까지 분쇄 유닛(106) 및 분쇄 유닛(107) 안에 남겨진다.

분쇄 챔버(105)의 하류에서는 펌프(115)가 도면에 표시된 화살표에 따라 부유물의 흐름을 돕는다. 추가적인 큰 입자들의 분리가 펌프(115) 하류의 분리 요소(116)에서 이루어질 수 있다. 재순환 도관(125)은 분리된 큰 입자들을 하나 이상의 분쇄 유닛(106, 107, 108)들에 보내는 피드백 흐름을 만들어낼 수 있다.

적절하게 분해된 입자들을 포함하는 부유물은 이후 반응기(117)로 흘러가고, 다시 그곳으로부터 추출액(119)을 얻기 위하여 써버린 알곡 분리기(118)로 흘러간다.

도 5는 분쇄 기구(130)의 또 다른 실시예를 도시하고 있다. 하나의 구동 유닛(131)은 도시되지 않은 하나의 프레임에 연결된다. 추가로, 고정 요소(135)가 상기 프레임에 고정 연결된다. 상기 구동 유닛(131)은 화살표(138)와 같이 블레이드(136)들을 장착한 회전자 몸체(133)를 회전시킨다. 상기 회전자 몸체(133)는 상기 고정 요소(135)에 회전 가능하도록(134) 장착된다. 여기서 상기 고정 요소(135)는 회전축의 위치에 배치된다. 블레이드(136)들의 첨단은 도면 부호 139 근처에 배치된다.

본 발명은 이어지는 비한정적 실시예들을 이용하여 더욱 설명된다.

실시예들

제1 실시예

128 kg/h의 연속적인 맥아 스트림이 283 kg/h의 연속적인 양조용 물 스트림과 함께 분쇄 챔버로 유입된다. 6 L의 부피를 갖는 상기 분쇄 챔버 안에서는 직경 8.5 cm의 블레이드가 21,500 rpm으로 회전한다. 이 챔버로부터 생성되는 스트림은 동일한 공정 설정으로 구성되고 순차적으로 작동하는 두 개의 유사한 챔버들로 전달된다. 이 분쇄 시스템은 일정한 공급 조건 하에서 최소 20 분 동안 분쇄함으로써 안정 상태에 이르게 된다.

제3 분쇄 챔버로부터의 결과는 모아져서 100 L의 뒤섞이는 담금 용기에 부어진다. 통상적인 담금 공정의 설정, 즉 20분 간 58˚C에서의 단백질 조정(protein rest), 15분 간 66˚C에서의 가열 단계, 25분 간 66˚C에서의 당화 조정(saccharification rest), 다시 15분 간 76˚C에서의 가열, 및 10분 간 동일 온도에서의 최종 조정이 사용된다. 이후에는 매쉬(mash)가 두 개의 챔버들을 가진 매쉬 여과기로 전달된다. 상기 매쉬 여과기는 해머 분쇄 맥아와 동일한 방식으로 작동된다.

그 결과 얻어지는 맥아즙은 펌프를 이용하여 가열 용기로 보내지고, 맥아즙은 90분 간 끓여진다. 뜨거운 홉 찌꺼기의 분리 및 발효 온도로의 맥아즙 냉각 후에, 산소 및 이스트(yeast)가 첨가되고 정상적인 맥주 발효가 수행된다. 맥아즙 샘플들이 추출되고 분석되는데, 12.9 %(w/w)의 맥아즙 초기 비중을 나타내게 된다.

최종 맥주 제품은 적합한 용기(병)들에 포장되고 맥주 품질 지표들로 분석된다. 맥아즙 지표들 및 맥주 지표들의 분석은 좋은 담금 결과 및 좋은 제품 품질을 보여준다. 특히 흥미로운 것은 담금 공정 중에 형성되는 발효 가능 당의 양인데, 맥아 알곡의 분쇄에 의해 발생하는, 효소를 위한 전분의 활용 가능 정도를 나타낸다. 본 실시예에서 탄수화물의 69.8 %(w/w)의 값이 발효 가능한 당이고, 그 결과 명백히 86 %(w/w)의 최종 감쇄 한도를 가져온다.

제2 실시예

200 kg/h의 연속적인 맥아 스트림 및 400 kg/h의 물 스트림이 혼합 용기에 유입되고, 부유물을 얻기 위하여 추진체를 이용하여 계속 휘저어진다. 상기 혼합물은 6 L의 부피를 갖는 제1 분쇄 챔버로 전달된다. 챔버 안에서는 8.5 cm의 직경을 가진 블레이드가 21,500 rpm의 속도로 연속 회전한다. 이 챔버로부터 배출되는 제품 스트림은 동일한 처리 설정을 갖고 순차적으로 작동하는 두 개의 유사한 챔버들에 전달된다.

상기 일련의 분쇄 챔버들 후에는 정변위 펌프(positive displacement pump)가 상기 혼합물을 600 L 부피의 수직 변환 반응기로 전달한다. 상기 반응기는 혼합을 위한 디스크들이 장착되어 있는 수직 축을 구비하고 있다. 반응기의 높이를 따라 적용되는 온도 설정은, 58˚C에서의 단백질 조정, 67˚C에서의 당화 조정, 및 78˚C에서의 최종 조정이 적용된다. 이후에는 입자들을 제거하기 위하여 매쉬가 디켄터 원심분리기로 전달된다.

산출되는 맥아즙은 펌프를 이용하여 변환 반응기와 같은 기하학적 특성을 가진 가열 반응기로 전달되고, 60분 간 103˚C에서 끓여진다. 뜨거운 홉 찌꺼기의 제거 및 발효 온도로의 맥아즙 냉각 후에, 산소 및 이스트가 첨가되고, 정상적인 맥주 발효가 수행된다.

Claims (18)

1. 시간 당 최소 100 kg의 건조 곡물 알곡의 속도로 곡물 알곡을 분쇄하고 분쇄된 곡물 알곡을 액체를 이용하여 추출함으로써 곡물 알곡의 추출액을 제조하는 연속적인 방법으로서,
   - 연속적으로 곡물 알곡을 액체와 섞는 단계;
   - 자유롭게 부유하는 곡물 입자들을 하나 이상의 회전 블레이드들과 충돌시켜 상기 액체 안에 포함된 곡물 입자들을 연속적으로 분해하고, 그 결과로 분쇄된 부유물을 생산하는 단계; 및
   - 상기 분쇄된 부유물의 적어도 일부를, 선택적인 추가적 후처리 후에, 써버린 알곡 및 추출액으로의 분리를 위해 분리 장치로 연속적으로 전달하는 단계를 포함하고,
   상기 하나 이상의 회전 블레이드들은 최소 10 m/s의 첨단 속도로 회전하고, 하나 이상의 회전 블레이드들에 의해 분쇄되는 부유물에 전달되는 기계적 에너지의 총량이 건조 곡물 알곡 kg 당 5 내지 1000 kJ의 범위 안에 있고, 상기 하나 이상의 회전 블레이드들 첨단과 회전축 사이의 거리가 2 내지 25 cm의 범위에 있는 것을 특징으로 하는 방법.
2. 제1항에 있어서,
   상기 하나 이상의 회전 블레이드들의 작용에 의한 곡물 입자들의 분해가 상기 하나 이상의 회전 블레이드들과 다른 단단한 표면 사이의 압력에 의하여 발생하지 않는 것을 특징으로 하는 방법.
3. 제1항에 있어서,
   상기 하나 이상의 회전 블레이드들의 작용에 의한 곡물 입자들의 분해가, 적어도 2의 인수로, 곡물 알곡의 중량 가중 평균 입자 크기의 감소를 유발하는 것을 특징으로 하는 방법.
4. 제1항에 있어서,
   상기 하나 이상의 회전 블레이드들의 작용에 의한 곡물 입자들의 분해 이전에 상기 액체에 포함된 곡물 입자들이 0.5 mm 내지 1 cm의 중량 가중 평균 입자 크기를 갖는 것을 특징으로 하는 방법.
5. 제1항에 있어서,
   분쇄된 부유물 안의 입자들이 50 내지 1000 μm의 범위 안에 있는 중량 가중 평균 직경을 갖는 것을 특징으로 하는 방법.
6. 제1항에 있어서,
   상기 액체 및 곡물 알곡은 6 내지 50 wt.%의 건조 물질을 포함하는 부유물을 형성하도록 결합되는 것을 특징으로 하는 방법.
7. 제1항에 있어서,
   상기 액체는 수성 액체인 것을 특징으로 하는 방법.
8. 제1항에 있어서,
   상기 하나 이상의 회전 블레이드들은 최소 15 m/s의 첨단 속도로 회전하는 것을 특징으로 하는 방법.
9. 제1항에 있어서,
   상기 하나 이상의 회전 블레이드들의 첨단과 회전축 사이의 거리가 2.5 내지 20 cm의 범위에 있는 것을 특징으로 하는 방법.
10. 제1항에 있어서,
    상기 하나 이상의 회전 블레이드들에 의하여 상기 분쇄되는 부유물에 전달되는 기계적 에너지의 총량이 건조 곡물 알곡 kg 당 8 내지 500 kJ의 범위에 있는 것을 특징으로 하는 방법.
11. 제1항에 있어서,
    곡물 알곡이 보리, 수수, 쌀, 옥수수, 메밀, 호밀, 조, 이러한 곡물들의 싹 틔운 알곡들 및 그 조합들로부터 선택된 것을 특징으로 하는 방법.
12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 정의된 방법을 사용하여 곡물 알곡의 추출액을 제조하기에 적합한 시스템으로서, 적어도 하나의 분쇄 기구(1) 및 분쇄 기구(1)의 이후 단계에 연결되어 추출액으로부터 써버린 알곡을 분리하기 위한 분리 장치(20)를 포함하고, 상기 분쇄 기구(1)는 분쇄되는 부유물을 수용하기 위한 분쇄 챔버(3)에 연결된 액체 유입구(2)를 포함하고, 하나의 회전자(7)가 상기 분쇄 챔버(3) 안에 수용되고, 상기 회전자(7)는 회전자의 회전축(14)로부터 연장되는 하나 이상의 블레이드(30, 31)들을 포함하고, 상기 블레이드(30, 31)들은 상기 분쇄 챔버(3)에 수용되며, 상기 하나 이상의 블레이드(30, 31)들의 첨단(16)과 회전축(14) 사이의 거리가 2 내지 25 cm의 범위 안에 있고, 상기 회전자(7)는 회전을 위한 구동 유닛(6)에 연결되고, 상기 구동 유닛(6)은 상기 하나 이상의 블레이드(30, 31)들을 최소 10 m/s의 첨단 속도로 구동시키도록 구성된 것을 특징으로 하는 시스템.
13. 제12항에 있어서,
    추가로 상기 구동 유닛(6)을 제어하기 위한 제어기(5)를 포함하고, 상기 제어기(5)는, 액체 내 부유하는 건조 곡물 알곡 kg 당 5 내지 1000 kJ의 범위에 있는 기계적 에너지 총량을 상기 하나 이상의 블레이드(30, 31)들을 이용하여 분쇄되는 부유물에 전달하도록, 상기 구동 유닛(6)을 제어하게 배치되고 구성되는 것을 특징으로 하는 시스템.
14. 제12항에 있어서,
    상기 하나 이상의 블레이드(30, 31)들은 선행 가장자리들이 절단 경로(24)를 정의하는 둘 이상의 날개(9, 10, 11)들을 포함하고, 혼합용 블레이드들에 복합적인 절단 경로를 제공하기 위하여, 상기 블레이드 날개들은 회전축(14)에 수직이고 블레이드(30, 31)들의 무게중심을 지나는 평면을 기준으로 복합적인 각도로 정렬되는 것을 특징으로 하는 시스템.
15. 제12항에 있어서,
    추가로 반응기(50)를 포함하고, 상기 분리 장치(20)는 매쉬 여과기, 원심분리기, 라우터턴(lautertun), 또는 체(sieve)인 것을 특징으로 하는 시스템.
16. 제15항에 있어서,
    상기 분쇄 기구(1)는 순차적인 하나 이상의 분쇄 유닛(106, 107, 108)들 및 상기 분쇄 유닛(106, 107, 108)들 이후 상기 반응기(50) 이전에 위치한 분리 유닛(109, 110, 116)들을 포함하고, 상기 분리 유닛은 거친 입자들을 분쇄된 부유물로부터 선택적으로 분리할 수 있고, 상기 거친 입자들은 최소 0.5 mm의 직경을 갖는 것을 특징으로 하는 시스템.
17. 제16항에 있어서,
    상기 분리 유닛(109, 110, 116)들로부터 얻어진 분리된 거친 입자들을 하나 이상의 분쇄 유닛(106, 107, 108)으로 또는 그 이전 단계로 재순환시키기 위한 재순환 도관(125)을 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템.
18. 제16항에 있어서,
    순차적인 둘 이상의 분쇄 유닛(106, 107, 108)들을 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템.

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