KR20150010735A - 과일 섬유질물품 및 그의 제조 - Google Patents

Abstract

제1 천연 공급원으로부터 유도된 제1 섬유질 및 과일로부터 유도된 제2 섬유질을 포함하는 물품. 물품의 제조 방법은 제1 섬유질과 제2 섬유질을 조합하여 섬유질 혼합물을 형성하는 단계를 포함할 수 있으며, 상기 제1 및 제2 섬유질은 개별적 재료로부터 수득되고, 섬유질들 중 적어도 하나는 식물의 가식성 과일로부터 유도된다. 물품은 상기 섬유질 혼합물로부터 형성될 수 있다.

Description

과일 섬유질물품 및 그의 제조{FRUIT FIBER ARTICLE AND MANUFACTURING THEREOF}

본원은 2012년 4월 18일에 출원된 동시계류 중인 미국 임시특허출원 제61/635,073호의 우선권을 주장하며, 그 전체 내용을 본원에 참조로 통합한다.

본 발명의 원리는 과일 섬유질("과일 섬유질")을 생산하기 위한 가식성 과일 부산물("과일 부산물")의 가공처리 방법, 더 구체적으로는 포장재, 필기지 및 다른 류의 종이를 비롯한 종이의 제조에 유용한 과일 섬유질을 제공하기 위한 감귤류 부산물과 같은 과일 부산물의 가공처리 방법에 관한 것이다. 본 발명의 원리는 또한 목재 섬유질의 부분 대체품으로서 과일 섬유질을 함유한 물품, 이를테면 종이 및 포장재에 관한 것이다.

목재 섬유질은 1800년대 중반부터 종이 및 포장재 제조에 사용되어 왔다. 목재 섬유질이 유용한 성능 특성을 꾸준히 제공하고 있기는 하지만, 목재섬유질의 저조한 환경적 프로파일로 인해 목재 섬유질을 최소한 일부 대체시키기 위한 대안적 섬유질이 추구되어 왔다. 사탕수수, 버개스, 밀짚, 볏집, 대나무, 목화 줄기, 바나나 잎, 무화과 잎, 갈대, 아무르 풀, 및 양마를 비롯한 각종 비-목재 섬유질이 제시되었다.

감귤족은 개화 식물들 중 크고 다양한 족이다. 감귤류 과일의 보편적 품종으로는 오렌지, 자몽, 레몬 및 라임이 있다. 상기 과일은 딱딱하고 질긴 껍질, 및 과즙으로 채워진 주머니들로 가득 찬 다수의 섹션을 함유한 과육 내부를 특징으로 하는 특별한 종류의 베리로 여겨진다. 감귤류 과일은 과일류에 흔하지만 감귤류 과일에서 특히 고농도로 발견되는 겔-형성 다당류인 펙틴을 함유한다.

스위트 오렌지(라임 오렌지) 및 자몽을 비롯한 선택된 품종 감귤류 과일을 상업적으로 가공처리하여 주스 및 섹션을 제공한다. 이들 무게의 약 45 내지 60%는 후가공처리된 껍질, 조각 및 씨 형태로 남아 있다. 부산물 부피는 상당하며; 미국 플로리다주의 감귤류 가공처리 공장들에서만 매년 5백만 톤의 습윤 상태의 감귤류 부산물이 생성된다. 습윤 상태의 감귤류 부산물의 높은 수분 함량과 부패성으로 인해, 통상 부산물의 잠재적인 유용도는 가공처리 공장에 지리적으로 가까운 곳에서의 사용으로 한정된다. 과일 부산물의 가장 보편적인 상업적 용도는 흔히 동물 사료로 사용되는 건조 감귤 펠릿이다.

본 발명의 원리는 종이 및 포장재와 같은 물품를 제조하는데 사용되는 목재 펄프 또는 목재 펄프 섬유질에 대한 부분 대체로 사용가능한 시스템 및 방법을 제공하는 것이다. 한 가지 시스템 및 방법은 종이 및 포장재 제조에 사용되는 과일 섬유질을 가공처리하기 위한 출발점으로서, 과일 부산물을 전처리하여 현재 지닌 색보다 더 밝은 색의 과일 부산물 및 섬유질을 생성하는 조작을 포함할 수 있다. 또 다른 시스템 및 방법은 다양한 종이 제품에 사용하도록 과일 부산물로부터 유도된 과일 섬유질을 가공처리하여 현재 가능한 것보다 밝은 색의 섬유질을 생성하는 조작을 포함할 수 있다. 2가지의 자연적으로 생성된 섬유질들을 포함한 물품을 제조할 수 있으며, 과일 섬유질과 같은 상기 섬유질들 중 하나는 그로부터 연신되는 필라멘트를 포함할 수 있다.

일 구현예에서, 본 발명의 원리는 식물의 과일로부터 종이 섬유질을 생성하기 위한 공급원료의 제조 방법을 제공하는 것이다. 상기 방법은 가식성 과일의 대부분을 제거하는 공정을 이용하여 식품을 제조한 후에 가식성 과일로부터의 섬유질을 포함한 부산물 공급원을 제공하는 단계를 포함할 수 있다. 과일을 표백처리하기 위한 하나 이상의 처리 공정을 수행할 수 있다. 이렇게 표백처리된 과일 부산물로부터 상기 공급원료를 제조할 수도 있다.

일 구현예에서, 본 발명의 원리는 제품 제조에 사용되는 섬유질의 제조 방법을 제공하는 것이다. 상기 방법은 식물의 가식성 과일로부터 유도된 섬유질을 포함한 공급원료를 제공하는 단계, 공급원료에 펙틴 분해 제재를 가하여공급원료 혼합물을 형성하는 단계, 공급원료 혼합물을 교반하는 단계, 공급원료 혼합물로부터의 섬유질을 포함한 용액을 분리시키는 단계, 및 용액으로부터 섬유질을 단리시키는 단계를 포함할 수 있다.

일 구현예에서, 본 발명의 원리는 제품 제조에 사용되는 섬유질의 제조 시스템을 제공하는 것이다. 상기 시스템은 식물의 가식성 과일로부터 유도된 섬유질을 포함한 공급원료를 수용하도록 구성된 유입 구조체를 포함할 수 있다. 반응조는 유입 구조체와 유체 연통될 수 있다. 유입관은 반응조와 유체 연통될 수 있으며, 공급원료 내 펙틴을 분해시키는 제재가 흐르도록 구성될 수 있다. 반응조는 유입 구조체로부터 공급원료를 공급받고, 유입관으로부터 제재를 공급받아, 제재를 공급원료와 혼합하여, 제재 및 공급원료를 포함한 공급원료 혼합물을 형성하도록 구성될 수 있다. 또한 반응조는 공급원료 혼합물을 교반하도록 구성될 수도 있다. 유출관은 반응조와 유체 연통될 수 있으며, 공급원료 혼합물로부터의 제재 및 섬유질을 포함한 용액을 분리하도록 구성될 수 있다. 용액으로부터 섬유질을 단리시키기 위한 수단은 유출관과 유체 유통될 수 있다.

일 구현예에서, 본 발명의 원리는 제1 천연 공급원으로부터 유도된 제1 섬유질 및 과일로부터 유도된 제2 섬유질을 포함한 물품을 제공할 수 있다는 데에 있다.

일 구현예에서, 본 발명의 원리는 제1 및 제2 섬유질을 조합하여 섬유질 혼합물을 형성하는 조작을 포함할 수 있는 물품 제조 방법을 제공하는 것으로, 제1 및 제2 섬유질은 개별 재료로부터 수득되며, 상기 섬유질 중 적어도 하나는 식물의 가식성 과일로부터 유도된다. 상기 물품은 상기 섬유질 혼합물로부터 형성될 수 있다.

본 발명의 원리는 과일 부산물로부터 수득되는 섬유질을 생성하기 위한 과일 부산물의 가공처리 방법에 관한 것이다. 상기 방법은 과일 부산물을 소화시켜(삭여서) 상기 과일 부산물의 펙틴 및/또는 초미세구조체로부터 섬유성 물질을 방출 또는 추출시키는 조작을 포함할 수 있다. 과일 섬유질은 포장지를 비롯한 종이 재료와 같은 물품에서 목재 섬유질에 대한 대용물로 유용하며, 다양한 양으로 대체됨에도 불구하고 원하는 성능 특성을 유지하고 있다.

또한 본 발명의 원리는 과일 부산물로부터 추출된 과일 섬유질을 함유한 포장지를 비롯한 종이와 같은 물품,즉 목재 섬유질 함량이 감소된 종이 또는 포장지, 및 그 제조 방법에 관한 것이다.

특정 구현예에서, 본 발명의 원리는 감귤류 또는 비-감귤류 과일 부산물로부터의 섬유질을 제공하기 위한 감귤류 또는 비-감귤류 과일 부산물의 가공처리 방법에 관한 것으로, 종이 및 포장지는 물론, 목재 섬유질의 대용물로 감귤류 또는 비-감귤류 과일 섬유질을 함유한 종이 및 포장지의 제조에 사용하는 조작을 포함한다.

특정 구현예에서, 본 발명의 원리는 그로부터 축방향으로 연신되는 필라멘트를 포함한 고해 과일 섬유질에 관한 것이다.

I. 과일 부산물의 가공처리 방법

본 발명의 원리는 과일 섬유질을 생성하기 위한 과일 부산물의 가공처리 방법을 제공하는 것이다. 상기 방법은 (i) 과일 부산물을 제공하고, (ii) 과일 부산물을 처리하여 고해된 과일 부산물을 생성하며, (iii) 고해된 과일 부산물을 선택적으로 전하 중화시켜 중화된 과일 부산물을 생성함으로써, 과일 부산물을 전처리하는 조작을 포함할 수 있다. 일 구현예에서, 탈색제(bleach)와 같은 표백제를 과일 부산물에 가하여 표백처리된 과일 부산물, 그리고 궁극적으로는 표백처리된 과일 섬유질을 생성할 수 있으며, 이로써 더 광범위한 종이 및 포장재에 포함시키는데 보다 손쉽게 이용될 수 있다.

이러한 고해 및/또는 중화된 과일 부산물을 추가로 처리(예컨대, 건조, 표백, 추가 고해, 여과 및 선별)하여, 다양한 종이 및/또는 포장재 가공처리에 사용가능한 과일 섬유질을 제공할 수 있다. 과일 부산물은 인간 또는 동물 소비용 식품을 생산하기 위해 식물의 가식성 과일을 가공처리한 후 남는 모든 구성요소일 수 있다. 예를 들어, 과일 부산물은 과일 속의 내부 막 조직을 포함할 수 있되, 이에 한정되지 않는다. 이러한 조직으로는 당해 분야 기술에 알려져 있는 바와 같이 감귤류의 알베도, 내과피(endocarp), 세그먼트 막 등이 있되, 이에 한정되지 않는다. 과일 "부산물"은 펄프 및 다른 소분획, 이를테면 껍질(외과피), 씨 등을 포함한다. 본원에 사용되는 바와 같이, "펄프"는 감귤류의 소분획, 이를테면 알베도(중과피), 세그먼트(내과피), 및 세그먼트 막을 포함한다. 일반적으로, "섬유질"이란 용어는 가식성 과일 내의 섬유질 및 다른 구조적, 화학적 조성물들(예컨대, 펙틴)을 가리키는 "부산물" 또는 "펄프"와는 대조적으로, 과일 부산물로부터 추출된 섬유성 물질을 가리키고자 사용된다.

도 1과 관련하여, 판지 제조에 사용하기 위해 과일 부산물을 전처리한 후 과일 섬유질을 처리하는 예시적 방법(100)의 흐름도를 도시하였다. 상기 방법(100)은 과일 부산물(102), 이를테면 습윤 상태의 과일 부산물을 과일 부산물의 전처리 공정(104)에 제공하는 것으로 시작될 수 있다. 상기 공정(104)은 세척, 당밀 제거, 및 비-섬유성 물질(예컨대, 잎, 씨, 당류-포함 고형물, 및 여타 구성요소 및 식물 부분들, 이를테면 나무, 줄기 및 잎) 제거, 및/또는 과일 부산물(102)에 표백제를 가하는 조작을 통해 공급원료(106)를 마련하는데 이용가능하다. 과일 펄프 부산물(102)이 더 깨끗해지고, 이에 따라 더 밝은 색을 지니도록 전처리함으로써, 본 과일 부산물은 현재 사용되는 공급원료(보통 당밀을 포함한 소 사료 펠릿임)보다 나은 공급원료일 수 있다. 본 발명의 원리에 따라, 공급원료는 상기 공정(104)으로부터 슬러리, 결합재를 함유하지 않은 펠릿, 약 1% 내지 약 10%의 섬유질, 또는 일부 구현예의 경우 약 2% 내지 약 5%, 또는 그 밖의 양의 섬유질을 함유한 셀룰로오스 공급원료를 비롯한 다양한 형태로 제공될 수 있다.

공급원료(106)를 과일 섬유질 추출 및 가공처리 공정(108)에 제공할 수 있다. 본 공정(108)은 과일 펄프로부터 과일 섬유질을 추출하거나 단리시킬 수 있다. 본 공정(108)은, 과일 펄프로부터 과일 섬유질을 추출하는 것 외에도, 도 3과 관련하여 본원에서 더 설명하겠지만, 과일 섬유질을 표백처리함으로써 더 밝은 색으로 만들 수 있고, 제품 포장용 및 필기용 종이와 같은 다른 유형의 종이용으로 더 유용하게 만들 수 있다. 본 공정(108)으로부터 얻어지는 생산물은 부분 건조된 과일 섬유질(110)일 수 있다. 일 구현예에 의하면, 이러한 부분 건조된 과일 섬유질(110)은 습윤 랩(wet lap) 형태일 수 있다. 과일 섬유질(110)을 건조하는데 있어서, 과일 섬유질을 부분적으로 건조시키는 임의의 시스템 및 공정을 활용할 수 있으며, 그 예로는 기계적인 힘(예컨대, 과일 섬유질을 압착시키는 용도) 사용, 자연 건조, 유동층 건조, P-링 건조, 동결 건조 등, 또는 이들의 조합 방식이 있되, 이에 한정되지 않는다.

도 2와 관련하여, 판지 제조에 사용되는 과일 섬유질을 추출 및 처리하기 위한 과일 부산물 전처리 공정(104) 및 과일 섬유질 처리 공정(108)에 대해 보다 상세한 예시적 공정(200)을 도시하였다.

A. 과일 부산물

전처리 공정(104)에 제공되는 과일 부산물(102)은 상이한 과일류에 따라 각기 다를 수 있지만, 목재 섬유질 대체물로 사용하기에 적당한 양의 펄프 및 섬유질을 함유하고 있다. 과일 부산물은 습윤 상태의 부산물, 전혀 건조된 적이 없는 부산물 또는 펄프(새로 전혀 건조된 적이 없는 부산물 또는 펄프), 건조 상태의 부산물 또는 펄프, 또는 펠릿형 부산물 또는 펄프일 수 있다. 본원에서 추가 설명하겠지만, 과일 부산물(102)은 잔여 껍질, 넝마/부대, 및 씨를 함유할 수 있다. 일 구현예에서, 과일 부산물은 감귤류 부산물이며, 당해 기술분야에서 이해되고 있는 바와 같이 동물 사료로 흔히 사용되는 감귤 펠릿 형태이다.

당업자도 숙지하고 있는 바와 같이 펠릿형 과일 부산물은 펠릿의 함량과 특성에 영향을 미칠 수 있는 각종 과일 공급원 재료를 사용하여 다양한 방식으로 제조될 수 있다. 예를 들어, 특정 가공처리 절차는 생산원마다 다를 수 있으며, 같은 생산원일지라도 계절 내내 다를 수 있다. 과일 펠릿을 생산하기 위한 기본 절차에는 과일을 분쇄하거나 잘게 썬 다음, 과일 잔여물을 탈수시키는 작업이 보통 포함된다. 과일 잔여물을 탈수 또는 압착시키고, 이렇게 압착된 액체로부터 당밀을 생성한다. 때때로 당밀의 일부분을 건조 공정시 다시 과일 펄프에 첨가하여 펄프 부산물에 결합시킨다. 종종 건조 펄프의 더 미세한 입자들을 분리한 다음, 감귤의 굵은 가루(meal)로서 판매하거나 또는 펠릿화시켜 펄프에 다시 첨가한다. 가공처리, 공급원 및 다양한 과일, 그리고 과일 잔류물을 산출하는 과일 식품 가공처리 조작 유형에 있어서의 상기 및 기타 차이점들로 인해 건조 과일 펄프의 함량에 변화가 생길 수 있다. 그러나, 당밀을 포함시키지 않음으로써, 어떠한 형태든, 더 밝은 색의 과일 부산물을 과일 펄프 처리 공정(108)에 제공할 수 있다.

공급받은 즉시, 껍질, 조각 및 씨가 함유된 건조 상태의 과일 펠릿의 수분 함량을 건조 오븐 및 저울을 사용하여 검사할 수 있다. 수분 함량은 예를 들어 약 7% 내지 약 18% 범위일 수 있다. 후속 처리에 사용되는 과일 펠릿을 저장조, 봉지, 통 및/또는 드럼 안에 저장할 수 있다.

B. 과일

과일 부산물(102)에 이어, 식물에서 자라는 임의의 가식성 과일 역시 본 발명의 원리를 사용하기에 적합할 수 있다. 과일 부산물(102)은 단일 과일 품종 또는 다수의 과일 품종으로부터의 부산물을 포함할 수 있다. 예를 들어, 종이를 제조하는데 사용되는 섬유질의 생성에 사용하기에 적합한 감귤류 과일 품종으로는 감귤류 속, 이를테면 오렌지, 스위트 오렌지, 클레멘타인, 금귤, 라임, 리치 라임, 씨없는 귤(satsumas), 밀감(mandarin), 온주밀감(tangerine), 시트론(유자), 포멜로, 레몬, 러프 레몬, 자몽, 온주밀감 및 탄젤로, 또는 이들의 교배종 중 임의의 과일이 있되, 이에 한정되지 않는다. 감귤류 과일은 조생종, 중생종 또는 만생종 감귤류 과일일 수 있다. 과일의 펙틴 함량은 계절을 근거로 다를 수 있으며, 잘 익은 과일은 설익은 과일보다 펙틴을 덜 함유할 수 있다. 비-감귤류 과일(예컨대, 사과)을 대안으로 또는 추가로 활용할 수 있음을 이해해야 한다. 따라서, 일 구현예에 의하면, 본 발명의 원리는 비-감귤류 과일 부산물을 단리 및 가공처리하여 비-감귤류 과일 펄프 또는 섬유질을 수득하는 방법을 제공하는 것이다. 이들 재료는 종이 및 포장지 생산에 유용할 수 있으며, 이 경우 목재 섬유질의 대체물로 역할할 수도 있다. 비-감귤류 과일로는, 예를 들어, 사과, 망고 및 파파야가 있다. 당업자라면 비-감귤류 과일 내 섬유질 및 펙틴의 함량이 각기 다르다는 것을 이해할 것이다.

일 구현예에 의하면, 과일 부산물은 오렌지로부터의 감귤류 부산물을 포함할 수 있다. 일 구현예에 의하면, 중생종 과일(예컨대, 파인애플 및 선스타 품종) 및 만생종 과일(예컨대, 발렌시아)을 사용하여 적합한 세포 섬유성 물질을 제공할 수 있다.

과일 부산물은 모든 과일 부산물, 또는 과일 부산물의 특정 분획물을 포함할 수 있으며, 이들 분획물로는 껍질, 넝마, 부대, 및 씨가 포함될 수 있되,이에 한정되지 않는다. 일 구현예에서, 껍질 및 넝마/부대는 과일 섬유질 공급원으로 사용된다. 일 구현예에 의하면, 알베도, 내과피 또는 세그먼트 막 및/또는 밑씨 막을 개별적으로 또는 조합 형태로 섬유질 공급원으로서 사용한다.

과일 부산물의 고형물 과일 농도는 각기 다를 수 있다. 일 구현예에서, 과일 부산물은 고형물 과일 농도가 약 4% 내지 약 30%인 습윤 상태 과일 부산물이다. 다른 구현예에서, 습윤 상태 과일 부산물의 고형물 과일 농도는 약 8% 내지 약 20%이다. 또 다른 구현예에서, 과일 부산물은 고형물 과일 농도가 약 80% 내지 약 95%인 건조 상태의 과일 부산물이다. 특정한 일 구현예에서, 건조 상태의 과일 부산물은 약 84% 내지 약 95% 범위의 고형물 과일 농도를 가진다. 과일 부산물은 과일의 종류, 과일 부산물의 밀도, 과일 부산물의 농도, 과일 부산물의 습윤도 등에 근거하여 각기 다를 수 있다.

C. 전처리 공정

도 2와 관련하여, 후속 처리 단계들을 위한 재료를 준비하기 위해, 과일 부산물을 소화시키기 이전에 선택적으로 전처리할 수 있다. 전처리 공정(104)은 단일 단계 또는 복수 단계를 포함할 수 있으며, 이들 복수 단계는 동일하거나 상이할 수 있다. 전처리 공정(104)은 202 단계에서 과일 부산물에 라임을 첨가하여 과일 부산물을 탈수시키는 조작을 포함할 수 있다. 204 단계에서는, 라임의 첨가 여부를 떠나, 과일 부산물(102)을 건조시킬 수 있다. 이러한 건조 과정은 라임을 함유하거나 함유하지 않은 과일 부산물(102)을 부분적 또는 완전히 건조시키는 조작을 포함할 수 있다. 대안적 일 구현예에 의하면, 206 단계에서 과일 부산물(102)을 습식 스트림으로서 가공처리할 수도 있다. 일 구현예에서는 208 단계에서 단일 또는 다단계 세척 과정을 수행할 수 있다. 이들 세척 과정으로 인해 과일 부산물의 일부인 과일 펄프가 세정 및 표백처리될 수 있다. 이를 위해 배쓰, 고압 스프레이, 저속 샤워(gentle shower), 및 임의 온도의 물을 사용할 수 있다. 과일 부산물의 전처리를 위해, 204 단계에서 건조 과정의 일부가 될 수 있거나 또는 208 단계에서의 세척 과정 이후의 탈수 단계(미도시)를 비롯한 기타 다른 단계들을 수행할 수 있다.

더 구체적으로, 세척 과정(208)은 예를 들어 온도나 세척 횟수에 따라 각기 다를 수 있다. 물은 저온, 대기 온도(23 ~ 27℃) 또는 고온(50 ~ 60℃)일 수 있다. 고온의 물이 동일한 양의 대기 온도의 물과 비교하였을 때 가용성 성분들을 더 많이(예컨대, 1% 내지 5% 더 많이) 제거하는 것으로 드러났다. 신선한 물을 사용한 세척 또는 다단계 대향류 방식을 이용할 수도 있다. 다단계 세척이 단일 세척보다 가용성 물질을 더 많이(예컨대, 1% 내지 4% 더 많이) 제거하는 것으로 드러났다. 특정한 일 구현예에 의하면, 세척 단계의 수는 2 내지 5 이상의 범위일 수 있다. 세척 단계(들)는 과일 주스 만드는 공장이나 부지 밖의 가공처리 위치에서 시행될 수 있다. 세척은 교반/회전 조작 하에 또는 교반/회전 조작 없이(즉, 정적 환경에서) 시행될 수 있다. 일 구현예에서, 208 단계의 세척 과정을 통해, 가용성 물질의 약 1%, 약 2%, 약 3%, 약 4%, 약 5%, 약 6%, 약 7%, 약 8%, 약 9%, 약 10%, 약 11%, 약 12%, 약 13%, 약 14%, 약 15%, 약 20%, 약 25%, 약 30%, 약 35%, 약 40% 또는 약 50%가 제거될 수 있다.

특정한 일 구현예에 의하면, 미처리된 펠릿을 적합한 용기에 옮긴 후, 그의 중량분(10% 고형물 농도)을 대기 온도(23 ~ 27℃)의 물로 여러 번(예컨대, 9회) 세척하여, 펠릿을 최소 약 10분 내지 약 15분 동안 물에 불리고 수용성 물질을 제거한다. 펄프가 언제 충분히 세정되었는 지를 정하기 위해 펄프의 다단계 pH 중성수 세척시 pH를 모니터링할 수 있다.

과일 펄프의 백색도(brightness)를 개선하기 위해, 표백 단계(미도시)를 포함할 수 있다. 표백 단계에서는 당해 기술 분야에 알려져 있는 바와 같이 표백제 또는 여타 화학적 또는 비-화학적 공정이 이용될 수 있다. 특정한 일 구현예에 의하면, 표백 전처리는 과산화수소, 알칼리 과산화수소 또는 산소-알칼리 처리이다. 또 다른 구현예에서, 표백 전처리 단계는 과산화수소를 사용한 처리를 포함한다. 예를 들면, 2, 3, 4개의 표백 전처리 단계가 있다. 과일 펄프를 표백처리함으로써, 과일 펄프 처리 공정(108)에서는 더 많은 시간과 비용이 소모될 수 있는 공정들이 더 적게 수행될 수 있다. 더욱이, 전처리 공정(104)에서는 후속의 소화용 또는 표백용 재료를 마련하는데 유용하거나 필요한 마쇄 단계 또는 기타 다른 단계가 수행될 수 있다.

일 구현예에서, 전처리 단계는 과일 부산물의 보수율(WRV)을 줄일 수 있다. WRV는 예를 들면 펄프 내 함유된 물을 과일 섬유질 속 및 그 사이의 유리수(free water)로부터 원심분리시킴으로써 측정가능하다.

또 다른 구현예에서, 전처리 공정(104)은 소화 이전 물질의 화학물질 함량(즉, 당 또는 산과 같은 가용성 물질의 존재)을 낮출 수 있다. 화학물질 함량은 과일 부산물의 종류 및/또는 과일 부산물을 생성하는데 이용된 가공처리 조건에 근거하여 각기 다를 수 있다. 가용성 물질을 제거하기 위한 전처리는 가공처리시 과일 펠릿에 당밀을 첨가한 경우에 특히 유용할 수 있다. 당밀이 첨가된 펠릿 내 가용성 물질의 수준은 훨씬 더 높을 수 있다(예컨대, 건조 상태 펠릿의 총 중량을 기준으로 40% - 50% 정도).

도 6과 관련하여, 시간 경과에 따른 감귤 펠릿의 수분 흡수율을 나타내는 예시적 데이터의 그래프이다. 일반적으로, 건조된 펠릿은 과량의 물로 적셔지면 부피가 팽창되며, 부산물의 건조 중량보다 몇 배 많은 물을 수용하는 능력을 가진다. 방치시켰을 때 건조 상태 부산물 중량의 약 5배가 부산물에 의해 흡수될 수 있다.이러한 흡수는 신속하게 시행되며, 실온에서 약 40분이 지나면 거의 안정적인 평형 상태에 이른다.

전처리 공정(104)(도 1과 도 2)은 하나 이상의 탈수 단계를 포함할 수 있다. 예를 들어, 부산물을 세척한 다음, 임의의 적합한 기법, 이를테면 팽창된 펠릿을 스크류 프레스를 통하거나 진공-보조 배수 장치 상에서 압착시키는 기법, 원심력을 이용한 기법, 또는 기계적 및/또는 천으로 눌러 짜는 기법에 의해 탈수 시킬 수 있다. 그런 후에는 한 샘플을 건조시켜, 상기 세척된 펠릿 부산물의 고형물 농도 및 수율을 측정할 수 있다. 특정한 일 구현예에 의하면, 고체 케이크 수준은 약 7% 내지 약 33% 범위일 수 있다.

또 다른 구현예에 따르면, 전처리 공정(104)은 마쇄 처리(미도시)를 포함할 수 있다. 마쇄는 예를 들면 다른 단계에서 사용된 표백 화학물질이 해당 재료에 추가로 또는 더 잘 접근할 수 있도록 하며, 다시 말해, 확산 현상을 제한하지 않는다. 표백 화학물질이 부산물의 모든 부분에 완전히 확산 접근하도록, 임의의 표백 단계 이전에 기계적 수단을 이용하여 감귤류 부산물의 크기를 계속해서 줄일 수 있다. 일 구현예에 의하면, (예컨대, British Disintegrator가 생산하는) 중속 전단 장치를 사용할 수 있거나, 또는 플레이트 고차가 0.125" 내지 0.010" 고해연속식 종래 펄프 고해기(예컨대, 더블 디스크 고해기)를 사용할 수 있다. 특정한 일 구현예에서, 공정 온도는 약 25℃ 내지 95℃ 범위일 수 있다. 부산물 덩어리가 비교적 부드럽기 때문에, 큰 감귤류 부산물 입자들을 부수기 위한 중속 전단력을 제공하는 기계식 마찰식 수단이 많을 수 있다. 선택적으로, 이러한 단계는 표백 처리가 완료된 후 섬유질 및 세포의 크기가 충분하지 않다면 표백 처리 이후에 수행될 수 있다. 일 구현예에서는, 더 큰 섬유질 번들이나 원하지 않는 감귤 폐기물을 종이 산업에서 흔히 사용되는 슬롯 스크린 또는 홀 스크린을 통해 제외시키도록 감귤 펄프를 선별할 수 있다.

도 2를 계속 설명하자면, 과일 부산물 처리 공정(108)을 이용하여 과일 섬유질을 추출 및 가공처리할 수 있다. 나중에 더 설명하겠지만, 이러한 추출은 각종 상이한 기법 및 공정을 이용하여 수행될 수 있다.

D. 소화/추출 공정

과일 부산물 처리 공정(108)의 소화/추출 과정은 과일 섬유질 및 제지 기질에 대한 구성요소로 기여하는데 유용한 세포벽 조각들을 단리시킬 수 있다. 펙틴(폴리갈락투론산)은 세포들을 과일의 껍질, 부대 및 씨 초미세 구조체들에 함께 고정시키는 안정화 "접합제(cement)"로 기능한다. 구체적으로, 펙틴은 세포벽 내에, 세포들 사이에 존재하며, 세포간층(middle lamella)은 두 개의 인접하는 세포들의 세포벽을 함께 접합하는 펙틴층이다. 과일 내 대부분의 층간 세포 물질은 펙틴으로 이루어져 있다. 펙틴의 양은 과일 종류 또는 계절에 따라 각기 다를 수 있는데, 이는 숙성 기간 동안 일어나는 세포벽 분해가 과일 연화로 이어지는 주요 과정이기 때문이다. 소화/추출 공정은 원하는 물질, 즉 과일 섬유질을 단리시키기 위해 펙틴(본원에서는 주로 부산물 생성물로 표현되고 있음)을 제거하도록 수행된다.

과일 섬유질을 소화시키거나 추출하기에 적합한 모든 방법은 본 발명의 원리에 따라 사용하기에도 적합하다. 소화 방법은, 비제한적으로, 화학적 처리, 이를테면 알칼리 처리(210) 및/또는 산 처리(212), 효소 처리(214), 고해기/기계 적 처리(216), 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다.

알칼리 처리(210)는 과일 부산물의 펙틴을 소화시키는데 사용가능하다. 알칼리 처리는, 비제한적으로, 수산화나트륨 및 황화나트륨, 또는 이들의 조합물의 사용을 포함할 수 있다. 편의상, 펄프를 알칼리고 처리하기 위해, 건조 펄프에 대한 비율이 약 5:1에서 최대 약 25:1 범위인 알칼리액을 사용할 수 있다. 알칼리 소화는 정적 설정 환경에서 또는 교반 조작을 이용하여 수행가능하다.

산 처리(212)는 과일 부산물의 펙틴을 소화시키는데 있어서 대안으로 또는 추가로 이용될 수 있다. 펙틴의 소화를 수행하는데 사용될 수 있는 산은, 비제한적으로, 질산, 황산, 염산, 인산, 붕산, 불화수소산, 브롬화수소산, 및 과염소산을 비롯한, 무기물을 포함할 수 있다. 추가 희석(예컨대, 30:1)을 통해 펙틴 제거를 용이하게 만들 수 있기는 하지만, 펄프에 대한 비율이 약 5:1 내지 약 50:1인 처리액이라면 사용하기에 적합하다. 산 처리시 목표 pH는 약 1.1 내지 약 2.3 범위일 수 있으며, 단지 산을 소비하는 작업에는 처리 과정 동안에 산을 첨가시키는 것이 요구된다. 선택적으로, 킬란트(예컨대, EDTA 및 DPTA)을 처리 이전 또는 이후에 첨가하여 소화 및 처리 공정으로부터 방출되는 모든 자유 금속 이온들을 봉쇄(sequester)시킬 수 있다. 일 구현예에 의하면, 킬란트의 효율성을 개선하기 위해 후처리시 pH를 높일 수 있다. 선택적으로는, 내성이 더 강한 펙틴 분획물의 추출을 용이하게 하기 위해 교반 또는 회전 조작을 이용하여 중속 전단력을 인가할 수도 있다.

일 구현예에 의하면, 층간 물질의 용해를 가속화하기 위해 온도를 높일 수 있다(예컨대, 70℃ 내지 160℃). 감귤 펄프 내에, 그리고 가공처리 도중에 형성되는 산성 가수분해 생성물 내에 자연스럽게 발생하는 여러 유기산의 존재로 인해, 알칼리 처리된 펄프의 pH는 중성 미만으로 떨어질 수 있다. 이 단계 동안 pH 모니터링을 수행함으로써더 높은 목표 pH를 유지하기 위한 추가 알칼리 사용을 통해 해당 액체를 다시 강화시킬 수 있다. 알칼리 처리는 목표 온도와 목표 pH 하에 15분에서 최대 120분 등의 단기간 동안 적용될 수 있다. 전체 가열 시간은 가열하는데 사용되는 장비의 열부하 능력과, 직접 또는 간접 가열방식을 이용하느냐에 따라 조정되는 온도 램프 속도에 따라 결정된다.

또 다른 구현예에 의하면, 과일 부산물을 알칼리 처리한 다음에 산 처리하여 소화시킬 수 있다. 펙틴산 칼슘 및 발생기의 펙틴 둘 다의 가용성 때문에 가공처리 단계들에서 조기에 펙탄 수준을 낮추는데 있어서 알칼리 처리와 산 처리를 조합하는 것이 유용하다. 화학적 처리시 pH, 체류 시간 및 온도는 어떤 종류와 어떤 품종의 과일을 추출하고 있는 지에 따라 다를 수 있다. 일 구현예에서, 산 처리를 위한 pH 범위는 약 1.1 내지 약 2.3, 더 구체적으로는 약 1.6 내지 약 1.8이다. 일 구현예에서, 알칼리 처리를 위한 pH 범위는 약 9.0 내지 약 12.50이다. 또 다른 구현예에서, 화학적 처리에 대한 체류 시간은 약 15분 내지 약 120분, 또는 더 구체적으로 약 60분 내지 약 90분이다. 또 다른 특정 구현예에서, 온도 범위는 약 70℃ 내지 약 160℃ 범위이다.

특정한 일 구현예에서, 알칼리 처리(210)는 가압 용기 또는 개방형 용기에서 적용된다. 약 2.5% 산화나트륨(Na₂O, 수산화나트륨으로서 적용됨)을 황화나트륨으로서 첨가되는 약 15% 내지 약 20% Na₂O 가성 물질과 함께 사용한다. 10% 세척 상태 감귤류 펄프 고형물에, 화학물질들을 첨가하고, 용기 디자인에 따라 직접 수증기 또는 간접 수증기를 사용하여 약 90℃까지 열을 가한다. 상기 화학물질들을 도입하는 시점에서 pH는 통상 12.0을 초과하며, 가성 처리 내내 pH를 모니터링한다. 발생기 산이 가성액을 중화시킴에 따라 펄프의 pH는 가변될 수 있다. pH가 8.0 미만으로 떨어진 후에는, 모든 상당한 알칼리-유도 반응들이 종료된 것이므로, 알칼리 처리(210)를 중단할 수 있다. 이어서, 펄프를 고온수 중에서 세척하고, 처리되는 양에 따라, 진공-보조 배수 깔때기에 통과시키거나 또는 회분식 또는 연속식 원심분리시켜 잔여 알칼리 및 반응 생성물들을 제거할 수 있다. 그런 후에는 고형물 농도 및 수율을 측정할 수 있다.

또 다른 특정한 구현예에서는, 질산 또는 황산과 같은 무기산을 사용하는 산 처리(212)를 이용하여 과일 펄프를 추출할 수 있다. 적당하게 교반시키면서, 펄프를 고온수 내 약 4% 농도의 고형물 중에 현탁시킨다. 그 다음, 펄프를 약 60℃ 내지 약 90℃까지 가열할 수 있으며, pH 2.0에 이를 때까지 산을 첨가한다. 산이 중화 및/또는 소모됨에 따라, pH를 10분 마다 모니터링할 수 있다. pH를 pH 수준 2.0에 유지하기 위해 추가 산을 보충하여도 된다. 약 90분이 지난 후, 출발물질 감귤류 펄프 고형물에 근거하여, 수산화나트륨 및 800 ppm의 킬란트를 유입하여 pH를 약 3.8 내지 약 4.2 범위로 상향 조절할 수 있다. 킬란트는 가령 DPTA일 수 있다. 이어서, 펄프를 약 5% 고형물농도 상태까지 희석하고, 더블 디스크 기계식 고해기를 통과하는 흐름에 펌핑시킨 다음, 탈수처리를 위해 연속식 원심분리시킬 수 있다. 유출되는 고형물 농도는 예를 들어 약 15% 내지 약 32% 범위일 수 있다.

또 다른 구현예에 의하면, 효소 처리(214)를 이용하여, 과일 부산물로부터 펙틴을 소화시켜 과일 펄프를 추출하는 것이 가능하다. 효소 처리는 알칼리 처리(210) 및/또는 산 처리(212)의 대안으로 이용될 수 있거나, 또는 이들 소화 방법과 조합으로 이용될 수 있다. 효소는 가령 펙티나아제일 수 있다. 대표적인 비제한적 펙티나아제로는 펙틴 갈락투로나아제, 펙틴 메틸에스테라제, 펙테이트 리아제, 및 펙토자임이 있다. 특정한 일 구현예에서, 효소는 펙틴 갈락투로나아제 펙틴 메틸에스테라제 및 펙테이트 리아제의 혼합제(cocktail)이다. 당업자가 숙지하고 있는 바와 같이, pH 및 온도 조건은 특정 효소에 따라 정해질 수 있다. 일 구현예에 의하면, 온도는 약 25℃ 내지 약 55℃ 범위일 수 있고, pH는 약 3.5 내지 약 8.5 범위일 수 있다.

또 다른 구현예에 의하면, 화학 처리와 고해기 또는 기계식 처리(216)를 조합하여 과일 부산물을 소화시킬 수 있다. 화학적 처리를 추가 소화 또는 추가 추출로 보조할 수 있는 경우, 화학적 처리 이전 또는 이후에 추가 기계적 처리(216)를 이용할 수도 있다. 예를 들어, 전- 또는 후-화학적 처리로서 기계적 처리 또는 효소 처리를 활용할 수 있다.

상기 처리들(210, 212, 214 및 216) 중 임의의 하나로부터 추출된 과일 펄프(218)는 두 가지 선택적 경로, 즉 표백처리 경로(220) 및/또는 비표백처리 경로(222)를 따라 이동될 수 있다. 추출된 펄프(218)가 표백처리 경로(220)를 따라 이동하는 경우에는, 도 3과 관련하여 더 설명하겠지만, 추출된 펄프(218)를 더 세정시키고, 그 백색도를 높이기 위해 다수의 전처리 및 표백 단계들(224)을 상기 추출된 펄프(218)에 수행할 수 있다. 추출된 펄프(218)가 비표백처리 경로(222)를 따라 이동하는 경우에는, 상기 추출된 펄프(218)의 전하를 중화시키기 위해 전하 중화 단계(226)를 이용할 수 있다. 일 구현예에 의하면, 표백처리된 펄프를 전하 중화 단계(226)에 통과시킬 수도 있는데, 이에 대해서 아래에 설명하기로 한다.

E. 전하 중화

고해처리되거나 추출된 과일 부산물 또는 펄프(218)의 크기와 전하 효과를 개질 또는 중화시킬 수 있는 임의의 적합한 제재나 공정을 본 발명의 원리에 따라 이용할 수 있다. 중화제로는 양이온성 단량체, 양이온성 중합체, 양이온성 응고제, 양이온성 응집제, 및 비중합성 양이온성 화학종을 비롯한 양이온성 중화제가 있되, 이에 한정되지 않는다. 과일 펄프 내 구성성분들을 중화시키고 모으는 데에는 양이온성 응고제가 효과적이다. 더 작은 입자들과 부가물을 더 큰 입자들에 결합(tying)시키고, 이에 따라 배수 작업을 용이하게 하는 데에는 일종의 고분자량 양이온성 응집제 역시 효과적이다. 염화 폴리-알루미늄(PAC) 및 황산알루미늄(alum) 또는 기타 양이온성 단량체들도 각각 감귤류 펄프 내 전하를 낮추고, 이로써 배수 및 탈수 작업을 용이하게 하는데 효과적인 것으로 밝혀졌다. 산성 조건 하에 이들 모이어티를 적용한 후에 pH를 중성에 가깝게 조절하는 것이, 이들 물질이 다시 습윤 상태로 되었을 때 양이온성 요구 조건을 만족시키는 동시에 이들 물질을 비가용성으로 만드는데 있어서 효과적인 것으로 증명될 수 있다. 일 구현예에서, 중화제는 입수된 상태 그대로의 건조 중량을 기준으로 약 0.5% 내지 약 6.0%를 구성한다.

특정한 일 구현예에서, 양이온성 제재는 고해처리된 과일 펄프의 표면 전하의 약 30%, 약 40%, 약 50%, 약 60%, 약 70%, 약 80% 또는 약 90% 또는 약 100%를 충족시킨다. 당업자라면 이해할 수 있듯이, 중화제의 양은 다양할 수 있다. 일 구현예에서, 중화제는 펄프의 건조 중량을 기준으로 약 2% 내지 약 12.0%이다. 일 구현예에 의하면, 중화 작업을 거치지 않은 고해처리된 과일 펄프와 비교하여, 고해처리된 감귤류 펄프에 중화제를 첨가하면 배수율이 약 40%, 약 50%, 약 60%, 약 70%, 약 80%, 약 90%. 약 100%, 약 200% 또는 그 이상보다 크게 증가한다.

F. 중간 및 후처리 단계들

위에서 논의한 바와 같이, 본 발명의 방법은 추가 단계들을 선택적으로 포함할 수 있다. 특정 구현예에서, 본 방법은 하나 이상의 추가 단계를 상기 방법 자체의 일부로, 즉, 소화 이후 및/또는 임의의 최종 단계 이전에, 중간 단계들을 포함한다. 다른 구현예에 의하면, 본 방법은 임의의 최종 단계 다음에 하나 이상의 추가 후처리 단계를 포함할 수 있다. 각 경우에서, 이러한 추가 단계는 추가 방법 단계들 또는 최종 제품의 생산을 포함한 추가 가공처리용 재료를 마련하고자 의도된다. 이러한 추가 단계가 중간에 수행될 때, 이는 일반적으로 이전 단계로부터의 반응 생성물(예컨대, 산)을 제거하고자 함이다. 비제한적, 적합한 중간 및/또는 추가 단계들로, 예를 들면, 세척 단계들, 탈수 단계들 및/또는 표백 단계들이 포함될 수 있다.

G. 과일 섬유질 단리

본원에 기술된 방법들 중 임의의 것을 따른 소화 공정에 이어, 과일 섬유질을 소화 용액(digest solution)에 도입시키고, 이로써, 추가 가공처리를 위해 과일 섬유질을 단리시킬 수 있다. 단리는 상기 용액에 힘을 가함으로써 발생하는 것이며, 이로 인해 단리된 섬유질들은 함께 고체 덩어리를 형성하도록 강요받는다. 본원에서 더 설명하겠지만, 다양한 방법을 통해 힘을 가할 수 있으며, 그 예로 상업용 원심분리기 또는 경사기(decanter)가 있되, 이에 한정되지 않는다. 또한, 이와 관련하여, 이를테면 펙티나아제에 의한 펙틴 소화에 따른 고형 물질을 단리시키고, 동물 사료 제조에서와 같이 임의의 적합한 방법에 사용할 수 있다.

종이 제조를 비롯한 추가 가공처리를 위해, 본원에 개략적으로 설명된 방법들에 의해 제조되는 단리 섬유질을 탈수 처리하는 것이 유용하거나 필요할 수 있다. 목재 펄프로부터의 섬유질과 비교하여 과일 부산물 또는 펄프의 섬유질은 특징적인 섬유질 길이 분포를 나타내는 섬유질을 함유하며, 탈수 처리하기에 몇몇 독특한 난제들을 제공한다. 어떠한 이론으로도 구속되고자 함은 아니지만, 과일 부산물 또는 펄프 또한 섬유질의 유체역학적 표면을 확대시켜 탈수 처리를 방해할 수 있는 표면과 내부 음전하를 모두 나타낸다. 본 방법에 제지소 부지로 통합시키려는 과일 부산물 또는 펄프로부터 수득된 섬유질을 사용하는 작업이 포함되어야 한다면, 후속 처리는 제지 공정 동안의 탈수 작업 지연을 줄이거나 제거하는 것으로 활용될 수 있다. 그러나, 과일 부산물 또는 펄프로부터 수득된 섬유질을 제조한 다음, 습윤 또는 건조 랩 형태로 저장하고자 한다면, 섬유질을 탈수제로 처리하여 상기 섬유질을 배송용 컴팩트 형태로 변환시킬 필요가 있다.

섬유질의 단리에 이어, 일 구현예에서, 본 공정(200)은 다수 전처리 및 표백 단계(224)로 제공되는 바와 같이 하나 이상의 중간 표백 처리를 선택적으로 포함한다. 과일 펄프의 궁극적인 목적지가 비표백 처리된 종이 기질에 포함되는 것이라면, 표백 단계를 포함할 필요가 없을 수 있다. 하지만, 과일 펄프가 표백처리된 제품에 포함될 운명이고, 특정 펄프 백색도가 해당 펄프의 한 특징이라면, 표백 공정 단계들을 이용하여 이들 목적을 성공적으로 성취할 수 있다.

일반적으로 백색도는 오로지 457 nm의 파장에서의 청색광 반사율로 정의된다. 전형적으로 백색도는 GE 백색도로 측정/표현된다. GE 백색도는 샘플에 대한 법선을 기준으로 45^o로 입사되는 방향광으로 측정된다. 광검출기는 수직으로 장착되어, 때때로 약칭 표기로 표현되는 법선-조건(45^o 조명, 0^o 관찰)을 따라 반사되는 광을 받는다. GE 백색도는 GE 백색도 100에서 표준으로 역할을 하는 산화마그네슘에 대해 측정되며, 모든 펄프 및 종이의 GE 백색도는 100 미만이다.

감귤류 펄프의 백색도를 매우 높이는데 있어서 산화 및 환원 표백 화학을 활용할 수 있다. 산화적 접근법이 실험실 및 시범 공장 공정 모두에서 가장 효과적인 것으로 증명되었다. 이러한 표백 공정은 단일 또는 복수의 단계를 포함할 수 있다. 표백제는 가령 이산화염소일 수 있다. 특정한 일 구현예에서, 본 방법은 아래와 같은 다단계 표백 방식을 수반할 수 있다:

표백 단계 1: 이 단계에서는, 나중의 화학적 성질들과 양립할 수 있다는 가정 하에, 염소 가스 또는 이산화염소를 사용할 수 있다. 더 구체적으로는, 이산화염소를 일정 범위의 중온(50 ~ 60℃) 및 반응 시간(30 내지 120분)에서 약 2% 내지 약 8%의 수준으로 사용한다. 이러한 표백 처리에 이어 수성 세척 단계가 시행될 수 있다.

표백 단계 2: 단계 1 처리의 결과, 간단한 세척으로 제거될 수 있거나 제거되지 않을 수 있는 반응 생성물이 발생한다. 산성 산화 단계(예컨대, 단계 1에서 사용된 염소 또는 이산화염소)에 이어, 선택적으로 알칼리 추출 단계(단계 2, pH>9.0) 또는 알칼리 과산화물 단계가 수행될 수 있으며, 이들은 산화된 반응 생성물을 제거하는데 있어서 특히 효과적이다. 이러한 표백 처리에 이어 수성 세척 단계가 시행될 수 있다.

표백 단계 3: 단계 3 처리는 산화 표백 단계일 수 있다. 요구되는 최종 백색도에 따라, 본 단계는 과일 펄프를 80 GE 백색도 범위 내로 생성할 수 있다. 본 단계에서는 산성 산화 단계들(예컨대, 단계 1에서 사용된 것과 같은 염소 또는 이산화염소) 또는 알칼리 산화 단계들(예컨대, 차아염소산나트륨)을 활용할 수 있다. 화학물질 사용률은 최종 백색도 목표에 따라 정해진다. 요구되지 않을 수도 있지만, 본 표백 처리에 이어 수성 세척 단계를 수행할 수 있다.

후속 표백 단계들: 펄프를 더 높은 목표까지 표백처리하거나 또는 조기 및 후속 단계들에서 덜 공격적인 화학적 처리를 제공하기 위해 추가 표백 단계들을 이용할 수 있다. 특정한 일 구현예에 의하면, 제1 과산화수소 전처리 및 하나 이상의 추가적인 이산화염소 중간 처리를 포함한, 2가지 이상의 표백 처리가 있다.

다른 구현예에 의하면, 이러한 하나 이상의 중간 세척 단계는 표백 단계(들) 동안에 수행될 수 있다. 중간 단계로서, 세척 단계는 용해된 반응 생성물을 제거하는 역할을 한다. 다시 말해서 단일 표백 처리 단계 이후 또는 다수의 표백 처리 이후에 단일 또는 복수의 중간 세척 단계가 있을 수 있다. 전처리 세척으로, 세척 온도 및 개수는 각기 다를 수 있다.

또 다른 구현예에 의하면, 가공처리된 펄프로부터 수득된 섬유질로부터 물을 제거하기 위해 선택적 탈수 단계를 수행할 수 있다. 중간 탈수 단계에 적합한 기술로, 예를 들면, 배수 또는 진공 디스크, 회분식 및 연속식 원심분리법이 있으며, 기계적 압착은 가공처리된 펄프로부터 물을 제거하는데 사용하기에 적합한 비제한적인 대표적 방법 및 기법이다.

특정한 일 구현예에 의하면, 중간 처리는 하나 이상의 표백 단계에 이어 하나 이상의 세척 단계를 수반한다.

감귤류 펄프를 가공처리하기 위한 구체적인 일 구현예에서는, 소화된 감귤류 부산물 또는 펄프를 세척한 다음, 화학물질들과 펄프의 배합 및 균일한 가열을 용이하게 하기 위해 상향류 축 스크류 디자인을 갖춘 간접 가열식 표백 탑에 전달한다. 그런 후에는 감귤류 펄프를 약 60℃까지 가열할 수 있다. 이어서 최종 고형물 농도 약 10%(건조 펄프 기준) 및 pH 약 10.5를 달성하도록 알칼리 과산화물을 사용률 약 5% 내지 약 10%로 첨가한다. 1시간 동안의 처리가 끝나면, 펄프 슬러리를 약 5% 고형물 농도까지 희석하고, 탈수 목적의 연속식 원심분리기에 펌핑시킬 수 있다. 세척된 펄프를 위와 동일한 간접 가열식 표백 탑에 전달하고, 감귤류 펄프를 약 60℃까지 가열한다. 최종 고형물 농도 약 10%(건조 펄프 기준)를 달성하도록 이산화염소를 사용률 약 3%로 첨가한다. 약 1시간 동안의 처리가 끝나면, 펄프 슬러리를 약 5% 고형물 농도까지 희석하고, 탈수 목적의 연속식 원심분리기에 펌핑시킨다.

그런 다음, 세척된 펄프를 이전 단계에서와 동일한 간접 가열식 표백 탑에 전달하고, 감귤류 펄프를 약 50℃까지 가열한다. 이어서, 최종 pH 약 11.5 내지 약 12.0, 고형물 농도 약 10%(건조 펄프 기준)를 달성하도록 수산화나트륨을 첨가한다. 약 1시간 동안의 처리가 끝나면, 펄프 슬러리를 약 5% 고형물 농도까지 희석하고, 탈수 목적의 연속식 원심분리기에 펌핑시킬 수 있다. 세척된 펄프를 이전 단계에서와 동일한 간접 가열식 표백 탑에 다시 한 번 전달한다. 그런 후, 감귤류 펄프를 약 60℃까지 가열할 수 있다. 이어서 최종 고형물 농도 약 10%(건조 펄프 기준)를 달성하도록 이산화염소를 사용률 약 2%로 첨가할 수 있다. 1시간 동안의 처리가 끝나면, 펄프 슬러리를 약 5% 고형물 농도까지 희석하고, 탈수 목적의 연속식 원심분리기에 펌핑시킬 수 있다.

도 3과 관련하여, 종이 및 포장재 제품에 사용되는 표백 섬유질을 제조하기 위해 공급원료(302)로부터 과일 섬유질을 추출 및 가공처리하는데 사용되는 예시적 시스템(300)의 개략도를 도시하였다. 본 시스템(300)은 과일 섬유질의 추출 및 가공처리에 이용되는 복수 단계(301a-301e)(총괄적으로 301)를 포함한다. 제1 단계(301a)는 공급원료(302)를 도관(305)을 통해 시스템(300)의 반응기 또는 처리조(306a)에 유입될 수 있도록 하는 유입 구조체(304), 이를테면 호퍼를 포함할 수 있다. 처리조(306a)는 이를테면 펙틴 분해제(308)를 사용하여 공급원료(302)로부터 펙틴을 제거하는 것과 같은 가공처리를 위한 공급원료(302)를 유입관(310a)을 통해 제공받도록 구성될 수 있다. 분해제(308)는 공급원료(302) 내 펙틴을 제거하기 위해 처리조(306a) 내에서 공급원료(302)와 혼합될 수 있는 임의의 제재, 이를테면 알칼리, 산 또는 효소일 수 있다. 상기 제재(308)를 공급원료(302)와 혼합한 결과, 공급원료(302) 속에 함유된 과일 섬유질로부터 펙틴이 제거되며, 과일 섬유질을 함유한 용액이 형성된다.

유출관(312a)은 과일 섬유질 용액(315)(즉, 과일 펄프로부터 배출된 과일 섬유질을 함유한 용액)을 이송하도록 섬유질 단리부(314a)와 유체 연통된다. 과일 단리부(314a)는 경사기, 원심분리기, 교반기, 섬유질 고해기, 또는 상기 용액으로부터 섬유질을 단리 또는 분리시킬 수 있는 기타 다른 기계식 또는 전자기계식 장치일 수 있다. 전술된 바와 같이, 공급원료(302)로부터의 섬유질이 혼입되는 종이 또는 포장재가 갈색 종이 백과 같이 밝은 색이 아니라면, 섬유질 단리부(314a)는 단리된 섬유질(317a)을 도관(316a)을 통해 섬유질 단리부(314a)로부터 섬유질 감수부(fiber water reducer)(318a)까지 유출할 수도 있다. 제지 공장에 공급하여 종이 제품 제조시에 목재 펄프와 함께 포함시키도록 수분 함량이 더 낮은 섬유질을 생성하기 위해, 섬유질 단리부(314a)에서 유출되는 섬유질로부터 물을 줄이거나 제거하는데 있어서 상기 섬유질 감수부(318a)가 이용될 수 있다. 섬유질 감수부(318a)는 각종 공정을 이용하는 광범위한 기계일 수 있으며, 그 예로 제지 공장과 같이 가공처리 목적지에 전달하기 위한 습윤 랩, 건조 랩, 가루, 또는 기타 다른 형태의 섬유 물질을 제조하는 기계 및 공정이 포함된다. 이러한 다양한 기계류로, 프레스, 건조기, 및 상업용 습윤 랩 기계가 있을 수 있다.

전술된 바와 같이, 특정 품질 및 종류의 종이류는 표백처리되어야 하거나 특수 섬유질 종류(예컨대, 더 미세하거나 더 거친 섬유질)를 사용하는 특정 품질을 갖추어야 한다. 공급원료(302)로부터 펙틴을 제거하기 위해 처리조(306a)를 사용하는 것 외에도, 본 발명의 원리는 추가 반응기 또는 처리조(306b-306e)를 제공하는 것이다. 이들 처리조(306) 각각은 이전 처리 단계를 통해 표백제를 사용하여 가공처리된 섬유질의 백색도를 증가시키는데 이용될 수 있다.

도시된 바와 같이, 처리조(306a-306e)(총괄적으로 306)로부터의 처리된 과일 섬유질 용액(315a-315e)은 유출관(312a-312e)을 통해 각각의 섬유질 단리부(314a-314e)(총괄적으로 314)까지 이동될 수 있다. 전술된 바와 같이, 섬유질 단리부(314)는 용액으로부터의 섬유질 또는 비-섬유질 물질을 단리시키도록 구성될 수 있다. 각각의 섬유질 단리부(314a-314d)에 의해 용액으로부터 단리되었거나 아니면 분리된 과일 섬유질(317a-317d)은 도관(320a-320d)을 통해 이송될 수 있다. 표백제(324a-324d)(총괄적으로 324)는 도관(310b-310e)를 이용하여 각각의 처리조(306b-306e)에 유입된다. 일 구현예에 의하면, 표백제(324)는 동일하다. 대안으로, 표백제(324)는 상이할 수 있다(예컨대, 상이한 pH 수준을 가진 동일한 제재, 또는 상이한 제재들). 또한 섬유질 단리부(314b-314e) 각각에는 섬유질 감수부(318b-318e)가 결합되어 있으며, 이들은 제지 공장에 배송되어 종이 제조를 위해 목재 섬유질과함께 포함되는 과일 섬유질(미도시)을 유출한다. 이들 상이한 섬유질 감수부(318b-318e)로부터 유출된 과일 섬유질은 (i) 수분 함량이 감소된 용액으로부터 단리되었고, (ii) 백색도 수준이 성공적으로 증가된 과일 섬유질일 수 있다. 다시 말해, 섬유질 감수부(318a)로부터 유출된 섬유질의 백색도가 가장 낮고, 섬유질 감수부(318e)로부터 유출된 섬유질의 백색도가 가장 높다.

도 4와 관련하여, 과일 부산물로터 과일 섬유질을 추출하기 위한 예시적 공정(400)의 흐름도를 도시하였다. 본 공정(400)은 식물의 가식성 과일로부터 유도된 섬유질이 포함된 공급원료를 제공할 수 있는 402 단계부터 시작할 수 있다. 가식성 과일은 이전에 제공한 바와 같이 감귤류 또는 비-감귤류 과일일 수 있다. 404 단계에서는 펙틴을 분해시키는 제재를 공급원료에 적용하여 공급원료 혼합물을 형성할 수 있다. 이러한 제재를 적용할 때에는 당해 기술 분야에 알려져 있는 것처럼 처리조 또는 반응조 내에서 제재를 공급원료에 적용할 수 있다. 406 단계에서는 공급원료 혼합물을 교반시켜 제재가 펙틴을 더 효과적으로 분해할 수 있게 만들 수 있다. 408 단계에서는 공급원료 혼합물로부터의 섬유질을 포함한 용액을 제거할 수 있다. 이렇게 용액을 제거하기 위해, 처리조에 고형 부산물을 남기는 한편, 제지 목적으로 단리시키고자 하는 섬유질이 포함된 용액을 분리시키는 임의의 공정을 이용함으로써, 용액을 처리조로부터 제거할 수 있다.

410 단계에서는 용액으로부터 섬유질을 단리시킬 수 있다. 섬유질을 단리시키기 위해 경사기, 원심분리기, 또는 기타 다른 기계식 또는 전자기계식 장치를 활용할 수 있다.

도 5와 관련하여, 과일 섬유질을 목재 섬유질과 조합하여 섬유질 혼합물 혼합물로부터 물품을 형성하는 예시적 공정(500)의 흐름도를 도시하였다. 본 공정(500)은 섬유질 혼합물을 형성하기 위해 제1 섬유질과 제2 섬유질을 조합할 수 있는 502 단계부터 시작할 수 있다. 제1 섬유질은 목재 섬유질이고, 제2 섬유질은 과일 섬유질일 수 있다. 상기 두 섬유질을 조합하는데 있어서, 두 종류의 섬유질(즉, 목재 섬유질 및 과일 섬유질)을 사용하여 종이 제조를 가능하게 만드는 임의의 방식으로 상기 섬유질들을 조합할 수 있다. 일 구현예에 의하면, 제1 섬유질과 제2 섬유질을 조합할 때, 음영도 또는 백색도 면에서 목재 섬유질과 상당히 유사한 과일 섬유질을 선택하여 상기 목재 섬유질과 조합할 수 있다. 이렇게 유사하게 음영처리된 과일 섬유질의 백색도를 가령 도 3에 도시된 시스템 및 공정을 이용하여 높일 수 있다. 504 단계에서는 섬유질 혼합물로부터 물품을 형성할 수 있다. 당해 기술 분야에 알려져 있듯이, 이러한 물품은 임의의 종이 물품일 수 있다.

II . 과일 섬유질을 포함한 물품의 제조 방법

본 발명의 원리는 또한 과일 섬유질을 포함한 물품 제조에 사용되는 과일 섬유질을 제공하기 위한 과일 부산물의 가공처리 방법에 관한 것이다. 일 구현예에 의하면, 전술된 바와 같이 물품은 다수의 섬유질 공급원, 이를테면 목재 및 과일로부터의 섬유질을 포함한다. 일 구현예에서, 물품은 종이 및/또는 포장재 재료일 수 있다. 본 방법은 이를테면 건조시키고 봉지에 담은 후 고정 및 압착시킨 섬유질, 습윤 랩, 또는 건조 랩과 같이과일 섬유질의 저장 또는 이송 형태의 생산은 물론 그로부터의 종이 생산을 포함할 수 있다.

구체적으로, 본 방법은 과일 섬유질 저장 또는 이송 형태를 제공하기 위한 과일 부산물의 가공처리를 수반하며, (i) 과일 부산물을 제공하는 단계; (ii) 과일 부산물을 소화시키는 단계; (iii) 소화 용액으로부터 섬유질을 단리시키는 단계; 및 (iv) 단리된 섬유질을 탈수시키는 단계를 포함한다. 과일 섬유질 저장 형태는 건조시키고 봉지에 담은 후 고정 및 압착시킨 섬유질, 습윤 랩, 또는 건조 랩일 수 있다. 섬유질이 형태를 갖추었다는 것은 일반적으로 섬유질이 약간의 다지기, 건조, 또는 압밀 조작을 거쳤지만 아직 건조되지 않았다는 것이다. 이러한 형태들은 단거리 수송, 그리고 만일 섬유질을 사용자 측에서(예컨대, 제지 공장) 당장 사용해야 할 때 적합할 수 있다. 보통, 건조 랩은 훨씬 적은 수분, 즉 약 20% 이하의 수분을 갖는 것으로 예상된다.

본 발명의 원리는 또한 포장지와 같은 종이를 만드는 방법에 관한 것으로, (i) 과일 부산물을 제공하는 단계; (ii) 과일 부산물을 소화시키는 단계; (iii) 소화 용액으로부터 섬유질을 단리시키는 단계; (iv) 단리된 섬유질을 탈수시키는 단계; (v) 단리된 섬유질을 목재 섬유질과 배합하여배합형 섬유질을 생성하는 단계 및 (vii) 배합형 섬유질로부터 종이를 생산하는 단계를 포함한다. 일 구현예에 의하면, 목재 섬유질과 조합될 때 과일 섬유질은 습윤 형태일 수 있다.

과일 섬유질, 예컨대 감귤류 섬유질 또는 비-감귤류 섬유질을 목재 섬유질과 배합한다. 목재 섬유질 성분은 연목 섬유질이거나 또는 배합형 견목/연목 섬유질일 수 있다. 일반적으로, 감귤류 섬유질 또는 비-감귤류 섬유질은 종이의 목재 섬유질 성분의 일부분만 대체한다. 일 구현예에 의하면, 목재 섬유질-감소형 종이는 표준 종이 또는 포장지와 비교하여 약 1%, 약 2%, 약 3%, 약 4%, 약 5%, 약 6%, 약 7%, 약 8%, 약 9%, 약 10%, 약 11%, 약 12%, 약 13%, 약 14%, 약 15%, 약 20%, 약 25%, 약 30%, 약 35%, 약 40%, 약 45% 또는 약 50%, 약 60% 약 70%, 약 80%, 약 90%, 약 95%, 약 99% 만큼 감소된다.

특정한 일 구현예에서는 탈수된 과일 섬유질을 사용하여 종이를 만든다. 섬유질을 교반조 내에서 약 3% 고형물 농도까지 희석한 다음, 유동 전위 전하(streaming potential charge)를 위해 샘플로 만든다. 황산알루미늄(alum 또는 종래의 양이온성, 응고, 응집, 또는 미세 입자 화학물질들)을 섬유질에 약 65 lb/톤의 속도로 첨가하여, 전하를 중화시키고, 배수 효과를 개선할 수 있다. 또 다른 교반조에는, 전혀 건조된 적이 없는, 각각 70:30의 비율로 연목 및 견목 펄프를 포함한, 상업적으로 제조된 표백 목재-기반 섬유질을 약 3% 점조도로 도입할 수 있다. 그런 후에는 목재 섬유질 배합물을 바람직한 여수도(freeness)(캐나다 표준 여수도(CSF)로 표현함) 범위까지 고해처리할 수 있다. 특정한 일 구현예에 의하면, CSF는 450이다. 목재 섬유질과 감귤류 섬유질을 각각 약 90:10의 비율로 배합할 수 있다. 여수도 시험을 평가할 수 있다. 바람직한 CSF는 각기 다를 수 있다. 일 구현예에서, CSF는 약 300 내지 약 500 CSF 범위이다. 예를 들어, 배합형 섬유질의 CSF에 영향이 가도록 목재 섬유질 성분의 CSF를 조절하는 것이 가능하다. 이어서, 배합형 섬유질을 시범 종이 기계의 헤드박스에 펌핑할 수 있다. 이로써, 상기 배합형 섬유질을 배수, 압착 및 건조시킬 수 있다. 코어 상에 권선하기 전에 전분 표면 크기를 적용하고, 더 건조시킬 수 있다. 당업자에 알려져 있는 바와 같이, 종이 제조용으로 아주 다양한 방법들이 공지되어 있다.

III . 포장지를 포함한 목재 섬유질-감소형 종이

상기 방법에 의해 제조된 과일 섬유질을 목재 섬유질(예컨대, 연목 또는 견목, 또는 견목/연목 배합물)과 배합하여, 다양한 물품, 이를테면 종이(포장지를 포함하되, 이에 한정되지 않음)에 유용한 배합형 섬유질을 생성한다. 종이 재료 또는 최종 생성물에 원하는 특성들은 감귤류 또는 비감귤류 섬유질 기질로 대체되는 목재 섬유질의 비율에 의해 조정된다. 이에 관련된 특성들을 당업자가 알고 있기는 하지만, 일반적으로 인장 특성들, 이를테면 기공률, 인장 지수, TEA, 인장 강도는 물론 물리적 특성들, 이를테면 파단 길이, 인열 지수, 및 내굴곡성을 포함한다.

일 구현예에서, 배합형 섬유질의 약 1%, 약 2%, 약 3%, 약 4%, 약 5%, 약6%, 약 7%, 약 8%, 약 9%, 약 10%, 약 11%, 약 12%, 약 13%, 약 14%, 약 15% 또는 약 20%, 약 25%, 약 30%, 약 35%, 약 40%, 약 45% 또는 약 50%가 감귤류 또는 비-감귤류 과일 펄프이다. 도 7과 도 8은 약 10 내지 약 30%로 다양한 양의 과일 섬유질을 함유한 배합형 섬유질을 나타낸다.

약 10% 내지 약 30% 범위의 예시적 섬유질의 인장 특성과 물리적 특성을 도 7과 도 8에 도시하였다. 특히, 감귤류 과일의 경우, 최대 약 30% 내지 약 50%의 수준으로 도입되었을 때, 생성되는 종이(핸드시트)용으로 적절한 강도를 제공하는 것으로 드러났다. 특정한 일 구현예에서, 배합형펄프는 감귤류 펄프를 약 30% 미만으로 함유한다.

감귤류 섬유질은 예를 들어, 골판지 포장재, 라벨, 컵, 플레이트 및 액체 포장재를 비롯한, 다양한 종이 표백처리 및 비-표백처리 응용분야에서 유용할 수 있다. 일 구현예에서, 본 발명의 원리는 목재 섬유질-감소형 포장지를 제공하는 것이다. 특정한 일 구현예에서, 본 발명의 원리는 과일 섬유질, 이를테면 감귤류 부산물 스트림으로부터 추출되는 감귤류 섬유질을 포함한 판지 곽(carton)을 포함한다. 상기 판지 카톤은 예를 들어 음료수 곽일 수 있다.

또 다른 구현예에 의하면, 상기와 같이 처리된 비-감귤류 과일 섬유질을 목재 섬유질과 배합하여(예컨대, 연목 및 견목/연목 배합물), 종이(포장지를 포함하되, 이에 한정되지 않음)에 유용한 배합형 펄프를 생성할 수 있다. 일 구현예에서, 배합형 펄프의 약 1%, 약 2%, 약 3%, 약 4%, 약 5%, 약 6%, 약 7%, 약 8%, 약 9%, 약 10%, 약 11%, 약 12%, 약 13%, 약 14%, 약 15% 또는 약 20%, 약25%, 약 30%, 약 35%, 약 40%, 약 45%, 약 50%, 약 60%, 약 70%, 약 80%, 약 90%, 약 95% 또는 약 99%가 비-감귤류 섬유질이다.

본 발명의 예시적 구현예를 첨부된 도면들을 참조로 이하 상세하게 설명하기로 하며, 이들을 본원에 참조로써 통합하였다:
도 1은 판지 제조에 사용하도록 습윤 상태의 과일 펄프 부산물을 전처리하고 과일 섬유질을 처리하기 위한 예시적 공정의 흐름도이다.
도 2는 판지 제조에 사용하도록 습윤 상태의 과일 펄프 부산물을 전처리하고 과일 섬유질을 처리하기 위한, 보다 상세한 예시적 공정의 흐름도이다.
도 3은 종이 및 포장재 제품에 사용되는 표백 섬유질을 생성하기 위해 과일 섬유질을 추출 및 가공처리하는데 사용되는 예시적 시스템의 개략도이다.
도 4는 과일 부산물로부터 과일 섬유질을 추출하기 위한 예시적 공정의 흐름도이다.
도 5는 과일 섬유질을 목재 섬유질과 조합하여 섬유질 혼합물로부터 물품을 형성하는 예시적 공정의 흐름도이다.
도 6은 실온에서 시간 경과에 따른 감귤 펠릿의 수분 흡수율을 나타내는 예시적 데이터를 고체에 대한 액체의 비율로 표현한 그래프이다.
도 7은 다양한 감귤 펄프 배합물을 사용하여 만든 종이(핸드시트)의 물리적 특성들(예컨대, 파단 길이, 인열 지수, 및 내굴곡성)을 나타내는 예시적 데이터의 그래프이다.
도 8은 다양한 감귤 펄프 배합물을 사용하여 만든 종이(핸드시트)의 추가적이 물리적 특성들(예컨대, 기공율, 인장 지수, TEA 및 인장 강성도)을 나타내는 예시적 데이터의 그래프이다.
도 9는 중화제의 첨가가 고해된(refine) 감귤 펄프의 수분 배출 시간에 미치는 영향을 나타내는 예시적 데이터의 그래프이다.
도 10은 본원의 방법에 의해 제조된 감귤에서 수득된 섬유질의 특성을 입증하는 그래프이다.
도 11은 단단한 목재로부터 제조된 섬유질의 특성을 입증하는 그래프이다.

실시예

실시예 1: 추출

라임 오렌지를 가공처리하는 감귤류 가공처리 공장으로부터 건조 감귤류 펠릿을 입수하였다. 입수하자 마자, 펠릿의 수분 함량을 검사하고, 3℃ 내지 4℃에 고정된 냉장 저장고에 사용 전까지 보관하였다. 건조 펠릿(오븐 건조 기준) 100 kg을 실온의 물 2500 kg에 도입하였다. 이 혼합물을 교반하고, 파일럿-크기의 제지용 펄프 기계(hydropulper) 내에서 직접 수증기로 80도까지 가열하였다. 목표 온도에 이른 후에, 황산을 사용하여 pH를 1.8까지 낮추었다. 10분마다 pH를 검사하였고, 만일 pH가 목표치인 pH 1.8보다 높으면 추가 산을 사용하여 pH를 조절하였다.

해당 pH 및 온도에서 90분이 지났을 때, 혼합물을 제2 용기에 펌핑시키고, 온수를 사용하여 2.25% 고형물 농도까지 희석하고; 50% 수산화나트륨을 사용하여 pH를 4.0까지 조절하고, 온도는 60℃보다 높게 유지하였다. 희석 후의 혼합물에 원래의 펠릿 중량 기준으로 대략 800 ppm의 DPTA를 첨가하였다.

상기 혼합물을 0.020" 공차에 설정된 더블 디스크 기계식 고해기를 통해 펌핑시키고, 경사기를 사용하여 탈수시켰다. 농축물이 하수처리되는 동안, 고형물 분획물을 후속 가공처리용 스크린 카트에 포집하였다.

실시예 2: 표백 처리

실시예 1로부터 얻은 세척된 펄프를 간접 가열식 축 스크류 보조 상향류 탑에 전달하고, 60℃까지 가열한 다음 이 온도에 유지하였다. 50% 과산화수소 용액을 첨가하고, H₂0₂를 6%로 가하고(감귤류 건조 고형물 상에서 활성), 이 혼합물의 고형물 농도가 첨가시 10%, 그리고 pH가 10.5 내지 11.0이 되도록 상기 혼합물을 희석시켰다. 간접 가열방식으로 혼합물을 목표 온도에 유지하였다. 60분이 지난 후, 해당 재료를 5% 고형물 농도까지 희석하고, 경사기에 펌핑시킨 다음, 위에서와 같이 경사기를 통해 처리하였다.

세척된 펄프를 상기와 동일한 간접-가열식 축 표백 탑에 전달하였다. 전처리한 감귤류 펄프를 60℃까지 가열하였다. 이산화염소 용액(10 g/리터)을 첨가하여, 최종 고형물 농도 10%(건조 펄프 기준), pH 3.6, 4% 사용률을 달성하였다. 1시간 동안의 처리가 끝나면, 펄프 슬러리를 약 5% 고형물 농도까지 희석하고, 경사기에 펌핑시키고, 위에서와 같이 경사기를 통해 처리하였다.

세척된 펄프를 이전 단계에서와 같은 간접-가열식 축 표백 탑에 전달하였다. 전처리한 감귤류 펄프를 50℃까지 가열하였다. 50% 수산화나트륨 용액을 첨가하여, pH 10.5 및 최종 고형물 농도 10%(건조 펄프 기준)를 달성하였다. 75시간 동안의 처리가 끝나면, 펄프 슬러리를 약 5% 고형물 농도까지 희석하고, 경사기에 펌핑시키고, 위에서와 같이 경사기를 통해 처리하였다.

세척된 펄프를 이전 단계에서와 같은 간접-가열식 축 표백 탑에 전달하였다. 전처리한 감귤류 펄프를 60℃까지 가열하였다. 이산화염소 용액(10 g/리터)을 첨가하여, 최종 고형물 농도 10%(건조 펄프 기준), 2% 사용률을 달성하였다. 1시간 동안의 처리가 끝나면, 펄프 슬러리를 약 5% 고형물 농도까지 희석하고, 경사기에 펌핑시키고, 위에서와 같이 경사기를 통해 처리하였다.

냉장 조건 하에 펄프를 폴리 라이닝된 드럼 내 경사기 배출 고형물에 보관하였다.

실시예 3: 전하 중화

저장 용기로부터 감귤류 펄프를 빼낸 후, 교반조 내에서 실온의 물을 사용하여 3% 고형물 농도까지 희석하였다. 유동 전위 전하를 위해 펄프 샘플을 만들었다. 이러한 펄프에 황산알루미늄(alum)을 약 65 lb/톤의 속도로 첨가하여, 전하를 약 -0 mV까지 중화시켰다. 도 9에 도시한 바와 같이, alum 중화시 극적인 배수 개선 효과를 보였다.

실시예 4. 배합형 펄프의 제조

연목 펄프와 견목 펄프가 각각 70:30의 비율로 배합된, 상업적으로 제조된 표백 목재 펄프를 실온의 물과 3% 점조도로 혼합하였다. 이러한 배합물을 470 캐나다 표준 여수도(CSF) 유닛까지 고해처리한 후, 감귤류 펄프와 90:10의 비율로 배합될 때까지 목재 펄프를 유지하였다.

실시예 3에서 제조된 목재 펄프 및 감귤류 펄프 둘 다의 샘플을 적절한 비율들로 배합하였다. 이러한 배합물의 여수도를 시험한 결과, 450 CSF까지 감소한 것으로 나타났으며, 이는 시작 시점에서의 여수도 470 유닛을 최소하게나마 감소시키는 등, 감귤류 펄프의 중화 영향을 확인시켜 주는 것이다. 이들 펄프 및 샘플로부터 양측 펄프의 여러 20 리터 샘플들을 취하였다.

실시예 5: 종이의 제조

실시예 5로부터의 배합형 펄프를 어떠한 문제점도 없는 시범 종이 기계의 헤드박스에 펌핑시켰다. 펄프는 상기 시범 기계 상에서 310 g/m²로 성공적으로 배수, 압착 및 건조되었다.

TAPPI 표준 방식과 시험 절차를 이용하여, 숙련된 기술자로 하여금 상기 펄프들의 핸드시트를 만들도록 하였다. 이들 핸드시트의 인장 특성과 물리적 특성을 시험하고, 그 결과들을 도 7과 도 8에 나타내었다. 다양한 감귤류 펄프 배합물(상기 배합물 내 감귤류 펄프의 비율은 10 내지 30% 범위임)이 함유된 종이에 대한 파단 길이, 인열 지수, 및 내굴곡성을 나타내었으며, 상기 배합물의 감귤류 펄프 성분은 다양한 감귤류 과일 분획물로부터 제조하였다. 다양한 감귤류 펄프 배합물(상기 배합물 내 감귤류 펄프의 비율은 10 내지 30% 범위임)이 함유된 종이에 대한 기공율, 인장 지수, TEA, 인장 강성도를 나타내었으며, 상기 배합물의 감귤류 펄프 성분은 다양한 감귤류 과일 분획물로부터 제조하였다.

실시예 6: 감귤류 섬유질의 특성

전술된 바와 같이 제조된 감귤류 섬유질을 견목 섬유질과 비교하였다. 도 10과 도 11에 나타낸 바와 같이, 감귤류 섬유질은 섬유질의 길이 분포 면에서 주목할만한 차이를 보였다. 예를 들어, 감귤류 섬유질의 대부분은 0.20 내지 0.35 mm인 반면에, 견목 섬유질의 대부분은 더 길었다. 따라서, 본원에 개시된 방법들을 통해 제조되는 감귤류 섬유질은 견목 섬유질의 길이 분포와 비교하여 뚜렷이 차이나는 길이 분포를 가졌다.

위에 상술된 설명은 본 발명을 시행하기 위한 소수의 구현예들을 나타내는 것으로, 본 발명의 범주를 제한하고자 함이 아니다. 당해 기술분야의 숙련자는 위에 상술된 영역 이외의 다른 영역에서 본 발명을 시행하는데 이용되는 방법 및 변형예를 바로 구상할 수 있을 것이다. 하기 청구범위는 상기 개시된 본 발명의 다수의 구현예를 보다 구체적으로 제시한다.

Claims (22)

1. 제1 천연 공급원으로부터 유도된 제1 섬유질; 및
   과일로부터 유도된 제2 섬유질
   을 포함하는 물품.
2. 제1항에 있어서, 상기 제1 천연 공급원은 목재인 물품.
3. 제1항에 있어서, 상기 제2 섬유질은 감귤류 과일로부터 유도되는 것인 물품.
4. 제1항에 있어서, 상기 제2 섬유질은 그로부터 연신되는 필라멘트를 포함하는 것인 물품.
5. 제1항에 있어서, 상기 물품은 종이 및 포장재로 구성된 군에서 선택되는 것인 물품.
6. 제5항에 있어서, 포장재는 소비자 제품 포장재인 물품.
7. 제1항에 있어서, 상기 제1 및 제2 섬유질은 뚜렷이 대조적인 섬유질 길이 분포들을 갖는 것인 물품.
8. 제1항에 있어서, 물품의 섬유질 혼합물은 상기 제2 섬유질을 약 1% 내지 약 99% 포함하는 것인 물품.
9. 제1 섬유질과 제2 섬유질을 조합하여 섬유질 혼합물을 형성하는 단계; 및
   섬유질 혼합물로부터 물품을 형성하는 단계
   를 포함하고,
   상기 제1 및 제2 섬유질은 개별적 재료로부터 수득되며, 섬유질들 중 적어도 하나는 식물의 가식성 과일로부터 유도되는 것인 물품 제조 방법.
10. 제9항에 있어서, 제1 섬유질은 목재로부터 유도되고, 제2 섬유질은 식물의 비-목질부(non-xylem) 과일을 지닌 부분으로부터 유도되는 것인 방법.
11. 제10항에 있어서, 상기 식물은 감귤류 식물인 방법.
12. 제11항에 있어서, 제2 섬유질은 감귤류 과일의, 알베도, 내과피(endocarp), 펄프 또는 이들의 조합으로부터 유도되는 것인 방법.
13. 제12항에 있어서, 감귤류 과일을 펙틴 분해 제재로 처리함으로써 셀룰로오스, 헤미셀룰로오스, 또는 이들의 조합물을 용액 내로 방출시키는 단계를 더 포함하는 방법.
14. 제13항에 있어서, 감귤류 과일을 제재로 처리하는 단계는 감귤류 과일을 산, 염기 및 펙티나아제로 구성된 군에서 선택된 제재로 처리하는 조작을 포함하는 것인 방법.
15. 제13항에 있어서, 셀룰로오스, 헤미셀룰로오스, 또는 이들의 조합물의 섬유질을 상기 용액으로부터 분리시키기 위해 힘을 인가하는 단계를 더 포함하는 방법.
16. 제15항에 있어서, 힘을 인가하는 단계는 원심분리기, 경사기, 교반기 또는 섬유질 고해기(fiber refiner)를 사용하여 힘을 인가하는 조작을 포함하는 것인 방법.
17. 제9항에 있어서, 가식성 과일로부터 유도된 섬유질을 표백처리하는(brightening) 단계를 더 포함하는 방법.
18. 제17항에 있어서, 가식성 과일로부터 유도된 섬유질을 표백처리하는 단계는 가식성 과일로부터 유도된 섬유질을 표백처리하여 가식성 과일로부터의 섬유질을 색상 면에서 다른 섬유질에 더 유사하게 만드는 조작을 포함하는 것인 방법.
19. 제17항에 있어서, 가식성 과일로부터 유도된 섬유질을 표백처리하는 단계는 가식성 과일로부터 유도된 섬유질을 표백처리하여 다른 섬유질과 상당히 같은 색상으로 만드는 조작을 포함하는 것인 방법.
20. 제9항의 방법에 의해 제조되는 물품.
21. 제20항에 있어서, 상기 물품은 종이 및 포장재로 구성된 군에서 선택되는 것인 물품.
22. 제21항에 있어서, 상기 포장재는 소비자 제품 포장재인 물품.

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