TWI418510B - Production method of edible carbon material and working furnace device - Google Patents

Description

可食用碳材之製作方法及其工作爐體裝置

本發明係一種可食用碳材之製作方法及其工作爐體裝置，係在碳化過程中減少焦油殘量，將排出之爐氣做有效處理，且在製備可食用碳材之工作爐體設計一內爐體，避免爐氣與加熱體接觸反應而熔損失效，同時降溫時，可以取出內爐體另行分開快速冷卻。

按，竹炭或活性碳近來常被作為新環保素材，不少業者將竹炭直接添加到食品中，並研發竹炭養生系列餐飲，包括竹炭麵、竹炭豆腐、豆花等。如中華民國專利公開第200640380號之「添加竹炭之飲品及其製造方法」專利案，係將竹炭形成粉末狀，而飲品之原料也經過必要之處理程序後，再將兩者混合烘焙形成一飲品材料。然後取3%-5%以重量計之粉末狀竹炭，及97%-95%以重量計之飲品材料，兩者混合烘焙，形成一添加竹炭之飲品材料。俾藉竹炭特有的高吸附力(多孔性)、富含礦物質與改善水質等三項特性，藉由竹炭加以處理沖泡/製造之飲品，使飲品不論是在口感或風味上，都能變得更佳，更讓人讚不絕口。

然，上述之竹炭由竹材碳化成為竹炭之過程中，會有焦油、有機酸和可燃性氣體釋出，而其中焦油是多環芳香族碳氫化合物(polycyclic aromatic hydrocarbons,簡稱PAHs)之前驅物，係為含有兩個或以上由碳和氫原 子組成的稠芳香環。由於多環芳香族碳氫化合物之分子結構非常對稱，其化學穩定性高，在自然環境中存在時間長，具累積性，經食物鏈之關係在逐級傳遞中使污染物濃度增大，毒害作用變大，故容易對生態環境造成污染，是目前世界已知的致癌化學物最龐大的一群。故有必要在碳化過程中減少焦油殘量，幫助降低致癌多環芳香族碳氫化合物的殘留。

又，竹材工作爐內碳化時，除有焦油、有機酸和可燃性氣體釋出外，亦會隨溫度改變各組成的分解反應比例，相對爐氣成分亦隨之變化，加上複雜且多變的爐氣常導致感測元件在使用中失效，進一步造成爆管危險，難以使用監控壓力和流速方式控制爐氣排放和處理流程，相對爐氣的排放和處理不易處理，若任由排放到大氣，造成空氣污染，亦非良策。

爰此，本發明係提供一種可食用碳材之製作方法及其工作爐體裝置，係在碳化過程中減少焦油殘量，且在製備可食用碳材之工作爐體設計一內爐體，避免爐氣與加熱體接觸反應而熔損失效，同時降溫時，由於碳材直接高溫取出接觸空氣，會有高溫氧化問題，甚至會起火燃燒，可以將內爐體在高溫時即與加熱體分離，取出內爐體另行分開快速冷卻，而非爐體和碳材一起慢速冷卻。

本發明係一種可食用碳材之製作方法，包括下列步驟：

a、高溫碳化：使竹材在工作爐體中進行高溫碳化；

b、焦油逸出：在450-580℃間持溫0.5-2小時，使竹材碳化過程中產生之焦油可以充分逸出；該步驟b亦可置換為在0.1-3℃/min緩慢升溫，使竹材碳化過程中產生之焦油可以充分逸出。

c、爐氣排出：將含焦油之爐氣排出工作爐體。

d、升溫：進一步升溫至700-1200℃。

e、排氣並得到可食用碳材：排除工作爐體內之氣壓，使殘留焦油隨洩壓氣體被帶出；工作爐體內之竹材碳化為可食用碳材。

上述之可食用碳材之製作方法，其中在步驟b中，係引入中性或還原性氣體進入工作爐體中，以稀釋或帶出焦油。

上述之可食用碳材之製作方法，其中在步驟b中，係引入氧化氣體進入工作爐體中，以幫助工作爐體內之焦油分解。

上述之可食用碳材之製作方法，其中在步驟c中，係引入常溫空氣與焦油作用，使焦油冷凝並予匯集者。

上述之可食用碳材之製作方法，其中在步驟c中，係將排出之爐氣進行水浴，以移除爐氣中之水溶性成分。其中，排出之爐氣利用加壓方式導入水浴環境中。

上述之可食用碳材之製作方法，其中在步驟c中，排出之爐氣係以先以火焰燃燒。

上述之可食用碳材之製作方法，其中在步驟c中， 排出之爐氣係以先以含界面活性劑的水予以曝氣。

上述之可食用碳材之製作方法，其中在步驟c中，爐氣經濾除焦油後係再導入工作爐體中。

本發明係一種製造可食用碳材之工作爐體裝置，包括：工作平台，具有一工作區，該工作區設有引入氣道及排氣道，該引入氣道係由工作平台外部貫通至工作區，其中具有控制其啟閉之閥門，該排氣道係由工作區貫通至工作平台外部，其中具有一控制其啟閉之閥門。

內爐體，活動地罩覆於於工作平台之工作區。

一外爐體，活動地罩覆於於工作平台上之內爐體外圍。

加熱元件，設置於外爐體上。

上述製造可食用碳材之工作爐體裝置，其中排氣道係另連接有一排氣管。

上述之排氣管係另與一引流管交匯，並於引流管出口處設有收納槽。上述之排氣管係另連接至水浴槽。

上述之排氣管係另連接至曝氣槽。

上述之排氣管係另連接並貫穿外爐體。

上述之排氣管係另連接至一燃燒室。

本發明之優點如下：

1.本發明係持續以真空裝置將爐內氣體以負壓抽出，焦油亦隨之抽出，又通入中性或還原性氣體，以稀釋或帶出焦油，或通入氧化氣氛，以幫助爐內焦油分解， 可減少爐內焦油殘量，有助降低焦油變成致癌多環芳香族碳氫化合物的殘留於可食用碳材上，確保消費者食用安全。

2.本發明係具有一內爐體，避免爐氣與加熱體接觸反應而熔損失效，同時降溫時，可以取出內爐體另行分開快速冷卻，將內爐體在高溫時即與加熱體分離，避免碳材直接高溫取出接觸空氣，而高溫氧化，甚至會起火燃燒。

3.本發明採用導管直接將爐氣引出後，係可將爐氣進行冷凝收納、水浴移除爐氣中水溶性成分、火焰燃燒排放、含界面活性劑的水處理、或再導入爐內等後續處理，有效降低因爐氣排放所導致之空氣污染。

請參見第一圖所示，本發明係一種可食用碳材之製作方法，包括下列步驟：

a、高溫碳化：使竹材在工作爐體中進行高溫碳化；

b、焦油逸出：在450-580℃間持溫0.5-2小時，使竹材碳化過程中產生之焦油可以充分逸出，步驟b之另一實施方式係置換為在0.1-3℃/min緩慢升溫，使竹材碳化過程中產生之焦油可以充分逸出。其中，在步驟b中，係引入中性或還原性氣體進入工作爐體中，以稀釋或帶出焦油或引入氧化氣體進入工作爐體中，以幫助工作爐體內之焦油分解。

c、爐氣排出：將含焦油之爐氣排出工作爐體。

d、升溫：進一步升溫至700-1200℃。

e、排氣並得到可食用碳材：排除工作爐體內之氣壓，使殘留焦油隨洩壓氣體被帶出；工作爐體內之竹材碳化為可食用碳材。

由於排出之爐氣會隨溫度改變各組成的分解反應比例而變化，若任由排放到大氣，會造成空氣污染，亦非良策，故上述步驟c爐氣排出後，係可進行下列處理步驟中任一種：

1.引入常溫空氣與焦油作用，使焦油冷凝並予匯集者。

2.將排出之爐氣進行水浴，以移除爐氣中之水溶性成分，藉水浴徹底冷卻收集爐氣中的焦油，水同時與醋酸等有機酸相溶，移除爐氣中水溶性成分，其中，排出之爐氣利用加壓方式導入水浴環境中。

3.排出之爐氣係先以火焰燃燒。

4.排出之爐氣係先以含界面活性劑的水予以曝氣，可擷取其中有害氣體分子。

5.爐氣經濾除焦油後係再導入工作爐體中，以提高碳材的得碳率。

本發明之可食用碳材之製作方法，係可減少爐內焦油殘量，有助降低焦油變成致癌多環芳香族碳氫化合物的殘留於可食用碳材上，確保消費者食用安全。

本發明所製成之可食用碳材，係能直接添加到食品中，包括竹炭麵、竹炭豆腐、豆花等；亦可將其形成粉末狀，與飲品材料兩者混合烘焙，形成一添加竹炭之飲品材料；俾藉竹炭特有的高吸附力(多孔性)、富含礦物質與改善水質等三項特性，藉由竹炭加以處理沖泡/製造之飲品，使飲品不論是在口感或風味上，都能變得更佳。

如第二圖所示，本發明係一種製造可食用碳材之工作爐體裝置，包括：工作平台(1)，具有一供置放竹材(A)之工作區(11)，工作平台(1)包括一由工作平台(1)外部貫通至工作區(11)之引入氣道(12)，引入氣道(12)中具有一控制其啟閉之閥門(121)，及一由工作區(11)貫通至工作平台(1)外部之排氣道(13)，排氣道(13)中具有一控制其啟閉之閥門(131)，其中，排氣道(13)係另連接有一排氣管(132)。

內爐體(2)，活動地罩覆於工作平台(1)之工作區(11)。

外爐體(3)，活動地罩覆於工作平台(1)上之內爐體(2)外圍。

加熱元件(4)，設置於外爐體(3)上，環繞內爐體(2)周圍，以供竹材(A)碳化。

使用時，請參照第二圖所示並搭配第一圖之方法流程，利用設置於外爐體(3)上之加熱元件(4)將內爐體(2)加熱至高溫，使竹材(A)在內爐體(2)中進行 高溫碳化，之後在450-580℃間持溫0.5-2小時，或在0.1-3℃/min緩慢升溫，使竹材(A)碳化過程中產生之焦油可以充分逸出，在焦油逸出期間，可開啟引入氣道(12)之閥門(121)，係引入中性或還原性氣體自引入氣道(12)進入工作區(11)中，以稀釋或帶出焦油，或引入氧化氣體自引入氣道(12)進入工作區(11)中，以幫助內爐體(2)內之焦油分解。其後經排氣道(13)將含焦油之爐氣排出內爐體(2)至排氣管(132)導入其他裝置進行一系列處理後排出外界避免空氣污染。而內爐體(2)內進一步升溫至700-1200℃；其後自排氣道(13)排除內爐體(2)內之氣壓，使殘留焦油隨洩壓氣體被帶出，則內爐體(2)內之竹材(A)碳化為可食用碳材。

本發明之內爐體(2)可避免加熱所產生之含焦油之爐氣與竹材(A)接觸反應而熔損失效，使用完降溫時，可以取出內爐體(2)另行分開快速冷卻，使內爐體(2)在高溫時即與外爐體(3)分離，避免碳材直接高溫取出接觸空氣而高溫氧化，甚至會起火燃燒。藉由本發明之製造可食用碳材之工作爐體裝置，可減少內爐體(2)焦油殘量，有助降低焦油變成致癌多環芳香族碳氫化合物的殘留於可食用碳材上，確保消費者食用安全。

如第三圖所示，為使用上述裝置將爐氣自排氣管(132)導入其他裝置處理後排出之第一實施樣態，其中，該排氣管(132)係另與一引流管(B)交匯，該引流管(B)出口處設有收納槽(C)，可將空氣自引流管 (B)引入，由於空氣具有冷卻爐氣效果，可將爐氣之焦油初步冷凝於管壁，匯集流入引流管(B)出口處下方的收納槽(C)。

如第四圖所示，為使用上述裝置將爐氣自排氣管(132)導入其他裝置處理後排出之第二實施樣態，該排氣管(132)係另連接至水浴槽(D)，藉水浴徹底冷卻收集爐氣中的焦油，水同時與醋酸等有機酸相溶，移除爐氣中水溶性成分。

如第五圖所示，為使用上述裝置將爐氣自排氣管(132)導入其他裝置處理後排出之第三實施樣態，該排氣管(132)係另連接至曝氣槽(E)，將爐氣先以含界面活性劑的水予以曝氣，可擷取其中有害氣體分子。

如第六圖所示，為使用上述裝置將爐氣自排氣管(132)導入其他裝置處理後排出之第四實施樣態，該排氣管(132)另端係連接並貫穿外爐體(3)，再將爐氣導入外爐體(3)中，以提高碳材的得碳率。

如第七圖所示，為使用上述裝置將爐氣自排氣管(132)導入其他裝置處理後排出之第五實施樣態，該排氣管(132)係另連接至一燃燒室(F)，可將爐氣以火焰燃燒後排放。

(1)‧‧‧工作平台

(11)‧‧‧工作區

(12)‧‧‧引入氣道

(121)‧‧‧閥門

(13)‧‧‧排氣道

(131)‧‧‧閥門

(132)‧‧‧排氣管

(2)‧‧‧內爐體

(3)‧‧‧外爐體

(4)‧‧‧加熱元件

(A)‧‧‧竹材

(B)‧‧‧引流管

(C)‧‧‧收納槽

(D)‧‧‧水浴槽

(E)‧‧‧曝氣槽

(F)‧‧‧燃燒室

第一圖 本發明之可食用碳材之製作方法流程圖。

第二圖 本發明之製造可食用碳材之工作爐體裝置構造示意圖。

第三圖 本發明之製造可食用碳材之工作爐體裝置第一實施樣態。

第四圖 本發明之製造可食用碳材之工作爐體裝置第二實施樣態。

第五圖 本發明之製造可食用碳材之工作爐體裝置第三實施樣態。

第六圖 本發明之製造可食用碳材之工作爐體裝置第四實施樣態。

第七圖 本發明之製造可食用碳材之工作爐體裝置第五實施樣態。

(1)‧‧‧工作平台

(11)‧‧‧工作區

(12)‧‧‧引入氣道

(121)‧‧‧閥門

(13)‧‧‧排氣道

(131)‧‧‧閥門

(132)‧‧‧排氣管

(2)‧‧‧內爐體

(3)‧‧‧外爐體

(4)‧‧‧加熱元件

(A)‧‧‧竹材

Claims (4)

1. 一種可食用碳材之製作方法，包括下列步驟：a、高溫碳化：使竹材在工作爐體中進行高溫碳化；b、焦油逸出：在450-580℃間持溫0.5-2小時，或在0.1-3℃/min緩慢升溫，使竹材碳化過程中產生之焦油可以充分逸出；c、爐氣排出：將含焦油之爐氣排出工作爐體，並以下列其中之一的方法處理，爐氣經濾除焦油後係再導入工作爐體中；c1：將排出之爐氣進行水浴，以移除爐氣中之水溶性成分；c2：將排出之爐氣利用加壓方式導入水浴環境中；c3：排出之爐氣係先以火焰燃燒；c4：排出之爐氣係先以含界面活性劑的水予以曝氣；d、升溫：進一步升溫至700-1200℃；e、排氣並得到可食用碳材：排除工作爐體內之氣壓，使殘留焦油隨洩壓氣體被帶出，工作爐體內之竹材碳化為可食用碳材。
2. 如申請專利範圍第1項所述之可食用碳材之製作方法，其中在步驟b中，係引入中性或還原性氣體進入工作爐體中，以稀釋或帶出焦油。
3. 如申請專利範圍第1項所述之可食用碳材之製作方法，其中在步驟b中，係引入氧化氣體進入工作爐體中，以幫助工作爐體內之焦油分解。
4. 一種製造可食用碳材之工作爐體裝置，包括：工作平台，具有一工作區，該工作區設有引入氣道及排氣道，該引入氣道係由工作平台外部貫通至工作區，其中具有控制其啟閉之閥門，該排氣道係由工作區貫通至工作平台外部，其中具有一控制其啟閉之閥門，該排氣道係另連接有一排氣管，該排氣管之另端係連接下列之一：一水浴槽、一曝氣槽或一燃燒室；內爐體，活動地罩覆於工作平台之工作區；外爐體，活動地罩覆於工作平台上之內爐體外圍；加熱元件，設置於外爐體上。