用于從柑橘類水果自動去中軸或者分離纖維或完整汁囊的系統和方法
【專利說明】用于從柑橘類水果自動去中軸或者分離纖維或完整汁囊的系統和方法
[0001]相關串請的交叉引用
[0002]本申請要求都在2013年7月3日提交的美國申請號61/842，836 ;61/842，844 ;61/842,852 ;61/842，854 ;和61/842,862的權益，將所有這些文件以其全文通過引用結合在此。
[0003]置量
[0004]對于水果飲料生產者而言，從水果(例如柑橘類)提取果肉已經變為大宗生意。如本領域中所理解，來自柑橘的完整汁囊(juice sac)價值在于飲料中的汁囊的味道和口感是很多消費者優選的。然而，果肉、尤其是果肉的完整汁囊部分是難以收集以滿足消費者認可其味道的。在世界的很多地方，收集果肉、并且特別是完整汁囊，是人工進行且昂貴的工藝。也就是說，分離并且移除完整汁囊是勞動密集型工藝。近年，對果肉的需求急劇增加，需要從水果更有效地提取已經變為貴重商品的果肉和完整汁囊，這是因為存在有限的水果供應。
[0005]概述
[0006]通過利用多種不同技術，本發明的原理解決了完整汁囊生產的限制。不同技術可以包括使用以下項:(i)結合用來從柑橘類水果分離完整汁囊的自動機械工藝，用以降解柑橘中的果膠的多種酶處理，(?)酶處理與用來從柑橘分離完整汁囊的自動機械工藝的組合，或(iii)用來從柑橘分離完整汁囊的自動機械工藝。不同技術會導致從柑橘類水果生產不同百分比的完整汁囊。不同自動機械工藝可以使用各式各樣的技術和機構來避免汁囊破裂。
[0007]從完整柑橘類水果的至少一個部分分離完整汁囊的方法的一個實施例可以包括將第一酶引入完整柑橘類水果的至少一個部分，以使得該完整柑橘類水果的至少一個部分部分降解，從而生產部分降解的柑橘。可以從部分降解的柑橘移除果皮，以暴露第一降解的柑橘。可以將第二酶應用至第一降解的柑橘，來使得第一降解的柑橘進一步降解，從而形成第二降解的柑橘。可以從第二降解的柑橘分離完整汁囊。
[0008]從完整柑橘類水果的至少一個部分分離完整汁囊的系統的一個實施例可以包括被配置為將第一酶引入完整柑橘類水果的至少一個部分的第一容器，以使得該完整柑橘類水果的至少一個部分部分降解，從而生產部分降解的柑橘。去皮器可以被配置為從部分降解的柑橘移除果皮，以暴露第一降解的柑橘。第二容器可以被配置為將第二酶應用至第一降解的柑橘，來使得第一降解的柑橘進一步降解，從而形成第二降解的柑橘。至少一個分離裝置可以被配置為從第二降解的柑橘分離完整汁囊。
[0009]從完整柑橘類水果的至少一個部分分離基本上完整的汁囊的方法的一個實施例可以包括將第一酶引入柑橘類水果的至少一個部分，以使得該完整柑橘類水果的至少一個部分部分降解，從而生產部分降解的柑橘。可以從部分降解的柑橘自動地移除果皮，以暴露第一降解的柑橘。可以從第一降解的柑橘分離完整汁囊。
[0010]從完整柑橘類水果的至少一個部分分離基本上完整的汁囊的系統的一個實施例可以包括被配置為將第一酶引入柑橘類水果的至少一個部分的第一容器，以使得該完整柑橘類水果的至少一個部分部分降解，從而生產部分降解的柑橘。去皮器可以被配置為從部分降解的柑橘自動地移除果皮，以暴露第一降解的柑橘。至少一個分離裝置可以被配置為從第一降解的柑橘分離完整汁囊。
[0011]從完整柑橘類水果回收完整汁囊的方法的一個實施例可以包括自動地榨取完整柑橘類水果的果實部分，以使得從完整柑橘類水果的果實部分移除完整汁囊。在完整柑橘類水果的果實部分中，完整汁囊的水平可以高于大約5%的完整汁囊的總數。可以從完整柑橘類水果的果實部分的其他部分分離完整汁囊。
[0012]柑橘類水果壓榨器的一個實施例可以包括壓榨器本體，該壓榨器本體包括突出部分、底座、和外表面。突出部分可以被定位在壓榨器本體的中心軸上，該外表面被限定在該突出部分和底座之間。圍繞壓榨器本體的外表面，多個前緣可以環圓周地隔開，其中每個前緣在該突出部分和底座之間徑向延伸。圍繞壓榨器本體的外表面，多個后緣可以環圓周地隔開，并且從前緣徑向地向內，其中每個后緣可以被插入一對前緣之間。圍繞壓榨器本體的外表面，多個提取通道可以環圓周地隔開，其中每個提取通道可以在該突出部分和底座之間并且在對應的前緣和后緣之間徑向延伸，使得能夠從中提取柑橘類水果的無損汁囊。
[0013]從完整柑橘類水果的至少一個部分分離纖維的方法的一個實施例可以包括將第一酶引入柑橘，以使得該完整柑橘類水果的至少一個部分部分降解。可以從部分降解的柑橘收集第一洗脫物，其中該第一洗脫物包括纖維。可以從部分降解的柑橘移除果皮，以暴露第一降解的柑橘。可以將第二酶應用至第一降解的柑橘，來形成第二降解的柑橘。可以從第二降解的柑橘收集第二洗脫物，其中該第二洗脫物包括纖維。可以從第一洗脫物和/或第二洗脫物分離纖維。
[0014]從完整柑橘類水果的至少一個部分分離纖維的系統的一個實施例可以包括被配置為將第一酶引入柑橘類水果的第一容器，以使得該完整柑橘類水果的至少一個部分部分降解。第一收集容器可以被配置為從部分降解的柑橘收集第一洗脫物，其中該第一洗脫物包括纖維。去皮器可以被配置為從部分降解的柑橘移除果皮，以暴露第一降解的柑橘。第二容器可以被配置為將第二酶應用至第一降解的柑橘，來形成第二降解的柑橘。第二收集容器可以被配置為從第二降解的柑橘收集第二洗脫物，其中該第二洗脫物包括纖維。纖維分離器可以被配置為從第一洗脫物和/或第二洗脫物分離纖維。
[0015]用于使完整柑橘類水果自動地去中軸的方法的一個實施例可以包括使完整柑橘類水果自動地定向，這樣使得完整柑橘類水果的中軸與去中軸工作臺的去中軸器基本上對準。可以將完整柑橘類水果去中軸，以移除完整柑橘類水果的中軸內的柑橘材料。
[0016]用于使完整柑橘類水果自動地去中軸的系統的一個實施例可以包括被配置為使完整柑橘類水果自動地定向的定向裝置。去中軸工作臺可以被配置為使完整柑橘類水果去中軸，以移除完整柑橘類水果的中軸內的柑橘材料。
_7] 附圖簡要說明
[0018]下面將參照附圖詳細地對本發明的多個展示性實施例進行描述，將附圖通過引用結合在此并且在附圖中:
[0019]圖1是從完整柑橘類水果移除并且分離完整汁囊的工藝的示例性總覽的圖解；
[0020]圖2是柑橘類水果的解剖學區域的圖解；
[0021]圖3是示出用于從柑橘類水果的果皮挖取完整柑橘類水果的果實部分的剖切線的完整柑橘類水果的一個部分的圖解；
[0022]圖4是被配置為從柑橘類水果挖取包括完整汁囊的果實部分的示例性勺的圖解；
[0023]圖5是被配置為切割和/或挖取包括柑橘類水果的完整汁囊的果實部分的替代性勺的圖解；
[0024]圖6是被配置為榨取柑橘類水果并且最小化完整汁囊破裂的示例性壓榨器的圖解；
[0025]圖7A和7B是使用圖6的壓榨器榨取柑橘類水果的示例性工藝的圖解；
[0026]圖8是根據本發明的原理，示例性機械化完整汁囊移除工藝的流程圖；
[0027]圖9是柑橘類水果的圖解，其中示例性的刺穿過柑橘類水果的果皮，以便使得酶能夠經由果皮中的這些刺進入絨層和囊衣，以降解絨層和囊衣；
[0028]圖10是已經通過使用酶處理工藝降解果膠后，柑橘類水果瓣的圖解；
[0029]圖11是用于從柑橘類水果分離完整汁囊并且產生副產物的雙酶處理工藝的圖解，這些副產物例如是(i)右旋苧烯，用于油精煉加工，以及(ii)纖維材料，用于提取柑橘纖維，這些柑橘纖維用于制造紙張和/或紙板產品；
[0030]圖12是用于從柑橘類水果分離完整汁囊的示例性雙酶處理工藝的流程圖；
[0031]圖13是用于從柑橘類水果分離完整汁囊的示例性單酶機械處理工藝的流程圖；
[0032]圖14是用于從柑橘類水果分離完整汁囊的示例性替代性單酶機械處理工藝的流程圖；
[0033]圖15是用于從柑橘類水果提取果實部分以便進一步加工，來從果實部分中分離完整汁囊的示例性機械挖取工藝的圖解；
[0034]圖16是在執行其他操作，例如酶處理以降解來自柑橘類水果的果膠之前，用于使完整柑橘類水果去中軸，以移除柑橘類水果的中軸內的柑橘材料的示例性工藝的圖解；
[0035]圖17是用于基于大小，選擇性分類水果，來匹配中軸大小與用來使完整水果去中軸的自動去中軸工作臺的示例性水果分離和去中軸工作臺的圖解；
[0036]圖18是被配置為使水果成像，這樣使得在去中軸前，該水果可以與去中軸工作臺的去中軸元件自動地對準的示例性系統的圖解；
[0037]圖19是基于圖18的系統做出的圖像和計算，自動地對準用于去中軸工作臺的水果的示例性機器人臂的圖解；
[0038]圖20是用于執行多種酶處理，以從柑橘類水果分開或分離完整汁囊的示例性工藝的流程圖；
[0039]圖21是用于從柑橘類水果分離完整汁囊的示例性酶機械工藝的流程圖；
[0040]圖22是用于自動榨取完整柑橘類水果的示例性工藝的流程圖，該工藝用于從柑橘類水果分離完整汁囊；
[0041]圖23是使用用于從柑橘類水果分離完整汁囊的多酶工藝，用于生產包括纖維的洗脫物副產物的示例性工藝的流程圖；
[0042]圖24是用于預處理濕果肉副產物并且處理水果纖維的示例性工藝的流程圖，該工藝用于紙板制造；
[0043]圖25是用于預處理濕果肉副產物并且處理水果纖維的更詳細的示例性工藝的流程圖，該工藝用于紙板制造；
[0044]圖26是用于提取和加工水果纖維，以產生用于紙張和包裝產品的增亮纖維(brightened fiber)的示例性系統的示意圖；
[0045]圖27是用于從水果副產物提取水果纖維的示例性工藝的流程圖；并且
[0046]圖28是用于組合水果纖維與木纖維，以從纖維混合物形成物品的示例性工藝的流程圖。
[0047]詳細說曰月
[0048]關于圖1，示出用于加工完整柑橘類水果102，以產生包含在柑橘類水果102內的完整汁囊104的示例性高水平工藝的圖解。如在此進一步描述，執行從完整柑橘類水果102分離完整汁囊104的工藝106可具有導致更高產率和產量的多個不同實施例。使用與現有工藝相比，提供完整汁囊104的更高產率的完整汁囊分離工藝106，分離完整汁囊(在本領域也稱為果汁泡)104，果肉和包括果肉與作為果肉一個部分的完整汁囊的水果飲料和食品的制造商可以提供具有更高質量的果肉和更低成本的產品。
[0049]例如，柑橘是指以下柑橘類水果品種，這些品種可以包括但不限于來自柑橘屬的任何水果，例如:橙子、甜橙、克萊門氏小柑橘、金橘、酸橙、箭葉酸橙、無核小蜜橘、中國柑橘、蜜柑、枸櫞、柚子、檸檬、粗皮檸檬、葡萄柚、蜜柑和橘柚、或其雜交品種。柑橘類水果可以是早季的、中季的、或晚季的柑橘類水果。水果的果膠含量可以基于季節而變化，其中與不成熟水果相比，成熟水果會包含更少的果膠。
[0050]關于圖2，示出了柑橘類水果200的示例性部分的圖解，其中在其上突出了解剖學組成部分。解剖學組成部分可以包括果實部分202、果皮204、和絨層206，絨層分開果皮204與果實部分202，并且連接它們。果實部分202包括分開柑橘類水果200內的果實的瓣的囊衣208。附接至囊衣208的是包括囊構件的汁囊210，囊構件包含柑橘類水果的果汁。如所示，存在附接至囊衣208的多個維管束，包括橫向維管束210a、背維管束210b、和另一橫向維管束210c。少數汁囊212還可以附接至更接近柑橘類水果的中軸214的囊衣208。
[0051]關于圖3，示出包括果實部分302、果皮304、和絨層306的柑橘類水果300。在加工柑橘類水果300時，可以利用機械勺或其他機構(參見圖4和5)，以產生剖切線308，從而切開柑橘類水果300的筋或囊衣310，由此從果皮304和絨層306離析或分開果實部分302。如由圖2中示出的柑橘類水果200的解剖學所提供，一定百分比的包含在柑橘類水果內的汁囊距離絨層足夠遠，這樣使得用來移除果實部分302的勺的使用維持汁囊處于完整或無損狀態。
[0052]關于圖4，示出包括果實部分402的柑橘類水果400的示例性部分(即約1/2)的圖解。如在圖3中進一步說明，可以由被配置為挖取柑橘類水果400的果實部分402的自動化機械操作的示例性勺404可以被配置為:可以被調整大小并且配置用來在果實部分402和連接果實部分402的絨層406之間延伸的彎曲裝置。
[0053]關于圖5，示出包括果實部分502的柑橘類水果500的示例性部分的圖解。替代性示例性勺504可以包括連接刀片構件508的直線軸506。示出刀片構件508是彎曲的，這樣使得刀片構件508的曲線可以具有類似于或匹配其中勺504用于切割并且提取果實部分502的柑橘類水果500的果皮的內部輪廓的輪廓。在操作中，勺504可以是延伸進入果實部分502，并且然后旋轉，以使得刀片構件508能夠切割囊衣510，由此從柑橘類水果500的果皮和絨層分離果實部分502。
[0054]關于圖6，示出示例性“溫和”壓榨器600的圖解。示出壓榨器600包括多個提取通道602a-602d (總稱602)。每個提取通道602包括對應的前緣604a_604d (總稱604)和對應的后緣606a-606d (總稱606)。在一個實施例中，前緣604延伸至壓榨器600的外周長，而后緣606可以不延伸至壓榨器600的外周長。可替代地，前緣與后緣604和606可延伸至壓榨器的外周長。然而，允許前緣從后緣徑向向外延伸，前緣604可以在后緣606之前接觸柑橘類水果的果實部分。在壓榨器600的前部中心地定位的突出部分608可以與柑橘類水果的中心或中軸對準，這樣使得隨著壓榨器600鉆進或被推進柑橘類水果，每個前緣604在對稱的力作用下運行。
[0055]在一個實施例中，提取通道602的深度可以在突出部分608和底座(圖7的720)之間擴展，以允許隨著壓榨器壓入水果，大量的果實和汁囊離開離開壓榨器600。在它們的構型方面，提取通道602還可以是螺旋的或具有減少或最小化汁囊破裂的任何其他形狀。
[0056]在操作中，隨著壓榨器驅動或鉆孔進入柑橘類水果，經由用于加工和分離完整汁囊的提取通道602，提取包括汁囊的果實部分，這樣使得作為壓榨器600的設計的結果，可以導致高百分比的汁囊保持無損。
[0057]關于圖7A，示出用于使用示例性柑橘類水果壓榨器702，以便提取包括柑橘類水果708的汁囊706的果實部分704的示例性工藝700的圖解。示出壓榨器702的突出部分710與柑橘類水果708的中軸712豎直對準，這樣使得壓榨器702可以旋轉并且鉆進柑橘類水果708的果實部分704，并且盡可能多地提取果實部分704。如同圖6的壓榨器一樣，壓榨器702可以包括限定提取通道716的前緣712和后緣714，這些提取通道使得能夠隨著壓榨器702被壓入柑橘類水果708并且旋轉，由其中提取果實部分704。連接壓榨器702的底座720的心軸718可以被附接至控制壓榨器702的運行和動作的機器(未示出)的軸。
[0058]關于圖7B，示出待鉆進柑橘類水果708的壓榨器702。隨著壓榨器702延伸進入柑橘類水果708，示出要經由提取通道716來提取柑橘類水果708的果實部分704。因為壓榨器702利用由提取通道716分開的前緣712和后緣714，所以為果實部分704的一個部分的汁囊706可以保持無損或完整。如以上所述，提取通道716可以被配置有變化的深度和曲率，以限制汁囊的破裂。如本領域所理解，其后可以使用酶處理、機械處理、或任何其他處理，加工包括汁囊706的果實部分704，以便如在此進一步描述，從柑橘類水果708的果實部分704分離完整汁囊。
[0059]取決于水果的類型、完整汁囊的大小、和發現保存更高百分比的完整汁囊的任何其他因素，后緣714可以具有尖銳(90度過更高角度)或略微圓化的(例如半徑小于約1_)的邊緣。尖銳的后緣714可以切割柑橘中的筋和囊衣，但是與略微更鈍的邊緣相比，使完整汁囊更易于破裂。可以調節后緣714的適當尖銳度，壓榨器702的速度，壓榨器702的插入速度，和基于柑橘類水果708的類型、完整汁囊的大小、柑橘類水果的溫度以及其他參數的其他因素，最大化產生自柑橘類水果708的完整汁囊的百分比。
[0060]關于圖8，示出用于從柑橘類水果802移除并且分離完整汁囊的機械工藝800的示例性流程圖。工藝800可以包括提供柑橘類水果802，例如橙子。在步驟804，可以執行改良的榨取或挖取。改良的榨取可以包括使用“溫和的”壓榨器，例如圖6中示出的壓榨器，并且勺可以是如例如圖4或圖5中示出的勺。可以結合步驟804中的改良的榨取或挖取，或作為其替代方案，使用現有提取器805。步驟804的改良的榨取或挖取可以導致提取包括完整汁囊的柑橘類水果802的果實部分。
[0061]在步驟806，可以執行機械的/水的加工工藝。機械的/水的加工工藝806可以包括使用洗滌果實部分的轉鼓和水噴射。工藝806還可以包括使用具有靶向蒂連接的非極性溶劑的優化T水，以從柑橘類水果802的果實部分的剩余部分分離完整汁囊。在步驟808，可以利用使用篩網來幫助從果實部分的剩余部分分離完整汁囊的篩選工藝。如本領域所理解，可以在步驟810，由人類或機器來光學檢查篩選工藝808中收集的完整汁囊，并且可以在步驟812將接受的任何完整汁囊巴氏消毒，并且在步驟814進行包裝。可以在步驟816加工產生自步驟804和806的任何果汁。生成自工藝800的完整汁囊一般在來自柑橘類水果802的可獲得汁囊的大約50%和大約60%之間。
[0062]關于圖9，示出完整柑橘類水果900的示例性部分的圖解。盡管可以利用從柑橘類水果900的果實部分分離汁囊的機械工藝，以提供來自柑橘類水果900的完整汁囊的另外的效率和產率，但是可以利用對完整柑橘類水果900的一種或多種酶處理或其他工藝的引入，來降解柑橘類水果900中的果膠。是對人類來說安全的食品的酶，例如果膠酶，可以經由可以刺入柑橘類水果900的果皮906的孔904，被注射或以其他方式遞送進絨層902。也可以利用替代性食品安全性酶。被注射或以其他方式遞送的酶(例如使用真空壓力來驅動酶穿過孔904)經由孔904穿過果皮906至絨層902，可以消化絨層902中的果膠，由此使絨層902與果皮906和果實部分908經由囊壁或囊衣910的連接被降解并且釋放或切開。如本領域所理解，孔904可以是“刺”或可以按多種方式形成得更大。作為使用酶