废蛋壳组份的回收的制作方法

专利名称：废蛋壳组份的回收的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种从蛋壳内有效而简单地分离隔膜的方法和设备，尤其涉及从废蛋壳中分离蛋白隔膜的方法和设备。
背景技术：
当今在美国消耗的所有蛋的近30％用来制造经过加工的蛋制品，这种制品可用作其它加工食品和各种食品服务行业的配料。例如，蛋白和蛋黄可回收，来制造各种类型的液体蛋制品。在其它情况，可使蛋白和蛋黄干燥，以形成货架寿命更长的制品(例如粉末蛋)。
来自于美国农业部的消息，工业上的加工蛋部门使用的蛋正在显著增加。在1984年，蛋加工工业使用了2560万箱蛋制造液体的和干燥的蛋制品。在1995年使用了4750万箱蛋。具1997年的估计表明在各种再加工蛋制品中使用了5000万多箱的蛋。
从这种加工中收集的废蛋壳通常可进行进一步的加工(例如，用离心分离机)，以便回收粘附在蛋壳中的残留蛋白，可以出售给宠物食品工业。然而，不管是否经过进一步的加工，蛋壳都被大量地当作废品处理掉了。
因此，根据1997年的估计，要产生120,000多吨的未经处理的废蛋壳。具体地说，与联合蛋制造商(the United Egg Producers)合作进行的调查表明约50％的美国蛋制造商每年各产生1000至3000吨的废蛋壳。在这些调查答复中，26.6％将蛋壳废物用作肥料，21.1％将蛋壳废物用作食物配料，26.3％将它作为废物弃置在垃圾堆中，还有15.8％将它用作“其它”用处。从确定处置费用的答复中，几乎报告的四分之三的处置费用每年在25,000至100,000美元之间。根据传统的全部是废物制品的昂贵的处置费用，以及根据目前可得到的局部处置场地正在下降的环境实践性(由此进一步增加了处置费用)，可以认识到，发明蛋壳废物的有效使用，对财政和环境都有极大的益处。
人们知道，鸡的蛋壳包括外部无机部分和上面有无机部分的内部有机基质。无机部分主要是方解碳酸钙(calcitic calcium carbonate)。有机基质一般包括一内隔膜层和一外隔膜层，每一层由一蛋白质纤维的网状物所组成，蛋壳的元机部分形成在该网状物上。
隔膜层的水解产物中的羟基脯氨酸(hydroxyproline)的存在暗示隔膜层包括作为纤维结构一成分的胶原质。生物化学和免疫学测试已证实了这一点。已确定了一个蛋壳的隔膜结构的蛋白质总含量的约10％是胶原质。
此外，已在蛋壳隔膜中鉴别了遗传胶原质变异体，其中蛋壳外隔膜主要是类型I，蛋壳内隔膜是类型I和V。此外，通过免疫组织化学分析，在蛋壳内隔膜和外隔膜中发现类型X胶原质。由于其潜在的经济价值，重要的是认识到在蛋壳隔膜中存在有胶原质。
由于对胶原质需求的增加，使人们对蛋壳隔膜中的胶原质感兴趣。牛以及更小范围的人的胶原质正在相当普遍地用在各种场合中，尤其是生物医学领域中。例如，由人的胶原质制取的胶原质胶用于填充角膜伤口。还有，正在研究的制造皮肤和组织的替代制品来自于胶原质。
不幸的是，这种以胶原质为基础的制品的费用很高(每克至少约为1,000美元，或每磅约454,000美元)，虽然根据医疗总费用，至少在医疗场合，这种费用被认为是经济的可接收的，但它还是很昂贵。
根据对于1997年的蛋消费的估计，如上所述，大约120,000吨蛋壳废物出产110,000吨的蛋壳和10,000吨的隔膜。考虑到约10％的隔膜是胶原质，这就是说可出产1,000磅胶原质。
此外，牛胶原质的使用可能导致牛的海绵状脑病(通常称为疯牛病)传播的问题。虽然，作为具体的一例，疯牛病传播的威胁是很小的，但是对可能的威胁的仅有的理解是需要私人的、隔离很好的昂贵的兽群。
由于人口的约2％到3％在这方面是过敏的，用牛胶原质的另一问题是自动免疫和由此产生的过敏反应的威胁的问题。虽然，这种现象出现的百分比很小，但问题随着使用牛胶原质制品的更加普遍而同样增加。
发明概要根据前述，本发明的一个目的是提供一种简单而经济地将隔膜层从废蛋壳内分离出来的方法和设备，由此允许在再应用中使用“纯”蛋壳(即与隔膜分离的蛋壳)和隔膜。这样，在使用了所形成的制品而提供经济利益的同时，又减少了废蛋壳处理对环境的影响。
实际上，本发明的一个目的是提供一种上述的特别简单的方法和设备，由此，减少了其加工的费用，反过来又从中得到了最大的经济利益。
为了与本发明的上述目的一致，本发明的一分离设备总的包括一放有一种液体的容器。该容器最好含有相当廉价的对环境无害的纯水。分离设备还可包括一弄碎装置，以产出一定大小的蛋壳废物颗粒。一旦废蛋壳颗粒被送到容器，蛋壳颗粒和连接于其的隔膜颗粒迅速分离。比隔膜颗粒重的蛋壳颗粒沉淀到容器的底部，在容器底部的蛋壳颗粒被收集并传送到一回收装置。隔膜颗粒相当轻，因此将继续悬浮在容器的液体中。根据本发明的一个方面，含有悬浮的隔膜颗粒的液体离开容器，隔膜颗粒至少被脱水，由此产出可进一步进行加工的潮湿的散装的隔膜制品。
本发明的方法基本上包括下列步骤处理废蛋壳以产出废蛋壳颗粒；将废蛋壳颗粒送入一含有液体的容器中，由此将废蛋壳颗粒分离成纯蛋壳颗粒和隔膜颗粒；收集夹带在液体中的隔膜颗粒以及收集和/或干燥纯蛋壳颗粒。
附图简要说明通过下面将要给出的详细说明和附图，将能更全面地理解本发明，这些说明仅仅是作为举例说明给出，因而不是用来限制本发明的，附图中

图1示出了本发明的将隔膜颗粒从蛋壳颗粒中分离出来的系统；以及图2示出了本发明的促使隔膜和蛋壳分离、以收集纯蛋壳颗粒的扫臂。
较佳实施例的详细说明从下面给出的详细说明可以更加清楚地了解本发明的前述和其它目的。但是，应该要理解的是，用于解释本发明较佳实施例的详细说明和具体的例子仅仅是作为举例说明和例子给出的，因为在不脱离本发明的基本精神和范围的情况下，通过详细说明，各种改变和变异对于本领域的技术人员而言是显而易见。
下面结合附图描述本发明。
图1示出了本发明一分离设备100的例子。
总的来讲，分离设备包括100包括一容器102、一接收废蛋壳和输出一定大小的废蛋壳颗粒的弄碎装置104(将在下面讨论)、一在分离后回收废蛋壳第一组份的第一回收装置106和在分离后回收废蛋壳第二组份的第二回收装置108。第一和第二回收装置106和108与容器102连通。
更具体地说，废蛋壳容纳在引导到特性上是输出一定大小的废蛋壳颗粒的弄碎装置104的漏斗110中。颗粒大小的一尤其好的范围(指每一颗粒的最大长度尺寸例如其最大的边缘到边缘尺寸，不管是连续的还是不连续的)约在0.5毫米至4.0毫米之间。
本发明的弄碎装置104总的包括一驱动电动机(用104a示意)和一切割头(用104b示意)。本发明的一个特别的特征是弄碎装置104不仅提供提供切割动作，通过切割动作，废蛋壳缩小到0.5毫米至4.0毫米之间的颗粒，而且还通过将蛋壳隔膜连接到蛋壳的连接结构被至少部分破坏来提供研磨作用。这种至少部分破坏使隔膜颗粒在以后的在容器102中发生的分离过程(下面讨论)中容易与蛋壳颗粒分离。
本发明的弄碎装置104的一尤其有用的例子可从Urschel Laboratories公司购买，商标为“Comitrol”。Comitrol在尺寸弄小领域，尤其在食品科学中是众所周知的。
将容易地理解，只要仍然能提供前述的研磨作用(可以在其它的弄碎装置的操作中或作为分离过程的一部分)，引起上述的连接结构破坏的现象，根据本发明，不同的已知的弄碎装置也能使用。
废蛋壳颗粒114通过滑行槽或导管112从弄碎装置104送到容器102中。容器102总的是一平底容器。它的总容积主要取决于所需的分离生产量。但是，本发明所用的一容器的一个例子的容积在80至100加仑之间。通常，容器102至少含有纯水，最好是，仅仅是室温的纯水。
根据本发明，通过滑行槽112传送的废蛋壳颗粒114到达在容器102的水中。最好是，滑行槽112延伸到容器102水的水平面的下面，由此，废蛋壳颗粒114即刻被夹带在导管122下面和远离导管122的水中(其理由下面讨论)。
由于在蛋壳与隔膜之间的连接结构的至少一部分被弄碎装置104所破坏，所以当废蛋壳颗粒114在容器中盘旋，尤其当废蛋壳颗粒114被水中的水流和紊乱挤推时，隔膜颗粒118就相当容易与“纯”蛋壳颗粒120分离。基本上全部的废蛋壳颗粒114以这种方式分离成隔膜颗粒118和纯蛋壳颗粒120。
由于隔膜颗粒118比纯蛋壳颗粒120轻得多，所以隔膜颗粒118会逗留夹带在水中较长时间，而不会下沉。纯蛋壳颗粒120由于它们的重量相对较重而会下沉到容器102的底部。
但是，部分隔膜颗粒118可能会“埋”在已下沉到容器102底部的纯蛋壳颗粒120下面。为了释放这些隔膜颗粒，用例如一扫臂组件116慢慢地搅动容器102底部的颗粒。扫臂组件116包括例如一电动机组件116a、一连接于电动机组件116a的轴116b和一扫臂116c。在扫臂组件116的一个具体例子中，如图1和2所示，驱动轴116b通过电动机组件116a而被驱动旋转。驱动轴116b再连接于扫臂116c的中点，而扫臂116c直接设置在容器102底部之上。扫臂116c很慢地旋转(例如每分钟1转或更低)。这种旋转扰动沉颗的颗粒，使隔膜颗粒118从纯蛋壳颗粒120中暴露出来。由于隔膜颗粒118容易夹带在水，这种搅动基本上回收了下沉在容器102底部的任何隔膜颗粒。但是，由于扫臂116c较慢地旋转，纯蛋壳颗粒120不会从中被搅动得如此强烈而在水中被向上扫去。这将会使过程慢下来，因为它取决于下沉在容器底部的纯蛋壳颗粒。
用一水泵124通过一个或多个导管122将含隔膜颗粒118的水吸出。如图1所示，导管122的入口离开容器102的水位相当近，离开滑行槽112相当远，以便确保主要是夹带隔膜颗粒118而不是废蛋壳颗粒114或纯蛋壳颗粒120被吸出容器102。导管122的直径可以是例如2.0英寸至2.5英寸。含隔膜的水例如在一网带组件126上被筛滤，使隔膜颗粒118脱水。此后，脱水后的隔膜在一储存器130或类似物中收集成为了进一步加工诸如干燥的散装制品。
水泵124的泵出能力取决于总系统的详细数据，包括例如容器的水容量、输入到系统的蛋壳废物量和第一和第二回收装置106和108的加工能量。对于含有80-100加仑水的前述的容器102例子，泵124的泵出能力可以为例如每分钟20加仑。
可以容易地理解，隔膜颗粒118也能被任何各种传统的方法脱水，诸如，如静态筛滤(包括例如至少两种具有不同筛目的筛网)来替代网带组件。
在隔膜颗粒118脱水工艺中收集的水最好经导管128送回到容器102中而再循环，导管128的直径也可以是例如2.0英寸至2.5英寸。这样减少了系统的资源需求，由此降低了加工成本。
此外，导管128的出口做成进一步扰动容器102中的水，这样有助于隔膜颗粒118与纯蛋壳颗粒120的分离。在一个例子的结构中，如图1所示，导管128的出口设置在容器102的水平面下面。这样使进入容器102的水扰动容器102中的水，同时不会有如果从水平面上面灌水进入容器102而可能出现的夹带的空气所引起的过量的泡沫。
当然，容器102中的水可以用其它方式诸如鼓风而被扰动。
应能容易地理解，隔膜颗粒118没必要脱水，也可以在悬浮状态下收集。但是，在不经导管128输入水的情况下，容器102中的水因此需要补充。
如上所述，已与隔膜颗粒118分离的纯蛋壳颗粒120沉淀到容器102的底部，并被收集和输送到第二回收装置108中。在本发明的一个实施例中，容器102的底部包括一长槽或凹穴130。容器102是圆的，如图1中作为例子所示的，槽130最好是基本上完全通过容器102的一直径而延伸。一第一螺旋推送器132设置在槽130中，并至少被一个螺旋推送器电动机134所驱动而旋转。
扫臂116c除了搅动沉淀在容器102底部的隔膜和纯蛋壳颗粒混合物之外，还把纯蛋壳颗粒120扫入槽130中。如图2所示，扫臂116c的一侧设置有一刷子或耙子类的结构148，它自由地搅动沉淀在容器102底部的隔膜和蛋壳颗粒，使隔膜颗粒夹带在水中，如上所述。扫臂116c的另一侧可设置有一柔软的叶片150，它可由例如橡胶或聚四氟乙烯制成，它作为一刮板把纯蛋壳颗粒120扫入槽130中。
应能容易地理解，根据本发明可提供其它结构的扫臂。例如，一扫臂(未示出)可构造成和做成在容器102底部之上沿垂直于扫臂的延伸方向前后扫动。在这个例子中，可在容器底部的两相对侧设置一对平行于扫臂的槽，使每一个槽中有一个螺旋推送器。
第一螺旋推送器132的旋转将纯蛋壳颗粒120传送到第二螺旋推送器136中，该第二螺旋推送器136可由至少一个螺旋推送器电动机134或另一螺旋推送器电动机(未示出)驱动而旋转。第二螺旋推送器134最好设置在一导管138或类似物之内，这种导管128以图1所示的方式倾斜，由此，纯蛋壳颗粒120被朝上提升到容器102水平面之上(尽管这在图1中没有清楚地表示出来)。通过将纯蛋壳颗粒120提升到水平面之上，它们能基本上被脱水。
第二螺旋推送器134将纯蛋壳颗粒120传送到一料斗140，蛋壳颗粒通过该料斗进入第二回收装置108。
第二回收装置108可包括任何传统的装置，通过这种装置，蛋壳碎片进一步被排水和/或干燥。例如，如图1所示，第二回收装置108包括一传统的输送带系统142，纯蛋壳颗粒120从料斗落到该输送带系统上。输送带系统142使纯蛋壳颗粒120通过(在下方或毗邻等等)一传统的干燥装置144，诸如辐射加热器和/或热空气鼓风机装置。干燥装置144使第二回收装置108中的温度上升到例如212°F，促使干燥。
通过干燥单元144之后，纯蛋壳颗粒120离开传送带系统142倾卸到另一料斗146中，蛋壳颗粒从该料斗中收集在一储存器148中。
应予以理解的是，生物活动(bioactivity)、生物危害和卫生问题对于公开在本发明中的方法和设备是重要的，尤其是对于湿的蛋壳和隔膜。因此，要注意的是，尤其是有关在此所公开的设备的结构元件，制造材料通常必须按照应用管理标准(如美国农业部的那些标准)进行选择。例如，料斗110和140、导管和滑行槽112、122、128和138最好是由不锈钢制成，容器102、螺旋推送器132和136以及干燥装置144也同样如此。
对于这样描述的本发明，很显然它还可以用许多方式进行改变。这种改变不应被认为是脱离了本发明的基本精神和范围，所有这些对本领域的熟练技术人员而言是显而易见的变化都将被包括在如下的权利要求书的范围之内。
权利要求
1.一种将蛋壳与连接于其的隔膜分离的分离设备，该设备包括一构造和做成以颗粒形式输出具有连接于其上的隔膜的蛋壳和至少部分研磨蛋壳上的隔膜的弄碎装置；一构造和做成含有一种液体的容器，所述弄碎装置构造和做成将具有连接于其上的隔膜的蛋壳颗粒输入所述容器，其上具有隔膜的蛋壳颗粒分离成隔膜颗粒和纯蛋壳颗粒；一构造和做成使沉淀在所述容器底部的纯蛋壳颗粒和隔膜颗粒搅动的搅拌器，从而是隔膜颗粒夹带在液体中；一与所述容器连通的隔膜回收装置；以及一与所述容器连通的纯蛋壳颗粒回收装置。
2.如权利要求1所述的设备，其特征在于，所述弄碎装置构造和做成产出的蛋壳颗粒的边缘对边缘的最大直线尺寸在0.5与4.0毫米之间。
3.如权利要求1所述的设备，其特征在于，所述弄碎装置构造和做成产出的蛋壳颗粒的边缘对边缘的最大直线尺寸小于1.0毫米。
4.如权利要求1所述的设备，其特征在于，所述搅拌器是一设置在所述容器底部的可动臂。
5.如权利要求4所述的设备，其特征在于，所述可动臂是一构造和做成在所述容器底部之上旋转清扫的扫臂。
6.如权利要求4所述的设备，其特征在于，所述可动臂是一构造和做成在所述容器底部之上沿垂直于扫臂的方向线性运动的扫臂。
7.如权利要求1所述的设备，其特征在于，所述搅拌器包括一通风装置。
8.如权利要求1所述的设备，其特征在于，所述隔膜回收装置包括一构造和做成从所述容器中抽取隔膜的隔膜抽取器；一将所述容器中的内含物吸入和送到所述隔膜抽取器的吸入系统；以及一连通所述隔膜抽取器和所述容器的返回装置。
9.如权利要求8所述的设备，其特征在于，所述隔膜抽取器包括一筛网装置。
10.如权利要求9所述的设备，其特征在于，所述筛网装置至少包括两个分别具有不同筛目的筛网。
11.如权利要求9所述的设备，其特征在于，所述筛网装置包括一筛网传送带。
12.如权利要求8所述的设备，其特征在于，所述搅拌器是所述返回装置。
13.如权利要求1所述的设备，其特征在于，所述容器包括一将纯蛋壳颗粒从所述容器输送到所述纯蛋壳颗粒回收装置中的纯蛋壳颗粒传送机构。
14.如权利要求13所述的设备，其特征在于，所述纯蛋壳颗粒回收装置包括一干燥通过所述纯蛋壳颗粒传送机构传送到所述纯蛋壳颗粒回收装置的纯蛋壳颗粒的干燥装置。
15.如权利要求14所述的设备，其特征在于，所述纯蛋壳颗粒传送机构包括一设置在所述容器底部中的一长槽中的螺旋推送器。
16.如权利要求8所述的设备，其特征在于，所述容器包括一将纯蛋壳颗粒从所述容器传送到所述纯蛋壳颗粒回收装置中的纯蛋壳颗粒传送机构。
17.如权利要求16所述的设备，其特征在于，所述纯蛋壳颗粒回收装置包括一干燥通过所述纯蛋壳颗粒传送机构传送到所述纯蛋壳颗粒回收装置的纯蛋壳颗粒的干燥装置。
18.如权利要求17所述的设备，其特征在于，所述纯蛋壳颗粒传送机构包括一设置在所述容器底部中的一长槽中的螺旋推送器。
19.一种分离连接于蛋壳的隔膜的方法，它包括如下步骤处理蛋壳的尺寸，从而产出具有连接于其上的隔膜的蛋壳颗粒，以及至少部分研磨蛋壳颗粒上的隔膜；将具有至少部分连接于其上的被研磨的隔膜的蛋壳颗粒送到一含有一种液体的容器中，由此具有连接于其上的隔膜的蛋壳颗粒被液体中的扰动力分离成隔膜颗粒和没有隔膜的纯蛋壳颗粒，隔膜颗粒主要保持夹带在液体中，纯蛋壳颗粒沉淀到容器底部；搅动沉淀在容器底部的纯蛋壳颗粒和任何隔膜颗粒，由此沉淀的隔膜颗粒基本被夹带在液体中；收集夹带在液体中的隔膜颗粒；以及收集纯蛋壳颗粒。
20.如权利要求19所述的方法，其特征在于，所述处理步骤产出具有连接于其上的隔膜、其边缘对边缘的最长直线尺寸在0.5与4.0毫米之间的蛋壳颗粒。
21.如权利要求20所述的方法，其特征在于，所述处理步骤产出具有连接于其上的隔膜、其边缘对边缘的最长直线尺寸小于1.0毫米的蛋壳颗粒。
22.如权利要求19所述的方法，其特征在于，所述搅动步骤包括用一可动臂搅动沉淀的纯蛋壳颗粒和隔膜颗粒。
23.如权利要求19所述的方法，其特征在于，所述搅动步骤包括给液体鼓风。
24.如权利要求19所述的方法，其特征在于，所述收集隔膜的步骤包括使夹带隔膜的液体通过筛网，并使最终的纯液体回到容器中。
25.如权利要求24所述的方法，其特征在于，所述搅动步骤包括所述使最终纯液体返回到容器中的所述步骤。
26.如权利要求19所述的方法，其特征在于，液体包括水。
27.如权利要求19所述的方法，其特征在于，液体是水。
全文摘要
一种将废蛋壳的隔膜部分从其硬的无机部分分离出来的方法和设备,使各废蛋壳都被利用或如所述加工,由此解决了与废蛋壳的处置有关的环境和经济问题。先通过加工废蛋壳从而产出小的废蛋壳颗粒来分离隔膜和蛋壳,在这个加工过程中,废蛋壳颗粒至少被略微研磨,由此隔膜与蛋壳之间的连接结构至少部分被破坏。因此,废蛋壳颗粒被送到含有最好是水的容器中,并通过水沉淀。当废蛋壳颗粒沉淀时,该颗粒受到液体中使隔膜与蛋壳部分完全分离的扰动力。
文档编号B01F7/18GK1250396SQ98803438
公开日2000年4月12日 申请日期1998年3月18日 优先权日1997年3月18日
发明者J·H·麦克尼尔 申请人:宾州研究基金会