用于从动物组织中回收食用蛋白质粉、ω-3油以及纯化蒸馏水的自动化方法和系统
阅读说明：本技术 用于从动物组织中回收食用蛋白质粉、ω-3油以及纯化蒸馏水的自动化方法和系统 (Automated method and system for recovering edible protein powder, omega-3 oil, and purified distilled water from animal tissue ) 是由 S·M·古尔巴尼 K·考顿 于 2014-03-14 设计创作，主要内容包括：本发明描述了用于从动物组织的混合物中回收食用蛋白质粉、粗的和纯的Ω-3油和纯化蒸馏水的一种方法和自动化系统,所述动物组织的混合物在过滤器-干燥器-反应罐中处理。将例如鱼的动物组织和有机溶剂直接或间接地进料至所述过滤器-干燥器-反应罐中。所述过滤器-干燥器-反应罐混合、加热,并分离混合物的固体和重质液体部分,有机溶剂在蒸馏后自动再循环返回至系统中。所述固体部分保留在过滤器-干燥器-反应罐中并被烘烤。固体蛋白质粉产品(食用蛋白质粉)由此得以回收。(A method and automated system for recovering food protein powder, crude and pure omega-3 oil, and purified distilled water from a mixture of animal tissues processed in a filter-dryer-reaction tank is described. Animal tissue, such as fish, and organic solvent are fed directly or indirectly into the filter-dryer-reaction tank. The filter-dryer-reaction tank mixes, heats, and separates the solid and heavy liquid portions of the mixture, with the organic solvent automatically recycled back into the system after distillation. The solid portion remains in the filter-dryer-reaction tank and is baked. The solid protein powder product (edible protein powder) is thus recovered.)
相关申请的交叉引用
本申请是申请号为201480025496.6、申请日为2014年3月14日、发明名称为“用于从动物组织中回收食用蛋白质粉、Ω-3油以及纯化蒸馏水的自动化方法和系统”的中国发明专利申请的分案申请，原申请为国际申请号为PCT/US2014/029748的国家阶段申请，该国际申请要求2013年3月15日提交的美国临时专利申请No.61/794,301，以及2013年10月11日提交的美国专利申请No.14/052,514的优先权；所述申请的全部内容在此参考并入。
参阅2007年10月5日提交的共同待审的美国申请No.11/973,106，其于2009年4月9日被公布为US 2009/0092737，题为“METHOD FOR DERIVING A HIGH-PROTEIN POWDER/OMEGA 3OIL AND DOUBLE DISTILLED WATER FROM ANY KIND OF FISH OR ANIMAL(PROTEIN)”，与本申请具有共同受让人，并在此引入作为参考。
还参阅2009年12月16日提交的共同待审的美国申请No.12/639,946，其于2010年7月29日被公布为US 2010/0189874，题为“SYSTEMS AND METHODS FOR DERIVING PROTEINPOWDER”，与本申请具有共同受让人，并在此引入作为参考。
背景技术
发明领域
本发明总体涉及完全从动物组织(如多种鱼类和/或鱼的部分)回收食用蛋白质粉、粗的和纯的Ω-3油以及纯化蒸馏水的自动化方法和系统。所述的食用蛋白质粉在本文被称作固体蛋白质产品或固体产品，所述三个术语通篇可互换使用。本发明的系统也称作“SEAVIOR系统”。
将固体从液体中提取和分离以及将油从整条鱼和鱼的部分中提取和分离以后，得到粗的Ω-3油。所述的粗的Ω-3油价值较高，并具有多种应用。粗的Ω-3油可被进一步加工以得到纯的Ω-3油。纯的Ω-3油意指适合于人类食用的高纯度Ω-3油。例如，纯的Ω-3油可包括纯度大约80％、85％、90％、95％、96％、97％、98％、99％、99.5％或者99.9％的Ω-3油。术语粗的Ω-3油、纯的Ω-3油以及Ω-3油通篇可互换使用。纯化蒸馏水指适合于人类饮用的高纯度水。术语纯化蒸馏水和水通篇可互换使用。被回收的食用蛋白质粉、Ω-3油和纯化水可以用于许多领域，例如用作食物制造、营养产品、饥饿救济包、化妆品和高品质宠物食品的主要成分。应当注意，本发明的方法和系统可以用于任何动物组织，尽管所述方法和系统优选结合几乎任何鱼类、副渔获物以及可再循环的鲜鱼部分使用，因为这是一种充足的和可持续的资源。
更具体而言，考虑到全球许多地区逐渐增加的世界粮食短缺问题，本发明提供了一种生产高品质蛋白质补充剂的方法，其可以提供应对日益增长的营养不良危机的方式。蛋白质补充剂可源自多种任选100％天然的资源，如小的寿命短的新鲜且丰富的海洋鱼类，所述海洋鱼类被认为是绿色的和可持续的，是一种优良的可再生天然资源，而且利用所述海洋鱼类，加上鱼类加工行业产生的丢弃的鲜鱼部分残骸，可以对抗对某些物种的过度捕捞并有助于海洋生态系统的平衡。通过在与本发明相关的方法中再循环这些被其它方式丢弃的鲜鱼材料而实现环境益处。在对绿色(即环境意识)加工的需求日益增长的时代里，将一般渔业行业所产生的新鲜的具有营养价值的废弃物再利用和再循环的能力为本发明提供了一定的独特性。
相关技术的讨论
在储存易腐食品的技术和资源不足的发展中国家中，营养不良是一个问题。也就是说，在偏远贫困地区，很少人能负担得起使用现代技术进步(如制冷系统)的代价。
虽然水为地球最丰富的资源之一，对数百万生活在发展中国家的人来说，获得纯化的饮用水仍是挑战。一个原因可能归因于离可用的水源的远近，例如，内陆国家和接近盐水水体而非淡水水体的国家。即使远近无关紧要，发展中国家的财政限制也可能造成缺乏易得的有效的水净化系统。
一个选择是从动物组织中提取重要资源。无论是在内陆或是紧挨大海，许多发展中国家具有丰富的土地或海洋动物供给。海洋动物，更具体而言鱼类，是由包括源自鱼本身的蛋白质、鱼油(包括Ω-3油)和水的资源组成。鉴于用于回收这些产品的技术，可延长储藏寿命。通过这种做法，降低或消除了经由冷藏来储存易腐食物的必要性。
虽然动物组织提纯系统和技术在市场上已经存在，一个主要缺陷是回收产品的效率。低效率一般归结为因设备维护和更换而导致的停机时间。例如，设备入口和出口以及用于转移产品的导管可能变得堵塞。此外，在提纯系统中使用许多设备零件需要额外的操作者时间，以在验证系统适于下一步加工之前单独检查每个设备零件。本领域需要一种纯化动物组织的更有效的系统和方法，以满足当今消费者的需求。还需要一种改进来自动物组织的回收产品的产率的系统和方法。还需要一种回收具有长储存寿命的产品的系统和方法。
还需要一种溶剂再循环系统，其再循环有机溶剂，由此降低有机溶剂的使用以及降低有机溶剂(也称为挥发性有机化合物(VOC))排放至大气中。
本发明提出了一种用以生产高纯度的稳定的食用蛋白质粉的独特的首创技术，所述食用蛋白质粉进一步补充一定水平的所需矿物质，如钙、钾、锌和其它所需的无机材料。这些组分天然地源自与例如生鱼成分相关的骨和肉。所得的食用蛋白粉为包含全氨基酸谱的完整食物源，其组分由天然无机矿物质进一步补足。所述技术的特点是使用医药类型的加工系统和单元操作，以确保最终的蛋白质产品纯度并遵守由监管行业施加的要求。
本发明的一个目的是提供一种用于从动物组织中回收产品的更有效的系统和方法。所述动物组织可以是生鱼。所述生鱼可以是任何种类的鱼和鱼的任何部分，包括通常被认为是废弃物的可持续的丰富的鱼种和鱼的部分。
本发明的另一个目的是提供一种改进回收产品的产率的系统和方法。
本发明的又一个目的是提供一种改进回收产品的储藏寿命的系统和方法。
本发明的另一个目的是提供一种系统和方法，其再循环有机溶剂，并降低VOC气体排放至大气中。
本发明可以被认为是对于由鱼类加工行业中的设施每日丢弃的鱼残骸和相关材料的总的再循环过程。对于因其它方式而被丢弃的材料的再循环，导致可以生产高品质蛋白质产品(也被称为“食用蛋白质粉”，在本文互换使用)，从而实现了一种降低环境负担的绿色的可持续的过程。
在本发明的一个方面中，描述了一种用于从动物组织中回收产品的改进的系统和方法。具体来说，所述技术涉及将动物组织与有机溶剂以足够比例混合，以产生它们的混合物。所述混合物在罐中搅拌、加热并过滤，以产生食用蛋白质粉。优选地，所述罐为单个整体结构。也回收源自动物的动物油和水。在一个优选的实施方案中，动物组织是鱼，回收产品包括源自鱼的鱼蛋白质、鱼油和水。在一个示例性实施方案中，将固体蛋白质(也被称为“食用蛋白质粉”，在本文互换使用)转移至磨机，以用于进一步加工成粉末。在另一示例性实施方案中，过滤混合物的经过滤的液体部分，以从水中分离鱼油。在又一实施方案中，将在过滤后保留在所述单一整体结构内的混合物的部分与经再循环的有机溶剂混合。所述经再循环的有机溶液回收自混合物的液体部分。
在本发明的另一个方面中，描述了用于从动物组织中回收产品的系统。优选地，所述动物组织为鱼类。所述系统包括过滤器-干燥器-反应罐，所述过滤器-干燥器-反应罐包括一个或多个入口和出口。将动物组织原料和有机溶剂独立地或共同地进料至所述过滤器-干燥器-反应罐中。所述过滤器-干燥器-反应罐混合、加热并过滤含有动物组织和有机溶剂的混合物。所述过滤器-干燥器-反应罐包括用于移出滤液的出口，以及用于移出固体产品的出口。
附图说明
在本文引入并构成本说明书的一部分的附图示出了本发明的实施方案，并与描述一起用以解释本发明的原理。
在图中：
图1是根据本发明的示例性实施方案的本发明的示意图；
图2是根据本发明的示例性实施方案的过滤器-干燥器-反应罐的横截面图；和
图3详细示出了根据本发明的示例性实施方案的用于回收食用蛋白质粉、Ω-3油和纯化水的回收系统。
图4详细示出了根据本发明的示例性实施方案，与自动化相关的功能层级以及用于工厂级单元的控制系统网络，所述控制系统网络用于控制和操作蛋白质制造工厂。
图5详细示出了根据本发明的示例性实施方案的与企业资源计划(ERP)系统相关的SA95对象模型层级，所述SA95对象模型层级描述了详细生产系统和企业计划系统之间的垂直交易模型。
对本领域的技术人员来说，很显然在不偏离本发明的精神或范围的情况下可对本发明进行各种修改和变动。因此，本发明意图涵盖对本发明的修改和变动，只要所述修改和变动落入所附权利要求及其等同形式的范围之内。
对优选实施例的详细描述
本发明描述了一种用于改进从动物组织中回收产品的新型系统和方法。也描述了一种基于动物组织的初始进料而改进生产能力，特别是固体蛋白质的产率的新型系统和方法。本发明中进一步描述了一种在加工动物组织的过程中降低VOC气体排放至大气中的系统和方法。
通常，发明人已显示将制造设备的多个零件整合至单个整体结构中会减少因系统中多个位置处出现的材料流动障碍所造成的停机时间。也就是说，材料流动障碍最常出现在制造设备的入口和出口处。材料流动障碍也可能出现在连接制造设备的不同零件的管道内。根据发明人，在单个过滤器-干燥器-反应罐中加工动物组织原料以回收包含固体蛋白质的湿滤饼显著改进了因保养与维修而导致的停机时间。此外，本整体发明是一种高度自动化的过程，更节能，并比包括多个单元操作的系统需要更少的人工操作。直接归因于使用上述系统的另一个优势是与采购和维护更少的设备零件相关的资本和运行成本的降低。发明人实现的另一个优势是，通过运用本文所述的系统和方法，源自湿滤饼的固体蛋白质的产率和储存寿命得以改进。
基于本发明的示例性的非限制性的实施方案，将在下文对所述的新型系统和方法进行更详细的讨论。除非另行明确说明，下文中所讨论的每一个实施方案在本发明的范围内都可以被组合和被设想的。还需要了解的是，虽然所述的实施方案是优选的，但也是示例性的，并且本领域普通技术人员将会理解，在不偏离本发明的精神的情况下对所述实施方案的某些修改是可能的。
系统
图1是一个框图，其示出了根据本发明的第一方面的回收系统100的示例性实施方案。根据图1，所述回收系统100包括用于引入动物组织的动物组织原料101。所述的动物组织原料可被容纳在储存罐内。所述储存罐可以是温控的。或者，所述动物组织可被容纳在冷冻室内，并通过技术人员手动或通过自动机械的任意组合而被输送至下游用于加工，所述自动机械包括但不限于螺旋传送带、导管/管道、泵、吹风机等。在一个示例性实施方案中，304SS管道可被用于整个系统。在另一个示例性实施方案中，可以采用由不锈钢制成的泵以协助将动物组织传输至下游。
所述回收系统100也包含用于引入有机溶剂的有机溶剂进料口102。所述有机溶剂进料口102可包括于储存罐内。所述储存罐可具有平坦的底部和/或封闭的顶部。所述储存罐也可包含液位变送器(level transmitter)。优选的，所述液位变送器由不锈钢构造。所述罐可包括与氮气入口直接或间接连通的端口。所述储存罐还可包括保护阀、蝶阀、和/或隔膜阀。可通过包括但不限于管道、泵、鼓风机等如上所述的设备的任意组合将所述有机溶剂传输至下游。所述泵可以是不锈钢的和离心的。可按需使用管道来连接过程单元操作和下游设备。
本发明涉及一种高度可扩展的方法，并能够产出低量至高量的蛋白粉和Ω-3油。本发明的方法也可重新配置，从而可实施系统的并行队列以满足同时生产的要求。
特别重要的是，所述的回收系统100还包括单个整体集成的过滤器-干燥器-反应器罐110(下文中称为“FDR罐”)，所述FDR罐110接收动物组织和有机溶剂以用于加工。所述FDR罐110包括真空和加热模块。所述FDR罐也包括用于从重质液体中分离固体的过滤器。所述FDR罐110还包括一个或多个搅拌或搅动动物组织原料和溶剂的混合物的搅拌装置，以及在与液体组分(即水、油、溶剂)分离时用于产出干燥的固体蛋白质产品的干燥模块。优选地，所述FDR罐110由不锈钢构成，并具有卫生设计。下文将参照图2对所述FDR罐110进行更详细的描述。
所述回收系统还包括固体产品回收系统160和溶剂/液体再循环(SLR)系统170，如图1所示。所述SLR系统170可包括一个或多个滤液回收罐。优选地，所述滤液回收罐由不锈钢制成。所述滤液回收罐可包括与用于向其中进料氮气的入口直接或间接连通的一个或多个端口。氮气覆盖层将有机溶剂保持在非挥发性的状态。下文将参照图3对所述SLR系统170进行更详细的描述。
图2是所述FDR罐110(也由附图标记200表示，并可通篇互换使用)的横截面图。所述FDR罐200是外部加热的金属容器，附有能够承受高压的搅拌系统和由金属制成的真空压缩容器。优选地，所述金属选自适用于卫生加工要求的合金。更优选地，所述金属是不锈钢。在另一个示例性实施方案中，所述FDR罐200通常是能够被加压并经受高水平真空的单体或整体结构。也就是说，所述FDR罐200被加工为单个部件而非经由导管连接的一组装置。
所述FDR罐200可以包括端口215和/或端口216，所述端口215与用于从动物组织原料201引入动物组织的进料管线直接或间接连通，所述端口216与用于从有机溶剂进料口202引入有机溶剂的进料管线直接或间接连通。臭氧优选从臭氧发生器225引入，所述臭氧发生器225可以位于动物组织进料口201的上游或下游。所述FDR罐200还可包括与VOC再循环系统直接或间接连通的端口218，所述VOC再循环系统将在下文详细讨论。所述FDR罐200还包括与固体产品回收罐260直接或间接连通的端口219，所述固体产品回收罐260在图1中通常被示为“固体产品回收160”。所述FDR罐200还包括与所述溶剂/液体再循环系统(SLR系统)270(其在图1中被标为溶剂/液体再循环系统170)直接或直接连通的排放口217。具体而言，所述SLR系统从动物组织回收包括动物油和源自动物本身的水的产品。所述SLR系统270还回收有机溶剂，所述有机溶剂可根据使用者的偏好通过所述系统中再循环。所述FDR罐200可以包括泵、止回阀(CV-01)，以及在排放口217和SLR系统270之间的隔离阀。所述止回阀(CV-01)可以防止液体从所述SLR系统270反向流回至所述FDR罐200中。
加热器系统220围绕所述FDR罐200。在一个示例性实施方案中，所述FDR罐200的外壁和底部被含有加热介质的常规加热夹套所围绕。通常，所述加热介质是蒸汽，或者可以是加热传递流体。优选地，使用能够在6MMBTU下操作的蒸汽锅炉。
所述的FDR罐200可包括主搅拌器组件230。所述主搅拌器组件230部分位于所述FDR罐200的内部，部分位于所述FDR罐200的外部。所述搅拌器组件230可包括驱动装置231，所述驱动装置231优选至少部分位于所述FDR罐200的外部。在一个示例性实施方案中，所述驱动装置231位于所述FDR罐200上或位于所述FDR罐200的上方。所述驱动装置231围绕垂直的或接近垂直的轴232进行旋转，所述轴232位于所述FDR罐200中或基本上位于所述FDR罐200之内。所述轴232可按操作者所决定的不同速度顺时针或逆时针旋转。旋转速度具有可变范围。所述轴232包括一个或多个臂233，所述的一个或多个臂233具有从其延伸的对应的叶片234，并促进FDR罐200内的原料和溶剂的混合物的移动。移动有助于确保均匀的加热和干燥。所述的一个或多个臂233可彼此等距或不等距地位于在FDR罐200的内壁方向上径向延伸的垂直和/或水平平面中。位于所述的一个或多个臂233上的一个或多个叶片234中的每一个也在FDR罐200的内壁方向上径向延伸，并被构造成围绕轴的轴线旋转。所述的一个或多个叶片234可彼此等距或不等距地放置。所述叶片234可采取多种形状；然而，所述叶片优选为矩形或基本上矩形的。此外，所述叶片234可包括基本上平的并基本上位于垂直平面内的径向内部部分。或者，所述叶片234可以以正俯仰角或负俯仰角设置。在另一个示例性实施方案中，所述叶片中的一个或多个可以包括加热机构，以提供一种干燥固体蛋白质产品的改进方法。所述加热机构可以是所述加热系统220的一部分。
在一个单独的实施例中，微波辐射可以用作干燥固体产品的替代方法。微波辐射已显示提供更加均匀的干燥，并同时减少由于常规加热机构而对产品的损害。
所述的FDR罐200可包括辅助搅拌器组件250。类似于所述的主搅拌器组件230，所述的辅助搅拌器组件250优选部分位于FDR罐200的内部，且部分位于FDR罐200的外部。所述的辅助搅拌器组件250可以是用于在FDR罐200中的混合物的反应阶段过程中促进物质传送的高剪切搅拌器。所述辅助搅拌器组件250包括驱动器251，所述驱动器251优选至少部分位于所述FDR罐200的外部。其与可旋转轴252连通，所述可旋转轴252优选位于或基本上位于所述容器210的内部。所述轴252可包括一个或多个臂253以及一个或多个对应的叶片254。虽然所述辅助搅拌器组件250看来以垂直取向设置在图2中，但在替代方案中，其可以以相对于FDR罐200任何角度设置。
优选地，所述FDR罐200包括一个能在FDR罐200内抽真空的真空系统240。所述真空系统240包括真空泵241以降低FDR罐200中的气压。
优选通过使用气动输送系统来完成最终的散状固体从所述FDR中的排放。此气动输送系统免除了从所述FDR中手工移出产品的需要。所述气动输送系统便于将固体蛋白质产品从所述FDR中排放至最终的散装容器中，如搬运箱或高强度编织袋。
所述FDR系统是利用所述PLC(可编程逻辑控制器)或类似的逻辑处理器的状态的高度自动化的系统。高速输入和输出信号被集成为自动化系统的部分，以允许控制系统迅速响应过程偏差，并使过程自动回到规范内。所述FDR的复杂机械性质需要临界安全联锁装置，并且所述自动化系统的逻辑处理器持续扫描这些条件，以确保FDR设备和辅助设备受到保护。对所述逻辑处理器的定制编程允许执行可取决于过程需要而配置的各种软件库模块。例如，不同的动物组织原料可能需要略微不同的加工条件以产出高品质蛋白质产品。所述自动化过程的性质允许实施配方驱动的系统，所述配方驱动的系统调节以适应各种原料和相关的加工条件。
在另一个实施例中，用于生产蛋白质的自动化系统应符合层级模型，所述层级模型将过程自动化与涉及制造执行系统(MES)的商业智能(BI)相结合，所述制造执行系统由总体企业资源计划(ERP)涵盖。仪表、系统和自动化(ISA)S95标准建立了制造企业网络的四级层级模型。它表现了如表1所述的制造控制系统的通用应用软件和网络架构。主要蛋白质生产过程在第0级发生，并有第1级仪器来监控过程操作参数在规范内。第2级包括逻辑控制器，所述逻辑控制器可包括PLC、DCS或SCADA系统的组合。这些第2级逻辑处理器包含定义蛋白质生产过程的专有源代码和应用配置。由于企业控制系统定义为网络结构，因此来自过程以及第1级和第2级的信息和数据被传输到第3级的材料计划和质量系统。第3级是原料和成品分析数据以及库存水平的储存库。第4级是与蛋白质生产运作有关的所有信息的最终储存库。第4级分析内部制造数据，并与外部市场预测信息结合，以优化进度、原料使用以及成品库存。
表1.SA95企业控制系统整合层级
图3更详细地示出了根据本发明的示例性实施方案的回收系统300(也由附图标记100表示，并可全篇互换使用)。更特别地，图3详细示出了SLR系统370(也由图2中的附图标记370表示，并可全篇互换使用)。除了在图3中所示的详细特征之外，取决于所使用的一种或多种有机溶剂的类型，所述回收系统300也可进一步包括诸如空气压缩机和氮气系统的特征，以例如维持前述滤液罐和储存罐内的惰性环境。所述回收系统300还可以采用用于检测***条件的传感器和用以表示例如有机溶剂蒸气的浓度超过允许的阈值限制的相应的警报器。
把注意力转回图3，所述的SLR系统370包括滤液罐371，尽管超过一个罐是可能的(参见滤液罐372)。所述滤液罐371可位于一个或多个过滤器373的上游。所述过滤器373有助于从滤液(即溶剂、液体和油的混合物)中移去残余固体。根据移去残余固体的要求，所述过滤器373可以位于SLR系统370中的任何地方。
所述SLR系统370还可包括蒸馏单元375，如分馏塔或WFE(刮膜蒸发器)。蒸馏单元375用于从有机溶剂/水中回收脂类/油。蒸馏单元375可以位于滤液罐371的下游。可以根据需要使用泵和鼓风机来将各种液体输送至下游，以用于进一步加工。如果需要，所述SLR系统370可包括超过一个蒸馏单元。
所述SLR系统370优选包括臭氧发生器374。如图3所示，所述臭氧发生器374位于滤液罐371的下游，与滤液中的胺反应并将胺中和，从而消除与胺相关的气味(例如鱼腥味)。与鱼相关的气味归因为腐烂的自然过程。细菌的酶攻击鱼肉，这引发氧化还原反应。包含氧化三甲胺(TMAO)的鱼肌肉通过分解而破坏，从而产生三甲胺和二甲胺。这两种胺产生了典型的鱼腥味。因此，臭氧通过破坏引起异味的分子、细菌和孢子来消除这种气味。三原子氧为臭氧。在使用臭氧的逆反应中，第三个氧原子附着至胺分子，并最终使胺分子无味。所述臭氧发生器374也可以位于所述SLR系统370中需要除臭的其它部分。
通过使用内联活性炭过滤器而进一步实现溶剂和液体产品的除臭。活性炭是一种用于从过程流中去除有机污染物的成熟材料。在所述SLR过程中使用活性炭的益处是，微量的胺连同因鱼腥胺味导致的相关气味被进一步消除。
所述SLR系统370可包括位于蒸馏单元375下游的冷凝器，以回收水和有机溶剂。在必要时，可需要更多的加工设备来得到纯化水。经纯化的水可随后被输送至回收罐396中。
所述SLR系统370还可包括一个或多个蒸馏单元380以回收经纯化的动物油(如Ω-3油)。优选地，所述蒸馏单元380可含有相分离装置。所述蒸馏单元380位于蒸馏单元375的下游。所述蒸馏单元380通常从废弃的固体脂肪中分离出动物油。所述蒸馏单元380可例如为薄膜蒸发器(TFE)、刮膜蒸发器(WFE)或分子蒸馏单元。具体来说，可使用分子蒸馏单元来从废弃的固体脂肪中回收经纯化的Ω-3油。可以得到各种纯度等级，并可用本领域内所熟知的技术来获得最终等级的Ω-3油。油可以被转移至回收罐397中，而残余物被截留在罐398中。
再参照图3，回收系统300可包括控制器391。所述控制器391可包括电动马达控制中心。所述控制器通常为操作者提供界面，操作者可通过所述界面而实现对构成所述回收系统300的各种构件和子系统的实时自动控制。例如，所述控制器391可以与罐体积、温度、装置状态、传感器和警报器连通，并提供对罐体积、温度、装置状态、传感器和警报器的控制。
所述系统300还可包括一个或多个研磨机305。所述研磨机305优选由不锈钢构造制成，并被配置为将诸如鱼的粗的动物组织原料研磨成1/4"至1/2"的立方体尺寸。所述研磨机305位于FDR罐310的上游，使得研磨机305将从动物组织原料储存罐/室301接收的动物组织原料研磨成如上所指定的更小的颗粒，以用于进一步加工。
在研磨动物组织原料后，原料可与有机溶剂混合，以制备均化的浆料或混合物。如图3所示，系统300包括用于混合动物组织原料和有机溶剂的制备罐330。所述制备罐330优选处理高达50gpm。所述制备罐330可以是加热的搅拌罐。所述制备罐330也位于FDR罐310的上游。水平传感器和流量计可在制备罐330中使用或者与制备罐330关联使用，以通过控制器391将反馈信息提供给操作者，以协助确保符合操作者偏好的充足流量。
系统300还可包括研磨装置350和固体产品回收系统360。所述研磨装置350研磨固体产品以获得颗粒或粉末形式的被回收的固体蛋白质。经研磨的产品可进一步在烘箱中被固化。在固化之后，将成品存放于成品储存设施中。在这些过程完成后，具有其蛋白质的所有性质的产品可以以如下方式处理：提供所述产品足以使其易于被儿童和成人食用和消化的物理特性，并且没有难闻的味道或气味，所述难闻的味道或气味具有不愉快的影响或者引起排斥。例如，但不限于，粉末可被压成固体丸剂的形式、放置在胶囊中以被吞服，或加入液体中并作为饮料食用。被回收的固体蛋白质可随后由固体产品回收系统360收集。
回收系统300还包括有机溶剂再循环系统390。优选地，溶剂是异丙醇(IPA)；然而，对本领域技术人员非常显而易见的是可使用IPA以外的溶剂。如上所述，有机溶液可通过使用加热蒸馏和冷凝器而从水中蒸馏。然而，一旦溶剂从水中移出，溶剂可以被输送回溶剂储存罐302。所述经再循环的有机溶剂可在被传输至FDR罐310之前与新的或新鲜的溶剂混合或不与新的或新鲜的溶剂混合；所述经再循环的有机溶剂在FDR罐310中与经再过滤的湿滤饼混合，或被传输到制备罐330中并在其中与动物组织混合。经再过滤的湿滤饼是在每个反应器再循环过程之后留在FDR中的残余的固体蛋白质产品。一旦生鱼/IPA混合物被送到FDR罐310中则重复该过程。IPA随后被滤出，将滤液转移至溶剂回收系统。固体蛋白质产品留在FDR罐310中。然后将另一份IPA送到FDR罐310中，在FDR罐310中，所述固体蛋白质产品经历第二轮反应器/加热/过滤循环。IPA再次被滤去，留下固体蛋白质“湿滤饼”。再次重复该再循环过程，一共进行3次。通常，总的再循环次数为1至4，且由最终产品所需的品质决定。对于有机溶剂，所述FDR罐310和制备罐330可以接收下列中的一者：完全新(新鲜)的有机溶剂、完全被回收的有机溶剂，或它们的组合。很明显，所述溶剂再循环系统390包括如上所述的管道，以用于在SLR系统370的溶剂回收罐395、有机溶剂储存罐302和FDR罐310之间传输有机溶剂。
所述回收系统300可包括用于收集水的回收罐396、用于收集油(包括Ω-3脂肪酸)的回收罐397，以及用于收集残余物的残余物废弃罐398。更进一步地说，回收系统300包括用于捕获在FDR罐310中形成的烟气/蒸气的排放物的VOC再循环系统392。例如，如图3所示，排放物经由端口离开容器FDR罐310，并且可将蒸气转移至用于将蒸气冷凝成可用的有机溶剂的烟气冷凝器和冷却器中。经冷凝的有机溶剂可经由溶剂再循环管线而被转移至有机储存罐302中以再利用。
方法
根据本发明的一个方面，描述了一种回收最初源自动物组织的产品的方法。在一个实施方案中，回收固体蛋白质产品。在另一个实施方案中，回收固体蛋白质产品以及源自动物组织的水。在另一实施方案中，回收源自动物组织的固体蛋白质产品、水和动物油。
对于本申请的目的，动物组织被定义为具有各种形状和尺寸的真核细胞。动物细胞进一步特征在于不具有存在于所有植物细胞中的细胞壁。动物组织可以包括但不限于陆地和海洋动物，如昆虫、鱼、家禽和红色肉类。在一个示例性实施方案中，动物组织原料含有鱼。在另一个示例性实施方案中，在由本发明的纯化系统处理前，将动物组织原料保持在低于50°F，优选低于45°F，更优选低于或等于40°F的温度下。
如所述，动物组织可以是鱼，特别是生鱼。生鱼应该是新鲜的，并以卫生的方式处理。也应该验证原料的品质。如上所解释(参见例如研磨装置350)，在与有机溶剂混合并进一步加工之前，也将鱼研磨成片以形成鱼粉。
有机溶剂通常用于所述方法中。所述溶剂可包括醇，其中羟基官能团键合至碳原子。在一个替代性实施方案中，溶剂可选自挥发性有机物含量(VOC)为约200-500g/L之间的那些有机溶剂。在另一替代性实施方案中，选择溶剂，使得其符合地方管理当局颁布的VOC法规。在一个优选实施方案中，如所述，溶剂为IPA(异丙醇)。
鱼粉和溶剂的混合物最初被加热；然而，优选使用低热，因此不存在蛋白质产品由于热降解而分解的风险。鱼粉和溶剂的混合物应充分进行平衡，从而在于FDR罐中加工的过程中，鱼粉溶解为粘稠液体，特别地，通过防止加热过程的不稳定的变量控制系统在受控的温度下进行的加热过程进而降低或消除蛋白质的效力。动物组织与溶剂的比率当然取决于多种因素，所述多种因素包括但不限于使用的具体动物组织和溶剂。当动物原料是生鱼且IPA被用作有机溶剂时，以千克计的鱼与以升计的IPA的比率介于约1:1至1:2.2、1:2.1、1:2.0、1:1.9、1:1.8、1:1.7、1:1.6、1:1.5、1:1.4、1:1.3、1:1.2和1:1.1之间。更优选地，所述比率为约1:2。在本发明的一个优选的商业实施方案中，在按比例放大时，组合约5,000Kg的生鱼和约10,000L的有机溶剂，以形成鱼粉和溶剂的混合物。
如图1-3所示，将动物组织和有机溶剂的混合物例如经由螺旋输送机而从制备罐(例如参见制备罐330)进料至FDR罐(参见例如FDR罐310)，所述混合物在FDR罐处被加热，并在FDR罐中在45-75℃之间的温度下被搅拌约2小时。如上所述的主搅拌器组件确保均匀加热，并防止动物组织与有机溶剂的混合物的分解，特别是所述混合物接近压缩容器的壁或底部的部分。这样，如通过全氨基酸谱表征，回收了具有高浓度的蛋白质，特别是85％或更高纯度的蛋白质。取决于动物组织的类型，氨基酸谱为存在于产品中的一些氨基酸。被回收的蛋白质可为全氨基酸谱、不吸湿，并且基本上没有胺造成的鱼腥味或鱼味。被回收的蛋白质也可为不吸湿且无菌的，且蛋白质在视觉上可显示出奶油色。
动物组织可通过螺旋输送机进料至制备罐中(参见例如制备罐330)。随后加入有机溶剂，以确保在被进料至FDR罐(参见例如FDR罐3)之前形成充分的混合物。所述制备罐也可包括搅拌器，以及夹套和绝缘系统，以允许外部加热和冷却。优选地，将混合物加热至不超过75℃，例如大约45-50℃的温度。随后将所得的均匀混合物进料至FDR罐中。
在所述FDR罐中，再次加热和搅拌且随后过滤所述均匀混合物。随后优选使用加热和真空或微波来干燥残余的蛋白质湿滤饼。这样，数个单元操作被简缩为单个设备。也就是说，不需要协助混合物在每个操作之间的传输的浆料容器、产品离心机/过滤机构、独立干燥装置，以及伴随的阀、导管、吹风机、泵、传感器、控制器等。作为结果，用于回收例如固体蛋白质的产品的生产循环时间得以显著降低。在所述FDR罐内，过程通常是自动化的，并以闭合回路，例如封闭系统操作。
在加热和搅拌所述混合物大约2个小时的时间后，如上所述，FDR罐以过滤模式操作。包括有机溶剂的滤液从FDR罐中被排放至SLR系统中。湿滤饼保留在FDR罐中。FDR罐随后在不超过80℃(例如大约50-80℃)的温度下在完全真空下以加热/干燥模式操作1小时至10小时，以回收固体。
在过滤后，可使用一个或多个加热、搅拌和过滤循环。对于每个另外的加热、搅拌和过滤循环，将有机溶剂进料至FDR罐中。如上所述，所述溶剂可以是新的(新鲜的)溶剂、回收自SLR系统的经再循环的溶剂，或者这两者的组合。可通过使用溶剂再循环系统(参见例如溶剂再循环系统390)将经再循环的溶剂从SLR系统传输至溶剂储存罐(参见例如溶剂储存罐302)，由此促进绿色制造方案。在上述一个或多个加热、搅拌和过滤循环之后，FDR罐在大约50-80℃的温度下在完全真空下以加热/干燥模式操作1小时至10小时，以干燥和回收来自保留在FDR罐中的混合物的固体部分的固体蛋白质。
被回收的固体蛋白质最终通过所述FDR罐内的出口端口排放至储存罐中。可通过质量控制来评估和分析固体蛋白质，以确保蛋白质的足够产量。在一个示例性实施方案中，基于进入所述FDR罐110的动物组织，固体蛋白质以大约15-25wt.％的产量存在。优选地，产量为大于约18wt.％的固体蛋白，所述固体蛋白回收自进入FDR罐110的动物组织。
对来自所述系统的被回收的固体蛋白质的实验室分析显示在约85-95％范围内的蛋白质浓度。最终产品的品质通常是优良的，其原因至少是由于过程为低温的(例如通常不超过80℃)，产品不会降解，从而避免了蛋白质的热降解。因此，感官结构得以保持，从而得到了最终产品中的高品质浓度的蛋白质的相对完整的氨基酸谱。所述产品超出了FDA对补充剂的全部要求，并且是用于世界食物需要的优良产品。35克的食用量如同全餐那样提供充足的蛋白质以满足人的氨基酸需求。在蛋白质水平上进行这些测定的最常用的方法是电泳和薄层色谱，并且有可能证明每个物种存在至少一个特定的蛋白质。
被回收的蛋白质也具有长的储存寿命，所述长的储存寿命被定义为可以在长时间段内维持相当恒定的性质。在一个实施方案中，被回收的固体蛋白质产品在10年中在模拟环境条件的实验室内进行测试。恒定的性质可归因于该产品的不吸湿或基本不吸湿的性质。也就是说，被回收的固体蛋白质不吸收湿气，或就低湿含量而言不发生细菌作用。优选地，水分含量低于被回收的固体蛋白质的约8wt.％。
被回收的蛋白质具有平衡的氨基酸组成，以提供营养有益的特性。被回收的蛋白质也可以足够(即，基本上或完全100％)稳定和无菌。
此外，根据本发明的方法，将由在所述FDR罐中的过滤而得到的提取的滤液(即重质液体)传输至SLR中。滤液可包括但不限于油、脂肪、溶剂和水。当动物组织是鱼时，所述油可包括Ω-3脂肪酸。在所述SLR系统中，滤液可首先被转移到滤液罐中(参见例如滤液罐371)，随后被再次过滤(参见例如过滤器373)以去除残余固体。或者，滤液可被直接转移至溶剂回收或蒸馏塔中(参见例如蒸馏单元375)，以从油/脂肪中分离有机溶剂/水。如之前所述，溶剂可被转移至回收罐395中，随后被用作经再循环的有机溶剂。水可被转移到回收罐396中，并可按需进一步纯化。
可过滤(参见例如过滤器373)被回收的油(例如，Ω-3脂肪酸)，以去除残余物并提高其纯度。也可用臭氧处理，以通过中和存在于油中的任意胺来去除异味。可将残余物转移至丢弃罐中(参见例如残余物丢弃罐398)。可将包括Ω-3脂肪酸的油转移至第一回收罐中(参见例如回收罐397)。在所述第一回收罐中，所述的油可依据另一实施方案按需进行进一步纯化，并被转移至另一回收罐397b中。包括Ω-3脂肪酸的被回收的油是在碳链的端部具有双键的多不饱和脂肪酸。它们被视作必需脂肪酸。人类不能在体内容易地产生Ω-3脂肪酸，因此，由于Ω-3脂肪酸在正常代谢中起着重要的作用，所以必须从其它来源获得Ω-3脂肪酸。
在一个示例性实施方案中，Ω-3脂肪酸以大于或等于初始动物组织原料的大约5％的量回收(在此1L＝0.96Kg)。优选地，Ω-3脂肪酸以大于或等于初始动物组织原料的6％的量回收。更优选地，Ω-3脂肪酸以大于或等于初始动物组织原料的7％的量回收[811L/2*.96＝389kg]。
在另一个实施方案中，可通过使用萃取精馏而独立地回收有机溶剂/水。即将第三组分引入过程中。例如，当异丙醇(IPA)为有机溶剂时，可以使用二异丙基醚(IPE)，其中IPA和IPE组合以从其中将水完全分离。水在出口396处回收，并可进一步经受另一臭氧处理。在另一示例性实施方案中，蒸馏水以小于或等于进入SLR系统37中的初始液体部分的大约35％的量回收。优选地，水以小于或等于大约进入SLR系统370的液体部分的大约30％的量回收。更优选地，水以小于或等于液体部分的大约25％的量回收。
在另一方面，所述IPA/IPE混合物随后在第二蒸馏塔中被进一步蒸馏，以回收IPA。所述IPA可被转移至回收罐395中以进行如上所述的进一步加工。
本申请还包括以下实施方案：
项目1.一种用于从动物组织中回收食用蛋白质粉、粗的和纯的Ω-3油以及纯化蒸馏水的方法，其包括：
a.提供动物组织和有机溶剂的第一混合物；
b.将所述动物组织和有机溶剂进料至单个整体的过滤器-干燥器-反应罐中；
c.在所述过滤器-干燥器-反应罐中搅拌和加热所述动物组织和有机溶剂的第一混合物；
d.从所述过滤器-干燥器-反应罐中移出包括有机溶剂的所述第一混合物的液体部分，以回收纯化蒸馏水和纯的Ω-3油，并同时将所述第一混合物的固体部分保留在所述过滤器-干燥器-反应罐中；
e.再循环所述有机溶剂；以及
f.烘烤保留的固体部分以回收食用蛋白质粉。
项目2.根据项目1所述的方法，其中所述动物组织包括生鱼。
项目3.根据项目2所述的方法，其还包括：
通过使用分子蒸馏结合刮膜蒸发(WFE)从所述第一混合物的被移出的液体部分中回收纯的Ω-3油。
项目4.根据项目1所述的方法，其还包括：
从所述第一混合物的被移出的液体部分中回收水。
项目5.根据项目1所述的方法，其还包括：
在所述烘烤步骤之前，将另外的有机溶剂进料至所述过滤器-干燥器-反应罐中；
在所述过滤器-干燥器-反应罐中搅拌和加热第二混合物，所述第二混合物包含所述第一混合物的被保留的固体部分和所述另外的有机溶剂；以及
从所述第二混合物中移出第二液体部分，并同时将所述第二混合物的固体部分保留在所述过滤器-干燥器-反应罐中。
项目6.根据项目5所述的方法，其中所述另外的有机溶剂包括源自所述第一混合物的被移出的液体部分的经再循环的有机溶剂。
项目7.根据项目5所述的方法，其中所述另外的有机溶剂包括进料至所述过滤器-干燥器-反应罐中的有机溶剂的经再循环的冷凝蒸气。
项目8.根据项目1所述的方法，其中将所述动物组织和有机溶剂以约1:1至1:2.2的比例进料至所述过滤器-干燥器-反应罐中。
项目9.根据项目1所述的方法，其中被回收的固体蛋白质大于所述进料至过滤器-干燥器-反应罐中的动物组织的18wt.％。
项目10.根据项目1所述的方法，其中被回收的固体蛋白质中具有小于约8wt.％的湿度。
项目11.根据项目1所述的方法，其中被回收的固体蛋白质具有大于约80％浓度的蛋白质。
项目12.根据项目11所述的方法，其中被回收的固体蛋白质具有小于约90％浓度的蛋白质。
项目13.一种用于从动物组织中回收食用蛋白质粉、粗的和纯的Ω-3油以及纯化蒸馏水的自动化系统，其包括：
a.动物组织进料口；
b.有机溶剂进料口；
c.过滤器-干燥器-反应罐，所述过滤器-干燥器-反应罐包括用于从所述动物组织进料口接收动物组织和从所述有机溶剂进料口接收有机溶剂的入口、用于移出食用蛋白质粉的出口、用于移出源自动物组织和有机溶剂的混合物的重质液体的出口、用于加热所述混合物的加热系统、用于混合所述混合物的基本上位于所述过滤器-干燥器-反应罐中的主搅拌器组件，以及用于从所述重质液体中分离所述混合物的固体部分的过滤器；
d.用于再循环有机溶剂的闭合回路；以及
e.用于接收和加工所述重质液体并回收纯化蒸馏水和纯的Ω-3油的位于所述过滤器-干燥器-反应罐下游的溶剂/液体回收系统。
项目14.根据项目13所述的系统，其中所述过滤器-干燥器-反应罐为单个整体结构。
项目15.根据项目13所述的系统，其中所述过滤器-干燥器-反应罐包括辅助搅拌器组件，所述辅助搅拌器组件基本上位于所述过滤器-干燥器-反应罐中，并以比所述主搅拌器组件更快的旋转速度操作。
项目16.根据项目13所述的系统，其中所述溶剂/液体回收系统包括蒸馏单元，所述蒸馏单元能够从源自所述重质液体的水中分离纯的Ω-3油。
项目17.根据项目13所述的系统，其还包括：
使用可编程逻辑控制器(PLC)的自动化过程，所述可编程逻辑控制器可被定制编程以处理多种情况，从而确保维持过程控制以及临界安全联锁装置的监控；以及
定制的配方驱动的软件架构，其解决与动物组织原料和相关过程相关的多变性。
项目18.根据项目13所述的系统，其还包括：
位于所述溶剂/液体回收系统下游的再循环有机溶剂系统，其在所述溶剂/液体回收系统与所述有机溶剂进料口之间输送经处理的有机溶剂。
项目19.根据项目13所述的系统，其还包括：
内联活性炭过滤系统，所述内联活性炭过滤系统从经再循环的有机溶剂中去除微量的胺，从而消除因胺类物质导致的气味。
项目20.根据项目13所述的系统，其还包括：
臭氧发生系统，所述臭氧发生系统用于将臭氧应用于包含最终产品蛋白质粉的过滤器-干燥器-反应器中，
其中将所述臭氧发生器另外应用于经再循环的有机溶剂流，以减少有气味的物质。
项目21.根据项目13所述的系统，其还包括：
制备罐，所述制备罐用于制备混合物并将其递送至位于其下游的过滤器-干燥器-反应罐中。项目22.根据项目13所述的系统，其还包括：
挥发性有机碳再循环系统，所述挥发性有机碳再循环系统通过液体冷凝而捕获源自过滤器-干燥器-反应罐中的有机溶剂的过程排放物，并将所得到的经冷凝的液体溶剂输送至有机溶剂进料口中。
项目23.根据项目13所述的系统，其还包括用于研磨食用蛋白质粉的位于所述过滤器-干燥器-反应罐下游的研磨装置。
项目24.根据项目16所述的系统，其中蒸馏包括用于主蒸馏加工的薄膜或刮膜蒸发器(WFE)和用于回收经纯化的Ω-3油的分子蒸馏单元。
项目25.根据项目13所述的系统，其还包括SA95企业资源计划(ERP)层级模型，所述SA95企业资源计划层级模型将操作和过程自动控制网络与第2-4级商业智能(BI)和制造执行系统(MES)相结合。
结果和实例
以下的实例说明了本发明的具体方面。所述实例不旨在限制本发明的范围。测试结果可能会随不同类型的鱼品种而不同，但所述的方法和系统适用于所有的鱼品种。如下文所示，表2描述了根据本发明的一个实施方案从鱼中回收的固体蛋白质粉的氨基酸谱的组成。具体来说，蛋白质的产率是85.4％，水分是7.68％，粗脂是1.42％。
表2
如表2所示，对源自鱼的被回收的固体蛋白质粉进行了特定的检测。如所示，根据公知的胃蛋白酶测试(0.2％胃蛋白酶)，上述蛋白质具有超过98％的可消化蛋白质。胃蛋白酶是一种用于消化蛋白质结构的物质。胃蛋白酶测试用于确定有多少蛋白质在混合物内。所述测试包括分析被消化的蛋白质的量，然后用所述量倒推计算出进行分析的样品中的蛋白质材料的初始量。反式脂肪酸异构体少于0.1wt.％，优选少于0.05wt.％。胆固醇的量是每100g食用量少于0.1wt.％，优选少于0.05wt.％，更优选少于0.02wt.％。
表2
如以下表3所示，对固体蛋白质粉的元素扫描表明了每份食用量中以mg计存在的以下元素。以下表3还显示了以百万分之一计的每种元素的量。
表3
如下所示的表4比较了本发明的方法和系统的被回收的固体蛋白质样品的一个实施例的25mg蛋白质(其随后被研磨成粉末“APP”)以及出售商品的25mg蛋白质的营养含量。APP源自鱼。具体来说，相比于除了NB大豆之外的每一种商品，APP具有更少的热量。相比于NB大豆，APP具有更少的碳水化合物和脂肪。相较于JF大豆，APP具有更少的热量和更少的脂肪。相较于每种DFH乳清、JF乳清、GNC乳清、乳清分离物和乳清浓缩物，APP具有更少的热量、碳水化合物、脂肪、饱和脂肪和胆固醇。
表4
如下所示的表5比较了在本发明的方法和系统的被回收的固体蛋白质的25mg的一个实施例(其随后被研磨成粉末“APP”)以及出售商品的25mg蛋白质中存在的化学元素。APP源自鱼。值得注意的是，25mg的APP的钙、铁和锌的含量显著大于DFH乳清、JF乳清、GNC乳清、乳清分离物、乳清浓缩物、JF大豆和NB大豆中每一个的钙、铁和锌的含量。存在于APP中的铁含量显著大于DFH乳清、JF乳清、GNC乳清、乳清分离物和乳清浓缩物中的铁含量。
表5
具体实施方式
在本文引入并构成本说明书的一部分的附图示出了本发明的实施方案，并与描述一起用以解释本发明的原理。
在图中：
图1是根据本发明的示例性实施方案的本发明的示意图；
图2是根据本发明的示例性实施方案的过滤器-干燥器-反应罐的横截面图；和
图3详细示出了根据本发明的示例性实施方案的用于回收食用蛋白质粉、Ω-3油和纯化水的回收系统。
图4详细示出了根据本发明的示例性实施方案，与自动化相关的功能层级以及用于工厂级单元的控制系统网络，所述控制系统网络用于控制和操作蛋白质制造工厂。
图5详细示出了根据本发明的示例性实施方案的与企业资源计划(ERP)系统相关的SA95对象模型层级，所述SA95对象模型层级描述了详细生产系统和企业计划系统之间的垂直交易模型。
对本领域的技术人员来说，很显然在不偏离本发明的精神或范围的情况下可对本发明进行各种修改和变动。因此，本发明意图涵盖对本发明的修改和变动，只要所述修改和变动落入所附权利要求及其等同形式的范围之内。
对优选实施例的详细描述
本发明描述了一种用于改进从动物组织中回收产品的新型系统和方法。也描述了一种基于动物组织的初始进料而改进生产能力，特别是固体蛋白质的产率的新型系统和方法。本发明中进一步描述了一种在加工动物组织的过程中降低VOC气体排放至大气中的系统和方法。
通常，发明人已显示将制造设备的多个零件整合至单个整体结构中会减少因系统中多个位置处出现的材料流动障碍所造成的停机时间。也就是说，材料流动障碍最常出现在制造设备的入口和出口处。材料流动障碍也可能出现在连接制造设备的不同零件的管道内。根据发明人，在单个过滤器-干燥器-反应罐中加工动物组织原料以回收包含固体蛋白质的湿滤饼显著改进了因保养与维修而导致的停机时间。此外，本整体发明是一种高度自动化的过程，更节能，并比包括多个单元操作的系统需要更少的人工操作。直接归因于使用上述系统的另一个优势是与采购和维护更少的设备零件相关的资本和运行成本的降低。发明人实现的另一个优势是，通过运用本文所述的系统和方法，源自湿滤饼的固体蛋白质的产率和储存寿命得以改进。
基于本发明的示例性的非限制性的实施方案，将在下文对所述的新型系统和方法进行更详细的讨论。除非另行明确说明，下文中所讨论的每一个实施方案在本发明的范围内都可以被组合和被设想的。还需要了解的是，虽然所述的实施方案是优选的，但也是示例性的，并且本领域普通技术人员将会理解，在不偏离本发明的精神的情况下对所述实施方案的某些修改是可能的。
系统
图1是一个框图，其示出了根据本发明的第一方面的回收系统100的示例性实施方案。根据图1，所述回收系统100包括用于引入动物组织的动物组织原料101。所述的动物组织原料可被容纳在储存罐内。所述储存罐可以是温控的。或者，所述动物组织可被容纳在冷冻室内，并通过技术人员手动或通过自动机械的任意组合而被输送至下游用于加工，所述自动机械包括但不限于螺旋传送带、导管/管道、泵、吹风机等。在一个示例性实施方案中，304SS管道可被用于整个系统。在另一个示例性实施方案中，可以采用由不锈钢制成的泵以协助将动物组织传输至下游。
所述回收系统100也包含用于引入有机溶剂的有机溶剂进料口102。所述有机溶剂进料口102可包括于储存罐内。所述储存罐可具有平坦的底部和/或封闭的顶部。所述储存罐也可包含液位变送器(level transmitter)。优选的，所述液位变送器由不锈钢构造。所述罐可包括与氮气入口直接或间接连通的端口。所述储存罐还可包括保护阀、蝶阀、和/或隔膜阀。可通过包括但不限于管道、泵、鼓风机等如上所述的设备的任意组合将所述有机溶剂传输至下游。所述泵可以是不锈钢的和离心的。可按需使用管道来连接过程单元操作和下游设备。
本发明涉及一种高度可扩展的方法，并能够产出低量至高量的蛋白粉和Ω-3油。本发明的方法也可重新配置，从而可实施系统的并行队列以满足同时生产的要求。
特别重要的是，所述的回收系统100还包括单个整体集成的过滤器-干燥器-反应器罐110(下文中称为“FDR罐”)，所述FDR罐110接收动物组织和有机溶剂以用于加工。所述FDR罐110包括真空和加热模块。所述FDR罐也包括用于从重质液体中分离固体的过滤器。所述FDR罐110还包括一个或多个搅拌或搅动动物组织原料和溶剂的混合物的搅拌装置，以及在与液体组分(即水、油、溶剂)分离时用于产出干燥的固体蛋白质产品的干燥模块。优选地，所述FDR罐110由不锈钢构成，并具有卫生设计。下文将参照图2对所述FDR罐110进行更详细的描述。
所述回收系统还包括固体产品回收系统160和溶剂/液体再循环(SLR)系统170，如图1所示。所述SLR系统170可包括一个或多个滤液回收罐。优选地，所述滤液回收罐由不锈钢制成。所述滤液回收罐可包括与用于向其中进料氮气的入口直接或间接连通的一个或多个端口。氮气覆盖层将有机溶剂保持在非挥发性的状态。下文将参照图3对所述SLR系统170进行更详细的描述。
图2是所述FDR罐110(也由附图标记200表示，并可通篇互换使用)的横截面图。所述FDR罐200是外部加热的金属容器，附有能够承受高压的搅拌系统和由金属制成的真空压缩容器。优选地，所述金属选自适用于卫生加工要求的合金。更优选地，所述金属是不锈钢。在另一个示例性实施方案中，所述FDR罐200通常是能够被加压并经受高水平真空的单体或整体结构。也就是说，所述FDR罐200被加工为单个部件而非经由导管连接的一组装置。
所述FDR罐200可以包括端口215和/或端口216，所述端口215与用于从动物组织原料201引入动物组织的进料管线直接或间接连通，所述端口216与用于从有机溶剂进料口202引入有机溶剂的进料管线直接或间接连通。臭氧优选从臭氧发生器225引入，所述臭氧发生器225可以位于动物组织进料口201的上游或下游。所述FDR罐200还可包括与VOC再循环系统直接或间接连通的端口218，所述VOC再循环系统将在下文详细讨论。所述FDR罐200还包括与固体产品回收罐260直接或间接连通的端口219，所述固体产品回收罐260在图1中通常被示为“固体产品回收160”。所述FDR罐200还包括与所述溶剂/液体再循环系统(SLR系统)270(其在图1中被标为溶剂/液体再循环系统170)直接或直接连通的排放口217。具体而言，所述SLR系统从动物组织回收包括动物油和源自动物本身的水的产品。所述SLR系统270还回收有机溶剂，所述有机溶剂可根据使用者的偏好通过所述系统中再循环。所述FDR罐200可以包括泵、止回阀(CV-01)，以及在排放口217和SLR系统270之间的隔离阀。所述止回阀(CV-01)可以防止液体从所述SLR系统270反向流回至所述FDR罐200中。
加热器系统220围绕所述FDR罐200。在一个示例性实施方案中，所述FDR罐200的外壁和底部被含有加热介质的常规加热夹套所围绕。通常，所述加热介质是蒸汽，或者可以是加热传递流体。优选地，使用能够在6MMBTU下操作的蒸汽锅炉。
所述的FDR罐200可包括主搅拌器组件230。所述主搅拌器组件230部分位于所述FDR罐200的内部，部分位于所述FDR罐200的外部。所述搅拌器组件230可包括驱动装置231，所述驱动装置231优选至少部分位于所述FDR罐200的外部。在一个示例性实施方案中，所述驱动装置231位于所述FDR罐200上或位于所述FDR罐200的上方。所述驱动装置231围绕垂直的或接近垂直的轴232进行旋转，所述轴232位于所述FDR罐200中或基本上位于所述FDR罐200之内。所述轴232可按操作者所决定的不同速度顺时针或逆时针旋转。旋转速度具有可变范围。所述轴232包括一个或多个臂233，所述的一个或多个臂233具有从其延伸的对应的叶片234，并促进FDR罐200内的原料和溶剂的混合物的移动。移动有助于确保均匀的加热和干燥。所述的一个或多个臂233可彼此等距或不等距地位于在FDR罐200的内壁方向上径向延伸的垂直和/或水平平面中。位于所述的一个或多个臂233上的一个或多个叶片234中的每一个也在FDR罐200的内壁方向上径向延伸，并被构造成围绕轴的轴线旋转。所述的一个或多个叶片234可彼此等距或不等距地放置。所述叶片234可采取多种形状；然而，所述叶片优选为矩形或基本上矩形的。此外，所述叶片234可包括基本上平的并基本上位于垂直平面内的径向内部部分。或者，所述叶片234可以以正俯仰角或负俯仰角设置。在另一个示例性实施方案中，所述叶片中的一个或多个可以包括加热机构，以提供一种干燥固体蛋白质产品的改进方法。所述加热机构可以是所述加热系统220的一部分。
在一个单独的实施例中，微波辐射可以用作干燥固体产品的替代方法。微波辐射已显示提供更加均匀的干燥，并同时减少由于常规加热机构而对产品的损害。
所述的FDR罐200可包括辅助搅拌器组件250。类似于所述的主搅拌器组件230，所述的辅助搅拌器组件250优选部分位于FDR罐200的内部，且部分位于FDR罐200的外部。所述的辅助搅拌器组件250可以是用于在FDR罐200中的混合物的反应阶段过程中促进物质传送的高剪切搅拌器。所述辅助搅拌器组件250包括驱动器251，所述驱动器251优选至少部分位于所述FDR罐200的外部。其与可旋转轴252连通，所述可旋转轴252优选位于或基本上位于所述容器210的内部。所述轴252可包括一个或多个臂253以及一个或多个对应的叶片254。虽然所述辅助搅拌器组件250看来以垂直取向设置在图2中，但在替代方案中，其可以以相对于FDR罐200任何角度设置。
优选地，所述FDR罐200包括一个能在FDR罐200内抽真空的真空系统240。所述真空系统240包括真空泵241以降低FDR罐200中的气压。
优选通过使用气动输送系统来完成最终的散状固体从所述FDR中的排放。此气动输送系统免除了从所述FDR中手工移出产品的需要。所述气动输送系统便于将固体蛋白质产品从所述FDR中排放至最终的散装容器中，如搬运箱或高强度编织袋。
所述FDR系统是利用所述PLC(可编程逻辑控制器)或类似的逻辑处理器的状态的高度自动化的系统。高速输入和输出信号被集成为自动化系统的部分，以允许控制系统迅速响应过程偏差，并使过程自动回到规范内。所述FDR的复杂机械性质需要临界安全联锁装置，并且所述自动化系统的逻辑处理器持续扫描这些条件，以确保FDR设备和辅助设备受到保护。对所述逻辑处理器的定制编程允许执行可取决于过程需要而配置的各种软件库模块。例如，不同的动物组织原料可能需要略微不同的加工条件以产出高品质蛋白质产品。所述自动化过程的性质允许实施配方驱动的系统，所述配方驱动的系统调节以适应各种原料和相关的加工条件。
在另一个实施例中，用于生产蛋白质的自动化系统应符合层级模型，所述层级模型将过程自动化与涉及制造执行系统(MES)的商业智能(BI)相结合，所述制造执行系统由总体企业资源计划(ERP)涵盖。仪表、系统和自动化(ISA)S95标准建立了制造企业网络的四级层级模型。它表现了如表1所述的制造控制系统的通用应用软件和网络架构。主要蛋白质生产过程在第0级发生，并有第1级仪器来监控过程操作参数在规范内。第2级包括逻辑控制器，所述逻辑控制器可包括PLC、DCS或SCADA系统的组合。这些第2级逻辑处理器包含定义蛋白质生产过程的专有源代码和应用配置。由于企业控制系统定义为网络结构，因此来自过程以及第1级和第2级的信息和数据被传输到第3级的材料计划和质量系统。第3级是原料和成品分析数据以及库存水平的储存库。第4级是与蛋白质生产运作有关的所有信息的最终储存库。第4级分析内部制造数据，并与外部市场预测信息结合，以优化进度、原料使用以及成品库存。
表1.SA95企业控制系统整合层级
图3更详细地示出了根据本发明的示例性实施方案的回收系统300(也由附图标记100表示，并可全篇互换使用)。更特别地，图3详细示出了SLR系统370(也由图2中的附图标记370表示，并可全篇互换使用)。除了在图3中所示的详细特征之外，取决于所使用的一种或多种有机溶剂的类型，所述回收系统300也可进一步包括诸如空气压缩机和氮气系统的特征，以例如维持前述滤液罐和储存罐内的惰性环境。所述回收系统300还可以采用用于检测***条件的传感器和用以表示例如有机溶剂蒸气的浓度超过允许的阈值限制的相应的警报器。
把注意力转回图3，所述的SLR系统370包括滤液罐371，尽管超过一个罐是可能的(参见滤液罐372)。所述滤液罐371可位于一个或多个过滤器373的上游。所述过滤器373有助于从滤液(即溶剂、液体和油的混合物)中移去残余固体。根据移去残余固体的要求，所述过滤器373可以位于SLR系统370中的任何地方。
所述SLR系统370还可包括蒸馏单元375，如分馏塔或WFE(刮膜蒸发器)。蒸馏单元375用于从有机溶剂/水中回收脂类/油。蒸馏单元375可以位于滤液罐371的下游。可以根据需要使用泵和鼓风机来将各种液体输送至下游，以用于进一步加工。如果需要，所述SLR系统370可包括超过一个蒸馏单元。
所述SLR系统370优选包括臭氧发生器374。如图3所示，所述臭氧发生器374位于滤液罐371的下游，与滤液中的胺反应并将胺中和，从而消除与胺相关的气味(例如鱼腥味)。与鱼相关的气味归因为腐烂的自然过程。细菌的酶攻击鱼肉，这引发氧化还原反应。包含氧化三甲胺(TMAO)的鱼肌肉通过分解而破坏，从而产生三甲胺和二甲胺。这两种胺产生了典型的鱼腥味。因此，臭氧通过破坏引起异味的分子、细菌和孢子来消除这种气味。三原子氧为臭氧。在使用臭氧的逆反应中，第三个氧原子附着至胺分子，并最终使胺分子无味。所述臭氧发生器374也可以位于所述SLR系统370中需要除臭的其它部分。
通过使用内联活性炭过滤器而进一步实现溶剂和液体产品的除臭。活性炭是一种用于从过程流中去除有机污染物的成熟材料。在所述SLR过程中使用活性炭的益处是，微量的胺连同因鱼腥胺味导致的相关气味被进一步消除。
所述SLR系统370可包括位于蒸馏单元375下游的冷凝器，以回收水和有机溶剂。在必要时，可需要更多的加工设备来得到纯化水。经纯化的水可随后被输送至回收罐396中。
所述SLR系统370还可包括一个或多个蒸馏单元380以回收经纯化的动物油(如Ω-3油)。优选地，所述蒸馏单元380可含有相分离装置。所述蒸馏单元380位于蒸馏单元375的下游。所述蒸馏单元380通常从废弃的固体脂肪中分离出动物油。所述蒸馏单元380可例如为薄膜蒸发器(TFE)、刮膜蒸发器(WFE)或分子蒸馏单元。具体来说，可使用分子蒸馏单元来从废弃的固体脂肪中回收经纯化的Ω-3油。可以得到各种纯度等级，并可用本领域内所熟知的技术来获得最终等级的Ω-3油。油可以被转移至回收罐397中，而残余物被截留在罐398中。
再参照图3，回收系统300可包括控制器391。所述控制器391可包括电动马达控制中心。所述控制器通常为操作者提供界面，操作者可通过所述界面而实现对构成所述回收系统300的各种构件和子系统的实时自动控制。例如，所述控制器391可以与罐体积、温度、装置状态、传感器和警报器连通，并提供对罐体积、温度、装置状态、传感器和警报器的控制。
所述系统300还可包括一个或多个研磨机305。所述研磨机305优选由不锈钢构造制成，并被配置为将诸如鱼的粗的动物组织原料研磨成1/4"至1/2"的立方体尺寸。所述研磨机305位于FDR罐310的上游，使得研磨机305将从动物组织原料储存罐/室301接收的动物组织原料研磨成如上所指定的更小的颗粒，以用于进一步加工。
在研磨动物组织原料后，原料可与有机溶剂混合，以制备均化的浆料或混合物。如图3所示，系统300包括用于混合动物组织原料和有机溶剂的制备罐330。所述制备罐330优选处理高达50gpm。所述制备罐330可以是加热的搅拌罐。所述制备罐330也位于FDR罐310的上游。水平传感器和流量计可在制备罐330中使用或者与制备罐330关联使用，以通过控制器391将反馈信息提供给操作者，以协助确保符合操作者偏好的充足流量。
系统300还可包括研磨装置350和固体产品回收系统360。所述研磨装置350研磨固体产品以获得颗粒或粉末形式的被回收的固体蛋白质。经研磨的产品可进一步在烘箱中被固化。在固化之后，将成品存放于成品储存设施中。在这些过程完成后，具有其蛋白质的所有性质的产品可以以如下方式处理：提供所述产品足以使其易于被儿童和成人食用和消化的物理特性，并且没有难闻的味道或气味，所述难闻的味道或气味具有不愉快的影响或者引起排斥。例如，但不限于，粉末可被压成固体丸剂的形式、放置在胶囊中以被吞服，或加入液体中并作为饮料食用。被回收的固体蛋白质可随后由固体产品回收系统360收集。
回收系统300还包括有机溶剂再循环系统390。优选地，溶剂是异丙醇(IPA)；然而，对本领域技术人员非常显而易见的是可使用IPA以外的溶剂。如上所述，有机溶液可通过使用加热蒸馏和冷凝器而从水中蒸馏。然而，一旦溶剂从水中移出，溶剂可以被输送回溶剂储存罐302。所述经再循环的有机溶剂可在被传输至FDR罐310之前与新的或新鲜的溶剂混合或不与新的或新鲜的溶剂混合；所述经再循环的有机溶剂在FDR罐310中与经再过滤的湿滤饼混合，或被传输到制备罐330中并在其中与动物组织混合。经再过滤的湿滤饼是在每个反应器再循环过程之后留在FDR中的残余的固体蛋白质产品。一旦生鱼/IPA混合物被送到FDR罐310中则重复该过程。IPA随后被滤出，将滤液转移至溶剂回收系统。固体蛋白质产品留在FDR罐310中。然后将另一份IPA送到FDR罐310中，在FDR罐310中，所述固体蛋白质产品经历第二轮反应器/加热/过滤循环。IPA再次被滤去，留下固体蛋白质“湿滤饼”。再次重复该再循环过程，一共进行3次。通常，总的再循环次数为1至4，且由最终产品所需的品质决定。对于有机溶剂，所述FDR罐310和制备罐330可以接收下列中的一者：完全新(新鲜)的有机溶剂、完全被回收的有机溶剂，或它们的组合。很明显，所述溶剂再循环系统390包括如上所述的管道，以用于在SLR系统370的溶剂回收罐395、有机溶剂储存罐302和FDR罐310之间传输有机溶剂。
所述回收系统300可包括用于收集水的回收罐396、用于收集油(包括Ω-3脂肪酸)的回收罐397，以及用于收集残余物的残余物废弃罐398。更进一步地说，回收系统300包括用于捕获在FDR罐310中形成的烟气/蒸气的排放物的VOC再循环系统392。例如，如图3所示，排放物经由端口离开容器FDR罐310，并且可将蒸气转移至用于将蒸气冷凝成可用的有机溶剂的烟气冷凝器和冷却器中。经冷凝的有机溶剂可经由溶剂再循环管线而被转移至有机储存罐302中以再利用。
方法
根据本发明的一个方面，描述了一种回收最初源自动物组织的产品的方法。在一个实施方案中，回收固体蛋白质产品。在另一个实施方案中，回收固体蛋白质产品以及源自动物组织的水。在另一实施方案中，回收源自动物组织的固体蛋白质产品、水和动物油。
对于本申请的目的，动物组织被定义为具有各种形状和尺寸的真核细胞。动物细胞进一步特征在于不具有存在于所有植物细胞中的细胞壁。动物组织可以包括但不限于陆地和海洋动物，如昆虫、鱼、家禽和红色肉类。在一个示例性实施方案中，动物组织原料含有鱼。在另一个示例性实施方案中，在由本发明的纯化系统处理前，将动物组织原料保持在低于50°F，优选低于45°F，更优选低于或等于40°F的温度下。
如所述，动物组织可以是鱼，特别是生鱼。生鱼应该是新鲜的，并以卫生的方式处理。也应该验证原料的品质。如上所解释(参见例如研磨装置350)，在与有机溶剂混合并进一步加工之前，也将鱼研磨成片以形成鱼粉。
有机溶剂通常用于所述方法中。所述溶剂可包括醇，其中羟基官能团键合至碳原子。在一个替代性实施方案中，溶剂可选自挥发性有机物含量(VOC)为约200-500g/L之间的那些有机溶剂。在另一替代性实施方案中，选择溶剂，使得其符合地方管理当局颁布的VOC法规。在一个优选实施方案中，如所述，溶剂为IPA(异丙醇)。
鱼粉和溶剂的混合物最初被加热；然而，优选使用低热，因此不存在蛋白质产品由于热降解而分解的风险。鱼粉和溶剂的混合物应充分进行平衡，从而在于FDR罐中加工的过程中，鱼粉溶解为粘稠液体，特别地，通过防止加热过程的不稳定的变量控制系统在受控的温度下进行的加热过程进而降低或消除蛋白质的效力。动物组织与溶剂的比率当然取决于多种因素，所述多种因素包括但不限于使用的具体动物组织和溶剂。当动物原料是生鱼且IPA被用作有机溶剂时，以千克计的鱼与以升计的IPA的比率介于约1:1至1:2.2、1:2.1、1:2.0、1:1.9、1:1.8、1:1.7、1:1.6、1:1.5、1:1.4、1:1.3、1:1.2和1:1.1之间。更优选地，所述比率为约1:2。在本发明的一个优选的商业实施方案中，在按比例放大时，组合约5,000Kg的生鱼和约10,000L的有机溶剂，以形成鱼粉和溶剂的混合物。
如图1-3所示，将动物组织和有机溶剂的混合物例如经由螺旋输送机而从制备罐(例如参见制备罐330)进料至FDR罐(参见例如FDR罐310)，所述混合物在FDR罐处被加热，并在FDR罐中在45-75℃之间的温度下被搅拌约2小时。如上所述的主搅拌器组件确保均匀加热，并防止动物组织与有机溶剂的混合物的分解，特别是所述混合物接近压缩容器的壁或底部的部分。这样，如通过全氨基酸谱表征，回收了具有高浓度的蛋白质，特别是85％或更高纯度的蛋白质。取决于动物组织的类型，氨基酸谱为存在于产品中的一些氨基酸。被回收的蛋白质可为全氨基酸谱、不吸湿，并且基本上没有胺造成的鱼腥味或鱼味。被回收的蛋白质也可为不吸湿且无菌的，且蛋白质在视觉上可显示出奶油色。
动物组织可通过螺旋输送机进料至制备罐中(参见例如制备罐330)。随后加入有机溶剂，以确保在被进料至FDR罐(参见例如FDR罐3)之前形成充分的混合物。所述制备罐也可包括搅拌器，以及夹套和绝缘系统，以允许外部加热和冷却。优选地，将混合物加热至不超过75℃，例如大约45-50℃的温度。随后将所得的均匀混合物进料至FDR罐中。
在所述FDR罐中，再次加热和搅拌且随后过滤所述均匀混合物。随后优选使用加热和真空或微波来干燥残余的蛋白质湿滤饼。这样，数个单元操作被简缩为单个设备。也就是说，不需要协助混合物在每个操作之间的传输的浆料容器、产品离心机/过滤机构、独立干燥装置，以及伴随的阀、导管、吹风机、泵、传感器、控制器等。作为结果，用于回收例如固体蛋白质的产品的生产循环时间得以显著降低。在所述FDR罐内，过程通常是自动化的，并以闭合回路，例如封闭系统操作。
在加热和搅拌所述混合物大约2个小时的时间后，如上所述，FDR罐以过滤模式操作。包括有机溶剂的滤液从FDR罐中被排放至SLR系统中。湿滤饼保留在FDR罐中。FDR罐随后在不超过80℃(例如大约50-80℃)的温度下在完全真空下以加热/干燥模式操作1小时至10小时，以回收固体。
在过滤后，可使用一个或多个加热、搅拌和过滤循环。对于每个另外的加热、搅拌和过滤循环，将有机溶剂进料至FDR罐中。如上所述，所述溶剂可以是新的(新鲜的)溶剂、回收自SLR系统的经再循环的溶剂，或者这两者的组合。可通过使用溶剂再循环系统(参见例如溶剂再循环系统390)将经再循环的溶剂从SLR系统传输至溶剂储存罐(参见例如溶剂储存罐302)，由此促进绿色制造方案。在上述一个或多个加热、搅拌和过滤循环之后，FDR罐在大约50-80℃的温度下在完全真空下以加热/干燥模式操作1小时至10小时，以干燥和回收来自保留在FDR罐中的混合物的固体部分的固体蛋白质。
被回收的固体蛋白质最终通过所述FDR罐内的出口端口排放至储存罐中。可通过质量控制来评估和分析固体蛋白质，以确保蛋白质的足够产量。在一个示例性实施方案中，基于进入所述FDR罐110的动物组织，固体蛋白质以大约15-25wt.％的产量存在。优选地，产量为大于约18wt.％的固体蛋白，所述固体蛋白回收自进入FDR罐110的动物组织。
对来自所述系统的被回收的固体蛋白质的实验室分析显示在约85-95％范围内的蛋白质浓度。最终产品的品质通常是优良的，其原因至少是由于过程为低温的(例如通常不超过80℃)，产品不会降解，从而避免了蛋白质的热降解。因此，感官结构得以保持，从而得到了最终产品中的高品质浓度的蛋白质的相对完整的氨基酸谱。所述产品超出了FDA对补充剂的全部要求，并且是用于世界食物需要的优良产品。35克的食用量如同全餐那样提供充足的蛋白质以满足人的氨基酸需求。在蛋白质水平上进行这些测定的最常用的方法是电泳和薄层色谱，并且有可能证明每个物种存在至少一个特定的蛋白质。
被回收的蛋白质也具有长的储存寿命，所述长的储存寿命被定义为可以在长时间段内维持相当恒定的性质。在一个实施方案中，被回收的固体蛋白质产品在10年中在模拟环境条件的实验室内进行测试。恒定的性质可归因于该产品的不吸湿或基本不吸湿的性质。也就是说，被回收的固体蛋白质不吸收湿气，或就低湿含量而言不发生细菌作用。优选地，水分含量低于被回收的固体蛋白质的约8wt.％。
被回收的蛋白质具有平衡的氨基酸组成，以提供营养有益的特性。被回收的蛋白质也可以足够(即，基本上或完全100％)稳定和无菌。
此外，根据本发明的方法，将由在所述FDR罐中的过滤而得到的提取的滤液(即重质液体)传输至SLR中。滤液可包括但不限于油、脂肪、溶剂和水。当动物组织是鱼时，所述油可包括Ω-3脂肪酸。在所述SLR系统中，滤液可首先被转移到滤液罐中(参见例如滤液罐371)，随后被再次过滤(参见例如过滤器373)以去除残余固体。或者，滤液可被直接转移至溶剂回收或蒸馏塔中(参见例如蒸馏单元375)，以从油/脂肪中分离有机溶剂/水。如之前所述，溶剂可被转移至回收罐395中，随后被用作经再循环的有机溶剂。水可被转移到回收罐396中，并可按需进一步纯化。
可过滤(参见例如过滤器373)被回收的油(例如，Ω-3脂肪酸)，以去除残余物并提高其纯度。也可用臭氧处理，以通过中和存在于油中的任意胺来去除异味。可将残余物转移至丢弃罐中(参见例如残余物丢弃罐398)。可将包括Ω-3脂肪酸的油转移至第一回收罐中(参见例如回收罐397)。在所述第一回收罐中，所述的油可依据另一实施方案按需进行进一步纯化，并被转移至另一回收罐397b中。包括Ω-3脂肪酸的被回收的油是在碳链的端部具有双键的多不饱和脂肪酸。它们被视作必需脂肪酸。人类不能在体内容易地产生Ω-3脂肪酸，因此，由于Ω-3脂肪酸在正常代谢中起着重要的作用，所以必须从其它来源获得Ω-3脂肪酸。
在一个示例性实施方案中，Ω-3脂肪酸以大于或等于初始动物组织原料的大约5％的量回收(在此1L＝0.96Kg)。优选地，Ω-3脂肪酸以大于或等于初始动物组织原料的6％的量回收。更优选地，Ω-3脂肪酸以大于或等于初始动物组织原料的7％的量回收[811L/2*.96＝389kg]。
在另一个实施方案中，可通过使用萃取精馏而独立地回收有机溶剂/水。即将第三组分引入过程中。例如，当异丙醇(IPA)为有机溶剂时，可以使用二异丙基醚(IPE)，其中IPA和IPE组合以从其中将水完全分离。水在出口396处回收，并可进一步经受另一臭氧处理。在另一示例性实施方案中，蒸馏水以小于或等于进入SLR系统37中的初始液体部分的大约35％的量回收。优选地，水以小于或等于大约进入SLR系统370的液体部分的大约30％的量回收。更优选地，水以小于或等于液体部分的大约25％的量回收。
在另一方面，所述IPA/IPE混合物随后在第二蒸馏塔中被进一步蒸馏，以回收IPA。所述IPA可被转移至回收罐395中以进行如上所述的进一步加工。
本申请还包括以下实施方案：
项目1.一种用于从动物组织中回收食用蛋白质粉、粗的和纯的Ω-3油以及纯化蒸馏水的方法，其包括：
a.提供动物组织和有机溶剂的第一混合物；
b.将所述动物组织和有机溶剂进料至单个整体的过滤器-干燥器-反应罐中；
c.在所述过滤器-干燥器-反应罐中搅拌和加热所述动物组织和有机溶剂的第一混合物；
d.从所述过滤器-干燥器-反应罐中移出包括有机溶剂的所述第一混合物的液体部分，以回收纯化蒸馏水和纯的Ω-3油，并同时将所述第一混合物的固体部分保留在所述过滤器-干燥器-反应罐中；
e.再循环所述有机溶剂；以及
f.烘烤保留的固体部分以回收食用蛋白质粉。
项目2.根据项目1所述的方法，其中所述动物组织包括生鱼。
项目3.根据项目2所述的方法，其还包括：
通过使用分子蒸馏结合刮膜蒸发(WFE)从所述第一混合物的被移出的液体部分中回收纯的Ω-3油。
项目4.根据项目1所述的方法，其还包括：
从所述第一混合物的被移出的液体部分中回收水。
项目5.根据项目1所述的方法，其还包括：
在所述烘烤步骤之前，将另外的有机溶剂进料至所述过滤器-干燥器-反应罐中；
在所述过滤器-干燥器-反应罐中搅拌和加热第二混合物，所述第二混合物包含所述第一混合物的被保留的固体部分和所述另外的有机溶剂；以及
从所述第二混合物中移出第二液体部分，并同时将所述第二混合物的固体部分保留在所述过滤器-干燥器-反应罐中。
项目6.根据项目5所述的方法，其中所述另外的有机溶剂包括源自所述第一混合物的被移出的液体部分的经再循环的有机溶剂。
项目7.根据项目5所述的方法，其中所述另外的有机溶剂包括进料至所述过滤器-干燥器-反应罐中的有机溶剂的经再循环的冷凝蒸气。
项目8.根据项目1所述的方法，其中将所述动物组织和有机溶剂以约1:1至1:2.2的比例进料至所述过滤器-干燥器-反应罐中。
项目9.根据项目1所述的方法，其中被回收的固体蛋白质大于所述进料至过滤器-干燥器-反应罐中的动物组织的18wt.％。
项目10.根据项目1所述的方法，其中被回收的固体蛋白质中具有小于约8wt.％的湿度。
项目11.根据项目1所述的方法，其中被回收的固体蛋白质具有大于约80％浓度的蛋白质。
项目12.根据项目11所述的方法，其中被回收的固体蛋白质具有小于约90％浓度的蛋白质。
项目13.一种用于从动物组织中回收食用蛋白质粉、粗的和纯的Ω-3油以及纯化蒸馏水的自动化系统，其包括：
a.动物组织进料口；
b.有机溶剂进料口；
c.过滤器-干燥器-反应罐，所述过滤器-干燥器-反应罐包括用于从所述动物组织进料口接收动物组织和从所述有机溶剂进料口接收有机溶剂的入口、用于移出食用蛋白质粉的出口、用于移出源自动物组织和有机溶剂的混合物的重质液体的出口、用于加热所述混合物的加热系统、用于混合所述混合物的基本上位于所述过滤器-干燥器-反应罐中的主搅拌器组件，以及用于从所述重质液体中分离所述混合物的固体部分的过滤器；
d.用于再循环有机溶剂的闭合回路；以及
e.用于接收和加工所述重质液体并回收纯化蒸馏水和纯的Ω-3油的位于所述过滤器-干燥器-反应罐下游的溶剂/液体回收系统。
项目14.根据项目13所述的系统，其中所述过滤器-干燥器-反应罐为单个整体结构。
项目15.根据项目13所述的系统，其中所述过滤器-干燥器-反应罐包括辅助搅拌器组件，所述辅助搅拌器组件基本上位于所述过滤器-干燥器-反应罐中，并以比所述主搅拌器组件更快的旋转速度操作。
项目16.根据项目13所述的系统，其中所述溶剂/液体回收系统包括蒸馏单元，所述蒸馏单元能够从源自所述重质液体的水中分离纯的Ω-3油。
项目17.根据项目13所述的系统，其还包括：
使用可编程逻辑控制器(PLC)的自动化过程，所述可编程逻辑控制器可被定制编程以处理多种情况，从而确保维持过程控制以及临界安全联锁装置的监控；以及
定制的配方驱动的软件架构，其解决与动物组织原料和相关过程相关的多变性。
项目18.根据项目13所述的系统，其还包括：
位于所述溶剂/液体回收系统下游的再循环有机溶剂系统，其在所述溶剂/液体回收系统与所述有机溶剂进料口之间输送经处理的有机溶剂。
项目19.根据项目13所述的系统，其还包括：
内联活性炭过滤系统，所述内联活性炭过滤系统从经再循环的有机溶剂中去除微量的胺，从而消除因胺类物质导致的气味。
项目20.根据项目13所述的系统，其还包括：
臭氧发生系统，所述臭氧发生系统用于将臭氧应用于包含最终产品蛋白质粉的过滤器-干燥器-反应器中，
其中将所述臭氧发生器另外应用于经再循环的有机溶剂流，以减少有气味的物质。
项目21.根据项目13所述的系统，其还包括：
制备罐，所述制备罐用于制备混合物并将其递送至位于其下游的过滤器-干燥器-反应罐中。项目22.根据项目13所述的系统，其还包括：
挥发性有机碳再循环系统，所述挥发性有机碳再循环系统通过液体冷凝而捕获源自过滤器-干燥器-反应罐中的有机溶剂的过程排放物，并将所得到的经冷凝的液体溶剂输送至有机溶剂进料口中。
项目23.根据项目13所述的系统，其还包括用于研磨食用蛋白质粉的位于所述过滤器-干燥器-反应罐下游的研磨装置。
项目24.根据项目16所述的系统，其中蒸馏包括用于主蒸馏加工的薄膜或刮膜蒸发器(WFE)和用于回收经纯化的Ω-3油的分子蒸馏单元。
项目25.根据项目13所述的系统，其还包括SA95企业资源计划(ERP)层级模型，所述SA95企业资源计划层级模型将操作和过程自动控制网络与第2-4级商业智能(BI)和制造执行系统(MES)相结合。
结果和实例
以下的实例说明了本发明的具体方面。所述实例不旨在限制本发明的范围。测试结果可能会随不同类型的鱼品种而不同，但所述的方法和系统适用于所有的鱼品种。如下文所示，表2描述了根据本发明的一个实施方案从鱼中回收的固体蛋白质粉的氨基酸谱的组成。具体来说，蛋白质的产率是85.4％，水分是7.68％，粗脂是1.42％。
表2
如表2所示，对源自鱼的被回收的固体蛋白质粉进行了特定的检测。如所示，根据公知的胃蛋白酶测试(0.2％胃蛋白酶)，上述蛋白质具有超过98％的可消化蛋白质。胃蛋白酶是一种用于消化蛋白质结构的物质。胃蛋白酶测试用于确定有多少蛋白质在混合物内。所述测试包括分析被消化的蛋白质的量，然后用所述量倒推计算出进行分析的样品中的蛋白质材料的初始量。反式脂肪酸异构体少于0.1wt.％，优选少于0.05wt.％。胆固醇的量是每100g食用量少于0.1wt.％，优选少于0.05wt.％，更优选少于0.02wt.％。
表2
如以下表3所示，对固体蛋白质粉的元素扫描表明了每份食用量中以mg计存在的以下元素。以下表3还显示了以百万分之一计的每种元素的量。
表3
如下所示的表4比较了本发明的方法和系统的被回收的固体蛋白质样品的一个实施例的25mg蛋白质(其随后被研磨成粉末“APP”)以及出售商品的25mg蛋白质的营养含量。APP源自鱼。具体来说，相比于除了NB大豆之外的每一种商品，APP具有更少的热量。相比于NB大豆，APP具有更少的碳水化合物和脂肪。相较于JF大豆，APP具有更少的热量和更少的脂肪。相较于每种DFH乳清、JF乳清、GNC乳清、乳清分离物和乳清浓缩物，APP具有更少的热量、碳水化合物、脂肪、饱和脂肪和胆固醇。
表4
如下所示的表5比较了在本发明的方法和系统的被回收的固体蛋白质的25mg的一个实施例(其随后被研磨成粉末“APP”)以及出售商品的25mg蛋白质中存在的化学元素。APP源自鱼。值得注意的是，25mg的APP的钙、铁和锌的含量显著大于DFH乳清、JF乳清、GNC乳清、乳清分离物、乳清浓缩物、JF大豆和NB大豆中每一个的钙、铁和锌的含量。存在于APP中的铁含量显著大于DFH乳清、JF乳清、GNC乳清、乳清分离物和乳清浓缩物中的铁含量。
表5