JP4714339B2 - モロコシ粉ベースの生分解性組成物、これから作られた成形品、およびこれらの成形品の作製方法 - Google Patents

Description

【０００１】
（発明の分野）
本願は、米国特許出願第０８／４２１，７２０号（１９９５年４月１４日出願）の継続出願である。
【０００２】
本発明は、１実施態様に従い、新規モロコシベース生分解性処方物に関する。別の実施態様に従い、本発明は、新規モロコシベース生分解性処方物の製造のための新規な方法およびプロセスに関する。さらなる実施態様に従い、本発明は、以下：
（１）本発明のモロコシベース処方物、および
（２）本発明の創意に富んだ方法およびプロセス、
を利用して製造された新規な生分解性成形物品に関する。
【０００３】
（発明の背景）
生分解性材料は、現在、パッケージ材料の用途に高需要である。一般に使用されるポリスチレン（「Ｓｔｙｒｏｆｏａｍ」（登録商標））、ポリプロピレン、ポリエチレン、および他の非生分解性プラスチック含有パッケージ材料は、環境に対して有害であり、かつ、健康に害を与え得ると考えられる。政府が、それらの使用をパッケージ用途において認めないと規制する場合、このような非生分解性材料の使用は減少する。可撓性で、柔軟かつ非脆性の生分解性材料は、多様なパッケージ用途、特に、食品パッケージに関する成形生分解性容器の製造に必要とされる。
【０００４】
このような用途に関して、この生分解性材料は、これが所望の容器の形状に形成され、そしてその形状を保持し、潰れ、裂けまたは破損に耐え得る力学的特性を有さなければならない。
【０００５】
デンプンは、豊富で、安価な生分解性ポリマーである。種々の生分解性ベース材料がパッケージ用途での使用のために提案されている。これら材料の従来の押し出し成形によって、脆性であり、水に対して敏感であり、そしてパッケージ材料の調製に対して不適切な延びた製品が生成される。可撓性、柔軟性または弾性、ならびに様々な生分解性パッケージの用途に受容可能な他の力学的特性を有する生分解性製品を調製する試みは、一般に、デンプンの化学的または物理化学的な修飾、高価な高アミロースデンプン（ｈｉｇｈ ａｍｙｌｏｓｅ ｓｔａｒｃｈ）の使用、またはデンプンと合成ポリマーの混合によって、生分解性の程度を維持しながら所望の特性を達成することに焦点を当てた。多数の文献が、デンプン含有組成物の押し出し成形および射出成形に関する。
【０００６】
米国特許第５，１６０，３６８号は、成形可能な組成物を加熱成形した本体を含む、ファーストフード用生分解性パッケージを開示する。この組成物は本質的に、食用イネ科植物由来の粉末、粉砕したイネ科の乾草、少量の割合の保存剤、および可塑剤（これは、ファーストフードパッケージの形状に形成されるのに適切な開始成形可能生地を提供する）を含有する完全に生分解性天然材料の混合物からなる。この特許は、トウモロコシ、コムギ、およびモロコシを含む、任意の食用イネ科植物から由来し得る粉末を開示する。
【０００７】
米国特許第５，２８８，３１８号は、３０％〜７０％セルロースアセテート、１０％〜６０％の修飾されていない原料（全）デンプン、および５％〜３５％の可塑剤（これは、グリセロールおよびグリセロールアセテートを含有する）から生分解性射出成形された部品を製造するための方法および組成物を開示する。使用され得る他の成分には、以下が含まれ得る：デンプン、粉末および紙アセテート；ゼラチン；ホウ酸；および農業用フィラー。これらの固体成分が合わされ、そして使用される押出し成形器に供給されてペレットを製造するか、あるいは射出成形装置に送り込まれる。得られた部品は、透明色から白色、または、添加フィラー物質に依存して多彩である。形成されたプラスチックは、耐水性、高い強度および生分解性を有する。デンプンの供給源は、以下からなる群から選択され得る：トウモロコシ、タピオカ、ジャガイモ、サゴ、コムギ、ライムギ、エンドウ、モロコシ、米およびクズウコン、そして、デンプンがコーンスターチである実施態様においては、このコーンスターチは、アミロースを約３０％と７５％との間で含有し得る。
【０００８】
米国特許第５，３２１，０６４号および同第５，４４４，０７８号は、官能基を有する合成ポリマーと、天然に存在する生分解性ポリマー（例えば、炭水化物またはタンパク質化合物）との反応性ブレンドによって調製される、生分解性インターポリマーおよび組成物を開示する。反応性ブレンドの間、この合成ポリマーは、２つのポリマー間で共有結合および物理的な結合を生じる生分解性天然ポリマーとの化学反応を受け、それによってインターポリマーを形成すると記載されている。このプロセスによって、生分解性インターポリマー組成物が生成され、これは、種々の物品の成形に適切である。種々の天然に存在する生分解性材料は、生分解性インターポリマーおよび組成物を生成するために用いられ得ることが開示される。開示されたこのような天然ポリマー材料には、炭水化物（例えば、デンプン、およびセルロース）、リグニン、タンパク質、核酸、アミノ酸、および脂質（これらは、全て生分解性である））が挙げられる。これら天然ポリマーは、本発明のインターポリマーおよび組成物を調剤する際、別個に、または、種々の混合物中のいずれかで使用され得る。上記の天然ポリマーは、トウモロコシ、コムギ、ジャガイモ、モロコシ、タピオカ、米、クズウコン、サゴ、ダイズ、エンドウ、ヒマワリ、ピーナッツ、ゼラチン、ミルク、タマゴなどから由来し得る。
【０００９】
米国特許第５，３９７，８３４号は、デンプンアルデヒドとタンパク質との反応生成物から製造された、生分解性、熱可塑性組成物を提供する。この開示によると、それらの組成物を用いて形成され、得られた製品は、天然のデンプンおよびタンパク質から製造された物品と比較して、滑らかで、輝くテクスチャおよび、高レベルの引張り強さ、伸び、および耐水性を有する。本発明に従って修飾され、使用され得る適切なデンプンには、例えば、以下から誘導されるものが挙げられる：トウモロコシ（メイズ、もちメイズ（ｗａｘｙ ｍａｉｚｅ）、および高アミローストウモロコシが挙げられる）；コムギ（硬質コムギ、軟質コムギ、およびデューラムコムギが挙げられる）；米（もち米が挙げられる）；および、ジャガイモ、ライムギ、カラスムギ、オオムギ、モロコシ、キビ、ライコムギ、アマランスなど。デンプンは、典型的なデンプン（約２０〜３０重量％アミロース）、蝋状デンプン（ｗａｘｙ ｓｔａｒｃｈ）（約０〜８重量％アミロース）、または高アミロースデンプン（約５０重量％アミロースより多い）であり得る。
【００１０】
米国特許第４，１３３，７８４号、同第４，３３７，１８１号、同第４，４５４，２６８号、同第５，３２２，８６６号、同第５，３６２，７７８号、および同第５，３８４，１７０号は、デンプンベースフィルムに関し、このフィルムは、合成ポリマー材料と合わされた、脱構造化デンプンまたはゼラチン化デンプンの押出し成形によって製造される。米国特許第５，３２２，８６６号は、特に、生分解性デンプン含有インフレートフィルムの製造方法に関し、この方法は、原料未処理デンプン、ポリビニルアルコールを含むコポリマー、核化剤、および可塑剤の混合物の押し出し成形の工程を包含する。このプロセスは、デンプンの予備処理の必要性を省くと記載されている。米国特許第５，４０９，９７３号は、脱構造化されたデンプンとエチレン−酢酸ビニルコポリマーから押出し成形によって製造された生分解性組成物を報告している。
【００１１】
米国特許第５，０８７，６５０号は、グラフトポリマーとデンプンの混合物の射出成形により、受容可能な弾性および水安定性を備えた部分的に生分解性の製品を製造することに関する。
【００１２】
米国特許第５，２５８，４３０号は、脱構造化されたデンプンと化学的に修飾されたポリマー（これは、化学的に修飾されたポリビニルアルコールを含む）由来の生分解性物品の調製に関する。これらの物品は、改善された生分解性を有するが、ポリマー単独で製造された物品の力学的特性を維持すると記載されている。
【００１３】
米国特許第５，２９２，７８２号は、デンプン、熱可塑性ポリマーおよび特定の可塑剤の混合物から調製された、押出し成形または成形生分解性物品に関する。
【００１４】
米国特許第５，４０３，８７５号は、デンプンとアクリル酸ポリマー（これらは、熱可塑性物品中に溶解処理される）のブレンドに関する。
【００１５】
米国特許第５，３９３，８０４号は、変換されたデンプンを含有するデンプン溶解物およびポリビニルアルコールを含有する可塑剤から製造された生分解性組成物に関する。
【００１６】
米国特許第５，０９５，０５４号は、脱構造化されたデンプンおよびポリマーの混合物からの成形物品を製造する方法に関する。
【００１７】
米国特許第４，１２５，４９５号は、生分解性デンプン組成物由来の肉用トレイの製造プロセスに関する。デンプン顆粒は、例えば、シリコーン試薬を使用して化学的に修飾され、ポリマーまたはコポリマーとブレンドされ、成形されて生分解性の浅いトレイを形成する。
【００１８】
米国特許第４，６７３，４３８号は、カプセルの製造用デンプンの押出し成形および射出成形に関する。
【００１９】
米国特許第５，４２７，６１４号はまた、非修飾デンプンが潤滑剤、テクスチャ剤およびメルトフロー促進剤と合わされる、射出成形方法に関する。
【００２０】
米国特許第４，８６３，６５５号、同第５，０３５，９３０号および同第５，０４３，１９６号は、デンプンが少なくとも４５重量％のアミロースを含有する、発泡デンプン材料（高アミロース材料）を報告する。発泡高アミロースデンプン組成物はまた、オキシラン（例えば、エチレンオキシド）との反応によって修飾され、そして、市販の「ＥＣＯ−ＦＯＡＭ（登録商標）」を含有し、ここで、デンプンはプロピレンオキシドとの反応によって修飾される。高アミロースデンプンから製造された発泡パッケージ材料は、実用的な商業使用に対して非常に高価である。
【００２１】
Ｋｎｉｇｈｔの米国特許第５，３１４，７５４号（１９９４年５月２４日）は、高アミロースデンプン由来成形物品の生産を報告する。
【００２２】
ＥＰ出願公開第７１２８８３号（１９９６年５月２２日、公開）は、良好な可撓性を有する生分解性構造成形製品に関し、この製品は、規定された大きさの粒径（例えば、４００〜１５００ミクロン）を有するデンプンの押出し成形によって製造される。この出願は、高アミロースデンプンおよび化学的に修飾された高アミロースデンプンの使用を例示するのみである。
【００２３】
米国特許第５，５１２，０９０号は、疎性充填材料を含有する、弾力性低密度生分解性パッケージ材料の製造に関する押出し成形プロセスを言及し、このプロセスは、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）および他の成分を含有するデンプン混合物の押出し成形による。この特許は、最小量のＰＶＡ（約５重量％）を言及する。
【００２４】
米国特許第５，１８６，９９０号は、軽量生分解性パッケージ材料を報告し、この材料は、バインディング剤（ガーゴム）および水と混合したトウモロコシグリットの押出し成形によって製造される。トウモロコシグリットとは、成分の中でもとりわけ、デンプン（７６〜８０％）、水（１２．５〜１４％）、タンパク質（６．５〜８％）および脂質（０．５〜１％）を含有するものであると記載されている。
【００２５】
米国特許第５，２０８，２６７号は、高容積、低重量の生分解性圧縮可能弾力性デンプンベースパッケージフィラーを報告する。この製品は、非修飾デンプンと、ポリアルキレングリコールまたはその特定の誘導体、および発泡核剤（ｂｕｂｂｌｅ−ｎｕｃｌｅａｔｉｎｇ ａｇｅｎｔ）（例えば、二酸化ケイ素）とのブレンドを押出し成形することによって形成される。
【００２６】
Ｈｙｒｕｍの米国特許第５，２５２，２７１号（１９９３年、１０月１２日）は、修飾デンプンの押し出し成形によって形成された、生分解性クローズドセルの軽量パッケージ材料を報告する。非修飾デンプンは、押出成形器中、水およびカーボネート化合物の存在下で、特定のマイルドな酸と反応しＣＯ₂を発生する。この製品の弾力性は、６０％から８５％であり、０．０３２ｇ／ｃｍ³未満の密度を有すると記載されている。
【００２７】
米国特許第３，１３７，５９２号は、コーティング用途に有用なゼラチン化デンプン製品に関し、この製品は、押出し成形器内でのデンプン／可塑剤混合物の激しい力学的な作業によって生産される。関連のコーティング混合物は、米国特許第５，０３２，３３７号で報告され、これは、デンプンおよびポリビニルアルコールの混合物の押出し成形によって製造される。押出成形器内での熱力学的な処理の適用は、得られる混合物の溶解度特性を改変すると記載されており、この混合物は、次いで、コーティングペーパーのバインディング剤として使用され得る。
【００２８】
非脆性の生分解性パッケージ材料に対する顕著な進歩がなされてきたが、それにも拘らず、生産コストを下げ、そして、それらから生産された製品の物理的および力学的特性を向上させる、重要な必要性が残存する。
【００２９】
（発明の要旨）
本発明は、パッケージの応用のために優れた性質を有する、生分解性の膨張したモロコシ粉ベースの製品を製造するための方法を提供する。これらの方法は、モロコシ粉含有混合物を、膨張ダイを通して押出し成形する工程、次いで、例えば、この押出し物を押出し成形の方向にほぼ垂直な圧力に曝すことによって、この押出し物を圧縮する工程を包含する。圧縮は、例えば、圧延デバイスの使用により、付与し得る。押出し成形は、従来の方法および装置を使用して実施され得る。ダイの大きさ、ダイの形状および／または使用される圧縮のタイプ（例えば、ローラー構成）が選択されて、形作られた、圧縮された、または圧延された押出し物が製造される。圧縮または圧延された押出し物は、必要に応じて、さらなる形作ること、成形および／または切断に曝され、計画した応用に適合する所望の最終形状物品を得る。
【００３０】
モロコシ粉ベースの押出し物を、圧縮すること、または伸展と組み合わせて圧縮することにより、押出され、加圧成形されたパッケージ容器の可撓性、柔軟性、機械的強度、および寸法安定性が顕著に改善されることが見出されている。押出し物の圧縮に好ましい方法は、圧延によるものである。圧縮または圧延により、押出し成形された低密度の膨張したモロコシ粉ベース物品の弾性が改善されることもまた、見出されている。押出し成形されたモロコシ粉ベースの製品の脆性における顕著な減少は、押出し成形後の材料の圧縮、圧延、圧縮と伸展、または圧延と伸展により、達成される。本発明の応用は、好ましくは、パッケージの応用に適合する機械的特性を有する、膨張したモロコシ粉ベースのパッケージ材料の生成を可能とし、一方で、高価なポリマー性可塑剤（例えば、ポリビニルアルコールなどのポリオール類）を使用しない。
【００３１】
本発明の方法において、圧力は、出現した押出し物に、押出しの方向にほぼ垂直な方向に、付与され得る。圧力は好ましくは、押出しの方向に実質的に垂直に付与される。付与される圧力は好ましくは、押出し物のセルを実質的に圧縮するのに十分である。驚くべきことに、膨張した製品のセルを実質的に圧縮すること、または好ましくは圧搾することによって、その製品の可撓性、柔軟性、または弾性が顕著に改善され、そして脆性が実質的に減少すると考えられる。押出し物に圧力を付与する好ましい方法は、この押出し物を対向するローラー間で圧延することである。付与される圧力の量は、その材料の所望の最終特性に依存して変化され得る。圧延は、好ましくは、その押出し物がまだ熱いうちに行われる。押出し物が押出しダイから出る点から、ローラーへの、好ましい距離は、物品の所望の最終特性に依存する。
【００３２】
別の局面においては、本発明は、新規な膨張したモロコシ粉ベースの製品を製造する方法を提供し、この方法は、モロコシ粉ベースの混合物を膨張ダイを通して押出し成形する工程、次いで、例えば、この押出し物を押出しの方向に引くことによって、この押出し物を伸展する工程を包含する。伸展は、例えば、押出し物のストランドを、実質的に押出しの方向に、押出し速度より速く引くことによって、適用され得る。押出し成形は、従来の方法および装置を使用して実施され得る。ダイの大きさ、ダイの形状、および／または適用される伸展率を調節して、所望の最終特性を押出し成形製品に提供する。伸展された押出し物は必要に応じて、さらなる形作ること、成形および／または切断にさらされ、計画した応用に適合する所望の最終形状物品を得る。押出し物を伸展することによって、形作られた押出し成形物品（加圧成形されたパッケージ用容器を含む）の最終特性が、顕著に改善される。
【００３３】
本発明の方法のある実施態様においては、押出し物は、実質的な伸展なしに圧縮される。実質的な伸展なしに圧縮を達成するための好ましい様式は、ローラースピードが実質的に押出し速度に一致するローラーを使用することであり、これによって、横方向に付与される圧力（これにより、押出し物が伸展する）が最小となる。この方法の別の実施態様においては、例えば、押出し物のストランドを、それが押出し速度より速い速度でダイを出るように、引くことによって、押出し物が伸展される。好ましい伸展率は、約１．１〜約１．５の範囲である。
【００３４】
本発明の方法のさらに別の実施態様においては、押出し物は圧縮され、かつ伸展される。この押出し物は、これが圧縮される前、後、またはそれと同時に、伸展され得る。好ましくは、伸展は圧縮と同時に適用される。押出し物を圧縮かつ伸展するための好ましい様式は、ローラースピードが押出し速度より速く設定されたローラーを利用することである。この場合には、この押出し物には、圧延および伸展の両方がなされる。伸展のためのローラースピードは典型的に、押出し速度よりも５０％以下速く設定される。伸展のための好ましいローラースピードは、押出し速度の約１０％から約２０％の間、速い。しかし、伸展の所望の量は、製品の所望の最終特性に依存し、本明細書で使用する場合は、押出し速度より１０％、２０％、または５０％速いローラースピードとは、それぞれ押出しの１．１、１．２、または１．５の伸展率を意味する。さらに、ローラー間の距離、すなわち、圧縮後の押出し物の厚さは、物品の所望の最終特性に依存する。
【００３５】
圧縮された、伸展された、または圧縮かつ伸展された、膨張製品は、生分解性であり、脆性が低く、そして他の特性は、その製品をパッケージの応用において使用するのに魅力的にしている。
【００３６】
別の実施態様においては、本発明は、改善された成形物品、特に、圧縮された、伸展された、または圧縮かつ伸展された、押出し成形シートから加圧成形された物品を提供する。加圧成形物品のためのシートは、好ましくは、圧延されるか、または圧延かつ伸展される。成形されたまたは形作られた、物品または製品は、様々な大きさおよび形状を有し得、浅いトレイと深いトレイ、カップ、タブ、管、および他の容器を含む。成形物品はまた、単一または複数の区画のトレイまたは容器でもあり得、そしてまた、内部または外部のリッジ、リップ、もしくはリムを有しても形作られ得る。押出し物は、圧延および／または伸展され、その後、加圧成形される。加圧成形は、従来のプロセスおよび設備を利用し得る。
【００３７】
本発明の方法は、実質的に、押出しに適した任意のモロコシ粉ベースの組成物と共に、利用され得る。特に、そして好ましくは、この方法は、主成分が生の変性されていないモロコシ粉である組成物と共に、使用され得る。本発明の方法は、化学的可塑剤（ＰＶＡなど）を、押出し器フィード組成物に使用する必要を排除する。
【００３８】
本発明はまた、押出し器フィード混合物をも提供し、この混合物は、生の、変性されていないデンプンを含有し、膨張したモロコシ粉／デンプン製品の、化学的可塑剤（ＰＶＡおよび関連のポリオールのような）を含有しないものを提供するためのものである。押出し器フィード混合物は、所望ならば、ＰＶＡまたは関連の多価可塑剤を含有し得る。しかし、押出し器に供給する好ましい組成物または混合物は、ＰＶＡを含有しない。
【００３９】
良好な機械的強度および寸法安定性を有する、より軽重量の膨張物品および膨張加圧成形物品は、本発明のプロセスによって、タルクを含有する、押出し器フィード混合物から、製造され得ることが見出されている。
【００４０】
別の局面においては、本発明は、新規な押出しデバイスを提供し、ここでは、従来の押出し器が加圧デバイスと組み合わされており、この加圧デバイスは、押出し器ダイから出現した押出し物に、押出しの方向に実質的に垂直に、圧力を付与し得る。付与される圧力は、熱い押出し物のセルを実質的に圧縮、または好ましくは圧搾するのに十分である。付与される圧力の量および圧力の付与時間の長さは、製品の所望の最終特性に依存する。
【００４１】
ある実施態様によれば、本発明は、膨張したモロコシ粉ベースの形作られた物品を製造するための、生分解性組成物に関し、ここで、この組成物は、約３０重量％〜約９５重量％のモロコシ粉を含有する。
【００４２】
本発明の組成物は、モロコシ粉を含有し、この組成物は好ましくは、約９．４重量％以上のタンパク質、約２．０重量％以上の脂肪；約３．０重量％以下の灰分；および約３．０重量％以下の繊維を含有する。しかし、他のモロコシ粉処方物が、本発明の実施において利用され得ることが、理解される。さらなる実施態様によれば、本発明は、約５０重量％までのさらなるデンプンまたは米粉をさらに含有する、上記組成物に関する。本発明の実施において使用されるデンプンは、トウモロコシ、タピオカ、ジャガイモ、サゴ、コムギ、ライムギ、エンドウ、モロコシ、米、およびクズウコンからなる群から選択される少なくとも１種から誘導され得る。好ましくは、本発明の組成物は、ある実施態様によれば、トウモロコシから誘導されたさらなるデンプンを含有する。
【００４３】
ある実施態様によれば、本発明の組成物は、約４７重量％までのモロコシ粉および約４７重量％までのデンプンまたは米粉、あるいはその混合物を含有し得る。実際に、さらなる実施態様によれば、本発明の組成物は、約３２重量％までのモロコシ粉、約３２重量％までのコーンスターチ、および約３２重量％までの米粉を含有し得る。
【００４４】
別の実施態様によれば、本発明は、膨張したモロコシ粉ベースの物品を製造するための方法に関し、この方法は、以下の工程（ａ）約２０重量％から約９５重量％のモロコシ粉を含有する、押出し器フィード組成物を、ツインスクリュー押出し器に導入する工程；（ｂ）この組成物をダイから押出す工程であって、これによってセルを有する押出し物を生じさせる、工程；および（ｃ）この押出し物に圧力を付与する工程であって、これによって、この押出し物中のセルを実質的に圧縮する、工程、を包含する。
【００４５】
好ましい実施態様によれば、本発明の方法は、圧力が、押出し物を圧延することによって付与される条件で、実施される。そして本発明の方法はさらに、この圧延した押出し物を、加圧成形によって形作る工程を包含し得る。本発明の方法によって製造された形作られた物品は、トレイであり得る。本発明の方法は、押出し物を圧延し、そしてこの押出し物をまた延伸することによって、圧力を付与する工程を包含し得る。本発明の方法は、圧延し、延伸した押出し物を、加圧成形によって形作る工程を包含し得る。好ましくは、本発明の方法を実施する場合には、圧力は、押出し物が熱いうちに、その押出し物に付与される。
【００４６】
別の実施態様によれば、本発明の方法は、押出し器フィード組成物を包含し、この組成物は、２０重量％までの、好ましくは１０重量％までの、再利用された押出し物およびこの方法により生成した物品を、含有する。
【００４７】
なおさらなる実施態様によれば、本発明は、形作られた、膨張したモロコシ粉ベースの物品を加圧成形する方法に関し、この方法は、以下の工程（ａ）約２０重量％〜約９５重量％のモロコシ粉を含有する、押出し器フィード組成物を、押出し器に導入する工程；（ｂ）この組成物をダイを通して押出し成形する工程であって、これによって押出し物を生じさせる、工程；および（ｃ）この押出し物に圧力を付与する工程であって、これによってこの押出し物を圧縮および形作り、物品を形成する、工程、を包含する。好ましくは、本発明の方法は、押出し物が圧縮されてシートを形成し、その後、形作られるという条件で、実施される。最も好ましくは、本発明の方法は、圧縮された押出し物のシートが、この押出し物を圧延することによって製造される条件で、実施される。
【００４８】
なおさらなる実施態様によれば、本発明は、押出し器フィード組成物に関し、この組成物は本質的に、以下の成分：（ａ）約２０重量％〜約９５重量％の範囲の量の、モロコシ粉；（ｂ）約０重量％〜約７５重量％の範囲の量の、さらなるデンプン、米粉、またはこれらの混合物；（ｃ）０重量％〜約１５重量％までの範囲の量の、タルク；および（ｄ）０重量％〜約１．５重量％までの量の、発泡剤を含有し、但し、この押出し器フィード組成物は、核形成剤を含有しなければならない。
【００４９】
ある実施態様によれば、上記の押出し器フィード組成物は、約５０重量％までのデンプンまたは米粉を含有し得る。
【００５０】
本発明のさらなる局面および性質は、以下の発明の詳細な説明において明らかとなる。
【００５１】
(発明の詳細な説明)
本発明の成形して押し出されたモロコシ粉ベース（ｓｏｒｇｈｕｍ ｍｅａｌ−ｂａｓｅｄ）物品を作製する工程が、図１の概略製造押し出し装置を参照することにより、記載される。所望の添加物とともに混合されたモロコシ粉は、例えば、装着されるフィーダ（１）の中で、供給チューブ（２）を通して、好ましくは例えば入口（４）を通してなどにより、２スクリュー押し出し器を通して供給され、押し出し器（３）の混合隔室へ導入される。供給チューブ（２）は、フロースムーサ（５）を含む。混合物は、更に混合されそしてブレンドされ、押し出し器の中でせん断、増加する温度および圧力に供され、塊を形成して膨張ダイ（７）に強制的に通される。この塊は好ましくは、均質な溶融物である。好ましくは、この塊は可塑化されている。
【００５２】
図２に、より詳細に示されるが、フィーダ（１）の供給チューブ（２）はフロースムーサ（５）を含む。このデバイスは、押し出し器に一貫した供給を確実にするよう機能し、この押し出し器への供給のサージングを最小化するかまたは防止する。このデバイスは、供給チューブの口を横切るアームまたはスポーク（６）を備える。最も簡単には、このデバイスは、供給チューブの口においてまたは横切って固定された一組の交差したワイヤを備え得る。他の構成のフロースムーサは当業者にとって容易に明らかである。フロースムーサが採用された場合、押し出し材料の質、特に押し出しシートの質が大きく改善されたことがわかった。
【００５３】
ダイの形状は、押し出しストランドの形状を決定し、ダイ形状は、典型的には、押し出し製品の所望の形状を準備するために選択される。典型的に、混合物は、約７００から２０００ｐｓｉの圧力でダイから押し出され、この押し出し物は、押し出し器を出る際には、約１００℃から約２００℃の温度である。この押し出し器は、典型的には加熱され、その長さに沿っていくつかのゾーンを有し得、その中で温度が別々に調節可能である。
【００５４】
トレイを含む加圧成形された膨張物品の準備のために、押し出し物は好ましくは、環状または管状押し出しダイの使用によりチューブとして形成される。押し出されたチューブの厚さは、好ましくは約０．１と０．０５インチとの間であり、より好ましくは、約０．１と０．０３インチとの間である。作製された押し出しチューブは好ましくは、直ちに例えば、圧延工程または、圧延と伸展工程などにより、一組の平坦な対向するローラの間で圧縮される。このチューブの圧延により２層シートが得られる。多層シートが、２以上の押し出されたチューブを重ね、次いで圧縮または圧延することにより、形成され得る。あるいは、この押し出されたチューブは、ストリップを形成するように分離され、このストリップが次いで圧縮または圧延され、単一層シートが提供され得る。この圧縮または圧延されたシートは、必要に応じて切断され、さらに成形される。例えば、圧延されたシートは、圧力鋳型内に渡され得、ここで、所望の製品の形状にプレスされる。得られる成形された物品は、粗いエッジをスムーシングまたはトリミング加工することによりおよび／または所望のコーティングを適用することにより、仕上げされ得る。例えば、シール材、潤滑剤、耐水性または撥水性のコーティングが塗布され得、所望の表面外観または品質を達成し、あるいは、成形された物品からの水の損失（または成形された物品による過剰の水の吸収）を最小化する。染料、芳香、保存剤、殺菌剤もまた押し出し物に含まれるかまたは添加され得、成形された物品を形成する。
【００５５】
本明細書中で使用される用語「シート」は、一般的に平坦で、比較的薄い押し出し物のスラブを指し、これは好ましくは、寸法安定性を保持する、膨張したモロコシ粉ベースの物品の形成を可能にするために十分に厚い。本明細書中で使用される用語「シート」は、寸法安定性を保持しないフィルムを含むことを意図しない。押し出されたモロコシ粉ベース物品の調製のための好ましいシートは約１／５０インチより大きい厚みを有し、より好ましくは、約１／１６インチより大きい厚みを有する。しかし、一般的には、シートの厚みは、一部には、ダイの選択および適用される圧縮または伸展のタイプ（例えば、ローラギャップ）の選択により決定され、成形される押し出し物品の所望される最終的な寸法および特性を達成するように選択される。
【００５６】
圧縮または圧延の前に、押し出しチューブの端部を挟むことは、最終的な成形品の品質にとって有益であることがわかった。チューブ端部を挟んで枕（ｐｉｌｌｏｗ）を形成することは、蒸気を捕らえられると考えられ、これは、圧縮／圧延工程の間、圧縮／圧延における押し出し物の温度をよりよく維持するのに有益であるか、または圧縮／圧延のための湿度雰囲気を提供するのに有益である。押し出しを包囲するために押し出し器の端部に蒸気ボックスを備えることによって、押し出し物が、圧縮のために押し出しダイから通過するとき（例えば、ローラに渡されるとき）、圧縮または圧延された材料の品質に同様の有用性を提供する。圧延と成形との間の時間の長さが、得られる成形品の品質に大きな影響を及ぼすことがわかった。好ましくは、圧縮された、または圧延されたシートは直ちに加圧成形のための鋳型に渡される。この工程の重要なファクターは、シートの温度に関係する鋳型の温度であると考えられる。このシートは、好ましくは、熱いうちに加圧成形される。あるいは、この鋳型自体は、加熱されあるいは冷却されて製品の一貫した品質を確実にし得る。
【００５７】
押し出し器にベース混合物が残留している間に、水が押し出し成形システムに添加され得、押し出し成形中のデンプン混合物の一貫性を調節し、および／または製品の膨張の程度を調節する。この押し出し物中の潤滑剤レベルもまた調節され得、押し出し器を通るフローを改善する。この押し出し器におけるグリセリンレベルもまた調節され、フローを改善し、および／または膨張された製品の特性を変化させる。押し出し成形の前に、押し出し器におけるベース混合物から水を除去する必要性はない。特に、水を除去するために準大気圧を押し出し物、または押し出されたストランドに適用する必要はない。
【００５８】
図１への参照を継続すると、ダイ（７）を出る押し出し物ストランドは、好ましくは２以上のローラ（１１）を有する圧延デバイス（１０）を通して給送される。これらのローラは互いに対して配置され、押し出しの方向に対して実質的に垂直に、ストランドに対して圧力が適用される。複数の組のローラが採用され得、押し出しの方向に沿って順次配置され、順次押し出し物に対して圧力が適用され得る。用いられる各ローラからの圧力は好ましくは、押し出しの方向に対して実質的に垂直に適用される。各組のローラは、この押し出し物に対して同じまたは異なる量の圧力を適用するためにセットされ得る。所与の組のローラは、所望の製品の形状に対応する開口を形成し得る。膨張されたモロコシ粉ベースのシート形成（必要に応じてあとに続く加圧成形を含めて）のために、１つ以上の組の対向する平坦ローラが採用され得る。好ましくは、このローラは、押し出し物に充分な圧力を及ぼし、実質的にセル（ｃｅｌｌ）を圧縮するか、またはより好ましくは、この押し出し物中のセルを潰す。このローラは、膨張化した製品の成形を終了させるためにもまた使用され得る。
【００５９】
好ましくは圧延により、この押し出し物へ圧力を適用する工程は、押し出し製品の脆性を多いに減少させる。本明細書中に記載したような圧力の適用は、押し出し製品のほこりっぽさ（ｄｕｓｔｉｎｅｓｓ）および傷取り（ｃｈｉｐｐｉｎｇ）もまた減少させ、バルク密度を増加させる。押し出し物の形状に依存した改善された特性を得るために、ローラ圧力が要求され、この押し出し物のセルサイズおよびバルク密度が次いで、含水率を含む押し出し物の組成に依存する。所望の最終の特性を達成するために必要な、要求されるローラ圧力は、過度の実験を経ることなく経験的に、特定の組成物および製品形状のために容易に決定される。ローラ速度は、押し出し速度に実質的に整合されるように調節され得る。これがなされると、押し出し物の最小伸展が発生する。あるいは、ローラ速度は、押し出しの速度より幾分速く調節され得る。この場合、この押し出し物は、圧延と伸展の両方がされる。押し出し物が圧延され伸展されるときに適用される伸展を伴う圧縮は、圧縮し伸展した押し出し物を使用して成形したモロコシ粉ベースの物品に改善した特性を与えることが、驚いたことに発見された。押し出し速度よりも約５０％まで速度を上げたローラは、圧縮とともに伸展を達成するために適用され得る。伸展と圧縮のための好ましいローラの速度は、約１０％と約２０％までの間で、押し出し速度より速い。
【００６０】
膨張したシートの作製は、典型的には、押し出し器への連続する供給、押し出し、圧縮／圧延および切断による連続モードにおいてなされる。
【００６１】
供給スクリュー、単一リードスクリュー、せん断パドル（好ましくは３以上、３〜１０が典型的）または逆走行（ｆｌｉｇｈｔ）スクリュー要素を有する従来の２スクリュー押し出し器は、この工程に採用され得る。膨張タイプスクリュー構成は、この２スクリュー押し出し器において使用され得る。押し出し器内における典型的なベース混合物（すなわち任意の添加物を有するモロコシ粉）の残留時間は、約９から約２０秒までであり、押し出しは、１５００ｌｂ／時間までの速度で発生する。
【００６２】
一般的に、スクリュー速度は典型的には、約２９０と約４５０ＲＰＭとの間であり、そして特定のエネルギーは、約０．０６から約０．１０ｈｐ／ｌｂ．時間までである。押し出し器は典型的には、５つの温度ゾーンを有し、適用に依存して次の温度範囲を有し得る。ゾーン１＝７５°〜１５０°Ｆ；ゾーン２＝１５０°〜３００°Ｆ；ゾーン３＝１７５°〜３５０°Ｆ；ゾーン４＝２００°〜４００°Ｆ；およびゾーン５＝２００°Ｆ〜４００°Ｆ。
【００６３】
ダイ開口部のサイズと構成は押し出し物の断面形状を決定する。様々な形状およびサイズの最終製品が作製され得る。モロコシ粉ベースの組成物はまた、膨張シートとして押し出され得、クッション材料のシートを作製し、またはさらに加圧成形により成形される。典型的には、約１／１０から約１／４インチの厚さを有する製品シートは、押し出し／圧縮法により作製され得る。
【００６４】
好ましい押し出しダイは３つの方法により調節される：オリフィス開口サイズ、同心率（ｃｏｎｃｅｎｔｒｉｃｉｔｙ）および背圧（ｂａｃｋ ｐｒｅｓｓｕｒｅ）／フロー速度。第一に、環状オリフィスのサイズは、心棒を静止したままダイの心棒または内側リングから遠ざかるように外側リングを延ばすことにより調節される。外側リングが心棒から離れて延びるにつれ、外側リングの内側表面がオリフィスに向ってテーパ状となるため、環状オリフィスまたは外側リングと心棒との間の空間が大きくなる。第二に、外側リングの同心率は、静止した内側リングまたは心棒に対して調節される。調節スクリューは、外側リングの対向する側に配置され、外側リングを一位置から他の位置へ、押しそして引き、外側リングの長手中央軸が心棒の長手中央軸に整合するようにする。このようにして、外側リングと心棒の間の環状オリフィスの厚さが、このオリフィスの周囲の全ての点において等しくなるように調節される。この外側リングが中央位置から乱されると、一側で調節スクリューが緩められ、反対側に適用されて、外側リングを引きそして押し中央位置へ戻す。第三に、生分解性材料の圧力は心棒と取りつけプレートとの間にスペーサを挿入することにより調節される。生分解性材料は、押し出し器により、取り付けプレートの中央を通って、心棒の裏側に到達するまで押され、そこで、心棒と取りつけプレートとの間の心棒の裏側の周囲で、半径方向にさらに押し出される。心棒の外側直径に到達すると、生分解性材料は、次いで、心棒と外側リングとの間のオリフィスを通過するまで、心棒の外側半径周囲の囲りを前に押される。生分解性材料の圧力とフロー速度は、取りつけプレートと心棒との間のスペーサの厚みを変化させることにより調節される。フロー速度を増加して、圧力を減少させることが所望なら、厚めのスペーサが取りつけプレートと心棒との間に挿入され、取りつけプレートと心棒との間の距離を広げる。あるいは、フロー速度を減少させ圧力を増加させることが所望なら、薄めのスペーサが挿入される。このようにして、押し出しダイは、オリフィスサイズ、オリフィスの同心率、およびダイを通るフロー速度または背圧に対して、充分に調節可能である。
【００６５】
加えて、好ましい押し出しダイは回転ダイであり、このダイは生分解性材料が外側リングと心棒との間のオリフィスを通過するとき、生分解性材料を捻る。生体材料内の多くのポリマー分子は、それ自体、ダイから押し出されるチューブの長手方向を向く。生分解性材料の引っ張り強さは、横断方向に比べて長手方向においてかなり大きい。これらのポリマー分子を横断成分を有する方向に配向するためには、回転ダイが使用され、生分解性材料がオリフィスと通過するとき生分解性材料を捻る。特に、押し出しダイの外側リングが回転され、一方、心棒は静止したままである。外側リングの回転は、生分解性材料内のポリマー分子を、生分解性材料がオリフィスを通過するときわずかに横断方向に整列させる。外側リングの回転速度とオリフィスを通過する生分解性材料の押し出し速度に依存して、生分解性材料内のポリマー分子の配向の角度は調節され得る。回転ダイから押し出された生分解性材料のチューブは、押し出しチューブのまわりに螺旋状に配向されたポリマー分子を有する。螺旋状に構成されたポリマー分子を有する押し出されたチューブが対向する平坦ローラを通過する場合、作製された平坦シートは、２つの層を備える。１つは、左への横断成分を有する方向に配向されたポリマー分子を有し、一方、もう１つは、右への横断成分を有する方向に配向されたポリマー分子を有する。再び、横断成分の大きさまたは、ポリマー分子配向の角度は、外側リングの回転速度および生分解性材料の押し出し速度を変化させることにより調節される。従って作製された生分解性材料のシートは、クロスハッチパターンに配向されたポリマー分子を有し、これが横断方向の大きな強度を生じる。
【００６６】
好ましい圧延デバイスは、押し出し物に対して、押し出しの方向に対して実質的に垂直に圧力を適用する。熱い押し出し物は、単に対向する平坦ローラ（これはダイにより賦課される形状を歪め得る）を通過されるのみであり得る。一般的にローラ（単数又は複数）は、所望する製品形状（例えば巻いたシートは、好ましくはトレイおよび同様の容器の加圧成形のために採用される。）に従う熱い押し出し物に対して対称的に圧力を適用するのが好ましい。ローラはステンレス鋼、テフロンまたは押し出しに不活性である関連する材料から作製され得る。ローラは好ましくは、押し出しダイに関して、熱い押し出し物が熱いうちにローラに直接に供給され得るように配置される。
【００６７】
圧縮または圧延工程は、従来は、膨張したモロコシ粉ベースの製品の生産へは適用されなかった。好ましいローラはばね負荷であり、適用される圧力は調節可能である。圧延は、膨張された物品の所望の特性を達成するために、押し出し物に圧力を適用するための好ましい方法である一方で、当業者は、この所望の結果を達成するために他の方法が適用され得ることを理解する。この押し出し物を伸展させるために種々の方法が利用可能であることもまた理解される。特に、圧縮の前、最中、後に押し出し物を伸展するために、種々の方法が利用可能である。
【００６８】
好ましくは、ローラは押し出しダイの充分近くに配置され、この押し出し物を圧延の間熱いままであるようにする。図示の簡単のために、図１のローラデバイスは、一組のローラを示す。二組以上のローラが、本発明の処理方法において順次採用され得る。一組以上のローラは、工程効率を向上させ得る。しかし、一般に、圧延の工程の間、押し出し物が熱い状態を維持するように注意が払われるべきである。ローラは加熱され得る。特に、シートの生産については、２以上のローラの使用が、所望の最終の特性を達成するために好ましい。
【００６９】
本発明の好ましい押し出し器供給組成物には、モロコシ粉および未加工非改変添加デンプンまたは米粉が含まれる。潤滑剤、可塑剤、湿潤剤、核形成剤および（水に加えて）他の発泡剤を含む少量の添加物（好ましくは、押し出し物の全重量の最大３０重量％までを含む添加物である）が、添加され得る。所望であるなら、要求されないが、本発明の押し出し物は、本明細書中に記載された改善された押し出し／圧縮法により処理されるとき、所望の特性を得るために、ポリビニルアルコールまたはエチレンビニルアルコール（または他のポリオール）を含む、最小量の可塑剤を含有し得る。特に、押し出し器供給組成物は好ましくは、０重量％、しかし約５重量％未満のポリビニルアルコールまたはエチレンビニルアルコールを含有し得る。この押し出し器供給組成物は、約２．５重量％以下または１重量％以下のポリビニルアルコールまたはエチレンビニルアルコールを含有し得る。
【００７０】
典型的に、水は、押出し器を通過する間に、最も典型的には、押出し器の入口部分で、押出しフィードに添加される。添加された水は一般に、押出し器の中の組成物の約３０重量％以下で存在し得る。さらに可変量の水がこのフィードの成分（例えば、追加のデンプン）中に存在する。所定の押出し成形中において添加される水の量は、押出し成形の条件、使用されるモロコシ粉および／またはデンプンの初期の含水量、ならびに所望の製品に依存する。一般に、押出し物中の水の量は、軟らかいかまたは流れやすい押出し物を避けながら、押し出された製品の膨張を最大にするように調整される。水は他のベース混合物の材料と予め混合され得るか、またはこれとは別に添加され得る。例えば、水、およびその調整され制御される追加分は、入口ポートを通って押出し器に添加され得る。添加されるべき水の量は、モロコシ粉および／または未加工デンプンの水分含有量に依存する。典型的に、押出し成形前のベース混合物の全含水量は、約６重量％と約３０重量％との間である。
【００７１】
パッケージの用途（例えば、容器およびトレイ）に適切な特徴を有する圧成形した物品は、ポリマー可塑剤またはポリオール可塑剤を含有しない（例えば、ＰＶＡまたはＥＶＡを含有しない）、押出しフィード組成物を使用して作製され得ることが見出された。
【００７２】
一実施態様によると、本発明のモロコシ粉は、７１１ Ｅａｓｔ ４６ｔｈ Ｓｔ．，Ｌｕｂｂｏｃｋ，Ｔｅｘａｓ ７９４０４にあるＩｎｄｕｓｔｒｉａｌ Ｇｒａｉｎ Ｐｒｏｄｕｃｔｓ， Ｉｎｃ．から入手可能な「ＮＵＴＲＩ−ＢＩＮＤＥＲ」を含有し得る。このメーカーによると、「ＮＵＴＲＩ−ＢＩＮＤＥＲ」は、以下の成分からなるモロコシ粉である：９．４重量％以上のタンパク質；２．０重量％以上の脂肪；３．０重量％以下の繊維；３．０重量％以下の灰分；およびデンプン。しかし、他のモロコシ粉組成物が本発明の実施に利用され得ることが理解される。
【００７３】
好ましい実施態様において、本発明は、物理的に他の植物成分から分離されたデンプンではなく自然発生的なデンプンである、改変されていない、未加工の、非改変の非誘導体化デンプンを使用する。典型的に、デンプンは粉末状（細かいかまたは粗い）あるいは顆粒状である。コーンスターチは、本発明において好ましいデンプンである。しかしモロコシ、コムギ、米、ジャガイモ、タピオカなど由来の任意のタイプの非改変デンプン、またはそれらのデンプンの混合物がまた使用され得る。異なる植物源由来のデンプンの混合物が用いられ得る。さらに、主成分としてデンプンを含有する他の天然または合成材料（例えば、米粉）がまた、本発明のプロセスのためのデンプン供給源として使用され得る。
【００７４】
本発明は、所望の高い可撓性または弾性を達成する高いアミロースデンプンを使用する必要がない。本発明は、例えば、ヒドロキシ基で化学的に反応（例えば、エステル化、エーテル化またはリン酸化）したデンプンのような、誘導体化デンプンを使用する必要がない。本発明は、デンプンを、押出し器に添加する前に、熱または圧力で処理し、デンプンのゼラチン化または破壊（ｄｅｓｔｒｕｃｔｕｒｉｚａｔｉｏｎ）によって予め調整する必要がない。それにもかかわらず、高いアミロースデンプン、改変または誘導体化デンプンを含有するデンプン組成物、あるいは予備調整、ゼラチン化または破壊されたデンプン組成物は、本発明の改善された押出し／圧縮成形、またはならびに圧縮および伸展プロセスによって処理され得、パッケージ材料として使用するための改善された特性を有する押出された材料を提供する。改変またはそうでなければ処理されたデンプンと未処理の非改変デンプンとの混合物は、本発明の方法において用いられ得る。本発明において使用するのに好ましいデンプンは、大部分が改変されていないデンプン、すなわち、５０重量％以上の非改変デンプンを含有するデンプンである。
【００７５】
本発明のいくつかの実施態様の実施において有用な米粉はいずれも、当該分野で公知の市販の米粉である。
【００７６】
可撓性の、しなやかなまたは弾力のある膨張した、本発明のモロコシ粉製品は、可塑剤（例えば、ポリビニルアルコール、エチレンビニルアルコールまたは同類のポリオール物質）を使用せずに調製され得る。
【００７７】
予備混合されたベースのモロコシ粉混合物である、押出し器フィード（添加される水、潤滑剤、グリセリンまたは他の材料を含む）は、直接押出し器に入れられ得るか、または個々の成分がその中で混合するために任意の順序で押出し器に添加され得る。これらの成分を追加する好ましい方法において、水および潤滑剤は、独立して調節可能な押出し器への入口を通して、押出し器中の残りの材料に添加される。本発明の押出し器フィード混合物は、デンプンまたは米粉、およびコーンミールまたはタルクのような核形成（ｎｕｃｌｅａｔｉｎｇ）剤と共に、モロコシ粉を主に含有する。
【００７８】
本発明の好ましい押出し器フィード混合物は、必要に応じた少量の湿潤剤、可塑剤、潤滑剤、核形成剤、および必要に応じて発泡剤、ならびにセルサイズを減らすように機能する試剤と共に、モロコシ粉およびデンプンおよび／または米粉を主に含有する。グリセリン、ペンタエリスリトールを含む同類のポリオール、およびとりわけ植物油（これらに限定されない）は、押出し成形の間、湿潤剤および／または潤滑剤として働き得、この混合物の流動性を改善し、そして押出し成形のための滑らかな表面を提供する。ポリビニルアルコール、エチレンビニルアルコール、および同類のポリマーポリオール（これらに限定されない）は、可塑剤として働き得る。グリセリン（これに限定されない）もまた可塑剤として働き得る。タルク、穀物粉としてのタンパク質、卵白中のタンパク質、または血粉、あるいは他のタンパク質源、および「Ｈｙｄｒｏｃｅｒｏｌ」（Ｔｒａｄｅｍａｒｋ，Ｂｏｅｈｒｉｎｇｅｒ Ｉｎｇｅｌｈｅｉｍ）のようなＣＯ₂を発生する物質（これらに限定されない）は、核形成剤として働き得る。
【００７９】
カプセル化された重炭酸ナトリウムとクエン酸との混合物（例えば、「Ｈｙｄｒｏｃｅｒｏｌ」）は、ＣＯ₂を発生し、そしてクエン酸ナトリウム（例えば、Ｂｏｅｈｒｉｎｇｅｒ Ｉｎｇｅｌｈｅｉｍから入手可能な、ＣＦおよびＢＩＨ形態）（これらに限定されない）は核形成剤として働き得る。異なる形態のカプセル化材料が利用可能であり、これらのカプセル化材料は異なる温度で解放される。当業者は、所定の用途に適切な形態を容易に選択し得る。一般に、これらの用途に適合する低温で解放する形態が、通常使用される。
【００８０】
モノステアリン酸グリセロールおよび他の脂肪酸のグリセロールモノエステル（例えば、「Ｍｙｖａｐｌｅｘ」）（これらに限定されない）は、押し出された材料中の均一で小さなセルの形成を助けるように働き得る。押出し器中の過熱水は、発泡剤として働き得る。本発明の押出し器フィードはまた、さらなる少量の発泡剤（とりわけ二酸化炭素、窒素および炭酸塩（ナトリウム塩、カリウム塩およびアンモニウム塩を含む）を含む）を含有し得る。ベース混合物に用いられる任意の植物油またはポリオールは、好ましくはポンプ汲み出し可能（ｐｕｍｐａｂｌｅ）である。一般に、本発明の押出し器フィード混合物は、１つ以上の湿潤剤、可塑剤、潤滑剤、核形成剤および／または発泡剤の組み合わせを含有し得る。これらの添加剤の最大量は好ましくは、押出し器フィード混合物の全重量（添加した水を含む）の約３０重量％である。好ましくは、押出し器フィード混合物は、押出し製品の所望の特性を達成するのに必要な最小のこれらの添加剤を含有する。好ましくはこの混合物は可塑剤を含有しないかまたは最小量の可塑剤を含有する。
【００８１】
本発明は、可撓性の砕けにくい膨張した製品を得るためのプロセス中に、可塑剤を使用する必要がない。本発明の好ましい押出し器フィード混合物は、ポリビニルアルコール、ポリエチレンアルコールまたは同類のポリマービニルアルコール（ならびにそれらの混合物）を含有しない。いくつかの実施態様によると、本発明の押出し器フィード混合物は、ポリマービニルアルコールが約５重量％より少ない混合物を含み、特に、約２．５重量％より少ないポリマービニルアルコール、ならびに約１重量％より少ないポリマービニルアルコールを有する混合物を含む。異なる平均分子量を有するＰＶＡが利用され得る。Ａｉｒｖｏｌ ３２５およびＡｉｒｖｏｌ ５４０の両方（Ａｉｒ Ｐｒｏｄｕｃｔｓから入手可能である）が、本発明の押し出し器フィードにおいて適切であることが見出された。本発明の押出し器組成物はまた、比較的低いレベルのグリセリンまたは他の湿潤剤を含有し得る。
【００８２】
本発明の押出し器組成物は、グリセリン含有量が約４．０重量％未満である組成物、好ましくはグリセリン含有量が約１．５重量％未満である組成物を含む。
【００８３】
本発明の押出し器組成物はまた、タルク含有量が約１重量％〜約１５重量％である組成物、好ましくはタルク含有量が約１重量％〜約５重量％である組成物を含む。
【００８４】
モノステアリン酸グリセロール（例えば、「Ｍｙｖａｐｌｅｘ」（商標、Ｅａｓｔｍａｎ Ｋｏｄａｋ））（これに限定されない）が、押し出し器フィードに含まれ得、膨張したデンプンにおける改善された均一なセルサイズを提供する。好ましくは、モノステアリン酸グリセロールは、約０．１重量％〜約１．０重量％の範囲の量で押し出し器フィードに含まれる。より好ましくは、モノステアリン酸グリセロールは、約０．２０重量％〜約０．７５重量％の量で存在する。
【００８５】
例えば、本発明の押し出し器フィード組成物は、重量％で表された以下の材料を含有し得る：モロコシ粉（約２０重量％から約９５重量％）；デンプンまたは米粉（約７５重量％まで）、好ましくはデンプンは大部分が未加工で、改変されていないデンプンである；添加の水（約３０％まで）；植物油（約６％まで）；グリセリン（約１０％まで）；ポリビニルアルコールまたは他の可塑剤（約３５％まで、好ましくは０％）；モノステアリン酸グリセロール（約１．０％まで）；追加の発泡剤（約０．８％まで）；およびタルク（約１５％まで）。ただし、この混合物は核形成剤を含有しなければならない。追加の水および／または潤滑剤は押し出し成形の間に添加され得る。
【００８６】
本発明の押し出し器フィード組成物は必要に応じて、着色剤、香料、殺菌剤および成形抑制剤を含有し得る。押し出し器フィードは、必要ではないが、必要に応じて繊維（例えば、大豆繊維）の種々の供給源を含み得る。好ましくは、繊維含有量は押し出し器フィードの約２０重量％までの範囲であり得るが、押出しシートおよび成形物品の硬さに合うように変えられ得る。
【００８７】
圧縮してシートにされそして圧成形されたモロコシ粉ベースの混合物は、これらの材料を非常に細かく砕き、そしてこれらをさらなるフィード組成物と合わせることによって押し出し成形プロセスに再利用され得ることが見出された。例えば、押し出し器フィードの使用（ここで、約２０重量％までのフィードは、再利用された細かい押出しモロコシ粉からなる）は、最終の押出し成形製品の特性に著しい欠損をもたらさないということが見出された。製品の所望の最終の特性に基づいて、高いまたは低い割合の再利用材料が、処理のために押し出し器フィードに含まれ得る。
【００８８】
典型的に、押し出された材料は、最終の製品よりも軽い。なぜなら、圧縮または圧延は嵩密度を減少させるからである。押出しモロコシ粉製品は押出しフィード材料よりも一般に低い水分含有量を有する。一実施態様によると、圧縮／圧延押出し製品は、好ましくは、約５重量％〜約９重量％の水分、より典型的には、約６重量％〜約７重量％の水分を含有する。
【００８９】
本発明の方法によって作成された圧成形された物品および他の発泡物品の力学的性質は、例えば、ＡＳＴＭ試験法、Ｄ６３８−８４、およびＤ２５６−８４に従って引っ張り試験片およびアイゾット試験片を調製することによって評価され得る。
【００９０】
本発明の押出し発泡製品は、パッケージ材料用の成形された物品の用途において有用である。特に、本明細書中の方法によって作製されたシートは、紙および他の生分解性材料と組み合わされて、封筒のような生分解性積層材を作製し得る。さらに、トレイおよび他の容器を含む様々な形状を有する物品は、成形の従来的な方法（特に圧成形）と組み合わされる本明細書中の方法によって作製され得る。
【００９１】
以下の実施例は、本発明の例示であるが、これらに限定されない。
【００９２】
（実施例）
圧成形した膨張モロコシ粉ベースの製品の調製
低脆性、適切な可撓性および有用な寸法安定性を有するトレイ、ならびに他の成形物品を圧成形するのに有用な発泡シートを、本発明の押出し圧縮成形法（これらは、熱い押し出し物を圧縮するローラーの使用によって例示される）を使用して調製した。この方法に有用な押し出し器フィード組成物には、上記で詳述された組成物が挙げられる。
【００９３】
フィード混合物の成分を、これらを押し出し器に入れる前に混合した。水を単独でこの押し出し器に添加した。用いられた押し出し器は、Ｃｌｅｘｔｒａｌ ＢＣ７２共回転ツインスクリューであって、これはフィードスクリュー、圧縮スクリュー、およびノッチ反転スクリューに適合した。この押し出し器バレルは５個の温度帯を有した。この混合物を押し出し器の中で可塑化した。一般に、押し出し器の状態は、当該分野に公知のように、押し出し器の滑らかな流れを提供するように定めた。以下にさらに詳述する。
【００９４】
（スクリュー構成 ＃１）
スクリュー構成は、以下に最適化した：
スクリュー構成は以下の特徴を有した：
７５０ＭＭ ３／４ピッチ 運搬スクリュー
５０ＭＭ ３／４ピッチ 反転スクリュー
５００ＭＭ ３／４ピッチ 前進スクリュー
１００ＭＭ １／３ピッチ 反転スクリュー
１００ＭＭ １／３ピッチ 圧力スクリュー。
【００９５】
（工程１）
以下の押し出し器フィード（重量％）を使用した：モロコシ粉 ４７．００％；未加工非改変コーンスターチ ４７．００％；タルク ５．２％；「Ｍｙｖａｐｌｅｘ」 ０．５２％；およびＨｙｄｒｏｃｅｒｏｌ ＢＩＨ ０．２６％。
【００９６】
スクリュー構成＃１、調整可能な外側ダイボディーを備えるＳｃｒｅｗ ＲＰＭ ３００ Ｔｕｂｅ Ｄｉｅ（Ａｓｓｅｍｂｌｙ Ｄｗｇ ２９７９０２５Ａ）（ＢＥＩ）ダイ、ダイボディー＃２９７９０２５Ａ、Ｍａｎｄｒｅｌ ＃２９７９０２２Ａ。ローラーギャップ ０．８ｍｍ。シートの前進速度 ４５ｆｐｍ（およそ、押し出し器に対する送り速度（すなわち押し出し成形速度）と一致する）。送り速度 ４００ｌｂ／時間。
【００９７】
Ｚ５ ２００℃
Ｚ４ ２００℃
Ｚ３ １７５℃
Ｚ２ １００℃
Ｚ１ ７５℃
水の追加 １．１ｌｂｓ／分
固有の力学的エネルギー ０．０７８。
【００９８】
ローラー速度は、シートが伸びずに圧延されるように、送り速度とほぼ一致するように定めた。圧延によって、シートの質が改善され、そしてシート全体にわたるより均一な水分含有量が確実になった。圧延によって増加された可撓性が明らかになった。良質のトレイ（寸法安定性で可撓性）をこの工程で作製した。
【００９９】
（工程２）
以下の押し出し器フィード（重量％）を使用した：モロコシ粉 ９４重量％；タルク ５．２％；「Ｍｙｖａｐｌｅｘ」 ０．２％；およびＨｙｄｒｏｃｅｒｏｌ ＢＩＨ ０．３％。押し出し器の条件は以下である：
スクリュー構成＃１、Ｓｃｒｅｗ ＲＰＭ ５００．工程１と同一のダイ。ローラーギャップ ０．２０３ｍｍ。ローラー速度 １７ＲＰＭ。送り速度 ６３ｌｂ／時間。
【０１００】
Ｚ４ １８０℃
Ｚ３ １００℃
Ｚ２ ７０℃
Ｚ１ １３６℃
水の追加 ０．２５ｌｂｓ／分
固有の力学的エネルギー ０．０８７。
【０１０１】
この方法を使用して優良なトレイを作製した。
【０１０２】
（工程３）
以下の押し出し器フィード（重量％）を使用した：モロコシ粉 ４７．００％；米粉 ４７．００％；タルク ５．２３％；Ｈｙｄｒｏｃｅｒｏｌ ＢＩＡ ０．２４％；および「Ｍｙｖａｐｌｅｘ」 ０．５３％。
【０１０３】
他の全ての条件は工程１と同一である。
【０１０４】
この工程により製造された得られたトレイは優良な質であった。
【０１０５】
（工程４）
以下の押し出し器フィード（重量％）を使用した：モロコシ粉 ３１．３３％；米粉 ３１．３３％；未加工非改変コーンスターチ ３１．３３％；タルク ５．２３％；Ｈｙｄｒｏｃｅｒｏｌ ＢＩＨ ０．２４％；および「Ｍｙｖａｐｌｅｘ」 ０．５４％。
【０１０６】
他の全ての条件は工程１と同一である。
【０１０７】
押し出し物を圧延し、伸展し、そして優良な質の成形トレイ物品を作製した。押し出し器の条件は以下のとおりである：
スクリュー構成＃１、Ｓｃｒｅｗ ＲＰＭ ３００．工程１と同一のダイ。ローラーギャップ ０．２０３ｍｍ。ローラー速度 ２４ＲＰＭ（送り速度が増加するにつれて増加する）。送り速度 ６３ｌｂ／時間（１０１ｌｂｓ／時間まで増加する）。
【０１０８】

【０１０９】
全ての本明細書中に引用される参考文献は、その全体が本明細書中参考として援用される。
【０１１０】
当業者は、本明細書中に詳細に記載されるデバイス、方法、技術、手段および材料の変形物、代替物、代用物および等価物が存在し得、本発明の方法および組成物に用いられ、容易に適合し得るような全ての変形物、代替物、代用物および等価物が、添付の特許請求の範囲により規定される本発明の精神および範囲内であることを理解する。
【図面の簡単な説明】
【図１】 図１は、本発明の方法の実施において有用な、押出し成形／圧延、または押出し成形／圧延および伸展デバイスの、概略図である。
【図２】 図２は、図１の装置において利用される流れ平滑器の、概略図である。

Claims (39)

1. 膨張したモロコシ粉ベースの形成物品を作製するための生分解性組成物であって、該組成物が、３０重量％から９５重量％の生の変性されていないモロコシ粉を含有する、生分解性組成物。
2. ５０重量％までのデンプンをさらに含有する、請求項１に記載の組成物。
3. ５０重量％までの米粉をさらに含有する、請求項１に記載の組成物。
4. 前記モロコシ粉が、９．４重量％以上のタンパク質；２．０重量％以上の脂肪；３．０重量％以下の灰分；および３．０重量％以下の繊維を含有する、請求項１に記載の組成物。
5. 前記デンプンが、トウモロコシ、タピオカ、ジャガイモ、サゴ、コムギ、ライムギ、エンドウ、モロコシ、米およびクズウコンからなる群から選択される少なくとも１つから誘導される、請求項２に記載の組成物。
6. 前記デンプンがトウモロコシから誘導される、請求項２に記載の組成物。
7. 請求項２に記載の組成物が、４７重量％までのモロコシ粉、および４７重量％までのデンプンを含有する、組成物。
8. 請求項３に記載の組成物が、４７重量％までのモロコシ粉、および４７重量％までの米粉を含有する、組成物。
9. 請求項１に記載の組成物がさらにコーンスターチおよび米粉を含有する、組成物。
10. 請求項９に記載の組成物が、３２重量％までのモロコシ粉、３２重量％までのコーンスターチ、および３２重量％までの米粉を含有する、組成物。
11. 膨張したモロコシ粉ベースの物品を作製する方法であって、該方法は以下：
    ａ．２０重量％〜９５重量％の生の変性されていないモロコシ粉を含有する押し出し器フィード組成物をツインスクリュー押し出し器に導入する工程；
    ｂ．該組成物をダイを通して押出し、セルを有する押し出し物を生成する工程；および
    ｃ．該押し出し物に圧力を適用し、該押し出し物中の該セルを実質的に圧縮する工程、
    を包含する、方法。
12. 前記圧力が前記押し出し物を圧延することによって適用される、請求項１１に記載の方法。
13. 請求項１２に記載の方法が、加圧成形によって、前記圧延された押し出し物を成形する工程をさらに包含する、方法。
14. 前記形成された物品がトレイである、請求項１３に記載の方法。
15. 前記圧力が圧延によって適用され、前記圧延された押し出し物はまた伸展される、請求項１１に記載の方法。
16. 請求項１５に記載の方法がさらに、加圧成形によって、前記圧延され伸展された押し出し物を成形する工程を包含する、方法。
17. 前記物品がトレイである、請求項１６に記載の方法。
18. 前記圧力が、前記押し出し物が熱い間に該押し出し物に適用される、請求項１１に記載の方法。
19. 前記モロコシ粉が、９．４重量％以上のタンパク質；２．０重量％以上の脂肪；３．０重量％以下の灰分；および３．０重量％以下の繊維を含有する、請求項１１に記載の方法。
20. 前記押し出し器フィード組成物がさらに、非変性デンプンを含有する、請求項１１に記載の方法。
21. 前記押し出し器フィード組成物がさらに米粉を含有する、請求項１１に記載の方法。
22. 前記押し出し器フィード組成物が、５０重量％までのデンプンを含有する、請求項２０に記載の方法。
23. 前記押し出し器フィードが、５０重量％までの米粉を含有する、請求項２１に記載の方法。
24. 前記押し出し器フィードが１つ以上の異なるタイプのデンプンを含有する、請求項２０に記載の方法。
25. 十分な圧力が前記押し出し物に適用され、該押し出し物中のセルを十分圧砕する、請求項１１に記載の方法。
26. 請求項１１に記載の方法がさらに、前記押し出し物を、該押し出し物が圧縮される前、後または同時に伸展する工程を包含する、方法。
27. 前記押し出し物が同時に圧縮され伸展される、請求項２６に記載の方法。
28. 前記押し出し器フィード組成物が、２０重量％までの再利用された押し出し物を含有する、請求項１１に記載の方法。
29. 前記押し出し物に圧力が適用される前に生成した該押し出し物が中空管である、請求項１１に記載の方法。
30. 請求項１１の方法によって作製した、物品。
31. 成形膨張モロコシ粉ベースの物品を圧成形する方法であって、該方法は以下：
    ａ．２０重量％〜９５重量％の生の変性されていないモロコシ粉を含有する押し出し器フィード組成物を押し出し器に導入する工程；
    ｂ．該組成物をダイを通して押出し、押し出し物を形成する工程；および
    ｃ．該押し出し物に圧力を適用し、該押し出し物を圧縮し、形成し、該物品を作製する工程、
    を包含する、方法。
32. 前記押し出し物が、成形される前に圧縮されシートを形成する、請求項３１に記載の方法。
33. 前記圧縮押出し物のシートが、前記押し出し物を圧延することによって作製される、請求項３２に記載の方法。
34. 前記物品がトレイである、請求項３２に記載の方法。
35. 前記圧縮押出し物のシートが、前記押し出し物を圧延し伸展することによって作製される、請求項３２に記載の方法。
36. 前記押し出し物に圧力を適用する前に生成した該押し出し物が、中空管である、請求項３１に記載の方法。
37. 押し出し器フィード組成物が本質的に以下の成分：
    ２０重量％〜９５重量％の範囲の量の生の変性されていないモロコシ粉；
    ０重量％〜７５重量％の範囲の量のデンプン、米粉、またはそれらの混合物；
    ０重量％〜１５重量％の範囲の量のタルク；および
    ０重量％〜１．５重量％の範囲の量の発泡剤、
    からなる、押し出し器フィード組成物であって、ただし、該押し出し器フィード組成物が核形成剤を含有しなければならない、押し出し器フィード組成物。
38. 請求項３７に記載の押し出し器フィード組成物が、５０重量％までのデンプンを含有する、押し出し器フィード組成物。
39. 請求項３７に記載の押し出し器フィード組成物が、５０重量％までの米粉を含有する、押し出し器フィード組成物。

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