(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体を予熱する予熱工程、予熱した液体を加熱して所定の殺菌温度に到達させる最終加熱工程、殺菌温度に到達した液体を所定時間保持する保持工程、及び保持した液体を冷却する冷却工程、を連続的に行う液体の連続式加熱殺菌方法において、最終加熱工程が次のa及びb：
a)高圧ポンプにより液体を連続的に加圧する工程；
b)加圧後10秒未満の時間内に液体を連続的に常圧に開放し、液体を所定の殺菌温度に到達させる工程
からなる液体の連続式加熱殺菌方法。
【請求項２】
前記工程a及びbが、ホモジナイザーにより行われる請求項1に記載の液体の連続式加熱殺菌方法。
【請求項３】
前記工程aが、50MPa以上、100MPa以下の圧力範囲に加圧するものである請求項1又は請求項2に記載の液体の連続式加熱殺菌方法。
【請求項４】
前記工程bが、液体を90℃以上、160℃以下の温度範囲に到達させるものである請求項1ないし請求項3のいずれかに記載の液体の連続式加熱殺菌方法。
【請求項５】
液体を貯留する貯留タンク、この貯留タンクに貯留された液体を圧送する圧送ポンプ、この圧送ポンプにより圧送された液体を予熱する予熱セクション、この予熱セクションにより予熱された液体を連続的に加圧し10秒未満の時間内に連続的に常圧に開放して所定の殺菌温度に到達させる高圧ポンプ及び絞り弁からなる加圧開放装置、所定の殺菌温度に到達した液体を保持する保持管、及び該保持管により保持された液体を冷却する冷却セクションを備えたことを特徴とする液体の連続式加熱殺菌装置。
【請求項６】
保持管に設けられ加圧開放装置を出た液体の温度を検出する温度センサー、この温度センサーにより検出された検出値を予め入力された所定の殺菌温度と比較して両者を近づける操作量を算出する制御手段、この制御手段により算出された操作量に応じて加圧開放装置の加圧の程度を増減する圧力調節手段を備え、この圧力調節手段により加圧開放装置を出た液体の温度を所定の殺菌温度に自動制御する請求項5に記載の液体の連続式加熱殺菌装置。
【請求項７】
保持管に設けられ加圧開放装置を出た液体の温度を検出する温度センサー、この温度センサーにより検出された検出値を予め入力された所定の殺菌温度と比較して両者を近づける操作量を算出する制御手段、この制御手段により算出された操作量に応じて加圧開放装置入口側の液体温度を上下させる加圧開放装置入口温度調節手段を備え、この加圧開放装置入口側の液体温度を調節することにより加圧開放装置を出た液体の温度を所定の殺菌温度に自動制御する請求項5に記載の液体の連続式加熱殺菌装置。
【請求項８】
加圧開放装置が、ホモジナイザーである請求項5ないし請求項7のいずれかに記載の液体の連続式加熱殺菌装置。
【発明の詳細な説明】
技術分野
本出願は、液体を連続的に加熱して殺菌する連続式加熱殺菌方法及び装置に関するものである。さらに詳しくは、本出願は、予熱工程、最終加熱工程、保持工程、冷却工程を含む連続式加熱殺菌方法、及びそのための装置に関するものである。
背景技術
従来、食品の殺菌方法としては、食品を高温で加熱処理する加熱殺菌法が広範に採用されている。食品は、加熱された際の伝熱の機構において、対流が支配的であるか、又は伝導が支配的であるかにより、液状食品又は固形食品に分類され、さらにその中間的な性質を示すものとしてペースト状食品にも分類される。
液状食品又はペースト状食品を加熱殺菌する方法としては、容器に充填する前に加熱殺菌し、高温のまま容器に充填して密封するか、又は容器に充填する前に加熱殺菌し、無菌的に冷却し、無菌状態の容器に無菌の雰囲気で充填するか、の充填前殺菌法があり、また、食品を容器に充填、密封後、容器ごと加熱して殺菌する充填後殺菌法がある。更に、前者の充填前殺菌法は、食品を連続的に加熱する場合と、二重缶等で回分的に加熱する場合に分類できる（以上、久保田清ら著、「食品工学基礎講座▲10▼、食品反応工学」、第111ページ、株式会社光琳、平成2年9月29日）。
一般に、液状食品又はペースト状食品のような液体を加熱殺菌する場合には、大量処理が可能であるHTST法、UHT法等の連続式加熱殺菌法が行われる。従来の液体の連続式加熱殺菌法の一例を、第4図によって説明する。第4図は、従来の液体の連続式加熱殺菌装置の一例を説明する模式図である。
第4図において、従来の液体の連続式加熱殺菌装置1cには、液体の貯留タンク2に圧送ポンプ3が連結されている。第4図においては、圧送ポンプ3としてロータリー型定量ポンプを用いている。ただし、第4図の圧送ポンプ3には、出口配管から入口配管に液体を戻す配管を形成し、この配管に流量調節弁を設けているが、第4図においては図示を省略している。この配管によって圧送ポンプ3の出口側から入口側へ液体を戻し、かつ流量調節弁によって戻り量を調節することにより、圧送ポンプの出口側の圧力又は圧送する液体の流量を調節している。圧送ポンプ3の出口側には、順に、予熱セクション10、低圧ホモジナイザー20、最終加熱セクション35、保持管4、第1冷却セクション40、第2冷却セクション50、及び背圧弁5が連結され、殺菌液体出口6に至る液体の流路が形成されている。また、熱交換を行う予熱セクション10、最終加熱セクション35、第1冷却セクション40、及び第2冷却セクション50は、全てプレート式熱交換器により構成されている。
貯留タンク2に貯留された液体は、圧送ポンプ3によって予熱セクション10に圧送される。予熱セクション10では、蒸気源11より蒸気が導入され、液体と熱交換され、液体は所定の予熱温度になるまで予熱される。予熱セクション10の出口には温度センサー14が設置されており、液体の温度に応じて蒸気調節弁15の開度が調整され、液体の温度が所定の予熱温度に制御される。予熱温度は、一般に、40〜90℃程度である。熱交換が終了した蒸気凝縮水は、トラップ配管12又は排出管13を介して排出される。所定の予熱温度に到達した液体は、低圧ホモジナイザー20に圧送される。この予熱セクション10により予熱工程が行われる。
低圧ホモジナイザー20は、原則として、液体が脂肪を含有するものである場合に設置されるものであり、液体中の脂肪球を破壊して均質化する装置である。一般にホモジナイザーは、低圧ホモジナイザーであっても後記する高圧ホモジナイザーであっても、高圧ポンプとホモバルブ(図示せず)とを備えている。高圧ポンプは、例えば、液体の入口及び出口を有する所定容積の加圧室に、その加圧室の容積を増減させる方向に往復動するプランジャーを設け、また加圧室の入口及び出口に逆止弁を設け、当該プランジャーの往復動によって加圧室の容積を増減し、この増減に応じて逆止弁を自然に開閉して液体を吸入及び吐出する装置である。
ホモバルブは、高圧ポンプより吐出された液体に対し、液体の流路の間隙を調節する一種の絞り弁である。即ち、ホモバルブは液体の流路の間隙を絞ることにより液体を加圧するものである。また、ホモバルブは、このように加圧された液体を、狭い流路に通過させて常圧に開放し、この際に液体中の脂肪球を破壊する。一般に、ホモバルブによって流路を狭められたことによって生じる圧力を、ホモ圧力と称している。低圧ホモジナイザー20のホモ圧力は、原則として2〜40MPa程度の範囲で調節することができる。
また、低圧ホモジナイザー20には、油圧制御ユニット21が備えられている。油圧制御ユニット21は、油圧ポンプ及び油圧バルブを備えており(いずれも図示せず)、油圧ポンプによって油に圧力を付与し、この圧力を油圧バルブによって調整した上で、油の圧力によってホモバルブを操作し、ホモ圧力を調節するものである。
一般に、均質化は、液体がある程度高い温度で行うことが望ましく、低圧ホモジナイザー20は予熱セクション10の下流に設置されることが多いが、最終加熱セクション35の下流に設置される場合もある。この場合は、最終加熱セクション35から出た液体を、ある程度冷却した後に低圧ホモジナイザー20に通液することになるが、低圧ホモジナイザー20を通過する液体は殺菌後の液体であるため、低圧ホモジナイザー20としては、無菌仕様のものが選択される。無菌仕様の低圧ホモジナイザー20は、例えば前記プランジャーのシール箇所に絶えず蒸気又は無菌水を供給して液体の汚染を防止する構造を有しており、一般に装置コスト及びランニングコストは、通常仕様のものよりも割高になる。なお、低圧ホモジナイザー20はバイパス配管22を備えているが、これは洗浄の際にのみ使用し、洗浄液の流量を確保するためのものである。
このような低圧ホモジナイザー20を出た液体は最終加熱セクション35に送液される。最終加熱セクション35は、液体を所定の殺菌温度まで昇温する熱交換器である。最終加熱セクション35では、熱水作成手段36を備えており、熱水循環管路37を介して熱水を循環させ、液体を加熱し、所定の殺菌温度に到達させる。最終加熱セクション35の出口には温度センサー33を備えており、液体の温度が検出される。一般に殺菌温度としては90〜160℃の範囲が多い。以上の最終加熱セクション35によって最終加熱工程が行われる。
殺菌温度に到達した液体は保持管4を流れる。保持管4は所定の長さを有しており、液体を所定時間保持することにより液体中の微生物等を死滅させる。
前記保持管4により保持工程が行われる。なお、液体は保持管4を流れる間に、放熱によって温度が低下することがあり、厳密に殺菌温度に維持されているとは限らないが、以下の説明においては、液体が殺菌温度に到達した後、冷却工程が行われるまでの間を保持工程とみなすものとする。
殺菌が完了した液体は、第1冷却セクション40及び第2冷却セクション50に送液される。第1冷却セクション40においては、水が水源41から水配管42に通液され、液体が冷却される。第2冷却セクション50においては、冷水が冷水源51から冷水配管52に通液され、液体がさらに冷却される。以上の第1冷却セクション40及び第2冷却セクション50により冷却工程が行われる。冷却工程が終了した液体は、殺菌液体出口6より次の工程、例えば無菌充填工程等に送液される。
なお、通常は、最終加熱セクション35においては温度センサー33の検出値に基づいて熱水循環管路37内の熱水の温度が調節され、所定の殺菌温度に自動制御されており、また、最終加熱セクション35の出口において、液体が許容される温度範囲よりも低温になった場合に、殺菌後の液体を自動的に貯留タンク2に戻す操作等が行われているが、第4図においては、これらの操作のための機器類は図示を省略している。
また、一般に、第4図のような連続式加熱殺菌装置においては、省エネルギーのために、殺菌済みの高温液体と、殺菌前の低温液体とを熱交換させる場合もある。さらに、最終加熱セクション35の他の例としては、液体に蒸気を直接吹き込んで加熱するタイプのものがあり、この場合は、第1冷却セクション40に真空チャンバーが使用され、吹き込んだ蒸気を蒸発させて液体を冷却する操作が行われる。しかしながら、前記加熱殺菌法(以下、従来技術1と記載する。)は、液体が加熱されることによって変性することが多く、特に殺菌するべき液体が食品、医薬品、これらの原材料等である場合には、加熱殺菌の過程においてある程度の風味が変化することが認知されている。
このような加熱殺菌の難点を克服するために、近年は、高圧殺菌法が開発されている。高圧殺菌法は、液体を高圧下に保持することによって微生物を殺滅する方法であり、種々の技術、例えば、特開平4−174669号、特公平6−57236号、特開平6−225707号、特開平6−327445号、特開平6−327446号、特開平8−140593号、特開平8−196249号、特開昭57−22679号、特開平4−91770号、特公平7−28706号、及び特開平5−227925号の各公報に記載された技術(以下、従来技術2と記載する。)が知られている。
また、高圧殺菌法の中でも、特に超高圧のホモジナイザーを使用する方法として特開平6−205655号に記載された技術(以下、従来技術3と記載する。)が知られている。
さらに、本発明者らは、液体を加圧した後、2分割された流路に圧送し、対抗する小孔から噴射して相互に衝突させることによって殺菌を行う殺菌方法を発明し、すでに特許出願している(特開平7−298861号、以下、従来技術4と記載する。)。
しかしながら、前記従来技術1においては、前記のとおり最終加熱セクション35として、熱媒体と液体とを伝熱壁を介して熱を譲受させる形式の熱交換器、例えばプレート式熱交換器が使用されることが多く、また、液体に蒸気を吹き込んで加熱する形式の蒸気ノズルが用いられることが多いため、次の問題点があった。
（ア）最終加熱セクション35において、伝熱壁又は蒸気ノズルに焦げ付き(スケール)が付着することが不可避であり、時間の経過と共に加熱の効率が低下する。
（イ）最終加熱セクション35が焦げ付くことにより、稼動時間が制約される。すなわち、最終加熱セクション35に焦げ付きが大量に付着した時点で殺菌処理を中止する必要があるため、長時間の連続運転が不可能である。
（ウ）特にプレート式熱交換器等の場合は、内部において液体が殺菌温度に到達するまでに温度が徐々に上昇するが、液体の温度が上昇している間の過剰な加熱によって液体の変性が進行する。
前記従来技術2の高圧殺菌法においては、一般に100MPa以上の高圧になるまで加圧する必要があるため強度の高い装置が必要であり、また処理に1分以上の長時間を要するため、総じて、投資コストが膨大であり、処理量が少なく大量生産に不適当であるという問題があった。換言すれば、前記従来技術2においては、処理圧力を低く設定すれば処理時間が長くなり、処理圧力を高く設定すれば、装置の強度が必要となり、結局、投資コストが安価でありながら大量生産に好適な装置は存在しなかったのである。
前記技術3の超高圧ホモジナイザーを使用するものにあっては、ホモ圧力が100MPaを越える超高圧であるため、専用の特殊なホモジナイザーを必要とする。また、殺菌の効果は加熱殺菌に比して劣るため、完全な滅菌を達成することは困難であり、専らジュース等のpHが低い液体を対象としている。
前記従来技術4は、以上の問題点を解決するものであるが、やや複雑な構造の装置を必要とするため、さらに簡便な方法及び装置が待望されていた。
本発明者らは、前記従来技術4について、さらに簡便な装置に改良するべく鋭意研究を続けた結果、市販のホモジナイザーを使用することにより、簡易な装置でありながらも前記の問題点を解決できることを発見し、本発明を完成させた。
本出願の目的は、最終加熱工程における焦げ付きがなく、従って長時間の連続運転が可能であり、しかも加熱による液体の変性が少ない、液体の連続式加熱殺菌方法を提供することである。
本発明の他の目的は、最終加熱工程における焦げ付きがなく、従って長時間の連続運転が可能であり、しかも加熱による液体の変性が少なく、かつ投資コスト及びランニングコストが安価であるとともに処理量が大きい液体の連続式加熱殺菌装置を提供することである。
発明の開示
本出願の第一の発明は、液体を予熱する予熱工程、予熱した液体を加熱して所定の殺菌温度に到達させる最終加熱工程、殺菌温度に到達した液体を所定時間保持する保持工程、及び保持した液体を冷却する冷却工程、を連続的に行う液体の連続式加熱殺菌方法において、最終加熱工程が次のa及びb：
a)高圧ポンプにより液体を連続的に加圧する工程；
b)加圧後10秒未満の時間内に液体を連続的に常圧に開放し、液体を所定の殺菌温度に到達させる工程
からなる液体の連続式加熱殺菌方法である。
この第一の発明は、前記工程a及びbが、ホモジナイザーにより行われること(以下、第一の態様と記載する。)、前記工程aが、50MPa以上、100MPa以下の圧力範囲に加圧するものであること(以下、第二の態様と記載する。)、及び前記工程bが、液体を90℃以上、160℃以下の温度範囲に到達させるものであること(以下、第三の態様と記載する。)を望ましい態様としている。
本出願の第二の発明は、液体を貯留する貯留タンク、この貯留タンクに貯留された液体を圧送する圧送ポンプ、この圧送ポンプにより圧送された液体を予熱する予熱セクション、この予熱セクションにより予熱された液体を連続的に加圧し10秒未満の時間内に連続的に常圧に開放して所定の殺菌温度に到達させる高圧ポンプ及び絞り弁からなる加圧開放装置、所定の殺菌温度に到達した液体を保持する保持管、及び該保持管により保持された液体を冷却する冷却セクションを備えたことを特徴とする液体の連続式加熱殺菌装置である。
この第二の発明は、保持管に設けられ加圧開放装置を出た液体の温度を検出する温度センサー、この温度センサーにより検出された検出値を予め入力された所定の殺菌温度と比較して両者を近づける操作量を算出する制御手段、この制御手段により算出された操作量に応じて加圧開放装置の加圧の程度を増減する圧力調節手段を備え、この圧力調節手段により加圧開放装置を出た液体の温度を所定の殺菌温度に自動制御すること(以下、第四の態様と記載する。)、保持管に設けられ加圧開放装置を出た液体の温度を検出する温度センサー、この温度センサーにより検出された検出値を予め入力された所定の殺菌温度と比較して両者を近づける操作量を算出する制御手段、この制御手段により算出された操作量に応じて加圧開放装置入口側の液体温度を上下させる加圧開放装置入口温度調節手段を備え、この加圧開放装置入口側の液体温度を調節することにより加圧開放装置を出た液体の温度を所定の殺菌温度に自動制御すること(以下、第五の態様と記載する。)、及び、加圧開放装置がホモジナイザーであること(以下、第六の態様と記載する。)を望ましい態様としている。
【図面の簡単な説明】
第1図は、本発明の液体の連続式加熱殺菌装置の一実施例を示す模式図であり、第2図は、本発明の液体の連続式加熱殺菌装置の別の実施例を示す模式図であり、第3図は、本発明の液体の連続式加熱殺菌装置のさらに別の実施例を示す模式図である。
第4図は、従来の液体の連続式加熱殺菌装置の一例を説明する模式図である。
第5図は、試験例2の試験試料及び対照試料を保管している間の色度の測定結果を示すグラフであり、第6図は、試験例3の試験試料及び対照試料を保管している間の、牛乳瓶内の上部におけるカルシウム濃度の経時変化を示すグラフである。
発明を実施するための最良の形態
本出願の第一の発明は、前記従来技術1の連続式加熱殺菌方法と同様に、予熱工程、最終加熱工程、保持工程、及び冷却工程からなっている。
予熱工程は、最終加熱工程の前に液体を昇温する工程である。予熱後の液体温度は、60℃以上、135℃以下の範囲が望ましい。
最終加熱工程においては、予熱した液体を高圧ポンプにより連続的に加圧し、次いで連続的に常圧に開放することによって殺菌温度に到達させる。液体が加圧された場合には、液体に圧力エネルギーが蓄えられる。その後、液体は、加圧後10秒未満、より好ましくは5秒未満で常圧に開放される。常圧に開放された液体は、圧力エネルギーが運動エネルギーに変換されて噴出し、運動エネルギーは熱となって液体の温度を上昇させるのである。この際、液体に付与された圧力エネルギーが大きいほど液体の加熱量も多くなるため、加圧の程度を増減することによって液体の温度を調節することができる。
本発明の方法においては、少なくとも液体の温度を所定の殺菌温度まで到達させる段階（即ち最終加熱工程）において、実質的に他の加熱手段を併用しないことが望ましく、また、最終加熱工程を行った後、液体が冷却されるまで、実質的に液体を加熱する工程が存在しないことが望ましい。
以上の本発明の方法を前記従来技術3と比較すれば、前記従来技術3においては、液体の加圧により高圧殺菌を行うのに対し、本発明方法においては、加圧及び開放を、専ら液体を加熱するために用いる。すなわち、本発明方法では、液体を加圧及び開放することにより液体を所定の殺菌温度に到達させる点で、前記従来技術3とは発想が異なっている。また、液体は加圧及び開放の前に適度に予熱することが必要であり、前記のとおり予熱温度は60℃以上、135℃以下の範囲が望ましい。
本発明方法では、液体を加圧した後に10秒未満、より望ましくは5秒未満の時間内に常圧に開放する。前記従来技術2においては、高圧によって微生物を殺滅するため、液体を長時間高圧に晒す必要がある。しかしながら、本発明方法では加圧及び開放の作用は加熱に利用するだけであるから、時間は10秒未満、より望ましくは5秒未満で十分である。すなわち、本発明の方法では、前記従来技術2のように高圧を長時間維持するための特殊な装置は一切必要としない。
以上の本発明方法の最終加熱工程においては、従来の熱交換器のように伝熱壁を介して熱を譲受することがなく、また蒸気ノズルによって液体に蒸気を吹き込むこともないため、伝熱壁又は蒸気ノズルが焦げ付く現象は存在しない。従って、時間の経過とともに伝熱の効率が低下することがなく、長時間の連続運転が可能となる。
また、本発明の最終加熱工程は、液体の温度上昇が急激であり、予熱温度からほぼ瞬間的に殺菌温度に到達させることができるため、殺菌温度に到達するまでの間の無駄な加熱がなくなり、液体の熱変性を最小限に抑制することができる。
以上の最終加熱工程を経て殺菌温度に到達した液体は、従来どおり所定時間保持される。保持は、液体を所定の長さの流路に通液することにより行うことが望ましい。このような保持工程によって殺菌は完全なものとされ、続く冷却工程によって液体が冷却される。
なお、本発明方法においては、省エネルギーのために、殺菌済みの高温液体と、殺菌前の低温液体とを熱交換させる熱交換工程を設けても良いが、この場合の熱交換工程は、各々予熱工程及び冷却工程に包含されるものとする。また、本発明方法の加熱殺菌方法は、前記従来技術1の加熱殺菌方法と比較すると、加熱の程度が同一であった場合には、すなわちF値が同一であった場合には、殺菌の効果が前記従来技術1の方法よりも高いことが実験的に確かめられている。
本発明の第一の態様では、このような加圧及び常圧への開放をホモジナイザーで行う。前記従来技術1(第4図参照)における低圧ホモジナイザー20は液体を均質化するために設置されており、2〜40MPaの調節が可能なものであるが、第一の態様では、さらに高いホモ圧力に設定できる装置、例えば50MPa以上、100MPa以下の範囲でホモ圧力を調節できる高圧型の装置を採用することが望ましい。すなわち、本発明方法においては、従来技術3のような特殊な超高圧ホモジナイザーを使用する必要はなく、通常市販されているホモジナイザーの中でも高圧型のものを選択すればよい。従って、本発明方法は、市販のホモジナイザーによって安価に実施することができる。
また、ホモジナイザーは回転する部材を液体に接触させて摩擦熱を与える種類の加熱装置とは異なり、液体が接する箇所には稼動部分が存在しないため構造が簡便であり、メンテナンス、ランニングコストの点で有利である。なお、液体が油脂成分を含有するものである場合には、ホモジナイザーの採用により液体の加熱と同時に均質化をも行うことができる。また、液体がカルシウム等の不溶成分を含むものである場合には、このような不溶成分の分散性を向上させることができる。この点については、後記試験例3において詳細に説明する。
本発明の第二の態様は、加圧を50MPa以上、100MPa以下の圧力範囲で行うものである。前記のとおり本発明方法は、高圧の作用によって殺菌するものではなく加熱により殺菌するものである。従って、前記従来技術2又は3のような超高圧は不要である。特に本発明方法において、仮に100MPaを越える圧力で加圧を行ったとすれば、装置の電気消費量が増加し、ランニングコストの面で不利となる可能性がある。従って、加圧は100MPa以下が望ましい。すなわち、本発明方法の作用効果を達成するために必要であって最小限の電気消費量で済む条件として、加圧を50MPa以上、100MPa以下の範囲に設定することが推奨される。
本発明の第三の態様は、殺菌温度を90℃以上、160℃以下の範囲で行うことである。一般に、前記従来技術1においては、殺菌温度が高いほど最終加熱セクション35(第4図参照)における焦げ付きが激しくなる傾向がある。従って、本発明の方法は殺菌温度が高い場合に最大限に効果を発揮できる。すなわち、本発明方法は、殺菌温度が90℃以上、160℃以下、特に120℃以上、160℃以下の範囲である場合に好適である。
本出願の第二の発明は、液体の連続式加熱殺菌装置である。以下、この第二発明の装置について説明するが、後述する実施例の要素との対応を容易にするため、本発明装置の要素には実施例の要素の符号をカッコで囲んだものを付記している。本発明装置を後述の実施例の符号と対応させて説明する理由は、本発明装置の理解を容易にするためであって、本発明装置の技術的範囲を実施例に限定するためではない。
第1図は、本発明の液体の連続式加熱殺菌装置の一実施例を示す模式図であり、第2図及び第3図は、本発明の液体の連続式加熱殺菌装置のそれぞれ別の実施例を示す模式図である。
本発明の液体の連続式加熱殺菌装置(1、1a、1b)は、貯留タンク(2)、圧送ポンプ(3)、予熱セクション(10)、及び冷却セクション(40及び50)を備えており、これらの要素は前記従来技術1の装置(第4図参照)と同様である。
本発明の装置(1、1a、1b)において、貯留タンク(2)の下流には、圧送ポンプ(3)が設けられている。圧送ポンプ(3)の型式は渦巻式ポンプであっても定量ポンプであっても良いが、定量ポンプを使用する場合は前記従来技術1と同様に、圧送ポンプ(3)の出口配管より入口配管に液体を戻す配管及び流量調節弁を設けることが望ましい。圧送ポンプ(3)の下流には予熱セクション(10)が設けられる。
予熱セクション(10)は液体を加熱して予熱する装置であり、プレート式、多管式、チューブ式、かきとり式等、種々の熱交換器を使用することができる。加熱源(11)としては、蒸気の他、温湯を例示することができる。予熱セクション(10)には予熱セクション(10)出口における液体の温度を自動制御する機器(14、15)を設けることが望ましい。また予熱セクション(10)は1台に限らず、複数の熱交換器によって段階的に予熱するものであっても良い。予熱セクション(10)の下流には加圧開放装置(30)が設けられる。
加圧開放装置(30)は、予熱された液体を連続的に加圧し、次いで加圧後10秒未満の時間内に常圧に開放する装置であり、例えば、高圧ポンプ及び絞り弁(図示せず)を備えている。この高圧ポンプ及び絞り弁により液体を所定の殺菌温度に到達させる。
本発明の装置(1、1a、1b)においては、液体を殺菌温度に到達させる手段としては、加圧開放装置(30)以外の手段を併用せず、また、加圧開放装置(30)の下流においては、液体を冷却するまでの間に実質的に液体を加熱する手段は設けないことが望ましい。
一般に、最終加熱を行う手段が、液体に熱エネルギーを伝えるもの、例えば熱交換器、蒸気吹込みノズル等である場合には、その最終加熱を行う手段に焦げ付きが生じやすい。これに対して、本発明装置は、液体にエネルギーを加えるだけのものであるから、ほとんど焦げ付きは生じない。
加圧開放装置(30)は、例えば、絞り弁の開度の大小、高圧ポンプの回転数の増減等によって加圧の程度を変更することができる。従って、加圧開放装置(30)は、このような絞り弁の開度、高圧ポンプの回転数等を調節するための圧力調節手段(31)を備えていることが望ましい。このような圧力調節手段(31)としては、特に絞り弁の開度を油圧の力で調節できる油圧制御ユニット(31)が望ましい。
本発明装置に用いる加圧開放装置(30)としては、少なくとも50MPa以上、望ましくは100MPa以下の加圧能力を備えているものが望ましい。仮に100MPaを越える加圧を行った場合には、電気使用量が増加するため、ランニングコストが上昇する問題があるためである。また、加圧開放装置(30)を流れる液体は殺菌前の液体である。従って、前記従来技術1において低圧ホモジナイザー20(第4図参照)を最終加熱セクション35の下流に設けた場合のように、高圧ポンプに無菌仕様のものを採用する必要はなく、通常仕様のもので十分である。この点においても、本発明の装置は投資コスト及びランニングコストが安価となる。
加圧開放装置(30)の下流には、保持管(4)が設けられる。この保持管(4)は加圧開放装置(30)から冷却セクション(40及び50)へ至るまでの管路である。保持管(4)の長さの長短、及び液体の流量により、液体を保持する時間を調整することができる。保持管(4)の長さは適宜決定することが可能である。
以上の加圧開放装置(30)及び／又は保持管(4)は、放熱による熱ロスを可及的に抑制するため、断熱材で囲繞することが望ましい。また、断熱材の下層に電気ヒーター等を設けて、熱損失を補う操作を行っても良い。このようにすれば、装置(1、1a、1b)を立ち上げる際に、熱的に安定した状態に迅速に到達させることができる。
冷却セクション(40及び50)は、液体を冷却できるものであれば如何なるものでも良く、プレート式、多管式、チューブ式、かきとり式等の種々の熱交換器を使用することができる。また冷却セクション(40及び50)は、1台に限られず、複数の熱交換器(40及び50)により段階的に冷却するものであっても良い。
なお、本発明の装置(1、1a、1b)には、省エネルギーのために、殺菌済みの高温液体と殺菌前の低温液体とを熱交換させる熱交換セクション(図示せず)を設けても良いが、この場合の熱交換セクションは予熱セクション(10)及び冷却セクション(40及び50)の一部とみなすことができる。
以上のような本発明の装置(1、1a、1b)は、従来技術1のように熱交換器の伝熱壁又は蒸気ノズルが焦げ付くことがないため、時間の経過とともに伝熱の効率が低下することがなく、長時間の連続運転が可能となる。また、加圧開放装置(30)においては、ほぼ瞬間的に温度が上昇することから、殺菌温度に到達するまでの間の無駄な加熱がなくなり、この結果、液体の熱変性が少ない。
本発明の第四及び第五の態様は、前記本発明の連続式加熱殺菌装置(1、1a、1b)に、自動制御手段(15、31、33、及び60〜62)を配設した装置である。
本発明の第四の態様では、温度センサー(33)及び制御手段(60)を備えている。温度センサー(33)は保持管(4)に設けられており、加圧開放装置(30)を出た液体の温度を検出する。温度センサー(33)の種類は熱電温度計、抵抗温度計等、如何なるものでも良いが、温度を電気的に検出できることが必要である。制御手段(60)は、温度センサー(33)により検出された検出値を、予め入力された殺菌温度の目標値と比較して、両者が一致する方向に向かう操作量を算出する手段である。圧力調節手段(31)は、制御手段(60)によって算出された操作量に応じて、加圧開放装置(30)の加圧の程度を増減し、加圧開放装置(30)を出た液体の温度を調整する手段である。圧力調節手段(31)の例としては、高圧ポンプの回転数を調節するインバーター等を例示できるが、絞り弁(図示せず)の開度を調節する油圧制御ユニット(31)が望ましい。
以上のように、加圧開放装置(30)における加圧の程度を増減することにより、加圧開放装置(30)の出口温度が、予め入力設定された目標値(即ち、所定の殺菌温度)に自動制御される。
本発明の第五の態様は、加圧開放装置(30)の入口側の液体の温度を増減することにより、加圧開放装置(30)の出口側の液体の温度を調節し、所定の殺菌温度に自動制御する装置である。すなわち、第五の態様は、前記第四の態様と同様に温度センサー(33)及び制御手段(60)を備えているが、他に加圧開放装置入口温度調節手段(15)を備えている。この加圧開放装置入口温度調節手段(15)の例としては、例えば、加圧開放装置(30)の入口温度が予熱セクション(10)によって決定される場合にあっては、その予熱セクション(10)の加熱量を調節する装置(15)を例示することができる。特に、その予熱セクション(10)が蒸気によって液体を加熱する熱交換器である場合には、蒸気量を調節する蒸気調節弁(15)を例示することができる。この場合は、制御手段(60)によって算出された操作量は、蒸気調節弁(15)に出力される。すなわち、制御手段(60)が蒸気調節弁(15)の開度を決定し、予熱セクション(10)における液体の加熱量を増減し、加圧開放装置(30)の入口側の温度を上下させる。このように加圧開放装置(30)の入口側の温度を増減することによって、出口側の温度を所定の殺菌温度に自動制御する。
以上の第四の態様における加圧開放装置(30)の加圧の程度を、また第五の態様における加圧開放装置(30)の入口側の温度を、各々所定の目標値に制御するローカルな自動制御機器(図示せず)を備えても良い。この場合は、これらのローカルな自動制御機器に対して前記制御手段(60)が操作の目標値を出力するカスケードタイプの制御とすることができる。すなわち、制御手段(60)は、機能毎に別体に構成されても良く、また一体に構成されても良い。例えば、前記ローカルな自動制御機器と制御手段(60)とをまとめて、本発明装置の制御手段(60)と見なすこともできる。なお、前記第四の態様と第五の態様とは併用することもできる。
本発明の第六の態様は、前記加圧開放装置(30)がホモジナイザー(30)であることを特徴とする装置である。前記従来技術1の説明において記載したとおり、一般にホモジナイザー(30)は高圧ポンプとホモバルブを備えているが、この第六の態様では、ホモバルブは前記本発明の絞り弁であり、ホモ圧力は前記「加圧開放装置の加圧の程度」である。ホモジナイザー(30)は、例えば50MPa以上、100MPa以下の範囲でホモ圧力を調節できる高圧型の装置を採用することが望ましい。なお、液体が油脂成分を含有するものである場合には、ホモジナイザー(30)には液体を均質化する作用があるため、原則として他の均質化装置を設ける必要はないが、設けても良い。
以上のとおりの本発明の連続式加熱殺菌方法及び装置により処理される液体は如何なるものでも良いが、液体が食品、医薬品又はこれらの原料である場合が、本発明の効果を最も発揮できるので、特に望ましい。また、処理される具体的な食品としては、水、牛乳、果汁、酒類等の比較的低粘度の液体の他に、ペースト状等の高粘度のものであっても良く、少なくとも管路を流すことができるものであれば、本発明を適用することができる。
次に試験例を示し、本発明を詳しく説明する。
試験例1
この試験は、本発明による加熱殺菌の効果を確認するために行った。
(1)試験装置
試験装置を第1図(後記実施例1参照)に基づいて製作した。すなわち、第1図において、貯留タンク2として小型タンク(容量7リットル)を採用し、圧送ポンプ3(ヤスダファインテ社製。30l／h型)、予熱セクション10並びに第1冷却セクション40及び第2冷却セクション50として各々小型チューブ式熱交換器、加圧開放装置として高圧ホモジナイザー30(APV社製。8−30型)を各々採用した。これらの機器を第1図にしたがって内径4mmの小径配管で各々連結し、試験装置とした。
(2)試料の調製
10℃の未殺菌牛乳7lを貯留タンク2に受け、圧送ポンプ3により8l／hの供給量で予熱セクション10に送り、高圧ホモジナイザー30の入口圧力を0.3MPa、出口圧力を0.5MPaに調節して殺菌し、第一冷却セクション40及び第二冷却セクション50を介して約5℃まで冷却した。この処理において、予熱温度を110〜130℃の範囲で段階的に変更し、ホモ圧力を50〜100MPaの範囲で段階的に変更し、殺菌温度を135〜150℃の範囲で段階的に変更し、表1に示す種々の殺菌条件による試料1〜7を調製した。
また、対照試料1は前記の未殺菌牛乳と同一のものを、通常のプレート式殺菌機(森永エンジニアリング社製。MAU200l／h型。第4図参照。)により140℃、2秒間の条件で殺菌し、冷却し、調製した。対照試料2は、同様に、直接蒸気吹き込み式殺菌機(森永エンジニアリング社製。MDU200l／h型)により150℃、2秒間の条件で殺菌し、冷却し、調製した。
(3)殺菌の効果、タンパク質変性度及び風味の比較
(a)殺菌の効果
試料1〜7及び対照試料について、標準平板培養法(厚生省生活衛生局監修、「食品衛生小六法平成7年版」、第133〜135ページ、平成6年8月25日)により生菌数を測定し、また細菌試験(厚生省生活衛生局監修、「食品衛生小六法平成7年版」、第581ページ、平成6年8月25日)により無菌性の確認を行った。
(b)タンパク質変性度
試料1〜7及び対照試料について、次の方法により乳清蛋白態窒素を測定し、タンパク質が変性した程度の指標とした。
50ml遠沈管に各試料を採取して塩化ナトリウムを添加し、塩析して濾過する。その濾液に酢酸を添加し、その濁度を分光光度計(日立製作所社製。U−2000型ダブルビーム)を用いて420nmで吸光度測定し、検量線から乳清蛋白態窒素を算出した。
(c)風味
男女20人のパネラーにより、各試料の風味試験を行い、次の4段階で評価を行い、各試料の平均値を算出し、試験した。
加熱臭無く生っぽい：  ＋2点
加熱臭少なく生っぽい：＋1点
加熱臭有りやや不良：  −1点
不    良：            −2点
(4)試験結果
この試験の結果は表1に示すとおりである。表1において、「細菌試験」の欄における「−」は、陰性であったことを示す符号である。
表1から明らかなとおり、全ての試料について生菌数は0であり、細菌試験の結果も陰性であった。また、風味点については試料1〜7は対照試料1及び2に比して総じて良好であり、特に試料1〜3は極めて良好な結果となっていた。また、蛋白質の変性度は、試料1〜3の変性の程度が少なく、風味点の結果と一致していた。
この結果、本発明の連続式加熱方法及び装置は、従来と同様に安全、かつ確実に液体を殺菌し得ることが認められた。しかも、液体の熱による劣化が少ないことが判明した。なお、液体の種類、殺菌温度及び保持時間、ホモ圧力及び予熱温度等を種々変更して同様の試験を行ったが、ほぼ同様の結果を得た。
0003674685.tif 000002
試験例2
この試験は、本発明による加熱殺菌方法及び従来のプレート式殺菌方法により殺菌された製品(抹茶乳飲料)の品質を比較するために行った。
(1)試験装置
試験装置を第1図(後記実施例1参照)に基づいて製作した。すなわち、第1図において貯留タンク2としてのタンク(容量130リットル)を採用し、圧送ポンプ3(ヤスダファインテ社製。200l／h)、予熱セッション10並びに第一冷却セッション40及び第二冷却セッション50として各々プレート式熱交換器を採用し、加圧開放装置30として高圧ホモジナイザー(APV社製。Rannie12・51H)を採用した。これら機器を第1図に従って内径8mmの配管で各々連結し、試験装置とした。
(2)試料の調製
脱脂粉乳6.0kg、無塩バター0.7kg、液糖6.0kg、抹茶0.5kg及び市販の安定剤0.3kgを溶解水86.5kgを混合し、抹茶乳飲料100kgを得た。この抹茶乳飲料100kgを、前記試験装置の貯留タンク2(第1図参照、以下同じ。)に10℃で保持し、圧送ポンプ3により200l／hの供給量で予熱セッション10に送り、高圧ホモジナイザー30において、入口温度120℃、入口圧力を0.4MPa、出口圧力を0.7MPa、ホモ圧力を90MPa、出口側における温度(殺菌温度)を140℃、保持時間を2秒に各々設定して殺菌した。また第一冷却セクション40及び第二冷却セクション50を介して5℃まで冷却し、試験試料とした。一方、前記抹茶乳飲料を、従来のプレート式殺菌機(森永エンジニアリング社製。MAU200l／h型。第4図参照。)により140℃、2秒で殺菌し、冷却し、対照試料とした。
(3)試験方法
(a)殺菌効果
試験試料及び対照試料について、前記試験例1と同一の標準平板培養法により生菌数を測定し、前記試験例1と同一の細菌試験により無菌性の確認を行い、また試験試料及び対照試料を37℃の恒温室に5日間保存し、のち同様に生菌数の測定及び細菌試験を行った。
(b)外観
試験試料及び対照試料を冷蔵保管し、保管中の両試料について、色差計(日本電色工業社製。SZ−Σ80)を用いて色度を測定した。
(c)風味
男女各15人のパネラーにより、試験試料及び対照試料の風味を以下の3項目について比較評価した。
項目1：どちらが抹茶の香りが強いか？
項目2：どちらの加熱臭が少ないか？
項目3：どちらが美味しいか？
各項目について、試験試料又は対照試料の各々について、他方より高く評価したパネラーの人数を集計した。なお、集計の際に、「どちらともいえない」と回答したパネラーは除外した。
(4)試験結果
この試験の結果は、次のとおりであった。
(a)殺菌効果
殺菌効果については、両試料ともに生菌数は0であり、細菌試験の結果も陰性であった。また、この結果は、37℃の恒温室に5日間保存した後であっても同様であった。従って、殺菌効果については、いずれの殺菌方法であっても十分であった。
(b)外観
外観の試験結果は第5図に示すとおりである。第5図は、試験例2の試験試料及び対照試料を保管している間の色度の測定結果を示すグラフである。第5図(A)は、L*a*b*表色系で示される色差のaの値の測定結果を示すグラフであり、第5図(B)は、同じくbの値の測定結果を示すグラフである。第5図(A)において縦軸はaの値を示し、横軸は両試料を保管した経過日数を示す。また第5図(B)においては縦軸はbの値を示し、横軸は両試料を保管した経過日数を示す。第5図(A)及び(B)において、●は試験試料の測定結果を示し、◯は対照試料の測定結果を示す。なお、aの値は小さいほどグリーンの色調が強いことを示し、bの値は大きいほどイエローの色調が強いことを示している。従って、aの値は小さいほど抹茶の色が濃いことを意味し、bの値は大きいほど褐変が激しいことを意味する。
第5図(A)からは、試験試料(●)は対照試料(◯)よりもaの値が小さく、抹茶の色が濃いことが明らかである。また、第5図(B)からは、試験試料(●)は対照試料(◯)よりもbの値が小さく、褐変が少ないことが明らかである。この結果、外観については、試験試料は対照試料よりも良好であることが明らかになった。
(c)風味
風味の試験結果は表2に示すとおりである。表2から明らかなとおり、項目1〜3の全てについて、試験試料を対照試料よりも上位と判断したパネラーが多かった。この試験の結果、本発明の方法によって殺菌した製品は、従来の方法によって殺菌した製品と比して、殺菌効果は同等であるが、外観及び風味のいずれにおいても優れていることが判明した。
0003674685.tif 000003
試験例3
この試験は、本発明による加熱殺菌方法及び従来のプレート式殺菌方法により殺菌された製品(カルシウム強化乳)の品質を比較するために行った。
(1)試験装置
前記試験例2と同一の試験装置を使用した。
(2)試料の調製
脱脂粉乳10.4kg、無塩バター2.4kg、及びミルクカルシウム0.2kgを溶解水87.0kgに溶解して冷却し、10℃の未殺菌カルシウム強化乳100kgを得た。このカルシウム強化乳を貯留タンク2に投入し、圧送ポンプにより200l／hの供給量で余熱セッションに送り、高圧ホモジナイザーの入口温度110℃、圧力を0.4MPa、及び出口圧力を0.7MPaに調節して殺菌し、第一冷却セクション及び第二冷却セクションを介して5℃まで冷却した。この際、ホモ圧力は90MPa、高圧ホモジナイザー出口側における温度(殺菌温度)及び保持時間は130℃、2秒に設定した。冷却した殺菌カルシウム強化乳を牛乳瓶に充填し、試験試料とした。
一方、未殺菌カルシウム強化乳を、従来のプレート式殺菌機の試験装置(処理能力200l／h。森永エンジニアリング社製)を使用して、常法により130℃、2秒の条件で殺菌し、冷却し、殺菌カルシウム強化乳を得た。この殺菌カルシウム強化乳を牛乳瓶に充填し、対照試料とした。
(3)試験方法
試験試料及び対照試料を5℃の冷蔵庫に7日間静置し、殺菌当日、3日目、及び7日目の各日について、各々次の項目を試験した。
(a)カルシウム強化乳上部への脂肪の浮上
試験試料及び対照試料について、牛乳瓶内のカルシウム強化乳の上部の状態を肉眼で観察し、脂肪が浮上しているか否かを確認した。
(b)牛乳瓶底部における沈殿物の有無
試験試料及び対照試料について、牛乳瓶からカルシウム強化乳を静かに流出させ、牛乳瓶の底部に沈殿物が発生しているか否かを肉眼により確認した。
(c)牛乳瓶の側壁部への固形物の付着
前記(b)の観察の際に、牛乳瓶の側壁部に固形物が付着しているか否かについても同時に肉眼により確認した。
(d)カルシウム濃度
牛乳瓶の液面から40mm下の位置でカルシウム強化乳をサンプリングし、カルシウム濃度をカルシウムマグネシウムカウンタ(平沼産業社製。CM−212)により測定した
(4)試験結果
この試験の結果は、次のとおりであった。
(a)カルシウム強化乳上部への脂肪の浮上
脂肪の浮上に関する試験結果は、表3に示すとおりである。表3は、試験試料及び対照試料の牛乳瓶について、上部に脂肪が発生しているか否かを肉眼で観察した結果を示す表である。表3において、符号の意味は次のとおりである。
−  ：まったく確認されなかった
±  ：僅かな量を確認した
＋  ：明らかな量を確認した
＋＋：多くの量を確認した
なお、後記の表4及び表5においても符号の意味は同様である。
表3から明らかなとおり、試験試料は殺菌当日、3日目及び7日目のいずれにおいても、牛乳瓶内の上部に脂肪が浮上することはなかったが、対照試料は3日目には明らかに脂肪の浮上が見られ、7日目には大量の脂肪が浮上した。この結果から、本発明方法によって殺菌されたカルシウム強化乳は、従来技術によるものに比して、脂肪球の分散状態が良好であることが明らかとなった。
0003674685.tif 000004
(b)牛乳瓶底部における沈殿物の有無
沈殿物に関する試験結果は表4に示すとおりである。表4は、試験試料及び対照試料の牛乳瓶について、牛乳瓶の底部における沈殿物の有無を観察した結果を示す表である。表4から明らかなとおり、牛乳瓶の底部における沈殿物の発生について、試験試料は殺菌当日は発生しておらず、3日目に若干発生し、7日目に発生が明らかとなったのに対し、対照試料は3日目には沈殿物の発生が明らかとなり、7日目には大量の沈殿物が発生していた。
なお、試験試料に発生した沈殿物は、牛乳瓶に水を注入し、手で振盪した結果、簡単に水の中に分散した。しかしながら対照試料に発生した沈殿物は、同様に振盪しても、ほとんど分散しなかった。
これらの結果から、本発明の方法によって殺菌したカルシウム強化乳は、従来技術によるものに比して、カルシウムの分散状態が良好であり、沈殿物の再分散も容易であることが明らかとなった。
0003674685.tif 000005
(c)牛乳瓶の側壁部への固形物の付着
牛乳瓶側壁部の固形物に関する試験結果は表5に示すとおりである。表5は、試験試料及び対照試料の牛乳瓶について、側壁部に固形物が付着したか否かを観察した結果を示す表である。
表5から明らかなとおり、試験試料では殺菌当日、3日目、及び7日目のいずれにおいても牛乳瓶側壁部の固形物付着が認められなかったのに対し、対照試料では殺菌当日、3日目、及び7日目のいずれにおいても、牛乳瓶側壁部に大量の固形物の付着が認められた。この結果から、本発明の方法によって殺菌したカルシウム強化乳は、従来技術によるものに比して、カルシウムの分散状態が良好であることが、さらに明らかとなった。
0003674685.tif 000006
(d)カルシウム濃度
カルシウム濃度に関する試験結果は第6図に示すとおりである。第6図は、試験試料及び対照試料を保管している間の牛乳瓶内の上部におけるカルシウム濃度の経時変化を示すグラフである。第6図において、横軸は経過日数(日)、縦軸はカルシウム濃度(mg／100ml)を示し、第6図の中の●は試験試料を、◯は対照試料を示す。
第6図から、試験試料(●)は対照試料(◯)に比してカルシウムの濃度が安定しており、カルシウムの沈降が少ないことが明らかである。
以上の各結果から、本発明をカルシウム強化乳の殺菌に適用した場合には、従来の技術に比して、殺菌されたカルシウム強化乳の脂肪の浮上、牛乳瓶底部における沈殿、及び牛乳瓶側壁部への固形分の付着が少なく、総じて脂肪球及びカルシウムの分散状態が良好であることが判明した。また、牛乳瓶上部におけるカルシウム濃度の減少が少なく、カルシウムの沈降が少ないことが判明した。
この試験の結果、本発明方法は、従来の殺菌技術に比して、カルシウム等の不溶成分を含有する液体を殺菌する場合に特に好適であることが判明した。
次に、実施例を示して本発明を詳細に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
実施例1
第1図は、本発明の液体の連続式加熱殺菌装置の一実施例を示す模式図である。第1図において、前記第4図と同一の要素には第4図と同一の符号を付し、それらの詳細な説明は省略する。
第1図において、本発明の連続式加熱殺菌装置1は、貯留タンク2(ステンレス製、20t型)、及び圧送ポンプ3(ヤスダファインテ社製。ギヤー型)を備えており、予熱セクション10、第1冷却セクション40、及び第2冷却セクション50(いずれもプレート式熱交換器。森永エンジニアリング社製)を備えている。貯留タンク2の出口部分には水運転を行うための水供給口が接続されているが、第1図では図示を省略している。予熱セクション10の下流には高圧ホモジナイザー30(APV社製。45.175H型。処理能力8t／h、ホモ圧力調整範囲5〜100MPa)を備えている。高圧ホモジナイザー30は油圧制御ユニット31及びバイパス配管32を有しているが、これらの機能は前記第4図における油圧制御ユニット21及びバイパス配管22と同様である。高圧ホモジナイザー30の下流には保持管4を介して第1冷却セクション40及び第2冷却セクション50が設けられている。第2冷却セクション50の下流には背圧弁5が設けられ、殺菌液体出口6に至る。なお、第1図の連続式加熱殺菌装置1においては、液体を殺菌する前段階で管路を事前に殺菌するための配管及び機器類、並びに液体を殺菌した後に管路を洗浄するための配管及び機器類が設けられているが、いずれも図示を省略している。また、配管内の圧力又は液体温度を視認するための各種圧力計及び温度計、並びに各所の圧力、温度等を自動制御するための機器類が設けられているが図示を省略している。
次に、第1図に示した連続式加熱殺菌装置1の作用を説明する。貯留タンク2に貯留された液体は、圧送ポンプ3によって予熱セクション10に送液される。予熱セクション10において液体は所定の予熱温度まで予熱され、高圧ホモジナイザー30に送液される。圧送ポンプ3は、前記従来技術1と同様、出口配管より入口配管に液体を戻す配管及び流量調節弁を設けているが第1図においては図示を省略している。この図示しない配管及び流量調節弁により、圧送ポンプ3は、高圧ホモジナイザー30までの管路を昇圧する機能を有しており、高圧ホモジナイザー30の入口側の配管内圧(入口圧力)を自由に設定することができる。
高圧ホモジナイザー30に流入した液体は、直ちに加圧され、次いでホモバルブ(図示せず)を介して常圧に開放される。この加圧から開放までの時間は約2秒である。そしてこの加圧及び開放の過程で、高圧ホモジナイザー30の機械的エネルギーが熱エネルギーに変換され、液体が加熱されて所定の殺菌温度に到達される。
液体は保持管4を通過して保持され、第1冷却セクション40及び第2冷却セクション50によって冷却され、背圧弁5を介して殺菌液体出口6より次工程に向けて送液される。なお、背圧弁5によって、高圧ホモジナイザー30の出口側の配管内圧(出口圧力)を調節することができる。
実施例2
前記実施例1の連続式加熱殺菌装置1を使用した、牛乳の連続式加熱殺菌方法の実施例について説明する。
実施例1の連続式加熱殺菌装置1において、貯留タンク2の出口より殺菌液体出口2に至る全ての管路に熱水を循環させて管路内を殺菌した後、貯留タンク2の出口部分より管路内に水を導入し、熱的に安定するまで水運転を行った。貯留タンク2に10℃の未殺菌牛乳20tを貯留し、貯留タンク2より未殺菌牛乳を流し、殺菌を開始した。未殺菌牛乳を圧送ポンプ3で予熱セクション10に圧送し、温度センサー14及び蒸気調節弁15により予熱セクション10の出口温度を調節して115℃に自動制御した。この際、圧送ポンプ3の吐出圧力を調整し、高圧ホモジナイザー30の入口圧力を0.3MPaに設定した。
高圧ホモジナイザー30では、油圧制御ユニット31によりホモバルブを油圧で調整し、ホモ圧力を100MPaに調節し、高圧ホモジナイザー30の出口側における牛乳の温度を140℃に設定した。この際、背圧弁5を調整し、高圧ホモジナイザー30の出口圧力を0.5MPaに維持した。高圧ホモジナイザー30を出た後、冷却セクション40に至るまでの時間を、保持管4の長さ及び牛乳の流量から算出したところ、2秒であった。
第1冷却セクション40に20℃の水道水を通液し、第2冷却セクション50に3℃のチルド水を通液し、殺菌された牛乳を5℃まで冷却し、最終的に殺菌牛乳19.9tを得た。
殺菌牛乳について、光学顕微鏡により脂肪球を観察した結果、脂肪球は細かく、十分に均質化されていることが確認された。また、前記試験例1と同様に生菌数の測定を行ったが、細菌は検出されなかった。
実施例3
前記実施例1の連続式加熱殺菌装置1を使用した、コーヒー乳飲料の連続式加熱殺菌方法について説明する。
(1)コーヒー乳飲料の調製
脱脂粉乳420kg、無塩バター180kg、液糖280kg、及び市販の安定剤20kgを溶解水3600kgに添加して混合し、乳成分液4500kgを製造した。得られた乳成分液に、別途抽出したコーヒー抽出液500kgを混合し、コーヒー乳飲料5000kgを得た。
(2)加熱殺菌
10℃のコーヒー乳飲料5000kgを貯留タンク2に投入し、前記実施例2と同様の手順でコーヒー乳飲料の殺菌を行った。
予熱温度110℃、高圧ホモジナイザー30の入口圧力0.3MPa、高圧ホモジナイザー30のホモ圧力100MPa、殺菌温度135℃、高圧ホモジナイザーの出口圧力0.5MPa、冷却後温度5℃の条件で、殺菌コーヒー乳飲料4900kgを得た。
この殺菌コーヒー乳飲料について、実施例2と同様に脂肪球を観察したところ、十分に均質化されていることが確認され、また、前記実施例1と同様に生菌数の測定を行ったが、細菌は検出されなかった。
実施例4
前記実施例1の連続式加熱殺菌装置1を使用した、連続式加熱殺菌方法の他の実施例(経口流動食の実施例)について説明する。
(1)経口流動食の調製
カゼインナトリウム500kg、大豆油200kg、デキストリン1200kg、市販の安定剤25kg、市販の乳化剤10kg、及び炭酸カルシウム5kgを溶解水8060kgに添加して混合し、経口流動食10tを得た。
(2)加熱殺菌
10℃の経口流動食10tを貯留タンク2に投入し、前記実施例2及び3と同様の手順で経口流動食の殺菌を行った。
予熱温度125℃、高圧ホモジナイザー30の入口圧力0.3MPa、高圧ホモジナイザー30のホモ圧力100MPa、殺菌温度150℃、高圧ホモジナイザー30出口圧力0.5MPa、冷却後温度5℃の条件で、殺菌経口流動食9.9tを得た。
殺菌経口流動食について、実施例2及び3と同様に脂肪球を観察したところ、十分に均質化されていることが確認され、また、前記試験例1と同様に生菌数の測定を行ったが、細菌は検出されなかった。
実施例5
前記試験例2で使用した本発明の小型の連続式加熱殺菌装置を用いたミルクティーの連続殺菌の実施例について説明する。
(1)ミルクティーの調製
脱脂粉乳35.0kg、無塩バター10.0kg、液糖30.0kg、紅茶抽出液250.0kg、及び市販の安定剤2.0kgを溶解水173.0kgに混合溶解し、ミルクティー500kgを得た。
(2)装置
前記試験例2で使用した本発明の試験装置(処理量200l／h型)を用いた。
(3)加熱殺菌
ミルクティー500kgを、試験装置の貯留タンク2に10℃で保持し、圧送ポンプ3により200l／hの供給量で予熱セッション10に送り、高圧ホモジナイザー30において、入口温度120℃、入口圧力を0.4MPa、出口圧力を0.7MPa、ホモ圧力を90MPa、出口側における温度(殺菌温度)を140℃、保持時間を2秒に各々設定して殺菌した。また第一冷却セクション40及び第二冷却セクション50を介して5℃まで冷却した。
この殺菌条件で連続的に約2時間運転したところ、高圧ホモジナイザー30の入口圧力及び出口圧力の値には特に変化はなく、殺菌ミルクティー480kgを安定して得ることができた。
比較例
前記実施例5と同一のミルクティー500kgを、従来のプレート式殺菌機の試験装置(200l／h型。森永エンジニアリング社製、第4図参照。)を使用して以下のとおりに殺菌した。
ミルクティー500kgを、第4図で示した従来のプレート式殺菌機の貯留タンク2に10℃で保持し、圧送ポンプ3により200l／hの供給量で予熱セッション10に送り、低圧ホモジナイザー20においてホモ圧力を15MPaに設定し、最終加熱セクション35における温度(殺菌温度)を140℃、保持時間を2秒に各々設定して殺菌した。また第一冷却セクション40及び第二冷却セクション50を介して5℃まで冷却した。なお、事前に、最終加熱セクション35の前後に圧力ゲージを設け、運転中の最終加熱セクション35の圧力損失を測定した。
以上の条件で、連続運転した結果、約30分後に最終加熱セクション35の圧力損失が増大し始め、約1時間後に圧力損失が急増し、運転を続けることが困難となり、運転を中止せざるをえなくなった。
その後、十分に水運転を行った後、停止し、最終加熱セクション35のプレート式熱交換器を分解して内部を点検したところ、各プレートの伝熱面に大量の焦げが付着していた。
この比較例から、従来のプレート式殺菌機では長時間の連続運転が困難であったところが、本発明の方法又は装置によれば、従来よりも遥かに長時間の連続運転が可能となることが判明した。
実施例6
第2図は、本発明の液体の連続式加熱殺菌装置の別の実施例を示す模式図である。第2図において、前記第1図又は第4図と同一の要素には第1図又は第4図と同一の符号を付して詳細な説明は省略する。
第2図において、連続式加熱殺菌装置1aは、保持管4に温度センサー33(抵抗温度計、市販品)を備えている。温度センサー33の出力線61は制御コントローラー60(森永乳業社製。スタジオーネ)に結線されており、制御コントローラー60の出力線62は油圧制御ユニット31に結線されている。温度センサー33により液体の温度が検出され、検出値が制御コントローラー60に入力される。制御コントローラー60には、予め殺菌温度の目標値が設定されており、この目標値と、温度センサー33から入力された検出値とを比較し、両者を一致させるための操作量を算出する。
算出された操作量は、油圧制御ユニット31に出力され、ホモ圧力が調整される。油圧制御ユニット31は、油圧ポンプ及び油圧バルブ(図示せず)を備えており、油圧を調整することによりホモ圧力が調整される。ホモ圧力を増加すればホモジナイザー30を出た液体の温度は上昇し、ホモ圧力を減少させれば液体の温度は低下する。このようにして、ホモジナイザー30を出た液体の温度は所定の殺菌温度に自動制御される。
なお、制御コントローラー60は、温度センサー33の検出値を表示して記録し、殺菌が正常に行われているか否かを監視しかつ記録する機能を有する。
実施例7
第3図は、本発明の液体の連続式加熱殺菌装置のさらに別の実施例を示す模式図である。第3図において、前記第1図、第2図及び第4図と同一の要素にはそれらの図面と同一の符号を付して詳細な説明を省略する。
第3図において、連続式加熱殺菌装置1bは、制御コントローラー60の出力線62が予熱セクション10の蒸気調節弁15に結線されている。制御コントローラー60において算出された操作量は、蒸気調節弁15に出力され、予熱セクション10における加熱量が調整される。すなわち、蒸気調節弁15の開度が上がれば予熱セクション10の出口における液体温度が上昇し、ホモジナイザー30入口における液体の温度が上昇し、この結果、ホモジナイザー30を出た液体の温度が上昇する。また、蒸気調節弁15の開度が下がれば予熱セクション10の出口における液体温度が下降し、ホモジナイザー30入口における液体の温度が下降し、この結果、ホモジナイザー30を出た液体の温度も下降する。このようにして、ホモジナイザー30を出た液体の温度は所定の殺菌温度に自動制御される。
産業上の利用可能性
本発明の連続式加熱殺菌方法及び装置は、最終加熱工程における焦げ付きがなく、従って長時間の連続運転が可能であり、しかも加熱による液体の変性が少なく、かつ投資コスト及びランニングコストが安価であるとともに処理量が大きいことから、各種の液体、特に食品加工分野等において液状食品及びペースト状食品を加熱殺菌するのに適している。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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