(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
最高５０重量％の脂肪含量を有する脂肪性の液状水性天然製品の均質化方法であって、該液状水性天然製品が圧力１０〜１００バール及び処理量最高１００ｍ3／時間で単一段または多段ノズル分散装置を通して流動され、かつ、該装置が５０個以上のノズルの孔を有し、さらに、ノズルの孔の水力学的直径が０．１〜１ｍｍであり、そして各ノズル孔の領域における通過速度が１０〜２００ｍ／秒であるようにすることを特徴とする均質化方法。
【請求項２】
液状水性天然製品が乳製品またはクリーム製品であることを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項３】
液状水性天然製品が圧力２０〜８０バールでノズル分散装置を通して流動されることを特徴とする請求項１または２記載の方法。
【請求項４】
ノズル分散装置が１００個以上のノズルの孔を有することを特徴とする請求項１〜３にいずれかに記載の方法。
【請求項５】
ノズルの孔の水力学的直径が０．２〜０．７ｍｍであることを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項６】
均質化を行う際の液状水性天然製品の温度上昇が最高３℃であることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の方法。
【請求項７】
処理温度が８０℃以下であることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の方法。
【請求項８】
ノズルの開口部の区域の領域において導入される容積関連エネルギー密度が１０6〜１０8Ｊ／ｍ3であることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本発明は脂肪性の液状天然製品、特に脂肪含量が最高５０重量％の乳製品またはクリーム製品、例えば牛乳、羊の乳、または山羊の乳等の製品を均質化するための装置および温和な方法に関する。
【０００２】
牛乳の均質化は多くの出版物および論文に記載されている。ドイツ、Ｄｕｅｓｓｅｌｄｏｒｆ，ＶＤＩ−Ｖｅｒｌａｇ  １９８７年発行、Ｈ．Ｅｉｂｅｌ著、「種々の段階の脂肪含有量をもつ乳脂製品の高圧均質化に関する研究」と題するＦｏｒｔｓｃｈｒ．−Ｂｅｒ，ＶＤＩ  ｓｅｒｉｅｓ  ３  Ｎｏ．１３６  記載の論文は、この分野における従来法の広範な総説となっている。
【０００３】
技術的な応用分野に従って選ばれた極めて一般的な種々の均質化の方法は、水／油または油／水の乳化液に対する均質化の技術において使用されている。
【０００４】
医薬品の水中油乳化液を製造するための二段階法はヨーロッパ特許１０１００７  Ａ２号に記載されており、この方法においては油および水の予め分散させられた予備乳化液を２バールないし最高５０バールの圧力下において相を逆転させながら分散ノズルの中で細かく分散させる。
【０００５】
分散物を製造するのに適した分散機の選択および比較は多くの出版物、例えば米国ニューヨーク、ＢａｓｅｌのＤｅｋｋｅｒ社１９８３年発行、Ｂｅｃｈｅｒ，Ｐ．著、「Ｅｎｃｙｃｌｏｐｅｄｉａ  ｏｆ  Ｅｍｕｌｓｉｏｎ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ」に記載されている。
【０００６】
同様に、容積関連出力量の程度に従って分散機が選択されることも記載されている。容積関連出力量が高い分散機、例えば高圧均質化装置は１μｍよりも小さい極めて細かい乳化液をつくることが要求される。このような細かい乳化液はローター／ステーター機を用いないで製造することはできない。
Ｈ．Ｅｉｂｅｌによる上記のＶＤＩレポートには、乳、特に牛乳を均質化する場合、脂肪と水との間の相の逆転は３〜１０倍増加させなければならず、それに対応して貯蔵安定性の理由により脂肪の粒径を１μｍよりも小さくしなければならないことが特に記載されている。
【０００７】
牛乳は天然製品であり、従って脂肪の粒子を減少させるために工業的に製造される乳化液におけるような標準化は行われないから、この工程を特に温和な方法で行うことができ、しかも同時に組成の変動に対して敏感でない均質化装置が必要である。
【０００８】
牛乳の場合には、燐脂質とタンパク質とから成る乳化剤の膜を用い、均質化によって増加した境界を再び安定化させなければならない。文献には所望の膜の厚さは約１０ｎｍ、負荷は１０ｍｇ／ｍ２であると記載されている。
【０００９】
脂肪相含量が高いクリーム製品の均質化には、脂肪および乳化剤の質量比が変動するため、特別の問題が生じる。
【００１０】
この問題を解決するために、Ｈ．Ｅｉｂｅｌによる上記ＶＤＩレポートには、高圧均質化装置において最初の段階では１００バール以上の圧力で作動させ、牛乳または特に異った脂肪含量をもったクリームを均質化することが提案されている。従って乳製品および関連製品は通常高圧均質化装置で均質化が行われる。
【００１１】
常に大量の牛乳を処理する牛乳加工所においては濃縮工程からさらに他の問題が生じる。一つの高圧均質化装置により処理されるべき必要な牛乳の処理量は、時間の経過につれて著しく増加して行く。公知の高圧均質化装置のバルブを考えると、均質化装置のバルブの孔の幅は処理量と共に増加する。同じ均質化圧力を用いる場合、高圧均質化装置の孔の幅が大きいため、脂肪粒子の粒径が大きい粗い乳化液だけが得られる。従って処理量が小さい高圧均質化装置を用いて同じ粒径を得るためには、作動圧力を高くする必要がある。
【００１２】
公告されたヨーロッパ特許３４６７５  Ａ２号では、１個の高圧均質化装置に数個のバルブを並列に取り付けることにより一つの解決法を見出している。
【００１３】
この場合高圧均質化装置の１個のバルブの孔は小さくなるから、平均の処理量をもつ高圧均質化装置で使用される圧力に相当した幾分低い圧力で高圧均質化装置を作動させることができる。
【００１４】
本発明の目的は、公知方法の欠点をもたず、できるだけ低い均質化圧力を用い、同時に高い処理量および／または容積流量が得られる特に経済的な均質化を行い得る均質化方法を提供することである。
【００１５】
本発明に従えば、上記目的は脂肪性の液体を圧力１０〜１００バール、好ましくは２０〜８０バール、処理量最高１００ｍ３／時間で単一段または多段ノズル分散装置を通して流動させ、この際該装置は多数のｎ個のノズルの孔を有し、ここでｎは特に５０以上、好ましくは１００以上であり、各ノズル孔の領域における通過速度は１０〜２００ｍ／秒であるようにすることを特徴とする脂肪性の液状水性天然製品、特に脂肪含量が最高５０重量％またはそれ以上の乳製品またはクリーム製品、特に牛乳、羊の乳、または山羊の乳を均質化する方法によって達成される。
【００１６】
本発明の他の変形法においては、ノズルの孔の水力学的断面積Ｆｈとノズルの長さＬとの積が式
Ｆｈ＊Ｌ＝ｄ３
但し式中ｄはノズルの孔の水力学的直径である、
を満足するようにつくられたノズルの孔を通して均質化すべき液体を流動させる。
【００１７】
液体中の粒子の融合および縮合を防ぐために、本発明においては好ましくは２段または多段の分散装置を用い、この場合使用する特定の段階に対して圧力勾配の分布を最適化する。
【００１８】
一変形として、随時均質化の工程の間に緩和区域を設け、均質化すべき液を２段および多段で均質することも可能である。好適な狭い粒径分布は多段均質化によって達成される。乳製品の場合には、できるだけ粗い平均粒径をもった粒径分布が狭い貯蔵安定性をもった乳製品が得られる。従って本発明は、１個または数個のノズル分散機を直列に連結することにより牛乳または乳製品の粒径分布を狭くし得るというさらに進んだアイデアに基づいている。ノズル分散機の孔の数を特定の値にすることによって、各分散段階の圧力低下を同一にすることも異るように設定することもできる。特にこの方法によって脂肪の液滴を安定化させるために乳化剤の膜の界面における被膜の動力学的特性を最適なものにすることができる。脂肪粒子の融合および凝集は避けられる。
【００１９】
好適方法においては、脂肪性の液の温度上昇は最高３℃、特に最高１．５℃である。処理温度は好ましくは５５〜８０℃、特に６０〜７０℃である。
【００２０】
正確な最適処理温度は液の脂肪含量に従って決定される。
【００２１】
ノズルの開口部の区域において液の中に導入される容積関連エネルギー密度が１０６〜１０８Ｊ／ｍ３、好ましくは５・１０６〜１０７Ｊ／ｍ３であるようにしてノズル分散機の操作条件を選ぶことにより、例えばノズル開口部の前方の室とノズル開口部の後方の室との間の圧力差をそれに対応して設定するか、および／またはノズル開口部の長さおよび水力学的直径を選ぶことにより処理の設計を行うと特に有利であることが判った。特に牛乳の場合、熱的に誘起される分解のために該エネルギー密度が１０８Ｊ／ｍ３より高い場合には味に著しい変化が起こり、また或る条件下においては１０６Ｊ／ｍ３より低い場合には不安定な乳化液または不適切な均質化が生じる。
【００２２】
この方法で好適に得られる均質化された脂肪性の液の粒子の最高９０％までは、容積関連粒径が０．１〜１μｍ、特に０．３〜１μｍの範囲にある。
【００２３】
本発明においてはまた、均質化すべき脂肪性の液を移送するための移送ユニット、初期圧力室、直列に連結された１個またはそれ以上の低圧室、および初期圧力室および低圧室を互いに連結する多数の分散用開口部から成り、該移送ユニットは初期圧力室の中で一定の初期圧力を発生させる脂肪性の液を含む水性天然製品または食品、特に脂肪含量が最高５０重量％またはそれ以上の乳製品またはクリーム製品、特に牛乳、羊の乳、または山羊の乳を均質化するための単一段または多段ノズル分散装置において、分散用開口部のノズルの孔は水力学的直径が０．１〜１ｍｍ、好ましくは０．２〜０．７ｍｍであり、ノズルの孔の水力学的断面積Ｆｈとその長さＬとの積が式
Ｆｈ＊Ｌ  ＝  ｄ３
但し式中ｄはノズルの孔の水力学的直径である、
を満足するような方法でつくられていることを特徴とする装置が提供される。
【００２４】
特にノズルの孔は水力学的直径が０．１〜１ｍｍ、好ましくは０．２〜０．７ｍｍである。ノズルの孔の断面積は任意の形、即ち例えば矩形、正方形または円形の断面積をもっていることができる。
【００２５】
分散装置の段階は少なくとも初期加圧室および低圧室により、或いは二つの隣接する低圧室およびこれらの室を連結する分散用開口部によって構成されている。
【００２６】
一つの段階において、特にすべてのノズルの孔の全断面積は少なくとも１０ｍｍ２である。これによって均質化された脂肪性の液の処理量を最高１００ｍ３／時間以上にすることができる。
【００２７】
或る一つの段階において、特に５０以上、好ましくは１００以上、特に好ましくは１５０以上の数（ｎ）の孔が室の壁の上に分布している。これらの孔は１個またはそれ以上のノズル本体５の中にに一緒にされていることが好ましい。
【００２８】
通常の高圧均質化装置よりも実質的に効率が高い（および／またはエネルギー密度が高い）特殊なノズル分散装置を用いると、遥かに比較的低い予備圧力ゐにおいて既に狭い粒径範囲をもった微粉末の脂肪粒子を得ることができる。例えば初期圧力２００バールで高圧均質化装置を用いてつくられたのと同じ粒径分布をもつ乳化液を５０バールの均質化装置の圧力で得ることができる。
【００２９】
本発明のノズル分散装置を用い細かく分散した分散物を連続的および不連続的方法で特に有利に製造することができる。一定の粒径と狭い粒径範囲をもった乳化液を得ることもできる。エネルギー消費量が低いために温和な方法で乳化液が得られる。本発明方法において生じる温度上昇は、高圧均質化装置を用いる公知方法における温度上昇に比べて比較的小さい。牛乳およびクリーム製品のような天然製品の処理にはこのことは特に有利である。このような製品に対しては熱的な負荷がこのような製品の味に対して鋭敏な効果を及ぼすからである。
【００３０】
本発明においてはまた、均質化された液において液中に分散した粒子の最高９０％の容積関連粒径が０．１〜１μｍ、特に０．３  〜１μｍの範囲にある脂肪性の液から成る天然製品または食品、特に乳製品、好ましくは哺乳類動物の乳、または大豆油のような天然油をベースにした乳製品を均質化するために上記ノズル分散装置の使用する方法が提供される。
【００３１】
下記実施例においては添付図面を参照して本発明を詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例の特定な点によって限定されるものではない。
【００３２】
【実施例】
実施例  １
本実施例においては、乳化剤としてＴｗｅｅｎ  ８０／Ａｒｌａｃｅｌ  ８０，ＨＬＢ  １１．５（５重量部）を用い、水中にパラフィン・オイルを含むモデル乳化液（４５重量部）を例として、本発明方法の操作モードを例示する。例えば粗製牛乳を使用する場合と比較して再現性を保証するために、最初にモデル乳化液を慎重に選んだ。
【００３３】
単一段の分散装置４を有する図２記載のノズル分散装置を使用した。３段階の往復運動ポンプを移送装置１として使用した。平行に連結された開口部６、７は直径０．５ｍｍ、長さ０．７５ｍｍの孔７を有していた。
【００３４】
図３は本発明の５段ノズル分散ユニットの長手方向の断面図を示し、これは初期圧力室３、分散用開口部７、低圧室８ａ〜８ｍ、および出口９を有している。圧力低下および／または均質化の圧力は分散用の開口部６、７と同じであり、各段階における水力学的直径も同じである。孔の数または水力学的直径を変えて各段階において異った圧力を設定することもできる。
【００３５】
図４はモデル乳化液を使用した場合の均質化の特性について、本発明の装置の均質化特性を公知の高圧均質化装置（例えばＶＤＩレポート、ｓｅｒｉｅｓ  ３，Ｎｏ．１３６，５０ページ、図３、４）の特性曲線と比較して説明した図である。このグラフは高圧均質化装置で２００バールにおいて得られるのと同じ粒子の細かさが、本発明の装置ではわずかに５０バールで得られることを示している。
【００３６】
例えば処理量毎時１０ｍ３、均質化圧力５０バールで処理を行うために、図２の分散装置には２００個の孔が平行に配列されている。従って高い処理量において高い均質化圧力をもつ孔の幅を大きくしなければならない問題はおこらない。さらに多重ノズルを容易にかつ廉価でつくることができる。
【００３７】
均質化を行う際の温度の上昇は明白に減少する。即ち高圧均質化装置で２００バールにおいて均質化を行った際には４．８℃であるのに対し、低圧均質化装置で５０バールで均質化を行った場合には１．２℃である。
【００３８】
対照例  ２（従来の高圧均質化装置）
Ｌｕｅｂｅｃｋの「ＡＰＶ  Ｈｏｍｏｇｅｎｉｓｅｒ」製の高圧均質化装置を使用し、温度７０℃、容積流速５ｍ２／時間において、脂肪含量を３．５％に調節された牛乳を均質化した。均質化バルブは牛乳を均質化するための典型的な２段階均質化バルブであった（さらにドイツ、Ｄｕｅｓｓｅｌｄｏｒｆ，ＶＤＩ−Ｖｅｒｌａｇ  １９８７年発行、Ｈ．Ｅｉｂｅｌ著、「種々の段階の脂肪含有量をもつ乳脂製品の高圧均質化に関する研究」参照のこと）。この２段バルブを全圧１４５バールで作動させ、第２段階では圧力を１０％だけ低下させた。高圧均質化装置に使用したポンプは３個のピストンを有するポンプであった。
【００３９】
均質化装置から出てくる牛乳の温度上昇は３．５  ℃であった。
【００４０】
レーザー相関分光法によって測定された牛乳の液滴の平均粒径は０．３７μｍであった。ｄｍａｘ  ＞  ４μｍの粗い粒子は光学顕微鏡下で検出されなかった。
対照例  ３
対照例２と同じ処理条件下において牛乳を均質化したが、全圧を１２０バールに低下させた。
【００４１】
この条件において均質化装置から出てくる牛乳の温度上昇は２．９℃であった。
【００４２】
レーザー相関分光法によって測定された牛乳の液滴の平均粒径は０．３８μｍであった。ｄｍａｘ  ＞  ４μｍの粗い粒子は光学顕微鏡下で検出されなかった。全圧をこれより低くして上記処理を行った場合、粗い粒子の不安定な乳化液が得られるので、上記のような高圧での操作を行わなければならない。
【００４３】
実施例  ４（本発明方法）
対照例２および３に使用した均質化装置から２段高圧均質化用バルブを取り除き、その代わりに図２に示す幾何学的形状をもち１１０個の孔を有するジェット分散機を挿入した。このジェット分散機の孔はそれぞれ直径が０．５ｍｍ、長さは０．７５ｍｍであった。
【００４４】
均質化装置の３ピストン・ポンプを通る処理量が毎時５ｍ３の場合、均質化圧力は５０バールであった。乳化温度はやはり７０℃であった。
【００４５】
上記条件において均質化装置から出てくる牛乳の温度上昇は１．１℃であった。
【００４６】
レーザー相関分光法によって測定された牛乳の液滴の平均粒径は０．３７μｍであった。ｄｍａｘ  ＞  ４μｍの粗い粒子は光学顕微鏡下で検出されなかった。
実施例  ５（本発明方法）
実施例４と同じ方法を用いたが、図３に対応する形状をもった２個のジェット分散機を直列に配置した。第１のジェット分散機はそれぞれ直径が０．６ｍｍ、長さが０．９ｍｍの孔を１２０個もっていた。第２のジェット分散機はそれぞれ直径が０．７ｍｍ、長さが１．０５ｍｍの孔を１２０個もっていた。
【００４７】
均質化装置の３ピストン・ポンプを通る処理量が毎時５ｍ３の場合、均質化圧力は２０バールであった。乳化温度はやはり７０℃であった。
【００４８】
上記条件において均質化装置から出てくる牛乳の温度上昇は僅かに０．５℃であった。
【００４９】
レーザー相関分光法によって測定された牛乳の液滴の平均粒径は０．３８μｍであった。ｄｍａｘ  ＞  ４μｍの粗い粒子は光学顕微鏡下で検出されなかった。本発明方法の実施例と対照例とを比較すると、あまり過酷でない条件で（温度上昇が少ない条件で）、また著しく低い均質化圧力下において、牛乳に対し比較的高い乳化処理量を得ることができることが示される。均質化圧力の低下はまたエネルギー入力が５０％以上減少することとに対応している。従って均質化の操作費用をかなり低下させることができる。
【００５０】
本発明の主な特徴および態様は次の通りである。
【００５１】
１．脂肪性の液体を圧力１０〜１００バール、好ましくは２０〜８０バール、処理量最高１００ｍ３／時間で単一段または多段ノズル分散装置を通して流動させ、この際該装置は多数のｎ個のノズルの孔を有し、ここでｎは特に５０以上、好ましくは１００以上であり、各ノズル孔の領域における通過速度は１０〜２００ｍ／秒であるようにする脂肪性の液状水性天然製品、特に脂肪含量が最高５０重量％またはそれ以上の乳製品またはクリーム製品、特に牛乳、羊の乳、または山羊の乳を均質化する方法。
【００５２】
２．ノズルの孔の水力学的直径は０．１〜１ｍｍ、好ましくは０．２〜０．７ｍｍである上記第１項記載の方法。
【００５３】
３．ノズルの孔の水力学的断面積Ｆｈとその長さＬとの積が式
Ｆｈ＊Ｌ  ＝  ｄ３
但し式中ｄはノズルの孔の水力学的直径である、
を満たすような方法で作られたノズルの孔に均質化すべき液を流動させる上記第１または２項記載の方法。
【００５４】
４．工程に２段または多段ノズル分散装置を使用する上記第１〜３項記載の方法。
【００５５】
５．均質化を行う際脂肪性の液の温度上昇は最高３℃、好ましくは最高１．５℃である上記第１〜４項記載の方法。
【００５６】
６．処理温度は８０℃より、特に７０℃より低い上記第１〜５項記載の方法。
【００５７】
７．ノズルの開口部の区域において導入される容積関連エネルギー密度は１０６〜１０８Ｊ／ｍ３、好ましくは５・１０６〜１０７Ｊ／ｍ３である上記第１〜６項記載の方法。
【００５８】
８．均質化すべき脂肪性の液２を移送するための移送ユニット１、初期圧力室３、直列に連結された１個またはそれ以上の低圧室８ａ．．．８ｍ、および初期圧力室３および低圧室８ａ．．．８ｍを互いに連結する多数のｎ個の分散用開口部６、７から成り、該移送ユニット１は初期圧力室３の中で一定の初期圧力を発生させる脂肪性の液を含む水性天然製品または食品、特に脂肪含量が最高５０重量％またはそれ以上の乳製品またはクリーム製品、特に牛乳、羊の乳、または山羊の乳を均質化するための単一段または多段ノズル分散装置において、分散用開口部のノズルの孔７は水力学的直径が０．１〜１ｍｍ、好ましくは０．２〜０．７ｍｍであり、ノズルの孔の水力学的断面積Ｆｈとその長さＬとの積が式
Ｆｈ＊Ｌ  ＝  ｄ３
但し式中ｄはノズルの孔の水力学的直径である、
を満足するような方法でつくられている装置。
【００５９】
９．ノズルの孔７は水力学的直径が０．１〜１ｍｍ、好ましくは０．２〜０．７ｍｍである上記第８項記載のノズル分散装置。
【００６０】
１０．移送ユニット１は最高１００バール、好ましくは１０〜１００バール、特に好ましくは２０〜８０バールの初期圧力を発生する上記第８および９項記載のノズル分散装置。
【００６１】
１１．装置の一つの段におけるノズルの孔の数ｎは５０以上、好ましくは１００以上、特に好ましくは１５０以上である上記第８〜１０項記載のノズル分散装置。
【００６２】
１２．装置の一つの段におけるすべてのノズルの孔の全断面積は少なくとも１０ｍｍ２である上記第８〜１１項記載のノズル分散装置。
【００６３】
１３．均質化された液において液中に分散した粒子の最高９０％の容積関連粒径が０．１〜１μｍ、特に０．３  〜１μｍの範囲にある脂肪性の液から成る天然製品または食品、特に乳製品を均質化するための上記ノズル分散装置の使用。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のノズル分散装置における単一段の装置の具体化例の長手方向の断面図。
【図２】図１のノズル分散装置の横方向の断面図。
【図３】本発明のノズル分散装置における５段の装置の具体化例の長手方向の断面図。
【図４】モデル乳化液を使用して本発明のノズル分散装置の均質化特性を公知の高圧均質化装置の特性曲線と比較して説明したグラフ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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