(57)【要約】【課題】食品の食感、風味をそのまま保ちながら、食品からカリウムを短時間で除去するシステム、及び方法を提供する。【解決手段】対向する電極に食品を挟むようにして水槽内に配置し、溶出したイオンを脱イオン手段によって水中から除去しながら、対向した一方の電極から食品を介して他方の電極に直流電流を通電することにより短時間で食品からカリウムを除去することができる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
食品から通電によってカリウムを除去するシステムであって、
直流電流を付与する電源と、
水槽と、
該水槽内に配置され食品を介して対向する少なくとも一対の電極と、
溶出されたイオンを吸着する脱イオン手段を備えたことを特徴とするカリウム除去システム。
【請求項２】
請求項１記載のカリウム除去システムであって、
前記脱イオン手段がイオン交換樹脂であることを特徴とするカリウム除去システム。
【請求項３】
請求項１又は２記載のカリウム除去システムであって、
前記水槽には水を循環させる循環手段が設けられていることを特徴とするカリウム除去システム。
【請求項４】
請求項３記載のカリウム除去システムであって、
前記循環手段は循環流路であり、
該循環流路には水を循環させる循環ポンプと、
前記イオン交換樹脂が充填されたイオン交換樹脂塔が設けられたことを特徴とするカリウム除去システム。
【請求項５】
請求項４記載のカリウム除去システムであって、
前記循環流路の前記イオン交換樹脂塔の上流側に電気伝導度計又はカリウムイオン計を設けたことを特徴とするカリウム除去システム。
【請求項６】
請求項５記載のカリウム除去システムであって、
前記循環流路の前記イオン交換樹脂塔の下流側にさらに電気伝導度計又はカリウムイオン計を設けたことを特徴とするカリウム除去システム。
【請求項７】
請求項１〜６いずれか１項記載のカリウム除去システムであって、
前記電源が定電流直流電源であることを特徴とするカリウム除去システム。
【請求項８】
請求項１〜７いずれか１項記載のカリウム除去システムであって、
食品を浸漬している水を０〜１５℃に冷却する冷却システムを備えることを特徴とするカリウム除去システム。
【請求項９】
食品からカリウムを除去する方法であって、
対向する電極に食品を挟むようにして水槽内に配置し、
溶出したイオンを脱イオン手段によって水中から除去しながら、
対向した一方の電極から食品を介して他方の電極に直流電流を通電することによりカリウムを除去することを特徴とする食品からカリウムを除去する方法。
【請求項１０】
請求項９に記載の食品からカリウムを除去する方法であって、
前記水槽内の水を電気伝導度計又はカリウムイオン計によって溶出したカリウムイオンの量をモニターしながらカリウムを除去することを特徴とする食品からカリウムを除去する方法。
【請求項１１】
請求項９又は１０記載の食品からカリウムを除去する方法であって、
前記食品の温度は０〜１５℃に保つことを特徴とする食品からカリウムを除去する方法。
【請求項１２】
請求項９〜１１いずれか１項記載の食品からカリウムを除去する方法であって、
定電流で通電することを特徴とする食品からカリウムを除去する方法。
【請求項１３】
請求項９〜１２いずれか１項記載の食品からカリウムを除去する方法であって、
通電密度を１〜１６ｍA/ｃｍ２で処理することを特徴とする食品からカリウムを除去する方法。
【請求項１４】
請求項９〜１３いずれか１項記載の方法によって、
カリウムが除去された食品。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
食品の風味や食感を損なうことなくカリウムを除去するシステム及び該システムを用いてカリウムを除去する方法に関する。特に短時間でカリウム除去処理を行うためのシステム及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
日本透析医学会の調査によれば、わが国の慢性透析患者は２０１２年に３０万人を超え、毎年５千人程度増加している。【０００３】
腎臓は、老廃物の排泄、水分、電解質の調節を行い、体内環境を一定に保っている。腎臓の機能が低下し、体内の恒常性が維持できなくなると、いわゆる尿毒症と呼ばれる多様な症状が全身に出現する。【０００４】
腎機能が廃絶している患者には日常的に透析を行う維持透析療法を行い、体内の老廃物や過剰な水分を除去する。透析には腹膜透析と血液透析がある。わが国では、血液を体外で循環させる血液透析が主流であり、約２７万人が血液透析による治療を受けている。血液透析の場合、現在一般的には、１回４時間、週３回の透析を行うが、透析が代行する機能は、生体腎には遠く及ばない。そのため、患者は無制限に食事を摂取してよいわけではなく、自己管理により食生活の管理をすることが重要である。【０００５】
透析患者は食生活において種々の成分に気を付ける必要があるが、とりわけ高カリウム血症の原因となるカリウム量を一定に制限する必要がある。高カリウム血症は、致死性の不整脈や心停止をきたすことがある。そのため、カリウム制限の食事指導が、透析治療導入初期から継続して行われる必要がある。一日に摂取可能なカリウム量は病期によっても異なるが、１５００〜２０００ｍｇ以下に制限する必要がある。【０００６】
野菜や果物は、食品の中でもカリウムが多く含まれており、カリウム制限を受けている患者は、カリウムが多く含まれている野菜や果物の摂取を制限されている場合が多い。また、調理方法によっては、カリウム量を低減することができることから、一定の調理を行うことが勧められている。そのため、カリウム制限を受けている患者の食生活は限られたものになることが多い。患者は、制限された食生活にストレスを感じることもあり、ＱＯＬ（Ｑｕａｌｉｔｙ  ｏｆ  Ｌｉｆｅ）の点で問題になることがある。【０００７】
カリウム制限を行う場合には、カリウムは水に流出しやすいことから、野菜を小さく切って水にさらしたり、茹でこぼすなどの調理方法によって、カリウムを除去するのが一般的である。【０００８】
上記の一般的な調理方法に加え、食品からカリウムを除去する方法としては、水耕栽培等、培養液により栽培する方法が知られている（特許文献１、２）。特許文献１には、水耕栽培によって低カリウムホウレンソウを栽培する技術が開示されている。特許文献２には、水耕、又はパーライト耕により作物を栽培する方法により低カリウム作物を栽培する方法が開示されている。水耕栽培、パーライト栽培どちらを用いても４０％強のカリウムをメロン等から除去できることが示されている。【０００９】
また、食品を加工する際にカリウムを除去し、低カリウム加工食品を製造する技術が開示されている（特許文献３、４）。特許文献３には、野菜ジュースや果物ジュースを陽イオン交換樹脂で処理することにより、カリウム含有量を９０％以上除去する方法が開示されている。特許文献４には、果物を凍結融解や加熱によって、糖質やカリウムを除去した後に、ゲル化液を注入し、弾力や歯触りを生の状態にまで再現した加工食品を製造する方法及び加工食品が記載されている。【００１０】
また、食品からカリウム等の塩類を通電することによって除去する方法や装置も開示されている（特許文献５、６）。特許文献５には、電解液中の対向する電極間に金属イオン透過膜中に収容した食品を浸漬し、電極間に通電することにより食品からカリウム等の金属イオンを除去する方法が開示されている。特許文献６には、対向配置された電極間に塩類を含んだ被脱塩物を挟み、通電するとともに周囲の溶媒を流入・流出させながら、脱塩する装置が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開２０１１−３６２２６号公報
【特許文献２】特開２０１１−１３５７９７号公報
【特許文献３】特開２００１−１０３９４５号公報
【特許文献４】特開２００７−１０５０００号公報
【特許文献５】特開平１０−１６５１１３号公報
【特許文献６】特開平６−９０６８５号公報
【特許文献７】特開２００３−２０４７６８号公報
【非特許文献】
【００１２】
【非特許文献１】森  大蔵ら、東洋食品工業短大・東洋食品研究所  研究報告書（２０００年）、２３巻、４７−５６頁
【非特許文献２】渕上  倫子、日本調理科学会誌（２００７年）、Vol.４０、Ｎｏ．１、ｐ．１−９
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
高カリウム血症を予防するためには、食事からの摂取カリウム量を症状に応じて制限する必要がある。しかしながら、低カリウム食品を実現するために、上述のように様々な方法があるが、夫々以下のような問題がある。【００１４】
カリウム含有量の多い食材の調理に際しては、長時間茹でてから茹でこぼしたり、細かく刻んで水にさらす必要があった。なぜならば、葉物野菜以外の野菜、例えば、にんじん等の根菜類やかぼちゃは、茹でることによるカリウムの減少が非常に少ない。また、長時間茹でたり、水にさらすため、カリウムだけではなく食品の旨味成分も溶出してしまう。したがって、食材や調理方法が限定される等、様々な問題が生じていた。【００１５】
水耕栽培により栽培された低カリウム野菜では、上述のように少なくとも４０％以上のカリウムを低減することができる（特許文献１、２）。しかしながら、水耕栽培で栽培できる作物に限られるため、低カリウム作物として提供できる作物の種類には限界がある。例えば、リーフレタスや小松菜等の葉物野菜が中心であり、にんじん、ごぼうなどの根菜類や、葉物野菜でもキャベツや玉レタス（結球レタス）などの結球性葉菜類は収穫までに期間と費用を要するために栽培されていない。【００１６】
引用文献３に記載の方法は野菜ジュースや果物ジュースに、引用文献４に記載の方法は果物の加工食品に限定された方法である。したがって、引用文献３に記載の方法は、食品の種類が野菜ジュースに適した一部の野菜や、果物に限定されてしまう。また、処理時の形態としてジュースの形態でしか適用できなかった。【００１７】
引用文献４に記載の方法は、除去できるカリウム量は、凍結融解や加熱によって果物の細胞外に出てくるドリップによって決まるので、その量を調整することができない。また、糖質やカリウムとともに、果物の風味、香り成分もともに除去されてしまう。増粘剤、ゲル化剤等を添加することによって歯触り等の食感はある程度再現できるものの、味や香りの復元が困難であった。【００１８】
通電することによって、塩類を除去する方法は、食品の種類を限定しないという利点がある。しかしながら、従来の方法は、除去するカリウム量をコントロールしておらず、どの程度カリウムが除去されたかは、処理後に測定する以外にはなかった。特許文献５では、食品中の塩類の除去される量を考慮しておらず、カリウム制限を受けている腎臓病患者のための食品を製造するためには、通電条件を個々に定める必要があり実用的ではなかった。また、電極が食品に接していないために、通電すると電流は抵抗の少ない電解液中を流れ、食品中はほとんど通電されることがない。そのため、金属イオンの除去効率が悪く、カリウム除去を短時間で行うことができなかった。【００１９】
特許文献６の装置は、水などの溶媒を交換することによって、海産物・塩蔵品についての脱塩を行うものであり、通電はあくまでも脱塩作業を短縮化するためのものである。すなわち、通電だけで脱塩を図るものではない。また、実施例に開示されているように、数％という高い濃度で含まれる塩化ナトリウムを除去するための装置であり、脱塩処理完了品には、適度な塩味が残る程度のナトリウムイオンが残っている。そのため残存するカリウム量は、腎疾患を有する患者のカリウム摂取量低減の目的に適するほど低くはない。【００２０】
上述のように種々の低カリウム食品製造法が開示されているものの、多様な低カリウム食品を提供できる技術は今まで開発されていなかった。本発明は、どのような食品であってもカリウムを除去できるという通電による方法の長所はそのままに、食品のもつ歯ごたえのような食感や風味をできるだけ損なわずに、迅速にカリウムを除去することのできるシステム及び方法を提供することを課題とする。特に、腎臓病患者に提供しても安全な低カリウム食品を提供するために、どの程度のカリウム除去を行ったかをモニターしながら生産性良く生産するための装置、及び方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００２１】
本発明は、以下に示す食品からカリウムを除去するシステム、除去方法、該方法を用いた低カリウム食品に関する。
（１）食品から通電によってカリウムを除去するシステムであって、
直流電流を付与する電源と、
水槽と、
該水槽内に配置され食品を介して対向する少なくとも一対の電極と、
溶出されたイオンを吸着する脱イオン手段を備えたことを特徴とするカリウム除去システム。
（２）（１）記載のカリウム除去システムであって、
前記脱イオン手段がイオン交換樹脂であることを特徴とするカリウム除去システム。
（３）（１）又は（２）記載のカリウム除去システムであって、
前記水槽には水を循環させる循環手段が設けられていることを特徴とするカリウム除去システム。
（４）（３）記載のカリウム除去システムであって、
前記循環手段は循環流路であり、
該循環流路には水を循環させる循環ポンプと、
前記イオン交換樹脂が充填されたイオン交換樹脂塔が設けられたことを特徴とするカリウム除去システム。
（５）（４）記載のカリウム除去システムであって、
前記循環流路の前記イオン交換樹脂塔の上流側に電気伝導度計又はカリウムイオン計を設けたことを特徴とするカリウム除去システム。
（６）（５）記載のカリウム除去システムであって、
前記循環流路の前記イオン交換樹脂塔の下流側にさらに電気伝導度計又はカリウムイオン計を設けたことを特徴とするカリウム除去システム。
（７）（１）〜（６）いずれか記載のカリウム除去システムであって、
前記電源が定電流直流電源であることを特徴とするカリウム除去システム。
（８）（１）〜（７）いずれか記載のカリウム除去システムであって、
食品を浸漬している水を０〜１５℃に冷却する冷却システムを備えることを特徴とするカリウム除去システム。
（９）食品からカリウムを除去する方法であって、
対向する電極に食品を挟むようにして水槽内に配置し、
溶出したイオンを脱イオン手段によって水中から除去しながら、
対向した一方の電極から食品を介して他方の電極に直流電流を通電することによりカリウムを除去することを特徴とする食品からカリウムを除去する方法。
（１０）（９）に記載の食品からカリウムを除去する方法であって、
前記水槽内の水を電気伝導度計又はカリウムイオン計によって溶出したカリウムイオンの量をモニターしながらカリウムを除去することを特徴とする食品からカリウムを除去する方法。
（１１）（９）又は（１０）記載の食品からカリウムを除去する方法であって、
前記食品の温度は０〜１５℃に保つことを特徴とする食品からカリウムを除去する方法。
（１２）（９）〜（１１）いずれか記載の食品からカリウムを除去する方法であって、
定電流で通電することを特徴とする食品からカリウムを除去する方法。
（１３）（９）〜（１２）いずれか記載の食品からカリウムを除去する方法であって、
通電密度を１〜１６ｍA/ｃｍ２で処理することを特徴とする食品からカリウムを除去する方法。
（１４）（９）〜（１３）いずれか１項記載の方法によって、
カリウムが除去された食品。
【発明の効果】
【００２２】
カリウム除去システム内に脱イオン手段を配置することによって、試料外への電流の漏出を防ぎ、短時間で食品からカリウムを除去することができる。また、本発明のシステムでは、溶出したイオンをモニターしながらカリウム除去処理を行うので、食品から溶出したカリウム量を把握することができる。そのため、適切な時期にカリウム除去処理を完了することができるようになる。【００２３】
また、工業的に低カリウム食品を製造する場合には、多量の冷却水を必要とするが、脱イオン手段によってイオンが除去され、電気伝導度が低く保たれているため水槽内の水を交換する回数を減らすことができる。その結果、コストを低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】図１Aは、第１の実施形態の食品からカリウムを除去するシステムの概要を示す。図１Bは、第２の実施形態の食品からカリウムを除去するシステムの概要を示す。
【図２】第２の実施形態の食品からカリウムを除去するシステムを示す図。
【図３】通電時間によるカリウム溶出率を示す。図３Ａはかぼちゃを検体として用いた図を示す。図３Ｂはさつまいもを検体として用いた図を示す。
【図４】通電密度と時間に対するカリウム移動距離を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
本発明では、食品とは野菜などの農産物、肉、魚などを含み、その種類に制限はない。しかし、本発明のカリウム除去方法は、食品に通電する必要があることから、電極の間に挟んだ際に、電極同士が接触しないだけの厚みや固さを備えた食品であることが好ましい。例えば、米などの粒の小さいものや、ジュースなど液体状の食品からのカリウム除去には適さない。
【００２６】
また、食品は生のままで用いてもよいし、通電処理の前工程、又は後工程として、加熱処理を行っても良い。加熱処理は、通常調理の場合の７０〜８０％程度の軽い加熱処理であってもよい。通電前に加熱処理を行うことによって、野菜によってはカリウムイオンを除去する効率の向上が期待できる。また、通電後に加熱処理を行うことによって、後述する中和効率の向上が期待できる。
【００２７】
以下、図を示しながら本発明を詳細に説明する。図１Aに本発明の第１の実施形態である食品からカリウムを除去するシステム１の概要を示す。図１Aに示すように、対向する電極２、３で食品４を挟むようにし水槽５内に配置する。電極２、３は直流電源６に接続されている。交流では周期的に極性が変わるため、カリウムが食品からほとんど溶出しない。
【００２８】
本発明者らは、食感、風味を元の食品と同様に維持するには通電密度を調整しながら通電する必要があることを見出した。そのため、直流電源６は一定の電流に制御可能な電源を用いることが好ましい。例えば、最初から最後まで一定の電流で通電してもよいし、食品によっては通電初期は抵抗値が高いため電圧を高く設定し、一定時間後はやや低い電圧に制御して通電してもよい。また、対向する電極であれば、どちら側を陽極、陰極としてもよい。
【００２９】
水槽５内の水は、溶出したイオンのリザーバーとして機能するとともに、水分を供給する役割がある。すなわち、通電により陰極側からは、カリウムイオン、ナトリウムイオン等の陽イオンが溶出してくることから、これら陽イオンのリザーバーとして機能する。また、陽極側では、試料表面から水分の供給が行われる。
【００３０】
本発明者らが条件検討を行った結果、水分の供給を行わずに通電すると脱水が生じ、食品がやわらかくなるなど、食感が著しく損なわれることが明らかとなった。そのため、水槽５内に電極２、３を設置する構成にしている。
【００３１】
また、水槽５内の水は図示しない冷却装置で０〜１５℃の低温に維持されている。本発明者らが検討した結果によれば、２５℃程度の室温で食品に通電すると、水槽内で水に浸漬して通電処理を行っても食品から脱水が著しく生じるため、食味、食感に悪影響を及ぼす。したがって、食品の温度は冷却装置で０〜１５℃、より好ましくは０〜１０℃に維持する必要がある。なお、ここで０℃とは食品や水槽の水が凍らない温度、すなわち氷点を指すものとする。
【００３２】
冷却装置はどのようなものを使用してもよい。例えば、水槽の水を循環させる際に循環流路の一部に冷却装置を設けて、循環水を冷却することによって低温に維持することができる。また、低温室のような低温環境にカリウム除去システムを設置してシステム全体を低温に維持してもよい。
【００３３】
さらに、通電によって溶出してきたカリウム等のイオンを除去するために、水槽内に脱イオン手段を配置する。脱イオン手段としては、イオンを除去することができればどのようなものを用いてもよく、イオン交換樹脂、ＲＯ膜（半透膜）、電気透析などを用いてもよい。さらに、イオン交換樹脂、ＲＯ膜（半透膜）、電気透析を組み合わせた水処理装置を用いることができる。
【００３４】
脱イオン手段としてはイオン交換樹脂を用いることが簡便であり好ましい。イオン交換樹脂は、溶出するイオンを除去することができればどのようなものを用いてもよいが、陽イオン、陰イオンを除去可能なH型強酸性陽イオン交換樹脂、OH型強塩基性陰イオン交換樹脂を混合して、あるいは二床式装置として用いることが好ましい。このような樹脂としては、ダイヤイオンＵＢＫ１０、ダイヤイオンＵＢＡ１２０（三菱化学株式会社製）等が例示できる。また、純水製造用イオン交換樹脂として市販されている混床樹脂（アイリシステム株式会社製、ＭＢ−１２０）等は、H型強酸性陽イオン交換樹脂、OH型強塩基性陰イオン交換樹脂が予め混合された樹脂であり、このまま用いることができる。
【００３５】
脱イオン手段は、水槽内の水に溶出してきたイオンが吸着できればよく、どのように配置してもよい。例えば、イオン交換樹脂を水槽内に配置し、水を撹拌羽、スターラー等で撹拌し、イオン交換樹脂と接触させ、イオンの除去を行ってもよい。図１Aでは、循環流路７を設け、流路内にイオン交換樹脂を充填したイオン交換樹脂塔８を配置し、ポンプ９で水を循環させる構成を示している。
【００３６】
水が水槽５内から流入するイオン交換樹脂塔８の上流側には電気伝導度計又はカリウムイオン計等の溶出イオン測定器１０を配置する。カリウムイオン計を用いれば、食品から溶出したカリウムイオンの量を算出することができる。また、電気伝導度計を配置すれば、イオンの増加を反映する電気伝導度に基づいて食品から溶出したカリウム、ナトリウム等の金属イオンの量を算出することができる。溶出したカリウムイオンや金属イオンを継続的にモニターし、ポンプ９により循環する水の速度を勘案することによって、カリウムイオン等の溶出量を積算することができる。
【００３７】
食品のカリウム含有量は、通常一定ではない。特に、野菜は産地や季節によって含有するカリウム量は変化する。食品に残存するカリウム量を正確に求めるにはカリウム除去前にロット毎に食品中に含まれるカリウム量を測定しておくことが好ましい。カリウム除去処理を行いながらカリウムイオン計、電気伝導度計を用い、溶出されたカリウムイオンをモニターすることにより食品から除去されたカリウム量を正確に求めることができる。
【００３８】
あるいは、食品に残存するカリウム量は、五訂増補日本食品標準成分表（以下、単に食品標準成分表ということもある。）のように標準的な食品の成分を記載しているものを基準として算出してもよい。食品標準成分表に記載されている食品の成分はあくまでも標準的な値であるが、これを基準として食品から溶出したカリウムの割合を算出することができる。
【００３９】
従来は、溶出後に食品のカリウム量を測定することによって、残存するカリウム量を求めていた。これに対し、本発明では、溶出イオン測定器１０により溶出したイオンの量をモニターしながら、通電を行うことができる。したがって、除去されたカリウム量をモニターし、目標とするカリウム除去量に達する時点まで、カリウム除去を行うことができる。
【００４０】
また、イオン交換樹脂塔８の下流側にも溶出イオン測定器１１を配置するとことによって、水槽５内に流入する水の状態をモニターすることができる。これにより、イオン交換樹脂塔８に充填されているイオン交換樹脂の交換時期を把握することができる。
【００４１】
水槽５内の水は循環流路７に配置したポンプ９によって循環する。ポンプはペリスタポンプ、チューブポンプ、ダイヤフラムポンプ等どのようなものを用いてもよい。また、溶出したカリウム量を算出するためにはポンプの流量が明らかであることが好ましい。
【００４２】
水槽５内の食品４と電極２、３についてさらに説明する。図１Ｂでは、食品４は略直方体状にカットして電極間２、３に挟み込み通電する態様を記載しているが、食品４は電極２、３と密着すればどのような形状でもよい。
【００４３】
電極２、３に可撓性の素材を用い、食品４の電極２、３に接する面をある程度平らにすることにより、食品４と密着させ広い面積で通電することができる。本発明の電極２、３は、直接食品４に接触し通電を行うことから、安全性に配慮したものである必要がある。具体的には、「食品、添加物等の規格基準」に定められた鉄、アルミニウム、白金及びチタンを用いれば良い。また、特に、陽極電極２は金属イオン溶出を防ぐために、白金電極等の耐食性電極とする必要がある。また、電極２、３は網状の面電極を用いることにより効率的に通電を行うことができる。
【００４４】
また、片側の電極の外側に緩衝材１２を配置することにより、電極２、３が食品４に対して密着し効率良く通電を行うことができる。緩衝材１２は可撓性があり、食品から溶出したイオンが拡散することができるものであればどのようなものを用いても良い。例えば、スポンジ等の多孔性の素材や、綿、化学繊維からなる織物、山型形状の緩衝材等、電極２、３に密着せず、溶出したイオンが周囲の水に拡散可能なものであればどのようなものを用いてもよい。また、ここでは図示していないが、重石、バンドなどの固定部材を用いて電極２、３が食品４に密着するよう固定すれば食品４を介してのみ通電されることから効率が良い。
【００４５】
緩衝材１２の下方には、載置台１３を配置する。通電することにより陰極側に移動したカリウム等の陽イオンは、最終的に食品の外に溶出する。緩衝材１２の下方に配置する載置台１３には孔１４を設けてある。溶出したイオンが載置台１３付近に滞留せず、イオン交換樹脂によって吸着される。
【００４６】
図２に、本発明の第２の実施形態を模式的に示す。多くの食品を一度に処理する場合には、第１の実施形態で示した対向する電極２、３に食品４を挟んだユニットを緩衝材１２を介して、隣り合わせに多数配置すればよい。このような構成とすることにより多数の食品であっても、一度に通電し処理することができる。
【００４７】
ユニットは水槽５内に配置する。循環流路７を水が循環することにより、水槽５内の水が循環することからあえて撹拌する必要はない。また、緩衝材１２は連続した山型形状のものを使用する等、電極と少ない面積で接触しながら、電極２、３と食品４との密着性を促すようなものを用いれば、溶出した陽イオンの水への拡散を促進することができる。
【００４８】
食品４の厚み（電極２、３間の距離）をほぼ同じにしておくことにより、通電処理によって溶出するイオンの量は、複数の食品を同時に処理した場合であってもほぼ同等となる。したがって、多量の食品を一度に同程度の脱カリウム処理することも可能となる。
【００４９】
食品から通電によってカリウム除去を行った場合、食味、食感を損なわないことが重要である。通電処理による食味、食感の劣化としては、脱水による軟化、ｐＨの低下による酸味が挙げられる。本発明者らは、これらに関与する条件として、水の供給の有無、通電条件、温度条件があることを検討し、明らかにした。
【００５０】
本発明のシステムでは水槽中に食品を配置し通電処理を行うので、水は常に周囲から供給される。したがって、水の供給の点では問題が生じず、食品の軟化は起こりにくい。通電条件に関しては、通電密度１〜１６ｍA/ｃｍ２、温度条件に関しては０〜１５℃の低温で処理を行うことにより、食味、食感が保たれる。しかしながら、最適な通電条件、温度条件で脱カリウム処理を行なっても、食品によっては、軟化を生じ食味を悪化させる場合がある。軟化しやすい食品、酸味を帯びた食品に関しては以下の処理を行なうことが好ましい。
【００５１】
食品の軟化は食味を悪化させる大きな要因である。軟化に対しては、植物の骨格形成成分であるペクチンの変質を防止する前処理を行い軟化を防止することができる。例えば、カルシウム塩溶液を用いて食品を前処理し、ペクチンとカルシウム塩とを結合させ、細胞壁を強固にし組織が硬化することを利用し、食品の軟化を防止する方法がある（特許文献７、非特許文献１、２）。
【００５２】
本発明者らも、この反応を利用して通電による野菜の過度の軟化が防止できるか検討を行ったところ、軟化防止に対して有意な効果があるという結果を得ている。具体的には０．７重量％塩化カルシウム溶液３Ｌに、縦２．５ｃｍ、横２．５ｃｍ、厚さ２．５ｃｍに切ったかぼちゃ検体、約１２０ｇを浸漬し、室温で１６時間、２時間毎に穏やかに撹拌して前処理を行った。前処理後、通電してカリウム除去を行った後、食品の硬さを解析した。その結果、塩化カルシウム溶液処理を行なわなかったものに比べて、塩化カルシウム溶液処理を行なったものの方が明らかに軟化が防止されていた。
【００５３】
塩化カルシウム溶液による前処理によって、軟化が防止できるという上記結果は、ペクチンの変質を防ぐ他の前処理によっても、通電処理による食品の軟化を防ぐことができることを示している。例えば、ペクチンメチルエステラーゼの酵素反応を利用する５０〜６５℃での予備加熱処理等、他のペクチンの変質を防ぐ様々な方法を採用することによって軟化を防止することができる。
【００５４】
また、カリウム等の陽イオンを除去することにより、酸味を強く感じることがある。酸味を帯びることによって、食品の風味を損なう場合には、アルカリ処理を行って、元の食味に戻す必要がある。
【００５５】
本発明者らが別途検討したところ、除去したカリウムに対して、当量比０．１５〜１．１のナトリウム及び／又はカルシウムを補うことによって、酸味を中和し、食品の風味を元に戻すことができる。
【００５６】
食感や風味が脱カリウム処理によって損なわれる場合も、通電の前後にペクチンの変質防止処理やアルカリ処理を行なうことにより、元の食品と区別がつかない程度に回復させることができる。
【００５７】
次に、本発明について、さらに具体例を挙げて説明するが、かかる例によって本発明が限定されるものではない。
【実施例】
【００５８】
１．通電条件、温度条件の検討
≪実施例１≫
食品の通電面積あたりの通電密度と通電する際の温度が、食品の硬さに及ぼす影響について検討した。食品の甘味、香りといった食味と、硬さ・舌触りといった食感の間には相関が見られることを先に確認している。すなわち、硬さが良好であるものは食味も良好である。【００５９】
かぼちゃ（日本かぼちゃ）は、縦２．５ｃｍ、横２．５ｃｍ、厚さ２．５ｃｍになるようにカットし、検体として用いた。温度は０℃に保ち、０〜１６ｍＡ／ｃｍ２まで通電密度を変えて処理し、甘味、香り、硬さ・舌触りについて検討を行った。また、通電処理を行わず、室温（２３℃）で水に浸漬した検体も同様に甘味等について検討した。脱イオン手段を有さない装置で６時間通電して解析を行った。【００６０】
硬さは、未処理検体と比較して、同等のものを良好、硬さが減り弾力性を持つものを軟、さらに弾力性を失い粘土様の可塑性を示したものを極軟としている。【００６１】
かぼちゃに残存するカリウム量は、日本食品標準成分表に用いられている分析法に準拠して測定した。すなわち、検体は硝酸、過塩素酸による湿式灰化法による前処理を行い、その後、原子吸光法によってカリウム量を測定した。直流電流で通電処理を行った検体（試料１〜５）はいずれもカリウムが除去されている。【００６２】
一方、交流電流（試料６）は１２％、あるいは通電を行わなかったもの（試料７、８）については、夫々１％、３％と温度条件によらず、ほとんどカリウムが除去されていない。【００６３】
検体として用いた野菜の品種、産地、収穫後の保存期間や保存条件によって、カリウム量は変わってくることから、表１では、カリウム除去率は数回の実験結果をもとに幅のある値で示している。表１で示した実験条件で同日に行った、同じかぼちゃに由来する検体では、４ｍＡ／ｃｍ２で処理した検体（試料１）では３９％、８ｍＡ／ｃｍ２、１６ｍＡ／ｃｍ２で処理した検体（試料２〜５）については、夫々８２％、９５％、９１％、９８％といずれも８０％以上カリウムが除去されている。【００６４】
また、カリウム除去装置は水槽内で検体を水に浸漬して処理を行っているにも関わらず、室温で処理を行うと著しく脱水が生じており、食味に影響を及ぼしている（試料５）。一方、低温（０〜１０℃）で処理した検体（試料１〜４）は、通電密度に関わらず、脱水の程度がマイナス（−）〜プラス（＋）の範囲であった。【００６５】
０℃、４ｍＡ／ｃｍ２で処理した検体（試料１）、あるいは８ｍＡ／ｃｍ２で処理した検体（試料２）は、硬さも未処理検体と同等であり、脱水による凹みも８ｍＡ／ｃｍ２で処理した検体（試料２）で１ｍｍ程度の極小さい凹みが陰極側に生じていたのみである。【００６６】
また、０℃、１６ｍＡ／ｃｍ２で処理した検体（試料３）は、陰極側に強い凹みが生じていた。したがって、低温であっても、１６ｍＡ／ｃｍ２では、脱水が進むため、食味、食感がやや低下する。【００６７】
また、１０℃、８ｍＡ／ｃｍ２で処理した検体（試料４）では、皮以外の５面ですべて脱水による５ｍｍ程度の凹みが観察された。また、検体の硬さも軟らかくなっていた。【００６８】
２３℃、８ｍＡ／ｃｍ２で処理した検体（試料５）は、脱水が激しく、検体が粘土状となっており、食感も著しく悪いものとなっている。したがって、通電条件だけではなく、温度条件が食味、食感を保つためには非常に重要である。【００６９】
【表１】
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２．イオン交換樹脂の効果
≪実施例２≫
かぼちゃ（日本かぼちゃ）は、縦２．５ｃｍ、横２．５ｃｍ、厚さ２．５ｃｍになるようにカットし検体として用いた。図１で示したシステム１を用い、温度は５℃に保ち、４ｍＡ／ｃｍ２、８ｍＡ／ｃｍ２で通電処理を行った。イオン交換樹脂としてH型強酸性陽イオン交換樹脂、OH型強塩基性陰イオン交換樹脂が混合された純水製造用イオン交換樹脂を用い、かぼちゃから溶出してきたイオンを除去しながら通電を行なった。【００７０】
通電時間によるカリウム除去率（Ｋ溶出％）は図１Ａに示すイオン交換樹脂塔８の上流のイオン測定器１０によって測定した値から算出している。ポンプ９により水が循環流路７を循環する速度と、イオン測定器１０として電気伝導度計を用い、通電により溶出したイオンの積算を計算によって求める。【００７１】
具体的には、負電極直下から１．２Ｌ/分の速度で水を吸引し、イオン交換樹脂を通して溶出イオンを除去した後に水槽に戻している。イオン交換樹脂塔に流入する前のイオンの量は電気伝導度計で測定することによって、通電により溶出したイオンの量を算出している。【００７２】
また、比較例として、イオン交換樹脂を用いず水の循環のみを行い、カリウムを除去しカリウム除去率を求めた。イオン交換樹脂を用いずカリウム除去を行ったものについては、一定時間ごとにサンプルを採取し、かぼちゃに残存するカリウム量を日本食品標準成分表に用いられている分析法に準拠して測定した。結果を図３Ａに示す。図中、「+」は、イオン交換樹脂によって循環水からイオンを除去しながら通電を行なったもの、「-」は、水の循環のみを行い、イオン交換樹脂による水の処理を行なわなかったものを示す。【００７３】
図３Ａに示すように、５０％のカリウムを検体から除去するのに、本願発明のシステムを用いた場合には、４ｍＡ／ｃｍ２では１２８分、８ｍＡ／ｃｍ２では６６分かかった。一方、比較例の場合には、４ｍＡ／ｃｍ２では４３０分程度かかると推定される。また、８ｍＡ／ｃｍ２では１８０分かかった。イオン交換樹脂を用いて、循環する水からイオンを除去しながら脱カリウム処理を行なうと、イオンを除去せずに通電する場合に比べて、１／３程度の時間でカリウム除去を行うことができる。
≪実施例３≫
検体としてさつまいもを用いて同様にイオン交換樹脂によって水槽内の水からイオンを除去する効果を解析した。さつまいもは実施例２と同様に、縦２．５ｃｍ、横２．５ｃｍ、厚さ２．５ｃｍになるようにカットした検体を用いた。かぼちゃの代わりにさつまいもを用いた他は、実施例２と同様にして通電処理を行いカリウム除去率を求めた。また、イオン交換樹脂を用いずにカリウム除去を行なったものを比較例とした。結果を図３Ｂに示す。【００７４】
図３Ｂに示すように、５０％のカリウムを検体から除去するのに、本願発明のシステムを用いた場合には、４ｍＡ／ｃｍ２では１０３分、８ｍＡ／ｃｍ２では４５分かかる。一方、イオン交換樹脂を用いない場合には、４ｍＡ／ｃｍ２では２９７分、８ｍＡ／ｃｍ２では２１２分かかった。【００７５】
野菜の種類によっても異なるが、イオン交換樹脂を用いた場合には、イオン交換樹脂を用いない場合と比較して、同等のカリウムイオンを除去するのに要する通電時間は１／３〜１／５程度に短縮することが可能である。
≪実施例４≫
通電密度と通電時間の積にカリウムの移動距離が比例することから、カリウム移動距離に対するイオン交換樹脂の効果を検討した。【００７６】
検体としてかぼちゃを用い、通電密度（ｍＡ/ｃｍ２）と時間に対するカリウムの移動距離を算出した。日本かぼちゃは、縦２．５ｃｍ、横２．５ｃｍ、厚さ２．５ｃｍに切ったものを検体として用いた。【００７７】
実施例２と同様に、イオン交換樹脂によって常にイオンを除去しながら通電を行いカリウムの移動距離を求めた。イオン交換樹脂を用いずに通電処理を行い、カリウムを除去したものを比較例とした。結果を図４に示す。【００７８】
図４に示すように、イオン交換樹脂を用いた場合（図４中「+」で示す。）はカリウムの移動距離が早く、イオン交換樹脂を用いずに通電を行なった場合（図４中「-」で示す。）の約２倍である。かぼちゃから溶出したカリウムイオン等のイオンを周囲の水から常に除去することによって、周囲の水の電気伝導度は低く保たれ、食品を介して効率よく通電が行なわれ、カリウムが移動するものと考えられる。
【産業上の利用可能性】
【００７９】
低カリウム食品を迅速に製造することができる。また、除去されるイオンをモニターしながら通電するので、食品に残存するカリウムを推定しながら低カリウム食品を製造することができる。そのため、腎臓病患者のようにカリウムを制限されている患者であっても安心して摂取可能な低カリウム食品の提供が可能となる。
【符号の説明】
【００８０】
１・・・カリウムを除去するシステム、２、３・・・電極、４・・・食品、５・・・水槽、６・・・直流電源、７・・・循環流路、８・・・イオン交換樹脂塔、９・・・ポンプ、１０、１１・・・溶出イオン測定器、１２・・・緩衝材、１３・・・載置台
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【手続補正書】
【提出日】平成29年8月15日(2017.8.15)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
食品から通電によってカリウムを除去するシステムであって、
直流電流を付与する電源と、
水槽と、
該水槽内に配置され食品を介して対向する少なくとも一対の電極と、
溶出されたイオンを吸着する脱イオン手段と、
食品を浸漬している水を０〜１５℃に冷却する冷却システムを備え、
前記電極は、対向した一方の面電極と他方の面電極の間に食品が密着される構成であることを特徴とするカリウム除去システム。
【請求項２】
請求項１記載のカリウム除去システムであって、
前記脱イオン手段がイオン交換樹脂であることを特徴とするカリウム除去システム。
【請求項３】
請求項１又は２記載のカリウム除去システムであって、
前記水槽には水を循環させる循環手段が設けられていることを特徴とするカリウム除去システム。
【請求項４】
請求項３記載のカリウム除去システムであって、
前記循環手段は循環流路であり、
該循環流路には水を循環させる循環ポンプと、
前記イオン交換樹脂が充填されたイオン交換樹脂塔が設けられたことを特徴とするカリウム除去システム。
【請求項５】
請求項４記載のカリウム除去システムであって、
前記循環流路の前記イオン交換樹脂塔の上流側に電気伝導度計又はカリウムイオン計を設けたことを特徴とするカリウム除去システム。
【請求項６】
請求項５記載のカリウム除去システムであって、
前記循環流路の前記イオン交換樹脂塔の下流側にさらに電気伝導度計又はカリウムイオン計を設けたことを特徴とするカリウム除去システム。
【請求項７】
請求項１〜６いずれか１項記載のカリウム除去システムであって、
前記電源が定電流直流電源であることを特徴とするカリウム除去システム。
【請求項８】
食品からカリウムを除去する方法であって、
対向する面電極に食品を密着して挟み、水槽内に配置し、
食品の温度を０〜１５℃に保ち、
溶出したイオンを脱イオン手段によって水中から除去しながら、
対向した一方の面電極から食品を介して他方の面電極に直流電流を通電することによりカリウムを除去することを特徴とする食品からカリウムを除去する方法。
【請求項９】
請求項８に記載の食品からカリウムを除去する方法であって、
前記水槽内の水を電気伝導度計又はカリウムイオン計によって溶出したカリウムイオンの量をモニターしながらカリウムを除去することを特徴とする食品からカリウムを除去する方法。
【請求項１０】
請求項８又は９記載の食品からカリウムを除去する方法であって、
定電流で通電することを特徴とする食品からカリウムを除去する方法。
【請求項１１】
請求項８〜１０いずれか１項記載の食品からカリウムを除去する方法であって、
通電密度を１〜１６ｍＡ/ｃｍ２で処理することを特徴とする食品からカリウムを除去する方法。
【国際調査報告】
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