(57)【要約】【課題】ろ過時に自己阻止型のダイナミック膜の形成をなくし、水溶性ペクチンを含有した透明タイプの透明果汁を得ることができる果汁の製造法およびそれに用いる装置を提供する。【解決手段】果汁中のペクチンをペクチン分解酵素でパーシャル分解し、ＭＦ（マイクロフィルター）膜で清澄ろ過し、水溶性ペクチンを含有した透明果汁を得る。また、上記果汁の製造を、果汁を貯留する貯槽１と、果汁を循環させる循環ポンプ２と、果汁を加熱または冷却する熱交換器３と、果汁をろ過するＭＦ膜モジュール４と、ＭＦ膜モジュール４をバイパスするバイパス配管５とから構成される果汁製造装置１１で、果汁のパーシャル分解と、パーシャル分解後の果汁のろ過を行うことで実施する。【選択図】　　　　図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
果汁中のペクチンをペクチン分解酵素でパーシャル分解し、ＭＦ（マイクロフィルター）膜で清澄ろ過し、水溶性ペクチンを含有した透明果汁を得ることを特徴とする果汁の製造法。
【請求項２】
水溶性ペクチンのパーシャル分解として、分子量を１００万以下に分解する請求項１記載の果汁の製造法。
【請求項３】
水溶性ペクチンのパーシャル分解として、分子量分布のピークを５０万以下に分解する請求項１または２記載の果汁の製造法。
【請求項４】
水溶性ペクチンのパーシャル分解で、７０％エタノール水に不溶で水に可溶な高分子画分を、原果汁の５０％以上残存させる請求項１〜３のいずれか１項に記載の果汁の製造法。
【請求項５】
ＭＦ膜として０．５μｍ以下０．１μｍ以上の孔径を有するものを使用する請求項１〜４のいずれか１項に記載の果汁の製造法。
【請求項６】
ＭＦ膜の材質が無機材質である請求項１〜６のいずれか１項に記載の果汁の製造法。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか１項に記載の果汁の製造法に用いる装置であって、果汁を貯留する貯槽と、果汁を循環させる循環ポンプと、果汁を加熱または冷却する熱交換器と、果汁をろ過するＭＦ膜モジュールと、ＭＦ膜モジュールをバイパスするバイパス配管とからなり、果汁のパーシャル分解を、貯槽、循環ポンプ、熱交換器、バイパス配管で実行できるよう構成するとともに、パーシャル分解後の果汁のろ過を、貯槽、循環ポンプ、熱交換器、ＭＦ膜モジュールで実行できるよう構成したことを特徴とする果汁製造装置。
【請求項８】
請求項１〜６のいずれか１項に記載の果汁の製造法に従って製造した、水溶性ペクチンを含み透明であることを特徴とする果汁。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、果汁をろ過して水溶性ペクチンを含有した透明果汁を得るための果汁の製造法、それに用いる装置、及び、その製造法で得られる果汁に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来、果汁をろ過して透明果汁を得る製造法として、以下の▲１▼、▲２▼の方法が知られている。
▲１▼：果汁を酵素剤（ペクチナーゼ）で分解した後、ケイソー土をろ過助剤として清澄ろ過する方法（従来、一般的に行われている方法である）。
▲２▼：果汁を限外ろ過膜（ＵＦ膜）でろ過して、ペクチンを除去しながら清澄ろ過する方法（新しい技術として今後の普及が期待される方法である）。
【０００３】上述した従来の果汁の製造法において、まず、▲１▼の方法の場合、酵素分解中に褐変反応で着色したり、異臭が発生するなどの原因で果汁品質が変化する問題があった。また、▲２▼の方法の場合には、着色や異臭の発生は小さく品質は優れているが、ろ過処理中のＵＦ膜の目詰まりが大きく、透過流束が低下したり膜の再生に長時間の洗浄作業を要するという問題があった。また、この▲２▼の方法では、近年活性酸素吸着機能や抗腫瘍機能が注目を集めているペクチンを除去するため、透明果汁を得ることはできるがペクチンの効果を　期待することができなかった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】上述した▲２▼の方法の改良として、ＵＦ膜の変わりにＭＦ（マイクロフィルター）膜を用いて、果汁の清澄ろ過を行った報告が、日本食品科学工学会誌、３６、４４８（１９８９）においてなされている。しかしながら、この報告でも、孔径０．５μｍのセラミック膜でろ過して、果汁中のペクチンによって自己阻止型のダイナミック膜を形成させて、ＵＦ膜と同様にペクチンを含まない透明果汁を製造することを目的としている。そのため、やはりペクチンを含有する透明果汁を得ることができなかった。
【０００５】実際に、上述したＭＦ膜を使用した技術に基づき、０．１μｍ孔径の無機材質（アルミナ）のＭＦ膜でリンゴ果汁をろ過して、透過液への水溶性ペクチンを検討した結果を図４に示す。膜を透過させるためにファウリングを小さくする方法としては、小さな透過流束とする方法が一般的である。図４では、０．１ＭＰａでの定圧ろ過　と、この透過流束よりも小さな値での定流束ろ過でファウリングを小さくして実施している。
【０００６】図４において、横軸は容量減少率（ＶＲＦ：Ｖｏｌｕｍｅ　Ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ　Ｆａｃｔｏｒ）、縦軸は透過率であり、それぞれ以下の（１）式、（２）式で表される。
ＶＲＦ＝ＶＦ／ＶＲ＝ＶＦ／（ＶＦ−ＶＰ）　　　‥‥（１）
ここで、ＶＦは供給液の容量（Ｌ）、ＶＲは保持液の容量（Ｌ）、ＶＰは透過液の容量（Ｌ）である。
透過率＝ＣＰ／ＣＲ　　　　　　　　　　　　　　‥‥（２）
ここで、ＣＰは透過液の水溶性ペクチン濃度、ＣＲは保持液の水溶性ペクチン濃度である。
【０００７】図４において、０．１ＭＰａでの定圧ろ過、および、３〜１０Ｌ／（ｍ２・ｈ）の定流束ろ過のいずれにおいても、水溶性ペクチンの透過率はろ過初期の短期間を除けば０．１以下と小さい値である。特に３Ｌ／（ｍ２・ｈ）という低い値での定流束ろ過でも　水溶性ペクチンの透過率が０．１以下と小さいことは、透明果汁へ有効な濃度の　水溶性ペクチンを含有させる方法とはなっていないことを意味している。この理由は、上述した方法では、果汁中の　水溶性ペクチンの高分子画分の透過性が小さく、膜のファウリングを起こし自己阻止型のダイナミック膜を形成して　水溶性ペクチン透過率を低下させているためである。
【０００８】なお、ここで、「定圧ろ過」とは、全ろ過期間を通じ一定圧力でろ過する方法をいう。目詰まり　などのファウリングによってろ過抵抗が増加すると有効ろ過圧力が低下することになり、透過流束（ろ過速度）が減少してくる。また、「定流束ろ過」とは、濾液の流れを小さな値に制限しながら全ろ過期間を通じ一定の値に保つようにろ過する方法をいう。定圧ろ過よりも　ファウリングが少なく、透過性を維持するのに適しているといわれている。
【０００９】本発明の目的は上述した課題を解消して、ろ過時に自己阻止型のダイナミック膜の形成をなくし、水溶性ペクチンを含有した透明果汁を得ることができる果汁の製造法、それに用いる装置、及び、その製造法で得られる果汁を提供しようとするものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本発明の果汁の製造法は、果汁中のペクチンをペクチン分解酵素でパーシャル分解し、ＭＦ（マイクロフィルター）膜で清澄ろ過し、水溶性ペクチンを含有した透明果汁を得ることを特徴とするものである。
【００１１】本発明では、酵素を作用させてペクチンの高分子部分を低分子化するパーシャル分解を行って、ダイナミック膜の形成を小さくし、水溶性ペクチンを含有した透明果汁を得ている。
【００１２】本発明の果汁の製造法の好適な実施態様としては、水溶性ペクチンのパーシャル分解として、分子量を１００万以下、さらに好ましくは分子量分布のピークを５０万以下に分解すること、水溶性ペクチンのパーシャル分解で、７０％エタノール水に不溶で水に可溶な高分子画分を、原果汁の５０％以上残存させること、ＭＦ膜として０．５μｍ以下０．１μｍ以上の孔径を有するものを使用すること、および、ＭＦ膜の材質が無機材質であること、がある。いずれの場合も本発明の効果をさらに好適に得ることができる。
【００１３】また、本発明の果汁の製造装置は、上述した果汁の製造法に用いる装置であって、果汁を貯留する貯槽と、果汁を循環させる循環ポンプと、果汁を加熱または冷却する熱交換器と、果汁をろ過するＭＦ膜モジュールと、ＭＦ膜モジュールをバイパスするバイパス配管とからなり、果汁のパーシャル分解を、貯槽、循環ポンプ、熱交換器、バイパス配管で実行できるよう構成するとともに、パーシャル分解後の果汁のろ過を、貯槽、循環ポンプ、熱交換器、ＭＦ膜モジュールで実行できるよう構成したことを特徴とするものである。
【００１４】上述した構成の果汁の製造装置では、上述した果汁の製造法で必須となる果汁のパーシャル分解作業と果汁のろ過作業を、一つの装置で管路を切り替えることで実施できる。
【００１５】さらに、上述した本発明の製造方法に従って得られる果汁は、水溶性ペクチンを含み透明であることを特徴とするものである。本発明では、従来得られなかった水溶性ペクチンを含み透明な果汁を得ることができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】本発明の果汁の製造法の特徴は、果汁中のペクチンをペクチン分解酵素でパーシャル分解し、ＭＦ（マイクロフィルター）膜で清澄ろ過することにある。また、その際の好適例としては、水溶性ペクチンのパーシャル分解として、分子量を１００万以下、さらに好ましくは分子量分布のピークを５０万以下に分解すること、水溶性ペクチンのパーシャル分解で、７０％エタノール水に不溶で水に可溶な高分子画分を、原果汁の５０％以上残存させること、ＭＦ膜として０．５μｍ以下０．１μｍ以上の孔径を有するものを使用すること、および、ＭＦ膜の材質が無機材質であること、がある。
【００１７】以下、これらの構成を得ることができた検討結果について、（１）水溶性ペクチンの透過性の調査、（２）パーシャル分解と完全分解の比較、（３）酵素分解果汁の分子量分布、（４）パーシャル分解果汁での実施例、（５）りんご果汁の実際の製造例、について詳細に説明する。
【００１８】まず、以下の検討を行う上での前提条件について記載する。対象となる果汁としては、リンゴの品種「つがる」と「ふじ」から搾汁した果汁を使用して実施した。この原果汁には水溶性ペクチンが　２００〜４００ｍｇ／Ｌ程度含まれている。水溶性ペクチンは７０％エタノール水に不溶で、水に可溶なものとして、社団法人日本食品科学工学会編：食品分析法、第１版（光琳、東京）ｐ．２３２（１９８２）に基づき分析した。すなわち、果汁２．０ｍｌを遠心沈殿管にとり９９．５％エタノールを５ｍｌ加えて混合した後３０００ｒｐｍで１０分間遠心分離した沈殿に７０％エタノール水溶液５ｍｌを加え振　とうして糖を溶解した後、３０００ｒｐｍで１０分間遠心分離して上澄み液を捨てる操作を繰り返し、上澄み液がフェノール硫酸法で糖反応が検出されなくなるまで洗浄して得られ　た沈殿に、純水４．０ｍｌを加え２４時間放置して、　沈殿を溶解　させた水溶性物質を得た。　この試料中のペクチンの定量はカルバゾール硫酸法に準拠し、無水ガラクルツロン酸として求めた。
【００１９】（１）水溶性ペクチンの透過性の調査について：
原果汁を膜ろ過したとき、ろ過開始２０分後、１８０分後、３００分後のそれぞれの保持液と透過液から、水溶性ペクチンの各分子量についての透過率を調査した結果を、原果汁処理での水溶性ペクチン分子量と透過率との関係として図１に示した。図１の結果から、高分子画分が膜の透過率が低く、ファウリングを起こしていることが明らかである。２０分後よりも１８０分後および３００分後の透過率が小さいことも明らかであり、ろ過開始初期に膜を透過しない水溶性ペクチンの高分子画分がファウリング層を形成して、水溶性ペクチンの低分子画分の透過率を低下させていると考えられる。このことから、水溶性ペクチンの高分子画分を低分子化することで、水溶性ペクチン透過率を改善できることがわかる。
【００２０】（２）パーシャル分解と完全分解について：
▲１▼パーシャル分解について：
協和化成（株）のＡｓｐｅｒｇｉｌｌｕｓ　ｎｉｇｅｒ由来の酵素、ペクチナーゼＳＳをリンゴ果汁へ０．０１％（Ｗ／Ｖ）添加し反応させた。また、ペクチナーゼＳＴをリンゴ果汁へ０．０１４％（Ｗ／Ｖ）添加した場合についても実施した。ペクチナーゼＳＳは主としてペクチナーゼ活性を有する酵素であるが、ペクチナーゼＳＴはペクチナーゼ活性のほかにセルラーゼ活性、アミラーゼ活性、プロテアーゼ化成も有する酵素である。酵素の反応条件は、２０℃×５分間とした。酵素反応直後には、熱水に浸漬したコイル型熱交換器で９０℃まで加熱して酵素を失活させた後、２０℃まで冷却した。
▲２▼完全分解について：
ペクチナーゼＳＳをリンゴ果汁へ０．０１％（Ｗ／Ｖ）添加し、４０℃×２時間反応させて完全分解し、パーシャル分解と同じ方法で失活処理した。
【００２１】（３）酵素分解果汁の分子量分布について：
上述したパーシャル分解と完全分解によって得られた結果を、果汁の分解程度による水溶性ペクチンの分子量分布として図２に示した。分子量分布はゲルクロマトグラフィーで測定した。分離ゲルはＳｅｐｈａｒｃｒｉｌ　Ｓ−４００　（Ｐｈａｒｍａｃｉａ　Ｂｉｏｔｅｃｈ社製、分画可能範囲は分子量２００万〜１万）、カラムサイズは内径２６ｍｍ×ベッド長６８０ｍｍ（ベッド容積＝３６０ｍｌ）である。供試料は４ｍｌとし溶出液は０．１Ｍ塩化ナトリウム水溶液、展開流速１ｍｌ／分として６℃下で操作した。分子量マーカーはブルーデキストラン２，０００，０００　デキストリン７０，０００および４０，０００を使用した。フラクションサイズは６ｍｌで採取し、水溶性ペクチン濃度はカルバゾール硫酸法で発色させて５２４ｎｍ吸光度で測定した。
【００２２】図２の結果から、以下のことがわかる。原果汁の分子量ピークは分子量２４０万〜３００万の位置にあるが、ペクチナーゼＳＳでパーシャル分解した果汁およびペクチナーゼＳＴでパーシャル分解した果汁ともに、分子量は１００万以下となっており、ペクチナーゼＳＳでパーシャル分解した果汁の分子量分布のピークは２５万の位置に現れた。ペクチナーゼＳＴでパーシャル分解した果汁の分子量分布のピークは４４万と１４万の位置にある。また、これらのパーシャル分解した果汁の水溶性ペクチン濃度は原果汁に対して、５０％以上残存していた。一方、ペクチナーゼＳＳで完全分解を行った果汁では各ピークは消失しており、水溶性ペクチン残存率は１１％であった。
【００２３】（４）パーシャル分解果汁での実施例について：
孔径が０．１μｍの膜を使用して、ＶＲＦ＝２．５まで定圧ろ過して得られた全透過液を混合して測定した水溶性ペクチン濃度を以下の表１に示す。なお、表１中、ＳＳパーシャル分解果汁とは、酵素ペクチナーゼＳＳを作用させてパーシャル分解した果汁をさし、ＳＴパーシャル分解果汁とは、酵素ペクチナーゼＳＴを作用させてパーシャル分解した果汁を示す。
【００２４】
【表１】
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【００２５】表１の結果から、パーシャル分解果汁では従来法で得られるペクチン濃度よりも２倍以上、つまり、　９４〜１８８ｍｇ／Ｌの高濃度のペクチンを含有させることが可能となることがわかる。一方、完全分解する方法では、回収率は８５．７％と高い値ではあるが、供給果汁中に残存する水溶性ペクチンが　４２ｍｇ／Ｌと少ないために透明果汁中の水溶性ペクチン濃度は低く、有効な濃度改善方法とはなっていないことがわかる。
【００２６】以上のことから、本発明の果汁の製造法の必須構成および望ましい構成を見い出すことができる。次に、本発明の果汁の製造法を実施するために用いる果汁製造装置について説明する。
【００２７】図３は本発明の果汁製造装置の一例の構成を示す図である。図３において、本発明の果汁製造装置１１は、貯留する貯槽１と、果汁を循環させる循環ポンプ２と、果汁を加熱または冷却する熱交換器３と、果汁をろ過するＭＦ膜モジュール４と、ＭＦ膜モジュール４をバイパスするバイパス配管５と、から基本的に構成されている。図３に示す例では、さらに、ＭＦ膜モジュール４からの透過液を得るための透過液ライン６と、各管路を切り替えるために使用するバルブ７とを備えている。
【００２８】貯槽１は、酵素による果汁のパーシャル分解反応槽として、および、膜ろ過での保持液貯槽としても活用される。貯槽１、循環ポンプ２、熱交換器３はバイパス配管５を経由してショート回路を形成し、循環ポンプ２による循環運転をしながら酵素による果汁のパーシャル分解反応に使用する。この反応終了後は、熱交換器３に熱水または蒸気を流して反応果汁を加熱し、パーシャル分解酵素を失活させる。酵素を失活させた後は、熱交換器３に冷却水を流して果汁をＭＦ膜モジュール４でろ過処理する温度まで冷却する。
【００２９】パーシャル分解果汁が冷却された後、バイパス配管５をクローズしてＭＦ膜モジュール４へ果汁が流れるようにラインを切り替える。循環ポンプ２で必要なクロスフロー線速およびろ過圧力を与えながら、ＭＦ膜モジュール４でろ過を行う。定圧ろ過の場合は、ＭＦ膜モジュール４の透過液出口から処理した果汁を透過液ライン６から直接得ることができるが、定流束ろ過の場合は、ＭＦ膜モジュール４の透過液ライン６に定流量バルブあるいは定流量ポンプ等を設置して一定流量で透過液を取り出す。
【００３０】上述した実施例では、ペクチンを含む果汁としてリンゴ果汁を例示したが、本発明はペクチンを含む果汁であればリンゴ果汁以外の果汁でも適用できることはいうまでもない。そのようなリンゴ果汁以外の例としては、ももの果汁、ネクタリンの果汁、メロン類の果汁、かんきつ類の果汁等を挙げることができる。
【００３１】
【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明の果汁の製造法によれば、酵素を作用させてペクチンの高分子部分を低分子化するパーシャル分解を行って、ダイナミック膜の形成を小さくしているため、水溶性ペクチンを含有した透明果汁を得ることができる。また、本発明の果汁製造装置によれば、上述した果汁の製造法で必須となる果汁のパーシャル分解作業と果汁のろ過作業を、一つの装置で管路を切り替えることで実施できるため、本発明の果汁の製造法を実施するために好適な構成となる。さらに、本発明によれば、従来得られなかった水溶性ペクチンを含み透明な果汁を得ることが　できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】原果汁処理での水溶性ペクチン分子量と透過率との関係を示すグラフである。
【図２】果汁の分解程度による水溶性ペクチンの分子量分布を示すグラフである。
【図３】本発明の果汁の製造装置の一例の構成を示す図である。
【図４】濃縮ろ過時の水溶性ペクチン透過率変化を示すグラフである。
【符号の説明】
１　貯槽、２　循環ポンプ、３　熱交換器、４　ＭＦ膜モジュール、５　バイパス配管、６　透過液ライン、７　バルブ、１１　果汁製造装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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