(57)【要約】【課題】液状食品または凝固性食品の凝固前液からなる被処理液を衛生的に気液分離して鬆の発生を低減し、歩留まりよく高品質の食品を製造でき、または効率よく不活性ガス置換できる気液分離装置およびそれを備えた充填装置の提供。【解決手段】被処理液を流す管路３と、該管路の少なくとも一部を水などの液中に浸漬する処理槽４と、該処理槽内の管路に超音波を照射する超音波素子５とを含むことを特徴とする気液分離装置１、それを備えた脱気装置１３と充填装置２。【選択図】　図１
2004041846.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被処理液を流す管路と、該管路の少なくとも一部を液中に浸漬する処理槽と、該処理槽内の管路に超音波を照射する超音波素子とを含むことを特徴とする気液分離装置。
【請求項２】
請求項１に記載の気液分離装置と、該気液分離装置の管路の下流側に設けられ被処理液より気液分離された気泡を除去する気泡除去装置とを含むことを特徴とする脱気装置。
【請求項３】
請求項２に記載の脱気装置と、該脱気装置によって気泡を除去された被処理液を容器に充填する充填手段とを含むことを特徴とする充填装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、溶融状態のチーズ、豆乳、溶融状態のチョコレート、牛乳などの液状食品または凝固性食品の凝固前液からなる被処理液に超音波を照射して脱気することに利用される気液分離装置、脱気装置および充填装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
チーズ、豆腐、チョコレート、牛乳などの容器入り食品を工業的規模で製造する場合、長期間保存が可能な品質を維持するため、十分衛生的に製造する必要がある。また製品歩留まりを高めるために、製品の外観を損ねる「鬆」の発生を低減させる必要がある。鬆は、チーズ、豆腐、チョコレート等凝固性食品の凝固前液中に混入している空気等のガスが、これらの液を凝固または固化させる際に気泡や空隙として残ったものであり、容易に目視可能な鬆が生じたこれらの食品は外観が悪くなり商品とされない場合が多く、鬆の発生が多いと製品歩留まりが低下してしまう。この鬆の発生を防ぐためには、上記凝固性食品の凝固前液を凝固または固化させる前に気液分離（脱気）することが有効である。また、凝固性食品の凝固前液あるいは牛乳などの液状食品、果汁等の飲料を気液分離することによって、品質劣化を招く酸素を除去することもできる。さらに、気液分離を行うと共に、上記液状食品等に窒素などの不活性ガスを導入してガス置換することによって、品質保存性をより一層高めることができる。
【０００３】
液状食品または凝固性食品の凝固前液などの被処理液を脱気するための一つの方法として、真空脱気装置を用いる方法が挙げられる。しかし、真空脱気装置は価格が高く、また大型の脱気槽や多くの付属設備が必要なために大型となり、大きな設置スペースが必要になる欠点がある。従って、装置コストが安価であり、小型で効率よく気液分離を実行し得る手段が求められていた。
【０００４】
液状食品または凝固性食品の凝固前液などの被処理液を脱気するための別な方法として、例えば特開平１−１３２３６９号公報、特開平７−８１７０号公報、特表平１１−５０５１７５号公報、特開２００１−１０４９４２号公報に記載されているように、被処理液に超音波を照射して気液分離させる方法が提案されている。
Ａ．特開平１−１３２３６９号公報には、発泡飲料をフィルターを通過させることにより気液分離する第１工程と、次いでその液を超音波発振子を配したタンクに入れて超音波をあてて気液分離する第２工程とからなる発泡飲料のガス抜き方法が開示されている。
Ｂ．特開平７−８１７０号公報には、流動状チョコレートを型に入れて固化する前に超音波をあてて気液分離を促進させるチョコレート気泡除去方法が開示されている。
Ｃ．特表平１１−５０５１７５号公報には、超音波伝播管に被処理液を流して除泡するための装置が開示されている。
Ｄ．特開２００１−１０４９４２号公報には、超音波振動子を利用して原水にキャビテーションを起こさない程度の弱い超音波照射を施す超音波処理室を設けた脱気装置が開示されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した超音波を用いる従来技術のうち、Ａ，ＣおよびＤの各公報に記載された技術は、被処理液と超音波発振器とを直接接触させて超音波を照射していたために衛生上好ましくなく、液状食品または凝固性食品の凝固前液などの被処理液の気液分離用には不適であった。特に管路の内部に機械装置が突出していると、管路を洗浄（特に定置洗浄）する際に洗い残しの原因となりやすく、洗浄性に問題が出てくる。
またＢに記載の技術は、被処理液（流動状チョコレート）を型材に充填した後に超音波を照射しているが、容器詰め前に凝固させる食品には適用できず、応用範囲が限定されてしまう問題がある。また容器に被処理液を充填後に超音波を照射する場合、容器に局部的な熱や圧力が加わって容器が変形、破損し易いため、薄い合成樹脂フィルム製簡易容器や袋などの安価な容器に詰める食品には適さない問題がある。
【０００６】
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、液状食品または凝固性食品の凝固前液からなる被処理液を衛生的に気液分離して鬆の発生を低減し、歩留まりよく高品質の食品を製造でき、または効率よく不活性ガス置換できる気液分離装置、脱気装置および充填装置の提供を目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記目的を達成するために、被処理液を流す管路と、該管路の少なくとも一部を水などの液中に浸漬する処理槽と、該処理槽内の管路に超音波を照射する超音波素子とを含むことを特徴とする気液分離装置を提供する。
また本発明は、上記気液分離装置と、該気液分離装置の管路の下流側に設けられ被処理液より気液分離された気泡を除去する気泡除去装置とを含むことを特徴とする脱気装置を提供する。
さらに本発明は、上記脱気装置と、該脱気装置によって気泡を除去された被処理液を容器に充填する充填手段とを含むことを特徴とする充填装置を提供する。
【０００８】
【発明の実施の形態】
本発明方法に使用する液状食品または凝固性食品の凝固前液からなる被処理液は特に限定されることなく、従来公知の液状食品または凝固性食品の凝固前液を用いることができ、例えば溶融状態のチーズ、豆乳（豆腐製造用、または飲料用）、凝固前のゼリー類、溶融状態のチョコレート、牛乳、ヨーグルト、コーヒー、果実や野菜飲料、清涼飲料などを挙げることができる。以下、これらの液状食品または凝固性食品の凝固前液を被処理液と言う。
【０００９】
図１は、本発明に係る気液分離装置およびそれを備えた脱気装置および該脱気装置を備えた充填装置の一実施形態を示す構成図、図２は気液分離装置の一例を示す斜視図である。これらの図中符号１は気液分離装置、１３は脱気装置、２は充填装置である。
この気液分離装置１は、被処理液を流す管路３と、該管路３の少なくとも一部を水などの液中に浸漬する処理槽４と、該処理槽４内の管路３に超音波を照射する超音波素子５と、該超音波素子５に接続された発振器６とを備えて構成されている。
【００１０】
該気液分離装置１の管路３は、入口側に被処理液が導入される管路１０が接続されるとともに、出口側が充填装置２につながる管路１１に接続されている。この管路３は、被処理液を充填装置２側に連続的に供給することができ、かつ供給中に気液分離のために十分な超音波を照射できるような管内径と管長さを有するように設計されている。例えば、被処理液の流量が１０００〜２０００Ｌ／時間である場合には、管路３の管内径は４０〜５５ｍｍ程度、管長さ（水没部分）は４〜７ｍ程度としてよい。この管路３は、管路内を蒸気加熱殺菌または薬液洗浄し得るような耐熱性、耐薬品性のあるステンレス鋼などで形成することが望ましい。
【００１１】
上記超音波素子５および発振器６は、管路３内を流れる被処理液に超音波を照射して、気液分離を促進できるものであればよく、特に限定されず、例えば、従来より超音波洗浄機として公知の装置を適用することができる。使用される共振周波数は２０〜４０ＭＨｚ程度が好ましい。このような超音波素子５および発振器６として好適な市販品としては、例えばカイジョー社製の商品名「フェニックス」シリーズの各種製品が挙げられる。
【００１２】
処理槽４には、管路３の大部分と、超音波素子５とが水没するのに十分な量の水（または湯）が収容されている。この処理槽４の液深は、超音波素子５から発振した超音波が効率よく管路３に伝搬するように設定されている。超音波洗浄効率は発振源と被処理物との距離が１５ｃｍ程度で最適とされ、超音波素子５を処理槽４底部に配置した場合、処理槽４の液深は２０〜３０ｃｍ程度とするのが好ましい。この処理槽４には、湯温を所定温度に保温するための温度調節手段を設けてもよい。
【００１３】
なお、本例示では処理槽４中に超音波素子５を浸漬して管路３に超音波を照射する構成としたが、処理槽４の底面裏側に超音波素子５を配置してもよい。また複数の超音波素子５を処理槽４内に浸漬し、あるいは処理槽４裏面側に配置した構成としてもよい。
【００１４】
管路３の出口側に接続された管路１１は、気液分離後の被処理液を保持して気泡を浮上させる保持タンク７（気泡除去装置）に接続されており、気液分離装置１と該保持タンク７によって脱気装置１３が構成されている。
また、この保持タンク７の下部にある出口は、充填機１４の定量供給機１２の被処理液入口に接続されている。
この充填機１４は、該定量供給機１２と、容器をコンベア上に並べて供給する容器供給機８と、容器を縦横に並べて一方向に向けて搬送するコンベアを有する搬送機９とを備えて構成され、さらに上記脱気装置装置１３と該充填機１４とから充填装置２が構成されている。
これらの保持タンク７、定量供給機１２、容器供給機８および搬送機９は、製造するべき食品の包装形態に応じて、従来公知の機器を用いることができる。使用する容器もまた、製造するべき食品の包装形態に合わせて、種々の材質、形状および容量の容器、例えば合成樹脂や紙からなる箱状容器、ボトル、缶容器などを用いることができる。
【００１５】
保持タンク７に送られた被処理液は、タンク内で同伴した気泡が液と分離して浮上する。この保持タンク７から吐出する被処理液は、気泡を含まない液成分になっている。この充填機４において被処理液を充填した容器は、冷却、密封、包装などの製品化のための工程に搬送され、製品化される。
なお、本実施形態では気液分離装置１を備えた脱気装置１３と、充填機１４とを接続し、気液分離した被処理液を容器に計量充填する構成としたが、豆腐の製造のように、被処理液を凝固または固化用の大型容器や型に注入して凝固または固化させ、必要に応じて熟成、裁断などの適当な処理を施した後、容器に充填する構成としてもよい。
【００１６】
この気液分離装置１は、管路３内を流れる被処理液に、超音波素子５から発せられた超音波を処理槽４内の水と管路３壁を介して照射し、被処理液中に含まれているガスを液体成分から分離するように構成したので、被処理液を衛生的に気液分離することができる。このように被処理液に超音波を非接触式で連続的に照射することにより、凝固または固化した後に鬆の発生が少なく、食感、組織、外観が良好な各種食品を連続的に製造することが可能である。
また鬆の発生を低減できるので、外観不良品が減少し、製品歩留まりが向上する。
さらに、管路３内に被処理液を流しながら超音波を照射する非接触式の気液分離を行うことで、被処理液が汚染されることがなく、安全性、サニタリー性が良く、また製造後の清掃等のメンテナンスが容易である。管路３内に超音波素子を突設させる構造ではないため、洗浄性が良く、特に、管路を自動的に定置洗浄する場合に好適である。即ち、洗浄後に逐一分解手洗いしたり点検する必要はない。このような洗浄性は、被処理液が食品、食品原料等である場合には特に重要であり、製品の安全性確保と作業性の両面で利点が大きいのである。
また、この気液分離装置１は、装置本体および附帯設備等が簡略化、小型化できるので、装置価格が安価であり、投資効率がよい。
さらに、この気液分離装置１は小型であり、従来の真空式脱気装置に比べて設置スペースを縮小でき、また容易に移動、搬送できるので、製造ラインへの付設や位置変更、清掃作業が容易にできる。
【００１７】
また本発明の別な実施形態として、本発明の気液分離装置と不活性ガス置換装置とを組み合わせることにより、不活性ガス置換を効率よく行うことができる。
【００１８】
【実施例】
図２に示すように構成された気液分離装置１を用い、各種製品の気液分離を行った。
気液分離装置１は、図２に示すように被処理液を流す管路３と、該管路３を浸漬している処理槽４と、該処理槽４内に設けられた超音波素子５と、該超音波素子５に接続され処理槽４外部に設けられた発振器６とを備えた構造とし、それぞれの構成要素の詳細は以下の通りとした。
処理槽：７５０ｍｍ×９００ｍｍ×高さ２００ｍｍのプラスチック製バット。このバット内に湯を一杯（液深２００ｍｍ）に入れた。
管路：外径５０ｍｍ、内径４８ｍｍのステンレス鋼製の管路を図２に示すように湯槽内に蛇行配置し、水中の管の長さは５〜６ｍ。
超音波素子：カイジョー社製の投込振動子、商品名フェニックス６３５６Ｎ（許容入力６００Ｗ、共振周波数２６ｋＨｚ）。
発振器：カイジョー社製フェニックスシリーズ発振器、商品名フェニックス６３３９（実効出力６００Ｗ、周波数２６ｋＨｚ±７％）。
【００１９】
上記気液分離装置１は、図１に示すように出口側配管を保持タンク７に接続して脱気装置１３を構成すると共に、この保持タンク７を充填機１４の定量供給機１２に接続した。
保持タンク７は、被処理液を保持するためのタンクであり、下流に設けられた充填機１４が一次停止した際に被処理液の供給が停止されるまでアイドルタイムを確保するために設置されている。本実施例では、この保持タンク７を、本発明の「気泡除去装置」として使用している。
即ち、被処理液は、気液分離装置１によって気液が分離されて気体が合一して気泡となっているが、この状態で被処理液が保持タンク７に流入すれば、保持タンク７内では、気泡に自然の浮力がかかって浮上し、被処理液より除去されるのである。
【００２０】
（その他の例）
上記実施例では「気泡除去装置」として保持タンク７を用いたが、気泡除去装置としてはこれに限らず、▲１▼液体サイクロンのように、被処理液を自然に旋回させて遠心力をかけ、この遠心力に対向する浮力を生じさせて気泡を除去する装置、▲２▼クラリファイヤーのように、被処理液を機械的に回転させて同様に遠心力に対向する浮力を生じさせて気泡を除去する装置、等を用いることもできる。
【００２１】
保持タンク７で気泡除去された被処理液は、定量供給機１２に送られる。この定量供給機１２は、保持タンク７から供給される被処理液を計量し、容器１個分の充填量づつに小分けして、搬送機９によって搬送される容器に逐一充填する手段である。この充填操作は、容器供給機８，搬送機９の動作と連動して行われることは言うまでもない。
【００２２】
【発明の効果】
本発明によれば、被処理液に非接触式で超音波を照射して気液分離するので、チーズや豆腐などの凝固性食品の凝固前液を脱気した後、凝固させることで鬆の発生がなく、食感、組織および外観等が良好な食品を製造可能である。また鬆の発生を低減できるので、外観不良品が減少し、製品歩留まりが向上する。
また、例えば牛乳、コーヒー、果実や野菜飲料、清涼飲料などの液状食品や飲料を不活性ガス置換処理に用いる場合には、液中の酸素を窒素と置換することによって、液中の酸素含有濃度を極めて低くすることができるので、保存性の良好な製品を得ることができる。
さらに、管路内に被処理液を流しながら超音波を照射する非接触式の気液分離を行うことで、被処理液が汚染されることがなく、安全性、サニタリー性が良く、また製造後の清掃等のメンテナンスが容易である。特に被処理液が食品、食品原料、医薬品等である場合には、洗浄性が良好であるため製品の安全性確保と作業性の面で利点が大きい。
また、この気液分離装置は、装置本体および附帯設備等が簡略化、小型化できるので、装置価格が安価であり、投資効率がよい。
さらに、この気液分離装置は小型であり、従来の真空式脱気装置に比べて設置スペースを縮小でき、また容易に移動、搬送できるので、製造ラインへの付設や位置変更、清掃作業が容易にできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の気液分離装置、脱気装置および充填装置の一実施形態を示す構成図である。
【図２】本発明の気液分離装置一実施形態を示す斜視図である。
【符号の説明】
１　　気液分離装置
２　　充填装置
３　　管路
４　　処理槽
５　　超音波素子
６　　発振器
７　　保持タンク（気泡除去装置）
８　　容器供給機
９　　搬送機
１０，１１　管路
１２　定量供給機
１３　脱気装置
１４　充填機
【図１】
2004041846.tif 000003
【図２】
2004041846.tif 000004