JP2006087399A - Method for adjusting component of vegetable or fruit juice - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、野菜ジュースや果実ジュースの成分調整方法に関する。 The present invention relates to a method for adjusting ingredients of vegetable juice and fruit juice.
野菜ジュースや果実ジュースは、野菜や果実の絞り汁を、必要により水等で希釈し、あるいはさらに食塩等を添加して、飲料として市販されている。 Vegetable juices and fruit juices are commercially available as beverages by diluting vegetable or fruit juices with water or the like as necessary, or further adding salt or the like.
ところで、野菜や果実のジュースは、食物繊維やビタミン、β−カロチンなどの栄養成分を多く含んでいるが、野菜や果実の生育のために使用される各種肥料に由来して、シュウ酸イオン、硝酸イオン、クエン酸イオンなどのアニオン成分をも含んでいる。このようなアニオン成分は、必ずしも人体に有害な成分ではなく、また人体に悪影響を与えるほどの量で含有されているわけではないが、健康飲料としてのイメージが大きい野菜ジュースや果実ジュースでは、味覚なども考慮して、できれば含有していないか適量であることが望ましい。 By the way, vegetable and fruit juices contain a lot of nutritional components such as dietary fiber, vitamins, and β-carotene, but they are derived from various fertilizers used for the growth of vegetables and fruits. It also contains anion components such as nitrate ion and citrate ion. Such anionic components are not necessarily harmful to the human body and are not contained in such an amount as to adversely affect the human body. In consideration of the above, it is desirable that it is not contained or an appropriate amount if possible.
一般に、不要成分を取り除く手段としては、ろ過、遠心分離、各種吸着剤やイオン交換膜(アニオン交換膜)を用いての吸着処理などがあるが、上記のようなジュースでは、必要な栄養成分までもが取り除かれたり、或いは繊維成分を多く含んでいるために処理効率が低いなどの問題があり、このような処理による成分調整は全く行われていないのが現状である。即ち、このような成分調整方法に関する有効な従来技術はない。 Generally, as means for removing unnecessary components, there are filtration, centrifugation, adsorption treatment using various adsorbents and ion exchange membranes (anion exchange membranes). There is a problem that the processing efficiency is low due to the removal of water or a large amount of fiber components, and the component adjustment by such processing is not performed at all. That is, there is no effective prior art regarding such a component adjustment method.
従って、本発明の目的は、野菜ジュースや果実ジュースから、各種の栄養成分を除くことなく、不要なアニオン成分を選択的に除去し或いは減量することが可能な成分調整方法を提供することにある。 Accordingly, an object of the present invention is to provide a component adjustment method capable of selectively removing or reducing unnecessary anionic components from vegetable juice and fruit juice without removing various nutritional components. .
本発明によれば、正極、負極及び処理室を備え、且つ該処理室は、アニオン交換膜によって正極と区画されている電気透析装置を使用し、該処理室に野菜若しくは果実ジュースを供給して電気透析による脱イオン処理を行うことを特徴とする野菜若しくは果実ジュースの成分調整方法が提供される。 According to the present invention, an electrodialyzer comprising a positive electrode, a negative electrode, and a processing chamber, and the processing chamber partitioned from the positive electrode by an anion exchange membrane, is used to supply vegetable or fruit juice to the processing chamber. A component adjustment method for vegetable or fruit juice is provided, which comprises performing deionization treatment by electrodialysis.
本発明の成分調整方法においては、
(1)前記電気透析装置の前記処理室は、カチオン交換膜によって負極と区画されていること、
(2)前記アニオン交換膜及びカチオン交換膜として、膜抵抗が70〜120Ω、35℃温水中での含水率が30〜50重量%、イオン交換容量が0.7〜1.5meq/g-dry、及び膜厚が0.7〜3mmの範囲にあるものを使用すること、
が好ましい。
In the component adjustment method of the present invention,
(1) The processing chamber of the electrodialysis apparatus is partitioned from the negative electrode by a cation exchange membrane,
(2) The anion exchange membrane and cation exchange membrane have a membrane resistance of 70 to 120Ω, a water content of 30 to 50% by weight in 35 ° C. warm water, and an ion exchange capacity of 0.7 to 1.5 meq / g-dry. And using a film having a thickness in the range of 0.7 to 3 mm,
Is preferred.
本発明においては、電気透析装置を用いての電気透析による脱イオン処理によって野菜ジュース或いは果実ジュースの精製を行うため、ジュース中の有用な成分であるビタミン等の非イオン性栄養分を除去することなく、シュウ酸イオン、硝酸イオン、クエン酸イオンなどのアニオン成分を選択的に除去することができる。 In the present invention, since vegetable juice or fruit juice is purified by deionization treatment by electrodialysis using an electrodialysis apparatus, it is possible to remove nonionic nutrients such as vitamins that are useful components in the juice. Anion components such as oxalate ion, nitrate ion, and citrate ion can be selectively removed.
図1及び図2には、本発明において好適に使用される電気透析装置の一例を示した(図1は、電気透析装置の側断面図であり、図2は、図1の装置のA−A断面を示す図である)。 1 and 2 show an example of an electrodialysis apparatus preferably used in the present invention (FIG. 1 is a side sectional view of the electrodialysis apparatus, and FIG. It is a figure which shows A cross section.).
図1及び図2において、この電気透析装置では、円筒状のハウジング1により処理室51が形成されており、この処理室51の内部には、円筒状のアニオン交換膜(以下、円筒状アニオン膜と呼ぶ)3及び同じく円筒状のカチオン交換膜(以下、円筒状カチオン膜と呼ぶ)5が配置されている。
1 and 2, in this electrodialysis apparatus, a
図1に示されているように、円筒状アニオン膜3の下端部には、下部ホルダー7aが嵌合或いは接着剤等によって固定されており、また、その上端部は、カバー1aに固定された上部ホルダー9aに、嵌合或いは接着剤等によって固定されている。同様に、円筒状カチオン膜5の下端部には、下部ホルダー7bが固定され、その上端部には、上部ホルダー9bが固定されている。
As shown in FIG. 1, a
また、上部ホルダー9a,9bの上方部分には、それぞれ、液排出管11が接続されている。さらに、上部ホルダー9aの上端からは、両端が開放されている中空の筒状金属管からなる正極13が挿入されており、同様に、上部ホルダー9bの上端からは、両端が開放されている中空の筒状金属管からなる負極15が挿入され、これらの正極13及び負極15の内部空間は、図1に示されているように、その下端において、円筒状アニオン膜3或いは円筒状カチオン膜5の内部空間と連通している。
A
上述した構造を有する電気透析装置においては、図2に示されているように、処理室51の内部に、円筒状アニオン膜3によって区画され且つ正極13を内部に有する正極室53と、円筒状カチオン膜5によって区画され且つ負極15を内部に有する負極室55とが形成されており、正極室53及び負極室55内に極液を循環させ、且つ正極13と負極15との間に適当な電圧を印加することにより、処理室51に処理液を供給することにより、電気透析による脱イオン処理が行われる。
In the electrodialysis apparatus having the above-described structure, as shown in FIG. 2, a
なお、正極室53及び負極室55に循環する極液としては、イオン伝導性を示す電解液が使用され、例えば水道水、或いは食塩などの電解質塩を水に添加した塩水溶液などが使用される。このような極液は、正極13或いは負極15の上端から注入されて正極室53或いは負極室55内に充填され、上部ホルダー9a,9bの上方部分に接続されている液排出管11から排出され、再び、正極13或いは負極15の上端から注入されて循環されるようにするのが一般的である。
In addition, as the polar liquid circulating in the
上記のような脱イオン処理の原理を簡単に説明すると、以下の通りである。
即ち、円筒状のアニオン膜3は、表面から内面に貫通している多数の細孔を有する多孔質の架橋樹脂から形成されており、その表面及び内部には、第4級アンモニウム塩基等のアニオン交換基が存在する構造を有している。同様に、円筒状のカチオン膜5は、その表面及び内部には、スルホン酸基等のカチオン交換基が存在する構造を有している。
The principle of the deionization process as described above will be briefly described as follows.
That is, the cylindrical anion membrane 3 is formed of a porous crosslinked resin having a large number of pores penetrating from the surface to the inner surface, and an anion such as a quaternary ammonium base is formed on the surface and inside thereof. It has a structure in which an exchange group exists. Similarly, the
このため、正極13及び負極15に電圧を印加することにより、処理液のアニオンは、生じた電界によって、円筒状アニオン膜3を通過して正極室53内に移行する。一方、処理液中のカチオンは、円筒状のカチオン膜5を通過して、負極室55内に移行する。従って、正極室53内を循環する極液のアニオン濃度は次第に増大し、負極室55内を循環する極液のカチオン濃度は次第に増大することとなる。
For this reason, by applying a voltage to the
本発明の成分調整方法においては、上記のような電気透析装置を使用し、処理室51内に野菜ジュースや果実ジュースを供給しての電気透析(通電透析とも呼ばれる)によって脱イオン処理を行うことにより、ビタミンに代表される有効成分を除去することなく、硝酸イオン、シュウ酸イオン、クエン酸イオンなどの不要もしくは過剰のアニオン成分を有効に除去し或いは減量することが可能となる。
In the component adjustment method of the present invention, the above-described electrodialysis apparatus is used, and deionization processing is performed by electrodialysis (also referred to as energization dialysis) with vegetable juice or fruit juice supplied into the
なお、処理室51内に処理液を供給しての電気透析による脱イオン処理は、バッチ式によって行うこともできるし、連続式(或いは循環式)によって行うこともできる。連続式或いは循環式により処理を行う場合には、処理室51の下部に処理液供給管を接続し、且つ上部に処理液排出管を接続し、処理液の供給及び排出を行えばよい。
Note that the deionization treatment by electrodialysis with the treatment liquid supplied into the
上述した電気透析装置を用いた本発明の精製方法においては、アニオン成分を有効に除去することができるが、同時に、Ca分、鉄分、Mgなどのカチオン成分も同時に除去される。このようなカチオン成分は、人体に有用な成分であることもあるため、例えば円筒状のカチオン膜5を設けず、負極15を直接処理液中に浸漬して、カチオン成分が除去されないようにすることもできる。この場合には、負極室53は形成されず、処理液自体が負極15の極液を兼ねることとなる。
In the purification method of the present invention using the electrodialysis apparatus described above, the anion component can be effectively removed, but at the same time, cation components such as Ca, iron and Mg are simultaneously removed. Since such a cation component may be a component useful for the human body, for example, the
さらに、本発明の成分調整方法は、上述した円筒型のイオン交換膜を有する円筒型電気透析装置を用いた態様に限定されるものではなく、例えば平膜のイオン交換膜を有する平膜型電気透析装置を用いて実施することもできる。この平膜型電気透析装置では、中央に処理室が設けられ、その一方の側にアニオン交換膜で区画された正極室(内部に正極が挿入されている)が配置され、他方の側には、カチオン交換膜で区画された負極室(内部に負極が挿入されている)が配置された構造を有していることを除けば、実質的には円筒型の電気透析装置と同様にして、電気透析による脱イオン処理が行われる。 Furthermore, the component adjustment method of the present invention is not limited to the above-described embodiment using the cylindrical electrodialysis apparatus having a cylindrical ion exchange membrane. For example, a flat membrane type electric apparatus having a flat membrane ion exchange membrane is used. It can also be carried out using a dialysis machine. In this flat membrane type electrodialysis apparatus, a processing chamber is provided in the center, a positive electrode chamber (with a positive electrode inserted therein) partitioned by an anion exchange membrane is disposed on one side, and the other side is disposed on the other side. Except for having a structure in which a negative electrode chamber (with a negative electrode inserted therein) partitioned by a cation exchange membrane is disposed, substantially the same as a cylindrical electrodialysis apparatus, Deionization by electrodialysis is performed.
但し、本発明において処理液として用いる野菜ジュースや果実ジュースは、繊維質分を多く含み、かなり粘性が大きいことを考えると、円筒型のイオン交換膜を用いた円筒型電気透析装置が好適に使用される。即ち、処理を行っていくうちに、繊維分等が交換膜表面に次第に堆積されていくが、円筒型の場合では、その除去を容易に行うことができ、メンテナンスが容易であり、例えば、処理液を希釈する必要もなく、原液の絞り汁のまま処理を行うことができるからである。 However, considering the fact that vegetable juice and fruit juice used as the treatment liquid in the present invention contain a large amount of fiber and are quite viscous, a cylindrical electrodialyzer using a cylindrical ion exchange membrane is preferably used. Is done. That is, while the processing is performed, the fiber and the like are gradually deposited on the surface of the exchange membrane. However, in the case of a cylindrical type, the removal can be easily performed and maintenance is easy. This is because there is no need to dilute the liquid, and the treatment can be carried out with the stock juice.
また、本発明において、アニオン成分の除去のために使用されるアニオン交換膜(アニオン膜3)は、上述した電圧印加によるアニオン成分除去を有効に行うために、ある程度のイオン交換容量が必要であるが、特に、所定の膜電位以上となるように正極13と負極15との間に電圧を印加したとき、巨大な各種アニオン成分が目詰まりすることなく、これを有効に透過させ且つ他の成分の通過を防止するような特性を有していることが好ましく、例えば、円筒型、平膜型、何れの場合においても、膜抵抗が70〜120Ω、35℃温水中での含水率が30〜50重量%、イオン交換容量が0.7〜1.5meq/g-dry、及び膜厚が0.7〜3mmの範囲にあることが好ましい。このようなアニオン膜3を用いて通常、膜電位が10〜35V程度の高電位となるように電圧を印加することにより、アニオンイオンを選択的に有効に除去することができる。即ち、イオン交換容量が高く(膜中のカチオン交換樹脂含量が多いことを意味する)膜厚みが薄く、かつ膜抵抗が低いイオン交換膜では、膜電位が低い状態でアニオンイオンの除去が行われることとなり、電気透析により処理を行うと、巨大なアニオンイオンが膜に詰まって直ぐに抵抗が上昇して電気透析が困難となってしまう。しかるに、上記のような特性を有する膜では、膜電位を高くすることにより、巨大なアニオンイオンを強制的に通過させ、取り除くことが可能となる。なお、巨大なアニオンイオンを通過させるために、透孔の大きな膜を用いることも考えられるが、この場合には、巨大なアニオンイオン以外の他の有用成分も通過してしまうため、適当でない。
In the present invention, the anion exchange membrane (anion membrane 3) used for removing the anion component needs a certain amount of ion exchange capacity in order to effectively remove the anion component by applying the voltage described above. However, in particular, when a voltage is applied between the
なお、上記のような特性を有するアニオン膜は、例えばメルトインデックス(190℃、JIS K 6760)が2g/10分以下、特に0.2g/10分以下のポリエチレン系樹脂とアニオン交換樹脂とを混合し、押出し成形することにより得られる。円筒状の膜を成形する場合には、環状ダイスを用いて押出し成形を行い、平膜を成形する場合には、Tダイを用いて押出し成形を行えばよい。また、イオン交換容量等の特性を前述した範囲とするためには、ポリエチレン系樹脂とアニオン交換樹脂との混合比を、重量基準で3:7乃至5:5の範囲とするのがよい。 In addition, the anion membrane having the above-mentioned characteristics is, for example, a mixture of a polyethylene resin and an anion exchange resin having a melt index (190 ° C., JIS K 6760) of 2 g / 10 min or less, particularly 0.2 g / 10 min or less. And obtained by extrusion molding. When a cylindrical film is formed, extrusion molding is performed using an annular die, and when a flat film is formed, extrusion molding may be performed using a T die. In order to make the characteristics such as the ion exchange capacity within the above-described range, the mixing ratio of the polyethylene resin and the anion exchange resin is preferably in the range of 3: 7 to 5: 5 on a weight basis.
即ち、上記のような方法では、用いるポリエチレン系樹脂がアニオン交換樹脂の成形温度よりも低いため、成形に際してのアニオン交換基の熱分解を抑制でき、例えばアニオン交換樹脂の使用量を減らして膜強度を高めることができる。また、メルトインデックス(MI)が上記範囲のポリエチレン系樹脂の使用により、アニオン交換樹脂の表面被覆量を低減させることができるため、アニオン交換特性を有効に確保することができる。 That is, in the above method, since the polyethylene resin used is lower than the molding temperature of the anion exchange resin, thermal decomposition of the anion exchange group during molding can be suppressed. For example, the amount of the anion exchange resin used can be reduced to reduce the membrane strength. Can be increased. Moreover, since the surface coverage of the anion exchange resin can be reduced by using a polyethylene resin having a melt index (MI) in the above range, the anion exchange characteristics can be effectively ensured.
なお、ポリエチレン系樹脂としては、MIが上記範囲内であれば特に制限されないが、一般には、低、中、或いは高密度ポリエチレン、エチレン含量が50重量%以上のエチレン共重合体、或いはメタクリル酸などがグラフトとされて改質されたポリエチレンなどが使用され、特に好適には、低密度ポリエチレンである。 The polyethylene resin is not particularly limited as long as the MI is within the above range, but is generally low, medium or high density polyethylene, an ethylene copolymer having an ethylene content of 50% by weight or more, or methacrylic acid. And polyethylene modified by grafting is used, and low density polyethylene is particularly preferable.
また、用いるアニオン交換樹脂粉末は、それ自体公知のものでよく、例えばスチレン−ジビニルベンゼン共重合体のような架橋性重合体に、クロルメチル化などを介してトリエチルアミン等の第3級アミンを反応させて第4級アンモニウム化したものを用いることができる。また、このアニオン交換樹脂は、膜の含水率や抵抗を前述した範囲内とするために、35℃の温水での含水率が50%以下であることが好ましい。尚、この含水率は、完全に膨潤した樹脂の全重量に対する水分重量の割合である。 The anion exchange resin powder to be used may be a known one. For example, a crosslinkable polymer such as a styrene-divinylbenzene copolymer is reacted with a tertiary amine such as triethylamine through chloromethylation. And quaternary ammonium can be used. The anion exchange resin preferably has a water content in hot water of 35 ° C. of 50% or less in order to keep the water content and resistance of the membrane within the ranges described above. The water content is the ratio of the moisture weight to the total weight of the completely swollen resin.
上記のようなアニオン膜を用いたときには、先に述べたように、膜電位が10〜35V程度となるように、電極間距離等に応じて、所定の電圧を正極13と負極15との間に印加して電気透析による成分調整が行われる。なお、カチオン膜5を用いる場合には、このカチオン膜5も、アニオン膜と同様の特性を有し、同様の方法で得られたものを用いるのがよい。
When the anion membrane as described above is used, a predetermined voltage is applied between the
本発明において、種々の野菜ジュースや果実ジュースの処理に適用することができ、例えば、トマト、にんじん、キャベツ、ケール、ピーマン、大根、白菜、ブロッコリー、カリフラワー、しょうが、ミツバ、セロリ、アスパラガス、パセリ、ほうれん草、なす、レタス、メロン、スイカなどの種々の野菜の絞り汁、レモン、オレンジ、リンゴ、グレープ、イチゴなどの果実の絞り汁、及びこれらの混合液の成分調整に本発明を適用して、不要なアニオンイオンを除去することができる。また、これらの液に、食塩などを添加する場合には、これらの添加剤は、本発明による処理を行った後に添加することが好ましい。 In the present invention, it can be applied to the treatment of various vegetable juices and fruit juices. Applying the present invention to the composition adjustment of juices of various vegetables such as spinach, eggplant, lettuce, melon, watermelon, fruit juices such as lemon, orange, apple, grape, strawberry, etc. Unnecessary anion ions can be removed. Moreover, when adding salt etc. to these liquids, it is preferable to add these additives after performing the process by this invention.
電気透析装置として、図1,2に示す構造を有し、下記仕様の円筒型電気透析装置を使用した。 As the electrodialysis apparatus, a cylindrical electrodialysis apparatus having the structure shown in FIGS.
処理室容積: 1000cm3
アニオン交換膜(株式会社アストム製)
アニオン基:第4級アンモニウム基
径:35mm
長さ:100mm
膜厚:2.0mm
膜抵抗: 85 Ω
含水率: 32 重量%
イオン交換容量: 1.2 meq/g-dry
カチオン交換膜(株式会社アストム製)
カチオン基:スルホン酸基
径:35mm
長さ:100mm
膜厚:2.0mm
膜抵抗: 90 Ω
含水率: 35 重量%
イオン交換容量: 1.1 meq/g-dry
電極管(正極及び負極)
径: 13.8mm
電極間距離: 60mm
極液:水道水
Processing chamber volume: 1000 cm 3
Anion exchange membrane (manufactured by Astom Co., Ltd.)
Anionic group: quaternary ammonium group
Diameter: 35mm
Length: 100mm
Film thickness: 2.0mm
Membrane resistance: 85 Ω
Moisture content: 32% by weight
Ion exchange capacity: 1.2 meq / g-dry
Cation exchange membrane (manufactured by Astom Co., Ltd.)
Cationic group: sulfonic acid group
Diameter: 35mm
Length: 100mm
Film thickness: 2.0mm
Membrane resistance: 90 Ω
Moisture content: 35% by weight
Ion exchange capacity: 1.1 meq / g-dry
Electrode tube (positive electrode and negative electrode)
Diameter: 13.8mm
Distance between electrodes: 60mm
Polar liquid: tap water
上記の電気透析装置を使用し、該装置の処理室に、1000mlのA社製トマトジュース(食塩無添加)を投入し、正極室及び負極室に、それぞれ、極液として1000mlの水道水を循環し、電極間に35Vの電圧を印加し、電気透析による脱イオン処理を行った(このときのアニオン交換膜の膜電位は、10〜27Vであった)。 Using the above electrodialyzer, 1000 ml of company A tomato juice (no salt added) is put into the processing chamber of the device, and 1000 ml of tap water is circulated as a polar solution in the positive electrode chamber and the negative electrode chamber, respectively. Then, a voltage of 35 V was applied between the electrodes, and deionization treatment by electrodialysis was performed (the membrane potential of the anion exchange membrane at this time was 10 to 27 V).
上記の脱イオン処理に際しては、一定時間毎に、処理液であるトマトジュースのサンプリングを行い、各種アニオン濃度を測定した。この内、電気透析時間とクエン酸イオン濃度との関係を図3に示し、電気透析時間とシュウ酸イオン濃度との関係については、図4に示した。また、他のアニオンに関しては、下記の表1に示した。 In the above deionization treatment, tomato juice, which is a treatment solution, was sampled at regular intervals, and various anion concentrations were measured. Among these, the relationship between electrodialysis time and citrate ion concentration is shown in FIG. 3, and the relationship between electrodialysis time and oxalate ion concentration is shown in FIG. Further, other anions are shown in Table 1 below.
以上の結果から、本発明によれば、トマトジュース中の不要または過剰なアニオンイオンが除去・調整されていることがわかる。 From the above results, it can be seen that according to the present invention, unnecessary or excessive anion ions in tomato juice are removed and adjusted.
3:円筒型アニオン透過性イオン交換膜
5:円筒型カチオン透過性イオン交換膜
13:正極
15:負極
51:処理室
53:正極室
55:負極室
3: Cylindrical anion permeable ion exchange membrane 5: Cylindrical cation permeable ion exchange membrane 13: Positive electrode 15: Negative electrode 51: Treatment chamber 53: Positive electrode chamber 55: Negative electrode chamber
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