JP5802393B2 - 液体食品の殺菌装置および液体食品の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、高温の蒸気で満たされた空間に、液体食品を注入することにより、上記液体食品の殺菌を行う、液体食品の殺菌装置であって、特に繊維質（以下パルプと称する）を含有する液体食品の加熱殺菌を行う殺菌装置に関する。

液体食品の製造プラントにおいて、上記液体食品を加熱殺菌する殺菌装置は、液体食品の品質管理上、非常に重要な装置である。
液体食品の加熱殺菌の手段としては、プレート式熱交換器、シェル＆チューブタイプの熱交換器に代表されるように、熱媒と液体食品とが直接接触せずに、金属等の熱媒伝導体を介して、熱媒の熱を液体食品に伝導して加熱する、所謂間接加熱式加熱殺菌装置と、高温の蒸気に、殺菌対象の液体食品を直接流し込み、混合することによって、液体食品を加熱殺菌する所謂直接加熱式殺菌装置に大別される。

図３は、液体食品の製造プラント（図３には図示せず）に組み込まれた、直接加熱式殺菌装置７０の構成を示す軸方向断面図である。
図３に示すように、直接加熱式殺菌装置７０は、液体食品７１が流通しうる中空円柱形の殺菌装置本体部７２と、上記殺菌装置本体部７２の上端部内方に配設され、殺菌対象の液体食品７１を上記殺菌装置本体部７２内に供給する液体食品供給部７３とを備えている。

上記液体食品供給部７３は、上記殺菌装置本体部７２の上端部内方に配置され、前工程から送出された殺菌前の液体食品を殺菌装置本体部７２に注入する液体食品注入管路部７４と、上記液体食品注入管路部７４の下方に配置され、上記液体食品注入管路部７４から供給される液体食品７１を、所定量貯留すると共に、上記殺菌装置本体部７２内に送出しうる容器状の貯留送出部７５とを備えている。

また、上記液体食品注入管路部７４は、細円筒形に形成され、上記殺菌装置本体部７２の上面部７７を貫通して配設されている。
また、上記殺菌装置本体部７２の上端部近傍には、上記殺菌装置本体部７２の内部の空気を排出する空気排出用スリーブ部８６が上記殺菌装置本体部７２の径方向外方に突出して配設されている。

図４は、図３の液体食品供給部７３の拡大図である。
図４に示すように、上記貯留送出部７５は、円形の底面部７６と、上記底面部７６の外周縁部に延設されると共に、上方に向かって次第に拡開して形成された立ち上がり部７８とから形成され、上記立ち上がり部７８の上端部に形成されたフランジ部７９と上記殺菌装置本体部７２の内壁上端部に設けられた段部８０とが互いに係合することによって、上記殺菌装置本体部７２の上端部内方に固定されている。

また、図４に示すように、上記貯留送出部７５の底面部７６には、厚さ方向に貫通する複数の送出孔部８１が上記底面部７６の周方向に沿って所定間隔寸法毎に設けられ、上記送出孔部８１の上端部には、上端に向かって次第に拡開する漏斗状のテーパー部８２が形成されている。

また、図３に示すように、上記殺菌装置本体部７２の下端部近傍には、上記殺菌装置本体部７２の内部に高温の蒸気を送入する加熱蒸気送入部８３が径方向外方に突出して形成されると共に、上記殺菌装置本体部７２の下端部には、殺菌後の液体食品７１を次工程に搬送する、殺菌後液体食品送出部８４が配設されている。

図３に示すように、上記液体食品供給部７３において、上記液体食品注入管路部７４から供給された液体食品７１は、上記貯留送出部７５内の空間８５に所定量が貯留され、上記液体食品７１の自重によって、上記送出孔部８１、８１．．から、上記殺菌装置本体部７２内に自由落下により送出される。

上記送出孔部８１、８１．．から送出された液体食品７１は、予め上記加熱蒸気送入部８３から送入した高温の蒸気で満たされた上記殺菌装置本体部７２内に落下する過程において、高温蒸気と接触することによって加熱殺菌され、殺菌後の液体食品７１は殺菌後液体食品送出部８４を介して、冷却、減圧工程等の次工程（図３には図示せず）に搬送される。

直接加熱式殺菌装置は、間接加熱式殺菌装置と比較して、液体食品を約1 秒未満という極めて短時間で高温に加熱することができることから、液体食品の風味等を損なうことなく、確実に、且つ短時間で加熱殺菌処理が完了するという利点を有している。

しかしながら、図４に示すように上記貯留送出部７５の底面部７６は平滑に形成されていることから、上記液体食品注入管路部７４から供給された液体食品７１は上記底面部７６に対して垂直に衝突するため、液体食品７１の流速が急激に減じられ、上記貯留送出部７５の空間８５内に貯留された液体食品７１には、不均一な対流が発生する。
加えて、上記送出孔部８１、８１．．のテーパー部８２、８２においては、更に流速が減じられるため、特に、液体食品７１がパルプを含有する場合には、十分な対流が起こらず、結果的に上記テーパー部８２、８２において上記送出孔部８１、８１．．を塞ぐようにパルプが沈殿してしまうことから、上記送出孔部８１、８１．．への液体食品７１のスムーズな導入が困難となり、殺菌装置７０の稼動時間の経過と共に、上記送出孔部８１、８１．．に目詰まりが発生する。

これにより、液体食品７１の殺菌装置本体部７２への送出が阻害され、上記貯留送出部７５内の空間８５が上記液体食品７１で満たされると、それ以上液体食品７１の注入が行えない状態となり、加熱殺菌プラントの運転を停止して清掃作業が必要となる。また、清掃を行わずに放置した場合は、殺菌装置７０の故障要因にもなり得る。
以上のように、図３に示す従来の殺菌装置１０にあっては、現状連続稼働が可能な時間は１０時間以内に留まっており、この時間を越えた場合は、都度分解清掃が必要となるため、液体食品７１の加熱殺菌効率が低下すると共に、清掃等に要するメンテナンスコストが増大するという不具合を有していた。

本発明の解決する課題は、パルプを含有する液体食品であっても、貯留送出部の目詰まりが発生し難く、長時間の連続運転が可能な液体食品の殺菌装置を提供することにある。

上記課題を解決するために、請求項１に記載した発明に係る液体食品の殺菌装置は、液体食品を流通させて殺菌する殺菌装置本体部と、殺菌前の液体食品を上記殺菌装置本体部内に供給する液体食品供給部とを備える液体食品の殺菌装置であって、上記殺菌装置本体部は、上記殺菌装置本体部内に高温の蒸気を送入する加熱蒸気送入部を備えると共に、上記液体食品供給部は、上記殺菌装置本体部の上端部内方に配置され、前工程から送出された殺菌前の液体食品を殺菌装置本体部に注入する液体食品注入管路部と、上記液体食品注入管路部の下方に配置され、上記液体食品注入管路部から供給される液体食品を、所定量貯留すると共に、上記殺菌装置本体部内に送出しうる容器状の貯留送出部とを備え、上記貯留送出部の底面部には、上記殺菌装置本体部内に上記液体食品を送出する複数の送出孔部が形成されると共に、上記液体食品注入管路部の下端部と対向する位置において、上記液体食品注入管路部に向かって突出する錐形の突部が形成され、上記送出孔部は、上記突部の基端部の外周に沿って、夫々所定間隔寸法離間して複数配置されていることを特徴とする。

従って、請求項１の発明にあっては、液体食品供給部の貯留送出部に注入された液体食品は、上記突部の外面に沿って径方向外方に向かって拡がり乍ら滑り落ちることから、上記液体食品注入管路部から注入された液体食品の流速が減じることがない。
更に、上記貯留送出部に所定量が貯留された場合、貯留された液体食品には、常に対流が発生する。また、夫々の送出孔部にかかる液圧がより均等になる。

また、請求項２に記載した発明に係る液体食品の殺菌装置は、上記液体食品注入管路部は細円筒形に形成され、上記突部は円錐形に形成されると共に、上記突部の頂点は、上記液体食品注入管路部の中心軸の直下に配置されることを特徴とする。

従って、上記液体食品は、流速を保持しつつ、上記貯留送出部の底面部に均等に拡がり易くなり、貯留された液体食品に発生する対流の速度も全域で均等になる。

また、請求項３に記載した発明に係る液体食品の殺菌装置は、上記貯留送出部はフッ素系樹脂で形成されていることを特徴とする。

また、請求項４に記載した発明に係る液体食品の製造方法は、上記請求項１から４何れか１項の殺菌装置を用いて殺菌を行う加熱殺菌工程を備えることを特徴とする。

また、請求項５に記載した発明に係る液体食品の製造方法は、上記液体食品は、１０乃至３５の範囲のスラッジボリューム値を有することを特徴とする。

また、請求項６に記載した発明に係る液体食品の製造方法は、上記液体食品は、野菜汁、果実汁、若しくはその混合物を、容量比において５０％以上を含むことを特徴とする。
従って、パルプ入りの液体食品であっても、迅速且つ確実に加熱殺菌処理を行うことができる。

請求項１の発明にあっては、液体食品を流通させて殺菌する殺菌装置本体部と、殺菌前の液体食品を上記殺菌装置本体部内に供給する液体食品供給部とを備える液体食品の殺菌装置であって、上記殺菌装置本体部は、上記殺菌装置本体部内に高温の蒸気を送入する加熱蒸気送入部を備えると共に、上記液体食品供給部は、上記殺菌装置本体部の上端部内方に配置され、前工程から送出された殺菌前の液体食品を殺菌装置本体部に注入する液体食品注入管路部と、上記液体食品注入管路部の下方に配置され、上記液体食品注入管路部から供給される液体食品を、所定量貯留すると共に、上記殺菌装置本体部内に送出しうる容器状の貯留送出部とを備え、上記貯留送出部の底面部には、上記殺菌装置本体部内に上記液体食品を送出する複数の送出孔部が形成されると共に、上記液体食品注入管路部の下端部と対向する位置において、上記液体食品注入管路部に向かって突出する錐形の突部が形成されていることから、貯留送出部に注入された液体食品は、上記突部の外面に沿って径方向外方に向かって拡がり乍ら滑り落ちることから、上記液体食品注入管路部から注入された液体食品の流速が減じることがなく、更に、上記貯留送出部に所定量が貯留された場合、貯留された液体食品には、常に上下方向に回転する対流が発生するため、対流により、液体食品が含有するパルプの繊維が激しく動くことから、パルプが上記貯留送出部の底面部に対流し難くなり、上記送出孔部にスムーズに送り込み易くなる。
従って、パルプを含有する液体食品であっても、貯留送出部の目詰まりが発生し難く、長時間の連続運転が可能な液体食品の殺菌装置を提供することができる。
また、請求項１の発明にあっては、上記送出孔部は、上記突部の基端部の外周に沿って、夫々所定間隔寸法離間して複数配置されていることから、夫々の送出孔部にかかる液圧がより均等となり、各送出孔部から均一に液体食品が送出される。従って、送出孔部の一部に液体食品が偏ることによる目詰まりが発生し難くなる。

また、請求項２の発明にあっては、上記液体食品注入管路部は細円筒形に形成され、上記突部は円錐形に形成されると共に、上記突部の頂点は、上記液体食品注入管路部の中心軸の直下に配置されることから、上記貯留送出部の底面部おいて、流速を保持しつつ、均等に拡がり易くなり、貯留された液体食品に発生する対流の速度も全域で均等になるため、更に貯留送出部の目詰まりが発生し難くなる。

また、請求項３の発明にあっては、上記貯留送出部がフッ素系樹脂で形成されているため、耐酸性、耐薬品性、及び焦げ付き防止性能に優れ、殺菌装置の耐久性能がより向上する。

また、請求項４〜６の発明にあっては、液体食品がパルプを含有する場合であっても、迅速且つ確実に加熱殺菌処理が行われ、高品質の液体食品を効率的に製造することができる。

本発明に係る液体食品の殺菌装置の一実施の形態を示し、実施例に形態における殺菌装置全体の軸方向断面図である。 図１の殺菌装置における液体食品供給部の拡大断面図である。 従来の液体食品の殺菌装置の全体の軸方向断面図である。 図３の殺菌装置における液体食品供給部の拡大断面図である。

本発明を実施するための形態について、添付図面を用いて以下説明する。
図１に示すように、本実施例に係る液体食品の殺菌装置１０は、液体食品１１を流通させて殺菌する殺菌装置本体部１２と、殺菌前の液体食品１１を上記殺菌装置本体部１２内に供給する液体食品供給部１３とを備えている。

上記殺菌装置本体部１２は、上記殺菌装置本体部１２内に高温の蒸気を送入する加熱蒸気送入部１４を備えると共に、上記液体食品供給部１３は、上記殺菌装置本体部１２の上端部内方に配設され、前工程から送出された殺菌前の液体食品１１を上記殺菌装置本体部１２に注入する液体食品注入管路部１５と、上記液体食品注入管路部１５の下方に配置され、細円筒形に形成された上記液体食品注入管路部１５から供給される液体食品１１を、所定量貯留すると共に、上記殺菌装置本体部１２内に送出しうる、フッ素系樹脂からなる容器状の貯留送出部１６とを備え、上記貯留送出部１６の底面部１７には、上記殺菌装置本体部１２内に上記液体食品１１を送出する複数の送出孔部１８、１８．．が形成されると共に、上記液体食品注入管路部１５の下端部１９と対向する位置において、上記液体食品注入管路部１５に向かって突出する円錐形の突部２０が形成されている。
また、上記突部２０の頂点は、上記液体食品注入管路部１５の中心軸の直下に配置される。
また、上記送出孔部１８、１８．．は、上記突部２０の基端部２１の外周に沿って、夫々所定間隔寸法離間して７箇所配置されている。

本実施例の構成について、添付図面を用いて説明する。
図１は、本実施例に係る液体食品の殺菌装置全体の軸方向断面図であり、図２は図１の殺菌装置における液体食品供給部の拡大断面図である。

図１に示すように、本実施例に係る液体食品の殺菌装置１０は、液体食品の加熱殺菌プラント（図１には図示せず）を構成する一機器である。

図１に示すように、上記殺菌装置本体部１２はステンレス等の金属からなり、細長円筒形に形成されている。
上記殺菌装置本体部１２の上面部２２は、内部を透視しうる透明な合成樹脂、若しくはガラス等から形成された窓部（図１には図示せず）を備えている。
また、上記殺菌装置本体部１２の上端部近傍には、上記殺菌装置本体部１２の内部の空気を排出する空気排出用スリーブ部２４が上記殺菌装置本体部１２の径方向外方に突出して配設されている。
また、上記殺菌装置本体部１２の下端部近傍には、殺菌用の高温蒸気を送入する加熱蒸気送入部１４が径方向外方に突出して配設されている。

また、図２に示すように、液体食品供給部１３の液体食品注入管路部１５は、細径の円筒管から形成され、上記殺菌装置本体部１２の上面部２２の中心部を厚さ方向に貫通すると共に、上記液体食品注入管路部１５は上記貯留送出部１６の空間３０内に突出し、下端部１９は底面部１７に近接して配設されている。

また、上記貯留送出部１６は、所定の厚みを有する略円形の底面部１７と、上記底面部１７の周囲から上方に拡開する立ち上がり部２５とからなる、全体容器状に形成され、上記立ち上がり部２５の上端部に形成されたフランジ部２６と上記殺菌装置本体部１２の上端部内壁部に設けられた段部２７とが互いに係合することによって、上記貯留送出部１６は、上記殺菌装置本体部１２の上端部内壁に固定されている。
また、上記立ち上がり部２５には、上記殺菌装置本体部１２内と上記貯留送出部の圧力を一定に保持するための通気口２８、２８が設けられている。

また、上記突部２０は上記貯留送出部１６の底面部１７の中心位置に形成され、上記突部２０の頂点と、上記液体食品注入管路部１５の下端部１９とが略同一の高さ位置となるように配設されている。

また、上記加熱蒸気送入部１４の上方には、上記殺菌装置本体部１２の内部を視認しうる窓部（図１には図示せず）が上記殺菌装置本体部１２の径方向に対向して設けられている。

以下添付図面を用いて、本実施例の作用について説明する。
図１に示すように、液体食品１１は、上記液体食品供給部１３の液体食品注入管路部１５を介して、貯留送出部１６内に供給され、上記貯留送出部１６の突部２０の側面に沿って流れ落ち、上記貯留送出部１６内の空間３０に所定量貯留される。
なお、貯留送出部１６内の圧力と殺菌装置本体部１２内の圧力は、上記貯留送出部１６の立ち上がり部２５に設けられた通気口２８、２８を通して均一に調節されているため、貯留された液体食品１１には特段の圧力はかからず、自重による自由落下によって、上記送出孔部１８、１８．．から、上記殺菌装置本体部１２の内部に流れ落ちる。

上記液体食品１１が、上記液体食品供給部１３の液体食品注入管路部１５を介して、貯留送出部１６内に供給される際、上記突部２０の外周面部に沿って、貯留送出部１６内に滑り落ちることから、上記液体食品１１の流速が落ちにくい。
従って、上記貯留送出部１６内に貯留された液体食品１１内には、絶えず上下方向に回転する対流が発生するため、液体食品１１にパルプが含有されている場合でも、上記パルプが激しく動くことから、上記送出孔部１８、１８．．からスムーズに送出され易くなる。
その結果、殺菌装置１０を長時間に亘って稼動させた場合にも、上記送出孔部１８の目詰まりが発生し難くなり、貯留送出部１６の空間３０が液体食品１１により満たされてしまうことがない。従って、より長時間の連続運転が可能となる。

また、図１に示すように、上記送出孔部１８、１８．．から流れ落ちた液体食品１１は、上記加熱蒸気送入部１４から送入された高温の蒸気で満たされた、上記殺菌装置本体部１２内を落下する過程において急激に昇温され、加熱殺菌される。
加熱殺菌が終了した液体食品１１は、上記殺菌装置本体部１２から液体食品送出部３１までの間で加熱殺菌処理後送出され、殺菌温度が保持された状態で、冷却工程等（図１、図２には図示せず）の次工程に送られる。

なお、突部は錐形であれば、本実施例の円錐形のほか、四角錘、三角錐等の形状を適宜選択することができる。
更に、突部の形状は、全体錐形であれば、突部の表面に、適宜溝部等の形状を形成することもできる。

以下、本実施例に係る殺菌装置１０、及び図３に示す、従来の殺菌装置７０を、液体食品として多量のパルプを含有するトマトジュースを採用した場合を例として、連続稼動した場合における、貯留送出部の送出孔部の目詰まりの発生有無の状況を実験した結果を示す。

（１）トマトジュース（液体食品）の条件
トマトジュース（スラッジボリューム値：２０、ＲＩ値５．０、ｐＨ値４．５）は、原料タンク内での初期温度を２０℃に設定し、殺菌装置に導入する前に、予め加熱二重管等で予備加熱して８０℃±５℃まで昇温する。
また、殺菌装置での加熱後の昇温温度は１４６．５℃±２℃となるように、あらかじめ殺菌装置本体部に送入する高温蒸気の温度、送入量等を調整する。

（２）貯留送出部の形状
貯留送出部の形状は、図１及び図２に示す本実施例に係る貯留送出部１６と同様の形状であり、送出孔部１８は全７箇所に形成されている。
また、対比例としての従来形状の貯留送出部は、図３及び図４に示す貯留送出部７５の形状と同様であり、送出孔部８１は全７箇所に形成されている。
なお、貯留送出部の形状以外の構成については、本実施例の構成と従来例の構成との差異はない。

（３）測定内容
殺菌装置を連続的に稼働させ、所定時間毎に、貯留送出部の送出孔部に発生する目詰まり状況を殺菌装置上端部に設けられた窓部から目視によって確認した。
確認結果を下表１に示す。
なお、表１項目中の「液面の高さ」とは、貯留送出部内の空間が液体食品で全て満たされた場合を１００％とする。１００％を超えて、液体食品供給部から液体食品供給するとは不可能であるため、１００％となった時点において、殺菌装置の稼働を一端停止して清掃等を行う必要がある。

（４）実験結果の考察
上記表１の通り、本実施例に係る構成の殺菌装置の場合、２０時間連続稼働後においても、目詰まりの発生は前７箇所中２箇所に留まり、液面高さの変化も実験開始から５％以内であり、稼動には何らの支障も発生しなかった。
従って、本実施例の構成によって、従来と比較して少なくとも２倍以上の連続稼働時間が確保できることが確認された。
なお、実施例の２０時間稼動後及び比較例の１０時間稼動後の状態は共に目詰まり発生の送出孔部の数は一致しているが、液面の高さは、実施例の構成の場合が３０％であるのに対し、従来例の場合は７５％に達している。
これは、目詰まりが発生していない送出孔部においても、パルプが蓄積した状態となっており、液体食品が流れ難くなっているためと考えられる。

実験において使用したトマトジュースの他、パルプを含む液体食品に対して本発明は極めて好適であるが、特にパルプの含有量がＳＶ（スラッジボリューム）値１０〜３５、特に１５〜２５の範囲の間である場合が最も好適である。
なお、上記スラッジボリューム値とは、液体１０ｍｌを長さ１０５ｍｍの遠心沈殿管内に封入し、回転半径１４．５ｃｍ、回転数３０００回／分、時間１０分の条件で遠心分離した際に、液体全体に対する沈殿物の割合を示す値である。

本発明は高温の蒸気で満たされた空間に、液体食品を注入することにより、上記液体食品の殺菌を行う、液体食品の殺菌装置であって、特にパルプを含有する液体食品の加熱殺菌を行う殺菌装置に適用可能である。

１０ 殺菌装置
１１ 液体食品
１２ 殺菌装置本体部
１３ 液体食品供給部
１４ 加熱蒸気送入部
１５ 液体食品注入管路部
１６ 貯留送出部
１７ 貯留送出部の底面部
１８ 送出孔部
１９ 液体食品注入管路部の下端部
２０ 突部
２１ 突部の基端部
２２ 殺菌装置本体部の上面部
２４ 空気排出用スリーブ部
２５ 貯留送出部の立ち上がり部
２６ 貯留送出部のフランジ部
２７ 殺菌装置本体部の段部
２８ 貯留送出部の通気孔
３０ 貯留送出部の空間
３１ 液体食品送出部
７０ 殺菌装置
７１ 液体食品
７２ 殺菌装置本体部
７３ 液体食品供給部
７４ 液体食品注入管路部
７５ 貯留送出部
７６ 貯留送出部の底面部
７７ 殺菌装置本体部の上面部
７８ 立ち上がり部
７９ フランジ部
８０ 殺菌装置本体部の段部
８１ 貯留送出部内の送出孔部
８２ 送入孔部のテーパー部
８３ 加熱蒸気送入部
８４ 液体食品送出部
８５ 貯留送出部の空間
８６ 空気排出用スリーブ部

Claims (6)

1. 液体食品を流通させて殺菌する殺菌装置本体部と、殺菌前の液体食品を上記殺菌装置本体部内に供給する液体食品供給部とを備える液体食品の殺菌装置であって、
   上記殺菌装置本体部は、上記殺菌装置本体部内に高温の蒸気を送入する加熱蒸気送入部を備えると共に、
   上記液体食品供給部は、上記殺菌装置本体部の上端部内方に配置され、前工程から送出された殺菌前の液体食品を殺菌装置本体部に注入する液体食品注入管路部と、上記液体食品注入管路部の下方に配置され、上記液体食品注入管路部から供給される液体食品を、所定量貯留すると共に、上記殺菌装置本体部内に送出しうる容器状の貯留送出部とを備え、
   上記貯留送出部の底面部には、上記殺菌装置本体部内に上記液体食品を送出する複数の送出孔部が形成されると共に、上記液体食品注入管路部の下端部と対向する位置において、上記液体食品注入管路部に向かって突出する錐形の突部が形成され、
   上記送出孔部は、上記突部の基端部の外周に沿って、夫々所定間隔寸法離間して複数配置されていることを特徴とする液体食品の殺菌装置。
2. 上記液体食品注入管路部は細円筒形に形成され、上記突部は円錐形に形成されると共に、上記突部の頂点は、上記液体食品注入管路部の中心軸の直下に配置されることを特徴とする請求項１記載の液体食品の殺菌装置。
3. 上記貯留送出部はフッ素系樹脂で形成されていることを特徴とする請求項１記載の液体食品の殺菌装置。
4. 液体食品の製造方法であって、上記請求項１から３の何れか１項の殺菌装置を用いて殺菌を行う加熱殺菌工程を備えることを特徴とする液体食品の製造方法。
5. 上記液体食品は、１０〜３５の範囲のスラッジボリューム値を有することを特徴とする請求項４の液体食品の製造方法。
6. 上記液体食品は、野菜汁、果実汁、若しくはその混合物を、容量比において５０％以上を含むことを特徴とする請求項４又は請求項５に記載の液体食品の製造方法。