JP2004512038A - 加圧装置 - Google Patents
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Abstract
本発明は、容器詰めした食品、特に瓶詰め飲料の高圧殺菌用装置、高圧殺菌法およびその方法を実施する装置、に関する。より特定すると、本発明は、ジャケット4および蓋3を有し、加圧室18を収容している加圧装置1であって、前記加圧室18が加圧手段47,48と接続しており、前記加圧装置においては、前記蓋3が、加圧される対象に頂部から充填するため、装置の上方に位置している。
Description
【0001】
(技術分野)
本発明は、加圧装置、高圧で包装食品の殺菌方法、及びこの方法を実施する装置、に関する。
【0002】
食品やその容器の殺菌/低温殺菌のための多くの異なる方法が業界に存在する。そのひとつの方法は、食品あるいは飲料を熱処理により殺菌し、高温下で包装(package: 容器詰め)して、その熱エネルギーを容器の殺菌のために使用するものである。この方法は、充填温度ではその物理的あるいは化学的特徴が変わらない容器に使用することができ、通常、ガラス、アルミニウム(缶)或いは再結晶PET(ポリエチレンテレ蓋レート)製の容器に適用される。
【0003】
(背景技術)
別の方法は、包装前に熱処理により食品を殺菌し、包装は次に室温、無菌状態で、予め殺菌した容器で行うものである。この方式は、容器が化学的/物理的作用物質で殺菌されること、および無菌環境を、包装および充填中、数立方平方メートルの容積を有する特別な無菌室(“クリーンルーム”として知られる)を使用して維持すること、を前提とする。このような無菌室は、工業的な環境では、管理することが困難である。
【0004】
ビタミンを添加した/或いは重要な微量元素を加えた近年における新しい食事品の人気が高まることに伴い、食品変成の不可逆的プロセスを避けるため、加熱以外の殺菌方法の必要性が生じて来た。
【0005】
使用される種々の方法、―パルス電界、磁界、マイクロウエーブなど−の中で、殺菌が高い静水圧処理により行われる高圧室の使用に基づく方法に、特別の関心が集まっている。
高圧の適用により、細胞膜を壊しかくして微生物を殺すほどに、微生物の細胞中に形態的変化を生じさせることが解っている。
【0006】
高圧によりもたらされる変化の大きさおよび速度は、圧力それ自体の大きさ、適用時間および適用される圧力/減圧工程の種類などを含む多くのファクターに依存する。
【0007】
食品産業に高圧による殺菌法を適用することは知られている。しかし、これは不連続的である難点、すなわち殺菌のために一回分ずつの製品を挿入する大きな高圧室の使用が必要である難点をもつ。また、長い殺菌サイクル時間、これは一部には、装置が作用圧力に達し、最後には大気圧にもどるまでに必要な時間に起因する、に特徴づけられる。したがって、公知の方法には限定された汎用性しかなく、十分に生産的な装置を生み出すものではないことが明らかである。
【0008】
これらの難点を克服すべく、飲料の高圧殺菌用装置が提案されており、この場合、連続的な直線型あるいは回転型の装置が複数の高圧殺菌室を有し、これらそれぞれがひとつの瓶を取り込む様にしてある。この解決法は、1999年4月29日出願のヨーロッパ特許出願第99830254.1号によりカバーされるものである。
【0009】
この装置は、従来技術の装置および方法に固有の問題を大部分を解決するものではあるけれども、この装置においてすら、多くの難点をもつ。特に、上記特許出願に開示される殺菌装置は複雑な操作を伴い、特に瓶を装置の中に配置後除去する機構がそうである。
【0010】
更に、工程の最終段階における瓶の除去は重力によるものであり、加圧室に収容されている流体を導出させ、その流体は装置の下に位置する溝に集められる。この解決法には幾つもの難点がある。まず、瓶の為には、重力で落下するのでなく、積極的な把持力、例えば適当な挟みあるいは取っ手で保持し、他の処理段階に移動できるようにすることが好ましい。更に、殺菌室に収容されている流体すべての導出のためには十分な大きさの再循環ポンプが必要であり、このことは、運用費用に更に負担となる。別の難点は、各工程後に加圧室からの流体のすべての損失分を戻すために必要な時間が、工程全体の最適化を損なうことである。
【0011】
(発明の開示)
本発明に課せられた課題は、従って、上記の難点を克服する加圧装置を提供することである。
【0012】
この課題は、添付請求の範囲に記載される加圧装置により解決される。
【0013】
本発明の対象を形成する加圧装置のその他の特徴および利点は、幾つかの好ましい実施態様と関連する以下の説明から明らかになろう。説明は、本発明を限定するためではなく理解のために設けられたものである。
【0014】
(発明を実施するための最良の形態)
図面に関し、本発明による加圧装置は全体的に番号1で示され、基本的に中空ケーシング2と、前記ケーシング2に可動自在に接続される蓋3を含む。
【0015】
図1および2に示されるように、中空ケーシング2は、両端が開いた基本的に円筒形のジャケット4からなる。二つの孔5,5’が、ジャケット4の円筒側面に、相互に整合するように、蓋3が適用されるジャケットの上端近くの部分に、設けられている。
【0016】
第一孔5には、明細書中に後で説明するように、蓋3をロックする円筒体7のための円筒ガイド6が固定されている。ガイド6の端部はジャケット4の中で開いており、他端あるいは外端は閉止円盤8で閉じている。円盤8の外側には、作動子9であって、好ましくは直線型作動子、より好ましくはブラシレスモータあるいは油圧シリンダである作動子が取り付けられている。円盤8は作動子9の軸10が通る中央孔を有し、軸は円筒体7の外端に固定されている。
【0017】
一方、スリーブ11が第二孔5’に固定され、その外端は閉じており内端は開いている。ガイド6およびスリーブ11の内側直径は円筒体7の直径にほぼ等しくこれに対応しており、それにより、円筒体がこれらの内部に摺動できるようになっている。更に、ガイド6およびスリーブ11は同一軸線上にあり、この軸線は、ジャケット4の主軸線に対して垂直である。
【0018】
ジャケット4は、円筒形のT−字閉止素子12により、底部が密閉されている。前記閉止素子12の主底部は、ジャケット4の底端に形成されここから内方に突出している環状ショルダー(肩部)13の上に、配置されている。
【0019】
ジャケット4の内側であって、閉止素子12の直上には多層ライナー(内張り)14が設けられており、多層ライナー14は、外側層14a、中間層14bおよび内側層14cからなる。この3層は、ふたつの隣接する層を適合させる方式、すなわち外側層を加熱して膨張させ、内側層を冷却して収縮させるようにする方式により、相互に内側に強制的に適合させられる。二つの層の温度が室温の平衡温度に戻った時には、二つの隣接層は、相互に圧力を他方にかけ、それによりあたかも両層は放射方向に圧縮応力が生じるようにかたちになる。この操作は二つの、相互に適合しあう層と第三の層との間でも繰り返され、かくして多層ライナー14が形成される。以上に述べた多層構造は、装置内部で生じる高圧で引き起こされる応力に対する機械的抵抗を有し、これは、同じ厚さの単一層の機械的強度よりもはるかに大きい。従って、限定された重量および寸法の構造内で、数千気圧に耐えることのできる加圧室をつくることが可能になる。もちろん、ジャケット4および多層ライナー14の両方とも、高圧に耐えることのできる適当な材料から形成される。
【0020】
多層ライナー14の外側層14aは、下方部分15および上方部分16を有し、下方部分15は上方部分16よりも薄い。前記下方部分15の端部は、ジャケット4の内側面と閉止素子12の間であって、閉止素子の相互に直径が異なる二つの部分の会合点と係合している。外側層14aの下方部分15の前記端部内側面で、環状シール17が、閉止素子12の小径部分の円筒面と係合し、漏出を防ぐ。
【0021】
中間層14bは、上記の方法により、外側層14aの上方部分16の内側面に強制係合しており、内側層14cは、中間層の内側に強制係合している。中間層14bと内側層14cは、従って、外側層14aよりも高くなく、実質的に外側層の上部16とのみ対応している。
【0022】
前記多層ライナー14内側には、両端が開いた円筒加圧室18が区画されており、その下方開口部は逆T字型のピストン19により閉止されている。ピストン19の小径部19’は、加圧室18の円筒壁を形成する多層ライナー14の内側を摺動する。前記小径部19’の面周囲に配置されている環状シール20は、加圧室18の漏出を防止する。
【0023】
前記ピストン19の大径部19”は、閉止素子12の上であって、多層ライナー14の外側層14aの下方部分15と上方部分16との間に位置するショルダー(肩部)24の下に形成される空間に収容されている。ピストン19の大径部19”の体積は前記空間の容積よりも小さいから、実質的に圧縮できない流体、例えば油圧オイルを含む油タンク21が、ピストン19と閉止素子12との間に区画される。
【0024】
ピストン19とショルダー24の間には、しかし、ピストンストロークを限定する隙間が存在する。この隙間は、空気孔25により外部雰囲気と通じている。
【0025】
ピストン19の大径部分19”には、その円筒面周囲に環状シール22が設けられており、これは、先にのべたシール17と共に油タンク21からの漏出を防止する。
【0026】
T字型の形状をしていることにより、ピストンの小径端面は加圧室18の内側に向かい、ピストン19は圧力相乗部(pressure multiplier)として作用し、加圧室18内側に達する圧力は、ピストンの上面と下面との間の比率に比例する。
【0027】
油圧オイルタンク21は加圧手段と接続している。図2の例では、線23が閉止素子12を通過し、外部の油圧装置(図面には示されていない)と接続している。
【0028】
多層ライナー14の上側環状面26にはリング(環状体)27が設けられており、これは、ガイド6およびスリーブ11の下で終わっている。
このリング27を横切る直径方向端には2本のロッド28が固定されており、ロッドは、ジャケット4の外部上方に伸びている。これらロッド28の外側端部プレート29に固定されており、プレートの上側面には好ましくは線形作動子である作動子30がとりつけられている。作動子30の軸31はプレート29の孔を通り、プレート29の下部に突出している。
【0029】
作動子30の軸31は蓋3の上側面に取り付けられている。この上側面には、蓋3の本体34から突出するフィン(ひれ)33中に、二つの通孔32を有する。内側の線状ボールベアリング36の支持体としてそれぞれ作用する二つのブッシュ35が通孔32の下に(図の例では螺子とナット構造により)固定され、これら通孔32と整合している。通孔32、ブッシュ35及び関連する線状ボールベアリング36からなるこの構造はロッド28を収容し、ロッドはこれらの中をすべる為、ジャケット4の縦方向閉止/開放動作中、蓋3のガイドの役割をする。
【0030】
蓋3の本体34は通孔37を有し、その直径は円筒体7の直径に実質的に対応しており、蓋が閉じた時には、円筒体7と整合位置にある。更に通孔37の軸方向長さは、ガイド6とスリーブ11の内側端の間の距離に実質的に対応している。
【0031】
蓋3の本体34の下には実質的に円筒形のプラグ素子38が伸びており、プラグ素子の直径は、加圧室18の直径と実質的に対応している。環状シール39が、プラグ素子38の下端近くの面周囲であって、シール39のために形成されたシート中に収容されている。円筒体40が前記環状シール39を巻回状にとりつけられており、シールをプラグ素子38の表面に押し付けた状態に保持している。円筒体40の下端にはフランジ41が設けられ、このフランジにスプリング42が作用している。このスプリング42はフランジと、蓋3の本体34の下側面との間に配置されている。
【0032】
円筒体40のフランジ41は二つのL字ブラケット43に固定されている。それぞれのブラケット43の上端には、ピン44が摺動する通孔が設けられている。ピン44は、その下端に、ブラケットを軸方向に保持するためのワッシャ44’を有する。
【0033】
プラグ素子38の下側には、容器の係合手段45が取り付けられている。前記係合手段は公知の型のものであり、図の例ではフックの形である。
【0034】
本発明の対象を形成する加圧手段は、更に圧力センサと、更に任意に加圧室18内部に配置される温度センサとを有する。これらセンサは命令制御ユニット(command and control unit)と接続しており、このユニットは装置の作動状態を常時監視している。かくしてそれにより正常に作動すること及び、従って不良である容器を除くことができることを確実にするため、殺菌工程の制御を監視することができ、あるいは繰り返し処理エラーが生じる場合には、装置の故障をつきとめることができる。
【0035】
本加圧装置はエネルギー回復手段(図示せず)も具備しており、その役割は、加圧工程の終了時に行われる減圧段階中に装置から解放されるエネルギーの幾分かを回収することである。図2に示した実施例では、加圧工程が、高圧で油圧オイルを油タンク21に噴出するポンプからなる油圧装置により行われ、エネルギーは発電機と接続しているター瓶により、あるいはガス潜在エネルギー蓄積装置(gas−type potential energy accumulators)により、回収することができる。
【0036】
本発明の主題を構成する加圧装置の別の特徴は、図5に示すように加圧室18中に挿入することができる1個あるいは数個の減容器(volume reducer)46を有していることであり、その役割は、加圧室の容積を、場合により異なる、処理すべき容器の実際の寸法に適合させることである。かくして、加圧室に噴入すべき容器外部の流体量を最少とするよう減らすことができ、それにより加圧工程を最適化することができる。
【0037】
減容器46は底部が閉じ頂部が開いている円筒体であって、その外径は加圧室18の直径とほぼ等しいかあるいはそれより僅かに小さく、内径は容器の最大径より僅かに小さい。【0038】
図5に示されるように、第二減容器46を、加圧室の容積より小さな容器に適合させるよう、第一減容器に挿入することができる。あるいは別の可能性は、種々の型、すなわち外径は同じであるが内径を容積の寸法に合わせた複数の減容器を提供することである。別の場合には、減容器は両端が開いていてもよい。
減容器46は種々の材料、例えば金属、金属合金あるいはプラスチック材料から形成することができる。
【0039】
本発明による加圧装置1は食品包装(容器詰め)装置の一部、すなわち殺菌段階を実施するものあるほか、高圧で処理が必要な他の処理タイプに使用することができる。
このような装置は直線型あるいは回転型であってよく、本発明によれば1個あるいは数個の可動加圧具(movable pressurization devices)を組み込むものである。本発明による加圧具を適用することができる装置の例は、1999年4月29日に出願されたヨーロッパ特許出願第99830254.1号に開示されている。この装置は、加圧室内部を水(あるいは他の実質的に圧縮できない流体)を全工程中にわたって溢れるばかりに連続的に充填する。
【0040】
図面に戻り、本発明の主題を形成する加圧装置の作動態様を説明する。図面では瓶の形で示される容器を、装置の輸送系から装置1へ移動させる方法は、それが完全に慣用のものであるため、記載されていない。かくして図2に示される装置では、加圧直前には、既に瓶が蓋3の係合手段45に保持されている。
【0041】
この時点では、作動子30が蓋3に作用し、図示のようにガイドの役割をするロッド28に沿って蓋を降下させる。蓋3は通孔37が円筒体7と整合するまで下降する。ついで作動子9は、円筒体7を、前記孔37を通過しスリーブ11中に入るように前進させる。このようにして円筒体7は、加圧中に生じた軸方向圧力を保持する蓋3に対するロックの役割をする。
【0042】
蓋3の降下中であって蓋の孔37が円筒体7と整合する前に、リング40のフランジ41が加圧室の上端と係合して、これを停止させるまで、瓶は加圧室中に進入する。蓋は下降を続け、スプリング42は荷重を受け、それによりプラグ素子38の環状シール39端が加圧室18中に挿入される。加圧室にはいるまで円筒体40により圧縮されているシール39は、機械的応力を受けることなく前記加圧室に入り、その前に受けていたのと同じ圧縮力を維持し、それにより加圧室にシール(密閉)圧力を及ぼす。蓋3の通孔37と円筒体7が整合するのはこの点においてのみである。
【0043】
したがって瓶は今や加圧室18の中でシールされ、完全に水中に浸漬される。この時点で油圧装置のポンプは、オイルを装置の油タンク21に一定圧力で送る。パスカルの原理によりこの圧力はピストン19の表面に伝えられ、ピストンは従って、加圧室18に存在する流体により作用する反応力により平衡が生じるまで、前進する。先に述べたように逆T字形のピストン19は圧力相乗部の機能をなす。このことは、加圧室に働く圧力は、少なくとも第一の接近までは、油圧ユニットにより最初に付与される圧力に比較し、前記ピストン19の下側端面と上側端面との割合に等しいだけ相乗化されることを意味する。従って油圧ユニットによりある出発圧力が与えられたとすると、ピストン19の二つの面の面積割合を加減するだけで、加圧室18内部で10000バールまでの静水圧が得られる。【0044】
減圧は、油圧ユニットの作用を単に遮断することにより行われる。これにより圧力が大気圧と平衡に達するよう迅速に復帰する。ピストン19は後退し、油タンク21に最初にポンプ導入されたオイルが引き、先に述べたエネルギー回収手段を作動させる。圧縮および減圧行程からなるこの操作が繰り返され、これは、極めて短時間に食品あるいは飲料中に存在する微生物を殺す好ましくは60秒以下の時間で行われる。
【0045】
加圧段階の終わりでは、加圧室18の圧力は大気圧に戻り、作動子9は円筒体7を後退させ、それにより蓋3を解放する。蓋はついで作動子30により上昇し、かくして瓶が引き抜かれ、新しいサイクルが開始される。
【0046】
先にのべた命令制御ユニットは、あらかじめ決められたプログラムにしたがって作動子および油圧装置を作動させ、全工程を監視して、不具合や故障をつきとめる。
【0047】
図4は、本発明の第二実施態様を示す。この図においては、蓋は既にジャケット中に挿入されており、円筒体7は進行の途中である。ロッド28、プレート29および作動子30を含む装置の上部は図面から除かれているが、もちろん、図1および2に示したように、本発明のこの実施態様の一体的な部分と考えられるべきである。
【0048】
図4に示した実施態様は、したがって、先に記載した第一実施態様のまさしく類似技術であり、唯一の違いは、加圧手段が、油タンク21に直接に作用する螺子構造47からなり、圧力をピストン19に伝えるものであることである。螺子47の上端47’には、油タンク21に関して対して耐漏出性を保証する密閉部が設けられている。
【0049】
本発明の主題を形成する加圧装置の利点は、明らかである。まず、処理が行われるように設計された極端な操作条件に関して考慮される際に、構造が軽量であり、小型であることである。ジャケット4は、軸方向荷重を収容し、一方放射方向荷重に対する高い抵抗を有する多層ライナー14は、加圧室18の壁に限定される。多層ライナー14はまた、所定荷重に対して、固体スチールライナーの強度よりもはるかに高い強度を有する。
【0050】
装置の閉止/開放系は視覚的に単純であり、従って、故障を生じにくい。また急速作動にも適している。
上方から下方へ容器を充填することにより、加圧室を再充填するために必要な水分量を減じることができ、必要なのは、各作動サイクル中に不可避的に溢流する水分を埋め合わせるために必要なごく少量の水だけである。このようにして時間が節約され、再循環ポンプを小型化することができる。
【0051】
圧力センサおよび場合により温度センサ(加圧段階で内部温度上昇は不可避である)と接続している命令制御ユニットは、故障および不具合を検出することにより、装置が良好に作動することを確実にする。
加圧手段と関連するエネルギー回収手段は、エネルギー効率の点から工程を最適化するために役立つ。同様に、減容器46を設けたことにより、加圧室18内部で加圧される流体の容積を減らすことができる。
【0052】
本発明により加圧装置で実施することができる殺菌方法は、公知方法では劣化なしには耐えることができない食品あるいは飲料にも適用できる。典型的な例は、牛乳やビールなどの飲料への適用である。
【0053】
明らかなことであるが、本発明の対象である加圧装置は特定の二つの実施態様しか記載されていないが、当業者は、本発明の保護範囲から逸脱することなく、特定の用途に適用するために必要なあらゆる変更をすることができよう。
例えば、加圧室の形状は、かならずしも瓶でなく、例えば壺(pot)などの、加工をすることが望ましい容器種類に適合させることができる。
加圧手段および増圧手段は、加圧室中の流体に所望の、予め決められた圧力を加えられるように調整することができよう。装置の構造は、生じる圧力に対して大きな抵抗が得られるように変更することができる。
【0054】
上述の発明は、従来技術による加圧装置にもあてはまる特徴のいくつかを有する。例えば、軸方向荷重を収容するジャケット4、及び放射方向荷重を収容する多層ライナー14の使用は、ある期間の高圧が必要な工程のために設計されたあらゆる方法に適用し得る特徴である。
同様に、エネルギー回収手段および減容器46にもあてはまる。
【0055】
円筒体40によるシール39の予備圧縮系は、既に述べたように、加圧室18中に挿入される時にはシールに対する機械的応力を減じることができる。この予備圧縮系は、従って、漏出防止閉止体を容器その他の入れ物に挿入しなければならないすべての状態の場合に、有利に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】
本発明加圧装置の開いた状態の斜視図。
【図2】
図1に示される装置の側面断面図。
【図3】
本発明が適用される加圧装置の詳細について図2のIII−IIIに沿う側面断面図。
【図4】
本発明加圧装置の第二実施態様の、閉じた状態を示す側面断面図。
【図5】
本発明による一連の減容器(volume reducers)の部分断面斜視図。
(技術分野)
本発明は、加圧装置、高圧で包装食品の殺菌方法、及びこの方法を実施する装置、に関する。
【0002】
食品やその容器の殺菌/低温殺菌のための多くの異なる方法が業界に存在する。そのひとつの方法は、食品あるいは飲料を熱処理により殺菌し、高温下で包装(package: 容器詰め)して、その熱エネルギーを容器の殺菌のために使用するものである。この方法は、充填温度ではその物理的あるいは化学的特徴が変わらない容器に使用することができ、通常、ガラス、アルミニウム(缶)或いは再結晶PET(ポリエチレンテレ蓋レート)製の容器に適用される。
【0003】
(背景技術)
別の方法は、包装前に熱処理により食品を殺菌し、包装は次に室温、無菌状態で、予め殺菌した容器で行うものである。この方式は、容器が化学的/物理的作用物質で殺菌されること、および無菌環境を、包装および充填中、数立方平方メートルの容積を有する特別な無菌室(“クリーンルーム”として知られる)を使用して維持すること、を前提とする。このような無菌室は、工業的な環境では、管理することが困難である。
【0004】
ビタミンを添加した/或いは重要な微量元素を加えた近年における新しい食事品の人気が高まることに伴い、食品変成の不可逆的プロセスを避けるため、加熱以外の殺菌方法の必要性が生じて来た。
【0005】
使用される種々の方法、―パルス電界、磁界、マイクロウエーブなど−の中で、殺菌が高い静水圧処理により行われる高圧室の使用に基づく方法に、特別の関心が集まっている。
高圧の適用により、細胞膜を壊しかくして微生物を殺すほどに、微生物の細胞中に形態的変化を生じさせることが解っている。
【0006】
高圧によりもたらされる変化の大きさおよび速度は、圧力それ自体の大きさ、適用時間および適用される圧力/減圧工程の種類などを含む多くのファクターに依存する。
【0007】
食品産業に高圧による殺菌法を適用することは知られている。しかし、これは不連続的である難点、すなわち殺菌のために一回分ずつの製品を挿入する大きな高圧室の使用が必要である難点をもつ。また、長い殺菌サイクル時間、これは一部には、装置が作用圧力に達し、最後には大気圧にもどるまでに必要な時間に起因する、に特徴づけられる。したがって、公知の方法には限定された汎用性しかなく、十分に生産的な装置を生み出すものではないことが明らかである。
【0008】
これらの難点を克服すべく、飲料の高圧殺菌用装置が提案されており、この場合、連続的な直線型あるいは回転型の装置が複数の高圧殺菌室を有し、これらそれぞれがひとつの瓶を取り込む様にしてある。この解決法は、1999年4月29日出願のヨーロッパ特許出願第99830254.1号によりカバーされるものである。
【0009】
この装置は、従来技術の装置および方法に固有の問題を大部分を解決するものではあるけれども、この装置においてすら、多くの難点をもつ。特に、上記特許出願に開示される殺菌装置は複雑な操作を伴い、特に瓶を装置の中に配置後除去する機構がそうである。
【0010】
更に、工程の最終段階における瓶の除去は重力によるものであり、加圧室に収容されている流体を導出させ、その流体は装置の下に位置する溝に集められる。この解決法には幾つもの難点がある。まず、瓶の為には、重力で落下するのでなく、積極的な把持力、例えば適当な挟みあるいは取っ手で保持し、他の処理段階に移動できるようにすることが好ましい。更に、殺菌室に収容されている流体すべての導出のためには十分な大きさの再循環ポンプが必要であり、このことは、運用費用に更に負担となる。別の難点は、各工程後に加圧室からの流体のすべての損失分を戻すために必要な時間が、工程全体の最適化を損なうことである。
【0011】
(発明の開示)
本発明に課せられた課題は、従って、上記の難点を克服する加圧装置を提供することである。
【0012】
この課題は、添付請求の範囲に記載される加圧装置により解決される。
【0013】
本発明の対象を形成する加圧装置のその他の特徴および利点は、幾つかの好ましい実施態様と関連する以下の説明から明らかになろう。説明は、本発明を限定するためではなく理解のために設けられたものである。
【0014】
(発明を実施するための最良の形態)
図面に関し、本発明による加圧装置は全体的に番号1で示され、基本的に中空ケーシング2と、前記ケーシング2に可動自在に接続される蓋3を含む。
【0015】
図1および2に示されるように、中空ケーシング2は、両端が開いた基本的に円筒形のジャケット4からなる。二つの孔5,5’が、ジャケット4の円筒側面に、相互に整合するように、蓋3が適用されるジャケットの上端近くの部分に、設けられている。
【0016】
第一孔5には、明細書中に後で説明するように、蓋3をロックする円筒体7のための円筒ガイド6が固定されている。ガイド6の端部はジャケット4の中で開いており、他端あるいは外端は閉止円盤8で閉じている。円盤8の外側には、作動子9であって、好ましくは直線型作動子、より好ましくはブラシレスモータあるいは油圧シリンダである作動子が取り付けられている。円盤8は作動子9の軸10が通る中央孔を有し、軸は円筒体7の外端に固定されている。
【0017】
一方、スリーブ11が第二孔5’に固定され、その外端は閉じており内端は開いている。ガイド6およびスリーブ11の内側直径は円筒体7の直径にほぼ等しくこれに対応しており、それにより、円筒体がこれらの内部に摺動できるようになっている。更に、ガイド6およびスリーブ11は同一軸線上にあり、この軸線は、ジャケット4の主軸線に対して垂直である。
【0018】
ジャケット4は、円筒形のT−字閉止素子12により、底部が密閉されている。前記閉止素子12の主底部は、ジャケット4の底端に形成されここから内方に突出している環状ショルダー(肩部)13の上に、配置されている。
【0019】
ジャケット4の内側であって、閉止素子12の直上には多層ライナー(内張り)14が設けられており、多層ライナー14は、外側層14a、中間層14bおよび内側層14cからなる。この3層は、ふたつの隣接する層を適合させる方式、すなわち外側層を加熱して膨張させ、内側層を冷却して収縮させるようにする方式により、相互に内側に強制的に適合させられる。二つの層の温度が室温の平衡温度に戻った時には、二つの隣接層は、相互に圧力を他方にかけ、それによりあたかも両層は放射方向に圧縮応力が生じるようにかたちになる。この操作は二つの、相互に適合しあう層と第三の層との間でも繰り返され、かくして多層ライナー14が形成される。以上に述べた多層構造は、装置内部で生じる高圧で引き起こされる応力に対する機械的抵抗を有し、これは、同じ厚さの単一層の機械的強度よりもはるかに大きい。従って、限定された重量および寸法の構造内で、数千気圧に耐えることのできる加圧室をつくることが可能になる。もちろん、ジャケット4および多層ライナー14の両方とも、高圧に耐えることのできる適当な材料から形成される。
【0020】
多層ライナー14の外側層14aは、下方部分15および上方部分16を有し、下方部分15は上方部分16よりも薄い。前記下方部分15の端部は、ジャケット4の内側面と閉止素子12の間であって、閉止素子の相互に直径が異なる二つの部分の会合点と係合している。外側層14aの下方部分15の前記端部内側面で、環状シール17が、閉止素子12の小径部分の円筒面と係合し、漏出を防ぐ。
【0021】
中間層14bは、上記の方法により、外側層14aの上方部分16の内側面に強制係合しており、内側層14cは、中間層の内側に強制係合している。中間層14bと内側層14cは、従って、外側層14aよりも高くなく、実質的に外側層の上部16とのみ対応している。
【0022】
前記多層ライナー14内側には、両端が開いた円筒加圧室18が区画されており、その下方開口部は逆T字型のピストン19により閉止されている。ピストン19の小径部19’は、加圧室18の円筒壁を形成する多層ライナー14の内側を摺動する。前記小径部19’の面周囲に配置されている環状シール20は、加圧室18の漏出を防止する。
【0023】
前記ピストン19の大径部19”は、閉止素子12の上であって、多層ライナー14の外側層14aの下方部分15と上方部分16との間に位置するショルダー(肩部)24の下に形成される空間に収容されている。ピストン19の大径部19”の体積は前記空間の容積よりも小さいから、実質的に圧縮できない流体、例えば油圧オイルを含む油タンク21が、ピストン19と閉止素子12との間に区画される。
【0024】
ピストン19とショルダー24の間には、しかし、ピストンストロークを限定する隙間が存在する。この隙間は、空気孔25により外部雰囲気と通じている。
【0025】
ピストン19の大径部分19”には、その円筒面周囲に環状シール22が設けられており、これは、先にのべたシール17と共に油タンク21からの漏出を防止する。
【0026】
T字型の形状をしていることにより、ピストンの小径端面は加圧室18の内側に向かい、ピストン19は圧力相乗部(pressure multiplier)として作用し、加圧室18内側に達する圧力は、ピストンの上面と下面との間の比率に比例する。
【0027】
油圧オイルタンク21は加圧手段と接続している。図2の例では、線23が閉止素子12を通過し、外部の油圧装置(図面には示されていない)と接続している。
【0028】
多層ライナー14の上側環状面26にはリング(環状体)27が設けられており、これは、ガイド6およびスリーブ11の下で終わっている。
このリング27を横切る直径方向端には2本のロッド28が固定されており、ロッドは、ジャケット4の外部上方に伸びている。これらロッド28の外側端部プレート29に固定されており、プレートの上側面には好ましくは線形作動子である作動子30がとりつけられている。作動子30の軸31はプレート29の孔を通り、プレート29の下部に突出している。
【0029】
作動子30の軸31は蓋3の上側面に取り付けられている。この上側面には、蓋3の本体34から突出するフィン(ひれ)33中に、二つの通孔32を有する。内側の線状ボールベアリング36の支持体としてそれぞれ作用する二つのブッシュ35が通孔32の下に(図の例では螺子とナット構造により)固定され、これら通孔32と整合している。通孔32、ブッシュ35及び関連する線状ボールベアリング36からなるこの構造はロッド28を収容し、ロッドはこれらの中をすべる為、ジャケット4の縦方向閉止/開放動作中、蓋3のガイドの役割をする。
【0030】
蓋3の本体34は通孔37を有し、その直径は円筒体7の直径に実質的に対応しており、蓋が閉じた時には、円筒体7と整合位置にある。更に通孔37の軸方向長さは、ガイド6とスリーブ11の内側端の間の距離に実質的に対応している。
【0031】
蓋3の本体34の下には実質的に円筒形のプラグ素子38が伸びており、プラグ素子の直径は、加圧室18の直径と実質的に対応している。環状シール39が、プラグ素子38の下端近くの面周囲であって、シール39のために形成されたシート中に収容されている。円筒体40が前記環状シール39を巻回状にとりつけられており、シールをプラグ素子38の表面に押し付けた状態に保持している。円筒体40の下端にはフランジ41が設けられ、このフランジにスプリング42が作用している。このスプリング42はフランジと、蓋3の本体34の下側面との間に配置されている。
【0032】
円筒体40のフランジ41は二つのL字ブラケット43に固定されている。それぞれのブラケット43の上端には、ピン44が摺動する通孔が設けられている。ピン44は、その下端に、ブラケットを軸方向に保持するためのワッシャ44’を有する。
【0033】
プラグ素子38の下側には、容器の係合手段45が取り付けられている。前記係合手段は公知の型のものであり、図の例ではフックの形である。
【0034】
本発明の対象を形成する加圧手段は、更に圧力センサと、更に任意に加圧室18内部に配置される温度センサとを有する。これらセンサは命令制御ユニット(command and control unit)と接続しており、このユニットは装置の作動状態を常時監視している。かくしてそれにより正常に作動すること及び、従って不良である容器を除くことができることを確実にするため、殺菌工程の制御を監視することができ、あるいは繰り返し処理エラーが生じる場合には、装置の故障をつきとめることができる。
【0035】
本加圧装置はエネルギー回復手段(図示せず)も具備しており、その役割は、加圧工程の終了時に行われる減圧段階中に装置から解放されるエネルギーの幾分かを回収することである。図2に示した実施例では、加圧工程が、高圧で油圧オイルを油タンク21に噴出するポンプからなる油圧装置により行われ、エネルギーは発電機と接続しているター瓶により、あるいはガス潜在エネルギー蓄積装置(gas−type potential energy accumulators)により、回収することができる。
【0036】
本発明の主題を構成する加圧装置の別の特徴は、図5に示すように加圧室18中に挿入することができる1個あるいは数個の減容器(volume reducer)46を有していることであり、その役割は、加圧室の容積を、場合により異なる、処理すべき容器の実際の寸法に適合させることである。かくして、加圧室に噴入すべき容器外部の流体量を最少とするよう減らすことができ、それにより加圧工程を最適化することができる。
【0037】
減容器46は底部が閉じ頂部が開いている円筒体であって、その外径は加圧室18の直径とほぼ等しいかあるいはそれより僅かに小さく、内径は容器の最大径より僅かに小さい。【0038】
図5に示されるように、第二減容器46を、加圧室の容積より小さな容器に適合させるよう、第一減容器に挿入することができる。あるいは別の可能性は、種々の型、すなわち外径は同じであるが内径を容積の寸法に合わせた複数の減容器を提供することである。別の場合には、減容器は両端が開いていてもよい。
減容器46は種々の材料、例えば金属、金属合金あるいはプラスチック材料から形成することができる。
【0039】
本発明による加圧装置1は食品包装(容器詰め)装置の一部、すなわち殺菌段階を実施するものあるほか、高圧で処理が必要な他の処理タイプに使用することができる。
このような装置は直線型あるいは回転型であってよく、本発明によれば1個あるいは数個の可動加圧具(movable pressurization devices)を組み込むものである。本発明による加圧具を適用することができる装置の例は、1999年4月29日に出願されたヨーロッパ特許出願第99830254.1号に開示されている。この装置は、加圧室内部を水(あるいは他の実質的に圧縮できない流体)を全工程中にわたって溢れるばかりに連続的に充填する。
【0040】
図面に戻り、本発明の主題を形成する加圧装置の作動態様を説明する。図面では瓶の形で示される容器を、装置の輸送系から装置1へ移動させる方法は、それが完全に慣用のものであるため、記載されていない。かくして図2に示される装置では、加圧直前には、既に瓶が蓋3の係合手段45に保持されている。
【0041】
この時点では、作動子30が蓋3に作用し、図示のようにガイドの役割をするロッド28に沿って蓋を降下させる。蓋3は通孔37が円筒体7と整合するまで下降する。ついで作動子9は、円筒体7を、前記孔37を通過しスリーブ11中に入るように前進させる。このようにして円筒体7は、加圧中に生じた軸方向圧力を保持する蓋3に対するロックの役割をする。
【0042】
蓋3の降下中であって蓋の孔37が円筒体7と整合する前に、リング40のフランジ41が加圧室の上端と係合して、これを停止させるまで、瓶は加圧室中に進入する。蓋は下降を続け、スプリング42は荷重を受け、それによりプラグ素子38の環状シール39端が加圧室18中に挿入される。加圧室にはいるまで円筒体40により圧縮されているシール39は、機械的応力を受けることなく前記加圧室に入り、その前に受けていたのと同じ圧縮力を維持し、それにより加圧室にシール(密閉)圧力を及ぼす。蓋3の通孔37と円筒体7が整合するのはこの点においてのみである。
【0043】
したがって瓶は今や加圧室18の中でシールされ、完全に水中に浸漬される。この時点で油圧装置のポンプは、オイルを装置の油タンク21に一定圧力で送る。パスカルの原理によりこの圧力はピストン19の表面に伝えられ、ピストンは従って、加圧室18に存在する流体により作用する反応力により平衡が生じるまで、前進する。先に述べたように逆T字形のピストン19は圧力相乗部の機能をなす。このことは、加圧室に働く圧力は、少なくとも第一の接近までは、油圧ユニットにより最初に付与される圧力に比較し、前記ピストン19の下側端面と上側端面との割合に等しいだけ相乗化されることを意味する。従って油圧ユニットによりある出発圧力が与えられたとすると、ピストン19の二つの面の面積割合を加減するだけで、加圧室18内部で10000バールまでの静水圧が得られる。【0044】
減圧は、油圧ユニットの作用を単に遮断することにより行われる。これにより圧力が大気圧と平衡に達するよう迅速に復帰する。ピストン19は後退し、油タンク21に最初にポンプ導入されたオイルが引き、先に述べたエネルギー回収手段を作動させる。圧縮および減圧行程からなるこの操作が繰り返され、これは、極めて短時間に食品あるいは飲料中に存在する微生物を殺す好ましくは60秒以下の時間で行われる。
【0045】
加圧段階の終わりでは、加圧室18の圧力は大気圧に戻り、作動子9は円筒体7を後退させ、それにより蓋3を解放する。蓋はついで作動子30により上昇し、かくして瓶が引き抜かれ、新しいサイクルが開始される。
【0046】
先にのべた命令制御ユニットは、あらかじめ決められたプログラムにしたがって作動子および油圧装置を作動させ、全工程を監視して、不具合や故障をつきとめる。
【0047】
図4は、本発明の第二実施態様を示す。この図においては、蓋は既にジャケット中に挿入されており、円筒体7は進行の途中である。ロッド28、プレート29および作動子30を含む装置の上部は図面から除かれているが、もちろん、図1および2に示したように、本発明のこの実施態様の一体的な部分と考えられるべきである。
【0048】
図4に示した実施態様は、したがって、先に記載した第一実施態様のまさしく類似技術であり、唯一の違いは、加圧手段が、油タンク21に直接に作用する螺子構造47からなり、圧力をピストン19に伝えるものであることである。螺子47の上端47’には、油タンク21に関して対して耐漏出性を保証する密閉部が設けられている。
【0049】
本発明の主題を形成する加圧装置の利点は、明らかである。まず、処理が行われるように設計された極端な操作条件に関して考慮される際に、構造が軽量であり、小型であることである。ジャケット4は、軸方向荷重を収容し、一方放射方向荷重に対する高い抵抗を有する多層ライナー14は、加圧室18の壁に限定される。多層ライナー14はまた、所定荷重に対して、固体スチールライナーの強度よりもはるかに高い強度を有する。
【0050】
装置の閉止/開放系は視覚的に単純であり、従って、故障を生じにくい。また急速作動にも適している。
上方から下方へ容器を充填することにより、加圧室を再充填するために必要な水分量を減じることができ、必要なのは、各作動サイクル中に不可避的に溢流する水分を埋め合わせるために必要なごく少量の水だけである。このようにして時間が節約され、再循環ポンプを小型化することができる。
【0051】
圧力センサおよび場合により温度センサ(加圧段階で内部温度上昇は不可避である)と接続している命令制御ユニットは、故障および不具合を検出することにより、装置が良好に作動することを確実にする。
加圧手段と関連するエネルギー回収手段は、エネルギー効率の点から工程を最適化するために役立つ。同様に、減容器46を設けたことにより、加圧室18内部で加圧される流体の容積を減らすことができる。
【0052】
本発明により加圧装置で実施することができる殺菌方法は、公知方法では劣化なしには耐えることができない食品あるいは飲料にも適用できる。典型的な例は、牛乳やビールなどの飲料への適用である。
【0053】
明らかなことであるが、本発明の対象である加圧装置は特定の二つの実施態様しか記載されていないが、当業者は、本発明の保護範囲から逸脱することなく、特定の用途に適用するために必要なあらゆる変更をすることができよう。
例えば、加圧室の形状は、かならずしも瓶でなく、例えば壺(pot)などの、加工をすることが望ましい容器種類に適合させることができる。
加圧手段および増圧手段は、加圧室中の流体に所望の、予め決められた圧力を加えられるように調整することができよう。装置の構造は、生じる圧力に対して大きな抵抗が得られるように変更することができる。
【0054】
上述の発明は、従来技術による加圧装置にもあてはまる特徴のいくつかを有する。例えば、軸方向荷重を収容するジャケット4、及び放射方向荷重を収容する多層ライナー14の使用は、ある期間の高圧が必要な工程のために設計されたあらゆる方法に適用し得る特徴である。
同様に、エネルギー回収手段および減容器46にもあてはまる。
【0055】
円筒体40によるシール39の予備圧縮系は、既に述べたように、加圧室18中に挿入される時にはシールに対する機械的応力を減じることができる。この予備圧縮系は、従って、漏出防止閉止体を容器その他の入れ物に挿入しなければならないすべての状態の場合に、有利に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】
本発明加圧装置の開いた状態の斜視図。
【図2】
図1に示される装置の側面断面図。
【図3】
本発明が適用される加圧装置の詳細について図2のIII−IIIに沿う側面断面図。
【図4】
本発明加圧装置の第二実施態様の、閉じた状態を示す側面断面図。
【図5】
本発明による一連の減容器(volume reducers)の部分断面斜視図。
Claims (30)
- ジャケット4及び蓋3を有し、加圧室18を収容している加圧装置1であって、前記加圧室18が加圧手段47,48と接続している加圧装置であって、前記蓋3が、加圧される対象を頂部から充填するように、装置の上方に位置していることを特徴とする加圧装置。
- 前記装置が、前記蓋3をロックするロック手段7を有する請求項1記載の装置。
- 前記加圧室18が多層ライナー14中に、放射方向に収容されている請求項1または2記載の装置。
- 前記多層ライナー14が内側層14c、中間層14b及び外側層14aからなり、前記外側層14aが前記ジャケット4の内側面と係合している請求項3記載の装置。
- 前記多層ライナー14の前記内側層14c、中間層14b及び外側層14aは、それぞれ他の層の内側に圧力嵌めされている請求項4記載の装置。
- 前記圧力相乗化手段がT字断面ピストン19であり、前記ピストンの小径端面が前記加圧室18に入り込んでいる請求項1乃至5のいずれか1項記載の装置。
- 前記加圧手段が、ポンプを備えた油圧ユニット48から成り、前記油圧ユニットがライン23により前記加圧室1の前記油圧油タンク21と接続しており、前記圧力倍増手段19が前記タンク21と前記加圧室18との間に配置されている請求項1乃至6のいずれか1項記載の装置。
- 前記加圧手段が、前記装置1の前記タンク21に直接作用する螺子47から成る請求項1乃至6のいずれか1項記載の装置。
- 前記蓋3が通孔37を有する本体34から成り、前記蓋3のロック手段が、ガイド6中を滑る円筒体7と、該円筒体7に対して前記ジャケット4の直径方向反対側に整合配置されたスリーブ11とから成り、前記蓋が閉じた状態で、上記通孔37と前記円筒体7とが、直線上に整合する請求項1乃至8のいずれか1項記載の装置。
- 前記蓋3及び前記蓋ロック手段7がそれぞれの作動子30、9により独立に作動するようにされている請求項1乃至9のいずれか1項記載の装置。
- 前記蓋3が、処理される前記容器との係合手段45を有するプラグ素子38を備える先行請求項のいずれか1項記載の装置。
- 前記プラグ素子38が環状シール39を有し、円筒体40が前記環状シール39周囲に取り付けられ、プラグ素子38の表面と同じ高さに押し付けている先行請求項のいずれか1項記載の装置。
- 前記円筒体40は、スプリング42により作用を受けているフランジ41を有し、スプリングは前記フランジ41と前記蓋3の前記本体34の下部との間に配置されている請求項12記載の装置。
- 前記円筒体40の前記フランジ41は二つのL字ブラケット43に取り付けられており、L字ブラケットそれぞれの上端にはピン44が中を滑る通孔があり、前記ピン44は、前記ブラケットを軸方向に保持するため、その下端にワッシャー44’を有する請求項13記載の装置。
- 前記装置は、前記加圧手段47、48と接続するエネルギー回収手段を有する請求項1乃至14のいずれか1項記載の装置。
- 前記エネルギー回収手段が発電機と接続するター瓶或いはガス型潜在エネルギー蓄積装置から成る請求項7又は15記載の装置。
- 前記エネルギー回収手段が機械エネルギーを電気エネルギーに変換する装置から成る請求項8または15記載の装置。
- 前記装置が圧力センサー及び任意に温度センサーを有し、これらが命令制御ユニットと接続している請求項1乃至17のいずれか1項記載の装置。
- 前記命令制御ユニットが、作動子30、9及び加圧手段を所定のプログラムに基づいて駆動し、工程の圧力及び任意に温度を含む作動条件を監視する請求項18記載の装置。
- 前記加圧装置1が、前記加圧室18に挿入できる形状及び寸法をもつ1個あるいは2個以上の減容器46を有する請求項1ないし19のいずれか1項記載の装置。
- 処理すべき対象に高圧処理を施すための装置であって、請求項1から20のいずれか1項記載の1個あるいは2個以上の加圧装置1を有する装置。
- 前記装置が、前記加圧室18に流体を再充填する手段を有する請求項21記載の装置。
- 高静水圧で殺菌する方法であって、
請求項21あるいは22記載の装置を準備し;
夫々加圧装置1中に容器を配置し;
前記加圧装置1の前記加圧室18中に圧縮及び減圧の工程を施し;
容器を、前記加圧装置1のそれぞれから取り出す工程を含む方法。 - 請求項23記載の殺菌方法により得ることができる殺菌済み飲料または食品。
- 前記飲料がビールあるいは牛乳である請求項24記載の飲料。
- 加圧室18を有する加圧装置1であって、前記加圧室18が多層ライナー14からなる好ましくは円筒形の側壁を有し、前記多層ライナー14が内側層14c、中間層14b及び外側層14aからなり、前記層は、他の各層の内側に強制的に挿入されていることを特徴とする加圧装置。
- 高圧に耐えることができる壁と、ロック手段7を具備する蓋3とを有する加圧室18から成る加圧装置1であって、前記加圧装置1が、軸方向荷重を収容するように前記ロック手段7が配置されたジャケット4により外側が被覆されていることを特徴とする加圧装置。
- 高静水圧における処理のための加圧室18を有する加圧装置1であって、前記加圧室18に挿入することができる形状及び寸法を有する1個あるいは2個以上の減容器を有する加圧装置。
- 加圧室18及び加圧手段47、48を有する加圧装置1であっって、前記装置が前記加圧手段47、48に接続するエネルギー回収手段を有することを特徴とする加圧装置。
- 環状シール39を取り付けたプラグ素子38を有する蓋3を含む容器であって、滑動円筒体40が前記環状シール39周囲に取り付けられ、前記プラグ素子38の表面と同じ高さに前記シール39を押し付けていることを特徴とする容器。
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