JP2006050941A

JP2006050941A - 流動性食品材料の連続通電加熱方法

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Publication number: JP2006050941A
Application number: JP2004234322A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Hoshino; 弘星野
Original assignee: Frontier Engineering Co Ltd
Current assignee: Frontier Engineering Co Ltd
Priority date: 2004-08-11
Filing date: 2004-08-11
Publication date: 2006-02-23

Abstract

【課題】流路内を流れる流動性食品材料に通電して連続加熱する方法において、電極表面の温度上昇を抑え、よって加熱ムラや電極表面での突沸の発生、さらにはスケーリング、スパークの発生を抑える。
【解決手段】流路における流動性食品材料に接する位置に、間隔を置いてＴｉまたはＴｉ合金製の２以上の電極を設けておき、流動性食品材料を連続的に流動移送させながら、電極間に１〜５０ｋＨｚの高周波電流を通電して、流動性食品材料を連続的に通電加熱する方法において、通電電流値Ｉ（アンペア）と各電極における流動性食品材料に接触する面の面積Ｓ（ｍｍ²）との比Ｉ／Ｓが０．８以下となるように通電電流値を制御する。
【選択図】図１

Description

この発明は、連続的に流動移送可能な程度の流動性を有する食品材料、例えば液状食品材料、固体−液体混合食品材料、ゲル状食品材料などについて、殺菌や調理などのために流路内で連続的に流動移送させながら通電加熱する方法に関するものである。

流動性を有する食品材料を殺菌や調理等のために加熱する方法の一つとしては、その流動性食品を、ポンプ等の圧力によって管路などの所定の流路内を連続的に流動移送させつつ、その流路内で連続的に加熱する方法がある。このように流路内を連続的に流動移送させつつ流動性食品材料を連続加熱する方法によれば、流路内で連続的に加熱された食品材料をそのまま連続的に容器に充填することができるため、加熱から充填までの作業を完全連続化することができる。

従来前述のように流路内を連続的に流動移送される食品材料を連続的に加熱するための方法として、食品材料の有する電気抵抗を利用して、食品材料に直接通電して発熱させる通電加熱（ジュール加熱）を利用する方法が実用化されている。このように通電加熱を適用して流路内を連続的に流れる流動性食品材料を連続的に加熱する装置は、いわゆる対向電極を用いたものと、環状電極を用いたものとに大別される。

前者の対向電極を用いた連続通電加熱装置は、例えば流路を横断面矩形状（方形状）に作っておき、その流路の相互に対向する平行な内側面にそれぞれ平面状の電極（対向電極）を設けたものであり、この場合、通電電流は流動性食品材料の流れを横切るように流れる。一方後者の環状電極を用いた通電加熱装置は、例えば特許文献１に示されているように、流路の上流側から下流側へ向けて所定間隔を置いて少なくとも２以上の部分に、流路内の流動性食品材料を取囲むような環状をなす電極（環状電極）を設けておき、流路内を流れる流動性食品材料に対して流路の上流側の環状電極と下流側の環状電極との間で流動性食品材料の流れ方向に沿って通電するものである。

なおこれらの通電加熱装置における電極としては、食品衛生上の観点や耐食性、耐久性等の観点から、Ｔｉ（チタン）もしくはＴｉ合金を用いることが好ましく、また通電電流としては１ｋＨｚ〜５０ｋＨｚ程度の高周波電流を用いることが好ましい。

特公平５−３３０２４号公報

前述のような流動性食品材料の連続通電加熱装置では、流路内を流れる流動性食品材料自体の抵抗発熱によって流動性食品材料を加熱しているため、本来は流路内を流れる流動性食品材料のみが温度上昇する筈であり、電極には流動性食品材料からの熱が加わることはあっても、電極それ自体は本来はさほど温度上昇しない筈であるが、実際には電極の温度、特に電極表面の温度が著しく上昇する場合がある。このように電極表面が著しく温度上昇すれば、加熱対象である流動性食品材料の加熱ムラが生じるばかりでなく、流動性食品材料の品質低下をもたらしたり、装置の寿命や保守などの問題などが生じる。

具体的には、電極表面の温度が異常に高くなれば、その電極に接している部分で流動性食品材料が局部的に著しく温度上昇し、そのため突沸が生じたり、電極の表面にスケーリング（食品材料の凝着等）が生じたり、さらには電気的なスパークが生じたりして、流動性食品材料の品質の低下（香り、色、味の低下、スケールの混入等）を招くおそれがある。そしてまた上述のようなスパークの発生により電極の寿命が短くなるとともに、スケーリング除去のための洗浄や保守の間隔も短くせざるを得ない等の問題も生じる。

ここで、前述のような対向電極や環状電極を用いた連続通電加熱においては、流路内を流れる流動性食品材料は、流路の内面に沿った位置（したがって対向電極の表面や環状電極の内面に沿った位置）で、流路内面に対する粘性抵抗により、その流速が流路内中心位置より遅くなるのが通常であり、そのため流路内の流動性食品材料の温度は、流路の内面に沿った位置の温度が管路内中心位置よりも高くなりやすく、このことが電極表面の温度上昇を助長することとなっている。

またさらに通電加熱の場合、流動性食品材料はその温度が高くなるほど電気抵抗が小さくなって電流値が増大し、発熱しやすくなるのが通常であり、そのため電極の表面に接する位置で流動性食品材料が温度上昇すれば、その位置では電流値の増大により発熱量がさらに多くなって、一層温度上昇してしまい、電極表面も温度上昇しやすくなる。

したがってこれらの要因が相俟って、流動性食品材料の連続通電加熱においては、電極表面の温度が異常に上昇して、前述のような問題を引き起こすことが多かったのである。

なおもちろん実際の連続通電加熱装置においては、電極をその背面もしくは内部から冷媒により冷却することも行なわれているが、このように電極の背面や内部から冷却しても、流動性食品材料に接する電極表面部位の温度上昇を確実かつ安定して抑えることは困難であった。

この発明は以上の事情を背景としてなされたもので、流動性食品材料の通電加熱方法において、電極表面の温度上昇を抑え、これにより前述のような流動性食品材料の品質低下や、電極の寿命や保守上の問題が生じないようにした方法を提供することを課題とするものである。

前述のような課題を解決するべく、本発明者等が流動性食品材料の連続通電加熱時における電極表面の温度上昇の状況と、通電加熱条件や電極の寸法等との関係について鋭意調査・検討を重ねたところ、通電電流値を、電極における流動性食品材料に接触する部分の面積に応じた特定の値以下に抑えることによって、電極表面の温度上昇を適切に抑え、前述の課題を解決し得ることを見出し、この発明をなすに至った。

具体的には、電極としてＴｉもしくはＴｉ合金を用い、また通電電流として１ｋＨｚ〜５０ｋＨｚの範囲内の周波数の高周波電流を用いた場合、通電電流値Ｉ（アンペア）と電極における流動性食品材料に接触する部分の面積Ｓ（ｍｍ²）と比Ｉ／Ｓが、０．８以下となるように通電電流値を制御することによって、電極表面の温度上昇量をわずかな量に抑え得ることが判明したのである。

したがって請求項１の発明は、流動性食品材料を連続的に流動移送させるべき流路における流動性食品材料に接する位置に、間隔を置いてＴｉもしくはＴｉ合金からなる２以上の電極を設けておき、流動性食品材料を、流路内において連続的に流動移送させながら、電極間に１〜５０ｋＨｚの範囲内の周波数の高周波電流を通電して、流動性食品材料を連続的に通電加熱する流動性食品材料の連続通電加熱方法において、通電にあたって、高周波電流の通電電流値Ｉ（アンペア）と各電極における流動性食品材料に接触する面の面積Ｓ（ｍｍ²）との比Ｉ／Ｓが０．８以下となるように通電電流値を制御することを特徴とするものである。

また通電電流値は、上記の範囲内でも特にＩ／Ｓの比が０．３以下となるように制御することが好ましく、これを請求項２において規定している。

さらに請求項３、請求項４の発明は、それぞれ上述のような通電加熱方法を対向電極、環状電極に適用する場合について規定したものである。

すなわち請求項３の発明は、請求項１に記載の流動性食品材料の連続通電加熱方法において、前記２以上の電極として、流路内を流れる流動性食品材料を挟んで相互に対向する電極を設けておき、その相互に対向する電極間で通電させることを特徴とするものである。

また請求項４の発明は、請求項１に記載の流動性食品材料の連続通電加熱方法において、前記２以上の電極として、流路内を流れる流動性食品材料を取囲む環状の電極を用い、その環状の電極を、流路の流れ方向に所定間隔を置いて設けておき、流路の流れ方向に沿って通電させることを特徴とするものである。

この発明の連続通電加熱方法によれば、通電加熱時における電極表面の温度上昇を最小限に抑えて、電極表面の異常な温度上昇に伴なう流動性食品材料の加熱ムラの発生や突沸の発生、さらには電極表面でのスケーリングやスパークの発生を抑えることができ、そのため流動性食品材料の品質低下、あるいは電極の寿命や装置の保守上の問題が生じること有効に防止することができる。

図１、図２にこの発明の通電加熱方法を実施している状況の一例を示す。

図１、図２において、管路１は流動性食品材料３を連続的に流すための流路２を区画形成するものであり、図示の例では横断面が矩形状、したがって全体として角筒状に作られている。ここで管路１は、全体的な形状は合成樹脂等の電気絶縁材料からなる角筒状管壁部材５によって作られ、その管壁部材５の適宜の箇所における相互に対向する面（平行な面）に、ＴｉもしくはＴｉ合金からなる電極７Ａ，７Ｂが配設されており、これによって管路１内の流動性食品材料の流れを横切るように電極７Ａ,７Ｂが対向するような構造となっている。なお図１では、説明の簡略化のために電極７Ａ，７Ｂとして２個（１対）設けた部分を示しているが、２対以上の電極を、流動性食品材料の流れ方向に間隔を置いて設けても良いことはもちろんである。

電極７Ａ，７Ｂには、高周波電源９から電源制御装置１１を介して１〜５０ｋＨｚの周波数の高周波電圧が互いに逆相で印加されるようになっている。そして管路１内に流動性食品材料３を流し、かつ高周波電圧を電極７Ａ，７Ｂ間に印加すれば、電極７Ａ，７Ｂ間において流動性食品材料３に高周波電流が流れ、これによって流動性食品材料３が発熱する。すなわち流動性食品材料３が連続的に加熱される。

ここで、この発明の方法の場合、各電極７Ａ，７Ｂにおける流動性食品材料３に接する面の面積（図示の例では各電極７Ａ，７Ｂの流路側の表面７１Ａ，７１Ｂの面積に相当する）をそれぞれＳ（ｍｍ²）とすれば、高周波電流Ｉ（アンペア）が、次の（１）式
Ｉ／Ｓ≦０．８・・・（１）
を満たすように制御する。すなわち電極７Ａ，７Ｂの寸法に応じて、（１）式が満たされるように電極７Ａ，７Ｂ間に流すべき高周波電流の電流値Ｉを電源制御装置１１によって制御する。

本発明者等の実験によれば、電極における流動性食品材料に接する面の面積Ｓに対する高周波電流の電流値Ｉの比Ｉ／Ｓを変化させたときの電極表面の温度上昇量ΔＴは、後に改めて実施例で説明する図３に示すようにＩ／Ｓの比が大きくなるにつれて大きくなり、特にＩ（アンペア）／Ｓ（ｍｍ²）の値が０．８を越えたときに急激に増大することが判明した。そしてＩ（アンペア）／Ｓ（ｍｍ²）の値が０．８以下ではＩ／Ｓの低下に伴なう温度上昇量ΔＴの低下度合（傾き）は少なくなり、特にＩ（アンペア）／Ｓ（ｍｍ²）が０．３以下ではΔＴの低下度合いが著しく小さくなることが判明した。

したがってこの発明では、Ｉ（アンペア）／Ｓ（ｍｍ²）の比を０．８以下、好ましくは０．３以下となるように制御することとした。このようにＩ／Ｓの比を０．８以下、好ましくは０．３以下となるように制御することによって、電極自体の温度上昇を抑制することができる。

なお上記の実験において、電極表面の温度上昇量は、電極表面の温度Ｔ₁と管路内の中心位置における流動性食品材料の温度Ｔ₂との差（Ｔ₁−Ｔ₂）として求めた。これは、流動性食品材料の温度の影響を除外して考えるためである。

なおまた、図１、図２に示す例は、電極として対向電極を用いた場合について示しているが、環状電極を用いた場合にも適用できることはもちろんである。その場合の例を図４、図５に示す。図４、図５において、流動性食品材料３が流れる流路２を区画形成するための管路１は、断面円形のパイプ状に作られている。そしてこの管路１は、合成樹脂等の電気絶縁材料からなる円筒状の複数の管壁部材５を軸線方向に沿って配列し、かつ各管壁部材５のそれぞれの間に、ＴｉもしくはＴｉ合金からなる環状の電極７Ａ，７Ｂを配した構成とされている。したがって環状の各電極７Ａ，７Ｂは、管路１内を流れる流動性食品材料の周囲を取囲むことになる。そしてこの場合、上流側の環状の電極７Ａと下流側の環状の電極７Ｂとの間において、電流を流動性食品材料の流れ方向に沿って流すことになる。

このような環状の電極を用いた場合においても、既に述べた場合と同様に、電流値Ｉ（アンペア）と電極７Ａ，７Ｂにおける流動性食品材料３に接触する面、すなわち各内周面７２Ａ，７２Ｂの面積Ｓ（ｍｍ²）との比Ｉ／Ｓを、０．８以下、好ましくは０．３以下に規制することによって、電極表面の温度上昇を確実に抑制することができる。

図１、図２に示すような対向電極を用いた場合の実施例を以下に示す。

実施例１
電極として、表面が１ｍｍ×６ｍｍの寸法の長方形状をなす角型のものを用いた。したがって電極表面積Ｓは６ｍｍ²である。このような角型電極の一対のものを、管路中にその管路の長さ方向と平行に相互対向するように、かつ対向電極間距離が１ｍｍとなるように配置した。なおここで上記電極としてはＴｉ製のものを用い、かつその表面に温度センサを設けておいた。そして流動性食品材料として粘度が１０ｃｐ（於２０℃）のオレンジジュースを用い、流量６０ｌ／ｈｒで連続的に流しながら、２０ｋＨｚの高周波電流を種々の電流値Ｉで電極間に流し、電極表面の温度Ｔ₁を測定した。同時に管路１内の中心位置における流動性食品材料の温度Ｔ₂も、温度センサにより測定し、電極の温度上昇量ΔＴを、
ΔＴ＝Ｔ₁−Ｔ₂
として求めた。その結果を、電流値Ｉと電極表面積Ｓとの比Ｉ／Ｓに対応して表１に示す。

実施例２
電極として、表面が直径２．８ｍｍの円形をなす丸棒状のものを用いた。したがって電極表面積Ｓは約６．２ｍｍ²である。電極形状以外は実施例１と同様にしてオレンジジュースの通電加熱を行ない、前記同様に電極の温度上昇率ΔＴを求めた。その結果を、電流値Ｉと電極表面積Ｓとの比Ｉ／Ｓに対応して表２に示す。

さらに、以上の実施例１の表１に示す結果および実施例２の表２に示す結果をグラフ化して、図３に示す。

図３に示すように、実施例１、実施例２のいずれの場合でも、Ｉ／Ｓの比が０．８以下では電極表面の温度上昇量ΔＴを１００℃（“Ａ温度”）以下に抑えることができ、特にＩ／Ｓの比が０．３以下では温度上昇量ΔＴを２℃（“Ｂ温度”）以下に抑えることができた。

そして、電極表面の温度上昇量が上述のような１００℃（“Ａ温度”）以下であれば、電極の表面における流動性食品材料の突沸現象発生や、スケーリング、スパークの発生を少なくすることができ、特に２℃（“Ｂ温度”）以下では、これらの突沸現象、スケーリング、スパークの発生をほぼ完全に抑制し得ることが確認された。

この発明の通電加熱方法を実施するための装置の一例を模式的に示す縦断面図である。図１のＩＩ−ＩＩ線における横断平面図である。通電電流値Ｉと電極における流動性食品材料に接する面の面積Ｓとの比Ｉ／Ｓが、電極の温度上昇量ΔＴに及ぼす影響を示すグラフである。この発明の通電加熱方法を実施するための装置の他の例を模式的に示す縦断面図である。図４のＶ−Ｖ線における横断平面図である。

符号の説明

２流路
３流動性食品材料
７Ａ，７Ｂ電極
１１電源制御装置

Claims

流動性食品材料を連続的に流動移送させるべき流路における流動性食品材料に接する位置に、間隔を置いてＴｉもしくはＴｉ合金からなる２以上の電極を設けておき、流動性食品材料を、流路内において連続的に流動移送させながら、電極間に１〜５０ｋＨｚの範囲内の周波数の高周波電流を通電して、流動性食品材料を連続的に通電加熱する流動性食品材料の連続通電加熱方法において、
通電にあたって、高周波電流の通電電流値Ｉ（アンペア）と各電極における流動性食品材料に接触する面の面積Ｓ（ｍｍ²）との比Ｉ／Ｓが０．８以下となるように通電電流値を制御することを特徴とする、流動性食品材料の連続通電加熱方法。
請求項１に記載の流動性食品材料の連続通電加熱方法において、
前記比Ｉ／Ｓが０．３以下となるように通電電流値を制御することを特徴とする、流動性食品材料の連続通電加熱方法。
請求項１に記載の流動性食品材料の連続通電加熱方法において、
前記２以上の電極として、流路内を流れる流動性食品材料を挟んで相互に対向する電極を設けておき、その相互に対向する電極間で通電させることを特徴とする、流動性食品材料の連続通電加熱方法。
請求項１に記載の流動性食品材料の連続通電加熱方法において、
前記２以上の電極として、流路内を流れる流動性食品材料を取囲む環状の電極を用い、その環状の電極を、流路の流れ方向に所定間隔を置いて設けておき、流路の流れ方向に沿って通電させることを特徴とする、流動性食品材料の連続通電加熱方法。