JP2008017828A - 熱処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】簡単な構造で、異なる被処理物を、効率よく、高品質に、膨化、ポップ、α化（澱粉の糊化）、焙煎、殺菌などを行う熱処理装置を提供する。
【解決手段】熱処理装置は、被処理物を処理する処理室１と、前記処理室１に、被処理物と空気とを供給する供給口１２を備える被処理物供給管２と、前記処理室１に、加熱流体を供給する加熱流体供給装置３と、前記処理室１で処理された被処理物を回収・分離する回収・分離装置５とを備える。
【選択図】 図１

Description

本発明は、穀物類、豆類などの被処理物の膨化、ポップ、α化（澱粉の糊化）、焙煎、殺菌などを行う熱処理装置に関する。

トウモロコシなどの種子は、種皮が機械的強度を有しており、適切な条件下で加熱すると、急激な水分蒸発とともに膨化することが知られている。適切な膨化処理をすると、食感、風味を向上させることが可能となる。このため、処理時の流体の湿度、温度、それらの時間変化（プロセス）などを制御することにより、適切な膨化処理ができる装置が必要とされる。また、処理効率を考えると、連続的・半連続的に処理できる装置が望まれる。

一般に、膨化は、被処理物の内部水分の蒸散により生ずる。被処理物の含水量を制御して、穀類等の膨化量を制御する穀類等の膨化量制御焙煎装置が開発されている（例えば、特許文献１参照）。しかし、この装置では、一時焙煎手段と、二次焙煎手段との２つの焙煎手段を必要とするため、装置構成が複雑である。また、この文献に記載の発明では、膨化量を制限することを目的とする。

トウモロコシと同様に膨化する種子として、アマランスが知られている。アマランスは、中南米原産のヒユ科の作物である。アマランスの種子は、栄養価が高く、新規食品材料として注目されている。アマランスを膨化させると、食感、風味の向上に加え、体内での栄養素の消化性が向上すること、加工性が向上し、食材としての応用が期待されている。

しかし、アマランスは、その粒径がトウモロコシに比べ小さいので、加熱の制御が難しく、膨化しないものや過熱による炭化のため、収率が悪いという問題がある。本発明者らは、アマランスの含水率と膨化温度とから、アマランスの膨化を最適化する条件を検討してきた（例えば、非特許文献１参照）。このため、アマランスを好適に膨化できる装置が望まれる。

また、同一の装置で、供給条件や処理条件を変えることで、異なる被処理物を処理できると、効率的である。

さらに、膨化、焙煎に限らず、穀物類、豆類などの粒状物である被処理物のα化、殺菌などを効率的に行う熱処理装置が望まれる。特に、粒状物の処理をする場合、粒状物を一粒ずつ確実に同一条件で、できるだけ短時間で効率よく処理をすることが理想である。
特開平１０−３０９１８３号公報 伊與田 浩志、他４名、「アマランス種子の膨化加工の最適化（体積増加率向上のための気流温度と種子含水率の操作）」、化学工学論文集、財団法人化学工学会、２００６年、第３２巻、第２号、ｐ．１６７−１７２

すなわち、本発明は、上記問題に鑑みなされたものであり、その目的は、簡単な構造で、異なる被処理物を、効率よく、高品質に、膨化、ポップ、α化（澱粉の糊化）、焙煎、殺菌などを行う熱処理装置を提供することにある。

本発明の熱処理装置は、被処理物を処理する処理室と、前記処理室に、被処理物を供給する供給口を備える被処理物供給管と、前記処理室に、加熱流体を供給する加熱流体供給装置と、前記処理室と前記加熱流体供給装置との間に設けられ、加熱流体を整流して処理室に供給する整流器と、前記処理室で処理された被処理物を回収・分離する回収・分離装置とを備える。

本発明では、加熱流体を整流器で整流して処理室に供給する。すなわち、加熱流体をよどみなく処理室に供給できるので、処理室内に供給された被処理物を均一に加熱することにより、被処理物の処理を適切に行える。また、処理後の被処理物は、効率よく分離・回収装置に移送される。この移送により、処理後の被処理物は急速に冷却される。この結果、被処理物に熱負荷されることがないので、褐変や酸化などの被処理物の熱変性が有効に抑制できる。この移送処理により、被処理物は、乾燥・冷却される。したがって、分離・回収装置に回収された処理後の被処理物は、さらに乾燥・冷却処理をしなくても、そのまま商品とすることができる。

前記熱処理装置において、前記被処理物供給管は、前記処理室の上部から接続され、前記加熱流体供給装置は、前記処理室の下部から接続されると、好ましい。

この構成によると、被処理物供給管を適切な形状で，かつ，処理室内の適切な位置に設けることができる。この結果、処理室内に被処理物に適した流動状態を形成することができる。

また、前記被処理物供給管は、前記処理室の上部から接続され、前記加熱流体供給装置は、前記処理室の上部から接続されることとしてもよい。

本発明の熱処理装置は、被処理物を、前記処理室に連続的に供給する連続供給装置を備えることとしてもよい。この構成により、被処理物を効率よく連続処理することができる。

また、本発明の熱処理装置は、前記処理室上部から挿入され、前記処理室内に設けられた仕切り板に接して回転可能な攪拌手段を備えることとしてもよい。この構成により、熱処理時に生ずる被処理物の焦げ付きを防止することができる。

複数の処理室と加熱流体供給装置と整流器とが、回収・分離装置に並列して接続されていることとしてもよい。本発明の熱処理装置は、処理室内に供給された全ての被処理物を同一条件で加熱処理することを特徴とする。このため、多量の被処理物を処理するためには、複数の小型の処理室と加熱流体供給装置と整流器とを用いる必要がある。すなわち、複数の処理室と加熱流体供給装置と整流器とを、回収・分離装置に並列して接続することにより、処理量に対応した被処理物の供給と処理とが可能となる。

本発明の熱処理装置は、処理された被処理物と流体とを回収・分離装置に移送する移送管と、この移送管に設けられた第１の給排気口とを備えるものであってもよい。

前記回収・分離装置には、送風装置が接続されていることとすると好ましい。この構成によると、送風機の回転数を制御することで、処理室内を被処理物供給管入口あるいは外部より陰圧にすることができる。この結果、処理室への被処理物の供給が容易に行える。また、被処理物供給管から冷却用流体を吸気することができる。さらに、送風機の回転数を増すことで、処理室内または移送管または回収・分離装置に残った残骸の排出が容易に行える。

前記送風装置は、前記回収・分離装置と加熱流体供給装置との間に設けられていてもよい。この構成によると、回収・分離装置から得られた流体を再度循環させることができる。

前記送風装置は、少なくとも２個の送風装置で構成され、送風装置と送風装置との間には、第２の給排気口が設けられていることとしてもよい。

この構成によると、２つの給排気口の開閉と組み合わせることにより、装置全体の加熱・冷却が容易となるので、装置の起動・停止が迅速に行える。また、複数の送風装置で構成されているので、さらに有効に上記効果が得られる。

前記被処理物供給管からの被処理物の供給は、前記送風装置の送風条件を制御して行うこととしてもよい。この構成によると、送風機の回転数を変えることで、容易に被処理物の供給量の制御ができる。

本発明は、簡単な装置構造により、供給条件、処理条件、駆動条件が容易に変えることができる装置構成を有するので、異なる被処理物を、効率よく、高品質に、膨化、α化、焙煎、殺菌などを行う熱処理装置を提供することができる。

以下に、本発明を実施するための最良の形態を、図面を参照しながら説明する。なお、本発明は、これらによって限定されるものではない。
（第１の実施の形態）

図１は、第１の実施の形態の熱処理装置の構成を示す模式図である。
［装置構成］

本発明の熱処理装置は、図１に示すように、処理室１と、被処理物供給管２と、加熱流体供給装置３と、整流部４と、サイクロン回収装置５と、移送管６と、送風装置７、８と、給排気口９、１０とを備える。なお、この図の例では、送風装置７が加熱流体供給装置３に接続され、一つのシステムを構成しているが、本発明の熱処理装置において送風装置７は必ず必須に備えなくてもよく、送風装置７、８同士が接続されていなくてもよく、また加熱流体供給装置３に接続されていなくてもよい。なお、この図の例では、被処理物を回収・分離する回収・分離装置の一例として、サイクロン回収装置を用いた。回収・分離装置としては、サイクロン回収装置に限らず、他の装置であってもよい。

処理室１では、開閉弁を有する被処理物供給管２から供給された被処理物を、加熱流体供給装置３から供給された加熱流体により熱処理をする。処理室１は、円筒状であり、処理室１内には、被処理物が通過せず、加熱流体が通過する被乾燥物の形状に適した，例えばメッシュ網などの仕切り板１１が処理室１内を横断する状態で備えられている。被処理物供給管２は、処理室１上部から、処理室１上部を貫通して設けられている。被処理物および流体の供給口１２は、処理室１上部と仕切り板１１との間に位置する。処理室１は、少なくともその一部が処理の進行が目視できるように、たとえばガラス製である方がよい。

なお、この図の例では、被処理物供給管２は、処理室１上部から、処理室１上部を貫通して設けられているが、処理室１上部に単に穴を開けたものであってもよい。また、被処理物供給管２は、処理室１上部側面を貫通し、供給口１２が、処理室１下部に向かって開口しているものであってもよい。処理室１上部から被処理物を供給できればよい。被処理物は、処理室内が陰圧になっているので、供給手段を設けなくても、処理室に供給される。また、被処理物供給管２は、図１の場合を含め、重力により、被処理物が処理室に供給できる構造をしていればよい。被処理物供給管２を介して、被処理物とともに冷却・乾燥用あるいは湿度など処理条件調整のための流体を導入することもできる。供給管にバルブ等を設けてもよい。バルブの開閉を制御することで、被処理物の供給量を制御することができる。また、供給管の管径の大きなものを用いても、バルブの開閉の制御により、粒経の異なるものを適切に供給できる。

上記処理室１の下部から、加熱流体供給装置３から供給された加熱流体が導入される。供給される流体としては、空気、窒素などの不活性流体、過熱水蒸気、高湿度空気など、通常熱処理に用いられる流体であれば、特に制限はない。また、これらの流体は、単独で使用してもよく、複数の流体を混合して使用してもよい。加熱流体供給装置３は、加熱流体の種類により異なる。加熱流体が空気、窒素などの場合は、ヒータであり、加熱流体が過熱水蒸気、高湿度空気の場合は、ボイラあるいはボイラとヒータの組み合わせたものである。加熱流体供給装置３から供給された加熱流体は、整流器４により整流され、処理室１に供給される。

本発明では、整流器４を設けることを特徴の一つとする。加熱流体供給装置３から供給された加熱流体の速度や方向が均一ではない。この状態で、加熱流体を処理室に供給すると、処理室の管壁近傍と中央とでは熱の分布が異なり、均一な処理ができなくなる。図１に示すように、整流器４は、管状の形状であり、その中央部が膨大している拡流部を有する。加熱流体供給装置から供給された加熱流体は、拡流部で一旦拡流され、そこに設けられた多孔板１３の流れ抵抗により速度が均一化され、また多孔板の熱伝導により温度も均一化される。次に整流器４の上端部で管径が小さくなり、流体は縮流になる。これにより、供給される加熱流体の温度および速度の分布が均一あるいは最適状態になる。なお、図１の例では、多孔板１３は、１つだけ設けられているが、整流部内に複数設けてもよく、メッシュ網など流れの抵抗となるものを用いてもよい。

処理室１と加熱流体供給装置３との間には、温度制御装置１４が設けられており、処理室１内が所望の温度に保たれるように、供給する加熱流体の温度を制御する。

図１の例では、加熱流体供給装置３に送風機８が接続されている。この送風機８の回転数を制御することで、処理室１に供給する加熱流体量を制御できる。この結果、被処理物の処理に応じた流速で加熱流体を供給できる。空気，過熱水蒸気，またはそれらの混合気体を利用する場合等に、その混合比を送風機の回転数により制御することができる。

処理室１とサイクロン回収装置５とは、移送管６で連結されている。処理された被処理物と流体とは、移送管６を経てサイクロン回収装置５に移送される。また、移送管５には、給排気口９が設けられている。サイクロン回収装置５には、送風装置７が接続されている。送風装置７の回転数を制御することで、処理室１内を陰圧にすることができる。これにより、被処理物を処理室１内に効率よく供給できるとともに、処理後の被処理物が迅速にサイクロン回収装置５に搬送される。従って、処理後の被処理物にかかる熱負荷を低減することができる。また、処理後の被処理物が、迅速に移送管６からサイクロン回収装置５内に移送される間に冷却されるので、冷却処理を必要しない。さらに、サイクロン回収装置１内におけるサイクロン圧力を調整できるので、処理後の被処理物が効率よく回収できる。なお、被処理物の回収分離は、気体と固体とを分離回収できるものであれば、サイクロン回収装置に限らない。例えば、フィルタを用いて被処理物を回収するものであっても、被処理物の比重を用いて被処理物を回収するものであってもよい。

図１の例では、２個の送風機７、８を設けている。２個の送風機の回転数を制御することにより、処理室内の残骸の排出、装置の停止を、容易に行うことができる。また、回収サイクロン装置５内部の出口部分および／または回収サイクロン装置７外の排気側にフィルタを設けてもよい。これにより、被処理物の中に含まれる残骸等を回収できるとともに、流体を再度加熱流体供給装置３に供給することで、流体を再利用することができる。さらに、２個の送風機７、８の間に給排気口１０を設けている。これにより、サイクロン回収部５を経た流体を排気することもでき、あるいは新たな流体を吸気して、加熱流体供給装置５に提供することもできる。

［熱処理装置の操作］
以下に、本発明の熱処理装置の操作の一例を説明する。

装置起動時は、給排気口９，１０を閉じた状態で加熱流体供給装置３に流体を供給しながら装置全体の予熱を行う。その後、給排気口９または給排気口１０、あるいは被処理物供給管２を開口して、必要な流体を供給しながら、送風機７、８を用いて、加熱流体供給装置３に流体を供給する。流体に過熱水蒸気または高湿度空気を用いる場合には、加熱流体供給装置３内のボイラは必要な水を加熱する。加熱流体供給装置３で加熱された流体は、整流器４で整流されて処理室１に供給される。２個の送風機７、８の回転数を制御して、処理室内１が、被処理物供給管入口部より、陰圧になるように調整する。処理室１内が所望の温度になると、被処理物供給管２の供給口１２を開く。被処理物は、図示しない被処理物貯蔵部から、流体とともに供給される。被処理物の供給は、連続的・半連続的に行う。処理室内は、陰圧になるように調整する場合は、例えば送風機７の回転数を上げ、送風機８の回転数を下げるような操作をする、あるいは第１の給排気口９のバルブを閉めることにより行う。

この図の例では、被処理物供給管２は処理室１の上部から接続され、加熱流体供給装置３は処理室１の上部から接続されているので、処理室１内は、被処理物と流体で流動層を形成する。

例えば、被処理物を膨化させた場合、被処理物は軽くなるので、膨化した被処理物は移送管６を介してサイクロン回収装置５に移送され、膨化されていない被処理物は処理室に残る条件で、送風機７の回転数を制御する。膨化していない被処理物は、処理装置１内に残り、継続して膨化処理がされる。サイクロン回収装置５では、被処理物と流体とが分離される。サイクロン回収装置５から排出された流体は、フィルタを通過し、送風機７に入る。送風機７を出た流体は、その一部は、給排気口１０から排出され、残りは送風機８に送られ、加熱流体供給装置３に送られ、再循環に用いられる。再循環は必ずしも行う必要はない。この場合には、給排気口１０から流体を排出すればよい。また、処理室で処理に用いる流体と、移送・冷却に用いる流体とは、同一でなくてもよい。両者が異なる場合には、サイクロン回収装置５から排出された流体は、給排気口１０から排出すればよい。例えば、処理を過熱水蒸気で行い、移送・冷却に空気を用いる場合などである。

また、一連の操作後に処理室内の残骸は、送風機７の回転を増加することでサイクロン回収装置３に移送され、流体と分離する。この操作により処理室１内に残った残骸を容易に除去・排出することができる。

図１の例では、２つの送風機を用いる例を説明したが、残骸の除去に他の手段を用いる場合は、送風機は１つであってもよい。例えば、図１の例では、送風機７は同一方向に送風するものを用いている。送風機７が逆方向に送風できるものを用いれば、送風機７から回収・分離装置を介して処理室に送風し、吸排気口９を開けて、処理室内の残骸を除去・排出することができる。

［連続処理］
本発明において、被処理物を連続処理する場合には、図２に示すような連続供給装置を備えるとよい。連続供給装置は、被処理物供給部２０と、被処理物供給管２まで被処理物を移送する搬送部２１と、搬送部２１内の搬送手段を駆動する駆動部２２と、制御部２３を備える。また、この図の例では、制御部２３は、整流部４の処理室１直近に設けた圧力センサにより、整流部４の圧力を測定する。被処理物供給部２０から供給された被処理物は、搬送部２１を介して連続的に処理室１に供給される。搬送部２１は、処理物を移送できるものであれば特に制限はなく、例えばシリンダ内に、軸方向に回転駆動するスクリューなどを設けたものであってもよい。このスクリューは、駆動部２２により駆動する。被処理物の供給量は、処理能力に応じて変更することができる。この図の例では、整流部４の処理室１直近に設けた圧力センサにより、処理物が処理室内に供給されたときの圧力上昇量を測定する。圧力上昇は、処理室内に存在する処理物の量に応じて発生する。したがって、測定した圧力上昇量に応じて、制御部２２は、圧力上昇量が適正値より大きい場合は、回転数を減らして供給量を減らすように、圧力上昇量が適正値より小さい場合は、回転数を増やして供給量を増やすように制御信号を発生する。圧力の測定位置は、特に制限されず、送風機８から加熱流体供給装置３に至る間でおこなってもよい。処理室１内の被処理物の存在量の測定はこの方法に限られない。例えば、処理室１内に光センサを設けて、処理室１内における被処理物の堆積量を測定してもよい。

［攪拌処理］
本発明において、攪拌手段２４を設けてもよい。攪拌手段としては、仕切り板上を掻き取ることができるものであれば特に制限はなく、図３に示すように、前記処理室上部から挿入され、前記処理室内に設けられた仕切り板に接して回転可能な攪拌手段を備えるものであればよい。この図の例では、金属棒を仕切り板上に接するように折り曲げたものを用いている。攪拌手段は、駆動装置２５によって回転数を制御して回転させることができる。被処理物の種類等によって、回転数を変えて攪拌すればよい。

上記連続処理装置と、攪拌手段とは、単独で使用してもよく、両者を組み合わせて使用してもよい。

（第２の実施の形態）
図２は、第２の実施の形態の熱処理装置の構成を示す模式図である。図１と同一の符号は、図１と同じものを意味する。

［装置構成］
この図の例では、被処理物供給管２と、加熱流体供給装置３とが、処理室１の上部から接続されている。なお、被処理物供給管２は、被処理物の供給が整流器の下流になるように接続すればよい。この図の例では、被処理物供給管２は、処理室１上部側面を貫通し、供給口１２が、処理室１下部に向かって開口している。また、回収・分離装置５は移送管６を介して、処理室１の下部に接続されている。第２図の例では、例えば澱粉のα化、殺菌などのように、被処理物が処理により比重が変化せず、対流伝熱に加えて凝縮伝熱により加熱を行う処理の場合に適する。

本実施形態においても、上記連続処理装置と、攪拌手段とは、単独で使用してもよく、両者を組み合わせて使用してもよい。

（第３の実施の形態）
図３は、第３の実施の形態の熱処理装置の構成を示す模式図である。図１と同一の符号は、図１と同じものを意味する。図３の例では、複数の処理室１と加熱流体供給装置３と整流器４とが、移送管６を介して、回収・分離装置５に並列して接続されている。この図では、２組の処理室１と加熱流体供給装置３と整流器４とが図示されているが、必要に応じて、これ以上の組数のものを接続してもよい。また、同一の送風機８が各組に並列に接続されているが、複数の送風機を用いて、それぞれに接続してもよい。この構成により、被処理物の処理量の増減に容易に対処できる。送風装置８の風量を調整する、あるいは送風装置８の数を増やすなどにより、複数の処理室１と加熱流体供給装置３と整流器４とを用いても、加熱流体供給装置３に供給する風量を調整できる。特に、この構成を用いると、処理室１と加熱流体供給装置３と整流器４とで組ごとに、確実に処理することができ、また処理室から残骸の排出を交互に行うことにより、装置として連続的に処理することができる。

本実施形態においても、上記連続処理装置と、攪拌手段とは、単独で使用してもよく、両者を組み合わせて使用してもよい。

本発明の熱処理装置は、トウモロコシ、アマランス、大麦、玄米などの穀物、大豆、小豆などの豆類、あるいはこれらの粉体などの膨化、ポップ、α化（澱粉の糊化）、焙煎、殺菌などの処理を行うのに、適する。

処理条件は、澱粉糊化や、湿熱殺菌を行うなど、凝縮伝熱を用いる場合は、過熱水蒸気と空気の混合気体の利用が有効となる。その際には、露点温度や流体温度を適切な条件にすればよい。

処理条件は、被処理物の種類、処理の方法により異なり、適宜好適な条件を選択すればよい。例えば、アマランスを膨化させる場合には、アマランスの初期含水率が０．０７以上で０．２２以下のものを２３０℃〜２９０℃で、処理をすればよい。

図１は、本実施の形態の熱処理装置の構成を示す模式図である。 図２は、本発明の熱処理装置を連続処理する場合の模式図である。 図３は、本発明の熱処理装置に設ける攪拌手段の模式図である。 図４は、本実施の形態の熱処理装置の他の構成を示す模式図である。 図５は、第３の実施の形態の熱処理装置の構成を示す模式図である。

符号の説明

１ 処理室
２ 被処理物供給管
３ 加熱流体供給装置
４ 整流部
５ サイクロン回収装置
６ 移送管
７、８ 送風装置
９、１０ 給排気口
１１ 仕切り板
１２ 供給口
１３ 多孔板
１４ 温度制御装置
２０ 被処理物供給部
２１ 搬送部
２２ 駆動部
２３ 制御装置
２４ 攪拌手段
２５ 駆動装置

Claims (11)

1. 被処理物を処理する処理室と、
   前記処理室に、被処理物を供給する供給口を備える被処理物供給管と、
   前記処理室に、加熱流体を供給する加熱流体供給装置と、
   前記処理室と前記加熱流体供給装置との間に設けられ、加熱流体を整流して処理室に供給する整流器と、
   前記処理室で処理された被処理物を回収・分離する回収・分離装置と
   を備える熱処理装置。
2. 前記被処理物供給管は、前記処理室の上部から接続され、
   前記加熱流体供給装置は、前記処理室の下部から接続される
   ことを特徴とする請求項１に記載の熱処理装置。
3. 前記被処理物供給管は、前記処理室の上部から接続され、
   前記加熱流体供給装置は、前記処理室の上部から接続される
   ことを特徴とする請求項１に記載の熱処理装置。
4. 被処理物を、前記処理室に連続的に供給する連続供給装置を備える請求項１に記載の熱処理装置。
5. 前記処理室上部から挿入され、前記処理室に設けられた仕切り板に接して回転可能な攪拌手段を備える請求項１に記載の熱処理装置。
6. 複数の処理室と加熱流体供給装置と整流器とが、回収・分離装置に並列して接続されている請求項１〜５のいずれかに記載の熱処理装置。
7. 前記処理室と回収・分離装置との間に設けられ、処理された被処理物と流体とを回収・分離装置に移送する移送管と、
   前記移送管に設けられた第１の給排気口と
   を備える請求項１〜６のいずれかに記載の熱処理装置。
8. 前記回収・分離装置には、送風装置が接続されていることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の熱処理装置。
9. 前記送風装置は、前記回収・分離装置と加熱流体供給装置との間に設けられていることを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の熱処理装置。
10. 前記送風装置は、少なくとも２個の送風装置で構成され、
    送風装置と送風装置との間には、第２の給排気口が設けられていることを特徴とする請求項１〜９のいずれかに記載の熱処理装置。
11. 前記被処理物供給管からの被処理物の供給は、前記送風装置の送風条件を制御して行うことを特徴とする請求項８ないし１０のいずれかに記載の熱処理装置。

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