JP2008136486A - 食品材料の連続ジュール加熱方法および装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】複数の環状電極体および複数のスペーサ管体を有し、内部に被加熱流路が形成される加熱ユニットを設け、被加熱流路内で食品材料を流動移送させながら通電加熱する食品材料の連続ジュール加熱方法において、被加熱流路内で食品材料が熱変性を起こす場合に、被加熱流路を構成する加熱ユニットの数を増やすことで一の加熱ユニットにおける昇温量を減らすこと、および、加熱ユニット毎に温度制御を行うことを特徴とする食品材料の連続ジュール加熱方法およびその装置。
【選択図】図3
Description
なお、本明細書においては、特に断りのない限り、液全卵、液卵白、および液卵黄のことを液卵と総称するものとする。
調理用食品として用いられる液卵は、卵黄のみの液卵黄、卵白のみの液卵白、および卵白と卵黄が混合された液全卵があり、それぞれ加熱殺菌して製品化している。液全卵は、60℃で3.5分またはこれと同等以上加熱処理することにより製品化され、液卵白は、55.5℃で3.5分またはこれと同等以上加熱処理することにより製品化され、液卵白は、61℃で3.5分またはこれと同等以上加熱処理することにより製品化される。このような殺菌条件は、食品衛生法に基づく食品、添加物の規格基準によって定められている。
因みに、通電加熱流路内に撹拌翼を設けた場合には、撹拌翼自体にスケーリングが発生するなど新たな課題が生じる。
[1]少なくとも内周面の導電材料で形成した複数の環状の電極と、少なくとも内周面を電気絶縁材料で形成した複数の絶縁管体とを、共通の軸線に沿って交互に配置して管路を形成し、流動性を有する食品材料を管路の長さ方向に連続的に流動輸送させつつ、電極間に電圧を加えることにより、管路内を流れる流動性食品材料に対し管路の長さ方向に連続的に通電して加熱するようにした流動性食品材料の連続加熱装置において、相互間に電圧を印加すべき電極間の距離を電極の内径の4倍以上としたことを特徴とするものである。
[2][1]に記載の流動性食品材料の連続通電加熱装置において、電極の内径と絶縁管体の内径とが実質的に同径としたものである。
[3][1]もしくは[2]に記載の流動性食品材料の連続通電加熱装置において、相互間に電圧を印加すべき電極間の距離を、電極の内径の4倍以上、10倍以下の範囲内としたことを特徴とするものである。
[4][1]〜[3]のいずれかに記載の流動性食品材料の連続通電加熱装置において、加熱対象の流動性食品材料が、0.05Pa・s以上のものとすることを特徴とする。
[1]液卵等の熱変性を生じる食品材料に好適な、本発明のジュール加熱処理装置は、被加熱物を流路内に連続的に搬送しつつジュール熱により殺菌加熱するジュール加熱処理装置であって、被加熱物を供給する送液ポンプと、絶縁性材料からなり前記送液ポンプに連通した前記流路が形成されるとともに電極が対をなして設けられた管状部材を有する加熱ユニットと、前記加熱ユニットにより加熱された被加熱物を殺菌温度に所定時間保持する保持ユニットと、前記保持ユニットから搬送された被加熱物を冷却する冷却ユニットと、前記電極に供給される電力を制御し、前記流路内を流れる被加熱物のレイノルズ数Reに応じて前記流路内の電力密度Pを制御する(例えば、被加熱物が液卵の場合にはP≦9.4Re−352.4に設定する。詳細は後述の図8〜図13にて説明)電力制御手段とを有することを特徴とする。好ましくは、前記送液ポンプと前記加熱ユニットとの間に予熱ユニットを配置し、当該予熱ユニットにより殺菌加熱温度よりも低い予熱温度まで加熱した後に、前記加熱ユニットにより殺菌温度まで加熱すること、被加熱物は、液全卵、液卵白、または液卵黄であることを特徴とする。
[2]液卵等の熱変性を生じる食品材料に好適な、本発明のジュール加熱処理方法は、被加熱物を流路内に連続的に搬送しつつジュール熱により殺菌加熱するジュール加熱処理方法であって、絶縁性材料からなり前記流路を形成する筒状部材および当該筒状部材に対をなして設けられる電極を備える加熱ユニットに、前記流路内を流れる被加熱物のレイノルズ数Reに応じて前記流路内の電力密度Pを制御する(例えば、被加熱物が液卵の場合にはP≦9.4Re−352.4に設定する。詳細は後述の図8〜図13にて説明)加熱工程と、前記加熱ユニットにより殺菌温度に加熱された被加熱物を保持ユニットにより保持する保温工程と、前記保持ユニットから搬送された被加熱物を冷却ユニットにより冷却する工程とを有することを特徴とする。好ましくは、前記加熱ユニットに流入する前に液卵を殺菌温度よりも低い予熱温度まで加熱する予熱工程を有すること、被加熱物は、液全卵、液卵白、または液卵黄であることを特徴とする。
第1の発明は、複数の環状電極体および複数のスペーサ管体を有し、内部に被加熱流路が形成される加熱ユニットを設け、被加熱流路内で食品材料を流動移送させながら通電加熱する食品材料の連続ジュール加熱方法において、被加熱流路内で食品材料が熱変性を起こす場合に、被加熱流路を構成する加熱ユニットの数を増やすことで一の加熱ユニットにおける昇温量を減らすこと、および、加熱ユニット毎に温度制御を行うことを特徴とする食品材料の連続ジュール加熱方法である。
第2の発明は、第1の発明において、一の加熱ユニットあたりの電極体の数を減らし、スペーサ管体長を長くすることを特徴とする。
第3の発明は、第2の発明において、前記スペーサ管体長を、環状電極体の内径の4倍以上、12倍以下の範囲内で調節することを特徴とする。
第4の発明は、第1ないし3のいずれかの発明において、加熱ユニット間に撹拌部を設けることを特徴とする。
第5の発明は、第4の発明において、撹拌部を曲管および/または加熱ユニットを連通する直管内に配置されたスタティックミキサーにより構成することを特徴とする。
第6の発明は、第1ないし5のいずれかの発明において、上流に位置する加熱ユニットの昇温幅を、下流に位置する加熱ユニットの昇温幅と比べ大きくすることを特徴とする。
第7の発明は、第6の発明において、複数の加熱ユニット中、最下流に位置する加熱ユニットの昇温幅を最小とすることを特徴とする。
第8の発明は、熱交換器により食品材料に熱変性が生じる温度帯より低い温度まで加熱した後、第1ないし7のいずれかの発明に係る連続ジュール加熱方法により食品材料を加熱することを特徴とする食品材料の連続ジュール加熱方法である。
第9の発明は、第1ないし8のいずれかの発明に係る連続ジュール加熱方法により食品材料を加熱するための食品材料の連続ジュール加熱装置であって、複数の電極体および複数のスペーサ管体を有し、内部に被加熱流路が形成される加熱ユニットと、加熱ユニットに電力を供給する電源ユニットと、加熱ユニットに設けられた温度センサと、制御部とを備える食品材料の連続ジュール加熱装置である。
被加熱流路の中心軸線部分および内周面部分の温度差(ΔT)は、加熱ユニットの電極体に温度センサを設けて被加熱流路の内周面部分の温度を検出し、加熱ユニットの出口部分に設けた被加熱流路の中心軸線部分の食品材料の温度を測定する温度センサにより検出した温度との間に一定以上の温度差(ΔT)があるかにより測定することができる。ここで、被加熱流路内の食品材料は、下流側に進むにつれて温度が上昇するため、最下流の電極体に温度センサを設けることが好ましい。
被加熱流路内で食品材料に層流が生じる場合には、加熱ユニット間に曲管または加熱ユニットを連通する管内に配置されたスタティックミキサーにより構成された撹拌部を設けることが好ましく、これにより加熱ユニットから流出した食品材料が、次の工程に移送される際に撹拌される。熱変性の問題が顕著な場合には、加熱ユニットの長さを短くし、加熱ユニットの数を増やすことにより、短い間隔で複数の撹拌部を設ける構成とすることが好ましい。
電極温度センサの取り付け位置としては、一般に、上流側よりは下流側の方が、被加熱時間が長く高温となることから、最下流の電極体に設けることが例示される。両端のアース電極に電極温度センサを設けてもよいが、接触抵抗等により電極自体が加熱される場合を考慮すると、アース電極以外の最下流の電極体に温度センサを設けることが好ましい。なお、食品材料によっては、クラックが加熱ユニットの中流ないしは下流に発生することがあるが、かかる場合にはクラック発生が想定される箇所に最も近い位置にある電極体に電極温度センサを設けてもよい。
コントロールユニット64は、電極体63に供給される電力をPID制御する。PID制御における比例動作(P動作)や積分動作(I動作)の値は、オーバーシュートやサイクリングを起こさないように、通電加熱部の全長や食品材料の流速等に応じて適宜最適に設定する。
コントロールユニット64には、表示手段を有する操作パネル65が設けられており、設定値等入力することが可能である。コントロールユニット64に、発報手段を設け、ΔTが一定以上になった場合にクリーニング警報を発報するようにしてもよい。
なお、接続管8の直線部分にスタティックミキサーを設置することが好ましい。
そこで、本発明においては、好ましくは加熱ユニットが複数ある構成においては、上流に位置する加熱ユニットの昇温幅を下流に位置する加熱ユニットの昇温幅と比べ大きくすること、好ましくは最下流の加熱ユニットの昇温幅を最小とすることを特徴とする。これを具体例により説明すると次のとおりである。最下流の加熱ユニット当たりの好ましい昇温幅は10℃以下であり、より好ましくは5℃以下である。
(ア)第1〜第4加熱ユニットの各々において、10℃昇温する手法
(イ)第1ユニットにおいて20℃昇温し、第2ユニットにおいて10℃昇温し、第3〜第4ユニットにおいて各々5℃昇温する手法
前者の手法に比べると後者の手法の方が、第4ユニットにおける被加熱流路の中心軸線部分および内周面部分の温度差(ΔT)が小さくなることが明らかであり、ジャムの最高温度をより100℃に近いものとすることが可能である。ここでは、第3〜第4ユニットにおいて各々5℃昇温する手法を紹介したが、第4ユニットの昇温幅が最小になるような温度勾配としてもよい。
スペーサ管体長を長くすると加熱ユニット長も長くなるが、これにより撹拌部を設ける間隔が長くなるという問題が生じる。一の加熱ユニットあたりの電極体のペア数(セクション数)を減らし、加熱ユニット長が一定以上長くならないようにするのが好ましい。
<第一グループ(低粘度、102mPa・s未満)>
飲料類(日本茶、果汁、豆乳、トマトジュース等)、タレ・ツユ類(漬け物汁、めんつゆ等)、低粘性ドレッシング類(醤油ベース、ノンオイル系等)、スープ類(コンソメスープ、エキス等)
<第二グループ(中粘度、102〜105mPa・s)>
ソース類(中濃ソース、フルーツソース、パスタソース、マヨネーズ等)、粘性スープ類(コーンスープ、カレーペースト等)、粘性タレ・ツユ類(蒲焼きのタレ、ゴマだれ等)、粘性ドレッシング類(ゴマ、サウザンアイランド等)、チーズ類、液卵
<第三グループ(高粘度、105mPa・sを超える)>
海草類(めかぶ、もずく等)、あんこ、味噌類、サラダ類(ポテトサラダ等)、サンドイッチ具材類(卵フィリング等)、フラワーペースト類
当初、発明者は、液卵を能率的に加熱殺菌するために、ジュースやスープと同様に液卵を管の流路内に流しながら連続的にジュール加熱装置によって加熱殺菌することを試みたが、熱交換器を用いた場合と同様に、電極が設けられた管内面に液卵の熱変性に起因した沈殿物がスケールとなって付着しまい、管内面を頻繁に戦場しなければならなかった。被加熱流路内に液卵等の流動性の被加熱物を流しながらこれに通電してジュール熱により被加熱物を加熱する場合には、加熱状況は、電力密度、被加熱物の粘度、および流路内の流速等の複数のファクターによって大きく変化することになる。
そこで、これらの複数のファクターを変えながら、液卵を連続的に加熱殺菌するために、種々の実験を行ったところ、流路内を流れる液卵のレイノルズ数と電力密度との関係を一定の範囲に設定して液卵を加熱すると、管内面にスケールが付着することなく、液卵を所望の殺菌温度まで加熱できることが見出された。
管路15の垂直立上がり部分15Aにおいて流動性食品材料は、第1アース電極23A、各通電加熱用電極25A〜25F、第2アース電極23Bのそれぞれの内側の位置を順次通過する。そして通電加熱用電極25A〜25Fは、通電加熱用電源37の端子37A,37Bに交互に接続されているから、上下の通電加熱用電極間において流動性食品材料を通って電流が流れ、その流動性食品材料の有する電気抵抗によって流動性食品材料が発熱し、通電加熱がなされる。
流動性食品材料として、濃度が約8%で25℃における粘度が約0.1Pa・sのCMC(カルボキシメチルセルロース)溶液を用い、内径Rが約23mmの電極を用いた図2に示すような連続通電加熱装置(絶縁管体の内径も23mm、したがって管路全体の内径が23mm)において、絶縁管体を種々の長さのものに交換して、電極の内径Rに対する電極間距離Lの比L/Rを2.17〜11.7の範囲内で5段階に変化させ、流量40l/hrで連続通電加熱実験を行なった。ここで流動性食品材料としてのCMC溶液は、通電加熱装置の入口に入る前に予熱しておいて、入口直前の温度を48.2℃としておき、通電加熱装置による目標昇温量が20℃、もしくは30℃、または40℃となるように電圧、電流を制御した。そして出口部分において管壁温度TAを測定するとともに、同じく出口部分において、管路内中心軸線位置でCMC溶液温度(出口中心温度TB)を測定した。そして、出口管壁温度TAと出口中心温度TBとの差ΔT=TA−TBを算出した。このΔTは、管路の半径方向の加熱温度のばらつきに相当する。その結果を表1、図4に示す。
流動性食品材料としてのCMC溶液の流量を80l/hrとした点以外は、実験例1−1と同様にして連続通電加熱実験を行なった。その結果を表2、図5に示す。
目標昇温量を10℃とし、流量を40l/hr、80l/hrとした点以外は、実験例1−1、実験例1−2と同様にして連続通電加熱実験を行なった。その結果を表3に示す。
なお、加熱ユニット46としては、特許文献5の図5〜図7に記載されるように、断面四角形の管状部材の内部にプレート状の電極を対向配置するようにした加熱ユニット、管状部材の両端部に相互に対向してプレート状の電極を対向配置するようにした加熱ユニット、および管状部材の中心部に棒状電極を配置し、管状部材の内面に筒形状の電極を配置するようにした加熱ユニットを用いるようにしてもよい。
[測定条件]
ジュール配管径:φ23mm
ユニット長:ユニット全長1335mm、被加熱流路長980mm
ユニット数:6本
セクション数:実験例3は6、実験例4〜6は8
トータル長:10.5m
加熱流量:600L/hr
撹拌部:各ユニットの間にスタティックミキサーを挿入
4 温度センサ
5 電極体温度センサ
6 プレート
7 フランジ
8 接続管
15 管路
19 連続通電加熱装置
25A〜25F 通電加熱用電極
30 絶縁管体
37 通電加熱用電源
41 送液ポンプ
42a 予熱ユニット
42b 冷却ユニット
46 加熱ユニット
51 流路
52 管状部材
53 電極体
54 スペーサ管体(円筒体)
57 電源ユニット
61 液卵保持ユニット
64 コントローラ(電力制御手段)
Claims (9)
- 複数の環状電極体および複数のスペーサ管体を有し、内部に被加熱流路が形成される加熱ユニットを設け、被加熱流路内で食品材料を流動移送させながら通電加熱する食品材料の連続ジュール加熱方法において、
被加熱流路内で食品材料が熱変性を起こす場合に、被加熱流路を構成する加熱ユニットの数を増やすことで一の加熱ユニットにおける昇温量を減らすこと、および、加熱ユニット毎に温度制御を行うことを特徴とする食品材料の連続ジュール加熱方法。 - 一の加熱ユニットあたりの電極体の数を減らし、スペーサ管体長を長くすることを特徴とする請求項1記載の食品材料の連続ジュール加熱方法。
- 前記スペーサ管体長を、環状電極体の内径の4倍以上、12倍以下の範囲内で調節することを特徴とする請求項2記載の食品材料の連続ジュール加熱方法。
- 加熱ユニット間に撹拌部を設けることを特徴とする請求項1ないし3のいずれか一項に記載の食品材料の連続ジュール加熱方法。
- 撹拌部を曲管および/または加熱ユニットを連通する直管内に配置されたスタティックミキサーにより構成することを特徴とする請求項4記載の食品材料の連続ジュール加熱方法。
- 上流に位置する加熱ユニットの昇温幅を、下流に位置する加熱ユニットの昇温幅と比べ大きくすることを特徴とする請求項1ないし5のいずれか一項に記載の食品材料の連続ジュール加熱方法。
- 複数の加熱ユニット中、最下流に位置する加熱ユニットの昇温幅を最小とすることを特徴とする請求項6記載の食品材料の連続ジュール加熱方法。
- 熱交換器により食品材料に熱変性が生じる温度帯より低い温度まで加熱した後、請求項1ないし7のいずれか一項に記載の連続ジュール加熱方法により食品材料を加熱することを特徴とする食品材料の連続ジュール加熱方法。
- 請求項1ないし8のいずれか一項に記載の連続ジュール加熱方法により食品材料を加熱するための食品材料の連続ジュール加熱装置であって、
複数の電極体および複数のスペーサ管体を有し、内部に被加熱流路が形成される加熱ユニットと、加熱ユニットに電力を供給する電源ユニットと、加熱ユニットに設けられた温度センサと、制御部とを備える食品材料の連続ジュール加熱装置。
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