JP2016111928A

JP2016111928A - 食品の加圧加熱処理装置及び加圧加熱処理方法

Info

Publication number: JP2016111928A
Application number: JP2014250474A
Authority: JP
Inventors: 邦彦植村; Kunihiko Uemura
Original assignee: National Agriculture and Food Research Organization
Current assignee: National Agriculture and Food Research Organization
Priority date: 2014-12-11
Filing date: 2014-12-11
Publication date: 2016-06-23
Anticipated expiration: 2034-12-11
Also published as: JP6484783B2

Abstract

【課題】
短時間で食品の中心部まで均一に加熱できる食品の加熱処理方法を提供する。
【解決手段】
筒状電極間に形成される食品収納空間内の温水などの溶液を循環させるため、溶液の深さ方向における処理温度が均一になる。特に、３ＭＨｚ〜３００ＭＨｚの短波域乃超短波域の交流を用いるため、通常の厚さのプラスチックフィルム(容器）を透過して食品を均一に加熱でき、適度な加熱による殺菌と交流電界による殺菌効果により、食品の品質を維持したまま、短時間で効果的な殺菌ならびに酵素の失活が行われる。
【選択図】図１

Description

本発明は短波域〜超短波域（３ＭＨｚ〜３００ＭＨｚ）の周波数の交流を食品に印加する加圧加熱処理装置と加圧加熱処理方法に関する。

包装容器内に収納した食品を加熱殺菌する方法のうち、加圧蒸気や熱水などの包装容器の外部の熱源を使用する加熱では食品自体が発熱するわけではないので、食品の中心部における温度が上昇せず加熱殺菌が不十分になりやすい。

食品自体を発熱させる方法として、交流電界を食品に印加する殺菌方法が知られている。例えば、特許文献１には、対向する狭い電極間の間隙に液体食品材料を連続的に流すとともに、その電極間に２０ｋＨｚ以下の交流の高電圧を印加して、電極間に生成される交流電界により連続的に殺菌する交流高電界殺菌法が開示されている。

上記特許文献１の方法では、電気伝導率の高い液体食品や固体食品の場合に、温度が必要以上に上昇してしまう。そこで特許文献２には、交流電界にパルス電界を重畳させた電界を食品に印加する提案がなされている。

特許第２８４８５９１号公報特開２００７−２２９３１９号公報

上述した特許文献１は前記したように、電気伝導率の高い液体食品または固体食品の場合に、温度が必要以上に上昇してしまう問題がある。
一方特許文献２に開示された方法では、１ｋＨｚ以上の周波数のパルス電界を印加するとしているが、１ｋＨｚ以上の周波数は長波でありプラスチックフィルムで包まれたり、プラスチック容器に入っている食品を外部から殺菌することができない。

また、電子レンジなどで使用する３ＧＨｚ〜３００ＧＨｚのマイクロ波を用いれば、プラスチック容器などに入っている食品を容器に入れたまま外部から殺菌することができる。しかしながら、マイクロ波は高い周波数の特徴から定在波に起因する加熱むらや焦げの発生が問題となる。

例えばパック詰め味噌は、ガス発生に伴って袋が膨潤することが問題となる。ガス発生の原因は、酵母の二次的アルコール発酵（湧き）であり、これを防ぐ手段として味噌の加熱処理とアルコール処理が一般に利用されている。加熱処理の場合は、熱交換器壁面に近い部分の過加熱による変色や熱交換器から離れた部分の未加熱の存在が問題となる。また、アルコール処理の場合は、添加される食用のアルコールのコストが高いことや味噌の軟化、香りの変化といった問題がある。一方、味噌に含まれる酵素は、酵母、乳酸菌の発酵を促進させ、香味に寄与する必要不可欠な成分であるが、パック詰めした後で酵素活性が高いと、完成された香味が変化したり、添加したダシを分解することが問題である。

また、パック詰めされた豆腐は、７５℃程度の温浴中に３０分間程度浸すことで殺菌処理している。この殺菌工程で安全性は担保されるが、豆腐のゲル強度の低下や風味や品質の低減が問題となる。

また、従来から加熱処理工程で使用されている２０ｋＨｚ程度の長波帯域や３ＧＨｚ以上のマイクロ波帯域の交流の他に、これらの中間帯域、具体的には２７ＭＨｚ〜３００ＭＨｚの短波帯域〜超短波帯域の交流を用いた加熱処理も考えられるが、実際には利用されていない。

この理由としては、食品は形状や大きさがまちまちであるため、電極間距離を一定に保てないこと、また、材料や成分によってインピーダンスがまちまちであり、そのインピーダンスも温度変化とともに大きく変動するため、整合が面倒となることが挙げられる。

そこで、本発明者は特願２０１３−１５５５２９号として、プラスチック製容器内に真空パックされた食品を温水が循環する水槽内に浸漬し、前記容器と水槽内に配置された電極との間にスペースを設けて両者が接触しないようにし、この状態で周波数が２７ＭＨｚ〜３００ＭＨｚの短波帯域乃至超短波帯域の交流を食品に印加する提案を行った。

この方法によれば、プラスチックフィルム(容器）内に収められている食品であっても食品と電極との間に水の層を設け、この水の層の温度をコントロールすることで食品のインピーダンスを所定の範囲にすることができ、整合（マッチング）が容易に行えるので、前記特許文献１及び２が抱える課題を解消することができる。

一方、本発明者が提案した方法を実用化を念頭にして、サイズの大きな容器（食品）に適用したところ、溶液（温水）の深さ方向に沿って大きな温度差が生じ、均一加熱に問題があることが判明した。

また、特願２０１３−１５５５２９号では対向する電極構造として、平行平板型を提案しているが、溶液を１００℃以上にして加熱するには、装置自体を加圧容器とする必要がある。装置全体を加圧容器とすることを想定した場合、平行平板型では余分なスペースが生じてしまい、エネルギー効率が悪くなるという課題も判明した。

上記課題を解決するため本発明に係る食品の加圧加熱処理装置は、気密性を有する開閉可能な例えば円筒型の耐圧容器と、この耐圧容器内に同軸状に配置される一対以上の筒状電極と、前記対をなす筒状電極間に形成される食品収納空間と、対向する筒状電極に短波帯、例えば３ＭＨｚ〜３００ＭＨｚの交流を印加する交流電源と、前記食品収納空間内に貯留された溶液を循環せしめる循環機構とを備えた構成である。

前記対をなす筒状電極のうち、最も外側に位置する電極を接地し、また外側に位置する電極の外側面と装置本体の内側面との間にスペースを設け、このスペースを断熱用として利用することが好ましい

また、循環機構としては、例えば食品収納空間の下部から溶液（温水）を取り出し、これを食品収納空間の上方に配置されたシャワーから食品収納空間内に供給することが考えられる。

また、循環機構の流路には切換弁を介して冷媒（冷却水）を供給し加熱後の食品を急速に冷却する構成が考えられる。

また、本発明に係る食品の加圧加熱処理方法は、上記の構成からなる装置を用いることを前提とし、食品をプラスチックフィルム製袋またはプラスチック製容器内に収納し真空引きして真空パックとし、この真空パックを対をなす筒状電極間に形成される食品収納空間内の溶液中に電極と接触しないように吊り下げ、次いで食品収納空間内の溶液を循環させるとともに電極間に短波帯の交流を印加することで、溶液を食品を同時に加熱する

本発明に係る食品の加圧加熱処理装置及び加圧加熱処理方法によれば、電極間に貯留される溶液の温度が均一に維持されるため、溶液の深さ方向において食品の温度にバラツキが生じにくい。

また、先に提案した加圧加熱処理と同様に、３ＭＨｚ〜３００ＭＨｚの短波域乃超短波域の交流を用いるため、通常の厚さ（１０μｍ〜２００μｍ）のプラスチックフィルム(容器）を透過して食品を均一に加熱できる。したがって、適度な加熱による殺菌と交流電界による殺菌効果により、食品の品質を維持したまま、短時間で効果的な殺菌が行われる。

上記のように短波乃至超短波域の交流によってパック詰め味噌などの食品を加熱処理すると、食品中の酵母およびプロテアーゼやフォスファターゼの活性を低減させ、完成された香味が変化することやだしの分解を防止することができる。

また、本発明にあっては電極の形状が円筒を含む筒状で、これら電極が同軸状に配置されているため、加圧容器として無駄なスペースがなく、効率良く食品を加圧加熱処理することができる。

本発明に係る食品の加圧加熱処理装置の縦断面図同加圧加熱処理装置の蓋を開けた状態を示す写真温水を循環させない場合の各部の温度履歴を示すグラフ温水を循環させた場合の各部の温度履歴を示すグラフ８．５ｋＷの短波帯交流による加熱時の水温及びサンマ中心部の温度変化を示すグラフさんまの中心温度とオートクレーブ内の温度変化を示すグラフ（オートクレーブ内の温度が１２０℃に達した後１５分間加熱）さんまの中心温度とオートクレーブ内の温度変化を示すグラフ（オートクレーブ内の温度が１２０℃に達した後３０分間加熱）サンマの背骨の弾性率変化を示すグラフサンマの身肉の弾性率変化を示すグラフ本発明方法によって加圧加熱処理したサンマの外形を示す写真オートクレーブ加熱（１２０℃、３０分）したサンマの外形を示す写真

以下に本発明の好適な実施例を添付図面に基づいて説明する。
加圧加熱処理装置は、耐圧容器１の上端開口に圧力計３を備えた着脱自在な蓋体２が着脱自在とされ、蓋体２で上端開口を閉じた状態で気密性が維持される。

前記耐圧容器１は、例えば内径３４５ｍｍ、深さ５２０ｍｍの円筒型とし、０．５ＭＰａまでの圧力が保持できるものとした。

耐圧容器１内には対をなす内側電極４と外側電極５が同軸状に配置される。図示例では、内側電極４及び外側電極５は円筒状であるが、角筒状でもよい。また図示例では電極としては１対示したが、２対以上の電極を同軸状に配置してもよい。内側電極４の外径は例えば１００ｍｍとし、外側電極５の内径は例えば３２０ｍｍとする。

内側電極４と外側電極５には外部に配置した短波帯交流電源６（例えば２７ＭＨｚ、出力電力１０ｋＷ）からインピーダンス整合器７を経由して、両電極間に短波帯交流が印加される。尚、実施例にあっては、外側電極５は耐圧容器１介して接地され、内側電極４は外側電極５と絶縁するため絶縁体８の上に固定されている。

内側電極４と外側電極５の間の環状空間は食品収納空間Ｓ１とされ、この食品収納空間Ｓ１内に水道水などの食品加熱用の溶液９が貯留されている。また外側電極５の外側面と耐圧容器１の内側面との間は空気が入りこむ断熱用のスペースＳ２が設けられている。

また内側電極４と外側電極５の上端部間には絶縁処理が施されたロッド１０が架け渡され、このロッド１０にプラスチックフィルム製袋またはプラスチック製容器内に収納して真空引きした食品パック１１を吊り下げる。

また、食品収納空間Ｓの底部にはドレーンパイプ１２及び循環ポンプ１３を備えた循環パイプ１４が臨み、循環パイプ１４の上端は環状シャワー部材１５に接続されている。環状シャワー部材１５は食品収納空間Ｓ１の上方に位置し、食品収納空間Ｓの底部から吸い上げられた溶液９は環状シャワー部材１５から再び食品収納空間Ｓ１に戻され循環する。この循環によって食品収納空間Ｓ１内の溶液９の温度は均一に維持される。循環速度は例えば２０Ｌ／分とし、環状シャワー部材１５からの吐出圧は０．５ＭＰａ以上とする。

前記循環パイプ１４の途中には三方弁１６が設けられ、この三方弁１６に冷却水供給パイプ１７が接続されている。
食品パック１１の加熱処理が終了した後、ドレーンパイプ１２を介して食品収納空間Ｓ１内の溶液９（温水）を排出するとともに、三方弁１６を冷却水側に切り替えることで、食品収納空間Ｓ１内に冷却水を供給することで、加熱処理された食品を急速に冷却することができる。

また、光ファイバー温度計１８から延びる３本のセンサーが食品収納空間Ｓ1内に挿入されている。このうちのセンサー１８ａは食品収納空間Ｓの底部から１０ｍｍの位置、センサー１８ｂは底部から１６０ｍｍの位置、センサー１８ｃは底部から３１０ｍｍの位置の温度を感知する。

予備実験
食品収納空間Ｓ内に１５Ｌの水道水を供給し、８.５ｋＷの短波帯交流（２７ＭＨｚ）を印加して加熱した。その結果、図３に示すように、約１３分の短波帯加熱で、上部の温度は２５℃から１２０℃に到達したが、底部の温度は２５℃から３５℃までしか昇温しなかった。
一方、温水を循環させた場合は図４に示すように、５５℃から１２０℃まで昇温させるのに１８分要したが、各部の温度は±１℃の範囲で均一に昇温することが分かった。

実験例
（実験の目的）
サンマの簡便性、安全性、保存性、機能性を向上させる目的で、真空包装したサンマの短波帯加熱を行った。

（実験の方法）
上記した構造の加圧加熱処理装置を用い、予め食品収納空間内の水道水の温度を５５℃になるまで加熱しておき、水中に真空包装したサンマを４尾吊り下げ、容器を密封した後、水道水を循環させながら円筒状電極間に８．５ｋＷの短波帯交流を印加して水の水温が１２０℃になるまで加熱した。
加熱終了後、循環熱水を冷却水に切り替えて魚の周りの熱水を冷却水に置換しながら魚の中心部の温度が７０℃になるまで冷却し、サンマを容器から取り出し、氷水に浸して室温以下まで冷却した。

比較のため、従来加熱法として高圧蒸気加熱装置（オートクレーブ）を用いてサンマの加熱を行った。具体的には、予め庫内を８０℃まで予熱しておき、加熱容器内に真空包装したサンマを投入し、蒸気加熱を再開し、庫内の温度が１２０℃に到達してから、１５分または３０分間１２０℃を維持した後、庫内を送風冷却して庫内温度が１００℃以下になった時に、サンマを取り出し、氷水に浸して室温以下まで冷却した。

（実験の結果）
図５に循環水型短波帯加熱を行った場合の、容器内の水およびサンマの中心部の温度履歴を示した。この図から、サンマ中心部の温度の上昇速度は、水の昇温速度よりも速く、４分間の短波帯加熱で水の温度に追いつき、７分で１００℃に達し、その後も水の温度が１２０℃に到達するまで、サンマの中心部の温度は１５分間１００℃以上の高温を維持していることが分かる。

一方、加圧蒸気加熱の場合は、図６に示すように、１４分で庫内の温度が１２０℃に達し、その後１５分間１２０℃を維持したところ、魚の中心温度は、常に庫内に遅れて徐々に昇温し、２２分で１００℃に到達後、７分間１００℃以上を維持した後、最高到達温度が１２０℃に届かない１１２℃で加熱を終了した。

また、図７に示すように、１２０℃を３０分間保持した場合は、サンマの中心部の温度は１９分から４８分までの２９分間１００℃を保持し、最終的には１１９℃で加熱を終えた。

未処理及び加熱処理したサンマの背骨を取り出し、背骨の弾性率を測定した。官能試験の結果より、弾性率が１０，０００Ｐａ以下に軟化すれば、十分に可食可能な硬度になると判断した。

図８及び図９に示すように、短波帯加熱とオートクレーブで１２０℃を３０分間保持したものはそれぞれ、８，５００Ｐａ、５，８００Ｐａと可食の基準をクリアしたが、オートクレーブで１２０℃１５分間の温度保持したものは、弾性率が３０，０００Ｐａを超え、可食に不適であった。

図１０及び図１１に、短波帯加熱を行ったサンマと高圧蒸気加熱（１２０℃、３０分）を行った外形を示す。
図から、短波帯処理加熱はドリップ量が少なく、未処理と外観上の変化は殆ど表れなかった。一方、高圧蒸気で長時間加熱を行ったものは大量のドリップが出るため、身肉が固くなり、過加熱による品質劣化が生じた。

本発明に係る食品の加熱処理方法は、サンマに限らず、味噌、豆腐などのプラスチックフィルムに包まれた食品、プラスチック容器にパックされた食品の加熱処理に適用することができる。

１…耐圧容器、２…蓋体、３…圧力計、４…内側電極、５…外側電極、６…短波帯交流電源、７…インピーダンス整合器、８…絶縁体、９…溶液（水道水）、１０…ロッド、１１…食品パック、１２…ドレーンパイプ、１３…循環ポンプ、１４…循環パイプ、１５…環状シャワー部材、１６…三方弁、１７…冷却水供給パイプ、１８…光ファイバー温度計、１８ａ、１８ｂ、１８ｃ…センサー、Ｓ…食品収納空間、Ｓ２…スペース。

Claims

気密性を有する開閉可能な耐圧容器と、この耐圧容器内に同軸状に配置される一対以上の筒状電極と、対をなす筒状電極間に形成される食品収納空間と、対向する筒状電極に短波帯の交流を印加する交流電源と、前記食品収納空間内に貯留された溶液を縦方向に循環せしめる循環機構とを備えることを特徴とする食品の加圧加熱処理装置。
請求項１に記載の食品の加圧加熱処理装置において、前記筒状電極間に形成される食品収納空間の上方には、循環機構の一部をなすシャワーが設けられていることを特徴とする食品の加圧加熱処理装置。
請求項１に記載の食品の加圧加熱処理装置において、前記循環機構の流路には切換弁を介して冷媒が供給されることを特徴とする食品の加圧加熱処理装置。
請求項１乃至３の何れかに記載の加圧加熱処理装置を用いた食品の加圧加熱処理方法において、食品をプラスチックフィルム製袋またはプラスチック製容器内に収納し真空引きして真空パックとし、この真空パックを対をなす筒状電極間に形成される食品収納空間内の溶液中に電極と接触しないように吊り下げ、次いで食品収納空間内の溶液を循環させるとともに電極間に短波帯の交流を印加することで、溶液と食品を同時に加熱することを特徴とする食品の加圧加熱処理方法。
請求項４に記載の食品の加圧加熱処理方法において、食品の加熱処理後に循環機構の流路に設けられた切換弁を操作して冷媒を食品収納空間内に送り込むことを特徴とする食品の加圧加熱処理方法。