JP2018144895A - 無菌炭酸飲料充填システム及び無菌炭酸飲料充填方法 - Google Patents

Abstract

【課題】容器内の炭酸飲料から多量の泡が発生したり、炭酸飲料中の炭酸ガス濃度が不安定になったりすることを防止することが可能な、無菌炭酸飲料充填システムを提供する。【解決手段】無菌炭酸飲料充填システム１０は、原料液を殺菌することにより、殺菌済み飲料を作製する飲料殺菌部４１と、殺菌済み飲料を冷却する飲料冷却部４３と、殺菌済み飲料に炭酸ガスを注入することにより、無菌炭酸飲料を作製する炭酸飲料生成部４４と、無菌炭酸飲料をボトル３０に充填する炭酸飲料充填部２０とを備えている。飲料殺菌部４１、飲料冷却部４３、炭酸飲料生成部４４及び炭酸飲料充填部２０は、飲料供給系配管６０によって連結されている。炭酸飲料充填部２０及び飲料供給系配管６０に回転機械７７、５３が設けられ、回転機械７７、５３の回転体９２、８３と非回転体９１、８６との境界面９４、８７は、無菌水又は無菌エアによってシールされている。【選択図】図２

Description

本発明は、無菌炭酸飲料充填システム及び無菌炭酸飲料充填方法に関する。

従来、果汁や乳成分などの動植物由来の成分を含む炭酸飲料を含む飲料入り容器を作製することが行われている。この場合、まず炭酸飲料を容器（ＰＥＴボトル）に充填し、その後、炭酸飲料を容器ごと加熱する加熱殺菌処理が行われている。加熱殺菌処理を行うことにより、炭酸飲料中でカビ、酵母その他の微生物が増殖することを抑制することができる。例えば、果汁を含有する炭酸飲料の場合、果汁や乳成分等の窒素源を混合した調合液に低温で炭酸ガスを圧入する。その後、炭酸ガスを溶解した調合液を容器に充填し、容器をキャップで密封する。次いで、この容器内に充填された炭酸飲料は、容器の外側から加熱殺菌処理されて、炭酸飲料と容器とが同時に殺菌される。この加熱殺菌処理は、一般的には、炭酸飲料を液温６０℃以上６５℃以下で１０分間程度で加熱するという条件で行われている。

特開２００６−２１１９３１号公報

しかしながら、従来の加熱殺菌処理を行った場合、炭酸飲料からなる内容物、例えば果汁や乳成分などの窒素源を含む内容液が変質するおそれがある。また加熱殺菌処理時に容器が膨張するため、容器が変形してしまう等の不都合も生じる。このため、無菌充填設備を用いて炭酸飲料を容器に充填することにより、加熱殺菌処理を行わないようにすることが検討されている。

一方、従来の無菌充填設備においては、ポンプ等の回転体と非回転体との境界面をシールするために、回転体と非回転体とのシール部に高温の蒸気を供給することが行われている。しかしながら、無菌充填設備を用いて炭酸飲料を充填する場合、シール部に高温の蒸気を供給すると、このシール部付近に滞留する炭酸飲料の液温が上昇し、炭酸飲料の充填時に容器内の炭酸飲料から多量の泡が発生したり（フォーミングともいう）、炭酸飲料中の炭酸ガス濃度が不安定になったりするおそれがある。とりわけ、無菌充填設備が一時的に停止した場合、シール部付近に炭酸飲料が滞留しやすくなるため、このような不具合が顕著になる。

本発明はこのような点を考慮してなされたものであり、無菌充填設備を用いて炭酸飲料を充填する際、容器内の炭酸飲料から多量の泡が発生したり、炭酸飲料中の炭酸ガス濃度が不安定になったりすることを防止することが可能な、無菌炭酸飲料充填システム及び無菌炭酸飲料充填方法を提供することを目的とする。

本発明は、無菌炭酸飲料充填システムであって、原料液を殺菌することにより、殺菌済み飲料を作製する飲料殺菌部と、前記飲料殺菌部で作製された前記殺菌済み飲料を冷却する飲料冷却部と、前記飲料冷却部で冷却された前記殺菌済み飲料に炭酸ガスを注入することにより、無菌炭酸飲料を作製する炭酸飲料生成部と、前記炭酸飲料生成部で作製された前記無菌炭酸飲料をボトルに充填する炭酸飲料充填部と、前記飲料殺菌部、前記飲料冷却部、前記炭酸飲料生成部及び前記炭酸飲料充填部を連結する飲料供給系配管とを備え、前記炭酸飲料充填部及び前記飲料供給系配管の少なくとも一方に、回転体と非回転体とを有する回転機械が設けられ、前記回転体と前記非回転体との境界面は、無菌水又は無菌エアによってシールされていることを特徴とする無菌炭酸飲料充填システムである。

本発明は、前記回転機械は、前記飲料供給系配管に設けられたポンプであることを特徴とする無菌炭酸飲料充填システムである。

本発明は、前記境界面をシールするシール部の内圧は、前記飲料供給系配管の内圧よりも低いことを特徴とする無菌炭酸飲料充填システムである。

本発明は、前記回転機械は、前記炭酸飲料充填部のロータリージョイントであることを特徴とする無菌炭酸飲料充填システムである。

本発明は、前記境界面をシールするシール部の内圧は、前記ロータリージョイント内部に位置する前記無菌炭酸飲料が流れる配管の内圧よりも低いことを特徴とする無菌炭酸飲料充填システムである。

本発明は、無菌炭酸飲料充填方法であって、飲料殺菌部において、原料液を殺菌することにより、殺菌済み飲料を作製する殺菌工程と、飲料冷却部において、前記飲料殺菌部で作製された前記殺菌済み飲料を冷却する冷却工程と、炭酸飲料生成部において、前記飲料冷却部で冷却された前記殺菌済み飲料に炭酸ガスを注入することにより、無菌炭酸飲料を作製する炭酸飲料生成工程と、炭酸飲料充填部において、前記炭酸飲料生成部で作製された前記無菌炭酸飲料をボトルに充填する充填工程とを備え、前記飲料殺菌部、前記飲料冷却部、前記炭酸飲料生成部及び前記炭酸飲料充填部は、飲料供給系配管によって連結され、前記炭酸飲料充填部及び前記飲料供給系配管の少なくとも一方に、回転体と非回転体とを有する回転機械が設けられ、前記回転体と前記非回転体との境界面は、無菌水又は無菌エアによってシールされていることを特徴とする無菌炭酸飲料充填方法である。

本発明によれば、無菌炭酸飲料充填システムを用いてボトルに炭酸飲料を充填する際、容器内の炭酸飲料から多量の泡が発生したり、炭酸飲料中の炭酸ガス濃度が不安定になったりすることを防止することができる。

図１は、本発明の一実施の形態による無菌炭酸飲料充填システムを示す概略平面図。 図２は、本発明の一実施の形態による無菌炭酸飲料充填システムのうち、炭酸飲料調合部と炭酸飲料充填部とを示す概略構成図。 図３は、ポンプからなる回転機械の回転体と非回転体との境界面を示す概略断面図。 図４は、ロータリージョイントからなる回転機械の回転体と非回転体との境界面を示す概略断面図。

以下、本発明の一実施の形態について、図１乃至図４を参照して説明する。図１乃至図４は本発明の一実施の形態を示す図である。なお、以下の各図において、同一部分には同一の符号を付しており、一部詳細な説明を省略する場合がある。

（無菌炭酸飲料充填システム）
まず図１により本実施の形態による無菌炭酸飲料充填システムについて説明する。

図１に示す無菌炭酸飲料充填システム１０は、ボトル（容器）３０に対して無菌炭酸飲料からなる内容物を充填するシステムである。ボトル３０は、合成樹脂材料を射出成形して製作したプリフォームを二軸延伸ブロー成形することにより作製することができる。ボトル３０の材料としては、熱可塑性樹脂、特にＰＥ（ポリエチレン）、ＰＰ（ポリプロピレン）、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）、又はＰＥＮ（ポリエチレンナフタレート）を使用することが好ましい。このほか、容器としては、ガラス、缶等であっても良い。本実施の形態においては、容器としてプラスチックボトルを用いる場合を例にとって説明する。

図１に示すように、無菌炭酸飲料充填システム１０は、ボトル供給部２１と、ボトル殺菌部１１と、エアリンス部１４と、無菌水リンス部１５と、炭酸飲料充填部（フィラー）２０と、キャップ装着部（キャッパー、巻締及び打栓機）１６と、製品ボトル搬出部２２とを備えている。これらボトル供給部２１、ボトル殺菌部１１、エアリンス部１４と、無菌水リンス部１５、炭酸飲料充填部２０、キャップ装着部１６、および製品ボトル搬出部２２は、ボトル３０の搬送方向に沿って、上流側から下流側に向けてこの順に配設されている。また、ボトル殺菌部１１、エアリンス部１４と、無菌水リンス部１５、炭酸飲料充填部２０、およびキャップ装着部１６の間には、これらの装置間でボトル３０を搬送する複数の搬送ホイール１２が設けられている。

ボトル供給部２１は、外部から無菌炭酸飲料充填システム１０へ空のボトル３０を順次受け入れ、受け入れたボトル３０をボトル殺菌部１１へ向けて搬送するものである。

なお、ボトル供給部２１の上流側に、プリフォームを二軸延伸ブロー成形することによりボトル３０の成形を行うボトル成形部（図示せず）が設けられていても良い。このように、プリフォームの供給からボトル３０の成形を経て、ボトル３０への無菌炭酸飲料の充填および閉栓に至る工程を連続して行っても良い。この場合、外部から無菌炭酸飲料充填システム１０まで、容積の大きいボトル３０の形態ではなく容積の小さいプリフォームの形態で運搬することができるので、無菌炭酸飲料充填システム１０を構成する設備をコンパクトにすることができる。

ボトル殺菌部１１は、殺菌剤をボトル３０に噴射することにより、ボトル３０内を殺菌するものである。殺菌剤としては、例えば過酸化水素水溶液が用いられる。ボトル殺菌部１１においては、１重量％以上、好ましくは３５重量％の濃度の過酸化水素水溶液を一旦気化させた後に凝縮したミスト又はガスが生成され、このミスト又はガスがボトル３０の内外面に噴霧される。このようにボトル３０内が過酸化水素水溶液のミスト又はガスで殺菌されるので、ボトル３０の内面がムラなく殺菌される。

エアリンス部１４は、ボトル３０に無菌の加熱エア又は常温エアを供給することにより、過酸化水素の活性化を行いつつ、ボトル３０内から異物、過酸化水素等を除去するものである。

無菌水リンス部１５は、殺菌剤である過酸化水素により殺菌されたボトル３０に対して、無菌の１５℃以上８５℃以下の水による洗浄を行うものである。これによりボトル３０に付着した過酸化水素を洗い流し、且つ異物が除去される。なお、無菌水リンス部１５は必ずしも設ける必要はない。

炭酸飲料充填部２０は、ボトル３０の口部からボトル３０内へ、予め殺菌処理された無菌炭酸飲料を充填するものである。この炭酸飲料充填部２０において、空の状態のボトル３０に対して無菌炭酸飲料が充填される。この炭酸飲料充填部２０において、複数のボトル３０が回転（公転）されながら、ボトル３０の内部へ無菌炭酸飲料が充填される。この無菌炭酸飲料は１℃以上４０℃以下、好ましくは５℃以上１０℃以下の充填温度でボトル３０内に充填される。このように無菌炭酸飲料の充填温度を例えば１℃以上１０℃以下とする理由は、無菌炭酸飲料の液温が１０℃を上回ると炭酸ガスが無菌炭酸飲料から抜けやすくなってしまうためである。なお、炭酸飲料充填部２０で充填される無菌炭酸飲料としては、例えば果汁や乳成分などの動植物由来の成分を含む炭酸飲料が挙げられる。

炭酸飲料充填部２０へ供給される炭酸飲料は、予め炭酸飲料調合部４０によって作製される。炭酸飲料充填部２０は、炭酸飲料調合部４０から送られた炭酸飲料をボトル３０の内部に充填する。なお、炭酸飲料調合部４０の構成は後述する。

キャップ装着部１６は、ボトル３０の口部にキャップ３３を装着することにより、ボトル３０を閉栓するものである。キャップ装着部１６において、ボトル３０の口部はキャップ３３により閉じられ、ボトル３０内に外部の空気や微生物が侵入しないように密封される。キャップ装着部１６において、無菌炭酸飲料が充填された複数のボトル３０が回転（公転）しながらその口部にキャップ３３が装着される。このようにして、ボトル３０の口部にキャップ３３を装着することにより、製品ボトル３５が得られる。

キャップ３３は、予めキャップ殺菌部２５において殺菌される。キャップ殺菌部２５は、例えば無菌チャンバー１３（後述）の外側であってキャップ装着部１６の近傍に配置されている。キャップ殺菌部２５において、外部から搬入されたキャップ３３は、予め多数集められ、キャップ装着部１６に向かって列になって搬送される。キャップ３３がキャップ装着部１６に向かう途中で、過酸化水素のミスト又はガスがキャップ３３の内外面に向かって吹き付けられた後、ホットエアで乾燥し、殺菌処理される。

製品ボトル搬出部２２は、キャップ装着部１６でキャップ３３を装着された製品ボトル３５を、無菌炭酸飲料充填システム１０の外部へ向けて連続的に搬出するものである。

なお、無菌炭酸飲料充填システム１０は、無菌チャンバー１３を有している。無菌チャンバー１３の内部に、上述したボトル殺菌部１１、エアリンス部１４、無菌水リンス部１５、炭酸飲料充填部２０、およびキャップ装着部１６が収容されている。この無菌チャンバー１３の内部は、無菌状態に保持されている。

さらに無菌チャンバー１３は、ボトル殺菌チャンバー１３ａと、充填・巻締チャンバー１３ｂとに区画されている。ボトル殺菌チャンバー１３ａと充填・巻締チャンバー１３ｂとの間にはチャンバー壁１３ｃが設けられ、チャンバー壁１３ｃを介してボトル殺菌チャンバー１３ａと充填・巻締チャンバー１３ｂとが互いに分離されている。ボトル殺菌チャンバー１３ａの内部には、ボトル殺菌部１１とエアリンス部１４と無菌水リンス部１５とが配置されている。充填・巻締チャンバー１３ｂの内部には、炭酸飲料充填部２０とキャップ装着部１６とが配置されている。

（無菌炭酸飲料充填システム）
次に、図２を用いて、無菌炭酸飲料充填システム１０の炭酸飲料調合部４０及び炭酸飲料充填部２０の構成について説明する。なお図２において、実線矢印は飲料（原料液、殺菌済み飲料、無菌炭酸飲料）の流れを示し、点線矢印はガス（蒸気、無菌炭酸ガス）の流れを示し、一点鎖線矢印は水（無菌水）の流れを示している。

図２に示すように、炭酸飲料調合部４０は、飲料殺菌部４１と、第１アセプティックタンク４２と、飲料冷却部４３と、炭酸飲料生成部４４と、第２アセプティックタンク４５とを備えている。

このうち飲料殺菌部４１は、例えば果汁や乳成分などの動植物由来の成分を含む原料液を殺菌することにより、殺菌済み飲料を作製するものである。飲料殺菌部４１は、例えば超高温瞬間殺菌装置（ＵＨＴ：Ultra High-temperature）からなっていても良い。この場合、ＵＨＴからなる飲料殺菌部４１には、外部から原料液が供給され、この原料液を瞬間的に加熱殺菌することにより殺菌済み飲料が作製される。

第１アセプティックタンク４２は、飲料殺菌部４１で殺菌された殺菌済み飲料を一時的に貯留するものである。第１アセプティックタンク４２には、無菌エア供給部５７から無菌エアが供給され、無菌エアが第１アセプティックタンク４２内に充填されている。なお、必ずしも第１アセプティックタンク４２を設けなくても良く、飲料殺菌部４１からの殺菌済み飲料が飲料冷却部４３に直接供給されても良い。

第１アセプティックタンク４２と飲料冷却部４３との間には、第１ポンプ５１が設けられている。第１ポンプ５１は、第１アセプティックタンク４２からの殺菌済み飲料を飲料冷却部４３に送液するためのものである。第１ポンプ５１には、蒸気供給部５２から蒸気が供給される。蒸気供給部５２からの蒸気は、例えば９０℃以上１４０℃以下程度であり、第１ポンプ５１のメカニカルシールのために使用される。このように、蒸気をメカニカルシールの境界面を取り囲む空間に供給することにより、外界からの菌や微生物が境界面を介して殺菌済み飲料に混入することを防止している。

飲料冷却部４３は、飲料殺菌部４１で作製された殺菌済み飲料を冷却するものである。
飲料冷却部４３は、冷却プレート、又は、冷却シェル及びチューブを有している。この飲料冷却部４３において、殺菌済み飲料は例えば１℃以上５℃以下に冷却される。これにより、炭酸飲料生成部４４で殺菌済み飲料に炭酸ガスを溶解しやすくしている。

飲料冷却部４３と炭酸飲料生成部４４との間には、第２ポンプ（回転機械）５３が設けられている。第２ポンプ５３は、飲料冷却部４３からの殺菌済み飲料を炭酸飲料生成部４４に送液するためのものである。第２ポンプ５３には、無菌水殺菌供給部５５から無菌水が供給される。無菌水殺菌供給部５５は、例えば超高温瞬間殺菌装置（ＵＨＴ）であっても良い。無菌水殺菌供給部５５からの無菌水の温度は、例えば１℃以上４０℃以下程度である。この無菌水は、飲料冷却部４３からの殺菌済み飲料と同等以上の殺菌価で殺菌されており、後述するように、第２ポンプ５３のメカニカルシールのために使用される。このように、無菌水をメカニカルシールの境界面を取り囲む空間に供給することにより、外界からの菌や微生物が境界面を介して殺菌済み飲料に混入することを防止している。なお、メカニカルシールのために１℃以上４０℃以下程度の無菌水を使用することにより、第２ポンプ５３を通過する殺菌済み飲料の温度が上昇することが防止される。なお、無菌水殺菌供給部５５から無菌水を送液する配管は、無菌炭酸飲料をボトル３０に充填する前に、予め蒸気又は熱水で殺菌（ＳＩＰ（Sterilizing in Place））処理しておくことが好ましい。

炭酸飲料生成部４４は、飲料冷却部４３で冷却された殺菌済み飲料に炭酸ガスを注入することにより、殺菌済み飲料に炭酸ガスを溶解し、無菌炭酸飲料を作製するものである。
炭酸飲料生成部４４は、例えばカーボネータ等の公知の機構を用いることができる。炭酸飲料生成部４４は、無菌炭酸供給部５４に連結されており、無菌炭酸供給部５４から炭酸飲料生成部４４にフィルターで濾過された無菌状態の炭酸ガスが供給される。炭酸飲料生成部４４において、無菌炭酸供給部５４からの炭酸ガスが高圧で殺菌済み飲料に導入され、炭酸ガスが溶解された無菌炭酸飲料が作製される。

炭酸飲料生成部４４と第２アセプティックタンク４５との間には、第３ポンプ（回転機械）５６が設けられている。第３ポンプ５６は、炭酸飲料生成部４４からの無菌炭酸飲料を第２アセプティックタンク４５に送液するためのものである。第３ポンプ５６には、第２ポンプ５３と同様に、無菌水殺菌供給部５５から無菌水が供給される。この無菌水は、第３ポンプ５６のメカニカルシールのために使用される。

第２アセプティックタンク４５は、炭酸飲料生成部４４で炭酸ガスが溶解された無菌炭酸飲料を一時的に貯留するものである。第２アセプティックタンク４５には、無菌炭酸ガス供給部５８から無菌炭酸ガスが供給され、無菌炭酸ガスが第２アセプティックタンク４５内に充填されている。無菌炭酸ガスによって無菌炭酸飲料を加圧することにより、無菌炭酸飲料に溶解した炭酸ガスが気相中に放出されるのを防ぐ。好ましくは製造基準の炭酸ガス圧より高い圧力で加圧すると良い。これにより無菌炭酸飲料中の炭酸ガスの濃度が一定に保持される。なお、必ずしも第２アセプティックタンク４５を設けなくても良く、炭酸飲料生成部４４からの無菌炭酸飲料が、炭酸飲料充填部２０の充填ヘッドタンク７５へ直接供給されても良い。

第２アセプティックタンク４５と炭酸飲料充填部２０の充填ヘッドタンク７５との間には、第４ポンプ（回転機械）５９と、フィルタ６２とが介設されている。このうち第４ポンプ５９は、第２アセプティックタンク４５からの無菌炭酸飲料を充填ヘッドタンク７５に送液するためのものである。第４ポンプ５９には、第２ポンプ５３及び第３ポンプ５６と同様に、無菌水殺菌供給部５５から無菌水が供給される。この無菌水は、第４ポンプ５９のメカニカルシールのために使用される。フィルタ６２は、第４ポンプ５９から充填ヘッドタンク７５へ送られる無菌炭酸飲料に含まれる不純物、異物等を濾過するものである。フィルタ６２は充填バルブ先端までの位置であればどこに設けても構わない。

充填ヘッドタンク（バッファータンク）７５は、炭酸飲料充填部２０の上側部分に配置されている。充填ヘッドタンク７５の内部には無菌炭酸飲料が充填されている。充填ヘッドタンク７５の上部は、無菌炭酸供給部６３に連結されており、無菌炭酸供給部６３から充填ヘッドタンク７５に無菌状態の炭酸ガスが供給される。この無菌炭酸ガスによって無菌炭酸飲料を加圧することにより、無菌炭酸飲料に溶解した炭酸ガスが気相中に放出されるのを防ぐ。好ましくは製造基準の炭酸ガス圧より高い圧力で加圧すると良い。これにより、充填ヘッドタンク７５内の炭酸飲料中の炭酸ガスの濃度が一定に保たれる。

炭酸飲料充填部２０においては、炭酸飲料生成部４４で作製された無菌炭酸飲料が、空の状態のボトル３０に対して充填される。炭酸飲料充填部２０は、回転する搬送ホイール７１を有している。この搬送ホイール７１によって複数のボトル３０が回転（公転）されながら、ボトル３０内部へ無菌炭酸飲料が充填される。また搬送ホイール７１の外周に沿って、複数の充填ノズル７２が配置されている。各充填ノズル７２には、それぞれ１本のボトル３０が装着され、充填ノズル７２からボトル３０の内部に無菌炭酸飲料が注入される。充填ノズル７２としては公知のものを用いることができる（例えば、特許第４６７４７４３号）。充填ノズル７２には、炭酸飲料供給ライン７３およびガス供給ライン７４が接続されている。このうち炭酸飲料供給ライン７３は、その一端が無菌炭酸飲料を充填した充填ヘッドタンク７５に接続されるとともに、他端においてボトル３０の内部に連通している。そして充填ヘッドタンク７５から供給された無菌炭酸飲料は、炭酸飲料供給ライン７３を通過して、ボトル３０の内部に注入される。また、ガス供給ライン７４は、その一端が充填ヘッドタンク７５に接続されるとともに、他端においてボトル３０の内部に連通している。充填ヘッドタンク７５から供給される無菌炭酸ガスからなるカウンタープレッシャー用のガスは、ガス供給ライン７４を通過して、ボトル３０の内部に充填される。さらに、ガス供給ライン７４とは別に、図示しないスニフトラインが各々の充填バルブ（図示せず）に接続されており、スニフトラインを介してボトル３０の内部のガスを排出可能となっている。各充填バルブのスニフトラインはマニホールドによって連結されており、さらにその先が無菌チャンバー１３内のフィラー内に開放されている。これによりボトル３０内のガスを無菌空間であるフィラー内に、菌のコンタミなく、排出することができる。

搬送ホイール７１及び充填ノズル７２は、カバー７６によって覆われている。カバー７６の上部にはロータリージョイント（回転機械）７７が取り付けられている。このロータリージョイント７７によって回転体（搬送ホイール７１、充填ノズル７２、及び回転配管９２（後述）等）と非回転体（カバー７６及び固定配管９１（後述）等）とが、無菌状態でシールされている。ロータリージョイント７７には、配管殺菌用の殺菌ガス供給部６４と無菌エア供給部６５とが接続されている。殺菌ガス供給部６４からの供給管と、無菌エア供給部６５からの供給管とには、それぞれバルブ６６、６７が設けられている。殺菌ガス供給部６４から供給される殺菌ガスとしては、例えば過酸化水素ガスや蒸気が挙げられる。無菌エア供給部６５は、供給管が殺菌ガス供給部６４からの殺菌ガスによって殺菌された後、ロータリージョイント７７に向けて無菌エアを供給するものである。無菌エア供給部６５からの無菌エアは、後述するように、ロータリージョイント７７のメカニカルシールのために使用される。このように、無菌エアをメカニカルシールの境界面を取り囲む空間に供給することにより、外界からの菌や微生物が境界面を介して殺菌済み飲料に混入することを防止している。

また、飲料殺菌部４１、第１アセプティックタンク４２、飲料冷却部４３、炭酸飲料生成部４４、第２アセプティックタンク４５及び炭酸飲料充填部２０は、飲料供給系配管６０によって連結されている。飲料供給系配管６０の内部には、飲料（原料液、殺菌済み飲料又は無菌炭酸飲料）が順次通過する。この場合、飲料冷却部４３、炭酸飲料生成部４４、炭酸飲料充填部２０及び飲料供給系配管６０の内部の殺菌度は、いずれも飲料殺菌部４１における殺菌後の原料液の殺菌度よりも高くなっている。これにより、飲料殺菌部４１よりも後の工程において、飲料（原料液、殺菌済み飲料又は無菌炭酸飲料）の殺菌度を飲料殺菌部４１における殺菌後の原料液の殺菌度よりも高い状態に維持することができる。
この結果、果汁や乳成分などの動植物由来の成分を含む炭酸飲料をボトル３０に充填した場合であっても、充填後の炭酸飲料中でカビ、酵母その他の微生物が増殖することを確実に防止することができる。

なお、炭酸飲料充填部２０及び炭酸飲料調合部４０のうち、飲料（原料液、殺菌済み飲料又は無菌炭酸飲料）が通過する流路については、定期的にあるいは飲料の種類を切り替える際に、ＣＩＰ（Cleaning in Place）処理をし、さらに、ＳＩＰ（Sterilizing in Place）処理をすることが好ましい。ＣＩＰ処理は、原料液を飲料殺菌部４１に供給する経路の管路内から炭酸飲料充填部２０の充填ノズル７２に至るまでの流路に、例えば水に苛性ソーダ等のアルカリ性薬剤を添加した洗浄液を流した後に、水に酸性薬剤を添加した洗浄液を流すことにより行われる。これにより、飲料が通過する流路内に付着した前回の飲料の残留物等が除去される。またＳＩＰ処理は、飲料の充填作業に入る前に、予め飲料が通過する流路内を殺菌するための処理であり、例えば、上記ＣＩＰで洗浄した流路内に加熱蒸気又は熱水を流すことによって行われる。これにより、飲料が通過する流路内が殺菌処理され無菌状態とされる。

炭酸飲料充填部２０及び炭酸飲料調合部４０の飲料が通過する流路の殺菌の程度については、Ｆ値によって管理されても良い。例えば、炭酸飲料充填部２０及び炭酸飲料調合部４０の流路に、加熱蒸気又は熱水を流しつつ、流路のうち温度が上昇しにくい各所に配置された温度センサで温度を測定しても良い。そして各温度センサからの温度が所定温度に達した時間が所定時間以上となったときに、加熱蒸気等による流路の加熱を終了させても良い。ここでＦ値とは、細菌を一定時間で加熱したとき、全ての細菌を死滅させるのに要する加熱時間であり、１２１．１℃における細菌の致死時間で示され、下記の式によって算出される。

（ただし、Ｔは任意の殺菌温度（℃）、１０＾｛（Ｔ−Ｔｒ）／Ｚ｝は任意の殺菌温度Ｔでの致死率、Ｔｒは基準温度（℃）、ＺはＺ値（℃）を表す。）

次に、上述した回転機械（第２ポンプ５３、第３ポンプ５６、第４ポンプ５９及びロータリージョイント７７）の回転体と非回転体との境界面の構成について、図３及び図４を用いて説明する。

まず図３により、ポンプからなる回転機械について説明する。図３は、ポンプからなる回転機械の回転体と非回転体との境界面を示す拡大断面図である。以下において、ポンプからなる回転機械として、第２ポンプ５３を例にとって説明するが、第３ポンプ５６及び第４ポンプ５９についても、その構成は略同様である。

図３に示すように、第２ポンプ（回転機械）５３は、ケーシング８１と、ケーシング８１内に配置されたインペラ８２と、回転軸８３を介してインペラ８２に連結され、インペラ８２を回転させるモータ８４とを有している。

このうちケーシング８１は、飲料冷却部４３からの殺菌済み飲料が流入する飲料流入口８１ａと、インペラ８２によって送り出された殺菌済み飲料が炭酸飲料生成部４４へ向けて流出する飲料流出口８１ｂとを有している。これら飲料流入口８１ａ及び飲料流出口８１ｂは、飲料供給系配管６０に接続されている。またインペラ８２は、ケーシング８１内部に配置され、モータ８４によって回転されることで殺菌済み飲料を飲料流入口８１ａから飲料流出口８１ｂへ送る。

ケーシング８１にはメカニカルシール部（シール部）８５が連結されている。メカニカルシール部８５内には内部空間８５ａが形成されている。この内部空間８５ａには、無菌水入口８５ｂと無菌水出口８５ｃとが連通されている。無菌水殺菌供給部５５からの無菌水は、無菌水入口８５ｂから内部空間８５ａへ供給され、無菌水出口８５ｃから排出される。

図３において、ケーシング８１とメカニカルシール部８５との間には、連結部８６が設けられている。連結部８６は、略円筒形状であり、その内部には回転軸８３が挿通されている。この場合、連結部８６は非回転体であり、回転軸８３は回転体である。そして非回転体からなる連結部８６と、回転体からなる回転軸８３との間に、境界面８７が形成されている。この境界面８７において、ケーシング８１内の殺菌済み飲料は、メカニカルシール部８５内の無菌水によってシールされる。これにより、外界からの菌や微生物が境界面８７を介して殺菌済み飲料に混入することが防止される。

メカニカルシール部８５内の無菌水の温度は、例えば１℃以上４０℃以下であり、より好ましくは１０℃以上２５℃以下である。このため、ケーシング８１内に滞留する殺菌済み飲料の温度がメカニカルシール部８５内の無菌水の影響で上昇するおそれがない。これにより、炭酸飲料を充填する際、ボトル３０内の炭酸飲料から多量の泡が発生したり（フォーミング）、炭酸飲料中の炭酸ガス濃度が不安定になったりする不具合が防止される。

なお、境界面８７をシールするメカニカルシール部８５の内圧（内部空間８５ａの圧力）は、飲料供給系配管６０及びケーシング８１の内圧よりも低くなっている。これにより、外界からの菌や微生物が境界面８７を介して殺菌済み飲料に混入することをより確実に防止することができる。

なお、上述したように、炭酸充填前の殺菌済み飲料を第１アセプティックタンク４２から飲料冷却部４３に送液する第１ポンプ５１については、メカニカルシール部に対して蒸気を供給するようになっている。しかしながら、これに限らず、第１ポンプ５１についても、第２ポンプ５３と同様に、メカニカルシール部に無菌水を供給しても良い。

次に図４により、ロータリージョイントからなる回転機械について説明する。図４は、ロータリージョイントからなる回転機械の回転体と非回転体との境界面を示す拡大断面図であり、具体的には、炭酸飲料充填部２０のロータリージョイント７７の拡大断面図である。

図４に示すように、ロータリージョイント（回転機械）７７は、充填ヘッドタンク７５側に接続される固定配管９１と、充填ノズル７２側に接続される回転配管９２とを有している。

このうち固定配管９１は、充填ヘッドタンク７５からの無菌炭酸飲料が流入する配管である。また、回転配管９２は、固定配管９１からの無菌炭酸飲料を充填ノズル７２に向けて送り込む配管であり、搬送ホイール７１や充填ノズル７２とともに回転される。なお、固定配管９１及び回転配管９２は、上述した炭酸飲料供給ライン７３の一部を構成する。

固定配管９１及び回転配管９２には、メカニカルシール部（シール部）９３が連結されている。メカニカルシール部９３内には内部空間９３ａが形成されている。この内部空間９３ａには、無菌エア入口９３ｂと無菌エア出口９３ｃとが連通されている。無菌エア供給部６５からの無菌エアは、無菌エア入口９３ｂから内部空間９３ａへ供給され、その後無菌エア出口９３ｃから排出される。

図４において、固定配管９１は非回転体であり、回転配管９２は回転体である。そして非回転体からなる固定配管９１と、回転体からなる回転配管９２との間に、境界面９４が形成されている。この境界面９４において、固定配管９１及び回転配管９２の内部を流れる無菌炭酸飲料は、メカニカルシール部９３内の無菌エアによってシールされる。これにより、外界からの菌や微生物が境界面９４を介して無菌炭酸飲料に混入することが防止される。

メカニカルシール部９３内の無菌エアの温度は、例えば１℃以上４０℃以下であり、より好ましくは１０℃以上２５℃以下である。このため、固定配管９１及び回転配管９２内に滞留する無菌炭酸飲料の温度が、メカニカルシール部９３内の無菌エアの影響で上昇するおそれがない。これにより、炭酸飲料を充填する際、ボトル３０内の炭酸飲料から多量の泡が発生したり（フォーミング）、炭酸飲料中の炭酸ガス濃度が不安定になったりする不具合が防止される。

なお、境界面９４をシールするメカニカルシール部９３の内圧（内部空間９３ａの圧力）は、ロータリージョイント７７の内部に位置する固定配管９１及び回転配管９２の内圧よりも低くなっている。これにより、外界からの菌や微生物が境界面９４を介して無菌炭酸飲料に混入することをより確実に防止することができる。

（無菌炭酸飲料充填方法）
次に、上述した無菌炭酸飲料充填システム１０（図１）を用いた無菌炭酸飲料充填方法について説明する。なお、以下において、通常時における充填方法、すなわち無菌炭酸飲料をボトル３０に充填して製品ボトル３５を製造する無菌炭酸飲料充填方法について説明する。

まず複数の空のボトル３０が、無菌炭酸飲料充填システム１０の外部からボトル供給部２１へ順次供給される。このボトル３０は、搬送ホイール１２によってボトル供給部２１からボトル殺菌部１１へ送られる（容器供給工程）。

次に、ボトル殺菌部１１において、ボトル３０に対して殺菌剤である過酸化水素水溶液を用いて殺菌処理が行われる（殺菌工程）。このとき、過酸化水素水溶液は、１重量％以上、好ましくは３５重量％の濃度の過酸化水素水溶液を一旦気化させた後に凝縮したガス又はミストであり、このガス又はミストがボトル３０に向かって供給される。

続いて、ボトル３０は、搬送ホイール１２によってエアリンス部１４に送られ、エアリンス部１４において、無菌の加熱エア又は常温エアを供給することにより、過酸化水素の活性化を行いつつ、ボトル３０から異物、過酸化水素等が除去される。次いで、ボトル３０は、搬送ホイール１２によって無菌水リンス部１５に搬送される。この無菌水リンス部１５において、無菌の１５℃以上８５℃以下の水による洗浄が施される（リンス工程）。
具体的には、無菌の１５℃以上８５℃以下の水が、５Ｌ／ｍｉｎ以上１５Ｌ／ｍｉｎ以下の流量でボトル３０内に供給される。その際、好ましくはボトル３０は倒立状態とされ、下向きになった口部からボトル３０内へ無菌水が供給され、この無菌水は口部からボトル３０の外方に流出する。この無菌水によって、ボトル３０に付着した過酸化水素を洗い流し、且つ異物が除去される。なお、ボトル３０内へ無菌水が供給される工程は必ずしも設けられていなくても良い。

続いて、ボトル３０は、搬送ホイール１２によって炭酸飲料充填部２０に搬送される。
この炭酸飲料充填部２０において、ボトル３０は回転（公転）されながら、その口部からボトル３０内へ無菌炭酸飲料が充填される（充填工程）。炭酸飲料充填部２０においては、殺菌されたボトル３０に、予め炭酸飲料調合部４０で作製された無菌炭酸飲料が１℃以上４０℃以下、好ましくは５℃以上１０℃以下の充填温度で充填される。

次に、炭酸飲料調合部４０で無菌炭酸飲料を作製し、炭酸飲料充填部２０へ供給する各工程について、図２を参照して説明する。

まず、例えば超高温瞬間殺菌装置（ＵＨＴ）からなる飲料殺菌部４１において、例えば果汁や乳成分などの動植物由来の成分を含む原料液を殺菌することにより、殺菌済み飲料を作製する（殺菌工程）。この間、飲料殺菌部４１には、外部から原料液が供給され、この原料液を瞬間的に加熱して殺菌することにより殺菌済み飲料が得られる。

飲料殺菌部４１で殺菌された殺菌済み飲料は、第１アセプティックタンク４２に送られ、第１アセプティックタンク４２で一時的に貯留される（第１貯留工程）。続いて、第１アセプティックタンク４２からの殺菌済み飲料は、第１ポンプ５１によって飲料冷却部４３に送られる。この飲料冷却部４３において、飲料殺菌部４１で作製された殺菌済み飲料が、例えば１℃以上５℃以下に冷却される（冷却工程）。

飲料冷却部４３で冷却された殺菌済み飲料は、第２ポンプ５３によって、カーボネータ等の炭酸飲料生成部４４に送られる。この炭酸飲料生成部４４において、飲料冷却部４３で冷却された殺菌済み飲料に炭酸ガスが注入され、無菌炭酸飲料が作製される（炭酸飲料生成工程）。

次いで、炭酸飲料生成部４４からの無菌炭酸飲料は、第３ポンプ５６によって第２アセプティックタンク４５に送られる。第２アセプティックタンク４５に送られた無菌炭酸飲料は、第２アセプティックタンク４５で一時的に貯留される（第２貯留工程）。続いて、第２アセプティックタンク４５からの無菌炭酸飲料は、第４ポンプ５９によって炭酸飲料充填部２０の充填ヘッドタンク７５に送られる。充填ヘッドタンク７５に送られた無菌炭酸飲料は、充填ヘッドタンク７５で一時的に貯留される（第３貯留工程）。

なお、飲料（原料液、殺菌済み飲料又は無菌炭酸飲料）は、飲料殺菌部４１から第１アセプティックタンク４２、飲料冷却部４３、炭酸飲料生成部４４、第２アセプティックタンク４５を順次介して炭酸飲料充填部２０に順次送られる際、飲料供給系配管６０を順次通過する。この場合、飲料冷却部４３、炭酸飲料生成部４４、炭酸飲料充填部２０及び飲料供給系配管６０の内部の殺菌度は、いずれも飲料殺菌部４１における原料液の殺菌度よりも高くなっている。

その後、炭酸飲料充填部２０において、炭酸飲料生成部４４で作製され、充填ヘッドタンク７５で貯留された無菌炭酸飲料が、空の状態のボトル３０に対して充填される。

この間、まず炭酸飲料充填部２０において、充填ノズル７２がボトル３０の口部に密着し、ガス供給ライン７４とボトル３０とが互いに連通する。次に、充填ヘッドタンク７５からガス供給ライン７４を介して、ボトル３０の内部にカウンタープレッシャー用の無菌炭酸ガスが供給される。これにより、ボトル３０の内圧が大気圧よりも高められ、ボトル３０の内圧が充填ヘッドタンク７５の内圧と同一の圧力となる。

次に、炭酸飲料供給ライン７３からボトル３０の内部に無菌炭酸飲料が充填される。この場合、無菌炭酸飲料は充填ヘッドタンク７５から炭酸飲料供給ライン７３を通過して、ボトル３０の内部に注入される。

続いて、炭酸飲料供給ライン７３からの無菌炭酸飲料の供給を停止する。次いで、図示しないスニフトラインを開放し、スニフトラインからボトル３０内部のガスを排出する。
これにより、ボトル３０内部の圧力が大気圧と等しくなり、ボトル３０への無菌炭酸飲料の充填が完了する。

再度図１を参照すると、炭酸飲料充填部２０で無菌炭酸飲料が充填されたボトル３０は、搬送ホイール１２によってキャップ装着部１６に搬送される。

一方、キャップ３３は、予めキャップ殺菌部２５によって殺菌処理される（キャップ殺菌工程）。キャップ殺菌部２５で殺菌されたキャップ３３は、キャップ装着部１６において、炭酸飲料充填部２０から搬送されてきたボトル３０の口部に装着される。これにより、ボトル３０とキャップ３３とを有する製品ボトル３５が得られる（キャップ装着工程）。

その後、製品ボトル３５は、キャップ装着部１６から製品ボトル搬出部２２へ搬送され、無菌炭酸飲料充填システム１０の外部へ向けて搬出される。

なお、上記殺菌工程からキャップ装着工程に至る各工程は、無菌チャンバー１３で囲まれた無菌の雰囲気内すなわち無菌の環境下で行われる。殺菌処理後は無菌エアが常時無菌チャンバー１３外に向かって吹き出るように、無菌チャンバー１３内に陽圧の無菌エアが供給される。

なお、無菌炭酸飲料充填システム１０におけるボトル３０の生産（搬送）速度は、１００ｂｐｍ以上かつ１５００ｂｐｍ以下とすることが好ましい。ここでｂｐｍ（bottle per minute）とは、１分間当たりのボトル３０の搬送速度をいう。

以上のように本実施の形態によれば、炭酸飲料充填部２０で無菌炭酸飲料をボトル３０に充填した後、ボトル３０内に充填された炭酸飲料を加熱殺菌処理（例えば、液温６０℃以上６５℃以下で１０分間程度の加熱処理）する工程が設けられていない。これにより、例えば果汁や乳成分などの窒素源を含む炭酸飲料をボトル３０に充填した場合であっても、炭酸飲料が変質するおそれがない。また加熱殺菌処理時にボトル３０が膨張することがないので、ボトル３０が変形してしまう不都合を防止することができる。

また、本実施の形態によれば、ポンプ（回転機械）５３、５６、５９の回転軸（回転体）８３と連結部（非回転体）８６との境界面８７は、無菌水によってシールされている。
また、ロータリージョイント（回転機械）７７の回転配管（回転体）９２と固定配管（非回転体）９１との境界面９４は、無菌エアによってシールされている。これにより、回転機械のシール部に蒸気を供給する場合と異なり、メカニカルシール部８５、９３付近に滞留する炭酸飲料の液温が上昇することが防止される。この結果、炭酸飲料の充填時にボトル３０内の炭酸飲料から多量の泡が発生したり（フォーミング）、炭酸飲料中の炭酸ガス濃度が不安定になったりする不具合が防止される。とりわけ、無菌炭酸飲料充填システム１０が一時的に停止し、メカニカルシール部８５、９３付近に炭酸飲料が滞留した場合であっても、充填を再開した後、ボトル３０内の炭酸飲料から多量の泡が発生したり、炭酸飲料中の炭酸ガス濃度が不安定になったりする不具合が生じない。

また、本実施の形態によれば、飲料冷却部４３、炭酸飲料生成部４４、炭酸飲料充填部２０及び飲料供給系配管６０の内部の殺菌度は、飲料殺菌部４１の殺菌度よりも高い。これにより、飲料殺菌部４１よりも後の工程において、飲料（原料液、殺菌済み飲料又は無菌炭酸飲料）の殺菌度を飲料殺菌部４１における原料液の殺菌度よりも高い状態に維持することができる。この結果、果汁や乳成分などの動植物由来の成分を含む炭酸飲料をボトル３０に充填した場合であっても、充填後の炭酸飲料中でカビ、酵母その他の微生物が増殖することを確実に防止することができる。

なお、上記において、ボトル３０、プリフォーム、キャップ３３等の容器殺菌は、過酸化水素からなる殺菌剤を用いて行う場合を例にとって説明したが、これに限らず、過酢酸等の殺菌剤や電子線を用いて殺菌しても良い。

１０ 無菌炭酸飲料充填システム
１１ ボトル殺菌部
１２ 搬送ホイール
１３ 無菌チャンバー
１４ エアリンス部
１５ 無菌水リンス部
１６ キャップ装着部
２０ 炭酸飲料充填部
２１ ボトル供給部
２２ 製品ボトル搬出部
２５ キャップ殺菌部
３０ ボトル
３３ キャップ
３５ 製品ボトル
４０ 炭酸飲料調合部
４１ 飲料殺菌部
４２ 第１アセプティックタンク
４３ 飲料冷却部
４４ 炭酸飲料生成部
４５ 第２アセプティックタンク
６０ 飲料供給系配管

Claims (3)

1. 無菌チャンバーの内部に配置された炭酸飲料充填装置であって、
   複数のボトルを回転しながら搬送する搬送ホイールと、
   前記搬送ホイールに配置され、それぞれ前記ボトルの内部に炭酸飲料を注入する複数の充填ノズルと、
   前記充填ノズルに接続され、前記ボトルに前記炭酸飲料を供給する炭酸飲料供給ラインと、
   前記充填ノズルに接続され、前記ボトルにカウンタープレッシャー用のガスを供給するガス供給ラインと、
   前記充填ノズルに接続され、前記ボトルの内部のガスを排出するスニフトラインと、を備え、
   前記スニフトラインは、前記無菌チャンバー内の前記炭酸飲料充填装置内に開放されている、炭酸飲料充填装置。
2. 前記搬送ホイール及び前記充填ノズルは、カバーによって覆われ、前記カバーの上部にはロータリージョイントが取り付けられ、前記炭酸飲料供給ラインと前記ガス供給ラインとは、前記ロータリージョイントを通過する、請求項１記載の炭酸飲料充填装置。
3. 各充填バルブのスニフトラインは、マニホールドによって連結されている、請求項１又は２記載の炭酸飲料充填装置。

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