JP2018201445A - 食品材料の高電圧処理装置 - Google Patents
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Abstract
Description
高電圧パルス殺菌方式は、食品材料に印加する交流高電圧波形として、特に矩形波(パルス波)を用い、そのパルス電圧の急峻な立ち上がり、立下りによって菌の細胞膜を穿孔して細胞を、より効果的に破壊して、菌を死滅させようとするものであり、断続的に電圧を印加するため、正弦波交流を用いた場合よりも小さい電力投入量で殺菌可能であり、殺菌効果も高いことが知られている。またこの場合、殺菌対象である牛乳などの流動性食品材料自体、ある程度のインピーダンスを有するため、温度上昇して、この温度上昇による殺菌効果も期待される。
平板状電極を用いた高電圧パルス殺菌装置における、流動性食品材料に高電圧パルスを印加するための部位(高電圧印加部)1の一例を図1〜図3に概略的に示す。
供給管7には、図示しない流動性食品材料供給源から、ポンプなどの加圧手段によって、
流動性食品材料が連続的に供給されるようになっている。また排出管8は、流動性食品材料を冷却するための冷却管や熱交換器などからなる図示しない冷却部に接続されている。一方、電極2A、2B間には、交流高電圧パルスが印加されるようになっている。
ここで、一対の電極2A、2B間の隙間の間隔Gは、一般には1〜10mm程度とされ、また電極間の印加電圧は、50〜10,000V程度とされ、したがって電極間の距離1mmあたりの印加電圧は。50〜1,000V/mm程度となる。
すなわち、高電圧処理装置を長時間連続して運転しているうちに、電極表面にスケールが生成、付着していく。このスケールは、牛乳や乳飲料、豆乳などの殺菌対象飲料に含まれるCaなどの成分の酸化物や、変性して凝固した蛋白質等に由来するものと思われるが、電極表面のスケールが成長すれば、その箇所で電極間の間隙が小さくなって、電極間で短絡が生じやすくなる。そして電極間の短絡が発生すれば、電源回路のIGBT素子等の回路素子に急激に過大な電流が流れるため、回路素子を破壊してしまうおそれがある。また短絡によって激しいスパークが発生すれば、電極表面に焼き付きが発生して、安定して電流を流すことができなくなり、操業が不安定となる。またスパークの発生には至らない場合でも、スケールの発生、付着によって電極間距離が狭くなり、安定した運転が困難となる。
流動性を有する食品材料を、一対の電極間の流路内を連続的に通過させながら、前記一対の電極間に高電圧を加える食品材料の高電圧処理装置において、
前記一対の電極間に高電圧を供給するための一対の出力端子を備えた高電圧発生部と、
前記一対の電極を備えた高電圧印加部と、
前記高電圧発生部の一対の出力端子のうち、いずれか一方の出力端子と、前記高電圧印加部の一対の電極のうちいずれか一方の電極との間に介挿された電気抵抗体と、
を有することを特徴とするものである。
前記電気抵抗体の電気抵抗値が、0.5Ω以上であることを特徴とするものである。
前記電極間に加える高電圧の周波数が15kHz以上であることを特徴とするものである。
前記電極間に加える高電圧が、交流パルスもしくは正弦波交流であることを特徴とするものである。
前記一対の電極として、平行に配置された一対の平面電極が用いられて、その一対の平面電極間に前記流路が形成されていることを特徴とするものである。
前記一対の平面電極のうち、一方の平面電極における一端部に、その平面電極を厚み方向に貫通して流路内に開口する流入口が形成され、その流入口に対して反対側の端部に対応する他方の平面電極における端部に、その他方の平面電極を厚み方向に貫通して流路内に開口する流出口が形成され、前記前記電気抵抗体が、前記一対の出力端子のうちの一方の出力端子と、前記流入口が形成された側の電極との間に介挿されていることを特徴とするものである。
前記食品材料が牛乳もしくは乳飲料、又は豆乳であることを特徴とするものである。
図5には、本発明の高電圧処理装置の第1の実施形態として、高電圧パルス殺菌装置に適用した一例の全体構成を示し、図6には第1の実施形態の高電圧パルス殺菌装置の要部(高電圧印加部1と電気抵抗体22の部分)を示す。なお図5、図6において、図1〜図3、図4に示した要素と同一の要素については図1〜図3、図4と同一の符号を付し、その詳細は省略する、また図4のII−II線における断面、III−III線における断面は、図1の場合と同様に、図2、図3に示した通りである。
なお、電気抵抗体22は、所定の抵抗値の抵抗器を複数本用い、それらを直列接続もしくは並列接続することによって、電気抵抗体全体として、所望の抵抗値となるように調整してもよいことはもちろんである。
図7において、矩形波交流出力30は、印加電圧幅をVとし、基準電位V0から正側への半波分の立ち上がり(V0+V/2)側のパルスPUと、それに続く基準電位V0から負側への半波分の立ち下がり(V0−V/2)側のパルスPDとを1サイクルのパルス、すなわち一つの単位パルスP0とし、その単位パルスP0が所定の周波数Mで繰り返されるものである。但し、図7の例では、立ち上がり側の半波分のパルスPUと次の立下り側の半波分のパルスPDとの間、及び立下り側の半波分のパルスPDと次の立ち上がり側の半波分のパルスPUとの間のそれぞれに、基準電位V0を数μm程度の短時間(例えば2μm)だけ保つ微小休止期間Tmを置き、基準電位V0から正側への立ち上がりタイミングから次の基準電位V0から正側への立ち上がりタイミングまでを一つの単位パルスP0とし、その単位パルスP0が連続して繰り返される波形としている。このように立ち上がり側半波分パルスPUと立下り側半波分パルスPDとの間に微小休止期間Tmを置くことによって、高電圧発生部(電源装置)10に急激な負荷が加わることを防止して、高電圧発生部10のIGBT素子などの保護を図ることができる。但しこのような微小休止期間Tmは、必ずしも必須ではない。
また印加する高電圧パルスの周波数が15kHz未満では、電気抵抗体22の抵抗値を0.5Ω以上としても、電極表面へのスケールの付着防止、スパークの発生の防止の効果が充分に得られなくなるおそれがある。したがって印加する高電圧の周波数は15kHzとすることが好ましい。そして特に40kHz以上とすれば、これらの効果を確実かつ充分に発揮することが可能となる。なお印加する高電圧パルスの周波数の上限は特に規定しないが、電力効率等の観点から、1000kHz以下とすることが好ましい。
また一対の平板状電極2A、2Bによって挟まれる流路25の長さは特に規定しないが、例えばパルスを使用する場合、電極間でのパルス電圧印加時間が適切な時間となるように、電極間での流速に応じて適切に定めればよい。
Re=ρUL/μ・・・(1)
電気抵抗体22は、要は高電圧発生部10のいずれか一方の出力端子21A、21Bと高電圧印加部1のいずれか一方の電極2A、2Bとの間に介在させればよく、必ずしも負側出力端子21Bと入り口側電極2Aとの間に介挿する必要はない。そこで図8に示す第2の実施形態では、高電圧発生部10の正側出力端子21Aと高電圧印加部1の出口側電極2Bとの間に電気抵抗体22を介挿した構成としている。このように出口側電極2Bの側に電気抵抗体22を介挿した場合でも、いずれの電極の側にも電気抵抗体を介挿しない場合に比較すれば、スケールの付着防止、スパークの発生防止を図ることができる。
但し、本発明者等の実験によれば、電気抵抗体22を出口側電極2Aの側に介挿するよりも、入り口側電極2Aの側に介挿した場合の方が、より確実にスケールの付着防止、スパークの発生防止を図り得ることが判明している。したがって一般には、第1の実施形態として図4〜図5に示したように、電気抵抗体22を入り口側電極2Aの側に介挿することが望ましい。
以上の平面電極を用いた第1、第2の実施形態では、高電圧印加部1の一方の平面電極(入り口側電極)2Aを貫通するように流入口5を形成するとともに他方の平面電極(出口側電極)2Bを貫通するように流出口6を形成して、流入口5から流出口6までの流路4が全体として略Z字状をなすように高電圧印加部1を構成している。したがってこの場合は、一対の電極2A、2Bの一方を入り口側、他方を出口側と区別することができる。しかしながら、場合によっては、第3の実施形態として図9に示しているように、流入口5から流出口6までの流路4の全体を、ストレートに構成してもよい。すなわち図9の例では、一対の平面電極2A、2Bの一端側に、これらの平面電極2A、2Bに連続するように絶縁材からなる入り口部材25を設けるとともに、一対の平面電極2A、2Bの他端側に、これらの平面電極2A、2Bに連続するように絶縁材からなる出口部材26を設けた構成としている。このような構成では、平面電極2A、2Bは、特に入り口側、出口側に区別されないから、電気抵抗体22は、高電圧発生部10のいずれか一方の出力端子21A、21Bと高電圧印加部1のいずれか一方の電極2A、2Bとの間に、任意に介在させればよい。
以上の各実施形態では、高電圧印加部1として、電極に平面電極(板状電極)を用いた例を示しているが、平面電極に限らず、例えば環状電極を用いて構成した高電圧印加部を使用してもよい。その場合の例を、第4の実施形態の高電圧印加部1として図10に示す。
また環状電極33A、33Bの間の印加電圧は、電極間距離1mmあたり、30〜1000Vとすることが好ましい。
すなわち、平面電極を用いた第1〜第3の実施形態の場合と同様に、流路に沿う乱流を生起させることが望ましく、そのためには流路のレイノズル数Reが、20,000以上、好ましくは50,000以上となるように設定することが好ましいのであり、このようなレイノルズ数が確保できるように、流速に応じて内径を設定すればよい。
そして、このようにスケールの生成、付着、さらにはスパークの発生を抑えることができる結果、電極表面の清掃(スケール除去)の頻度を少なくするとともに、焼き付きが発生した電極の交換の頻度を少なくすることができるから、生産性の向上を図ることができ、また電極交換等に要するコストを低減して、経済性を高めることができる。
試験対象として牛乳を用い、次のように高電圧パルス印加処理実験を行った。
すなわち、電極としては、図1もしくは図6に召すような平面電極(入り口側電極2A、出口側電極2B)を用い、表1の試験No.1〜No.9に示す条件で、印加する高電圧パルスの周波数、電気抵抗体の電気抵抗値、電気抵抗体の挿入位置をそれぞれ変化させ、試験液として牛乳を電極間に連続的に流しながら、高電圧パルスを加える運転実験をそれぞれ所定時間行った。そして実験終了後、電極を取り外して、入り口側電極および出口側電極表面のスケール発生状況、焦げ付き(焼き付き)の発生状況を調べた。
平面電極としてはチタン製のものを用いた。また平面電極2A,2Bの対向面の寸法は、図13を参照すれば、流入口5、流出口&の直径Dは6mm、流入口5の中心軸線O1から流出口6の中心軸線O2までの距離(平面電極2A、2Bの流路方向の実質的な長さ)Lは38mm、幅Wは6mmである。したがって電極対向面の面積は、約200mm2である。
またここで、電気抵抗体を介在させない側の高電圧パルス発生部の出力端子から電極までの導体部分(配線及びコネクタ等)の抵抗値は、約1×10−7Ωであって、電気抵抗体の抵抗値よりも充分に小さい。
連続運転時間は50分としたが、試験No.3、試験No.8では、中途でスパークの発生が認められため、その時点で試験を中断した。
◎印:スケールの発生が全く認められなかったケース。
〇印:スケールの発生が若干認められたが、スケール発生個所が、面積率で電極表面の約30%以下であったケース。
△印:スケールの発生がやや多く、スケール発生個所が、面積率で電極表面の約30%を超え、約70%以下であったケース。
×印:スケールの発生が多く、スケール発生個所が、面積率で電極表面の約70%を超えたケース。
◎印:焦げ付きの発生が全く認められなかったケース。
〇印:焦げ付きの発生がわずかにあったが、焦げ付きの程度が小さく、スパーク発生の危険性が少ないと認められるケース。
△印:焦げ付きの発生がやや多く、場合によってはスパークが発生すると判断されるケース。
×印:焦げ付きの発生が激しく、それ以上使用すればスパークが発生する危険性が高いと判断されるケース。
入り口側電極、出口側電極についての、スケール発生状況評価と焦げ付き発生状況評価において、ほとんどが◎印であった場合を最良(合格)として◎を付し、一つでも×印があった場合を不良(不合格)として×印を付し、それらの中間を○印(ほぼ良好)、△印(やや不良)の2段階で評価した。
そして、同じ周波数、同じ抵抗値では、入り口側に電気抵抗体を介挿させることによって、両側に介挿させた場合及び出口側に介挿させた場合よりも、総合評価が良好で、スケールの付着、スパークの発生を抑制し得ることが確認された。
また、同じ周波数、同じ抵抗体設置位置では、抵抗体の抵抗値が0.42Ωの場合よりも2.5Ωの場合の方が総合評価が良好で、スケールの付着、スパークの発生を抑制し得ることが分かる。
さらに、同じ抵抗体設置位置、同じ抵抗値では、周波数が20kHzの場合よりも60kHzの場合の方が、総合評価が良好で、スケールの付着、スパークの発生を抑制し得ることが分かる。
実施例1と同様に試験対象として牛乳を用い、実施例1に準じて、高電圧パルス印加による殺菌実験運転を行った。
この実施例2では、試験液(牛乳)の温度を実施例1の場合よりも高温とした。すなわち、試験液の入り口温度は108.5℃と高温とし、電極間を通過した試験液の温度は115℃で、その間の温度上昇量(Δt)は6.5℃とした。またこの実施例2では、周波数の影響をより詳細に確認するため、2.5Ωの電気抵抗体を入り口側に介挿した場合について、周波数を60kHz途44kHzの2段階に変化させた。運転時間は90分とした。
この実施例2の条件及び評価を、表2の試験No.21,No.22に示す。なお上記以外の条件は、実施例1の場合と同じである。
2A・・・平面電極(入り口側電極)
2B・・・平面電極(出口側電極)
4・・・流路
5・・・流入口
6・・・流出口
10・・・高電圧発生部(電源装置)
22・・・電気抵抗体
31・・・流路
33A、33B・・・環状電極
35A・・・流入口
35B・・・流出口
G、G´・・・電極間の間隔
Claims (7)
- 流動性を有する食品材料を、一対の電極間の流路内を連続的に通過させながら、前記一対の電極間に高電圧を加える食品材料の高電圧処理装置において、
前記一対の電極間に高電圧を供給するための一対の出力端子を備えた高電圧発生部と、
前記一対の電極を備えた高電圧印加部と、
前記高電圧発生部の一対の出力端子のうち、いずれか一方の出力端子と、前記高電圧印加部の一対の電極のうちいずれか一方の電極との間に介挿された電気抵抗体と、
を有することを特徴とする食品材料の高電圧処理装置。 - 前記電気抵抗体の電気抵抗値が、0.5Ω以上であることを特徴とする請求項1に記載の食品材料の高電圧処理装置。
- 前記電極間に加える高電圧の周波数が15kHz以上であることを特徴とする請求項1、請求項2のいずれかの請求項に記載の食品材料の高電圧処理装置。
- 前記電極間に加える高電圧が、交流パルスもしくは正弦波交流であることを特徴とする請求項1〜請求項3のいずれかの請求項に記載の食品材料の高電圧処理装置。
- 前記一対の電極として、平行に配置された一対の平面電極が用いられて、その一対の平面電極間に前記流路が形成されていることを特徴とする請求項1〜請求項4のいずれかの請求項に記載の食品材料の高電圧処理装置。
- 前記一対の平面電極のうち、一方の平面電極における一端部に、その平面電極を厚み方向に貫通して流路内に開口する流入口が形成され、その流入口に対して反対側の端部に対応する他方の平面電極における端部に、その他方の平面電極を厚み方向に貫通して流路内に開口する流出口が形成され、前記電気抵抗体が、前記一対の出力端子のうちの一方の出力端子と、前記流入口が形成された側の電極との間に介挿されていることを特徴とする請求項5に記載の食品材料の高電圧処理装置。
- 前記食品材料が牛乳もしくは乳飲料、又は豆乳であることを特徴とする請求項1〜5のいずれかの請求項に記載の食品材料の高電圧処理装置。
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JP2019054732A (ja) * | 2017-09-19 | 2019-04-11 | 株式会社明治 | 加熱乳含有加工品の製造方法 |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH0195751A (ja) * | 1987-10-08 | 1989-04-13 | Kirin Brewery Co Ltd | 飲料の殺菌法 |
JP2010268756A (ja) * | 2009-05-22 | 2010-12-02 | Pokka Corp | 乳たんぱく質含有液体食品の沈殿発生を防止する殺菌方法 |
JP2015159734A (ja) * | 2014-02-26 | 2015-09-07 | 株式会社フロンティアエンジニアリング | 流動性食品材料の交流高電界殺菌方法 |
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2017
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Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH0195751A (ja) * | 1987-10-08 | 1989-04-13 | Kirin Brewery Co Ltd | 飲料の殺菌法 |
JP2010268756A (ja) * | 2009-05-22 | 2010-12-02 | Pokka Corp | 乳たんぱく質含有液体食品の沈殿発生を防止する殺菌方法 |
JP2015159734A (ja) * | 2014-02-26 | 2015-09-07 | 株式会社フロンティアエンジニアリング | 流動性食品材料の交流高電界殺菌方法 |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2019054732A (ja) * | 2017-09-19 | 2019-04-11 | 株式会社明治 | 加熱乳含有加工品の製造方法 |
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