JP2019154458A - 飲料抽出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】バッチ式の飲料抽出装置と比較して設備規模を縮小することが可能な飲料抽出装置を提供する。【解決手段】飲料の原料を抽出用の溶媒に浸漬して飲料を抽出する飲料抽出装置２において、原料と溶媒とを連続的に混合して送り出す混合部１０と、混合部１０から送り出される原料と溶媒との混合物を加熱しつつ流通させる抽出部２０と、抽出部２０から流出する混合物から原料の残渣を分離して飲料の抽出液を取り出す分離部３０とを設ける。【選択図】図２

Description

本発明は、茶葉等の原料を抽出湯又は抽出水等（以下、抽出湯等と称することがある。）の溶媒に浸漬して飲料を抽出する飲料抽出装置に関する。

緑茶、紅茶、コーヒー等の飲料の抽出方法として、原料を抽出湯等の溶媒の液中に一定時間浸す浸漬法と、原料に対して溶媒を連続的に透過させる透過法とが存在する。茶系飲料の抽出は浸漬法によることが一般的である。浸漬法による抽出装置としてはニーダー抽出器と呼ばれる抽出装置が知られている。ニーダー抽出器は、原料としての茶葉を溶媒に浸した状態で、それらの混合物を撹拌しつつ一定時間保持するものであって、いわゆるバッチ式の抽出装置である。一方、コーヒーの抽出には透過法が用いられることが一般的である。透過法による抽出装置としては、粉砕した原料豆に湯、水等を透過させて飲料を抽出するドリップ式の抽出器が知られている。ただし、原料によって抽出法が必ずしも制限されるものではない。例えば、茶系飲料の抽出装置として、原料の茶葉をカラムと呼ばれるタンク内に配置し、溶媒としての水等をタンクに連続的に送り込みつつ、そのタンク内から抽出液を逐次取り出すカラム式抽出機も提案されている（例えば特許文献１参照）。コーヒーの抽出装置として、コーヒー粉を抽出用の液体に所定時間浸漬することによりコーヒーを抽出する抽出装置も提案されている（例えば特許文献２参照）。

特開２００９−６５８６９号公報 特開２００５−８０６９８号公報

上述したニーダー抽出器のようなバッチ式の抽出装置は、１バッチにおける溶媒の液量を多くすれば生産効率を高めることができるが、液量が多くなれば設備が大規模化し、運転管理のための作業負荷も大きい。ドリップ式抽出器のような透過法による抽出装置は大容量のタンク等が不要で設備負担等が相対的に小さい。しかしながら、浸漬法と透過法とでは抽出原理の相違から飲料の味、香味等が異なり、浸漬法による抽出が望まれる場合には、透過法による抽出装置を用いる余地がない。

そこで、本発明は、浸漬法による抽出を前提としつつ、従来のバッチ式の飲料抽出装置と比較して設備規模を縮小することが可能な飲料抽出装置を提供することを目的とする。

本発明の一態様に係る飲料抽出装置（２；２Ａ）は、飲料の原料を抽出用の溶媒に浸漬して前記飲料を抽出する飲料抽出装置であって、前記原料と前記溶媒とを連続的に混合して送り出す混合部（１０）と、前記混合部から送り出される前記原料と前記溶媒との混合物を抽出に必要な時間長に亘って流通させる抽出部（２０）と、前記抽出部から流出する混合物から前記原料の残渣を分離して前記飲料の抽出液を取り出す分離部（３０）と、を備えたものである。

上記態様の飲料抽出装置によれば、混合部にて原料と溶媒とを連続的に混合して送り出し、抽出部にて混合物を流通させつつ、原料を飲料の抽出に必要な時間長に亘って抽出湯等の溶媒中に浸漬しているので、浸漬法に基づく飲料の抽出をバッチ処理に依存することなく実現することができる。流通の過程で原料と溶媒とが適宜に撹拌されるため、抽出効率を高めて比較的短時間で所望の濃度の抽出液を生成することが可能である。したがって、混合部及び抽出部にて、大容量の混合物を貯め置く設備を設ける必要がない。さらに、分離部も連続的に送り出される混合物から原料の残渣を逐次分離すればよいので、大容量の混合物を一括して処理するような設備は不要である。よって、混合部から分離部に至るまでの設備規模をバッチ式の飲料抽出装置と比較して相当に縮小し、それにより設備負担や運転負担の軽減を図ることができる。

上記態様においては、前記抽出部にて流通する混合物を加圧する加圧手段（２４）がさらに設けられてもよい。抽出過程で混合物を加圧することにより飲料の抽出効率をさらに高め、それにより抽出部における管路長を短縮して設備規模のさらなる縮小を図ることができる。

上記態様においては、前記混合物を前記分離部に向けて送り出すポンプ（２４）が前記抽出部の下流側に設けられ、前記ポンプの吸込側に生じる背圧にて前記混合物を加圧することにより当該ポンプを前記加圧手段として機能させてもよい。これによれば、抽出部から分離部へと混合物を送り出すためのポンプを加圧手段として機能させることにより、比較的簡素な構成で抽出部における加圧を実現することができる。

上記態様において、前記抽出部には、前記混合物を加熱する加熱手段が設けられてもよい。加熱手段を設けることにより、抽出部にて混合物を加熱し、あるいは所望の温度域に保持して抽出効率をさらに高めることができる。

上記態様においては、前記抽出部には、当該抽出部から前記分離部に流出させるべき混合物を冷却する冷却手段（２３；４０）が設けられてもよい。これによれば、抽出部に高温の混合物を導き、あるいは抽出部にて混合物を加熱することにより、抽出部内を常温域よりも高温の混合物が流通する場合でも、その混合物を冷却してから分離部に導くことができる。したがって、分離部における分離作用に伴なって原料の残渣が変化しても、その変化が抽出液に与える影響を抑制又は排除することができる。あるいは、分離作用に伴なって香味成分が飛散するおそれを抑制し、又は排除することができる。

なお、以上の説明では本発明の理解を容易にするために添付図面の参照符号を括弧書きにて付記したが、それにより本発明が図示の形態に限定されるものではない。

本発明の一形態に係る飲料抽出装置が適用された飲料製造システムの一例を示す図。 本発明の一形態に係る飲料抽出装置を示す図。 原料と溶媒との混合物に加える圧力と抽出液の濃度との関係を示す図。 図２の変形例を示す図。

まず、図１を参照して本形態に係る飲料抽出装置が組み込まれた飲料製造システムの一例を説明する。図１の飲料製造システム１においては、飲料抽出装置２にて緑茶、紅茶等の茶葉を原料とする茶系飲料の抽出液が生成され、その抽出液が遠心機３を経てタンク４に導かれて一時的に貯留される。その後、タンク４の抽出液に他の原料が混合されて製品相当の濃度の飲料が生成され、得られた飲料が殺菌機５にて殺菌されてボトル、缶等への充填機へと送られる。飲料抽出装置２は、茶葉の抽出液を連続的に生成して送り出すように設けられている。バッチ式のニーダー抽出器を用いる場合には、抽出器で得られた大量の抽出液を一時的に処理しなければならないために大型の遠心機が必要とされるが、本形態の飲料製造システム１では遠心機を小型化することができる。

図２は飲料抽出装置２の一例を示している。飲料抽出装置２は、混合部１０と、抽出部２０と、分離部３０とを備えている。混合部１０では、原料の一例としての茶葉と、溶媒の一例としての抽出湯等が連続的に混合されて送り出される。そのような機能を実現するため、混合部１０には、茶葉と抽出湯等とが供給される混合タンク１１と、その混合タンク１１に投入された茶葉及び抽出湯等を撹拌してそれらを均質に混合させる撹拌機１２と、混合タンク１１にて生成された混合物（スラリー液）を抽出部２０に向けて連続的に送出する送液ポンプ１３とが設けられている。混合タンク１１への茶葉及び抽出湯等の供給も連続的であって、かつ単位時間当たりの供給量は一定に設定される。茶葉の香気成分の飛散を抑制し、又は防止するため、混合タンク１１の容量は茶葉と抽出湯等との混合物を連続的に送り出すために必要な最小限で足りる。撹拌機１２は、混合物を撹拌により均一化できることが好ましい。抽出湯等の温度、茶葉と抽出湯等との比率といったパラメータは製造すべき飲料の種類等に応じて適宜に設定されてよい。一例として抽出湯等は常温域〜４０°Ｃ程度、抽出湯等の単位時間当たりの供給量は茶葉の単位時間当たりの投入量に対して重量比で２０〜４０倍程度に設定されてよい。

抽出部２０では、混合部１０から送り出される茶葉と抽出湯等との混合物が加熱されつつ流通する。そのような機能を実現するため、抽出部２０には、加熱手段の一例としての第１熱交換器２１と、保持配管２２と、冷却手段の一例としての第２熱交換器２３と、背圧制御ポンプ２４とが設けられている。第１熱交換器２１は、混合部１０の送液ポンプ１３から送られる混合物が流通する流通管２１ａと、その流通管２１ａの外周を取り囲むように設けられた加熱管２１ｂとを備えている。加熱管２１ｂには、スチームその他の熱媒が供給され、その熱媒の熱により流通管２１ａを通過する混合物が所定の温度域まで加熱される。流通管２１ａを通過する間の混合物の温度の上昇量は、第１熱交換器２１を通過する混合物の流量、加熱管２１ｂの単位長当たりの熱交換量、及び加熱管２１ｂの管路長に依存するが、混合物の流量は抽出効率から自ずと定まり、加熱管２１ｂの単位長当たりの熱交換量にも相応の制限がある。一方、加熱管２１ｂの管路長は適宜に設定可能であるが、加熱管２１ｂを過度に長く設けた場合には第１熱交換器２１が長尺化して設備規模に影響するおそれがある。そのため、例えば、流通管２１ａ及び加熱管２１ｂを螺旋状の二重管構造、あるいは適宜に折り返された蛇行二重管構造に構成して、限られたスペースで必要な管路長を確保するようにしてもよい。第１熱交換器２１によって加熱される混合物の温度域は原料の茶葉の抽出特性等に応じて適宜に設定されてよい。加熱すべき温度域については後述する。

保持配管２２は、第１熱交換器２１によって加熱された混合物を所定の温度域に保持しつつ流通させるように設けられている。保持配管２２の管路長は、茶葉を必要な濃度で抽出するために十分な時間をかけて混合物が保持配管２２を通過するように、つまり飲料の抽出に必要な時間長に亘って混合物が流通するように設定される。つまり、保持配管２２内を混合物が通過する間に原料の茶葉が溶媒としての抽出湯等に浸され、それにより浸漬法に基づく抽出が行われる。保持配管２２も第１熱交換器２１の流通管２１ａ及び加熱管２１ｂと同様に螺旋状、又は蛇行管状に構成されてよい。保持配管２２の外周側に熱放出を抑制する断熱層が設けられてもよい。なお、第１熱交換器２１の流通管２１ａを通過する間に抽出は始まっているため、保持配管２２の管路長は、保持配管２２の末端まで混合物が達した時点で所望の濃度の抽出が完了しているように設定されていればよい。流通管２１ａから保持配管２２に掛けての管路を茶葉と抽出湯等とが適宜に混ざり合いながら通過するため、それらの間には自ずと撹拌作用が生じる。したがって、撹拌機構を別途設けなくとも茶系飲料を効率よく抽出することが可能である。

第２熱交換器２３は、保持配管２２から流出した混合物が流通する流通管２３ａと、その流通管２３ａの外周を取り囲むように設けられた冷却管２３ｂとを備えている。冷却管２３ｂには、井戸水、クーリングタワー水、チルド水その他の冷媒が供給され、その熱媒の熱により流通管２３ａを通過して抽出部２０から分離部３０に流出する混合物が所定の温度域、例えば常温域まで冷却される。流通管２３ａ及び冷却管２３ｂも螺旋状の二重管構造、あるいは蛇行二重管構造とされてもよい。

背圧制御ポンプ２４は、第２熱交換器２３から流出する混合物を分離部３０に向けて連続的に送り出す。背圧制御ポンプ２４の吐出量は一定である。したがって、混合部１０にて生成された混合物は、抽出部２０を一定の流速で通過する。混合部１０の混合タンク１１から送液ポンプ１３、抽出部２０の第１熱交換器２１、保持配管２２、及び第２熱交換器２３を経て背圧制御ポンプ２４に至る混合物の流路は密閉された配管によって構成されている。したがって、背圧制御ポンプ２４の吸込側（一次側）には背圧が生じ、その背圧によって抽出部２０を流通する混合物が加圧される。それにより、背圧制御ポンプ２４は加圧手段の一例としても機能する。加圧手段として機能させるべきポンプは、吸込側に背圧を生じさせる限り適宜に選択可能である。ただし、茶系飲料を抽出する場合には、背圧制御ポンプ２４に導かれる混合物に固形物としての茶葉が混ざっている。そのような場合には、流路の詰まりを防止する観点から、一定量の流体を繰り返し送出する定量ポンプであって、かつ内部流路の容積が徐々に減少するポンプを背圧制御ポンプ２４として用いることが好適である。例えば、ロータリーポンプのような回転型の定量ポンプを背圧制御ポンプ２４として用いることができる。混合物の詰まりが生じるおそれが比較的小さい場合には、ポンプに代えて、又は加えて絞り弁、オリフィスのような圧力調整機器が加圧手段として用いられてもよい。なお、大気圧下でも十分な効率で飲料を抽出できる場合には加圧手段が省略されてもよい。

背圧制御ポンプ２４にて混合物を加圧する理由は、第１熱交換器２１や保持配管２２における抽出効率を高め、それにより高濃度の抽出液を得ることにある。混合物に加える圧力の範囲は、原料の茶葉や溶媒の種類、第１熱交換器２１による加温の範囲、抽出すべき飲料に求められる香味等の特性等に応じて適宜に設定されてよい。例えば、図３に示すように、抽出部２０の混合物に加えるべき圧力と、得られる抽出液の濃度（タンニン値）との間には、圧力を高くするほど濃度が上昇する関係がある。また、同一圧力の場合には、混合液の温度が高いと濃度が高くなる傾向がある。ただし、混合物の圧力を必要以上に高めると、抽出部２０にて流路閉塞が生じるおそれがある。したがって、抽出目標の濃度と流路閉塞のリスクとを比較考慮しつつ抽出部２０における加熱温度及び背圧制御ポンプ２４の背圧を設定することが好ましい。一例として、第１熱交換器２１にて６０°Ｃ以上、９５°Ｃ以下の温度域に混合物を加熱し、かつ抽出部２０における混合物の圧力を０．２〜０．６ＭＰａ（ゲージ圧）といった範囲に設定することができる。なお、背圧制御ポンプ２４の吐出側（二次側）は大気圧又はその近傍に開放される。

図２に戻って、分離部３０では、抽出部２０から流出する混合物から、抽出後の茶葉の残渣が分離されて飲料の抽出液が取り出される。そのような機能を実現するため、分離部３０には茶葉分離機３１が設けられている。茶葉分離機３１は、濾過分離、遠心分離、その他の分離作用を利用して混合物から抽出残渣としての茶葉を分離する。それにより、茶葉分離機３１から高濃度の飲料抽出液が取り出される。分離部３０の上流側で第２熱交換器２３により混合物を冷却しているため、分離時の抽出残渣の変化が抽出液の品質に与える影響、あるいは分離作用の適用に伴う香りの飛散を抑制し、又は排除することが可能である。分離部３０にて取り出された抽出液は図１に示す遠心機３へと導かれる。

以上に示した飲料抽出装置２によれば、混合部１０にて茶葉と抽出湯等とを連続的に混合して送り出し、抽出部２０にて混合物を流通させつつ茶葉を抽出に必要な時間長に亘って抽出湯等中に浸漬しているので、浸漬法に基づく茶系飲料の抽出をバッチ処理に依存することなく実現することが可能である。抽出部２０にて混合物を加圧加熱し、かつ流通の過程で適宜に撹拌することにより抽出効率を高めて比較的短時間で高濃度の抽出液を生成することができる。したがって、混合部１０及び抽出部２０にて、大容量の混合物を貯め置く設備を設ける必要がない。さらに、分離部３０も連続的に送り出される混合物から茶葉を逐次分離すればよいので、大容量の混合物を一括して処理するような設備は不要である。よって、混合部１０から分離部３０に至るまでの設備規模をバッチ式の飲料抽出装置と比較して相当に縮小することができる。試算例によれば、同量の飲料をニーダー抽出器にて製造する場合と比較して設備面積を５０％程度に縮小することが可能である。加えて、抽出部２０では混合物を密閉して加圧しているので、香味成分の飛散を抑制又は防止し、それにより飲料の香味成分の向上といった付加価値を創出することも期待できる。

本発明は上述した形態に限定されず、適宜の変形又は変更が施された形態にて実施されてよい。例えば、上記の形態では、抽出部２０内に第２熱交換器２３を配置し、分離部３０よりも上流側で混合物を冷却したが、冷却が行われる位置はそのような例に限らない。例えば、図４に示した飲料抽出装置２Ａのように、分離部３０の下流に第２熱交換器４０を配置し、分離部３０から取り出された抽出液を第２熱交換器４０にて冷却してもよい。第２熱交換器４０は、一例として、図２の第２熱交換器２３と同様に、流通管４０ａを通過する抽出液をその外側の冷媒管４０ｂを通過する冷媒にて冷却するように設けられてよい。抽出部２０による抽出後の放熱にて抽出液の温度が適正温度域まで低下する場合には第２熱交換器２３、４０は省略されてもよい。また、上記の形態では抽出部２０に導かれた混合物を第１熱交換器２１にて加熱したが、例えば加熱された溶媒を加えて混合物を抽出に適した温度域まで昇温させてからその混合物を抽出部２０に導く場合には、抽出部２０の第１熱交換器２１を省略することが可能である。その場合には、抽出部２０に導かれた混合物を保持配管２２にて所望の温度域に保持すればよい。

本発明の飲料抽出装置が対象とする飲料は茶系飲料に限らない。浸漬法に基づいて飲料を抽出する場合には飲料の種類を問わず本発明に係る飲料抽出装置が用いられてよい。例えば、コーヒー飲料であっても、浸漬法による抽出が必要な場合には本発明の飲料抽出装置が適用可能である。図１に示した飲料製造システム１は、本発明に係る飲料抽出装置が適用される飲料製造システムの一例であって、例えば他の原料の混合を必要としない飲料製造システム等にも本発明に係る飲料抽出装置が用いられてよい。

１ 飲料製造システム
２、２Ａ 飲料抽出装置
１０ 混合部
２０ 抽出部
２１ 第１熱交換器（加熱手段）
２２ 保持配管
２３ 第２熱交換器
２４ 背圧制御ポンプ（加圧手段）
３０ 分離部

Claims (5)

1. 飲料の原料を抽出用の溶媒に浸漬して前記飲料を抽出する飲料抽出装置であって、
   前記原料と前記溶媒とを連続的に混合して送り出す混合部と、
   前記混合部から送り出される前記原料と前記溶媒との混合物を抽出に要する時間長に亘って流通させる抽出部と、
   前記抽出部から流出する混合物から前記原料の残渣を分離して前記飲料の抽出液を取り出す分離部と、
   を備えた飲料抽出装置。
2. 前記抽出部にて流通する混合物を加圧する加圧手段がさらに設けられている請求項１に記載の飲料抽出装置。
3. 前記混合物を前記分離部に向けて送り出すポンプが前記抽出部の下流側に設けられ、前記ポンプの吸込側に生じる背圧にて前記混合物を加圧することにより当該ポンプを前記加圧手段として機能させる請求項２に記載の飲料抽出装置。
4. 前記抽出部には、前記混合物を加熱する加熱手段が設けられている請求項１〜３のいずれか一項に記載の飲料抽出装置。
5. 前記抽出部には、当該抽出部から前記分離部に流出させるべき混合物を冷却する冷却手段がさらに設けられている請求項１〜４のいずれか一項に記載の飲料抽出装置。

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