JP2023172192A - 加熱処理装置および食品材料の加熱処理方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ダミー液を用いることなく、食品材料を適切に加熱および充填する。【解決手段】加熱装置４０と、加熱装置４０が配置された加熱流路と、加熱流路ら分岐する分岐流路と、充填装置１４０と連通する充填流路と、充填流路に加圧エアを供給する加圧装置１１０と、加熱流路と分岐流路とを連通する第１の位置、および、加熱流路と充填流路とを連通する第２の位置を有する切替弁７０と、制御部１５０と、を備え、制御部１５０が、加熱装置４０が安定稼働するまでは、切替弁７０を第１の位置として食品材料を移送する加熱立ち上げステップ、加熱装置４０の安定稼働後に、切替弁７０を第２の位置として、加圧装置１１０により加圧された充填流路に、食品材料を移送する本稼働準備ステップ、充填流路の所定位置まで食品材料が到達した際に加圧装置１１０による加圧を停止する本稼働ステップ、とを実行する。【選択図】図１

Description

本発明は、加熱処理装置および食品材料の加熱処理方法に関する。

流動性を有する食品材料を殺菌や調理のために加熱する加熱処理装置として、食品材料をパイプ内で連続的に移送させながら、食品材料の有する電気抵抗を利用して、食品材料に直接通電することにより食品材料自体を発熱させる加熱技術（通電加熱、ジュール加熱）を利用した加熱処理装置が実用化されている（例えば、特許文献１）。
また、このような通電加熱装置では、食品材料を、１００℃を超える目標温度（たとえば１２１℃）まで発熱させて、殺菌や調理を行うことも行われている。

特公平５－３３０２４号公報

流動性を有する食品材料は、その成分の大部分が水分であるため、食品材料を１００℃を超える温度まで加熱するためには、流路内を加圧状態とする必要がある。従来では、流路内を加圧するため、食品材料を流通させる前に食品材料以外のダミー液（たとえば食塩水、クエン酸水溶液など）を流路内に流通させ、ダミー液で流路内を充満させることで流路内を加圧状態とし、ダミー液を１００℃を超える目標温度まで加熱することができるようになってから、食品材料を流路に流通させる手法が採用されていた。しかしながら、この場合、ダミー液が大量に必要になるため費用がかかるという問題、ダミー液が大量に廃棄されてしまうという問題、さらにはダミー液に含まれる成分（たとえば食塩、クエン酸など）が続いて流通する食品材料に混入してしまうという問題があった。

本発明は、ダミー液を用いることなく、食品材料を適切に加熱および充填することができる加熱処理装置および食品材料の加熱処理方法を提供することを目的とする。

本発明の第１の観点に係る加熱処理装置は、流動性を有する食品材料を移送する移送装置と、前記食品材料を加熱する加熱装置と、前記加熱装置が配置された加熱流路と、前記加熱流路から分岐する分岐流路と、充填装置と連通する充填流路と、前記充填流路に加圧エアを供給する加圧装置と、前記加熱流路と前記分岐流路とを連通する第１の位置、および、前記加熱流路と前記充填流路とを連通する第２の位置を有する切替弁と、前記移送装置、前記加熱装置、前記切替弁および前記加圧装置の動作を制御する制御部と、を備え、前記制御部が、前記加熱装置が安定稼働するまでは、前記切替弁を前記第１の位置として前記食品材料を移送する加熱立ち上げステップ、前記加熱装置の安定稼働後に、前記切替弁を前記第２の位置として、前記加圧装置により加圧された前記充填流路に、前記食品材料を移送する本稼働準備ステップ、前記充填流路の所定位置まで前記食品材料が到達した際に前記加圧装置による加圧を停止する本稼働ステップ、とを実行する。
上記加熱処理装置において、前記制御部は、前記加熱立ち上げステップにおいて、前記食品材料を前記加熱装置により１００℃よりも高い温度まで加熱する構成とすることができる。
上記加熱処理装置において、さらに、前記加圧装置と前記充填流路との間に除菌フィルターが設けられた構成とすることができる。
上記加熱処理装置において、さらに、前記充填流路に充填流路背圧弁が設けられ、前記切替弁から前記充填流路背圧弁までの間の流路に前記加圧装置が加圧エアを供給することで、前記充填流路が加圧される構成とすることができる。
上記加熱処理装置において、前記制御部は、前記本稼働ステップにおいて、前記食品材料が前記充填流路背圧弁に到達した際に前記加圧装置による加圧を停止する構成とすることができる。
上記加熱処理装置において、さらに、前記充填流路に一軸偏心ねじポンプが設けられ、前記切替弁から前記一軸偏心ねじポンプまでの間の流路に前記加圧装置が加圧エアを供給することで、前記充填流路が加圧される構成とすることができる。
上記加熱処理装置において、前記制御部は、前記本稼働ステップにおいて、前記食品材料が前記一軸偏心ねじポンプに到達した際に前記加圧装置による加圧を停止する構成とすることができる。
上記加熱処理装置において、前記加熱装置が、前記食品材料を通電加熱するジュール加熱装置である構成とすることができる。
本発明の第２の観点に係る加熱処理装置は、流動性を有する食品材料を移送する移送装置と、前記食品材料を加熱する加熱装置と、前記加熱装置が配置された加熱流路と、充填装置と連通する充填流路と、前記充填流路に加圧エアを供給する加圧装置と、前記移送装置、前記加熱装置、および前記加圧装置の動作を制御する制御部と、を備え、前記制御部は、前記加圧装置に前記充填流路内を加圧させた状態で、前記食品材料を前記充填流路に移送する。
本発明に係る加熱処理方法は、上記加熱処理装置を用いた加熱処理方法であって、前記加熱装置が安定稼働するまでは、前記切替弁を前記第１の位置として前記食品材料を移送する加熱立ち上げステップ、前記加熱装置の安定稼働後、前記切替弁を前記第２の位置として、前記加圧装置により加圧された前記充填流路に、前記食品材料を移送する本稼働準備ステップ、前記充填流路の所定位置まで前記食品材料が到達した際に前記加圧装置による加圧を停止する本稼働ステップ、とを実行する。
上記加熱処理方法において、前記充填流路に充填流路背圧弁が設けられ、前記切替弁から前記充填流路背圧弁までの間の流路に前記加圧装置が加圧エアを供給することで、前記充填流路が加圧される構成とすることができる。
上記加熱処理方法において、前記充填流路に一軸偏心ねじポンプが設けられ、前記切替弁から前記一軸偏心ねじポンプまでの間の流路に前記加圧装置が加圧エアを供給することで、前記充填流路が加圧される構成とすることができる。

本発明によれば、加圧装置により加圧された充填流路に食品材料を移送することができるため、ダミー液を用いることなく、食品材料を適切に加熱および充填することができる。

第１実施形態に係る加熱処理装置の構成図である。 第１実施形態に係る加熱処理装置の切替弁周辺の要部拡大図である。 第１実施形態に係る通電加熱装置の構成図である。 第１実施形態に係る加熱モジュールの構成図である。 第１実施形態に係る加熱モジュールの拡大断面図である。 第２実施形態に係る加熱処理装置の構成図である。

本発明に係る加熱処理装置および食品材料の加熱処理方法の実施形態を、図面に基づいて説明する。なお、以下の実施形態では、本発明に係る加熱処理装置として、食品材料の流路を形成する電極体に電圧を印加することで、食品材料を通電加熱（ジュール加熱）するジュール加熱装置を例示して説明するが、ジュール加熱装置に限定されず、たとえば熱交換により加熱する加熱処理装置などにも適用できる。また、本実施形態において加熱される食品材料は、流動性を有する食品材料であれば特に限定されず、清涼飲料水や、固形物を含まない液体調味料および液体ソースなどの液状物、ジャムなどのゲル状物、タピオカ入りの飲料や固形物（たとえば刻み野菜）を含む調理ソースなどの固形物と液状物の混合物などを加熱することができる。ただし、後述するように、第１実施形態に係る加熱処理装置は、内部流路が比較的狭い背圧弁を使用する構成のため、主に固形物を含まない、または一定の大きさ以下の固形物（たとえば平均粒径が３ｍｍ未満、または１ｍｍ未満の固形物）のみを含む液状物またはゲル状物の食品材料に好適であり、第２実施形態に係る加熱処理装置は、内部流路が比較的広い一軸偏心ねじポンプを使用する構成のため、一定の大きさ以上の固形物（たとえば平均粒径が１ｍｍ以上、または３ｍｍ以上、あるいは５ｍｍ以上の固形物）を含む液状物またはゲル状物である場合にも好適に適用できる。なぜなら、背圧弁を使用する構成においては、固形物の詰まりが生じるという問題があるからである。

≪第１実施形態≫
図１は、第１実施形態に係る加熱処理装置１の構成図である。加熱処理装置１は、ジュール加熱により食品材料を加熱殺菌し、加熱した食品材料を袋や容器に充填するための装置群であり、図１に示すように、原料タンク１０、ポンプ２０、予熱部３０、通電加熱装置４０、温度センサ５０、温度保持部６０、切替弁７０、第１冷却部８０、第１背圧弁９０、除菌フィルター１００、加圧空気源１１０、第２冷却部１２０、第２背圧弁１３０、および充填機１４０を有する。

また、図１に示すように、原料タンク１０、ポンプ２０、予熱部３０、通電加熱装置４０、温度保持部６０、切替弁７０、第１冷却部８０、第１背圧弁９０、第２冷却部１２０、第２背圧弁１３０、および充填機１４０の間は、パイプ１１～１８，２１～２３で接続されている。なお、本実施形態では、図２に示すように、通電加熱装置４０から切替弁７０までの間の流路（パイプ１４、温度保持部６０、パイプ１５を含む流路）を第１流路３１、切替弁７０から第１背圧弁９０までの流路を第２流路３２、切替弁７０から第２背圧弁１３０までの流路を第３流路３３として説明する。図２は、切替弁７０周辺の要部拡大図である。

本実施形態に係る加熱処理装置１では、原料タンク１０に貯留された食品材料がジュール加熱により殺菌や調理され、充填機１４０で袋や容器に充填される。ここで、食品材料を殺菌する場合、食品材料は予め決められた所定の殺菌温度となるまで加熱される必要がある。しかしながら、加熱開始直後は、通電加熱装置４０による加熱が安定せず、通電加熱装置４０で加熱した食品材料の温度が予め定めた殺菌温度よりも低い温度で下流側へと移送される場合がある。このような殺菌が完全に行われていない食品材料を通電加熱装置４０の下流側の第２冷却部１２０や充填機１４０に流通させてしまうと、菌が生存した状態で食品材料が充填されてしまうおそれがある。

そのため、本実施形態では、通電加熱装置４０で加熱された食品材料の温度が安定するまでの間、食品材料を、第２冷却部１２０や充填機１４０には流通させず、別の流路に流通させる処理が行われる。具体的には、加熱処理装置１は、通電加熱装置４０よりも下流に、食品材料の流路を切り替える切替弁７０を有しており、パイプ１５とパイプ１６とが連通するようによう切替弁７０を動作せることで（切替弁７０を第１の位置とすることで）、第１流路（加熱流路）３１と第２流路（分岐流路）３２とを連通させることができ、また、パイプ１５とパイプ２１とが連通するようによう切替弁７０を動作せることで（切替弁７０を第２の位置とすることで）、第１流路３１（加熱流路）と第３流路（充填流路）３３とを連通させることができる。ここで、本実施形態では、図２に示すように、第１流路３１および第２流路３２を経由し加熱された食品材料が原料タンク１０に戻る経路を立ち上げ経路２と称し、また、第１流路３１および第３流路３３を経由し加熱された食品材料が充填機１４０まで移送される経路を本稼働経路３と称す。本実施形態では、コントロールユニット１５０の制御により切替弁７０の動作を制御することで、通電加熱装置４０の加熱が安定するまでの間は、通電加熱装置４０で加熱した食品材料を、第１流路３１および第２流路３２を経由して原料タンク１０へと戻る立ち上げ経路２を流通させる加熱立ち上げステップが実行され、通電加熱装置４０の加熱が安定した後に、通電加熱装置４０で加熱した食品材料を、第１流路３１および第３流路３３を経由して充填機１４０まで移送する本稼働経路３を流通させる本稼働準備ステップおよび本稼働ステップが実行される。

ここで、流動性を有する食品材料を１００℃よりも高い温度で殺菌する場合、食品材料を１００℃を超えた温度とするために流路内の圧力を常圧よりも高くする必要がある。第１実施形態では、一定の圧力となるまで弁が開放されない第１背圧弁９０および第２背圧弁１３０を用いることで、食品材料を圧送するポンプ２０から第１背圧弁９０までの流路、およびポンプ２０から第２背圧弁１３０までの流路を常圧よりも高い圧力とすることができる。たとえば、食品材料に立ち上げ経路２を循環させる循環動作中においては、ポンプ２０により食品材料を一定の圧力で移送するとともに、第１背圧弁９０により通電加熱装置４０側（一次側）の圧力を常圧よりも高い圧力に調整することで、ポンプ２０と第１背圧弁９０との間の流路の圧力が常圧よりも高い圧力とされる。

また、本実施形態では、立ち上げ経路２から本稼働経路３へと切り替える前に（第１流路３１と第３流路３３とが連結する前に）、加圧空気源１１０から圧縮空気を第３流路３３内に供給することで、第３流路３３内を予め加圧状態としておく。これにより、立ち上げ経路２から本稼働経路３へと切り替えた直後であっても、加熱流路４８を含む本稼働経路３は加圧状態で維持され、１００℃よりも高い温度に加熱された食品材料を加圧された本稼働経路３で移送することが可能となる。その結果、ダミー液を用いることなく、食品材料だけで、食品材料の加熱処理を適切に行うことが可能となる。以下に、加熱処理装置１を構成する各装置について説明する。

原料タンク１０は、たとえばニーダー機能を有し、食品材料を撹拌（または混合、調合）しながら貯留することができる。原料タンク１０内に貯留された食品材料は、ポンプ２０により、パイプ１１，１２を介して下流側に定速移送される。原料タンク１０から移送された食品材料は、予熱部３０を通過する際に、常温から２０～８０℃程度まで加熱され、パイプ１３を通過して通電加熱装置４０へと移送される。なお、予熱部３０は、食品材料が通過する流路の壁面外側において温水を循環させることで、通電加熱装置４０に移送される食品材料を予熱することが可能となっている。また、予熱部３０を設けずに、原料タンク１０から通電加熱装置４０へと食品材料を直接移送する構成とすることもできるし、原料タンク１０が予熱機能を有する構成とすることもできる。

通電加熱装置４０は、食品材料が有する電気抵抗を利用して、食品材料に直接通電することで、食品材料自体を発熱させるジュール加熱装置である。通電加熱装置４０は、食品材料に印加する電圧や加熱流路の長さを適宜調整することで、通電加熱装置４０を流通する食品材料の加熱温度を適宜調整することができる。図３は、本実施形態に係る通電加熱装置４０の構成図である。図３に示すように、本実施形態に係る通電加熱装置４０は、３本の加熱モジュール４１を有しており、加熱モジュール４１同士は配管４２を介して連通されている。

また、図４は、加熱モジュール４１の構成図である。加熱モジュール４１は、図３および図４に示すように、交互に配置された複数の電極体４３と、複数のスペーサ管体４４とを備えており、これらはフランジ４５により挟着固定されている。電極体４３の内径とスペーサ管体４４の内径は同径となっており、交互に連結し連通させることにより食品材料を通電加熱処理するための加熱流路４８が形成されている。

電極体４３は、リング状であることが望ましいが、多角形、楕円などその形状には特に制限はない。リング状の電極体４３はスペーサ管体４４に一致した内面形状を有し、スペーサ管体４４を交互に配置することにより各電極体４３間を食品材料が通過する際に電気的回路が構成され通電加熱される。電極体４３は、良導電性の材料で構成され、例えば、アルミニウム、アルミニウム合金、チタン、チタン合金、白金、純鉄、ステンレス等の金属を用いることができる。加熱流路４８の両端付近に設けられる２つの電極体は漏洩電流阻止のためのアース電極４６であり、アース電極４６に挟まれる残りの電極体４３は全て通電加熱用である。

スペーサ管体４４は絶縁材料からなり、電極体４３と交互に設置されることにより加熱流路４８を構成する。スペーサ管体４４は、非導電性のプラスチック、例えば、ポリテトラフルオロエチレン、ポリエーテルエーテルケトン、ポリエーテルイミド、ポリサルフォンなどの樹脂によって作製される。スペーサ管体４４の形状は、角形の筒体としてもよく、内周面が円形で外周面が矩形となった筒体を用いてもよくその形状に制限はないが、電極体４３の断面形状とスペーサ管体４４の断面形状を対応させた形状にすることが必要である。スペーサ管体４４と電極体４３との接続面間にはシール材を組み込んで加熱流路４８の外部に食品材料が漏出することを防止している。スペーサ管体４４の長さが電極間の距離となるが、電極間の距離Ｌは、電極体４３の内径Ｒ（加熱流路４８の直径）に対する比（Ｌ／Ｒ）が２倍以上であることが好ましく、さらに好ましくは、４倍以上１２倍以下であることにより均一な加熱が促進される。

加熱流路４８の両端部には流入側と流出側のジョイント部４７が設けられている。それぞれの電極体４３は、食品材料の流れる方向に隣り合った電極体４３間が相互に逆極性となるように電源ユニット１６０に接続される。なお、加熱モジュール４１が備える電極体４３の数は加熱温度等に応じて任意に設定することができる。

図５は、加熱モジュール４１の拡大断面図であり、電極体４３の位置における加熱モジュール４１の断面を示している。電極体４３には加熱流路４８の内面に沿って、媒体が流通する媒体流路４９が同心状に設けられている。媒体流路４９を流通する媒体は、電極体４３に設けられた媒体供給口４１０から供給され、反対側に設けられた媒体排出口４１１から排出される。本実施形態では、媒体流路４９に供給する媒体として、室温（常温）よりも低い温度の冷水、常温の水、室温（常温）よりも高い温度の温水のいずれも選択可能となっている。

通電加熱装置４０で加熱殺菌または調理された食品材料は、パイプ１４を経由して温度保持部６０まで移送され、温度保持部６０において予熱によりさらに加熱・殺菌が行われる。そして、温度保持部６０で加熱・殺菌が行われた食品材料は、パイプ１５を経由して、切替弁７０へと移送される。

また、図１に示すように、通電加熱装置４０の出口付近には、パイプ１４内の流路の中心軸線部分の温度を計測する温度センサ５０が設けられている。本実施形態に係る温度センサ５０は、１秒ごとに、通電加熱装置４０の出口付近における食品材料の温度を測定しており、取得した温度データをコントロールユニット１５０に出力する。なお、温度センサ５０により温度を測定する周期は、１秒ごとに限定されず、１秒よりも短い周期としてもよいし、１秒よりも長い周期としてもよい。また、温度センサ５０としては、熱電対などの公知の温度センサを用いることができる。

コントロールユニット１５０は、温度データに基づいて電極体４３に印加する電圧を制御する制御プログラムを実行する処理装置と、当該制御プログラムが格納されるとともに、温度センサ５０から取得した温度データを記憶する記憶装置を備えている。コントロールユニット１５０は、温度センサ５０により取得された温度データに基づいて、通電加熱装置４０の出力（電極体４３に印加する電圧）を制御する。具体的には、コントロールユニット１５０は、温度センサ５０が取得した食品材料の温度が目標温度に達していない場合には、通電加熱装置４０に印加する電圧を高くすることで、食品材料の温度を目標温度まで上昇させる。反対に、コントロールユニット１５０は、温度センサ５０で測定した食品材料の温度が目標温度を超えている場合には、通電加熱装置４０に印加する電圧を低くすることで、食品材料の温度を目標温度まで下降させる。このように、コントロールユニット１５０は、温度センサ５０により測定された食品材料の温度データに基づいて、電極体４３に印加する電圧のフィードバック制御を行っている。

なお、コントロールユニット１５０は、通常運転時は、温度センサ５０の計測値に基づき電極体４３に供給される電力をＰＩＤ制御により自動制御することができる。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、加熱流路４８の全長や食品材料の流速等に応じて適宜最適に設定される。また、本実施形態において、温度センサ５０は、通電加熱装置４０の出口付近に設置されるが、この構成に加えて、別の温度センサを、通電加熱装置４０の入り口付近、１本目の加熱モジュール４１と２本目の加熱モジュール４１との間の配管４２、あるいは、２本目の加熱モジュール４１と３本目の加熱モジュール４１との間の配管４２に設置する構成とすることもできる。

また、本実施形態において、コントロールユニット１５０は、切替弁７０を動作させて、食品材料が流通する流通経路を制御する機能を有する。本実施形態では、通電加熱装置４０および温度保持部６０で加熱された食品材料の流通経路として、切替弁７０まで移送された食品材料が、第１冷却部８０および第１背圧弁９０を経由して原料タンク１０へと戻される立ち上げ経路２と、第２冷却部１２０および第２背圧弁１３０を経由して充填機１４０まで移送させる本稼働経路３とが設定されている。切替弁７０は、たとえば三方弁であり、コントロールユニット１５０の制御により、図２に示すように、パイプ１５内の第１流路３１とパイプ１６内の第２流路３２とを連通させて食品材料が立ち上げ経路２を流通するように動作することができ、また、パイプ１５内の第１流路３１とパイプ２１内の第３流路３３とを連通させて食品材料が本稼働経路３を流通するように動作することができる。

ここで、加熱処理装置１では、加熱開始直後は、食品材料の温度が所定の殺菌温度以上に安定しない場合があるが、このような場合でも、時間が経つと（たとえば加熱処理装置１の加熱開始から約１分程度経過すると）、第１流路３１内が十分に加圧された状態となり、食品材料を安定して殺菌温度以上まで加熱することができる。ただし、食品材料が予め決められた殺菌温度よりも低い温度のまま食品材料を第２冷却部１２０および充填機１４０に移送してしまうと、第２冷却部１２０および充填機１４０に生存した菌が混入してしまうこととなり、充填した食品材料の破棄だけではなく、第２冷却部１２０や充填機１４０の再度の殺菌洗浄が必要となってしまう。そのため、本実施形態では、通電加熱装置４０での加熱温度が安定するまで、コントロールユニット１５０は、切替弁７０により、食品材料に立ち上げ経路２を流通させる循環動作が行われる。そして、通電加熱装置４０での加熱温度が安定すると、コントロールユニット１５０は、切替弁７０を切り替えて、食品材料に本稼働経路３を流通させる充填動作が行われる。なお、コントロールユニット１５０は、温度センサ５０で計測した食品材料の温度に基づいて、食品材料の加熱温度が安定したか否かを判定し、切替弁７０を制御する構成とすることもできるし、あるいは、加熱開始から一定時間経過した場合に、食品材料の加熱温度が安定したと判定し、切替弁７０を制御する構成とすることもできる。

ここで、切替弁７０を切り替えて、通電加熱装置４０で加熱した食品材料を本稼働経路３（第１流路３１から第３流路３３）へと流動させる際に、切替弁７０から第２背圧弁１３０までの圧力が常圧となっている場合には、切替弁７０を切り替えた直後、加圧状態にあった加熱流路４８を含む本稼働経路３の圧力が低下してしまい、加熱流路４８において食品材料を１００℃を超える目標温度まで発熱させることができない場合が生じる。また、第３流路３３に流入した１００℃よりも高い温度に加熱された食品材料は、常圧にさらされることで突沸してしまい、第３流路３３を流通している食品材料だけではなく、第１流路３１を流通している後続の食品材料の流速も速くなってしまい、その結果、一部の食品材料において、加熱流路４８における通電加熱時間が十分に取れず目標温度まで発熱させられない場合があった。

これに対して、本実施形態では、コントロールユニット１５０が、第１流路３１と第３流路３３とを連結する前に、加圧空気源１１０に圧縮空気を第３流路３３に供給させ、第３流路３３内を加圧状態としておくことで、切替弁７０を切り替えた直後も、加熱流路４８を含む本稼働経路３を加圧状態のまま維持することができ、食品材料を１００℃を超える目標温度まで継続して発熱させることが可能となる。また、加圧空気源１１０により第３流路３３内を加圧状態としておくことで、１００℃よりも高い温度に加熱された食品材料が第３流路３３に流入しても、食品材料が突沸してしまうことを防止することができ、その結果、上述したような突沸による食品材料の流速の変化を防止することができ、これにより、加熱流路４８における食品材料の通電加熱時間を一定にすることができるため、食品材料を適切に加熱することが可能となる。

加圧空気源１１０は、エアーコンプレッサーなどであり、外部から空気を取り込み、取り込んだ空気を圧縮して、第３流路３３へと送り出す。また、加圧空気源１１０は、コントロールユニット１５０の制御に基づいて、オン／オフが制御される。加圧空気源１１０から送風された圧縮空気は、除菌フィルター１００を経由して、第３流路３３へと送風される。除菌フィルター１００は、細菌や菌の通過を防ぎ、空気のみを通過させるフィルターであり、これにより、加圧空気源１１０から供給された圧縮空気が無菌状態で第３流路３３へと提供されることとなる。また、本実施形態では、本稼働経路３上に第２背圧弁１３０を設けることで、加圧空気源１１０から圧縮空気を第３流路３３へと提供することで、切替弁７０と第２背圧弁１３０との間の流路（第３流路３３だけではなく、第２冷却部１２０内の流路およびパイプ２２内の流路）を加圧状態とすることができる。

また、食品材料が第２背圧弁１３０まで移送されると、ポンプ２０から第２背圧弁１３０までの流路が食品材料で満たされ、当該流路は一定の加圧状態となる。この状態になると、加圧空気源１１０から圧縮空気を第３流路３３内に供給する必要がなくなるため、コントロールユニット１５０は、加圧空気源１１０による圧縮空気の供給を停止する。なお、コントロールユニット１５０は、たとえば、第２背圧弁１３０付近に設けた流量センサなどにより、食品材料が第２背圧弁１３０まで到達したかを判断することができる。

パイプ２１（第３流路３３）を経由した食品材料は、第２冷却部１２０へと移送される。第２冷却部１２０では、加熱された食品材料が充填に適した温度まで冷却される。なお、第２冷却部１２０は、たとえば、食品材料が通過する流路の壁面外側において冷媒を循環させることで、充填機１４０に移送される食品材料を冷却することが可能となっている。そして、第２冷却部１２０で冷却された食品材料は、パイプ２２、第２背圧弁１３０、パイプ２３を経由して、充填機１４０まで移送される。

充填機１４０は、袋内に食品材料を充填するノズルと、袋内に充填された食品材料を成型する成型機を備えている。また、充填機１４０はホッパーを備えており、通電加熱装置４０から移送された食品材料をホッパーで一時的に貯留することができる。

以上のように、本実施形態に係る加熱処理装置１は、食品材料を加熱する通電加熱装置４０と、食品材料の流路を切り替える切替弁７０と、切替弁７０の切り替え動作を制御するコントロールユニット１５０と、を有し、コントロールユニット１５０は、通電加熱装置４０による加熱が安定するまでは、通電加熱装置４０から切替弁７０までの流路である第１流路３１と、殺菌されていない食品材料の流通が許容される第２流路３２とが連通するように切替弁７０を第１の位置として食品材料を移送する加熱立ち上げステップを実行し、通電加熱装置４０の安定稼働後に、切替弁７０を第２の位置として、加圧装置１１０により加圧された第３流路３３に、食品材料を移送する本稼働準備ステップを実行し、第２背圧弁１３０まで食品材料が到達した際に加圧装置１１０による加圧を停止する本稼働ステップを実行する。これにより、本実施形態に係る加熱処理装置１では、第１流路３１と第３流路３３とを連通させて場合に、ダミー液を本稼働経路３内に充満させて加圧状態としなくても、加熱流路４８を含む本稼働経路３を加圧状態のまま維持することができる。そのため、食品材料を加圧条件下で継続して発熱させることができ、食品材料を１００℃を超える目標温度まで発熱させることが可能となる。また、ダミー液を用いる必要がなくなるため、ダミー液に掛かるコストの削減、ダミー液の廃棄の防止、ダミー液の成分の食品材料への混入を防止することもできる。

また、通電加熱装置４０で加熱した食品材料を本稼働経路３（第１流路３１から第３流路３３）へと流動させる際に、切替弁７０から第２背圧弁１３０までの圧力が常圧となっている場合には、１００℃よりも高い温度に加熱された食品材料は常圧にさらされることで突沸してしまい、第３流路３３を流通している食品材料だけではなく、後続の第１流路３１を流通している食品材料の流速も速くなってしまい、一部の食品材料において通電加熱時間が十分に取れず、目標温度まで加熱できないおそれがあった。しかしながら、本実施形態では、加圧空気源１１０により切替弁７０から第２背圧弁１３０までの流路を加圧しておくことで、加熱流路４８を含む本稼働経路３を加圧状態のまま維持することができるため、食品材料の突沸を防止することができ、突沸による食品材料の流速の変化を抑止することができるため、食品材料を一定の速度で加熱流路４８を流通させて一定時間通電加熱することができ、加熱流路４８に順次移送される食品材料を途切れることなく１００℃を超える目標温度まで発熱させることが可能となる。

さらに、本実施形態に係る加熱処理装置１では、食品材料が第３流路３３を経由し第２背圧弁１３０まで流通した場合に、加圧空気源１１０による圧縮空気の供給を停止することで、加圧空気源１１０の加圧を必要な場合だけ行うことができ、食品材料の加熱・殺菌にかかるランニングコストを低減することもできる。加えて、本実施形態に係る加熱処理装置１は、第１背圧弁９０および第２背圧弁１３０を用いることにより、第１流路３１、第２流路３２および第３流路３３を比較的安価なかつ簡素な構成で加圧することができる。

≪第２実施形態≫
次に、第２実施形態に係る加熱処理装置１ａについて説明する。第２実施形態に係る加熱処理装置１ａは、第１背圧弁９０および第２背圧弁１３０に代えて、第１一軸偏心ねじポンプ１７０および第２一軸偏心ねじポンプ１８０を有すること以外は、第１実施形態に係る加熱処理装置１と同様の構成を有し、同様に動作する。以下においては、第１実施形態に係る加熱処理装置１と同じ構成については説明を割愛する。また、以下においては、第１一軸偏心ねじポンプ１７０および第２一軸偏心ねじポンプ１８０を、単に一軸偏心ねじポンプ１７０，１８０としても説明する。

ここで、第１実施形態に係る第１背圧弁９０および第２背圧弁１３０は、構造が簡素であり比較的安価であるが、内部流路が狭く、食品材料が一定の大きさ以上の固形物（たとえば平均粒径が１ｍｍ以上、または３ｍｍ以上、あるいは５ｍｍ以上の固形物）を含む液状物やジェル状物である場合、このような食品材料が第１背圧弁９０および第２背圧弁１３０を通過できない場合や、固形物が第１背圧弁９０および第２背圧弁１３０において破砕されてしまう場合があり、第１実施形態に係る加熱処理装置１を適用することが好ましくない場合があった。

これに対して、第２実施形態に係る加熱処理装置１ａでは、立ち上げ経路２に第１一軸偏心ねじポンプ１７０が設置され、本稼働経路３に第２一軸偏心ねじポンプ１８０が設置される。一軸偏心ねじポンプ１７０，１８０は、内部流路と同一方向の軸を中心として偏心ねじを回転させることで、食品材料を送り出すことができるポンプである。第２実施形態に係る一軸偏心ねじポンプ１７０，１８０は、第１実施形態に係る背圧弁９０，１３０と比べて、内部流路が広く設計されているため、１ｍｍ以上（または３ｍｍ以上、あるいは５ｍｍ以上）の固形物を含む食品材料であっても通過させることができる。たとえば、第２実施形態に係る一軸偏心ねじポンプ１７０，１８０として、ヘイシンモーノポンプ（登録商標）のＮＨＬＡ型（兵神装備株式会社製）を用いることができる。なお、ヘイシンモーノポンプのＮＨＬＡ型の一軸偏心ねじポンプでは、流路を構成する外周部を外側から加圧エアにより押圧することで一軸偏心ねじポンプ１７０，１８０の内部流路を狭くすることができ、また、外周部に対する加圧エアの印加を小さくまたは停止することで一軸偏心ねじポンプ１７０，１８０の内部流路を広くすることができるため、一軸偏心ねじポンプ１７０，１８０の内部流路の洗浄が容易となる。なお、第２実施形態においても、コントロールユニット１５０は、たとえば、第２一軸偏心ねじポンプ１８０付近に設けた流量センサなどにより、食品材料が第２一軸偏心ねじポンプ１８０まで到達したかを判断し、食品材料が第２一軸偏心ねじポンプ１８０まで到達したと判断した場合には、加圧空気源１１０による圧縮空気の供給を停止する構成とすることができる。

以上、本発明の好ましい実施形態例について説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施形態例の記載に限定されるものではない。上記実施形態例には様々な変更・改良を加えることが可能であり、そのような変更または改良を加えた形態のものも本発明の技術的範囲に含まれる。

たとえば、上述した実施形態では、切替弁７０を有し、この切替弁７０を制御して、加熱立ち上がり経路２と本稼働経路３とを切り替える構成を例示したが、この構成に限定されず、たとえば、切替弁７０および立ち上がり経路２を有さず、本稼働経路３のみを有する構成とすることができる。この場合、本稼働経路３（たとえばポンプ２０から第２背圧弁１３０までの間の流路）を加圧空気源１１０により加圧しておくことで、ダミー液を用いなくても、加熱流路４８を含む本稼働経路３を加圧状態としておくことができるため、食品材料を加熱流路４８において１００℃を超える目標温度まで加熱することが可能となる。

また、上述した実施形態では、第１冷却部８０および第２冷却部１２０を有する構成を例示したが、第１冷却部８０および／または第２冷却部１２０を備えない構成とすることができる。この場合、通電加熱装置４０で加熱された食品材料は、パイプ１６またはパイプ２１を経由する間に冷却されることとなる。なお、本発明における「冷却部」は第２冷却部１２０に限定されず、パイプ２１のように放熱により冷却が行われる部分を含むものとする。

また、上述した実施形態では、加熱された食品材料の温度が安定するまで、食品材料をパイプ１８を経由して原料タンク１０へと戻す構成の立ち上げ経路２を例示したが、この構成に限定されず、加熱された食品材料の温度が安定するまで、通電加熱装置４０で加熱した食品材料を、第２流路３２を経由して外部へと排出する構成とすることができる。また、温度保持部６０は必須ではなく、温度保持部６０を備えない構成とすることもできる。さらに、食品材料の温度が安定した後も、稼働中に原料タンク１０に投入された食品材料の撹拌不足や調合ミスなどにより、食品材料の温度が不安定となり、目標とする殺菌温度まで達成できない場合がある。このような場合、コントロールユニット１５０は、食品材料が流通する流路を、本稼働経路３から立ち上げ経路２へと切り替えるように、切替弁７０を制御する構成とすることもできる。

さらに、上述した実施形態では、切替弁７０と第２冷却部１２０との間に除菌フィルター１００および加圧空気源１１０を設ける構成を例示したが、この構成に限定されず、第２冷却部１２０と第２背圧弁１３０との間に除菌フィルター１００および加圧空気源１１０を設ける構成とすることができる。また、上述した実施形態に加えて、固形物などを含む流動性が低い食品材料である場合には、本稼働経路３のうち切替弁７０よりも充填機１４０側にモーノポンプなどを設ける構成とすることができる。

加えて、上述した実施形態では、電極体４３をリング状とする構成を例示したが、この構成に限定されず、たとえば、電極体４３を平板状とする構成とすることができる。たとえば、交流高電界殺菌方法による通電加熱を行う場合には、平板状の電極体４３を用い、この電極体４３を媒体で加熱および冷却することができる。

１，１ａ…加熱処理装置
１０…原料タンク
２０…ポンプ
３０…予熱部
４０…通電加熱装置
４１…加熱モジュール
４２…配管
４３…電極体
４４…スペーサ管体
４５…フランジ
４６…アース電極
４７…ジョイント部
４８…加熱流路
４９…媒体流路
４１０…媒体供給口
４１１…媒体排出口
５０…温度センサ
６０…温度保持部
７０…切替弁
８０…第１冷却部
９０…第１背圧弁
１００…除菌フィルター
１１０…加圧空気源
１２０…第２冷却部
１３０…第２背圧弁
１４０…充填機
１５０…コントロールユニット
１６０…電源ユニット
１７０…第１一軸偏心ねじポンプ
１８０…第２一軸偏心ねじポンプ

Claims (12)

1. 流動性を有する食品材料を移送する移送装置と、
   前記食品材料を加熱する加熱装置と、
   前記加熱装置が配置された加熱流路と、
   前記加熱流路から分岐する分岐流路と、
   充填装置と連通する充填流路と、
   前記充填流路に加圧エアを供給する加圧装置と、
   前記加熱流路と前記分岐流路とを連通する第１の位置、および、前記加熱流路と前記充填流路とを連通する第２の位置を有する切替弁と、
   前記移送装置、前記加熱装置、前記切替弁および前記加圧装置の動作を制御する制御部と、を備え、
   前記制御部が、前記加熱装置が安定稼働するまでは、前記切替弁を前記第１の位置として前記食品材料を移送する加熱立ち上げステップ、
   前記加熱装置の安定稼働後に、前記切替弁を前記第２の位置として、前記加圧装置により加圧された前記充填流路に、前記食品材料を移送する本稼働準備ステップ、
   前記充填流路の所定位置まで前記食品材料が到達した際に前記加圧装置による加圧を停止する本稼働ステップ、とを実行する加熱処理装置。
2. 前記制御部は、前記加熱立ち上げステップにおいて、前記食品材料を前記加熱装置により１００℃よりも高い温度まで加熱する、請求項１に記載の加熱処理装置。
3. さらに、前記加圧装置と前記充填流路との間に除菌フィルターが設けられた、請求項１に記載の加熱処理装置。
4. さらに、前記充填流路に充填流路背圧弁が設けられ、前記切替弁から前記充填流路背圧弁までの間の流路に前記加圧装置が加圧エアを供給することで、前記充填流路が加圧される、請求項１に記載の加熱処理装置。
5. 前記制御部は、前記本稼働ステップにおいて、前記食品材料が前記充填流路背圧弁に到達した際に前記加圧装置による加圧を停止する、請求項４に記載の加熱処理装置。
6. さらに、前記充填流路に一軸偏心ねじポンプが設けられ、前記切替弁から前記一軸偏心ねじポンプまでの間の流路に前記加圧装置が加圧エアを供給することで、前記充填流路が加圧される、請求項１に記載の加熱処理装置。
7. 前記制御部は、前記本稼働ステップにおいて、前記食品材料が前記一軸偏心ねじポンプに到達した際に前記加圧装置による加圧を停止する、請求項６に記載の加熱処理装置。
8. 前記加熱装置が、前記食品材料を通電加熱するジュール加熱装置である、請求項１に記載の加熱処理装置。
9. 流動性を有する食品材料を移送する移送装置と、
   前記食品材料を加熱する加熱装置と、
   前記加熱装置が配置された加熱流路と、
   充填装置と連通する充填流路と、
   前記充填流路に加圧エアを供給する加圧装置と、
   前記移送装置、前記加熱装置、および前記加圧装置の動作を制御する制御部と、を備え、
   前記制御部は、前記加圧装置に前記充填流路内を加圧させた状態で、前記食品材料を前記充填流路に移送する、加熱処理装置。
10. 請求項１ないし８のいずれかに記載の加熱処理装置を用いた加熱処理方法であって、
    前記加熱装置が安定稼働するまでは、前記切替弁を前記第１の位置として前記食品材料を移送する加熱立ち上げステップ、
    前記加熱装置の安定稼働後に、前記切替弁を前記第２の位置として、前記加圧装置により加圧された前記充填流路に、前記食品材料を移送する本稼働準備ステップ、
    前記充填流路の所定位置まで前記食品材料が到達した際に前記加圧装置による加圧を停止する本稼働ステップ、とを実行する加熱処理方法。
11. 前記充填流路に充填流路背圧弁が設けられ、前記切替弁から前記充填流路背圧弁までの間の流路に前記加圧装置が加圧エアを供給することで、前記充填流路が加圧される、請求項１０に記載の加熱処理方法。
12. 前記充填流路に一軸偏心ねじポンプが設けられ、前記切替弁から前記一軸偏心ねじポンプまでの間の流路に前記加圧装置が加圧エアを供給することで、前記充填流路が加圧される、請求項１０に記載の加熱処理方法。