JP2567709B2 - 高粘度流体食品用のバツチ式殺菌装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明はホワイトソースのような高粘度の食品などの
殺菌に使用するバッチ式殺菌装置に関するものである。

（従来の技術） 包装食品の殺菌は容器内殺菌と外殺菌がある。

容器内殺菌は食品を充填・密閉した後，オートクレー
プに入れて加熱する方法（特開昭52-1084号公報参照）
でなされている。

このオートクレープによる方法では包装の内部の温度
むら、即ち包装の壁面付近と中心付近との温度差が甚だ
しく、かつ加熱殺菌のための温度履歴は最も熱伝達の遅
い包装の中心温度を基準として設定される必要があるの
で、包装の壁面付近の食品は長時間にわたって極めて高
い温度にさらされることになり、熱感受性の高い、例え
ばホワイトソースのような食品では、褐変や風味低下の
ような好ましくない影響が現れることがある。

容器外殺菌は、プレート式熱交換器あるいはライン中
での蒸気の混合等の加熱手段を使用した連続式殺菌装置
を使用する方法（特開昭57-22678号公報参照）で行われ
ている。

この連続式殺菌装置による方法は高温短時間の処理が
可能であって、製品の品質に与える影響の面では優れて
いる。しかしこれは主に飲料に使用される方法であっ
て、高粘度の食品にはプレート式熱交換器を使用するこ
とは困難である。このため、掻き取り式熱交換器を使用
せざるを得ないが、この掻き取り式熱交換器は高価で実
施が困難である。

また、ライン中で蒸気と原料を混合する装置も、高粘
度の原料を処理する場合には原料と蒸気容器が混合しづ
らく実施が困難である。また配管中に吹き込まれた蒸気
が直ちに原料と混合しない場合には、原料の蒸気との接
触部分は殺菌温度以上の温度に暴露されることになり、
これが短時間であっても、製品の褐変や焦臭の発生等の
著しい熱劣化を発生する場合が多い。

また、一般に連続式殺菌装置は加熱方法が熱交換器、
蒸気混合方式であるとを問わず、装置内の滞液量が多
く、単一品種の生産量が多くない場合には歩留りが低下
する欠点がある。

（発明が解決しようとする課題） 本発明は高粘度原料の処理の場合でも圧力損失の問題
が発生しなく、早い昇温が可能であり、熱劣化の少ない
極めて品質の高い加熱殺菌処理が可能であり、また多品
種生産の面でも高い稼働率で歩留りの良い運転が可能で
ある新規の高粘度流体食品用のバッチ式殺菌装置を提供
することを目的とするものである。

（課題を解決するための手段） 上記目的を達成するために本発明高粘度流体食品用の
バッチ式殺菌装置は、高粘度流体食品原料を収容するバ
ッチ使用構造の密閉混合槽と、密閉混合槽ヘッドスペー
スに蒸気流量調節弁および蒸気流入口を介して蒸気を吹
き込む蒸気供給部と、同ヘッドスペースから排気口およ
び排気弁を介して排気する排気部と、排気口と排気弁の
間に切り替え弁を介して連結した真空ポンプとを備え、
蒸気流入口からの蒸気により、高粘度流体食品原料の液
相側境膜を短時間で交換するように攪拌・加熱し、排気
弁の開放による該原料の冷却後、さらに真空ポンプの作
動により減圧冷却が行われるようにしたものであり、 そして、密閉混合槽の外周に冷却ジャケットをもつも
のである。

（実施例） 第１図に示す第１実施例は、Φ250mm、H650mm、容量2
7lの円筒型コニカル底槽１に粘度が1cpから3000cpの10l
の原料２を入れ、ヘッドスペース３に蒸気を吹き込むよ
うにしたものである。

この場合、蒸気の吸収速度は3000（kg/m²・hr・atm）
であった。これは蒸気の圧力を（原料の蒸気圧＋１）kg
/cm²に保った場合、30〜130℃まで0.01hr（＝36秒）で
昇温できることを意味する。しかも粘度の増加による性
能の低下が殆ど無かった。

第２図に示す第２実施例は機械的攪拌装置４による混
合部および冷却ジャケット５による冷却部をもつもので
ある。

尚、図中６は蒸気供給部を示すものであって、槽１に
取り付けた温度センサー７、演算部（温度調節計）８、
減圧弁９、蒸気流量調節弁10から構成されている。また
11は蒸発冷却部の排気部分であって、切り替え弁12、排
気弁13、真空ポンプ14から構成されているものである。
この排気部分11は殺菌温度100℃まで切り替え弁12によ
って排気管を排気弁13側に切り替え、蒸気を放出させて
蒸発冷却を行い、原料の温度が100℃以下もしくは100℃
よりも僅かに高い温度になるまで冷却されると切り替え
弁12を真空ポンプ14側に切り替え、この真空ポンプ14に
より所定の温度になるまで槽１内を減圧し、蒸気冷却さ
せるようになっている。

第１実施例において、130℃まで加熱した後、排気弁1
3を開放することによって急速冷却を行った結果、130℃
→100℃までの冷却に要した時間は約60秒であった。こ
の速度は、原料から放出された水蒸気が排気管を通過す
る際の抵抗によって決定されるので排気管を太くするこ
とによってこの速度を上げることも容易である。しかし
この速度はオートクレープによって加熱処理された包装
食品が冷却される速度と比較しても充分に速いので、熱
劣化がはるかに少ない高品質な製品を得ることができ
る。

商業生産の場においては、この後の充填に適した更に
低い温度まで冷却する必要がある場合があるが100℃以
下の温度での製品の熱劣化はほぼ無視できるので、これ
以上の冷却は真空ポンプ14で吸引することによる蒸発冷
却はもちろんであるが、槽のジャケットに冷水を循環す
ることによるゆっくりとした冷却も適用できる。

また、原料によっては蒸発冷却によってフレーバーが
消失するものがあり、このような原料に対しては蒸発冷
却は適用できないので殺菌済原料冷却用ジャケットによ
る冷却のみを行う構成で本発明は実施する。

次に、上記従来の技術において述べた連続式熱交換器
と上記第１実施例との比較ならびに槽の加熱ジャケット
のみによる加熱と上記第１実施例との比較を記載する。

連続式熱交換器との比較 上記蒸気の吸収速度の値は、ある条件に限って総括伝
熱係数に換算すると10000〜100000kcal/m²hr℃に相当
し、プレート式熱交換器を最も良い条件（低粘度の原料
を使用）で運転した場合の数倍〜数10倍である。しかし
実際には3000cpの高い粘度の原料をプレート式熱交換器
で処理することは困難なので管式熱交換器或いは掻き取
り式熱交換器を使用することになるが、いずれにせよ熱
交換器ではこのような高粘度の原料を処理する場合には
1000kcal/m²・hr・℃程度の性能しか得られない。

槽の加熱ジャケットによる加熱との比較 同じ条件で加熱ジャケット付き槽によって原料を加熱
することを想定する。

これに使用した槽はΦ250mmであるので10lの原料は、
高さ約200mmに相当する。この場合利用できる伝熱面積
は 0.25×π×0.2＝0.157（m²）となる。

加熱ジャケット付き槽に高粘度液を入れ、機械的攪拌
を行い、ジャケットに蒸気を通過させ加熱を行った場合
の総括伝熱係数は500kcal/m²・hr・℃程度である。

この条件で蒸気の温度を（原料温度＋５）℃に維持し
た場合、原料を30℃から130℃に昇温するのに必要な時
間ｘは 従って、原料の暴露される温度を同じにした場合、本
発明蒸気吹込式はジャケット加熱の200〜300倍の速度で
加熱できることが判る。

このことは本発明に係る蒸気吹込式はジャケット加熱
方式と比較して、200〜300分の１の熱損傷で同じ熱処理
ができることを示している。

（作用） 蒸気が食品原料に吸収される速度は極めて速いが、当
該食品原料の静止した系でこのような吸収反応を行わせ
ようとする場合には、蒸気中に僅かに含まれる酸素、窒
素等の非凝縮性ガスが気相側境膜を構成し、また飽和温
度まで加熱された食品原料が液相側境膜を形成し、しか
も液相側境膜は原料が高粘度である場合には分子拡散に
よる減少が殆ど期待できず、また液相の上方が加熱され
るために対流による境膜の減少も起こらない。従って原
料は接触面のみが極く短時間の間に飽和温度まで加熱さ
れた後は蒸気の吸収は停止してしまい、実用できる加熱
装置とはならない。

この問題は液相側境膜を短時間で交換するような攪拌
を行うことによって解決されるが、通常の槽の攪拌のご
とく液相の中央部で攪拌翼を回転させる方法では液相側
境膜の交換速度は数秒から数十秒に一回程度であり、結
果として低い加熱能率しか得られない。またこのような
攪拌方法で高い交換速度を得ようと攪拌速度や攪拌翼を
大きくすると攪拌動力は莫大なものとなり、また食品原
料に多くの剪断仕事を行うので食品原料の物性が変化す
る恐れがある。

本発明に係る装置は蒸気の運動エネルギーによる攪拌
すなわち原料と蒸気との接触面の機械的攪拌を行うこと
によってこの問題を解決している。

まず、蒸気の運動エネルギーによる攪拌の方法は以下
の通りである。

混合槽の蒸気流入口は液面に向けて設置されなければ
ならない。

蒸気流量調節弁と排気弁を開放する。この開放は混合
槽のヘッドスペース中の空気を排出するとともに、一時
的に高い蒸気容器流速を確保するためである。

初期の高い蒸気流速によって原料の表面が混合される
と、境膜の交換とともに接触面積の拡大の効果が得ら
れ、蒸気の吸収速度はきわめて高いものとなり、蒸気の
流入速度はますます加速されるようになる。このような
状態が得られたならば排気弁を絞り、流出する蒸気量を
減少しても、その後は蒸気の吸収速度が大きいために高
い流入蒸気流速が維持されるので燃料費の節約のために
排気弁を絞ることが望ましい。しかし排気弁を完全に閉
止すると蒸気に含まれる酸素、窒素等の非凝縮性ガスが
ヘッドスペース中で濃縮され、蒸気の吸収を疎外するの
で排気弁は僅かに開いておく方が良い結果が得られる。

蒸気の流入口は１個或いは複数個でもよく、複数の場
合には蒸気の流入抵抗が少ないのでより高い加熱能率が
得られる。

また、混合槽が大型で蒸気流入口から原料表面までの
距離が大きい場合には蒸気の放出点から原料表面までの
距離を小さくすることによって良い攪拌状態が得られ
る。

原料の温度が所定の殺菌温度に到着した後は排気弁お
よび蒸気流量調節弁を閉止し、所定の殺菌温度保持時間
までこのままの状態を維持する。

殺菌温度保持時間経過後は排気弁を開放し、殺菌され
た原料を蒸発冷却する。

原料の大気圧下での沸点以下に冷却する場合には真空
ポンプで槽内をさらに減圧するか、もしくは混合槽のジ
ャケットに冷却水を循環して冷却を行う。

次に、機械的攪拌の方法は以下の通りである。

攪拌翼はパドル型もしくは傾斜パドルが望ましい。或
いは傾斜パドル型攪拌翼の末端を下方にひねった形の攪
拌翼を使用すると液面の外周付近で原料が下方に押し込
まれるので液が共回りしても液面がすりばち状になら
ず、もっとも良い結果が得られる。

このような攪拌翼を僅かに原料の表面に接触するよう
に設置し、攪拌翼を回転させると同時に蒸気流量調節
弁、及び排気弁を開放する。これはと同じくヘッドス
ペース中の空気を排出するためである。

空気の排出が終わると排気弁を絞り、流出する蒸気量
を減少させる。

後の操作と同様である。

機械的攪拌を採用する場合には高流速の蒸気が直接に
原料表面に衝突しないように蒸気流入の先に当り板を設
置すると、原料の飛沫化の程度が少ないのでよりもさ
らに均一な加熱処理が行えるという利点がある。

また、ともに原料全体の循環を行うような攪拌機
を併用すると温度の均一性が高まり、製品品質も向上す
る。

（発明の効果） 本発明は上記のような構成であるので、バッチ方式に
よる処理手段を行うことが可能であり、高粘度の原料の
処理の場合でも圧力損失の問題を発生せず、なおかつラ
イン中で蒸気と混合を行う方法と比較して蒸気と原料の
接触面積が極めて広くとれるために原料と接触する蒸気
圧力、即ち蒸気温度は殆ど殺菌温度と等しく充分に早い
昇温が可能であり、熱劣化の少ない極めて品質の高い加
熱殺菌処理を可能とするものであり、また連続式の殺菌
装置のように、原料の処理に先立って装置の殺菌を行う
手間が極端に少ないので、多品種生産の場面でも高い稼
働率で歩留りの良い運転ができる利点があり、更に請求
項１の装置または請求項２の装置は上記したように加熱
性能、冷却性能において微妙に異なっているので、被処
理原料の種類により使い分けて各々それなりの効果を得
ることができるが、中でも請求項２の装置は蒸発冷却を
適用できない原料たとえば蒸発冷却によってフレーバー
が消失してしまう原料の処理に好適である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１実施例を示す概略図、第２図は同
じく第２実施例を示す概略図である。 １……槽、２……原料、３……ヘッドスペース、４……
機械的攪拌装置、５……冷却ジャケット、６……蒸気供
給部、７……温度センサー、８……演算部（温度調節
計）、９……減圧、10……蒸気流量調節弁、11……排気
部分、12……切り替え弁、13……排気弁、14……真空ポ
ンプ、15……掻取羽根、16……当り板。

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】高粘度流体食品原料を収容するバッチ使用
   構造の密閉混合槽と、密閉混合槽ヘッドスペースに蒸気
   流量調節弁および蒸気流入口を介して蒸気を吹き込む蒸
   気供給部と、同ヘッドスペースから排気口および排気弁
   を介して排気する排気部と、排気口と排気弁の間に切り
   替え弁を介して連結した真空ポンプとを備え、蒸気流入
   口からの蒸気により、高粘度流体食品原料の液相側境膜
   を短時間で交換するように攪拌・加熱し、排気弁の開放
   による該原料の冷却後、さらに真空ポンプの作動により
   減圧冷却が行われることを特徴とする高粘度流体食品用
   のバッチ式殺菌装置。
2. 【請求項２】密閉混合槽の外周に冷却ジャケットをもつ
   ことを特徴とする請求項１記載の高粘度流体食品用のバ
   ッチ式殺菌装置。