JP4159395B2 - 野菜汁からの硝酸性窒素の除去方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は野菜汁からの硝酸性窒素の除去方法に関する。野菜類から搾汁して得た野菜汁には野菜類由来の硝酸性窒素、すなわち硝酸イオンを形成する窒素が含まれていることが多い。かかる硝酸性窒素は健康に害を及ぼす成分であることが知られている。したがって、野菜汁からはこれに含まれる硝酸性窒素を除去することが望まれる。本発明は野菜汁からこれに含まれる硝酸性窒素を効率的に除去する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、野菜汁から硝酸性窒素を除去する方法として、イオン交換樹脂を用いる方法が知られている（例えば特許文献１及び２参照）。しかし、かかる従来法には、イオン交換樹脂の洗浄や交換等の作業が誠に厄介であり、またイオン交換樹脂に野菜汁本来の香味成分が吸着されたり、イオン交換樹脂の臭気が野菜汁に付く等、多くの問題がある。一方、硝酸性窒素を含む水の処理方法として、水を電気透析する方法が知られている（例えば特許文献３〜５参照）。しかし、かかる水の処理方法と同様に野菜汁をそのまま電気透析しても、野菜汁から硝酸性窒素を効率的に除去できないという問題がある。
【０００３】
【特許文献１】
特開昭５９−３１６７８号公報
【特許文献２】
特開平１１−２９００４１号公報
【特許文献３】
特開平７−１７１５７４号公報
【特許文献４】
特開平９−７５９９０号公報
【特許文献５】
特開平９−１０３７９９号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明が解決しようとする課題は、作業性良く、また野菜汁本来の香味を損なうことなく、野菜汁から硝酸性窒素を効率的に除去する方法を提供する処にある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
前記の課題を解決する本発明は、野菜汁をＢｒｉｘ１０〜６０％に濃縮し、その濃縮物を電気透析することを特徴とする野菜汁からの硝酸性窒素の除去方法に係る。
【０００６】
本発明において対象となる野菜汁はそれが硝酸性窒素を含むものである限り、その種類、言い替えればその原料となる野菜の種類に特に制限はない。しかし本発明は、一般に硝酸性窒素を多く含む緑色野菜類の野菜汁、なかでもセロリ、ホウレン草、ケール等の葉菜類の野菜汁に対してより効果の発現が高い。
【０００７】
本発明では、前記のような野菜汁をＢｒｉｘ１０〜６０％に濃縮する。濃縮手段は、常圧濃縮、減圧濃縮、逆浸透濃縮等、特に制限されないが、野菜汁本来の香味をできるだけ損なわないようにするため、減圧濃縮又は逆浸透濃縮が好ましい。詳しくは後述するように、野菜汁をＢｒｉｘ１０〜６０％に濃縮し、その濃縮物を電気透析すると、野菜汁をそのまま電気透析する場合に比べて、硝酸性窒素をはるかに効率的に除去できる。
【０００８】
濃縮に先立って、野菜汁のＳＶを１０％以下に調整しておくのが好ましく、５％以下に調整しておくのがより好ましい。野菜汁のＳＶが１０％超であると、そのような野菜汁を所望通りに濃縮するのが難しくなったり、又は所望通りに濃縮できても、その濃縮物にこれを電気透析するのに必要な流動性を持たせるのが難しくなるからである。ここでＳＶは、スラッジボリューム（Sludge Volume）であり、野菜汁１０mlを長さ１０５mmの遠心沈澱管にとり、回転半径１４．５cm、回転数３０００回／分、時間１０分の条件で遠心分離したときの、全体に対する沈澱物の割合を意味する。かかるＳＶの調整は、通常濾過、精密濾過、限外濾過等の濾過や遠心分離で行なうことができる。
【０００９】
野菜汁は、前記したようにＢｒｉｘ１０〜６０％に濃縮するが、Ｂｒｉｘ２０〜４０％に濃縮するのが好ましい。詳しくは後述するように、野菜汁を濃縮し、その濃縮物を電気透析すると、濃縮に伴って硝酸性窒素の除去効率が向上する。その状況は、Ｂｒｉｘ１０％迄は急激に向上し、その後はやや緩やかに向上して、ＢｒｉＸ６０％でほぼ一定になる。濃縮や電気透析における作業面、これらに用いる装置面での制約も考慮すると、野菜汁の濃縮及びその濃縮物の電気透析を安定して且つ円滑に行ない、その上で硝酸性窒素を効率的に除去するためには、野菜汁をＢｒｉｘ１０〜６０％に濃縮するが、野菜汁をＢｒｉｘ２０〜４０％に濃縮するのが好ましいのである。
【００１０】
本発明では、前記したように野菜汁をＢｒｉｘ１０〜６０％に濃縮し、その濃縮物を電気透析する。電気透析に用いる装置はそれが１価の陰イオン（ＮＯ_３ ⁻）の形態をとる硝酸性窒素を除去できるものである限り特に制限されないが、通常は陽イオン交換膜と陰イオン交換膜とを交互に配設したものを用いる。電気透析の条件も特に制限されないが、濃縮物を膜面線速０．５〜１０cm／秒で流して電気透析するのが好ましい。膜面線速０．５cm／秒未満であると、限界電流密度が低下して、硝酸性窒素の除去効率が悪くなり易く、逆に膜面線速が１０cm／秒超であると、圧力損失が増大して、イオン交換膜の耐圧を超える場合が生じるからである。ここで膜面線速は、イオン交換面を臨む箇所での濃縮物の線速を意味する。また電気透析時の濃縮物の温度は、１０℃以下とするのが好ましく、５℃前後とするのがより好ましい。電気透析中における雑菌汚染を防止するためである。
【００１１】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の実施状態を例示する全体図である。図１では野菜汁の濃縮物をバッチ式で電気透析している。野菜汁をＢｒｉｘ１０〜６０％に濃縮し、その濃縮物をタンク１１へ入れる。濃縮物はタンク１１からポンプ２１及び冷却器３１を介して電気透析膜スタック４１へ供給され、ここで電気透析されて硝酸性窒素が除去された後、タンク１１へ戻され、以下同様に循環するようになっている。また除去された硝酸性窒素の濃縮液がタンク１２からポンプ２２及び冷却器３２を介して電気透析膜スタック４１へ供給された後、タンク１２へ戻され、以下同様に循環するようになっている。更に電極液がタンク１３からポンプ２３を介して電気透析膜スタック４１へ供給された後、タンク１３へ戻され、以下同様に循環するようになっている。
【００１２】
電気透析膜スタック４１には、図示しない陽イオン交換膜と陰イオン交換膜とが交互に配設されており、交互に配設されたこれらのイオン交換膜の一方に図示しない陽極が、また他方に図示しない陰極が挿入されている。かかる電気透析膜スタック４１それ自体は、例えば特開平９−１０３７９９号公報に記載されているような公知のものである。濃縮物について前記のような電気透析を所定時間行なうと、タンク１１には硝酸性窒素の除去された濃縮物が貯留される。
【００１３】
【実施例】
試験区分１
図１について前述した実施状態にしたがい、下記のようにホウレン草汁、ケール汁及びこれらの各濃縮物を電気透析した。
ホウレン草汁及びその濃縮物：ホウレン草を洗浄し、９５℃で３分間ブランチングして、破砕した後、スクリュープレスを用いて圧搾搾汁し、遠心分離して、Ｂｒｉｘ３％でＳＶ１％のホウレン草汁を得た。このホウレン草汁をロータリーエバポレーターで減圧濃縮し、Ｂｒｉｘ１０％、２０％、３０％、４０％、５０％及び６０％の各濃縮物を得た。以上のホウレン草汁及びその各濃縮物について電気透析を行なった。
ケール汁及びその濃縮物：ケールを洗浄し、９５℃で３分間ブランチングして、破砕した後、スクリュープレスを用いて圧搾搾汁し、遠心分離して、Ｂｒｉｘ５％でＳＶ１％のケール汁を得た。このケール汁をロータリーエバポレーターで減圧濃縮し、Ｂｒｉｘ１０％、２０％、３０％、４０％、５０％及び６０％の各濃縮物を得た。以上のケール汁及びその各濃縮物について電気透析を行なった。
電気透析装置：１価選択性陽イオン交換膜（旭化成社製の商品名アシプレックスＫ１９２）と１価選択性陰イオン交換膜（旭化成社製の商品名アシプレックスＡ１９２）とを交互に配設した有効膜面積０．０５５ｍ^２の電気透析膜スタックを備える小型電気透析装置（旭化成社製のＳ３型電気透析装置）。
電気透析条件：ホウレン草汁、ケール汁及びこれらの各濃縮物の温度１０℃で膜面線速１．０cm／秒。
【００１４】
電気透析前及び電気透析後におけるホウレン草汁、ケール汁及びこれらの各濃縮物について硝酸性窒素の濃度（ｐｐｍ）をイオンクロマト（ダイオネックス社製のＤＸ５５０）により分析し、硝酸性窒素の除去効率を求めた。結果を図２に示した。図２は横軸に電気透析したもののＢｒｉｘ（％）を目盛っており、縦軸にイオン交換膜１ｍ^２当たり且つ電気透析１時間当たりの硝酸性窒素の除去量（ｇ）で硝酸性窒素の除去効率（ｇ／ｈ／ｍ^２）を目盛っていて、図２中の１はホウレン草汁及びその各濃縮物の場合を、また２はケール汁及びその各濃縮物の場合を示している。
【００１５】
図２の結果から、ホウレン草汁又はケール汁を濃縮し、その濃縮物を電気透析すると、ホウソウ草汁又はケール汁をそのまま電気透析する場合に比べ、硝酸性窒素をはるかに効率的に除去できることが解る。またホウレン草汁又はケール汁を濃縮し、その濃縮物を電気透析すると、濃縮に伴って硝酸性窒素の除去効率が向上することが解る。そしてその状況は、Ｂｒｉｘ１０％迄は急激に向上し、その後はやや緩やかに向上して、Ｂｒｉｘ６０％でほぼ一定になることが解る。
【００１６】
試験区分２
試験区分１と同様にして、Ｂｒｉｘ２０％に濃縮したホウレン草汁の濃縮物を電気透析し、その処理時間（分）毎で濃縮物における硝酸性窒素の濃度（ｐｐｍ）を分析した。結果を図３に示した。図３は横軸に電気透析の処理時間（分）を目盛っており、縦軸に濃縮物の硝酸性窒素の濃度（ｐｐｍ）を濃縮前のホウレン草汁のＢｒｉｘ３％に換算すなわち希釈したときの濃度（ｐｐｍ）で示している。
【００１７】
また試験区分１と同様にして、Ｂｒｉｘ２０％に濃縮したケール汁の濃縮物を電気透析し、その処理時間（分）毎で濃縮物における硝酸性窒素の濃度（ｐｐｍ）を分析した。結果を図４に示した。図４は横軸に電気透析の処理時間（分）を目盛っており、縦軸に濃縮物の硝酸性窒素の濃度（ｐｐｍ）を濃縮前のケール汁のＢｒｉｘ５％に換算すなわち希釈したときの濃度（ｐｐｍ）で示している。
【００１８】
試験区分３
試験区分１と同様にして、Ｂｒｉｘ１０％、２０％及び３０％に濃縮したホウレン草汁の各濃縮物を電気透析した。但し、ここでは膜面線速（cm／秒）を表１記載の６段階で変えて電気透析し、硝酸性窒素の除去効率（ｇ／ｈ／ｍ^２）を求めた。Ｂｒｉｘ２０％の濃縮物を膜面線速１．０cm／秒で電気透析したときの硝酸性窒素の除去効率（ｇ／ｈ／ｍ^２）を１として、相対的な結果を表１にまとめて示した。
【００１９】
【表１】

【００２０】
表１の結果から、膜面線速を０．５cm／秒未満にすると、硝酸性窒素の除去効率が悪くなる傾向を示すことが解る。
【００２１】
試験区分４
試験区分１と同様にしてＢｒｉｘ２０％に減圧濃縮したホウレン草汁の濃縮物を電気透析し、電気透析した濃縮物を濃縮前の元のホウレン草汁のＢｒｉｘ３％に水希釈して戻し、硝酸性窒素の濃度４３ｐｐｍのホウレン草汁を得た。別に、試験区分１と同様にしてＢｒｉｘ２０％に減圧濃縮したホウレン草汁の濃縮物を濃縮前の元のホウレン草汁のＢｒｉｘ３％に水希釈して戻し、戻したホウレン草汁２Ｌに強塩基性イオン交換樹脂（オルガノ社製の商品名アンバーライトＩＲＡ４００）２００mlを加え、撹拌してイオン交換処理し、硝酸性窒素の濃度４７ｐｐｍのホウレン草汁を得た。双方を２点比較の官能評価に供し、どちらかが好ましいかを選択させた。官能評価は男性１５名及び女性１５名の合計３０名で行ない、結果を表２に示した。
【００２２】
また試験区分１と同様にしてＢｒｉｘ２０％に減圧濃縮したケール汁の濃縮物を電気透析し、電気透析した濃縮物を濃縮前の元のケール汁のＢｒｉｘ５％に水希釈して戻し、硝酸性窒素の濃度４７ｐｐｍのケール汁を得た。別に、試験区分１と同様にしてＢｒｉｘ２０％に減圧濃縮したケール汁の濃縮物を濃縮前の元のケール汁のＢｒｉｘ５％に水希釈して戻し、戻したケール汁２Ｌに強塩基性イオン交換樹脂（オルガノ社製の商品名アンバーライトＩＲＡ４００）２００mlを加え、撹拌してイオン交換処理し、硝酸性窒素の濃度４５ｐｐｍのケール汁を得た。双方を２点比較の官能評価に供し、どちらかが好ましいかを選択させた。官能評価は男性１５名及び女性１５名の合計３０名で行ない、結果を表２に示した。
【００２３】
【表２】

【００２４】
【発明の効果】
既に明らかなように、以上説明した本発明には、作業性良く、また野菜汁本来の香味を損なうことなく、野菜汁から硝酸性窒素を効率的に除去できるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施状態を例示する全体図。
【図２】 本発明において野菜汁の濃度度合いと硝酸性窒素の除去効率との関係を例示するグラフ。
【図３】 本発明においてホウレン草汁の濃縮物を電気透析したときの処理時間と硝酸性窒素の濃度との関係を例示するグラフ。
【図４】 本発明においてケール汁の濃縮物を電気透析したときの処理時間と硝酸性窒素の濃度との関係を例示するグラフ。
【符号の説明】
１１〜１３・・タンク、２１〜２３・・ポンプ、３１，３２・・冷却器、４１・・電気透析膜スタック

Claims (7)

1. 野菜汁をＢｒｉｘ１０〜６０％に濃縮し、その濃縮物を電気透析することを特徴とする野菜汁からの硝酸性窒素の除去方法。
2. 野菜汁をＢｒｉｘ２０〜４０％に濃縮する請求項１記載の野菜汁からの硝酸性窒素の除去方法。
3. 野菜汁が葉菜類由来のものである請求項１又は２記載の野菜汁からの硝酸性窒素の除去方法。
4. 葉菜類がセロリ、ホウレン草及びケールから選ばれる少なくとも一つを含むものである請求項３記載の野菜汁からの硝酸性窒素の除去方法。
5. 野菜汁がＳＶ１０％以下に調整したものである請求項１〜４のいずれか一つの項記載の野菜汁からの硝酸性窒素の除去方法。
6. 濃縮物を膜面線速０．５〜１０cm／秒で流して電気透析する請求項１〜５のいずれか一つの項記載の野菜汁からの硝酸性窒素の除去方法。
7. 濃縮物を１０℃以下で電気透析する請求項１〜６のいずれか一つの項記載の野菜汁からの硝酸性窒素の除去方法。

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