JP4220662B2 - 果汁濃縮液の製造方法および同装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は逆浸透膜装置により、果汁から適量の水分を除去して所要濃度の果汁濃縮液を製造する方法および装置に関する。
【０００２】
【従来の技術とその問題点】
果汁から適量の水分を分離して果汁濃縮液を製造する方法として逆浸透法がある。
この逆浸透法は逆浸透膜（半透膜）により濃厚溶液と希薄溶液間を仕切って浸透圧よりも大なる圧力を濃厚溶液側に掛け、濃厚溶液中の溶媒を希薄溶液側へ浸透させる方法であり、果汁の濃縮においては、被濃縮液たる果汁原液（濃厚溶液）中からその水分（希薄溶液）のみを逆浸透法によって分離し、濃縮果汁（果汁濃縮液）を得ている。
【０００３】
従来、上述した逆浸透法において濃縮処理量を大ならしめる場合には、逆浸透膜の面積を大にしたり、あるいは被濃縮液に掛ける圧力を大にしなければならず、いきおい装置コストやランニングコストが嵩むという問題がある。
【０００４】
また、逆浸透膜に透過性の大なるものを使用すれば単位時間当たりの濃縮処理量は大とはなるが、水分以外の果汁成分の一部も分離させられてしまい、果汁の風味（味、香り）や栄養成分等が損なわれることがある。
【０００５】
【目的】
本発明の目的とするところは、従来から果汁濃縮液の製造に用いられている逆浸透膜装置を使用することができて、果汁の風味や成分等を損なうことなく果汁濃縮液の製造を効率よく行なえるようにすることにある。
【０００６】
【本発明の手段】
本発明においては、果汁中の水分子が単独の分子で存在するのではなく、１２個程度の水分子が水素結合によりクラスタ（会合粒子）として存在していることに着目し、このクラスタを細かく分割してその構成分子数を小、すなわちクラスタの大きさを小ならしめて逆浸透膜に対する水分の透過率を向上させ、もって果汁濃縮液の製造を効率よく行なえるようにした。
【０００７】
しかして、本発明方法は果汁に酵素を添加して懸濁成分を析出させ、この懸濁成分を遠 心分離し、不純物や異臭を除去する浄化工程の後、この浄化工程を経た果汁を逆浸透膜装置に送る流入管内の一部に、果汁の流れと直交する磁束よりなる磁場を形成し、この磁場に果汁を通過せしめることにより、果汁中における水のクラスタを細かく分割せしめて逆浸透膜装置に送り、所要濃度の果汁濃縮液になるよう果汁中から水分を除去する構成としてある。
【０００８】
また、本発明に係る果汁濃縮液の製造装置は、果汁に酵素を添加して懸濁成分を析出させ、この懸濁成分を遠心分離し、不純物や異臭を除去する浄化工程の後、この浄化工程を経た果汁を逆浸透膜装置に送る流入管の外側に、同流入管内における果汁の流れと直交する磁束よりなる磁場を形成する磁場発生装置を設け、この磁場発生装置による磁場に果汁を通過せしめることにより、果汁中における水のクラスタを細かく分割せしめて逆浸透膜装置に送り、所要濃度の果汁濃縮液になるよう果汁中から水分を除去する構成のものとしてある。
【０００９】
【実施例】
以下、本発明に係る果汁濃縮液の製造方法および同装置の実施例を添付図面に示す具体例に基づいて詳細に説明する。
図１は被濃縮液たる果汁を濃縮する場合の工程を示しており、浄化工程１によって不純物等を除去した果汁を本発明に係る果汁濃縮液製造装置２に送り、所要濃度の濃縮果汁となるよう果汁から水分を除去して濃縮する構成としてある。
【００１０】
浄化工程１においては、果汁の第一貯留タンク３、果汁に酵素を添加して懸濁成分を析出させる析出槽４、析出槽で析出させた懸濁成分を遠心分離するデカンダ５、沈殿物を除去して果汁を清澄化するクラリファイア６、清澄化した果汁を貯める第二貯留タンク７、珪藻土によって不純物や異臭を除去する濾過槽８および浄化後の果汁を貯める第三貯留タンク９をこの順に接続してある。
【００１１】
図２は果汁濃縮液製造装置２の一例を示す縦断面図であり、同図において符号２ａは果汁の流入管、２ｂは濃縮果汁の送出管、１０は逆浸透膜装置、１１は磁場発生装置を示している。
【００１２】
逆浸透膜装置１０は、前記流入管２ａの途中に設けられたポンプ１２と、同ポンプにより流入管２ａから果汁１３が圧送される筒状シェル１４を備え、同シェルの入口１４ａと出口１４ｂにはそれぞれ前記流入管２ａと送出管２ｂが接続されている。
【００１３】
前記シェル１４内には、逆浸透膜（半透膜）を備えるチューブラーモジュールタイプの多数の管状のエレメント１５、１５が互いに平行となるように設けられていて、各エレメントは一端（図２では左端）が閉塞されているが、他端（図２では右端）が集水ヘッダ１６内に開口しており、この集水ヘッダの出口には排水管１７が接続されている。
【００１４】
上述した構成の逆浸透膜装置１０においては、前記ポンプ１２によって圧送された果汁が入口１４ａからシェル１４内に流入し、果汁中における適量の水分が各エレメント１５、１５の管壁を透過して集水ヘッダ１６に流入し、排水管１７から外部に排出される。
【００１５】
一方、適量の水分が分離されて濃縮された濃縮果汁（果汁濃縮液）１８は筒状シェル１４の出口１４ｂから送出管２ｂに流入し、外部へ送られる。
【００１６】
しかして、前記磁場発生装置１１は流入管２ａ内に果汁１３の流れ方向と直交する磁束よりなる磁場を形成するものとしてあり、例えば図３、４に示すように２個１対の磁石体１９、２０を流入管の同一直径上に相異なる磁極が向かい合うように設けてある。
【００１７】
各磁石体１９、２０はそれぞれ永久磁石１９ａ、２０ａの一磁極面（流入管２ａ側）に下方に向かって断面積が小となる鉄等の磁性体材料製のテーパー状のコンデンサ１９ｂ、２０ｂを備えていて、これらコンデンサによって永久磁石の磁束が収斂されてより強力な磁場が形成されるようにしてある。
【００１８】
また、前記磁石には例えばネオジウム鉄ホウ素磁石を用い、磁場発生装置１１全体として例えば２〜２．５テスラ（２００００〜２５０００ガウス）程度の磁束密度の強磁場を流入管２ａ内に形成できるようにしてある。
【００１９】
なお、流入管２ａが鋼（鉄）等の磁性体材料製のものであれば、磁場発生装置１１はその磁気吸着力でそのまま流入管２ａの外側に取り付けることができるが、流入管２ａが合成樹脂材等の磁性体材料以外の材質からなるものである場合には、クランプ等の適宜の固定具で流入管に取り付ける。
【００２０】
上述のように構成した本発明の果汁濃縮液製造装置においては、果汁１３が流入管２ａ内においてその流れの方向と直交する磁束２１よりなる磁場を通過させられる。
【００２１】
この際、果汁中にファラデーの電磁誘導の法則によって電気エネルギが生じ、果汁中における水のクラスタ（会合粒子）は水分子間の一部の水素結合が前記電気エネルギによって切り離され、構成分子数が小、すなわち大きさの小なるクラスタとなる。
なお、前記磁場中を果汁が通過しても果汁成分は何ら変化せず、果汁の風味（味、香り）や栄養成分等が損なわれることはない。
【００２２】
前記磁場を通過して水のクラスタが小となった果汁は逆浸透膜装置１０のエレメント１５、１５の管壁における逆浸透膜と接し、果汁中の水分が逆浸透膜を透過する。
【００２３】
図５は果汁１３中の水のクラスタがエレメント１５の管壁を透過する様子を示す図であり、図５(a) は前述した磁場により細かく分割した水のクラスタ２２を透過させる本発明の場合を示し、図５(b) は従来の装置において水のクラスタ２３を透過させる場合を示し、これら図５(a) および(b) から明らかなように、細かく分割された水のクラスタは従来の装置における水のクラスタよりも容易にエレメント１５の管壁を透過し、したがって果汁の濃縮が速やかに行なわれる。
なお、同図において符号２４は果汁成分、１５ａは水を透過させるエレメントの孔（半透膜の孔）を概念的に示したものである。
【００２４】
適量の水分が分離された濃縮果汁１８は筒状シェル１４の出口１４ｂから送出管２ｂに流入して外部へ送り出され、またエレメント１５の管壁を透過して果汁から分離された水分は集水ヘッダ１６に集められて排水管１７により外部へ排出される。
【００２５】
次表１は上述した本発明の方法及び装置によって果汁の濃縮試験を行なった結果（本発明）を、磁場発生装置１１を設けない場合（比較例）とともに示すものである。
【００２６】
この濃縮試験においては、本発明、比較例ともに逆浸透膜装置１０に逆浸透膜面積が６m²のエレメント１５を２４本並列に備えるものを使用し、被濃縮液たる果汁に濃度が約７Brixのアセロラ果汁を使用して約１８Brixまで濃縮した。
【００２７】
また、本発明の試験装置においては磁束密度２．０テスラの磁場を形成する磁場発生装置を管径３８．１mmの流入管２ａに取り付けた。
なお、表１において濃縮後液量(kg)は濃縮後液量(L) に比重（蔗糖液換算）を乗じて算出した。
【００２８】
【表１】
上表に示す結果から明らかなように、磁場発生装置１１によって水のクラスタが細かく分割された本発明の装置では、磁場発生装置を備えない比較例に比して濃縮処理能力が約２０％向上したことがわかる。
【００２９】
上述した実施例においては、逆浸透膜装置１０のエレメント１５にチューブラーモジュールタイプのものを用いたが、例えばスパイラルに巻いた逆浸透膜をシェル内に設けて膜面積を大としたスパイラルモジュールタイプのもの等の他のエレメントを使用する場合もある。
【００３０】
また、磁場発生装置１１は２個の永久磁石１９ａ、２０ａを備えるものとしてあるが、永久磁石に代えて電磁石を使用する場合もある。
【００３１】
さらに、磁場発生装置１１は流入管２ａ内に被濃縮液の流れと直交する磁束を形成すればよいので、磁石体１９、２０を流入管の同一直径上ではなく、磁石体を１個の馬蹄状（Ｕ字状）のものに構成してその磁極が流入管の円周方向に並ぶように設ける場合もある。
【００３２】
【発明の作用、効果】
本発明に係る果汁濃縮液の製造方法および装置は次の作用効果を奏し得る。
果汁が磁場発生装置により形成された磁場を通過すると、ファラデーの電磁誘導の法則により果汁中に電気エネルギが生じ、水のクラスタ（会合粒子）内における水分子間の水素結合が前記電気エネルギによって切り離され、構成分子数が小、すなわち大きさの小なるクラスタとなる。
【００３３】
磁場を通過した果汁は逆浸透膜装置に送られ、果汁中の水分が逆浸透膜を透過して分離され、この際、磁場を通過したことによって細かく分割された水のクラスタが逆浸透膜を容易に透過する。
【００３４】
したがって、本発明の方法及び装置によれば逆浸透膜の面積を大にしたり、あるいは果汁に掛ける圧力を大にすることなく、濃縮処理を効率よく行なうことができる。
【００３５】
また、逆浸透膜に透過性の大なるものを使用する必要もなく、果汁の成分や性質、例えば風味や栄養成分を何ら損なうことなく濃縮処理を効率よく行なうことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明に係る果汁濃縮液製造装置の一例を示す工程図。
【図２】 本発明に係る果汁濃縮液製造装置の実施例を示す縦断面図。
【図３】 磁場発生装置の正面図。
【図４】 磁場発生装置の縦断側面図。
【図５】 果汁中の水のクラスタが逆浸透膜を透過する様子を示す模式図であり、(a) は本発明の方法・装置による場合、(b) は従来の方法・装置よる場合を示す。
【符号の説明】
１ 浄化工程 ２ 果汁濃縮液製造装置
３ 第一貯留タンク ４ 析出槽
５ デカンダ ６ クラリファイア
７ 第二貯留タンク ８ 濾過槽
９ 第三貯留タンク １０ 逆浸透膜装置
１１ 磁場発生装置 １２ ポンプ
１３ 果汁 １４ 筒状シェル
１５ エレメント １６ 集水ヘッダ
１７ 排水管 １８ 濃縮果汁
１９、２０ 磁石体 ２１ 磁束
２２、２３ 水のクラスタ ２４ 果汁成分

Claims (2)

1. 果汁に酵素を添加して懸濁成分を析出させ、この懸濁成分を遠心分離し、不純物や異臭を除去する浄化工程の後、この浄化工程を経た果汁を逆浸透膜装置に送る流入管内の一部に、果汁の流れと直交する磁束よりなる磁場を形成し、この磁場に果汁を通過せしめることにより、果汁中における水のクラスタを細かく分割せしめて逆浸透膜装置に送り、所要濃度の果汁濃縮液になるよう果汁中から水分を除去する果汁濃縮液の製造方法。
2. 果汁に酵素を添加して懸濁成分を析出させ、この懸濁成分を遠心分離し、不純物や異臭を除去する浄化工程の後、この浄化工程を経た果汁を逆浸透膜装置に送る流入管の外側に、同流入管内における果汁の流れと直交する磁束よりなる磁場を形成する磁場発生装置を設け、この磁場発生装置による磁場に果汁を通過せしめることにより、果汁中における水のクラスタを細かく分割せしめて逆浸透膜装置に送り、所要濃度の果汁濃縮液になるよう果汁中から水分を除去する果汁濃縮液の製造装置。

Images