JP4764127B2

JP4764127B2 - 日本酒用凍結濃縮装置および凍結濃縮方法

Info

Publication number: JP4764127B2
Application number: JP2005277775A
Authority: JP
Inventors: 喜治島; 泰雄清水
Original assignee: 株式会社シマシステム
Priority date: 2005-09-26
Filing date: 2005-09-26
Publication date: 2011-08-31
Anticipated expiration: 2025-09-26
Also published as: JP2007082501A

Description

本発明は、日本酒の凍結濃縮装置および凍結濃縮方法に関し、特に緩慢凍結による高品質少量生産に適する凍結濃縮装置および凍結濃縮方法に関する。

常温下で質の良い熟成を可能とするため、アルコール度数を高い濃縮倍率で３０度以上に濃縮した日本酒、濃縮した日本酒の製造方法、及び、遠心分離装置、並びに、酒類の製造装置があり（例えば、特許文献１参照）、均一に凍結後水分を分離することによってアルコール度数を３０度〜５０度まで濃縮した日本酒であって、濃縮倍率を１．５９倍以上にすることが記載されている。
国際公開番号ＷＯ 2004/085605 Ａ１パンフレット

しかしながら、下記に関して改善余地が残されていた。
１．緩慢凍結による高品質少量生産に好適な日本酒用凍結濃縮装置および凍結濃縮方法。
２．凍結濃縮装置の設置スペースを少なくする。
３．更なる省エネルギー。
４．製品化率、すなわち原料酒に対する濃縮酒の割合をなお高くする。

そこで、本発明では、前記した問題を解決し、設備投資および運転コストを低減しつつ緩慢凍結による高品質少量生産に適する日本酒用凍結濃縮装置および凍結濃縮方法を提供することを目的とする。

前記課題を解決するため、請求項１に係る発明は、原料酒（１）である日本酒を冷却してシャーベット状の氷液混合体（２）に変成する冷却手段（５）により適温に管理された雰囲気中で、周面にろ過孔（６ｃ）が穿設されたスクリーン筒（６）内に前記氷液混合体（２）のうちＨ_２Ｏ成分が氷結して生じた氷（３）を隔離する一方で前記ろ過孔（６ｃ）を透過し固液分離することによって濃縮された濃縮酒（４）が強制的に抽出される遠心分離機（９０）を備えた日本酒用凍結濃縮装置において、前記スクリーン筒（６）の内周面（６ａ）付近に残留した多孔質で円筒形の前記氷（３）を掻き出す螺旋コンベア（９）を備えてユニット構成し、前記遠心分離機（９０）は前記冷却手段（５）の冷却可能範囲（５ａ）を同一の軸心（Ｘ）に沿って垂直に貫通する第１軸（３１）および第２軸（３２）と、前記第１軸（３１）に軸支されて回転制御自在の内ドラム（４０）と、前記第２軸（３２）に軸支されて回転制御自在の外ドラム（５０）と、前記内ドラム（４０）および外ドラム（５０）を回転停止の状態のつぎに高速度の第１速度で一体回転の状態にした後に内ドラム（４０）と外ドラム（５０）に低速度かつ回転差（Ｄ）を生じるように前記内ドラム（４０）を第２速度かつ前記外ドラム（５０）を第３速度に回転制御する回転制御手段（１２）と、前記ろ過孔（６ｃ）を透過した前記濃縮酒（４）を洩れなく受容するように前記外ドラム（５０）全体を覆う固定外殻（２０）と、前記固定外殻（２０）により受容された前記濃縮酒（４）を回収するように前記固定外殻（２０）の下方に延設された回収口（２１）と、前記外ドラム（５０）の内周面（５１）付近で前記スクリーン筒（６）が一体回転を可能に保持される一方で前記外ドラム（５０）の内周面（５１）と前記内ドラム（４０）の外周面（４１）との間に確保された隙間（８）に前記原料酒（１）を注入する注入口（２２）と、を備え、第１速度で回転中の前記外ドラム（５０）が微小角度（θ）だけ首振り可能な構造であり、前記内ドラム（４０）の外周面（４１）に螺旋状に付設された前記螺旋コンベア（９）は前記氷排出工程（Ｓ３）において前記回転差（Ｄ）により上向きの推進力（Ｆ）を発生することを特徴とする日本酒用凍結濃縮装置（１００）である。

請求項１に係る発明によれば、まず、日本酒用凍結濃縮装置（１００）に注入された原料酒（１）は、冷却手段（５）により適温に管理されてシャーベット化する。

ここで、Ｈ_２ＯとＣ_２Ｈ_５ＯＨに酵素、糖類、アミノ酸その他の成分（以下、「エキス分」という）が溶融している原料酒（１）である日本酒を室温から氷点下の適温まで冷却した場合、凝固点が最も高いＨ_２Ｏ成分の多い氷（３）となって分離し、シャーベット状の氷液混合体（２）となる。この氷液混合体（２）において、エキス分はある程度濃縮される。

このように、原料酒である日本酒（以下、単に「原料酒」という）１はＨ_２ＯおよびＣ_２Ｈ_５ＯＨに、エキス分が含まれて構成されている。ここでＨ_２Ｏの凝固点が０℃であるのに対してＣ_２Ｈ_５ＯＨの凝固点は氷点下１１４．５℃である。

凝固点が極端に低いＣ_２Ｈ_５ＯＨは、前記適温では凝固せず原料酒（１）にそのまま残留するので成分比率が高くなりアルコール度数を高める。このとき氷液混合体（２）から氷（３）だけを除去すれば、原料酒（１）に占める一定比率のＨ_２ＯとＣ_２Ｈ_５ＯＨおよびエキス分の中からＨ_２Ｏのみを減少させた成分比率になるので、アルコール度数が高く、エキス分も高濃度で含まれた濃縮酒（４）を抽出することが可能である。

氷液混合体（２）から氷（３）だけを除去するために、氷液混合体（２）を遠心分離機（９０）で固液分離すると、回転するスクリーン筒（６）内には固体である氷（３）が残り、液体である濃縮酒（４）だけが遠心力の作用で強制的にスクリーン筒（６）の周面に穿設されたろ過孔（６ｃ）を透過する。この透過した濃縮酒（４）を漏らさず回収して製品化する。

そして、スクリーン筒（６）内から濃縮酒（４）が完全にろ過されるとスクリーン筒（６）の内周面（６ａ）に多孔質で円筒形の氷（３）だけが固着して残るので、次の凍結濃縮サイクルへと移行する準備のために、残った氷（３）を螺旋コンベア（９）の回転により剥離・移動し筒端（６ｂ）から筒外へと掻き出してスクリーン筒（６）内を空にする。

ここで、Ｈ_２Ｏ成分を多く含んだ氷（３）になって捨てられる。つまり、凝固点降下および凝固点の違いを利用することにより、Ｈ_２Ｏ成分のみを除去し、エキス分とアルコールを高い比率で残すように抽出された濃縮酒（４）は高品質であり、高い比率で回収できるため無駄がない。よって、生産設備・稼動エネルギーに関して高効率で、しかも高濃度の濃縮酒（４）を抽出することが可能である。

なお、本願でいう「高品質」とは、主に味覚、嗅覚等の官能評価（利き酒）により「味、香りがマイルド」「熟成が進みやすい」ことを意味する。また、「効率」の点では、生産設備・稼動エネルギーの「効率」を良くすること。そして、原料酒（１）の注入量に対する濃縮酒（４）の抽出量である「出来高」を良くすることも意味する。そして、「濃縮率」とは水分の除去率であり、エキス分含有率および／またはアルコール度数の高度化を意味する。

請求項１の発明によれば、設備投資および運転コストを低減しつつ緩慢凍結による高品質少量生産に好適な日本酒専用の凍結濃縮装置（１００）を提供することができる。具体的には、日本酒用凍結濃縮装置（１００）に注入された原料酒（１）の量に対して抽出できる濃縮酒（４）の量、すなわち、原料対製品の出来高が良好である。そして、従来なかったユニット構成、すなわち、一体にまとめられて途中の揮発ロスもなく、コンパクトな日本酒用凍結濃縮装置（１００）を提供できる。また、装置全体がコンパクトなので冷却に要する稼動エネルギーが少なくて済み効率が良い。

請求項１に係る発明によれば、冷却可能範囲（５ａ）を垂直に貫通する第１軸（３１）および第２軸（３２）に軸支されて回転自在の内ドラム（４０）および外ドラム（５０）と、これら多重の回転ドラムの間にスクリーン筒（６）が保持されて遠心分離機（９０）が構成されている。

スクリーン筒（６）は外ドラム（５０）の内周面（５１）に接近して一体に回転することが可能であるように保持される一方で、内ドラム（４０）の外周面（４１）との間には、相当の隙間（８）が確保されており、この隙間（８）に上方から原料酒（１）を注入するための注入口（２２）が配設されている。

内ドラム（４０）および外ドラム（５０）が回転停止の状態において、隙間（８）内に注入された原料酒（１）は、冷却可能範囲（５ａ）に位置する遠心分離機（９０）の内部でシャーベット化する。

つぎに、遠心分離機（９０）の運転に伴って内ドラム（４０）および外ドラム（５０）が高速度の第１速度で一体回転の状態において、多重の回転ドラムの間で一体に回転するスクリーン筒（６）の筒内から筒外へと遠心力が作用する。この遠心力により、ろ過孔（６ｃ）を透過して固液分離された濃縮酒（４）は外ドラム（５０）の内周面（５１）近傍で膜状に受容される。

このとき、第１速度で高速回転中の外ドラム（５０）は、微小角度（θ）で首振り運動ができるような構造である。この首振り運動により、外ドラム（５０）の内周面（５１）近傍に膜状に溜まっている濃縮酒（４）は外ドラム（５０）の上端またはその近傍から外方向へと飛沫する。

飛沫する濃縮酒（４）を洩れなく受容するような固定外殻（２０）が外ドラム（５０）全体を覆っている。固定外殻（２０）により受容された濃縮酒（４）は固定外殻（２０）の下方に延設された回収口（２１）により回収される。

ついで、回転制御手段（１２）は、内ドラム（４０）と外ドラム（５０）に低速度かつ回転差（Ｄ）を生じるように内ドラム（４０）を第２速度かつ外ドラム（５０）を第３速度に回転制御する。

すなわち、内ドラム（４０）を第２速度、外ドラム（５０）を第３速度という異なる低速度で回転させて回転差（Ｄ）を生じさせる。

このとき、内ドラム（４０）の外周面（４１）に螺旋状に付設されている螺旋コンベア（９）は、内ドラム（４０）と外ドラム（５０）の回転差（Ｄ）により上向きの推進力（Ｆ）を発生し、スクリーン筒（６）の内周面（６ａ）に固着した氷（３）を剥離し筒端（６ｂ）から外側へ掻き出して排除する。

このように、請求項１に係る発明によれば、簡素なユニット構成により、生産設備の占有面積を少なくすることができる。また、遠心分離機（９０）と同一ユニット内で原料酒（１）の注入から、濃縮酒（４）の抽出および氷（３）の排出までの全工程を効率良く行うことができる。

請求項２に係る発明は、原料酒（１）をシャーベット化する適温に冷却した氷液混合体（２）からＨ_２Ｏ成分が氷結した氷（３）を除去することにより濃縮酒（４）を抽出する日本酒の凍結濃縮方法であって、環境温度を適温に冷却管理された遠心分離機（９０）において外ドラム（５０）の内周面（５１）と内ドラム（４０）の外周面（４１）との間に確保された隙間（８）に前記原料酒（１）を注入する原料酒注入工程（Ｓ１）と、前記スクリーン筒（６）内の前記原料酒（１）が冷却されることにより前記氷（３）の混在する前記氷液混合体（２）へと変成するシャーベット化工程（Ｓ２）と、前記氷液混合体（２）を前記スクリーン筒（６）の回転により前記氷（３）と濃縮酒（４）に固液分離する固液分離工程（Ｓ３）と、前記スクリーン筒（６）の内周面（６ａ）付近に残留した多孔質で円筒形の前記氷（３）を螺旋コンベア（９）の回転により剥離・移動し筒端（６ｂ）から筒外へと掻き出す氷排出工程（Ｓ４）と、を含み、前記原料酒注入工程（Ｓ１）および前記シャーベット化工程（Ｓ２）では前記内ドラム（４０）および外ドラム（５０）の回転を停止し、前記固液分離工程（Ｓ３）では前記内ドラム（４０）および外ドラム（５０）を高速度の第１速度により一体回転し、前記氷排出工程（Ｓ４）では低速度かつ回転差（Ｓ）を生じるように前記内ドラム（４０）を第２速度かつ前記外ドラム（５０）を第３速度で回転するように回転制御することを特徴とする日本酒の凍結濃縮方法である。

請求項２に係る発明によれば、原料酒注入工程（Ｓ１）およびシャーベット化工程（Ｓ２）では内ドラム（４０）および外ドラム（５０）の回転を停止しているので、スクリーン筒（６）内が空の遠心分離機（９０）に原料酒注入（Ｓ１）し、適温に冷却管理されたスクリーン筒（６）内の原料酒（１）は短時間で冷却され、氷（３）の混在するシャーベット状の氷液混合体（２）に変成（Ｓ２）する。

ここで、Ｈ_２ＯとＣ_２Ｈ_５ＯＨおよびエキス分で構成されている原料酒（１）を常温から氷点下の適温まで冷却した場合、凝固点が最も高いＨ_２Ｏ成分の多い氷（３）として氷結することにより分離する。

そして、凝固点が極端に低いＣ_２Ｈ_５ＯＨは適温で凝固することなく原料酒（１）の成分として残留するのでアルコール度数を高める。

ついで、固液分離工程（Ｓ３）では内ドラム（４０）および外ドラム（５０）を高速度の第１速度により一体回転し、遠心分離機（９０）のスクリーン筒（６）を回転させれば、スクリーン筒（６）内には固体である氷（３）が残り、液体である濃縮酒（４）だけが遠心力の作用で強制的に周面（７）を透過し脱液される。つまり、氷液混合体（２）は固体の氷（３）と、液体の濃縮酒（４）に固液分離（Ｓ３）するので、この脱液された濃縮酒（４）を漏らさず回収して製品化する。

最後に、氷排出工程（Ｓ４）では低速度かつ回転差（Ｓ）を生じるように前記内ドラム（４０）を第２速度かつ前記外ドラム（５０）を第３速度で回転するように回転制御すると、スクリーン筒（６）の内周面（６ａ）付近に残留した多孔質で円筒形の不要な氷（３）を、螺旋コンベア（９）により掻き出すことにより、日本酒の凍結濃縮方法１サイクルの工程を完成する。

このような日本酒の凍結濃縮方法により、緩慢凍結による高品質少量生産に好適であって、注入された原料酒（１）から濃縮酒（４）を原料対製品の出来高、装置の設置スペース、稼動エネルギーに関して高効率で高濃度の濃縮酒（４）を抽出することが可能な製造方法を提供できる。

このような日本酒用凍結濃縮装置および凍結濃縮方法によれば、以下の効果がある。
１．緩慢凍結による高品質少量生産に好適な日本酒専用の凍結濃縮装置および凍結濃縮方法を提供することができる。
２．凍結濃縮装置の設置スペースを少なくできる。
３．省エネルギー効果が高い。
４．途中の揮発ロスもなく、製品化の効率、すなわち原料酒に対する濃縮酒の割合を高くすることができる。

つぎに、本発明の実施形態について、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。図１は実施形態に係る日本酒用凍結濃縮装置の制御系統を示すブロック図であり、図１に示すように、日本酒用凍結濃縮装置（以下、「本装置」という）１００は、総合制御部１０と、それにより制御される冷却手段５、可変速モータＭ１，Ｍ２および、それぞれ図示せぬ減速機構等を介して第１軸３１により回転自在に軸支された内ドラム４０、第２軸３２により回転自在に軸支された外ドラム５０などから主要部を構成されている。

総合制御部１０には、冷却制御手段１１、回転制御手段１２、マイクロコンピュータ１３および図示せぬ操作盤等を備え、その操作盤等に対する操作指示に応じて、マイクロコンピュータ１３のプログラムを実行することにより冷却制御手段１１と回転制御手段１２を初めとする各部を統合制御する。

すなわち、冷却手段５により冷却可能範囲５ａを適温に保冷するのみならず、この適温に下げるまでの途中経過、特に凍結所要時間に関しても、例えば１時間で何℃降下させるか「急速冷凍」と「緩慢冷凍」の区別も可能とし、可変速モータＭ１，Ｍ２は、それぞれ図示せぬベルト・プーリ・クラッチ・歯車による減速機構等を介して第１軸３１により内ドラム４０を回転駆動し、第２軸３２により外ドラム５０を回転駆動する。

なお、内ドラム４０および外ドラム５０に対し、図４に沿って後ほど説明する停止、第１速度、第２速度および第３速度を適切に実現し、かつそれぞれの回転方向も正しければ、可変速モータＭ１，Ｍ２に限定する必要はなく、定速回転の１モータからトランスミッション機構等を介して駆動力の供給を受けても構わない。

外ドラム５０は液体を漏らさぬ容器であるため下方は閉じて上が開放され、その上縁には他の構成部品と接触しない幅に設定されたつば部５２を有し、つば部５２の僅か下方の周面には濃縮酒流出孔２３が同一高さでほぼ等間隔に複数穿設されている。この外ドラム５０は高速回転時に微小角度θの首振り運動を伴うように、軸受け部の僅かなガタもしくは柔軟性をもって第２軸３２に結合している。この首振り運動の効果は図２および図３に沿って後ほど説明する。

図２は、実施形態に係る遠心分離機の模式断面図である。図２に示すように、遠心分離機９０は、冷却手段５の冷却可能範囲５ａを垂直に貫通する同一の軸心Ｘに沿った第１軸３１および第２軸３２を中心に、第１軸３１に軸支された内ドラム４０と、第２軸３２に軸支された外ドラム５０が、回転制御手段１２（図１）により、それぞれ独立した速度制御を受けて回転する多重回転ドラムにより主要部が構成されている。

遠心分離機９０の内部には、被処理物である氷液混合体２を固液分離するためのスクリーン筒６が、多重回転ドラムの間に挟持されている。詳しくは、外ドラム５０の内周面５１の近傍で外ドラム５０と一体に回転することが可能であるように保持される一方で、内ドラム４０の外周面４１との間には、原料酒１を濃縮酒４に凍結濃縮する凍結濃縮全工程１サイクルの処理能力に相当する容積を確保する隙間８があり、この隙間８に上方から原料酒１を注入するための注入口２２が配設されている。

冷却可能範囲５ａ内に配設された遠心分離機９０の多重回転ドラムは、内部に存在する薄い隙間８が原料酒注入レベル１ａまで原料酒１を収容して処理する容器になっている。この隙間８の壁を構成する内ドラム４０の外周面４１と外ドラム５０の内周面５１が、例えば氷点下２０℃に保持されていれば、隙間８に注入された原料酒１を効率良く速やかに冷却してシャーベット化することが可能である。

なお、隙間８を狭くすれば熱交換効率が高くなるので急速冷凍に適するが、容積の確保と相反するほか、後ほど説明する微細な多孔質の氷３による板厚５ｍｍ以上の円筒形のフィルターを形成する必要があって、極端に狭くすることはできない。

そして、遠心分離機９０の運転開始に伴って、多重回転ドラムの間で一体に回転するスクリーン筒６の筒内から筒外へと遠心力が作用するので、この遠心力により、スクリーン筒６の周面に穿設されたろ過孔６ｃを透過して固液分離された液体、すなわち濃縮酒４が外ドラム５０の内周面５１で膜状に受容されるように構成されている。

また、回転制御手段１２（図１）は、図４に沿って後ほど説明するように、内ドラム４０および外ドラム５０を各工程に応じて適切に回転制御する。すなわち、原料酒１を注入する原料酒注入工程（Ｓ１）および、注入された原料酒１の冷却によるシャーベット化を待つシャーベット化工程（Ｓ２）では内ドラム４０および外ドラム５０を回転停止させておく。その後、濃縮酒４を抽出する固液分離工程（Ｓ３）では高速度で回転させることにより遠心分離機９０を機能させる。最後に氷３を掻き出す氷排出工程（Ｓ４）では、内ドラム４０と外ドラム５０に回転差Ｄを生じさせるように異なる低速度で回転させる。

固定外殻２０は、飛沫する濃縮酒４を洩れなく受容するように、外ドラム５０の外側全体を覆っている。この固定外殻２０により受容された濃縮酒４を一箇所に回収するように固定外殻２０の下方に回収口２１が延設されている。また固定外殻２０の上方には後記説明する氷排出路２５が延設されている。

なお、外ドラム５０の内周面５１で膜状に受容された濃縮酒４は、外ドラム５０が高速回転時に微小角度θの首振り運動を行うことにより、内周面５１を這い上がるように上方へと移動し、図２の矢印に示すように濃縮酒流出孔２３を通過して、固定外殻２０の下方の回収口２１へと流れ落ちるように構成されている。

螺旋コンベア９は、内ドラム４０の外周面４１に螺旋状に付設され、内ドラム４０と外ドラム５０の回転差Ｄにより上向きの推進力Ｆ（図３）を発生し、スクリーン筒６の内周面６ａに固着した氷３を剥離し上方へと掻き出して筒端６ｂから、つば部５２の上面に沿って外側へ排除できるように螺旋ピッチが形成されている。

氷排出羽根３４は内ドラム４０の上縁部４２で軸心Ｘに平行な面を含みかつ半径方向に延設されている。この氷排出羽根３４は内ドラム４０の回転に伴って回転することにより、螺旋コンベア９の上部まで持ち上げた氷３をつば部５２の上面に沿って外周方向の氷排出路２５へと掃き出す機能を具備している。

つまり、氷排出羽根３４により効率良く氷３の排出ができるので、遠心分離機９０と同一筐体内の簡素なユニット構成により、原料酒１の注入から凍結、濃縮酒４の抽出および氷３の排出までの全工程を単一ユニット内で処理可能である。したがって設備の占有面積も少なく効率の良い日本酒用凍結濃縮装置１００を提供できるのである。

図３は実施形態に係る日本酒用凍結濃縮装置の断面図であり、図１，図２と同一効果の部位には同一符号を付して説明を省略している。

図３に示すように、本装置１００は冷却手段５を配設した冷凍庫５ｂの天井と床をそれぞれ垂直に貫通する同一の軸心Ｘに沿った第１軸３１および第２軸３２が配設され、これら第１軸３１および第２軸３２に対して冷凍庫５ｂの外部から駆動力を付与されて回転する遠心分離機９０により主要部が構成されている。

遠心分離機９０の機構に関しては、図２に沿って説明したとおりであり、第１軸３１に軸支されて回転する内ドラム４０の外周面４１と、第２軸３２に軸支されて回転する外ドラム５０の内周面５１（図２）との間の隙間８に上方から原料酒１を注入するための注入口２２が配設されている。

また、第２軸３２には送風ファン３３が、外ドラム５０の回転と無関係な回転を可能に軸支されているので、遠心分離機９０が停止しているときにも送風ファン３３を回すことにより、冷凍庫５ｂの低部に淀んだ冷気を上向きに吹き上げて原料酒１の速やかな冷却を支援することが可能であり、固定外殻２０の上方の周面に開口した通風口２４から固定外殻２０の外へ吹き抜ける。ここで、原料酒１は隙間８の型にあわせて筒形に凍結しながら微細な多孔質のフィルターを形成する。

隙間８の一部であって、外ドラム５０の内周面５１と、その約１ｍｍ内側に配設されたスクリーン筒６の外周面６ｄとの間も、注入された原料酒１で満たされている。この約１ｍｍの隙間８１は前記隙間８の一部なので、そこに満たされた原料酒１もスクリーン筒６の内外にわたり同時進行で一緒に凍結され、固液分離時にはスクリーン筒６の内側から飛び出す濃縮酒１によって溶かされる。

前記約１ｍｍの隙間８１において溶かされた濃縮酒２も、最初はアルコール度が低いために高粘度で流動し難い。しかし、固液分離を進めてアルコール度が高くなり粘性が下がるのにしたがって、前記首振り運動により外ドラム５０の内周面５１を上昇するようになる。

なお、前記約１ｍｍの隙間８１の凍結物質は原料酒そのものであるため、あまり広げて設定すると製品の濃縮度を低下させる原因になるので、本実施形態に示した約１ｍｍが最良の結果をもたらした。

外ドラム５０の内周面５１に接触する間際で一体に回転することが可能であるようにスクリーン筒６が保持されている。そして、スクリーン筒６には、その内周面６ａから外周に向けて、液体である濃縮酒４のみが透過できる微細なろ過孔６ｃ（図２）が整然と穿設されて固液分離スクリーンを形成している。したがって、遠心分離機９０の運転中には、固体である氷３は、スクリーン筒６の内側に止め置かれて筒形多孔質フィルターとして機能する一方、この筒形多孔質フィルターを通過した濃縮酒４はスクリーン筒６の外側に抽出される。

そして、凍結濃縮における第１の管理ポイントは「隙間８に注入した原料酒１を、どのようにして均一に温度降下させるか」にある。つまり、隙間８の厚みに応じて原料酒１の厚みが大きければ、場所によって温度差を生じ、急冷されて凍結の早い表層部と凍結の遅い深層部で不均一になり高品質を維持することの阻害要因となることがわかっている。

このようなわけで、隙間８に注入した原料酒１の表層部から深層部にわたり、氷・液・その他の成分比率が、シャーベット化工程における同一時刻で均一に維持されながらシャーベット形成された氷液混合体２を固液分離すれば、製品品質を最高にすることができる。したがって、本装置１００は、隙間８に注入した原料酒１に対し、１〜２℃／毎時の下降速度で温度を下げていく緩慢凍結の温度管理を施した場合に、原料酒１対濃縮酒４の出来高を意味する効率、濃縮率および製品品質が最高となるように設計されており、その場合、隙間８の厚みを３０ｍｍ程度にしても良好な結果が得られることも確認できている。

逆に、−２０℃の雰囲気にいきなり原料酒１を投入して凍結させる急速凍結においては、原料酒１のうち内外のドラム周面に接触した部分だけが冷凍され、深層部が液体のまま残されるという偏った状態の氷液混合体２を固液分離した場合、製品品質は劣悪であり、濃縮率も低い。

本装置１００では直径僅か０．４ｍｍφ程度と微小なろ過孔６ｃを全周面積におよんで開口率約２０％程度で緻密に穿設したパンチングメタルによるスクリーン筒６を採用しているが、その微小なろ過孔６ｃでも、雪の結晶より小さな氷３の粒子がろ過孔６ｃを通過するので、通過した氷３が濃縮酒４に混入して濃縮率を下げる原因になっていた。しかし、０．４ｍｍφよりもさらに微細なメッシュのろ過孔６ｃを採用すれば、目詰まりが生じて効率の低下を余儀なくされた。

そこで、内ドラム４０の外周面４１と外ドラム５０の内周面５１の間にある隙間８を５ｍｍ以上、好ましくは２０ｍｍ前後を確保したことにより、隙間８に注入された原料酒１が、抽出される前の濃縮酒４を含んだ微細な多孔質の氷３となって板厚５ｍｍ以上の筒形多孔質フィルターを形成する。

この筒形多孔質フィルターは板厚方向に対して数十μｍの固形物ですら通過を阻止できるので、Ｈ_２Ｏ成分の氷３の漏れは少ない。したがって、短時間冷凍によりＨ_２Ｏ以外の有効成分が氷に取り込まれていても遠心分離する工程で完全に固液分離できる。したがって、シャーベット化工程（Ｓ２）を３時間程度に短縮しても、抽出される濃縮酒４の残存Ｈ_２Ｏを最小化し、高い濃縮率を維持することが可能である。このように数十μｍの微細なメッシュのフィルターが形成されているから、スクリーン筒６には比較的大きめで目詰まりしにくいような１ｍｍφのろ過孔６ｃを採用することもできる。

なお、高速回転中の外ドラム５０は、微小角度θ（図１参照）の首振り運動ができるように、柔軟に軸支されている。この首振り運動により、外ドラム５０の内周面５１に膜状に溜まる濃縮酒４は、外ドラム５０の上縁端付近に穿設された濃縮酒流出孔２３から外方向へと遠心力で飛沫するので、この飛沫した濃縮酒４は固定外殻２０の下方に延設されている回収口２１から収穫される。

図４は実施形態に係る日本酒の凍結濃縮方法を示すフローチャートである。
原料酒注入工程（Ｓ１）では、日本酒用凍結濃縮装置１００の主要部である遠心分離機９０内の隙間８に原料酒１を注入する。

シャーベット化工程（Ｓ２）は、遠心分離機９０全体が適温の環境温度に冷却管理されており、隙間８内の原料酒１が適温に冷却されＨ_２Ｏ成分の多くが氷結し、この氷３が混在する氷液混合体２へと所定時間かけて変成する。これら、原料酒注入工程（Ｓ１）およびシャーベット化工程（Ｓ２）では内ドラム４０および外ドラム５０を回転停止している。

シャーベット化工程（Ｓ２）に続き、氷液混合体２をスクリーン筒６の回転により氷３と濃縮酒４に固液分離する固液分離工程（Ｓ３）を数分間実行する。なお、固液分離工程（Ｓ３）の所要時間は遠心分離機９０の設計次第である。

例えば、内ドラム４０および外ドラム５０を１５００ｒｐｍの第１速度により高速度で一体回転し、遠心分離機９０のスクリーン筒６を回転させれば、スクリーン筒６内には筒形多孔質フィルターとしても機能した氷３が残り、液体である濃縮酒４だけが遠心力の作用で強制的に周面のろ過孔６ｃを透過する。

つまり、氷液混合体２は、固体の氷３と液体の濃縮酒４に固液分離（Ｓ３）するので、抽出された濃縮酒４を漏らさず回収して製品化する。

最後に、氷排出工程（Ｓ４）では低速度かつ回転差Ｄを生じるように、例えば、内ドラム４０を３００ｒｐｍの第２速度、外ドラム５０を２９５ｒｐｍの第３速度で回転し、内外のドラムに回転差Ｄ＝５ｒｐｍが生じるように回転制御する。

そうすると、回転差Ｄ＝５ｒｐｍで螺旋コンベア９が回転したことになるので、スクリーン筒６の内周面６ａに固着した氷３には、螺旋コンベア９の回転により上向きの推進力Ｆが作用するので剥離・移動し筒端６ｂから筒外へと掻き出される。このように氷排出工程（Ｓ４）を実行することにより、遠心分離機９０の内部を空にして、日本酒の凍結濃縮方法による１サイクルの工程を完成する。この間、１ユニットで構成された本装置１００から被処理物である原料酒１を移動することなく、揮発ロスも生じないため原料酒１に対する濃縮酒４の出来高を高く維持できる。

１サイクル完了したならば、そこで中断するか、または次のサイクルへと移行し、一連の原料酒注入工程（Ｓ１）、シャーベット化工程（Ｓ２）、固液分離工程（Ｓ３）および氷排出工程（Ｓ４）を繰り返すことにより、高濃度日本酒を連続して効率良く大量生産することが可能となる。

このように、原料酒注入工程（Ｓ１）、シャーベット化工程（Ｓ２）、固液分離工程（Ｓ３）および氷排出工程（Ｓ４）を含む一連（１サイクル）の工程を繰り返すという日本酒の凍結濃縮方法によれば、以下の効果がある。
１．緩慢凍結による高品質少量生産に好適な日本酒の凍結濃縮方法を提供することができる。
２．凍結濃縮装置の設置スペースを少なくできる。
３．省エネルギー効果が高い。
４．途中の揮発ロスもなく、製品化の効率、すなわち原料酒に対する濃縮酒の割合を高くすることができる。

なお、本実施形態は一例に過ぎず、特に総合制御部１０における冷却制御および回転制御の具体的手法に関してはマイクロコンピュータ１３を用いたプログラム制御に限定されない。また、冷却時間や遠心分離機９０の回転数等は適宜に設定可能である。さらに、単位時間あたりの生産量が優先される場合、冷却制御を緩慢凍結から急速凍結に切り換えて稼動しても構わない。

実施形態に係る日本酒用凍結濃縮装置の制御系統を示すブロック図である。実施形態に係る遠心分離機の模式断面図である。実施形態に係る日本酒用凍結濃縮装置の断面図である。実施形態に係る日本酒の凍結濃縮方法を示すフローチャートである。

符号の説明

１原料酒
１ａ原料酒注入レベル
２氷液混合体
３氷
４濃縮酒
５冷却手段
５ａ冷却可能範囲
５ｂ冷凍庫
６スクリーン筒
６ａ（スクリーン筒６の）内周面
６ｂ筒端
６ｃろ過孔
６ｄ（スクリーン筒６の）外周面
８，８１隙間
９螺旋コンベア
１０総合制御部
１１冷却制御手段
１２回転制御手段
１３マイクロコンピュータ
２０固定外殻
２１回収口
２２注入口
２３濃縮酒流出孔
２４通風口
２５氷排出路
３１第１軸
３２第２軸
３３送風ファン
３４氷排出羽根
４０内ドラム
４１（内ドラム４０の）外周面
４２上縁部
５０外ドラム
５１（外ドラム５０の）内周面
５２つば部
９０遠心分離機
１００日本酒用凍結濃縮装置（本装置）
Ｄ回転差
Ｍ１，Ｍ２可変速モータ
Ｘ軸心
θ 微小角度

Claims

原料酒（１）である日本酒を冷却してシャーベット状の氷液混合体（２）に変成する冷却手段（５）により適温に管理された雰囲気中で、
周面にろ過孔（６ｃ）が穿設されたスクリーン筒（６）内に前記氷液混合体（２）のうちＨ _２Ｏ成分が氷結して生じた氷（３）を隔離する一方で前記ろ過孔（６ｃ）を透過し固液分離することによって濃縮された濃縮酒（４）が強制的に抽出される遠心分離機（９０）を備えた日本酒用凍結濃縮装置において、
前記スクリーン筒（６）の内周面（６ａ）付近に残留した多孔質で円筒形の前記氷（３）を掻き出す螺旋コンベア（９）を備えてユニット構成し、
前記遠心分離機（９０）は前記冷却手段（５）の冷却可能範囲（５ａ）を同一の軸心（Ｘ）に沿って垂直に貫通する第１軸（３１）および第２軸（３２）と、
前記第１軸（３１）に軸支されて回転制御自在の内ドラム（４０）と、
前記第２軸（３２）に軸支されて回転制御自在の外ドラム（５０）と、
前記内ドラム（４０）および外ドラム（５０）を回転停止の状態のつぎに高速度の第１速度で一体回転の状態にした後に内ドラム（４０）と外ドラム（５０）に低速度かつ回転差（Ｄ）を生じるように前記内ドラム（４０）を第２速度かつ前記外ドラム（５０）を第３速度に回転制御する回転制御手段（１２）と、
前記ろ過孔（６ｃ）を透過した前記濃縮酒（４）を洩れなく受容するように前記外ドラム（５０）全体を覆う固定外殻（２０）と、
前記固定外殻（２０）により受容された前記濃縮酒（４）を回収するように前記固定外殻（２０）の下方に延設された回収口（２１）と、
前記外ドラム（５０）の内周面（５１）付近で前記スクリーン筒（６）が一体回転を可能に保持される一方で前記外ドラム（５０）の内周面（５１）と前記内ドラム（４０）の外周面（４１）との間に確保された隙間（８）に前記原料酒（１）を注入する注入口（２２）と、を備え、
第１速度で回転中の前記外ドラム（５０）が微小角度（θ）だけ首振り可能な構造であり、
前記内ドラム（４０）の外周面（４１）に螺旋状に付設された前記螺旋コンベア（９）は前記回転差（Ｄ）により上向きの推進力（Ｆ）を発生させて氷（３）を排出することを特徴とする日本酒用凍結濃縮装置（１００）。
原料酒（１）をシャーベット化する適温に冷却した氷液混合体（２）からＨ_２Ｏ成分が氷結した氷（３）を除去することにより濃縮酒（４）を抽出する日本酒の凍結濃縮方法であって、
環境温度を適温に冷却管理された遠心分離機（９０）において外ドラム（５０）の内周面（５１）と内ドラム（４０）の外周面（４１）との間に確保された隙間（８）に前記原料酒（１）を注入する原料酒注入工程（Ｓ１）と、
前記スクリーン筒（６）内の前記原料酒（１）が冷却されることにより前記氷（３）の混在する前記氷液混合体（２）へと変成するシャーベット化工程（Ｓ２）と、
前記氷液混合体（２）を前記スクリーン筒（６）の回転により前記氷（３）と濃縮酒（４）に固液分離する固液分離工程（Ｓ３）と、
前記スクリーン筒（６）の内周面（６ａ）付近に残留した多孔質で円筒形の前記氷（３）を螺旋コンベア（９）の回転により剥離・移動し筒端（６ｂ）から筒外へと掻き出す氷排出工程（Ｓ４）と、を含み、
前記原料酒注入工程（Ｓ１）および前記シャーベット化工程（Ｓ２）では前記内ドラム（４０）および外ドラム（５０）の回転を停止し、
前記固液分離工程（Ｓ３）では前記内ドラム（４０）および外ドラム（５０）を高速度の第１速度により一体回転し、
前記氷排出工程（Ｓ４）では低速度かつ回転差（Ｓ）を生じるように前記内ドラム（４０）を第２速度かつ前記外ドラム（５０）を第３速度で回転するように回転制御することを特徴とする日本酒の凍結濃縮方法。