JP5131625B2 - 食品の処理方法及び食品の処理装置 - Google Patents
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Description
液状原料中に放出する超臨界流体微小化導入手段と、処理槽上部側の液状原料を排出する液体取出口に接続された製品回収流路と、処理槽上部に設けられた超臨界流体排出口から超臨界流体を排出する超臨界流体回収流路と、超臨界流体回収流路により回収された超臨界流体を、直接あるいは超臨界流体をガス化あるいは液化するためのリサイクルタンクを介して二酸化炭素供給源に供給するリサイクル流路とを備え、前記処理槽内において微小化超臨界流体と液状原料とを並流連続処理させた連続処理装置が記載されている。しかし、超臨界流体を用いることから、液状原料や食品特有の匂いを破壊することとなり好ましくない。
疎水性領域を膨潤させている超臨界二酸化炭素の瞬間的膨張により発生する膨圧が微生物や酵素に破壊的な構造破壊をもたらすことも十分考慮すべきである。孔径10μmのフィルターを装着したときCO2濃度は最大(飽和溶解度の78%)となった。さらに小さな孔径のフィルターを使用した場合にはCO2濃度は逆に低下した。揮発性成分の抽出(脱臭)においては、ミクロバブル状の超臨界二酸化炭素は処理槽上部で試料層から分離される。バッチ法における殺菌効果のCO2密度依存性は0.6g/cm3以下では小さく、殺菌効果も低い。連続法では、6MPa、滞留時間13分間の処理で完全殺菌を達成することができた。連続法では菌体内に浸透、蓄積したCO2の急速膨張により生ずる膨圧により菌体が非常に効率的に破壊されるために優れた殺菌効果が得られたと考えられる。
〔1〕耐圧容器内において、二酸化炭素と液体の存在下に負圧を利用して発生した二酸化炭素の微小気泡を、0.2〜2MPa下に微生物又は酵素を含む液状食品に接触させ、これにより食品中の微生物の殺菌又は酵素の失活を行うことを特徴とする食品の処理方法。
〔2〕二酸化炭素の微小気泡と液状食品との接触をエタノール存在下で行うことを特徴とする〔1〕に記載の食品の処理方法。
〔3〕エタノール存在量が、液状食品中0.1〜30質量%であることを特徴とする〔2〕に記載の食品の処理方法。
〔4〕液状食品が、アルコール飲料の製造中間物であることを特徴とする〔1〕に記載の食品の処理方法。
〔5〕アルコール飲料の製造中間物が、火入れ前の清酒、亜硫酸若しくは亜硫酸塩添加前のワイン、又は濾過若しくは熱処理前のビールであることを特徴とする〔4〕に記載の食品の処理方法。
〔6〕二酸化炭素の微小気泡を液状食品に接触させた後の二酸化炭素を回収し、回収した二酸化炭素を再度食品の処理に用いることを特徴とする〔1〕ないし〔5〕のいずれか一項に記載の食品の処理方法。
〔7〕(1)第一の容器内において、二酸化炭素と液体の存在下に負圧を利用して発生した二酸化炭素の微小気泡を、0.2〜2MPa下で液体中に保持させる工程、(2)第二の容器に微生物又は酵素を含む固形状食品を入れ、第一の容器と等圧になるように二酸化炭素を供給する工程、及び(3)二酸化炭素の微小気泡を保持した液体を固形状食品に接触させ、これにより食品中の微生物の殺菌又は酵素の失活を行う工程を含むことを特徴とする食品の処理方法。
〔8〕固形状食品が、野菜又は果物であることを特徴とする〔7〕に記載の食品の処理方法。
〔9〕二酸化炭素供給源、二酸化炭素供給源と連通可能で、供給された二酸化炭素を微小気泡化する微小気泡発生部材、微小気泡発生部材が内部に設置されており、液状食品を貯留しておくための液状食品貯留槽、液状食品貯留槽から排出された液状食品を貯留しておく処理済液状食品貯留槽、並びに処理済液状食品貯留槽及び二酸化炭素供給源と連通し、処理済液状食品貯留槽中の二酸化炭素を捕集し、二酸化炭素供給源へ戻す二酸化炭素回収部材を含む液状食品の処理装置であって、二酸化炭素を微小気泡化する微小気泡発生部材が二酸化炭素と液体の存在下に負圧を利用して微小気泡を発生させることを特徴とする液状食品の処理装置。
〔10〕二酸化炭素供給源、二酸化炭素供給源と連通可能で、供給された二酸化炭素を微小気泡化する微小気泡発生部材、微小気泡発生部材が内部に設置されており、液体を貯留しておくための液体貯留槽、並びに二酸化炭素供給源及び液体貯留槽と連通可能で、固形状食品を貯留しておくための固形状食品貯留槽を含む固形状食品の処理装置であって、二酸化炭素を微小気泡化する微小気泡発生部材が二酸化炭素と液体の存在下に負圧を利用して微小気泡を発生させることを特徴とする固形食品の処理装置。
102 食品循環ポンプ
103 食品管
104 マイクロ・ナノバブル発生装置
105 二酸化炭素供給源
106 排出口
107 処理済液状食品貯留槽
108 冷却器
109 二酸化炭素加圧ポンプ
111 弁
115 開放弁
201 液体貯留槽
202 液体循環ポンプ
203 液体管
204 マイクロ・ナノバブル発生装置
205 二酸化炭素供給源
206 排出口
207 処理済液体貯留槽
208 冷却器
209 二酸化炭素加圧ポンプ
210 香気成分吸着槽
211 弁
212 固形状食品貯留槽
213 栓
214 圧力計
215 開放弁
本発明の食品の処理方法は、0.2〜2MPa下に二酸化炭素の微小気泡を、微生物又は酵素を含む液状食品あるいは固形状食品に接触させ、これにより食品中の微生物の殺菌又は酵素の失活を行うことを特徴とするものである。
処理時間も特に限定されず、十分な殺菌効果等が発揮されるまで処理を行えばよい。通常、処理時間は1〜60分であり、好ましくは、5〜40分である。
失活の対象とする酵素も特に限定されず、例えば、酸性プロテアーゼ、酸性カルボキシぺプチダーゼ、α-グルコシダーゼ、α-アミラーゼ、β-アミラーゼ、グルコアミラーゼ、ペクチンエステラーゼ、ポリフェノールオキシダーゼ、リパーゼなどを対象とすることができる。
また、この液状食品の処理方法は、固形状食品の処理方法にも応用することができる。即ち、(1)第一の容器内において、二酸化炭素と液体の存在下に負圧を利用して発生した二酸化炭素の微小気泡を、0.2〜2MPa下で液体中に保持させる工程、(2)第二の容器内に、微生物又は酵素を含む固形状食品を入れ、第一の容器と等圧になるように二酸化炭素を供給する工程、及び(3)二酸化炭素の微小気泡を保持した液体を固形状食品に接触させる工程ならなる。これにより食品中の微生物の殺菌又は酵素の失活を行うことができる。
工程(2)における固形状食品は特に限定されず、野菜、果物、ハム、ソーセージ、コンニャク、トウモロコシなどを例示できる。
(1)実験方法
(1−1)微生物懸濁液の調整
大腸菌(Escherichia coli NBRC14237)、酵母(Saccharomyces cerevisiae NBRC10217)および火落菌(Lactobacillus fructivorans s36)のそれぞれの懸濁液の調製は以下の通りに行った。1白金耳量の各菌体を、大腸菌では10 mLのニュートリエント培地(Difco)、酵母では10mLのYM培地(Difco)、火落菌では10% エタノールを含む10 mLのS.I.培地((財)日本醸造協会)をそれぞれ試験管内に懸濁し、大腸菌では37℃で16時間、酵母では30℃で10時間、火落菌では30℃で7日間培養した。その後、大腸菌および酵母の培養液をそれぞれ190 mLのニュートリエント培地および300 mLのYM培地を含有する三角フラスコにそれぞれ添加し、大腸菌では37℃で24時間、酵母では30℃で12時間振とう培養した。また、0.5 mLの火落菌の培養液を15% エタノールを含む10 mLのS.I.培地に移し、30℃で7日間培養した。それら培養液から菌体を2度の遠心分離(4℃、10000×g、10分)により収集し、初発菌数105 〜106CFU/mLになるように菌体を生理食塩水中に懸濁して各試料として実験に使用した。
大腸菌、酵母および火落菌の生残菌数は標準寒天培地(日水製薬株式会社)、YM寒天培地、およびS.I.寒天培地にそれぞれ0.1 mLの試料1/10ごと段階的に希釈して塗布した。大腸菌では37℃で24時間、酵母では30℃で48時間、火落菌では30℃で10日間それぞれ培養し、形成したコロニー数を測定することによって行った。
二酸化炭素の供給は、図4の(a)〜(d)に示すように、1)マイクロ・ナノバブル発生装置を用いた供給(図4(a)と図4(b))、2)ミクロフィルターを用いた供給(図4(c))、3)微小気泡化を用いない供給(コントロール)(図4(d))の3通りで行った。
処理試料はゆっくり排出口106を開放して60分間10分おきに採取し、溶存二酸化炭素濃度、生残菌数および酵素活性を測定した。
溶存二酸化炭素濃度測定では、処理温度40℃、処理圧力2 MPa(以下、大気圧との差圧)、二酸化炭素供給量100、500、1000および2000 mL /minで行った。
大腸菌殺菌では処理温度40℃、処理圧力2 MPa、比較として窒素を2000 mL /minで供給した。
酵母殺菌では処理温度35、40、45および50℃、処理圧力0、0.3、0.5、1および2MPa、二酸化炭素供給量2000 mL/min、試料中のエタノール濃度0および5%で行った。
(2−1)溶存二酸化炭素濃度
マイクロ・ナノバブル発生装置を用いた場合とミクロフィルターを用いた場合で溶存二酸化炭素濃度の変化に大きな違いは見られなかった(図5A、B、C、D)。二酸化炭素の供給量が500mL /min以上のときには一定時間経過後は、溶存二酸化炭素濃度が12mL/gまで上昇すると、飽和状態に達する傾向にある(図5C、D)。このことから、早期に飽和状態にしたければ、二酸化炭素の供給速度を大とすることが有効であることが分かる。
二酸化炭素供給量が増えることにより殺菌効果も増大した(図6A、B、C、D)。二酸化炭素の供給方法としては、マイクロ・ナノバブル発生装置を用いる方法が有効で、特に装置を2基設置することにより殺菌効果は更に向上した(図6A、B、C、D)。コントロールの殺菌効果は低かった(図6A、B、C、D)。二酸化炭素の代わりに窒素を用いた場合には全く殺菌効果はなかった(図6D)。また、図5と図6とを対比すると、二酸化炭素濃度が飽和状態に達すると殺菌効果も大となることが分かる。
温度が高くなるほど殺菌効果も増大した(図7A、B)。また、エタノールが存在すると殺菌効果は著しく増大した(図7A、B)。
大腸菌の場合と同様、マイクロ・ナノバブル発生装置を用いる方法が最も殺菌効果が高かった(図8)。ミクロフィルターを用いた場合は、殺菌効果は孔径が1μmのものを用いた方が若干高かった(図8)が、両フィルターとも殺菌60分以内で完全殺菌を達成させることはできなかった。また、30分以降に殺菌効果が低下しているが、これは目詰まり等が発生したものと推測される。窒素を用いた場合には、大腸菌の場合と同様に全く殺菌効果はなかった(図8)。
エタノール濃度が高くなるほど殺菌効果は増大した(図9)。
処理圧力が0.3 MPa以上であれば十分な殺菌効果を示した(図10)。
エタノール濃度が高くなるほど殺菌効果は増大した(図11)。
温度が高くなるほど殺菌効果は増大した(図12)。大腸菌及び酵母の場合と同様、窒素を用いた場合には全く殺菌効果はなかった(図12)。
処理圧力を1 MPaと2 MPaとした場合ではほとんど殺菌効果に違いはなかった(図13)。0.5 MPaとした場合は他よりもやや殺菌効果が低かった(図13)。
(1)実験方法
(1−1)酸性プロテアーゼ溶液の調整
酸性プロテアーゼ(エイチビィアイ株式会社)はMcIlvaine広域緩衝液(pH 3.0)に100 μg/mLとなるように懸濁して使用した。
低加圧マイクロ・ナノバブル二酸化炭素処理装置の使用は実施例1と同様に行った。
酸性プロテアーゼの失活には処理温度40℃、処理圧力2 MPa、二酸化炭素供給量2000 mL/min、エタノール濃度0、10、15および20%で行い、比較として、二酸化炭素を供給せずに熱処理のみの実験は40℃のウォーターバス内で行った。
酸性プロテアーゼ活性測定は基質にカゼインを使用し、37℃、pH 3.0で10分間酵素反応させることで行った。この反応液にトリクロロ酢酸を加え反応を停止させた後、沈殿物をろ過し、ろ液にフェノール試薬を加え発色させ660 nmでの吸光度を測定した。酵素の残存活性は未処理酵素の活性に対する相対活性として百分率(%)で表示した。
低加圧マイクロ・ナノバブル二酸化炭素処理を行った場合の酸性プロテアーゼの残存活性の経時的変化を図14Bに示す。また、熱処理のみを行った場合の残存活性の経時的変化を図14Aに示す。
(1)実験方法
(1−1)野菜に対する低加圧二酸化炭素による前処理の効果
この実験は図3に示す固形状食品の処理装置を用いて行った(但し、二酸化炭素の循環は行っていない。)。30Lの液体貯留槽201に入れた25Lの蒸留水を40℃まで加温し、蒸留水中に市販のキャベツおよびレタスを挿入し、マイクロ・ナノバブル発生装置204を用いて微小気泡化した二酸化炭素を1および2 MPaに達するまで供給した。30分間保持後、液体貯留槽201のヘッドスペース部分の二酸化炭素を開放弁215からゆっくり放出することで液体貯留槽201内の圧力を大気圧まで減圧し、キャベツおよびレタスを取り出し、観察した。
大腸菌を塗布した市販のキャベツを固形状食品貯留槽212内に挿入し、二酸化炭素ガスによって1 MPaまで加圧した。その後、液体貯留槽201内でマイクロ・ナノバブル発生装置204を用いて二酸化炭素を微小気泡化することによって溶存二酸化炭素濃度が飽和に達した蒸留水を固形状食品貯留槽212に導き、キャベツを処理し、殺菌効果の検討を行った。また、大腸菌を塗布したキャベツを1 MPaの二酸化炭素ガスに曝しただけのときの殺菌効果についても検討した。
(2−1)野菜に対する低加圧二酸化炭素による前処理の効果
予め二酸化炭素で加圧することなく、液体貯留槽201内が1および2 MPaとなるように二酸化炭素を供給した蒸留水中に直接曝したキャベツおよびレタスでは水が浸潤し、商品価値が低下したが(図15右上及び右下、図16右上及び右下)、1 MPaおよび2 MPaの二酸化炭素中に置いた後、二酸化炭素を供給した蒸留水中に曝したキャベツおよびレタスは変化が認められなかった(図15中央上及び中央下、図16中央上及び中央下)。
キャベツに塗布した106 CFU/mLの大腸菌は、1 MPaとなるように二酸化炭素を供給した固形状食品貯留槽212内の水につけてから20分以内に0 CFU/mLとなった。しかしながら、二酸化炭素ガスに曝しただけでは殺菌効果はほとんど認められなかった。
(1)実験方法
(1−1)供試試料
日本酒を想定して、15% エタノール溶液25Lに250 μLのカプロン酸エチル(Ethyl hexanoate、日本酒中の主要香気成分)を添加したモデル水を試料水とした。
低加圧マイクロ・ナノバブル二酸化炭素処理装置及び操作は実施例1と同様の手順で行った。処理条件は火落菌の完全殺菌が可能であり、本実験で最も香りが揮散しやすいと考えられる処理温度40℃、処理圧力2 MPa、二酸化炭素供給量2000mL/min、処理時間40 minで行った。
試料中の香気成分の抽出は食品中の香気成分抽出法であるPorapak Qカラム濃縮法を用いて行った。即ち、低加圧マイクロ・ナノバブル二酸化炭素処理前後の200 mLの試料水を10 mLのPorapak Q (polydivinylbenzene, 50-80 mesh, Waters Co., Ltd., Milford, MA)が充填されたガラスカラム(2 cm×10 cm)に流してPorapak Qに香気成分を吸着させた後、100 mLの蒸留水でカラム内を洗浄し、次いで香気成分を100 mLのジエチルエーテル(和光純薬工業株式会社)で溶出させた。その溶出液に内部標準物質として100 μLの0.1%シクロヘキサノール溶液(片山化学工業株式会社)を添加し、無水硫酸ナトリウム(和光純薬工業株式会社)で一晩脱水後、窒素ガスを用いて約40 μLまで濃縮し、ガスクロマトグラム(GC)分析により定量した。
低加圧マイクロ・ナノバブル二酸化炭素処理後のカプロン酸エチルの残存率を表1に示す。また、比較のため、超臨界二酸化炭素処理後のカプロン酸エチルの残存率を表2に示す。
閉鎖系:二酸化炭素を処理時間中供給しつづけ、過圧になると供給を止め、二酸化炭素の処理液への溶解によって圧力が設定圧力より低下した場合、二酸化炭素を再供給して処理圧力を維持する。
2)35℃、25 MPa、30 min(Ishikawa et al., 1995, Inactivation of Enzymes in Namazake Using Micro-bubble Supercritical Carbon Dioxide. Biosci. Biotech. Biochem., 59(6), 1027-1031.)
本明細書は、本願の優先権の基礎である日本国特許出願(特願2007-198650号)の明細書および/または図面に記載されている内容を包含する。また、本発明で引用した全ての刊行物、特許および特許出願をそのまま参考として本明細書にとり入れるものとする。
Claims (10)
- 耐圧容器内において、二酸化炭素と液体との存在下に負圧を利用して発生した二酸化炭素の微小気泡を、0.2〜2MPa下に微生物又は酵素を含む液状食品に接触させ、これにより食品中の微生物の殺菌又は酵素の失活を行うことを特徴とする食品の処理方法。
- 二酸化炭素の微小気泡と液状食品との接触をエタノール存在下で行うことを特徴とする請求項1に記載の食品の処理方法。
- エタノール存在量が、液状食品中0.1〜30質量%であることを特徴とする請求項2に記載の食品の処理方法。
- 液状食品が、アルコール飲料の製造中間物であることを特徴とする請求項1に記載の食品の処理方法。
- アルコール飲料の製造中間物が、火入れ前の清酒、亜硫酸若しくは亜硫酸塩添加前のワイン、又は濾過若しくは熱処理前のビールであることを特徴とする請求項4に記載の食品の処理方法。
- 二酸化炭素の微小気泡を液状食品に接触させた後の二酸化炭素を回収し、回収した二酸化炭素を再度食品の処理に用いることを特徴とする請求項1ないし5のいずれか一項に記載の食品の処理方法。
- (1)第一の容器内において、二酸化炭素と液体の存在下に負圧を利用して発生した二酸化炭素の微小気泡を、0.2〜2MPa下で液体中に保持させる工程、(2)第二の容器内に、微生物又は酵素を含む固形状食品を入れ、第一の容器と等圧になるように二酸化炭素を供給する工程、及び(3)二酸化炭素の微小気泡を保持した液体を固形状食品に接触させ、これにより食品中の微生物の殺菌又は酵素の失活を行う工程を含むことを特徴とする食品の処理方法。
- 固形状食品が、野菜又は果物であることを特徴とする請求項7に記載の食品の処理方法。
- 二酸化炭素供給源、二酸化炭素供給源と連通可能で、供給された二酸化炭素を微小気泡化する微小気泡発生部材、微小気泡発生部材が内部に設置されており、液状食品を貯留しておくための液状食品貯留槽、液状食品貯留槽から排出された液状食品を貯留しておく処理済液状食品貯留槽、並びに処理済液状食品貯留槽及び二酸化炭素供給源と連通し、処理済液状食品貯留槽中の二酸化炭素を捕集し、二酸化炭素供給源へ戻す二酸化炭素回収部材を含む液状食品の処理装置であって、二酸化炭素を微小気泡化する微小気泡発生部材が二酸化炭素と液体の存在下に負圧を利用して微小気泡を発生させることを特徴とする液状食品の処理装置。
- 二酸化炭素供給源、二酸化炭素供給源と連通可能で、供給された二酸化炭素を微小気泡化する微小気泡発生部材、微小気泡発生部材が内部に設置されており、液体を貯留しておくための液体貯留槽、並びに二酸化炭素供給源及び液体貯留槽と連通可能で、固形状食品を貯留しておくための固形状食品貯留槽を含む固形状食品の処理装置であって、二酸化炭素を微小気泡化する微小気泡発生部材が二酸化炭素と液体の存在下に負圧を利用して微小気泡を発生させることを特徴とする固形食品の処理装置。
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