JP5569810B2 - 内容物充填方法、内容物充填システム、および内容物入ボトル - Google Patents

Description

本発明は、内容物充填方法、内容物充填システム、および内容物入ボトルに係り、とりわけボトル内の初期酸素量を減らすことにより、内容物の酸化劣化を抑制することが可能な内容物充填方法、内容物充填システム、および内容物入ボトルに関する。

近年、プラスチックボトルに使用されるプラスチック材料の使用量を減らすことにより、プラスチックボトルを軽量化することが望まれている。しかしながら、プラスチックボトルを軽量化することは、プラスチックボトルの強度および内容物保存（酸素バリア）性を低下させることに繋がる。

このため、内容物保存（酸素バリア）性を高めるために、プラスチックボトルを構成する材料に酸素遮断性や酸素吸収機能性を有する材料をブレンドしたり、プラスチックボトルを多層化することにより、プラスチックボトルのガスバリア性を高める（内容物の経時酸化を抑制する）技術が使用されている。

また、内容物を充填した後、プラスチックボトル内のヘッドスペース中の酸素を不活性ガスによって置換することにより、ヘッドスペース中の酸素を除去する（内容物の初期酸化を抑制する）充填包装技術が存在する（特開２００８−１５５９４３号公報）。

他方、特開２００２−３０１４４１号公報には、不活性ガスと洗浄水（リンス水）とを混合した状態で空ボトル内に注入させる技術が示されている。

特開２００８−１５５９４３号公報 特開２００２−３０１４４１号公報

しかしながら、特開２００８−１５５９４３号公報のように、内容物入りのボトルのヘッドスペース中に不活性ガスを吹きかけ、不活性ガスにより酸素を置換することを行うのみでは、そのガス置換率に限界が存在する。とりわけ内容物の種類によっては、充填時に周囲の空気を巻き込み、泡立ち易く、かつこの泡が消えにくいものもある。このような泡立ちやすい内容物が充填されているボトルの場合、ヘッドスペース中の酸素を不活性ガスにより置換する際、ヘッドスペースのうち泡の外部の空間（液面上方空間）に存在する酸素を置換することはできるが、泡の内部に存在する酸素を置換することはできない。このような、泡内部に存在する酸素は、一定時間の経過後、泡の消滅とともにヘッドスペース中に放出されるため、結果的にヘッドスペース中の酸素量が上昇してしまうことになる。

他方、特開２００２−３０１４４１号公報においては、不活性ガスを注入する工程と洗浄水（リンス水）を注入する工程とが区別されていないため、洗浄水（リンス水）の水切りを十分に行うことが難しいと考えられる。すなわち、リンス水と不活性ガスとがスプレー状に吹き出してしまうため、リンス水がボトル内壁にミスト状に残り、水切りが難しくなると考えられる。

本発明はこのような点を考慮してなされたものであり、ボトル内に最初から存在する酸素量を減らし、内容物の酸化劣化を抑制することが可能な内容物充填方法、内容物充填システム、および内容物入ボトルを提供することを目的とする。

本発明は、口部と、ボトル本体とを有するボトルに対して内容物を充填する内容物充填方法において、ボトルの口部を下方に向けた状態で口部からボトル本体内へ下方から上方へ向けて不活性ガスのみを供給してボトル本体内を不活性ガスで置換する不活性ガス置換工程と、口部からボトル本体内へ内容物を充填する内容物充填工程とを備えたことを特徴とする内容物充填方法である。

本発明は、不活性ガス置換工程の前に、ボトル内を殺菌する殺菌工程と、口部からボトル本体内へリンス水を供給するリンス工程とが設けられていることを特徴とする内容物充填方法である。

本発明は、不活性ガス置換工程の前に、ボトル内を電子線により殺菌する殺菌工程が設けられていることを特徴とする内容物充填方法である。

本発明は、内容物充填工程の後、口部からボトル本体内へ不活性ガスを供給する不活性ガス供給工程が設けられていることを特徴とする内容物充填方法である。

本発明は、不活性ガス供給工程の後、口部にキャップを装着するキャップ装着工程が設けられていることを特徴とする内容物充填方法である。

本発明は、内容物充填工程において、口部からボトル本体内へ５℃〜５５℃の温度で内容物を充填することを特徴とする内容物充填方法である。

本発明は、工程全体が無菌雰囲気下で行われることを特徴とする内容物充填方法である。

本発明は、不活性ガス置換工程の際ボトル本体内に導入された不活性ガスにより、内容物充填工程の際、ボトル本体内に充填された内容物に、内部に不活性ガスを収納した泡が生じることを特徴とする内容物充填方法である。

本発明は、内容物は、茶飲料、乳飲料、コーヒー飲料、機能性飲料、野菜汁飲料、または果汁飲料からなることを特徴とする内容物充填方法である。

本発明は、不活性ガス置換工程から内容物充填工程までの間が０．５秒〜２０秒で行われることを特徴とする内容物充填方法である。

本発明は、ボトルのボトル本体は、胴部と、ペタロイド形状からなる底部とを有することを特徴とする内容物充填方法である。

本発明は、ボトルのボトル本体は、胴部と、陥没部が形成された底部とを有し、陥没部の深さは、胴部の外径の４％〜４０％であることを特徴とする内容物充填方法である。

本発明は、口部と、ボトル本体とを有するボトルに対して内容物を充填する内容物充填システムにおいて、ボトルの口部を下方に向けた状態で口部からボトル本体内へ下方から上方へ向けて不活性ガスのみを供給してボトル本体内を不活性ガスで置換する不活性ガス置換部と、不活性ガス置換部の下流側に設けられ、口部からボトル本体内へ内容物を充填する内容物充填部とを備えたことを特徴とする内容物充填システムである。

本発明は、不活性ガス置換部の上流側に、ボトル内を殺菌する殺菌部が設けられ、不活性ガス置換部の上流側であって殺菌部の下流側に、口部からボトル本体内へリンス水を供給するリンス部が設けられていることを特徴とする内容物充填システムである。

本発明は、不活性ガス置換部の上流側に、ボトル内を電子線により殺菌する殺菌部が設けられていることを特徴とする内容物充填システムである。

本発明は、内容物充填部の下流側に、口部からボトル本体内へ不活性ガスを供給する不活性ガス供給部が設けられていることを特徴とする内容物充填システムである。

本発明は、不活性ガス置換部の上流側に、ボトル内を殺菌する殺菌部が設けられ、不活性ガス置換部の上流側であって殺菌部の下流側に、口部からボトル本体内へリンス水を供給するリンス部が設けられ、不活性ガス供給部の下流側に、口部にキャップを装着するキャップ装着部が設けられていることを特徴とする内容物充填システムである。

本発明は、ボトルのボトル本体は、胴部と、ペタロイド形状からなる底部とを有することを特徴とする内容物充填システムである。

本発明は、ボトルのボトル本体は、胴部と、陥没部が形成された底部とを有し、陥没部の深さは、胴部の外径の４％〜４０％であることを特徴とする内容物充填システムである。

本発明によれば、口部からボトル本体内へ不活性ガスのみを供給してボトル本体内を不活性ガスで置換した後、口部からボトル本体内へ内容物を充填するので、ボトル本体内に不活性ガスが充填されるとともに、内容物に、内部に不活性ガスを収納した泡が形成される。これにより、ボトル内に最初から存在する酸素量（初期容器内総酸素量）を減らすことができ、内容物の初期酸化劣化を抑制することができる。

また本発明によれば、口部からボトル本体内へリンス水を供給するリンス工程が設けられ、その後、口部からボトル本体内へ不活性ガスのみを供給してボトル本体内を不活性ガスで置換する不活性ガス置換工程が設けられているので、不活性ガスによってリンス水を効果的に除去することができる。

また本発明によれば、内容物充填工程の後、口部からボトル本体内へ不活性ガスを供給する不活性ガス供給工程が設けられている。このことにより、搬送中にボトル本体内から失われた不活性ガスをボトル本体に補填することができ、ボトル内に最初から存在する酸素量（初期容器内総酸素量）を減らし、内容物の初期酸化劣化をより確実に抑制することができる。

また本発明によれば、口部からボトル本体内へ５℃〜５５℃の温度で内容物を充填するとともに、工程全体が無菌雰囲気下で行われる。すなわち内容物を加熱することがないので、熱による内容物の劣化を防止することができる。

また本発明によれば、内容物が泡立ち易いもの、例えば茶飲料、乳飲料、コーヒー飲料、機能性飲料、野菜汁飲料、または果汁飲料からなる場合であっても、内容物の初期酸化劣化を効果的に抑制することができる。

また本発明によれば、不活性ガス置換工程から内容物充填工程までの間が０．５秒〜２０秒で行われるので、ボトルに対して高速で内容物を充填することも可能である。

図１は、本発明の一実施の形態による内容物充填システムを示す構成図。 図２は、本発明の一実施の形態による内容物充填システムのリンス部および不活性ガス置換部を示す概略断面図。 図３は、本発明の一実施の形態による内容物充填方法を示すフロー図。 図４Ａ、図４Ｂおよび図４Ｃは、本発明の一実施の形態による内容物充填方法の各工程におけるボトルを示す図。 図５は、初期容器内総酸素量を比較するグラフ。 図６は、容器内総酸素量の経時変化を比較するグラフ。 図７Ａおよび図７Ｂは、実施例Ａによるボトルを示す図。 図８Ａおよび図８Ｂは、実施例Ｂによるボトルを示す図。 図９Ａおよび図９Ｂは、実施例Ｃによるボトルを示す図。 図１０Ａおよび図１０Ｂは、実施例Ｄによるボトルを示す図。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。図１乃至図４は本発明の一実施の形態を示す図である。

（内容物充填システム）
まず図１乃至図２により本実施の形態による内容物充填システムについて説明する。

図１に示す内容物充填システム１０は、口部３１と、ボトル本体３２とを有するボトル３０に対して内容物４３を充填するシステムである。この内容物充填システム１０は、殺菌部１１と、リンス部１２と、不活性ガス置換部１３と、内容物充填部１４と、不活性ガス供給部１５と、キャップ装着部１６とを備えている。殺菌部１１、リンス部１２、不活性ガス置換部１３、内容物充填部１４、不活性ガス供給部１５、およびキャップ装着部１６は、上流側から下流側に向けてこの順に配設されている。

また、殺菌部１１とリンス部１２との間に、ボトル３０を殺菌部１１からリンス部１２へ搬送する第１搬送機構１７が設けられている。さらに、不活性ガス置換部１３と内容物充填部１４との間に、ボトル３０を不活性ガス置換部１３から内容物充填部１４へ搬送する第２搬送機構１８が設けられている。

このうち殺菌部１１は、ミスト状、棒状、または噴水式に噴出される殺菌剤４０により空のボトル３０内を殺菌するものである。この殺菌剤４０としては、例えば過酸化水素水または過酢酸が挙げられる。なお、殺菌部１１においては、殺菌剤４０を用いる殺菌方法のほか、殺菌剤４０を用いない電子線殺菌（以下、ＥＢ（Electron Beam）殺菌ともいう）方法が用いられても良い。

リンス部１２は、殺菌部１１で内部が殺菌されたボトル３０の口部３１からボトル本体３２内へリンス水４１を供給するものである。このリンス水４１は、例えば２５℃〜８０℃程度の温水（無菌水）からなっている。なお、殺菌部１１においてＥＢ殺菌方法を用いる場合、このリンス部１２は必ずしも設けられなくても良い。この場合、製造工程において水や電気の使用量を削減することができる。

なお、殺菌部１１とリンス部１２との間に位置する第１搬送機構１７において、口部３１が下方を向くように、ボトル３０が上下反転されるようになっている。

不活性ガス置換部１３は、リンス部１２でリンスされたボトル３０に対し、その口部３１からボトル本体３２内へ不活性ガス４２のみを供給し、これによりボトル本体３２内を不活性ガス４２で置換するものである。この不活性ガス４２として各種のガスを用いることができるが、とりわけ窒素（Ｎ₂）を用いることが好ましい。また充填する不活性ガス４２の量は、ボトル３０の容積を上回る量とすることが好ましい。なお、不活性ガス置換部１３において、ボトル３０は口部３１を下方に向けたままの状態である。このように、不活性ガス４２を用いてボトル３０内の空気（酸素）を置換することにより、ボトル３０内に不活性ガス４２が充填される。

次に図２を用いて、このリンス部１２および不活性ガス置換部１３の構成について更に詳細に説明する。

図２に示すように、リンス部１２および不活性ガス置換部１３は、それぞれディストリビュータ５０上に配置されている。このディストリビュータ５０は、固定部５１と、固定部５１上で一定方向に回転する回転部５２とを有している。このうち回転部５２に、上方に向けて突出する複数のノズル５３が連結されている。そしてボトル３０は、回転部５２の回転に伴い、口部３１内に挿入された各ノズル５３とともに一定方向に回転するようになっている。なお図２において、便宜上、ディストリビュータ５０の一部分のみを模式的に示している。

リンス部１２は、リンス水４１を収容したリンス水タンク５９と、リンス水タンク５９に連結されたリンス水供給管５４と、リンス水供給管５４に連結されたリンス水供給空間５５とを有している。このうちリンス水供給空間５５は、固定部５１内に形成されるとともに、回転部５２の回転に伴ってリンス水供給空間５５上方に移動してきたノズル５３と連通するようになっている。これによりリンス水４１は、リンス水タンク５９から、リンス水供給管５４、リンス水供給空間５５、および各ノズル５３を順次介してボトル３０内に供給され、ボトル３０内が洗浄される。

他方、不活性ガス置換部１３は、不活性ガス４２を収容した不活性ガスタンク５６と、不活性ガスタンク５６に連結された不活性ガス供給管５７と、不活性ガス供給管５７に連結された不活性ガス供給空間５８とを有している。このうち不活性ガス供給空間５８は、固定部５１内に形成されるとともに、回転部５２の回転に伴って不活性ガス供給空間５８上方に移動してきたノズル５３と連通するようになっている。これにより不活性ガス４２は、不活性ガスタンク５６から、不活性ガス供給管５７、不活性ガス供給空間５８、および各ノズル５３を順次介してボトル３０内に供給され、ボトル３０内の空気と置換される。

再び図１を参照すると、不活性ガス置換部１３の下流側に、ボトル３０の口部３１からボトル本体３２内へ内容物４３を充填する内容物充填部１４が設けられている。この内容物充填部１４において、不活性ガス４２が充填された状態のボトル３０に対して内容物４３が充填される。内容物４３は、各種の飲料等からなっていて良いが、とりわけ、緑茶等の茶飲料、牛乳等の乳飲料、コーヒー飲料、機能性飲料、野菜汁飲料、または果汁飲料等、泡立ち易い液体を好適に用いることができる。

なお不活性ガス置換部１３と内容物充填部１４との間の第２搬送機構１８において、口部３１が上方を向くように再度ボトル３０を上下反転するようになっている。

内容物充填部１４の下流側には、不活性ガス供給部１５が設けられている。この不活性ガス供給部１５は、ボトル３０の口部３１からボトル本体３２内へ不活性ガス４２を供給し、ボトル本体３２のうち内容物４３の液面上方の空間（液面上方空間３２ａ）内に不活性ガス４２を充填するものである。なお、不活性ガス４２としては、不活性ガス置換部１３において供給されるガスと同様に、例えば窒素（Ｎ₂）を用いることができる。なお、不活性ガス供給部１５で供給される不活性ガスが、不活性ガス置換部１３で供給される不活性ガスと異なる種類のガスからなっていても良い。この不活性ガス供給部１５で充填される不活性ガス４２の量は、泡４３ａおよび液面上方空間３２ａの合計容積と同等以上の量とすることが好ましい。ここで本明細書中、液面上方空間３２ａとは、ボトル本体３２内部の空間のうち、内容物４３の液面上方に形成される空間であって、内容物４３に発生する泡４３ａを除いたものをいう。したがって、泡４３ａおよび液面上方空間３２ａに含まれる気体が、市場に出た後におけるヘッドスペース中の気体に相当する。

不活性ガス供給部１５の下流側に設けられたキャップ装着部１６は、ボトル３０の口部３１にキャップ３３を装着することにより、ボトル３０を密閉するものである。

（内容物充填方法）
次に、図１、図３、および図４Ａ−図４Ｃにより、本実施の形態による内容物充填方法について説明する。本実施の形態による内容物充填方法は、上述した内容物充填システム１０（図１）を用いて行われるものである。

まず、殺菌部１１において、空のボトル３０内を殺菌剤４０により殺菌する（殺菌工程）（図３のステップＳ１）。この殺菌剤４０としては、上述したように過酸化水素水または過酢酸が挙げられる。なお、この殺菌工程において、殺菌剤４０を用いる殺菌方法のほか、上述したＥＢ殺菌方法を用いても良い。このように、殺菌部１１においてボトル３０内が殺菌される。

次に、殺菌されたボトル３０は、第１搬送機構１７において口部３１が下方を向くように上下反転され、リンス部１２に搬送される。次にこのリンス部１２において、ボトル３０の口部３１からボトル本体３２内へリンス水４１が供給される（リンス工程）（図３のステップＳ２）。このように、リンス水４１を用いてボトル３０内を洗浄することにより、ボトル３０内に残存する殺菌剤４０等を取り除く。なお、殺菌工程においてＥＢ殺菌方法を用いる場合には、殺菌剤４０を使用しないため、必ずしもこのリンス工程を設ける必要はない。ただし殺菌工程でＥＢ殺菌方法を用いる場合であっても、ボトル３０内に残存する異物等を除去するために、このリンス工程が設けられていても良い。

続いて、ボトル３０は、口部３１を下方に向けたまま不活性ガス置換部１３に搬送される。この不活性ガス置換部１３において、ボトル３０の口部３１からボトル本体３２内へ不活性ガス４２のみを供給し、ボトル本体３２内を不活性ガス４２で置換する（不活性ガス置換工程）（図３のステップＳ３）。このように、ボトル本体３２内に下方から不活性ガス４２を噴射することにより、ボトル本体３２内に残存するリンス水４１を効果的に取り除くことができるという効果もある。

次に、不活性ガス４２が充填されたボトル３０は、第２搬送機構１８において口部３１が上方を向くように上下反転され、内容物充填部１４に搬送される。続いて、内容物充填部１４において、ボトル３０の口部３１からボトル本体３２内へ内容物４３が充填される（内容物充填工程）（図３のステップＳ４、図４Ａ）。なお、充填される内容物４３は、その溶存酸素濃度を抑えるように、予め液処理工程において制御（液脱気）管理されている。

この内容物充填工程の際、ボトル３０のボトル本体３２に充填された内容物４３の内部および表面に、充填時の巻き込みにより多数の泡４３ａが生じる。この場合、上述したように、不活性ガス置換工程において、ボトル本体３２内に不活性ガス４２が導入されている。したがって、内容物４３には、内部に不活性ガス４２が収納された泡４３ａが生じる。また、内容物４３中に不活性ガス４２が包み込まれる。

本実施の形態において、内容物４３は、上述したように緑茶等の茶飲料、牛乳等の乳飲料、コーヒー飲料、機能性飲料、野菜汁飲料、または果汁飲料等の泡立ち易い液体からなっていることが好ましい。すなわち本実施の形態によれば、内容物４３の初期酸化を抑制する効果が高いため、内容物４３として、緑茶に代表されるような、酸化劣化によって風味や色差が変わりやすい性質を持つ液体が非常に適している。また、内容物４３の充填時に泡立ちし易く、泡が消えにくい乳成分を多く含む液体を用いることも効果的である。

内容物充填工程の後、ボトル３０は不活性ガス供給部１５に搬送される。次いで、この不活性ガス供給部１５において、ボトル３０の口部３１からボトル本体３２内へ不活性ガス４２が供給される（不活性ガス供給工程）（図３のステップＳ５、図４Ｂ）。これにより、ボトル本体３２の液面上方空間３２ａ内に不活性ガス４２が充填される。この結果、不活性ガス置換部１３から内容物充填部１４を経て不活性ガス供給部１５に至るボトル３０の搬送中に一部失われた不活性ガス４２が、ボトル本体３２内に補填される。

不活性ガス供給工程の後、ボトル３０はキャップ装着部１６に搬送される。その後、キャップ装着部１６において、ボトル３０の口部３１にキャップ３３を装着することにより、内容物入ボトル３５が得られる（キャップ装着工程）（図３のステップＳ６、図４Ｃ）。

この密栓後の内容物入ボトル３５は、ボトル本体３２と口部３１とを有するボトル３０と、ボトル３０のボトル本体３２内に充填された内容物４３とを備えている。また、ボトル本体３２の液面上方空間３２ａ内に不活性ガス４２が充填されるとともに、内部に不活性ガス４２を収納した泡４３ａが形成されている（図４Ｃ）。したがって、ボトル３０内に最初から存在する酸素量（初期容器内総酸素量）がきわめて少なく抑えられている。

ところで、本実施の形態において、上述した殺菌工程からキャップ装着工程までの工程全体が無菌雰囲気下で行われるとともに、ボトル３０の口部３１からボトル本体３２内へ５℃〜５５℃、例えば常温（５℃〜３５℃）で内容物４３を充填するようになっている。すなわち、いわゆる無菌充填方式が採用されている。

ここで、本実施の形態による無菌充填方式と、ホットパック充填方式の違いについて説明する。本実施の形態による無菌充填方式の特徴として、内容物４３の充填温度が５℃〜５５℃であるため、充填時における泡４３ａおよび液面上方空間３２ａの気体量は、市場に出た後における、製品（内容物入ボトル３５）のヘッドスペース容積にほぼ等しいことが挙げられる。

これに対して、ホットパック充填方式を採用した場合には、８５℃以上の高温下で内容物を充填する。このため、充填時にヘッドスペースは蒸気で満たされており、ヘッドスペースの酸素濃度は低くなっている。また、その後内容物が常温となった場合には、ヘッドスペースが大きく減少する。さらに、気体の液体への溶解度は一般的に低温である程、増す性質がある。

したがって、本実施の形態による無菌充填方式は、ホットパック充填方式と比べて、内容物４３の充填時における空気の巻き込みにより、内容物４３中の溶存酸素濃度が高まりやすい。加えて、液面上方空間３２ａが大きいことから、ボトル３０内の総酸素量が大きくなりやすい傾向にある。したがって、とりわけ無菌充填方式を用いる場合、ボトル３０内に最初から存在する酸素量（初期容器内総酸素量）を抑えることが、内容物４３の酸化を防止するうえで効果的となる。

なお、本実施の形態において、内容物入ボトル３５の生産（搬送）速度は、１００ｂｐｍ〜２０００ｂｐｍとすることが好ましい。ここでｂｐｍ（bottle per minute）とは、１分間当たりのボトル３０の搬送速度をいう。この場合、不活性ガス置換工程（図３のステップＳ３）から内容物充填工程（図３のステップＳ４）までの間が０．５秒〜２０秒で行われることが好ましい。

なお、ボトル３０の材料としては、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリ乳酸（ＰＬＡ）等の合成樹脂材料を用いることができる。なお、ボトル３０の好ましい形状については後に詳述する。

以上のように本実施の形態によれば、ボトル３０の口部３１からボトル本体３２内へ不活性ガス４２のみを供給してボトル本体３２内を不活性ガス４２で置換した後、口部３１からボトル本体３２内へ内容物４３を充填する。このことにより、ボトル本体３２内に不活性ガス４２が充填されるとともに、内容物４３に、内部に不活性ガス４２を収納した泡４３ａが形成される。この結果、ボトル３０内の初期容器内総酸素量（製造直後における、液面上方空間３２ａ内部に存在する酸素量、泡４３ａ内部に存在する酸素量、および内容物４３に溶解している酸素量の合計）を減らすことができ、内容物４３の初期酸化劣化を抑制することができる。具体的には、５００ｍｌサイズのボトル３０の場合、初期容器内総酸素量を２．０ｃｃ以下に抑えることができる。

また本実施の形態によれば、ボトル３０の口部３１からボトル本体３２内へリンス水４１を供給し（リンス工程）、その後、口部３１からボトル本体３２内へ不活性ガス４２のみを供給してボトル本体３２内を不活性ガス４２で置換する（不活性ガス置換工程）。したがって、不活性ガス４２によってリンス水４１を効果的に除去することができる。

また本実施の形態によれば、内容物充填工程の後、口部３１からボトル本体３２内へ不活性ガス４２を供給する不活性ガス供給工程が設けられている。このことにより、搬送中にボトル本体３２内から一部失われた不活性ガス４２をボトル本体３２に補填することができ、内容物４３の初期酸化劣化をより確実に抑制することができる。

また本実施の形態によれば、口部３１からボトル本体３２内へ５℃〜５５℃で内容物４３を充填するとともに、工程全体が無菌雰囲気下で行われる（無菌充填方式）。すなわち、ホットパック充填方式と異なり、内容物４３を加熱することがないので、熱による内容物４３の劣化を防止することができる。

さらに本実施の形態によれば、従来の無菌充填方式で使用されている設備を大幅に改造する必要がないため、設備コストを抑制することができる。

さらに本実施の形態によれば、内容物入ボトル３５の生産（搬送）速度は、１００ｂｐｍ〜２０００ｂｐｍであり、また不活性ガス置換工程から内容物充填工程までの間が０．５秒〜２０秒で行われるので、ボトル３０に対して高速で内容物４３を充填することが可能である。

（実施例）
次に、図１、図３、図５、および図６を用いて本発明の具体的実施例を説明する。

（実施例１）
図１に示す内容物充填システム１０を用い、かつ図３に示す内容物充填方法により内容物入ボトル３５（実施例１）を作製した。この場合、無菌雰囲気かつ常温で内容物４３を充填した（無菌充填方式）。また、ボトル３０として容量５００ｍｌのＰＥＴボトルを用い、さらにボトル３０の搬送速度は９００ｂｐｍとした。

まずボトル３０内を過酸化水素水からなる殺菌剤により殺菌し（殺菌工程）、次に口部３１からボトル本体３２内へリンス水を供給した（リンス工程）。続いて、口部３１からボトル本体３２内へ窒素からなる不活性ガスを５５０ｍｌ供給して、ボトル本体３２内を窒素ガスで置換した（不活性ガス置換工程）。次に、口部３１からボトル本体３２内へ緑茶からなる内容物４３を充填した（内容物充填工程）。この場合、充填前における緑茶内の酸素濃度は１．４ｐｐｍであった。また緑茶の充填温度は３０．２℃であった。

次いで、口部３１からボトル本体３２内へ窒素からなる不活性ガスを供給し（不活性ガス供給工程）、その後、口部３１にキャップ３３を装着することにより、実施例１による内容物入ボトル３５を得た。この場合、ヘッドスペースの容量は２０ｍｌであった。

このようにして得られた内容物入ボトル３５（実施例１）の初期容器内総酸素量（ビバレッジ由来酸素量＋ヘッドスペース由来酸素量）を測定した。初期容器内総酸素量は、ヘッドスペースの酸素濃度（％）、ヘッドスペースの容量、内容物の充填量、内容物中の溶存酸素濃度（％）をそれぞれ実測し、下記の式に基づいて算出した。
（初期容器内総酸素量）＝（ヘッドスペースの酸素濃度）×（ヘッドスペースの容量）＋（内容物の充填量）×（内容物中の溶存酸素濃度）

この結果、初期容器内総酸素量は、１．５ｃｃ（ビバレッジ由来酸素量０．４ｃｃ＋ヘッドスペース由来酸素量１．１ｃｃ）となった（図５参照）。なお、ビバレッジ由来酸素量には緑茶に溶解している酸素量が含まれ、ヘッドスペース由来酸素量には液面上方空間３２ａ内部に存在する酸素量および泡４３ａ内部に存在する酸素量が含まれる。

（実施例２）
実施例１より液温を下げた状態で内容物４３を充填し泡４３ａを多く発生させた（ヘッドスペースの容量のうち、泡４３ａが占める割合（泡率ともいう）を１８％とした）こと、以外は、実施例１と同様にして内容物入ボトル３５（実施例２）を作製した。この内容物入ボトル３５（実施例２）の初期容器内総酸素量を測定したところ、１．０ｃｃ（ビバレッジ由来酸素量０．４ｃｃ＋ヘッドスペース由来酸素量０．６ｃｃ）となった（図５参照）。

（比較例１）
リンス工程の後、口部３１からボトル本体３２内へ窒素ではなく無菌化した空気からなるガスを５５０ｍｌ供給したこと、および不活性ガス供給工程を行わなかったこと、以外は、実施例１と同様にして内容物入ボトル（比較例１）を作製した。この内容物入ボトル（比較例１）の初期容器内総酸素量を測定したところ、５．０ｃｃ（ビバレッジ由来酸素量１．０ｃｃ＋ヘッドスペース由来酸素量４．０ｃｃ）となった（図５参照）。

（比較例２）
リンス工程の後、口部３１からボトル本体３２内へ窒素ではなく無菌化した空気からなるガスを５５０ｍｌ供給したこと、以外は、実施例１と同様にして内容物入ボトル（比較例２）を作製した。この内容物入ボトル（比較例２）の初期容器内総酸素量を測定したところ、２．５ｃｃ（ビバレッジ由来酸素量０．５ｃｃ＋ヘッドスペース由来酸素量２．０ｃｃ）となった（図５参照）。

（比較例３）
無菌充填方式ではなくホットパック充填方式を用いたこと、以外は、実施例１と同様にして内容物入ボトル（比較例３）を作製した。この内容物入ボトル（比較例３）の初期容器内総酸素量を測定したところ、１．７ｃｃ（ビバレッジ由来酸素量０．４ｃｃ＋ヘッドスペース由来酸素量１．３ｃｃ）となった（図５参照）。

この結果、実施例１および実施例２による内容物入ボトル３５の初期容器内総酸素量を２．０ｃｃ以下（それぞれ１．５ｃｃ、１．０ｃｃ）に抑えることができた。この数値は、ホットパック充填方式を用いて同様の条件下で作製した内容物入ボトル（比較例３）の数値（１．７ｃｃ）と比べ同等またはそれ以下である（図５参照）。他方、比較例１および比較例２による内容物入ボトルの初期容器内総酸素量は、２．０ｃｃを上回った（それぞれ５．０ｃｃ、２．５ｃｃ）。

次に、上述した実施例１および実施例２による内容物入ボトル３５と、比較例１〜比較例３による内容物入ボトルとの間で、時間の経過に伴う容器内総酸素量を比較した（図６）。この結果、実施例１および実施例２による内容物入ボトル３５の場合も、比較例１〜比較例３による内容物入ボトルの場合も、ボトルの壁面を酸素が透過することにより、時間の経過に伴って容器内総酸素量が徐々に増加していった（図６のグラフが右上がりとなった）。しかしながら、長時間が経過した後であっても、これらのボトルの容器内総酸素量の差はほぼ一定に維持されていた。このことからも、初期容器内総酸素量を低く抑えることが、内容物の酸化劣化を抑制するために有効であることが確認された。

（ボトルの構成）
次に、図７乃至図１０を用いて、本実施の形態による内容物充填方法および内容物充填システムにおいて好適に用いられるボトルの構成について説明する。

上述したように、本実施の形態においては、ボトル３０の口部３１からボトル本体３２内へ不活性ガス４２のみを供給してボトル本体３２内を不活性ガス４２で置換し（不活性ガス置換工程）、その後口部３１からボトル本体３２内へ内容物４３を充填している（内容物充填工程）。

また上述したように、内容物充填工程の際、充填時の巻き込みにより内容物４３に多数の泡４３ａが生じる。この泡４３ａの内部には、不活性ガス４２が閉じこめられている。したがって、多数の泡４３ａの合計体積（以下、泡立ち体積ともいう）が大きければ大きいほど、ボトル本体３２の液面上方空間３２ａ内の酸素量を相対的に減少させることができる。また泡４３ａ内部の不活性ガス４２は、キャップ装着工程までの間に外部の酸素と置換されることがない。したがって、ボトル３０内に存在する酸素量（初期容器内総酸素量）を低く抑えることができる。本発明者らは、このような泡立ち体積はボトル３０の形状による影響を受けやすく、とりわけボトル３０の底部の形状による影響を受けやすいことを見出した。

以下、図７乃至図１０により、本実施の形態において用いられるボトル（実施例Ａ、実施例Ｂ、実施例Ｃ、実施例Ｄ）について順次説明する。

（実施例Ａ）
図７Ａおよび図７Ｂは、本実施の形態による内容物充填方法および内容物充填システムに好適に用いられるボトル３０（３０ａ）を示している（実施例Ａ）。なお図７Ａは、実施例Ａによるボトルを示す斜視図であり、図７Ｂは、実施例Ａによるボトルの底部を示す断面図（図７ＡのVII−VII線断面図）である。

図７Ａおよび図７Ｂに示すボトル３０（３０ａ）は、口部３１と、ボトル本体３２とを有している。このうちボトル本体３２は、胴部２１と、胴部２１に連接するとともにペタロイド形状からなる底部２２とを有している。底部２２は、周方向に等間隔に配置された５つの脚部２３を有している。この場合、胴部２１の外径（胴径）は５５ｍｍ乃至７０ｍｍ、好ましくは６０ｍｍ乃至７０ｍｍとなっている。

（実施例Ｂ）
図８Ａおよび図８Ｂは、本実施の形態による内容物充填方法および内容物充填システムに好適に用いられるボトル３０（３０ｂ）を示している（実施例Ｂ）。なお図８Ａは、実施例Ｂによるボトルを示す斜視図であり、図８Ｂは、実施例Ｂによるボトルの底部を示す断面図（図８ＡのVIII−VIII線断面図）である。

図８Ａおよび図８Ｂに示すボトル３０（３０ｂ）は、口部３１と、ボトル本体３２とを有している。このうちボトル本体３２は、胴部２１と、胴部２１に連接するとともに中央に陥没部２５が形成された底部２４とを有している。この場合、胴部２１の外径（胴径）は５５ｍｍ乃至７０ｍｍ、好ましくは６０ｍｍ乃至７０ｍｍとなっている。

このボトル３０ｂは、底部２４の中央部に内方に向けて陥没する陥没部２５を有している。この陥没部２５は、内部に向けて傾斜したテーパー状周壁２６と、その上端に設けられた略星形状の中心凹部２７とを有している。また陥没部２５の深さ、すなわち接地部２８から陥没部２５の最深部までの距離Ｈｂは、胴径の４％〜４０％、好ましくは１０〜３０％である。距離Ｈｂが胴径の４％よりも小さいと、泡４３ａの泡立ち体積を十分大きくすることができない。一方、距離Ｈｂが胴径の４０％を越えると、成形性の安定が悪くなり、底部２４の形状が出にくいので好ましくない。

（実施例Ｃ）
一方、図９Ａおよび図９Ｂは、本実施の形態による内容物充填方法および内容物充填システムに用いることが可能なボトル６０を示している（実施例Ｃ）。なお図９Ａは、実施例Ｃによるボトルを示す斜視図であり、図９Ｂは、実施例Ｃによるボトルの底部を示す断面図（図９ＡのIX−IX線断面図）である。

図９Ａおよび図９Ｂに示すボトル６０は、口部３１と、ボトル本体３２とを有している。このうちボトル本体３２は、胴部２１と、胴部２１に連接するとともに凹部６２が形成された底部６１とを有している。凹部６２は、複数の段部６３、６３を有している。この場合、胴部２１の外径（胴径）は５５ｍｍ乃至７０ｍｍとなっている。また凹部６２の深さ、すなわち接地部６４から凹部６２の最深部までの距離Ｈｃは、胴径の４％〜１５％である。

（実施例Ｄ）
図１０Ａおよび図１０Ｂは、本実施の形態による内容物充填方法および内容物充填システムに用いることが可能なボトル７０を示している（実施例Ｄ）。なお図１０Ａは、実施例Ｄによるボトルを示す斜視図であり、図１０Ｂは、実施例Ｄによるボトルの底部を示す断面図（図１０ＡのＸ−Ｘ線断面図）である。

図１０Ａおよび図１０Ｂに示すボトル７０は、口部３１と、ボトル本体３２とを有している。このうちボトル本体３２は、胴部２１と、胴部２１に連接するとともに凹部７２が形成された底部７１とを有している。この場合、胴部２１の外径（胴径）は５５ｍｍ乃至７０ｍｍとなっている。また凹部７２の深さ、すなわち接地部７３から凹部７２の最深部までの距離Ｈｄは、胴径の４％〜１５％である。

（実施例）
次に、図７乃至図１０に示すボトルの具体的実施例を説明する。

まず図７乃至図１０に示すボトルを準備した（それぞれ、実施例Ａのボトル３０ａ、実施例Ｂのボトル３０ｂ、実施例Ｃのボトル６０、実施例Ｄのボトル７０という）。各ボトル３０ａ、３０ｂ、６０、７０の内容量は５００ｍｌであり、底部を除いて各ボトルの形状は互いに同一であった。次にそれぞれのボトルについて、内容物入ボトルを作製した。具体的には以下のようにして、内容物入ボトルを作製した。

（実施例Ａ）
図７Ａおよび図７Ｂに示す実施例Ａのボトル３０ａを用いて、内容物入ボトル３５（実施例Ａ）を作製した。具体的には、図１に示す内容物充填システム１０を用い、かつ図３に示す内容物充填方法により内容物入ボトル３５（実施例Ａ）を作製した。この場合、無菌雰囲気かつ常温で内容物４３を充填した（無菌充填方式）。また、ボトル３０ａとして容量５００ｍｌのＰＥＴボトルを用い、さらにボトル３０ａの搬送速度は６００ｂｐｍとした。

まずボトル３０ａ内を過酸化水素水からなる殺菌剤により殺菌し（殺菌工程）、次に口部３１からボトル本体３２内へリンス水を供給した（リンス工程）。続いて、口部３１からボトル本体３２内へ無菌化窒素ガスからなる不活性ガス４２を６００ｍｌ供給して、ボトル本体３２内を窒素ガスで置換した（不活性ガス置換工程）。次に、口部３１からボトル本体３２内へ緑茶からなる内容物４３を充填した（内容物充填工程）。この場合、充填前における緑茶内の酸素濃度は１．４ｐｐｍであった。また緑茶の充填温度は３０．２℃であった。

次いで、口部３１からボトル本体３２内へ窒素からなる不活性ガスを供給し（不活性ガス供給工程）、その後、口部３１にキャップ３３を装着することにより、実施例Ａによる内容物入ボトル３５を得た。この場合、ヘッドスペースの容量は２０ｍｌであった。

このようにして得られた内容物入ボトル３５（実施例Ａ）の泡立ち体積および初期容器内総酸素量を測定した。この結果、泡立ち体積は３．６ｃｃであり、初期容器内総酸素量は１．４ｃｃとなった。

（実施例Ｂ）
図８Ａおよび図８Ｂに示すボトル３０ｂを用いたこと、以外は、実施例Ａと同様にして内容物入ボトル３５（実施例Ｂ）を作製した。この内容物入ボトル３５（実施例Ｂ）の泡立ち体積および初期容器内総酸素量を測定したところ、泡立ち体積は３．４ｃｃであり、初期容器内総酸素量は１．５ｃｃとなった。

（実施例Ｃ）
図９Ａおよび図９Ｂに示すボトル６０を用いたこと、以外は、実施例Ａと同様にして内容物入ボトル（実施例Ｃ）を作製した。この内容物入ボトル（実施例Ｃ）の泡立ち体積および初期容器内総酸素量を測定したところ、泡立ち体積は２．１ｃｃであり、初期容器内総酸素量は２．０ｃｃとなった。

（実施例Ｄ）
図１０Ａおよび図１０Ｂに示すボトル７０を用いたこと、以外は、実施例Ａと同様にして内容物入ボトル（実施例Ｄ）を作製した。この内容物入ボトル（実施例Ｄ）の泡立ち体積および初期容器内総酸素量を測定したところ、泡立ち体積は０．８ｃｃであり、初期容器内総酸素量は２．４ｃｃとなった。

この結果、実施例Ａおよび実施例Ｂによるボトル３０ａ、３０ｂは、実施例Ｃおよび実施例Ｄによるボトル６０、７０と比較して、不活性ガス４３の泡４３ａによる泡立ちが生じやすい形状を有しており、これにより、実施例Ａおよび実施例Ｂによる内容物入ボトル３５の初期容器内総酸素量を相対的に低く抑えられることが分かった。すなわち、実施例Ａおよび実施例Ｂによるボトル３０ａ、３０ｂは、それぞれその底部２２、２４に比較的大きい凹凸が形成されている。このため、内容物４３を充填する際に泡立ちが生じやすく、これにより初期容器内総酸素量を低く抑えることができたと考えられる。他方、底部が平底形状の場合、充填液を充填した際液の乱流現象が起こりにくく、泡立ちも起こりにくいので、初期容器内総酸素量を低く抑えるという効果は小さい。逆に言えば、底部がペタロイド形状からなっていたり（実施例Ａ）、底部に陥没部が形成されている場合（実施例Ｂ）には、底部の形状が複雑であるため、充填時に乱流が起こりやすく、泡が発生し、且つその泡の中は窒素で満たされるようになる。なお、実施例Ｃおよび実施例Ｄによるボトル６０、７０については、初期容器内総酸素量を抑制する効果は相対的に低くなるが、効果が得られないわけではない。

Claims (19)

1. 口部と、ボトル本体とを有するボトルに対して内容物を充填する内容物充填方法において、
   ボトルの口部を下方に向けた状態で、口部からボトル本体内へ下方から上方へ向けて不活性ガスのみを供給してボトル本体内を不活性ガスで置換する不活性ガス置換工程と、
   口部からボトル本体内へ内容物を充填する内容物充填工程とを備えたことを特徴とする内容物充填方法。
2. 不活性ガス置換工程の前に、
   ボトル内を殺菌する殺菌工程と、
   口部からボトル本体内へリンス水を供給するリンス工程とが設けられていることを特徴とする請求項１記載の内容物充填方法。
3. 不活性ガス置換工程の前に、ボトル内を電子線により殺菌する殺菌工程が設けられていることを特徴とする請求項１記載の内容物充填方法。
4. 内容物充填工程の後、口部からボトル本体内へ不活性ガスを供給する不活性ガス供給工程が設けられていることを特徴とする請求項１記載の内容物充填方法。
5. 不活性ガス供給工程の後、口部にキャップを装着するキャップ装着工程が設けられていることを特徴とする請求項４記載の内容物充填方法。
6. 内容物充填工程において、口部からボトル本体内へ５℃〜５５℃の温度で内容物を充填することを特徴とする請求項１記載の内容物充填方法。
7. 工程全体が無菌雰囲気下で行われることを特徴とする請求項１記載の内容物充填方法。
8. 不活性ガス置換工程の際ボトル本体内に導入された不活性ガスにより、内容物充填工程の際、ボトル本体内に充填された内容物に、内部に不活性ガスを収納した泡が生じることを特徴とする請求項１記載の内容物充填方法。
9. 内容物は、茶飲料、乳飲料、コーヒー飲料、機能性飲料、野菜汁飲料、または果汁飲料からなることを特徴とする請求項１記載の内容物充填方法。
10. 不活性ガス置換工程から内容物充填工程までの間が０．５秒〜２０秒で行われることを特徴とする請求項１記載の内容物充填方法。
11. ボトルのボトル本体は、胴部と、ペタロイド形状からなる底部とを有することを特徴とする請求項１記載の内容物充填方法。
12. ボトルのボトル本体は、胴部と、陥没部が形成された底部とを有し、陥没部の深さは、胴部の外径の４％〜４０％であることを特徴とする請求項１記載の内容物充填方法。
13. 口部と、ボトル本体とを有するボトルに対して内容物を充填する内容物充填システムにおいて、
    ボトルの口部を下方に向けた状態で、口部からボトル本体内へ下方から上方へ向けて不活性ガスのみを供給してボトル本体内を不活性ガスで置換する不活性ガス置換部と、
    不活性ガス置換部の下流側に設けられ、口部からボトル本体内へ内容物を充填する内容物充填部とを備えたことを特徴とする内容物充填システム。
14. 不活性ガス置換部の上流側に、ボトル内を殺菌する殺菌部が設けられ、
    不活性ガス置換部の上流側であって殺菌部の下流側に、口部からボトル本体内へリンス水を供給するリンス部が設けられていることを特徴とする請求項１３記載の内容物充填システム。
15. 不活性ガス置換部の上流側に、ボトル内を電子線により殺菌する殺菌部が設けられていることを特徴とする請求項１３記載の内容物充填システム。
16. 内容物充填部の下流側に、口部からボトル本体内へ不活性ガスを供給する不活性ガス供給部が設けられていることを特徴とする請求項１３記載の内容物充填システム。
17. 不活性ガス置換部の上流側に、ボトル内を殺菌する殺菌部が設けられ、
    不活性ガス置換部の上流側であって殺菌部の下流側に、口部からボトル本体内へリンス水を供給するリンス部が設けられ、
    不活性ガス供給部の下流側に、口部にキャップを装着するキャップ装着部が設けられていることを特徴とする請求項１６記載の内容物充填システム。
18. ボトルのボトル本体は、胴部と、ペタロイド形状からなる底部とを有することを特徴とする請求項１３記載の内容物充填システム。
19. ボトルのボトル本体は、胴部と、陥没部が形成された底部とを有し、陥没部の深さは、胴部の外径の４％〜４０％であることを特徴とする請求項１３記載の内容物充填システム。

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