JP6135724B2 - 飲料供給系配管の殺菌方法及び装置 - Google Patents

Description

本発明は、ＰＥＴボトル等の容器に飲料を充填する飲料供給系配管の殺菌方法及び装置に関する。

無菌充填装置により飲料をボトル等の容器に充填する場合、飲料自体を殺菌して無菌状態にしておかなければならないことはもちろんのこと、無菌充填装置におけるサージタンク、送液管、充填ノズル等を備えた飲料供給系配管内も予め洗浄し、殺菌して無菌状態にしておかなければならない。

従来、飲料充填経路内を通る飲料自体については、その飲料の殺菌値であるＦ値を測定し、その履歴情報に基づいて飲料の品質が保証できる程度に殺菌されているか否かを確認することが行われている（例えば、特許文献４参照。）。

また、無菌充填装置の飲料供給系配管については、定期的にあるいは飲料の種類を切り替える際に、ＣＩＰ（Cleaning in Place）処理をし、さらに、ＳＩＰ（Sterilizing in Place）処理をしている（例えば、特許文献１，２，３参照。）。

ＣＩＰは、飲料充填経路の管路内からフィラーの充填ノズルに至るまでの流路に、例えば水に苛性ソーダ等のアルカリ性薬剤を添加した洗浄液を流した後に、水に酸性薬剤を添加した洗浄液を流すことにより行われる。これにより、飲料充填経路内に付着した前回の飲料の残留物等が除去される（例えば、特許文献１、２、３参照。）。

ＳＩＰは、飲料の充填作業に入る前に、予め上記飲料供給系配管内を殺菌するための処理であり、例えば、上記ＣＩＰで洗浄した飲料充填経路内に加熱蒸気又は熱水を流すことによって行われる。これにより、飲料充填経路内が殺菌処理され無菌状態とされる（例えば、特許文献３第０００３段落参照。）。

特開２００７−３３１８０１号公報 特開２０００−１５３２４５号公報 特開２００７−２２６００号公報 特開２００７−２１５８９３号公報

従来、飲食品については加熱時間の長短によって飲食品自体の味、風合い等の品質に変化を来すので、厳密なＦ値の管理が行われている。

しかし、無菌充填装置の飲料供給系配管については、主としてステンレス鋼材等の金属で形成されており、飲料のような品質の変化は生じないことから、比較的大まかなＦ値管理が行われている。

例えば、１３０℃で３０分加熱したとするとＦ値は２３３となるが、飲料供給系配管の殺菌処理はこの程度で十分であると経験上知られている。そこで、飲料供給系配管に加熱蒸気又は熱水を流しつつ飲料供給系配管の温度が上昇しにくい各所に配置された温度センサで温度を測定し、各温度センサからの温度が１３０℃に到達するとタイマーが作動し、タイマーが３０分計測したところで、加熱蒸気等による飲料供給系配管の加熱を終了させている。

図７はこの飲料供給系配管の加熱方法を温度と時間との関係で示したものである。すなわち、飲料供給系配管の各箇所における温度センサの測定温度のうち最も低い温度が１３０℃に到達した時点から３０分間蒸気等が送り続けられて飲料供給系配管が加熱され、３０分経過したところで蒸気等の供給が停止され、代わりに無菌の冷却風等が供給されて飲料供給系配管内の冷却が行われる。図７中、１３５℃まで昇温させているのは、安全のため温度の変動を見込んでいることによる。図７において、滅菌条件は１３０℃以上、３０分であり、ハッチング部分の面積が上記Ｆ値の２３３に対応する。ただし、実際は、１３０℃を超えた部分のＦ値の積算部分は無視している。

ところが、近年の省エネルギ化の進展に伴い、ＳＩＰで消費される熱エネルギの大きさが問題視されるようになってきた。また、ＳＩＰに要する時間の長さも飲料の生産効率の面から問題視されるようになってきた。

本発明はこのような問題点を解決することができる飲料充填装置の飲料供給系配管の殺菌方法及び装置を提供することを目的とする。

本発明者は無菌充填装置の飲料供給系配管におけるＳＩＰに要する熱エネルギやＳＩＰに要する殺菌時間について見直しを行うべく、Ｆ値の管理について検討したところ、単に１３０℃に到達した後の時間だけでなく、Ｆ値での積算で滅菌効果を管理すれば、１２１．１℃から１３０℃までのＦ値積算と１３０℃を超えた分のＦ値も積算することができるので、３０分よりも短い時間で、Ｆ値２３３に到達できることを見出した。

また、一般に、飲料供給系配管はフィラー内でマニホルドを介して多数本に分岐し、各分岐管の終端が充填ノズルに接続されている。従来、分岐管の一本に温度センサを取り付けてＦ値を測定しているが、本発明者の実験によれば、多数の充填ノズル同士間で温度にバラツキがあることが分かった。従って、ＳＩＰの適正化を図るためには、充填ノズル自体に温度センサを取り付け、しかも、すべての充填ノズルに対して温度センサを取り付けて各充填ノズルについてのＦ値を測定するのが望ましいと考えられる。

本発明は、上記知見に基づきなされたもので、次のような構成を具備することを特徴とする。

なお、本発明を理解しやすくするため図面の符号を括弧付きで付すが、本発明はこれに限定されるものではない。

すなわち、請求項１に係る発明は、複数個の充填ノズル（２ａ）へ同時に飲料を送る飲料供給系配管（７）に熱水又は加熱蒸気を送り、この熱水又は加熱蒸気を全ての充填ノズルから吐出させながら、上記飲料供給系配管（７）の所定個所の温度及びすべての充填ノズルの温度を所定時間ごとに検知しつつＦ値を演算し、そのうち最小のＦ値が目標値に到達したところで、殺菌工程を終了する飲料供給系配管の殺菌方法であって、上記飲料供給系配管の加熱殺菌部（１８）に熱水を流して殺菌しつつＦ値を演算し、最小のＦ値が目標値に到達したところで、殺菌工程を終了することを特徴とする飲料供給系配管の殺菌方法を採用する。

請求項２に記載されるように、請求項１に記載の飲料供給系配管の殺菌方法において、Ｆ値は次式

を用いて演算することが可能である。

これが、一定の温度Ｔで、ｔ_T分間加熱された場合のＦ値は

となる。

請求項３に係る発明は、複数個の充填ノズル（２ａ）へ同時に飲料を送る飲料供給系配管（７）に熱水又は加熱蒸気を送り、この熱水又は加熱蒸気を全ての充填ノズルから吐出させながら、上記飲料供給系配管（７）の所定個所の温度及びすべての充填ノズルの温度を所定時間ごとに検知しつつＦ値を演算し、そのうち最小のＦ値が目標値に到達したところで、殺菌工程を終了する飲料供給系配管の殺菌装置であって、上記飲料供給系配管（７）の加熱殺菌部に熱水を流して殺菌しつつＦ値を演算し、最小のＦ値が目標値に到達したところで、殺菌工程を終了するようにしたことを特徴とする飲料供給系配管の殺菌装置を採用する。

請求項４に記載されるように、請求項３に記載の飲料供給系配管の殺菌装置において、加熱殺菌部（１８）の所定箇所について温度センサを設けてＦ値を演算するようにしてもよい。

本発明によれば、無菌充填装置の飲料供給系配管（７）のＳＩＰ処理について、早期にＦ値の積算を開始し、Ｆ値が目標値に達したところで殺菌工程を終了するようにしたことから、飲料充填装置の飲料供給系配管（７）の無菌化処理を従来よりも正確かつ迅速に達成することができ、従って、飲料供給系配管（７）の殺菌のための熱水や加熱蒸気の使用量を低減することができ、飲料の充填作業に早期に着手することができ、飲料の切り替えの際の生産間時間を短縮し、生産効率を向上させることができる。

また、飲料供給系配管（７）についてのＦ値のみならず、すべての充填ノズルについてもＦ値を演算し、これらのＦ値も加味してＦ値が目標値に到達したか否か判断するので、飲料供給系配管（７）の全体について迅速かつ適正に殺菌処理することができる。

本発明に係る飲料充填装置のブロック図である。 飲料充填装置内におけるフィラーの概略図であり、右半分はＳＩＰを実施中の状態を示し、左半分は飲料を充填している状態を示す。 飲料充填装置における飲料供給系配管で加熱殺菌部からサージタンク手前までのＳＩＰを行っている状態を示すブロック図である。 飲料充填装置における飲料供給系配管でサージタンク以降から充填ノズルまでの下流側配管部に対しＳＩＰを行っている状態を示すブロック図である。 飲料のボトル詰め製品を生産している状態を示すブロック図である。 飲料供給系配管の加熱方法を温度と時間との関係で示したグラフである。 従来における飲料供給系配管の加熱方法を温度と時間との関係で示したグラフである。

以下に、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。

最初に、飲料の無菌充填装置の構造について説明し、その次に無菌充填装置内の飲料供給系配管の殺菌方法及び装置について説明する。

図１に示すように、無菌充填装置は、飲料の調合装置１と、飲料を容器であるボトルｂに充填するフィラー２とを具備する。

調合装置１は、例えば茶飲料、果実飲料等の飲料を各々所望の配合割合で調合するためのものであって、公知の装置であるからその詳細な説明は省略する。

調合装置１とフィラー２内の充填ノズル２ａとの間は、飲料供給系配管７で結ばれている。

また、無菌充填装置には、飲料を充填する容器であるボトルｂをフィラー２へと搬送し、フィラー２によって飲料を充填されたボトルｂを図示しないキャッパーへと搬送するボトル搬送路が設けられる。搬送路は、一般に多数のホイールの列、各ホイールの回りに配置されたグリッパ４等によって構成される。

フィラー２は、飲料を多数のボトルｂに高速で充填する充填機であって、図２に示すように、ボトルｂの搬送路の一部を構成するホイール５を備える。このホイール５は無菌充填装置の床面から垂直に起立する支軸２１のうちの旋回軸２１ａとなる部分に取り付けられる。ホイール５の回りには、ボトルｂの首部を把持するグリッパ４が一定ピッチで配置される。グリッパ４はホイール５と一体で一方向に旋回運動可能である。また、ホイール５の回りには、グリッパ４と同じピッチで多数の充填ノズル２ａが取り付けられる。

上記支軸２１のうち回転を止められた上部はフィラー２の機枠に固定され、旋回軸２１ａの上端との間にロータリジョイント２１ｂが設けられる。また、旋回軸２１ａ中、ロータリジョイント２１ｂの下方には上マニホルド２２が設けられる。支軸２１の上部から上マニホルド２２に至る部分は中空であり、支軸２１の上部に上記飲料供給系配管７が連結される。また、上マニホルド２２から、各充填ノズル２ａへと上記飲料供給系配管７の下流側配管部７ｂが伸びている。

フィラー２の稼働によってホイール５が高速で旋回運動し、この運動と同期して搬送路上をグリッパ４により把持されたボトルｂが高速で搬送されつつ充填ノズル２ａの下端におけるノズル口の直下に来ると、各ボトルｂ内に一定量の飲料が次々と充填されて行く。

また、フィラー２は、無菌処理された飲料を無菌処理されたボトルｂ内に微生物等の異物が入らないように充填するため、図２に示すように、その全体が無菌チャンバ３内に収納される。無菌チャンバ３には、上記ボトルｂの搬送路の上流側と下流側とで、ボトルｂの入口と出口が設けられるが、これらの図示は省略する。

図１に示すように、この無菌充填装置の飲料供給系配管７は、その調合装置１からフィラー２に至る管路中に、飲料の流れから見て上流側から下流側へと順に、バランスタンク５、加熱殺菌部（ＵＨＴ（Ultra High-temperature））１８、マニホルドバルブ８、サージタンク１９、ヘッドタンク１１を備える。

ＵＨＴ１８は、その内部に第一段加熱部１２、第二段加熱部１３、ホールディングチューブ１４、第一段冷却部１５、第二段冷却部１６等を備え、バランスタンク５から供給される飲料又は水を第一段加熱部１２から第二段加熱部１３へと送りながら徐々に加熱し、ホールディングチューブ１４内で目標温度まで加熱し、その後、第一段冷却部１５、第二段冷却部１６へと送って徐々に冷却するものである。加熱部や冷却部の段数は必要に応じて増減される。

バランスタンク５、マニホルドバルブ８、サージタンク１９、ヘッドタンク１１は共に公知の装置であるから、その詳細な説明は省略する。

図３中、太線で示すように、上記飲料供給系配管７のうち、バランスタンク５とＵＨＴ１８を経てマニホルドバルブ８に至る上流側配管部７ａに対し帰還路６が設けられることによって、ＳＩＰを行うための循環路が形成される。

また、上流側配管部７ａには、温度が上昇しにくい箇所を含む各箇所において温度センサ１０が配置される。この温度センサ１０が配置される箇所としては、例えばＵＨＴ１８内の第一段加熱部１２からマニホルドバルブ８へと向かう管路のうち、ＵＨＴ１８内の各部間と、第二段冷却部１６を出た箇所、マニホルドバルブ８の手前の箇所を挙げることができ、これらの箇所に温度センサ１０が各々配置される。これらの温度センサ１０によって各々測定された温度の情報はコントローラ１７へ送信される。

図４中、太線で示すように、上記飲料供給系配管７のうち、上記上流側配管部７ａより下流側のマニホルドバルブ８から、サージタンク１９と、ヘッドタンク１１とを経由してフィラー２内に至る下流側配管部７ｂに対しても、その中に加熱蒸気等が供給された際に温度が上昇しにくい箇所を含む各箇所において温度センサ１０が配置される。この温度センサ１０が配置される箇所としては、例えばサージタンク１９から充填ノズル２ａに向かう管路のうち、サージタンク１９の出口近傍、途中の屈曲部、ヘッドタンク１１の入口近傍と出口近傍を挙げることができる。これらの温度センサ１０により各々測定された温度の情報はコントローラ１７へ送信される。

また、下流側配管部７ｂに対しては、ＳＩＰのためにフィラー２の各充填ノズル２ａのノズル口に対して各々接離可能なカップ９が配置される。各カップ９には可撓性パイプからなる排気管２０が接続される。ＳＩＰを行う際に各カップ９が図示しないアクチュエータによってフィラー２の充填ノズル２ａの先端のノズル口に被せられることで、排気管２０の始端が、充填ノズル２ａの開口に接続される。

また、ＳＩＰの際に熱水又は加熱蒸気が下流側配管部７ｂから充填ノズル２ａへと流れることによって、充填ノズル２ａの温度が上昇するが、その充填ノズル２ａの温度を検出するために温度センサ１０ａが各充填ノズル２ａに取り付けられる。

各カップ９は排気管２０によって下マニホルド２４に連結される。下マニホルド２４は、フィラー２の旋回軸２１ａに取り付けられ、上記ホイール５、充填ノズル２ａ等と一体で旋回運動が可能である。

上記排気管２０が下マニホルド２４から無菌チャンバ３外へと伸びる箇所には、断続自在な継手２５が設けられる。上記ＳＩＰの際にこの継手２５が接続される。その場合は、ホイール５、充填ノズル２ａ等は旋回不能になる。ＳＩＰが終了し、継手２５が切り離されると、ホイール５、充填ノズル２ａ等は旋回可能となる。

この排気管２０が無菌チャンバ３の外へ引き出された箇所にも温度センサ１０ｂを設け、この温度センサ１０ｂによりＦ値を測定してもよい。

なお、上記飲料供給系配管７には、上記マニホルドバルブ８、図示しないアクチュエータのほか、各種切換え弁、ポンプ等が設けられ、これらも上記コントローラ１７からの出力によって制御される。

次に、上記飲料供給系配管の殺菌方法について、図３乃至図６に基づいて説明する。

（１）コントローラ１７の図示しないパネル上の操作ボタンが操作されると、飲料供給系配管７の上流側配管部７ａと下流側配管部７ｂについてＳＩＰが各々所定の手順で実行される（図３及び図４参照）。ＳＩＰの開始に際してはマニホルドバルブ８によって上流側配管部７ａと下流側配管部７ｂとの間が遮断される。

上流側配管部７ａのＳＩＰと下流側配管部７ｂのＳＩＰは互いに順を追って又は並行して行うことが可能である。

（２）まず、図示しない水供給源から水がバランスタンク５を経て上流側配管部７ａ及び帰還路６からなる循環路内に送られ、この水がＵＨＴ１８により加熱され殺菌されつつ循環路内を循環する。これにより、上流側配管部７ａ内が殺菌される。

（３）この上流側配管部７ａ内を熱水が流れる際、上流側配管部７ａの各所に配置された温度センサ１０からコントローラ１７に温度情報が一定時間間隔で送られる。

この実施の形態では、ボトルｂに充填する製品液である飲料のｐＨが４．６以上とされ、基準温度Ｔｒが１２１．１℃、Ｚ値が１０℃とされる。

図６に示すように、熱水による加熱により昇温した各箇所の温度が１２１．１℃に達すると、その時点から各箇所のＦ値がコントローラ１７によって演算される。演算式は次のとおりである。

上記演算式に基づいて演算された各温度センサについてのＦ値のうち、最小のＦ値が目標値に到達したところで、上流側配管部７ａは殺菌完了となり、第一段冷却部１５、第二段冷却部１６に、冷却水が供給され、熱水は冷却されて、循環し、飲料の殺菌開始まで連続循環待機となる。

このＦ値の目標値は、ある箇所の温度センサに関して言えば、図６のハッチング部分の面積に対応する。この図６のハッチング部分の面積は、図７のハッチング面積部分に対応する。

従来は、図７に示す通り、全ての温度センサが１３０℃に達したところで滅菌完了を検知するタイマーが作動し、３０分後に滅菌完了を報知していた。また、１３０℃に達するまでに、熱水又は加熱蒸気の供給開始から１０分を要していた。一方、本発明では全ての温度センサについて、各々の温度が１２１．１℃に達したところでＦ値の演算が開始されるので、演算開始までが６分に短縮されている。また、従来は演算開始から３０分間は一律に熱水又は加熱蒸気を送りつつ加熱殺菌を行うので、飲料供給系配管７等への蓄熱量も多く、したがって、冷却にも２０分を要しているが、本発明では加熱開始から６分後にＦ値の累積演算を開始し、加熱時間も１０分と短く、飲料供給系配管７等への蓄熱量も少ないので、冷却時間も１２分に短縮されている。従って、加熱から冷却までの時間は、従来は６０分を要していたが、本発明によれば２８分まで大幅に短縮される。

なお、上記Ｆ値の演算式において、製品液である飲料の種類に応じて基準温度Ｔｒ、Ｚ値は変更可能である。

例えば、製品液のｐＨが４〜４．６未満のときは基準温度Ｔｒ＝８５℃、Ｚ値＝７．８℃とすることができ、製品液のｐＨが４未満のときは基準温度Ｔｒ＝６０℃、Ｚ値＝５℃とすることができる。

また、緑茶飲料、ミネラルウォーター、チルド飲料等、製品液の微生物発育特性、流通温度等に合わせて上記演算式に代入する値を適宜変更することも可能である。

（４）この後、調合装置１からバランスタンク５に飲料が送られ、飲料が殺菌され始める。水が飲料に置き換わったところで、上流側配管部７ａと帰還路６との間が遮断され、サージタンク１９に滅菌された飲料が溜まっていく。

（５）上記上流側配管部７ａに対するＳＩＰの開始と同時に、又は先立ってサージタンク１９も含めて、下流側配管部７ｂのＳＩＰが開始される。

まず、図２中、右半分及び図４に示すように、カップ９が充填ノズル２ａのノズル口にあてがわれ、充填ノズル２ａに排気管２０が接続された後、サージタンク１９及びヘッドタンク１１内へと加熱蒸気が図示しない加熱蒸気供給源から供給される。

この加熱蒸気は、サージタンク１９から、下流側配管部７ｂ内を充填ノズル２ａ側へと流れ、各部を加熱した後に排気管２０からフィラー２外へ排出される。

（６）この下流側配管部７ｂ内を加熱蒸気が流れる際、下流側配管部７ｂの各所に配置された温度センサ１０からコントローラ１７に温度情報が一定時間間隔で送られる。

また、各充填ノズル２ａに取り付けられた温度センサ１０ａや、排気管２０に取り付けられた温度センサ１０ｂからもコントローラ１７に温度情報が一定時間間隔で送られる。

図６に示すように、加熱蒸気による加熱により昇温した充填ノズル２ａや排気管２０等各箇所の温度が１２１．１℃に達すると、その時点から各箇所のＦ値がコントローラ１７によって上記演算式により演算される。

演算された各Ｆ値のうち、最小のＦ値が目標値に到達したところで、上記加熱蒸気はサージタンク１９や下流側配管部７ｂ内への供給が停止される。このＦ値の目標値は、上述した図６のハッチング部分の面積に対応する。図６と図７の対比から明らかなように、下流側配管部７ｂ内のＳＩＰ時間についても、従来のＳＩＰ時間に比べ大幅に短縮される。

なお、この場合も上記Ｆ値の演算式において、製品液である飲料の種類に応じて基準温度Ｔｒ、Ｚ値は種々変更可能である。

（７）この後、下流側配管部７ｂ内に無菌エアが送り込まれ、下流側配管部７ｂ内が例えば常温まで冷却される。そして、排気管２０が遮断される。さらに、図示しないアクチュエータによって各充填ノズル２ａのノズル口からカップ９が外される。継手２５も切り離される。

（８）下流側配管部７ｂのＳＩＰが終了した後、加熱殺菌部１８から上流側配管部７ａを通ってサージタンク１９に飲料が貯められ、そこから飲料が下流側配管部７ｂを通って、ボトルｂ内への飲料の充填作業が開始される。

図５中、太線で示したごとく、調合装置１で調合された飲料が、殺菌処理された飲料供給系配管７の上流側配管部７ａと下流側配管部７ｂを通ってフィラー２内に至り、フィラー２の充填ノズル２ａから容器であるボトルｂに充填される。飲料が充填されたボトルｂは、図示しないキャッパーによりキャッピングされた後、フィラー２の外に送り出される。

本発明は以上説明したように構成されるが、上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内において種々変更可能である。例えば、上記実施の形態では、上流側配管部のＳＩＰと下流側配管部のＳＩＰとを熱水と加熱蒸気のごとく互いに異なる流体で行うようにしたが、同じ種類の流体で行うことも可能である。また、マニホルドバルブを開放して上流側配管部と下流側配管部とを連通させ、流体を上流側配管部から下流側配管部へと流しつつＳＩＰを行うようにすることも可能である。また、Ｆ値を測定、積算する時間間隔は、１分間隔のほか、１秒間隔であってもよく、その間隔は計測器の能力等に応じて種々変更可能である。

２…フィラー
２ａ…充填ノズル
６…帰還路
７…飲料供給系配管
７ａ…上流側配管部
７ｂ…下流側配管部
１８…加熱殺菌部

Claims (4)

1. 複数個の充填ノズルへ同時に飲料を送る飲料供給系配管に熱水又は加熱蒸気を送り、この熱水又は加熱蒸気を全ての充填ノズルから吐出させながら、上記飲料供給系配管の所定個所の温度及びすべての充填ノズルの温度を所定時間ごとに検知しつつＦ値を演算し、そのうち最小のＦ値が目標値に到達したところで、殺菌工程を終了する飲料供給系配管の殺菌方法であって、上記飲料供給系配管の加熱殺菌部に熱水を流して殺菌しつつＦ値を演算し、最小のＦ値が目標値に到達したところで、殺菌工程を終了することを特徴とする飲料供給系配管の殺菌方法。
2. 請求項１に記載の飲料供給系配管の殺菌方法において、Ｆ値は次式
   

   

   を用いて演算することを特徴とする飲料供給系配管の殺菌方法。
3. 複数個の充填ノズルへ同時に飲料を送る飲料供給系配管に熱水又は加熱蒸気を送り、この熱水又は加熱蒸気を全ての充填ノズルから吐出させながら、上記飲料供給系配管の所定個所の温度及びすべての充填ノズルの温度を所定時間ごとに検知しつつＦ値を演算し、そのうち最小のＦ値が目標値に到達したところで、殺菌工程を終了する飲料供給系配管の殺菌装置であって、上記飲料供給系配管の加熱殺菌部に熱水を流して殺菌しつつＦ値を演算し、最小のＦ値が目標値に到達したところで、殺菌工程を終了するようにしたことを特徴とする飲料供給系配管の殺菌装置。
4. 請求項３に記載の飲料供給系配管の殺菌装置において、加熱殺菌部の所定箇所について温度センサを設けてＦ値を演算するようにしたことを特徴とする飲料供給系配管の殺菌装置。

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