JP6243786B2 - 飲食物の殺菌装置 - Google Patents

Description

本発明は、果汁やスープ等の飲食物材料を高電圧パルスにより殺菌するようにした飲食物の殺菌装置に関する。

果汁や肉汁、スープ等の飲食物材料に、交流高電界つまり高電圧パルスを印加することにより、飲食物材料に含まれる細菌を殺菌するようにした殺菌装置が、特許文献１に記載されるように、開発されている。この殺菌装置においては、一対の電極間に飲食物材料を流すようにしており、電極間を流れる飲食物材料の１ｍｍの厚みに対して数１００Ｖ以上の高電圧パルスを殺菌電圧として印加することにより、飲食物材料を殺菌処理するようにしている。

高電圧パルスを飲食物材料に印加して飲食物材料を殺菌する場合には、液状の飲食物材料を流路内に連続的に搬送しながら連続処理する場合のみならず、電極が設けられた容器内に飲食物材料を供給して飲食物材料をバッチ処理する場合にも適用することができる。

特開２００８−８６２５９号公報

飲食物材料を連続的に搬送しながら飲食物材料を連続処理したり、一定量毎にバッチ処理したりする場合のいずれの処理方式においても、電極間の隙間に供給される飲食物材料に高電圧パルスを印加するために、商用の交流電流をサイリスタにより整流し、直流電流をインバータによりパルス電流に変換するようにしている。インバータにより所定周波数の高周波に変換された電力は、トランスにより高電圧の殺菌電圧に昇圧され、昇圧された高電圧パルスが電極に印加される。

高電圧パルスを飲食物材料に印加するようにした従来の殺菌装置においては、制御部から通電開始信号をサイリスタに供給するようにしている。制御部には操作パネルが接続されており、操作パネルのスタートスイッチが操作されると、制御部からはサイリスタに通電開始信号と、通電停止信号とが送られるようになっている。

しかしながら、サイリスタに制御部から通電開始信号が送られた後に、実際に電極に高電圧パルスが印加されるまでには、数秒の時間遅れが発生している。制御部からサイリスタに通電停止信号が送られた後にも、実際に電極に対する高電圧パルスの印加が停止されるまでには、数秒の時間遅れが発生している。このように、サイリスタの立ち上がりと立ち下がりに数秒程度かかることは、サイリスタの特性上、避けることができない。このため、飲食物材料の中の細菌を殺菌するために必要な所定の殺菌電圧に、電極対の間の電界が到達するまでには、数秒程度かかることになる。したがって、所定の殺菌電圧に到達するまでの立ち上がり時間の間にも、飲食物材料は通電されることになり、この間における通電により飲食物材料が１００℃程度の温度にまで加熱されることになる。

高電圧パルス殺菌処理技術においては、飲食物材料に、０．１秒以下の瞬間的でも高電圧パルスを印加すれば、飲食物材料に含まれる細菌を破壊して、殺菌処理を行うことができる。しかしながら、サイリスタをオンオフすることにより、飲食物材料に高電圧パルスを印加するようにすると、サイリスタの特性上、所定の殺菌電圧に到達するまでの立ち上がりの間でも飲食物材料に電流が流れて通電加熱され、飲料物材料が過加熱されることが避けられない。飲食物材料が過度に通電加熱されると、飲食物材料によっては、変質したり、風味が損なわれたりすることが避けられない。

本発明の目的は、飲食物材料を過度に加熱することなく、飲食物材料を殺菌処理し得るようにすることにある。

本発明の飲食物の殺菌装置は、電極対に電力を供給して前記電極対の間に供給された飲食物材料を殺菌処理する飲食物の殺菌装置であって、外部からの交流電流を直流電流に整流するサイリスタと、直流電流を高周波電流に変換するインバータと、前記高周波電流を昇圧して高電圧パルスを発生するトランスと、前記サイリスタと前記インバータの作動を制御する制御部とを、有し、前記制御部は、前記サイリスタを起動させた状態のもとで、前記インバータのオンオフを制御して高電圧パルスを前記電極対に印加する。

インバータをオンオフ制御して高電圧パルスを電極対に印加するようにしたので、サイリスタをオンオフ制御して高電圧パルスを電極対に印加する場合に比して、短時間で殺菌電圧にまで電極対に高電圧パルスを印加することができる。短時間で殺菌電圧が電極対に印加されると、殺菌電圧にまで電極対が立ち上がるまでに飲食物材料が過度に通電加熱されることなく、飲食物材料を殺菌処理することができる。これにより、飲食物材料が変質したり、風味が損なわれたりすることなく、飲食物材料を殺菌処理することができ、殺菌処理後の飲食物の品質を高めることができる。

一実施の形態である飲食物の殺菌装置における殺菌容器の外観を示す一部切り欠き斜視図である。 殺菌装置における電源ユニットを示すブロック図である。 殺菌処理のための高電圧パルスの１サイクルを示すタイムチャートである。 殺菌処理のためのジュール加熱条件とパルス殺菌条件の具体例を示す通電条件表である。 一実施の形態である殺菌処理のアルゴリズムを示すフローチャートである。 他の実施の形態である殺菌処理のアルゴリズムを示すフローチャートである。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。図１は、飲食物の殺菌装置を構成する殺菌容器１０の外観を示し、飲食物材料は一定量毎に殺菌容器１０内で処理される。殺菌容器１０は底壁部１１と平面四角形の筒体１２とを有し、絶縁性材料により形成されている。殺菌容器１０の上端部には開口部１３が設けられている。殺菌容器１０内には２枚の板状の電極１４，１５が隙間を介して配置されており、２つの板状の電極１４，１５により電極対１６が形成されている。電極対１６の間の隙間により通電スペース１７が形成されており、殺菌処理される飲食物材料は、開口部１３から通電スペース１７内に供給される。供給された状態のもとで、電極対１６に印加される電力により飲食物材料は殺菌処理される。このように、図１に示す殺菌容器１０は、バッチ処理により飲食物材料を一定量毎に殺菌するようにしている。

電極対１６には、電源ユニット２０から電力が供給される。電源ユニット２０は、図２に示されるように、サイリスタスタック２１を有している。サイリスタスタック２１は、図示しないサイリスタ（ＳＣＲ）と冷却ファンと交互に配置してこれらを束ねた形態となっており、外部からの例えば２００Ｖまたは４００Ｖの３相の商用交流電流を直流電流に整流する。サイリスタスタック２１の出力端子にはインバータ２２が接続されており、サイリスタスタック２１から出力された直流電流は、インバータ２２により高周波電流に変換される。インバータ２２は２０〜４００ｋＨｚの高周波電流つまり高周波パルスを出力する。

インバータ２２の出力端子にはトランス２３が接続されている。トランス２３は、インバータ２２から出力された高周波電流を昇圧して高電圧パルスを発生させ、電極対１６に高電圧パルスを印加する。

電源ユニット２０は、プログラマブルロジックコントローラ（ＰＬＣ）２４を有している。このＰＬＣ２４には、操作パネル２５が接続されており、操作パネル２５には、飲食物材料に対する通電条件を入力するためのキー等からなる入力部が設けられている。さらに、入力された通電条件等を表示するための図示しないディスプレイが操作パネル２５に設けられている。ＰＬＣ２４は、サイリスタスタック２１とインバータ２２に対する制御信号を演算するマイクロプロセッサと、制御プログラム、演算式、マップデータ等が格納されるメモリを有している。

サイリスタスタック２１の作動を制御するために、サイリスタスタック２１には定電圧制御部２６が接続されている。インバータ２２の作動を制御するために、インバータ２２には発振制御部２７が接続されている。定電圧制御部２６と発振制御部２７は、それぞれＰＬＣ２４から制御信号により作動し、ＰＬＣ２４とともにサイリスタスタック２１とインバータ２２の作動を制御する制御部を構成している。図１に示すように、通電スペース１７内に供給された飲食物材料の温度を検出するために、温度センサ２８が通電スペース１７内に配置されており、温度センサ２８の検出信号は、ＰＬＣ２４に送られる。

定電圧制御部２６によりサイリスタスタック２１の起動つまりオンオフが制御されるとともに、サイリスタスタック２１の出力電圧が定電圧制御部２６にフィードバックされる。定電圧制御部２６からは、ＰＬＣ２４に対して、サイリスタスタック２１を起動させた状態と起動を停止させた状態との検出信号がフィードバックされる。

一方、発振制御部２７によりインバータ２２の起動が制御されるとともに、インバータ２２から出力される高周波パルスを１サイクル毎に発振制御部２７にフィードバック信号が出力される。さらに、発振制御部２７は、ＰＬＣ２４に対してインバータ２２に対する発振開始信号と発振終了信号とを出力し、インバータ２２から出力された高周波パルスの数がＰＬＣ２４によりカウントされる。インバータ２２から出力される高周波パルスの数が設定数となると、ＰＬＣ２４は発振制御部２７に発振の停止つまり高周波パルスの出力停止信号を出力し、インバータ２２の出力を停止する。

インバータ２２から出力された高周波パルスを昇圧することにより、飲食物材料に高電圧パルスを印加して飲食物材料を殺菌処理する場合には、サイリスタスタック２１を起動させた状態のもとで、インバータ２２のオンオフを制御して高電圧パルスを飲食物材料に印加する。このように、インバータ２２をオンオフ制御して高電圧パルスを飲食物材料に印加するようにすると、インバータ２２の立ち上がりと立ち下がりの速度を迅速に設定することができ、瞬時に殺菌電圧の高電圧パルス飲食物材料に印加することができる。これにより、飲食物材料が過加熱される前に、飲食物材料に含まれる細菌を殺菌することができ、殺菌後の飲食物材料が変質したり、風味が損なわれたりすることなく、高品質の殺菌処理を行うことができる。

これに対し、従来のように、サイリスタスタック２１をオンオフさせて、飲食物材料に対する高電圧パルスの印加と印加停止とを制御するようにすると、ＰＬＣ２４からサイリスタスタック２１にオン信号を出力してから、実際に電極対１６に高電圧パルスが出力されるまでに、数秒程度かかることになる。このように、立ち上がり時間がかかると、飲食物材料に高電圧の殺菌電圧が印加されまでに、飲食物材料には殺菌電圧にまで立ち上がる過程でも電流が印加されることになり、飲食物材料はジュール熱により加熱される。このため、飲食物材料はジュール熱により過加熱されることになり、殺菌後の飲食物材料が変質したり、風味が損なわれたりすることが避けられなかった。

図３は飲食物材料に印加される高電圧パルスの１サイクルの波形を示す。殺菌するための高電圧パルスの数は、飲食物材料に応じて相違しており、任意の高電圧パルスを飲食物材料に印加することができる。実験によると、ジュースやスープ等の飲食物材料は、１サイクルまたは数サイクルの高電圧パルスを印加すれば、大腸菌等の細菌を死滅させることができた。

飲食物材料に印加される高電圧パルスの電圧Ｖｐは、図４に示されるように、電極対１６間の１ｍｍ当たり、３００Ｖｐ／１ｍｍ以上となるように、設定される。電極対１６の間の距離をＬｍｍとすると、電極対１６に印加される電圧Ｖ0は、Ｖｐ×Ｌに設定される。また、飲食物材料に印加される高電圧パルスの周波数は、２０〜４００ｋＨｚのいずれかに飲食物材料に応じて選択される。

図４に示されるように、例えば、飲食物材料に印加される高電圧パルスの周波数を２０ｋＨｚとすると、高電圧パルスの立ち上がり時間ｔ1と立ち下がり時間ｔ3は、いずれも２μｓとなり、高電圧パルス電圧Ｖｐの印加時間ｔ2，ｔ4は、いずれも２２μｓとなる。高電圧パルスの周波数を３０〜４００にした場合の上述した立ち上がり時間ｔ1、立ち下がり時間つまり反転時間ｔ3および印加時間ｔ2，ｔ4は、図４に示す通りであり、立ち上がり時間および立ち下がり時間は、いずれも、２μｓよりも短くなる。

このように、飲食物材料に対する高電圧パルスの印加タイミングを発振制御部２７により制御すると、飲食物材料の過加熱を防止し、高品質の飲食物を殺菌処理することができる。

電源ユニット２０により飲食物材料に対する殺菌処理は、高電圧パルスの印加のみにより行う形態と、高電圧パルスとジュール熱とにより殺菌を行うこともできる。高電圧パルス殺菌工程と、ジュール熱殺菌工程とにより飲食物材料を殺菌処理するには、図１に示された殺菌容器１０内に飲食物材料が供給された状態のもとで、連続的に行うことができ、ジュール熱殺菌工程は、高電圧パルス殺菌工程の前後に行うことができる。

ジュール熱殺菌によって飲食物材料の加熱殺菌を行うために、飲食物材料に印加される加熱電圧Ｖｊは、図４に示されるように、電極対１６間の１ｍｍ当たり、３００Ｖｊ／１ｍｍよりも低い電圧となるように設定される。３００Ｖｊ／１ｍｍよりも低い電圧であれば、１Ｖｊ／１ｍｍ以上の任意の電圧に設定することができる。電極対１６の間の距離をＬｍｍとすると、電極対１６に印加される電圧Ｖ0は、Ｖｊ×Ｌに設定される。また、加熱殺菌のために飲食物材料に印加される高周波電力の周波数は、例えば、２０ｋＨｚに設定される。ただし、この周波数は２０ｋＨｚに限られることなく、飲食物材料に応じて任意の周波数に設定することができる。

図５は、高電圧パルスの印加のみにより飲食物材料の殺菌処理を行う場合の殺菌処理のアルゴリズムを示すフローチャートである。

ＰＬＣ２４が起動されて初期設定されると、ステップＳ１において、メモリに格納された高電圧パルス殺菌条件を読み出し、ステップＳ２においてサイリスタスタック２１がオンされる。殺菌条件としては、予め飲食物材料の種類に応じて、単位長さ当たりの高電圧パルス電圧Ｖｐ／１ｍｍと、高電圧パルスの周波数と、高電圧パルスのサイクル数とがメモリに格納されている。サイリスタスタック２１のオンにより、３相の外部電力は直流電流に整流されて正負の出力端子は所定の電位差となった状態となる。

この状態のもとで、操作パネル２５の入力キーがステップＳ３において操作されると、インバータ２２は発振を開始し（ステップＳ４）、インバータ２２は高周波パルスを出力する。高周波パルスはトランス２３により昇圧されて高電圧パルスが電極対１６に印加される。例えば、２０ｋＨｚの高電圧パルスを電極対１６に印加する場合には、図４に示すように、２μｓの立ち上がり時間ｔ1経過後に、２２μｓに渡って高電圧パルスが一方の電極から他方の電極に流れる。次いで、反転時間ｔ3が経過した後に、同様の時間に渡って高電圧パルスが他方の電極から一方の電極に反転されて印加される。

ステップＳ５において高電圧パルスが１サイクル出力されたことが判定されると、ステップＳ６において、予め入力された設定サイクルが終了したか否かが判定される。高電圧パルスの出力サイクル数が入力された設定サイクル数となったことがステップＳ６において判定されると、インバータ２２の発振が停止される（ステップＳ７）。

このように、インバータ２２をオンオフ制御することにより、高電圧パルスが殺菌電圧に到達するまでの立ち上がり時間を瞬間的に行うことができ、飲食物材料が過度に加熱されることなく、飲食物材料に含まれる細菌を殺菌することができる。

図６は、高電圧パルスによる殺菌処理と、ジュール熱による殺菌処理とを連続的に行うようにした場合における殺菌処理のアルゴリズムを示すフローチャートである。

ＰＬＣ２４が起動されて初期設定されると、ステップＳ１１においてサイリスタスタック２１がオンされる。サイリスタスタック２１のオンにより、３相の外部電力は直流電流に整流されて正負の出力端子は所定の電位差となった状態となる。サイリスタがオンされた状態のもとで、ステップＳ１２に示すように、スタートスイッチがオンされると、ステップＳ１３においてジュール熱殺菌条件が読み出されて、ジュール加熱が開始される（ステップＳ１３，Ｓ１４）。ジュール熱殺菌条件としては、予め飲食物材料の種類に応じて、単位長さ当たりの印加電圧つまり加熱電圧Ｖｊ／１ｍｍと、高電圧パルスの周波数とがメモリに格納されている。

飲食物材料の温度は温度センサ２８により検出され、検出信号がＰＬＣ２４に送られており、飲食物材料がジュール熱により所定の加熱温度まで加熱されたことが、ステップＳ１５において判定されたときには、図５に示した高電圧パルス殺菌処理に移行する。この加熱温度としては、例えば、８０℃に設定される。ジュール熱殺菌処理から高電圧パルス殺菌処理に移行すると、ステップＳ１６ではパルス殺菌条件が読み出されて、インバータ２２は発振を開始し、図５に示したステップＳ５〜ステップＳ７と同様に、ステップＳ１８〜Ｓ２０が実行される。

図６に示した殺菌処理においては、ジュール熱により殺菌処理が高電圧パルス殺菌処理よりも前に行われているが、高電圧パルス殺菌処理を行った後に、ジュール熱殺菌処理を行うようにしても良い。

本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。図１に示した殺菌容器１０は、飲食物材料をバッチ処理するための容器であるが、飲食物材料を連続的に搬送しながら、高電圧バルス殺菌処理を行うようにしたり、これに加えてジュール熱殺菌処理を行うようにしたりしても良い。

１０ 殺菌容器
１１ 底壁部
１２ 筒体
１３ 開口部
１４，１５ 電極
１６ 電極対
１７ 通電スペース
２０ 電源ユニット
２１ サイリスタスタック
２２ インバータ
２３ トランス
２４ プログラマブルロジックコントローラ
２５ 操作パネル
２６ 定電圧制御部
２７ 発振制御部
２８ 温度センサ

Claims (6)

1. 電極対に電力を供給して前記電極対の間に供給された飲食物材料を殺菌処理する飲食物の殺菌装置であって、
   外部からの交流電流を直流電流に整流するサイリスタと、
   前記直流電流を高周波電流に変換するインバータと、
   前記高周波電流を昇圧して高電圧パルスを発生するトランスと、
   前記サイリスタと前記インバータの作動を制御する制御部と、
   を有し、
   前記制御部は、前記サイリスタを起動させた状態のもとで、前記インバータのオンオフを制御して前記高電圧パルスを前記電極対に印加する、飲食物の殺菌装置。
2. 請求項１記載の飲食物の殺菌装置において、前記電極対に前記高電圧パルスを印加するパルス殺菌工程の前後に、前記高電圧パルスの電圧よりも低い電圧を印加して飲食物材料をジュール熱により加熱する、飲食物の殺菌装置。
3. 請求項２記載の飲食物の殺菌装置において、飲食物材料の温度を検出する温度センサを有し、飲食物材料の温度がジュール熱により加熱温度に到達したら、前記電極対に対する印加を停止する、飲食物の殺菌装置。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の飲食物の殺菌装置において、前記電極対の間の１ｍｍ当たりの高電圧パルスの電圧は、３００Ｖｐ／１ｍｍ以上である、飲食物の殺菌装置。
5. 請求項２〜４のいずれか１項に記載の飲食物の殺菌装置において、飲食物材料をジュール熱により加熱する際における前記電極対の間の１ｍｍ当たりの加熱電圧は、前記高電圧パルスの電圧よりも低い電圧である、飲食物の殺菌装置。
6. 請求項１〜５のいずれか１項に記載の飲食物の殺菌装置において、前記インバータから出力される高周波パルスを１サイクル毎に検出する発振制御部と、前記電極対に印加される前記高電圧パルスの数をカウントし、前記発振制御部に対して前記高周波パルスの出力を停止するプログラマブルロジックコントローラとを有し、
   前記発振制御部は、前記電極対に対して設定された数の前記高電圧パルスを出力したら、前記電極対に対する前記高電圧パルスの印加を停止する、飲食物の殺菌装置。

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