JP6648766B2

JP6648766B2 - 飲料およびその製造方法

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Publication number: JP6648766B2
Application number: JP2017558141A
Authority: JP
Inventors: 洋平菅沼; 和美大井
Original assignee: DIC Corp
Current assignee: DIC Corp
Priority date: 2015-12-24
Filing date: 2016-12-20
Publication date: 2020-02-14
Anticipated expiration: 2036-12-20
Also published as: JPWO2017110781A1; WO2017110781A1

Description

本発明は、中空糸膜モジュールを用いて水を脱気する脱気工程を有する飲料の製造方法および当該製造方法を用いて製造された飲料に関する。

飲料中の溶存酸素は、コーヒー飲料や茶飲料などの原料を抽出して得られる飲料（以下「原料抽出飲料」という。）はもちろん、その他の清涼飲料や果汁飲料などにおいても、製造時の加熱殺菌や製造後の時間経過によって濁りの発生や香味低下の原因となる。

そこで従来、例えばコーヒーなどの飲料中の溶存酸素濃度を低下させるために脱気処理水に着目し、より一層美味しく、かつ、長期保存してもより品質の安定した飲料をより効率的に製造することを目的として、イオン交換樹脂と真空脱気により脱気イオン交換処理水を製造し、これを用いて飲料を製造する方法も知られている（特許文献１参照）。

特開２０００−９３１３０号公報

しかし、当該方法は溶存酸素を中空糸膜を用いた脱気モジュールで脱気することについては、具体的な記載がなく、このため通常の多孔質膜を有する中空糸膜を用いた脱気モジュールで脱気すると、水と樹脂製の多孔質層とが接液することで、樹脂臭が移り香として残るという問題があった。

そこで本発明が解決しようとする課題は、中空糸膜モジュールを用い、樹脂臭を抑えつつ、且つ水中の溶存気体を脱気する、飲料の製造方法、および、樹脂臭を抑えつつ、且つ溶存気体を脱気した水を含む、飲料を提供することにある。

本願発明者らは種々の検討を行った結果、スキン層が水と接液する中空糸膜モジュールを用いることで、樹脂臭を抑えつつ、且つ水中の溶存気体を脱気した水（以下、処理水ということがある）が得られることを見出し、本発明を完成するに至った。

すなわち、本発明は、中空糸膜モジュールを用いて水から溶存気体を脱気する工程を有する飲料の製造方法であって、前記中空糸膜モジュールに用いられる中空糸膜がスキン層と多孔質層とを有し、かつ、スキン層が水と接液することを特徴とする飲料の製造方法に関する。

また、本発明は、中空糸膜モジュールを用いて溶存気体が脱気された水を含む飲料であって、前記中空糸膜モジュールに用いられる中空糸膜がスキン層と多孔質層とを有し、かつ、スキン層が水と接液することを特徴とする飲料に関する。

本発明によれば、中空糸膜モジュールを用い、樹脂臭を抑えつつ、且つ水中の溶存気体を脱気する、飲料の製造方法、および、樹脂臭を抑えつつ、且つ溶存気体を脱気した水を含む、飲料を提供することができる。

以下、本発明について詳細に説明するが、本発明はこれらの実施形態例のみに限定されるものではない。また、本発明の飲料の製造方法において、飲料を製造するまでの工程は周知なため、概略のみ説明し、詳細は省略する。

はじめに、コーヒー飲料や茶類などの原料抽出飲料を例に、好ましい製造方法について説明する。まず、脱気工程を経て得られた処理水を１０〜５０℃の範囲、好ましくは２０〜４０℃の範囲に加熱した後、コーヒー豆や茶葉と接触させて抽出液を得る。得られた抽出液に１０〜５０℃の範囲、特に２０〜４０℃の範囲の前記処理水を加えて所望の濃度に希釈化、調合し、これを容器に密封するようにして製造すればよい。また、原料抽出飲料以外の飲料では、まず、脱気工程を経て得られた処理水を１０〜５０℃の範囲、特に２０〜４０℃の範囲とし、飲料原料に加えて所望の濃度に希釈化、調合し、これを容器に密封するようにして製造すればよい。いずれの飲料の製造方法においても、希釈化、調合の際に、甘味料、着色剤、ミネラル、酸化防止剤、保存剤などの不揮発性成分を必要に応じ混合することができる。

本発明において飲料を製造する際は、製造段階での酸化を防ぎ、かかる飲料中の溶存酸素濃度を低下させるために不活性ガス雰囲気、好ましくは窒素雰囲気下で行うことが好ましい。

本発明における脱気工程は、濾過装置を経て得られた水を、脱気装置に送り、溶存気体を除去する。脱気後の水中の溶存酸素量は０．０１〜１０ｐｐｍの範囲であることが好ましく、さらに０．５〜４ｐｐｍの範囲であることがより好ましい。本発明に用いることのできる脱気装置としては、内部環流型中空糸膜モジュールや外部環流型中空糸膜モジュールが挙げられ、当該モジュールを用いて、中空糸膜モジュール内を流れる水から溶存気体を脱気する。この内、外部環流型中空糸膜モジュールは、内部環流型中空糸膜モジュールよりも脱気効率に優れ、且つ水の流動圧力損失を極めて低水準に抑えることが可能であり、特に多量の水を脱気処理する場合に最も好ましいだけでなく、より樹脂臭を低減できるため好ましい。

本発明に用いる中空糸膜モジュールに使用する中空糸膜は、膜構造が、少なくともスキン層（緻密層）、細孔を有する層（多孔質層）とが積層しているものであれば、通常、脱気モジュールとして用いられるものを制限なく使用できるが、さらに以下のものが好適に用いられる。

本発明に用いる中空糸膜の素材は、疎水性の高い素材よりなる膜が好ましく、例えばポリ（４−メチルペンテン−１）樹脂等のポリオレフィン系樹脂が好ましい。また膜構造は、少なくともスキン層（緻密層）と、細孔を有する層（多孔質層）とが積層していれば特に限定されるものではないが、好ましくはスキン層（緻密層）と細孔を有する支持層（多孔質層）とが積層した不均質膜であることが好ましく、さらに、外側にスキン層（緻密層）、内側に細孔を有する支持層（多孔質層）とが積層した不均質膜であることがより好ましい。当該細孔の孔径は特に限定されないが、０〜１００ｎｍの範囲が好ましく、０．１〜５０ｎｍの範囲がより好ましい。

本発明に用いる中空糸膜モジュールに使用する中空糸膜は、膜の酸素透過速度が０．１×１０^−５〜５０００×１０^−５［ｃｍ^３（ＳＴＰ）／ｃｍ^２・ｓｅｃ・ｃｍＨｇ］の範囲のものが好ましく、さらに０．５×１０^−５〜５００×１０^−５［ｃｍ^３（ＳＴＰ）／ｃｍ^２・ｓｅｃ・ｃｍＨｇ］の範囲のものがより好ましく、さらに０．９×１０^−５〜１００×１０^−５［ｃｍ^３（ＳＴＰ）／ｃｍ^２・ｓｅｃ・ｃｍＨｇ］の範囲のものが最も好ましい。

また、本発明に用いる中空糸膜モジュールに使用する中空糸膜は、酸素と窒素の分離係数α=（ＱＯ_２：酸素透過量／ＱＮ_２：窒素透過量＝１〜５の範囲のものが好ましく、さらに１〜４．５の範囲のものがより好ましく、さらに３．０〜４．２の範囲のものが特に好ましい。当該範囲内であれば、実質的に液体として水を透過させず、かつ、溶存酸素濃度を数ｐｐｂ以下まで脱気することが容易になり好ましい。

なお、モジュールの脱気性能は中空糸膜の隔膜の酸素透過速度が高くなるにつれ一般に向上するが、これに伴い液体の透過速度も大きなものとなるため、両特性のバランスに優れた隔膜を選択することが望ましい。

また、酸素透過速度の測定及び気体分離係数αはＡＳＴＭ−Ｄ１４３４に準拠して容易に行われる。

特にポリ（４−メチルペンテン−１）樹脂を素材とする中空糸不均質膜は酸素、窒素、炭酸ガス等のガス透過性に優れ且つ水蒸気バリヤー性が高く好ましい。本不均質膜については、例えば特公平２−３８２５０号公報、特公平２−５４３７７号公報、特公平４−１５０１４号公報、特公平４−５００５３号公報及び特開平５−６６５６号公報等に詳しく述べてある。

本発明で用いる中空糸膜モジュールが内部環流型の場合、内部還流型中空糸膜モジュールの中空糸膜外（気相側）の圧力を減圧下に保ちつつ、中空糸膜内（液相側）から通液して脱気する。
一方、本発明で用いる中空糸膜モジュールが外部環流型の場合、外部還流型中空糸膜モジュールの中空糸膜内（気相側）の圧力を減圧下に保ちつつ、中空糸膜外（液相側）から通液して脱気する。いずれの場合も、液相側がスキン層（緻密層）、気相側が細孔を有する層（多孔質層）となるようにする。

中空糸膜モジュールの中空糸膜内の気相側圧力は、使用流量と目的とする処理後の溶存酸素量に合わせて調整することが重要であるが、脱気する水のその温度での飽和蒸気圧以上の圧力に設定することが好ましい。

その際、減圧手段は単に真空ポンプ等で排気しても良いが、適当なスイープガスを流しながら真空ポンプで排気しても良い。特定の溶存気体を除去する場合には、スイープガスを併用する方法は有効である。例えば、溶存酸素や炭酸ガスのみを除去する事が重要な場合には、スイープガスとして窒素ガス、アルゴンガス等が有効に用いられる。真空ポンプを用いる場合には公知のものを用いることができ、例えば、油回転式ポンプ、ダイヤフラム式ポンプ、水流アスピレータ、水封式真空ポンプ、ブースター付水封式真空ポンプ、ルーツ型及びスクロール型等のドライ型真空ポンプ等が挙げられる。また、油回転式ポンプに油水分離装置を付属して使用してもよく、また水封式ポンプの封水をチラー等で冷却したり、蒸気圧の低い封液を使用してもよく、また水封式真空ポンプに空気エゼクターを付属して使用する等適宜実施できる。

脱気する水の温度に特に制限はないが、液温は高いほうが好ましい。液温を高くすることにより多量の水を効率良く脱気することができるばかりでなく、液温上昇により必然的に飽和水蒸気圧も上昇し、したがって膜の気相側の真空圧力を高めることができ、これにより真空装置の負荷を軽減することができ極めて好ましい。脱気する液温は１０℃〜５０℃が好ましくさらに好ましくは２０℃〜４０℃である。

モジュールの構造及び中空糸膜の充填方法は脱気される水に遍流が発生しないように構成されておれば良く、例えば特許公開平２−１０２７１４号公報等に好適ないくつかのモジュール構造が開示されている。

本発明に用いる中空糸膜モジュールに適用する中空糸膜の寸法は、中空糸膜の外径が小さい方が、その簾巻き体の径が小さくとも大きな膜面積を得ることができ、従って、外径は７０μm〜３７０μmであることが好ましく、さらに１５０μm〜２８０μmであることがより好ましい。一方、中空糸膜の内径は３０μｍ〜３１０μｍの範囲が好ましく、さらに８０μｍ〜２２０μｍの範囲がより好ましい。膜面積は０．０１８ｍ^２〜４００ｍ^２の範囲であることが好ましく、０．１８ｍ^２〜１２０ｍ^２の範囲であることがより好ましく、１．８〜４０ｍ^２の範囲がさらに好ましく、７〜２０ｍ^２の範囲が特に好ましい。

本発明に用いる中空糸膜モジュールは、脱気する液体の遍流を容易に抑制でき、且つ耐圧性に優れ、構造が単純であり、また製造が容易である特徴を有する。中空糸簾状シートの形態に制限はなく不織布体、編み物、織物等特に制限はないが、好ましくは、中空糸膜を緯糸または経糸とし、他の糸たとえばポリエステル等からなるモノフィラメント糸またはマルチフィラメント糸を経糸または緯糸として組織された編み物または織物である。

本発明において好適に使用される外部還流型中空糸膜モジュールを用いた脱気装置と当該装置もちいた水の脱気方法の一例を説明する。

処理前の水（原水）は、減圧弁を通り、外部還流型中空糸膜モジュールに導入される。外部還流型中空糸膜モジュールの中空糸膜内は、真空ポンプによって減圧され、中空糸膜外を流れる原水から溶存気体が除去される。脱気処理された水（処理水）は、フロースイッチを通って装置外に供給される。このフロースイッチは、脱気装置中を水（原水ないし処理水）が流れることで作動し、真空ポンプのスイッチを入れ、電磁弁を開けるようになっている。脱気装置を通過した水（処理水）を貯蔵容器に移し、前記飲料の製造に供すればよい。

以上の通り、本発明の飲料は、中空糸膜モジュールにより溶存酸素量が抑えられているので、脱気していない場合と比較して酸化による味覚（香り、味）の劣化を起こし難く、さらにスキン層で水と接液して脱気することにより、多孔質層で接液して脱気する場合と比較して樹脂臭も低減されたものとなっている。本願発明は、上記脱気工程において、水または水溶液中の溶存気体をスキン層と接液させて脱気させることで上記効果を発揮する水を用いることから、飲料の種類は特に限定されず、例えば、コーヒー、緑茶、ウーロン茶、紅茶、麦茶などの原料を抽出して得られる原料抽出飲料や、炭酸飲料、ココア飲料、果汁飲料、野菜飲料、豆乳飲料、コーヒーに牛乳などを調合した調合飲料などの清涼飲料や、加工乳、乳飲料、発酵乳、乳酸菌飲料などの乳飲料を挙げることができ、飲料製品ばかりか中間製品も含むものとする。なお、飲料原料とは、例えば原料抽出飲料においては抽出液であり、原料抽出飲料以外の飲料では、水を加える前の飲料の原料となる中間物質で、ココア飲料においてはカカオ粉末或いはカカオペーストであり、果汁飲料においては果汁であり、乳飲料においては乳である。また、本発明の飲料は、甘味料、着色剤、ミネラル、酸化防止剤、保存剤などの不揮発性成分を必要に応じて含んでいても良い。

以下、本発明を実施例により具体的に説明するが、本発明はこれら実施例にのみ限定されるものではない。

（官能評価の方法および評価基準）
本実施例においての評価方法は、特に断りのない限り、以下の通りに行った。
官能評価について、樹脂臭と味覚（苦味）を評価した。
なお、樹脂臭とは、「プラスチックを連想する香り、紙パック臭」（宇都宮仁、他３名、”清酒の官能評価分析における香味に関する品質評価用語及び標準見本”、〔ｏｎｌｉｎｅ〕、２００６年、独立行政法人酒類総合研究所、第３頁第１表「樹脂臭」、検索日平成２７年９月２５日、http://www.nrib.go.jp/data/pdf/seikoumihou.pdf）を感じる評価を参考に以下の方法で実施した。

樹脂臭の官能評価の結果は標準見本（５０ｍｌポリプロピレン製遠心管に４０ｍｌコーヒー飲料を入れ、１０分間沸騰水中につけたもの）を用いて訓練されたパネラー５名の評価結果を集計して示した。
樹脂臭を感知したときの強度を１（感じない）、２（ほとんど感じない）、３（やや感じる）、４（感じる）、５（強い）、６（とても強く感じる）の６段階で評価した。集計した平均値が１以上〜２未満の場合を◎、２以上〜３未満の場合を○、３以上〜４未満の場合を△、４以上の場合を×とした。

官能評価の結果は標準見本（コーヒー飲料に、チロソール（ＴＣＩ９８+％）を８０ｍｇ／ｌの割合で加えたもの）を用いて訓練されたパネラー５名の評価結果を集計して示した。
製造直後と、４℃２４時間保存後の飲料に対する味覚（苦味）の変化を官能評価し、両者の差を、１（とても感じる）、２（感じる）、３（やや感じる）、４（感じない）の４段階で評価した。集計した平均値が１以上〜２未満の場合を◎、２以上〜３未満の場合を○、３以上〜４未満の場合を△、４の場合を×とした。

（実施例１）
外部還流型中空糸膜モジュールは、ＤＩＣ株式会社製「ＥＦ−０２０Ｇ−Ａ３０」（スキン層（外層）と中空糸孔径５〜２０ｎｍの多孔質層（内側）とが積層した非対称膜を有するポリ−4−メチルペンテン−１樹脂製中空糸膜）を用い、試験前に超純水で７２時間洗浄後、モジュール内部を無菌エアーで乾燥した。さらに、上水（２３℃）で３分間洗浄した。

上水（脱気処理前ＤＯ値８．５ｐｐｍ）を前記モジュールに通液し脱気処理（絶対圧２．４ｋＰａ）した後、得られた処理水（脱気処理後ＤＯ値０．８ｐｐｍ）を、窒素雰囲気中の貯留容器内に保存した。
次に、抽出器において、９５℃に加熱した処理水を用いてコーヒー豆を抽出し、得られた抽出液を、貯留容器及び濾過器を介して調合容器に送り、調合容器において得られた抽出液に、前記処理水を、該抽出液１００質量部に対して処理水５００質量部となるよう配合して希釈化、調合した。その後、缶容器に飲料を充填して密閉した。なお、すべての工程を窒素雰囲気下でおこなった。官能評価結果を表１に示した。

（比較例１）
外部還流型中空糸膜モジュールＤＩＣ株式会社製「ＥＦ−０２０Ｇ−Ａ３０」の替りに、内部還流型中空糸膜モジュール三菱レイヨン社製「２０Ｍ３４００Ａ」（非多孔質の超薄膜を多孔質層でサンドイッチ状に挟み込んだ三層複合構造を有するポリエチレン製対称膜）を用いたこと以外は実施例１と同様に行った。なお、得られた処理水の脱気処理後ＤＯ値は２．０ｐｐｍであった。官能評価結果を表１に示した。

以上の官能評価分析より、実施例１ではスキン層（緻密層）で水と接する中空糸膜モジュールを簡単な水洗浄を行うのみで、プラスチック臭などの異臭の添加がないコーヒー飲料が得られることが分かった。また、溶存気体の大幅な減少によって、長期保存後の味覚の変化も抑えられることも明らかになった。これに対して、多孔質層で水と接する中空糸膜モジュールを用いた比較品は、樹脂臭の除去ができず、かつ、長期保存後の味覚の変化も抑えられなかった。

Claims

中空糸膜モジュールを用いて水から溶存気体を脱気する工程を有する原料抽出飲料の樹脂臭の低減方法であって、前記中空糸膜モジュールに用いられる中空糸膜がスキン層と多孔質層とを有し、かつ、スキン層が水と接液することを特徴とする原料抽出飲料の樹脂臭の低減方法。