JP6918289B2

JP6918289B2 - 液体食品の殺菌装置及び殺菌方法

Info

Publication number: JP6918289B2
Application number: JP2017113553A
Authority: JP
Inventors: 邦彦植村
Original assignee: National Agriculture and Food Research Organization
Current assignee: National Agriculture and Food Research Organization
Priority date: 2017-06-08
Filing date: 2017-06-08
Publication date: 2021-08-11
Anticipated expiration: 2037-06-08
Also published as: JP2018201460A

Description

本発明は、豆乳、牛乳、肉汁などのたんぱく質を含む液体食品を短波帯域の高周波を用いて加熱殺菌する装置及び方法に関する。

豆乳、牛乳、肉汁などたんぱく質を含む液体食品には、大腸菌や酵母などの栄養細胞、耐熱芽胞細菌、カビなどの微生物が含まれ増殖する可能性がある。特に枯草菌の芽胞は、極めて耐久性の高い細胞構造で、この芽胞を完全に失活させるには、１２０℃、２気圧、１５分以上の条件で加熱する必要があると言われている。

液体食品の殺菌法としては、熱交換器により１００〜１５０℃に加熱する超高温加熱処理（ＵＨＴ）が行われているが、液体食品の内部からの加熱ではないため、加熱時間が長く殺菌効果が十分ではない。このため、本発明者は交流電界処理を提案している。この交流電界処理には交流高電圧処理（２０ｋＨｚ程度）と短波帯交流電界処理（１ＭＨｚ以上）がある。

特許文献１には、２枚の電極間に液体食品が流れる流路を形成し、この流路を流れる液体食品に周波数２０ｋＨｚ〜５０ＭＨｚの交流電界を印加し、液体食品中に誘導電流を流し、液体食品を滅菌の対象となる微生物の臨界温度以上に短時間の間に上昇させた後冷却する。この処理で微生物は死滅するかダメージを受ける。そしてその後に行われる８０℃以下の低温加熱処理によってダメージを受けた微生物の多くを死滅させる方法が記載されている。

特許文献２には、非粘着性で電気絶縁性が高い膜厚５０μｍ以下の絶縁被膜を対向する２枚の電極の表面に形成し、この絶縁被膜を形成した電極を対向配置し、周波数１０ＭＨｚ〜５０ＭＨｚの電界を、電極表面に設けた絶縁薄膜を介して電極間を流れる液体食品に印加する短波電界殺菌方法が開示されている。

特許文献３には、２枚の金属製平行平板電極で絶縁体を挟み、これら電極及び絶縁体に液体食品の流路を形成し、前記電極間に交流電源により電圧を印加し、交流電界処理により殺菌処理することが記載されている。

特開２０１３−１７６３４３号公報特開２０１０−５７４２３号公報特開２０１０−２６８７５６号公報

交流電界処理にあっては、加熱殺菌処理時の電極のスパーク及びそれに伴う殺菌装置内部への焦げ付き、液体食品中に凝固物の混入、液体食品の色調変化を防止するため、加熱時間を短くするなどの工夫を行っているが、殺菌が不十分となったり、たんぱく質等の成分が熱変性したり、異臭が生じたり、風味が変質することがある。

上記の課題を解決するため、本発明に係る交流電界を液体食品に印加して加熱殺菌する殺菌装置は、互いに離間する板状または筒状をなす電極と、電極間に配置される絶縁体からなり、前記電極のうち中央の電極は高周波電源に接続され、前記中央の電極の外側に配置される電極は接地電極とされ、前記絶縁体には液体食品の流路が形成された構成である。

また、本発明に係る殺菌方法は、上記した殺菌装置を使用することを前提とし、更に処理条件として、電極表面へのたんぱく質の付着を防止するため、液体食品に印加する交流電界の周波数を３ＭＨｚ以上とする。

本発明に係る殺菌方法としては、交流電界処理の前処理として熱交換器による８０℃程度の予備加熱、後処理として品質の劣化が生じない６０℃程度までの冷却処理を連続して行うのが好ましい。

本発明に係る殺菌装置及び殺菌方法によれば、従来法（UHT、スチームを用いた超高温殺菌）に比較して、最高到達温度が低くても同等の殺菌効果（残存枯草菌芽胞数）が得られる。

また、従来の交流電界処理と比較して、液体食品の出入り口部が両方とも接地されているので電流の集中が起きにくく、液体食品の焦げ付き、電極表面の腐食や絶縁膜の損傷も防止でき、安定した連続運転が可能となる。

本発明に係る殺菌装置を組み込んだ殺菌システムの全体構成図（ａ）は本発明に係る平行平板型の殺菌装置を説明した図、（ｂ）はその分解斜視図別実施例に係る殺菌装置を説明した図別実施例に係る殺菌装置を説明した図短波帯加熱と従来加熱の温度履歴を示すグラフ短波帯加熱及びスチーム加熱の最高到達温度が残存枯草菌に与える影響を示すグラフ実験例２の結果を示す電極の写真（ａ）はテフロン皮膜電極を２枚対向配置した場合のＲＦ加熱後の状態を示す図、（ｂ）は２枚の対向配置した電極間に絶縁板を配置した場合のＲＦ加熱後の状態を示す図絶縁被膜を形成しない３枚の電極を用いてＲＦ加熱した後の状態を示す図短波帯（３ＭＨｚ〜３０ＭＨｚ）毎に、流路出口温度と枯草菌芽胞の失活の関係を示したグラフ

図１に示すように、殺菌システムは液体食品を貯留する原料タンク１からの配管の途中にポンプ２を設け、このポンプ２によって液体食品を予熱装置３に送り込み、約８０℃まで予備加熱する。予備加熱された液体食品は本発明に係る短波帯殺菌装置４にて短時間で殺菌温度まで加熱される。

図５に示すように、予備加熱温度（８０℃）から殺菌温度（１２０℃）までは、液体食品中に流れる誘導電流によって瞬時に加熱され、加熱された液体食品は冷却装置（熱交換器）５によって１０秒程度で６０℃程度まで冷却され、リリーフバルブ６を介して取り出される。

原料タンク１からリリーフバルブ６に至る流路には短波帯殺菌装置４の上流側と下流側に温度計７を配置し、リリーフバルブ６の上流側に圧力調整弁８を配置し、これら温度計７及び圧力調整弁８で計測した値を運転履歴として記録装置９に記録する。

図２（ａ）は殺菌装置４として平行平板型のタイプを示し、（ｂ）はその分解図である。殺菌装置４は３枚の平板状電極を平行に配置し、中央の電極１０ａは高周波電源１１に接続され、左右の電極１０ｂ、１０ｃは接地され、電極１０ａと１０ｂ間及び電極１０ｂと１０ｃ間にはテフロン製絶縁体１２、１２が密に配置されている。尚、電極１０ａ、１０ｂ、１０ｃの表面に絶縁膜を形成してもよい。

電極１０ｂには液体食品の入口となる円形穴１３ｂ、絶縁体１２、１２には流路となる長穴１３ｄ、電極１０ａには流路連結用の円形穴１３ａ、電極１０ｃには液体食品の入口となる円形穴１３ｃが形成されている。

図３及び図４は筒状電極を用いた殺菌装置４を示している。図３に示す実施例では、高周波電源１１に接続される中央の電極１０ａをテフロン製絶縁体１２で抱持し、このテフロン製絶縁体１２の内部に液体食品の流路１３を形成し、更にテフロン製絶縁体１２の外周面に接地電極１０ｂ、１０ｃを取り付けている。

また図４に示す別実施例にあっては、中央の筒状電極１０ａが高周波電源１１に接続され、外側の筒状電極１０ｂ及び内側の筒状電極１０ｃは接地され、電極１０ａと１０ｂ間及び電極１０ｂと１０ｃ間にはテフロン製の筒状絶縁体１２、１２が密に配置されている。

次に、具体的な実験例を示す。
実験例１
図２に示した平行平板型の殺菌装置を用いて、市販の豆乳を処理した。電極の構成は、流路の幅を８ｍｍ、電極間距離を５ｍｍ、電極長を２８ｍｍ×２面とした。
先ず、モーノポンプで豆乳を１８ｍＬ／ｓの一定速度で予熱装置に搬送し、調温した水蒸気の熱交換器で８０℃まで昇温し、平行平板型の殺菌装置に供給し、短波帯処理として２７ＭＨｚ、最大５ｋＷの交流を電極を介して豆乳に印加し１２０℃まで昇温した。
殺菌装置の通過時間は、０．１２秒（線速度０．４５ｍ／ｓ）とし、２．２秒の温度保持後、８．６秒で冷却装置を通過し、圧力調整弁で系内圧力を０．７５ＭＰaに保持しながら排出した。

一方、比較対象の従来法（スチーム加熱）は、短波帯加熱と同じ装置を用い、短波帯加熱電極部を短絡し、水蒸気の熱交換器のみで、図４に示すように目的の温度（１２０℃）まで昇温させた。

図６は本発明の短波帯殺菌処理と従来のスチーム加熱処理での最高到達温度と残存枯草菌との関係を示したグラフである。
短波帯殺菌処理はスチーム加熱処理に比べて、１００℃以上の高温になっている時間が２／３と短くなっているのも拘わらず、枯草菌芽胞に対して１００℃以上の温度で、高い殺菌効果（金数の低減）が得られている。
また、本発明の短波帯殺菌処理によると、高温になっている時間が短いため、風味が損なわれ難いと言える。

実験例２
実験例１と同様の３枚の平行平板電極を介して、豆乳に交流高電界処理として２０ｋＨｚ、最大５００Ｖの交流を市販の豆乳に印加し、１２０℃まで昇温した。１０分間通電後、分解洗浄した電極表面の写真が図６である。
図７から明らかなように、左右の電極表面の流路面に沿った部分が黒く腐食していることが分かる。

実験例３
２枚の平板電極の表面に１００μｍ厚のテフロン皮膜を施したものと、実験例１と同様にテフロン皮膜を施さない３枚の平行平板電極を用いて、いずれも１２０℃まで昇温し、１０分間通電加熱を行った。

図８（ａ）、（ｂ）は実験例３のテフロン皮膜を施した２枚の平行平板電極で、２０ｋＨｚの交流高電界処理を行った場合を示し、（ａ）に示すように流路表面の損傷は見られなかったが、（ｂ）に示すように電極出口の対向面のテフロン皮膜が丸く抉れて損傷していることが分かる。

図９は３枚の平行平板電極に短波帯加熱（２７ＭＨｚ）を行った場合を示し、加熱後の電極表面、出入り口、テフロン絶縁体のいずれにも全く腐食は見られない。

実験例４
周波数が殺菌効果に与える影響について実験した。具体的には、枯草菌芽胞を添加した液体に、本願発明の平行平板電極を用い、周波数（３．０ＭＨｚ〜３０.０ＭＨｚ）の交流を印加し、液体を連続加熱した。
図１０に示すように、何れの周波数でも温度上昇とともに枯草菌芽胞が失活した。更に１０５℃以上の温度で、１４ＭＨｚ以上の周波数の場合は、７ＭＨｚ以下の周波数よりも失活効果が高いことが分かる。

本発明に係る殺菌装置及び殺菌方法は、たんぱく質を含む液体食品の殺菌に好適であるが、調味液などたんぱく質を含まないものでも電極の腐食が問題となる液体食品の殺菌にも使用することができる。

１…原料タンク、２…ポンプ、３…予熱装置、４…短波帯殺菌装置、５…冷却装置（熱交換器）、６…リリーフバルブ、７…温度計、８…圧力調整弁、９…記録装置、１０ａ…中央の電極、１０ｂ、１０ｃ…左右の電極、１１…高周波電源、１２…テフロン製絶縁体、１３ａ、１３ｂ、１３ｃ…円形穴、１３ｄ…長穴。

Claims

交流電界を液体食品に印加して加熱殺菌する殺菌装置において、この殺菌装置は、高周波電源に接続される１つの電極と２つの接地電極を備え、前記高周波電源に接続される１つの電極は板状をなし、この板状をなす電極の両側に板状をなす絶縁体が配置され、各板状絶縁体の外側に前記接地電極が配置され、これら高周波電源に接続される電極、接地電極および絶縁体に連続する液体食品の流路が形成されていることを特徴とする液体食品の殺菌装置。
交流電界を液体食品に印加して加熱殺菌する殺菌装置において、この殺菌装置は、高周波電源に接続される１つの電極と２つの接地電極を備え、前記高周波電源に接続される１つの電極は、筒状絶縁体内側の液体食品の流路内に配置され、前記２つの接地電極は筒状絶縁体内側の外側面で前記高周波電源に接続される１つの電極と対抗する位置に配置されていることを特徴とする液体食品の殺菌装置。
交流電界を液体食品に印加して加熱殺菌する殺菌装置において、この殺菌装置は、高周波電源に接続される１つの電極と２つの接地電極を備え、前記高周波電源に接続される１つの電極は筒状をなし、この筒状をなす電極の内側と外側に筒状をなす絶縁体が配置され、内側の筒状絶縁体の内側と外側の筒状絶縁体の外側に前記接地電極が配置され、これら高周波電源に接続される電極、接地電極および絶縁体に連続する液体食品の流路が形成されていることを特徴とする液体食品の殺菌装置。