JPH04227835A - ガスを液に溶解させる方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、薄壁の缶、代表的には
アルミニウム又は鋼製のもの及びプラスチックびん等の
柔軟な容器に液を充填する方法の一部として、液中にガ
スを溶解することに関する。

【０００２】

【従来の技術】缶充填産業及びボトリング産業は、近年
、人工炭酸飲料の缶充填又はびん充填の際、従来の剛性
の鋼缶や剛性のガラスびんを柔軟な壁を有する容器に置
き替える傾向にある。代表的には、飲料は圧力下の炭酸
ガスで飽和されている。次にこの飲料を充填すべき開放
容器内に圧力下に排出する。引続き容器を閉じて密閉す
る。この開放容器は大気に露出され、従って大気圧下に
ある。容器は昇圧下の炭酸ガスで飽和された飲料で満た
されているので、容器の密閉後に炭酸ガスの一部が溶液
から出てくる。そのため各密閉容器のヘッドスペースは
昇圧になる。十分量の炭酸ガスを飲料に溶解させること
により、この昇圧は通常取扱時に外から加えられて容器
を変形させる圧力の防護に十分なものとなる。各容器の
ヘッドスペースに必要な加圧を形成するには、代表的に
は、液の各容積に２．５容積以上の炭酸ガスを溶解させ
る。一部の飲料、特にソフトドリンクでは、このような
炭酸化水準は飲料の品質に悪影響を与えないと見なされ
、頻々有益であると思われている。しかしながら、一部
の飲料、特にエール及びその他のビール類では、そのよ
うな高水準の炭酸化は悪影響を与えると思われる。例え
ば、ある種の伝統的エールをそのような高水準に炭酸化
すると、一部の人には泡立ち過ぎるものとなろう。更に
は、炭酸ガスの酸的性質も味に悪影響を与える。

【０００３】醸造業者は、ソフトドリンク業で使用され
ているほど高水準の炭酸化を必要としないビール等の飲
料を近代的な柔軟な容器すなわち薄壁の缶又はプラスチ
ックのびんにうまく充填する方法を求めている。

【０００４】前述の問題を解決せんとする試みは、大部
分、云わゆる液体窒素滴分配器の使用に基礎を置くもの
であった。これは、少量の計量された液体窒素を充填さ
れた各容器に配送する装置である。液体窒素はほとんど
瞬時に蒸発し、そのため容器のヘッドスペース内を加圧
にすることが可能である。近代的缶充填ラインは２，０
００缶／分迄の速度で操作できるので、液滴分配器を一
分当り２，０００個相当量までの液体窒素を配送できる
ように設計することがやっかいな問題であった。今日ま
で、これらの問題は十分に解決されてはおらず、密閉缶
のヘッドスペース圧の変動は中度の缶充填ライン速度で
すら可成りのものとなっている。液体窒素滴の操作に係
わる別の困難は、缶充填作業では、ものが充填され密閉
される迄の時間に窒素や炭酸ガス等の非酸化性ガスを開
放容器の口に吹き込むことが常法であるにも係わらず、
この目的に最適な非酸化性ガスの流速は窒素蒸気を缶の
ヘッドスペースから引出し、密閉缶の内圧に過度の変動
を与える傾向があることである。従って、開放容器の口
を横切る非酸化性ガスの流速は、最適値よりも低い値で
使用される傾向にあり、その結果、各密閉容器のヘッド
スペースの酸素含量は理想値よりも高くなる。すなわち
、液体窒素滴分配器の別法が必要とされている。

【０００５】当該技術分野では、実に多数の別法が提案
されている。例えば、米国特許明細第４，３４７，６９
５号は、非炭酸飲料のびん充填法又は缶充填法を開示し
ている。窒素等炭酸ガス以外の不活性ガスを容器に充填
する前の非炭酸飲料に注入する。この不活性ガスは密閉
前の充填された容器内の飲料から放出される。放出され
るガス量は、飲料から溶解酸素を追い出して容器のヘッ
ドスペースから空気を排出するのに十分な量である。容
器の密閉後に、過圧にするため十分なガスが飲料内に保
持されている。ヘッドスペースの酸素含量の減少は、窒
素パージガス流をヘッドスペースに通した時よりも良好
であると述べられており、一方の溶解酸素は実質的に減
少し且つ内部容器は増大すると述べられている。後者は
、金属シート及びプラスチックシート等柔軟な材料で製
作した容器の明かな利点でであると記載されている。 米国特許明細書第４，３４７，６９５号の表ＩＩは、ゲ
ージ圧２０７ｋＰａ（３０ｐｓｉｇ）で充填した際の密
閉缶の内圧は２０℃（６８°Ｆ）でゲージ圧７０ｋＰａ
（１０．２ｐｓｉｇ）、すなわち２絶対気圧よりも十分
低い圧力であったと開示している。

【０００６】英国特許公開（以下ＧＢ−Ａと略記する）
第２，１３４，４９６号も、薄壁の缶に非発泡性すなわ
ち実質的に炭酸化されていない飲料を充填することに関
する。ＧＢ−Ａ−２，１３４，４９６Ａ号に記載の方法
では、缶の内圧を形成するため炭酸ガス水準が１５部／
１０，０００重量部以下の範囲で炭酸ガスを窒素に加え
て使用することを許容している。窒素ガスと炭酸ガスを
圧力下に飽和器内の非炭酸飲料に溶解させる。次に、こ
の飲料を充填器で開放缶に充填する。充填条件は飽和容
器内での温度及び圧力と同一である。飲料を大気に露出
しながら窒素又は炭酸ガスを缶内の飲料の上表面上に散
布する。次に缶を接合機で接合する。図２から、充填器
の圧力が３絶対気圧の時、ヘッドスペース圧は（２０℃
で測定して）２絶対気圧にも達しないことがわかる。

【０００７】ＧＢ−Ａ−２，２０３，４１７Ａ号も、缶
やプラスチックびん等の柔軟な容器に非炭酸液体を充填
する方法に関する。アルゴンを液中に溶解する。次に、
容器を充填器で充填する。　　アルゴンは窒素よりも溶
解度は大なので、ヘッドスペース圧を比較的高くするこ
とができる。不幸なことにアルゴンは英国及びその他の
諸国で食品添加物として認められておらず、これがＧＢ
−Ａ−２，２０３，４１７号に記載の方法の商業的開発
を遅らせている。

【０００８】ＧＢ−Ａ−２，０８９，１９１号も、容器
に充填する前の液体食品に不活性ガスを予備溶解させて
密閉容器内を過圧にする方法を開示している。一例では
、窒素ガスをコーヒー飲料に４気圧で溶解させると、缶
内圧は２０℃でゲージ圧１．１ｋｇ／ｃｍ（１１０ｋＰ
ａ，１５．９ｐｓｉｇ）になった。

【０００９】例えばビールの製造及び缶充填では、炭酸
化されたビールを云わゆるブライト（ｂｒｉｇｈｔ）ビ
ール槽に長期間保持し、その間ビール又はエールの品質
管理検査を行うのが常である。続いて炭酸化ビールを缶
に充填する。ブライトビール槽内で得られる最大圧は，
通常、３絶対気圧である。英国で特に普及しているサイ
ズは４４０ｍｌである。今日は使用されている薄壁缶で
は、一般に缶の最小内圧は常温すなわち２０℃でゲージ
圧１３８ｋＰａ（２０ｐｓｉｇ）であることが望ましい
と考えられている。

【００１０】

【発明が解決しょうとする課題】液が若干量の炭酸ガス
を含有して、そのガス含有液を比較的低圧、云わば約３
絶対気圧の低圧で長期にわたり保持することが要求され
る際に、密閉容器が適正な過圧を有するよう柔軟な容器
に液を充填する必要がある。

【００１１】本発明者等は、驚くべきことに、液の保持
圧で液が過飽和となるように炭酸化液に窒素を溶解する
と、該液は長期にわたり飽和水準を超えた濃度の窒素を
保持できることを知見した。本発明者等は、この知見を
用いて前記の要求を可能にする方法を提供する。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明は、適度に炭酸化
された液（以下で定義する）を容器に充填する方法であ
って、炭酸ガスを該液に溶解させるステップ、第一圧力
下にある該液に窒素を溶解させるステップ、溶解炭酸ガ
ス及び溶解窒素を含有する液を第一圧力より低い第二圧
力下に１０分以上の時間にわたって保持し、但し前記液
が前記第二圧力で窒素に関して過飽和の状態にあるステ
ップ、該過飽和液を容器に充填するステップ及び次に該
容器を気密に閉じ、それにより斯かる密閉後に各容器内
の溶液から溶解ガスが気化して、正常取り扱い時に容器
壁の変形に抵抗する大気圧より高い内圧を内部に発生さ
せるステップからなる方法を提供するものである。

【００１３】本発明で用いる「低度に炭酸化された液」
なる語は、容積当り２容積までの炭酸ガス（標準温度圧
力、すなわち１５℃、１絶対気圧）を含有する液を意味
する。代表的には、この液は容積当り１．３乃至１．８
容積の炭酸ガスを含有する。この炭酸ガス濃度は、容器
に充填する直前の液中濃度である。

【００１４】本発明で用いる「ビール」なる語は、エー
ル、ラガー及びスタウトを包含する。

【００１５】この過飽和液は、代表的には、３０分以上
にわたり保持され、その間に品質管理検査がなされる。 液を長期にわたり保持することは一般に望ましいことで
はないが、適正な溶解窒素水準は長時間にわたり、云わ
ば１２又は２４時間或はそれ以上にわたり維持されると
考えられる。

【００１６】本発明の方法は、低炭酸化のビール及びエ
ールの缶充填に特に好適である。低炭酸化エールを缶に
充填する際、本発明者等は、エールが２時間にわたって
保持された時でも、充填前にエールが保持される圧力を
超えた缶内圧（２０℃）を得ることができた。特に、エ
ールを３絶対気圧の圧力で保持し且つ窒素を４．５絶対
気圧の圧力で窒素を溶解させたときには、常温（２０℃
）でゲージ圧２４１ｋＰａ（３５ｐｓｉｇ）の缶内圧を
得ることができた。

【００１７】液は第一圧力の窒素で飽和されていること
が好ましい。第一圧力は第二圧力より少なくとも１０３
ｋＰａ（１５ｐｓｉ）高いことが好ましい。代表的には
、第一圧力は４乃至５絶対気圧の範囲にあって、第二圧
力は２至３．５絶対気圧の範囲にある。導入される窒素
量は、容器の（平衡時の）圧力の選び方に関係する。 （平衡時の）内圧は、ゲージ圧２０７乃至２７６ｋＰａ
（３０乃至４０ｐｓｉｇ）の範囲内にあることが好まし
い。

【００１８】液中への窒素の導入は、炭酸ガスと混合し
て行うことが好ましい。混合ガス中の炭酸ガスの割合は
、液中の溶解ガス濃度を所望濃度にする或はそれを維持
するような割合であることが好ましい。

【００１９】窒素及び炭酸ガスの液内への溶解は、液受
け入れ槽から液流を抜き出すこと、該液流の圧力を第一
圧力に高めること、斯く加圧された液流に乱流を形成す
ること及び炭酸ガスと窒素との混合ガスを加圧された液
流中に導入することにより行われる。次に、液流を元の
液容積に戻す。所望ならば、ベンチュリを通して炭酸ガ
スと窒素の混合ガスを液流中に導入してもよい。ベンチ
ュリの形が液流を自然に乱流にして、導入された炭酸ガ
スと窒素の溶解を補助する。それでも　　全ての窒素及
び炭酸ガス溶解するわけではなく、未溶解ガスの泡が液
流と共に、保持されている液容積中に運ばれる。未溶解
ガスは、液が保持されている容器のヘッドスペースに入
る。所望ならば液流を冷却してもよい。液流の通過は、
液が第二圧力の窒素で過飽和になる十分な時間にわたり
継続する。所望ならば、液中に炭酸ガスと窒素を溶解す
るため、保持されている容積からわざわざ液流を抜き取
らずとも、液が液源から保持容器に向って流れる際に、
或は一保持容器から別の保持容器に向かって流れる際に
も溶解する。窒素と炭酸ガスを互いに独立に液流に導入
することも可能である。

【００２０】本発明の一例を付属図面を引用して説明す
る。図１は缶にビールを充填する装置の概要図である。

【００２１】図１を参照する。新たに譲造されたエール
はポンプ４により醗酵槽２からブライトビール槽６に向
かって通過する。この槽は、或る選ばれた水準８までエ
ールが充填されている。窒素源１０から入口１４を経由
して窒素を槽６のヘッドスペース１２に通す。（所望な
らば、槽６から空気を除去するためエールの導入前に窒
素で槽６を掃気してもよい。）槽６はガス排出管１８を
有し、その中に排気弁２０が配置されている。この排気
弁は、代表的には、槽内の圧力が３絶対圧力を超えて高
まった場合に開くよう設定されている。エールは、約３
絶対気圧の圧力の非酸化性ガス下で槽内に保持すること
が好ましい。

【００２２】槽６には、ポンプ２４の吸引側に連通する
液の第一出口２２がある。ポンプ２４の出口は、スロー
ト２８に至るベンチュリ２６に連通しており、スロート
２８から炭酸ガスと窒素の混合ガスを供給する。ベンチ
ュリ２６の出口は、通常の冷却器３０に通じている。冷
却器３０の出口は槽６の内部に通じている。

【００２３】作動時に，ポンプ２４は槽６からビール又
はエールの流を抜取り、その圧力をエールが槽６に保持
されている時の圧力よりも少なくとも一気圧高い圧力ま
で高める。斯く加圧された液流がベンチュリ２６のスロ
ート２８を介して流れると、ベンチュリ２６がその入口
端からスロート２８に向かって狭くなっているため乱流
になる。炭酸ガスと窒素の混合ガスはスロート２８で液
流内に流入し、該乱流液流にぶつかる。この液の乱れは
ガスを泡にする助けとなり、泡はエールに溶け易くなる
。それでも全てのガスが溶解するわけではない。窒素と
炭酸ガスの未溶解の泡は、液流が槽６内のエールの表面
８より下の水準にある入口３２を経由して槽６に戻る際
に、槽６内に保持されているエールの容積に入る液流と
共に運ばれる。エール流の槽６への再導入は乱流を比較
的小さくするように行われ、従って入口３２は制限され
ていない。

【００２４】炭酸ガスと窒素の混合ガスは，槽６から抜
き取られたエール流がポンプ２４によって高められる圧
力より高く、かつ、エール内へのガス流速を所望の速度
にする圧力で供給することが好ましい。混合ガス中の炭
酸ガスと窒素との相対的割合は、エール中の溶解炭酸ガ
ス濃度をある選ばれた濃度にする、或はそれを維持する
ように定めることが好ましい。代表的には、槽６に入る
ビール又はエールは、既に所望水準の溶解炭酸ガス濃度
を有している。次に、貯蔵温度で溶解炭酸ガス濃度とヘ
ンリー則に従って平衡状態になるよう炭酸ガスの分圧を
選択する。このようにして溶解炭素ガス濃度は所望水準
に維持される。溶解炭酸ガス濃度が約１絶対気圧の炭酸
ガス分圧と平衡状態になることは極めて普通のことであ
る。すなわち、混合ガス中の炭酸ガス分圧は，約１絶対
気圧になるよう選択される。従って、窒素と炭酸ガスの
混合ガスを４．５絶対気圧の圧力で供給する場合には、
窒素７７．７８容積％及び炭酸ガス２２．２２容積％を
含む混合ガスが好ましい。ビールの戻り流と共に槽６に
入る未溶解ガスは槽６のヘッドスペース１２に入って雰
囲気ガスを槽６から移動させ、過剰のガスは排気弁２０
を経由して排出される。従って、槽６のヘッドスペース
には、混合ガスの組成に近い雰囲気が形成される。所望
ならば、槽６に保持される間に炭酸ガスがビールから出
て来る傾向を減らすため、純窒素の代わりに斯かる混合
物を用いてビール充填前の槽６を掃気してもよい。

【００２５】出口２２を介して槽６からビール流を抜き
取る時間及び抜取り速度は、その終わりの時点で槽６内
に保持されるビールの過飽和度が所望度になるよう選択
される。ベンチュリ２６を経由する流の流速及びベンチ
ュリへの混合ガスの導入速度は、ポンプ２４で高められ
た液流の圧力で窒素が液流を飽和させるように選択する
ことが好ましい。液流の循環時間は、ベンチュリ２６の
スロート２８でガスを液流内に導入する時間の終期に、
槽６内の支配圧力における過飽和度が２０℃の温度で平
衡状態にある缶内にゲージ圧１５２ｋＰａ（２２ｐｓｉ
ｇ）以上、好ましくは２０７乃至２７６ｋＰａ（３０乃
至４０ｐｓｉｇ）の圧力を発生させるため十分になるよ
うな時間である。本発明者等は、槽６内の圧力が３絶対
気圧である時、その圧力下で槽６内のエールの容積を飽
和させるために要する量より５０％多い窒素を溶解させ
ると、缶のヘッドスペースに好適な圧力を発生させる目
的に適正であることを知見した。

【００２６】代表的には、出口２２を介して槽６から抜
き取られる液流は、常温より低い適当な温度まで冷却さ
れる。この目的で冷却器３０が使用される。冷却器をこ
の位置に配置する必然性はない。所望ならば、ポンプ２
４とベンチュリ２６との中間に配置してもよい。

【００２７】本発明の別実施態様の装置では、ビール又
はエールが発酵槽２から槽６に流れる際に炭酸ガスと窒
素の混合ガスをビールに溶解させる。所望ならば、ビー
ル又はエールが槽２から槽６に流れる際に冷却してもよ
い。

【００２８】エールが所望の過飽和度に達したならば、
炭酸ガスと窒素の混合ガスの導入を中止し、通常の品質
管理測定のための十分な時間（１５分以上、代表的には
１時間以上）にわたって保持する。本発明者等は、驚く
べきことに、ビールをかなり過飽和にした場合でも、例
えば２時間といったかなりの時間にわたり保持したとき
に槽６内エールからの溶解ガスの損失は実質的にないこ
とを知見した。たとえ短時間であっても、窒素が溶液か
ら出で来て炭酸ガス泡の「種」になり、それが今度は溶
液からの更なる窒素ガスの追い出しを促進する傾向があ
ると予期されるので前述の知見は特に驚異的である。

【００２９】品質管理検査の結果が良好であると、その
ビールを缶又はその他の容器に充填する。代表的には、
引き続きこのエールをバッファー槽３４に移す。このバ
ッファー槽３４はヘッドスペース３６を有し、その中は
窒素源１０から供給される窒素又は炭酸ガス源（図には
示していない）からの炭酸ガスにより３絶対気圧のガス
圧に維持される。バッファー槽３４内でのエールの滞留
は比較的短時間であり、ビールがある選択された水準ま
で槽３４を満たすと充填器３８に移される。充填器３８
にはヘッドスペース４０が形成されており、充填器３８
に窒素源１０から窒素を通すことにより、或はヘッドス
ペース４０に炭酸ガスを通すことによりヘッドスペース
４０の圧力は８絶対気圧にされる。充填器３８は通常の
ものである。柔軟な薄壁の缶（図には示していない）を
充填器３８の下で前進させ、選択された水準までエール
を満たす。缶が満たされると、缶の開放口に窒素流を吹
き込んで缶のヘッドスペースに入る空気の量も最小にす
る。缶の最上部に蓋を配置して通常の接合機（ｓｅａｍ
ｉｎｇ　　ｍａｃｈｉｎｅ）を用いて接合するまで各缶
の口を横切って窒素を流す。

【００３０】缶は接合された後、低温殺菌器（図に示し
ていない）に通され、その中で常法によりエールを低温
殺菌する。この低温殺菌法は６５℃以上の温度にする方
法である。このように高い温度下で溶液内に維持される
窒素の量は、常温の時よりも少なくなる。従って、エー
ルの過飽和度を選択する際、低温殺菌時に缶のヘッドス
ペース内に過度の圧力が生じないように注意しなければ
ならない。

【００３１】

【実施例】槽６を３絶対気圧の圧力に維持し、槽から抜
き取られたビール流を４．５絶対気圧の圧力まで加圧し
て、ビール中の溶解窒素水準を３絶対気圧で飽和する水
準の約１５０％にした。次にビールを槽内に２時間保持
した後、多数の缶に充填した。充填、接合及び低温殺菌
の諸ステップの後、缶を常温に戻した。各缶のヘッドス
ペースのガス圧は常温でゲージ圧２４１ｋＰａ（３５ｐ
ｓｉｇ）程度であると認められた。更に、缶を開けてビ
ールをグラスに注ぐ際のヘッド保持性は良好であった。

【００３２】本発明の方法が通常のブライトビール槽、
通常の充填器及び通常の接合機を用いて実施されること
は了解されよう。更に、炭酸ガスと窒素の混合ガスは、
通常のガス混合装置を用いて形成される。従って、本発
明方法の実施は特に簡単である。密閉された溶液から出
て来る窒素及び炭酸ガスは適当な内圧を発生し、缶が正
常取扱時に受ける外部圧力に対して抵抗可能にする。

【図面の簡単な説明】

【図１】缶にビールを充填する装置の概要図である。

【符号の説明】

２　　発酵槽 ４　　ポンプ ６　　ブライトビール槽 ８　　水準 １０　　窒素ガス源 １２　　ヘッドスペース １４　　入口 １８　　排気管 ２０　　排気弁 ２２　　液の第一出口 ２４　　ポンプ ２６　　ベンチュリ ２８　　スロート ３０　　冷却器 ３２　　入口 ３４　　バッファー槽 ３６　　ヘッドスペース ３８　　充填器 ４０　　ヘッドスペース

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　１容積当り２容積までの炭酸ガス（１
   ５℃、１絶対気圧で測定したとき）を含有する低度に炭
   酸化された液を容器に充填する方法であって、炭酸ガス
   を該液に溶解させるステップ、第一圧力下にある前記の
   液に窒素を溶解させるステップ、第一圧力よりも低い第
   二圧力下で溶解炭酸ガス及び溶解窒素を含有する液を１
   ０分以上の時間にわたって保持し、但し前記の液が前記
   第二圧力で窒素に関して過飽和の状態にあるステップ、
   該容器に該過飽和液を充填するステップ及び次に容器を
   気密に閉じ、それにより斯かる密閉後に各容器内の溶液
   から溶解ガスが出て来て、正常取扱時の容器壁の変形に
   抵抗する大気圧より高い内圧を内部に発生させるステッ
   プからなる方法。
2. 【請求項２】　　液が１容積当り１．３乃至１．８容積
   の炭酸ガスを含有する請求項１の方法。
3. 【請求項３】　　過飽和液を３０分乃至２４時間にわた
   って保持する請求項１又は２の方法。
4. 【請求項４】　　液が第一圧力の窒素で飽和されている
   請求項１乃至３の方法。
5. 【請求項５】　　第一圧力が第二圧力より１０３ｋＰａ
   （１５ｐｓｉ）以上高い圧力である請求項１乃至４の方
   法。
6. 【請求項６】　　第一圧力が４乃至５絶対気圧の範囲内
   にある請求項１乃至５の方法。
7. 【請求項７】　　第二圧力が２乃至３．５絶対気圧の範
   囲内にある請求項１乃至６の方法。
8. 【請求項８】　　液がビール又はエールである請求項１
   乃至７の方法。
9. 【請求項９】　　容器が柔軟な缶又は柔軟なびんである
   請求項１乃至８の方法。