JPH09173803A - 炭酸溶液の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】多量の炭酸ガスを液体中にムラなく溶解させる
ことができ、効率よく連続生産することができる炭酸溶
液の製造方法を提供するにある。 【解決手段】中心部に貫通孔を有する基盤の一方面に隔
壁を配設し、多数の開放型小室を形成してなる有孔エレ
メントと、基盤の一方面の中心部に基盤露出部を有し、
その周囲に隔壁を配設し、多数の開放型小室を形成して
なる無孔エレメントとを備えてなり、前記有孔エレメン
トと無孔エレメントとの隔壁形成側を、両エレメントの
小室が相互に非重合状態となるように対向せしめたセル
内に、前記有孔エレメントの貫通孔より炭酸ガスと液体
とを導入し、無孔エレメントの基盤露出部に衝突せしめ
たのち、両エレメントの小室内を順次通過させて、前記
液体に炭酸ガスを溶解させる炭酸溶液の製造方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、炭酸飲料に代表さ
れる炭酸溶液の製造方法に関し、更に詳しくは、多量の
炭酸ガスを液体に均一かつ連続して溶解させることがで
きる炭酸溶液の製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、炭酸溶液の製造に際しては、図
６に示すような装置が用いられる。すなわち、同図に示
すように、炭酸ガス（２１）が、炭酸ガス流路（２３）
を通じて供給され、一方、液体（２４）は、タンク（２
５）から流路（２６）を通じて供給される。そして、Ｔ
位置において炭酸ガス（２１）と液体（２４）とが合流
し、流路（２７）を通じて炭酸ガス溶解手段（２８）へ
と送られ、同手段内で炭酸ガスが液体に溶解し、炭酸溶
液として排出される。

【０００３】ところで、上記炭酸ガス溶解手段（２８）
において、従来より用いられている炭酸ガス溶解方法と
しては、例えば、炭酸ガスを充満させた高圧タンクを
設置し、その中に冷却板を取り付け、冷却板上に液体を
薄膜状に流下させたり、あるいは、タンクの中に液体
を直接噴霧したりして、炭酸ガスと液体とを接触させ、
圧力により炭酸ガスを液体に溶解させる方法がある。し
かしながら上記方法では、いずれの場合も、多量の炭酸
ガスを連続溶解するために、大容量の高圧タンクを要す
るにもかかわらず、炭酸ガスの吸収速度に限界がある。
また上記の方法では、冷却板上に液体を流下させる際
に、液面が波打って高低ができるため、炭酸ガスの吸収
濃度にムラが生じ、得られる炭酸飲料を開封したときに
気泡が粗く、泡立ちが悪くなる。

【０００４】また、その他の方法として、配管中を流れ
る液体に、別の配管から炭酸ガスを送り込んで配管内で
接触させ、炭酸ガスを液体に溶解させながら送液する方
法もある。しかしながら、この方法においても炭酸ガス
の吸収量が少なく、吸収濃度にもムラがある。また前述
の方法と同様に、炭酸飲料を開封したときに気泡が粗
く、泡立ちが悪くなる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明はこのような事
情に鑑みなされたものであって、その目的とするところ
は、多量の炭酸ガスを液体中にムラなく溶解させること
ができ、効率よく連続生産することができる炭酸溶液の
製造方法を提供するにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記の目的は、中心部に
貫通孔を有する基盤の一方面に隔壁を配設し、多数の開
放型小室を形成してなる有孔エレメントと、基盤の一方
面の中心部に基盤露出部を有し、その周囲に隔壁を配設
し、多数の開放型小室を形成してなる無孔エレメントと
を備えてなり、前記有孔エレメントと無孔エレメントと
の隔壁形成側を、両エレメントの小室が相互に非重合状
態となるように対向せしめたセル内に、前記有孔エレメ
ントの貫通孔より炭酸ガスと液体とを導入し、無孔エレ
メントの基盤露出部に衝突せしめたのち、両エレメント
の小室内を順次通過させて、前記液体に炭酸ガスを溶解
させる炭酸溶液の製造方法によって達成される。

【０００７】すなわち、本発明者らは、多量の炭酸ガス
を連続的に液体中に溶解させる方法について検討した結
果、基盤上の一方面に隔壁を配設して多数の開放型小室
を形成した２枚のエレメントの、隔壁形成面を対向させ
て一対としたセルを使用し、このセルに炭酸ガスと溶液
とを通過させると、多量の炭酸ガスを、ムラなく、連続
的に液体に吸収させることができるとともに、気泡を微
細化して安定化できることを見いだし、本発明に到達し
た。

【０００８】次に、本発明の炭酸溶液の製造方法の一例
について、図面に基づき詳細に説明する。なお、炭酸ガ
スと液体の供給工程については従来と同様であるので省
略する。

【０００９】本発明には、有孔エレメントと無孔エレメ
ントとを備えてなるセルが用いられる。図１に、上記有
孔エレメントと無孔エレメントとを示す。有孔エレメン
ト（１）は、図１（Ａ）に示すように、中心部に貫通孔
（２）を有する基盤（３）の一方面に、隔壁（４）を配
設し、多数の開放型小室（５）が形成されている。な
お、上記貫通孔（２）は、図１では白抜きによって表し
ている。一方、無孔エレメント（６）は、図１（Ｂ）に
示すように、基盤（７）の一方面の中心部に基盤面露出
部（８）があり、その周囲に隔壁（９）を配設し、多数
の開放型小室（１０）が形成されている。なお、上記基
盤露出部（８）は、無孔エレメント（６）を、前述の有
孔エレメント（１）と組み合わせたときに、有孔エレメ
ント（１）の貫通孔（２）に相対するように配設するこ
とが好ましい。また、上記有孔エレメント（１）と無孔
エレメント（６）の隔壁（４），（９）により形成され
た小室（５），（１０）の形状は、特に限定されるもの
ではないが、好ましくは図１のように、ハニカム状とな
っていることが、炭酸ガスの溶解度向上の点で好適であ
る。

【００１０】上記有孔エレメント（１）と無孔エレメン
ト（６）とは、次のように組み合わされて１つのセル
（１５）を形成する。セル（１５）の断面図を図２に示
す。同図のように、有孔エレメント（１）と無孔エレメ
ント（６）は、各々隔壁の形成側が対向するように合わ
される。なお、このとき両エレメントを、各々の小室同
士が相互に重なり合わないよう（非重合状態）に組み合
わせることが重要である。図２の矢視Ｉ−Ｉ断面図を図
３に示す。図３において、斜線表示が有孔エレメント
（１）であり、白地表示が無孔エレメント（６）であ
る。有孔エレメントの小室と無孔エレメントの小室は、
同図に示すように互いに重なり合わないようにする。こ
のように両エレメントの小室を非重合状態にする方法と
して、予め両エレメントの小室をずらせて形成してもよ
いし、あるいは、両エレメントとも小室を同位置に形成
し、組み合わせるときにずらせてもよい。

【００１１】本発明では、上記のようなセル（１５）を
単独で使用してもよいが、複数使用すれば、より多くの
炭酸溶液を製造することができ、また炭酸ガスの溶解濃
度の均一化の点でも好適である。図４に、例えば４つの
セルを使用する場合を示す。同図は、４つのセル（１５
ａ，１５ｂ，１５ｃ，１５ｄ）を収容した収容体（１
８）の縦断面図を示す。まず、２つのセル（１５ａ，１
５ｂ）は、各々の無孔エレメントの基盤背面が接触する
ように、直列に組み合わされ、１つのユニット（１６
ａ）を形成し、この両端にスペーサー（１７）が添えら
れて１つのエレメントカバー（１９ａ）に収容される。
このように２つのユニット（１６ａ，１６ｂ）を収容し
たエレメントカバー２つ（１９ａ，１９ｂ）が、直列に
組み合わされ、収容体（１８）に収容される。

【００１２】本発明は、上記収容体（１８）内に、炭酸
ガスを液体とを通すことにより、炭酸ガスを液体内に溶
解させるのであるが、その方法の一例について説明す
る。図５は、図４の収容体（１８）内に炭酸ガスと液体
を導入した際の流れを矢印にて示したものである。供給
されてきた炭酸ガスと液体の混合液（以下「混合液」と
記す）は、まず入口（図中Ｑ）側にあるセル（１５ａ）
の有孔エレメント（１ａ）の貫通孔（２ａ）から流入す
る。次いで、上記有孔エレメント（１ａ）に対向してい
る無孔エレメント（６ａ）の基盤露出部に衝突する。こ
の衝突の反動によって、混合液は流れ方向を変え、無孔
エレメント（６ａ）の最も中心側にある小室から流入し
て基盤に衝突し、次いで対向する有孔エレメント（１
ａ）の小室ヘと流入する。このように、混合液は、両エ
レメントの小室に交互に流入して基盤に衝突することを
繰り返しながら、両エレメントの中心部から外周方向へ
と流動していき、セル（１５ａ）の外周端からエレメン
トカバー（１９ａ）との間にできた空隙へと流出する。
続いて混合液は、前記セル（１５ａ）に隣り合うセル
（１５ｂ）へと流入し、前述と同様に、両エレメントの
小室に交互に流入して基盤に衝突することを繰り返しな
がら、両エレメントの中心部に向かって集合し、有孔エ
レメント（１ｂ）の貫通孔から流出し、続いて隣接する
セル（１５ｃ）〜（１５ｄ）を、前述と同様にして順次
通過する。最終的に、混合液は排出口（図中Ｒ）側にあ
るセル（１５ｄ）の有孔エレメント（１ｄ）の貫通孔を
通って収容体（１８）外へと排出される。

【００１３】上記のような流れの過程で、混合液に対
し、衝突、分散、集合、反転、渦流混合、剪断などの物
理的作用が繰り返し加わることにより、炭酸ガスと液体
との接触面積が飛躍的に増大し、炭酸ガスは液体中に多
量かつムラなく吸収されるとともに、炭酸ガスの気泡が
微細化する。

【００１４】なお、本発明では、炭酸ガスと液体とを有
孔エレメントの貫通孔に導入する際の圧力を、好ましく
は、２〜１０ｋｇ／ｃｍ² 、更に好ましくは４〜８ｋｇ
／ｃｍ² とすることが望まれる。導入圧力が、上記範囲
を下回ると、ＪＡＳ規格で定められている炭酸飲料の最
低ガス内圧（約０．２ｋｇ／ｃｍ² 程度）だけ炭酸ガス
を溶解させにくい傾向にある。また、炭酸ガスの溶解濃
度にムラが生じたり、気泡を充分微細化することができ
ないため、容器開封時に、粗い気泡となり泡立ちが悪く
なる。逆に上記範囲を上回ると、装置の耐圧性を高める
ため、大規模な装置が必要になるにもかかわらず、炭酸
ガス溶解濃度を増加させにくい傾向にある。また、例え
ば、みかんさのうのような固形物を含む炭酸飲料を製造
する場合に、１０ｋｇ／ｃｍ² を超える圧力が加わる
と、さのう内外の圧力差が大きくなりすぎて、さのうが
変形しやすくなる傾向にある。

【００１５】また、上記実施形態では、使用するセルの
数を４つとしたが、本発明ではセルの数は特に限定され
るものではなく、炭酸ガスや液体の組成、処理量等に応
じて適宜設定すればよい。

【００１６】更に、有孔エレメントと無孔エレメントの
形状は、図１のような円盤状に限られず、適宜形状のも
のを使用すればよい。また、有孔エレメントと無孔エレ
メントの隔壁についても、図１のようなハニカム状以外
に、例えば図７に示すような正方形状としてもよいし、
図８に示すようなひし形状にしてもよい。なお、図７及
び図８は、有孔エレメントにおける隔壁の応用例を隔壁
形成側から見た図を示している。

【００１７】また、本発明に用いる液体としては、特に
限定するものではなく、例えば水、シロップの他にソフ
トドリンクス原料液、冷菓ミックス原料液、アルコール
飲料原料液、各種デザート原料液等から、目的に応じて
適宜選択すればよい。

【００１８】更に、液体中に、油脂、乳化剤等の水不溶
性成分や蛋白質、またはこれらの複合成分等の不安定成
分が含まれると、炭酸溶液を密封充填した容器を開封し
たときに、急激に発泡が起こり泡が吹き出たり、また
は、容器保存中に、容器内で油脂が分離する場合があ
る。これを防止するために、予め上記成分の平均粒子径
を１．０μm 以下、好ましくは０．７μm 以下まで微細
化しておくことが望ましい。微細化方法としては、例え
ば、マントンゴーリン、ナノマイザー、マイクロフルイ
ダイザー等の高圧均質機が好適に用いられ、圧力として
好ましくは５００ｋｇ／ｃｍ² 以上、より好ましくは７
００〜１５００ｋｇ／ｃｍ² にて均質化すると、不安定
成分の安定化の点で好適である。均質化回数は１回でも
２回以上繰り返してもよい。上記均質機の中でも、液体
流路が分岐後合流する機構となった均質機（例えばナノ
マイザー、マイクロフルイダイザー等）は成分安定化の
点で更に好結果をもたらすので好適である。

【００１９】

【発明の効果】以上のように、本発明の炭酸溶液の製法
は、炭酸ガスと液体とを特殊構造のセル内を通過させて
いるので、多量の炭酸ガスを液体中に、速やかに、連続
的に、濃度ムラなく溶解させることができ、また炭酸ガ
スの気泡を微細化し、安定化させることができる。従っ
て、炭酸ガスを多量に含むにもかかわらず、発泡時の気
泡が微細で、口当たりのマイルドな炭酸飲料などを製造
することができる。

【００２０】次に、本発明を実施例を挙げて具体的に説
明する。 〈実施例１〉図６に示した装置を使用して、５℃の水を
流量１００リットル／分、圧力４ｋｇ／ｃｍ² で送り、
一方、炭酸ガスを圧力４ｋｇ／ｃｍ² で４００ノルマル
リットル／分を送り図６中のＴ点で合流させる。この混
合液を図５に示す収容体内に、圧力４ｋｇ／ｃｍ² で導
入し、４つのセルを順次通過させて炭酸溶液を得た。 〈実施例２〉収容体（セル）への導入圧力を８ｋｇ／ｃ
ｍ² とした他は実施例１と同様にして炭酸溶液を得た。 〈実施例３〉炭酸ガスの流量を５００ノルマルリットル
／分とし、更に炭酸ガスと水の収容体（セル）への導入
圧力を５ｋｇ／ｃｍ² とした他は実施例１と同様にして
炭酸溶液を得た。 〈実施例４〉収容体（セル）への導入圧力を０．５ｋｇ
／ｃｍ² とした他は実施例１と同様にして炭酸溶液を得
た。 〈比較例１〉カーボネーターを使用し、炭酸ガスを内圧
４ｋｇ／ｃｍ² となるよう充満させ、冷却板に５℃の水
を流下させたのち、下方で液体を収容し炭酸溶液を得
た。 〈比較例２〉５℃の水を流量１００リットル／分、圧力
４ｋｇ／ｃｍ² で送る配管中に、別の配管から、炭酸ガ
スを圧力４ｋｇ／ｃｍ² で４００ノルマルリットル／分
を送り合流させ、炭酸溶液を得た。上記実施例、比較例
にて得られた炭酸溶液を一旦缶に密封し、ＪＡＳ規格検
査方法に基づき、缶内のガス圧力を測定した。また、炭
酸溶液を密封した缶を、５℃に冷却した後、開封して起
泡状態を評価した。その結果を表１に示す。

【００２１】表１の結果より、実施例の炭酸溶液は缶内
のガス圧力が高く、多量の炭酸ガスが溶解していた。ま
た、缶を開封したときに、均一な発泡が生じ、しかも気
泡が微細であった。特に実施例１〜３は、炭酸ガスと液
体とをセルに導入する際の圧力が適当であったため、炭
酸ガスの溶解量や起泡状態が一層良好であった。一方、
比較例の炭酸溶液は、炭酸ガスを少量しか溶解しておら
ず、また溶解濃度にもムラがあったため、缶を開封した
ときに、気泡が粗く、泡立ちが悪かった。

【００２２】〈実施例５〉水のかわりに、みかんさのう
１０重量％添加した水溶液を用いた以外は、実施例１と
同様にして炭酸溶液を得た。 〈実施例６〉収容体（セル）への導入圧力を１５ｋｇ／
ｃｍ² とした他は実施例５と同様にして炭酸溶液を得
た。実施例５では、収容体を通過した後に、みかんさの
うに変形が生じていなかった。実施例６では、収容体
（セル）への導入圧力が高かったため、セル通過中にみ
かんさのうが変形してしまい、実施例５に比べて外観的
に劣る炭酸飲料となった。

【図面の簡単な説明】

【図１】有孔エレメントと無孔エレメントの一例を示す
説明図。

【図２】セルの一例を示す説明図。

【図３】図２の矢視Ｉ−Ｉ断面を示す説明図。

【図４】４つのセルを収容した収容体を示す説明図。

【図５】図４の収容体における炭酸ガスと液体との流れ
を示す説明図。

【図６】炭酸溶液の一般的な製造工程を示す説明図。

【図７】有孔エレメントの他の例を示す説明図。

【図８】有孔エレメントの他の例を示す説明図。

【符号の説明】

１ 有孔エレメント ２ 貫通孔 ３ 基盤 ４ 隔壁 ５ 小室 ６ 無孔エレメント ７ 基盤 ８ 基盤露出部 ９ 隔壁 １０ 小室 １５ａ セル １５ｂ セル １５ｃ セル １５ｄ セル １６ａ ユニット １６ｂ ユニット １７ スペーサー １８ 収容体 １９ａ エレメントカバー １９ｂ エレメントカバー ２１ 炭酸ガス ２３ 炭酸ガス流路 ２４ 液体 ２５ タンク ２６ 液体流路 ２７ 流路 ２８ 炭酸ガス溶解手段 ３０ ポンプ ３１ 圧力調整弁 ３２ 圧力計 ３３ 流量計 ３４ 電磁弁 ３５ 貫通孔 ３６ 隔壁 ３７ 小室 ３８ 基盤 ３９ 貫通孔 ４０ 隔壁 ４１ 小室 ４２ 基盤

【表１】

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 中心部に貫通孔を有する基盤の一方面に
   隔壁を配設し、多数の開放型小室を形成してなる有孔エ
   レメントと、 基盤の一方面の中心部に基盤露出部を有し、その周囲に
   隔壁を配設し、多数の開放型小室を形成してなる無孔エ
   レメントとを備えてなり、 前記有孔エレメントと無孔エレメントとの隔壁形成側
   を、両エレメントの小室が相互に非重合状態となるよう
   に対向せしめたセル内に、前記有孔エレメントの貫通孔
   より炭酸ガスと液体とを導入し、無孔エレメントの基盤
   露出部に衝突せしめたのち、両エレメントの小室内を順
   次通過させて、前記液体に炭酸ガスを溶解させる炭酸溶
   液の製造方法。