JPH10201386A - 乳製品を均質化する方法およびその装置 - Google Patents
乳製品を均質化する方法およびその装置Info
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Abstract
脂肪含量が最高50重量%の乳製品またはクリーム製
品、例えば牛乳、羊の乳または山羊の乳の均質化を温和
な条件下で行う装置および方法の提供。 【解決手段】 脂肪性の液体を圧力10〜100バー
ル、好ましくは20〜80バール、処理量最高100m
3/時間で単一段または多段ノズル分散装置を通して流
動させ、この際該装置は多数のn個のノズルの孔を有
し、ここでnは特に50以上、好ましくは100以上で
あり、各ノズル孔の領域における通過速度は10〜20
0m/秒であるようにすることを特徴とする均質化方
法。
Description
含量が最高50重量%の乳製品またはクリーム製品、例
えば牛乳、羊の乳、または山羊の乳等の製品を均質化す
るための装置および温和な方法に関する。
記載されている。ドイツ、Duesseldorf,V
DI−Verlag 1987年発行、H.Eibel
著、「種々の段階の脂肪含有量をもつ乳脂製品の高圧均
質化に関する研究」と題するFortschr.−Be
r,VDI series 3 No.136 記載の
論文は、この分野における従来法の広範な総説となって
いる。
一般的な種々の均質化の方法は、水/油または油/水の
乳化液に対する均質化の技術において使用されている。
段階法はヨーロッパ特許101007 A2号に記載さ
れており、この方法においては油および水の予め分散さ
せられた予備乳化液を2バールないし最高50バールの
圧力下において相を逆転させながら分散ノズルの中で細
かく分散させる。
および比較は多くの出版物、例えば米国ニューヨーク、
BaselのDekker社1983年発行、Bech
er,P.著、「Encyclopedia of E
mulsion Technology」に記載されて
いる。
散機が選択されることも記載されている。容積関連出力
量が高い分散機、例えば高圧均質化装置は1μmよりも
小さい極めて細かい乳化液をつくることが要求される。
このような細かい乳化液はローター/ステーター機を用
いないで製造することはできない。H.Eibelによ
る上記のVDIレポートには、乳、特に牛乳を均質化す
る場合、脂肪と水との間の相の逆転は3〜10倍増加さ
せなければならず、それに対応して貯蔵安定性の理由に
より脂肪の粒径を1μmよりも小さくしなければならな
いことが特に記載されている。
を減少させるために工業的に製造される乳化液における
ような標準化は行われないから、この工程を特に温和な
方法で行うことができ、しかも同時に組成の変動に対し
て敏感でない均質化装置が必要である。
ら成る乳化剤の膜を用い、均質化によって増加した境界
を再び安定化させなければならない。文献には所望の膜
の厚さは約10nm、負荷は10mg/m2であると記
載されている。
は、脂肪および乳化剤の質量比が変動するため、特別の
問題が生じる。
lによる上記VDIレポートには、高圧均質化装置にお
いて最初の段階では100バール以上の圧力で作動さ
せ、牛乳または特に異った脂肪含量をもったクリームを
均質化することが提案されている。従って乳製品および
関連製品は通常高圧均質化装置で均質化が行われる。
いては濃縮工程からさらに他の問題が生じる。一つの高
圧均質化装置により処理されるべき必要な牛乳の処理量
は、時間の経過につれて著しく増加して行く。公知の高
圧均質化装置のバルブを考えると、均質化装置のバルブ
の孔の幅は処理量と共に増加する。同じ均質化圧力を用
いる場合、高圧均質化装置の孔の幅が大きいため、脂肪
粒子の粒径が大きい粗い乳化液だけが得られる。従って
処理量が小さい高圧均質化装置を用いて同じ粒径を得る
ためには、作動圧力を高くする必要がある。
2号では、1個の高圧均質化装置に数個のバルブを並列
に取り付けることにより一つの解決法を見出している。
孔は小さくなるから、平均の処理量をもつ高圧均質化装
置で使用される圧力に相当した幾分低い圧力で高圧均質
化装置を作動させることができる。
ず、できるだけ低い均質化圧力を用い、同時に高い処理
量および/または容積流量が得られる特に経済的な均質
化を行い得る均質化方法を提供することである。
を圧力10〜100バール、好ましくは20〜80バー
ル、処理量最高100m3/時間で単一段または多段ノ
ズル分散装置を通して流動させ、この際該装置は多数の
n個のノズルの孔を有し、ここでnは特に50以上、好
ましくは100以上であり、各ノズル孔の領域における
通過速度は10〜200m/秒であるようにすることを
特徴とする脂肪性の液状水性天然製品、特に脂肪含量が
最高50重量%またはそれ以上の乳製品またはクリーム
製品、特に牛乳、羊の乳、または山羊の乳を均質化する
方法によって達成される。
孔の水力学的断面積Fhとノズルの長さLとの積が式 Fh*L=d3 但し式中dはノズルの孔の水力学的直径である、を満足
するようにつくられたノズルの孔を通して均質化すべき
液体を流動させる。
に、本発明においては好ましくは2段または多段の分散
装置を用い、この場合使用する特定の段階に対して圧力
勾配の分布を最適化する。
和区域を設け、均質化すべき液を2段および多段で均質
することも可能である。好適な狭い粒径分布は多段均質
化によって達成される。乳製品の場合には、できるだけ
粗い平均粒径をもった粒径分布が狭い貯蔵安定性をもっ
た乳製品が得られる。従って本発明は、1個または数個
のノズル分散機を直列に連結することにより牛乳または
乳製品の粒径分布を狭くし得るというさらに進んだアイ
デアに基づいている。ノズル分散機の孔の数を特定の値
にすることによって、各分散段階の圧力低下を同一にす
ることも異るように設定することもできる。特にこの方
法によって脂肪の液滴を安定化させるために乳化剤の膜
の界面における被膜の動力学的特性を最適なものにする
ことができる。脂肪粒子の融合および凝集は避けられ
る。
昇は最高3℃、特に最高1.5℃である。処理温度は好
ましくは55〜80℃、特に60〜70℃である。
て決定される。
入される容積関連エネルギー密度が106〜108J/m
3、好ましくは5・106〜107J/m3であるようにし
てノズル分散機の操作条件を選ぶことにより、例えばノ
ズル開口部の前方の室とノズル開口部の後方の室との間
の圧力差をそれに対応して設定するか、および/または
ノズル開口部の長さおよび水力学的直径を選ぶことによ
り処理の設計を行うと特に有利であることが判った。特
に牛乳の場合、熱的に誘起される分解のために該エネル
ギー密度が108J/m3より高い場合には味に著しい変
化が起こり、また或る条件下においては106J/m3よ
り低い場合には不安定な乳化液または不適切な均質化が
生じる。
肪性の液の粒子の最高90%までは、容積関連粒径が
0.1〜1μm、特に0.3〜1μmの範囲にある。
性の液を移送するための移送ユニット、初期圧力室、直
列に連結された1個またはそれ以上の低圧室、および初
期圧力室および低圧室を互いに連結する多数の分散用開
口部から成り、該移送ユニットは初期圧力室の中で一定
の初期圧力を発生させる脂肪性の液を含む水性天然製品
または食品、特に脂肪含量が最高50重量%またはそれ
以上の乳製品またはクリーム製品、特に牛乳、羊の乳、
または山羊の乳を均質化するための単一段または多段ノ
ズル分散装置において、分散用開口部のノズルの孔は水
力学的直径が0.1〜1mm、好ましくは0.2〜0.
7mmであり、ノズルの孔の水力学的断面積Fhとその
長さLとの積が式 Fh*L = d3 但し式中dはノズルの孔の水力学的直径である、を満足
するような方法でつくられていることを特徴とする装置
が提供される。
1mm、好ましくは0.2〜0.7mmである。ノズル
の孔の断面積は任意の形、即ち例えば矩形、正方形また
は円形の断面積をもっていることができる。
よび低圧室により、或いは二つの隣接する低圧室および
これらの室を連結する分散用開口部によって構成されて
いる。
の孔の全断面積は少なくとも10mm2である。これに
よって均質化された脂肪性の液の処理量を最高100m
3/時間以上にすることができる。
好ましくは100以上、特に好ましくは150以上の数
(n)の孔が室の壁の上に分布している。これらの孔は
1個またはそれ以上のノズル本体5の中にに一緒にされ
ていることが好ましい。
が高い(および/またはエネルギー密度が高い)特殊な
ノズル分散装置を用いると、遥かに比較的低い予備圧力
ゐにおいて既に狭い粒径範囲をもった微粉末の脂肪粒子
を得ることができる。例えば初期圧力200バールで高
圧均質化装置を用いてつくられたのと同じ粒径分布をも
つ乳化液を50バールの均質化装置の圧力で得ることが
できる。
した分散物を連続的および不連続的方法で特に有利に製
造することができる。一定の粒径と狭い粒径範囲をもっ
た乳化液を得ることもできる。エネルギー消費量が低い
ために温和な方法で乳化液が得られる。本発明方法にお
いて生じる温度上昇は、高圧均質化装置を用いる公知方
法における温度上昇に比べて比較的小さい。牛乳および
クリーム製品のような天然製品の処理にはこのことは特
に有利である。このような製品に対しては熱的な負荷が
このような製品の味に対して鋭敏な効果を及ぼすからで
ある。
おいて液中に分散した粒子の最高90%の容積関連粒径
が0.1〜1μm、特に0.3 〜1μmの範囲にある
脂肪性の液から成る天然製品または食品、特に乳製品、
好ましくは哺乳類動物の乳、または大豆油のような天然
油をベースにした乳製品を均質化するために上記ノズル
分散装置の使用する方法が提供される。
本発明を詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例の
特定な点によって限定されるものではない。
Arlacel 80,HLB 11.5(5重量部)
を用い、水中にパラフィン・オイルを含むモデル乳化液
(45重量部)を例として、本発明方法の操作モードを
例示する。例えば粗製牛乳を使用する場合と比較して再
現性を保証するために、最初にモデル乳化液を慎重に選
んだ。
ズル分散装置を使用した。3段階の往復運動ポンプを移
送装置1として使用した。平行に連結された開口部6、
7は直径0.5mm、長さ0.75mmの孔7を有して
いた。
長手方向の断面図を示し、これは初期圧力室3、分散用
開口部7、低圧室8a〜8m、および出口9を有してい
る。圧力低下および/または均質化の圧力は分散用の開
口部6、7と同じであり、各段階における水力学的直径
も同じである。孔の数または水力学的直径を変えて各段
階において異った圧力を設定することもできる。
化の特性について、本発明の装置の均質化特性を公知の
高圧均質化装置(例えばVDIレポート、series
3,No.136,50ページ、図3、4)の特性曲
線と比較して説明した図である。このグラフは高圧均質
化装置で200バールにおいて得られるのと同じ粒子の
細かさが、本発明の装置ではわずかに50バールで得ら
れることを示している。
0バールで処理を行うために、図2の分散装置には20
0個の孔が平行に配列されている。従って高い処理量に
おいて高い均質化圧力をもつ孔の幅を大きくしなければ
ならない問題はおこらない。さらに多重ノズルを容易に
かつ廉価でつくることができる。
する。即ち高圧均質化装置で200バールにおいて均質
化を行った際には4.8℃であるのに対し、低圧均質化
装置で50バールで均質化を行った場合には1.2℃で
ある。
製の高圧均質化装置を使用し、温度70℃、容積流速5
m2/時間において、脂肪含量を3.5%に調節された
牛乳を均質化した。均質化バルブは牛乳を均質化するた
めの典型的な2段階均質化バルブであった(さらにドイ
ツ、Duesseldorf,VDI−Verlag
1987年発行、H.Eibel著、「種々の段階の脂
肪含有量をもつ乳脂製品の高圧均質化に関する研究」参
照のこと)。この2段バルブを全圧145バールで作動
させ、第2段階では圧力を10%だけ低下させた。高圧
均質化装置に使用したポンプは3個のピストンを有する
ポンプであった。
3.5 ℃であった。
乳の液滴の平均粒径は0.37μmであった。dmax
> 4μmの粗い粒子は光学顕微鏡下で検出されなかっ
た。 対照例 3 対照例2と同じ処理条件下において牛乳を均質化した
が、全圧を120バールに低下させた。
牛乳の温度上昇は2.9℃であった。
乳の液滴の平均粒径は0.38μmであった。dmax
> 4μmの粗い粒子は光学顕微鏡下で検出されなかっ
た。全圧をこれより低くして上記処理を行った場合、粗
い粒子の不安定な乳化液が得られるので、上記のような
高圧での操作を行わなければならない。
質化用バルブを取り除き、その代わりに図2に示す幾何
学的形状をもち110個の孔を有するジェット分散機を
挿入した。このジェット分散機の孔はそれぞれ直径が
0.5mm、長さは0.75mmであった。
理量が毎時5m3の場合、均質化圧力は50バールであ
った。乳化温度はやはり70℃であった。
牛乳の温度上昇は1.1℃であった。
乳の液滴の平均粒径は0.37μmであった。dmax
> 4μmの粗い粒子は光学顕微鏡下で検出されなかっ
た。 実施例 5(本発明方法) 実施例4と同じ方法を用いたが、図3に対応する形状を
もった2個のジェット分散機を直列に配置した。第1の
ジェット分散機はそれぞれ直径が0.6mm、長さが
0.9mmの孔を120個もっていた。第2のジェット
分散機はそれぞれ直径が0.7mm、長さが1.05m
mの孔を120個もっていた。
理量が毎時5m3の場合、均質化圧力は20バールであ
った。乳化温度はやはり70℃であった。
牛乳の温度上昇は僅かに0.5℃であった。
乳の液滴の平均粒径は0.38μmであった。dmax
> 4μmの粗い粒子は光学顕微鏡下で検出されなかっ
た。本発明方法の実施例と対照例とを比較すると、あま
り過酷でない条件で(温度上昇が少ない条件で)、また
著しく低い均質化圧力下において、牛乳に対し比較的高
い乳化処理量を得ることができることが示される。均質
化圧力の低下はまたエネルギー入力が50%以上減少す
ることとに対応している。従って均質化の操作費用をか
なり低下させることができる。
ある。
ル、好ましくは20〜80バール、処理量最高100m
3/時間で単一段または多段ノズル分散装置を通して流
動させ、この際該装置は多数のn個のノズルの孔を有
し、ここでnは特に50以上、好ましくは100以上で
あり、各ノズル孔の領域における通過速度は10〜20
0m/秒であるようにする脂肪性の液状水性天然製品、
特に脂肪含量が最高50重量%またはそれ以上の乳製品
またはクリーム製品、特に牛乳、羊の乳、または山羊の
乳を均質化する方法。
1mm、好ましくは0.2〜0.7mmである上記第1
項記載の方法。
の長さLとの積が式 Fh*L = d3 但し式中dはノズルの孔の水力学的直径である、を満た
すような方法で作られたノズルの孔に均質化すべき液を
流動させる上記第1または2項記載の方法。
を使用する上記第1〜3項記載の方法。
は最高3℃、好ましくは最高1.5℃である上記第1〜
4項記載の方法。
り低い上記第1〜5項記載の方法。
れる容積関連エネルギー密度は106〜108J/m3、
好ましくは5・106〜107J/m3である上記第1〜
6項記載の方法。
ための移送ユニット1、初期圧力室3、直列に連結され
た1個またはそれ以上の低圧室8a...8m、および
初期圧力室3および低圧室8a...8mを互いに連結
する多数のn個の分散用開口部6、7から成り、該移送
ユニット1は初期圧力室3の中で一定の初期圧力を発生
させる脂肪性の液を含む水性天然製品または食品、特に
脂肪含量が最高50重量%またはそれ以上の乳製品また
はクリーム製品、特に牛乳、羊の乳、または山羊の乳を
均質化するための単一段または多段ノズル分散装置にお
いて、分散用開口部のノズルの孔7は水力学的直径が
0.1〜1mm、好ましくは0.2〜0.7mmであ
り、ノズルの孔の水力学的断面積Fhとその長さLとの
積が式 Fh*L = d3 但し式中dはノズルの孔の水力学的直径である、を満足
するような方法でつくられている装置。
〜1mm、好ましくは0.2〜0.7mmである上記第
8項記載のノズル分散装置。
ル、好ましくは10〜100バール、特に好ましくは2
0〜80バールの初期圧力を発生する上記第8および9
項記載のノズル分散装置。
の数nは50以上、好ましくは100以上、特に好まし
くは150以上である上記第8〜10項記載のノズル分
散装置。
ズルの孔の全断面積は少なくとも10mm2である上記
第8〜11項記載のノズル分散装置。
した粒子の最高90%の容積関連粒径が0.1〜1μ
m、特に0.3 〜1μmの範囲にある脂肪性の液から
成る天然製品または食品、特に乳製品を均質化するため
の上記ノズル分散装置の使用。
の具体化例の長手方向の断面図。
具体化例の長手方向の断面図。
置の均質化特性を公知の高圧均質化装置の特性曲線と比
較して説明したグラフ。
Claims (11)
- 【請求項1】 脂肪性の液体を圧力10〜100バー
ル、好ましくは20〜80バール、処理量最高100m
3/時間で単一段または多段ノズル分散装置を通して流
動させ、この際該装置は多数のn個のノズルの孔を有
し、ここでnは特に50以上、好ましくは100以上で
あり、各ノズル孔の領域における通過速度は10〜20
0m/秒であるようにすることを特徴とする脂肪性の液
状水性天然製品、特に脂肪含量が最高50重量%または
それ以上の乳製品またはクリーム製品、特に牛乳、羊の
乳、または山羊の乳を均質化する方法。 - 【請求項2】 ノズルの孔の水力学的直径は0.1〜1
mm、好ましくは0.2〜0.7mmであることを特徴
とする請求項1記載の方法。 - 【請求項3】 ノズルの孔の水力学的断面積Fhとその
長さLとの積が式 Fh*L = d3 但し式中dはノズルの孔の水力学的直径である、を満た
すような方法で作られたノズルの孔に均質化すべき液を
流動させることを特徴とする請求項1または2記載の方
法。 - 【請求項4】 均質化を行う際脂肪性の液の温度上昇は
最高3℃、好ましくは最高1.5℃であることを特徴と
する請求項1〜3記載の方法。 - 【請求項5】 ノズルの開口部の区域において導入され
る容積関連エネルギー密度は106〜108J/m3、好
ましくは5・106〜107J/m3であることを特徴と
する請求項1〜4項記載の方法。 - 【請求項6】 均質化すべき脂肪性の液2を移送するた
めの移送ユニット1、初期圧力室3、直列に連結された
1個またはそれ以上の低圧室8a...8m、および初
期圧力室3および低圧室8a...8mを互いに連結す
る多数のn個の分散用開口部6、7から成り、該移送ユ
ニット1は初期圧力室3の中で一定の初期圧力を発生さ
せる脂肪性の液を含む水性天然製品または食品、特に脂
肪含量が最高50重量%またはそれ以上の乳製品または
クリーム製品、特に牛乳、羊の乳、または山羊の乳を均
質化するための単一段または多段ノズル分散装置におい
て、分散用開口部のノズルの孔7は水力学的直径が0.
1〜1mm、好ましくは0.2〜0.7mmであり、ノ
ズルの孔7の水力学的断面積Fhとその長さLとの積が
式 Fh*L = d3 但し式中dはノズルの孔7の水力学的直径である、を満
足するような方法でつくられていることを特徴とする装
置。 - 【請求項7】 ノズルの孔7は水力学的直径が0.1〜
1mm、好ましくは0.2〜0.7mmであることを特
徴とする請求項6記載のノズル分散装置。 - 【請求項8】 移送ユニット1は最高100バール、好
ましくは10〜100バール、特に好ましくは20〜8
0バールの初期圧力を発生することを特徴とする請求項
6および7項記載のノズル分散装置。 - 【請求項9】 装置の一つの段におけるノズルの孔の数
nは50以上、好ましくは100以上、特に好ましくは
150以上であることを特徴とする請求項8〜10記載
のノズル分散装置。 - 【請求項10】 装置の一つの段におけるすべてのノズ
ルの孔の全断面積は少なくとも10mm2であることを
特徴とする請求項6〜9項記載のノズル分散装置。 - 【請求項11】 均質化された液において液中に分散し
た粒子の最高90%の容積関連粒径が0.1〜1μm、
特に0.3 〜1μmの範囲にある脂肪性の液から成る
天然製品または食品、特に乳製品を均質化するための請
求項6〜10記載のノズル分散装置の使用。
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