JPS6115719Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】

本考案は、連続式回転型ホイツパーに関する。
特に、与えられる剪断量の増加によつて物性、組
織が著変するホイツプクリーム等のホイツプ食品
の連続式製造に適する回転型ホイツパーに関す
る。 本考案の目的は、回転数を制御して最適剪断量
を付与する連続式回転ホイツパーにおいて、制御
の安定性又は最適回転幅を増大した新規な構造を
有するホイツパーを提供することにある。 ホイツプ用クリームに与えた剪断量とホイツプ
クリームの品質との関係は、従来公知の知見から
次のように説明される。 液状クリームに気体を分散させ剪断を与えると
液体状態から半固形状態のホイツプクリームにな
り、更に剪断を与え続けると完全に相が転換し
（バター化）、バターとバターミルクに分離する。
つまり相がＯ／ＷからＷ／Ｏへと転換されるが、
ホイツプクリームはその中間の相ともいえるもの
であり、不安定な遷移域にある。ところが、この
遷移域においてもホイツプクリームの製品として
満足できるのは、そのうちの極く一部の最適域と
でもいえるものであり、剪断時間及び剪断の強さ
と正の相関関係にある剪断量がこの最適域より僅
かでも不足すると得られたホイツプクリームの保
型性は低下し、所謂「ダレ」気味の傾向となる。
これとは逆に僅かでも過剰になると得られたホイ
ツプクリームの表面の滑らかさがなくなり所謂
「肌の荒れた」傾向になる。これらはいずれも製
品として満足なものではない。そして連続的にホ
イツプクリームを製造する場合特に上記過剰ホイ
ツプ又は過少ホイツプを抑制し、最適域を維持す
ることが重要な問題となる。この問題は、ホイツ
プクリームに限らず与えられた剪断量の変動に対
して品質上の変化が特に著しいホイツプ食品に共
通の問題であるが、末だ充分解明されていない。 本考案者らはホイツプクリームの生成過程にお
ける最適域及びそれに伴う粘性の変化などを定量
的に把握し、連続式回転ホイツパー内のクリーム
の挙動を解明し、これらの知見に基づいて連続式
ホイツパーより最終的に吐出されるホイツプクリ
ーム等のホイツプ食品に与えられた剪断量をいか
にして上記の最適域内に安定的に維持するかにつ
いて研究を行ない、本考案を完成した。 次に本考案について詳述する。 まず、本考案者らはホイツプ用の液状クリーム
に付与される剪断量を増加させ、それに伴つてホ
イツプ製品の保型性及び表面性状などの品質変化
を観察し、同時に粘度の変化を測定することによ
つて、上記最適域の存在を定量的に把握するため
次の実験を行なつた。 （実験 １） 回分式電動ホイツパー（ケンウツド社製、ケン
ミツクス機）に実験２と同一の合成クリーム各
400ｇを入れ撹拌回転速度175r.p.m.，温度条件８
℃で第１図に示された各時間ホイツプし、ホイツ
プクリームを製造した。 与えた剪断量の指標として撹拌時間をとり、撹
拌時間に応じ適宜サンプリングを行ない粘度を測
定した。更に得られたホイツプクリームを常法に
より造花し、造花のエツジの状態、造花頂上部の
状態、造花の腰の状態、造花の肌の状態をそして
得られたホイツプクリームを25℃で３時間保持し
て離水の状態を肉眼で観察し、ホイツプクリーム
の適否を試験した。 それらの結果を第１図に示した。図中、（−○・
−）は粘度（c.p）を、ａ，ｂ及びｃは相変化の
遷移域内にあつてはホイツプクリームの上記性状
からみてそれぞれ剪断剰、最適域及び剪断不足の
領域を示す。 この実験１の結果から次のことが判明した。ホ
イツプ終了までに要した時間は４分10秒（250
秒）であるが、Ｏ／Ｗ型の領域を経過するまでに
３分50秒（230秒）を要し、全撹拌時間の90％以
上を占めていた。一方ａ，ｂ及びｃの領域ではそ
れぞれ10秒、５秒及び15秒という極めて短い時間
であつて全撹拌時間に占める比率もそれぞれ４
％、２％及び６％に過ぎない。また粘度の変化に
ついてみると撹拌開始時の粘度300〜400c.pに比
べその終了時には約30万c.pまで増粘しており、
特に上記最適域ｂの付近において著しい増粘傾向
を示している。 そして、以上の回分式ホイツパー内での相の経
時変化は、連続式回転ホイツパーにおいては、ホ
イツパー入口部より吐出部に向けての各位置に対
応した位置的変化となつて同様に推移する。即ち
連続式回転ホイツパー内での相の位置的変化を模
式的に表現するならば第２図に示す如くなる。図
中、（）は上記最適域の存在する区分、（）は
上記剪断不足域の存在する区分及び（）は上記
Ｏ／Ｗ型の領域の存在する区分にそれぞれ対応す
ることとなる。そして、通常の連続式回転ホイツ
パーの如く、平均の滞留時間を30秒とすれば、上
記実験１の結果から、単位液状クリームの上記各
区分（），（）及び（）での撹拌時間即ち滞
留時間はそれぞれ約0.6秒、約1.8秒及び約27.6秒
となる。このことから、最適域が撹拌機内で存在
する範囲は、撹拌機吐出部の極く近傍であつて、
撹拌機内容積の僅か約２％に過ぎないものである
ことが認められる。 ところが、従来連続式回転ホイツパーにおい
て、その回転数を制御して適正剪断量を付与する
ことによりこの狭い範囲の最適域を吐出部近傍に
維持することは、系全体の流れ状態の変化が生じ
るため困難であり、更にホイツプクリームの如き
著しい物性変化を生ずるものにあつては次の如き
不利益も付加される。即ち、 (i) 僅か0.5ｍにも満たない長さの通常の連続式
ホイツパー内で、流れ方向に向つてクリームの
粘度が1000倍以上も増加しているため、粘度が
低く流動性の高い未ホイツプクリームが回転数
を低下させるとホイツパー内をシヨートパスす
る傾向を生ずること。 (ii) バツクミキシングも局部的に発生するので、
ホイツパー内で完全なピストン流れの維持は困
難であること。 (iii) ホイツパー内の容積の半分近くが気体で占め
られており、処理液自体が高い圧縮性を有して
いるため押し出し流れが完全でなく、入口流量
と出口流量とのバランスは容易にくずれる。従
つて、最適域の区分（）がホイツパー内で生
成されないうちに吐出されたり（第２図ｂ）、
逆に区分（）が吐出口以前で生成され、吐出
口近傍では剪断過剰域（′）（第２図ｃ）が生
成されてこれが吐出されたりすること。 (iv) 同時にホイツパー内での滞留時間は不均一と
なる可能性が大きい。つまり最適域の区分
（）が第２図に示す如くピストン流れように
流れ方向に向つて画然と分割されず、半径方向
に向つて不均一な状態となりやすいこと。 である。 以上の如き問題に対しては、流れ方向の各単位
長さにおける剪断強度を弱めて滞留時間を長く保
持し、結果として上記最適域の区分（）の滞留
巾の絶対長さを増加させることも試みられている
が、これは必然的にホイツパー自体の長さを増加
させることになり装置の大型化は避けられない。 本考案者らは、上記実験結果に基づいて、装置
を大型化することなく、かつホイツプの制御が容
易である新規な構造を有する連続式回転ホイツパ
ーを考案した。次に本考案のホイツパーを図面に
基づいて詳細に説明する。 第３図は、本考案のホイツパーの軸方向断面図
を示すものである。ホイツパーの入口部８から流
入した処理流体は固定円筒体１及び回転円筒体４
の間の環状路を経て吐出部９より吐出される。該
固定円筒体１の内壁には、その円筒内側面の複数
の母線に沿つた複数の列と、その中心軸方向に離
隔した複数の輪切り面の円周に沿つた複数の欄と
にマトリツクス状に配置されて、上記円筒内側面
から概ね求心方向に突出する複数の突起部２が形
成されている。かくして内ば歯車状の固定歯欄３
が軸方向にある間隔をもつて複数欄形成される。
また回転円筒体４の外壁には、上記固定円筒体の
複数列の突起部の各隣接列の中間に位置し、かつ
上記回転円筒体４の円筒外側面の複数の母線に沿
つた複数の列と、上記固定円筒体の複数の円筒体
の複数の突起部の各隣接欄の中間に位置し、かつ
該回転円筒体４の中心軸方向に離隔した複数の欄
とにマトリツクス状に配置されて、上記円筒外側
面から放射状に突出する複数の突出部が形成され
ている。 かくして外ば歯車状の回転歯欄６が軸方向に向
つて上記内ば歯車状の固定歯欄３と交互に形成さ
れる。また突起部２及び突出部５の突起及び突出
の高さは、回転円筒体４が回転した時に、軸方向
からみたときに重り合うように設けられており、
そして相隣する突起部２及び突出部５の軸方向の
相互の間隔即ちクリアランス７が形成される。突
起部２の列及び突出部５の列はそれぞれ求心的及
び放射状に等角度で配列され、かつ両者はそれぞ
れ同数設けられ、同時に内ば歯車状の固定歯欄３
及び外ば歯車状の回転歯欄６は、軸方向からみた
場合は、両者がそれぞれ同一形状で合同なつて重
り合うように設けられる。つまり、１つの欄の円
周に形成された突起部２の数と同数の突起部の列
が軸方向に向けて形成されることになる。突出部
５についても同様である。この状態を軸方向から
みたのが第４図である。第４図では、突出部５が
隣り合う突起部２の中間位置に位置されたとき
に、突出部５及び突起部２は互いに重り合うこと
なくそれらの間に間隔を有しており、このように
構成することにより回転円筒体１を取り外す際に
固定円筒体４を割り型のように分割することなく
軸方向に引き出すことが可能となる。 次に、上記突起部２とそれに隣接する上記突出
部５との軸方向のクリアランス７は、ホイツプ用
流体の下流側に於てその上流側よりも大きくなさ
れている。これは、突起部２と突出部５との軸方
向の厚みを夫々一定にし、隣接する突起部と突出
部との間隔を増させることによつて達成され得る
が、突起部２の軸方向厚みて、隣接する突起部間
の間隔を一定とし、それらの間に位置する突出部
５の軸方向の厚みを変化させるのが望ましい。何
故らば上記回転円筒体４を軸方向に複数のユニツ
トに分割し、そのユニツトが少なくとも一欄の突
出部を有するようにし（第５図の(イ)及び(ロ)参
照）、それらユニツトの複数箇を回転軸に取り外
し可能に固定することによりその厚さの変更を適
宜なし得るからである。尚、第５図中Ｘは中心軸
を示す。 次に、本考案の上記実施例の効果を実験に基づ
いて説明する。 （実験 ２） 本考案のホイツパーＡとして各部が次の寸法の
ものを試作した（第６図参照）。即ち、固定円筒
体の内面直径ａ、突起部高さｂ、突起部（内ば歯
車状の固定歯）の軸方向の厚さｃ、隣接する突起
部の中心間隔ｄ、回転円筒体の円筒外側面直径
ｅ、突出部高さｆ、突出部（外ば歯車状の回転
歯）の軸方向の厚さｇ、及び隣接する突出部の中
心間隔ｈの寸法が次表のとおりである。このホイ
ツパ

【表】 ーＡの外ば歯車状の回転歯は22個であり、流れ方
向に向けて入口部より14欄、４欄及び４欄の突出
部を有する３箇のユニツトに区分し、各々のユニ
ツトに於ける突出部の厚さｇを６，５及び４mmと
してこれに対応する区分でクリアランスが２，
2.5及び３mmと順次増大させ、回転円筒体の軸方
向長さは336mmとした。一方上記ホイツパーＡの
対照としては外ば歯車状の回転歯の厚さを全て６
mmとした以外は、ホイツパーＡと同一の構成及び
寸法としたホイツパーＢを試作した。 上記Ａ及びＢのホイツパーを第７図に示す装置
に組み込んで次に示す同一の条件下でホイツプク
リームを製造した。尚第７図中１１は、クリーム
タンク１２よりクリームライン１３を介してクリ
ームを移送するポンプであり、１４は除菌清浄化
した圧力５Kg／cm²の空気が微細な気泡となつて吹
き込まれる空気分散装置であり、そして１５が上
記Ａ又はＢのホイツパーである。 先ず使用するクリームを次のようにして調製し
た。 市販の硬化大豆油（上昇融点35℃）50部を65℃
に加温し、市販の精製大豆レシチン0.3部及びモ
ノグリセライド0.3部を加え、撹拌して溶解、分
散させて油相を得た。一方脱脂乳50部に市販のシ
ユガーエステル0.4部を加え、撹拌して溶解、分
散させて水相を得た。 前記油相と水相とを混合して乳化し、70℃で15
分間加熱殺菌し、次いで50Kg／cm²および10Kg／cm²
の圧力で２度均質化し、８℃に冷却し、前記クリ
ームタンク１２に貯蔵し、同温度で一夜エージン
グし、ホイツプ用合成クリームを得た。 このホイツプ用合成クリームをポンプ１１によ
り流量80／hrで移送し、同時に空気分散装置１
４により５Kg／cm²の圧縮空気を96N／hrで吹き
込み、ホイツパーＡ又はＢの回転速度を380〜
470r.p.mの間の数個所を適宜選定し、各回転速
度においてホイツプさせ、ホイツプクリームを製
造した。尚、ホイツパーの入口部及び吐出部での
温度はそれぞれ10〜11℃及び16〜17℃であつた。
そして、各回転数において得られたホイツプクリ
ームについて、これを常法により造花し、前記実
験１と観察によりホイツプの適否を試験した。同
時に、最適なホイツプ状態のものが得られた場合
に運転を停止し、ホイツパー内部を観察し、前記
最適域（）の区分のがどのように存在している
かを観察した。尚、ホイツパーの回転制御は、回
転軸の駆動モーターにインバーターを設置し、周
波数制御により無段変速で行ない、実際の回転数
は磁気式無接触タコメーターで測定した。以上の
実験結果を表１に示した。

【表】

【表】 表１の結果から、最適のホイツプ状態のもの
が、ホイツパーＢでは回転数415〜420r.p.m.の範
囲でしか得られないのに対し、ホイツパーＡでは
435〜450r.p.m.の広い範囲で得られることが認め
られる。即ち、ホイツパーＡにおいて回転数の変
動巾に対して付与される全剪断量の変動巾が減少
しており、回転数の制御により最適剪断量を付与
するに際し、その制御の安定性及び制御幅が増大
している。このことは、最適域（）の区分の長
さが、ホイツパーＡでは吐出部から最大約55mmま
で拡大されていることからも理解される。 また、このホイツパーＡの回転円筒体に代え
て、流れ方向に向つて入口部より17個及び５個の
２種に区分された外は歯車状回転歯の各々の厚さ
を、６mm及び４mmとし、これに対応する区分でク
リアランスを２mmから３mmに増大させた本考案の
他のホイツパーを用いて同様の条件下でホイツプ
クリームを製造した場合についてもホイツパーＡ
と同様の結果が得られた。 以上の如く、本考案はホイツパー内の剪断強度
を全体の分布について変化させることにより、処
理能力を低下することなく、又はホイツパー自体
の寸法を長大化を要することなく、回転数の変動
巾に対し、ホイツプ用流体に付与される全剪断量
の変動巾を減少させることができるため、連続式
回転型ホイツパーにおける回転制御の安定巾の増
大をもたらすのである。 以上に、文願考案の一具体例について、本願考
案を詳細に説明して来たが、本考案は上記具体例
にのみ限定されるものではなく、本考案の技術思
想から逸脱することなく様々な変更が可能であ
る。 例えば、固定円筒体の突起部及び回転円筒体の
突出部を中心軸と直交する平面に関して傾斜する
よう配置すること、ホイツプ用流体流路の上流側
に於ける突起部及び突出部の表面に突条を設けて
放射方向への流動を増進又は抑制することによ
り、撹拌効果を高めること、及び回転円筒体の突
出部を放射方向に二分して、これらを中心軸に対
して互いに異なつた角度を持つ平面上に配置する
ことにより、ホイツプ用流体に対して異なつた剪
断面を与えて、上流側に於けるホイツプ効果を増
大させること等、当該技術分野の熟達者には、
様々な変更がなし得ることは理解されよう。 更に、上記説明に於て、内壁面に多数の突起部
を有する固定円筒体は、一体的なものとして図示
され、説明されているが、その洗浄を容易にする
ため、突起部を有する複数の円筒部分を挿入する
ことにより固定円筒体内壁のマトリツクス状突起
部を持つて内部構造を構成することも可能であ
る。これは異なつたホイツプ特性を有するホイツ
プ用流体のために、回転数を大幅に変更すること
なく、比較的小数の部品を交換することにより対
応することを可能にさせる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、ホイツプ用クリームの撹拌時間に対
する粘度の変化及び剪断の最適域を示すものであ
り、第２図は、連続式回転ホイツパー内での相の
位置的変化を模式的に示したものである。第３図
は本考案のホイツパーの軸方向断面図を示し、第
４図は、本考案の内歯車状固定歯及び外歯車状回
転歯の形状を軸方向よりみた図面である。５図は
外歯車状回転歯を有する板状体ユニツト及びブロ
ツクユニツトをそれぞれイ及びロに示したもので
あり、第６図は第３図における一部拡大図であり
寸法の表示される各部を示したものである。第７
図は連続式ホイツパーを組み込んだホイツプクリ
ームの製造装置を示すものである。 符号の説明、１：固定円筒体、２：突起部、
３：固定歯欄、４：回転円筒体、５：突出部、
６：回転歯欄、７：クリアランス。

Claims (1)

1. 【実用新案登録請求の範囲】 (1) 固定円筒体１と、これに囲撓される回転円筒
   体４との間に形成される環状路をホイツプ用流
   体が軸方向に沿つてホイツプされ乍ら移送され
   る連続式回転ホイツパーにおいて、 あ 上記固定円筒体の内壁には、その円筒内側
   面の複数の母線に沿つた複数の列と、その中
   心軸方向に離隔した複数の輪切り面の円周に
   沿つた複数の欄とにマトリツクス状に配置さ
   れて、上記円筒内側面から概ね求心方向に突
   出する複数の突起部２が形成されており、 い 上記回転円筒体の外壁には、上記固定円筒
   体の複数列の突起部の各隣接列の中間に位置
   し、かつ該回転円筒体の円筒外側面の複数の
   母線に沿つた複数の列と、上記固定円筒体の
   複数欄の突起部の各隣接欄の中間に位置し、
   かつ該回転円筒体の中心軸方向に離隔した複
   数の輪切り面の円周に沿つた複数の欄とにマ
   トリツクス状に配置されて、上記円筒外側面
   から放射方向に突出する複数の突出部５が形
   成されており、 う 上記突起部２とそれに隣接する上記突出部
   ５との軸方向のクリアランス７がホイツプ用
   流体の下流側に於てその上流側よりも大きく
   なつていること、 を特徴とする連続式回転ホイツパー。 (2) 上記回転円筒体１と上記回転円筒体４とが同
   心的に配置されており、上記複数の突起部２は
   合同形状をなしており、上記複数の突出部５は
   合同形状をなしていることを特徴とする実用新
   案登録請求の範囲第１項記載の連続式回転ホイ
   ツパー。 (3) 上記固定円筒体の突起部２の複数の列と、上
   記回転円筒体の突出部５の複数の列とが、夫々
   の中心軸に関して等角度に配列されており、上
   記突出部の各列を上記突出部の各列の中間に静
   止させたとき、複数列の突起部２と複数列の突
   出部５とが軸方向から見て互いに重なり合わな
   いよう配置されていることを特徴とする実用新
   案登録請求の範囲第１項又は第２項記載の連続
   式回転ホイツパー。 (4) 上記回転円筒体４が、少なくとも一欄の突出
   部を持つた分離可能な複数の円筒体ユニツトを
   結合して構成されていることを特徴とする実用
   新案登録請求の範囲第１項乃至第３項の内、何
   れか一項記載の連続式回転ホイツパー。 (5) 上記突起部２の軸方向の厚み及び隣接する欄
   の突起部間の間隔が共に一定であり、上記クリ
   アランス７が上記突出部５の軸方向の厚みを変
   更することにより変化されていることを特徴と
   する実用新案登録請求の範囲第１項乃至第４項
   の内、何れか一項記載の連続式回転ホイツパ
   ー。 (6) 上記固定円筒体１と上記回転円筒体４との間
   に形成される流路がホイツプ用流体の流れ方向
   に向かつて4/6，1/6及び1/6の長さ割合に第１
   〜第３の領域に区分され、第１領域のクリアラ
   ンス７に対して第２、第３領域のクリアランス
   ７が、夫々25％及び50％増大してることを特徴
   とする実用新案登録請求の範囲第１項乃至第５
   項の内、何れか一項記載の連続式回転ホイツパ
   ー。