JPS6287160A - 直接加熱殺菌方法 - 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】 発明の目的 〔産業上の利用分野〕 本発明は、食品等の液体の直接加熱殺菌方法に関するも
のであり、詳しくは、殺菌条件を一定に制御することに
ついて新規な手段を採用した連続式の直接加熱殺菌方法
に関する。

〔技術の背景及び従来技術〕

従来から、豆乳、乳飲料及び乳製品等の液体食品の連続
式の直接加熱殺菌方法としては、第１図に示す如きシス
テムが採用されている。即ち、予備加温された液体食品
がポンプ１で移送され、スチームインジェクションノズ
ル３で直接蒸気が吹き込まれて殺菌温度まで加熱され、
この殺菌温度が温度検出部ＩＩにおいて所定の温度とな
るようにスチームコントロールバルブ４の操作で制御さ
れる。そして、蒸発タンク６で吹き込まれた蒸気の水分
量が除去され、均質機８で処理された後、冷却Ｖｊ置１
５で所定の温度まで冷却されて、無菌タンク又は充填セ
クション（図示なし）へと送られるっまた、殺菌温度が
所定の温度未満に低下した場合に、この不完全殺菌液体
は殺菌液体の配管１２に設けられた切換弁１３によって
切換弁１３から分枝された他の配管１４へ転換され、（
以下、この作動を「ダイバート」と称する）不完全殺菌
液体の殺菌液体への混入が防止される。

ところで、均質８！８は、その下流の流量を規制する定
量性があって、殺菌装置としての処理流量を定めている
。一方、ポンプｌについてみると、ポンプ１は渦巻ポン
プや定量ポンプが用いられるが、渦巻ポンプは定量性が
なく、定量ポンプにあっても処理する液体の粘度が変化
すると、定量ポンプの容積効率が変化し、吐出ｆ１ｒ６
量の変化をもたらす。また同時に液体の粘度の変化はス
チームインジェクションノズル３などの流路抵槙に基づ
く背圧の変化となって容積効率に影響を及ぼし吐出流量
を変動させる。この液体の粘度の変化は、殺菌装置の稼
動開始（スタートアップ）時に、この液体を水から製品
の液体へ切り換える場合及び稼動停止（シャットダウン
）時の逆の切り換えの場合に、特に顕著に起こる。また
、殺菌装置を長時間運転した場合、スチームインジェク
ションノズル３などに焦げ付きによる付着物を生じ、こ
の付着物の発生はポンプ１に背圧の増加となって作用し
、同時にスチームコントロールバルブ４はその開度を大
きくしその吹き込み圧力を上げるため、この圧力の変化
がポンプｌへの背圧の変化となって吐出流量を変化させ
ることになる。このような吐出流量の変化は蒸発タンク
６の液レベルを変動させることになる。そこで、液レベ
ルコントローラー２．１０の制御により液レベルの増加
はポンプの吐出流量を減少させ、逆の場合には増加させ
るように、ポンプの吐出流量をコントロールする。

即ち、液レベルが変化した場合には、液レベルコントロ
ーラー１０及び流ｆｌ制裡装置２の作動によって液レベ
ルが一定に安定するまで、ポンプｌの吐出流量の増加及
び減少が繰り返されることになるう 以上の如く、連続式の直接加熱殺菌方法において、殺菌
されるべき液体は、ポンプ１の吐出流量の変動により殺
菌温度保持部５での流速が変動することになる。即ち、
殺菌時間の変動が生じるのである。

ところが、一般に細菌の熱死滅効果は、殺菌温度と殺菌
時間の相乗作用によって決定され、前記した従来法の如
く殺菌温度を一定に制御する方法では、殺菌時間の減少
のために熱死滅効果は変動し、熱死滅効果を一定に維持
することは困難である。従って、ＩＥ菌の熱死滅効果の
制御において、従来のような殺菌温度のみの制御では非
常に危険であり、例えば殺菌温度は維持されているにも
かかわらず、殺菌温度像°持部の流量が増加して、殺菌
時間が短くなり、実際には殺菌が不完全となり製品とな
らない場合も生じる。

また、流量の変動に起因して殺菌塩度が変動するときに
、殺菌温度を検出しその値を制御対象として一定の目標
値に制御する場合、その制御は、■＃ＩＷｋの変動■設
定値から変動した殺菌温度の検出■スチームコントロー
ルパルプの作動■設定値に向って変動した殺菌温度の検
出■スチームコントロールバルブの逆作動、の順序で行
なわれるが、温度計には時定数と呼ばれる応答速度があ
り、瞬時応答ではないため制御に遅れが生じ、殺菌温度
は応答時間に応じた大きさで目標値を上下して振れるこ
とになる。そして、このように殺Ｗｆｆ１度の振れに応
じたスチームコントロールバルブの開度の変動は、吹き
込まれる蒸気圧力の変動となって殺菌されるべき液体の
移送ポンプに対する背圧の変動となるためその吐出量の
変化となり、殺菌温度及び流量の安定化を妨げることに
なる。

〔発明が解決しようとする問題点〕

従り寸、細菌の熱死滅効果の制御において殺菌温度のみ
を一定値に制御する従来方法では次の如き８題点がある
。

（ａ）殺菌時間が制御の要素に含まれていないため、Ｉ
Ｉｌ閑の熱死滅効果が一定であるか否かについて正確に
把握できない。それ故、ｔＩＥ菌の熱死滅効果が満足さ
れ得ない場合が発生する可能性がある。

（ｂ）殺菌温度の振れが一般には１〜３°Ｃと大きいた
め、殺菌温度の設定値を高めに設定する傾向となり、殺
菌されるべき液体が過加熱を受け、物性、組織及び構造
などへの悪影響となり品質低下の原因となる。

（Ｃ）殺菌温度の振れが大きいために、ダイバートする
場合が多く、殺菌装置の定置洗浄及び殺菌装置の殺菌な
どからやり直しとなり、作業時間の大喝な遅れとなる。

本発明は、連続式の直接加熱殺菌方法における殺菌液体
の細菌の熱死滅効果の制御に関し、新規な制御手段を採
用することによって、殺菌温度のみに依存した従来方法
に不可避的に伴う上記（ａ）〜（ｅ）の間迄点を解決す
るものである。

発明の構成 〔８届点を解決するだめの手段〕 本発明は、連続式の直接加熱殺菌方法において、加熱殺
菌処理された液体が一定のｌｔＨ菌熱死減効果をａ持す
るための制御に関し、殺菌温度と殺菌時間の両者の要素
を用いる新規な制御手段を採用したことを特徴とするも
のである。具体的に説明すれば次のとおりである。即ち
、 配管中を流動する殺菌されるべき液体に、スチームコン
トロールパルプを介して、直接蒸気を吹き込んで殺菌温
度まで加熱し、殺菌温度保持部において殺菌時間保持し
た後蒸発タンクにおいて吹き込まれた蒸気の水分量を除
去し、殺菌液体とする連続式の直接用、ｔＡ殺菌方法に
おいて、上記殺菌温度及び殺菌時間を連続的に計測し、
該ｆｔｆｆ１Ｏ値を用いて、計算式： 〔ただしｔ及びＴは上記殺菌時間（秒）及び殺菌温度（
°Ｆ）であり、２は上記の殺菌されるべき液体の細菌の
２値（°Ｆ）である。〕 によりＦ値（分）を連続的に算出し、一方上記の殺菌さ
れるべき液体の予め決定された殺菌条件である殺菌時間
１１　　（秒）及び殺菌温度デ（°Ｆ）を用いて上記の
計算＆より得られるＦ。

の値を目標値Ｆ′とし、上記スチームコントロールパル
プを操作して殺ｍ温度を調節することにより、上記Ｆ値
を一定の上記目標値ｐｊ　　（分）に制御することを特
徴とする上記直接加熱殺菌方法である。

ところで、一般に菌懸濁液の細菌の熱死滅効果は、次の
ような式によって表現される（中西武雄著、改訂増補牛
乳・乳製品の微生物学、９４及び９５頁、昭和５８年４
月１１日発行、地球社）。

ここで、Ｔは殺菌温度（’Ｆ）、ｔは殺菌温度の保持時
間、即ち殺菌時ｒｗＩ（秒）であり、２は当該菌懸濁液
の細菌のｚｍ（０ｐ）であり実験値である。即ち、既知
の２値を有する殺菌されるべき液体の線菌の熱死滅効果
は、殺菌温度及び殺菌時間の関数であって、通例殺菌温
度及び殺菌時間によって表わされている殺菌条件は、上
記Ｆ値（分）として単一の数値によって特定される。換
言すれば、殺菌温度又は殺菌時間が変動してもＦ値が一
定の目標値Ｖに維持されているならば、殺菌液体の熱死
滅効果は一定であることになる。本発明は、かかる従来
の知見を連続式の直接加熱殺菌装置に組み込み、Ｆ値を
連続的かつ超高速で算出せしめて殺菌の熱死滅効果を一
定に制御することに利用したものである。次に本発明を
より詳細に説明する。

先ず、本発明をその方法を実施する装置の概要を示した
第２図について説明する。２′は定量ポンプ１′の回転
数制御用インバータであり、差圧伝送器１７及びレベル
コントローラー１０を介して定量ポンプの吐出量を制御
し、蒸発タンク６の液レベルを一定に維持する。１６は
流ｆｔ訂であり、計測値は温度検出部１１での温度と共
にＦ。値フントローラ−１８に入力される。Ｆ値フント
ローラ−１８では、アナログ入力された殺菌温度Ｔ（°
Ｆ）及び流量値より変換された殺菌時間ｔ（秒）を用い
、前記計算式とおりＦ。値が計算され、予め設定された
一定の目標値Ｆ′０（分）との比較がなされ、その差を
ゼロにするように、スチームコントロールバルブ５へ制
御指令が伝達され、蒸気吹き込み量が調節される。その
結果、殺菌温度Ｔが変動することでＦ値は目標値に近づ
くことになる。例えば算出されたＦ値が殺菌条件の下限
値以上の範囲で目標値より低いときは、スチームコント
ロールパルプ４の開度を増し、殺菌温度を上げ、それに
よってＦ。値を高くすることになる。

目標値Ｆ’（分）は予め決定された殺菌条件の設定値で
ある殺菌時間１Ｆ　　（秒）及び殺菌温度１（°Ｆ）を
用いて、Ｆ値の上記計算式より得られるＦ　の値である
。またこの殺菌条件の設定値は、殺菌条件の下限値より
余裕をもって高く決められており、この下限値を下まわ
らない限り、細菌の熱死滅効果を満足するが、殺菌条件
の下限値未満に低下すると、切換弁１３が作動し、殺菌
処理後の液体は他の配管１４へ転換される。

本発明において、殺菌温度はスチームインジェクション
ノズル３で直接蒸気が吹き込まれた後の殺菌温度保持部
５の終端での液体の平均温度であって、温度検出部１１
で検出される。また殺菌時間とは、殺菌温度保持部での
液体の平均滞留時間である。またＺ値については、細菌
の熱死滅時間（ＴＤＴ）直線を求めることにより容易に
求めることができる。

次に目標値Ｖの設だ方法について述べる。先ず製品とさ
れるために必要な最低限の殺菌条件である下限値Ｆ”を
次の如く決定する。即ち、予めＴＤＴ直線及びＺ値を実
験的に求め、殺菌前の菌数より殺菌製品とするために必
要な細菌の死滅率を決定し、下限値ｐｔ９が決定される
。次に殺菌製品の物性面などにより、必要な殺菌効果（
Ｆ’値）を得るために殺菌温度を高くするか、殺菌時間
を長くするかの決定を行ない、２値およびｐ　９１値よ
り、前記Ｆ　の式を用いて、殺菌下限条件としての殺菌
温度ｒ　ｎ　（°Ｆ　）及び殺菌時間ｔ”（秒）の決定
を行なう。またこのようにして決められた殺菌温度Ｔ”
（°Ｆ）および殺菌時間ｔｅｌ（秒）で、実用機にて菌
の死滅率を測定い下限値Ｆ″Ｏに等、　しい死滅率とな
っていることを確認する。

以上のように決定された下限値ＦｎＯに対し、これを若
干上まわる目標値Ｆ′を次の如く定める。

即ち、下限値Ｆ”の殺菌温度Ｔ”を、それより４〜５°
Ｃ高い殺菌温度Ｔ′に代えて得られたＦ　の値（Ｆ”’
）を求め、このＦ″′を仮の目標値として設Ｑ　　　　
　　　　　　　　　　　Ｏ 定し、本発明の方法により殺菌処理を試験的に行なう。

このときのＦ値がＦ　の上下を周期的に変動するが、前
記の稼動開始（スタートアップ）より定常運転中及び稼
動停止（シャットダウン）までの間のＦ値を記録させ、
Ｆ値の極小値とＦ”との差を観察し、この差が日常の殺
菌装置の運転に支障のない、すなわちダイバートを繰り
返さない最仙値であるかどうか判断し、差が大きい場合
には、上記の仮のＦ　を４〜さく、また差が小さい場合
には、上記の仮のＦ　を大きくするべく殺菌温度ｒを決
定し、目標値ビとする。

本発明の方法は、殺菌温度のみを制御する従来方法に比
い制御の応答速度が速く、かつＦ。値及び殺菌温度の振
れが小さく安定しているが、その理由は次の如く考えら
れる。即ち、従来方法では、前記した■〜■の制御順序
における■設定値かう変動した殺菌温度の検出及び■設
定値に向って変動した殺菌温度の検出の各々の殺菌温度
の検出の応答時間が存在するが、本発明の方法では、上
記■及び■が「変動した殺菌時間ｔの検出及びＦ値の算
出」になり、この検出及びｔｔ算速度の方が殺菌温度検
出の応答時間より速くなるためである。Ｆ値フントロー
ラーによるＦ　値の１を律速度は１回当り約０．０１７
秒程度であり数秒の殺菌時間で１００回以上の計算及び
目標値Ｆｌｏとの比較が実行されており十分な速度で判
定できる。

〔作用〕

次に、本発明の方法の作用を次の試験例において従来方
法と対比して説明する。

試験例１ ■本発明の方法について、 第２図に示した殺菌装置を用い豆乳を平均流量１８５０
Ｌ／’）Ｉで殺菌処理した。Ｆ値の目標値ビ。

及び下限値Ｆ”を次の如き順序で設定した。

即ち、豆乳の２値は予め求めたＴＤＴ直線から、２：１
８　°Ｆとして、殺菌前の菌数などにより、Ｆ　＝１３
を下限値Ｆ”とし、殺菌時間を２秒にとれば殺菌温度は
１４７℃となるため、これより５℃高い殺菌温度１５２
°Ｃ１殺菌時間２秒に相当するＦ　＝４１を目標値Ｖと
した。

これにより、殺菌装置の試運転を行ない目標値Ｆ′と下
限値ｐ　１１の差も良好な設定であると判断した。

以上のようにして、殺菌時間２秒目標値％　＝４１（分
）及び下限値Ｆ”＝１３（分）を選定した。

まだ、制御系の外乱として、スチームコントロールバル
ブ４へのボイラーからの供給圧を７．５に９　／　ｃＩ
ｔと８．５Ｋｇ／ｉとの間で変動させることで殺菌温度
の周期的変動を作用させた。

第２図の殺菌装置の各機器の仕様は次のとおりである。

蒸発タンク６　：　２６０　を容量、 均質機８：王丸機械工業（株）製、 アセブチイック仕様、Ｌ８５０１　／　ｈｒ　。

液レベルコントローラーｌＯ： 三菱電機（株）　ＭＡＣＴＵＳ　６２０内の００８機能
、 温度検出部１１：熱電対温度１ｆｆ（時定数３秒）、切
換弁１３：装出エンジニアリング（株）製、ＭＯアセプ
テイヅクバルブ、 流量計１６＝横河北ＷＩ１１機（株）電ｗｔ流量針、差
圧伝送器１７：横河北辰電機（株） ダイヤフラム式、 Ｆ　値コントローラー１８＝ 〇 三菱電機（株）　ＭＡＣＴＵＳ　６２０内の演算覇能お
よび００８機能、 ■従来方法について、 第１図に示した殺菌装置を用い、殺菌温度の設定値（目
標値）及び下限値をそれぞれ、１５２°Ｃ及び１４７℃
に選定し、殺菌温度のみの制御を行なったことの他は、
上記■本発明の方法と同様に実施した。

以上の結果、■について殺菌温度及びＦ。値のグラフを
それぞれ第３図及び第４図に、■について同様にそれら
を第５図及び第６図に示した。また、それらの値の変動
範囲及び変動幅をまとめると第１表のとおりとなる。

第１表の結果から、本発明の方法は、従来方法に比し゛
、殺菌温度及びＦＷが非常に安定し、それぞれの変動幅
は従来方法の約％及び約Ａとなった。また殺菌温度保持
部での流量の変動も同時に測定したところ本発明の方法
は２０００　　（７２／　ｈｒ　）±４％であり、従来
方法は２０００　　（１／　ｈｒ　）±６％であった。

試験例２ 試験例１と同様の装置、機器を使用した。この殺菌処理
中において、蒸発タンクの液レベル設定値を３６％から
４３％に（液高さで７２ｃｍから８６ａＬに）、急激に
増加させ、蒸発タンクの液レベルの現在値を、設定値に
対して相対的に低下させる外乱を作用させると液レベル
は設定値に向かって上昇を始めるとき、このシステムが
いかなる挙動を示すか調べた。

■先ず、本発明の方法によってＦ値を一定に制御する方
法では、 レベルコントローラー１０により定量ポンプ１′の吐出
量が増加し、殺菌時間ｔが短くなり、Ｆ。

値が低下する。また殺菌温度Ｔも低下を始める。

このときの流量ｆｔ１６による流量、温度検出部１１で
の温度（殺菌温度）、及びＦ値コントロ〇 一う−１８によって算出されたＦ値の変化を、第７図、
第８図、第９図に示した。第７図から流量は最大的２４
５０１　／　ｈｒまで増加しているが、このときの殺菌
温度は第８図の矢印で示した１５０・０°Ｃまで低下し
、Ｆ値は第９図の矢印で示したＦ＝２１（分）まで低下
し、切換弁１３は作動しなかった。

■次に、従来方法のように殺菌温度を一定に制御する方
法において、流量、殺菌温度及びＦ値の変化を、第１０
図、第１１図、第１２図に示した。

第１０図において、流量が最大的２５００１　／　ｈｒ
まで増加し、このときの殺菌温度は第１１図の矢印で示
した１４７．４°Ｃまで低下している。またＦ値は第１
２図の矢印で示したＦ＝＝１０（分）まで低下した。

以上のように、従来の殺菌温度を一定に制御する方法に
比べて本発明の方法では、殺菌温度、Ｆｏ値ともに低下
が少なく、下限値Ｆ”。　（１３分）を下層ることもな
く外乱に対しても安定していることが判る。

以上の試験例１及び２かられかる様に、本発明の方法に
よる制御を用いた場合、Ｆ　Ｋｍち、細菌の熱死滅効果
の振れを小さくすることができるので、その設定値（目
標値）を上まわる変動による過加熱の影響並びに下まわ
る変動による殺菌不完全の可能性及び切換弁作動の機会
を可及的に小さくすることができることが判かる。

実施例 第２図の殺菌装置において、温度検出部１１に測温抵担
体（時定数４０秒）を用いた他は、上記試験例と同様の
条件で殺菌処理を行なった。このときの殺菌温度及びＦ
゛値の変動のグラフをそれぞれ第１３図及び第１４図に
示したが、それぞれの変動範囲は、１５１．６〜１５２
．４　　（’Ｃ）及び３７〜４５（分）であった。また
、殺菌処理は、約６時間行なったが、その間１度も切換
弁の作動は起らず、得られた殺菌豆乳を無菌充填し、３
７９Ｃで１週間の保存テストの結果、腐敗・異常臭等の
細菌に起因する品質の劣化並びに過加熱による品質の低
下はみられなかった。

発明の効果 本発明は、連続式の直接加熱殺菌方法における殺菌液体
の細菌死滅効果の制御に関して殺菌時間、　と殺菌温度
の両者の要素を採用し、かコこれらをｉｔ測し、計算し
て単一の数値にまとめて、この数値を一定にすべき割部
対象として採用したため、従来方法の如く殺菌時間の変
動を無視した殺菌効果の制画に代え細菌の真の熱死滅効
果を把握することを可能とし、細菌の熱死滅効果に対す
る側部内容の信頼を高めることができた。

また、制御の外乱に対し殺菌温度及び細菌の熱死滅効果
の変動幅を従来よりも小さくすることができるので、殺
菌条件の目標値（設定値）を切換弁の作動する下限値よ
り安全を見込んで高めに選定する場合、その目標値（設
定値）を従来方法より低めにすることができ、かつその
値を上まわるきるので、製品への過加熱の影響を排除す
ることを可能にした。

更に、上記目標値（設定値）を下まわる変動による切換
弁の作動の機会を小さくシ、切換弁の作動に基づく殺菌
処理の停止と再開による作業の障害を解決することがで
きた。

なお、本発明は、連続式のスチームインフュージョン方
式直接加熱殺菌方法及び間接加熱殺菌方法においても同
様に採用し得る。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来方法の殺菌装置を説明するフローシートで
あり、第２図は本発明の詳細な説明するフローシートで
ある。第３図は本発明の方法における殺菌温度のグラフ
を示し、第４図は本発明の方法におけるＦ値のグラフを
示す。第５図は従東方法における殺菌温度のグラフを示
し、第６図は従来方法におけるＦ値のグラフを示す。第
７図は本発明の方法における豆乳の流量の変化のグラフ
であり、第８図は同じく殺菌温度の変化のグフである。 第１θ図は、従来方法における豆乳の流量の変化のグラ
フであり、第１１図は同じく殺菌温度の変化のグラフで
あり、第１２図は同じくＦ値の変化のグラフである。第
１３図は本発明の実施例における殺菌温度のグラフを示
し、第１４図は本発明の実施例におけるＦｉのグラフを
示す。 〔符号の説明〕 ２：流を制御′Ｍ置 ２′＝回転数制御用インバータ ３：スチームインジエクシ目ンノズル ５：殺菌温度保持部 ６：蒸発タンク ８：均質機 ｌｌ：温度検出部 １３：切換弁 １６二流量訂 １８　：　Ｆ　　値コントローラー 出　願　人　　森永乳業株式会社 代理ｈ　ヅトＪｌ！、：Ｊ：津田昭 第３困 時間怜） 第４呪 第５図 時ｒ♂（／１）） 第ら■ 吟ｒ、Ｆｌ　’−分ジ 第１呪 時間（分２ 算８図 １９困 茅（０口 吟［、引（う） 第１１０ 時開ｔり） 算１２０ 窄　　　３Ｇ　　　　　都、　　　　ｌ：ｌ　　　　　
０　　　１２時藺　（令ン 蛋＃町咲掘と

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）配管中を流動する殺菌されるべき液体に、スチー
   ムコントロールバルブを介して、直接蒸気を吹き込んで
   殺菌温度まで加熱し、殺菌温度保持部において殺菌時間
   保持した後、蒸発タンクにおいて吹き込まれた蒸気の水
   分量を除去し、殺菌液体とする連続式の直接加熱殺菌方
   法において、上記殺菌温度及び殺菌時間を連続的に計測
   し、該計測値を用いて、計算式： Ｆ＿０＝（ｔ／６０）１０＾［＾（＾Ｔ＾−＾２＾５＾
   ０＾）＾／＾Ｚ＾］〔ただし、ｔ及びＴは上記殺菌時間
   （秒）及び殺菌温度（°Ｆ）であり、Ｚは上記殺菌され
   るべき液体の細菌のＺ値である〕 により、Ｆ＿０値（分）を連続的に算出し、一方、殺菌
   されるべき液体の予め決定された殺菌下限条件である殺
   菌時間ｔ′（秒）及び殺菌温度Ｔ′（°Ｆ）を用いて、
   上記計算式により得られるＦ＿０の値を目標値Ｆ′＿０
   （分）とし、上記スチームコントロールバルブを操作し
   て、殺菌温度を調節することにより、上記Ｆ＿０値を一
   定の目標値Ｆ′（分）に制御することを特徴とする上記
   直接加熱殺菌方法。
2. （２）蒸発タンク下流側に均質機が設けられていること
   を特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の直接加熱殺
   菌方法。
3. （３）殺菌されるべき液体が、豆乳であることを特徴と
   する特許請求の範囲第２項に記載の直接加熱殺菌方法。