JPWO2004000434A1 - Method and apparatus for separating dissolved gas - Google Patents
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Abstract
本発明は、溶存気体を用いて殺菌処理あるいは酵素失活処理を行った液体試料中に不活性ガスの微小気泡を通気する工程と、通気した微小気泡中に溶存気体を抽出し分離する工程とを有することを特徴とする溶存気体の分離方法であり、本発明の方法により、溶存気体濃度に関係なく、液体試料中の香気成分等の揮発性成分の濃度分極を抑制し、該揮発性成分の逃散を抑制しながら溶存気体を、効率良く分離することができる。The present invention includes a step of aerating microbubbles of inert gas in a liquid sample that has been sterilized or enzyme-inactivated using dissolved gas, and a step of extracting and separating dissolved gas in the aerated microbubbles. A method for separating dissolved gas, characterized in that the method of the present invention suppresses concentration polarization of volatile components such as aroma components in a liquid sample regardless of the dissolved gas concentration, and the volatile components. The dissolved gas can be efficiently separated while suppressing the escape of the gas.
Description
本発明は、液体試料に溶存する気体を効率よく抽出し分離する溶存気体の分離方法及び分離装置に関する。 The present invention relates to a dissolved gas separation method and separation apparatus that efficiently extract and separate gas dissolved in a liquid sample.
加圧二酸化炭素を利用する液状食品等の非加熱殺菌法は、次世代技術として高い可能性を有することから、近年、日本、米国、スペイン、トルコを中心に活発に研究が行われている。
本発明者らは、超臨界（７１ａｔｍ、３１℃以上）又は亜臨界（６０〜７０ａｔｍ、２５℃以上）の二酸化炭素をミクロバブル化して液状食品中に供給することにより、二酸化炭素の溶解効率を高めるのに成功し、加圧二酸化炭素を利用する液状食品の殺菌、酵素失活効果を飛躍的に向上させることが可能となり、特許出願した（特開平７−１７０９６５号公報、特開平９−２０６０４４号公報、特開平１１−３３０８７号公報）。
しかしながら、上記の方法によって処理された試料中には、大気圧解放後も、人によって容易に感知される濃度で二酸化炭素が試料中に含有されている。このため、上記技術の実用化にあたっては、製品の容器への充填に先立ち、製品中に残存している二酸化炭素を人によって感知されないレベルにまで除去する必要がある。
このような背景のもと、近年、溶存気体の効率的な分離システムの実現にむけて、種々研究開発が進められてきた。
例えば、液状食品を加熱処理する方法、減圧状態にする方法、超音波処理する方法、又はこれらの方法を２種以上組み合わせる方法や、あるいは液体食品中に溶存している溶存気体を、薄膜流下方式、噴霧方式、遠心噴霧方式により分離する方法等が開発されてきた（「食品工業技術概説」堀内久弥、高野克巳著 恒星社厚生閣、「食品加工法」尾崎準一著 朝倉書店）。
しかしながら、液状食品を加熱処理する方法、減圧状態にする方法、超音波処理する方法、又はこれらの方法を２種以上組み合わせる方法を実施しても、溶存二酸化炭素の分離に関しては、十分な効果を上げることは困難であった。
また、薄膜流下方式、噴霧・遠心噴霧方式による分離方法は、処理槽を減圧に保つには大きな排気ポンプが必要であり、また香気成分の損失が大きいだけでなく、水分の蒸発による試料の濃縮が起こるために、処理後損失した水分を補う必要があるという問題があった。さらに、薄膜流下方式によると、二酸化炭素のような溶存気体濃度が高い場合には、流下中に発泡してしまうという問題があった。
本発明の課題は、液体試料中に不活性ガスの微細気泡を生成、通気し、液体試料中に溶存する気体を効率よく抽出し分離する溶存気体の分離方法、更には香気成分等の揮発性成分の濃度分極を抑制し、該揮発性成分の逃散を抑制しながら溶存気体を分離する溶存気体の分離方法を提供すること、及び溶存気体濃度に関係なく、揮発性成分の逃散を最小限に抑えつつ、溶存気体を効率的に脱気することができ、酸素等による試料の品質劣化を惹起することを防止できる溶存気体の分離装置を提供することにある。Non-heat sterilization methods such as liquid foods using pressurized carbon dioxide have high potential as next-generation technologies, and in recent years, active research has been conducted mainly in Japan, the United States, Spain, and Turkey.
The inventors of the present invention have improved the carbon dioxide dissolution efficiency by supplying supercritical (71 atm, 31 ° C or higher) or subcritical (60-70 atm, 25 ° C or higher) carbon dioxide into liquid food. It has succeeded in increasing the sterilization and enzyme deactivation effects of liquid foods using pressurized carbon dioxide, and patent applications have been filed (JP-A-7-170965, JP-A-9-206044). No., JP-A-11-33087).
However, in the sample treated by the above method, carbon dioxide is contained in the sample at a concentration that is easily sensed by humans even after the atmospheric pressure is released. For this reason, prior to filling the product into the container, it is necessary to remove carbon dioxide remaining in the product to a level that is not perceived by humans.
Against this background, various research and development have been promoted in recent years for realizing an efficient separation system for dissolved gas.
For example, a method of heat-treating a liquid food, a method of reducing the pressure, a method of ultrasonic treatment, a method of combining two or more of these methods, or a dissolved gas dissolved in a liquid food is converted into a thin film flow method. Methods of separation by spraying and centrifugal spraying have been developed ("Food Industry Technical Overview", Hisaya Horiuchi, Katsumi Takano, Hoshiseisha Koseikaku, "Food Processing", Junichi Ozaki, Asakura Shoten).
However, even if the method of heat-treating liquid food, the method of reducing the pressure, the method of ultrasonication, or the method of combining two or more of these methods are performed, sufficient effects are obtained with respect to the separation of dissolved carbon dioxide. It was difficult to raise.
In addition, the separation method using the thin film flow method and the spray / centrifugal spray method requires a large exhaust pump to keep the treatment tank at a reduced pressure, and not only the loss of aroma components is large, but also the concentration of the sample by evaporation of moisture. Therefore, there is a problem that it is necessary to make up for water lost after the treatment. Furthermore, according to the thin film flow method, there is a problem that foaming occurs during flow when the dissolved gas concentration such as carbon dioxide is high.
An object of the present invention is to generate and aerate fine bubbles of an inert gas in a liquid sample, efficiently extract and separate the dissolved gas in the liquid sample, and further volatile such as aroma components To provide a method for separating dissolved gas by suppressing concentration polarization of the component and suppressing escape of the volatile component, and to minimize escape of the volatile component regardless of the dissolved gas concentration It is an object of the present invention to provide a dissolved gas separation device capable of efficiently degassing a dissolved gas while preventing the deterioration of a sample quality due to oxygen or the like.
本発明者らは、上記課題を解決するため鋭意検討した結果、試料液体中に不活性ガスの微細気泡を通気したとき、液体表面における溶存気体の蒸散速度は、気泡による輸送速度より大きいため、溶存気体の濃度分布は生じないが、香気成分の気化速度は、気泡による輸送速度に追随できず、濃度分極が生じるとともに、香気成分の蒸発は表面濃度に比例することを見出し、本発明を完成するに至った。
すなわち、本発明は、以下の［１］〜［１１］に記載した事項により特定される。
［１］溶存気体を用いて殺菌処理あるいは酵素失活処理を行った液体試料中に不活性ガスの微小気泡を通気する工程と、通気した微小気泡中に溶存気体を抽出し分離する工程とを有することを特徴とする溶存気体の分離方法。
［２］不活性ガスの微小気泡を通気する工程が、液体試料の濃度分極が抑制された状態で行なわれることを特徴とする［１］記載の溶存気体の分離方法。
［３］液体試料の濃度分極を抑制する手段が、液体試料を攪拌することであることを特徴とする［２］記載の溶存気体の分離方法。
［４］少なくとも不活性ガスの微小気泡を通気する工程が加圧下で行われることを特徴とする［１］乃至［３］の内いずれか１つに記載の溶存気体の分離方法。
［５］［１］乃至［４］の内いずれか１つに記載の各工程が液体試料０〜４０℃で行われることを特徴とする溶存気体の分離方法。
［６］液体試料に含有される二酸化炭素を分離することを特徴とする［１］乃至［５］の内いずれか１つに記載の溶存気体の分離方法。
［７］溶存気体を用いて殺菌処理あるいは酵素失活処理を行った液体試料を収容する処理槽と、処理槽の底部に形成した不活性ガスの微小気泡を発生する手段とを有することを特徴とする溶存気体の分離装置。
［８］処理槽内に少なくとも１つ形成した液体試料の濃度分極を抑制する手段を備えることを特徴とする［７］に記載の溶存気体の分離装置。
［９］処理槽内に配設し、該処理槽の空間部を２以上に区画する仕切壁を備えることを特徴とする［７］又は［８］に記載の溶存気体の分離装置。
［１０］溶存気体を用いて殺菌処理あるいは酵素失活処理を行った液体試料中に不活性ガスの微小気泡を通気する工程と、通気した微小気泡中に溶存気体を抽出し分離する工程と、溶存気体を抽出した微小気泡と液体試料とを液層と気層に分離する工程とを有することを特徴とする溶存気体の連続分離方法。
［１１］溶存気体を用いて殺菌処理あるいは酵素失活処理を行った液体試料を収容する処理槽と、処理槽の底部に形成した不活性ガスの微小気泡を発生する手段と、溶存気体を抽出した微小気泡と液体試料とを分離する気液分離槽とを有することを特徴とする溶存気体の連続分離装置。As a result of intensive investigations to solve the above problems, the present inventors, when the fine gas bubbles of the inert gas are vented into the sample liquid, the transpiration rate of the dissolved gas on the liquid surface is larger than the transport rate by the bubbles, The concentration distribution of dissolved gas does not occur, but the vaporization rate of the aroma component cannot follow the transport rate by bubbles, concentration polarization occurs, and the evaporation of the aroma component is proportional to the surface concentration, completing the present invention. It came to do.
That is, this invention is specified by the matter described in the following [1]-[11].
[1] A step of ventilating inert gas microbubbles in a liquid sample subjected to sterilization treatment or enzyme deactivation treatment using dissolved gas, and a step of extracting and separating dissolved gas in the vented microbubbles A method for separating dissolved gas, comprising:
[2] The method for separating dissolved gas according to [1], wherein the step of venting the microbubbles of the inert gas is performed in a state where concentration polarization of the liquid sample is suppressed.
[3] The method for separating dissolved gas according to [2], wherein the means for suppressing the concentration polarization of the liquid sample is stirring the liquid sample.
[4] The method for separating a dissolved gas according to any one of [1] to [3], wherein the step of venting at least microbubbles of an inert gas is performed under pressure.
[5] A method for separating dissolved gas, wherein each step according to any one of [1] to [4] is performed at a liquid sample of 0 to 40 ° C.
[6] The method for separating dissolved gas according to any one of [1] to [5], wherein carbon dioxide contained in the liquid sample is separated.
[7] A treatment tank containing a liquid sample subjected to sterilization treatment or enzyme deactivation treatment using dissolved gas, and means for generating inert gas microbubbles formed at the bottom of the treatment tank. Dissolved gas separator.
[8] The dissolved gas separation device according to [7], further comprising means for suppressing concentration polarization of a liquid sample formed in at least one of the treatment tanks.
[9] The dissolved gas separation device according to [7] or [8], further comprising a partition wall disposed in the treatment tank and partitioning the space of the treatment tank into two or more.
[10] A step of ventilating inert gas microbubbles in a liquid sample subjected to sterilization treatment or enzyme deactivation treatment using dissolved gas, a step of extracting and separating dissolved gas in the vented microbubbles, A method for continuously separating dissolved gas, comprising a step of separating a microbubble extracted from dissolved gas and a liquid sample into a liquid layer and a gas layer.
[11] A processing tank containing a liquid sample that has been sterilized or enzyme-inactivated using dissolved gas, a means for generating inert gas microbubbles formed at the bottom of the processing tank, and extracting the dissolved gas A device for continuously separating dissolved gas, comprising: a gas-liquid separation tank for separating the microbubbles and the liquid sample.
図１は、本発明の実施の形態１における溶存気体の分離装置である。
図２は、本発明の実施の形態２における溶存気体の分離装置である。
図３は、本発明の実施の形態３における溶存気体の分離装置である。
図４は、本発明の実施の形態４における溶存気体の分離装置である。
図５は、本発明の実施の形態５における溶存気体の連続分離装置である。
図６は、溶存二酸化炭素の除去率と窒素ガス通気量の関係を示すグラフである。
図７は、従来法における二酸化炭素脱気法の溶存二酸化炭素の除去率を示すグラフである。
図８は、香気成分の残存率と窒素ガス通気量の関係を示すグラフである。
図９は、香気成分の残存率と処理温度の関係を示すグラフである。
図１〜図５において、１、１ａ、１ｂ、１ｃ及び１ｄは、溶存気体の分離装置であり、２、２ａ、２ｂ、２ｃ及び２ｄは、処理槽であり、３、３ａ、３ｂ、３ｃ及び３ｄは、液体試料であり、４、４ａ、４ｂ、４ｃ及び４ｄは、圧縮ボンベであり、５、５ａ、５ｂ、５ｃ及び５ｄは、フィルターであり、６、６ａ、６ｂ、６ｃ及び６ｄは、微小気泡であり、７、７ａ、７ｂ及び７ｃは、保温用ジャケットであり、８、８ａ、８ｂ及び８ｃは、調整弁であり、９ａ、９ｂ及び９ｃは、仕切壁であり、１０ｂ及び１０ｃは、攪拌翼であり、１１ｄは、気液分離槽であり、１２ｄは、配管である。FIG. 1 shows a dissolved gas separation apparatus according to
FIG. 2 shows a dissolved gas separation apparatus according to
FIG. 3 shows a dissolved gas separation apparatus according to
FIG. 4 shows a dissolved gas separation apparatus according to
FIG. 5 shows a dissolved gas continuous separation apparatus according to
FIG. 6 is a graph showing the relationship between the removal rate of dissolved carbon dioxide and the nitrogen gas flow rate.
FIG. 7 is a graph showing the removal rate of dissolved carbon dioxide in the carbon dioxide degassing method in the conventional method.
FIG. 8 is a graph showing the relationship between the remaining ratio of aroma components and the nitrogen gas flow rate.
FIG. 9 is a graph showing the relationship between the residual ratio of fragrance components and the treatment temperature.
1 to 5, 1, 1a, 1b, 1c and 1d are dissolved gas separators, 2, 2a, 2b, 2c and 2d are treatment tanks, 3, 3a, 3b, 3c and 3d is a liquid sample, 4, 4a, 4b, 4c and 4d are compression cylinders, 5, 5a, 5b, 5c and 5d are filters, and 6, 6a, 6b, 6c and 6d are Microbubbles, 7, 7a, 7b and 7c are heat insulation jackets, 8, 8a, 8b and 8c are regulating valves, 9a, 9b and 9c are partition walls, 10b and 10c are , A stirring blade, 11d is a gas-liquid separation tank, and 12d is a pipe.
以下、本発明を詳細に説明する。
本発明における液体試料としては、野菜ジュース、果実ジュース、コーヒー、紅茶、緑茶、ウーロン茶、ココア等の各種飲料、砂糖、ミルク、クリーム等の甘味料、その他の添加物を添加した各種飲料、牛乳、加工乳、発酵乳、乳飲料、ワイン、清酒、めんつゆ、みりん、ビネガー、滋養強壮用ドリンク等が挙げられるが、これらに限定されるものではない。
本発明における溶存気体としては、二酸化炭素、酸素等が挙げられるが、これらに限定されるものではない。
本発明に用いる不活性ガスとしては、窒素の他、アルゴン、ヘリウム等、毒性がなく安全であり、液体試料に対して不活性なガスであれば使用可能である。
本発明に用いる不活性ガス発生手段としては、圧縮ボンベ（高圧貯留タンク）、その他、液化タンク、大気中の窒素を現地にて分離したもの等が用いられるが、これらに限定されるものではない。ここで、大気中の窒素を分離する方法としては、ＰＳＡ法（Ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｓｗｉｎｇ ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ法）が用いられる。
本発明における不活性ガスの微小気泡を通気する方法としては、具体的には、上述した不活性ガス発生手段で発生させた不活性ガスを、さらに細孔を有するフィルターを用いることにより微小気泡を生成させる方法、スプレーノズルを用いて液体試料中に噴射する方法、気泡を攪拌翼の下方から供給し微小気泡に分散させる方法等があるが、これらに限定されるものではない。細孔を有するフィルターを用いることにより微小気泡を生成させる方法が好ましい。ここで、フィルターの細孔径は５μｍ〜１００μｍが好ましい。細孔径が５μｍより小さくなるにつれ、フィルター面および細孔内に付着した食品成分による汚れの洗浄が難しくなる傾向が見られ、細孔径が１００μｍより大きくなるにつれ、溶存気体を含む試料液との接触が制限され、溶存気体の抽出効率が低下する傾向が見られる。また、微小気泡径としては、上記フィルターで生成される気泡径が好ましい。
本発明において溶存気体を微小気泡中に抽出し分離する方法おいては、微小気泡が液体試料中を上昇する間に、溶存気体分子がヘンリーの法則に従って微小気泡中に拡散し、微小気泡中に取り込まれる。被抽出気体と不活性気体の混合気体からなる気泡は、処理槽（分離槽）内の液上面において崩壊し、被抽出気体は不活性気体とともに系外に排出される。
本発明における液体試料の濃度分布を抑制する方法としては、回分法においては液体試料に微小気泡を通気し、試料中の微小気泡の上昇に伴う対流の発生によって、処理槽（脱気槽）内に上昇流と下降流を効果的に発生させる方法、好ましくは、微小気泡の通気に加えて、攪拌翼により、溶存気体の処理槽（分離槽）内により効果的に上昇流と下降流を生じせしめる方法等がある。これらの場合、液体試料を入れた処理槽の空間部に仕切壁を設けることにより、さらにより効果的に上昇流と下降流を生じせしめることができ、液体試料の濃度分布を均一化することができる。
本発明における不活性ガスと液体試料について、以下説明する。
溶存気体を含有する液体試料の圧力がほぼ大気圧の場合は、不活性ガスの供給圧は液体試料の水頭圧以上であれば足りる。溶存気体を含有する液体試料に余分な圧力がかかっている場合には、不活性ガスはその圧力と水頭圧の合計圧力以上の圧力で供給されなければならない。特に、高濃度の二酸化炭素を含有する高圧の液体試料中には、液体試料の１０〜３０倍の体積（標準状態換算）の二酸化炭素が含有されていることから、これをそのまま除圧していくと液体試料中に激しい発泡が起こり、液体試料を満たしている分離装置から多量の試料が溢れ出る。これを回避するには、多量の溶存二酸化炭素を含有する、加圧された状態で不活性ガスの微小気泡を通気することが望ましい。すなわち、溶存二酸化炭素を膨張させることなく不活性ガスで抽出することにより、発泡を抑制できる。その理由は、不活性ガス（窒素）は二酸化炭素に比べて水溶液に対する溶解度がほぼ１／２５であるので、二酸化炭素が分離された液体試料は除圧時にほとんど発泡を示さない。
加圧下で高濃度の溶存二酸化炭素を含有している場合は、１ＭＰａ付近までは除圧によって引き起こされる液体試料内での発泡は僅かであるが、液体試料の圧力が低くなるにつれて溶存気体の発泡は激しくなる。その理由は、加圧された状態では分離される溶存気体の量が多くても圧縮された状態で分離されるので加圧容器内での体積は小さいのである。これに対して、低圧側での除圧操作によって分離される溶存気体の量は少ないがその圧縮率は小さくなっているので液体試料中での発泡は激しい。
このような状況下、不活性ガスの供給圧力は次のような因子を考慮して決定される。
１）不活性ガスの圧力が高くなるほど液体試料との接触面積が小さくなるために溶存気体の抽出速度が低下する。２）不活性ガスの圧力が高くなるほど、溶存気体の抽出に必要とされる不活性ガスの量は大きくなる。３）必要以上の高圧下での操作は増圧のためのコンプレッサーが必要になるだけでなく、処理槽自体も耐圧構造にする必要が生じる。
以上の諸点を考慮すると、加圧下で高濃度の溶存二酸化炭素を含有している液体試料に関しては、１ＭＰａ付近までは不活性ガスを通気することなく除圧により溶存気体を分離、放出させ、試料液の圧力が１ＭＰａ程度に低下した後は同程度まで加圧された不活性ガスを通気することによって溶存気体を抽出分離する方がよい。このとき、溶存気体の除去に伴い供給される不活性ガスの圧力を下げていくことができる。
本発明に係る溶存気体の分離処理温度については、液体試料は０〜４０℃、好ましくは０〜３０℃であるのが好ましい。液体試料の温度が３０℃より高くなるにつれ、液体試料中の香気成分の残存率が低下する傾向が見られるので好ましくない。特に、４０℃を超えるとこの傾向が著しくなる。
本発明に係る溶存気体の分離方法によれば、液体試料中に残存している二酸化炭素を、人によって感知できない程度の濃度にまで分離することができる他、酸素等による試料の品質劣化を惹起することを防止でき、さらには酸素による品質劣化を防止することが可能であるため、種々の用途に利用できる。
本発明における分離方法は、製品の容器への充填に先立ち、製品中に残存している気体を分離することができる他、液体試料を容器へ充填した後においても用いることが可能である。
次に、本発明の溶存気体の分離装置について説明する。
本発明における処理槽の材質としては、ステンレス鋼、鉄鋼、強化型の各種プラスチックやこれらの複合材料等が挙げられるが、これらに限定されるものではない。
また、処理槽の形状としては、円筒状、多角形状等、特に限定されるものではない。
本発明における不活性ガス発生手段としては、圧縮ボンベ（高圧貯留タンク）、液化タンク、大気中の窒素を現地にて分離したももの等が用いられる。
本発明において液体試料の濃度分極を抑制する手段としては、攪拌翼により溶存気体の処理槽（分離槽）内に効果的に上昇流と下降流を生じせしめる方法、液体試料を入れた処理槽（容器）の空間部に仕切壁を設け、効果的に上昇流と下降流を生じせしめる方法、液体試料に微小気泡を通気し、試料中の微小気泡の上昇に伴う対流の発生によって、処理槽（脱気槽）内に上昇流と下降流を効果的に発生させる方法や、プロペラ攪拌翼、ら旋帯攪拌翼、ら旋軸攪拌翼等を用いる方法等がある。
本発明における仕切壁の材質としては、ステンレス鋼、鉄鋼、セラミック、ガラス、各種プラスチックやこれらの複合材料等が挙げられるが、これらに限定されるものではない。
仕切壁の形状としては、円筒状、平面状であってもよく、完全に上昇流側と下降流側を分離する必要はない。また、処理槽内に設置する箇所は、中央部に限らずいずれであっても構わない。例えば、加熱あるいは冷却用の蛇管を仕切壁として用いることも可能である。
本発明の分離方法を連続的に行う場合、気液分離槽を処理槽の後に配置してもよい。
気液分離槽の材質としては、ステンレス鋼、鉄鋼、強化型の各種プラスチックやこれらの複合材料等が挙げられるが、これらに限定されるものではない。
また、気液分離槽の形状としては、円筒状、多角形状等、特に限定されるものではない。
以下、本発明の一実施の形態を図面を参照しながら説明する。
（実施の形態１）
図１は本発明の実施の形態１における溶存気体の分離装置の概略図である。
図中、１は本実施の形態における溶存気体の分離装置、２は強化プラスチック製の円筒状の処理槽、３は処理槽２内に収容された溶存気体を含有する液体試料であるオレンジ果汁、４は処理槽２の底部に形成した、不活性ガスの微小気泡を発生させる、不活性ガス発生手段である圧縮ボンベ、５は圧縮ボンベ４で発生させた不活性ガスである窒素ガスの微小気泡を生成するフィルター、６は液体試料３中に通気した窒素ガスの微小気泡、７は冷却又は加熱用のジャケット、８は調整弁である。
ここで、本実施の形態において、微小気泡の上昇によって引き起こされる液体試料の対流による方法を用い溶存気体を分離する。
不活性ガスの微小気泡６は、フィルターを用いて生成させたが、その他、スプレーノズルを用いて液体試料中に噴射する方法、気泡を攪拌翼の下方から供給し微小気泡に分散させる方法等がある。
本実施の形態における溶存気体の分離装置１を用いた分離方法について、以下説明する。
溶存気体を含有する液体試料３を処理槽２内に導入し、処理槽２内に液体試料３を満たす。その後、圧縮ボンベ４を用いて窒素ガスを発生させ、フィルター５を介して、液体試料３中に微小気泡６を通気させる。あるいは、加圧二酸化炭素を利用する液体試料３の殺菌、酵素失活処理を処理槽２で行い、所定の圧力まで除圧した後、圧縮ボンベ４を用いて窒素ガスを発生させ、フィルター５を介して、液体試料３中に微小気泡６を通気させる。
このように、微小気泡６が液体試料３中を上昇する間に、溶存気体分子はヘンリーの法則に従って微小気泡６中に拡散し、微小気泡６中に取り込まれる。被抽出気体と不活性気体の混合気体からなる気泡は、処理槽２内の液上面において崩壊し、被抽出気体は不活性気体とともに系外に排出される。
これにより、加圧二酸化炭素を利用する液体試料の殺菌、酵素失活処理を行った後、液体試料の容器への充填に先立ち、人によって容易に感知される濃度で含有されている二酸化炭素を人によって感知されないレベルにまで除去することができる。
（実施の形態２）
図２は本発明の実施の形態２における溶存気体の分離装置の概略図である。
図中、１ａは本実施の形態における溶存気体の分離装置、２ａは強化プラスチック製の円筒状の処理槽、３ａは処理槽２ａ内に収容された溶存気体を含有する液体試料であるオレンジ果汁、４ａは処理槽２ａの底部に形成した、不活性ガスの微小気泡を発生させる、不活性ガス発生手段である圧縮ボンベ、５ａは圧縮ボンベ４で発生させた不活性ガスである窒素ガスの微小気泡を生成するフィルター、６ａは液体試料３ａ中に通気した窒素ガスの微小気泡、７ａは冷却又は加熱用のジャケット、８ａは調整弁、９ａは処理槽２ａ内に配設され、上部及び下部が開口され円筒状に形成されたプラスチック製の仕切壁である。仕切壁９ａにより処理槽２ａの空間部が区画されている。また、処理槽２ａの底面と仕切壁９ａ間には隙間が形成されており、仕切壁９ａを介して処理槽２ａ内を互いに循環できる仕組みとなっている。
ここで、本実施の形態においても、微小気泡６ａの上昇によって引き起こされる液体試料３ａの対流による方法を用い溶存気体を分離する。
本実施の形態における溶存気体の分離装置１ａを用いた分離方法について、以下説明する。
溶存気体を含有する液体試料３ａを処理槽２ａ内に導入し、処理槽２ａ内に液体試料３ａを満たす。その後、圧縮ボンベ４ａを用いて窒素ガスを発生させ、フィルター５ａを介して、液体試料３ａ中に微小気泡６ａを通気させる。あるいは、加圧二酸化炭素を利用する液体試料３の殺菌、酵素失活処理を処理槽２で行い、所定の圧力まで除圧した後、圧縮ボンベ４を用いて窒素ガスを発生させ、フィルター５を介して、液体試料３中に微小気泡６を通気させる。
通気された微小気泡６ａと溶存気体は液面上層部へ上昇し、溶存気体を含有する液体試料３ａは液面から仕切壁７ａの外壁面へ向かって溢れ出る。その後、液面から溢れ出た液体試料３ａは下方へ向かって移動し、仕切壁７ａの下方の隙間から再び循環し、微小気泡６ａとともに溶存気体は上昇する。これが何度も繰り返される。
このように、微小気泡６ａが液体試料３ａ中を上昇する間に、溶存気体分子はヘンリーの法則に従って微小気泡６ａ中に拡散し、微小気泡６ａ中に取り込まれる。被抽出気体と不活性気体の混合気体からなる気泡は、処理槽２ａ内の液上面において崩壊し、被抽出気体は不活性気体とともに系外に排出される。
尚、本実施の形態においては、仕切壁７ａの内側が上昇流、外側が下降流となっているが、装置によっては、仕切壁７ａの内側に下降流を生じさせ、外側に不活性ガスの微小気泡６ａを含む上昇流を生じる配置も可能である。
（実施の形態３）
図３は本発明の実施の形態３における溶存気体の分離装置の概略図である。
図中、１ｂは本実施の形態における溶存気体の分離装置、２ｂは強化プラスチック製の円筒状の処理槽、３ｂは処理槽２ｂ内に収容された溶存気体を含有する液体試料であるオレンジ果汁、４ｂは処理槽２ｂの底部に形成した、不活性ガスの微小気泡を発生させる、不活性ガス発生手段である圧縮ボンベ、５ｂは圧縮ボンベ４ｂで発生させた不活性ガスである窒素ガスの微小気泡を生成するフィルター、６ｂは液体試料３ｂ中に通気した窒素ガスの微小気泡、７ｂは冷却又は加熱用のジャケット、８ｂは調整弁、９ｂは処理槽２ｂ内に配設され、上部及び下部が開口され円筒状に形成されたプラスチック製の仕切壁、１０ｂは処理槽２ｂの底部に配設された、液体試料３ｂの濃度分極を抑制する手段としての攪拌翼である。
ここで、液体試料の濃度分極を抑制する手段として、本実施の形態においては、攪拌翼１０ｂにより溶存気体の処理槽２ｂ内に効果的に上昇流と下降流を生じせしめる方法を用いたが、その他、液体試料３ｂに微小気泡６ｂを通気し、試料３ｂ中の微小気泡６ｂの上昇に伴う対流の発生によって、処理槽２ｂ内に上昇流と下降流を効果的に発生させる方法や、プロペラ攪拌翼、ら旋帯攪拌翼、ら旋軸攪拌翼等を用いる方法等がある。
尚、本実施の形態においては、仕切壁７ｂの内側が上昇流、外側が下降流となっているが、装置によっては、仕切壁７ｂの内側に下降流を生じさせ、外側に不活性ガスの微小気泡６ｂを含む上昇流を生じる配置も可能である。
本実施の形態によれば、仕切壁９ｂと攪拌翼１０ｂを設けることにより、液体試料３ｂの処理槽２ｂ内をさらに効果的に上昇流と下降流を生ぜしめることが可能となり、液体試料３ｂの濃度分極を抑制することができる。また、液体試料３ｂ中に激しい発泡が起こるのを回避することができる
（実施の形態４）
図４は本発明の実施の形態４における溶存気体の分離装置の概略図である。
図中、１ｃは本実施の形態における溶存気体の分離装置、２ｃは強化プラスチック製の円筒状の処理槽、３ｃは処理槽２ｂ内に収容された溶存気体を含有する液体試料であるオレンジ果汁、４ｃは処理槽２ｂの底部に形成した、不活性ガスの微小気泡を発生させる、不活性ガス発生手段である圧縮ボンベ、５ｃは圧縮ボンベ４ｃで発生させた不活性ガスである窒素ガスの微小気泡を生成するフィルター、６ｃは液体試料３ｃ中に通気した窒素ガスの微小気泡、７ｃは冷却又は加熱用のジャケット、８ｃは調整弁、９ｃは処理槽２ｂ内に配設され、上部及び下部が開口され円筒状に形成されたプラスチック製の仕切壁、１０ｃは処理槽２ｃ内に配設された、液体試料３ｃの濃度分極を抑制する手段としての３つの攪拌翼である。
本実施の形態によれば、複数の攪拌翼１０ｃを設けることにより、液体試料３ｃの処理槽２ｃ内をさらに効果的に上昇流と下降流を生ぜしめることが可能となり、液体試料３ｃの濃度分極を抑制することができる。また、液体試料３ｃ中に激しい発泡が起こるのを回避することができる
（実施の形態５）
図５は本発明の実施の形態５における溶存気体の連続分離装置の概略図である。
図中、１ｄは本実施の形態における溶存気体の連続分離装置、２ｄは液体試料を下方から上方に向けて流しつつ、その流れの中に不活性気体の微小気泡を通気させる、強化プラスチック製処理槽、３ｄは処理槽内を上方に流れる溶存気体を含有する液体試料であるオレンジ果汁、４ｄは処理槽２ｄの底部に形成した、不活性ガスとしての加圧窒素の微小気泡を発生させる、不活性ガス発生手段である圧縮ボンベ、５ｄは圧縮ボンベ４ｄで発生させた不活性ガスである窒素ガスの微小気泡を生成するフィルター、６ｄは液体試料３ｄ中に通気した窒素ガスの微小気泡、１１ｄは窒素ガスによって抽出された溶存気体と窒素ガスからなる混合気体と、溶存気体が分離された液体試料とを分離する気液分離槽、１２ｄは処理槽２ｄと気液分離槽１１ｄとを連結する配管である。なお、処理槽２ｄ内には仕切壁および攪拌翼は必要としない。
以下、本実施の形態における溶存気体の連続分離装置１ｄを用いた連続分離方法について、以下説明する
液体試料３ｄ並びに不活性ガスはともに処理槽２ｄの下方より導入される。不活性ガスとしての加圧窒素はフィルター５ｄによって生成された微小気泡６ｄとして液体試料３ｄ中に放出される。液体試料３ｄおよび不活性ガスの微小気泡６ｄともに処理槽２ｄ中を下方から上方に向かって移動するが、微小気泡６ｄの上昇速度はそれに作用する浮力により液体試料３ｄの移動速度よりも大きくなる。処理槽２ｄ上部から不活性ガスと溶存気体の混合気体と、溶存気体が分離された液体試料は同一の配管１２ｄを経て気液分離槽１１ｄへ運ばれる。気液分離槽１１ｄの中ほどから導入された液体試料と混合気体の混合物は気液分離槽１１ｄ内で液層と気層に分離され気層は上部配管から、液相は下部配管からそれぞれ分離排出される。
本実施の形態においては、液体試料３ｄが処理槽２ｄ内に連続的に流入され、連続的に溶存気体が分離された液体試料３ｄが排出される。Hereinafter, the present invention will be described in detail.
As liquid samples in the present invention, various beverages such as vegetable juice, fruit juice, coffee, black tea, green tea, oolong tea, cocoa, sweeteners such as sugar, milk, cream, various beverages added with other additives, milk, Examples include, but are not limited to, processed milk, fermented milk, milk beverage, wine, sake, mentsuyu, mirin, vinegar, and nourishing tonic drink.
Examples of the dissolved gas in the present invention include, but are not limited to, carbon dioxide and oxygen.
As the inert gas used in the present invention, any non-toxic gas such as argon, helium, etc. that is safe and inert to liquid samples can be used.
As the inert gas generating means used in the present invention, a compression cylinder (high pressure storage tank), other liquefaction tanks, and the like, in which nitrogen in the atmosphere is separated on site, are used, but are not limited thereto. . Here, a PSA method (Pressure swing adsorption method) is used as a method for separating nitrogen in the atmosphere.
As a method for venting the inert gas microbubbles in the present invention, specifically, the inert gas generated by the above-described inert gas generating means is further removed by using a filter having pores. There are a method of generating, a method of spraying into a liquid sample using a spray nozzle, a method of supplying bubbles from below the stirring blades, and a method of dispersing them into microbubbles, but are not limited thereto. A method of generating microbubbles by using a filter having pores is preferable. Here, the pore diameter of the filter is preferably 5 μm to 100 μm. As the pore diameter becomes smaller than 5 μm, it tends to be difficult to clean the dirt due to food components adhering to the filter surface and in the pores, and as the pore diameter becomes larger than 100 μm, it comes into contact with the sample liquid containing dissolved gas. However, the extraction efficiency of dissolved gas tends to be reduced. Moreover, as a microbubble diameter, the bubble diameter produced | generated with the said filter is preferable.
In the method of extracting and separating dissolved gas in the microbubbles in the present invention, the dissolved gas molecules diffuse into the microbubbles according to Henry's law while the microbubbles rise in the liquid sample, It is captured. Bubbles made of a mixed gas of the gas to be extracted and an inert gas collapse on the liquid surface in the treatment tank (separation tank), and the gas to be extracted is discharged out of the system together with the inert gas.
As a method for suppressing the concentration distribution of the liquid sample in the present invention, in the batch method, microbubbles are aerated in the liquid sample, and convection is generated due to the rise of microbubbles in the sample. In addition to aeration of microbubbles, preferably, an agitating blade generates an upward flow and a downward flow effectively in the treatment tank (separation tank) of dissolved gas. There are methods to squeeze. In these cases, by providing a partition wall in the space of the treatment tank containing the liquid sample, it is possible to generate an upward flow and a downward flow more effectively, and to make the concentration distribution of the liquid sample uniform. it can.
The inert gas and liquid sample in the present invention will be described below.
When the pressure of the liquid sample containing dissolved gas is approximately atmospheric pressure, it is sufficient that the supply pressure of the inert gas is equal to or higher than the water head pressure of the liquid sample. If an extra pressure is applied to the liquid sample containing the dissolved gas, the inert gas must be supplied at a pressure equal to or greater than the sum of the pressure and the head pressure. In particular, a high-pressure liquid sample containing a high concentration of carbon dioxide contains 10 to 30 times the volume (standard state conversion) of carbon dioxide as the liquid sample. As a result, severe foaming occurs in the liquid sample, and a large amount of sample overflows from the separation apparatus filling the liquid sample. In order to avoid this, it is desirable to ventilate microbubbles of an inert gas in a pressurized state containing a large amount of dissolved carbon dioxide. That is, foaming can be suppressed by extracting the dissolved carbon dioxide with an inert gas without expanding it. The reason for this is that inert gas (nitrogen) has a solubility in an aqueous solution of approximately 1/25 compared to carbon dioxide, so that the liquid sample from which carbon dioxide has been separated exhibits little foaming upon depressurization.
When high-concentration dissolved carbon dioxide is contained under pressure, foaming in the liquid sample caused by depressurization is slight up to around 1 MPa, but as the pressure of the liquid sample decreases, foaming of the dissolved gas occurs. Becomes intense. The reason is that in the pressurized state, the volume in the pressurized container is small because the compressed gas is separated even if the amount of dissolved gas to be separated is large. On the other hand, although the amount of dissolved gas separated by the pressure reducing operation on the low pressure side is small, the compression rate is small, so that foaming in the liquid sample is intense.
Under such circumstances, the supply pressure of the inert gas is determined in consideration of the following factors.
1) Since the contact area with the liquid sample decreases as the pressure of the inert gas increases, the extraction speed of the dissolved gas decreases. 2) The higher the inert gas pressure, the greater the amount of inert gas required to extract the dissolved gas. 3) Operation under a higher pressure than necessary requires not only a compressor for increasing the pressure, but also the processing tank itself needs to have a pressure-resistant structure.
In consideration of the above points, for a liquid sample containing high-concentration dissolved carbon dioxide under pressure, the dissolved gas is separated and released by depressurization without venting inert gas up to around 1 MPa, and the sample After the pressure of the liquid has dropped to about 1 MPa, it is better to extract and separate the dissolved gas by ventilating an inert gas pressurized to the same extent. At this time, the pressure of the inert gas supplied along with the removal of the dissolved gas can be lowered.
With respect to the temperature for separating dissolved gas according to the present invention, the liquid sample is preferably 0 to 40 ° C, more preferably 0 to 30 ° C. As the temperature of the liquid sample becomes higher than 30 ° C., the residual ratio of the fragrance component in the liquid sample tends to decrease, which is not preferable. In particular, when the temperature exceeds 40 ° C., this tendency becomes remarkable.
According to the method for separating a dissolved gas according to the present invention, carbon dioxide remaining in a liquid sample can be separated to a concentration that cannot be sensed by humans, and the quality of the sample is deteriorated due to oxygen or the like. Since it is possible to prevent the deterioration of quality due to oxygen, it can be used for various applications.
The separation method in the present invention can separate the gas remaining in the product prior to filling the product into the container, and can also be used after the liquid sample is filled into the container.
Next, the apparatus for separating dissolved gas of the present invention will be described.
Examples of the material of the treatment tank in the present invention include, but are not limited to, stainless steel, steel, various types of reinforced plastics, and composite materials thereof.
Moreover, as a shape of a processing tank, cylindrical shape, polygonal shape, etc. are not specifically limited.
As the inert gas generating means in the present invention, there are used a compression cylinder (high pressure storage tank), a liquefaction tank, one obtained by separating nitrogen in the atmosphere on site, and the like.
In the present invention, as means for suppressing the concentration polarization of the liquid sample, a method of effectively generating an upward flow and a downward flow in the processing tank (separation tank) of the dissolved gas by a stirring blade, a processing tank containing the liquid sample ( A method of providing a partition wall in the space of the container) to effectively generate an upward flow and a downward flow, aeration of microbubbles in the liquid sample, and generation of convection accompanying the increase of microbubbles in the sample, There are a method of effectively generating an upward flow and a downward flow in the deaeration tank, a method of using a propeller stirring blade, a spiral stirring blade, a spiral stirring blade, and the like.
Examples of the material for the partition wall in the present invention include, but are not limited to, stainless steel, steel, ceramic, glass, various plastics, and composite materials thereof.
The shape of the partition wall may be cylindrical or planar, and it is not necessary to completely separate the upflow side and the downflow side. Moreover, the place installed in a processing tank is not restricted to a center part, and any may be sufficient. For example, a heating or cooling serpentine tube can be used as the partition wall.
When performing the separation method of this invention continuously, you may arrange | position a gas-liquid separation tank after a processing tank.
Examples of the material of the gas-liquid separation tank include, but are not limited to, stainless steel, steel, various types of reinforced plastics, and composite materials thereof.
The shape of the gas-liquid separation tank is not particularly limited, such as a cylindrical shape or a polygonal shape.
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a schematic diagram of a dissolved gas separation apparatus according to
In the figure, 1 is a dissolved gas separator in the present embodiment, 2 is a cylindrical processing tank made of reinforced plastic, 3 is an orange juice that is a liquid sample containing dissolved gas contained in the
Here, in the present embodiment, dissolved gas is separated using a method based on convection of a liquid sample caused by the rise of microbubbles.
A separation method using the dissolved
A
Thus, while the
Thus, after sterilization of liquid sample using pressurized carbon dioxide, enzyme deactivation treatment, prior to filling of the liquid sample into the container, carbon dioxide contained at a concentration that can be easily sensed by a person is removed. It can be removed to a level not perceived by humans.
(Embodiment 2)
FIG. 2 is a schematic view of a dissolved gas separation apparatus according to
In the figure, 1a is a separation device for dissolved gas in the present embodiment, 2a is a cylindrical treatment tank made of reinforced plastic, 3a is orange juice which is a liquid sample containing dissolved gas contained in the
Here, also in the present embodiment, the dissolved gas is separated using a method based on the convection of the
A separation method using the dissolved
The
The
Thus, while the
In the present embodiment, the inside of the
(Embodiment 3)
FIG. 3 is a schematic diagram of a dissolved gas separation apparatus according to
In the figure, 1b is a dissolved gas separator in the present embodiment, 2b is a cylindrical processing tank made of reinforced plastic, 3b is an orange juice which is a liquid sample containing dissolved gas contained in the
Here, as a means for suppressing the concentration polarization of the liquid sample, in the present embodiment, a method of effectively generating an upward flow and a downward flow in the
In this embodiment, the inside of the
According to the present embodiment, by providing the
FIG. 4 is a schematic diagram of a dissolved gas separation apparatus according to
In the figure, 1c is a device for separating dissolved gas in the present embodiment, 2c is a cylindrical processing tank made of reinforced plastic, 3c is an orange juice that is a liquid sample containing dissolved gas contained in the
According to the present embodiment, by providing a plurality of stirring
FIG. 5 is a schematic view of a dissolved gas continuous separation apparatus according to
In the figure, 1d is a continuous dissolved gas separation apparatus according to the present embodiment, and 2d is a reinforced plastic treatment in which a liquid sample is allowed to flow from below to above while microbubbles of inert gas are vented into the flow. A tank, 3d is orange juice which is a liquid sample containing dissolved gas flowing upward in the processing tank, 4d is a non-pressurized nitrogen gas bubble formed as an inert gas formed at the bottom of the
Hereinafter, the continuous separation method using the dissolved gas continuous separation device 1d in the present embodiment will be described below. Both the
In the present embodiment, the
以下、実施例をもって本発明を更に詳細に説明するが、これらの例は単なる実例であって本発明を限定するものではなく、また本発明の範囲を逸脱しない範囲で変更させてもよい。 Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to examples. However, these examples are merely illustrative and do not limit the present invention, and may be modified without departing from the scope of the present invention.
本実施例においては、本発明における実施の形態２の装置を用いて、窒素ガス通気量に対する溶存二酸化炭素の除去率を測定した。
大気圧下で純二酸化炭素を飽和濃度まで溶解させた液体試料（市販のオレンジ果汁）中に、２０℃又は４０℃で、窒素ガスを孔径２０〜３０μｍ焼結ガラスフィルターから、５００ｍＬ／ｍｉｎの流速で供給し通気させた後、その液体試料を分離槽上部から採取した。その後、直ちに液体試料中に溶存炭酸ガス計測用電極（東亜電波工業株式会社製）を挿入し、炭酸ガス濃度計（東亜電波工業株式会社製 ＣＧＰ−１）を用いて計測した。
図６は溶存二酸化炭素の除去率と窒素ガス通気量の関係を示す。
図中、窒素ガス通気量は、液体試料と同体積のガス通気量を１．０とする。また、［ｄＣＯ２］は、溶存二酸化炭素の濃度である。以下同様である。
図６より、通気ガス流量と−ｌｏｇ［ｄＣＯ２］の間には、良好な直線関係が認められた。液体試料の３倍体積の窒素ガスを通気することにより、溶存二酸化炭素は飽和濃度のほぼ１／１００になり、そのときの溶存二酸化炭素濃度は０．０００３Ｍ／Ｌ以下であり、味覚上ほとんど問題とならない。
更に、処理温度２０℃（図６、●印）と４０℃（図６、○印）の比較から、二酸化炭素除去に及ぼす温度の影響はわずかであった。
比較例１
本比較例において、ロータリーエバポレーターによる減圧処理下に処理する方法及び減圧下、超音波処理する方法において、溶存二酸化炭素を除去し、溶存二酸化炭素の除去率を測定した。
（１）ロータリーエバポレーターによる減圧処理下での方法
溶存二酸化炭素を含有する液体試料（市販のオレンジ果汁）２００ｍｌを５００ｍｌ容ナスフラスコに入れ、気泡が発生しない圧力（１００ｍｍＨｇ）下でロータリーエバポレーターにより脱気した。エバポレーターの回転速度は４０ｒｐｍであった。２ｍｉｎ、４ｍｉｎ、６ｍｉｎ脱気処理したときの溶存二酸化炭素濃度を、炭酸ガス濃度計にて計測した。その結果を図７に示す（図中●印）。
（２）減圧下、超音波処理する方法
溶存気体を含有する液体試料５００ｍｌを１５００ｍｌ容容器に入れ、それを超音波発生装置に浸漬させた状態で、容器の上部開口部分から気体を排気した。このときの上部空間の圧力は、液体試料の急激な発泡を抑制するためにほぼ１００ｍｍＨｇで行った。その結果を図７に示す（図中○印）。
図７より、減圧処理（図７、●印）によると、−ｌｏｇ［ｄＣＯ２］と処理時間の間には、直線関係が認められた。しかしながら、実施例１におけるガス通気法と比較すると、かなり二酸化炭素の除去効率が悪い。
また、減圧下での超音波処理（図７、○印）は、初期段階で二酸化炭素除去率は優れているが、二酸化炭素濃度（−ｌｏｇ［ｄＣＯ２］）が１．８以上になると、除去率が急激に低下する。
このように、減圧処理及び減圧下での超音波処理のいずれの方法においても、実施例１におけるガス通気法に比べかなり除去効率が悪かった。In this example, the removal rate of dissolved carbon dioxide with respect to the nitrogen gas flow rate was measured using the apparatus according to the second embodiment of the present invention.
In a liquid sample (commercial orange juice) in which pure carbon dioxide is dissolved to a saturated concentration under atmospheric pressure, nitrogen gas is flown from a sintered glass filter having a pore size of 20 to 30 μm at a flow rate of 500 mL / min at 20 ° C. or 40 ° C. Then, the liquid sample was taken from the upper part of the separation tank. Thereafter, an electrode for measuring dissolved carbon dioxide gas (manufactured by Toa Denpa Kogyo Co., Ltd.) was immediately inserted into the liquid sample, and measurement was performed using a carbon dioxide concentration meter (CGP-1 manufactured by Toa Denpa Kogyo Co., Ltd.).
FIG. 6 shows the relationship between the dissolved carbon dioxide removal rate and the nitrogen gas flow rate.
In the figure, the nitrogen gas flow rate is defined as 1.0 for the gas flow rate of the same volume as the liquid sample. [DCO 2 ] is the concentration of dissolved carbon dioxide. The same applies hereinafter.
From FIG. 6, a good linear relationship was recognized between the aeration gas flow rate and -log [dCO 2 ]. By passing nitrogen gas of 3 times the volume of the liquid sample, the dissolved carbon dioxide becomes almost 1/100 of the saturated concentration, and the dissolved carbon dioxide concentration at that time is 0.0003 M / L or less, which is almost a problem in taste. Not.
Further, from the comparison between the treatment temperature of 20 ° C. (FIG. 6, mark ●) and 40 ° C. (FIG. 6, mark ◯), the effect of temperature on carbon dioxide removal was slight.
Comparative Example 1
In this comparative example, dissolved carbon dioxide was removed and the removal rate of dissolved carbon dioxide was measured in a method of treating under reduced pressure using a rotary evaporator and a method of treating ultrasonically under reduced pressure.
(1) Method under reduced pressure using a rotary evaporator 200 ml of a liquid sample containing dissolved carbon dioxide (commercial orange juice) is placed in a 500 ml eggplant flask and degassed by a rotary evaporator under a pressure (100 mmHg) that does not generate bubbles. did. The rotation speed of the evaporator was 40 rpm. The dissolved carbon dioxide concentration when the deaeration treatment was performed for 2 min, 4 min, and 6 min was measured with a carbon dioxide concentration meter. The results are shown in FIG. 7 (● in the figure).
(2) Method of ultrasonic treatment under reduced pressure 500 ml of a liquid sample containing dissolved gas was placed in a 1500 ml container, and the gas was exhausted from the upper opening of the container in a state where it was immersed in an ultrasonic generator. The pressure in the upper space at this time was approximately 100 mmHg in order to suppress rapid foaming of the liquid sample. The results are shown in FIG. 7 (circles in the figure).
From FIG. 7, according to the pressure reduction treatment (FIG. 7, black circles), a linear relationship was observed between -log [dCO 2 ] and the treatment time. However, compared with the gas aeration method in Example 1, the carbon dioxide removal efficiency is considerably poor.
In addition, sonication under reduced pressure (FIG. 7, ○ mark) is excellent in the carbon dioxide removal rate in the initial stage, but when the carbon dioxide concentration (−log [dCO 2 ]) is 1.8 or more, The removal rate decreases rapidly.
As described above, in both the decompression treatment and the ultrasonic treatment under reduced pressure, the removal efficiency was considerably poorer than the gas ventilation method in Example 1.
本実施例においては、本発明のガス通気法が香気成分の逃散速度に及ぼす影響を調べた。
本実施例においては、本発明における実施の形態３の装置を用いて、液体試料（市販のオレンジ果汁）の濃度分極を抑制した。
温水ジャケットに４０℃の恒温水を流しながら、４０℃に加温された市販オレンジ果汁（１Ｌ）を装置内に満たし、予め大気圧下の純二酸化炭素を用いて飽和濃度まで二酸化炭素を溶解させた後、３００ｒｐｍで十分に攪拌しながら、窒素を孔径２０〜３０μｍ焼結ガラスフィルターから、５００ｍＬ／ｍｉｎの流速で供給しつつ溶存気体の抽出を行った。各体積の窒素を通気した後、液体試料を採取し溶存二酸化炭素および香気成分分析に供した。
また、液体試料の濃度分極が著しい例としては、本発明における実施の形態３の装置を用い、分離槽内の円筒状の仕切壁と攪拌翼を取り除いた状態で上記と同様にして行った。溶存二酸化炭素は、実施例１で用いた溶存炭酸ガス濃度計により測定した。
香気成分の定量方法以下のとおりである。
各処理果汁１００ｍＬを分液ロートに採り、これをジエチルエーテル７０ｍＬで３回抽出し、そのエーテル抽出液を合わせてこれに定量のための内部標準（シクロヘキサノール）を一定量添加し、所定の方法でエーテルを気化させ、これを０．１ｍＬまで濃縮した。このエーテル濃縮物１μＬをガスクロマトグラフ直結質量分析計に供し、各香気成分の同定と定量を行った。その結果を図８に示す。
図８は香気成分の逃散速度に及ぼすガス通気法の影響を示す。
図８より、試料液上層の濃度分極の大小に関わらず、通気ガス流量と−ｌｏｇ［ｄＣＯ２］の間には、良好な直線関係が認められた（図８、□印及び■印）。また、試料液上層の更新がなく濃度分極が大きい場合（図８、●印）は、液体試料の５倍体積のガス通気によって香気成分（リモネン）は半分以下に減少した。
これに対し、試料液上層の更新があり濃度分極が小さい場合（図８、○印）は、香気成分の逃散量を抑制することができる。
５倍体積のガス通気によっても、約８８％のリモネンが果汁中に残っており、香りを損失することなく、液状食品の加圧二酸化炭素処理を実施することができる。In this example, the influence of the gas ventilation method of the present invention on the escape rate of the aroma component was examined.
In this example, concentration polarization of a liquid sample (commercially available orange juice) was suppressed using the apparatus according to
Fill the device with commercial orange juice (1 L) heated to 40 ° C while flowing constant temperature water at 40 ° C through a warm water jacket, and dissolve carbon dioxide to saturation concentration using pure carbon dioxide under atmospheric pressure in advance. Then, while sufficiently stirring at 300 rpm, the dissolved gas was extracted while supplying nitrogen from a sintered glass filter having a pore size of 20 to 30 μm at a flow rate of 500 mL / min. After venting each volume of nitrogen, a liquid sample was taken and analyzed for dissolved carbon dioxide and aroma components.
Further, as an example in which the concentration polarization of the liquid sample is remarkable, the apparatus of
The quantification method of aroma components is as follows.
Take 100 mL of each processed fruit juice in a separatory funnel, extract this three times with 70 mL of diethyl ether, combine the ether extracts, add a fixed amount of internal standard (cyclohexanol) for quantification, and perform the prescribed method. The ether was evaporated and concentrated to 0.1 mL. 1 μL of the ether concentrate was subjected to a gas chromatograph direct mass spectrometer, and each aroma component was identified and quantified. The result is shown in FIG.
FIG. 8 shows the influence of the gas aeration method on the escape rate of aroma components.
8. From FIG. 8, a good linear relationship was recognized between the aeration gas flow rate and -log [dCO 2 ] regardless of the concentration polarization of the upper layer of the sample solution (FIG. 8, □ and ■ marks). In addition, when the upper layer of the sample liquid was not updated and the concentration polarization was large (Fig. 8, mark ●), the aroma component (limonene) was reduced to less than half due to gas aeration of 5 times the volume of the liquid sample.
On the other hand, when the sample solution upper layer is updated and the concentration polarization is small (FIG. 8, ◯ mark), the escape amount of the aroma component can be suppressed.
Even with a 5-fold volume of gas aeration, approximately 88% of limonene remains in the fruit juice, and the pressurized carbon dioxide treatment of the liquid food can be performed without losing the aroma.
本実施例において、香気成分の逃散速度に及ぼす処理温度の影響を調べた。
本発明における実施の形態３の装置を用いて、液体試料（市販のオレンジ果汁）の濃度分極を抑制した。
温水ジャケットに０、２０、３０、４０、５０℃の恒温水を流しながら、０、２０、３０、４０、５０℃に調整された市販オレンジ果汁（１Ｌ）を装置内に満たし、３００ｒｐｍで十分に攪拌しながら、窒素を孔径２０〜３０μｍ焼結ガラスフィルターから、５００ｍＬ／ｍｉｎの流速で供給しつつ溶存気体の抽出を行った。５倍体積の窒素ガスを通気した後、試料を採取し香気成分分析に供した。その結果を図９に示す。
図９は香気成分の逃散速度に及ぼす処理温度の影響を示す。
図９より、処理温度が４０℃以上では香気成分の損失が急速に増大することがわかる。よって、ガス通気法による二酸化炭素脱気は、試料温度４０℃以下、好ましくは３０℃以下で行うのが効果的であることがわかる。In this example, the influence of the treatment temperature on the escape rate of the aroma component was examined.
Using the apparatus according to
Fill the device with commercial orange juice (1L) adjusted to 0, 20, 30, 40, and 50 ° C while flowing constant temperature water of 0, 20, 30, 40, and 50 ° C through the hot water jacket. While stirring, nitrogen was extracted from a sintered glass filter having a pore size of 20 to 30 μm at a flow rate of 500 mL / min to extract the dissolved gas. After venting 5 times the volume of nitrogen gas, a sample was taken and subjected to aroma component analysis. The result is shown in FIG.
FIG. 9 shows the effect of treatment temperature on the escape rate of aroma components.
FIG. 9 shows that the loss of aroma components rapidly increases when the treatment temperature is 40 ° C. or higher. Therefore, it can be seen that carbon dioxide deaeration by the gas aeration method is effective when performed at a sample temperature of 40 ° C. or lower, preferably 30 ° C. or lower.
本発明に係る溶存気体の分離方法によれば、液体試料中に不活性ガスの微細気泡を生成させ、液体試料中に溶存する気体を効率よく抽出し分離することができる。また、揮発成分等の特定成分の濃度分極を抑制することにより、特定成分の損失を回避することができる。
本発明に係る溶存気体の分離装置によれば、揮発性成分の逃散を最小限に抑えつつ、溶存気体濃度に関係なく溶存気体を効率的に脱気することができ、また、酸素等による試料の品質劣化を惹起することを防止できることが可能である。特に、二酸化炭素のように液体試料中に多量に溶解しているガスの脱気に適している。
本発明によれば、加圧二酸化炭素を利用する液体試料の殺菌、酵素失活処理を行った後、液体試料の容器への充填に先立ち、人によって容易に感知される濃度で含有されている二酸化炭素を人によって感知されないレベルにまで除去することができ、本発明の方法及び装置は、食品工業等への応用が可能である。According to the method for separating dissolved gas according to the present invention, fine bubbles of an inert gas can be generated in a liquid sample, and the gas dissolved in the liquid sample can be efficiently extracted and separated. Moreover, the loss of a specific component can be avoided by suppressing the concentration polarization of a specific component such as a volatile component.
According to the dissolved gas separation device of the present invention, the dissolved gas can be efficiently degassed regardless of the concentration of the dissolved gas while minimizing the escape of volatile components. It is possible to prevent the deterioration of the quality. In particular, it is suitable for degassing a gas dissolved in a large amount in a liquid sample such as carbon dioxide.
According to the present invention, after liquid sample sterilization and enzyme deactivation treatment using pressurized carbon dioxide, it is contained at a concentration that can be easily sensed by humans prior to filling of the liquid sample into the container. Carbon dioxide can be removed to a level not perceived by humans, and the method and apparatus of the present invention can be applied to the food industry and the like.
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