KR20100063699A - 식품의 처리 방법 및 식품의 처리 장치 - Google Patents

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Abstract

기체 상태의 이산화탄소를 이용하여, 간단하게 음료수나 식품의 살균을 행하는 것을 목적으로 하고, 0.2∼2MPa 하에서, 이산화탄소의 미소 기포를, 미생물 또는 효소를 함유하는 식품에 접촉시키고, 이에 의해 식품 중의 미생물의 살균 또는 효소의 실활(失活)을 행하는 것을 특징으로 하는 식품의 처리 방법을 제공한다.

Description

식품의 처리 방법 및 식품의 처리 장치{FOOD PROCESSING METHOD AND FOOD PROCESSING APPARATUS}
본 발명은, 식품 중에 함유되는 미생물의 살균이나 효소의 실활(失活)을 행하기 위한 처리 방법, 및 그것에 사용하는 장치에 관한 것이다. 본 발명에 의하면, 초임계 이산화탄소를 사용하는 살균 방법 등에 비해, 장치 비용이나 런닝 비용을 낮게 억제할 수 있고, 식품 특유의 냄새를 소실하는 경우가 없다.
이산화탄소는 상온, 상압에서는 기체이지만, 온도와 압력이 임계점을 초과하면 초임계 상태라는 액체와 기체의 중간의 상태가 된다. 초임계 상태의 이산화탄소는, 살균 작용을 나타내므로 식품이나 음료수 등의 살균에 이용되고 있다(비특허문헌 1). 기체의 이산화탄소를 초임계 상태로 하기 위해서는, 임계 압력(7.38MPa) 이상의 높은 압력을 가할 필요가 있기 때문에, 초임계 이산화탄소를 이용한 살균 장치는 내압성이 있는 견고한 것이 아니면 안 되어, 장치 비용이 높아진다. 또한, 초임계 상태의 이산화탄소는, 처리 대상물의 향기 성분을 제거해 버리기 때문에, 음료수와 같은 냄새가 없는 것이면 문제없지만, 식품과 같이 특유의 냄새가 있는 것에 대해 처리하는 경우에는 처리 대상물의 품질을 현저하게 저하시켜 버린다.
한편, 초임계보다도 낮은 기체 상태의 이산화탄소(이하, 「저가압 이산화탄소」라 한다)에도 살균 작용은 있지만, 초임계 상태의 이산화탄소에 비해 매우 약하다. 이 때문에, 저가압 이산화탄소를 이용한 살균 방법으로서는, 특허문헌 1∼4에 기재되어 있는 방법 등 몇몇 예가 알려져 있는 것에 지나지 않는다.
특허문헌 1에는, 미생물이 혼입하여 있는 액상물을, 5∼70기압의 분압 하에서 액상물에 이산화탄소를 흡수시키는 공정과, 이 공정에서 얻어진 이산화탄소를 흡수하고 있는 가압된 액상물을 급속으로 압력 저하시키는 공정으로, 교호(交互)로 반복함으로써, 액상물에 혼입되어 있는 미생물의 적어도 일부를 사멸시키는 액상물의 살균 방법이 기재되어 있다. 그러나, 이 방법은 가압 후에 급속 감압하지 않으면 안되어, 조작이 번잡해진다는 결점이 있다. 또한, 이산화탄소의 직접적인 살균 효과가 아니고, 급속한 고압에서의 감압에 의한 미생물의 버스트(burst), 즉 세포벽이나 세포막의 파괴에 의한 살균이며, 급속 감압을 필요로 하지 않는 본 발명과 다르다.
특허문헌 2에는, 액상 원료를 연속적으로 공급하는 액상 원료의 연속 공급 유로와, 처리조 저부(底部)측에 마련되어, 연속 공급 유로에 의해 보내지는 액상 원료를 처리조에 도입하기 위한 도입구와, 이산화탄소 공급원으로부터의 이산화탄소를 초임계 유체(70∼400atm)가 되게 하여 연속적으로 공급하는 초임계 유체 공급 유로와, 처리조 저부측에 마련되어, 초임계 유체 공급 유로에 의해 보내지는 초임계 유체를 처리조 내에 도입함과 함께, 초임계 유체를 미소 기포(20㎛ 이하)로 하여 액상 원료 중에 방출하는 초임계 유체 미소화 도입 수단과, 처리조 상부측의 액상 원료를 배출하는 액체 취출구에 접속된 제품 회수 유로와, 처리조 상부에 마련된 초임계 유체 배출구로부터 초임계 유체를 배출하는 초임계 유체 회수 유로와, 초임계 유체 회수 유로에 의해 회수된 초임계 유체를, 직접 혹은 초임계 유체를 가스화 혹은 액화하기 위한 리사이클 탱크를 거쳐 이산화탄소 공급원에 공급하는 리사이클 유로를 구비하고, 상기 처리조 내에서 미소화 초임계 유체와 액상 원료를 병류 연속 처리시킨 연속 처리 장치가 기재되어 있다. 그러나, 초임계 유체를 사용하므로, 액상 원료나 식품 특유의 냄새를 파괴하게 되어 바람직하지 않다.
특허문헌 3에는, 효소의 실활, 살균 등의 효과를 얻는 것을 목적으로 하여, a)연속적으로 공급되는 액상 원료 중에 미소 포화(20㎛ 이하)시킨 액체 이산화탄소를 연속적으로 방출하여, 액상 원료 중에 액체 이산화탄소를 용해시키는 용해 공정과, b)액체 이산화탄소가 용해한 액상 원료를 소정 온도, 소정 압력 조건 하(40∼400atm)로 유지함으로써 이산화탄소를 초임계 또는 아임계 상태로 하는 가온·가압 공정과, c)가온·가압 공정을 통과한 액상 원료를 급속으로 감압하여 이산화탄소를 제거함과 함께 제품을 회수하는 감압 공정으로 이루어지는 처리 방법을 개시하고 있다. 그러나, 소정 압력 조건이 높아 액상 원료나 식품 특유의 냄새를 파괴하게 되어 바람직하지 않다.
특허문헌 4에는, 액상 식품·액상 약품 등의 효소, 포자의 실활 처리, 살균 처리, 혹은 액상 식품 등의 탈취 처리 등을 연속적으로 행하기 때문에, 연속적으로 공급되는 액상 원료 중에 액체 이산화탄소를 연속적으로 공급하여, 액상 원료 중에 액체 이산화탄소를 용해시키는 용해 공정과, 용해 공정에서 액체 이산화탄소를 용해시킨 액상 원료를 일정 시간 유지하는 유지 공정과, 액체 이산화탄소가 용해한 액상 원료를 소정 온도, 소정 압력 조건 하(40∼400atm)로 유지함으로써 이산화탄소를 초임계 또는 아임계 상태로 하는 임계 처리 공정과, 임계 처리 공정을 통과한 액상 원료를 급속으로 감압하여 이산화탄소를 제거함과 함께 제품을 회수하는 감압 공정을 갖는 것을 특징으로 하고 있다. 그러나, 소정 압력 조건이 높아 액상 원료나 식품 특유의 냄새를 파괴하게 되어 바람직하지 않다.
이들 종래 기술에 있어서는, 미소 기포를 발생시키는 수단은 미크로필터를 사용하고 있기 때문에, 미소 기포 발생을 거듭함에 따라 필터 막힘이 발생하여 가동률을 내리게 되어 바람직하지 않다. 이 필터 막힘은 미소 기포 발생 효율을 내려, 살균 효과도 급격하게 저하하게 된다.
또, 상기 비특허문헌 1에는, 다음의 것이 개시되어 있다.
소수성 영역을 팽윤시키고 있는 초임계 이산화탄소의 순간적 팽창에 의해 발생하는 팽압이 미생물이나 효소에 파괴적인 구조 파괴를 가져오는 것도 충분히 고려해야 한다. 공경(孔徑) 10㎛의 필터를 장착했을 때 CO2농도는 최대(포화 용해도의 78%)가 되었다. 또한 작은 공경의 필터를 사용한 경우에는 CO2농도는 반대로 저하했다. 휘발성 성분의 추출(탈취)에 있어서는, 미크로버블상의 초임계 이산화탄소는 처리조 상부에서 시료층으로부터 분리된다. 배치법(batch method)에 있어서의 살균 효과의 CO2밀도 의존성은 0.6g/cm3 이하에서는 작고, 살균 효과도 낮다. 연속법에서는, 6MPa, 체류 시간 13분간의 처리로 완전 살균을 달성할 수 있었다. 연속법에서는 균체 내에 침투, 축적한 CO2의 급속 팽창에 의해 생기는 팽압에 의해 균체가 매우 효율적으로 파괴되기 때문에 뛰어난 살균 효과가 얻어진다고 생각된다.
특허문헌 1 : 일본 특개평7-289220호 공보
특허문헌 2 : 일본 특개평9-206044호 공보
특허문헌 3 : 일본 특개2000-139433호 공보
특허문헌 4 : 일본 특개2001-299303호 공보
비특허문헌 1 : 시모다 미츠야, 오사지마 유타카, 일본식품과학공학회지 제45권 제5호 334-339페이지 1998년 5월
[발명의 개시]
[발명이 해결하고자 하는 과제]
상술한 바와 같이, 저가압 이산화탄소를 이용하여, 식품의 특유의 냄새를 살리고, 간단하게 살균을 행하는 방법은 종래 알려져 있지 않았다. 본 발명의 목적은, 저가압 이산화탄소를 이용한 간단한 미생물의 살균 수단, 효소의 실활 수단을 제공하는 것에 있다.
[과제를 해결하기 위한 수단]
본 발명자는, 상기 과제를 해결하기 위해서 예의 검토를 거듭한 결과, 이산화탄소와 액체의 존재 하에 부압을 이용하여 발생한 이산화탄소의 미소 기포를 식품에 접촉시킴으로써, 식품의 식품으로서의 향기를 소실하지 않고 강한 살균, 효소 실활 작용을 발휘하는 것을 알아내고, 이 지견에 의거하여, 완성했다.
즉, 본 발명은, 이하의 〔1〕∼〔10〕을 제공하는 것이다.
〔1〕내압 용기 내에서, 이산화탄소와 액체의 존재 하에 부압을 이용하여 발생한 이산화탄소의 미소 기포를, 0.2∼2MPa 하에 미생물 또는 효소를 함유하는 액상 식품에 접촉시키고, 이에 의해 식품 중의 미생물의 살균 또는 효소의 실활을 행하는 것을 특징으로 하는 식품의 처리 방법.
〔2〕이산화탄소의 미소 기포와 액상 식품의 접촉을 에탄올 존재 하에서 행하는 것을 특징으로 하는 〔1〕에 기재된 식품의 처리 방법.
〔3〕에탄올 존재량이, 액상 식품 중 0.1∼30질량%인 것을 특징으로 하는 〔2〕에 기재된 식품의 처리 방법.
〔4〕액상 식품이, 알코올 음료의 제조 중간물인 것을 특징으로 하는 〔1〕에 기재된 식품의 처리 방법.
〔5〕알코올 음료의 제조 중간물이, 화입(火入; pasteurization) 전의 청주, 아황산 혹은 아황산염 첨가 전의 와인, 또는 여과 혹은 열처리 전의 맥주인 것을 특징으로 하는 〔4〕에 기재된 식품의 처리 방법.
〔6〕이산화탄소의 미소 기포를 액상 식품에 접촉시킨 후의 이산화탄소를 회수하고, 회수한 이산화탄소를 다시 식품의 처리에 사용하는 것을 특징으로 하는 〔1〕 내지 〔5〕 중 어느 한 항에 기재된 식품의 처리 방법.
〔7〕(1)제1 용기 내에서, 이산화탄소와 액체의 존재 하에 부압을 이용하여 발생한 이산화탄소의 미소 기포를, 0.2∼2MPa 하에서 액체 중에 유지시키는 공정, (2)제2 용기에 미생물 또는 효소를 함유하는 고형상 식품을 넣고, 제1 용기와 등압이 되도록 이산화탄소를 공급하는 공정, 및 (3)이산화탄소의 미소 기포를 유지한 액체를 고형상 식품에 접촉시키고, 이에 의해 식품 중의 미생물의 살균 또는 효소의 실활을 행하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 식품의 처리 방법.
〔8〕고형상 식품이, 야채 또는 과일인 것을 특징으로 하는 〔7〕에 기재된 식품의 처리 방법.
〔9〕이산화탄소 공급원, 이산화탄소 공급원과 연통 가능하고, 공급된 이산화탄소를 미소 기포화하는 미소 기포 발생 부재, 미소 기포 발생 부재가 내부에 설치되어 있고, 액상 식품을 저류해두기 위한 액상 식품 저류조(貯留槽), 액상 식품 저류조로부터 배출된 액상 식품을 저류해두는 처리 종료 액상 식품 저류조, 및 처리 종료 액상 식품 저류조 및 이산화탄소 공급원과 연통하여, 처리 종료 액상 식품 저류조 중의 이산화탄소를 포집하여, 이산화탄소 공급원으로 되돌리는 이산화탄소 회수 부재를 포함하는 액상 식품의 처리 장치로서, 이산화탄소를 미소 기포화하는 미소 기포 발생 부재가 이산화탄소와 액체의 존재 하에 부압을 이용하여 미소 기포를 발생시키는 것을 특징으로 하는 액상 식품의 처리 장치.
〔10〕이산화탄소 공급원, 이산화탄소 공급원과 연통 가능하고, 공급된 이산화탄소를 미소 기포화하는 미소 기포 발생 부재, 미소 기포 발생 부재가 내부에 설치되어 있고, 액체를 저류해두기 위한 액체 저류조, 및 이산화탄소 공급원 및 액체 저류조와 연통 가능하고, 고형상 식품을 저류해두기 위한 고형상 식품 저류조를 포함하는 고형상 식품의 처리 장치로서, 이산화탄소를 미소 기포화하는 미소 기포 발생 부재가 이산화탄소와 액체의 존재 하에 부압을 이용하여 미소 기포를 발생시키는 것을 특징으로 하는 고형 식품의 처리 장치.
[발명의 효과]
본 발명에 의하면, 식품 등의 향기 성분을 제거해 버리지 않고, 식품 등의 품질의 열화를 최소한으로 억제하여 미생물 살균·효소 실활 처리할 수 있다. 또한, 초임계 이산화탄소를 사용하는 처리 방법과 같은 견고한 장치도 필요하지 않으므로, 장치 비용도 낮게 할 수 있다.
도 1은 이산화탄소의 미소 기포의 외관 사진. 좌는 다공질 필터를 사용하여 이산화탄소를 미소 기포화한 경우의 사진, 우는 마이크로·나노버블 발생 장치를 사용하여 이산화탄소를 미소 기포화한 후 정치한 상태의 사진.
도 2는 본 발명의 액상 식품의 처리 방법에 사용하는 장치의 일례를 나타내는 도면.
도 3은 본 발명의 고형상 식품의 처리 방법에 사용하는 장치의 일례를 나타내는 도면.
도 4는 이산화탄소의 공급 방법을 나타내는 도면.
도 5a는 본 발명의 처리 방법을 행한 경우의 용존 이산화탄소 농도의 경시적 변화를 나타내는 도면. 이산화탄소 공급량은 100mL/min으로 했다. 도면 중의 ◆는 미소 기포화시키지 않고 이산화탄소를 방출한 경우, ■는 다공질 필터를 사용하여 이산화탄소를 미소 기포화한 경우, ▲는 1기의 마이크로·나노버블 발생 장치를 사용하여 이산화탄소를 미소 기포화한 경우, ×는 2기의 마이크로·나노버블 발생 장치를 사용하여 이산화탄소를 미소 기포화한 경우의 각각의 용존 이산화탄소 농도를 나타낸다.
도 5b는 본 발명의 처리 방법을 행한 경우의 용존 이산화탄소 농도의 경시적 변화를 나타내는 도면. 이산화탄소 공급량은 500mL/min으로 했다. 도면 중의 ◆는 미소 기포화시키지 않고 이산화탄소를 방출한 경우, ■는 다공질 필터를 사용하여 이산화탄소를 미소 기포화한 경우, ▲는 1기의 마이크로·나노버블 발생 장치를 사용하여 이산화탄소를 미소 기포화한 경우, ×는 2기의 마이크로·나노버블 발생 장치를 사용하여 이산화탄소를 미소 기포화한 경우의 각각의 용존 이산화탄소 농도를 나타낸다.
도 5c는 본 발명의 처리 방법을 행한 경우의 용존 이산화탄소 농도의 경시적 변화를 나타내는 도면. 이산화탄소 공급량은 1000mL/min으로 했다. 도면 중의 ◆는 미소 기포화시키지 않고 이산화탄소를 방출한 경우, ■는 다공질 필터를 사용하여 이산화탄소를 미소 기포화한 경우, ▲는 1기의 마이크로·나노버블 발생 장치를 사용하여 이산화탄소를 미소 기포화한 경우, ×는 2기의 마이크로·나노버블 발생 장치를 사용하여 이산화탄소를 미소 기포화한 경우의 각각의 용존 이산화탄소 농도를 나타낸다.
도 5d는 본 발명의 처리 방법을 행한 경우의 용존 이산화탄소 농도의 경시적 변화를 나타내는 도면. 이산화탄소 공급량은 2000mL/min으로 했다. 도면 중의 ◆는 미소 기포화시키지 않고 이산화탄소를 방출한 경우, ■는 다공질 필터를 사용하여 이산화탄소를 미소 기포화한 경우, ▲는 1기의 마이크로·나노버블 발생 장치를 사용하여 이산화탄소를 미소 기포화한 경우, ×는 2기의 마이크로·나노버블 발생 장치를 사용하여 이산화탄소를 미소 기포화한 경우의 각각의 용존 이산화탄소 농도를 나타낸다.
도 6a는 이산화탄소 공급량을 바꿔, 본 발명의 처리 방법을 행한 경우의 대장균의 균수의 경시적 변화를 나타내는 도면. 이산화탄소 공급량은 100mL/min으로 했다. 도면 중의 ◆는 미소 기포화시키지 않고 이산화탄소를 방출한 경우, ■는 다공질 필터를 사용하여 이산화탄소를 미소 기포화한 경우, ▲는 1기의 마이크로·나노버블 발생 장치를 사용하여 이산화탄소를 미소 기포화한 경우, ×는 2기의 마이크로·나노버블 발생 장치를 사용하여 이산화탄소를 미소 기포화한 경우의 각각의 생잔균수(生殘菌數)를 나타낸다.
도 6b는 이산화탄소 공급량을 바꿔, 본 발명의 처리 방법을 행한 경우의 대장균의 균수의 경시적 변화를 나타내는 도면. 이산화탄소 공급량은 500mL/min으로 했다. 도면 중의 ◆는 미소 기포화시키지 않고 이산화탄소를 방출한 경우, ■는 다공질 필터를 사용하여 이산화탄소를 미소 기포화한 경우, ▲는 1기의 마이크로·나노버블 발생 장치를 사용하여 이산화탄소를 미소 기포화한 경우, ×는 2기의 마이크로·나노버블 발생 장치를 사용하여 이산화탄소를 미소 기포화한 경우의 각각의 생잔균수를 나타낸다.
도 6c는 이산화탄소 공급량을 바꿔, 본 발명의 처리 방법을 행한 경우의 대장균의 균수의 경시적 변화를 나타내는 도면. 이산화탄소 공급량은 1000mL/min으로 했다. 도면 중의 ◆는 미소 기포화시키지 않고 이산화탄소를 방출한 경우, ■는 다공질 필터를 사용하여 이산화탄소를 미소 기포화한 경우, ▲는 1기의 마이크로·나노버블 발생 장치를 사용하여 이산화탄소를 미소 기포화한 경우, ×는 2기의 마이크로·나노버블 발생 장치를 사용하여 이산화탄소를 미소 기포화한 경우의 각각의 생잔균수를 나타낸다.
도 6d는 이산화탄소 공급량을 바꿔, 본 발명의 처리 방법을 행한 경우의 대장균의 균수의 경시적 변화를 나타내는 도면. 이산화탄소 공급량은 2000mL/min으로 했다. 도면 중의 ◆는 미소 기포화시키지 않고 이산화탄소를 방출한 경우, ■는 다공질 필터를 사용하여 이산화탄소를 미소 기포화한 경우, ▲는 1기의 마이크로·나노버블 발생 장치를 사용하여 이산화탄소를 미소 기포화한 경우, ×는 2기의 마이크로·나노버블 발생 장치를 사용하여 이산화탄소를 미소 기포화한 경우, *는 2기의 마이크로·나노버블 발생 장치를 사용하여 이산화탄소 대신에 질소를 미소 기포화한 경우의 각각의 생잔균수를 나타낸다.
도 7a는 처리 온도를 바꿔, 본 발명의 처리 방법을 행한 경우의 효모의 균수의 경시적 변화를 나타내는 도면. 에탄올 비존재 하에서 실험을 행했다. 처리 압력은 2MPa, 이산화탄소 공급량은 2000mL/min으로 했다. 도면 중의 ◆는 처리 온도를 40℃로 한 경우, ■는 처리 온도를 45℃로 한 경우, △는 처리 온도를 50℃로 한 경우의 각각의 생잔균수를 나타낸다.
도 7b는 처리 온도를 바꿔, 본 발명의 처리 방법을 행한 경우의 효모의 균수의 경시적 변화를 나타내는 도면. 5% 에탄올(또는 7% 에탄올) 조건 하에서 실험을 행했다. 처리 압력은 2MPa, 이산화탄소 공급량은 2000mL/min으로 했다. 도면 중의 ●는 처리 온도를 35℃로 한 경우, ▲는 처리 온도를 35℃로 하고, 에탄올 농도를 7%로 한 경우, ◆는 처리 온도를 40℃로 한 경우, ■는 처리 온도를 45℃로 한 경우의 각각의 생잔균수를 나타낸다.
도 8은 이산화탄소의 공급 방법을 바꿔, 본 발명의 처리 방법을 행한 경우의 효모의 균수의 경시적 변화를 나타내는 도면. 5% 에탄올 조건 하에서 실험을 행했다. 처리 온도는 40℃, 처리 압력은 2MPa, 이산화탄소 공급량은 2000mL/min으로 했다. 도면 중의 ◆는 미소 기포화시키지 않고 이산화탄소를 방출한 경우, ■는 공경이 10㎛의 다공질 필터를 사용하여 이산화탄소를 미소 기포화한 경우, ▲는 공경이 1㎛의 다공질 필터를 사용하여 이산화탄소를 미소 기포화한 경우, ×는 1기의 마이크로·나노버블 발생 장치를 사용하여 이산화탄소를 미소 기포화한 경우, *는 2기의 마이크로·나노버블 발생 장치를 사용하여 이산화탄소를 미소 기포화한 경우, ●는 2기의 마이크로·나노버블 발생 장치를 사용하여 이산화탄소 대신에 질소를 미소 기포화한 경우의 각각의 생잔균수를 나타낸다.
도 9는 에탄올 농도를 바꿔, 본 발명의 처리 방법을 행한 경우의 효모의 균수의 경시적 변화를 나타내는 도면. 처리 온도는 40℃, 처리 압력은 2MPa, 이산화탄소 공급량은 2000mL/min으로 했다. 도면 중의 ◆는 에탄올 비존재 하, ■는 5% 에탄올 존재 하, ▲는 10% 에탄올 존재 하에서의 각각의 생잔균수를 나타낸다.
도 10은 처리 압력을 바꿔, 본 발명의 처리 방법을 행한 경우의 효모의 균수의 경시적 변화를 나타내는 도면. 처리 온도는 40℃, 이산화탄소 공급량은 2000mL/min, 에탄올 농도는 5%로 했다. 도면 중의 ◆는 처리 압력을 0MPa(상압)로 한 경우, ■는 처리 압력을 0.1MPa로 한 경우, ▲는 처리 압력을 0.3MPa로 한 경우, ×는 처리 압력을 0.5MPa로 한 경우, *는 처리 압력을 1.0MPa로 한 경우, ●는 처리 압력을 2.0MPa로 한 경우의 각각의 생잔균수를 나타낸다.
도 11은 에탄올 농도를 바꿔, 본 발명의 처리 방법을 행한 경우의 화락균(火落菌)의 균수의 경시적 변화를 나타내는 도면. 처리 온도는 40℃, 처리 압력은 2MPa, 이산화탄소 공급량은 2000mL/min으로 했다. 도면 중의 ◆는 10% 에탄올 존재 하, ■는 15% 에탄올 존재 하, ▲는 20% 에탄올 존재 하에서의 각각의 생잔균수를 나타낸다.
도 12는 처리 온도를 바꿔, 본 발명의 처리 방법을 행한 경우의 화락균의 균수의 경시적 변화를 나타내는 도면. 처리 압력은 2MPa, 에탄올 농도는 10%, 이산화탄소 공급량은 2000mL/min으로 했다. 도면 중의 ◆는 처리 온도를 40℃로 한 경우, ■는 처리 온도를 45℃로 한 경우, ▲는 처리 온도를 40℃로 하고, 이산화탄소 대신에 질소를 공급한 경우의 각각의 생잔균수를 나타낸다.
도 13은 처리 압력을 바꿔, 본 발명의 처리 방법을 행한 경우의 화락균의 균수의 경시적 변화를 나타내는 도면. 처리 온도는 40℃, 이산화탄소 공급량은 2000mL/min, 에탄올 농도는 15%로 했다. 도면 중의 ◆는 처리 압력을 0.5MPa로 한 경우, ■는 처리 압력을 1.0MPa로 한 경우, ▲는 처리 압력을 2.0MPa로 한 경우의 각각의 생잔균수를 나타낸다.
도 14a는 열처리만을 행한 경우의 산성 프로테아제 효소의 잔존 활성의 경시적 변화를 나타내는 도면. 처리 온도는 40℃. 이산화탄소의 공급은 행하지 않았다. 도면 중의 ◆는 에탄올 비존재 하, ■는 10% 에탄올 존재 하, ▲는 15% 에탄올 존재 하, ×는 20% 에탄올 존재 하에서의 각각의 잔존 활성을 나타낸다.
도 14b는 저가압 마이크로·나노버블 이산화탄소 처리를 행한 경우의 산성 프로테아제 효소의 잔존 활성의 경시적 변화를 나타내는 도면. 처리 온도는 40℃, 처리 압력은 2MPa, 이산화탄소 공급량은 2000mL/min으로 했다. 도면 중의 ◆는 에탄올 비존재 하, ■는 10% 에탄올 존재 하, ▲는 15% 에탄올 존재 하, ×는 20% 에탄올 존재 하에서의 각각의 잔존 활성을 나타낸다.
도 15는 저가압 이산화탄소를 공급한 증류수에 노출한 양배추의 외관 사진(도 15 우상 및 우하). 저가압 이산화탄소 중에 둔 후, 저가압 이산화탄소를 공급한 증류수에 노출한 양배추의 외관 사진(도 15 중앙상 및 중앙하). 미처리의 양배추의 외관 사진(도 15 좌).
도 16은 저가압 이산화탄소를 공급한 증류수에 노출한 양상추의 외관 사진(도 16 우상 및 우하). 저가압 이산화탄소 중에 둔 후, 저가압 이산화탄소를 공급한 증류수에 노출한 양상추의 외관 사진(도 16 중앙상 및 중앙하). 미처리의 양상추의 외관 사진(도 16 좌).
101…액상 식품 저류조
102…식품 순환 펌프
103…식품관
104…마이크로·나노버블 발생 장치
105…이산화탄소 공급원
106…배출구
107…처리 종료 액상 식품 저류조
108…냉각기
109…이산화탄소 가압 펌프
111…밸브
115…개방 밸브
201…액체 저류조
202…액체 순환 펌프
203…액체관
204…마이크로·나노버블 발생 장치
205…이산화탄소 공급원
206…배출구
207…처리 종료 액체 저류조
208…냉각기
209…이산화탄소 가압 펌프
210…향기 성분 흡착조
211…밸브
212…고형상 식품 저류조
213…마개
214…압력계
215…개방 밸브
[발명을 실시하기 위한 최량의 형태]
이하, 본 발명을 상세하게 설명한다.
본 발명의 식품의 처리 방법은, 0.2∼2MPa 하에 이산화탄소의 미소 기포를, 미생물 또는 효소를 함유하는 액상 식품 혹은 고형상 식품에 접촉시키고, 이에 의해 식품 중의 미생물의 살균 또는 효소의 실활을 행하는 것을 특징으로 하는 것이다.
처리 압력이 0.2MPa 미만의 경우는 살균 효과가 충분하지 않고, 또한, 2MPa를 초과하면 식품의 향기 성분의 손실 증대, 장치 비용의 상승 등의 문제가 생기므로, 처리 압력(대기압과의 차압)은, 통상, 0.2∼2MPa로 한다. 처리 압력은, 식품의 종류나 식품과의 접촉 시간 등에 따라, 상기 범위 내에서 임의로 변경할 수 있지만, 0.3∼2MPa로 하는 것이 더욱 바람직하다.
미소 기포의 크기는 미생물에 대한 살균 효과나 효소에 대한 실활 효과를 향상시킬 수 있는 범위 내이면 특별히 한정되지 않지만, 기포의 평균 직경은 10㎛ 이하인 것이 바람직하다.
이산화탄소와 액체의 존재 하에 부압을 이용하여 이산화탄소의 미소 기포를 발생시키는 장치로서는, 특허 제3682286호 게재 공보에 기재되어 있는 미세 기포 발생 장치, 즉, 내압 용기 내에 이산화탄소의 기액 혼합 유체의 선회류에 기인하는, 부압을 이용하여 전단력에 의해, 이산화탄소의 미소 기포를 발생시키는 장치를 사용하는 것이 유효하다. 이 미세 기포 발생 장치는, 정수장이나 하천의 정화, 축산 배뇨의 정화, 활어의 수송시나 양식시의 산소 공급, 수경 재배시의 용존 산소량 증가, 슬러지(sludge) 등의 부상에 의한 오니수(汚泥水) 처리, 저수조의 칼크(kalk)류의 제거, 오존 혼합에 의한 살균, 멸균, 탈취, 입욕시의 혈행(血行) 촉진, 세탁기, 발효 식품류의 발효 및 배양의 촉진, 각종 약품과 각종 가스의 고밀도 접촉에 의한 용해 및 중화, 화학공장의 기액 반응 장치에 있어서의 기액 반응의 촉진, 안면 세정기에 사용하는 것을 목적으로 한 장치로, 상온에서 사용하는 것이다. 또한, 일본 특개2007-229674호 공보에 기재되어 있는 플립플롭(flip-flop)류의 부압을 이용하는 것도 유효하다.
도 1에 다공질 필터를 사용하여 발생시킨 미소 기포(좌)와 미소 기포 발생 장치를 사용하여 발생시킨 미소 기포(우)의 외관 사진을 나타낸다. 도 1에 나타내는 바와 같이, 다공질 필터를 사용한 경우는 기포가 수면에서 파열하여 있는 것에 대해, 미소 기포 발생 장치를 사용한 경우에는 기포의 파열이 보이지 않고, 유탁색을 띠고 있다. 이러므로, 본 발명의 미소 기포는 지속적으로 식품에 작용할 수 있고, 게다가, 0.2∼2MPa의 압력 범위에서 사용함으로써, 살균, 효소의 실활 작용이 현저하게 되는 것으로 추측된다. 본 발명에서 이산화탄소와 액체의 존재 하에 부압을 이용하여 미소 기포를 발생시키기 위해서 사용하는 액체로서는, 본 발명에 적용하는 액상 식품을 사용하는 것이 호적(好適)하다. 적용하는 액상 식품이 희석되어 있어도 지장이 없는 경우는 물 등의 액체이어도 좋다. 또한, 적용하는 식품이 고체상인 경우는 물 등의 액체가 호적하게 적용할 수 있다.
이산화탄소의 미소 기포와 액상 식품의 접촉은, 에탄올 존재 하에서 행하는 것이 바람직하다. 에탄올은 원래 액상 식품에 함유되어 있는 것이어도 좋고, 또한, 액상 식품에 별도 첨가한 것이어도 좋다. 원래 에탄올을 함유하고 있지 않은 액상 식품에 에탄올을 첨가하는 경우, 액상 식품 중의 에탄올 농도는 특별히 한정되지 않지만, 액상 식품 중의 농도가 0.1질량% 미만에서는 살균 효과 등의 증강 효과가 약하고, 또한, 30질량%를 초과하면 식품의 품질에 영향을 주는 등의 문제가 생기므로, 통상은, 0.1∼30질량%로 하고, 바람직하게는, 0.5∼25질량%로 한다.
처리시의 온도는 특별히 한정되지 않지만, 온도가 20℃ 미만에서는 살균 효과 등이 충분하지 않고, 또한, 50℃를 초과하면 식품의 품질을 열화시키는 가능성이 있으므로, 통상은, 20∼50℃로 하고, 바람직하게는, 30∼45℃로 한다.
접촉시키는 이산화탄소의 공급량도 특별히 한정되지 않지만, 처리액 25L에 대해 100mL/min 미만에서는 살균 효과 등이 충분하지 않고, 또한, 5000mL/min를 초과해도 살균 효과 등의 향상을 기대할 수 없으므로, 통상은, 100∼5000mL/min, 바람직하게는, 1000∼5000mL/min으로 한다. 단, 공급량이 작을 때에는, 처리액 중에의 이산화탄소의 미소 기포의 존재량이 작아 식품에 대한 살균 효과 등이 작아져 있다고 추측된다. 따라서, 살균 효과 등을 빠르게 하려는 경우에는, 5000mL/min으로 하고, 완만 처리를 하려는 경우에는, 1000mL/min를 선택하면 좋다. 또한, 미리 이산화탄소의 미소 기포가 충분한 양으로 유지된 용액을 처리액에 공급하도록 하면, 처리 시간을 단축시킬 수 있어 호적하다.
처리 시간도 특별히 한정되지 않고, 충분한 살균 효과 등이 발휘될 때까지 처리를 행하면 좋다. 통상, 처리 시간은 1∼60분이며, 바람직하게는, 5∼40분이다.
처리에 사용하는 이산화탄소는, 항상 새롭게 공급되는 이산화탄소를 사용해도 좋지만, 식품에 접촉시킨 후의 이산화탄소를 회수하고, 회수한 이산화탄소를 다시 식품의 처리에 사용하여, 이산화탄소를 순환시키는 것이 바람직하다. 이와 같이 이산화탄소를 순환시킴으로써, 이산화탄소의 사용량을 절약할 수 있다. 이산화탄소의 순환은 어떠한 장치를 사용하여 행해도 좋지만, 이산화탄소 공급원, 이산화탄소 공급원과 연통 가능하고, 공급된 이산화탄소를 미소 기포화하는 미소 기포 발생 부재, 미소 기포 발생 부재가 내부에 설치되어 있고, 식품을 저류해두기 위한 식품 저류조, 식품 저류조로부터 배출된 식품을 저류해두는 처리 종료 식품 저류조, 및 처리 종료 식품 저류조 및 이산화탄소 공급원과 연통하여, 처리 종료 식품 저류조에서 발생한 이산화탄소를 포집하여, 이산화탄소 공급원으로 되돌리는 이산화탄소 회수 부재를 포함하는 장치를 사용하는 것이 바람직하다. 또한, 이 장치 내의 압력은 0.2∼2MPa 하에서 처리에 제공되므로, 이 장치는, 강한 내압성을 요구할 필요가 없다.
이산화탄소를 순환시키는 처리 장치의 일례를 도 2에 나타낸다. 이 장치는, 액상 식품 저류조(101), 미소 기포 발생 부재인 마이크로·나노버블 발생 장치(104), 이산화탄소 공급원(105), 처리 종료 액상 식품 저류조(107), 이산화탄소 회수 부재인 이산화탄소 가압 펌프(109)를 포함하고, 또한 마이크로·나노버블 발생 장치(104)에 의한 미소 기포의 발생을 보조하는 식품 순환 펌프(102) 및 식품관(103), 이산화탄소의 회수를 효율화하는 냉각기(108), 각 부재의 연통 관계를 조정하는 밸브(111(a, b, c, d, e)) 및 개방 밸브(115), 액상 식품 저류조(101) 내의 압력을 측정하는 압력계(114)를 포함한다. 식품은, 식품 순환 펌프(102)에 의해 액상 식품 저류조(101)와 식품관(103)을 순환하고 있다. 식품관(103)은, 그 양단이 액상 식품 저류조(101)의 중간부와 하부에 각각 이어져 있고, 액상 식품 저류조(101)의 중간부에 있는 식품관(103)의 선단에는 마이크로·나노버블 발생 장치(104)가 접속되어 있다. 식품관(103)은 액상 식품 저류조(101)의 상부(기상) 및 이산화탄소 공급원(105)과 연통 가능하며, 밸브(111c)와 밸브(111e)를 '개', 밸브(111a)를 '폐'로 함으로써, 이산화탄소가 식품 순환 펌프(102)에 의해 순환하고 있는 식품관(103) 중의 식품에 유입한다. 유입한 이산화탄소는, 마이크로·나노버블 발생 장치(104)에 의해 미소 기포화되어, 액상 식품 저류조(101) 내의 식품 중에 방출된다. 식품 중에 방출된 미소 기포화 이산화탄소는, 극히 느리게 액상 식품 저류조(101)의 상부로 이동한다. 이 사이에, 식품에 작용하여 살균 등에 기여하는 것으로 생각된다. 액상 식품 저류조(101) 내의 압력은, 압력계(114)를 계측하면서 밸브(115)를 적절히 개폐함으로써 일정한 값, 0.2∼2MPa로 유지한다. 장치의 운전 개시시에는, 액상 식품 저류조(101) 내의 압력을 올리기 위해서, 밸브(111a, 111e)를 열고, 액상 식품 저류조(101)의 상부에 이산화탄소 공급원(105)으로부터 이산화탄소를 공급한다. 액상 식품 저류조(101) 내의 압력이 목적의 값에 달하면, 밸브(111a)를 닫고, 밸브(111c)를 연다. 이에 의해, 식품관(103) 중의 식품 중에 이산화탄소가 공급되지만, 이산화탄소는 식품 중에 용입(溶入)하므로, 잠깐, 액상 식품 저류조(101) 내의 압력은 일정한 값으로 유지된다. 이산화탄소의 용존량의 한계를 초과하면, 액상 식품 저류조(101) 내의 압력은 상승하기 시작하므로, 소요 압력이 되었을 때 밸브(111e)를 닫고, 이산화탄소 공급원(105)으로부터의 이산화탄소의 공급을 멈춘다. 식품의 배출 등에 의해 액상 식품 저류조(101) 내의 압력이 내려간 경우에는, 밸브(111a)를 열어, 이산화탄소 공급원(105)으로부터 새로운 이산화탄소를 공급하여, 액상 식품 저류조(101) 내의 압력을 일정한 값으로 유지한다. 이산화탄소의 미소 기포와 접촉시킨 식품은, 연속적으로 또는 간헐적으로 배출구(106)로부터 배출되어, 처리 종료 액상 식품 저류조(107)로 이동한다. 처리 종료 액상 식품 저류조(107) 내는 상압으로 조정되어 있기 때문에, 압력의 저하에 의해 식품으로부터 이산화탄소가 발생한다. 발생한 이산화탄소는 냉각기(108)에 의해 냉각된 후, 이산화탄소 가압 펌프(109)에 의해 이산화탄소 공급원(105)에 보내진다. 이 장치로는, 이산화탄소는 외부로 누출하지 않고, 장치 내를 순환한다.
또, 상기 예에 있어서는, 액체 저류조(101)로서 탱크상의 것을 나타냈지만, 이것에 한정되지 않고, 예를 들면, 횡장통상(橫長筒狀)의 액체 저류조를 사용하고, 이 액체 저류조의 일단(一端)으로부터 식품관에 접속되는 마이크로·버블 발생 장치를 배치하고, 액체 저류조의 타단(他端)측에는 액체 저류조 중의 액상 식품을 순환 펌프로 유도하는 식품관을 배치하도록 해도 좋다.
액상 식품의 종류는 특별히 한정되지 않지만, 화입 전의 청주, 아황산 혹은 아황산염 첨가 전의 와인, 여과 혹은 열처리 전의 맥주 등의 알코올 음료의 제조 중간물을 호적한 식품으로서 예시할 수 있다. 이들 식품의 살균 및 효소의 실활에는, 가열, 여과, 아황산 혹은 아황산염 첨가 등의 처리 방법이 이용되고 있지만, 이들 처리 방법 대신에, 본 발명의 처리 방법을 채용할 수 있다. 알코올 음료의 제조 중간물 외에도, 우유, 과즙, 청량 음료수, 간장, 미림 등의 조미료, 차, 의약품 등을 처리의 대상으로 할 수 있다.
살균 대상으로 하는 미생물의 종류는 특별히 한정되지 않고, 인체에 유해한 미생물, 식품의 품질을 열화시키는 미생물 등을 살균 대상으로 할 수 있다. 구체적으로는, 대장균, 젖산균, 살모넬라균, 리스테리아균, 레지오넬라균, 국균(麴菌), 아세트산균 등의 세균, 맥주 효모, 청주 효모, 와인 효모, 간장 효모 등의 효모를 살균 대상으로 할 수 있다.
실활의 대상으로 하는 효소도 특별히 한정되지 않고, 예를 들면, 산성 프로테아제, 산성 카르복시펩티다아제, α-글루코시다아제, α-아밀라아제, β-아밀라아제, 글루코아밀라아제, 펩틴에스테라아제, 폴리페놀옥시다아제, 라파아제 등을 대상으로 할 수 있다.
이와 같은 액상 식품의 처리 방법은, 음료수에 대해서도 마찬가지로 행할 수 있어, 음료수 중의 미생물을 살균할 수 있다.
또한, 이 액상 식품의 처리 방법은, 고형상 식품의 처리 방법에도 응용할 수 있다. 즉, (1)제1 용기 내에서, 이산화탄소와 액체의 존재 하에 부압을 이용하여 발생한 이산화탄소의 미소 기포를, 0.2∼2MPa 하에서 액체 중에 유지시키는 공정, (2)제2 용기 내에, 미생물 또는 효소를 함유하는 고형상 식품을 넣고, 제1 용기와 등압이 되도록 이산화탄소를 공급하는 공정, 및 (3)이산화탄소의 미소 기포를 유지한 액체를 고형상 식품에 접촉시키는 공정으로 이루어진다. 이에 의해 식품 중의 미생물의 살균 또는 효소의 실활을 행할 수 있다.
공정(1)은, 상술한 액상 식품의 처리 방법에 있어서의 액상 식품을 액체로 치환한 것뿐이며, 액상 식품의 처리 방법과 같이 행할 수 있다. 또한, 제2 용기를 제1 용기와 파이프를 거쳐 접속하여 제1 용기 내의 이산화탄소의 미소 기포를 제2 용기에 공급할 수도 있다. 사용하는 액체는 특별히 한정되는 것은 아니고, 물이나 생리 식염수 등을 사용할 수 있다.
공정(2)에 있어서의 고형상 식품은 특별히 한정되지 않고, 야채, 과일, 햄, 소시지, 곤약, 옥수수 등을 예시할 수 있다.
이 고형상 식품의 처리 방법에 사용하는 장치는 어떠한 것이어도 좋지만, 이산화탄소 공급원, 이산화탄소 공급원과 연통 가능하고, 공급된 이산화탄소를 미소 기포화하는 미소 기포 발생 부재, 미소 기포 발생 부재가 내부에 설치되어 있고, 액체를 저류해두기 위한 액체 저류조(제1 용기), 및 이산화탄소 공급원 및 액체 저류조와 연통 가능하고, 고형상 식품을 저류해두기 위한 고형상 식품 저류조(제2 용기)를 포함하는 장치를 사용하는 것이 바람직하다. 또한, 액상 식품의 경우와 같이, 이산화탄소를 순환시키기 위해서, 고형상 식품 저류조로부터 배출된 액체를 저류해두는 처리 종료 액체 저류조, 및 처리 종료 액체 저류조 및 이산화탄소 공급원과 연통하여, 처리 종료 액체 저류조에서 발생한 이산화탄소를 포집하여, 이산화탄소 공급원으로 되돌리는 이산화탄소 회수 부재도 포함하는 장치를 사용해도 좋다. 또한, 이 장치 내의 압력은 0.2∼2MPa 하에서 처리에 제공되므로, 이 장치는, 강한 내압성을 요구할 필요가 없다.
고형상 식품의 처리 장치의 일례를 도 3에 나타낸다. 이 장치는, 고형상 식품 저류조(212), 액체 저류조(201), 미소 기포 발생 부재인 마이크로·나노버블 발생 장치(204), 이산화탄소 공급원(205), 처리 종료 액체 저류조(207), 이산화탄소 회수 부재인 이산화탄소 가압 펌프(209)를 포함하고, 또한 마이크로·나노버블 발생 장치(204)에 의한 미소 기포의 발생을 보조하는 액체 순환 펌프(202) 및 액체관(203), 이산화탄소의 회수를 효율화하는 냉각기(208), 각 부재의 연통 관계를 조정하는 밸브(211(a, b, c, d, e)), 개방 밸브(215), 및 마개(213), 및 액체 저류조(201) 내와 고형상 식품 저류조(202)의 압력을 측정하는 압력계(214)를 포함한다.
액체는, 액체 순환 펌프(202)에 의해 액체 저류조(201)와 액체관(203)을 순환하고 있다. 액체관(203)은, 그 양단이 액체 저류조(201)의 중간부와 하부에 각각 이어져 있고, 액체 저류조(201)의 중간부에 있는 액체관(203)의 선단에는 마이크로·나노버블 발생 장치(204)가 접속되어 있다. 액체관(203)은 액체 저류조(201)의 상부(기상) 및 이산화탄소 공급원(205)과 연통 가능하며, 밸브(211d)와 밸브(211e)를 '개', 밸브(211c)를 '폐'로 함으로써, 이산화탄소가 식품 순환 펌프(202)에 의해 순환하고 있는 액체관(203) 중의 액체에 유입한다. 유입한 이산화탄소는, 마이크로·나노버블 발생 장치(204)에 의해 미소 기포화되어, 액체 저류조(201) 내의 액체 중에 방출된다. 액체 중에 방출된 미소 기포화 이산화탄소는, 극히 느리게 액체 저류조(201)의 상부로 이동한다. 액체 저류조(201) 내의 압력은, 압력계(214)를 계측하면서 밸브(215)를 적절히 개폐함으로써 일정한 값, 0.2∼2MPa로 유지한다. 장치의 운전 개시시에는, 액체 저류조(201) 및 고형상 식품 저류조(212) 내의 압력을 올리기 위해서, 밸브(211b, 211c) 및 밸브(211e)를 열고, 액체 저류조(201)의 상부 및 고형상 식품 저류조(212)에 이산화탄소 공급원(205)으로부터 이산화탄소를 공급한다. 양 조 내의 압력이 목적의 값에 달하면, 밸브(211c)를 닫고, 밸브(211d)를 연다. 이에 의해, 액체관(203) 중의 액체 중에 이산화탄소가 공급되지만, 이산화탄소는 액체 중에 용입하므로, 잠깐, 액체 저류조(201) 및 고형상 식품 저류조(212) 내의 압력은 일정한 값으로 유지된다. 이산화탄소의 용존량의 한계를 초과하면, 압력은 상승하기 시작하므로, 소요 압력이 되었을 때 밸브(211e)를 닫고, 이산화탄소 공급원(205)으로부터의 이산화탄소의 공급을 멈춘다. 액체의 배출 등에 의해 액체 저류조(201) 및 고형상 식품 저류조(212) 내의 압력이 내려간 경우에는, 밸브(211d)를 닫은 상태에서 밸브(211c)를 열어, 이산화탄소 공급원(205)으로부터 새로운 이산화탄소를 공급하여, 이산화탄소의 압력을 일정한 값으로 유지한다. 이 사이에, 이산화탄소의 미소 기포와 일정 시간 접촉시킨 액체는, 마개(213)를 열어, 고형상 식품 저류조(212)로 이동시켜, 고형상 식품과 접촉시킨다. 고형상 식품과 일정 시간 접촉시킨 액체는, 배출구(206)로부터 배출되어, 처리 종료 액체 저류조(207)로 이동한다. 처리 종료 액체 저류조(207) 내는 상압으로 조정되어 있기 때문에, 압력의 저하에 의해 액체로부터 이산화탄소가 발생한다. 발생한 이산화탄소는 냉각기(208)에 의해 냉각된 후, 이산화탄소 가압 펌프(209)에 의해 이산화탄소 공급원(205)에 보내진다. 이와 같이 액체 저류조(201)와 고형상 식품 저류조(212)를 나누어 처리하는 것으로 했으므로, 고형상 식품에 대해, 물리적 힘이 가해지는 것을 피할 수 있다.
또, 상기 예에 있어서는, 고형상 식품 저류조(212)를 액체 저류조(201)의 하류측에 설치했지만, 고체상 식품 저류조(212)를 바스켓체로 하고, 액체 저류조(201) 내의 상부에 대기시켜 두고, 이산화탄소의 미소 기포의 발생이 숙성한 시점에, 당해 바스켓체를 하강시켜 당해 바스켓체 중에 넣어둔 고형상 식품을 이산화탄소의 미소 기포와 접촉시키는 것도 본 발명에 포함된다.
[실시예]
이하, 실시예에 의해 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다.
〔실시예1〕생리 식염수 중의 미생물에 대한 살균 실험
(1)실험 방법
(1-1)미생물 현탁액의 조정
대장균(Escherichia coli NBRC14237), 효모(Saccharomyces cerevisiae NBRC10217) 및 화락균(Lactobacillus fructivorans s36)의 각각의 현탁액의 제조는 이하와 같이 행했다. 1백금이(loop)량의 각 균체를, 대장균으로는 10mL의 뉴트리언트 배지(Difco), 효모로는 10mL의 YM 배지(Difco), 화락균으로는 10% 에탄올을 함유하는 10mL의 S.I. 배지((재)일본양조협회)를 각각 시험관 내에 현탁하고, 대장균으로는 37℃에서 16시간, 효모로는 30℃에서 10시간, 화락균으로는 30℃에서 7일간 배양했다. 그 후, 대장균 및 효모의 배양액을 각각 190mL의 뉴트리언트 배지 및 300mL의 YM 배지를 함유하는 삼각 플라스크에 각각 첨가하여, 대장균으로는 37℃에서 24시간, 효모로는 30℃에서 12시간 진탕 배양했다. 또한, 0.5mL의 화락균의 배양액을 15% 에탄올을 함유하는 10mL의 S.I. 배지로 옮기고, 30℃에서 7일간 배양했다. 그들 배양액으로부터 균체를 2도의 원심 분리(4℃, 10000×g, 10분)에 의해 수집하여, 초발균수 105∼106CFU/mL가 되도록 균체를 생리 식염수 중에 현탁하여 각 시료로서 실험에 사용했다.
(1-2)생잔균수의 측정
대장균, 효모 및 화락균의 생잔균수는 표준 한천 배지(닛스이세이야쿠가부시키가이샤), YM 한천 배지, 및 S.I. 한천 배지에 각각 0.1mL의 시료 1/10씩 단계적으로 희석하여 도포했다. 대장균으로는 37℃에서 24시간, 효모로는 30℃에서 48시간, 화락균으로는 30℃에서 10일간 각각 배양하여, 형성한 콜로니수를 측정함으로써 행했다.
(1-3)이산화탄소의 공급
이산화탄소의 공급은, 도 4의 (a)∼(d)에 나타내는 바와 같이, 1)마이크로·나노버블 발생 장치를 사용한 공급(도 4(a)와 도 4(b)), 2)미크로필터를 사용한 공급(도 4(c)), 3)미소 기포화를 이용하지 않는 공급(컨트롤)(도 4(d))의 세 가지로 행했다.
마이크로·나노버블 발생 장치를 사용한 이산화탄소의 공급은, 도 2의 장치를 사용하여, 이하와 같이 행했다(단, 이산화탄소의 순환은 행하지 않았다). 30L의 액상 식품 저류조(101)(가부시키가이샤데라다뎃코쇼제)에 삽입한 25L의 시료를 각 실험 온도까지 가온하여, 액상 식품 저류조(101)의 헤드 스페이스 부분에 이산화탄소를 각 실험 압력에 달할 때까지 공급하여 실험을 개시했다. 이산화탄소 마이크로·나노버블의 발생은 식품 순환 펌프(102)(가부시키가이샤데이코구덴키세이사쿠쇼제)에 의해 시료를 20L/min으로 순환시키고, 이산화탄소를 식품 순환 펌프(102)의 출구 부근으로부터 공급하여, 시료·이산화탄소 혼합 유체를 액상 식품 저류조(101) 내에 있는 식품관(103)의 선단에 접속한 마이크로·나노버블 발생 장치(104)를 통과시킴으로써 행했다. 이산화탄소 마이크로·나노버블의 발생에는, 기액 혼합 유체의 선회류에 기인하는, 부압을 이용하여 이루어지는 BT-50((유)버블탱크사제)을 사용했다.
미크로필터를 사용한 이산화탄소의 공급은, 이산화탄소를 액상 식품 저류조(101)의 바닥으로 유도하고(도 4(c)), 공경 1㎛ 또는 10㎛의 미크로필터(스즈키쇼코가부시키가이샤제)를 설치하여 행했다.
처리 시료는 천천히 배출구(106)를 개방하여 60분간 10분마다 채취하여, 용존 이산화탄소 농도, 생잔균수 및 효소 활성을 측정했다.
(1-4) 처리 조건
용존 이산화탄소 농도 측정에서는, 처리 온도 40℃, 처리 압력 2MPa(이하, 대기압과의 차압), 이산화탄소 공급량 100, 500, 1000 및 2000mL/min으로 행했다.
대장균 살균으로는 처리 온도 40℃, 처리 압력 2MPa, 비교로서 질소를 2000mL/min으로 공급했다.
효모 살균으로는 처리 온도 35, 40, 45 및 50℃, 처리 압력 0, 0.3, 0.5, 1 및 2MPa, 이산화탄소 공급량 2000mL/min, 시료 중의 에탄올 농도 0 및 5%로 행했다.
화락균 살균은 처리 온도 40 및 45℃, 처리 압력 0, 0.5, 1 및 2MPa, 이산화탄소 공급량 2000mL/min, 에탄올 농도 10, 15 및 20%로 행했다.
(2)실험 결과
(2-1)용존 이산화탄소 농도
마이크로·나노버블 발생 장치를 사용한 경우와 미크로필터를 사용한 경우에서 용존 이산화탄소 농도의 변화에 큰 차이는 보이지 않았다(도 5a, b, c, d). 이산화탄소의 공급량이 500mL/min 이상일 때에는 일정 시간 경과 후는, 용존 이산화탄소 농도가 12mL/g까지 상승하면, 포화 상태에 달하는 경향이 있다(도 5c, d). 이러므로, 조기에 포화 상태로 했다면, 이산화탄소의 공급 속도를 '대'로 하는 것이 유효임을 알 수 있다.
후술하는 바와 같이, 미생물에 대한 살균 효과는 마이크로·나노버블 발생 장치를 사용한 경우와 미크로필터를 사용한 경우에서는 큰 차이가 생기므로, 살균 효과는 용존 이산화탄소의 농도에 의존하지만은 않음을 판명했다.
(2-2)대장균의 살균에 있어서의 이산화탄소 공급량의 영향
이산화탄소 공급량이 증가함으로써 살균 효과도 증대했다(도 6a, b, c, d). 이산화탄소의 공급 방법으로서는, 마이크로·나노버블 발생 장치를 사용하는 방법이 유효하고, 특히 장치를 2기 설치함으로써 살균 효과는 더욱 향상했다(도 6a, b, c, d). 컨트롤의 살균 효과는 낮았다(도 6a, b, c, d). 이산화탄소 대신에 질소를 사용한 경우에는 전혀 살균 효과는 없었다(도 6d). 또한, 도 5와 도 6을 대비하면, 이산화탄소 농도가 포화 상태에 달하면 살균 효과도 '대'가 됨을 알 수 있다.
(2-3)효모의 살균에 있어서의 처리 온도의 영향
온도가 높아질수록 살균 효과도 증대했다(도 7a, b). 또한, 에탄올이 존재하면 살균 효과는 현저하게 증대했다(도 7a, b).
(2-4)효모의 살균에 있어서의 이산화탄소 공급 방법의 영향
대장균의 경우와 같이, 마이크로·나노버블 발생 장치를 사용하는 방법이 가장 살균 효과가 높았다(도 8). 미크로필터를 사용한 경우는, 살균 효과는 공경이 1㎛의 것을 사용한 쪽이 약간 높았지만(도 8), 양 필터 모두 살균 60분 이내에서 완전 살균을 달성시킬 수는 없었다. 또한, 30분 이후에 살균 효과가 저하하여 있지만, 이것은 눈막힘 등이 발생한 것으로 추측된다. 질소를 사용한 경우에는, 대장균의 경우와 같이 전혀 살균 효과는 없었다(도 8).
(2-5)효모의 살균에 있어서의 에탄올 농도의 영향
에탄올 농도가 높아질수록 살균 효과는 증대했다(도 9).
(2-6)효모의 살균에 있어서의 처리 압력의 영향
처리 압력이 0.3MPa 이상이면 충분한 살균 효과를 나타냈다(도 10).
(2-7)화락균의 살균에 있어서의 에탄올 농도의 영향
에탄올 농도가 높아질수록 살균 효과는 증대했다(도 11).
(2-8)화락균의 살균에 있어서의 처리 온도의 영향
온도가 높아질수록 살균 효과는 증대했다(도 12). 대장균 및 효모의 경우와 같이, 질소를 사용한 경우에는 전혀 살균 효과는 없었다(도 12).
(2-9)화락균의 살균에 있어서의 처리 압력의 영향
처리 압력을 1MPa과 2MPa로 한 경우에서는 거의 살균 효과에 차이는 없었다(도 13). 0.5MPa로 한 경우는 다른 것보다도 조금 살균 효과가 낮았다(도 13).
〔실시예2〕효소 실활 실험
(1)실험 방법
(1-1)산성 프로테아제 용액의 조정
산성 프로테아제(HBI가부시키가이샤)는 McIlvaine 광역 완충액(pH3.0)에 100μg/mL가 되도록 현탁하여 사용했다.
(1-2)저가압 마이크로·나노버블 이산화탄소 처리 장치
저가압 마이크로·나노버블 이산화탄소 처리 장치의 사용은 실시예1과 같이 행했다.
(1-3)처리 조건
산성 프로테아제의 실활에는 처리 온도 40℃, 처리 압력 2MPa, 이산화탄소 공급량 2000mL/min, 에탄올 농도 0, 10, 15 및 20%로 행하고, 비교로서, 이산화탄소를 공급하지 않고 열처리만의 실험은 40℃의 워터 배쓰 내에서 행했다.
(1-4)산성 프로테아제 활성 측정
산성 프로테아제 활성 측정은 기질에 카세인을 사용하여, 37℃, pH3.0이고 10분간 효소 반응시킴으로써 행했다. 이 반응액에 트리클로로아세트산을 가하고 반응을 정지시킨 후, 침전물을 여과하고, 여과액에 페놀 시약을 가하여 발색시켜 660nm에서의 흡광도를 측정했다. 효소의 잔존 활성은 미처리 효소의 활성에 대한 상대 활성으로서 백분율(%)로 표시했다.
(2)실험 결과
저가압 마이크로·나노버블 이산화탄소 처리를 행한 경우의 산성 프로테아제의 잔존 활성의 경시적 변화를 도 14b에 나타낸다. 또한, 열처리만을 행한 경우의 잔존 활성의 경시적 변화를 도 14a에 나타낸다.
열처리만으로는 에탄올 농도가 높은 경우에서도, 완전하게는 실활하지 않았다(도 14a). 이것에 대해, 저가압 마이크로·나노버블 이산화탄소 처리를 행한 경우에는, 에탄올 농도 15% 이상에서 효소는 완전하게 실활했다(도 14b).
〔실시예3〕야채에 대한 살균 실험
(1)실험 방법
(1-1)야채에 대한 저가압 이산화탄소에 의한 전처리의 효과
이 실험은 도 3에 나타내는 고형상 식품의 처리 장치를 사용하여 행했다(단, 이산화탄소의 순환은 행하지 않았다). 30L의 액체 저류조(201)에 넣은 25L의 증류수를 40℃까지 가온하여, 증류수 중에 시판의 양배추 및 양상추를 삽입하여, 마이크로·나노버블 발생 장치(204)를 사용하여 미소 기포화한 이산화탄소를 1 및 2MPa에 달할 때까지 공급했다. 30분간 유지 후, 액체 저류조(201)의 헤드 스페이스 부분의 이산화탄소를 개방 밸브(215)로부터 천천히 방출함으로써 액체 저류조(201) 내의 압력을 대기압까지 감압하고, 양배추 및 양상추를 취출하여, 관찰했다.
또한, 고형상 식품 저류조(212)에 양배추 및 양상추를 삽입하여, 이산화탄소만을 1 및 2MPa에 달할 때까지 공급했다. 그 후, 상술한 방법으로 액체 저류조(201) 내에서 마이크로·나노버블 발생 장치(204)를 사용하여 이산화탄소를 미소 기포화함으로써 용존 이산화탄소 농도가 포화에 달한 증류수를 고형상 식품 저류조(212)로 유도했다. 30분간 유지 후, 고형상 식품 저류조(212)의 헤드 스페이스 부분의 이산화탄소를 개방 밸브(215)로부터 천천히 방출함으로써 고형상 식품 저류조(212) 내의 압력을 대기압까지 감압하고, 양배추 및 양상추를 취출하여, 관찰했다.
(1-2)야채에 부착한 미생물에 대한 살균 효과
대장균을 도포한 시판의 양배추를 고형상 식품 저류조(212) 내에 삽입하여, 이산화탄소 가스에 의해 1MPa까지 가압했다. 그 후, 액체 저류조(201) 내에서 마이크로·나노버블 발생 장치(204)를 사용하여 이산화탄소를 미소 기포화함으로써 용존 이산화탄소 농도가 포화에 달한 증류수를 고형상 식품 저류조(212)로 유도하고, 양배추를 처리하여, 살균 효과의 검토를 행했다. 또한, 대장균을 도포한 양배추를 1MPa의 이산화탄소 가스에 노출하기만 했을 때의 살균 효과에 대해서도 검토했다.
(2)실험 결과
(2-1)야채에 대한 저가압 이산화탄소에 의한 전처리의 효과
미리 이산화탄소로 가압하지 않고, 액체 저류조(201) 내가 1 및 2MPa이 되도록 이산화탄소를 공급한 증류수 중에 직접 노출한 양배추 및 양상추에서는 물이 침윤하여, 상품 가치가 저하했지만(도 15 우상 및 우하, 도 16 우상 및 우하), 1MPa 및 2MPa의 이산화탄소 중에 둔 후, 이산화탄소를 공급한 증류수 중에 노출한 양배추 및 양상추는 변화가 인정되지 않았다(도 15 중앙상 및 중앙하, 도 16 중앙상 및 중앙하).
(2-2)야채에 부착한 미생물에 대한 살균 효과
양배추에 도포한 106CFU/mL의 대장균은, 1MPa이 되도록 이산화탄소를 공급한 고형상 식품 저류조(212) 내의 물에 적시고 나서 20분 이내에 0CFU/mL가 되었다. 그러나, 이산화탄소 가스에 노출한 것만으로는 살균 효과는 거의 인정되지 않았다.
〔실시예4〕향기 성분의 잔존 실험
(1)실험 방법
(1-1)공시 시료
일본주를 상정(想定)하여, 15% 에탄올 용액 25L에 250μL의 카프로산에틸(Ethylhexanoate, 일본주 중의 주요 향기 성분)을 첨가한 모델수를 시료수로 했다.
(1-2)저가압 마이크로·나노버블 이산화탄소 처리 및 처리 조건
저가압 마이크로·나노버블 이산화탄소 처리 장치 및 조작은 실시예1과 같은 수순으로 행했다. 처리 조건은 화락균의 완전 살균이 가능하며, 본 실험에서 가장 향기가 휘산하기 쉽다고 생각되는 처리 온도 40℃, 처리 압력 2MPa, 이산화탄소 공급량 2000mL/min, 처리 시간 40min으로 행했다.
(1-3)향기 분석
시료 중의 향기 성분의 추출은 식품 중의 향기 성분 추출법인 PorapakQ 칼럼 농축법을 사용하여 행했다. 즉, 저가압 마이크로·나노버블 이산화탄소 처리 전후의 200mL의 시료수를 10mL의 PorapakQ(polydivinylbenzene, 50-80mesh, Waters Co., Ltd., Milford, MA)가 충전된 유리 칼럼(2cm×10cm)에 흐르게 하고 PorapakQ에 향기 성분을 흡착시킨 후, 100mL의 증류수로 칼럼 내를 세정하고, 이어서 향기 성분을 100mL의 디에틸에테르(와코준야쿠고교가부시키가이샤)로 용출시켰다. 그 용출액에 내부 표준 물질로서 100μL의 0.1% 시클로헥산올 용액(가타야마가가쿠고교가부시키가이샤)을 첨가하여, 무수황산나트륨(와코준야쿠고교가부시키가이샤)으로 하룻밤 탈수 후, 질소 가스를 사용하여 약 40μL까지 농축하고, 가스 크로마토그램(GC) 분석에 의해 정량했다.
(2)실험 결과
저가압 마이크로·나노버블 이산화탄소 처리후의 카프로산에틸의 잔존율을 표 1에 나타낸다. 또한, 비교를 위해서, 초임계 이산화탄소 처리후의 카프로산에틸의 잔존율을 표 2에 나타낸다.
[표 1]
Figure pct00001

개방계 : 이산화탄소를 처리 시간 중 공급하기를 계속하여, 과압이 되는 분을 개방 밸브(115)로부터 배출시켜, 처리 압력을 유지한다.
폐쇄계 : 이산화탄소를 처리 시간 중 공급하기를 계속하여, 과압이 되면 공급을 멈추고, 이산화탄소의 처리액에의 용해에 의해 압력이 설정 압력보다 저하한 경우, 이산화탄소를 재공급하여 처리 압력을 유지한다.
[표 2]
Figure pct00002

1) 35℃, 10MPa, 13min(미발표, 고바야시들, 2005)
2) 35℃, 25MPa, 30min(Ishikawa et al., 1995, Inactivation of Enzymes in Namazake Using Micro-bubble Supercritical Carbon Dioxide. Biosci. Biotech. Biochem., 59(6), 1027-1031)
초임계 이산화탄소 처리에 의해 카프로산에틸은 거의 완전하게 소실되어 버렸다(표 2). 이것에 대해, 저가압 마이크로·나노버블 이산화탄소 처리로는, 대부분의 카프로산에틸은 잔존하여 있었다(표 1).
본 명세서는, 본원의 우선권의 기초인 일본국 특허출원(특원2007-198650호)의 명세서 및/또는 도면에 기재되어 있는 내용을 포함한다. 또한, 본 발명에서 인용한 모든 간행물, 특허 및 특허출원을 그대로 참고로 하여 본 명세서에 수록하는 것으로 한다.

Claims (10)

  1. 내압 용기 내에서, 이산화탄소와 액체의 존재 하에 부압을 이용하여 발생한 이산화탄소의 미소 기포를, 0.2∼2MPa 하에 미생물 또는 효소를 함유하는 액상 식품에 접촉시키고, 이에 의해 식품 중의 미생물의 살균 또는 효소의 실활(失活)을 행하는 것을 특징으로 하는 식품의 처리 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    이산화탄소의 미소 기포와 액상 식품의 접촉을 에탄올 존재 하에서 행하는 것을 특징으로 하는 식품의 처리 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    에탄올 존재량이, 액상 식품 중 0.1∼30질량%인 것을 특징으로 하는 식품의 처리 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    액상 식품이, 알코올 음료의 제조 중간물인 것을 특징으로 하는 식품의 처리 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    알코올 음료의 제조 중간물이, 화입(火入; pasteurization) 전의 청주, 아황산 혹은 아황산염 첨가 전의 와인, 또는 여과 혹은 열처리 전의 맥주인 것을 특징으로 하는 식품의 처리 방법.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    이산화탄소의 미소 기포를 액상 식품에 접촉시킨 후의 이산화탄소를 회수하고, 회수한 이산화탄소를 다시 식품의 처리에 사용하는 것을 특징으로 하는 식품의 처리 방법.
  7. (1)제1 용기 내에서, 이산화탄소와 액체의 존재 하에 부압을 이용하여 발생한 이산화탄소의 미소 기포를, 0.2∼2MPa 하에서 액체 중에 유지시키는 공정, (2)제2 용기 내에, 미생물 또는 효소를 함유하는 고형상 식품을 넣고, 제1 용기와 등압이 되도록 이산화탄소를 공급하는 공정, 및 (3)이산화탄소의 미소 기포를 유지한 액체를 고형상 식품에 접촉시키고, 이에 의해 식품 중의 미생물의 살균 또는 효소의 실활을 행하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 식품의 처리 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    고형상 식품이, 야채 또는 과일인 것을 특징으로 하는 식품의 처리 방법.
  9. 이산화탄소 공급원, 이산화탄소 공급원과 연통 가능하고, 공급된 이산화탄소를 미소 기포화하는 미소 기포 발생 부재, 미소 기포 발생 부재가 내부에 설치되어 있고, 액상 식품을 저류해두기 위한 액상 식품 저류조(貯留槽), 액상 식품 저류조로부터 배출된 액상 식품을 저류해두는 처리 종료 액상 식품 저류조, 및 처리 종료 액상 식품 저류조 및 이산화탄소 공급원과 연통하여, 처리 종료 액상 식품 저류조 중의 이산화탄소를 포집하여, 이산화탄소 공급원으로 되돌리는 이산화탄소 회수 부재를 포함하는 액상 식품의 처리 장치로서, 이산화탄소를 미소 기포화하는 미소 기포 발생 부재가 이산화탄소와 액체의 존재 하에 부압을 이용하여 미소 기포를 발생시키는 것을 특징으로 하는 액상 식품의 처리 장치.
  10. 이산화탄소 공급원, 이산화탄소 공급원과 연통 가능하고, 공급된 이산화탄소를 미소 기포화하는 미소 기포 발생 부재, 미소 기포 발생 부재가 내부에 설치되어 있고, 액체를 저류해두기 위한 액체 저류조, 및 이산화탄소 공급원 및 액체 저류조와 연통 가능하고, 고형상 식품을 저류해두기 위한 고형상 식품 저류조를 포함하는 고형상 식품의 처리 장치로서, 이산화탄소를 미소 기포화하는 미소 기포 발생 부재가 이산화탄소와 액체의 존재 하에 부압을 이용하여 미소 기포를 발생시키는 것을 특징으로 하는 고형 식품의 처리 장치.
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