WO2004000434A1

WO2004000434A1 - 溶存気体の分離方法及び分離装置

Info

Publication number: WO2004000434A1
Application number: PCT/JP2003/007793
Authority: WO
Inventors: Mitsuya Shimoda
Original assignee: Kyushu Tlo Company, Limited
Priority date: 2002-06-20
Filing date: 2003-06-19
Publication date: 2003-12-31
Also published as: AU2003244309A1; JPWO2004000434A1

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。

Description

明細書溶存気体の分離方法及び分離装置技術分野

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。背景技術

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れている。

本発明者らは、超臨界（7 1 a t m、 3 1 °C以上）又は亜臨界（6 0〜 7 0 a t m、 2 5 °C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— 1 7 0 9 6 5号公報、特開平 9一 2 0 6 0 4 4号公報、特開平 1 1一 3 3 0 8 7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つた。

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。発明の開示本発明者らは、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] 〜 [1 1] 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つ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 °C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。

[ 1 0 ] 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。

[ 1 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。図面の簡単な説明

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、 1 a、 l b、 1 c及び 1 dは、溶存気体の分離装置であり、 2、 2 a、 2 b、 2 c及び 2 dは、処理槽であり、 3、 3 a、 3 b、 3 c及び 3 dは、液体試料であり、 4、 4 a、 4 b、 4 c及び 4 dは、圧縮ボンベであり、 5、 5 a、 5 b、 5じ及び5 (1は、フィル夕一であり、 6、 6 a、 6 b、 6 (：及び6 01は、微小気泡であり、 7、 7 a、 7 b及び 7 cは、保温用ジャケットであり、 8、 8 a、 8 b及び 8 cは、調整弁であり、 9 a、 9 b及び 9 cは、仕切壁であり、 1 0 b及び 1 0 c は、攪拌翼であり、 l i dは、気液分離槽であり、 1 2 dは、配管である。発明を実施するための最良の形態

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、コ一ヒー、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、圧縮ボンべ（高圧貯留夕ンク）、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、 P S A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 5 x m〜 1 0 0 m が好ましい。細孔径が 5 mより小さくなるにつれ、フィル夕一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 1 0 0 x m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、上記フィルタ一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 1 0〜3 0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 Z 2 5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、 I M P a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つ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ツサ一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、 I M P a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 I M P a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 0〜4 0 ^DC、好ましくは 0〜3 0 °Cであるのが好ましい。液体試料の温度が 3 0 °C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、 4 0 °C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、圧縮ボンべ（高圧貯留夕ンク）、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、セラミツク、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べ、 5は圧縮ポンべ 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夕一、 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ぃ溶存気体を分離する。

不活性ガスの微小気泡 6は、フィルタ一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、圧縮ボンべ 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、圧縮ボンべ 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、溶存気体分子はへンリ一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、 1 aは本実施の形態における溶存気体の分離装置、 2 aは強化プラスチック製の円筒状の処理槽、 3 aは処理槽 2 a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 aは処理槽 2 a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べ、 5 aは圧縮ボンべ 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 aは液体試料 3 a中に通気した窒素ガスの微小気泡、 7 aは冷却又は加熱用のジャケット、 8 aは調整弁、 9 aは処理槽 2 a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 9 aにより処理槽 2 aの空間部が区画されている。また、処理槽 2 aの底面と仕切壁 9 a間には隙間が形成されており、仕切壁 9 aを介して処理槽 2 a内を互いに循環できる仕組みとなつている。

ここで、本実施の形態においても、微小気泡 6 aの上昇によって引き起こされる液体試料 3 a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 1 a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 aを処理槽 2 a内に導入し、処理槽 2 a 内に液体試料 3 aを満たす。その後、圧縮ボンべ 4 aを用いて窒素ガスを発生させ、フィル夕一 5 aを介して、液体試料 3 a中に微小気泡 6 a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、圧縮ボンべ 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 6 a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 3 aは液面から仕切壁 7 a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 3 aは下方へ向かって移動し、仕切壁 7 aの下方の隙間から再び循環し、微小気泡 6 a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 6 aが液体試料 3 a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 a中に拡散し、微小気泡 6 a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 a内の液上面において崩壌し、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 7 a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 7 a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 6 a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、 1 bは本実施の形態における溶存気体の分離装置、 2 bは強化プラスチック製の円筒状の処理槽、 3 bは処理槽 2 b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 bは処理槽 2 b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べ、 5 bは圧縮ボンべ 4 b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 bは液体試料 3 b中に通気した窒素ガスの微小気泡、 7 bは冷却又は加熱用のジャケット、 8 bは調整弁、 9 bは処理槽 2 b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、 1 0 bは処理槽 2 bの底部に配設された、液体試料 3 b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 1 0 bにより溶存気体の処理槽 2 b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 3 bに微小気泡 6 bを通気し、試料 3 b中の微小気泡 6 bの上昇に伴う対流の発生によつて、処理槽 2 b内に上昇流と下降流を効果的に発生させる方法や、プロべラ攪拌翼、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 7 b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 7 b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 6 b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 9 bと攪拌翼 1 0 bを設けることにより、液体試料 3 bの処理槽 2 b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 3 bの濃度分極を抑制することができる。また、液体試料 3 b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、 1 cは本実施の形態における溶存気体の分離装置、 2 cは強化プラスチック製の円筒状の処理槽、 3 cは処理槽 2 b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 cは処理槽 2 b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べ、 5 cは圧縮ボンべ 4 c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 cは液体試料 3 c中に通気した窒素ガスの微小気泡、 7 cは冷却又は加熱用のジャケット、 8 cは調整弁、 9 cは処理槽 2 b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、 1 0 cは処理槽 2 c内に配設された、液体試料 3 c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 1 0 cを設けることにより、液体試料 3 cの処理槽 2 c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 3 cの濃度分極を抑制することができる。また、液体試料 3 c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、 1 dは本実施の形態における溶存気体の連続分離装置、 2 d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、 3 d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、 4 dは処理槽 2 d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べ、 5 dは圧縮ボンべ 4 d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一、 6 dは液体試料 3 d中に通気した窒素ガスの微小気泡、 1 1 d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、 1 2 dは処理槽 2 dと気液分離槽 1 1 dとを連結する配管である。なお、処理槽 2 d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 1 dを用いた連続分離方法について、以下説明する

液体試料 3 d並びに不活性ガスはともに処理槽 2 d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 5 dによって生成された微小気泡 6 dとして液体試料 3 d中に放出される。液体試料 3 dおよび不活性ガスの微小気泡 6 dともに処理槽 2 d中を下方から上方に向かって移動するが、微小気泡 6 dの上昇速度はそれに作用する浮力により液体試料 3 dの移動速度よりも大きくなる。処理槽 2 d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 1 2 dを経て気液分離槽 1 1 dへ運ばれる。気液分離槽 1 1 d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 1 1 d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 3 dが処理槽 2 d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 3 dが排出される。実施例

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。

実施例 1

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（市販のォレンジ果汁）中に、 20°〇又は40°〇で、窒素ガスを孔径 20〜30 /zm 焼結ガラスフィルターから、 50 OmL/m i n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、 [d C〇₂] 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— l o g [dC〇₂] 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、そのときの溶存ニ酸化炭素濃度は 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 °C (図 6、秦印）と 40°C (図 6、〇印）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、ロータリ一エバポレー夕一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 ) 口一タリ一エバポレータ一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） 200m l を 500m 1容ナスフラスコに入れ、気泡が発生しない圧力（1 00mm Hg) 下でロータリーエバポレー夕一により脱気した。エバポレ一ターの回転速度は 40 r pmであった。 2m i n、 4m i n、 6m i n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 500m lを 1 500m l容容器に入れ、それを超音波発生装置に浸潰させた状態で、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 1 0 OmmHgで行った。その結果を図 7に示す（図中〇印）。

図 7より、減圧処理（図 7、秦印）によると、一 l o g [d C0₂] 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、〇印）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（一 l o g [d C0₂]) 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。実施例 2

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 °Cの恒温水を流しながら、 40 °Cに加温された市販オレンジ果汁（1 L) 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、 300 r pmで十分に攪拌しながら、窒素を孔径 20〜30 m焼結ガラスフィルターから、 5 0 OmLZm i n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 1 0 OmLを分液ロートに採り、これをジェチルエーテル 7 OmL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（シクロへキサノール）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. lmLまで濃縮した。このェ一テル濃縮物 1 L 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、通気ガス流量と一 l o g [d C0₂] の間には、良好な直線関係が認められた（図 8、口印及び画印）。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、秦印）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、〇印）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。

実施例 3

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 °Cの恒温水を流しながら、 0、 20、 30、 40、 50°Cに調整された市販オレンジ果汁（1 L) を装置内に満たし、 300 r pmで十分に攪拌しながら、窒素を孔径 20〜 30 m焼結ガラスフィルターから、 50 OmL/m i n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 4 0 °C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 4 0 °C以下、好ましくは 3 0 °C以下で行うのが効果的であることがわかる。産業上の利用可能性

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べ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。

Claims

請求の範囲

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特許請求の範囲第 1項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特許請求の範囲第 2項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特許請求の範囲第 1項乃至第 3項のいずれか 1項に記載の溶存気体の分離方法。

5 . 特許請求の範囲第 1項乃至第 4項のいずれか 1項に記載の各工程が液体試料 0〜 4 0 °Cで行われることを特徵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特許請求の範囲第 1項乃至第 5項のいずれか 1項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特許請求の範囲第 7項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特許請求の範囲第 7項又は第 8項に記載の溶存気体の分離装置。

1 0 . 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。

1 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。