| 【発明の名称】 |
加圧二酸化炭素を使用して液体製品における微生物活動を連続的減少させるための方法及び装置 |
| 【発明者】 |
【氏名】リチャード・イー・ワイルダシン
【氏名】ジェイムズ・フォーブズ
【氏名】レイモンド・ジェイ・ロービー
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| 【要約】 |
【課題】液体製品における微生物活動及び／又は酵素活動を連続的に減少させるための方法を提供する。
【解決手段】液体製品の加圧流れに加圧液化二酸化炭素の流れを混合して流動状態の加圧混合物を形成し、この場合に該二酸化炭素はそれを液体状態に維持するのに十分な圧力にあり且つ該液体製品を凍結しない温度にあるものとし、反応体域を通して加圧混合物を液体製品中の微生物を減少させるのに十分な時間流動させ、反応体域からの加圧混合物を複数の膨張段階に送り、そこで該混合物流れの圧力を低下させて該混合物流れ中の液化二酸化炭素を気化させ、そして膨張段階の幾つかにおいて熱を混合物流れに適用して二酸化炭素の冷却が液体製品の凍結を引き起こさないようにする各工程を構成要件とする。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】 液体製品中の微生物を減少させるに当たり、（ａ）液体製品の加圧流れに加圧液化二酸化炭素の流れを混合して流動状態の加圧混合物を形成し、この場合に該二酸化炭素はそれを液体状態に維持するのに十分な圧力にあり且つ該液体製品を凍結しない温度にあるものとし、（ｂ）反応帯域を通して加圧混合物を液体製品中の微生物を減少させるのに十分な時間流動させ、（ｃ）反応帯域からの加圧混合物を複数の膨張段階に送り、そこで該混合物流れの圧力を低下させて該混合物流れ中の液化二酸化炭素を気化させ、そして（ｄ）膨張段階の少なくとも幾つかにおいて熱を混合物流れに適用して二酸化炭素の冷却が液体製品の凍結を引き起こさないようにする、各工程を含む微生物の連続的減少法。
【請求項２】 工程（ａ）において混合物の加圧流れを反応帯域に約３００psia〜約２０，０００psiaの範囲内の圧力で供給し、工程（ｂ）において混合物の加圧流れを反応体域に約５秒〜約３０分の間維持し、工程（ｃ）において混合物流れを２個又はそれ以上の膨張段階に供給して液化二酸化炭素を気化し、そして（ｄ）において混合物の温度を液体製品の凍結温度と約６０℃との間の範囲内に維持する請求項１記載の連続的減少法。
【請求項３】 液体製品が野菜又はフルーツジュースであり、そして工程（ｂ）における接触時間が約１．５〜約１３分である請求項２記載の連続的減少法。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、液体を加工処理してそこでの微生物及び／又は酵素活動を減少させるための方法及び装置に関し、より具体的に言えば、微生物及び／又は酵素活動の減少を達成するために加圧二酸化炭素を使用することに関する。
【０００２】
【従来の技術】オレンジジュース、リンゴジュース、ミルク、ラテックスペイント、ピーナツバター、スープ等のような液体製品の保存寿命を向上させるために多くの方法が存在する。
【０００３】工業的には、液体食品の保存寿命を向上させるために使用される主な方法は殺菌のような熱的方法である。液体食品に対して超高圧処理も使用されるが、しかしさして頻繁ではない。
【０００４】高圧処理装置では、微生物汚染を含む流体は、細菌の大半を殺すために流体静力学的に加圧される。かかる装置系では、３０，０００psia以上の圧力が発生される。しかしながら、かかる流体静力学的処理は、酵素を死滅させず、極めて高い圧力の故に危険であり、長いプロセスであり、連続式よりもバッチ式であり、そして必要とされる装置の高い投下資本の故に費用がかさむものである。
【０００５】液体の保存寿命延長のための他の方法は、核放射線照射、紫外線暴露及びマイクロ波の適用を包含する。これらの処理は費用がかさみ、従って現在では工業的には広く使用されていない。
【０００６】クラーク氏他の米国特許５２３２７２６に記載されるようにオレンジジュース及び他の単一濃度の柑橘類ジュースの保存寿命を向上させるために高圧均質化が使用されている。加工処理しようとする柑橘類ジュースが約１５，０００psiaの高圧を受けると、ジュース中の微生物活動が有意に減少されることが開示されている。
【０００７】バラバン氏他の米国特許５３９３５４７に記載されるように、食品中の酵素を不活性化し且つフルーツジュース中の微生物母集団を減少させるために、二酸化炭素が使用されている。バラバン氏他は液体食品製品中の酵素を不活性化する方法を記載しており、この方法に従えば、食品は加圧二酸化炭素に暴露され、しかして、液体食品中の酵素を不可逆的に不活性化するのに十分なだけ低いｐＨを持つ炭酸溶液を生成する。バラバン氏他の方法は、食品のバッチ式又は連続式のいずれの処理にも応用することができると記載されている。更に、バラバン氏他は、超臨界二酸化炭素は、それが食品中に溶解して酵素を不活性化させるのを可能にするのに十分な速度で導入されることを示している。酵素不活性化の後、食品は減圧区域に流れ、そして離脱された二酸化炭素は反復使用のために再循環されることができる。
【０００８】オサジマ氏他の米国特許５７０４２７６には、超臨界形態の二酸化炭素を使用して液体食品中の酵素を連続的に不活性化する方法が記載されている。オサジマ氏他は、超臨界流体の密度が液体食品の密度よりも低いこと、及び超臨界二酸化炭素が液体食品中に連続的に注入されそしてプロセスの後の段階でそこから分離されることを示している。また、オサジマ氏他は、彼らの方法が液体食品を脱臭し且つ揮発性成分を除去することも示す。
【０００９】“Effect of Supercritical Carbon Dioxide on Microbial Populations in Single Strength Orange Juice”, Jurnal of Food Quality, Volume 14 (1991),pp. 275-284 において、アルレオラ氏他は、超臨界二酸化炭素がオレンジジュース中の微生物母集団に及ぼす影響について記載している。アルレオラ氏他は、バッチ法を使用すると、高圧二酸化炭素処理は、低温においてさえも単一濃度のオレンジジュースの微生物減少をもたらしたと結論づけた。更に、彼らは、高圧と、オレンジジュースが減圧間に受けるせん断力と、炭酸の一時的形成によるより低いｐＨとの組み合わせは更にオレンジジュース中の通常の植物相（フローラ）に禁止的な影響を及ぼす可能性があると結論している。この文献に記載される加工処理の間に、使用される最低温度は３５℃であった。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、液体製品における微生物及び／又は酵素活動を減少させるための改良法及び装置を提供することである。
【００１１】本発明の他の目的は、加圧二酸化炭素を使用して液体製品における微生物及び／又は酵素活動を減少させるための方法及び装置において液体が受ける処理温度が液体製品に対して有害な影響を及ぼさないような方法及び装置を提供することである。
【００１２】本発明の更に他の目的は、加圧二酸化炭素を使用して液体製品における微生物及び／又は酵素活動を減少させるための連続流れ式方法及び装置を提供することである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】発明の概要液体製品中に存在する微生物の減少及び／又は液体製品の加圧流れ中の１種以上の酵素の不活性化のために二酸化炭素の加圧流れを使用する連続法が提供される。流れ領域における圧力は、二酸化炭素を濃厚相に維持するのに十分なレベルであるがしかし液体製品を凍結しない温度に維持される。二酸化炭素と液体との加圧混合物は、反応帯域を通って有害な微生物の減少及び望ましくない酵素の不活性化に十分な時間の間流れ、次いで複数の膨張段階に入り、そこで混合物流れの圧力が液体製品からの二酸化炭素の分離を可能にするのに十分なだけ下げられる。混合物流れが液体製品の凍結点に冷却するのを防止するために、膨張段階のうちの少なくとも幾つかにおいて熱が適用される。液体製品の凍結が温度を制御するのを防止するために熱を適用することができ、その結果、それは、有害な影響が生じる温度を超えない。凍結温度及び過度に高い温度は、ジュースの品質に悪影響を及ぼす可能性がある。４０℃を超えた温度はかかる製品を劣化し始める。
【００１４】本発明は、例えば、ジュース及びミルクのような飲料製品、マヨネーズ、サラダドレッシング、スープ及びコテージチーズのような半液体製品、並びにペイント及び無菌注射液のような他の流体を含めて、導管を通して移送することができる任意の流体に対して使用することが企図される。
【００１５】
【発明の実施の形態】発明の具体的な説明添付図面を説明すると、加圧二酸化炭素は、二酸化炭素貯蔵タンク１０から随意の圧力調整器１２を介してポンプ１４に供給される。ポンプ１４は、二酸化炭素流れの圧力を増大し次いでそれを逆止め弁１６を介して結合点１８に供給する。二酸化炭素は、プロセスの後続段階間に濃厚相二酸化炭素の沸騰を防止するためにポンプ１４において加圧される。
【００１６】同様の態様で、液体製品は、液体製品供給タンク２０から弁２２を介してポンプ２４に供給される。ポンプ２４は、液体製品の供給圧をポンプ１４から出る濃厚相二酸化炭素のそれと同じレベルに上げる。加圧された液体製品供給物は逆止め弁１６を介して結合点１８に入り、ここでそれは二酸化炭素の加圧流れと合流する。次いで、液体製品と二酸化炭素との混合物はインラインミキサー２８に入る。インラインミキサー２８は、二酸化炭素及び液体製品流れを十分に混合する強力バッフル付き導管から本質上なる。勿論、所望レベルの液体製品／二酸化炭素混合を達成する他の混合を使用することもできる。液体混合物はインラインミクサー２８から出て、そしてポンプ３０の作用によってプロセス圧に更に加圧される。
【００１７】プロセス圧は、特定の液体製品供給物に依存して変動する。プロセス圧は３００psia〜２０，０００psiaの範囲内であるのが好ましい。液体食品としてオレンジジュースを処理しようとする場合には、好ましい圧力範囲は約１７５０psia〜約２２００psiaである。
【００１８】液体混合物がポンプ３０から一旦出ると、それは反応帯域３２に入る。反応帯域３２は、液体製品中に存在する微生物を減少させ且つ／又は望ましくない酵素を不活性化する態様で二酸化炭素及び液体製品が相互作用するのに十分な接触（又は滞留）時間を提供するのに好適な寸法及び長さを有するものである。選択される滞留時間は、加工処理しようとする液体製品及びその流量、並びに反応帯域の寸法及び長さに左右される。反応帯域滞留時間は約１．０〜約１５．０分の範囲内であるのが好ましい。
【００１９】例えば、約２０フィートの長さ及び約７．９ｍｍ内径（I.D.）の管寸法を有する反応帯域でオレンジジュースを２０〜２００ｍｌ／分の流量で処理する場合には、好ましい滞留時間は、約１．５〜１３．０分そしてより好ましくは約３．０分である。
【００２０】液体混合物流れが反応帯域３２から出るにつれて、それは１つ又はそれ以上の相互作用室３４（随意）に入り、そこで液体混合物中で微生物細胞壁の破壊を可能にする高せん断力が適用される。かかる作用は、液体混合物中の微生物母集団の更なる減少を可能にする。このプロセスに含めるのに好適な高せん断相互作用室は、米国マサチューセッツ州ニュートン所在のマイクロフルーイデックス・インターナショナル・コーポレーションによって製造販売されている。
【００２１】この段階において、加圧された二酸化炭素／液体製品混合物は、液体製品の凍結（二酸化炭素の膨張のジュール−トムソン冷却効果による）を回避するような態様で減圧されなければならない。もしも圧力が１つ又は２つの段階で周囲圧に下げられると、極めて大きな熱交換又は補給熱の適用が必要とされる。もしも混合物に多すぎる熱が加えられると、液体製品にその風味特性又はその組成のいずれかにおいて損害が引き起こされる。また、風味成分のような重要な揮発分が運び去られる可能性もある。従って、減圧作用間に液体混合物を２つの境界内に維持するためにかなりの注意を払わなければならないことが分かった。下方の境界は液体混合物の凍結点であり、そして上方の境界点は液体製品に対して損害を与えず該製品に施すことができる最高温度である。
【００２２】オレンジジュースの場合には、最高温度は約６０℃であり、そして最低温度は約０℃である。従って、減圧設計を選択するときには、オレンジジュースをその風味やその凍結温度を阻害する温度間の温度に維持しながら（この例において）、複数の減圧段階に要求される最適圧力及び加熱温度を決定するために、二酸化炭素の圧力／エンタルピーチャートが使用される。少なくとも２つの減圧段階が要求されるが、しかし少なくとも３つの段階を存在させるのが好ましいことが分かった。
【００２３】図面に戻ると、第一減圧段階は、背圧制御装置のような圧力制御装置３６とそれに続く熱交換器３８を包含する。処理しようとする液体製品がオレンジジュースでありそして反応帯域３２及び相互作用室３４内のプロセス圧が約２，０００psiaであると仮定すると、第一減圧段階３５は液体混合物の圧力を約６００psiaに低下させ、そして熱交換器３８を介して液体混合物を約３０℃に維持するのに十分な熱を適用する。
【００２４】第二減圧段階４０は圧力制御装置４２及び熱交換器４４を含むが、これらは組み合わさって、液体混合物の圧力を約２５０psiaに下げそしてその温度を約３０℃に維持する。最終段階の減圧器４６は、液体混合物の圧力を、濃厚相二酸化炭素が気化しそしてそれが重要な揮発性成分の損失を最小限にしながら液体製品から分離されることができるような点まで低下させるための圧力制御装置４８のみを含む。図面に示される具体例では、圧力制御装置４８の後に熱交換器が全く必要とされないが、しかし、必要ならば、液体混合物を所要の温度範囲内に維持するために１つを設けることができる。
【００２５】液体混合物が圧力制御装置４８から出るにつれて、それは、液体製品／二酸化炭素分離容器５０又は他の収集装置に減圧で入る。そこで、二酸化炭素蒸気は液体製品から分離し、捕獲され、フィルター５２、流量計５４（所望ならば）を通され、そして大気中に排出されるか、又は二酸化炭素供給源１０に再循環させるために加圧段階（図示せず）を通される。液体製品プール５６は、次いで、その後の加工処理及び／又は使用のために弁５８を介して排出されることができる。
【００２６】図面に示される連続プロセス法は、液体混合物を上記の温度境界内に維持するのを可能にする複数の減圧段階によって実用的にされることを理解されたい。その結果、従来技術の主要問題、即ち、商業的環境において非経済的で望まれないプロセス操作であるバッチ処理の主要問題を打破しながら微生物及び／酵素活動の減少のための連続法が達成される。
【００２７】二酸化炭素ガスを再循環しようとする場合には、それを凝集フィルターに通して処理済みの液体製品の液滴を除去するのが好ましい。しかる後、ガスは、凝縮熱交換器に通すことによって液体状態に再凝縮される。更に、処理済み液体製品中の溶存二酸化炭素の除去を確実にするために、分離タンク５０よりも下流側にある液体製品／二酸化炭素分離器は脱気のための手段を含むことができる。
【００２８】加工処理後に残るガスは、追加的な価値ある香気及び／又は風味を含むことがある。かかる香気及び／又は風味を回収又は除去するために、凝縮又は吸収のような方法を利用することができる。
【００２９】上記の説明は、本発明を単に例示するものであることを理解されたい。当業者には本発明から逸脱せずに幾多の変更修正がなし得るであろう。
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| 【出願人】 |
【識別番号】３９２０３２４０９
【氏名又は名称】プラクスエア・テクノロジー・インコーポレイテッド
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| 【出願日】 |
平成１１年８月１０日（１９９９．８．１０） |
| 【代理人】 |
【識別番号】１０００６７８１７
【弁理士】
【氏名又は名称】倉内 基弘 （外１名）
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| 【公開番号】 |
特開２０００−８３６３４（Ｐ２０００−８３６３４Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１２年３月２８日（２０００．３．２８） |
| 【出願番号】 |
特願平１１−２２６３９０ |
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