JP2000245414A

JP2000245414A - 連続加熱装置

Info

Publication number: JP2000245414A
Application number: JP11100478A
Authority: JP
Inventors: Masahiko Horie; 雅彦堀江; Takahiro Yamada; 隆弘山田; Akira Matsubara; 章松原
Original assignee: Noritake Co Ltd
Current assignee: Noritake Co Ltd
Priority date: 1999-03-02
Filing date: 1999-03-02
Publication date: 2000-09-12

Abstract

(57)【要約】【解決課題】固形物と液体を同等に急速加熱を行い、さ
らに移動中に生じる食品材料の速度差、ポンプスクリュ
等により生じる履歴を改善することにより、食品材料の
高い品質を維持しつつ加熱殺菌を行う方法を提供するこ
と。【課題を解決するための手段】加熱前工程における混連
均質化工程と、固形分を含み流動性を有する高粘性食品
材料を連続的に移動させつつ管路で高粘性食品材料に直
接通電する工程と、冷却工程からなる連続加熱殺菌装置
を提供する。ここで通電加熱工程は、フッ素樹脂ライニ
ングを施した鋼性のチューブである通電部とその両端に
フッ素樹脂ライニングを施した鋼性のチューブ内にボル
ト状足部を有する電極棒を流れと直行する方向に配置し
た電極部とで構成された通電加熱管を用いる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】固形分を含み流動性を有する
高粘性食品材料を連続的に移動させつつ管路内でジュー
ル加熱を行う装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】食品工程、特に固形分を含む高粘性食品
材料を連続的に殺菌処理する装置として代表的なものは
チューブ式熱交換器であり、高粘性食品や固形物の大き
さによっては掻き取り式熱交換器が使用されてきた。こ
れらの熱交換器は間接加熱であり、伝熱面を介しての熱
移動による加熱方式であるため、伝熱面積での焦げ付き
という問題があった。また、液体と固形物には熱伝導の
差異があるため、液体の温度上昇速度が速く、固形物の
中心温度の上昇は液体に比較して遅いので均一な加熱が
出来ないという問題もあった。そのため、固形物の中心
まで加熱殺菌するために全体として必要以上の時間を要
するため製品の風味、色、食感等の品質の劣化を招くこ
とがあった。

【０００３】その他の方法として電気を通す際に、材料
自身の電気抵抗により発熱することを利用した加熱方法
として通電加熱と呼ばれる技術がある。この方法自体
は、電源と一対の電極だけでを必要とし、シンプルな構
造であるため古くから用いられているが、特に高粘性の
食品に対して優れた効果があり食品工程においても多く
研究されてきた。

【０００４】通電加熱には、例えば金属素材のような別
の発熱体を使用して加熱を行う方法と、被加熱物に直接
通電して加熱する方法がある。前者は基本的に間接加熱
であり前記チューブ式熱交換器や掻き取り式熱交換器と
同じ問題点を持つものの、技術的な容易さから従来から
検討されていた。例えば特開昭５０−０７０９４６にお
ける鋳造用素材を電極間に挟んで通電し、その時発生す
るジュール熱によって素材を加熱する方法、特開昭５０
−１０４４５３における通電により輸送管自体を発熱さ
せながら流体を輸送加熱する方法、特開昭５２−０１４
２４９における管内に多数の鋼球（発熱部）を設けて、
この鋼球を通電加熱することにより流体を加熱するする
方法、特開昭５５−０７５１５３における導管に熱伝達
接触する電気加熱板、コイル等を有する導管内流体を加
熱する方法、及び特開昭５７−１４４８４０における加
熱流体の流入部、流出部及び流通部からなり、導電性材
料で構成された管設備を含み交流電流の直接通電により
流体を加熱させる装置等である。しかしながら、これら
の方法では、接触部における焦げ付きの問題や、固液の
温度上昇の差による問題等の根本的な解決にはならなか
った。

【０００５】これらの間接加熱装置の欠点を解消するた
めの方法として、被加熱物を通電する方法もまた種々研
究されてきた。この場合、通電加熱は両端の電極で被加
熱食品材料を挟むことから、食品材料は電極間に挿入し
た誘電体とみなすことが出来る。

【０００６】上記技術を流体の管内連続加熱に適用する
例として例えば実用新案第３０３１２５３号における、
フッ素製樹脂ライニング管内にボルト状足部を有する一
対の電極板を相対向して互いに平行に置かれ、外部から
締付固定した一対の電極板に、電圧を印加して管路内を
流れる流動性食品材料を通電加熱する加熱装置等であ
る。この方法によると特に被加熱物内の散在する固形物
に対しても直接的な加熱が可能であるため、加熱不良の
問題を解決し加熱時間を短縮することが可能である。

【０００７】しかしながらこれらの方法においてもまだ
問題はあった。すなわち、流れ方向に沿って電極板を平
行に設置しているため電極板の取付け面積が多くなり結
果としてコスト高となり、また流れ抵抗（圧力損失）が
大きくなる等である。また、材料自身が電気抵抗により
発熱することを利用したこの加熱方法であっても未だ流
体内に存在する粘度・固形分含量・水分量等の不均一を
完全に消去することは難しくこれにより導電率が異なる
部分が残在し、この部分が通電斑いわゆる加熱斑と呼ば
れる食品の加熱殺菌の際に発生する殺菌不良の原因とな
る。これらの不均一性はベント管部や断面積を異なる管
を通過するときに生じる速度斑や、ポンプのスクリュウ
部を通過する時に発生する履歴等などが原因となる。

【０００８】

【発明の解決しようとする課題】本発明は、上記の問題
を鑑みてなされたもので、固形物と液体を同等に急速加
熱を行い、さらに移動中に生じる食品材料の速度差、ポ
ンプスクリュ等により生じる履歴を改善することによ
り、食品材料の高い品質を維持しつつ加熱殺菌を行う方
法を提供することである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記課題達成のための手
段として、固形分を含み流動性を有する高粘性食品材料
を連続的に移動させつつ管路で高粘性食品材料に通電す
ることにより加熱することが出来る連続加熱装置を提供
することである。この連続加熱装置は、混連均質化工程
と、固形分を含み流動性を有する高粘性食品材料を連続
的に移動させつつ管路で高粘性食品材料に通電する工程
と、冷却工程にて構成されている。

【００１０】上記通電加熱工程は、フッ素樹脂ライニン
グを施した鋼性のチューブである通電部とその両端にフ
ッ素樹脂ライニングを施した鋼性のチューブ内にボルト
状足部を有する電極棒を流れと直行する方向に配置した
電極部とで構成されている。上記加熱前工程における混
練は鋼性の混合素子を用い、また通電加熱部は、フッ素
樹脂ライニング管の中にフッ素樹脂製の混合素子を挿入
したものを用いる。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の好ましい実態を説
明する。まず、本発明に基く好ましい製造工程の一つ
は、無菌充填システムの前工程である加熱・殺菌工程に
おいて、生味噌を２５〜３５秒間、５０℃〜８０℃の状
態で加熱保持する工程である。生味噌は原料調合工程に
おいて、予め各種添加剤を調合して原料の準備を行い、
原料移送工程により、本工程へ送られる。本工程（加熱
・殺菌工程）は、移送中に発生した粘度・固形分含量・
水分量等の不均一性を改善するための予備混合工程と、
生味噌を２５〜３５秒間、５０から８０度の状態にて加
熱保持する加熱・殺菌工程（１−７）にて構成される。
混練工程（１−１）では、粘度・固形分含量・水分量等
の不均一性を管内を移送する間に連続的に混合出来るも
のが好ましく、例えばスタティクミキサー（１−２）の
ような混合素子を用いるとよい。

【００１２】ここで、用いるスタティックミキサーは洗
浄性に優れた衛生的なものが好ましい。例えばステンレ
ス鋼の素材に研磨仕上げを施したものを用いるとよい。
加熱殺菌工程（１−７）では、内面に導電製材料を使用
したフッ素樹脂シートライニングを施した鉄鋼製のチュ
ーブ（１−３）内にボルト状足部を有する電極棒（１−
４）を流れと直行する方向に配置した通電部と、通電部
に挟まれた通電部同様に内面にフッ素樹脂シートライニ
ングを施した鉄鋼製のチューブ（１−５）と管内にフッ
素樹脂製の混合素子（１−６）を取り付けた加熱部から
なり、流動性食品を管内通過させながら、電極棒の間を
通電加熱するようにした。通電加熱は、電流が導電性を
持つ食品中を流れる際に生じる。

【００１３】基本的な原理は下記式で表わされる。Ｗ＝Ｉ^２Ｒ＝Ｉ^２＊Ｖ／Ｉ＝ＩＶ・・・（ジュールの法則）電気抵抗Ｒ（オーム）の通電性食品に電流Ｉ（アンペ
ア）を通電することにより、電力Ｗ（ワット）が発熱エ
ネルギとなって、食品温度を上昇させる。Ｗ＝１／２ωεＳ（Ｖ^２／ｄ）・・・周波数ωが高いほど、また誘電率（損失係数）εが大き
ほど熱エネルギは大きくなる。ここで、Ｓは電極面積、
Ｖは印加電圧、ｄは電極間距離を示す。

【００１４】食品はさまざまな電解質を含むため、一般
的に電導率が大きく、固形物を含む液状食品でも導電率
が同じであれば均一同等の昇温速度が得られる。製品組
成の加熱速度は電気伝導性及び供給電圧により変化する
が、伝熱面を通じて熱交換されるものではない、従って
必要な伝熱面積を必要とする従来からの熱交換器のよう
に大きさに対する厳しい制限はない。電極はステンレス
製の外装によりサポートされた、フッ素樹脂製の電極ハ
ウジングで構成され、流動性食品が管内に入り各々電極
を通過する際、三相電圧が近接した電極の間に加わった
時、流動性食品に電流が流れ加熱効果が引き起こされ
る。

【００１５】入力電力は、電圧を変化させる事により簡
単に、正確且つ迅速にコントロール出来る。この方法で
は、固、液を通しての均一な熱発生は、その滅菌に必要
な温度及び時間の条件を従来の加熱方式より低く設定す
ることが可能である。また、内部を通過するするときに
例えばスタティックミキサーのような混合素子を用いて
内部混合させることにより、管内中の移動中に生じる速
度差、ポンプスクリュウ等により生じる履歴に起因する
濃度斑、固形分の分散斑を解消することにより、加熱斑
を防ぐことが出来る。

【００１６】

【実施例】以下、本発明の一実施例を説明する。図４
に、本発明の一実施例である生味噌殺菌−充填システム
の模式図を示す。図４を参照して、まず全体構成を説明
する。上流側から、調合タンク（４−１）が図示しない
配管、バルブ等を経て原料移送ポンプ（４−２）に接続
する。原料移送ポンプは図示しない配管、バルブ、流量
計等を経て混練用ラインミキサー（４−３）に接続す
る。混練用ラインミキサーは、配管を介して鉛直方向に
直立したスタティックミキサーからなるホールディング
管を１基または２基以上直列に接続しその後、加熱ライ
ン（４−４）に接続される。加熱ライン（４−４）は、
内面にフッ素樹脂シートライニングを施した鉄鋼性のブ
ロック内にボルト状足部を有する電極棒を流れと直行す
る方向に配置した通電部と、通電部に挟まれた通電部同
様に内面にフッ素樹脂シートライニングを施した鉄鋼性
の管と管内にフッ素樹脂製の混合素子を取り付けた加熱
部とで構成されており、流動性食品を管内通過させなが
ら、電極棒の間を通電加熱するよう構成されている。こ
の加熱ライン（４−４）においては加熱殺菌を終えた管
内の流動性液体はホールディング管（４−５）で熟成後
冷却用熱交換器（４−６）にて冷却される。そして充填
機に接続され指定のパックに充填して商品となる。加熱
ラインと充填機の間の配管には、温度センサーが取り付
けられ、温度センサーは制御機器を介して加熱ラインへ
の電流量を制御している。

【００１７】加熱ライン（４−４）は詳細には図２で示
されたように、フッ素樹脂製ブロック内にボルト状足部
を有する電極棒を流れと直交する方向に配置した通電部
と、通電部に挟まれた通電部同様に内面にフッ素樹脂シ
ートライニングを施した鉄鋼性の管と管内にフッ素樹脂
製の混合素子を取り付けた加熱部とで構成されている。
電極部は鉄鋼製の円筒管（２−１）内部にフッ素樹脂製
のブロック（２−２）を挿入しライニング状とし、その
内部に円筒管の一方向から、電極棒を挿入した構造とな
っている。また、フッ素樹脂製のブロック（２−２）
は、電極棒を挿入してなお流動性液体が通過面積を確保
出来るように中央が広がった形状となっている。

【００１８】混練用ラインミキサー（１−２）は金属製
の二重管構造の管内部にフッ素樹脂コーティングが施さ
れた管とその内部に挿入されたスタティックミキサーエ
レメント（２−４）とで構成されている。管（２−３）
が二重管構造となっているのはその間に冷却水を流すこ
とにより、通電加熱が行われる間の管壁部の昇温を防
ぎ、フッ素樹脂コーティング材の劣化を防ぐためのもの
である。通電部に挿入するスタティックミキサーエレメ
ント（２−４）もまたフッ素樹脂製のものを使用する。
スタティックミキサーエレメント（２−４）は、ねじり
羽根形状のエレメントをねじり軸方向（管の長手方向）
に複数接合したものである。このスタティックミキサー
エレメントのねじり度（Ｌ／Ｄ）は２．０から２．５と
比較的ゆるやかのもを使用している。これは生味噌のよ
うな高粘性流体を流す場合にも実用的な圧力損失を確保
するためである。

【００１９】また、図３で示すようにスタティックミキ
サーエレメント（３−１）の両端部（Ａ−Ａ断面）は、
略円柱状に膨らみを持たしている。これにより流体物中
の固形分がつぶれたり、絡んだりすることを防止する。
この混練用混合素子を挿入した加熱部とその両端の通電
部とで組み合わせた通電加熱部を必要段数直列に組合せ
ることで、本装置は構成される。

【００２０】ここで混練用ラインミキサーの長さは下流
に行くに従い長くなるように設計されている。これは、
通過する粘性流体が加熱に伴いその電気特性が向上する
ためである。本例では、生味噌が１５℃の時の導電率が
３０ｍＳ／ｃｍ、５０℃の時の導電率が６５ｍＳ／ｃ
ｍ、８５℃の時の導電率が１００ｍＳ／ｃｍ程度になる
と考えられる。また、使用に応じて洗浄工程を付加する
ことができる。ここでは図示しないが、運転終了後、三
方弁を切り換えてＣＩＰ（Ｃｌｅａｎｉｎｇｉｎｐ
ｌａｃｅ）ポンプを動かすことにより、配管全体をＣＩ
Ｐ洗浄液で洗浄する方法がある。ＣＩＰ液は好ましくは
アルカリ性水溶液を使用する。

【００２１】（製造例）以下、本発明の一製造例として
生味噌加熱殺菌の場合を説明する。まず、処理量２，０
００ｋｇ／ｈｒとして、生味噌を室温（３０度）から８
５度まで加熱出来るものの形状を設定した。この条件で
加熱に必要な熱量は１４０，０００〜１５０，０００ｋ
ｃａｌ／ｈｒと推測される。生味噌の物性の実測は容易
でないが、本例では以下の条件を仮定して設計を行っ
た。すなわち、生味噌の粘度を５００ｐｏｉｓｅ（室
温）から５０ｐｏｉｓｅ（８５℃），生味噌の導電率を
それぞれ３０ｍＳ／ｃｍ（１５℃）、６５ｍＳ／ｃｍ
（５０℃）、３０ｍＳ／ｃｍ（８０℃）とした。これに
本例での供与電圧を７５〜１２５Ｖ、供与電流を６００
〜１０００Ａとした場合、内径８０ｍｍの混練用ライン
ミキサーを用いて全長約１５ｍ〜２０ｍが必要となる。
この時の滞留時間は約３０秒である。

【００２２】通電管内部のスタティックミキサーエレメ
ントは管内を流れる生味噌の濃度斑、固形分の分散斑に
起因して生じる導電率の不均一を解消するために取り付
けられている。この現象は特に入り口付近において顕著
に生じるため入り口付近のみにスタティックミキサーエ
レメントを取り付けるだけてもよい。スタティックミキ
サーエレメントの取付け数は多ければ性能は良くなる
が、反面流体の流れる抵抗すなわち圧力損失が大きくな
る。実際には設計的な制限から最適の数が選ばれる。通
電加熱部を経て８５℃に加熱殺菌された生味噌は次工程
の冷却工程で、３０℃まで冷却される。冷却工程は通常
の熱交換器を用いることが出来るが、好ましくは二重管
式の熱交換器を用い管内は熱交換率向上のためのスタテ
ィックミキサーエレメントを入れるとよい。このスタテ
ィックミキサーエレメントは、熱交換率向上だけでな
く、前工程部で発生する生味噌の不均一性を改善する効
果もある。ここでいう不均一性とは、ベント管部や断面
積が異なる管を通過するときに生じる速度斑や、ポンプ
のスクリュウ部を通過する時に発生する時に生じる履歴
等をさす。以上の工程により殺菌処理を施された生味噌
は冷却後指定のパック等に充填されて商品化される。

【００２３】本件の例では、従来５℃〜１０℃あった温
度斑が３℃未満と改善された。これにより、加熱斑が原
因で生じていた製品の焦げも改善することが出来た。以
上の通電加熱により行われる加熱殺菌工程は、特に固形
分を含む高粘度の製品処理に対して、掻き取り式、多管
式熱交換器に比べて、低い圧力損失で固形分に対しても
低いダメージで効率的に加熱殺菌を行うことができた。
そして食品に直接通電加熱することにより液体と固形物
の温度上昇速度を同じにすることが出来、製品の風味、
色、食感等の品質の劣化を防ぐことが出来た。加えて、
管内にスタティックミキサーエレメントを挿入すること
により、局部的な斑さえも改善し、高い品質を維持する
ことができた。本例では生味噌の例を用いたがそれ以外
の高粘性の液体を扱う食品材料の加熱殺菌工程や、高粘
性のポリマーの加熱、反応工程における化学薬品の製造
プロセスにおいても適用可能であると考えられる。

【００２４】

【発明の効果】上記システムを用いることにより、通電
加熱の際に加熱斑の原因になる不均一性を解消し高い品
質を維持した生味噌の加熱殺菌が可能となった。

【図面の簡単な説明】

【図１】加熱殺菌システムの全体図。

【図２】通電加熱部の詳細図。

【図３】混合素子の詳細図。

【図４】生味噌加熱殺菌システムの模式図。

【符号の説明】

（１−１）混連工程（１−２）スタティクミキサー（１−３）チューブ（１−４）電極棒（１−５）チューブ（１−６）混合素子（１−７）加熱工程（２−１）円筒管（２−２）ブロック（２−３）管（２−４）スタティックミキサーエレメント（３−１）スタティックミキサーエレメント（４−１）調合タンク（４−２）原料移送ポンプ（４−３）混練用ラインミキサー（４−４）加熱ライン（４−５）ホールディング管（４−６）冷却用熱交換器

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者松原章愛知県名古屋市西区則武新町三丁目１番36 号株式会社ノリタケカンパニーリミテド内Ｆターム(参考） 4B021 LA07 LA32 LP04 LT03 LW07 MC01 MQ01 4B048 PE20 PS01 PS13 PS15

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】固形分を含み流動性を有する高粘性食品材
料を連続的に移動させつつ管路で高粘性食品材料に通電
することにより加熱を行うことを特徴とする連続加熱装
置。
【請求項２】混練均質化工程と、通電加熱工程と、冷却
工程の順からなることを特徴とする請求項１の連続加熱
装置。
【請求項３】上記通電加熱工程は、内部フッ素樹脂ライ
ニングを施した鋼製のチューブである通電部とその両端
にフッ素樹脂ライニングを施した鋼製のチューブ内にボ
ルト状足部を有する電極棒を流れと直交する方向に配置
した電極部とで構成されていることを特徴とする請求項
１の連続加熱装置。
【請求項４】上記混練均質化工程は鋼製の混合素子を用
い、また通電加熱部にはフッ素樹脂ライニング管を施し
たチューブの中にフッ素樹脂製の混合素子を挿入したも
のを用いることを特徴とする請求項１の連続加熱装置。
【請求項５】上記混合素子は、スタティックミキサーを
用いることを特徴とする請求項１の連続加熱装置。
【請求項６】上記装置を用いた生味噌を連続加熱により
殺菌する方法。