JP2017018877A

JP2017018877A - 懸濁液から粉末油脂を分離する方法

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Publication number: JP2017018877A
Application number: JP2015137755A
Authority: JP
Inventors: 武藤　明徳; Akinori Muto; 明徳武藤
Original assignee: Osaka Prefecture University PUC
Current assignee: Osaka Metropolitan University
Priority date: 2015-07-09
Filing date: 2015-07-09
Publication date: 2017-01-26
Anticipated expiration: 2035-07-09
Also published as: JP6485909B2

Abstract

【課題】本発明は、低コストで懸濁液から粉末油脂を分離する方法を提供する。【解決手段】本発明の分離方法は、固体状態の粉末油脂が水に分散した懸濁液に二酸化炭素を溶解させ前記粉末油脂を凝集させる工程と、凝集した前記粉末油脂と水とを分離する工程とを含むことを特徴とする。【選択図】図１

Description

本発明は、希薄な粉末油脂が懸濁した懸濁液を二酸化炭素で処理することによる粉末油脂を分離する方法に関する。

粉末油脂は食品工業において重要な製品でありかつ重要な添加物である。最近では、消費者の健康志向、風味などの趣向希望の高さに合わせて、粉末油脂の開発が盛んである（例えば、特許文献１、２参照）。特に、粉末油脂を様々な食品に使用できるように、水への分散性の高い粉末油脂が開発されている。
粉末油脂の製造方法は、小規模多品種のバッチ製造が主流となっている。このため、製造装置の配管ラインの洗浄の頻度が多くなり、かつ、徹底した洗浄が求められる。この結果、配管ラインに残存する粉末油脂を低濃度で含む洗浄廃水が大量に排出される。この洗浄廃水は、遠心分離や凝集剤の添加により水と粉末油脂とを分離して廃水処理される。
一方、粉末油脂の懸濁液を対象とするのではなく油中水型エマルジョンを処理する技術においては、高圧二酸化炭素ガスを用いて油中水型エマルジョンを解乳化する方法が知られている（例えば、特許文献３参照）。この方法では、２ＭＰａ〜８ＭＰａ程度の高圧力で二酸化炭素加圧してエマルジョン中に含まれる非水系溶剤に二酸化炭素を溶解させ非水系溶剤を膨張させることによりエマルジョンを破壊して、水相と油相に分離している。

特開２０１３−１４３９４３号公報特開２０１３−２０９４９３号公報特開２０１３−１８０２４４号公報

遠心分離法で処理するには遠心分離機が必要となり装置的にコストがかかる。
また、粉末油脂の懸濁液は、分散性が良好なため、遠心分離などの方法では分離するのが難しく、例えば、粉末油脂を低濃度で含む洗浄廃水を遠心分離法により処理しても、水と粉末油脂とを分離できないことが多い。また、粉末油脂を低濃度で含む洗浄廃水に凝集剤を添加して廃水処理する場合、大量の凝集剤を使用する必要があり、また、分離処理後に水に含まれる凝集剤を処理する必要がある。このため、廃水処理コストが増加するという問題がある。
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、低コストで懸濁液から粉末油脂を分離する方法を提供する。

本発明は、固体状態の粉末油脂が水に分散した懸濁液に二酸化炭素を溶解させ前記粉末油脂を凝集させる工程と、凝集した前記粉末油脂と水とを分離する工程とを含む分離方法を提供する。

懸濁液に二酸化炭素を溶解させることにより、懸濁液に分散した粉末油脂を凝集させることができる。このことは、本発明者が行った実験により明らかになった。また、粉末油脂が凝集し凝集体が形成されると、ろ過などにより水と粉末油脂とを容易に分離することができる。
二酸化炭素は、常圧でもバブリングなどにより容易に懸濁液に溶解させることができる。従って本発明において、懸濁液に二酸化炭素を溶解させる工程では、二酸化炭素を懸濁液に高圧で加える装置は必要なく、二酸化炭素を常圧付近（１気圧〜１．５気圧程度）で懸濁液に加える装置があればよいので装置コストも低く抑えることができる。
また、水に溶解した二酸化炭素は容易に空気中に放出されるため、分離した水も低コストで処理することができる。
従って、本発明の分離方法によれば、短時間低コストで懸濁液を粉末油脂と水とに分離することができる。

本発明の一実施形態の分離方法の工程の説明図である。本発明の一実施形態の分離方法に含まれるＣＯ₂加圧溶解工程の説明図である。本発明の一実施形態の分離方法に含まれる気液スラグ流によるＣＯ₂溶解工程の説明図である。分離実験１において粉末油脂を凝集させた試料の写真である。分離実験１において粉末油脂を凝集させた試料の写真である。分離試験１において粉末油脂を凝集させた試料のろ液の写真である。分離実験２において粉末油脂を凝集させた試料の写真である。

本発明の分離方法は、固体状態の粉末油脂が水に分散した懸濁液に二酸化炭素を溶解させ前記粉末油脂を凝集させる工程と、凝集した前記粉末油脂と水とを分離する工程とを含むことを特徴とする。
本発明の分離方法において、粉末油脂とは、固体状の脂肪微粒子の粉である。粉末油脂は、乳化剤、タンパク質、糖ポリマー、乳化性糖質、二酸化ケイ素微粒子などを含んでもよい。また、粉末油脂は、５０℃以上の融点を有してもよい。
本発明の分離方法において、懸濁液とは分散媒である水に固体状態の粉末油脂が分散した系をいう。

本発明の分離方法において、懸濁液は、粉末油脂の製造装置を洗浄することにより生じる洗浄廃水であることが好ましい。
このことにより、洗浄廃水に含まれる水と粉末油脂とを分離することができ、大量の洗浄廃水を低コストで廃水処理することが可能になる。また、分離した水を製造装置の洗浄に再利用することが可能になる。
本発明の分離方法において、懸濁液に二酸化炭素を溶解させる工程は、懸濁液に二酸化炭素ガスを加圧溶解させる工程、懸濁液中に二酸化炭素ガスを吹き込みバブリング処理する工程、または懸濁液と二酸化炭素ガスとの気液スラグ流（管内を気体と液体が交互に流れる流動状態）を形成する工程であることが好ましい。
また、本発明の分離方法において、懸濁液に二酸化炭素を溶解させる工程では、懸濁液に二酸化炭素ガスを強制的に混合して、懸濁液中に二酸化炭素ガスの気泡が分散した状態を形成することが好ましい。
このことにより、懸濁液に二酸化炭素を溶解させることができ、懸濁液に分散した粉末油脂を凝集させることができる。
本発明の分離方法において、懸濁液に二酸化炭素を溶解させる工程は、二酸化炭素ガスを圧力１．５気圧以下で懸濁液に接触させることによって行うことが好ましい。
このことにより、簡単な装置で懸濁液を処理することができ、処理コストを低減することができる。

本発明の分離方法において、前記分離する工程は、凝集した前記粉末油脂を含む水をろ過する工程であることが好ましい。
このことにより、凝集した粉末油脂と水とを容易に分離することができる。
本発明の分離方法において、前記懸濁液の粉末油脂濃度は、３０００ｐｐｍ以下であることが好ましい。
このことにより、大量の洗浄廃水を低コストで廃水処理することが可能になる。

以下、図面を用いて本発明の一実施形態を説明する。図面や以下の記述中で示す構成は、例示であって、本発明の範囲は、図面や以下の記述中で示すものに限定されない。

図１は本実施形態の分離方法の工程の説明図である。
本実施形態の分離方法は、固体状態の粉末油脂２が水に分散した懸濁液７に二酸化炭素を溶解させ粉末油脂２を凝集させるＣＯ₂溶解工程と、凝集した粉末油脂２と水とを分離する分離工程とを含むことを特徴とする。

１．粉末油脂、懸濁液
本実施形態の分離方法において、粉末油脂２とは、固体状態の脂肪微粒子３の粉である。粉末油脂２は、乳化剤、タンパク質、糖ポリマー、乳化性糖質、二酸化ケイ素微粒子などを含んでもよい。また、粉末油脂２は、５０℃以上の融点を有してもよい。
本実施形態の分離方法において、懸濁液７とは、分散媒である水に固体状態の粉末油脂２（脂肪微粒子３）が分散した系をいう。例えば、懸濁液７は、図１の左上図のように分散媒である水５に、脂肪微粒子３が分散した懸濁液である。
懸濁液７は粉末油脂以外の不純物などを含んでもよい。また、懸濁液７は、水道水、井戸水、蒸留水、再生水、純水などの不純物の少ない水に粉末油脂２が分散した懸濁液であってもよい。
また、粉末油脂２の大きさについては、懸濁液７をJIS P 3801に規定される２種に相当するろ紙でろ過したとき、粉末油脂２がろ紙を通過する懸濁液であってもよい。このような微細な粉末油脂２が水中に分散した懸濁液７は、特に分散性が良好であって、粉末油脂２と水とに分離するのが一般的に難しいが、本実施形態の分離方法によって容易に分離することができる。
また、懸濁液７は、粉末油脂２の製造装置を洗浄することにより生じる洗浄廃水であってもよい。この洗浄廃水は、粉末油脂２の製造装置の容器や配管に付着した粉末油脂２が洗浄水に分散した懸濁液となる。また、懸濁液７に含まれる粉末油脂２の濃度は低くなる。また、製造装置の洗浄により大量の洗浄廃水が排出される。また、懸濁液７は、洗浄水に水道水、井戸水、蒸留水、再生水、純水などの不純物の少ない水を使用することにより排出される洗浄廃水であってもよい。
また、懸濁液７の粉末油脂濃度は、３０００ｐｐｍ以下であってもよく、２０００ｐｐｍ以下であってもよく、１０００ｐｐｍ以下であってもよい。このような希薄な懸濁液７であっても、本実施形態の分離方法によれば、粉末油脂２と水とを低コストで分離することができる。

２．ＣＯ₂溶解工程
ＣＯ₂溶解工程は、固体状態の粉末油脂２が水に分散した懸濁液７にＣＯ₂を溶解させ粉末油脂２を凝集させる工程である。懸濁液７にＣＯ₂を溶解させることにより粉末油脂２が凝集することは本発明者が行った実験により明らかになった。ＣＯ₂溶解工程により、懸濁液７は粉末油脂２の凝集体４を含む水へと変化する。

ＣＯ₂溶解工程では、ＣＯ₂ガスを水に溶解させるために、ＣＯ₂ガスと水との気液接触面積が大きくなるように処理することが好ましい。そのために、懸濁液７とＣＯ₂ガスとを振盪やバブリングなどの方法で強制的に混合して、懸濁液７中にＣＯ₂ガスの気泡が分散した状態を形成することが望ましい。また、懸濁液７にＣＯ₂ガスを接触させる際に加圧した状態で処理することによって、ＣＯ₂を効率よく懸濁液７に溶解させることができる。
図２は、本実施形態の分離方法に含まれるＣＯ₂加圧溶解工程の説明図である。
このＣＯ₂溶解工程の例では、密閉容器に懸濁液７及びＣＯ₂ガスを入れて、密閉容器を振盪する。
例えば、図２（ａ）のように、シリンジ２２で懸濁液７とＣＯ₂ガスと吸引し、シリンジ２２を密閉する。その後、図２（ｂ）のように、シリンジ２２の内部体積を圧縮させシリンジ２２の内部を加圧状態にした状態でシリンジ２２を振盪する。
このように加圧状態でシリンジ２２を振盪することにより、ＣＯ₂ガスを懸濁液７に溶解させることができ、粉末油脂２を凝集させることができる。また、ＣＯ₂加圧溶解工程は、加圧状態のシリンジ２２の振盪と、図２（ｃ）のように内部を減圧状態としたシリンジ２２の振盪とを交互に繰り返してもよい。このことにより、ＣＯ₂ガスの溶解を促進することができる。
また、ＣＯ₂溶解工程において、懸濁液７を入れた容器にドライアイスを入れることによって、容器の内部を加圧状態にした状態でＣＯ₂を溶解させもよい。

ＣＯ₂溶解工程は、懸濁液７中にＣＯ₂ガスを吹き込んでバブリングする工程であってもよい。この懸濁液７中へのＣＯ₂ガスバブリングは、密閉容器内において加圧状態で行ってもよい。また、ＣＯ₂溶解工程は、密閉されていない容器に懸濁液７を入れて、常温、常圧でバブリングしてもよく、これによってもＣＯ₂ガスを懸濁液７中に容易に溶解させることができる。
このバブリング処理は、例えば、図１の右上図のように懸濁液７にＣＯ₂ガスを吹き込み気泡９を発生させることにより行うことができる。
バブリング処理において、懸濁液７中に配置した多孔質体にＣＯ₂ガスを供給して気泡９を発生させてもよく、このことにより、気液界面の面積をさらに広くすることができ、ＣＯ₂ガスを効率よく懸濁液７に溶解させることができる。
ＣＯ₂溶解工程は、懸濁液７とＣＯ₂ガスとの気液スラグ流（管内を気体と液体が交互に流れる流動状態）を形成する工程であってもよい。このことにより連続的に懸濁液７にＣＯ₂ガスを溶解させることができる。例えば、管８を流通する懸濁液７にＣＯ₂ガスを吹き込むことにより、図３のように懸濁液７とＣＯ₂ガスとが交互に管８に流れる気液スラグ流を形成して、懸濁液７に連続的にＣＯ₂ガスを溶解させることができる。

３．分離工程
分離工程は、ＣＯ₂溶解工程により凝集した粉末油脂２（凝集体４）と水とを分離する工程である。この工程により、粉末油脂２と水とを分離することができ、粉末油脂２と水とを別々に処理することが可能になる。このため、粉末油脂２を再利用することや焼却処理することが可能になる。また、水を再利用することや排水することが可能になる。
分離工程は、凝集した粉末油脂２（凝集体４）を含む水を、多孔質（ろ材）を使ってろ過する工程であってもよい。ＣＯ₂溶解工程により形成した凝集体４は、脂肪微粒子３に比べ十分に大きいため、ろ材を通過することない。また、ろ材の目詰まりも生じにくく、水だけがろ材をスムースに通過する。従って、ろ過により凝集体４と水とに容易に短時間で分離することができる。
このことにより、粉末油脂２と水とを容易に分離することができる。例えば図１の左下図のように、分離工程では、凝集体４を含む水をろ過することにより、ろ紙１２上に残る残渣２０とろ液１７とに分離することができる。残渣２０は、凝集体４であった粉末油脂２がろ紙１２上に残ることにより形成され、ろ液１７は澄んだ水となる。
また、分離工程は、遠心分離により凝集体４と水とを分離する工程であってもよい。また、分離工程は、凝集体４を含む水を静置し凝集体４を浮上又は沈降させ分離する工程であってもよい。
なお、分離工程により分離した水（ろ液１７）はＣＯ₂が溶解しているため弱酸性となっているが、ＣＯ₂を含む水を開放状態で放置することによりＣＯ₂は大気中に放出される。また、ＣＯ₂を含む水を加熱処理することによりＣＯ₂は大気中に放出される。従って、分離工程により分離した水のｐＨは容易に上昇させることができる。また、ＣＯ₂を含む水を加熱処理することにより放出させたＣＯ₂を回収しＣＯ₂を再利用することもできる。

分離実験１
水に粉末油脂が分散した懸濁液にＣＯ₂加圧溶解処理を施し、水と粉末油脂を分離する実験を行った。
懸濁液は、純水に市販の粉末油脂を添加することにより、１０００ｐｐｍの粉末油脂を含む懸濁液を調製した。調製した懸濁液は、白濁した状態であり、時間が経過してもこの状態が続いた。また、粉末油脂が容器の底に溜まることはなかった。さらに、液体状の油が懸濁液に浮くことはなかった。このことから、懸濁液では、固体状態の脂肪微粒子が水に分散した状態となっていると考えられる。なお、他の実験でも同じように懸濁液を調製した。

次に、調製した懸濁液（試料１〜４）にＣＯ₂ガスを加圧溶解させる加圧溶解処理を行った。具体的には、図２（ａ）のように、調製した懸濁液をシリンジで２ｍｌ吸引し、その後、このシリンジでＣＯ₂ガスを８ｍｌ吸引し、シリンジの内部体積を１０ｍｌとし、シリンジを密封した。そして、図２（ｂ）のように、シリンジの内部体積を８ｍｌすることによりシリンジ内部を若干の加圧状態とした。試料１では、次の振盪処理を行わず、この加圧状態を維持し加圧溶解処理を行った。また、試料２〜４の加圧状態にしたシリンジを水平動振盪方式のシェーカーに固定し、試料２では１０秒間シリンジを振盪し、試料３では２０秒間シリンジを振盪し、試料４では３０秒間シリンジを振盪した。次に図２（ｃ）のように、シリンジ内の体積を１２ｍｌとすることによりシリンジ内部を減圧状態としシェーカーで１０秒間シリンジを振盪した。このような加圧状態と減圧状態でのシリンジの振盪を交互に１０回ずつ行い振盪・加圧溶解処理を行った。また、加圧溶解処理を行った試料１及び振盪・加圧溶解処理を行った試料２〜４のシリンジ内の液を回収し１５時間静置し静置処理を行った。

図４は加圧溶解処理後の試料１又は振盪・加圧溶解処理後の試料２〜４の写真であり、図５は静置処理後の試料１〜４の写真である。また、図４、５には、比較のために調製した懸濁液の写真も示している。
図４に示した写真のように、調製した懸濁液が白濁した状態であるのに対し、ＣＯ₂の加圧溶解処理を施した試料１〜４では、粉末油脂の凝集が確認された。また、図５に示した写真のように、静置処理を施した試料１〜４では、凝集した粉末油脂（凝集体）が液面付近に集まり、液面付近以外の水が澄むことが確認された。
加圧溶解処理後の試料１〜４を定性ろ紙（アドバンテック東洋株式会社製ADVANTEC No.2、他のろ過でもこのろ紙を用いた）を用いてろ過したところ、凝集した粉末油脂は、残渣としてろ紙上に残り、ろ液が澄んでいることが確認された。なお、調製した懸濁液をろ過したところ、ろ液は白濁していた。従って、調製した懸濁液にＣＯ₂加圧溶解処理を施すことにより、懸濁液に分散した粉末油脂を、ろ過により除去可能な凝集体に変化させることができた。

図６は、上述の方法で調製した懸濁液にＣＯ₂ガスを加圧溶解させる加圧溶解処理を行った試料をろ過して得られたろ液の写真である。図６には、比較のために、調製した懸濁液の写真および調製した懸濁液（ＣＯ₂溶解処理なし）をろ過して得られたろ液の写真も示している。ＣＯ₂溶解処理なしの懸濁液のろ過では、ろ液が白濁し粉末油脂と水とを分離できなかったのに対し、ＣＯ₂加圧溶解処理を行った試料のろ過では、ろ液は澄んでおり、凝集した粉末油脂と水とを分離することができた。

分離実験２
図１の右上図のように、調製した１０００ｐｐｍの粉末油脂が分散した懸濁液２０ｇ（試料５）にＣＯ₂ガスを吹き込み、懸濁液にバブリング処理を施した。ＣＯ₂ガスは、０．３Ｌ／minで５分間懸濁液に吹き込んだ。なお、バブリング処理後の試料５のｐＨは、４．２であった。
図７はバブリング処理後の試料５の写真である。また、図７には、比較のために調製した懸濁液の写真も示している。バブリング処理を施した試料５でも粉末油脂が凝集することが確認された。また、試料５をろ過したところ、凝集した粉末油脂は、残渣としてろ紙上に残り、ろ液が澄んでいることが確認された。

２：粉末油脂３：脂肪微粒子４：凝集体５：水７：懸濁液８：管９：二酸化炭素の気泡１０：懸濁液容器１２：ろ紙１３：ろ過器１５：ろ液容器１７：ろ液２０：残渣２２：シリンジ２３：栓

Claims

固体状態の粉末油脂が水に分散した懸濁液に二酸化炭素を溶解させ前記粉末油脂を凝集させる工程と、
凝集した前記粉末油脂と水とを分離する工程とを含む分離方法。
前記懸濁液は、前記粉末油脂の製造装置を洗浄することにより生じる洗浄廃水である請求項１に記載の方法。
前記懸濁液に二酸化炭素を溶解させる工程は、前記懸濁液に二酸化炭素ガスを加圧溶解させる工程、前記懸濁液中に二酸化炭素ガスを吹き込みバブリング処理する工程、または前記懸濁液と二酸化炭素ガスとの気液スラグ流を形成する工程である請求項１又は２に記載の方法。
前記懸濁液に二酸化炭素を溶解させる工程では、
前記懸濁液に二酸化炭素ガスを強制的に混合して、前記懸濁液中に二酸化炭素ガスの気泡が分散した状態を形成する請求項１〜３のいずれか１つに記載の方法。
前記懸濁液に二酸化炭素を溶解させる工程は、
二酸化炭素ガスを圧力１．５気圧以下で前記懸濁液に接触させることによって行われる請求項１〜４のいずれか１つに記載の方法。
前記分離する工程は、凝集した前記粉末油脂を含む水をろ過する工程である請求項１〜５のいずれか１つに記載の方法。
前記懸濁液の粉末油脂濃度は、３０００ｐｐｍ以下である請求項１〜６のいずれか１つに記載の方法。