JPH0240204A - 溶液凍結濃縮装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、果汁、コーヒー、ビール、酢等の液状食品の
濃縮、或いは、医薬品や化粧品等のバイオテクノロジー
分野における各種溶液の凍結濃縮技術に適用して好適な
溶液凍結濃縮装置に関するものである。

〔従来の技術〕

果汁等の食品分野においては、加熱による真空蒸発濃縮
法が一般的に利用されている。しかし、この真空蒸発濃
縮法には、熱による成分の劣化や色調の退化、水分の蒸
発にともなう香気成分の損失等の問題がある。

そこで、加熱による変性や香気成分の飛散しやすいもの
に対しては、一部で凍結濃縮法が適用されている。この
凍結濃縮法では、例えば果汁等の液状食品中の水分を氷
結させて分離し、濃縮製品を作る。

しかし、この凍結濃縮法では、固液の分離が比較的むず
かしく、溶質の損失や排水処理等の問題があった。そし
て、多くの場合、氷晶に付着した溶質分の回収の為に、
氷晶をその融解水によって洗浄することが行われている
。

例えば、現在実用化されている代表的な装置では、バル
ブ質を除去した原果汁を掻取式の熱交換器で一１５℃ま
で冷却して、果汁中の水分を約２０μｍ程度の微細な氷
結晶とし、次いで、この凍結した果汁を一５℃の再結晶
用タンクに移し、このタンク内で２００〜４００μｍ程
度の大きさの球状の氷結晶に成長させる。しかる後、溶
液を濾過分離した後の濃厚氷晶スラリーをカラム状の洗
浄機に下方から導入し、この洗浄機内で約５〜ＩＱ　ｋ
ｇ　／　ｃｒａ程度の圧力をかけて圧搾濾過する。そし
て、この圧搾濾過が終ると、最上層部の氷晶の一部を融
解させ、その融解水を下方へ流すことによって下部の氷
晶の表面を洗浄する。そして、この操作を連続的に反覆
実施することにより、約３０〜４０’　Ｂｒ１ｘの濃縮
果汁が得られる（露木英男、難波端尚編「新食品加工技
術」、第２章食品の凍結技術−サイエンス・フォーラム
社、昭和６０年１２月２５日発行−参照）。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかし、従来周知の凍結濃縮装置においては、融解水に
よる洗浄時の洗浄効果が小さく、特に、濃縮液の粘度が
高いものや、微細な結晶を多く含んでいる場合には、溶
質分の回収効率が大幅に低下してしまっていた。また、
氷晶中に包含された溶質分の分離及び回収は、従来の装
置では実質的に殆ど不可能であった。

この為、従来の装置では、氷晶を２００μｍ以上の球形
に且つ溶質分をできるだけ包含しないように成長させる
必要があり、その結果、結晶成長工程が複雑且つ大がが
りなものになると同時に、装置運転のスタートアップに
時間がかかる等の問題があった。

そこで、本発明の課題は、特に、洗浄工程における溶質
分回収効率を高め、これにより、結晶成長工程の簡略化
を図ることのできる濃縮装置を提供することである。

〔課題を解決するための手段〕

上記課題は、本発明により、次のようにして解決される
。

即ち、本発明装置は、第１図に示すように、果汁等の溶
液を冷却して氷晶を発生させる冷却手段１と、その溶液
から氷晶を分離する分離手段３と、分離された氷晶を洗
浄する洗浄手段４とを夫々有している。冷却手段ｌは、
従来のものと同様、掻取式の熱交換冷却器であってよい
。また、分離手段３は、濾過器で構成することができる
。

なお、本発明においては、「氷晶」という用語を、水以
外の溶媒の場合、その溶媒の結晶状態を示す意味に用い
る□。

本発明装置において、洗浄手段４は、第２Ａ図〜第２Ｃ
図に示すように、実質的に横断面が２個以上の円を互い
に部分的に重ね合せた形状の直立した洗浄塔から成って
おり、各日の中心位置に夫々回転軸４１が設けられてい
る。そして、各回転軸４１の外周には多数の攪拌翼４２
が設けられている。攪拌翼４２は、円の重なり部分で、
隣接する回転軸４１に設けられた撹拌翼４２と上下に交
互に重なり合って回転するように構成されている。

また、攪拌翼４２は、第３Ａ図及び第３Ｂ図に示すよう
に、回転方向に向かって上方へ傾斜して設けられており
、この攪拌翼４２の回転によって洗浄塔４内の氷晶が洗
浄塔４の下部から上部へ移送されるようになっている。

第１図及び第３Ｂ図に示すように、洗浄塔４の下部には
水晶供給手段４３、上部には氷晶取出口４４及びヒータ
ー等から成る氷晶融解手段４５、また底部には液取出口
４６が夫々設けられている。

そして、液、取出口４６から取り出された溶液は導管４
７を介して冷却手段１に還流されるようになっている。

〔作　用〕

第１図に示すように、濃縮されるべき果汁等の溶液は、
まず、冷却手段１に供給される。そして、この冷却手段
１で氷晶を発生した溶液は、必要に応して、攪拌槽２等
から成る結晶成長手段に送られ、ここで所定の大きさの
氷晶を形成してから濾過器等の分離手段３に送られる。

そして、この分離手段３において、氷晶の発生によって
濃縮された溶液から氷晶が分離され、この分離された氷
晶は洗浄塔４の氷晶供給手段４３に送られる。なお、本
発明においては、結晶成長手段は必ずしも用いる必要は
なく、また、用いる場合でも、非常に簡単な構成のもの
でよい。

氷晶供給手段４３から洗浄塔４内に導入された氷晶は、
攪拌翼４２の回転により、洗浄塔４の下部から上部へ移
送される。このとき、部分的に互いに重なり合って回転
する攪拌翼の作用により、氷晶は互いに圧縮及び分散を
繰り返しながら移動する。そして、洗浄塔４の上部で氷
晶融解手段４５により氷晶の一部が融解され、その融解
液が氷晶と向流的に流されて氷晶が洗浄される。そして
、これらの作用が相俟って、氷晶は、単なる洗浄作用の
みならず、結晶精製におけるいわゆる発汗作用、オスト
ワルドライブニング作用、再結晶作用等を受け、これら
の相乗的な効果により、氷晶に付着或いは包含された溶
質分の殆どの量を分離することができる。また、微細な
氷晶の場合でも、その分離効率は高くなる。

洗浄塔４内で洗浄された溶質分を除去された氷晶は、塔
上部の氷晶取出口４４から取り出される。

一方、氷晶から分離された溶質分と融解液とがら成る溶
液は、塔底部の液取出口４６から取り出され、導管４７
を介して冷却手段１に還流され、再び濃縮工程に供され
る。

〔実施例〕

以下、本発明の詳細な説明する。

第１回において、；信１宿されるべき）容ン夜、例えば
果汁は、導管１１を通じて冷却器１に供給される。

冷却器ｌは、例えば従来周知の掻取式熱交換冷却器であ
ってよく、ドラム状の冷却室の周囲に冷媒を通し、冷却
室の内面に発生した氷晶を回転刃によって掻き取る方式
のものである。

氷晶を含んだ濃縮果汁は、次いで、攪拌槽２に送られる
。そして、この攪拌槽２において断熱状態で一定時間攪
拌し、氷晶を所定の大きさに成長させて、例えば液４度
４０″Ｂｒ１ｘのシャーヘット状の果汁を作る。この攪
拌、ｆＷ２は、従来のような複雑な構成のものではなく
、例えばプロペラ式の回転翼２１を存する簡単な構造の
ものであってよい。

攪拌槽２で作られたシャーヘット状の果汁は濾過器３に
送られ、この濾過器３で濃縮果汁と氷晶とに分離される
。分離されたｃｉ縮果汁は専管３Ｉを介して取り出され
、必要に応して、その一部を冷却器１に循環させる。

一方、濾過器３で分難された氷晶は、洗浄塔４の下部に
設けられたスクリューコンベヤ等から成る氷晶供給手段
４３に供給され、この氷晶供給手段４３により洗浄塔４
の下部に導入される。

洗浄塔４は、例えば第２Ａ図に示すように、横断面が２
個の円を部分的に重ね合せた形状をしており、各日の中
心に夫々回転軸４１が設けられている。各回転軸４１に
は、その外周面に撹拌翼４２が設けられている。第３Ａ
図及び第３Ｂ図に示すようＯこ、撹拌翼４２は同一方向
に傾斜して設けられており、各回転軸４Ｉは、この撹拌
翼４２が上方へ１頃斜する方向に回転駆動される。また
、撹拌翼４２は、回転軸４１に一定の角度間隔で設けら
れており、且つ、順次高さを変えて設けられている。そ
して、第３Ａ図に明示するように、互いに隣接する回転
軸４１の攪拌翼４２は、２つの円の重なり部分において
互いに上下に重なり合って回転するようになっている。

これらの攪拌翼４２は、回転軸４１と一体又は別体に形
成されてよい。

以上のように構成された攪拌翼４２の作用により、氷晶
は、攪拌翼４２の重なり部分において圧縮され、それ以
外の部分では分散されて塔内を上昇する。この作用は、
単なる攪拌作用とは異なり、氷晶と向流的に流される融
解液の作用と相俟って、氷晶の格段の精製効果を発揮す
る。

なお、洗浄塔４の横断面形状は種々に変更が可能であり
、例えば第２Ｂ図に示すように、３個の円を相互に部分
的に重ね合せた形状のもの、或いは、第２Ｃ図に示すよ
うに、３個の円を一列に並べた形状のもの等であってよ
い。

洗浄塔４の上部には、洗浄された氷晶を取り出す為の氷
晶取出口４４及び氷晶の一部を融解する為のヒーター４
５が設けられている。一方、洗浄塔４の底部には、フィ
ルタ４８を介して液取出口４６が設けられている。そし
て、液取出口４６から取り出された果汁と融解液即ち水
とから成る溶液は導管４７を介して冷却器１に還流され
、再び濃縮工程に供される。

なお、第１図において、Ｍはモータを示している。

第１図に示した装置を用いて、実際に果汁の濃縮を行っ
たところ、濾過器３で濾過後の氷晶側の果汁分含有率は
１５％、氷晶は径１００μｍ程度の粒状であり、これを
洗浄塔４で洗浄した結果、氷晶取出口４４での可溶性固
形分濃度は１１００ｐｐであった。

〔発明の効果〕

従来の凍結濃縮装置では、氷晶の出口での可溶性固形分
濃度を１１００ｐｐ以下にする為には、氷晶径が２００
μｍ以上の均一な球径にする必要があるとされていたが
、本発明装置においては、氷晶径１００μｍ程度の粒状
の粗結晶でも氷晶出口での可溶性固形分濃度を１１００
ｐｐ以下にできる為、氷晶の装置滞留時間は従来の半分
以下でよく、結晶成長工程が簡略化できるばかりでなく
、装置運転のスタートアンプの時間も短縮できる。また
、結晶成長工程を簡略化できる結果、装置全体のコスト
を下げることもできる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例による溶液凍結濃縮装置の全
体概略図、第２Ａ図〜第２Ｃ図は洗浄塔の各種形状を示
す概略横断面図、第３Ａ図は洗浄塔の概略縦断面図、第
３Ｂ図は別の角度から見た洗浄塔の概略縦断面図である
。 なお図面に用いた符号において、 １−・−・−・・・・−−−ｍ−冷却器３・・−・−・
・−−一−−−・−・・濾過器４・〜・−・−・・−・
−・−・・洗浄塔４１−・・−・・−・・・−回転軸 ４２−・−・・・・・・−・−攪拌翼 である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 溶液を冷却して氷晶を発生させる冷却手段と、前記溶液
   から前記氷晶を分離する分離手段と、分離された前記氷
   晶を洗浄する洗浄手段とを夫々有し、 前記洗浄手段が、実質的に横断面が２個以上の円を互い
   に部分的に重ね合せた形状の直立した洗浄塔から成り、 この洗浄塔が、前記横断面の前記各円の中心位置に夫々
   設けられた回転軸と、これらの回転軸の外周に設けられ
   た攪拌翼と、前記洗浄塔の下部に設けられた氷晶供給手
   段と、前記洗浄塔の上部に設けられた氷晶取出口と、前
   記洗浄塔の上部に設けられた氷晶融解手段と、前記洗浄
   塔の底部に設けられた液取出口とを夫々具備し、 前記攪拌翼が、隣接する回転軸に設けられた撹拌翼と交
   互に重なり合って回転することにより、前記洗浄塔に供
   給された前記氷晶が、圧縮及び分散を操り返しながら前
   記洗浄塔の下部から上部へ移送されるように構成し、且
   つ、 前記氷晶融解手段により融解された氷晶の融解液が前記
   洗浄塔の上部から氷晶とは向流的に流されて氷晶が洗浄
   され、この洗浄によって得られた溶液が前記洗浄塔の底
   部から前記冷却手段に還流されるように構成したことを
   特徴とする溶液凍結濃縮装置。