果汁の製造方法
【目的】 各種果汁に特有の香味成分を除去せずに膜による除菌処理を行い、これにより加熱殺菌処理を省略ないし簡略化し、しかも系内における熱の発生を極力抑え、熱による異臭味物質の生成を防止してフレッシュな香味の果汁を製造する。
【構成】 プレコート材を用いずにセラミック膜濾過を行い、ガス加圧好ましくは窒素ガス加圧によりそれに必要な差圧を供給する。用いるセラミック膜の細孔径の公称値は０．１ミクロンないし０．２ミクロン程度が好ましい。セラミック濾過の透過液を容器に加圧充填する場合には濾過の余圧を充填に利用することが好ましい。
【構成】 プレコート材を用いずにセラミック膜濾過を行い、ガス加圧好ましくは窒素ガス加圧によりそれに必要な差圧を供給する。用いるセラミック膜の細孔径の公称値は０．１ミクロンないし０．２ミクロン程度が好ましい。セラミック濾過の透過液を容器に加圧充填する場合には濾過の余圧を充填に利用することが好ましい。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は果汁の製造方法に関する。詳しくは、本発明は原果汁を有効に除菌濾過することにより加熱殺菌を省略ないし簡略化し、かくして異臭味の生成を抑制防止してフレッシュで香味の優れた果汁を製造する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来法による果汁の製造では、生果実を搾汁し加熱殺菌が行われている。これは保存あるいは流通過程における細菌類の繁殖による腐敗や変質を防止するためである。この加熱殺菌は、６５℃以上、通常は９０℃〜１２０℃に加熱して行われるが、これにより異臭味物質が生成されることがしばしばある。たとえば、みかんやオレンジなどの柑きつ類の果汁中にはメチルメチオニンスルフォニウム（ＭＭＳ）という物質が含まれ、このＭＭＳが加熱によりイモ臭の原因物質であるジメチルスルフォニウム（ＤＭＳ）に変化する。特に温州みかんの果汁中にはＭＭＳが比較的多量に含まれることから、その果汁を加熱した場合にはＤＭＳが生成され、異臭味に悩まされる欠点を有していた。
【０００３】このため、加熱殺菌しない果汁製造方法が各種提案されており、その例として超高圧殺菌法や膜分離法がある。このうち、超高圧殺菌法では４０００気圧もの高圧をかけるため装置が巨大化し、また連続処理ができないため量産化が困難である。一方、膜分離法はそのような超高圧を用いる必要がなく、装置の取扱いが容易で連続ないし半連続処理が可能であり、量産化に適している。そのため、膜分離法を果汁の除菌に適用して加熱殺菌を省略ないし簡略化する試みがなされている。
【０００４】膜分離法を果汁の濃縮や精製に用いることはすでに実用化されている。たとえばトマトジュースの濃縮には逆浸透膜が用いられ、またりんごジュースの清澄化には限外濾過膜が用いられている。トマトジュースの逆浸透膜による濃縮の場合には、常圧加熱法や真空蒸発法に比べて、色調や舌ざわりがよくビタミンＣやリコピン色素などの残存率が高い高品質ジュースを生産することができる。またりんごジュースの清澄化の場合には、好適な膜分離条件を用いることにより、有用成分を除去せずにパルプ質とペクチンだけを除去することができ、ペクチン分解酵素とプレコート濾過を用いる場合に比べて、透明度や香味に優れ二次沈殿（オリ）を生じない高品質ジュースを生産することができる。
【０００５】
【発明が解決すべき課題】しかしながら、膜分離法を用いて果汁の除菌処理を行う場合には、上記濃縮や清澄化を行うのとはかなり異なる側面があり、すでに実用化されている上記膜分離技術がそのまま応用できるわけではない。たとえば、果汁の濃縮は多成分系の混合物の中から水だけを除去するものであるから、すでに確立されている逆浸透技術を用い、水だけを透過させて有用成分を透過させないような条件を設定することは、基本的には（すなわち膜汚染や膜の物理的強度あるいは薬剤耐性などの要素を考慮する必要性を除けば）それほど困難ではない。一方、果汁の清澄化では除去すべき対象は懸濁質や巨大分子であり、上記果汁の濃縮とは逆に透過液側を製品として回収するわけであるが、懸濁質やコロイド物質を透過させずより小さい分子を水とともに透過させることは、すでに確立されている精密濾過ないし限外濾過技術の適用範囲であり、その基本的な条件設定はやはりそれほど困難なことではないといえる。すなわち、果汁の濃縮や清澄化の場合には、透過すべき成分と濃縮液側に残留すべき成分が分子サイズの相違等により比較的明確に区別できるため、膜の分離特性がそれほどシャープでなくても実用上問題にならないのである。
【０００６】これに対し、果汁の除菌濾過の場合には、果汁中の細菌類をほぼ１００％除去しなくてはならないという要請とともに、それぞれの果汁に特有な味や香をもたらしている有用成分は極力透過させるような条件で行わねばならないという要請があり、細菌類とそれらの成分が必ずしもサイズや性状の相違等により明確に区別できないために、当該目的にかなった濾過条件を設定することは必ずしも容易なことではない。なお、従来より無菌水の製造や菌体の補捉濃縮に精密濾過が用いられているが、それらの場合の濾過対象液は一般に極めて純度の高い精製水であり、果汁のような複雑な組成を有する液から細菌類だけを選択的に除去するものではない。すなわち飲料の除菌濾過においては、果汁の濃縮や清澄化あるいは無菌水の製造などに比べて高度の選択性すなわちシャープな分離特性が要求されるのである。
【０００７】また、除菌濾過を行うことにより加熱殺菌を省略ないし簡略化するとすれば、この除菌工程は信頼性の高いものでなければならない。従来より無菌水の製造や菌体の補捉濃縮に用いられている精密濾過膜は、有機高分子膜であって膜構造の剛性がそれほど大きくないため、工業的規模で連続的に濾過を行った場合に細菌類のリークを絶対的に阻止するという点での信頼性が必ずしも高くなく、また膜材料の耐熱性も大きくないので、膜自体の加熱殺菌が困難であるという難点がある。このため従来の有機膜を用いて果汁の除菌濾過を行う場合には加熱殺菌を省略ないし簡略化することができず、膜分離による除菌濾過を行うメリットを十分に生かすことができない。
【０００８】有機膜に代えてセラミック膜を用いれば、膜の剛性や耐熱性が大きいため上記信頼性の問題を解決できることが期待され、たとえば仁果類果汁の除菌濾過にセラミック膜を用いることが提案されている（特開昭６０−１８４３７３号）。しかしながら、そこで用いられているシリカアルミナ系のセラミック膜では、濾過助剤を用いたプレコート法によらなければ有効な除菌効果を得ることは事実上不可能である。その場合、柑きつ類などの果汁では香味成分の存在形態が仁果類とは異なり、プレコート濾過によって特有の風味が失われてしまうため、そのような果汁にはこの方法は適用できないとされている。一般にプレコート法は、プレコート層の吸着効果や圧密化効果により大粒子から相当小さな微粒子に至るまでまんべんなく補捉できるという特徴を有するが、その反面、分離がシャープでないため果汁の除菌濾過のように細菌類だけを選択的に除去する目的には必ずしも適当でない。結局、単に機械的強度や耐熱性が大きいという理由で有機膜に代えてセラミック膜を用いるとすれば、有効な除菌のためにはプレコート材の使用が事実上不可欠だったわけであり、したがって果汁の除菌濾過において個々の果汁に特有の香味をもたらす有効成分を極力透過させるという所期の目的を達成することは、従来の技術では一般に困難であったといえる。すなわち、果汁の除菌濾過に必要とされる高度の信頼性と高度の選択性とを同時に満足させるには、濾材を中心にした濾過条件の新たな検討が必要なのである。
【０００９】さらに、異臭味物質生成の抑制防止の効果を上げるには、有効な除菌濾過を行って加熱殺菌を省略ないし簡略化するだけでは不十分であり、製造プロセス全体を通して発熱を抑える必要がある。たとえば当該濾過に必要な差圧を得るために膜モジュールの入口側を加圧する場合に、渦巻きポンプを用いて加圧するとそのポンプにおいてかなりのジュール熱が発生し、それによって異臭味物質が生成する。膜面に平行な流速を与えるために液の循環は必要であるが、このための循環ポンプを加圧用にも用いることは大きな発熱要因となり、異臭味物質生成の大きな原因となりかねないため好ましくない。
【００１０】なお、製造プロセス全体として果汁と酸素との接触を防止することは重要である。果汁には一般にビタミンＣが含まれるが、このビタミンＣは酸化されやすいため、酸素との過度の接触は製品果汁中のビタミンＣの含有率を著しく低下させる。また特に仁果類の果汁は酸素の存在により褐変を起こすため、酸素との接触を極力抑える必要がある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、ある種のセラミック膜を用いるとプレコート材を用いなくとも有効な除菌濾過を行うことが可能であり、またそのようにして果汁の除菌濾過を行い種々の果汁に特有の香成分を除去せずに腐敗や変質の原因となる細菌類を選択的に除去することができる条件を見出した。これにより果汁の製造過程における加熱殺菌の省略ないし簡略化が可能となり、加熱による異臭味成分やオリの生成が抑制ないし防止される。
【００１２】この場合、当該除菌濾過工程を含むプロセス全体を酸素を含まないガスでシールすることが好ましく、それにより空気中から系内への雑菌の侵入が防止され除去対象となる細菌は原果汁にもともと含まれていたものだけとなるので、プロセスの衛生管理が容易になり、また果汁の酸化も抑制される。さらに、除菌濾過に必要な差圧をガス加圧で供給することにより循環ポンプでの発熱を抑えると、上記加熱殺菌の省略ないし簡略化とあわせて、異臭味成分生成の抑制により効果的である。なお当該充填工程に当該濾過工程での余圧を利用すれば、さらに全体の工程が簡素化される。
【００１３】
【作用】本発明は、プレコート材を用いずにセラミック膜で直接原果汁を濾過する点に特徴がある。プレコート材を用いてプレコート濾過を行う場合には、細菌類その他の懸濁粒子はほとんどがプレコート層に補捉されるので、仮にセラミック膜を用いたとしてもそれは単なる支持体として機能しているにすぎない。これに対し、本発明の方法ではプレコート材を用いないため、当該セラミック膜自体が細菌類を補捉する。細菌類を有効に除去するためにはセラミック膜の細孔径は０．４５ミクロン以下であるとされている。プレコート材を用いる場合には、プレコート材の圧密化効果や吸着効果により細菌類を含む幅広い範囲の粒子が補捉されるが、０．０５〜０．４５ミクロンの細孔径を有する特定のセラミック膜で直接濾過すると、微生物が選択的に補捉され、各種果汁特有の香味成分はほとんど除去されずに透過する。なお、対象とする果汁の種類によって細孔径の最適値は多少異なるが、一般に０．１〜０．２ミクロン程度の細孔径（公称値）を持つものが最も好ましい。
【００１４】本発明の方法は、原則として加熱殺菌を行わずに製品果汁中の細菌の繁殖を確実に防止するものであるため、系内への不用意な雑菌の混入を防止する必要があることから、プロセス全体をガスでシールすることが好ましい。このためのガスとしては酸化防止の観点から酸素を含まないものを用いることになるが、物理化学的特性および入手容易性から特に窒素ガスが好ましい。特に仁果類の果汁には酸素の存在により褐変が進行するという性質があるため、仁果類の果汁が含まれる場合は酸素が混入しないように注意する必要がある。
【００１５】濾過に必要な差圧は細孔径やその分布、果汁の粘度、あるいは濾過速度によって異なる。必要な差圧が小さい場合には入口側を大気圧とし透過側を減圧する吸引濾過方式でもよいが、これでは大気圧以上の差圧を得ることができないので、通常は入口側を加圧する加圧濾過方式を採用する。加圧濾過方式の場合、必要な圧力を加える手段として加圧用のポンプを用いることもできるが、たとえば渦巻きポンプを用いるとすれば、ヘッドを大きくするために必然的に流量を絞ることになり、その結果、膜面に平行な流速を大きくとれずに膜面近傍への懸濁物の蓄積を招いたり、ポンプ内での著しい発熱やキャビテーションを生ずることになる。一方、加圧ポンプとしてプランジャー型のものを用いれば一般に渦巻き型のものに比べて高圧が得られるが、脈動を生ずることが避けられず、また流量を大きくとることが一般に困難であるという問題がある。このため、加圧手段としてはガス加圧を用いることが好ましい。加圧手段としてポンプ以外の手段を用いることにより、ポンプは単に循環の目的のみに使用することになるため、大きなヘッドを必要としない。したがって、流量を大きくとってもポンプに必要な動力は小さくて済み、ポンプでの発熱も小さくなる。
【００１６】あるいはポンプでの発熱による温度上昇を抑制する手段としては、熱交換器を膜モジュールの循環路に設けて循環路中の果汁を冷却してもよい。このようにすればポンプでの多少の発熱は許容されるため、濾過に必要な差圧の全部または一部をポンプ加圧によりまかなうこともできる。すなわち、ポンプでの発熱量と熱交換器での放熱（冷却）量との収支がとれたところで循環路中の果汁の温度が平衡に達することから、熱交換器の冷却能力を変えることによりその温度をコントロールすることができる。もちろん、差圧のすべてをガス加圧でまかない、かつ循環ポンプでの発熱分を熱交換器による冷却で除去すれば、果汁の温度上昇は最大限に抑えられる。なお加圧に用いるガスもやはり酸素ガスを含まないことが好ましく、そのためのガスにはプロセス全体をシールするためのガスを利用することもできる。
【００１７】除菌濾過した果汁は、そのままあるいは必要に応じて適宜ブレンドした後、容器に充填して製品とする。そのまま容器に充填する場合には、除菌濾過工程を経た透過液に残る余圧を充填工程に利用することができる。この場合、除菌濾過から充填工程までを一貫して所定のガス雰囲気下に行うことができる。
【００１８】あるいは、除菌濾過した果汁を容器に充填する前に脱気を行うことにより、果汁に溶解した酸素を除去してもよい。脱気工程を追加することにより、厳密に不活性ガス雰囲気下で除菌濾過を行わなくとも、プロセス全体としてビタミンＣなどの酸化や仁果類の果汁の褐変をかなり抑制することができるし、また原果汁自体にもともと含まれていた酸素を除去できるため本プロセスの後の酸化がさらに防止されるという効果も得られる。もちろん不活性ガス雰囲気下で除菌濾過を行い、かつ脱気工程を設けることが、酸化や褐変の防止という観点からは最も好ましい。
【００１９】脱気方法としては、真空脱気を初めとする各種の手段を用いることができる。しかしながら、真空脱気ではその後の余圧がゼロになるため、濾過果汁を容器に充填する際にはあらためて加圧しなければならない。この点を解決する方策として、気体分離膜を用いた膜脱気法がある。この方法は、液は透過させず溶解している気体分子のみを透過させる気体分離膜を介して真空に引く方法である。この方法によれば、液の圧力は保持されたまま気体分子だけが除去される。膜脱気装置に透過液を供給するための圧力としては除菌濾過後の余圧を利用することができる。また、すでにセラミック膜により固形物が除去された透過液が膜脱気の対象となるため、膜脱気装置のプレフィルタを特別に設ける必要はなく、また脱気効率の高い中空糸型気体分離膜を用いることができる。
【００２０】本発明の方法の対象となる果汁としては、温州みかん、オレンジ、グレープフルーツなどの柑きつ類、りんご、なしなどの仁果類、あるいはぶどう、キウイ、いちご、ももなどの果汁のように加熱により異臭味成分が生成されるものが主として含まれるが、必ずしもそれらに限定されるものではなく、これまで加熱殺菌が必要であるとされてきたあらゆる飲料製品の製造に対して本発明の方法が適用できることは言うまでもない。また、本発明の方法は、容器に充填された形で流通経路にのって需要者に提供されるもののみならず、除菌濾過した後にそのままレストラン等で客に提供されるような飲料製品をも対象とする。
【００２１】
【実施例】
実施例１図１は本発明の方法を実施するための好適な装置のプロセスフローの一例を示すものである。図１において、果実の搾汁等により得られた原液は原液タンク１に入れられ、循環ポンプ２およびセラミック膜濾過器３を経てふたたび原液タンクに戻るという循環が行なわれる。セラミック膜濾過器３では当該原液の除菌濾過が行なわれ、透過液は充填器４で容器に充填されて製品となる。なお、前記循環路を循環する原液の一部が多管式熱交換器５を通過して冷却される。前記循環路およびセラミック膜濾過器３から充填器４までの透過液の流路は密閉され、原液タンク１内に窒素ガスが導入されて当該密閉系が加圧下に保たれる。この装置は熱に弱い部材を使用していないので、装置全体を蒸気で殺菌処理することが可能である。
【００２２】実施例２図２は本発明の方法を実施するための好適な装置のプロセスフローの別の例を示すものである。この装置は図１の装置において、さらに透過液の脱気装置６を設けたものである。脱気装置６は好適には中空糸型の気体分離膜を用いた膜脱気装置であり、真空ポンプ７により膜の透過側が真空に引かれる。
【００２３】実施例３図３は本発明の方法を実施するための好適な装置のプロセスフローの別の例を示すものである。この装置は図１の装置において、窒素ガス加圧の代りにポンプ加圧を用いたものである。したがって、窒素ガスはシールの目的にのみ用いられ、除菌濾過に必要な差圧は循環ポンプ２によって供給される。この場合は、循環ポンプでの発熱があるため、熱による異臭味の生成を抑制するために図１R>１の装置に比べて熱交換器５の冷却能力を一般に大きくしなければならない。
【００２４】実施例４図４は本発明の方法を実施するための好適な装置のプロセスフローの別の例を示すものである。この装置は図３の装置において、図２の装置の場合と同様に透過液の脱気装置６および真空ポンプ７を設けたものである。
【００２５】実施例５図５は本発明の方法を実施するための好適な装置のプロセスフローの別の例を示すものである。この装置は窒素ガスによるシールを省略し、溶解酸素の除去を脱気装置６で行うものである。この場合は除菌濾過工程までの工程における果汁中の溶存酸素量の低減が望めないため、仁果類のように特に酸素との接触を嫌う果汁には向かないが、酸化防止の要請がそれほど厳しくない場合に採用できる。
【００２６】実施例６図６は本発明の方法を実施するための好適な装置のプロセスフローの別の例を示すものである。この装置は窒素ガスによるシールのみならず脱気装置も省略したものである。したがって酸化防止の要請がないか、原果汁中に酸素が含まれず装置系内への酸素の侵入もほとんどない場合に限り、使用可能である。
【００２７】実施例７以下の条件に従い、窒素加圧により膜分離法で搾汁直後のりんご果汁を除菌濾過し、加熱殺菌することなく、そのまま窒素雰囲気下で透過果汁を内容量１００ミリリットルのガラス製の瓶に充填した。
原液タンク： ５０リットル膜濾過器： 日本碍子製材質アルミナモノリス型、長さ１０００ｍｍ、外径３０ｍｍφ内径３ｍｍφ×３７個膜面積０．３５ｍ2操作圧力： １７０ｋＰａ膜面流速： ３ｍ／ｓ膜孔径： ０．１ミクロンこの透過果汁について、標準寒天培地を用いた平板法で一般細菌、ＭＲＳ培地を用いた平板法で乳酸菌、ポテトデキストロース培地で酵母数を計数した結果、表１に示すように細菌類は検出されなかった。
【表１】
また、この透過果汁について、果糖より合成され悪い風味を有する不純物として知られるヒドロキシメチルフルフラール（ＨＭＦ）の濃度を島津製作所製液体クロマトグラフィ装置で分析したところ、ＨＭＦは検出されなかった。一方、市販の濃縮還元１００％りんご果汁では４．７ｐｐｍのＨＭＦが検出され、同じく市販の３０％りんご果汁では６．４ｐｐｍのＨＭＦが検出された。なお、他の成分を含めた分析結果を表２に示す。
【表２】
【００２８】
【発明の効果】本発明によれば、複雑な組成を持つ果汁から細菌類を信頼性高く除去することが可能であり、これにより果汁の加熱殺菌処理が省略ないし簡略化されることから、熱による異臭味物質の生成が抑制ないし防止され、さらにプレコート材を用いないためにそれぞれの果汁に特有の香や風味を与える成分が除去されず、従来にないフレッシュな香味の果汁を製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の方法を実施するための好適な装置のプロセスフローの一例を示す。
【図２】本発明の方法を実施するための好適な装置のプロセスフローの一例を示す。
【図３】本発明の方法を実施するための好適な装置のプロセスフローの一例を示す。
【図４】本発明の方法を実施するための好適な装置のプロセスフローの一例を示す。
【図５】本発明の方法を実施するための好適な装置のプロセスフローの一例を示す。
【図６】本発明の方法を実施するための好適な装置のプロセスフローの一例を示す。
【符号の説明】
１ 原液タンク
２ 循環ポンプ
３ セラミック膜濾過器
４ 充填器
５ 多管式熱交換器
６ 脱気装置
７ 真空ポンプ
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は果汁の製造方法に関する。詳しくは、本発明は原果汁を有効に除菌濾過することにより加熱殺菌を省略ないし簡略化し、かくして異臭味の生成を抑制防止してフレッシュで香味の優れた果汁を製造する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来法による果汁の製造では、生果実を搾汁し加熱殺菌が行われている。これは保存あるいは流通過程における細菌類の繁殖による腐敗や変質を防止するためである。この加熱殺菌は、６５℃以上、通常は９０℃〜１２０℃に加熱して行われるが、これにより異臭味物質が生成されることがしばしばある。たとえば、みかんやオレンジなどの柑きつ類の果汁中にはメチルメチオニンスルフォニウム（ＭＭＳ）という物質が含まれ、このＭＭＳが加熱によりイモ臭の原因物質であるジメチルスルフォニウム（ＤＭＳ）に変化する。特に温州みかんの果汁中にはＭＭＳが比較的多量に含まれることから、その果汁を加熱した場合にはＤＭＳが生成され、異臭味に悩まされる欠点を有していた。
【０００３】このため、加熱殺菌しない果汁製造方法が各種提案されており、その例として超高圧殺菌法や膜分離法がある。このうち、超高圧殺菌法では４０００気圧もの高圧をかけるため装置が巨大化し、また連続処理ができないため量産化が困難である。一方、膜分離法はそのような超高圧を用いる必要がなく、装置の取扱いが容易で連続ないし半連続処理が可能であり、量産化に適している。そのため、膜分離法を果汁の除菌に適用して加熱殺菌を省略ないし簡略化する試みがなされている。
【０００４】膜分離法を果汁の濃縮や精製に用いることはすでに実用化されている。たとえばトマトジュースの濃縮には逆浸透膜が用いられ、またりんごジュースの清澄化には限外濾過膜が用いられている。トマトジュースの逆浸透膜による濃縮の場合には、常圧加熱法や真空蒸発法に比べて、色調や舌ざわりがよくビタミンＣやリコピン色素などの残存率が高い高品質ジュースを生産することができる。またりんごジュースの清澄化の場合には、好適な膜分離条件を用いることにより、有用成分を除去せずにパルプ質とペクチンだけを除去することができ、ペクチン分解酵素とプレコート濾過を用いる場合に比べて、透明度や香味に優れ二次沈殿（オリ）を生じない高品質ジュースを生産することができる。
【０００５】
【発明が解決すべき課題】しかしながら、膜分離法を用いて果汁の除菌処理を行う場合には、上記濃縮や清澄化を行うのとはかなり異なる側面があり、すでに実用化されている上記膜分離技術がそのまま応用できるわけではない。たとえば、果汁の濃縮は多成分系の混合物の中から水だけを除去するものであるから、すでに確立されている逆浸透技術を用い、水だけを透過させて有用成分を透過させないような条件を設定することは、基本的には（すなわち膜汚染や膜の物理的強度あるいは薬剤耐性などの要素を考慮する必要性を除けば）それほど困難ではない。一方、果汁の清澄化では除去すべき対象は懸濁質や巨大分子であり、上記果汁の濃縮とは逆に透過液側を製品として回収するわけであるが、懸濁質やコロイド物質を透過させずより小さい分子を水とともに透過させることは、すでに確立されている精密濾過ないし限外濾過技術の適用範囲であり、その基本的な条件設定はやはりそれほど困難なことではないといえる。すなわち、果汁の濃縮や清澄化の場合には、透過すべき成分と濃縮液側に残留すべき成分が分子サイズの相違等により比較的明確に区別できるため、膜の分離特性がそれほどシャープでなくても実用上問題にならないのである。
【０００６】これに対し、果汁の除菌濾過の場合には、果汁中の細菌類をほぼ１００％除去しなくてはならないという要請とともに、それぞれの果汁に特有な味や香をもたらしている有用成分は極力透過させるような条件で行わねばならないという要請があり、細菌類とそれらの成分が必ずしもサイズや性状の相違等により明確に区別できないために、当該目的にかなった濾過条件を設定することは必ずしも容易なことではない。なお、従来より無菌水の製造や菌体の補捉濃縮に精密濾過が用いられているが、それらの場合の濾過対象液は一般に極めて純度の高い精製水であり、果汁のような複雑な組成を有する液から細菌類だけを選択的に除去するものではない。すなわち飲料の除菌濾過においては、果汁の濃縮や清澄化あるいは無菌水の製造などに比べて高度の選択性すなわちシャープな分離特性が要求されるのである。
【０００７】また、除菌濾過を行うことにより加熱殺菌を省略ないし簡略化するとすれば、この除菌工程は信頼性の高いものでなければならない。従来より無菌水の製造や菌体の補捉濃縮に用いられている精密濾過膜は、有機高分子膜であって膜構造の剛性がそれほど大きくないため、工業的規模で連続的に濾過を行った場合に細菌類のリークを絶対的に阻止するという点での信頼性が必ずしも高くなく、また膜材料の耐熱性も大きくないので、膜自体の加熱殺菌が困難であるという難点がある。このため従来の有機膜を用いて果汁の除菌濾過を行う場合には加熱殺菌を省略ないし簡略化することができず、膜分離による除菌濾過を行うメリットを十分に生かすことができない。
【０００８】有機膜に代えてセラミック膜を用いれば、膜の剛性や耐熱性が大きいため上記信頼性の問題を解決できることが期待され、たとえば仁果類果汁の除菌濾過にセラミック膜を用いることが提案されている（特開昭６０−１８４３７３号）。しかしながら、そこで用いられているシリカアルミナ系のセラミック膜では、濾過助剤を用いたプレコート法によらなければ有効な除菌効果を得ることは事実上不可能である。その場合、柑きつ類などの果汁では香味成分の存在形態が仁果類とは異なり、プレコート濾過によって特有の風味が失われてしまうため、そのような果汁にはこの方法は適用できないとされている。一般にプレコート法は、プレコート層の吸着効果や圧密化効果により大粒子から相当小さな微粒子に至るまでまんべんなく補捉できるという特徴を有するが、その反面、分離がシャープでないため果汁の除菌濾過のように細菌類だけを選択的に除去する目的には必ずしも適当でない。結局、単に機械的強度や耐熱性が大きいという理由で有機膜に代えてセラミック膜を用いるとすれば、有効な除菌のためにはプレコート材の使用が事実上不可欠だったわけであり、したがって果汁の除菌濾過において個々の果汁に特有の香味をもたらす有効成分を極力透過させるという所期の目的を達成することは、従来の技術では一般に困難であったといえる。すなわち、果汁の除菌濾過に必要とされる高度の信頼性と高度の選択性とを同時に満足させるには、濾材を中心にした濾過条件の新たな検討が必要なのである。
【０００９】さらに、異臭味物質生成の抑制防止の効果を上げるには、有効な除菌濾過を行って加熱殺菌を省略ないし簡略化するだけでは不十分であり、製造プロセス全体を通して発熱を抑える必要がある。たとえば当該濾過に必要な差圧を得るために膜モジュールの入口側を加圧する場合に、渦巻きポンプを用いて加圧するとそのポンプにおいてかなりのジュール熱が発生し、それによって異臭味物質が生成する。膜面に平行な流速を与えるために液の循環は必要であるが、このための循環ポンプを加圧用にも用いることは大きな発熱要因となり、異臭味物質生成の大きな原因となりかねないため好ましくない。
【００１０】なお、製造プロセス全体として果汁と酸素との接触を防止することは重要である。果汁には一般にビタミンＣが含まれるが、このビタミンＣは酸化されやすいため、酸素との過度の接触は製品果汁中のビタミンＣの含有率を著しく低下させる。また特に仁果類の果汁は酸素の存在により褐変を起こすため、酸素との接触を極力抑える必要がある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、ある種のセラミック膜を用いるとプレコート材を用いなくとも有効な除菌濾過を行うことが可能であり、またそのようにして果汁の除菌濾過を行い種々の果汁に特有の香成分を除去せずに腐敗や変質の原因となる細菌類を選択的に除去することができる条件を見出した。これにより果汁の製造過程における加熱殺菌の省略ないし簡略化が可能となり、加熱による異臭味成分やオリの生成が抑制ないし防止される。
【００１２】この場合、当該除菌濾過工程を含むプロセス全体を酸素を含まないガスでシールすることが好ましく、それにより空気中から系内への雑菌の侵入が防止され除去対象となる細菌は原果汁にもともと含まれていたものだけとなるので、プロセスの衛生管理が容易になり、また果汁の酸化も抑制される。さらに、除菌濾過に必要な差圧をガス加圧で供給することにより循環ポンプでの発熱を抑えると、上記加熱殺菌の省略ないし簡略化とあわせて、異臭味成分生成の抑制により効果的である。なお当該充填工程に当該濾過工程での余圧を利用すれば、さらに全体の工程が簡素化される。
【００１３】
【作用】本発明は、プレコート材を用いずにセラミック膜で直接原果汁を濾過する点に特徴がある。プレコート材を用いてプレコート濾過を行う場合には、細菌類その他の懸濁粒子はほとんどがプレコート層に補捉されるので、仮にセラミック膜を用いたとしてもそれは単なる支持体として機能しているにすぎない。これに対し、本発明の方法ではプレコート材を用いないため、当該セラミック膜自体が細菌類を補捉する。細菌類を有効に除去するためにはセラミック膜の細孔径は０．４５ミクロン以下であるとされている。プレコート材を用いる場合には、プレコート材の圧密化効果や吸着効果により細菌類を含む幅広い範囲の粒子が補捉されるが、０．０５〜０．４５ミクロンの細孔径を有する特定のセラミック膜で直接濾過すると、微生物が選択的に補捉され、各種果汁特有の香味成分はほとんど除去されずに透過する。なお、対象とする果汁の種類によって細孔径の最適値は多少異なるが、一般に０．１〜０．２ミクロン程度の細孔径（公称値）を持つものが最も好ましい。
【００１４】本発明の方法は、原則として加熱殺菌を行わずに製品果汁中の細菌の繁殖を確実に防止するものであるため、系内への不用意な雑菌の混入を防止する必要があることから、プロセス全体をガスでシールすることが好ましい。このためのガスとしては酸化防止の観点から酸素を含まないものを用いることになるが、物理化学的特性および入手容易性から特に窒素ガスが好ましい。特に仁果類の果汁には酸素の存在により褐変が進行するという性質があるため、仁果類の果汁が含まれる場合は酸素が混入しないように注意する必要がある。
【００１５】濾過に必要な差圧は細孔径やその分布、果汁の粘度、あるいは濾過速度によって異なる。必要な差圧が小さい場合には入口側を大気圧とし透過側を減圧する吸引濾過方式でもよいが、これでは大気圧以上の差圧を得ることができないので、通常は入口側を加圧する加圧濾過方式を採用する。加圧濾過方式の場合、必要な圧力を加える手段として加圧用のポンプを用いることもできるが、たとえば渦巻きポンプを用いるとすれば、ヘッドを大きくするために必然的に流量を絞ることになり、その結果、膜面に平行な流速を大きくとれずに膜面近傍への懸濁物の蓄積を招いたり、ポンプ内での著しい発熱やキャビテーションを生ずることになる。一方、加圧ポンプとしてプランジャー型のものを用いれば一般に渦巻き型のものに比べて高圧が得られるが、脈動を生ずることが避けられず、また流量を大きくとることが一般に困難であるという問題がある。このため、加圧手段としてはガス加圧を用いることが好ましい。加圧手段としてポンプ以外の手段を用いることにより、ポンプは単に循環の目的のみに使用することになるため、大きなヘッドを必要としない。したがって、流量を大きくとってもポンプに必要な動力は小さくて済み、ポンプでの発熱も小さくなる。
【００１６】あるいはポンプでの発熱による温度上昇を抑制する手段としては、熱交換器を膜モジュールの循環路に設けて循環路中の果汁を冷却してもよい。このようにすればポンプでの多少の発熱は許容されるため、濾過に必要な差圧の全部または一部をポンプ加圧によりまかなうこともできる。すなわち、ポンプでの発熱量と熱交換器での放熱（冷却）量との収支がとれたところで循環路中の果汁の温度が平衡に達することから、熱交換器の冷却能力を変えることによりその温度をコントロールすることができる。もちろん、差圧のすべてをガス加圧でまかない、かつ循環ポンプでの発熱分を熱交換器による冷却で除去すれば、果汁の温度上昇は最大限に抑えられる。なお加圧に用いるガスもやはり酸素ガスを含まないことが好ましく、そのためのガスにはプロセス全体をシールするためのガスを利用することもできる。
【００１７】除菌濾過した果汁は、そのままあるいは必要に応じて適宜ブレンドした後、容器に充填して製品とする。そのまま容器に充填する場合には、除菌濾過工程を経た透過液に残る余圧を充填工程に利用することができる。この場合、除菌濾過から充填工程までを一貫して所定のガス雰囲気下に行うことができる。
【００１８】あるいは、除菌濾過した果汁を容器に充填する前に脱気を行うことにより、果汁に溶解した酸素を除去してもよい。脱気工程を追加することにより、厳密に不活性ガス雰囲気下で除菌濾過を行わなくとも、プロセス全体としてビタミンＣなどの酸化や仁果類の果汁の褐変をかなり抑制することができるし、また原果汁自体にもともと含まれていた酸素を除去できるため本プロセスの後の酸化がさらに防止されるという効果も得られる。もちろん不活性ガス雰囲気下で除菌濾過を行い、かつ脱気工程を設けることが、酸化や褐変の防止という観点からは最も好ましい。
【００１９】脱気方法としては、真空脱気を初めとする各種の手段を用いることができる。しかしながら、真空脱気ではその後の余圧がゼロになるため、濾過果汁を容器に充填する際にはあらためて加圧しなければならない。この点を解決する方策として、気体分離膜を用いた膜脱気法がある。この方法は、液は透過させず溶解している気体分子のみを透過させる気体分離膜を介して真空に引く方法である。この方法によれば、液の圧力は保持されたまま気体分子だけが除去される。膜脱気装置に透過液を供給するための圧力としては除菌濾過後の余圧を利用することができる。また、すでにセラミック膜により固形物が除去された透過液が膜脱気の対象となるため、膜脱気装置のプレフィルタを特別に設ける必要はなく、また脱気効率の高い中空糸型気体分離膜を用いることができる。
【００２０】本発明の方法の対象となる果汁としては、温州みかん、オレンジ、グレープフルーツなどの柑きつ類、りんご、なしなどの仁果類、あるいはぶどう、キウイ、いちご、ももなどの果汁のように加熱により異臭味成分が生成されるものが主として含まれるが、必ずしもそれらに限定されるものではなく、これまで加熱殺菌が必要であるとされてきたあらゆる飲料製品の製造に対して本発明の方法が適用できることは言うまでもない。また、本発明の方法は、容器に充填された形で流通経路にのって需要者に提供されるもののみならず、除菌濾過した後にそのままレストラン等で客に提供されるような飲料製品をも対象とする。
【００２１】
【実施例】
実施例１図１は本発明の方法を実施するための好適な装置のプロセスフローの一例を示すものである。図１において、果実の搾汁等により得られた原液は原液タンク１に入れられ、循環ポンプ２およびセラミック膜濾過器３を経てふたたび原液タンクに戻るという循環が行なわれる。セラミック膜濾過器３では当該原液の除菌濾過が行なわれ、透過液は充填器４で容器に充填されて製品となる。なお、前記循環路を循環する原液の一部が多管式熱交換器５を通過して冷却される。前記循環路およびセラミック膜濾過器３から充填器４までの透過液の流路は密閉され、原液タンク１内に窒素ガスが導入されて当該密閉系が加圧下に保たれる。この装置は熱に弱い部材を使用していないので、装置全体を蒸気で殺菌処理することが可能である。
【００２２】実施例２図２は本発明の方法を実施するための好適な装置のプロセスフローの別の例を示すものである。この装置は図１の装置において、さらに透過液の脱気装置６を設けたものである。脱気装置６は好適には中空糸型の気体分離膜を用いた膜脱気装置であり、真空ポンプ７により膜の透過側が真空に引かれる。
【００２３】実施例３図３は本発明の方法を実施するための好適な装置のプロセスフローの別の例を示すものである。この装置は図１の装置において、窒素ガス加圧の代りにポンプ加圧を用いたものである。したがって、窒素ガスはシールの目的にのみ用いられ、除菌濾過に必要な差圧は循環ポンプ２によって供給される。この場合は、循環ポンプでの発熱があるため、熱による異臭味の生成を抑制するために図１R>１の装置に比べて熱交換器５の冷却能力を一般に大きくしなければならない。
【００２４】実施例４図４は本発明の方法を実施するための好適な装置のプロセスフローの別の例を示すものである。この装置は図３の装置において、図２の装置の場合と同様に透過液の脱気装置６および真空ポンプ７を設けたものである。
【００２５】実施例５図５は本発明の方法を実施するための好適な装置のプロセスフローの別の例を示すものである。この装置は窒素ガスによるシールを省略し、溶解酸素の除去を脱気装置６で行うものである。この場合は除菌濾過工程までの工程における果汁中の溶存酸素量の低減が望めないため、仁果類のように特に酸素との接触を嫌う果汁には向かないが、酸化防止の要請がそれほど厳しくない場合に採用できる。
【００２６】実施例６図６は本発明の方法を実施するための好適な装置のプロセスフローの別の例を示すものである。この装置は窒素ガスによるシールのみならず脱気装置も省略したものである。したがって酸化防止の要請がないか、原果汁中に酸素が含まれず装置系内への酸素の侵入もほとんどない場合に限り、使用可能である。
【００２７】実施例７以下の条件に従い、窒素加圧により膜分離法で搾汁直後のりんご果汁を除菌濾過し、加熱殺菌することなく、そのまま窒素雰囲気下で透過果汁を内容量１００ミリリットルのガラス製の瓶に充填した。
原液タンク： ５０リットル膜濾過器： 日本碍子製材質アルミナモノリス型、長さ１０００ｍｍ、外径３０ｍｍφ内径３ｍｍφ×３７個膜面積０．３５ｍ2操作圧力： １７０ｋＰａ膜面流速： ３ｍ／ｓ膜孔径： ０．１ミクロンこの透過果汁について、標準寒天培地を用いた平板法で一般細菌、ＭＲＳ培地を用いた平板法で乳酸菌、ポテトデキストロース培地で酵母数を計数した結果、表１に示すように細菌類は検出されなかった。
【表１】
また、この透過果汁について、果糖より合成され悪い風味を有する不純物として知られるヒドロキシメチルフルフラール（ＨＭＦ）の濃度を島津製作所製液体クロマトグラフィ装置で分析したところ、ＨＭＦは検出されなかった。一方、市販の濃縮還元１００％りんご果汁では４．７ｐｐｍのＨＭＦが検出され、同じく市販の３０％りんご果汁では６．４ｐｐｍのＨＭＦが検出された。なお、他の成分を含めた分析結果を表２に示す。
【表２】
【００２８】
【発明の効果】本発明によれば、複雑な組成を持つ果汁から細菌類を信頼性高く除去することが可能であり、これにより果汁の加熱殺菌処理が省略ないし簡略化されることから、熱による異臭味物質の生成が抑制ないし防止され、さらにプレコート材を用いないためにそれぞれの果汁に特有の香や風味を与える成分が除去されず、従来にないフレッシュな香味の果汁を製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の方法を実施するための好適な装置のプロセスフローの一例を示す。
【図２】本発明の方法を実施するための好適な装置のプロセスフローの一例を示す。
【図３】本発明の方法を実施するための好適な装置のプロセスフローの一例を示す。
【図４】本発明の方法を実施するための好適な装置のプロセスフローの一例を示す。
【図５】本発明の方法を実施するための好適な装置のプロセスフローの一例を示す。
【図６】本発明の方法を実施するための好適な装置のプロセスフローの一例を示す。
【符号の説明】
１ 原液タンク
２ 循環ポンプ
３ セラミック膜濾過器
４ 充填器
５ 多管式熱交換器
６ 脱気装置
７ 真空ポンプ
【特許請求の範囲】
【請求項１】 原果汁をプレコート材を用いずにセラミック膜濾過器で加圧除菌濾過し、かくして細菌類を除去して無菌生果汁を得ることを特徴とする果汁の製造方法。
【請求項２】 原果汁をプレコート材を用いずにセラミック膜濾過器で加圧除菌濾過して細菌類を除去し、次いで透過果汁中の酸素を脱気除去して無菌生果汁を得ることを特徴とする果汁の製造方法。
【請求項３】 原果汁をプレコート材を用いずにセラミック膜濾過器で酸素を含まないガス雰囲気下に加圧除菌濾過し、かくして細菌類を除去して無菌生果汁を得ることを特徴とする果汁の製造方法。
【請求項４】 原果汁をプレコート材を用いずにセラミック膜濾過器で酸素を含まないガス雰囲気下に加圧除菌濾過して細菌類を除去し、さらに透過果汁中の酸素を脱気除去して無菌生果汁を得ることを特徴とする果汁の製造方法。
【請求項５】 ガス加圧により加圧除菌濾過する請求項１乃至４のいずれかに記載の方法。
【請求項６】 濾過器入口側の循環路中に熱交換器を設けて果汁を冷却する請求項１乃至４のいずれかに記載の方法。
【請求項７】 除菌濾過した該果汁を余圧を利用して容器に加圧充填する請求項１乃至４のいずれかに記載の方法。
【請求項８】 膜脱気により酸素を脱気除去する請求項２または４に記載の方法。
【請求項９】 中空糸型気体分離膜を使用して膜脱気を行う請求項８記載の方法。
【請求項１０】 除菌濾過した該果汁の余圧を利用して膜脱気を行う請求項８記載の方法。
【請求項１１】 該酸素を含まないガスが窒素ガスである請求項３または４に記載の方法。
【請求項１２】 該加圧ガスが窒素ガスである請求項５記載の方法。
【請求項１３】 原果汁が柑きつ類の果汁を含む請求項１ないし１２のいずれかに記載の方法。
【請求項１４】 原果汁が仁果類の果汁を含む請求項１ないし１２のいずれかに記載の方法。
【請求項１】 原果汁をプレコート材を用いずにセラミック膜濾過器で加圧除菌濾過し、かくして細菌類を除去して無菌生果汁を得ることを特徴とする果汁の製造方法。
【請求項２】 原果汁をプレコート材を用いずにセラミック膜濾過器で加圧除菌濾過して細菌類を除去し、次いで透過果汁中の酸素を脱気除去して無菌生果汁を得ることを特徴とする果汁の製造方法。
【請求項３】 原果汁をプレコート材を用いずにセラミック膜濾過器で酸素を含まないガス雰囲気下に加圧除菌濾過し、かくして細菌類を除去して無菌生果汁を得ることを特徴とする果汁の製造方法。
【請求項４】 原果汁をプレコート材を用いずにセラミック膜濾過器で酸素を含まないガス雰囲気下に加圧除菌濾過して細菌類を除去し、さらに透過果汁中の酸素を脱気除去して無菌生果汁を得ることを特徴とする果汁の製造方法。
【請求項５】 ガス加圧により加圧除菌濾過する請求項１乃至４のいずれかに記載の方法。
【請求項６】 濾過器入口側の循環路中に熱交換器を設けて果汁を冷却する請求項１乃至４のいずれかに記載の方法。
【請求項７】 除菌濾過した該果汁を余圧を利用して容器に加圧充填する請求項１乃至４のいずれかに記載の方法。
【請求項８】 膜脱気により酸素を脱気除去する請求項２または４に記載の方法。
【請求項９】 中空糸型気体分離膜を使用して膜脱気を行う請求項８記載の方法。
【請求項１０】 除菌濾過した該果汁の余圧を利用して膜脱気を行う請求項８記載の方法。
【請求項１１】 該酸素を含まないガスが窒素ガスである請求項３または４に記載の方法。
【請求項１２】 該加圧ガスが窒素ガスである請求項５記載の方法。
【請求項１３】 原果汁が柑きつ類の果汁を含む請求項１ないし１２のいずれかに記載の方法。
【請求項１４】 原果汁が仁果類の果汁を含む請求項１ないし１２のいずれかに記載の方法。
【図１】
【図３】
【図２】
【図４】
【図５】
【図６】
【図３】
【図２】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開平６−２９２５４６
【公開日】平成６年（１９９４）１０月２１日
【国際特許分類】
【出願番号】特願平４−１９４３５７
【出願日】平成４年（１９９２）７月２２日
【出願人】（０００００３２８５）千代田化工建設株式会社 (162)
【出願人】（５９２０６９４６９）エフ・ヴィ・マイク協同組合 (2)
【出願人】（０００００４０６４）日本碍子株式会社 (2,325)
【出願人】（５９２０６９４７０）ゴールドパック株式会社 (8)
【公開日】平成６年（１９９４）１０月２１日
【国際特許分類】
【出願日】平成４年（１９９２）７月２２日
【出願人】（０００００３２８５）千代田化工建設株式会社 (162)
【出願人】（５９２０６９４６９）エフ・ヴィ・マイク協同組合 (2)
【出願人】（０００００４０６４）日本碍子株式会社 (2,325)
【出願人】（５９２０６９４７０）ゴールドパック株式会社 (8)
[ Back to top ]