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JPH05277302A - Freezing and concentrating method and apparatus for high-moisture material - Google Patents

Freezing and concentrating method and apparatus for high-moisture material

Info

Publication number
JPH05277302A
JPH05277302A JP10838092A JP10838092A JPH05277302A JP H05277302 A JPH05277302 A JP H05277302A JP 10838092 A JP10838092 A JP 10838092A JP 10838092 A JP10838092 A JP 10838092A JP H05277302 A JPH05277302 A JP H05277302A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
ice
crystallizer
pressure
ice crystals
crystals
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP10838092A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Mitsuo Nagai
光男 永井
Bunro Tsuda
文朗 津田
Kanichi Suzuki
寛一 鈴木
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Japan Steel Works Ltd
Original Assignee
Japan Steel Works Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Japan Steel Works Ltd filed Critical Japan Steel Works Ltd
Priority to JP10838092A priority Critical patent/JPH05277302A/en
Publication of JPH05277302A publication Critical patent/JPH05277302A/en
Pending legal-status Critical Current

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Abstract

(57)【要約】 【目的】 高水分材料を凍結させたとき球状の大きな氷
結晶が生成されるようにして、濃縮液と氷との分離効率
を高める。 【構成】 高水分材料は材料容器6内に封入されて、圧
力容器状の晶析器1内に設置される。その晶析器1内の
圧力は高圧ポンプ12によって制御されるようになって
いる。晶析器1内において過冷却状態とされた材料は、
その晶析器1内を加圧し、次いでその圧力を開放するこ
とにより、過冷却状態が解除されて凍結する。そして、
再びその晶析器1内が加圧されることにより、生成され
た氷結晶の一部が解凍され、粒状の氷結晶となる。そこ
で、圧力を除去してその粒状の氷結晶を成長させる。そ
れによって、濃縮液を含まない球状の大きな氷結晶が得
られる。
(57) [Summary] [Purpose] To increase the efficiency of separation of concentrated liquid and ice by causing large spherical ice crystals to be generated when freezing high-moisture materials. [Structure] The high-moisture material is enclosed in a material container 6 and installed in a pressure vessel-shaped crystallizer 1. The pressure inside the crystallizer 1 is controlled by a high-pressure pump 12. The material that has been supercooled in the crystallizer 1 is
By pressurizing the inside of the crystallizer 1 and then releasing the pressure, the supercooled state is released and the crystal is frozen. And
By pressurizing the inside of the crystallizer 1 again, a part of the produced ice crystals is thawed to become granular ice crystals. Therefore, the pressure is removed and the granular ice crystals are grown. This gives large spherical ice crystals free of concentrate.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、液状の食品、化粧品、
あるいは医薬品のような高水分材料を濃縮する方法及び
装置に関するもので、特に、高水分材料を凍結させてそ
の中の水のみを氷として分離することにより濃縮する凍
結濃縮方法及び装置に関するものである。
The present invention relates to liquid foods, cosmetics,
Alternatively, the present invention relates to a method and apparatus for concentrating a high-moisture material such as a pharmaceutical product, and more particularly to a freeze-concentration method and apparatus for concentrating a high-moisture material by freezing it and separating only water in it as ice. ..

【0002】[0002]

【従来の技術】多量の水分を含む材料の濃縮方法には種
々のものがあるが、そのうちの一つとして凍結濃縮方法
が知られている。凍結濃縮方法は、高水分材料を部分的
に凍らせて、溶媒である水を純粋な氷結晶として分離す
ることにより濃縮する方法で、微生物汚染や溶質の劣
化、あるいは揮発芳香成分の散逸を極めて低いレベルに
抑えることができるという特徴がある。したがって、栄
養成分や色、香り、フレーバー成分などを重視する高級
食品、化粧品、あるいは医薬品の濃縮には最も理想的な
方法とされている。そのような凍結濃縮を行う装置は、
一般に、供給材料を予備冷却する冷却器、氷結晶を生
成、成長させる晶析器、及び濃縮液と氷結晶とを分離す
る分離器によって構成される。晶析器には直接冷却方式
のものと間接冷却方式のものとがあるが、直接冷却方式
の晶析器は海水の淡水化装置などに見られるのみで、凍
結濃縮装置の晶析器はほとんどが間接冷却方式とされて
いる。間接冷却方式の晶析器には、壁面を通して熱交換
を行う内部冷却晶析器と、断熱条件下において冷熱を材
料によって供給する外部冷却晶析器とがあり、そのいず
れもがワイン、ビール、コーヒーなどの濃縮に用いられ
ている。
2. Description of the Related Art There are various methods for concentrating a material containing a large amount of water, and a freeze concentration method is known as one of them. The freeze-concentration method is a method of partially freezing high-moisture materials and separating water, which is a solvent, as pure ice crystals to condense it, and to prevent microbial contamination, deterioration of solutes, and dissipation of volatile aromatic components. It has the feature that it can be suppressed to a low level. Therefore, it is considered to be the most ideal method for concentrating high-grade foods, cosmetics, or pharmaceuticals that emphasizes nutritional components, colors, aromas, flavor components, and the like. An apparatus for performing such freeze concentration is
Generally, it comprises a cooler for precooling the feed, a crystallizer for producing and growing ice crystals, and a separator for separating the concentrate and ice crystals. There are two types of crystallizers, one is a direct cooling type and the other is an indirect cooling type. There is an indirect cooling method. The indirect cooling type crystallizer has an internal cooling crystallizer that performs heat exchange through a wall surface and an external cooling crystallizer that supplies cold heat by a material under adiabatic conditions, both of which are wine, beer, It is used for concentrating coffee.

【0003】ところで、そのような装置により凍結濃縮
を行う場合には、水分が氷結晶として濃縮液から分離さ
れやすくするために、晶析器において氷結晶を十分に大
きく成長、熟成させることが求められる。そこで、従来
は、その晶析器において、主として冷却温度により氷の
生成、成長を制御するようにしていた。
By the way, when freeze concentration is carried out by such an apparatus, it is required that the ice crystal is grown and matured in a crystallizer sufficiently large in order to easily separate water as ice crystals from the concentrated liquid. Be done. Therefore, conventionally, in the crystallizer, the generation and growth of ice have been controlled mainly by the cooling temperature.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、そのよ
うに冷却温度によって氷の生成、成長を制御するもので
は、その生成、成長を速めるために冷却温度を低くする
ことが求められるので、過冷却状態になりやすい。そし
て、過冷却状態にある高水分材料を凍結させると、一次
核発生で生成される氷結晶が樹枝状になりやすい。した
がって、その氷核を成長させて得られる氷は樹枝状結晶
の多いものとなる。樹枝状結晶は、結晶間に溶質を包含
しやすい。そのために、その晶析器によって生成された
氷は濃縮液を包含する氷結晶となり、分離器における濃
縮液と氷結晶との分離効率が悪くなる。また、冷却温度
による制御では、応答性が悪く、細やかな制御が難しい
などの問題もある。
However, in the case of controlling the generation and growth of ice by the cooling temperature as described above, it is required to lower the cooling temperature in order to accelerate the generation and growth of the ice. It is easy to become. Then, if the high-moisture material in the supercooled state is frozen, the ice crystals generated by the primary nucleation are likely to have a dendrite shape. Therefore, the ice obtained by growing the ice nuclei has many dendrites. Dendritic crystals tend to include solutes between crystals. Therefore, the ice produced by the crystallizer becomes ice crystals containing the concentrated liquid, and the separation efficiency between the concentrated liquid and the ice crystals in the separator deteriorates. In addition, the control based on the cooling temperature has problems such as poor responsiveness and difficulty in fine control.

【0005】本発明は、このような問題に艦みてなされ
たものであって、その目的は、濃縮液との分離が容易な
氷結晶が生成される高水分材料の凍結濃縮方法及び装置
を提供することである。
The present invention has been made in view of the above problems, and an object thereof is to provide a method and an apparatus for freeze-concentrating a high-moisture material which produces ice crystals which can be easily separated from a concentrate. It is to be.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に、本発明では、冷却温度による制御に加え、加圧下で
の氷点変化を利用して、氷核の生成及び氷結晶の成長を
制御するようにしている。すなわち、本発明による高水
分材料の凍結濃縮方法は、過冷却状態にある高水分材料
を凍結させ、その氷に静圧を加えて部分的に解凍させた
後、常圧下においてその氷を核として氷結晶を成長さ
せ、得られた氷を分離するようにしたことを特徴として
いる。過冷却状態にある高水分材料の凍結は、その高水
分材料に静圧を加えた後、その静圧を除去することによ
って行うことができる。また、本発明による凍結濃縮装
置は、高水分材料を凍結させるとともにその氷結晶を成
長させる晶析器が圧力容器とされていて、その晶析器内
の圧力を制御し得る加圧装置が設けられていることを特
徴としている。
In order to achieve this object, in the present invention, in addition to the control by cooling temperature, the change of the freezing point under pressure is utilized to control the formation of ice nuclei and the growth of ice crystals. I am trying to do it. That is, the method for freeze-concentrating a high-moisture material according to the present invention comprises freezing the high-moisture material in a supercooled state, applying a static pressure to the ice to partially thaw it, and then using the ice as a nucleus under normal pressure. It is characterized by growing ice crystals and separating the obtained ice. Freezing of the super-moisture material in the supercooled state can be performed by applying static pressure to the high-moisture material and then removing the static pressure. Further, in the freeze concentration device according to the present invention, the crystallizer for freezing the high-moisture content material and for growing the ice crystals is used as a pressure vessel, and the pressurizing device capable of controlling the pressure in the crystallizer is provided. It is characterized by being.

【0007】[0007]

【作用】上述のように、過冷却状態にある高水分材料を
凍結させると、樹枝状結晶、あるいはその樹枝状結晶が
複数個結合したひだ状結晶の氷が生成される。そして、
その氷結晶に圧力を加えると、圧力による氷点降下によ
り、生成された氷結晶の樹枝状部分あるいはひだ状部分
など、濃縮液を多く含む部分が優先的に、かつ瞬時に解
凍され、粒状の氷結晶となる。このようにして粒状の氷
結晶となった時点で圧力を除去し、その氷結晶を氷核と
して氷を成長させると、粒状の氷結晶を氷核として成長
した氷は球状になりやすいので、得られる氷は球状結晶
の多いものとなる。このとき、冷却温度を適切に制御す
れば、大きな氷結晶に成長させることができる。そし
て、成長した氷結晶を含む懸濁液を分離器に移送し、そ
の懸濁液から氷結晶を分離すれば、濃縮液を得ることが
できる。その場合、生成された氷結晶は濃縮液をほとん
ど含まない純粋な氷となり、しかも、球状の大きな氷結
晶となるので、濃縮液と氷結晶との分離効率が極めて高
くなり、運転コストも低く抑えることができる。
As described above, when a high-moisture material in a supercooled state is frozen, dendrites or pleated ice formed by combining a plurality of dendrites is formed. And
When pressure is applied to the ice crystals, due to the freezing point depression due to the pressure, the dendritic or pleated portions of the generated ice crystals, such as the dendritic portion or the fold-shaped portion, are thawed preferentially and instantly to form granular ice. It becomes a crystal. When the pressure is removed when the ice crystals become granular in this way, and the ice is grown using the ice crystals as ice nuclei, the ice grown with the ice crystals as granules tends to have a spherical shape. The ice contained in the ice will have many spherical crystals. At this time, if the cooling temperature is appropriately controlled, large ice crystals can be grown. Then, the suspension containing the grown ice crystals is transferred to a separator, and the ice crystals are separated from the suspension, whereby a concentrated liquid can be obtained. In that case, the generated ice crystals become pure ice containing almost no concentrate, and since they become large spherical ice crystals, the separation efficiency between the concentrate and ice crystals is extremely high, and the operating cost is kept low. be able to.

【0008】[0008]

【実施例】以下、図面を用いて本発明の実施例を説明す
る。図中、図1は本発明による凍結濃縮装置に用いられ
る晶析器の一実施例を示す縦断側面図である。この図か
ら明らかなように、この晶析器1は、上端が開口し、下
端が底壁によって閉塞された厚肉円筒状の本体2を備え
ている。その晶析器本体2の上端開口部には、グランド
ナット3を締め付けることによってその本体2に固定さ
れる材料取出しキャップ4が設けられている。その材料
取出しキャップ4の外周面にはOリング5が取り付けら
れており、そのOリング5によって、晶析器本体2と材
料取出しキャップ4との間が液密にシールされるように
なっている。こうして、この晶析器1は、材料取出しキ
ャップ4によって密封される圧力容器として形成されて
いる。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. In the figure, FIG. 1 is a vertical side view showing an embodiment of a crystallizer used in a freeze concentration apparatus according to the present invention. As is clear from this figure, this crystallizer 1 is provided with a thick-walled cylindrical body 2 whose upper end is open and whose lower end is closed by a bottom wall. At the upper end opening of the crystallizer main body 2, a material take-out cap 4 fixed to the main body 2 by tightening a ground nut 3 is provided. An O-ring 5 is attached to the outer peripheral surface of the material extraction cap 4, and the O-ring 5 liquid-tightly seals between the crystallizer main body 2 and the material extraction cap 4. . The crystallizer 1 is thus formed as a pressure vessel which is sealed by the material extraction cap 4.

【0009】材料取出しキャップ4の下面には、そのキ
ャップ4によって晶析器本体2の上端開口部を閉塞した
ときその本体2の内部空間に挿入される材料容器6が取
り付けられている。その材料容器6は四フッ化エチレン
樹脂等からなる薄肉パイプ状のもので、上下両端がゴム
栓7,8によってそれぞれ密閉されるようになってい
る。上側のゴム栓7は、接着等によって材料取出しキャ
ップ4の下面に固着されている。したがって、そのゴム
栓7を材料容器6の上端に嵌合させることによって、材
料容器6が材料取出しキャップ4に取り付けられるよう
になっている。
A material container 6 which is inserted into the internal space of the main body 2 of the crystallizer main body 2 when the upper end opening of the crystallizer main body 2 is closed by the cap 4 is attached to the lower surface of the material take-out cap 4. The material container 6 is in the form of a thin-walled pipe made of tetrafluoroethylene resin or the like, and its upper and lower ends are sealed by rubber stoppers 7 and 8, respectively. The upper rubber stopper 7 is fixed to the lower surface of the material extraction cap 4 by adhesion or the like. Therefore, by fitting the rubber stopper 7 to the upper end of the material container 6, the material container 6 can be attached to the material take-out cap 4.

【0010】また、材料取出しキャップ4には材料温度
測定用熱電対9が取り付けられている。その熱電対9
は、材料取出しキャップ4及び上側のゴム栓7を貫通し
て、材料容器6の内部に突入するようにされている。こ
うして、材料容器6内の材料の温度が晶析器1の外部か
ら測定されるようになっている。更に、晶析器本体2の
上部には、その本体2内部の圧力を検出する圧力計10
が取り付けられている。
A material temperature measuring thermocouple 9 is attached to the material take-out cap 4. That thermocouple 9
Penetrates through the material take-out cap 4 and the upper rubber stopper 7, and projects into the inside of the material container 6. In this way, the temperature of the material in the material container 6 is measured from the outside of the crystallizer 1. Further, on the upper part of the crystallizer main body 2, a pressure gauge 10 for detecting the pressure inside the main body 2 is provided.
Is attached.

【0011】一方、晶析器本体2の下部には、その本体
2の内部に連通する圧力ポンプ配管11が接続されてい
る。その圧力ポンプ配管11の先端には高圧ポンプ12
が設けられている。こうして、その高圧ポンプ12を用
いて晶析器本体2の内部にエタノール等の静圧媒体を注
入することにより、その内部に圧力が加えられるように
なっている。すなわち、その高圧ポンプ12が晶析器1
内の圧力を制御する加圧装置となっている。
On the other hand, a pressure pump pipe 11 communicating with the inside of the crystallizer main body 2 is connected to the lower portion of the crystallizer main body 2. A high pressure pump 12 is provided at the tip of the pressure pump pipe 11.
Is provided. In this way, by injecting a static pressure medium such as ethanol into the inside of the crystallizer main body 2 using the high pressure pump 12, a pressure is applied to the inside thereof. That is, the high-pressure pump 12 is the crystallizer 1
It is a pressurizing device that controls the internal pressure.

【0012】晶析器本体2の外周には冷却ジャケット1
3が設けられている。その冷却ジャケット13は冷媒入
口14及び冷媒出口15を有しており、その入口14及
び出口15を通して冷媒を循環させることによって、晶
析器本体2内の温度が制御されるようになっている。
A cooling jacket 1 is provided on the outer circumference of the crystallizer main body 2.
3 is provided. The cooling jacket 13 has a refrigerant inlet 14 and a refrigerant outlet 15, and the temperature inside the crystallizer main body 2 is controlled by circulating the refrigerant through the inlet 14 and the outlet 15.

【0013】凍結濃縮装置は、このような晶析器1と高
圧ポンプ12とのほかに、材料を予備冷却する予備冷却
器、及び濃縮液と氷とを分離する分離器によって構成さ
れるが、それら冷却器及び分離器は通常のものでよいの
で、ここではその説明は省略する。
In addition to the crystallizer 1 and the high-pressure pump 12 as described above, the freeze concentrator is composed of a precooler for precooling the material and a separator for separating the concentrate and ice. Since these coolers and separators may be ordinary ones, their explanations are omitted here.

【0014】次に、このように構成された凍結濃縮装置
を用いて高水分材料を濃縮するときの手順を、その作用
とともに説明する。例えば溶液を濃縮するときには、予
備冷却器を用いてその溶液をあらかじめ2〜0℃に冷却
する。そして、その溶液を、下端をゴム栓8によって密
封した材料容器6に入れる。このとき、溶液内に気泡が
入らないようにし、また、溶液が凍結して体積膨張した
ときにもその溶液が材料容器6外に漏れることのないよ
うに、材料容器6を少しへこませる。次いで、その材料
容器6の上端を、材料取出しキャップ4に固着されてい
るゴム栓7に嵌合させて密封する。それによって、材料
容器6が材料取出しキャップ4に取り付けられる。一
方、晶析器本体2の内部には、凍結温度の低いエタノー
ル等の静圧媒体を満たしておく。また、晶析器1の冷却
ジャケット13には−2〜−15℃の冷媒を循環させ、
その本体2内を−2〜−15℃に保っておく。そして、
その晶析器本体2の上端部開口に、材料容器6を取り付
けた材料取出しキャップ4を装着し、グランドナット3
により締め付けてシールする。
Next, the procedure for concentrating the high-moisture material using the freeze concentrator thus constructed will be described along with its operation. For example, when concentrating the solution, the solution is previously cooled to 2 to 0 ° C. using a precooler. Then, the solution is put into a material container 6 whose lower end is sealed with a rubber stopper 8. At this time, the material container 6 is slightly depressed so that air bubbles do not enter the solution and the solution does not leak out of the material container 6 even when the solution is frozen and volume-expanded. Then, the upper end of the material container 6 is fitted into the rubber stopper 7 fixed to the material take-out cap 4 and sealed. Thereby, the material container 6 is attached to the material take-out cap 4. On the other hand, the inside of the crystallizer main body 2 is filled with a static pressure medium such as ethanol having a low freezing temperature. In addition, the cooling jacket 13 of the crystallizer 1 circulates a refrigerant of −2 to −15 ° C.,
The inside of the main body 2 is kept at −2 to −15 ° C. And
At the upper end opening of the crystallizer main body 2, a material take-out cap 4 having a material container 6 attached is attached, and a gland nut 3 is attached.
Tighten and seal with.

【0015】このようにして氷点以下の低温に保たれて
いる晶析器1内に材料容器6をセットすると、その材料
容器6内に封入されている溶液が徐々に冷却される。し
たがって、その溶液は過冷却状態となる。そこで、材料
温度測定用熱電対9によって検出される溶液の温度が−
0.5〜−10℃になったとき、高圧ポンプ12を用い
て静圧媒体を晶析器本体2内に注入し、その内部の圧力
を100〜1500kg/cm2にまで高める。そして、その
状態で1分ほど経過した後、その圧力を開放する。する
と、溶液はその圧力変化による刺激を受け、過冷却状態
が解除される。したがって、その溶液は急速に凍結し、
氷結晶が生成される。その氷は樹枝状部分及びひだ状部
分の多い結晶となる。氷が生成されると、氷の発熱によ
り材料温度測定用熱電対9の温度が0℃を示す。そこ
で、3〜20分かけて氷を熟成させる。
When the material container 6 is set in the crystallizer 1 kept at a low temperature below the freezing point in this way, the solution enclosed in the material container 6 is gradually cooled. Therefore, the solution is in a supercooled state. Therefore, the temperature of the solution detected by the thermocouple 9 for measuring the material temperature is −
When the temperature reaches 0.5 to -10 ° C, the high pressure pump 12 is used to inject a static pressure medium into the crystallizer main body 2 to increase the internal pressure to 100 to 1500 kg / cm 2 . Then, after about 1 minute in that state, the pressure is released. Then, the solution is stimulated by the pressure change, and the supercooled state is released. Therefore, the solution freezes rapidly,
Ice crystals are produced. The ice becomes crystals with many dendrites and folds. When ice is generated, the temperature of the material temperature measuring thermocouple 9 is 0 ° C. due to the heat generated by the ice. Then, the ice is aged for 3 to 20 minutes.

【0016】次いで、高圧ポンプ12を用いて再び静圧
媒体を晶析器1内に注入し、その内部圧力を100〜1
500kg/cm2として2〜20分その状態で保つ。晶析器
本体2内を昇圧すると、その内部に配置されている材料
容器6内の凍結溶液が加圧される。そして、その圧力に
より氷点が低下するので、生成された氷結晶はその一部
が瞬時に解凍される。その場合、氷結晶の先端部分、す
なわち樹枝状部分やひだ状部分が優先的に解凍される。
したがって、その氷は樹枝状部分やひだ状部分などがな
くなった粒状の氷結晶となる。2〜20分後に圧力を急
激に開放して、再び氷を成長させる。粒状の氷結晶を氷
核として成長させると、成長した氷も粒状の大きな結
晶、すなわち球状結晶になりやすい。そして、そのよう
な球状の氷結晶には溶質が包含されにくい。したがっ
て、得られる氷は、溶質をほとんど含まない純粋な水の
氷結晶となる。
Next, the high pressure pump 12 is used to inject the static pressure medium into the crystallizer 1 again, and the internal pressure thereof is set to 100 to 1
Keep it at 500 kg / cm 2 for 2 to 20 minutes. When the pressure in the crystallizer main body 2 is increased, the frozen solution in the material container 6 arranged inside the crystallizer main body 2 is pressurized. Then, since the freezing point is lowered by the pressure, a part of the produced ice crystal is instantly thawed. In that case, the tip portion of the ice crystal, that is, the dendritic portion or the pleated portion is preferentially thawed.
Therefore, the ice becomes granular ice crystals without dendrites or folds. After 2-20 minutes the pressure is suddenly released and the ice is allowed to grow again. When granular ice crystals are grown as ice nuclei, the grown ice tends to be large granular crystals, that is, spherical crystals. Then, solutes are unlikely to be contained in such spherical ice crystals. Therefore, the resulting ice will be ice crystals of pure water containing almost no solute.

【0017】このようにして氷を成長させた後、グラン
ドナット3をゆるめ、晶析器本体2から材料取出しキャ
ップ4を取り外す。更に、その材料取出しキャップ4に
取り付けられている材料容器6をゴム栓7から抜き取
り、その材料容器6内の濃縮液と氷結晶との懸濁液を分
離器に移す。そして、それを濾過、洗浄して、濃縮液と
氷結晶とに分離する。その場合、生成された氷結晶は上
述のように球状となっているので、その氷結晶に濃縮液
が付着することも少ない。したがって、その分離は極め
て効率よく行われる。
After the ice has grown in this way, the gland nut 3 is loosened, and the material extraction cap 4 is removed from the crystallizer main body 2. Further, the material container 6 attached to the material extraction cap 4 is pulled out from the rubber stopper 7, and the suspension of the concentrated liquid and the ice crystals in the material container 6 is transferred to a separator. Then, it is filtered and washed to separate it into a concentrated liquid and ice crystals. In that case, since the generated ice crystals are spherical as described above, the concentrated liquid rarely adheres to the ice crystals. Therefore, the separation is extremely efficient.

【0018】このように、この凍結濃縮方法によれば、
凍結によって生成された樹枝状の氷結晶の一部を解凍さ
せて粒状の結晶とし、その粒状氷結晶を核として氷を成
長させるようにしているので、濃縮液を含有しない球状
の氷結晶を得ることができる。しかも、その氷核となる
氷結晶の解凍は圧力によって行われるので、温度による
場合のようにその解凍に時間がかかることがない。そし
て、球状で大きな氷結晶が得られるので、単純な濾過、
洗浄などによって容易に濃縮液を分離することができ
る。したがって、濃縮液と氷結晶との分離効率を著しく
高めることができる。また、その凍結濃縮装置によれ
ば、高圧ポンプ12によって晶析器1内の圧力を制御す
るのみで、氷核の生成から解凍、氷結晶の成長までを行
わせることができるので、上述の凍結濃縮方法を実施す
る装置を極めて単純なものとすることができる。
Thus, according to this freeze concentration method,
Part of the dendritic ice crystals generated by freezing is thawed to form granular crystals, and ice is grown using the granular ice crystals as nuclei, so spherical ice crystals containing no concentrate are obtained. be able to. Moreover, since the ice crystals, which are the ice nuclei, are thawed by the pressure, the thawing does not take time unlike the case of using the temperature. And since spherical and large ice crystals are obtained, simple filtration,
The concentrated liquid can be easily separated by washing or the like. Therefore, the efficiency of separating the concentrated liquid and the ice crystals can be significantly increased. Further, according to the freeze-concentrating apparatus, it is possible to perform from the formation of ice nuclei to the thawing and the growth of ice crystals only by controlling the pressure in the crystallizer 1 by the high-pressure pump 12, so the above-mentioned freezing is performed. The device for carrying out the concentration method can be very simple.

【0019】このような凍結濃縮装置を実際に試作し、
それを用いて濃縮実験を行った。濃縮する材料には、市
販のインスタントコーヒーを蒸留水に溶解させたコーヒ
ー液を用いることとした。そして、コーヒー液濃度の測
定のために、まず、分光光度計により各種濃度のコーヒ
ー液の吸光度を測定し、コーヒー液濃度と吸光度との検
量線を求めた。その検量線は図2のようになった。この
図から明らかなように、コーヒー液の濃度と吸光度の値
とは比例し、濃度が0の蒸留水では吸光度も0であり、
濃度が高いほど吸光度は高くなる。この関係は氷におい
ても成り立つ。濃縮原料として濃度3%のコーヒー液を
作製した。晶析器本体2としては内径が30mm、長さが
250mmのものを用い、材料容器6には直径20mm、長
さ170mmの四フッ化エチレン樹脂製チューブを用い
た。また、静圧媒体としては50%エタノール液を用
い、そのエタノール液を晶析器本体2内に満たした。一
方、冷媒には30%エチレングリコール液を用い、毎分
17リットルの流量で冷却ジャケット13を循環させ
た。その冷媒の温度は−4℃及び−5℃の2種類とし、
あらかじめ循環させて晶析器1を−4℃あるいは−5℃
に保っておくようにした。
[0019] Such a freeze concentrator was actually prototyped,
The concentration experiment was conducted using it. A coffee liquid prepared by dissolving commercially available instant coffee in distilled water was used as the material to be concentrated. Then, in order to measure the coffee liquid concentration, first, the absorbance of coffee liquid of various concentrations was measured by a spectrophotometer, and a calibration curve of the coffee liquid concentration and the absorbance was obtained. The calibration curve was as shown in FIG. As is clear from this figure, the concentration of the coffee liquor and the value of the absorbance are proportional to each other, and the distilled water having a concentration of 0 has an absorbance of 0,
The higher the concentration, the higher the absorbance. This relationship also holds for ice. A coffee liquid having a concentration of 3% was prepared as a concentrated raw material. The crystallizer main body 2 had an inner diameter of 30 mm and a length of 250 mm, and the material container 6 was a tube of tetrafluoroethylene resin having a diameter of 20 mm and a length of 170 mm. A 50% ethanol solution was used as the static pressure medium, and the ethanol solution was filled in the crystallizer main body 2. On the other hand, a 30% ethylene glycol liquid was used as the refrigerant, and the cooling jacket 13 was circulated at a flow rate of 17 liters per minute. The temperature of the refrigerant is -4 ° C and -5 ° C.
Pre-circulate the crystallizer 1 at -4 ° C or -5 ° C.
I kept it.

【0020】このような準備の下で、濃縮原料の3%コ
ーヒー液をあらかじめ0.5℃に予備冷却し、そのコー
ヒー液を、ゴム栓8により栓をした材料容器6に入れ
た。その量は約45g であった。次いで、その材料容器
6を、エタノール液で満たした晶析器1内にセットし
た。そして、材料温度測定用熱電対9によりコーヒー液
温度の変化を監視した。材料温度測定用熱電対9が−
2.5℃を示したところで、高圧ポンプ12を用いてエ
タノール液を晶析器1内に注入し、晶析器1内の圧力を
700kg/cm2に昇圧した。そして、その圧力で1分ほど
保持した後、圧力を開放して晶析器1内を大気圧にし
た。更に、5〜10分後に、高圧ポンプ12を用いて再
びエタノール液を晶析器1内に注入し、晶析器1内の圧
力を700kg/cm2とした。そして、その状態で5分間保
持した。次いで、圧力を急激に開放し、常圧下で氷を成
長させた。10〜40分の経過後、材料容器6を取り出
して、その内部の材料を分離器に移し、分離器で吸引濾
過するとともに、0℃の水10mlで洗浄した。こうし
て、濃縮液と氷結晶とに分離した。そして、得られた氷
について、その生成量と吸光度とを測定した。比較のた
めに、高圧ポンプ12による静圧を加えずに、同様の実
験を行った。その結果を表1に示す。
Under such preparations, the concentrated 3% coffee liquid was precooled to 0.5 ° C. in advance, and the coffee liquid was put into the material container 6 stoppered with the rubber stopper 8. The amount was about 45 g. Then, the material container 6 was set in the crystallizer 1 filled with the ethanol solution. Then, the change of the coffee liquid temperature was monitored by the thermocouple 9 for measuring the material temperature. Thermocouple 9 for material temperature measurement-
When the temperature reached 2.5 ° C., the ethanol solution was injected into the crystallizer 1 using the high-pressure pump 12, and the pressure in the crystallizer 1 was increased to 700 kg / cm 2 . After the pressure was maintained for about 1 minute, the pressure was released to bring the inside of the crystallizer 1 to atmospheric pressure. Further, after 5 to 10 minutes, the ethanol solution was injected again into the crystallizer 1 by using the high-pressure pump 12, and the pressure in the crystallizer 1 was adjusted to 700 kg / cm 2 . And it hold | maintained in that state for 5 minutes. Then, the pressure was suddenly released, and ice was grown under normal pressure. After a lapse of 10 to 40 minutes, the material container 6 was taken out, the material inside thereof was transferred to a separator, suction-filtered by the separator, and washed with 10 ml of water at 0 ° C. In this way, the concentrate was separated into ice crystals. Then, with respect to the obtained ice, its production amount and absorbance were measured. For comparison, the same experiment was conducted without applying static pressure by the high-pressure pump 12. The results are shown in Table 1.

【0021】[0021]

【表1】 [Table 1]

【0022】氷の吸光度が低いということは、氷結晶に
取り込まれているコーヒー量が少ないということであ
る。したがって、得られた氷結晶の量が多く、その吸光
度が低いほど、純粋な氷で、かつその氷が濃縮液から効
率よく分離されたと言うことができる。表1から明らか
なように、圧力を用いて解凍を行ったものは、圧力を用
いない場合に比べると、同じ処理時間に対する氷の生成
量はやや少ないが、濃縮液の分離効率及び得られる氷の
品質は格段に優れている。例えば、−4℃に冷却して圧
力を加えずに40分間の処理をした場合と圧力を加えて
45分間の処理をした場合、あるいは−5℃で圧力に加
えずに20分間の処理をした場合と圧力を加えて25分
間の処理をした場合とでは、氷の生成量はほぼ等しくな
るが、吸光度は圧力を加えた場合の方がはるかに小さく
なる。すなわち、ほとんど純粋な氷が分離され、同じ処
理時間でも濃縮効率が高められることがわかる。
The low absorbance of ice means that the amount of coffee incorporated in the ice crystals is small. Therefore, it can be said that the larger the amount of the obtained ice crystals and the lower the absorbance thereof, the more pure the ice and the more efficiently the ice was separated from the concentrated liquid. As is clear from Table 1, the amount of ice generated in the one thawed using pressure is slightly smaller than that in the case where pressure is not used, but the separation efficiency of the concentrated liquid and the obtained ice The quality is extremely good. For example, a case of cooling to -4 ° C and treating for 40 minutes without applying pressure, a case of applying pressure for 45 minutes, or a treatment at -5 ° C for 20 minutes without applying pressure. The amount of ice generated is almost the same in the case and the case where the pressure is applied for 25 minutes, but the absorbance is much smaller when the pressure is applied. That is, it can be seen that almost pure ice is separated and the concentration efficiency is enhanced even with the same treatment time.

【0023】なお、上記実施例においては、凍結濃縮装
置として実験室的なものについて説明したが、工業的な
実施に際しては、例えば一つの晶析器内に多数の材料容
器を設置し、同時に多量の材料が処理されるようにする
とともに、予備冷却から分離までが連続的に行われるよ
うに構成することは言うまでもない。そのような場合に
は、晶析器内に導入される静圧媒体として冷却流体を用
い、材料の加圧と冷却とが同時に行われるようにするこ
とも考えられる。
It should be noted that, in the above-mentioned embodiments, the freeze-concentration device was described as a laboratory device, but in industrial implementation, for example, a large number of material containers are installed in one crystallizer and a large amount of them are simultaneously prepared. It goes without saying that the material is processed, and the pre-cooling and the separation are continuously performed. In such a case, it may be possible to use a cooling fluid as a static pressure medium introduced into the crystallizer so that pressurization and cooling of the material are performed simultaneously.

【0024】[0024]

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によれば、高水分材料を凍結させた後、一旦その氷結晶
の一部を解凍させて粒状の氷結晶とし、それを氷核とし
て氷結晶を成長させるようにしているので、得られる氷
結晶はその結晶内及び結晶間に濃縮液を含みにくい球状
の結晶となる。したがって、濃縮液と氷結晶との分離効
率が高くなり、その分離のためのコストを著しく低減さ
せることができる。しかも、その氷核となる氷結晶の解
凍を、圧力を加えることによって行うようにしているの
で、その解凍は瞬時に行われる。したがって、その処理
に多大な時間がかかることもない。また、従来の晶析器
に代えて圧力容器を用い、高圧ポンプ等によりその晶析
器内の圧力を制御するようにすればよいので、凍結濃縮
装置の構造が複雑化することもない。したがって、その
装置も安価に得ることができる。
As is apparent from the above description, according to the present invention, after freezing a high-moisture material, a part of the ice crystals is once thawed to form granular ice crystals, which are then used as ice nuclei. Since ice crystals are allowed to grow as described above, the obtained ice crystals are spherical crystals that do not easily contain a concentrated liquid within and between the crystals. Therefore, the efficiency of separating the concentrated liquid and the ice crystals is increased, and the cost for the separation can be significantly reduced. Moreover, since the ice crystals, which are the ice nuclei, are thawed by applying pressure, the thawing is instantaneously performed. Therefore, the processing does not take much time. Further, since a pressure vessel is used in place of the conventional crystallizer and the pressure in the crystallizer may be controlled by a high-pressure pump or the like, the structure of the freeze concentration device does not become complicated. Therefore, the device can be obtained at low cost.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明による凍結濃縮装置に用いられる晶析器
の一実施例を示す縦断側面図である。
FIG. 1 is a vertical sectional side view showing an example of a crystallizer used in a freeze concentration apparatus according to the present invention.

【図2】その晶析器を用いて行う実験のために求めた溶
質濃度と吸光度との関係を示すグラフである。
FIG. 2 is a graph showing the relationship between the solute concentration and the absorbance, which was determined for an experiment performed using the crystallizer.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 晶析器 2 晶析器本体 4 材料取出しキャップ 6 材料容器 9 材料温度測定用熱電対 10 圧力計 12 高圧ポンプ 13 冷却ジャケット 1 Crystallizer 2 Crystallizer main body 4 Material extraction cap 6 Material container 9 Thermocouple for measuring material temperature 10 Pressure gauge 12 High pressure pump 13 Cooling jacket

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 過冷却状態にある高水分材料を凍結さ
せ、 その氷に静圧を加えて部分的に解凍させた後、 常圧下においてその氷を核として氷結晶を成長させ、 得られた氷を分離することにより前記高水分材料を濃縮
するようにしたことを特徴とする、 高水分材料の凍結濃縮方法。
1. A high-moisture material in a supercooled state is frozen, and static pressure is applied to the ice to partially thaw it, and then ice crystals are grown under normal pressure using the ice as a nucleus to obtain ice crystals. A method for freeze-concentrating a high-moisture material, characterized in that the high-moisture material is concentrated by separating ice.
【請求項2】 前記過冷却状態にある高水分材料の凍結
を、その高水分材料に静圧を加えた後、その静圧を除去
することによって行うことを特徴とする、 請求項1記載の凍結濃縮方法。
2. The high-moisture material in the supercooled state is frozen by applying static pressure to the high-moisture material and then removing the static pressure. Freeze concentration method.
【請求項3】 高水分材料を凍結させるとともにその氷
結晶を成長させる晶析器と、その氷結晶を濃縮液から分
離する分離器とを備えた凍結濃縮装置において;前記晶
析器が圧力容器として形成されており、 その晶析器内の圧力を制御し得る加圧装置を備えている
ことを特徴とする、 高水分材料の凍結濃縮装置。
3. A freeze concentration apparatus comprising a crystallizer for freezing a high-moisture material and growing ice crystals thereof, and a separator for separating the ice crystals from a concentrated liquid; the crystallizer being a pressure vessel. And a freeze-concentrator for high-moisture material, which is provided with a pressurizing device capable of controlling the pressure in the crystallizer.
JP10838092A 1992-04-02 1992-04-02 Freezing and concentrating method and apparatus for high-moisture material Pending JPH05277302A (en)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009526199A (en) * 2006-02-10 2009-07-16 プラクスエア・テクノロジー・インコーポレイテッド Lyophilization apparatus and method

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