JP2010530767A - 飼料の低温殺菌システム - Google Patents
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Abstract
本発明は、低温滅菌装置及び冷却装置を有する飼料の低温滅菌システムであって、前記冷却装置は、その直径Dの数倍の高さHを有する熱交換器3(又は3′)として形成され、その内部には前記熱交換器の高さHのほぼ全長に渉って冷却コイル6が備えられていることを特徴としている。
Description
本発明は、殺菌装置及び冷却装置を有する飼料の低温殺菌システムに関する。
乳などの飼料から病原菌を除くのに低温滅菌するか又は殺菌手段により処理することはよく知られている。特に、病原菌、バクテリア、ウィルスなどを除去する飼料用乳の低温滅菌が知られている。
低温滅菌システムにおいて、例えば乳の無菌処理は、通常は加熱及びそれに続く冷却により行なわれる。いわゆる初乳には病原菌も存在するが、抗体を含んでいるので、子牛には初乳を与えることが重要である。生まれたばかりの動物を病原菌、バクテリア、菌類などからできる限り保護するために、初乳は授乳前に低温滅菌される。
低温滅菌装置においては、低温滅菌システム自体ではなく、流動性飼料を90℃までの加熱及び冷却時間が問題である。この時間が長ければ長いほど、42℃以上で乳内の有効な成分が破壊される危険性が増大する。更に、通常の乳と異なって初乳は約60℃でプリンのように増粘されて配管を塞ぐとの問題がある。また、熱伝達面に、時には閉塞につながる皮膜が生成される。
これに関連して、特許文献1には、搾りたての乳の冷却を制御するために、2つの同心状の円環又は配管を有する熱交換器を備えた熱交換システムが記載されている。一方には冷却水が流れ、他方には冷却される乳が流れる円環又は配管の間において熱交換が行なわれる。
しかし、本格的な低温滅菌システムは特許文献2〜4に記載されている。
本発明は、上記課題に基づいて、無菌の乳、特に初乳のような流動性飼料を迅速に所要温度まで加熱、冷却できる低温滅菌システムを生出することを目的とする。逆に、このシステムを用いて冷えている流動性飼料を低温滅菌に先立って予熱することも目的としている。更に、低温滅菌システムの操作方法を示すことも本発明の目的である。
上記課題を解決するために、熱交換器としての冷却システムが形成される。熱交換器はその径の数倍の高さを有し、内部には熱交換器の高さのほぼ全長に渉って冷却コイルとしての配管が備えられている。
本発明では、熱交換器を円筒状に形成し、高さHと直径Dの比率を2:1から10:1、好ましくは4:1に設定されることにより、長く且つ穏やかに作用する冷却となる。
上記のことを達成するために、熱交換器は、その内部に高さのほぼ全長に渉って冷却コイルのとしての配管を備えている。できるだけ大きな熱交換面を得るために、冷却コイルは、コイルバネ状に形成され、その上端は熱交換器の流入部連結管に連結され、その下端は熱交換器の流出部連結管に連結されている。その際、流入部連結管及び流出部連結管のそれぞれに、弁及び温度測定センサを備えている。更に、冷却システムの流入部連結管は低温滅菌装置に連結され、冷却システムの流出部連結管は少なくとも1つの動物の飼料容器に連結されている。低温滅菌された乳は、貯蔵容器内に冷却して保存することが好ましく、場合によっては、仮保存してもよい。
熱交換媒体としては、水が適しており、熱交換器の底部に備えられた温度センサ付き流入コックから冷水として流入し、熱交換器の頂部に備えられた温度センサ付き流出コックから温水として流出する。熱交換器の底部に備えられた流入コックに、注入連結管を備えて、冷水が熱交換器の内壁に沿って流れ込むようにすれば、熱交換器の効率がよくなる。これにより、熱交換器内の水が旋回されて水と乳の間の熱交換が促進される。
無菌の飼料用の乳のような流動性飼料が生出するように、本発明による低温滅菌システムは次のように操作されることを特徴としている。乳などの低温滅菌装置内で処理された温度60〜90℃、好ましくは72℃の流動性飼料は、熱交換器の冷却コイル内に導入され、温度4〜45℃、好ましくは38℃に冷却されて導出される。
更に、本発明による方法では、低温滅菌装置で無菌処理されて熱交換器の冷却コイル内に導入された飼料は、冷却コイルを囲んでいる水によって次のように熱交換される。熱交換器の底部に備えられた流入コックから4〜20℃、好ましくは15℃の水又は0℃以下の氷水は、熱交換器の頂部に備えられた流出コックから50〜80℃、好ましくは65℃の温水として流出する。この副産物としての温水が、別に利用できることが本発明の利点がある。
低温滅菌システムでは、低温滅菌装置を熱交換器から分離して配置してもよい。低温滅菌装置が、熱交換器上に載置された実施例も考えられる。これにより、小型化された場所をとらない装置が生出される。
低温滅菌装置においては、投込み式電熱装置により周りの水を加熱して滅菌温度を生成させる。また、熱交換器から排出される前の水を温水として供給することも考えられる。しかし、乳を加えた蒸気によっても低温滅菌ができる。乳の添加は混合室又は混合管内において、蒸気を乳と回転又は旋回させることが好ましい。
更に別の実施例では、低温滅菌装置においてで処理された流動性飼料の冷却コイルに加えて、冷蔵タンクからの乳などの飼料を予熱する円筒状のコイルバネ状の予熱システムを備えることもある。この、予熱システムは、冷却コイルと互いに入り組んでいる。そのため、全体の高さが増し効率が高まる。
場所的な制約によっては、予熱システムの径を冷却コイルよりも小さく形成し、冷却コイル内に配置することもできる。予熱システムは、熱交換器の底部において流入部連結管に連結され、熱交換器の頂部において流出部連結管に連結され、流入部連結管並びに流出部連結管には遮断機構及び温度センサを備えるように構築することが好ましい。この場合、流入部連結管は流動性飼料の冷蔵タンクに連結され、流出部連結管は低温滅菌装置に連結されている。
この実施例においても、冷蔵タンクからの乳のような流動性飼料が生出するように、本発明による低温滅菌システムは次のように操作されることを特徴としている。冷蔵タンクからの約6℃、好ましくは4℃の流動性飼料は、予熱管コイルに導入され、約60℃に予熱されて低温滅菌装置へと送られ、無菌処理されてから、冷却コイルを介して少なくも1つの飼料容器へ導出される。
冷媒中における、本発明による双方向の改善された熱交換は以下のように行なわれる。処理すべき物質、例えば乳は、冷却システム又は予熱システムから、コイル管を通して、脈動して供給される。冷媒中において振動状態に置かれたコイル管により、上方の冷媒と下方の冷媒は混合されず、従って温度差も破壊されずに、熱交換が促進且つ改善される。例えば通常の冷却及び予熱のみで低温滅菌がないシステムも、本発明の考え方により保護される。
供給する熱水を制御する投込み式加熱装置の発熱体の制御により且つ/又は熱水供給域及び/又は蒸気加熱域にある温度センサの測定値に基づいて制御することにより低温滅菌装置の温度制御を行なうことが好ましい。乳の流れを制御するポンプの効率は、プロセスコンピュータにより最適化できる。ポンプの出力を変えることにより、低温滅菌又は冷却すべき乳及び/又は加熱すべき乳の熱交換器内又は低温滅菌装置内を流れる速度、すなわち滞留時間が制御される。
本発明による低温滅菌システムを簡単に操作するために、全ての温度センサ及び全ての計量機構を演算処理装置に連結して、全体の工程、浄化を手動又は自動制御できる。この場合、低温滅菌システムは、固定式のみならず、可動式に構築してもよい。
以下、本発明の利点、特徴及び詳細について、図面を用いて説明する。
図1には、低温滅菌装置2及び熱交換器3、3′を含む低温滅菌システム1が示されている。更に、低温滅菌システム1には、配管5を介して動物の飼料容器4が連結されている。
熱交換器3、3′は円筒状でありその高さはHであり、直径Dの円形断面を有する。本実施例では、H:Dは4:1であり、比較的長い冷却部を有するので品質が劣化することなく、均一に且つ穏やかに冷却できる。
図2に示すように、第一の実施例としての熱交換器3は、その内部に、コイルバネ状に形成され、熱交換器3の高さHのほぼ全長に渉って冷却コイル6が備えられている。冷却コイル6はその上端が熱交換器3に備えられた流入部連結管7に連結され、その下端が熱交換器3に備えられた流出部連結管8に連結されている。それぞれの流入部連結管7及び流出部連結管8には、弁9、10並びに温度測定用の温度センサ11、12が備えられている。
冷却コイル6の流入部連結管7は低温滅菌装置2からの供給配管13に連結され、冷却コイル6の流出部連結管8は配管5を介して飼料容器4に連結されている。
冷却コイル6は水14に囲まれている。水14は、熱交換器3の底部に備えられた温度センサ16を有する流入部コック15を介して冷水として熱交換器3に流入し、熱交換器3の頂部に備えられた温度センサ18を有する流出部コック17を介して温水として熱交換器3から流出する。
図3に示すように、流入部コック15は熱交換器3内に熱交換器の内壁に沿った注入連結管19を有し、冷たい水14が熱交換器3内へその壁に沿って流れ込むので水と牛乳の間の熱交換の効率が向上する。
飼料乳の低温滅菌は、低温滅菌システム1により次のように行なわれる。
流入配管20を介して滅菌装置2内へ送り込まれた乳は、周知の方法により72℃に加熱されて流入配管13、次いで流入部連結管7を介して冷却コイル6に流入してその内部を流れ、45℃以下好ましくは38〜42℃に降温さられて流出部連結管8を介して熱交換器3から流出し、配管5を介して飼料容器4内へ送り込まれる。新生動物は、飼料容器4から流動性飼料を飲むことができる。乳は貯蔵用容器に保存してもよい。
乳が冷却されるように、比較的低温の約15℃の水が供給配管15から熱交換器の内壁に沿った注入連結管19を介して熱交換器3に導入され、冷却コイル6内を流れる乳と熱交換が行なわれ、平均温度65℃に加温されて流出連結部17を介して熱交換器から排出される。加温された水14は、例えば洗浄用水として再使用してもよい。
図1及び2に示す第二の実施例では、熱交換器3′は冷却コイル6に加えて、冷却コイルと同様に円筒状のコイルバネ状に形成された予熱コイル21を備えている。この予熱コイル21は、冷蔵タンク22からの動物用の乳などの流動性飼料を予熱するために装着してもよい。予熱コイル21が、冷却コイル6の内部に配置できるように、その径は冷却コイルよりも小さい。しかし、場合によっては、2つの螺旋状のコイル互いに重なり合うように同一の径でもよい。
予熱コイル21は、熱交換器3′の底部の流入部連結管23に連結され且つ熱交換器3′の頂部の流出部連結管24に連結されている。上記連結管23、24はそれぞれ弁25、26としての遮断機構及び温度センサ27、28を備えている。本実施例では、流入部連結管23は、配管29を介して冷蔵タンク22に連結され、流出部連結管24は、配管30を介して低温滅菌装置2の流入配管20に連結されている。
新鮮な乳の代わりに、冷蔵タンク22からの飼料を浄化する場合には、以下のような工程に従って行なわれる。
先ず、冷蔵タンク22からの4℃の乳は、配管29を介して予熱コイル21に供給されて予熱コイル内を流れる間に50℃に加温される。次いで、予熱された乳は、配管30を介して流入配管20へ送られ、温度センサ32を有する調整弁31を介して低温滅菌装置2に送られ滅菌されて、最終的には実施例1のように冷却コイル6を通過する。
更に、必要に応じて、流通していない乳、殺菌剤、薬剤、酸、特に蟻酸などを注入できるように、流入配管20内及び/又は流入配管13内又は別の適当な位置に、連結管33、34を備えてもよい。
低温滅菌システム1の個々の工程を、定期的か又は流動的に、自動制御または自動調整できるように、全ての温度センサ11、12、16、18、27、28及び32並びに調整機構としての弁9、10、コック15、17、弁25、26及び調整弁31を、不図示の演算装置に連結してもよい。
本発明により、飼料用の乳のような、流動性又は液状の動物の飼料を低温滅菌して、品質的に優れた穏やかに調整する効率的に作動する低温滅菌システムが生出でき、薬剤などの物質を簡単な方法により添加して、例えば未調整の乳並びに冷却された乳から動物の飼料が生出できる。
このシステムでは、下部の冷水は上部の温水と混合しないので、低温滅菌するための最適の熱交換及びそれに続く冷却が確実に行なわれる。これも本発明の範囲である。
更に、冷却コイル6及び予熱コイル21の螺旋管はバネ材で形成され冷媒中に配置されることが好ましい。飼料はポンプなどの装置によりコイル管中を脈動する。コイル管を短くすると、冷媒が振動する。この振動により冷媒中の双方向の熱伝達が大幅に促進、向上される。この場合、上方と下方の水は混合されず、温度差はそのまま保たれる。
図4に示すように、本実施例による低温滅菌システム40では、低温滅菌装置2′は熱交換器3″上に直接に載置されている。乳、特に初乳は流入配管13′より熱交換器3″に流入し、不図示の冷却コイル内を通って流出部連結管24′まで流れる間に予熱される。流入配管13′にはポンプ41が挿入されている。更に、流入配管13′は、熱交換器3″内に導入された乳が矢印15で示される流入コックからの冷媒と接触しないか又は僅かに接触する高さに配置されている。冷媒用の流出コック17は、流入配管13′とほぼ同じ高さに配置されているので、冷たい冷媒と既に加温された冷媒間の短絡は生じない。
低温滅菌装置2′には、その内部の水を滅菌温度まで上昇させるように投込み式電熱装置43が備えられている。
投込み式電熱装置43の代わりか又はそれに加えて、乳を流入部連結管7内において加熱蒸気と混合してもよい。図5に示すように、この蒸気は、流入配管44を介して低温滅菌装置2′内の流入部連結管7の混合室45に供給され、そこで乳と混合されて乳が滅菌温度に昇温される。この場合、蒸気は、邪魔板により回転させることが好ましい。蒸気は直ぐに乳内に分散され均一化される。これにより、熱交換面及び焼き付きなどの沈着物が生成しない。特に初乳及び沈着物が生成した流動性飼料では、蒸気が上部温度域における初乳又は流動性飼料の塊状化を防ぐ。更に、蒸気の供給によりシステム内の乳を含む全ての成分の浄化及び滅菌が促進され且つ簡単に行なえる。
混合室45は、沈着を防ぐためにデッドスペースが生じないように、できるだけ小さい方が好ましい。更に、表面が蒸気などによって熱くならないように、混合室45ばかりでなく、保温管46の内部に断熱材を装着することが好ましい。断熱材としてはテフロン(登録商標)が好ましい。しかし、同様の性質を備えておれば別の材料でも構わない。
上記混合室を低温滅菌装置外の流入部連結管7内に備えてもよい。
保温管46は、乳が約72℃に15〜30秒間保持される低温滅菌装置2′内に形成されている。装置が汚染されないように、この保温管を装置の外部に備えてもよい。外部への熱損失を防ぐために、保温管を発泡材で囲むことが好ましい。
保温管46からの乳は、熱交換器3″で冷却されて流出部連結管8を通って流出する。冷媒の冷却によって得られた熱は乳の予熱に使われる。
以下、本実施例の作用を説明する。
処理すべき初乳は流入配管13′を介してポンプ41により、低温滅菌装置2′内へ送り込まれる。初乳の送り込み速度、すなわち排出速度は、ポンプの配管によって調整され、また、乳の予熱温度は流出部連結管24′において調整され且つ乳の冷却温度は流出部連結管8において調整される。このようにして、初乳などの温度に敏感な蒸気滅菌する乳は、臨界温度60℃以下に保持される。
乳は、低温滅菌装置2′内において、投込み式電熱装置43により加温された水及び/又は配管を通って混合室45内に送り込まれた蒸気により、滅菌温度に昇温される。次いで、乳は熱交換器3″により冷却されながら冷却管内を下方へ流出部連結管8まで送られる。
本発明による低温滅菌システムでは、熱収支は極めて高い。システムに投入された熱のほぼ75%は、滅菌の実行、乳の冷却並びに乳の予熱により回収される。
更に、本発明による操業及び浄化するための低温滅菌システムは、一貫したシステムとして構成されている。
1 低温滅菌システム
2、2′ 低温滅菌装置
3、3′、3″ 熱交換器
4 飼料容器
5 (飼料容器への)配管
6 冷却システム
7 流入部連結管
8 流出部連結管
9 弁
10 弁
11 温度センサ
12 温度センサ
13 (熱交換器への)流入配管
14 水
15 流入部コック
16 温度センサ
17 流出部コック
18 温度センサ
19 注入連結管
20 (低温滅菌装置への)流入配管
21 予熱コイル
22 冷蔵タンク
23 流入部連結管
24 流出部連結管
25 弁
26 弁
27 温度センサ
28 温度センサ
29 (熱交換器への)配管
30 (流入配管20への)配管
31 調整弁
32 温度センサ
33 連結管
34 連結管
40 低温滅菌システム
41 ポンプ
43 投込み式加熱装置
44 流入配管
45 混合室
46 保温管
2、2′ 低温滅菌装置
3、3′、3″ 熱交換器
4 飼料容器
5 (飼料容器への)配管
6 冷却システム
7 流入部連結管
8 流出部連結管
9 弁
10 弁
11 温度センサ
12 温度センサ
13 (熱交換器への)流入配管
14 水
15 流入部コック
16 温度センサ
17 流出部コック
18 温度センサ
19 注入連結管
20 (低温滅菌装置への)流入配管
21 予熱コイル
22 冷蔵タンク
23 流入部連結管
24 流出部連結管
25 弁
26 弁
27 温度センサ
28 温度センサ
29 (熱交換器への)配管
30 (流入配管20への)配管
31 調整弁
32 温度センサ
33 連結管
34 連結管
40 低温滅菌システム
41 ポンプ
43 投込み式加熱装置
44 流入配管
45 混合室
46 保温管
Claims (25)
- 低温滅菌装置(2、2′)及び冷却装置を有する飼料の低温滅菌システムであって、
前記冷却装置は、その直径(D)の数倍の高さ(H)を有する熱交換器(3、3′、3″)として形成され、その内部には前記熱交換器の高さ(H)のほぼ全長に渉って冷却コイル(6)が備えられていることを特徴とする飼料の低温滅菌システム。 - 熱交換器(3、3′、3″)は円筒状に形成され、その高さ(H)と直径(D)の比率は、2:1〜10:1、特に4:1であることを特徴とする請求項1に記載の飼料の低温滅菌システム。
- 冷却コイル(6)はコイルバネ状に形成され、その上端は熱交換器(3、3′、3″)の流入部連結管(7)に連結され且つその下端は熱交換器(3、3′、3″)の流出部連結管(8)に連結されていることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の飼料の低温滅菌システム。
- 流入部連結管(7)及び流出部連結管(8)のそれぞれに調整機構としての弁(9、10)及び温度センサ(11、12)が備えられていることを特徴とする請求項3に記載の飼料の低温滅菌システム。
- 流入部連結管(7)は低温滅菌装置(2)に連結され、流出部連結管(8)は動物の飼料容器(4)に連結されていることを特徴とする請求項3又は請求項4に記載の飼料の低温滅菌システム。
- 冷却コイル(6)は、熱交換器(3、3′、3″)の底部に備えられた温度センサ(16)付きの流入コック(15)から流入して熱交換器(3、3′、3″)の頂部に備えられた温度センサ(18)付きの流出コック(17)から流出する水(14)に囲まれていることを特徴とする請求項5に記載の飼料の低温滅菌システム。
- 熱交換器(3、3′)の底部に備えられた流入コック(15)には、冷水(14)が熱交換器(3、3′)の内壁に沿って流れ込むように注入連結管(19)が備えられていることを特徴とする請求項6に記載の飼料の低温滅菌システム。
- 熱交換器(3、3′)には、低温滅菌装置(2、2′)内で処理した流動性飼料用の冷却コイル(6)に加えて、冷蔵タンク(22)からの流動性飼料の予熱用の予熱コイル(21)が備えられていることを特徴とする請求項1ないし請求項7のいずれか1項に記載の飼料の低温滅菌システム。
- 予熱コイル(21)は、冷却コイル(6)の内側か、冷却コイル(6)と互いに入り組むか又は冷却コイル(6)に隣接して配置され、前記熱交換器内の高さ(H)方向に渉って温度差を維持するため導電部材が配置されていることを特徴とする請求項8に記載の飼料の低温滅菌システム。
- 予熱コイル(21)は、熱交換器(3′、3″)の底部において流入部連結管(23)と連結し、熱交換器(3、3′)の頂部において流出部連結管(24、24′)と連結し、前記それぞれの連結部は遮断機構(25、26)及び温度センサ(27、28)を備えていることを特徴とする請求項8又は請求項9に記載の飼料の低温滅菌システム。
- 流入部連結管(23)は、流動性飼料用の冷蔵タンク(22)に連結され、流出部連結管(24)は低温滅菌装置(2)に連結されていることを特徴とする請求項10に記載の飼料の低温滅菌システム。
- 全ての温度センサ(11、12、16、18、27、28、32)並びに全ての調整機構(9、10、15、17、25、26、31)が演算装置に連結されていることを特徴とする請求項1ないし請求項11のいずれか1項に記載の飼料の低温滅菌システム。
- 前記低温滅菌システムは、前記演算装置により手動又は自動制御されることを特徴とする請求項12に記載の飼料の低温滅菌システム。
- 前記低温滅菌システムは、固定式又は可動式に構築されていることを特徴とする請求項1ないし請求項13のいずれか1項に記載の飼料の低温滅菌システム。
- 低温滅菌装置(2′)は、熱交換器(3″)上に載置されていることを特徴とする請求項1ないし請求項14のいずれか1項に記載の飼料の低温滅菌システム。
- 低温滅菌装置(2′)は、投込み式加熱装置(43)を備えていることを特徴とする請求項15に記載の飼料の低温滅菌システム。
- 低温滅菌システムを用いた飼料の低温滅菌方法であって、
低温滅菌装置(2、2′)内において処理された温度60〜90℃、好ましくは72℃の流動性飼料は、熱交換器(3、3′、3″)の冷却コイル(6)内に導入され、温度4〜45℃、好ましくは38℃の流動性飼料として導出されることを特徴とする飼料の低温滅菌方法。 - 低温滅菌装置(2、2′)内において処理されて熱交換器(3、3′)の冷却コイル(6)内に導入された飼料は、流入コック(15)から熱交換器(3、3′)に流入した温度−10〜20℃、好ましくは15℃の冷たい水(14)と冷却コイル(6)を介して熱交換を行ない、熱交換により加温された水は流出コック(17)から流出することを特徴とする請求項17に記載の飼料の低温滅菌方法。
- 低温滅菌システムを用いた飼料の低温滅菌方法であって、
冷蔵タンク(22)からの温度6℃、好ましくは4℃の流動性飼料は、予熱コイル(21)に導入されて予熱され、低温滅菌装置(2)へと送られて無菌処理された後に、冷却コイル(6)を介して飼料容器(4)へと送出されることとを特徴とする飼料の低温滅菌方法。 - ポンプの出力を変えることにより、流動性飼料の送出速度、流出速度又は温度を調整することを特徴とする請求項17ないし請求項19のいずれか1項に記載の飼料の低温滅菌方法。
- 低温滅菌は蒸気により行なわれることを特徴とする請求項17ないし請求項20のいずれか1項に記載の飼料の低温滅菌方法。
- 前記蒸気は混合室(45)において、旋回されて飼料と混合されることを特徴とする請求項21に記載の飼料の低温滅菌方法。
- 流通していない乳、殺菌剤、薬剤及び/又は蟻酸などの酸を注入する連結管(34、35)が飼料の循環経路に備えられことを特徴とする請求項17ないし請求項22のいずれか1項に記載の飼料の低温滅菌方法。
- 流動性飼料の温度調整方法であって、
飼料は、低温滅菌装置(2、2′)及び/又は熱交換器(3、3′、3″)から管コイルに脈動して供給され、前記管コイルが振動することにより温度が調整されることを特徴とする飼料の温度調整方法。 - 低温滅菌システムを用いた飼料の低温滅菌方法であって、
投込み式電熱装置(43)の投込み部分に備えられた温度センサ及び/又は熱水の供給量の調整及び/又は混合室(45)へ供給する蒸気の供給量の調整によって低温滅菌装置(2、2′)内の低温滅菌処理温度が制御されることを特徴とする飼料の低温滅菌方法。
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