JP4376357B2 - 生分解性を有するコーヒー抽出用シート材料 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、生分解性を有するコーヒー抽出用シート材料に関する。更に詳しくは、本発明は、高品質のコーヒー抽出液を得るためのコーヒーフィルターバッグ、またはドリップ式フィルター容器などに有用な、生分解性コーヒーフィルター用複合材料に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、コーヒーの抽出用フィルター材料としては、紙製フィルターシート、又は不織布製フィルターシートなどが一般に用いられてきた。これらの従来のコーヒー抽出用フィルターシート材料のあるものは、コーヒー粒子（固体）に対する濾別除去効果が過度に高く、従って得られたコーヒー抽出液の濃度や味が薄く、しかも抽出に長時間を要するなど、不満足なものであり、また、あるものは、コーヒー粒子（固体）に対する濾別除去効果が過度に低く、従って、得られたコーヒー抽出液に多量の固形コーヒー粒子を含み、味が不良になり、かつ、沈殿物を生ずるなどの不都合を生じていた。
また、コーヒー微粉末を熱湯で抽出すると、コーヒー微粉末中の油脂分を、適度に吸着除去することが求められている。
【０００３】
そこで、高品質のコーヒー抽出液を得るため、例えば実開昭５５−１２９，６６７号には、８０μｍ以上の濾過細孔の分布密度を６個／ｃm²以下に限定したフィルターシートを用いて形成されたコーヒーバッグが開示されているが、このようなコーヒーバッグは８０μｍ以上という比較的粒径の大きな粒子の透過を防止し得るだけの不織布を用いたものであって、コーヒー微粒子のフィルター材料としては不十分なものであった。また、このコーヒーバッグは、コーヒー微粒子の浸出を防止するため、充填するコーヒー微粒子から、その表面微小粒子を分離除去する前処理を必要とするものであり、微小粒子からの抽出成分の利用が不可能であって、抽出工程が複雑になるなどの問題点があり、高品質のコーヒー抽出液を得るために、必ずしも満足できるものではなかった。
【０００４】
一方で、これら合成樹脂を原料とした繊維集合体を処分する場合、これらの繊維集合体は自然環境下に放置したままでは分解されないため、主に焼却あるいは埋め立て処分されている。しかしながら、近年これらの処分方法では、ゴミ焼却による大気汚染の進行、あるいは埋め立て地の不足等を招いていることが問題となっている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明はコーヒー抽出の際、コーヒー微粒子を適度に濾過することができ、かつ、油脂分を適度に吸着して、高品質のコーヒー抽出液を得るのに適したコーヒーフィルター用シート材料において、このシート材料が自然環境下で徐々に分解し、最終的には消失するため、使用後の処分の際に環境破壊に繋がることのない、生分解性を有するコーヒーフィルター用シート材料を提供しようとするものである。
また、構成繊維に、親水性付与、紡糸性向上を目的とした油剤が添加されておらず、コーヒーの風味低下を招くことなくコーヒーの抽出が可能なコーヒー抽出用シート材料を提供しようとするものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
すなわち、本発明は、ポリ乳酸またはポリブチレンサクシネート樹脂からなり、２０μｍ以下の平均繊維径を有し、通気度が１０〜２５０ｃｍ^３／ｃm²・秒、６０℃以上の温度の水における吸水速度が５秒以下であるメルトブローン極細繊維不織布からなるコーヒー抽出用シート材料である。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明について詳細に説明する。
本発明のシート材料は、生分解性を有する熱可塑性樹脂から構成されており、このシート材料を用いたコーヒーフィルターは、コーヒーを抽出した場合に、その風味を低下させることなく、高品質の抽出液を得る事が可能であり、使用後には自然環境下に徐々に分解され、焼却による大気汚染や放置による環境破壊の心配がないというものである。
【０００８】
熱可塑性樹脂の種類は、生分解性および所定の親水性を有した樹脂であれば特に限定される物ではない。具体的には、脂肪族系ポリエステル樹脂が好ましく、例えばポリ乳酸、ポリブチレンサクシネート、ポリエチレンサクシネートあるいはポリブチレンサクシネート・アジペート、ポリ−３−ヒドロキシブチレン・バリレート等を挙げることができる。また、これらは、単独でもブレンド体で使用してもかまわない。
【０００９】
尚、本発明における親水性を有するシート材料は、ＪＩＳ Ｌ１０９６ 一般織物試験方法の滴下法において、滴下する水を温水とし、この温水が６０℃以上の場合に、その吸水速度が５秒以下であるような親水性を有するものである。吸水速度が５秒を超えるシート材料は、コ−ヒ−を抽出する時間が長く、実用的でないばかりか、抽出している間にコ−ヒ−抽出液の温度が低くなり好ましくない。
【００１０】
本発明の抽出シート材料は、メルトブローン法により製造された不織布が好適であり、この不織布は、他の製法に比べ、より均一な繊維分布および密度を有するものであって、従って、均一な濾過特性を有するものである。そのメルトブローン極細繊維不織布の製造方法は、インダストリアル アンド エンジニアリング ケミストリー（Industrial and Engineering Chemistry）,Vol.48,No.8,pp1342-1346,1956 により公知である。シート材料は、その所定の抽出特性を有する限り、厚さ、目付、密度などに格別の限定はないが、好ましくは５〜７０ｇ／m²、より好ましくは８〜５０ｇ／m²の目付を有する。
更に、有機合成繊維が２０μｍを越える大きな平均直径を有する場合、得られるシート材料の濾過特性を、本発明を満足するようにコントロールする事が困難となり、かつ、油脂分に対する除去効果も不十分となる。
【００１１】
親水性を有する生分解性熱可塑性ポリマーとしてポリ乳酸を用い、メルトブローン法でシート材料を製造する場合は、ＭＦＲ（JIS K7210；１９０℃、２１６０ｇ荷重下）が５０ｇ／１０分以上のポリ乳酸を用いることが好ましい。これ以下のＭＦＲでは、樹脂の分解を伴わずに、安定に目的とした細い繊維径のメルトブローン不織布を製造することが非常に困難になる。また、ポリブチレンサクシネートを用いる場合には、そのＭＦＲ（JIS K7210；１９０℃、２１６０ｇ荷重下）が１００ｇ／１０分以上であることが好ましい。これより低いＭＦＲ値を示す樹脂を用いた場合、樹脂の分解を伴わずに、安定にメルトブローン不織布を製造することが非常に困難なためである。
【００１２】
また、本発明の抽出用シート材料においては、生分解性メルトブローン極細繊維層からなる単一の層があれば必要な効果を得ることができるが、例えば、業務用途のように大量のコーヒーを一度に抽出する必要がある場合など、強度が不足し、シートが破損することが考えられるような場合は、メルトブローン極細繊維シートを他の強力を持った支持層と複合化して補強することが好ましい。
【００１３】
本発明のコーヒー抽出用シート材料の支持層は、織編布帛、メッシュ又はネット状体および不織布などの多孔状材料から選ばれた少なくとも一種の材料からなるものであって、繊維濾過層よりも粗い多数の細孔を有し、かつ、本発明の複合材料に、実用上十分な機械的強さを与えるものである。
【００１４】
ただし、支持層を形成する繊維も生分解性を有していることが前提であり、一般に、天然繊維（例えば綿など）、再生繊維（レーヨン、キュプラなど）、あるいは生分解性樹脂を原料（例えばポリ乳酸、ポリグリーコール酸ポリエステルなど）とする合成繊維から選ぶことができる。また、これらの繊維の単繊維太さについても格別の限定はない。更に、支持層を形成する繊維は、長繊維であってもよく、あるいは短繊維であっても良い。
【００１５】
また、支持層内の繊維は、部分的に融着していて、コーヒー抽出の際に、その濾過性能を変化させないものである事が好ましく、例えば、いわゆるスパンボンド法を用いて製造したスパンボンド不織布を用いることが好ましい。
【００１６】
抽出シート材料が不織布以外の、例えば織物又は編物等により形成されると、抽出の際にコーヒー微粒子を十分に濾過できず、コーヒー抽出液の中に漏れ込んでしまう。また、不織布が無機繊維により形成されると、コーヒー抽出液中の油脂分に対し、適度な除去効果を示すことができない。
【００１７】
本発明のコーヒー抽出用シート材料において、支持層との積層は、例えば、無害性接着剤による接合、熱融着、または機械的絡合法を用いることが出来る。熱融着法を用いる場合、支持層と繊維濾過層とが少なくとも１個の融着域によって部分的に融着されていても良い。この融着域においては、支持層および繊維濾過層の少なくともいづれか１層の繊維の一部分が他層に融着し、それによって両層を結着している。また、繊維濾過層が少なくとも１個の繊維融着域を有していても良い。この繊維融着域において、集積交絡している極細繊維の一部分が他と融着しており、それによって、コーヒー抽出操作間における極細繊維の移動又は脱落を防止し、また繊維濾過層の収縮、又は伸長などの寸法変化を防止して、本発明のコーヒーフィルター用シート材料の濾過特性を一定に維持することが出来る。
上記両層の融着域、および繊維濾過層の繊維融着域の数、形状、分布状況などに格別の制限はなく、本発明の目的を達成しうる限り適宜に設定することができる。
【００１８】
更に、本発明のコーヒー抽出用シート材料は１０〜２５０ｃｍ^３／ｃm²・秒の通気度を有する事が必要である。尚、ここで言う通気度は、シート材料が積層等によって複合されたものである場合は、複合シートについての通気度を表すものである。
一般に、フィルター材料、例えばフィルターバッグは適度の通液性（フラックス）を有する事が必要である。この通液性が不十分なときは、コーヒー液の抽出操作に長時間を要することになり、このようなフィルター材料は実用的ではない。また、フラックスが過度に大きいと言う事は、フィルター材料が多数の大きな孔を有することであって、コーヒー微粒子が過度にフィルター材料を透過することになる。
【００１９】
本発明において１０〜２５０ｃｍ^３／ｃm²・秒の通気度を有する単独あるいは複合シート材料から作成されたコーヒーバッグを用いて、コーヒーの抽出を行うと、バッグ内においてコーヒー粉末が良好に蒸成される。すなわちバッグ内において、コーヒー粉末からその調味成分が十分に抽出されやすくなる。
【００２０】
シート材料の通気度が２５０ｃｍ^３／ｃm²・秒を越えて大きくなると、バッグ内に熱蒸気が十分な時間にわたって滞留することができず、その蒸成効果が不十分となる。またシート材料の通気度が１０ｃｍ^３／ｃm²・秒未満の時は、得られるバッグへの熱蒸気の透過が不十分となり、十分な蒸成効果を得ることができない。上記の通気度を得るためには、本発明の繊維濾過層は、前述のように５〜７０ｇ／m²の目付を有することが好ましい。
【００２１】
本発明のコーヒーフィルター用シート材料は、その使用目的および条件に応じて適宜の形状および寸法に形成することができる。例えば、抽出シート、抽出バッグ、抽出筒、抽出ロートなどのいづれの形状をとってもよい。
【００２２】
特に本発明のシート材料からコーヒーフィルターシート、またはコーヒーフィルターバッグを製造する際、該シート材料(繊維濾過層)を濾過一次側（コーヒー粉末側）に配置しても良いし、濾過二次側（コーヒー濾液側）に配置しても良い。繊維濾過層が濾過一次側に配置されると、その濾過細孔がコーヒー微粒子により閉塞されるので濾過一次側でコーヒー粒子に対し、適度の蒸成を施すことができる。また、コーヒーフィルターバッグの場合、支持層を濾過二次側に配置すると、熱湯がバッグ内に透過しやすく、抽出操作が促進される。また、濾過一次側に配置された繊維濾過層は、抽出液中の油脂分に対し、適度の吸着捕集効果を示し、それによって得られるコーヒー液表面の美観が油脂分の浮上によって損なわれる事を防止し、かつ、その味覚と適度にすることができる。
【００２３】
さらに、本発明のシート材料は、生分解性を有していることが肝要である。このシートが生分解性を有していることで、抽出後のコーヒー粒子およびフィルター共に自然に分解し、後にゴミが堆積することを防ぐのである。一方、コーヒー豆は多くの養分を含んでおり、使用後のコーヒー粒子は肥料としても有用である。従って本発明のシート材料を用いれば、親水剤による汚染もなく、フィルターをコーヒー粒子から分離する作業も必要とせずに、使用後のフィルター材をコーヒー粒子とともにコンポストにて堆肥化することで有効利用できる。
【００２４】
【実施例】
以下、実施例により本発明を具体的に説明するが、本発明は何らこれらに限定されるものではない。
尚、通気度は、ＪＩＳ Ｌ−１０９６ 一般織物試験方法 のフラジール法を用いて求めた。
【００２５】
実施例１および比較例１
ＭＦＲ（２３０℃、２１６０ｇ荷重）が１９０ｇ／１０分、Ｄ体の混率が２３．９％であるポリ乳酸樹脂を用い、２８０℃、単孔吐出量０．４g／分・孔の条件で、１０μｍの平均直径を有し、且つ５０ｇ／m²の目付を有するポリ乳酸極細繊維からなるメルトブローン不織布を製造した。そして、この不織布の形態安定化と強度保持を目的として、熱エンボス工程にて不織布の構成繊維を部分的に熱融着させてシート材料を製造した。この時の圧着面積は１５％であった。このシート材料の通気度は約３６ｃｍ^３／ｃm²・秒であり、８０℃の熱水を用いたときの吸水速度は０．２秒であった。ついで、このシート材料から、ドリップ式コーヒーフィルター（一端部開口の袋状体）を作成した。焙煎コーヒー豆を粉砕し、粒子を選別することなく、その１５ｇを前記コーヒーフィルターに充填し、その上部開口部から温度９０℃の蒸留水１５０ｍｌを注ぎ、コーヒー粉末を抽出濾過した。抽出濾過所要時間は約９０秒間であった。
【００２６】
得られたコーヒー液は、適度の透明感を有し、香りおよび味の優れた高品質のものであった。
比較のため、市販のコーヒードリップ用パルプペーパー（通気度＝７ｃｍ^３／ｃm²・秒）で実施例と同様にしてコーヒーを抽出した。所要抽出濾過時間は１８０秒間であり、得られたコーヒー抽出液中の固形分重量は１．８６ｇであった。またこのフィルターを透過したコーヒー微粒子の合計体積の５０％を占める小粒径側微粒子フラクション中の微粒子の最大粒径は約４μｍであった。得られたコーヒー液は、実施例１のコーヒー液に比し、色調が薄く、香りおよび味共に品質の劣るものであった。
【００２７】
実施例２
実施例１で用いたポリ乳酸樹脂を、単孔吐出量０．２g／分・孔にした以外は実施例１と同じ方法で製造した平均直径約４μｍのポリ乳酸超極細繊維からなるメルトブローン不織布と、同じくポリ乳酸を原料としたスパンボンド不織布を積層し、両層を部分的に熱融着させて複合不織布を得た。この複合不織布の通気度は、２００ｃｍ^３／ｃm²・秒であり、８０℃の熱水を用いたときの吸水速度は０．５秒であった。この不織布を用いてコーヒーバッグ用の袋状物を造った。また、このフィルターバッグを通過したコーヒー微粒子の合計体積の５０％を占める小粒径側微粒子フラクション中の微粒子の最大粒径は約１０μｍであった。
【００２８】
実施例３
ＭＦＲ（１９０℃、２１６０ｇ荷重）が３３０ｇ／１０分、のポリブチレンサクシネート樹脂を用い、２６０℃、単孔吐出量０．３g／分・孔の条件で、平均直径約６μｍのポリブチレンサクシネート超極細繊維からなるメルトブローン不織布と、同じくポリブチレンサクシネート繊維からなるスパンボンド不織布を積層し、両層を部分的に熱融着させて複合不織布を得た。この複合不織布の通気度は、約２５ｃｍ^３／ｃm²・秒であり、８０℃の熱水を用いたときの吸水速度は０．５秒であった。この不織布を用いてコーヒーバッグ用の袋状物を造った。
８ｇの細挽き焙煎コーヒー粉末を、上記袋状物に充填し、密封してコーヒーバッグを得た。容器内に上記コーヒーバッグと、温度９５℃の熱湯１５０ｍｌとをいれ、湯中でバッグを９０秒間振とうした。得られたコーヒー液を観察したところ、微粒子の沈殿や油脂分の浮遊はなく、適度な濃度、香りを有する高品質なコーヒー液であった。
【００２９】
比較例２
０．５重量％のアマイド型界面活性剤を練り込んだ、ＭＦＲ（２３０℃、２１６０ｇ荷重）が３０ｇ／１０分のポリプロピレン樹脂を用い、２６５℃、単孔吐出量０．３g／分・孔の条件で、平均直径３０μｍの繊維からなるメルトブローン不織布を製造した。この不織布は２７０ｃｍ^３／ｃm²・秒の通気度を有しており、８０℃の熱水を用いたときの吸水速度は１５秒であった。これを用いて、実施例１と同様にしてコーヒーバッグを作成し、コーヒー液を調製した。コーヒー液は本発明によるコーヒー液と同程度の濃度を有するが、液面に油脂分が浮遊し、容器の底には大量の沈殿微粒子が認められ、低品質のコーヒー液であった。この沈殿微粒子の量は３．５ｍｇであり、その粒度は５０−１００μｍの範囲に広く分布していた。
【００３０】
これら実施例１〜３の不織布および比較例２の不織布を約５０℃に維持された熟成コンポスト中に埋設し、３ヶ月後にその不織布を観察したところ、比較例２の不織布については、その形態を殆ど保持していたが、実施例１〜３の不織布については、その形態を保持しておらず、殆ど分解されていた。
【００３１】
【発明の効果】
本発明のコーヒー抽出用シート材料は、特にコーヒーフィルターバッグ、又はドリップ式コーヒーフィルター材料として有用であって、適度な抽出速度で抽出が可能であり、コーヒー微粒子を適度に透過し、かつ油脂分を適度に吸着捕集することが出来るものである。さらに、構成繊維が親水性を有しているため繊維油剤によるコーヒー抽出液の汚染がなく、適度の濃さと、好ましい風味を有高品質のコーヒー液を簡単な操作で短時間に調製する事を可能にし、尚且つ、使用後は自然環境下で生分解し、消失する。

Claims (4)

1. ポリ乳酸またはポリブチレンサクシネート樹脂からなり、２０μｍ以下の平均繊維径を有し、通気度が１０〜２５０ｃｍ^３／ｃm²・秒、６０℃以上の温度の水における吸水速度が５秒以下であるメルトブローン極細繊維不織布からなることを特徴とするコーヒー抽出用シート材料。
2. 生分解性を有し、かつ、繊維濾過層よりも粗い多数の細孔を有する支持層上に担持されている請求項１に記載のコーヒー抽出用シート材料。
3. 請求項１又は２に記載のシート材料からなるコーヒーフィルターシート。
4. 請求項１又は２に記載のシート材料からなるコーヒーフィルターバッグ。