水蒸気の断熱膨脹力を用いた新しい剝皮装置 Explosion Peelerの開発
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(2) 九 大 農 学 芸 誌(Sci.Bul1.Fac.Agr.,KyushuUniv.) 第31巻 第2・3号93‑97(1976). 水 蒸 気 の 断 熱 膨 脹 力 を 用 い た 新 しい 剥 皮 装 置 ExplosionPeelerの 早. 開発. 川. 功. 九州 大 学農 学 部 食 品 製 造工 学 教 室 (1976年7月19日. Development. of Explosion Expansion. 受 理). Peeler of the. by Utilizing Steam. Adiabatic. ISAO HAYAKAWA Laboratory of Food Process Engineering, Faculty of Agriculture , Kyushu University, Fukuoka 812. 緒. 言. 今 日,イ モ類専 用 の 剥皮 装 置 と して"Peeler"と. 実 験 装 置 お よ び 方 法 い. う表 面 摩 擦 式 剥 皮 装置 が 作 られ て い る.そ の機 構 は,. (1)剥. 皮 原 理. 試 料 はPkg/cm2の. 水 蒸 気 圧 力 でt時. 間加 圧 され. 金 鋼 砂が 塗 布 され た大 形 な バ ケ ッ トとその 内側 に 組 込. る と,Fig.1の. よ うに 水 蒸気 は試 料 の表 層 部 よ りdl. まれ た強 制 回 転 用 の攪拌 羽 根 か らで きて い る.試 料 の. の深 さの 所 まで 浸 入 す る.次 に,Pkg/cm2の. 表 皮 はバ ケ ッ ト中で の 回転 に よ り,強 い表 面摩 擦 を受. 圧 力 を瞬 間 的 に大 気 圧 まで低 下 させ る と,試 料 表層 部. 水 蒸気. けて 剥 離す る.し か し,試 料 の 表 面 に 凹凸 が あ ると凹. とそれ に 接 す る内側 の 間(dl)に. み 部分 が 剰 離 されず,そ の ま ま残 り,全 体 を一 様 に 剥. 激 な 断熱 膨 脹 をす る,こ の と き試 料 の表 皮 は,真 空 中. 皮す るこ とが で きな い.そ. に 放 出 され た 風船 の よ うに膨 脹 して 破 裂す る.こ の水. の 凹み 部 分 を も 剥 皮 す る. と,剥 皮 損 失 が 大 き くな り,そ れ を防 ぐに は若 干 の 工. 浸 入 した 水蒸 気 は 急. 蒸 気 の断 熱 膨 脹力 を応 用 した.. 夫 が い る もの と考 え る. 一方 ,化 学 的 な アル カ リ処 理 法 や セル ラー ゼ利 用 法 は表 皮 の 比 較 的 やわ らか い果 物 な どの 剥 皮 に は一 部 応 用 され て い るが,栗 の よ うに強 じん な 皮 を有 して い る もの に は利 用 で きず,こ の種 の もの の 剥 皮方 法 の 開 発 が 求 め られ て い る.そ の た め,著 者 は イモ類 は もちろ ん,栗 な ど を も剥 皮 で き る剥 皮 方 法 の 開発,特 に 新 し い剥 皮 原 理 の応 用 を考 えた. 既存 の 剥 皮機 械 は 表 面 接 触 方式 が 用 い られ て い る が,本 方 法 の特 長 は水 蒸 気 の よ うな ガ ス体 の急 激 な 断 熱 膨 脹 力 を有効 に利 用 す る こ とに あ る.す な わ ち,試. Fig. 1. Schematic diagram of a sample under the super heated steam pressure.. 料 は剥 皮 機 と機 械 的 な 接 触作 用 が な い た め,試 料 の外. dl,. 形 に関 係 な く,表 皮 の みが 均 一 に む け る ところ に 特長. C, P, 5,. が あ る.そ こで この装 置 の 名前 をExplosionPeeler とした.. innermost layer of steam ; cortical tissue ; steam pressure ; sample.. penetrated.
(3) Table. (2)断. I.. Adiabatic. expansion. velocity. 熱 膨 脹速 度 の推 定. and. super. heated. steam. pressure.. その横 断 面 積 は45〜75cm2で. 水 蒸気 は弁 の 開 き始 め と同時 に,急 激 な断 熱 膨 脹 を. あ る.こ れ に要 す る剥. 皮 蒸気 圧 力 は 予備 実 験 の 結果,2〜3kg/cm2で た.こ の場 合,A1)は. 関 係 に あ る.弁 の開 放 速 度が お そ い と,試 料 は水 蒸気. ガ イモ の 自重 よ りも大 きな圧 力損 失 を生 じ て い る もの. の 噴 出 と同時 に放 出 され,開. きか けの 弁 に激 突 して 損. 約3〜9.29/cm2と. あっ. 開 始す る.こ の膨 脹 速 度 は,試 料 の 移 動速 度 と密 接 な. な り,ジ ャ. と考 え られ る.し たが っ て,缶 体 内試料 は断 熱 膨 脹 の. 傷 を受 け る恐 れが あ るた め に,弁 の 開 閉速 度 を算 出す. 開 始 と同時 に 浮 遊 し,缶 体出 目弁 へ 移 動 す るか ら,出. る上で 重 要 で あ る.. 口弁 は作 動 速 度 の速 い もの を用 い る必 要が あ る.. 水蒸 気 の 噴 出速 度 は熱 力学 の基 礎 式(1)(上 西 岡,1965a)で. 滝 ・. (4)実. 験 装 置. 一般 的 に大 形 弁 の作 動 速 度 は お そ ら く,数 秒 か ら数. 示 きれ る.. 分 単位 で あ る.本 実 験 に 必 要 な 弁 の 開 放時 間 は1/50 〜1/100秒 で ,作 動 時 間 が きわ め て短 か い た め製 作 困 u1 :弁 が 閉 じて い る と きの流 速. 難 で あっ た.. u2:弁 が 開 い た と きの 流 速. 著 者 は作 動 方 式 を検 討 した 結果,種. 々な点 で 有 利 な. K:水. 蒸 気 の 比 熱比(cp/cu=1.135). 外 圧 作 動方 式 を用 い た ピス トン弁 を 開 発 した(Fig.. R:ガ. ス常 数47.05(相. 2).ま た,こ の 弁 を操 作 す るた め の大 型 霞磁 弁(パ イ. 沢 ら,1966). Tl:水 蒸 気 速度u1の. 絶 対温度. ロ ッ ト方 式)を. T2:水 蒸 気 速 度u2の. 絶 対温 度. 気 圧 力 調整 器 お よ び コ ンプ レ ッサ ーな どを 用 いて 組 み. 製作 した(Fig.3).こ. れ らの 弁 や 蒸. こ の式 を用 い て,大 気 に放 出 され る と きの水 蒸 気 の 断 熱 膨 脹 速 度 を算 出 し,そ の 結 果 をTable1に. 示 す.. これ か ら明 らか な よ うに,水 蒸 気 の 断 熱膨 脹 速 変は 非 常 に速 い. (3)缶. 体 内試 料 の 動 き. 缶 体 内試料 の動 きと重 力 の方 向 は 直 交 し てい るので 両 者 の 間 に は直 接 の 関 係 は存 在 しな い.し た が っ て, 試 料 が 水 平 管 内で 浮 遊 す るた めに は 水 蒸気(気 流)か ら何 か の 形 で浮 力 を得 て い る もの と考 え られ る. 管 径 が 比 較 的 大 き く,流 速 の速 い場 合,Einstein の 関係 式(2)(上. 滝 ・西 岡,1965b)が. 成立す るも. の と考 え られ る.. dP:試. 料 上 面 に 生 じ る圧 力 差. 灘:試. 料 上面 の流 速. ρ:流. 体密度. CLP:定. 数. 缶 内の 水 蒸気 噴出 速 度 が あ る値 以 上 に達 す る と,試 料 上 而 に生 じ るdPが. 試料 の 自重 よ りも大 きい値 に達. し,試 料 は助走 す る こ とな く,直 接 浮 揚 し水 蒸 気 と一 緒 に移 動 し,弁 を通 つ て 缶外 に 飛 び 出 る. 標 準的 な ジ ャガ イモ の 自重 は120〜1509で. あ り,. Fig. 2. Draft. of trial. piston. valve.. ® body, ® bonnet, ® body disk seat ring, ® disk, ® stem, ® yoke, ® piston, ® cylinder..
(4) Fig. 5. Relation and pressure of. between valve velocity compressed air.. 動 部 の重 量 が 重 く,速 い 開 閉が で きな かっ た.特 に, ピス トン並 び に可 動 部 重量 は20kg以. Fig. 3. Draft Cicylinder, (s) plunger,. of trial. solenoid. ® spool, ® piston, Cs)bushing.. 上 で,開 閉 速度. 1/50秒 前 後 で 作動 す る こ とは 困難 で あ り,か っ 可動. valve. ® coil,. 部 の運 動 量 は250ジ ュー ル を 越 え,こ れ を瞬 時 に 吸収 で き る構 造 の 開 発 は困 難 で あつ た.本 試 作 弁 で は 水蒸 気 圧2〜3kg/cm2ま. で は 追従 可 能 と思 われ る.し か. し,そ れ 以 上 の 蒸気 圧 力 下 で は,弁 開放 時 に,試 料 が 弁 に激 突 す る恐 れが あ る. (2)イ. モ 類 の 剥皮. ジ ャガ イ モ とサ トイ モの 剥皮 につ い て 検 討 した 結果 をFig.6とFig.7に 力3kg/cm2以. 示 した.ジ ャガ イ モ は蒸 気圧. 下 で 完 全 に 剥皮 で きた.100%剥. の 加 圧 時 間 は,蒸 気 圧 力2kg/cm2下 kg/cm2下. 皮で. で は55秒,2.5. で は40秒,3.Okg/cm2下. は34秒. であ. っ た.こ の よ うに剥 皮 に 要 した 蒸 気 圧 力 が 低 い た め に,試 料 が 弁 に 激 突す るこ とな く,損 傷 は全 く生 じな か つ た.Fig.7か. ら明 らか な よ うに,サ. トイ モ の剥. 皮 効 率 は ジ ャガ イモ と 同一 条件 下 で は 若 干 悪 い.特 に,サ. トイ モの 傷 は外 見 か らは良 く見分 け難 く,剥 皮. す る と内部 に まで深 く入 つ て い る場 合 が 多 い.こ の傷. Fig. 4. Schematic diagram of a trial peeler. ( pressure regulating valve, ® inlet valve, ® body, ® screen, ® body of piston valve, (6) stem, d cylinder, ® body of solenoid valve, ® solenoid valve, ® steam, © pressure gauge, ® microswitch, © compressor, ® air, ® braun tube oscilloscope, 0 trap. 立 て た試 作 装 置 の模 式 図 をFig.4に. 跡 を完 全 に取 り去 るため に は,低 い蒸 気圧 力 よ りも4 kg/cm2位. の高 い圧 力 を利 用 した方 が 剥 皮効 果 も大 き. 示す.. 弁 の 作 動速 度 は,弁 の 上下 端 に マ イ ク ロス イ ッチ を 取 り付 け て,そ の 速 度 を オ シ ロ ス コー プで 測 定 した. 結 (1)弁. 果. と. 考. 察. 操 作圧 力 と作 動 速 度. 試 作 弁 の作 動 速 度 は,Fig.5に の 目標 速 度 の 約1/10の/直. 示す よ うに,当. 初. に しか 達 しなか っ た.弁 可. Fig. 6. Relation between pared ratio and steam pressuring time on the potato. -o—o- 2. 0 kg/cm' , - • - - - • - 2. 5 kg/cm', -0-A- 3. 0 kg/cm2,.
(5) が 非 常 に 少 な く,か つ処 理 時 間 が短 い こ とに あ る. (3)栗. の剥 皮. 栗 は 強 じん な 鬼 皮 に 囲 まれ て い るため,こ の皮 を人 工 的 に 剥 皮す る方 法 は今 日 まで 開発 され て い な い,本 方 法 の 鬼皮 剥 皮 に 対す る効 果 に つ い て検 討 した結 果 を Fig.9に. 示 す.. Fig. 7. Relation between pared ratio and steam pressuring time on the taro. -o-o2. 0 kg/cm2, - • - • 3. 0 kg/cm2, -0-A- 4. 0 kg/cm2.. Fig. 9. Relation between pared ratio and steam pressuring time on the chestnut, and the steep effect. (A) non steep, (B) steep. 5. 0 kg/ cm2, -•- --•- 6. 0 kg/cm2, - ^ - - - o - 7. 0 kg/cm', • ...... 8. 0 kg/cm2. 栗 は ジ ャガ イモ や サ トイモ に比 較 し,約2倍. の蒸気. 圧 力 を必 要 と した. 栗 の鬼 皮 は 強 じんで 気 密性 にす ぐれ て い るた め,水 蒸 気 の鬼 皮 透 過性 が 悪 い,し たが っ て,栗 を水 に 浸 漬 し,果 皮 内側 に お け る水 蒸気 発 生 を促 進す るこ と を試 み,比 較 検 討 した結 果,浸 漬 に よ り 剥皮 効 率 が 向 上 し,加 圧 処 理時間 の短 縮 が 認 め られ た,特 に処 理 圧 力 0)低 い と きに 効 果が 大 き く,5kg/cm2の. 下 で100%. 剥 皮す るの に 要す る処 理 時 間 は,浸 漬 す る こ とに よ り 約45%短. 縮 され た.処 理 圧力6〜8kg/cm2で. 漬 の効 果 は5kg/cm2の. は浸. と きよ り若干 劣 り,約20%. 短縮 され た.浸 漬 の有 無 に よ る栗 の 品 質変 化 を検 討 し Fig. 8. Photographs of pared potato (A) and taros (B) by using present peeler.. た結果,浸 漬 した栗 の 方 が 浸漬 しな い 栗 よ り,熱 に よ る果 肉表 層 部 の蒸 煮 進 行 は 少 な く,で き上 りの 品 質 は. か つ た.こ れ は,蒸 気 圧 力 が 高 いた め に,除 圧 時 の 断 熱 膨 脹速 度が2kg/cm2と4kg/cm2で. は 約25%. す ぐれ て いた. な お,渋 皮 を も剥 皮 す るた めに は,蒸 気 圧 力 の 高 い. の相 異が あ るた め に 生 じた もの と考 え られ た.こ れ ら. 方 がす ぐれ て い たが,処 現時 間 は20%程. の 写 真 をFig.8に. る必要 が あつ た.し か し,こ の状 態 で も渋 皮 を鬼 皮 の. 示 す.い ず れ も表 層 の外 皮 が 一 枚. とれ た状 態 で,イ モ の 凹凸 に 添つ て剥 皮 され て い る. 本 剥皮 方 法 の 特 長 は試 料 の剥 皮が な め らかで,損 失. 剥 皮 と同時 に100%剥. 度 増 加 させ. 皮 す るこ とは 困難 で あ り,鬼 皮. 剥 皮後,別 の 剥皮 装 置(表 面摩 擦 式 剥 皮機 な ど)に よ.
(6) る渋 皮 の除 去 が 有 効で あつ た.. 2)栗. な お,こ の 装 置 で は弁 の 作 動速 度 が お そ い た め,8 kg/cm2の. は5kg/cm2以. 上の 蒸 気圧 力 で 十 分剥 皮 で き. た.剥 皮 効率 は水 に1昼 夜 以 上 浸濱 す る こ とに よ り向. 圧 力 で 処 理す ると,損 傷 を うけた ものが40. 上 し,そ の 品質 も改 善 きれた.. %程 度 盤 じ,弁 可 動 部 の 自重 の 軽量 化 を図 る こ とが 要 求 され た.. 以上 の 結果 か ら,本 剥 皮 方 法 は 新型 剥 皮 装 置 として 十 分 実 用 化 し う るこ とが 明 らか に な っ た.. 要. 本 研 究 は 昭和50年 約. 度 文 部省 科 学 研 究 費,奨. 励研究. に よつ て 実施 した もの で あ る.. 加 熱 水 蒸気 の 断 熱 膨脹 力 を利 用 した イ モや 栗 な ど の 文. 剥皮 装 置 の 開発 を試 み,そ の 試 作 装 闘 を使 用 して 次 の 結果 を得 た. 1)ジ た.歩. 相 沢 貞 治 ら1966熱. ャガ イ モ はサ トイモ よ りな め らか に剥 皮 で き 止 りは いず れ も 良好 で,ジ. cm2以 下,サ 十 分 で あっ た.. トイ モで は4kg/cm2以. ャガ イモ は3kg/ 下 の 蒸気 圧 力 で. 献 お よ び熱 力 学.津 村 編:機 械 工. 学 便 覧.日 本 機 械 学 会,東 京,11:40〜66頁 上 滝 具 貞 ・西 岡富 士 夫1965a粉 粒 体 の空 気 輸 送. 日刊 工 業 新 聞社,東 京,20〜37頁 上滝 具 貞 ・西 岡富 士夫1965b粉 粒 体 の 空気 輸 送. 日刊 工 業新 聞社,東 京,60〜64頁. Summary The author made a study of development for a new type peeler that could pare potatos, taros and chestnuts by utilizing adiabatic expansion of super heated steam, and produced one by way of trial. The results of test on the peeler were as follows 1) Potatos and taros are easily pared by the present apparatus, and are pared cleanly and smoothly. It is needed around 3.0 kg/cm' steam pressure to pare potatos and around 4 kg/cm' steam pressure to pare taros. 2) Chestnuts can be pared perfectly above 5 kg/cm2 steam pressure by this apparatus. It is preferable to steep chestnuts in water about one day before paring. From these results, it is cleared that the present paring model can be widly accepted as a new practical peeler..
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