コラム

液体充填における泡制御の難しさ

最終更新日：2023.08.31泡対策

液体充填時における泡の発生は、多くの飲料プラントオペレーターの方々を悩ます問題の一つです。泡の制御には様々な方法がありますが、自社の要件を満たす解決策はなかなか見つかりにくいものです。このコラムでは、液体充填における泡制御技術について広く論じながら、それぞれの向き不向きについて解説し、また最新の消泡装置についてご紹介します。

液体充填の際に泡が立つことで生じる悪影響

充填容器の口から泡が吹きこぼれることで、液量が不均一になり製品の質が低下したり、容器外側やラインに充填液が付着し、環境を汚染したりと悪影響を及ぼします。

泡立ちの原理

なぜ液体を充填する際に泡が発生するのでしょうか。大きく二つの理由が考えられます。

成分による泡立ち

界面活性剤の含まれる洗剤・シャンプーや、二酸化炭素を含む炭酸飲料が泡立つことはもちろんですが、それ以外の成分を含む意外な液体でも充填時に泡立つ現象は見られます。お茶や大豆製品（豆乳・醤油）などに多く含まれる、植物由来のサポニンという成分があります。サポニンは界面活性作用を持っているため、充填時に泡立つ原因になります。

圧力変動による泡立ち

充填時にポンプを使用することで圧力が変動し、充填液中に溶けていた気体が発泡するキャビテーションという現象があります。泡の量に差はありますが、どの充填液においても起こる可能性があります。

泡を抑制する方法

化学的、または物理的に泡を消す7つの方法についてご紹介します。

液体温度を低くする

例えば炭酸飲料であれば、充填ラインの温度を低下させることで、キャップ締めまでの間の泡立ちを抑制できるケースがあります。ただし、温度を低下させることで電気代の増加や、結露対策が必要になる場合があり、エネルギーコストが上昇してしまうことが一般的です。

充填速度を遅くする

充填速度が遅くなれば、液体が容器の底面に衝突し攪拌される勢いが弱まり、泡立ちの抑制に繋がります。ただし、生産性が低下するというデメリットがあります。

消泡剤を添加する

泡を抑制する消泡剤を充填液に添加することで泡立ちを防ぐことができます。ただし、消泡剤によっては完成時に濁りや油浮きが発生する可能性があります。また、消耗材となるのでランニングコストが発生します。

充填機のノズルを変更する

充填ノズルをロングタイプに変更し液面との距離を近くすることで、泡立ちを抑制することができます。ただし、既存の充填機と異なるメーカーのノズルは対応できないことがあります。

液体充填機を変更する

使用したいノズルに合わせて新しい充填機を導入することも一つの方法です。充填機によっては真空状態で充填することにより泡を抑制するものも存在します。ただし、対応できる容器形状に制限がある場合があります。また、現在の製造ラインを大きく変更する設備投資が必要になり、その際に希望する速度や中身の充填が可能か等の調整が必要になります。

脱泡装置を導入する

液体中に含まれる気体（＝泡）を除去する装置です。容器への液体充填前の泡立ちに関して有効です。ただし、あくまで液体中の泡を除去して気体と液体を分離する装置のため、容器への充填時には使用できません。

消泡装置を導入する

脱泡装置とは異なり、泡に対して直接物理的に働きかけることで泡を消す「消泡」装置があります。強力な超音波を当てることにより非接触で瞬時に泡を消すことが可能です。ペットボトルの口程度の狭い面積が対象になるという制約はありますが、特に液体を充填する際に噴き出す泡を消泡するのに適しており、既存の充填ラインに後付けで簡単に導入が可能です。