JP2005245305A - 食品原料の微粉砕処理方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 穀物類あるいは豆類の食品原料を前処理すること無く、連続的に多量に安価に微粉砕できる食品原料の微粉砕処理方法あるいは微粉砕すると共にクッキング処理も同時に実施できる食品原料の微粉砕処理方法を提供する。
【課題を解決するための手段】ニーディングスクリュ（ＮＳ１、ＮＳ２・・）とリバーススクリュ（ＲＳ１、ＲＳ２・・）とが適宜組み合わされた二軸押出機を使用する。リバーススクリュの上流側におけるシリンダバレル（１）内の、食品原料により発生する内部圧力が０.２ＭＰａ以上になるようにして微粉砕する。または、内部圧力が０.２ＭＰａ以上になるように微粉砕処理すると共にシリンダバレルの温度を制御して焙煎処理、あるいは水を添加すると共にシリンダバレルの温度と押出圧力とを制御して加水分解する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、大麦、小麦、米などの穀物類、大豆、小豆、コーヒー豆などの豆類、更には、大麦、小麦、米などの穀物類の外皮、搗精残滓、大豆、小豆、コーヒー豆などの豆類から発生する外皮、抽出カスなどの食品残滓、等の食品原料を微粉砕する方法および微粉砕すると共に連続的に焙煎、加水分解等のクッキング処理をする食品原料の微粉砕処理方法に関するものである。

大麦、小麦、米などの穀物類、大豆、小豆、コーヒー豆などの豆類等の食品原料は、石臼、カッターミル、ピンミル、ボールミル、ジェツトミル、ディスクミルなどの粉砕装置を用いて粉砕され、食品材料として使用されている。食品材料として使用する場合、加工食品の用途、製品などにより異なるが、一般的に微粉砕されて粒度が小さい程、舌触り、食感、喉越しなどに優れた加工食品ができる。更に、大麦、小麦、米などの穀物類の外皮、搗精残滓および大豆、小豆、コーヒー豆などの豆類から発生する外皮、抽出カスなどの食品残滓は、特に微粉砕され粒度が小さくなれぱなるほど食品材料としての用途が広がってくる。

上記のような従来の粉砕装置によっても微粉砕することはできるが、問題あるいは課題も多い。例えばジェツトミルなどは処理する食品原料の粒径に制限があり、原料を粗粉砕する前処理工程を必要とするなど粉砕工程が煩雑であるという課題がある。また、ピンミル、ボールミルなどは原料を微粉砕にするためには滞留時間すなわち処理時間が長くなり、これにより原料の発熱による変質の問題、生産性の悪さ等の問題がある。更には、上記のような粉砕装置により微粉砕した食品材料を加熱、加圧等のクツキングをする場合、従来の粉砕装置は粉砕のみの単機能であるため、粉砕処理した食品材料への水の添加、加熱、加圧等のクツキング処理は別の装置に移し替えて行わなければならないので、処理工程が複雑になり、コスト高になる問題もある。

本発明は、上記したような課題あるいは問題を解決するためになされたものであり、食品原料を前処理すること無く、連続的に多量に安価に微粉砕できる食品原料の微粉砕処理方法あるいは微粉砕すると共にクッキング処理も同時に実施できる食品原料の微粉砕処理方法を提供することを目的としている。

本発明は、上記目的を達成するために、ニーディングスクリュとリバーススクリュとが組み合わされたスクリュを備えた二軸押出機が適用される。この二軸押出機のシリンダバレルの外周部には、軸方向に複数個に分割された個々に発熱温度が制御される例えばバンドヒータからなる加熱装置が取り付けられ、またシリンダバレルには、冷却温度が個々に制御される冷却装置も備えられる。このように構成された二軸押出機の、シリンダバレルの後端部に食品原料を供給しながらスクリュを回転駆動して、先端部の方へ移送しながら微粉砕する。このとき、リバーススクリュの上流側で発生する食品原料の内部圧力が０．２ＭＰａ以上になるように、食品原料を供給し、スクリュを回転駆動する。これにより、微粉砕された食品材料が得られる。このとき、シリンダバレルの温度を制御するので、食品原料が熱的影響あるいは変質を受けることなく微粉砕することができる。また、温度を制御して、上流側で微粉砕し下流側で焙煎する。あるいは微粉砕しながら焙煎する。さらには、水を添加すると共にシリンダバレル内の温度を例えば１５０℃以上に、またシリンダバレルの先端部における押出圧力を望ましくは１ＭＰａ以上にして転化、糖化等の加水分解する。すなわち、クッキング処理を同時に実施する。

本発明に適用される食品原料は、例えば大麦、小麦、米などの穀物類およびその外皮、搗精残滓、または大豆、小豆、コーヒー豆などの豆類およびこれらから発生する外皮、抽出カスなどの残滓である。

このようにして、請求項１に記載の発明は、前記目的を達成するために、シリンダバレル内に、ニーディングスクリュと、その下流側のリバーススクリュとが組み合わされたスクリュを備えた二軸押出機を使用して、食品原料をその後端部に供給しながらスクリュを回転駆動して、先端部の方へ移送しながら微粉砕するとき、前記リバーススクリュの上流側におけるシリンダバレル内の、食品原料により発生する内部圧力が０.２ＭＰａ以上になるようにして微粉砕するように構成される。請求項２に記載の発明は、シリンダバレル内に、ニーディングスクリュと、その下流側のリバーススクリュとが組み合わされたスクリュを備えた二軸押出機を使用して、食品原料をその後端部に供給しながらスクリュを回転駆動して、先端部の方へ移送しながら微粉砕するとき、前記リバーススクリュの上流側におけるシリンダバレル内の、食品原料により発生する内部圧力が０.２ＭＰａ以上になるようにして微粉砕すると共に、前記シリンダバレルの温度を制御して、焙煎処理も実施するように構成される。請求項３に記載の発明は、シリンダバレル内に、ニーディングスクリュと、その下流側のリバーススクリュとが組み合わされたスクリュを備えた二軸押出機を使用して、食品原料をその後端部に供給しながらスクリュを回転駆動して、先端部の方へ移送しながら微粉砕するとき、前記リバーススクリュの上流側におけるシリンダバレル内の、食品原料により発生する内部圧力が０.２ＭＰａ以上になるようにして微粉砕すると共に、水を添加し、そしてシリンダバレルの温度と押出圧力とを制御して加水分解処理も実施するように構成される。請求項４に記載の発明は、請求項１〜３のいずれかの項に記載の処理方法において、ニーディングスクリュと、その下流側のリバーススクリュとが組み合わされた組み合わせ部を複数個有するスクリュを備えた二軸押出機を使用するように、請求項５に記載の発明は、請求項１〜４のいずれかの項に記載の処理方法において、食品原料が大麦、小麦、米などの穀物類およびその外皮、搗精残滓、または大豆、小豆、コーヒー豆などの豆類およびこれらから発生する外皮、抽出カスなどの残滓であるように構成される。

以上のように、本発明によると、ニーディングスクリュとリバーススクリュとが組み合わされたスクリュを備えた二軸押出機を使用するので、食品原料を粗粉砕などの前処理をすることなく直接的に多量に、短時間で粉砕することができる。また、粉砕時間が短いので、シリンダバレルの温度を格別に制御しなくても温度の上昇は小さく、食品原料の熱的変質を抑えて粉砕することもできる。そして、本発明によると、リバーススクリュの上流側におけるシリンダバレル内の、食品原料により発生する内部圧力が０.２ＭＰａ以上になるようにして粉砕するので、上記のような効果に加えて食品原料は微粉砕され、舌触り、食感、喉越等に優れた食品材料を安価に得ることができるという、本発明に特有の効果が得られる。 また、他の発明によると、シリンダバレルの温度を制御するので、すなわち焙煎温度に制御するので、微粉砕処理と同時に同じ二軸押出機により焙煎処理もできる効果が得られる。このとき、食品原料は微粉砕され、表面積が広くなっているので、効果的に焙煎される。さらに、水を添加すると共にシリンダバレル内の圧力および押出圧力を制御して加水分解処理も実施する発明によると、同じ二軸押出機により微粉砕処理と転化、糖化等の加水分解処理もできる。

以下、図１の（イ）、（ロ）によって本発明の実施の形態を説明する。図１の（イ）は、本発明の第１の実施の形態を示す断面図であるが、同図に示されているように、本発明の実施に使用される二軸押出機は、シリンダバレル１を備えている。そして、このシリンダバレル１は、複数個の第１〜５のバレルユニットＣ１〜Ｃ５から構成されている。このように構成されているシリンダバレル１内に同方向あるいは異方向に回転駆動される２本のスクリュ１０、（１０）が設けられている。

シリンダバレル１を構成している第１〜５のバレルユニットＣ１〜Ｃ５の内部には、従来周知のように、平行な２個のボーアが軸方向に開けられている。そして、これらのバレルユニットＣ２〜Ｃ５の外周部には個々に発熱温度が制御されるバンドヒータ２、２、…が設けられている。また、図１の（イ）には示されていないが、例えば水冷式の冷却装置も設けられている。したがって、シリンダバレル１は、バレルユニットＣ２〜Ｃ５毎に温度を制御することができ、詳しくは後述するように、熱による変質的な影響を受けることなく微粉砕することも、さらには、微粉砕すると共に焙煎処理等のクッキング処理もすることができる。また、後述するようにリバーススクリュの上流側に、図１には示されていないが、市販の樹脂圧力計が取り付けられている。このように構成されているシリンダバレル１の、図１の（イ）において左方の後端部寄りの位置に、該バレル１内に食品原料を供給するための供給孔３が開けられ、この供給孔３に図には示されていないがホッパが取り付けられている。また、シリンダバレル１の先端部には、孔の開いたエンドプレート４が取り付けられている。第１の実施の形態ではシリンダバレル１は解放されている。

スクリュ１０は、スクリュ軸に複数個の機能の異なるスクリュセグメントＪＳ１、ＮＳ１、ＲＳ１、…を適宜組み合わせて取り付けることにより構成されている。すなわち、図１の（イ）において、左方から順に、順方向の送りフライトから構成された第１の順方向スクリュＪＳ１、第２の順方向スクリュＪＳ２、第１のニーディングスクリュＮＳ１、逆方向の送りフライトからなる第１のリバーススクリュＲＳ１、第３の順方向スクリュＪＳ３、第２のニーディングスクリュＮＳ２、第４の順方向スクリュＪＳ４、第３のニーディングスクリュＮＳ３等から構成されている。第２、４の順方向スクリュＪＳ２〜ＪＳ４のフライトの送りピッチは下流側ほど小さくなっている。

次に、上記二軸押出機を使用した食品原料の微粉砕処理法を説明する。食品原料を用意する。このとき、乾燥おからの水分量は１５〜７％で、前述した他の食品原料も１３％前後の平衡水分量となっているので、乾燥等の前処理は必要としない。食品原料の種類あるいは性質に応じてスクリュセグメントＪＳ１、ＮＳ１、ＲＳ１、…の数および組み合わせを選定して二軸押出機を構成する。そして、シリンダバレル１の内部の温度を食品原料の種類に応じて個々に設定する。例えば、微粉砕だけの処理温度、粉砕処理と焙煎処理に適した温度等に設定する。シリンダバレル１の内部の温度は、例えばフイードバック制御により設定温度に維持される。スクリュ１０、（１０）を回転駆動すると共に、大麦、小麦、米などの穀物類およびその外皮、搗精残滓、または大豆、小豆、コーヒー豆などの豆類およびこれらから発生する外皮、抽出カスなどの残滓、等の食品原料を供給孔３からシリンダバレル１内に所定量宛供給する。このとき、リバーススクリュＲＳ１、ＲＳ２、…の上流側における食品原料による内部圧力が所定圧力になるように、食品原料の供給量とスクリュ１０、（１０）の回転数を制御する。供給された食品原料は、シリンダバレル１の下流側へ送られる過程で、スクリュセグメントＪＳ１、ＮＳ１、ＲＳ１、…により摩擦、剪断、混合等の作用を受け微粉砕処理される。そして、エンドプレート４から外部へ排出される。あるいは、微粉砕されると共に焙煎処理もされる。

本実施の形態によると、ニーディングスクリュＮＳ１とリバーススクリュＲＳ１とが適宜組み合わされている二軸押出機を使用して微粉砕するので、粗粉砕などの前処理をすることなく、多量の食品を一度に微粉砕することができる。また、格別な装置を使用することなく同じ二軸押出機により微粉砕と共に焙煎処理すなわちクッキング処理をすることもできる。

最後に、図１の（ロ）に示されている第２の実施の形態について説明する。第１の実施の形態の構成要素と同じ要素には同じような参照数字を付けて重複説明はしないが、本実施の形態によると、内部圧力の比較的低い第４の順方向スクリュＪＳ４に対応した位置の、シリンダバレル１に水添加用のノズル５が介装されている。また、エンドプレート４にはダイ６が着脱自在に取り付けられている。したがって、この水添加用のノズル５から微粉砕中の食品原料に水を添加すると共に、シリンダバレル１の温度とダイ６からの押出圧力とを制御することにより、食品原料をを加水分解することができる。第２の実施の形態によると、水添加用のノズル５に栓をすることにより、第１の実施の形態と同じような単なる微粉砕処理あるいは微粉砕処理と焙煎処理をすることができる利点が得られる。

「実施例１」
使用装置：株式会社日本製鋼所製の二軸押出機「ＴＥＸ４７Ｆ」（図１の（イ）に示されているような、スクリュ外径４７ｍｍ、ニーディングスクリュ３個、リバーススクリュ２個、シリンダバレルの長さ１０３４ｍｍ）
食品原料：市販されている大麦
テスト条件：スクリュの回転速度１００ｒｐｍ、シリンダバレル温度は全長にわたって２０℃、供給量５５ｋｇ／ｈ、各リバーススクリュの上流側におけるシリンダバレル内の圧力１.２ＭＰａ
なお、シリンダバレル内の圧力は、各リバーススクリュの上流側に、市販品の樹脂用の圧力計を取り付けたベント金物を用いて測定した。
結果：レーザー解析式粒度分布測定装置（堀場製作所製ＬＡ−５００）で測定した大麦のメジアン径は１４.８μｍであった。このとき、第１、２のリバーススクリュの上流側におけるシリンダバレル内の圧力に大きな差は認められなかった。

「実施例２」
使用装置：実施例１と同じ装置
食品原料：市販されている焙煎コーヒー豆
テスト条件：スクリュの回転速度１００ｒｐｍ、シリンダバレル温度は全長にわたって２０℃、供給量４０ｋｇ／ｈ、各リバーススクリュの上流側におけるシリンダバレル内の圧力１.４ＭＰａ
結果：レーザー解析式粒度分布測定装置（堀場製作所製ＬＡ−５００）で測定したコーヒー豆のメジアン径は９.８μｍであった。

「比較例１」
実施例１と同じ装置、同じ食品原料を使用し、テスト条件の内シリンダバレルの内圧を０．１５Ｍｐａでテストした。大麦のメジアン径は６２μｍであった。 「比較例２」
実施例２と同じ装置、同じ食品原料を使用し、テスト条件の内シリンダバレルの内圧を０．１０Ｍｐａでテストした。コーヒー豆のメジアン径は７９μｍであった。
「比較例３」実施例１と同じ装置、同じ食品原料を使用し、同じテスト条件で、シリンダバレルの内圧を各所で測定した。ニーディングスクリュとリバーススクリュの接合面で圧力は最大になり、第１、２のリバーススクリュの上流側における圧力に格別の差は認められなかった。
「比較例４」
実施例１の装置から、１組のニーディングスクリュとリバーススクリュを取り外し、順方向スクリュを加えて全長は同じにして、比較例１と同じ食品原料を使用し、テスト条件の内シリンダバレルの内圧を０．１５Ｍｐａでテストした。大麦のメジアン径は１００μｍであった。

上記の実施例１、２および比較例１〜４から大麦およびコーヒー豆については、０．１ＭＰａ以下の圧力で粉砕すると、粒子が粗くなり品質が落ちるが０.２ＭＰａ以上の圧力であれば粒度品質には問題がないことが推定される。他の食品原料小麦、米およびこれらの残滓あるいは小豆、コーヒー豆およびこれらの残滓等については、粉砕テストはしていないが、同じような穀物類あるいは豆類であるので、０.２ＭＰａ以上の圧力であれば問題はないと推定される。
また、食品原料は、主としてニーディングスクリュとリバーススクリュとの組み合わせにより粉砕され、微粉砕するためには、複数個のこれらの組み合わせが望ましいことも判明した。

「実施例３」
使用装置： 株式会社日本製鋼所製の二軸押出機「ＴＥＸ４７Ｆ」（スクリュ外径４７ｍｍで、順方向スクリュとニーディングスクリュとリバーススクリュとが、図１の（ロ）に示されているように組み立てられ、シリンダバレルの長さ１９７４ｍｍ、ダイス径４７ｍｍ）
食品原料：生コーヒ豆
テスト条件：スクリュの回転速度１００ｒｐｍ、シリンダバレル温度は、第２のバレルユニットＣ２の温度は６０℃、第３のバレルユニットＣ３の温度は１２０℃から徐々にバレルユニットの温度を高めていき、第７〜９のバレルユニットの温度が２２０℃、供給量２０ｋｇ／ｈ、各リバーススクリュの上流側におけるシリンダバレル内の圧力１.４ＭＰａ、また焙煎による発生するガスおよび煙を図示していないベント口よりシリンダバレル外へ排出した。
結果：均一に微粉砕され、さらに焙煎されたコーヒー微粉末を得ることができた。

「実施例４」
使用装置：実施例３と同じ装置で、ダイス径のみ３ｍｍのものに変更した装置
食品原料：豆腐乾燥おから
テスト条件：スクリュの回転速度１００ｒｐｍ、シリンダバレル温度は第２〜５のバレルユニットＣ２〜Ｃ５の温度は６０℃、第６〜第９のバレルユニットＣ６〜Ｃ９の温度は１２０〜２２０℃に調整し、供給量２０ｋｇ／ｈ、第５と第６のバレルユニットＣ５、Ｃ６の間に設けられた液添ノズルより水を３Ｌ／ｈの割合で供給した。第２〜第５のバレルユニットＣ２〜Ｃ５のリバーススクリュの上流側におけるシリンダバレル内の圧力１.４ＭＰａ、ダイスからの押出圧力は２．１ＭＰａ
結果：押し出されたおからは、若干の繊維質も認められたが、僅かに甘みを感じるものであった。

「比較例５」
使用装置と食品原料は、実施例４と同じで、第６〜９のバレルユニットＣ６〜Ｃ９の温度を１２０〜１７０℃に調整してテストした。
押し出されたおからは、繊維質が認められた、甘みの感じは小さかった。

実施例３から、シリンダバレル内の圧力と温度を制御すると、微粉砕と焙煎クッキング処理をすることができことが、また実施例４と比較例５から、豆腐乾燥おからの場合、シリンダバレルに水を添加すると共に、シリンダバレル内の圧力を０.２ＭＰａ以上に保ち、そして温度を１２０℃以上に制御し、押出圧力を０．８ＭＰａ以上にすると、微粉砕処理と加水分解処理とが同じ二軸押出機によりできることが判明した。豆腐乾燥おから以外の小麦、米およびこれらの残滓あるいは小豆、コーヒー豆およびこれらの残滓等については、加水分解テストはしていないが、同じような穀物類あるいは豆類であるので、圧力と温度を適宜制御すれば可能であることが推定される。

本発明の実施に使用される二軸押出機の実施の形態を示す図で、その（イ）は第１の実施の形態を一部省略して示す断面図、その（ロ）は第２の実施の形態を一部省略して示す断面図である。

符号の説明

１ シリンダバレル ２ ヒータ
５ 水添加用のノズル
Ｃ１、Ｃ２・・・・・バレルユニット １０ スクリュ
ＪＳ１、ＪＳ２・・・・順方向スクリュ
ＮＳ１、ＮＳ２・・・・ニーディングスクリュ
ＲＳ１、ＲＳ２・・・・リバーススクリュ

Claims (5)

1. シリンダバレル内に、ニーディングスクリュと、その下流側のリバーススクリュとが組み合わされたスクリュを備えた二軸押出機を使用して、食品原料をその後端部に供給しながらスクリュを回転駆動して、先端部の方へ移送しながら微粉砕するとき、
   前記リバーススクリュの上流側におけるシリンダバレル内の、食品原料により発生する内部圧力が０.２ＭＰａ以上になるようにして微粉砕することを特徴とする食品原料の微粉砕処理方法。
2. シリンダバレル内に、ニーディングスクリュと、その下流側のリバーススクリュとが組み合わされたスクリュを備えた二軸押出機を使用して、食品原料をその後端部に供給しながらスクリュを回転駆動して、先端部の方へ移送しながら微粉砕するとき、
   前記リバーススクリュの上流側におけるシリンダバレル内の、食品原料により発生する内部圧力が０.２ＭＰａ以上になるようにして微粉砕すると共に、前記シリンダバレルの温度を制御して、焙煎処理も実施する食品原料の微粉砕処理方法。
3. シリンダバレル内に、ニーディングスクリュと、その下流側のリバーススクリュとが組み合わされたスクリュを備えた二軸押出機を使用して、食品原料をその後端部に供給しながらスクリュを回転駆動して、先端部の方へ移送しながら微粉砕するとき、
   前記リバーススクリュの上流側におけるシリンダバレル内の、食品原料により発生する内部圧力が０.２ＭＰａ以上になるようにして微粉砕すると共に、水を添加し、そしてシリンダバレルの温度と押出圧力とを制御して加水分解処理も実施する食品原料の微粉砕処理方法。
4. 請求項１〜３のいずれかの項に記載の処理方法において、ニーディングスクリュと、その下流側のリバーススクリュとが組み合わされた組み合わせ部を複数個有するスクリュを備えた二軸押出機を使用する、食品原料の微粉砕処理方法。
5. 請求項１〜４のいずれかの項に記載の処理方法において、食品原料が大麦、小麦、米などの穀物類およびその外皮、搗精残滓、または大豆、小豆、コーヒー豆などの豆類およびこれらから発生する外皮、抽出カスなどの残滓である食品原料の微粉砕処理方法。

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