JP2019103496A - バルク食品製品の熱処理 - Google Patents

Abstract

【課題】熱処理、特に熱処理中の熱、水分分布及び除湿の改善された監視と制御を可能にする、バルク食品製品の熱処理のための方法の提供。【解決手段】バルク食品製品、特に、カカオ、ナッツ、コーヒー、種子、穀類、麦芽、ピーナッツ、ブラン、グレーン、又はひまわり種のような脂肪種子の、熱処理、特に焙煎を実施する方法であって、食品製品を、熱処理のための予め設定された温度にさらし、熱処理中に食品製品が置かれている雰囲気中の水の分圧を制御して、熱処理中に、食品製品において実質的に均一な水分分布が生じるようにする方法。特に、熱処理中、食品製品からの水分逃出を回避するように、水の分圧を調節する方法。水の分圧は、雰囲気中の相対空気湿度、食品製品の水分含量、密度の測定に基づいて制御し、水分含量又は密度の測定を、特にマイクロ波放射又は容量センサを使用して実施する。【選択図】図１

Description

本発明は、バルク食品製品の熱処理を実施する方法、特にカカオ、ナッツ、コーヒー、穀類、または脂肪種子の焙煎のための方法に関する。

コーヒー豆、カカオ豆、種子、およびナッツのようなバルク形態の食品の処理のためには、様々な種類の熱処理が重要であり、特に例えば乾燥、焙煎、またはこのような食品の滅菌または低温殺菌のような、保存の方法が重要である。

熱処理中、食品は、一般的に、処理チャンバ内に、例えば処理ドラム内にある。熱の供給、例えば温かい空気または高温空気を処理チャンバ内へと供給することにより、または選択的にまたは同様に、処理チャンバを外部から加熱することにより、熱がバルク品内へと導入される。これに関して、熱作用を可能な限り均等に、処理チャンバの全容積内に存在する食品にわたって分布させるための努力がなされている。このことは、多段階の処理プロセスにおいて連続する様々な温度の前に、または連続する様々な温度において正確に決定された温度で行われる。さらに、熱作用の時間が制御される。

コーヒー豆の焙煎のための方法は、例えば国際公開第２０１５／１１０３３７号（WO 2015/110337 A1）により公知である。国際公開第２００９／１５０１９２号（WO 2009/150192 A2）または国際公開第２０１０／１０８８０６号（WO 2010/108806）には、例えば、パスタを乾燥させる方法が開示されている。米を乾燥させる方法および手段は、例えば国際公開第２００７／０６５２７９号（WO 2007/065279 A1）および国際公開第２００５／０１７４３１号（WO 2005/017431 A1）に記載されている。

これまでに公知の熱処理の方法では、共通して、個々の食品製品内の水分分布を制御することができない。したがって、これまでに公知の方法では、熱処理中、最初は水分が製品の表面で減少し、したがって水分は、製品内で製品中心部に向かって増加することが不可避である。しかしながら、製品内の水分分布は、対応して支配している温度と相互作用して、風味の発現、例えば製品の貯蔵寿命に相関する細胞間構造、および製品の形態変化に大きな影響を及ぼす。

したがって、本発明の目的は、熱処理、特に熱処理中の熱および水分分布および除湿の改善された監視と制御を可能にする、バルク食品製品の熱処理のための方法を提供することである。

この目的は請求項に記載の特徴により達成される。

本発明の要点は、予め設定された温度で熱処理を実施する間に、熱処理中に食品製品が置かれている雰囲気中の水の分圧を制御する、というものである。特に、水の分圧を調節することにより、熱処理中に、個々の食品製品内における均一な水分分布を達成することができる。

熱処理は特に、焙煎、乾燥、低温殺菌、または滅菌であってよい。熱処理の形式に応じて、熱処理の温度および持続時間は適切に選択される。例えば、ヘーゼルナッツの焙煎は、約１３０℃で実施される。例えば穀類を焙煎する場合、温度は２３０℃にまでなる場合もあり、または２３０℃よりも高くさえなり得る。さらに、このような工程においては、製品内の目標温度に、乾燥作用なしに、迅速に到達することがしばしば目標とされる。低温殺菌中は、蒸発が起こる前に、例えば約９５±５℃の温度にできるだけ速く到達しなければならない。できるだけ速く予熱を得るために、高温空気に水分を添加することができ、これにより空気の露点は、加熱中、例えば６５±５℃および９５±５℃で調節される。この設定は、この段階における水の分圧が乾燥を誘導するには低すぎるので、製品の乾燥を阻止するが、高いエネルギ移動は可能である。結果として、製品の内部水分を一定に維持しながら、少なくとも２倍の速度利得を得ることができる。

食品製品内で均一な水分分布の形態を得るために、本発明によれば特に、熱処理中に食品製品からの脱水が阻止されるように、水の分圧が調節される。これは、バルク品の水分を、処理中に定期的にまたは継続的に、例えばさらに詳しく後述するように、直接測定により、または例えば処理チャンバ内への供給空気と処理チャンバからの排出空気の湿度の比較による間接測定により、測定することにより行うことができる。処理すべき製品の水分が減少した場合に、処理チャンバ内の湿度と、これにより水の分圧とを上昇させることができ、これにより製品の水分のさらなる減少を回避することができる。

したがって、個々の食品製品が加熱される間、初期の均一な水分分布は維持される。製品内で温度と水分の両方の分布が均一に生じた場合に、熱処理、すなわち焙煎または形態変化の熱的プロセスを行うことができる。このような状態に達した後は、反応の作用が、食品製品全体にわたって一様に、正確に規定された水分のもとでの熱処理の期間全体において生じる。したがって、例えば乾燥を、計画的に開始させることができる。特に、製品のガラス化温度に達してすぐに乾燥が開始されるならば、細胞間構造が破壊されることなしに、製品の水分は迅速に除去される。さらに、焙煎の場合には、焙煎温度は、食品製品全体における目標水分で所望の時間、反応することができる。さらに、形態変化の臨界的な段階の場合には、均一な水分含量を調節することができるので、前記状態をより良好に制御することができる。

水の分圧の設定は、例えば、処理チャンバ内の物品を取り巻く雰囲気の相対空気湿度の測定に基づき行われる。測定は、処理チャンバ内で直接行うことができ、または間接的に、熱処理中の温度調節を可能にする、処理チャンバ内への高温空気流の供給空気の湿度、および／または処理チャンバからの排出空気の湿度の測定により行うことができる。水の分圧は、例えば高温空気流内への供給により、雰囲気内に蒸気を計画的に供給することにより調節することができる。

さらに、食品製品の水分含量の測定に基づき水の分圧を調節することができる。さらに、食品製品内の密度または密度変化を測定することができる。密度と湿度とは、例えば、ＨｙｄｒｏＫｅｎ（商標）の名前で市販されている製品によって、マイクロ波放射を利用して、測定することができる。さらに、水分測定のために容量センサの使用が可能である。水分の直接測定も、例えばＮＩＲ放射によって行うことができる。

所定の形式の熱処理のためには、熱処理中の露点温度の選択が有利であり得る。例えば食品製品の低温殺菌のために、水分損失なしに所定の製品温度を正確かつ迅速に調節できるようにするために、雰囲気を、その露点温度が、低温殺菌温度のための所望の予熱温度であるように選択することができる。露点を利用する場合の温かく水分を含んだ雰囲気による高いエネルギ入力により、熱処理中に、食品製品全体のための目標温度を確実に達成することができ、これにより所望の温度での低温殺菌のような処理が保証される。

さらに、ガラス転移温度、すなわちバルク品が脆い状態から粘弾性の状態へと移行する温度の選択が有利であり得る。温かく水分を含んだ雰囲気により、物品の乾燥を阻止することができ、ガラス転移温度は、増加したエネルギ密度によりより迅速に達成することができる。ガラス転移温度に到達した後は、乾燥が実施され、これにより、細胞間破壊が最小化され、例えばナッツの貯蔵寿命を向上させ、またはチョコレートにおけるナッツからの脂肪分の移動が減じられる。

乾燥は、しばしば食品製品の熱処理後に、特に焙煎後に行われる。この乾燥の間は、製品の均一な乾燥を保証するために、雰囲気中の水の分圧を減じることができる。ガラス転移温度以上の温度を選択する場合、製品の「多孔質」構造により、水の透過性が上昇することにより、製品の構造を損傷することなく迅速な乾燥が可能となる。

以下に、本発明を図面につき説明する。

カカオ豆内の水分と温度の分布を概略的に示す図であり、（Ａ）は従来の焙煎中のものであり、（Ｂ）は本発明の態様による焙煎中のものである。 水分に依存したガラス転移温度Ｔｇの経過を概略的に示す図である。 従来の方法および本発明による方法による焙煎および乾燥中の水分の経時変化を示す図である。 本発明の方法による、初期乾燥と、計画的に選択された一定の温度における保持時間との後で行われる焙煎中の水分の経時変化を従来の方法と比較して示す図である。 密度の測定を行う本発明による方法による焙煎中の収量を示す図である。

特にバルク食品に対する熱作用の影響は、個々の食品製品の温度、および前記温度が作用する時間の長さだけではなく、製品の水分にも依存し、これらによって影響を受けることが公知である。従来の方法では、熱処理のために設けられた処理チャンバ全体と、個々のバルク食品との両方において可能な限り均一な所定の温度に達することを目的としているが、従来の方法によっては、バルク品内の水分分布を調節することは不可能である。しかしながら熱処理の結果は特に、熱処理中に存在している水分に依存している。したがって、必要な温度が、正確に規定された水分のもと所望の時間にわたって、食品内に作用できることが保証されなければならない。

本発明は、個々の食品製品内での均一な水分分布を達成することができる。

このことは、カカオ豆の焙煎の例を示す図１に概略的に示されている。

図１Ａは、焙煎工程中の、概略的に示したカカオ豆内の温度および、関連する水分の分布を示しており、このうち図１Ａ−ａは、初期製品の状況を示している。カカオ豆内部には基本的に均一な温度分布が存在しており、出発製品の貯蔵温度と、例えば約７％の均一な水分とが存在している。対流式かつ／または伝導式焙煎中（図１Ａ−ｂ’）、熱は、カカオ豆の表面に供給され、これにより必然的に、カカオ豆の表面温度が上昇する。同時に、温度が最初に上昇したところでは水分が減少し、水分の減少は、カカオ豆の内部では、ここで時間と共に温度が上昇するまでは起こらない（図１Ａ−ｄ）。その結果、焙煎の終了時には、カカオ豆全体内で、例えば２％の所望の低い水分が得られ、カカオ豆内部における温度分布も、所望の焙煎温度において均一である。しかしながらこの過程中、特に焙煎の開始時には、カカオ豆内部に支配する条件は、表面とコアとでは明らかに異なっていることが明らかであり、したがって、同じ結果が焙煎によってカカオ豆の体積全体にわたって達成できるとは保証できない。

図１Ｂは、本発明による方法を使用する場合の対応する過程を示している。開始点と同じ初期条件にして（図１Ｂ−ａ）、処理チャンバ内の温度が上昇すると、同じく最初は、カカオ豆の表面の温度が上昇する（図１Ｂ−ｂ）。しかしながら本発明の方法により、水の分圧を調節することにより、前記加熱段階中、製品から水が漏出しないことが保証され、これにより、カカオ豆内の水分が、カカオ豆の体積全体にわたって初期レベルに一定に、例えば約７％に、維持される。カカオ豆全体内で所望の温度に到達し、この温度が熱処理中に、例えば焙煎中に、所望の期間維持されたときだけ（図１Ｂ−ｃ）、カカオ豆全体にわたって正確に規定された水分で熱作用が行われることが保証される。このときだけ、カカオ豆の乾燥が開始され、この場合、水分は、所望の最終状態（図１Ｂ−ｄ）に達するまで、カカオ豆の体積全体にわたって均一に減少する。焙煎中、乾燥の開始時（図１Ｂ−ｃ）には、温度は、豆全体にわたって例えば約１２０℃で均一であり、水分は約７％で均一である。

水の分圧が適切に調節されることを達成するために、処理チャンバ内で水分を監視することができ、前記測定値に基づいて、必要に応じて、追加の蒸気を処理チャンバ内の雰囲気中に供給することができる。処理チャンバ内の水分は、例えば、対流式熱処理の場合に供給される高温空気の水分を測定することにより、かつ／または排出空気の水分を測定することにより、監視される。処理チャンバ内の水分の直接測定も可能である。

選択的にまたは付加的に、処理すべき製品の密度または密度変化を監視することができ、これは例えばマイクロ波を使用して行うことができる。製品内部の水分は直接測定することもできる。

水の分圧の制御は、所望の結果を得るために、手順の過程中の所定の温度における蒸気供給をどのように調節するのかという対応する一連の試験を通して決定することによっても経験的に可能ある。

コーヒー、ナッツ、または穀類の処理にも使用することができる、カカオ豆に関して例示的に前述した焙煎に関して、本発明による方法は、処理すべき製品内の温度と水分の計画的な調節を可能とし、これはその後、選択された値で所定の期間確実に維持され得る。例えば風味や発色に関わってくる、焙煎中に生じるメイラード反応は、製品の水分、形態学的状態、および水分および温度に関する均質性を正確に制御できる場合にのみ計画的に制御することができ、これは本発明の方法により可能である。製品内の所望の均一な状態を得るために、上述したように、処理チャンバの内側は加熱する、または処理チャンバが「閉じた部屋」の場合は外部から加熱する高温の空気流内への蒸気・水注入が行われる。したがって、物品全体内での熱処理を制御することができると同時に、均一な状態を維持することができる。計画的な水分損失を伴う物品の加熱が可能である。これまでは、焙煎は必然的に乾燥につながり、この乾燥はさらに、バルク品全体において不均一なものであったが、例えば約１２０℃の目標温度に達した後に、物品の、例えば５％の水分を、例えば１０分間計画的に維持することができる。本発明は、風味の発現、および例えば発色のような外観、および貯蔵寿命に決定的に影響を与える正確な制御を可能にする。例として、ナッツ、例えばヘーゼルナッツまたはピーナッツを焙煎する場合、乾燥速度と最終水分を正確に制御することにより所望の色が得られる。

様々な用途では、処理すべき製品のいわゆるガラス転移温度Ｔｇを選択するのが特に有利である。この温度では、処理すべきバルク品の変形能力が変化する。前記温度以下では、材料はガラス様に挙動し、すなわち脆く、前記温度より高いと粘弾性となる。ガラス転移温度は、図２に示したように、製品の水分に応じて変化する。熱処理においてガラス転移温度を選択することにより、例えばヘーゼルナッツの場合、少なくとも２５％の細胞間破壊の最小化につながる。細胞構造の破壊のこのような減少により、従来の焙煎工程と比較して、例えば３倍長い貯蔵期間が得られる。したがって、例えばチョコレート内のナッツの脂肪分の移動の減少を達成することができる。

より詳しくは、水分を含んだ高温空気のエネルギ密度はより高いので、処理すべき物品の周囲の雰囲気に蒸気または水を供給することにより、物性に悪影響を及ぼすことなく、ガラス転移温度に迅速に達することができる。

さらに、製品は、ガラス転移温度以上では、「多孔質構造」を有し、この場合、処理すべき物品の母材における水の保持能力は低下し、物品の水透過性が増加する。

図３は、従来の焙煎（曲線「ＳＴＤ」）と本発明による焙煎（曲線「Ｎｅｗ」）期間に処理すべきバルク品内の水分の経時変化を示している。図３に示したように、本発明による方法が使用される場合、処理すべき物品内の水分は、ガラス転移温度に達するまで、（斜線で示された長方形内で）最初は一定に維持される。これに対して、蒸気が供給されない従来の焙煎の場合、食品製品における水分は継続的に減少する。従来の焙煎工程と比較して、本発明を使用する場合には、第１のステップでは乾燥は行われないが、焙煎製品をより迅速に目標温度に引き上げることができるので、工程全体をより迅速に実施することができる。引き続き行われる乾燥は、ガラス転移温度以上では、その製品特性により、より迅速に行うことができる。このことは、図３の所定のパターンで示された長方形に示されている。製品の水透過性が上昇したので、製品の構造破壊なしに、乾燥はより迅速に達成され得る。

焙煎中に水分を維持することにより、焙煎しても原材料の質感をさらに維持することができ、これにより製品の質感を同様に維持しながら、焙煎の風味を得ることができる。

さらに、所定の温度および水分で、所定の期間、熱処理、特に焙煎を実施することが有利である。このことは、図４に例示されている。この例では、約１４％の水分からスタートして、温度は最初に上昇し、同時に水分は減少する。曲線「Ｎｅｗ」によって、図４に示された本発明の態様によれば、枠により図示された期間中、所望の温度に達すると、水の分圧は、処理チャンバ内への水または水蒸気の供給により、製品水分を一定の温度で一定に維持するように、例えば制御される。図３につき前述したように、乾燥は、所望の保持時間の終了後にのみ行われる。従来の方法（図４の曲線「ＳＴＤ」）とは異なり、本発明による方法を使用する場合、温度だけではなく、製品水分も、全体として、および個々のバルク品内でも保持期間中、一定に維持される。

特定の製品、例えばコーヒーまたは穀類が焙煎される際には、熱処理の特定の工程段階で、重要な形態変化が生じる場合があり、これは例えば、コーヒー焙煎中に生じるいわゆる「亀裂」のように、顕著な風味の変化につながる。さらに、発熱反応を有する焙煎工程は、熱分解プロセスの危険を伴い、これは収量損失（「ブラックモルト」）につながる恐れがある。このような反応も、本発明による計画的な水の分圧の制御により制御することができ、オンラインで監視することができ、本発明によるセンサ、特に濃度センサによって回避することができ、結果として収量を上げることができる。

図５には、様々な温度の適用による、従来の方法（「ＳＴＤ」）および本発明による方法（「Ｎｅｗ」）を使用して行われた焙煎により得られた収量（「抽出乾燥物」）を示している。所望の収量は、斜線で示した長方形により示されている。従来の方法では、得られる収量は、処理期間に依存するだけでなく、使用される温度にも大きく依存している。図示されているように、従来の方法を使用した場合、例えば約５℃だけの僅かな温度上昇で既に、収量が大きく減じられる場合がある。これは、温度が高いほど、作用を受けた物品の使用を不可にする熱分解反応の危険性を含むという事実によるものである。

このことは、本発明による水の分圧の制御により回避することができる。水分雰囲気における処理の利用により、大きな収量損失なしに明らかに異なる温度で所望の焙煎を実施することもできる。物品の密度を付加的に監視することにより、処理チャンバにおける水分の増加により熱分解の開始をさらに検出し、回避することができる。

さらに、本発明による方法によって、露点を利用して水分損失なしに所定の製品温度を正確かつ迅速に調節できる。すなわち、所望の温度で水が凝縮するように条件が設定される。これは、保存のための方法、すなわち低温殺菌および滅菌に関して特に重要であり、製品全体が所定の温度に十分長く供されることが保証されていなければならない。水分を含んだ高温空気の利用により、物品への急速なエネルギ伝達が可能となる。この高エネルギ収量は、処理チャンバ内の同時的な均一な温度を保証し、この均一な温度は、焙煎プロファイルの制御のために、または計画的な滅菌のためにも利用することができる。対流式の焙煎では、露点の調節には、上述したように、高温空気流への蒸気の供給により影響を与えることができる。露点を対応するように、例えば、低温殺菌のために９５±５℃に選択し、これにより水がこの温度で凝縮し、より迅速な熱転移が起こることにより、所望の温度が、バルク品全体においても支配することが保証される。したがって、例えばバルク品内で必要な温度の達成を確実にするために、より高い温度をより長い期間使用しなければならないところで、従来の方法における長い保持時間を回避することができる。

したがって、本発明による熱処理工程、特に焙煎工程の水分に基づく制御により、より良好な貯蔵寿命が得られる。特に製品の風味の発現にとって重要であるメイラード反応をより良好に制御することができる。さらに、乾燥を制御し、熱分解プロセスを回避することによって、形態学的変化を制御することにより、改善された収量を達成することができる。さらに、ガラス転移温度に達した場合、加熱中、およびそれに続く乾燥中のより高いエネルギ密度を利用することにより、より高速の焙煎を達成することができる。製品の色の発現は、初期温度に関わらず制御することができ、所望の製品温度は、乾燥作用なしに調節することができる。この方法により、製品の焙煎が可能であると同時に、原材料の質感を維持することができ、穏やかな焙煎により、例えばチョコレートにおける脂肪分の移動を減じることができる。

本発明による方法は、特に、従来の処理装置、すなわち処理チャンバ、特に焙煎チャンバまたは焙煎ドラム、処理チャンバ内に高温空気を供給するための供給空気ダクト、排出空気ダクト、供給空気ダクト内へ蒸気を供給するための装置を有した従来の処理装置を用いて実施することができる。例えば、ビューラーバース有限会社（Ｂｕｅｈｌｅｒ Ｂａｒｔｈ ＧｍｂＨ）の製品「Ｓｏｌａｎｏ」または「Ｔｏｒｎａｄｏ」が特に適している。使用される装置はさらに、以下の測定システムのうちの少なくとも１つを有していなければならない。

特にマイクロ波放射を利用して、食品製品の密度を求めるための手段、
特にマイクロ波放射を利用して、食品製品の水分含量を求めるための手段、
処理チャンバ内の相対空気湿度を求めるための手段、
供給空気湿度を求めるための手段、および
排出空気湿度を求めるための手段。

したがって、対応する制御された蒸気供給が可能であり、水分を監視するためのパラメータを、対応するセンサによって測定することができることが保証されなければならない。

Claims (11)

1. バルク食品製品、特に、カカオ、ナッツ、例えばアーモンド、ヘーゼルナッツ、ペカンナッツ、またはくるみのようなナッツ、コーヒー、種子、穀類、麦芽、ピーナッツ、ブラン、グレーン、またはひまわり種のような脂肪種子の、熱処理、特に焙煎を実施する方法であって、
   前記食品製品を熱処理のための所定の温度にさらし、
   前記熱処理中に前記食品製品が置かれている雰囲気中の水の分圧を制御して、前記熱処理の持続中、前記食品製品において実質的に均一な水分分布が生じるようにする、バルク食品製品の熱処理を実施する方法。
2. 前記熱処理中、前記食品製品からの計画的な水分流出を調節できるように、前記水の分圧を調節することができる、請求項１記載の方法。
3. 前記水の分圧を、前記雰囲気中の相対空気湿度、および／または前記食品製品の水分含量および／または密度の測定に基づいて制御し、前記水分含量または密度の測定を、特にマイクロ波放射または容量センサを使用して実施する、請求項１または２記載の方法。
4. 予め設定された温度を達成するために、かつ／または予め設定された温度を維持するために、前記雰囲気に高温空気を供給し、前記水の分圧を、特に供給空気の水分、および／または高温空気流の排出空気に基づき制御する、請求項１から３までのいずれか１項記載の方法。
5. 前記水の分圧の前記制御を、前記雰囲気への蒸気の計画的な供給により、前記熱処理の前に、かつ／または前記熱処理中に行う、請求項１から４までのいずれか１項記載の方法。
6. 前記熱処理中、前記食品製品内に、温度の、特に９０℃〜２３０℃の温度の実質的に均一な分布が存在している、請求項１から５までのいずれか１項記載の方法。
7. 前記熱処理中に維持される温度は、露点温度または前記食品製品のガラス転移温度である、請求項６記載の方法。
8. 前記熱処理の持続を、前記食品製品の密度の測定に基づき制御する、請求項１から７までのいずれか１項記載の方法。
9. 前記食品製品を、前記熱処理後に乾燥させ、前記雰囲気中の前記水の分圧は好適には、乾燥中は、前記熱処理中の前記雰囲気中の前記水の分圧よりも低くする、請求項１から８までのいずれか１項記載の方法。
10. 前記食品製品を、前記熱処理後に乾燥させ、前記雰囲気中の前記水の分圧を、乾燥中に、前記食品製品内の密度変化に基づき制御する、請求項１から９までのいずれか１項記載の方法。
11. 請求項１から１０までのいずれか１項記載の方法を実施するための装置であって、前記装置は、処理チャンバ、特に焙煎チャンバまたは焙煎ドラムと、前記処理チャンバ内に高温空気を供給するための供給空気ダクトと、排出空気ダクトと、前記供給空気ダクト内に蒸気を供給するための手段とを有しており、
    前記装置はさらに、以下の測定手段、すなわち、
    特にマイクロ波放射を利用して、前記食品製品の密度を求めるための手段、
    特にマイクロ波放射を利用して、前記食品製品の水分含量を求めるための手段、
    前記処理チャンバ内の相対空気湿度を求めるための手段、
    供給空気湿度を求めるための手段、および
    排出空気湿度を求めるための手段、
    のうちの少なくとも１つを有している、請求項１から１０までのいずれか１項記載の方法を実施するための装置。