JP2021016349A - Three-dimensional molding material and method for producing three-dimensional food - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、三次元成形材料及び三次元食品の製造方法に関する。 The present invention relates to a three-dimensional molding material and a method for producing a three-dimensional food product.
三次元プリンタの技術により複雑な三次元形状やテクスチャを有する立体的な三次元食品を成形する手法が提案されている(例えば特許文献1を参照)。この特許文献1に記載された手法では、バインダージェッティング方式で三次元食品の成形を行なっている。すなわち、成形槽内に食用の成形材料である粉体を層状にした複数の粉体層を順次に積層するように形成するとともに、1層の粉体層が形成されるごとに、当該粉体層に結合誘起液を供給し、この結合誘起液が供給された粉体層の部分に結合体を形成することによって、各粉体層の結合体が積層された三次元食品を形成している。 A method for molding a three-dimensional three-dimensional food having a complicated three-dimensional shape and texture by a three-dimensional printer technique has been proposed (see, for example, Patent Document 1). In the method described in Patent Document 1, three-dimensional food is molded by a binder jetting method. That is, a plurality of powder layers in which powder, which is an edible molding material, is layered are formed in a molding tank so as to be sequentially laminated, and each time one powder layer is formed, the powder is formed. By supplying a bond-inducing liquid to the layers and forming a bond in the portion of the powder layer to which the bond-inducing liquid is supplied, a three-dimensional food product in which the bonds of each powder layer are laminated is formed. ..
上記のように立体的な三次元食品を成形する場合では、可食性の粉体によって粉体層を形成する必要があるが、粉体層を形成することができない場合があった。なお、このような問題は、バインダージェッティング方式に限らず、粉体層を形成する場合に生じる。 In the case of molding a three-dimensional three-dimensional food as described above, it is necessary to form a powder layer with edible powder, but there are cases where the powder layer cannot be formed. It should be noted that such a problem occurs not only in the binder jetting method but also in the case of forming a powder layer.
本発明は、上記事情を鑑みてなされたものであり、立体的な三次元食品を成形する際に粉体層を形成することができる三次元成形材料及び三次元食品の製造方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and provides a three-dimensional molding material capable of forming a powder layer when molding a three-dimensional three-dimensional food, and a method for producing the three-dimensional food. With the goal.
本発明の三次元成形材料は、立体的な三次元食品の成形に用いられる可食性を有する粉体であり、安息角が43°以下である。 The three-dimensional molding material of the present invention is an edible powder used for molding three-dimensional three-dimensional foods, and has an angle of repose of 43 ° or less.
また、本発明の三次元食品の製造方法は、上記の三次元成形材料を層状に堆積させて粉体層を形成する粉体層形成工程と、前記粉体層の少なくとも一部の粉体を同一化して固化させた固化層を形成する固化工程とを有し、前記粉体層形成工程と前記固化工程とを繰り返すことにより、複数の前記固化層を積層した立体的な三次元食品を形成するものである。 Further, the method for producing a three-dimensional food product of the present invention includes a powder layer forming step of depositing the above-mentioned three-dimensional molding material in layers to form a powder layer, and at least a part of the powder in the powder layer. It has a solidification step of forming a solidified layer that has been identified and solidified, and by repeating the powder layer forming step and the solidifying step, a three-dimensional three-dimensional food in which a plurality of the solidified layers are laminated is formed. To do.
本発明によれば、三次元成形材料として安息角が43°以下である可食性の粉体を用いることにより、粉体層を形成することができ、三次元食品の三次元プリンタによる造形が可能になる。 According to the present invention, a powder layer can be formed by using an edible powder having an angle of repose of 43 ° or less as a three-dimensional molding material, and three-dimensional food can be molded by a three-dimensional printer. become.
図1において、本発明の実施形態に係る三次元成形材料(以下、単に成形材料という)10は、三次元食品成形装置としての例えばバインダージェッティング方式の三次元プリンタ12によって立体的な三次元食品(以下、造形物という)11を成形する材料として提供される。成形材料10は、後述するように安息角が所定の条件を満たしており、三次元プリンタ12において、粉体層14を形成することができる可食性を有する粉体である。
In FIG. 1, the three-dimensional molding material (hereinafter, simply referred to as a molding material) 10 according to the embodiment of the present invention is a three-dimensional food product obtained by, for example, a binder jetting type three-
成形材料10は、可食性を有する粉体であれば、その材料は特に限定されるものではない。成形材料10は、例えば、デキストリン、タンパク質、食物繊維、砂糖(粉糖)、ココア(ココアパウダ)、ぶどう糖(単糖)、糖アルコール、粉乳等の粉体、およびこれら粉体の混合物が挙げられる。このうちで、特に粉糖は、風味や口どけが良好である理由から好ましい。砂糖やデキストリンなどの単糖類から多糖類は、水を含むことで結着する性質があることから製造工程の面からも好ましい。また、成形材料10の粉体は、成分としてあるいは粉体として2種類以上のものを含んでもよく、食品添加物を成分としてあるいは粉体として含んでもよい。成形材料10である粉体は、比較的に粒径の小さな粉末、粉末よりも粒径の大きな顆粒等であってもよい。
The material of the
成形材料10としては、それについて測定される安息角が43°以下となるものが用いられる。安息角が43°以下の成形材料10は、流動性が良く、そのため均一で良好な粉体層14を形成することができる。成形材料10の安息角は、好ましくは31°以上43°以下の範囲内である。安息角が31°以上であれば、均一で良好な粉体層14を確実に形成することができる。均一で良好な粉体層14が形成できることにより、造形物11を良好に成形することができる。
As the
ここで、安息角は、重力場において、粉体(成形材料10)を、漏斗のようなものから水平面上に静かに落下させて堆積させたときに形成される山(円錐体)の稜線(母線)が水平面となす角度である。この安息角は、例えば粉体特性評価装置である「ホソカワ/ミクロン パウダテスタPT−E」(ホソカワミクロン株式会社製)を用いて、以下の測定条件で測定することができる。安息角の測定時における温度は23℃、湿度は20%とし、上記粉体特性評価装置付属の取り扱い説明書に従って測定を行う。具体的には、以下のように安息角を測定する。口径75mm、足径6mmの漏斗を使用し、漏斗の吐出口の先端から下方に70mmの高さに直径78mmの円形の台を配置し、漏斗の吐出口より粉体を台の上にゆっくりと落とす。台から粉体がこぼれ落ちるまで粉体を落とした後、分度器を用いて安息角を測定する。安息角は、このように2〜3回測定して得られる値を平均した値とする。 Here, the angle of repose is the ridgeline (conical body) of a mountain (conical body) formed when powder (molding material 10) is gently dropped onto a horizontal plane and deposited in a gravitational field. The bus angle) is the angle formed by the horizontal plane. This angle of repose can be measured under the following measurement conditions using, for example, "Hosokawa / Micron Powder Tester PT-E" (manufactured by Hosokawa Micron Co., Ltd.), which is a powder property evaluation device. The temperature at the time of measuring the angle of repose is 23 ° C., the humidity is 20%, and the measurement is performed according to the instruction manual attached to the powder characteristic evaluation device. Specifically, the angle of repose is measured as follows. Using a funnel with a diameter of 75 mm and a foot diameter of 6 mm, place a circular table with a diameter of 78 mm at a height of 70 mm below the tip of the funnel discharge port, and slowly pour powder onto the table from the funnel discharge port. Drop it. After dropping the powder from the table until the powder spills, measure the angle of repose using a protractor. The angle of repose is the average value of the values obtained by measuring 2-3 times in this way.
また、成形材料10は、それを用いて造形物11を成形した際に、その造形物11の表面の凹凸を抑制した滑らかな表面とする観点からは、レーザ回折法により測定される粒度分布の体積基準の累積95%径が537μm以下であることが好ましい。成形材料10における大きな粒径の粒子の割合が小さく、滑らかな表面の造形物11を成形できる。より好ましくは、レーザ回折法により測定される粒度分布の体積基準の累積95%径が537μm以下、累積50%径が198μm以下かつ累積15%径が78.5μm以下である。これにより、より滑らかな表面の造形物11を成形できる。レーザ回折法により測定される粒度分布の測定は、例えばレーザ回折式粒度分布測定装置「MASTERSIZER 3000」(Malvern製)で測定することができる。
Further, the
三次元プリンタ12は、図1に示されるように、成形槽21、粉体供給ヘッド22、バー23、プリントヘッド24等を備えている。成形槽21は、上面が開放した箱状であり、その内部には上下方向に移動自在な底板25が設けられている。底板25は、その上面は平坦な水平面にされている。この成形槽21は、図1の紙面垂直方向に幅を有し、底板25の移動で深さが変化する。粉体供給ヘッド22、バー23は、それぞれ主走査方向(成形槽21の幅方向)に延びている。バー23は、主走査方向に対して直交する水平方向である副走査方向(図1の左右方向)に移動自在に設けられている。プリントヘッド24は、主走査方向及び副走査方向にそれぞれ移動自在であり、副走査方向にはバー23とともに移動する。
As shown in FIG. 1, the three-
三次元プリンタ12で造形物11を成形する手順は、次の通りである。まず、成形槽21の深さが粉体層14の一層分の厚みと同じになるように、底板25の高さが調節される。この後に、粉体供給ヘッド22の底部に設けられた主走査方向に延びるスリットから、原料タンク(図示省略)から供給された成形材料10が吐出される。成形槽21の副走査方向の一端に接して設けられた受け台26の上方に粉体供給ヘッド22が配置されており、粉体供給ヘッド22から吐出された成形材料10は、受け台26に堆積される(図1(A))。
The procedure for molding the modeled
成形材料10が受け台26に堆積された後、バー23が成形槽21の一端側から他端側(この例で右端側から左端側)に向けて水平移動する(図1(B))。これにより、受け台26上の成形材料10が成形槽21内に展開される。このときに、バー23は、その底面が成形槽21の上端と同じ高さを移動する。このようにして、バー23が成形槽21の他端まで移動することで、底板25上に表面が平坦となった一層分の厚みを持った1層目の粉体層14を形成する。なお、図1では、受け台26と底板25との段差すなわち粉体層14の1層分の厚みを強調して描いてあるが、実際の段差は非常に小さい。したがって、バー23の副走査方向への移動により、堆積した成形材料10を成形槽21内に薄く層状に展開した(敷いた)状態にすることができる。
After the
上記のようにして1層目の粉体層14を形成した後、粉体層14の上方で、プリントヘッド24を主走査と副走査にそれぞれ移動して固化層28を形成する(図1(C))。プリントヘッド24は、主走査方向に1行分移動するごとに副走査方向の位置がずれるように移動する。このときプリントヘッド24は、上記粉体層14の形成の際にバー23とともに成形槽21の一端側から他端側に移動しているため、副走査方向には、成形槽21の他端側から一端側に移動する。
After forming the
そして、この移動中のプリントヘッド24から、成形すべき造形物11の1層目の粉体層14の位置における水平断面形状で固化液27が粉体層14に向けて吐出されて供給される。このように固化液27が供給された粉体層14の部分の粉体は、固化液27の作用によって同一化して固化して1層目の固化層28を形成する。これにより、造形物11の水平断面形状を有する1層目の固化層28が形成される。なお、粉体層14中の固化層28以外の部分は、粉体の状態を維持し、成形中において順次形成される各層の固化層28を支持する。
Then, the solidifying
固化液27としては、食品として無害であり、固化液27が供給された粉体層14の部分の粉体を同一化して固化するものであればよく、粉体の種類に応じたものを用いることができる。固化液27は、それが供給された部分の粉体中の粒子が溶融して同一化した後にそれらを固化させるものでもよい。また、固化液27は、粉体を構成する粒子同士の間に介在することで粉体を一体化するものでもよい。固化液27としては、例えば、水、グリセリン、アルコール等や、これら液体の混合物が挙げられる。
The solidifying
1層目の固化層28の形成後、粉体層14の厚み分だけ底板25が下げられた後、1層目と同様にして、粉体供給ヘッド22から受け台26に供給された成形材料10をバー23が副走査方向に移動して展開することにより、1層目の粉体層14の上面に2層目の粉体層14を形成する(図1(D))。2層目の粉体層14を形成した後には、プリントヘッド24を主走査方向及び副走査方向に移動させて、1層目の固化層28と同様に2層目の固化層28を形成する。以降、同様にして、粉体層14の形成と、粉体層14の粉体の一部を同一化して固化させた固化層28の形成とを交互に繰り返し行い、最終層の固化層28まで形成する(図1(E))。
After the solidified
最終層の固化層28が形成された段階で、成形槽21内の成形材料10である粉体中には、固化層28が積層された造形物11が作製されている。造形物11は、成形槽21内から取り出され(図1(F))、その表面に付着した成形材料10が除去される。なお、このような三次元プリンタ12及びそれによる成形手法は、周知の三次元プリンタのものと同様である。
At the stage when the solidified
上記三次元プリンタ12の構成は一例であり、上記のように安息角の条件を満たす成形材料10は、粉体層14を形成する各種の三次元プリンタに有用である。
The configuration of the three-
[実施例]
表1は、実施例としての成形材料10のサンプル1〜6について、安息角及び粒度分布と、粉体層14の形成適性及び成形される造形物11の表面粗さとの関係を調べた結果を示している。
[Example]
Table 1 shows the results of investigating the relationship between the angle of repose and the particle size distribution, the formation suitability of the
サンプル1〜4は、造粒機を用いて粉糖を顆粒にした顆粒粉糖A〜Dである。これらサンプル1〜4(顆粒粉糖A〜D)は、粒度分布が互いに異なるものとした。造粒機としては、転動流動コーティング装置MP-25(株式会社パウレック製)を用い、次の条件で粉糖を顆粒状にした。粒度分布は、スプレー流量の増減と造粒後の顆粒を篩にかけることで調整した。
給気風量:8.0m3/min
ローター回転速度:150rpm/min
給気、排気温度:70℃
製品温度:45℃
スプレー流量:150〜200g/min
Samples 1 to 4 are granulated powdered sugars A to D obtained by granulating powdered sugar using a granulator. These samples 1 to 4 (granular powdered sugars A to D) had different particle size distributions. As a granulator, a rolling fluid coating device MP-25 (manufactured by Paulek Co., Ltd.) was used, and powdered sugar was granulated under the following conditions. The particle size distribution was adjusted by increasing or decreasing the spray flow rate and sieving the granules after granulation.
Air supply air volume: 8.0m 3 / min
Rotor rotation speed: 150 rpm / min
Air supply and exhaust temperature: 70 ° C
Product temperature: 45 ° C
Spray flow rate: 150-200 g / min
サンプル5は、結晶セルロース(セオラスUF-F702(旭化成製))であり、サンプル6は、デキストリン(TK―16(松谷化学工業製))を用いた。 Sample 5 was crystalline cellulose (Theoras UF-F702 (manufactured by Asahi Kasei)), and sample 6 was dextrin (TK-16 (manufactured by Matsutani Chemical Industry Co., Ltd.)).
安息角の測定では、上記「ホソカワ/ミクロン パウダテスタPT−E」(ホソカワミクロン株式会社製)を用い、上述の測定条件の下で測定した。また、粒度分布は、上述のレーザ回折式粒度分布測定装置「MASTERSIZER 3000」(Malvern製)を用いて測定し、粒度分布の体積基準の累積15%径、累積50%径、累積95%径を求めた。粒度分布は、乾式測定したため溶媒は用いていない。測定した安息角を表1の「安息角」の欄に、また累積15%径、累積50%径、累積95%径を表1の粒度分布の「D15」、「D50」、「D95」の欄にそれぞれ示す。 The angle of repose was measured using the above-mentioned "Hosokawa / Micron Powder Tester PT-E" (manufactured by Hosokawa Micron Co., Ltd.) under the above-mentioned measurement conditions. The particle size distribution is measured using the above-mentioned laser diffraction type particle size distribution measuring device "MASTERSIZER 3000" (manufactured by Malvern), and the cumulative 15% diameter, cumulative 50% diameter, and cumulative 95% diameter of the volume standard of the particle size distribution are measured. I asked. The particle size distribution was measured dry, so no solvent was used. The measured angle of repose is shown in the "Angle of repose" column of Table 1, and the cumulative 15% diameter, cumulative 50% diameter, and cumulative 95% diameter are shown in the particle size distributions "D15", "D50", and "D95" in Table 1. Shown in each column.
また、サンプル1〜6のそれぞれについて、成形材料10として三次元プリンタ12の貯蔵タンクに2kgを投入し、造形物11の成形を試みた。三次元プリンタ12としては、Projet660(3Dsystems社製)を用いた。固化液27は、三次元プリンタの5個のプリントヘッド24のうちの1個を用い、その1個のプリントヘッド24から吐出するようにした。プリントヘッド24は、サーマル方式のものであった。三次元プリンタ12の成形槽21のサイズは、254mm×381mm×203mm(幅×奥行×高さ)である。また、粉体層14の厚みを0.1mmとした。固化液27としては、「3DS Cleaning Solution (ZC6)」を用いた。この固化液27の主成分は、水である。
Further, for each of the samples 1 to 6, 2 kg was put into the storage tank of the three-
上記三次元プリンタ12の稼働中に、粉体層14の形成される状態を観察し、形成状態を粉体層形成適性として4ランク(1〜4)に評価した。粉体層形成適性の評価結果を表1の「粉体層形成適性」の欄にランクの数字で示す。粉体層形成適性のランク1〜4の意味は次の通りである。
1:成形材料の流動性が良く均一な粉体層が形成された(最も良い)。
2:成形材料の流動性が比較的良くほぼ均一な粉体層が形成された(良い)。
3:成形材料に偏りが生じ均一な粉体層を形成できなかった。
4:成形材料の流動性が悪く粉体層を形成できなかった。
During the operation of the three-
1: A uniform powder layer with good fluidity of the molding material was formed (best).
2: The fluidity of the molding material was relatively good, and a substantially uniform powder layer was formed (good).
3: The molding material was biased and a uniform powder layer could not be formed.
4: The fluidity of the molding material was poor and the powder layer could not be formed.
サンプル1〜6について、いずれも成形を進めることができ、造形物11が得られた。このようにサンプル1〜6を用いて成形された各造形物11について、その表面の粗さを観察して、表面粗さとして4ランク(1〜4)に評価した。表面粗さの評価結果を表1の「表面粗さ」の欄にランクの数字で示す。表面粗さのランク1〜4の意味は次の通りである。なお、サンプル5については、固化液を供給しても、成形材料10が水(固化液)を吸収するだけで同一化が生じなかったため、表面粗さの評価結果をランク4とした。
1:造形物の表面に凹凸が少ない。
2:造形物の表面に凹凸がややあるが少ない。
3:造形物の表面に凹凸が多い。
4:造形物が脆く評価できなかった。
Molding could proceed for each of Samples 1 to 6, and a
1: There are few irregularities on the surface of the modeled object.
2: There are some irregularities on the surface of the modeled object, but there are few.
3: There are many irregularities on the surface of the modeled object.
4: The modeled object was fragile and could not be evaluated.
[比較例]
比較例としての成形材料のサンプル7、8についても、実施例と同様にして、安息角、粒度分布、粉体層形成適性を調べた。この結果を表1にあわせて示す。なお、サンプル7、8では、粉体層が形成されず、成形を進めることができなかったため、造形物11の表面粗さを評価しなかった。
[Comparison example]
The angles of repose, particle size distribution, and powder layer formation suitability of the molding material samples 7 and 8 as comparative examples were examined in the same manner as in the examples. The results are also shown in Table 1. In Samples 7 and 8, the surface roughness of the
サンプル7は、サンプル1〜4と同様に、上記造粒機を用いて粉糖を顆粒にした顆粒粉糖Eである。顆粒粉糖Eは、サンプル1〜4(顆粒粉糖A〜D)よりも、粒径の小さな粒子の割合の大きなものとした。サンプル8は、粉糖NSP(株式会社徳倉製)を用いた。 Sample 7 is granulated powdered sugar E obtained by granulating powdered sugar using the above-mentioned granulator as in Samples 1 to 4. The granulated powdered sugar E had a larger proportion of particles having a smaller particle size than the samples 1 to 4 (granular powdered sugars A to D). As sample 8, powdered sugar NSP (manufactured by Tokukura Co., Ltd.) was used.
なお、参考に油分の含有率が異なる2種類のココアパウダについて安息角を、同様に測定したところ、油分の含有率が12%のココアパウダの安息角は45°、22%のココアパウダの安息角は43°であった。 For reference, the angles of repose of two types of cocoa powder having different oil contents were measured in the same manner. The angle of repose of the cocoa powder having an oil content of 12% was 45 °, and the angle of repose of the cocoa powder having an oil content of 22% was 43. It was °.
表1の粉体層形成適性の評価結果より、安息角が43°以下の成形材料10であれば均一な粉体層14を形成できることがわかる。また、安息角が31°以上43°以下の範囲内であればより良好な粉体層14を形成できることがわかる。
From the evaluation results of the powder layer formation suitability in Table 1, it can be seen that a
また、表面粗さの評価結果より、粒度分布の体積基準の累積95%径が537μm以下であることが好ましく、より好ましくは粒度分布の体積基準の累積50%径が198μm以下かつ累積15%径が78.5μm以下であることがわかる。例えばサンプル1〜4、7からわかるように、成形材料10に含まれる大きな粒径の粒子の割合が大きくなると、安息角が小さくなり粉体層形成適性が向上する傾向が見られる。一方で、成形材料10に含まれる大きな粒径の粒子の割合が小さくなると、造形物11の表面粗さが小さく(表面が滑らかに)なる。このため、滑らかな表面を有する造形物11や緻密な造形物11を成形する観点からは、上記のような粒度分布であることが好ましいことがわかる。
Further, from the evaluation result of the surface roughness, it is preferable that the cumulative 95% diameter of the volume standard of the particle size distribution is 537 μm or less, and more preferably the cumulative 50% diameter of the volume standard of the particle size distribution is 198 μm or less and the cumulative 15% diameter. Is 78.5 μm or less. For example, as can be seen from Samples 1 to 4 and 7, when the proportion of particles having a large particle size contained in the
10 三次元成形材料
11 三次元食品
12 三次元プリンタ
14 粉体層
27 固化液
28 固化層
10 Three-
Claims (5)
前記粉体層の少なくとも一部の粉体を同一化して固化させた固化層を形成する固化工程と
を有し、
前記粉体層形成工程と前記固化工程とを繰り返すことにより、複数の前記固化層を積層した立体的な三次元食品を形成する
ことを特徴とする三次元食品の製造方法。
A powder layer forming step of forming a powder layer by depositing the three-dimensional molding material according to any one of claims 1 to 4 in layers.
It has a solidification step of forming a solidified layer in which at least a part of the powder of the powder layer is unified and solidified.
A method for producing a three-dimensional food product, which comprises repeating the powder layer forming step and the solidifying step to form a three-dimensional three-dimensional food product in which a plurality of the solidified layers are laminated.
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