JP2023104664A - 食品製造装置、食品製造方法、冷却治具 - Google Patents

Abstract

【課題】主原料に対して副原料を添加可能な技術を提供する。【解決手段】内部に投入された植物性蛋白を含む原料を加熱混錬するエクストルーダー１０と、加熱混錬がなされた混錬物に対して前記原料とは異なる副原料を添加する添加装置２０とを備える。【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、押出機を用いて食品を製造する技術に関する。

従来、動物性蛋白の安価な代替物として植物性蛋白からなる蛋白食品が製造されている。このような植物性蛋白食品は、植物性蛋白を主成分とする大豆粉末等を原料とし、押出機（エクストルーダー）を用いて高熱高圧下で混錬を行うことにより製造する手法が広く実施されている。この手法によれば、繊維状の組織を有して肉様の食感を実現することができ、多様な用途に供することができる。

この種の技術として、下記特許文献１に示される処理方法が知られている。この処理方法は、原料を、水とともにエクストルーダーを用いて加圧加熱下に混捏し、これを先端ダイから円周方向に押出成型したのち、この成型物を押出方向に対して平行方向に切断することを特徴としている。この方法によれば、繊維状構造に優れた食品素材を得ることができる。

特開昭６１－１０８３３８号公報

本発明が解決しようとする課題は、主原料に対して副原料を添加可能な技術を提供することにある。

上述した課題を解決するため、本発明の一態様は、内部に投入された植物性蛋白を含む原料を加熱混錬する加熱混錬部と、加熱混錬がなされた混錬物に対して前記原料とは異なる副原料を添加する添加部とを備えることを特徴とする。

本発明によれば、主原料に対して副原料を添加可能な技術を提供することができる。

実施形態に係る食品製造装置の構成を示す概略図である。 実施形態に係る食品製造装置が備える冷却ダイを示す平面図である。 実施形態に係る冷却ダイを示す側面図である。 実施形態に係る冷却ダイを示す正面図である。 図３に示されるＡ－Ａ線断面図である。

以下、本発明の実施形態について図面を参照しつつ説明する。本実施形態においては、植物性蛋白食品を製造する食品製造装置に本発明を適用した場合を例にとり説明を行う。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。

（全体構成）
本実施形態に係る食品製造装置の全体構成について説明する。図１は、本実施形態に係る食品製造装置の構成を示す概略図である。図１に示されるように本実施形態に係る食品製造システム１は、エクストルーダー１０と、添加装置２０と、制御装置３０とを備える。

エクストルーダー１０は、主原料に対してエクストルーダー処理（エクストルージョンクッキング）を行うことにより繊維状の組織を有する肉様の植物性蛋白食品（例えば大豆ミート）を得るものである。本実施形態におけるエクストルーダー１０は、上流側の上部にホッパ１１が設けられたシリンダ（バレル）１２を有し、シリンダ１２内に２つのスクリュ１３を有する二軸型となっている。なお、図１では、エクストルーダー１０の側面が示されており、そのため２つのスクリュ１３における一方のみが示されている。２つのスクリュ１３それぞれの外周面には螺旋状の翼が形成されており、この２つのスクリュ１３が回転することによりホッパ１１に投入された主原料と水等の混合物を混錬し、上流から下流にかけて搬送する。搬送時にはシリンダ１２内において加熱加圧がなされ、適宜水等の流体の供給も可能となっている。

また、エクストルーダー１０は、その下流部分、即ちシリンダ１２の吐出口１２１（図２参照）部分に、加熱混錬されスクリュ１３により押し出される混錬物を受容し、冷却して外部に吐出する冷却ダイ４０が着脱自在に取り付けられている。冷却ダイ４０の詳細な構造については後に詳述する。なお、二軸型ではなく一軸型のエクストルーダーを用いてもよいが、主原料から繊維状の組織を得るためには、高い剪断力により強く組織化を行うことができる二軸型エクストルーダーを用いることが好ましい。

エクストルーダー１０に投入される主原料は、植物性蛋白を主成分とするものである。このようなものとしては、大豆蛋白粉や脱脂大豆粉等の大豆蛋白を用いる粉体であることが好ましい。その他、菜種、綿実、落花生、ゴマ、向日葵、コーン、豆類、花類、ナッツ類等の油糧種子の蛋白や、米、大麦、小麦等の穀物種子の蛋白、乳ホエイ蛋白、それらの混合物等を用いても良い。

エクストルーダー１０によるエクストルーダー処理を簡単に説明する。先ず不図示の加熱装置によりシリンダ１２内が加熱された後、ホッパ１１に主原料及び適量の水などの混合物が投入され、これらがシリンダ１２内においてスクリュ１３が回転することにより加熱加圧、つまり高温高圧下において混錬される。この混錬により高い剪断力が混合物に加わることとなる。スクリュ１３の回転に応じて上流から下流（図１中右側から左側）に搬送混錬された混合物（以後、混錬物と称する）は、シリンダ１２の吐出口１２１（図２参照）から冷却ダイ４０に流入し、冷却ダイ４０により冷却された後にその吐出口４４５（図２参照）から吐出される。この冷却ダイ４０による混錬物の冷却により、当該混錬物の膨化が抑えられ、緻密でかつ方向性に優れた組織を有する良好な植物性蛋白食品を得ることができる。

添加装置２０は、一端が冷却ダイ４０に連結された５つの導管２１ａ～２１ｅ（図２参照：以後、これらを区別しない場合は導管２１と称する）と、各導管２１の他端と連結されたポンプ２２とを備える。添加装置２０は、不図示の容器に貯留された副原料を、ポンプ２２により導管２１を介して冷却ダイ４０内に注入することにより、混錬物に添加することができる。導管２１は、可撓性を有する中空のゴムチューブ等を用いるとよい。

ポンプ２２は、混錬物のポンプ２２への逆流が生じない程度の圧力で流体を冷却ダイ４０に送出可能なダイヤフラムポンプが用いられることが好ましい。なお、ダイヤフラムポンプに限定するものではなく、副原料を冷却ダイ４０に送出可能なものであれば、どのようなものを用いてもよい。ポンプ２２は、本実施形態においては複数の導管２１のそれぞれに対して個別に副原料を送出することができる。つまりポンプ２２は、後述する制御装置３０に駆動制御されることにより、副原料を送出する導管２１を選択的に切り替えることができる。当然、ポンプ２２は全ての導管２１に対して副原料を送出するようにしてもよい。なお、ポンプ２２は、副原料が複数種類ある場合には、それら複数の副原料を個別に送出可能とすることが好ましい。また、１つの導管２１に対して１つポンプが設けられる形態としてもよい。

混錬物に添加される副原料としては、牛脂やラード等の動物性油脂、コーン油や大豆油、菜種油、ヤシ油、パーム油等の植物性油脂が挙げられ、液状のものを用いることが好ましい。その他、食品の味や香り、刺激、食感、温冷感を変化させる食塩（食塩水）や甘味料等の調味料を用いても良い。

制御装置３０は、エクストルーダー１０及び添加装置２０の駆動制御を行うものであり、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）と、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）と、フラッシュメモリ等の記憶装置とを有して作業者が操作可能な情報処理装置として構成することが好ましい。制御装置３０は、不図示の制御盤を有しており、作業者は制御盤を操作することによりエクストルーダー１０や添加装置２０のＯＮ／ＯＦＦや各種設定変更等を行うことができる。

制御装置３０におけるエクストルーダー１０の駆動制御としては、シリンダ１２の内部温度制御、シリンダ１２内に注入する水量制御や注入タイミング制御、スクリュ１３の回転速度制御や回転開始／終了タイミング制御等が挙げられる。制御装置３０における添加装置２０の駆動制御としては、使用する導管２１の選択や、副原料の注入量制御、注入開始／終了タイミング制御等が挙げられる。

使用する導管２１の種類（位置、個数）や副原料の注入量（注入圧力）等の条件は、添加条件情報として記憶装置に書き換え可能に格納されることが好ましい。作業者が添加条件情報の設定を適宜所望の値に書き換えることにより、制御装置３０は作業者の望む条件で適切に副原料を混錬物に添加することができる。なお、副原料が複数種類ある場合、添加条件情報として副原料の種類も設定可能であることが好ましい。制御装置３０は、エクストルーダー１０の駆動制御と並行して、添加情報に応じて添加装置２０を駆動制御し、添加条件情報に示される導管２１から所望の副原料を混錬物に対して添加することができる。

なお、導管２１が１つである場合または複数の導管２１全てから副原料が送出される場合、添加条件情報を用いなくても良い。この場合、制御盤においては添加装置２０のＯＮ／ＯＦＦのみが選択可能となっており、作業者がエクストルーダー１０を稼働させた後、添加装置２０をＯＮとすることで、添加装置２０をＯＦＦとするまで所定の圧力で副原料を送出し続けることとなる。

また、製造する蛋白食品の種類毎に、主原料と副原料との組み合わせ種類と、主原料及び副原料の量と、添加条件情報とがそれぞれ対応付けられたテーブルを記憶装置に格納しておき、作業者が所望の蛋白食品を選択することにより、当該テーブルが読み出され、制御装置３０により自動にエクストルーダー１０及び添加装置２０が駆動制御されるようにしてもよい。

次に、本実施形態に係る冷却ダイ４０を、図２～図５を参照して説明する。図２～図４は、それぞれ本実施形態に係る冷却ダイを示す平面図、側面図、正面図である。図５は、図３に示されるＡ－Ａ線断面図である。なお、図２では、冷却ダイ４０が取り付けられるエクストルーダー１０の一部が二点鎖線により仮想的に示されている。また、図４は、冷却ダイ４０の吐出口４４５側を正面として見た図となっており、図３は冷却台４０の正面に向かって右側方から見た図となっている。

図２～図５に示されるように、冷却ダイ４０は、中空のリング状に形成されたブレーカリング４１と、ブレーカリング４１の下流側に位置する中空の冷却器４２とから構成されている。

ブレーカリング４１は、シリンダ１２の吐出口１２１の周縁部に対して着脱自在に構成されており、その環状の内部空間４１１がシリンダ１２の吐出口１２１と気密に連通する。なお、ブレーカリング１４１の内部空間４１１は、シリンダ１２の吐出口１２１と同径に形成されており、したがってスクリュ１３により搬送される混錬物がそのままブレーカリング１４１内に流入することができる。ブレーカリング４１の周面上部には、内部空間４１１と連通する注入孔４１２が穿設されている。注入孔４１２には、導管２１ａが連結されており、これにより導管２１ａからの副原料を内部空間４１１内の混錬物に添加することができる。

冷却器４２は、リング状の基部４３と、上流側端部が基部４３と一体的に接続された中空角柱状の冷却体４４とを備える。基部４３及び冷却体４４は、それぞれ上下に分離可能に構成されている。具体的には、基部４３は、上下に互いに接合する半円状の半円プレート４３１，４３２とから構成される。半円プレート４３１，４３２のそれぞれは、それらの接合面中央に前後方向（シリンダ１２の延在方向）に延在すると共に、前方、即ち下流側に向かうにつれて左右方向幅が漸次縮小する溝を有するよう形成されており、したがって互いに接合した際に対向する２つの溝により内部空間４３３が画成される。なお、半円プレート４３１，４３２の接合面は、一方が他方に強固に嵌合する所謂インロー形状に形成されることが好ましい。

内部空間４３３は、上流側に拡径部分を有しており、この拡径部分にブレーカリング４１の上流側端部が気密に嵌合することでブレーカリング４１の内部空間４１１と連通する。また、内部空間４３３は、その拡径部分より下流側において、下流側に向かうにつれて漸次縮径して冷却プレート４４の内部空間４４３に連通するよう形成されており、これにより流入された混錬物が下流に流動するに従い高い剪断力を加えることができる。

冷却体４４は、上下に互いに接合する冷却プレート４４１，４４２とから構成される。冷却プレート４４１，４４２のそれぞれは、それらの接合面中央に前後方向に延在する溝を有する縦断面コ字状に形成されており、したがって互いに接合した際に対向する２つの溝により内部空間４４３が画成される。本実施形態において冷却プレート４４１，４４２は、複数ある六角のクランプボルト４４４により互いに締着されることで接合されており、これらクランプボルト４４４の取り外しまたは螺合により容易に分解組立可能となっている。内部空間４４３は、その上流側において基部４３の内部空間４３３と連通すると共に、下流側が吐出口４４５となっている。内部空間４４３及び吐出口４４５は、前後方向及び左右方向に延在する薄板状に形成されており、これにより吐出口４４５から吐出される混錬物は薄板状に形成されることとなる。本実施形態においては、内部空間４４３及び吐出口４４５のサイズは、図４に示されるように上下方向長さＬ１が４ｍｍ、左右方向長さＬ２が３５ｍｍに形成されている。

冷却プレート４４１，４４２のそれぞれには、水または不凍液等の冷媒が流入可能な４つの第１～第４冷却室４４６ａ～４４６ｄが内部に設けられており、これら第１～第４冷却室４４６ａ～４４６ｄは第１から第４まで１つの経路を形成するように連結されている。冷却プレート４４１の上面および冷却プレート４４２の下面には、それぞれの第１冷却室４４６ａ及び第２冷却室４４６ｄに連通する冷媒入出孔４４７が穿設されている。これら２つの冷媒入出孔４４７には、不図示の導管が接続されており、冷媒が一方に供給され他方から排出させることにより、冷媒と混錬物との熱交換を促進させて当該混錬物を良好に冷却することができる。冷媒はエクストルーダー１０において用いられる水を流用してもよく、別装置としてのポンプにより冷媒を注入するようにしてもよい。いずれにしても、制御装置３０により冷媒の注入量、注入開始／終了のタイミングが制御可能であることが好ましい。

また、冷却プレート４４１の上部には、それぞれ内部空間４４３と連通する４つの注入孔４４８が、上流から下流にかけて穿設されている。これら注入孔４４８には、上流から下流にかけて導管２１ｂ，２１ｃ，２１ｄ，２１ｅが個別に連結されており、これにより導管２１ｂ～２１ｅからの副原料を内部空間４４３内の混錬物に添加することができる。このように注入孔４４８が、前後方向において位置が異なるように穿設され、また導管２１ａに連結された注入孔４１２は、導管２１ｂに連結された注入孔４４８よりも上流側に位置するため、冷却ダイ４０は、上流から下流にかけて複数の異なる位置において、副原料を混錬物に添付することが可能となっている。上流から下流にかけて冷却ダイ４０内の混錬物の温度は低下することとなる。したがって本実施形態によれば、混錬物の温度がそれぞれ異なる位置で副原料を添加することができ、製造される植物性蛋白食品の状態を適宜変更することができる。

さらに、冷却プレート４４１には、内部空間４４３の温度及び圧力を検知可能なセンサ５０が取り付けられている。センサ５０は、有線または近距離無線接続により制御装置３０に対して検知結果を送信する。制御装置３０は、送信された検知結果に基づいて、冷媒の注入量や副原料の注入量、エクストルーダー１０の諸条件（スクリュ回転数やシリンダ温度、主原料や水の投入量）が許容範囲内となるように調整可能なフィードバック制御を行うことができる。このようなフィードバック制御としては、例えば内部空間４４３の温度及び圧力について予め許容範囲が設定されており、検知結果がその許容範囲を逸脱する場合、制御装置３０が諸条件に関する制御量を調整することが一例として挙げられる。

次に、本実施形態に係る食品製造装置１の動作（食品製造方法）について説明する。先ず、作業者により制御装置３０が操作され、エクストルーダー１０によりエクストルーダー処理が実行される。当該処理と同期して制御装置３０は、添加条件情報を記憶装置から読み出す。その後、制御装置３０は、読み出した添加条件情報に基づいて、シリンダ１２内にて混錬物が生成されて冷却ダイ４０にまで搬送されるタイミングにおいて導管２１から副原料を送出し、混錬物に添加する。副原料が添加された混錬物は、エクストルーダー１０により冷却ダイ４０の吐出口４４５から吐出され、これにより植物性蛋白食品を得ることができる。

以上に説明した本実施形態によれば、冷却ダイ４０により冷却される混錬物に副原料を注入することが可能となる。したがって、製造される蛋白食品に対して多種多様な加工を施すことができる。また、冷却ダイ４０の内部空間４４３では、上流から下流に行くほど低温となるため、副原料の注入位置を複数設けることにより、混錬物に対して異なる温度状態時に添加物を注入させることが可能となる。これによれば、例えば副原料を油とすることにより、製造される蛋白食品の油のさし量を調節するなどが可能となる。また、冷却プレート４４１，４４２それぞれにおいて第１～第４冷却室４４６ａ～４４６ｄが設けられ、双方において冷媒の供給、排出がなされるため、極めて高い冷却能力を実現できる。

なお、本実施形態においては、制御装置３０が添加装置２０を駆動制御すると説明したがこれに限定するものではない。あくまで制御装置３０はエクストルーダー１０の駆動制御を行うものとし、添加装置２０を作業者が手動で駆動させてもよい。この場合、添加装置２０に制御盤を設け、添加装置２０側で添加条件情報の設定入力等を受け付け、添加装置２０の記憶装置に格納可能とすることが好ましい。なお、添加装置２０を作業者が単に電源ＯＮ／ＯＦＦするのみで副原料を送出する簡単な構成としてもよい。

また、本実施形態においては、内部空間４４３及び吐出口４４５の形状が薄板状に形成されると説明したがこれに限定するものではない。例えば真円形、楕円形、中空円形、長円形などの丸系型、スリット形、三角～八角形などの角形型、星型、十字型等、内部空間４４３及び吐出口４４５は多様な形状をとることができる。

また、本実施形態においては、添加装置２０の導管２１と冷却ダイ４０の注入孔４４８との組を５つ設けると説明したが、これに限定するものではない。これらの組は１つ以上設けさえすれば混錬物に対して副原料を添加可能であることは言うまでもない。

本発明は、その要旨または主要な特徴から逸脱することなく、他の様々な形で実施することができる。そのため、前述の実施形態は、あらゆる点で単なる例示に過ぎず、限定的に解釈してはならない。本発明の範囲は、特許請求の範囲によって示すものであって、明細書本文には、何ら拘束されない。更に、特許請求の範囲の均等範囲に属する全ての変形、様々な改良、代替および改質は、全て本発明の範囲内のものである。

１ 食品製造装置
１０ エクストルーダー（加熱混錬部）
２０ 添加装置（添加部）
２１ａ～２１ｅ 導管（添加部）
４０ 冷却ダイ（冷却部、冷却治具）
４２ 冷却器（冷却部）
４４ 冷却体（冷却部）
４４８ 注入孔（副原料注入部）

Claims (6)

1. 内部に投入された植物性蛋白を含む原料を加熱混錬する加熱混錬部と、
   加熱混錬がなされた混錬物に対して前記原料とは異なる副原料を添加する添加部と
   を備えることを特徴とする食品製造装置。
2. 前記加熱混錬部は、上流から下流にかけて前記原料を混錬すると共に搬送するスクリュを有し、
   前記添加部は、前記スクリュよりも下流側において前記混錬物に対して前記副原料を添加する
   ことを特徴とする請求項１記載の食品製造装置。
3. 前記加熱混錬部の下流側に設けられ、該加熱混錬部から流入される前記混錬物を冷却する冷却部を更に備え、
   前記添加部は、前記冷却部に設けられる導管を介して、前記混錬物に前記副原料を添加する
   ことを特徴とする請求項１または請求項２記載の食品製造装置。
4. 前記導管は前記冷却部に複数設けられ、
   前記複数の導管のうち、少なくとも１つ以上の導管から前記副原料が吐出され前記混錬物に添加される
   ことを特徴とする請求項３記載の食品製造装置。
5. 加熱混錬部の内部に投入された植物性蛋白を含む原料を加熱混錬し、
   加熱混錬がなされた混錬物に対して前記原料とは異なる副原料を添加する
   ことを特徴とする食品製造方法。
6. 内部に投入された植物性蛋白を含む原料を加熱混錬し混錬物を生成する加熱混錬部の下流側に着脱自在に設けられ、該加熱混錬部から流入される前記混錬物を冷却する冷却部と、
   前記原料とは異なる副原料を前記混錬物に対して添加するために前記冷却部に設けられた副原料注入部と
   を備えることを特徴とする冷却治具。