JPWO2019049941A1 - ブロック状食材を組み合わせて三次元造形された食品及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
食品3Dプリンタには、大きく分けて2種類のものがある。1つは、ペースト状にした食品をシリンジに詰め、押し出して積層するタイプであり、もう1つは、砂糖などの粉末状の材料を水や油などで固めて積層するタイプである。
例えば、国際公開第2015/106059号公報は、三次元食品の製造方法であって、所定の量の多糖と単糖とを含む食品材料を、三次元食品を記述するデジタルデータに従って連続層として堆積し、堆積した層の特定の領域に可食性バインダを適用する方法を開示している。
しかしながら、この方法は、砂糖をベースにした特殊な食用原料を使用するものであって、この方法により造形することのできる食品は、砂糖菓子のようなものに限られる。
本発明はまた、例えば介護食として、嚥下しやすい硬さや必要とされる栄養素を備える食品を個別に調整することが可能な、三次元造形された食品及びその製造方法を提供することを目的とするものである。
本発明はさらに、例えば宇宙食として、限られた空間の中でも個人の好みに応じて組み合わされた様々なバリエーションの食事をすることを可能とするような、三次元造形された食品及びその製造方法を提供することを目的とするものである。
前記ブロック状食材は、一辺の長さが1mm〜10mmの略立方体の形状を有し、
複数の前記ブロック状食材が相互に所望の位置関係となるように組み合わせて配置され、互いに接合することにより造形された三次元構造を有する、
ことを特徴とする、前記食品である。
前記ブロック状食材を、流動性のある原料を硬化させてなるものとすることができる。
この場合、流動性のある原料を、チョコレート、あめ、ゼリー又は羊羹とすることができる。
さらに、前記複数のブロック状食材を、前記流動性のある原料を硬化させるための型の形状に対応する形状を有するものとすることができる。
本発明の食品は、前記ブロック状食材を互いに接合するための食用糊を含むものとすることができる。
この場合、前記食用糊が、ゼラチン、エディブルグルー、及びゼラチンからなる群から選ばれるものとすることができる。
本発明の食品は、前記複数の前記ブロック状食材の所望の位置関係が、予め作成された3Dデータに基づいて決定されたものとすることができる。
一辺の長さが1mm〜10mmの略立方体の形状を有する、複数のブロック状食材を用意する工程、
前記複数のブロック状食材を、相互に所望の位置関係となるように組み合わせて配置する工程、
配置された前記複数のブロック状食材を互いに接合させて、三次元構造を有する食品とする工程、
を含むことを特徴とする、前記製造方法である。
本発明の製造方法では、流動性のある原料を硬化させて、前記複数のブロック状食材を用意することとすることができる。
この場合、前記流動性のある原料を、チョコレート、あめ、ゼリー又は羊羹とすることができる。
さらに、前記流動性のある原料を、前記複数のブロック状食材の形状に対応する形状を有する型に入れて硬化させることとすることができる。
本発明の製造方法では、配置された前記複数のブロック状食材を、食用糊により互いに接合させることとすることができる。
この場合、前記食用糊が、ゼラチン、エディブルグルー、及びゼラチンからなる群から選ばれるものとすることができる。
本発明の製造方法では、前記複数の前記ブロック状食材の所望の位置関係を、予め作成された3Dデータに基づいて決定することとすることができる。
また、三次元構造を有する食品に造形する際、三次元構造の内部の一部に空間ができるようにブロック状食材を組み合わせて配置することなどにより、所望の食感や味わいを有する食品をデザインすることができる。さらには、従来無かったような食品を創成することも可能であり、食品に関するアミューズメントへの活用も期待できる。
本発明の食品及びその製造方法は、使用するブロック状食材を工夫することにより、ブロック状食材から構成される三次元構造を有する食品の栄養成分をデザインすることが可能なものであるため、宇宙食、健康食への適用が期待できる。
さらに、本発明は、従来技術では取り扱うことのできなかったような非常に柔らかい食材であっても、ブロック状に成形し接合できれば、三次元構造を有する食品に造形することを可能とするものであり、病院食や介護食への適用が期待できる。
本発明で使用するブロック状食材は、一辺の長さが1mm〜10mmの略立方体の形状を有するものである。
ブロック状食材の一辺の長さが1mm以上であれば、ブロック状食材を配置する際の取り扱いが容易となり、また10mm以下であれば、ブロック状食材で造形した食品が食べやすいサイズとなる。
ブロック状食材を略立方体の形状を有するものとすることにより、造形する食品のデザインの自由度が大きくなるほか、ブロック状食材を配置するのも容易となる。
ブロック状食材は、食材の種類などに応じて、次のような様々な方法により用意することができる。
肉や魚介類、豆腐やかまぼこなどの加工食品、野菜や果物などは、包丁や野菜カッター、エッグスライサーなど様々な種類のカッターを使用してこれらを切断することにより、本発明で使用可能なブロック状食材とすることができる。
例えば、商品名「アリゲーター」として販売されている野菜カッターは、カッター幅が6mm×6mmであって、ステンレス製の刃部を格子状に溝を切った樹脂製の本体に押しつけて野菜をカットするものである。この野菜カッターを使用すれば、例えばあらかじめ6mmの厚さにスライスしておいた野菜に刃を押し当てることにより、一辺の長さが6mmの立方体の形状を有するブロック状食材を野菜により作ることができる。野菜カッターは野菜全般やかまぼこなど、ある程度の硬さがある食品を用いてブロック状食材を作成するのに適している。
エッグスライサーは、5mm間隔で配列された金属製等のワイヤーをゆで卵などの食品に押し当てることにより、食品をカットするものである。例えば、食品をまず1回カットして厚さ5mmにスライスし、スライスした食品をスライス面に対して垂直にカットし、さらにこれを90度回転させて再度カットすることで、一辺の長さが5mmの立方体の形状を有するブロック状食材をゆで卵等により作ることができる。この方法は、ゆで卵やキウイフルーツなどの比較的軟らかい食品を用いる場合に適している。
本発明で使用可能なブロック状食材を、流動性のある原料を硬化させてなるものとすることができる。このような食材としては、チョコレートやあめなど、加熱すると溶融し、冷やすと固化する固体状食品、あるいはゼリーや羊羹など、寒天やゼラチン等のゲル化剤で固めたゼリー状食品などが挙げられる。流動性のある原料を硬化させて成形する食品は、所望の寸法及び形状を有するブロックが得られるような、ブロック状食材の形状に対応する形状を有する型を用意し、流動性のある原料を流し込むなどして型に入れ、硬化させた後に型から取り出すことにより、本発明で使用可能なブロック状食材とすることができる。
また、氷やドライアイスのように、造形する際にのみ存在し、その後消滅することによって食品内に空洞を形成するブロック状食材を用意することもできる。
ブロック状食材には、食材同士が接合しやすいように予め食用糊を塗布しておくことができる。塗布する糊の濃度を変えることで、糊の硬さが変わり食感に変化を持たせることができる。
また、ブロック状食材を配置する際の取り扱いを容易にするような成分を配合し、あるいは塗布することもできる。
さらに、ブロック状食材に、ビタミンや糖分などの栄養分をしみこませることで、食品に機能性を持たせたり、栄養の補給を容易にしたりすることが可能になる。あるいは保存性を向上させるような成分を追加することもできる。
食品によっては、スポンジのような多孔構造を持ったブロックを作ることで、体積を持ちながらも、カロリーの少ないダイエット食品を作ることもできる。一旦ブロックを作成してから、ドリル状の加工ツールで穴を空けることもできる。加工の際に生じた粉末は、再度ゲル化剤などで固めることでブロック状食材として再成形することが可能であり、食品ロスを少なくすることもできる。
(1)配置のためのデータの作成
ブロック状食材をどのように組み合わせて配置することにより食品を造形するかを決定するための3Dデータを予め作成し、予め作成された3Dデータに基づいてブロック状食材の所望の位置関係を決定することができる。
3Dデータは主に、三次元の立体形状を作成するソフトウェアである3D−CADを使用して作成する。3D−CADにはフリーのものから数百万円程度の高額なものまでたくさんの種類のものがある。3D−CADで作成した3Dデータは、ブロック状(ボクセル)に変換することが可能であるため、変換されたデータをブロック状食材に対応させることができる。
また、例えばアンドール(株)から販売されている「ぶろっくめーかー」(登録商標)は、初めからブロックを積み重ねて3Dデータを作成できるものであり、初心者でも操作が簡単である。更に、YGGDRASILL SOFTにより運用されている「ドット絵ナニカ」は、平面で書いたイラストからドット絵を起こすことが可能なものである。本発明に従ってブロック状食材をどのように組み合わせて配置することにより食品を造形するかを決定する際に、以上のような多くのソフトウェアを比較的簡単に入手することが可能であるため、個人が使いやすいソフトウェアを選んで使用することが、可能である。
現在流行しているゲームソフトウェアの中には、「マインクラフト」(登録商標)のように、仮想的な3D空間の中にユーザーが自由に立方体状のブロックを組み合わせて造形物を作って楽しむジャンルがある。このようなプログラムの中で作られた3Dデータを用いて、本発明に従ってブロック状食材を組み合わせて配置することにより食品を造形することにより、3Dデータを食品として表現するようなアミューズメントとすることが考えられる。これは、ユーザーが自由にデータを作ることができる一つの在り方である。Autodesk社は、このムーブメントに合わせて、ウェブベースで無料で使うことができる3D−CADソフトウェア(Tinkercad)を公開している。この3D−CADは、ソフトウェアの中で作成した造形物の3Dデータを「マインクラフト」(登録商標)に取り込める形で保存できる。このような3Dデータも、本発明に従ってブロック状食材を組み合わせて配置することにより食品を造形する際のデータとすることができる。
「マインクラフト」(登録商標)については、マイクロソフト社が、「マインクラフト」(登録商標)のゲームソフトを開発したMOJANG社を買収し、教育向けの無料バージョンの「マインクラフト」(登録商標)の公開を始めている。このように、教育分野での3Dデータに対する取り組みも進んでいることから、教育の現場で作成された3Dデータを、本発明に従ってブロック状食材を組み合わせて配置することにより食品を造形する際のデータとするような応用も考えられる。
予め作成したデータに従って、ブロック状食材を順次組み合わせて配置することができる。これは、人の手によって行うことも可能ではあるが、ロボットや三次元プロッタなどにより行うこともできる。
たとえば、近年では、「DOBOT」などの比較的安価な汎用のロボットアームを入手することが可能となっている。このようなロボットアームの先に、柔らかいハンド(エンドエフェクタ)を取り付けることにより、ブロック状の食材を掴み、三次元の所望の位置に配置して、三次元構造を有する食品を自動的に構成することが可能である。
配置された複数のブロック状食材を互いに接合させて、三次元構造を有する食品とする。接合は、ブロック状食材を組み合わせて配置する際に同時に行ってもよく、食品が造形された後に行ってもよい。さらには、ブロック状食材を組み合わせて配置する際に仮止めのような接合をし、食品が造形された後に最終的な接合を行ってもよい。
ブロック状食材の接合には、食用の糊を使用することができる。糊は食材の種類と組合せによって、食材が相互に接着しやすいものを選択するのがよい。表1に、ブロック状食材の種類と糊の組合せの例を示す。
羊羹やゼリーなどのべたべたしているもの同士の接着には、それほど接着力がないゼラチンを糊として使用することも可能である。ゼラチンを糊として使用しても、食感に影響を与えないため好ましい。
クッキーなどのざらざらしているもの同士の接着には、卵白と砂糖を混ぜて作るアイシングが適している。アイシングは、元々お菓子作りで糊代わりに使用されているものである。
豆腐などのすべすべしているもの同士、その他の組み合わせの接着には、より強力な接着力のエディブルグルーを使用するのが好ましい。
糊を使わずにはめ込むような凹凸構造やマジックテープ(登録商標)のような構造をあらかじめブロック状の食材に持たせる方法で物理的に接合することもできる。
所望により、造形した食品の後加工を行うこともできる。例えば食べ合わせの良い食品で、それぞれ鍵と鍵穴のような形をあらかじめブロック状食材で作っておくことで、一緒に摂取すると良い食べ物が簡単に判別できるようになり、逆に食べ合わせが悪いものの判別も簡単になる。
実際に食さなかったブロックをバラバラにして、再利用することで、食品ロスを無くすこともできる。
<ブロック状食材の作製>
3Dプリンタ(MakerBot社製Replicator2)により、図1(a)に示すようなブロック状食材の型の原型を作製した。この原型の各凸部は、一辺の長さが5mmの立方体の形状を有するものであった。立方体の数は5列10行の50個である。
次いで、この原型に食品用シリコーン(HTV-2000)を流し込み、図1(b)に示すようなブロック状食材のシリコーン型を作製した。
さらに、このシリコーン型を用いて、次の3種類のブロック状食材を作製した。
第1に、白い羊羹によるブロック状食材を作製した(図1(c))。
第2に、赤い羊羹によるブロック状食材を作製した(図1(d))。
第3に、チョコレートによるブロック状食材を作製した(図1(e))。
第1、2の羊羹は白あん100g、粉寒天1g、水75ccを鍋に入れ、かき混ぜながら加熱した。沸騰したら、ふきこぼれない程度の火力にし、1〜2分沸騰を続け、その後シリコーン型に入れて冷やし固めて作製した。第2の羊羹は沸騰させた後に、赤色の食紅で着色した後、シリコーン型に入れて冷やし固めた。
第3のチョコレートは板状チョコレートを湯煎で溶かし、シリコーン型に入れて冷やし固めて作製した。
5 mm角のシリコーン型で作製した本実施例のブロック状食材は、一辺の長さが約4mmの略立方体の形状を有するものであった。
まず、13×14の画素数を有する領域に、食品を造形するためのデータとなる画像を作成した(図2)。データの作成は、アンドール(株)から販売されている「ぶろっくめーかー」(登録商標)を使用して行った。
次いで、上記のように作製した3種類のブロック状食材を、画像データに対応する位置関係となるように組み合わせて配置した。
さらに、エディブルグルーによって配置されたブロック状食材を互いに接合させて、三次元構造を有する食品とした(図2)。
<ブロック状食材の作製>
実施例1で作製したブロック状食材の型を用いて、さらに追加の第4のブロック状食材(緑色の羊羹)を作製した。作製方法は緑色の食紅を使用した点を除き、第1、2の羊羹と同じである。
まず、図4(a)に示すような三次元画像データを作成し、これを分解して、ブロック状食材を配置する際に使用する各階層(図3A〜図3H)ごとの画像データを作成した。
次いで、上記のように作製したブロック状食材のうち第1、第3及び第4のブロック状食材を、隣接するブロック状食材同士をエディブルグルーによって接合させながら、画像データに対応する位置関係となるように組み合わせて配置した(図3A〜図3H)。
さらに、各階層ごとの画像データを合成して三次元画像データ(図4(a))とするのに対応する配置となるように、各階層ごとに配置された食材を積層して組み合わせて、図4(b)に示す正面、図4(c)に示す側面、及び図4(d)に示す背面を有する食品を造形した。
<ブロック状食材の作製>
実施例1で使用した熱溶解積層方式の3Dプリンタ(MakerBot社製Replicator2)に代えて、光造形方式の3Dプリンタ(Formlabs社Form2)を使用して、図5(a)に示すようなブロック状食材の型の原型を作製した。この原型の各凸部は、一辺の長さが6mmの立方体の形状を有するものであった。立方体の数は5列10行の50個である。光造形方式の3Dプリンタを使用することにより、さらに歪みの少ないブロックを作製することが可能となった(図5(b))。
また、この原型を設計する際(図5(c))、原型に食品用シリコーンを流し込んで作製するシリコーン型のブロックの表面が表面張力により広がってしまうことを防ぐため、シリコーン型の表面の縁の内側にアールがつくように設計した(図5(d))。
さらに、このシリコーン型を用いて、黄色、赤色、茶色、透明の4種類のブロック状食材を作製した。
黄色のブロック状食材は、市販のりんごジュース80cc、砂糖10g、ゼラチン10g、杏仁豆腐の素5gを鍋に入れ、かき混ぜながら80℃前後になるまで加熱し、80℃で2〜3分加熱し、その後シリコーン型に入れて作製した。
赤色及び茶色のブロック状食材は、黄色のブロック状食材と同様に加熱した後に、それぞれ赤色と茶色のジェル状着色料を入れて作製した。
透明なブロック状食材は、黄色のブロック状食材を作成する際に使用したりんごジュースの代わりに水を使用し、杏仁豆腐の素と着色料は入れずに作製した。他のブロック状食材を作製する際に杏仁豆腐の素を使用したのは、ブロックが透けないようするためである。
上記のように調製した材料をシリコーン型に入れる際には、型表面に薄く膜が張る程度に液を残したまま冷やし固め、固まった後に熱湯を含んだ紙製のウエスで型表面の膜を溶かすようにふき取った。このようにすることにより、ブロック状食材の表面が滑らかになり、ブロック状食材を積層して食品を造形する際にブロック表面の不均一に起因して生ずる問題を低減することができる。
なお、この接着剤は、食用に適した味や香りを有するものであった。
食品の造形を、Shenzhen Yuejiang Technology Co. Ltdから販売されている、STEM(Science, Technology, Engineering and Mathematics)教育用に開発された4軸制御のデスクトップロボットアーム「DOBOT magician」(図6)を使用して行った。このロボットアームは、0.2mmの位置再現精度を有し、付属の付け替え可能な冶具を使用することにより、グリッパーや吸引式ハンド、3Dプリント、レーザー彫刻、書写やペン描写などの動作が可能なものである。本実施例では、このロボットアームの吸引の機能を使用して、ブロック状食材の積層を行った。
付属の吸引式ハンドの吸着パッドは直径20mmであるため6mm角のブロック状食材の吸着には適さない。このため、図7に示すような吸着用の冶具を新たに作製した。冶具は、3Dプリンタ(MakerBot社製Replicator2)を用いて、ポリ乳酸(PLA)で作製した。ブロック状食材を吸着する際に治具によってブロック用食材に加わる力を弱めるため、治具は、ロボットアームに接続される部分とブロック用食材に接触する部分との間に輪ゴム状の緩衝部分を備える構造を有するものとした。また、ロボットアームに接続される部分及び輪ゴム状の緩衝部分からほぼ垂直に延在する支柱を設け、ロボットアームの吸引機構から延びる吸引チューブを固定させた。これは、ロボットアームが動く際にチューブが移動して治具を引っ張るのを防止するためである。さらに、治具がブロック用食材に接触する先端部分に、吸引チューブと同じ素材の直径5mmのチューブを取り付けた。
次に、ロボットアームを指定された座標に動かすプログラムをPythonで作成し、DOBOT専用ソフトウェアのDOBOT Studioに読み込ませた。プログラムにテキストファイルを読み込ませることで、上記4種類のブロック状食材を積層し、三次元構造を有する食品を作製した(図8(b))。
4種類のブロック状食材は、図8(c)に示す断面設計図からわかるように、それぞれりんごの皮(赤色)、身(黄色)、軸(茶色)に対応する部分、及び、サポート部(透明)に使用した。
さらに、吸着パッドからブロック状食材を離す際に、離れやすくするように、ブロックをパレットに入れた後に、ブロック上面に片栗粉をまぶしておいた。
ブロック状食材の積層は、次の1)〜4)の動作の繰り返しによって行った:
1)ロボットアームの吸引機能により、ブロック状食材を吸着用治具で吸着する(圧力-35KPa)。
2)器に入った接着剤に、吸着したブロック状食材の下面を1秒程度浸す。なお、この動作は、ブロック状食材を接着させる必要が無い場合は、省略される。
3)座標データにより指定された位置へ、ブロック状食材を配置する。
4)吸着用治具から吸着されているブロック状食材に向かって圧力を排出することで、吸着用治具からブロック状食材を離す。
本発明では、ブロック状食材を使用して三次元構造を有する食品を構成するものであるため、食材をカットすることや、型を使用し成型することでブロック状食材を作製することができ、食品そのものの性質を損なわずに、三次元構造を有する食品に加工することが可能である。
Claims (14)
- ブロック状食材を組み合わせて造形された三次元構造を有する食品であって、
前記ブロック状食材は、一辺の長さが1mm〜10mmの略立方体の形状を有し、
複数の前記ブロック状食材が相互に所望の位置関係となるように組み合わせて配置され、互いに接合することにより造形された三次元構造を有する、
ことを特徴とする、前記食品。 - 前記ブロック状食材が、流動性のある原料を硬化させてなるものであることを特徴とする、請求項1に記載の食品。
- 前記流動性のある原料が、チョコレート、あめ、ゼリー又は羊羹であることを特徴とする、請求項2に記載の食品。
- 前記複数のブロック状食材が、前記流動性のある原料を硬化させるための型の形状に対応する形状を有することを特徴とする、請求項2又は3に記載の食品。
- 前記ブロック状食材を互いに接合するための食用糊を含むことを特徴とする、請求項1〜4のいずれか1項に記載の食品。
- 前記食用糊が、ゼラチン、エディブルグルー、及びゼラチンからなる群から選ばれることを特徴とする、請求項5に記載の食品。
- 前記複数の前記ブロック状食材の所望の位置関係は、予め作成された3Dデータに基づいて決定されたものであることを特徴とする、請求項1〜6のいずれか1項に記載の食品。
- ブロック状食材を組み合わせて造形された三次元構造を有する食品の製造方法であって、
一辺の長さが1mm〜10mmの略立方体の形状を有する、複数のブロック状食材を用意する工程、
前記複数のブロック状食材を、相互に所望の位置関係となるように組み合わせて配置する工程、
配置された前記複数のブロック状食材を互いに接合させて、三次元構造を有する食品とする工程、
を含むことを特徴とする、前記製造方法。 - 流動性のある原料を硬化させて、前記複数のブロック状食材を用意することを特徴とする、請求項8に記載の製造方法。
- 前記流動性のある原料が、チョコレート、あめ、ゼリー又は羊羹であることを特徴とする、請求項9に記載の製造方法。
- 前記流動性のある原料を、前記複数のブロック状食材の形状に対応する形状を有する型に入れて硬化させることを特徴とする、請求項9又は10に記載の製造方法。
- 配置された前記複数のブロック状食材を、食用糊により互いに接合させることを特徴とする、請求項8〜11のいずれか1項に記載の製造方法。
- 前記食用糊が、ゼラチン、エディブルグルー、及びゼラチンからなる群から選ばれることを特徴とする、請求項12に記載の製造方法。
- 前記複数の前記ブロック状食材の所望の位置関係を、予め作成された3Dデータに基づいて決定することを特徴とする、請求項8〜13のいずれか1項に記載の製造方法。
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