加工食品で固結の起こる原因と防止方法

加工食品で固結の起こる原因と防止方法

造粒品を扱う上で注意したいのが、吸湿による固結です。
例えば、果糖を使った 粉末のジュースを作ったとしましょう。
果糖は吸湿しやすい素材のため、水分を吸ってしまい粉末が固結し商品性を失うことが十分考えられます。

固結とは?

固結とは、食品が吸湿し粉末粒子同士がくっつくことで塊になることを指します。
塩の固結が発生するメカニズムを考えましょう。

塩は外気の湿度の変化に応じて吸湿したり乾燥したりする。吸湿したときは表面に飽和塩水の液膜ができ、乾燥すると液膜が固体化して塩の粒を接着する
塩_固結

(引用:塩の情報室
つまり、固結が起こるのは塩の表面が吸湿して溶けたり、乾燥して結晶が成長したりする工程を何回も繰り返しますことで大きな塊に成長します。
水溶性の素材であれば、固結が起こってしまうといえるでしょう。
また、吸湿が激しい場合は固結せずに、溶けてしまいます(潮解と呼ばれます)。

固結の防止方法

固結の防止方法は、主に4種類の方法があります。
▶︎固結対策1
吸湿の防止方法と同じく「包装で外気と遮断すること」「乾燥を十分行い、水分活性を低くする」ことが挙げられます。

▶︎固結対策2
「固結防止剤を使用する方法」もあります。
固結には、二酸化ケイ素・リン酸カルシウムなどが知られています。

▶︎固結対策3
粒子間の接触を防ぐために、不溶性の物質(タンパク、デンプン、無機塩)を混合します。
不溶性の物質が多いほど、結晶が成長するのを阻害できます。

▶︎固結対策4
造粒することで、粒子の表面積を小さくします。
表面積が減ることで、粒子と水分の接触する機会が減ります。
混合品で吸湿する場合、造粒することで 水分活性が下がる+表面積が下がる恩恵を受けて、問題が解決することが多いです。

参考
食品開発の進め方

水分による食感の変化:吸湿と乾燥

水分による食感の変化:吸湿と乾燥

乾燥食品(顆粒タイプのサプリメント,シリアル,煎餅など)において問題になりやすいのが、吸湿による 食感の変化です。

日本は多湿の環境ですので、吸湿による劣化を考慮した商品設計を行わなければなりません。

食品の吸湿の状態を理解するには、水分等温吸着線を見るのが大切です。
あらゆる食品の吸湿は、下記のS字カーブを描くことが知られています。

スクリーンショット 2015-12-06 20.02.52
(改変:山口大学工学部:食品乾燥における塩の添加の乾燥速度と乾燥表面の評価
縦軸:吸湿速度
横軸:水分活性(Aw)
(水分活性については、微生物と水分活性:結合水と自由水を参考ください)
で食品の吸湿状況を表しています。
十分乾燥を行った結合水のみの場合は、吸湿は非常にゆっくり進みます。
一方、水分活性が高くなると 吸湿速度が加速的に早くなるという特徴があります。

そのため、吸湿を防ぐには最初に水分量を低くすることが大切になってきます。

また、吸湿速度は温度が高くなればなるほど、早くなることも知られています。
スクリーンショット 2015-12-06 23.38.56
(引用:山口大学工学部:食品乾燥における塩の添加の乾燥速度と乾燥表面の評価

水分活性が高くなると、劣化が早くなる

吸湿をし水分活性が高くなると、粉体がべとべとになったり塊になってしまうので 食品の風味が損なわれます。
それ以外にも、水分活性Awが高くなると 微生物の繁殖・吸湿による酸化・褐変反応の促進など様々なデメリットがあります。

吸湿の防止方法

吸湿の防止には、包装で外気と遮断することが通常です。
吸湿しやすい原料を含む場合は、乾燥剤を入れることも多いです。