JPH06503232A - 超臨界流体を用いる押出加工 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 超臨界流体を用いる押出加工 発明の背景 本発明は、一般に食物生成物を押出す方法に向けられ、より詳しくは超臨界流体 、例えば二酸化炭素を利用して同時に膨張し、風味を付け、そして食物生成物の 粘性を減少させる方法並びにその方法を寅施するだめの装置に向けられる。

食物の押出し調理法は、世界中の国で大商業規模で行なわれるよく知られた方法 である。押出し調理法は、一般に、押出機中、高温高圧及び高剪断力の条件下、 食物生成物を出口ダイスを通って押し出される調理された生成物と混合すること を含む。しばしば押し出された食物生成物は、生成物がダイスを出たのち蒸気の 放出により拡大し又は膨れる（ｐｕｆｆ）。しかしながら、そのような前処理で 、膨みの程度は、きびしい調理方法に依存し、それは押出機中でのバレル摩耗を 増加させ、押出物の殿粉溶解性を強烈に増加させ、熱に敏感な又は剪断力に敏感 な成分、例えばフレーバー又は蛋白の使用を限定させ、そのためかかる成分は、 押出し及び調理方法後、押出物の表面に材料を噴霧することにより食物生成物に 加えなければならない。一般にそのような前処理では、押出物は生成物が押出機 を通って流れるようにするためかなりの含水率を有する。これは、押出物の処理 量の一部が水であり、ｌ；とえ水の多くがダイスの出口で生成物を膨張させるた めに突然無くなっても、それでもなお高い含水率のために多くの場合、乾燥段階 を必要とすることを意味する。さらに含水率は生成物の膨張並びにその細胞構造 及びテクスチャーの両方に影響するので慣用方法において膨張及びテクスチャー を独立して特徴づけることは難かしい。

発明の要約 本発明は、超臨界流体（ＳＣＦ）を、改良されたテクスチャー、外観及びフレー バーを有する生成物を製造するのに有効である条件下、調理押出機に導入する、 食物生成物を製造する方法を含む。本発明により、慣用の調理押出機は調理及び 冷却区分を越えて延びるよう修正され、超臨界流体の流入、混合及び選択的除去 のだめの区分を提供する。このような流体は、例えば約７２．９大気（１０７２ プンー）プシーの圧力で、且つ約３ピＣの温度での二酸化炭素（ＣＯ２）であり うる。

この温度及び圧力で、ＣＯ３はその臨界点にあり、液体と気体の両方の性質を有 する。圧力がさらに増すとＣｏ２は濃密な流体に変り、非常に多くの望ましい性 質を有し、結果として改良された押出方法を与える。

押出機の第一区分は典型的な調理器として作用し、それにより生成物（例えば穀 物粉）は蒸気の注入により加熱し、必要ならば、ゼラチン状にする。生成物温度 が高すぎると、通気口が押出機に設けられ幾らかの蒸気を放出し温度を下げる。

調理器に続いて冷却区分があり、それは冷却ジャケットを含み、生成物の温度を 望ましいレベルに下げる。その後、超臨界流体を押出機内の生成物の流れに注入 する。この流体は、好ましくは可溶性材料、例えば生成物に添加されるべき調味 料、着色剤、栄養剤等を含み、超臨界流体及び含まれた溶質は押出機の選択され た位置で生成物の流れに注入する。生成物は、例えば超臨界流体の注入の付近で ８５ないし９５°Ｃの範囲の温度を有し得、そしてこの温度はＳＣＦのそれより 高いので、それは流体によって運ばれた溶質材料が押出様内の生成物に放出され るという結果とともに流体密度に減少を起こす。次いで生成物は押出機内の混合 区分を通って運ばれ生成物中に溶質を完全に含む。

超臨界流体密度は生成物への注入で減少するが、押出機生成物の水性相中での流 体の溶解性は、押出機内の高圧によるため依然として有意であり、従って、混合 後生酸物に残存する超臨界流体は、生成物が押出機ダイスを出るとき、生成物の 膨張又はパフィングより最終生成物密度を調節するのに用いることができる。

パフィングの程度及び溶質の添加は押出機に導入されるＳＣＦの量により調節す る。超臨界流体は、生成物が押出機を出る前に部分的に又は完全に排出でき、か くして押出しダイスを離れる生成物の膨張を調節するかもし所望するなら全く膨 張させない。加えて、ＳＣＦの溶解性は、押出物の加水分解を調節するのに利用 され、最終生成物に異なる特性を与える。

本発明の方法は、従来からの押出し調理法よりも幾つかの利点を有する。例えば 、超臨界流体、例えばｃｏ２の使用により膨張、フレーバー付与、及び粘性の減 少を同時に与える。さらに、生成物への機械的エネルギー人力を独立して変える 。従って必要ならば押出機に通気孔を開けることによって調理帯での殿粉分解及 び又は蛋白変性を変えることにより、次いで冷却された押出機生成物への超臨界 流体の流れを変えることにより押出生成物の密度（又は膨張の程度）を調節する ことによって、異なる組織的及び機械的性質を有する７オームを生成できる。押 出機内の生成物が１００℃以下であると、水の蒸気への変換によるパフィングが 防止され、押出しＪこよる生成物の全膨張は超臨界流体の存在によることとなろ う。

超臨界流体、例えばＣＯｌにより提供される膨張及びパフィング方法は、慣用方 法である。水の蒸気への変換に起因するパフィングよりも破裂がずっと少ない。

従って、超臨界流体膨張は、なめらかな外表面と均一な規則正しい形の、不連続 の内部孔を有する生成物を製造する。

本発明の次の利点は、超臨界流体によって添加された香味料、着色剤、栄養剤等 が生成物の水相に溶解し、従って、生成物が押出ダイスに達する前に生成物に直 接取り入れられ、これにより押出後の香味付与操作等を除くことが出来る。超臨 界流体にそれらを含有させることにより、出口ダイスの丁度前で熱感受性香味材 料を取り入れることは、熱によるそのような材料の損失を最少にする。又、超臨 界流体、例えばＣＯ２は、生成物膨張に用いたとき、押出機中で生成物の粘度を 減じ、これにより出口ダイスでの圧力を有意に減する。結果として、処理能力は 、原動機トルク又は押出機のダイス圧力限定を超過することなく、低含水率で増 加できる。生成物粘度の減少も、押出機の操作に関し低エネルギー要求に導くこ とができる。

又、超臨界流体、例えばＣＯ２は、押出機での生成物のｐＨを調節するのに用い ることができ、従って、酸修飾殿粉の特性を有する生成物を製造することができ る。このことは、本発明の〜般的概念を用いる工業的生成物の製造により色を加 え、そして押出物の機能的及び流動的特性を調節することを可能にする。

図面の簡単な説明 本発明の前述の、付加的目的、特徴及び利点は、本発明の押出方法を実施するた めの装置を略図形で示す添付の図面と共に、好ましい実施態様の以下の詳細記載 から当業者によってより明らかに理解されるであろう。

好ましい！！！施態様の記載 図面に示すように、本発明は押出方法によって食品生成物を製造する方法、及び その方法を実施するための装置に向けられる。発明は軽い、ばりばりしたウェハ 一様生成物に関して記載されるであろうが、広範囲の香味、テクスチャー及び外 見を有する生成物が本発明によって製造できることは明らかであろう。本発明の ここに記載される実施態様によって製造される生成物は、伝統的な膨張したコー ンカールよりもテクスチャー、風味及び外観で細い棒状のパンにより類似したが 、多数の均一な小さい気胞を含み、これらは生成物に独特のテクスチャー及び風 味を与えた。この生成物の独特の特徴は、よりきびしくない調理法及び剪断条件 によるもので、これらは生成物の殿粉修飾の程度及び５ｃ−ｃｏ、によるパフィ ングに影響を及ぼす。本発明の方法は、例えばチョコレート及び他の被覆材料に 浸漬するのに適した低脂肪の焼いたスナック及びウェハーのような生成物の製造 に適当である。生成物の正確な特性は、押出方法前に利用できる方法でだけでな く、さらに本発明により提供された条件に従って、加工条件及び生成物が形成さ れるドウの処方を変えることにより調節できる。

図面に示すように、穀粉、例えばトウモロコシ粉はホッパーＩＯから適当な出口 １２を通って混合機１４に供給し、そこで穀粉は入口１６に加えた蒸気又は水で 前条件付けされドウを形成する。蒸気及び水の流れは、出口１８により前条件付 は混合機１４を離れるドウが約６５ないし７１’０（１５０ないしＩ　６０”Ｆ ）となるか又はほぐれやすいドウポールを形成することが正にできるまで調節す る。

前条件付けしたドウは出口１８を通って慣用の押出機２０に供給され、これは例 えば図面によって略図形で示されるウェンガーＴＸ５２ツインースクリュー押出 機でありうる。押出機２０は、押出機のバレル２６を通って縦に延びる軸２４上 に区持されるスクリュー２２のような一対の運搬スクリューを含む。押出機スク リュー２２は慣用方法で形成され、一般に３０に示される調理区分内に一連の前 進線混円板、運搬スクリュー及び逆練混円板を含む。

ドウが押出機２０に移動したのち、付加水を、入口３２の押出機バレルを通って ドウの２０ないし３５重量％のドウ含水率を達成するのに十分な量、注入しうる 。ドウは、慣用方法で押出スクリュー２２の回転により押出機の調理区分３０を 通って運び、線混円板及び運搬スクリューは、ドウを約１００℃ないし１２０’ Ｃ！（２１２°Ｆないし２４８″Ｆ）に加熱するのに十分な、調理区分でのドウ の滞留時間を生じるよう配置されている。この加熱、又は調理方法の間、ドウ内 の殿粉はゼラチン化され、それによって、粘弾性「溶解物」が形成し、以下に説 明するようにダイスを出るとき膨張するであろう。

発明の一態様において、ドウは調理区分３０において、例えば入口３２において 、注入された蒸気の添加によって加熱する。発明の好ましい形態では、所望によ る蒸気通気口３４は調理区分３０の後に供給され、過剰の蒸気を放出させ、押出 機２０のこの地区で圧力を減じる。通気は通気口頭３４と組合さり押出機２０内 に低圧地帯３６を生ずる逆ピツチスクリュー要素（示さない）により押出機２０ 内に隔離しうる。この地帯では、ドウ温度は、その含水率と同じようにすぐに低 くなる。所望ならば、真空を通気出口に適用してその効果をさらに増加させ、含 水率を減少させるのを助長する。

押出機２０内のドウ温度をさらに減少させ、その温度を１００℃以下に保つため に、適当な循環溶液による冷却を通気口頭３４の後に冷却区分４０に供給する。

冷却室、例えば４２に略図的に示されるもの、又は他の適当な冷却構造は慣用方 法で供給しうる。加えて冷却区分４０内の押出機スクリューの輪郭は、ドウがシ ャフト２４の長さに沿って運搬されるので粘性散逸による加熱を最小にするよう 選択する。

押出機の出口末端４４かも間隔を置いた位置で蒸気通気口３４かも下流に、それ を通って超臨界流体を押出機２０内のＳＣＦ混合区分４８に、かくしてそこを通 ってＪｆｈているドウに注入できる入口４６がある。上記のように、発明の好ま しい形！では、超臨界流体は、その液相と気相の間の遷移状態にあるようにさせ る温度及び圧力での二酸化炭素である。超臨界流体は、又、好ましくは可溶性添 加物、例えば香味料添加物、栄養剤、着色料等を含み、これらはドウに注入し、 ドウと混合される。

図に示すように、超臨界流体抽出単位５０は、慣用のＣＯ２ガスシリンダー５１ から、一対の逆止め弁５４及び適当な流量制御弁５６．５８及び６０を取付けて いる高圧ライン５２を通って、液体を抽出槽６２に供給し、そこで選択された添 加物が超臨界流体に提供される。添加物は溶液６４の形であり得、ＣＯｌはそれ を通って泡立てられ、これにより添加物はＣＯ３に溶解する。ＣＯ８及び溶質添 加物は、計量弁６９及び逆圧調整器７０を含む高圧出口ライン６６により抽出槽 ６２から除かれ、ライン６６は入口４６を通ってＣＯ８及びその添加溶質を押出 機２０に含まれる生成物に供給する。

発明の一形態において、超臨界流体供給ライン５２は、バイパスライン７４によ りポンプ７４及び弁７６を通り冷却浴７８に結合し、次いでライン８０により冷 却浴背後から高圧ライン５２に送り込まれる。この再循環冷却ループは一般に８ ２に示され、超臨界流体の温度を調整するのに役立つ。

抽出ライン８４は出口ライン６６に結合し、加熱コイル８６、超臨界流体から固 体を除去するための抽出機８８及び過剰ガスを大気に排気するための出口孔８９ により出口ライン６６から圧力を解放する。

上記したように、入口４６で注入される超臨界流体及びその溶質は、比較的高圧 下、押出機２０に含まれるドウに注入する。冷却部分におけるコンベヤースクリ ューは、ドウを出口末端４４に運ぶのに小ピツチスクリューを利用し、超臨界流 体が蒸気通気口３４へと上流に流れるのを防ぐ。ドウの供給速度及びスクリュー 速度は、コンベヤ内に十分一杯与えるよう、選択してそのような逆流を防止し、 又、注入入口４６の下流に十分一杯生成することも、二相流が排除されるのを十 分に保証する、即ち超臨界流体が押出機の末端４４に形成される出口ダイス９０ を通ってガスとして流出するのを防止するのに十分にコンベヤ内に、圧力を供給 する。この方法で、超臨界流体は押出機から流出できず、かくしてドウに溶解す る。

超臨界流体の条件は、上記した超臨界流体抽出単位５０により、圧力及び流速を 調節するための適当な器具を使用して調節する。特に抽出槽６４内の圧力及び流 体が入口４６で押出機に注入される圧力は、上で論じたように適当な計量弁及び 圧力調整器により調節する。ＣＯ８超臨界流体は、抽出機２０内のドウの粘度を 下げ、それは出口ダイス９０を通るドウの流れを速くし、かくして、ドウで満さ れる押出機の量を減する傾向がありうるので、ダイス９０は調整開放地帯に与え られる。次いでダイス開口の大きさを調節して押出機の末端４４での上部圧力を 調整し、それにより押出機の充満区分を調節する。さらに上部圧力を調節するこ とにより、押出物の膨張の程度も、低上部圧力で得られるドウの大きな膨張及び 上部圧力を増加させたときに得られる小さな膨張によって調節できる。

食品生成物が押出機ダイス９０を離れたのち、焼くか又はきつね色に焦がすこと により香味を発達させ、そして含水率を１０％以下に減じ、これにより気密容器 内に貯蔵の間にばりばりしたテクスチャーを与えるよう処理しうる。別法として 押出生成物は他の色、香味及びテクスチャーを与えるよう揚げることができ、又 、他の成分で被覆し、又はこれに浸漬できる。超臨界流体、例えばＣ○、の使用 によりドウの水中にＣＯ□が溶解することにより炭酸が形成することが判り、こ れは殿粉を加水分解して甘味を増強し及び／又は押出物の機能的性質を調節する のにさらに利用される。従って超臨界ＣＯ２はパフィングの前に殿粉修飾の目的 に添加物なしに注入できる。

実施例２ トウモロコシ粉（１０％水分Ｗ、Ｂ、）を１４頭形状でウエンガーＴＸ５２二つ のスクリューを有する押出機に付属したプレコンディショナーに供給した。供給 速度は１時間当り１５０ポンドであった。蒸気を１分当り０．５ボンドの速度で 、水を１分当り０．３５ボンドの速度で、プレコンディショナーに加えた。蒸気 と水を、調理区分内のドウに１分当り０３５ポンドで加えた。調理区分に供給し た蒸気は、蒸気通気前、ドウ温度が約１２０℃であるよう調整した。押出機の１ ４頭形状でのバレル湿度は以下の通りであった。

１番ないし４番は外界温度であった、 ５番と６番は１１０℃（２３０″Ｆ）であった、７番は通気類で外界温度であっ た、そして８番ないし１４番は冷却水で約４℃（３９，２’Ｆ）に冷却した。

スクリュー速度は２００ｐｐｍに保った。

押出機スクリュー形状は、逆ピツチ成分で分離された蒸気通気口まで、一連の前 進線混円板、運搬スクリュー及び逆練混円板に続く運搬スクリューから成った。

蒸気通気類の後で運搬スクリューは、調理された粘弾性ドウを出口ダイスに運ぶ のに用いた。超臨界ＣＯ２溶解乳脂（１，５重量％）を押出機の頭部１０番を通 って部分的に満されたＳＣＦ混合区分に注入した。この位置での圧力は、ｃｏ、 の量が系に調整されたとき、０から３００ｐｓｉ（２、１ＭＰａ）に増加した。

小ピツチ運搬スクリュー及び円板はＣＯｌが蒸気通気口から逆出するのを防ぐの に用いた。

供給率及びスクリュー速度組合せは、２相流を防ぐのに十分に出口ダイスの後を 満す程度を与えるよう選択した。方法が安定したのち、調整地帯ダイスを用いて ダイス後の頭部圧力を約２７０ｐｓｉ（１，８ＭＰａ）から８００ｐｓｉ（５， ５ＭＰａ）に変更した。生成物のより大きな膨張がより低い頭部圧力で得られ、 膨張は頭部圧が増したとき減少した。押出し後、直ちに冷却することで膨張の幾 らかの損失が見られたが、押出物は全て十分に膨張し、乳脂を含んだ軽い、炭酸 ガスに満ちた、ウェハ一様製品を生成した。次いでこれらの製品を１７７℃（３ ５０’Ｆ）で焼き、色及び香味を与え、押出し温度以上に加熱することにより多 孔性構造とした。焼土方法も貯蔵の間に品質を保持するため含水率を十分に減じ た。製品は独特のテクスチャーとかすかな甘味を有し、これらは慣用的に押出し バフした製品では見られなかった。製品はパン棒スナックと同様に食べられたが 、又、揚げたり、或いは別にチョコレート又は他の被覆物に浸漬することもでき た。さらに、超臨界Ｃ○２にそのような添加物をまず溶解することにより他の香 味料を製品に添加することができた。

本発明を好ましい実施態様に関して記載したが、以下の請求の範囲に述べるよう に、その真の精神及び範囲から逸脱することなく多くの修飾及び変更をなしうろ ことは明らかであろう。

混合区分４６

Claims (17)

【特許請求の範囲】
1. １．食物生成物用のドウを形成する手段、調理区分、冷却区分、混合区分及び押 出ダイスを有する押出機手段、該ドウを該押出機に供給する手段、 該ドウを、該調理区分、冷却区分及び混合区分を順に経て該押出機ダイスに運ぶ 手段、及び 超臨界流体を該混合区分のあたりで該押出機に供給する手段、を含む、食品生成 物の押出加工用装置。
2. ２．該ドウを運ぶ該手段及び該押出ダイスが、該ドウ内に十分な圧力を加えるよ う選択され、該超臨界流体の逆流を防ぎ、そして該流体の二相流を除き、これに より該超臨界流体が該ドウに溶解する、請求項１の装置。
3. ３．該超臨界流体の圧力を調整する手段をさらに含む、請求項２の装置。
4. ４．該超臨界流体に添加物を溶解するための手段をさらに含み、これにより該添 加物を該超臨界流体により該混合区分中の該ドウに供給する、請求項３の装置。
5. ５．超臨界流体を該押出機に供給する該手段が、圧力下ＣＯ２の起源を有する超 臨界流体抽出単位及び該混合区分のあたりに該押出機への入口を含み、これによ りＣＯ２を該押出機に注入する、請求項１の装置。
6. ６．該抽出単位が、該混合域に該ＣＯ２を供給する前に添加物を該ＣＯ２に供給 するための抽出槽を含む、請求項１の装置。
7. ７．該抽出単位が、該ＣＯ２を該押出機に注入する圧力を調整するための圧力調 節手段を含む、請求項６の装置。
8. ８．該押出機が、該調理区分と該冷却区分の間に通気口を含み、該ドウの温度及 び含水率を減ずるための低圧帯を生じさせる、請求項７の装置。
9. ９．該ドウを運ぶ該手段、該押出ダイス及び該超臨界流体の圧力を該ドウに十分 な圧力を与えるよう選択し、該ドウに該超臨界流体の少くとも一部を溶解させる 、請求項８の装置。
10. １０．該ドウが該ダイスを通って該混合区分から押出され、該溶解ＣＯ２が押出 し後放出されて該ドウを膨張させる、請求項９の装置。
11. １１．調理、冷却及び混合区分を有する押出機にドウを供給すること、該ドウを 調理するため該ドウを該調理区分を経て運ぶこと、該調理したドウを該冷却区分 中冷却すること、超臨界流体を該混合区分中の該ドウに、該超臨界流体及びその 内の全ての添加物を該ドウに溶解させる温度及び圧力で注入すること、該ドウを 押出ダイスを経て運ぶこと、及び該超臨界流体の解放により該ドウを膨張させる こと、を含む、食物生成物の押出加工方法。
12. １２．冷却の該段階が該ドウ１００℃以下の温度に冷却することを含み、これに より、該ドウの膨張が単に該超臨界流体の解放による、請求項１１の方法。
13. １３．該ドウを該押出機に供給する前に該ドウを前条件付けし、該ドウの水分を 調節することをさらに含む、請求項１２の方法。
14. １４．該調理区分中のドウを、該調理区分への蒸気の注入によって調理すること をさらに含む請求項１３の方法。
15. １５．該調理されたドウを冷却する段階が、該蒸気を排気し、該ドウの温度を１ ００２以下に下げることを含む、請求項１４の方法。
16. １６．超臨界流体を該ドウに注入する段階が、ＣＯ２を超臨界温度及び圧力で注 入することを含み、これにより該ＣＯ２を該混合区分中の該ドウに溶解させるこ とを含む、請求項１５の方法。
17. １７．該超臨界流体を注入する段階が、抽出機単位内の該超臨界流体を条件付け して該ドウヘの移動のために該流体に添加物を溶解することを含む、請求項１６ の方法。