凝集食品粉末

凝集食品粉末は、本来の粒子が集まってより大きな凝集体を形成する単位操作であり、その中で元の粒子を区別することができます。^[1]凝集は、結合剤として液体を使用するプロセス（湿式法）または結合剤を含まない方法（乾式法）によって達成できます。

湿式法で使用される液体は、製品に直接追加することも、湿気のある環境を介して追加することもできます。流動床乾燥機の使用と多段階スプレー乾燥は湿式法の 2 つの例であり、ローラー圧縮と押し出しは乾式法の 2 つの例です。

食品の凝集の利点は次のとおりです。

1. 粉塵の低減: 粉塵の低減は、製品内の最小の粒子 (または「微粒子」) がより大きな粒子に結合されることで実現されます。
2. 流れの改善: 流れの改善は、元の材料内のより小さい粒子やより不規則な形状の粒子よりも、より大きく、時にはより球形の粒子が互いに通り抜けやすくなることで起こります。
3. 分散性および/または溶解性の向上: 分散性および溶解性の向上は、インスタント化によって達成されることがあります。インスタント化では、製品の溶解性により、水に加えるとすぐに溶けます。粉末がインスタントと見なされるには、数秒以内に濡れ性、沈みやすさ、分散性、溶解性の状態になる必要があります。^[2]無脂肪粉乳や高品質のプロテインパウダーは、インスタントパウダーの良い例です。
4. 最適化された嵩密度: 一貫した嵩密度は、パッケージの正確で一貫した充填に重要です。
5. 製品特性の改善^[3]
6. 完成品の均質性が向上し、細かい粒子（粉末ビタミンやスプレードライ香料など）と大きな粒子（グラニュー糖や酸など）の分離が減少します。粉末を撹拌すると、小さな粒子は下に落ち、大きな粒子は上に上がります。凝集により、製品内に存在する粒子サイズの範囲が狭まり、分離が減少します。

食品集積のデメリット：

1. 追加コスト。凝集体を処理することによる利点は、処理にかかる追加コストを上回ることがよくあります。
2. 追加の処理時間。完成したブレンドの凝集は、ブレンド後の追加ステップです。

粒度分布は、凝集食品で監視すべき重要なパラメータです。湿式凝集と乾式凝集の両方において、最終製品の性能を最大限に高めるためには、望ましくないサイズの粒子を除去する必要があります。高出力サイクロンは、望ましくない微細粒子 (または「微粉」) を大きな凝集体 (または「過剰」) から分離する最も一般的な方法です。サイクロンは、風力と 2 つの製品の密度の違いを組み合わせて、混合物から微粉を引き出します。その後、微粉は凝集プロセスで再加工され、収量損失が低減されます。対照的に、シェーカー スクリーンは、過剰を製品の残りの部分から分離するためによく使用されます。過剰は、最初に小さな粒子に砕くことで、プロセスに再加工できます。

湿式凝集は、凝集する乾燥粒子間の接着力を高めるために液体バインダーを導入するプロセスです。混合により、液体が粒子上に均一に分散され、凝集体が目的のサイズまで成長することが促進されます。凝集体を安定させるには、最終的な乾燥ステップが必要です。^[1]

すべての湿式凝集法において、最初のステップは粒子を湿らせることです。これにより、粒子間の接着力が開始します。次のステップである核形成は、天然粒子が集まり、液体ブリッジと毛細管力で保持されるプロセスです。次に、凝集または成長段階を通じて、これらの小さな粒子のグループが集まって、粒子が目的のサイズになるまで大きな粒子を形成します。凝集体の密度と強度が乾燥や他の粒子との衝突によって増加すると、固化が発生します。粉末が乾燥するときに混合すると、一部の粒子が破壊され、侵食され、より小さな粒子と微粒子が生成されます。適切な粒子サイズを達成するには、侵食と成長のバランスをとる必要があります。湿式凝集の最後のステップは、乾燥による最終的な安定化です。凝集粒子は、水分含有量が 5% 未満になるまで乾燥され、ガラス転移温度未満まで冷却されます。^[1]

湿式凝集は、撹拌方法に基づいて、機械混合と空気混合の 2 つのカテゴリに分類されます。

1. 蒸気ジェット凝集:微粉末を蒸気にさらして必要な接着特性を与える連続プロセス。凝集は、原料の粒度分布、ガスおよび蒸気の流れの状態、および粒子間の接着力によって制御されます。蒸気セクションの後、粒子は上向きに流れる暖かい空気にさらされ、粒子間に形成された液体ブリッジが固まります。利点: 食品業界で長年使用されている連続プロセス。
2. スプレー乾燥：スプレー乾燥は、液体原料を加熱空気中に微細な液滴として噴霧し、液滴を乾燥させて微粒子にする工程から始まります。凝集させるには、完全に乾燥した粒子（乾燥空気出口から収集）を、粒子が部分的に乾燥してまだ粘着性がある地点に再導入し、衝突させて多孔質の凝集体を作ります。スプレー乾燥凝集により、優れた即効性を持つ不規則な形状の多孔質粒子が作られます。^[1]
3. 流動床凝集では、空気流を使用して粒子を撹拌し、凝集物を乾燥させます。流動床乾燥機は熱風乾燥機で、空気が製品の層を通り抜けます。空気はチャンバーに沿って均等に分配され、均一な速度を維持し、より高い速度の領域を防ぎます。これらの乾燥機はバッチ式または連続式です。バッチ処理方法では、乾燥後に製品全体の水分含有量がより均一になる傾向がありますが、連続乾燥機はプロセス全体で水分含有量が大きく変化するため、仕上げセットが必要になる場合があります。^[2]凝集に使用する場合、流動床乾燥機にはチャンバー内のさまざまな高さにスプレーノズルが配置されており、粒子が流動化するときに水または他の成分の溶液（結合溶液）をスプレーできます。これにより、粒子がくっつきやすくなり、完成品に他の特性を与えることができます。結合溶液の例には、水/砂糖溶液、またはレシチンがあります。この方法では、粒子の濡れ、成長、固化、侵食、乾燥がすべて同時に起こります。

   

   

1. パン型またはディスク型凝集装置（食品粉末にはほとんど使用されない）：パン型またはディスク型凝集装置は、ディスクまたはボウルの回転を利用して、粉末に水を噴霧しながら粉末を撹拌する。このタイプの凝集では、流動床で生成される凝集体よりも密度の高い凝集体が形成される。^[1]
2. ドラム凝集装置: ドラムを使用して粉末を撹拌し、液体をドラムに沿って噴霧して追加します。これは連続プロセスであり、ドラムの回転により凝集物は球状になります。利点: 幅広い粒度分布の粉末をうまく凝集でき、流動床凝集装置よりもエネルギー消費量が少なくて済みます。ドラム凝集装置は非常に大きな容量を処理できますが、これは食品業界では利点ではありません。欠点: 幅広い粒度分布。^[4]
3. ミキサー凝集：ミキサー凝集装置は、ボウル内のブレードを使用して粉末を撹拌します。ミキサー凝集装置の形状は多岐にわたります。ブレードは垂直、水平、または斜めに向けることができます。せん断は可変で、湿潤溶液は混合中に粉末の大部分に噴霧されます。利点：粒子サイズ分布の大きい粉末を処理でき、粘性液体の良好な分散を可能にします。装置は単純で一般的です。このタイプの凝集は、比較的密度が高く球状の凝集体をもたらします。^[1]

乾式凝集は、水や結合液を使わず、圧縮のみを使用して行われる凝集です。

ローラー圧縮は、粉末を2つのロールの間に押し込み、粉末を高密度のスティックまたはシートに圧縮するプロセスです。これらのスティックまたはシートは、次に顆粒に粉砕されます。^[3]材料特性は、結果として得られる顆粒の機械的特性に影響します。結晶構造を持つ食品粒子は圧力を受けると塑性変形し、非晶質材料は粘弾性変形します。^[1] ローラー圧縮は、顆粒状の完成品を製造する成分の混合物よりも、完成した粉末食品の個々の成分によく使用されます。

ローラー圧縮の利点としては、

1. 結合ソリューションは不要
2. 粉塵のない粉末が可能
3. 一貫した顆粒サイズと嵩密度。
4. 乾燥が不要なので、湿気や熱に敏感な素材に適しています。^[5]

デメリット:

1. 密度が高く多孔性が低いため、冷水に溶けにくい場合があります。
2. 再加工が必要となる大量の罰金が発生する可能性がある
3. 通常、バッチサイズが大きい場合（3,000ポンド以上）には、特殊な機器が必要です。

凝集した食品粉末の例：ショ糖、塩化ナトリウム、グルタミン酸ナトリウム、繊維。^[1]

押し出しは、粉末を液体、添加剤、または分散剤と混合し、混合物を圧縮してダイに押し込むことによって実行されます。製品はその後乾燥され、目的の粒子サイズに分解されます。^[6]押し出された粉末は密度が高いです。^[1] 押し出しは通常、表面積が小さい方が有利なミネラルや吸湿性の高い製品などの成分、および酸化されやすい製品に使用されます。^[6]凝集のための押し出しは、ダイを通過するときに調理されて膨張する生地を作成する、 より一般的な食品押し出しプロセス と混同しないでください。

• 造粒（プロセス）
• 粒子サイズ
• 粒度分布
• ペレット化

• Welchdry.com ローラー圧縮
• www.glatt.com スプレー凝集
• 特許 US7998505B2