脂肪の水素化

脂肪の水素化は、不飽和脂肪を水素と結合させて、それを部分的または完全に飽和脂肪に変換するプロセスです。通常、この水素化は液体植物油で行われ、固体または半固体の脂肪が生成されます。

脂肪の飽和度を変えると、融点範囲などの重要な物理的特性が変わります。これが液体油が半固体になる理由です。ビスケットやパイ生地などの焼き菓子には、脂肪が小麦粉と混ざり合うことで、焼き菓子にもっと望ましい砕けやすい食感を生み出すため、固体または半固体の脂肪が好まれます。部分水素添加植物油は動物性脂肪よりも安価で、さまざまな濃度のものが入手可能で、酸化安定性の向上や保存期間の延長などの他の望ましい特性も備えているため、ほとんどの市販の焼き菓子で ショートニングとして使用される主な脂肪です。

このプロセスは通常、最終製品から除去される ニッケル触媒の助けを借りて、非常に高い圧力で実行されます。

植物油の水素化は、植物油と金属触媒（通常はニッケル）の混合物を真空に近い状態で非常に高温に加熱し、水素を導入することで行われます。これにより、油の炭素原子が他の炭素との二重結合を切断します。各炭素原子は個々の水素原子と単結合し、炭素間の二重結合は存在できなくなります。

完全水素化では、脂肪中の二重結合がすべて単結合に変換され、不飽和脂肪がすべて飽和脂肪に変換されます。部分水素化では、二重結合の一部が単結合に置き換えられ、二重結合がすべてではなく一部が削減されます。水素化の程度は、水素の量、反応温度と時間、および触媒を制限することで制御されます。^[1]

部分水素化プロセス中に、残りの不飽和炭素結合の一部がトランス異性体へとシス-トランス異性化することでトランス脂肪が生成され、心臓血管の健康リスクがあることが実証されています。 ^[2]シス結合からトランス結合への変換は、トランス配置が天然のシス配置よりもエネルギーが低いため、化学的に有利です。平衡状態では、トランス/シス異性体比は約2:1です。

多くの研究で、これらのトランス脂肪酸は健康に悪影響を及ぼすと結論付けられています。その結果、多くの国が、食品へのトランス脂肪酸の義務的表示など、工業化された食品に含まれるトランス脂肪酸を排除または厳しく制限することを目的としたトランス脂肪酸規制を制定しました。^{[3] [4]}米国食品医薬品局は、部分水素添加油は一般的に安全であるとは認識されていないと結論付け、2018年以降は食品ではなく食品添加物として分類しています。^[5]

トランス脂肪酸を多く含む部分水素添加油の代わりになる新旧の原料が数多くある。^[2]

• 水素化プロセスの改善により、トランス脂肪酸の含有量が大幅に少ない部分水素化油を生産することができる。^[2]
• 植物育種から得られる一価不飽和脂肪酸（特にオレイン酸）を豊富に含む油は、多価不飽和脂肪酸を豊富に含む先祖に比べて安定性が高く、保存期間も同様に改善されます。^[2]
• 熱帯油（パーム油、パーム核油、ココナッツ油）は天然の飽和脂肪が豊富です。さらに分留することで、必要な脂肪酸の濃度を高めることができます。^[2]
• エステル交換は複数の種類の脂肪を混合して中間の特性を持つ油を得るために使用できます。たとえば、大豆油と完全水素化大豆油をエステル交換すると半硬質油が得られます。^[2]

多くの保健機関は、トランス脂肪酸や飽和脂肪酸の摂取を制限するか、不飽和脂肪酸に置き換えることを推奨しています。^[6]

ノーベル 賞受賞者の ポール・サバティエは、1890年代後半に水素化の化学を開発しました。^[7]サバティエが水素化を蒸気のみに考えていたのに対し、ドイツの化学者 ヴィルヘルム・ノーマンは1901年に液体油も水素化できることを示し、1902年にその方法の特許を取得しました。 ^{[8] [9] [10]ノーマンの水素化方法により、手頃な価格の}鯨油や魚油を人間の消費用に安定化させることが可能になりましたが、この方法は消費者の嫌悪感を避けるために秘密にされていました。^[11] 1905年から1910年にかけて、ノーマンはヘルフォルト社に脂肪硬化施設を建設しました。同時に、この発明はイギリスのウォリントンにあるジョセフ・クロスフィールド・アンド・サンズ社の大規模工場にまで拡大されました。 1909年後半に生産が開始され、ウォリントンの工場で硬化脂肪の生産に成功するまでわずか2年しかかかりませんでした。最初の年の生産量は約3,000トンでした。^[11]

1909年、プロクター・アンド・ギャンブル社はノーマン特許の米国権利を取得しました。^[12] 1911年、同社は主に部分的に水素添加した綿実油で作られた最初の水素添加ショートニング、クリスコの販売を開始しました。すべてのレシピにクリスコを使用する無料の料理本を配布するというマーケティング手法により、さらなる成功がもたらされました。

20世紀初頭、大豆はタンパク質源として米国に輸入され始め、大量の大豆油が副産物として生産された。同時に、消費者が利用できるバター脂肪は十分ではなかった。マーガリン製造業者は、それまで使用されていた動物性脂肪と液体植物性脂肪の組み合わせよりも、水素添加脂肪のほうが効果的であることに気付いた。イギリスで販売されていたクリスコやスプリーなどの水素添加大豆油と植物性ショートニングから作られたマーガリンは、1920年までにパン、パイ、クッキー、ケーキを焼く際にバターやラードに取って代わるようになった。^[13]

1960年代まで、米国やその他の西側諸国で動物性脂肪が加工植物性脂肪に置き換わるにつれ、水素添加脂肪の生産は着実に増加した。当初はコスト削減による経済的な議論であったが、支持者たちはマーガリンの水素添加脂肪はバターの飽和脂肪よりも健康的であると主張した。^[14]

それ以来、食品業界は、トランス脂肪酸に関する健康上の懸念、表示要件、および認可された食品添加物からのトランス脂肪酸の除去に応じて、部分水素添加脂肪の使用をやめてきました。^{[15] [16] [17]それらは、完全に水素添加された脂肪、}パーム油やココナッツ油などの飽和脂肪が多く室温でより固体である植物油、およびトランス脂肪酸の形成を引き起こさないエステル交換脂肪に置き換えられました。

• 水素化処理植物油

• シュルトレフ、ウィリアム; 青柳明子 (2020)。水素化、ショートニング、マーガリンの歴史 (1860-2020): 広範囲に注釈された参考文献と出典集( PDF)。ラファイエット、カリフォルニア州: Soyinfo Center。ISBN 9781948436182。