総 説 417 Copyright C2019 by Japan Oil Chemists Society 粉末油脂の特性と食品への応用例 The Characteristic of Powdered Oils and Its Application to Food 伊野大記 ミヨシ油脂株式会社 食品本部 ソフト開発部 124-8510 東京都葛飾区堀切 4-66-1 Hironori INO Software Development Dept., Foods Division, Miyoshi Oil & Fat Co., Ltd. 66-1,4-Chome, Horikiri, Katsusika-ku, Tokyo 124-8510, Japan 論文要旨 : スプレードライ方式による粉末油脂は, 油滴サイズを 1 µm 程度の大きさに調整した O/W 乳化物を作製し, 噴霧乾燥させたものである 粉末油脂は, バルクの油脂と違い水に容易に分散し, 乳化状態を保っている また, 食品に使用することにより, 食感改良など様々な効果をもたらすことができる 本論文では, 粉末油脂の概要を説明した後, 食品への応用について具体例を挙げ紹介する Abstract: Spray drying is the most common technique to produce powdered food. Recently, the use of powdered oils is grown in the food marketplace. Powdered oils are prepared from sub-micron oil-inwater emulsions to maintain high emulsification stability. A powder can be dissolved in water easily, and keep an emulsification stability for a long time. Encapsulated oil droplets of powdered oils are dispersed in the microstructure of food (bread, cakes, cookies, soup, etc) by mixing, and they interact with gluten and starch. Therefore, application of powdered oils to food is to give it soft and moistened texture. Key words: spray-drying, powdered oils, emulsification, sub-micron oil-in-water emulsion 1 はじめに 油脂製品の種類には, バターやマーガリン, ショートニング, ファットスプレッド, 離型油などがあり, これらはパンやクッキー, ビスケット, ケーキなどを作る場合に必要である 市場には様々な機能性や呈味が付与された製品が流通しており, 生地物性の改良や風味の向上等に貢献している しかし, これらの製品は油脂を主成分としているため, 水に馴染み難いという性質を持っている マーガリンやショートニングは, 水 ( お湯 ) に入れても混ざらず 2 層に分離してしまう 従って, 製造工程で水が多い場合や水を多く含有する製品などには, 油脂を均一に混ぜ込み安定な状態を維持することが難しく, 使用できない場合があった 均一に混ぜることが出来れば, より効果的に油脂の機能を発揮することができると考えられる そこで水と混ざりやすい粉末油脂の存在価値が注目されるようになってきている 連絡者 : 伊野大記 E-mail :INOH@so.miyoshi-yushi.co.jp 本論文では, 油脂製品でありながら, マーガリンやショートニングと異なる特性を持つ粉末油脂について, その製造法や基本的な特性を述べると共に, 機能面の紹介として小麦粉やでん粉を含む食品の食感改質効果や, ゲル状食品の食感をより柔らかくする機能, 飲料への白濁効果など, 具体的な事例やトピックスを挙げて説明する 2 粉末油脂の分類市場で流通している粉末油脂は大きく分けて 2 種類に分けられており, 親油性タイプ ( 全脂型タイプ ) と親水性タイプ (O/W 型ドライエマルジョンタイプ ) がある 1) 親油性タイプは高融点油脂を噴霧冷却や冷却粉砕して粉末化している 親油性であることから, 水に馴染まない このタイプは粒子同士の結着を防ぐために高融点油脂が使用される 一方, 親水性の粉末油脂は, 乳化機を用いて水中油滴型 (O/W 型 ) 乳化液を作りスプレードライヤーなどで噴霧乾燥して粉末化したもので, 油脂は糖質やタンパク 15
418 質等のいわゆる賦形剤に包み込まれていて, 容易に水に分散する 油脂は融点が高いものも低いものも粉末化が可能である 身近な例では, コーヒーに使用するクリーミングパウダーがこのタイプである クリーミングパウダーは油脂分 15~50% の油分量であるが, 本稿で紹介する粉末油脂は, 油脂分 60~75% の高油分タイプであり, 油脂としての機能をより発揮するものである そのため, 飲料だけでなくパンや惣菜, 菓子など広範囲の食品に使われている 3 使用原料 粉末油脂の組成は, 食用油脂, コーンシロップなどの糖質, 乳タンパク質, 乳化剤, 酸化防止剤などから成る 2) 油脂の種類としては, パーム油, ラード, 乳脂などの固形脂を使用したり, 菜種油や大豆油, 魚油などの液状油も使用している 油脂の表示には, 食用植物油脂, 食用動物油脂, 食用精製加工油脂といったものがあるが, いずれの油脂も使用して粉末化が可能である 油脂を 1 種類だけ使用する場合もあるが, 複数の油脂を混合して使用することもある 糖質は賦形剤として油脂を包み込む役割を果たしており, コーンシロップの他にデキストリン, 上白糖, オリゴ糖, トレハロース, でん粉などがあり, 粉末油脂の特徴に応じて使い分けることができる 乳化剤は,O/W 乳化を作る目的と, 粉末油脂が使用される最終製品に機能を付与するために配合している 乳化目的のためだけであれば乳化剤は数 % の添加量であるが, 特徴的な機能を持たせた高機能の粉末油脂にはその目的に応じて多く配合している 乳タンパク質は乳化と賦形剤の両方の目的で配合され, 酸化防止剤は油脂の劣化抑止のために配合される これらの素材以外であっても, 機能性や呈味の向上などの目的のために使用することができ, 多様な粉末油脂の設計が可能である 4 製造方法 粉末油脂 と呼ばれるものは様々な製造方法があり, 噴霧式加熱乾燥法 ( スプレードライヤー方式 ) の他にも噴霧式冷却法 ( スプレークーラー方式 ), 粉砕式凍結乾燥法, 粉砕式冷却固化法, コーティング式マイクロカプセル法, コーティング式散布混合法がある 本論文では, O/W 型ドライエマルジョンタイプの粉末油脂の製造方法の 1 つである噴霧式加熱乾燥方法について, 詳細を記載する 噴霧式加熱乾燥法は, 高温気流中に原料液を微粒化分散して, 瞬間的に乾燥粉末を得る方法である 3) 液体原料から乾燥粉末を得るためには, 一般的には濃縮 濾過 乾燥 粉砕等のいくつかの工程を必要としているが, Fig. 1 造粒した粉末油脂噴霧乾燥ではこれらの工程を 1 つの装置で行うことができる 工程が少ないため最終歩留まりは高くなり, 安定した運転で乾燥製品を連続的に製造することができる 噴霧乾燥される原料液の状態としてはポンプで輸送可能な粘度や安定性が目安となる 粉末油脂の原料液の作製方法としては, 糖質及び乳タンパク質を溶解した水相に乳化剤などを溶解した食用油脂 ( 油相 ) を投入して, 混合均質化し O/W 型のエマルジョンが得られる そのエマルジョンサイズは平均約 1 μm と非常に微細なものである これをスプレードライヤーを使用して 200 以上の熱風で噴霧乾燥させると粉末状の油脂となる O/W 型エマルジョンを保ったまま急速に乾燥されるので, 約 1 μm の油滴は破壊されずに粉体構造に残る 従って粉末油脂を水に添加すると, 水溶性の糖質やタンパク質は溶解し,O/W 型エマルジョンに戻る 5 粉体構造 Fig. 1 に示すように目に見える 1 粒は丸で囲んだものであり, 直径約 200 μm 程の大きさである よく見ると, この 1 粒は約 30 μm 程の粉末油脂がぶどうの房状にくっ付きあってできているのが分かる これは, スプレーノズルから噴霧され乾燥された直後の粉末油脂 1 粒の大きさは 30 μm 程であり, それがドライヤー内で衝突することでくっ付き合い造粒した結果である 1) この 30 μm の 1 粒を拡大して示したのが Fig. 2 であり, この 1 粒を割断したものが Fig. 3 である 中央部が空洞になっていて, これを中空粒子という このような構造になるのは, 乳化液の水分が瞬時に蒸発することで形成されるからであり, 基本的に全ての粉末油脂が中空粒子である 空洞部分を囲っている殻部分は賦形剤である糖類や乳タンパク質が乾燥したものや油滴で構成されている 殻部分の中に細かく黒く映っている部分が多数あり, これが 16
419 Fig. 2 粉末油脂の1 粒 Fig. 3 粉末油脂の割断面 1 μm の油滴である 6 基本特性 6 1 溶解性粉末油脂を水に添加すると, 油脂を覆っている賦形剤が溶解し約 1 μm の油球が均一に分散した乳化液に戻る 1) 乳化サイズが小さい為, 白濁した溶液になる 粉末油脂を使用したアプリケーションで白度が向上するのはその為である この特性は, 白度が重要である白湯ラーメンスープやビシソワーズ, 杏仁豆腐やプリン等のデザート, 蒲鉾等の水練製品などに使用する際に利点となる 無数に存在する加工食品において, 製造工程で水を使用しない食品は少ないので, 水に馴染む粉末油脂は, 今まで油を加えられなかった食品にも使用することができる 一方, 油脂に添加した場合はダマになることなく分散するが, あくまでも分散であり溶解することはない この特性を利用して, チョコレートの食感を変えたり油脂製品のフレーバーリリースに変化をもたらすことができ る 6 2 分散性油脂を食品に添加すると, 食品中の成分に作用し, 柔らかい さくい もろい なめらかといった物性変化をもたらす 粉末油脂も同様の効果があるが, 粉末油脂の場合, 油滴のサイズが約 1 μm である微細な油滴が分散するので食品成分に効果的に作用し, バルクの油脂に比べて, より大きな食感改質効果を発揮する 仮に食品中に分散したショートニングの 1 粒が約 30 μm の大きさだとすると, 約 1μm の粉末油脂では, 体積換算で 27,000 個に相当し表面積で 30 倍増加することになる このことからも, 粉末油脂が食品へ作用する効果が, 通常の油脂と比較しても多いことが伺える この他に, エネルギー付与やコクの向上, 塩カド緩和などバルクの油脂と同じ効果も発揮するが, 白度の向上, 固結防止などは粉末油脂ならではの効果である 6 3 乳化安定性粉末油脂の乳化力は強く, 水に溶解後 1 日放置しても油滴の合一, 分離が起こらず非常に安定している 1) 乳化安定性の高い粉末油脂は, 水に溶解しても油の分離がないので, ソースやスープ類, 飲料, ムースのようなデザートなど水分の多い商品や粘度の低い商品にも使用できる 6 4 保存安定性油脂は空気中の酸素, 光, 熱などにより酸化が起こり劣化して, 一度油脂の酸化反応が開始されると, 連鎖反応的に進行してしまう 4) 粉末油脂の場合, 油滴は糖質やタンパク質に覆われており, 空気に接する面積が少ないだけでなく, 酸化の連鎖反応が起こりにくい 7 食品への利用例利用分野としては, 食パン 菓子パンのようなパン類をはじめ, スポンジケーキなどの洋菓子, 饅頭 どら焼きなどの和菓子, かまぼこのような練り製品, ポタージュやラーメン用のスープ, デザート, 麺, 点心類など, 多岐に渡って使用されている 2) その効果は食感がソフトになる, 口溶けが良くなる, サクみが向上する, 歯切れが良くなる等でその利用分野によって特徴が異なる 以下にいくつかの分野における効果について述べる 7 1 パンパンは小麦粉が主体なので, パン生地を捏ねているうちに小麦粉に含まれているグルテンという粘りのあるタンパク質がパン生地の中に出来てくる 粉末油脂を加えない場合は, グルテンの網目は太くて粗い状態であるが, 粉末油脂を加えることで, グルテンが細かい網目状になるため, パンを焼成するとソフトな仕上がりになる 粉 17
420 末油脂は他の油脂に比べて油滴が細かいため, パン生地の中に細かく全体に広がり, パン生地全体にソフトな食感をもたらす 1) また, 小麦粉に含まれているでん粉の老化を抑える効果もある でん粉と水が同じ環境下に存在する場合, でん粉は通常, 加熱により吸水し膨潤する そうするとでん粉粒が崩壊して, 中からアミロースが出てきて, でん粉が糊化して, 食品の粘りの素となる さらに, この溶出したアミロースは, やがて離水しでん粉同士で集まり結晶化を起こす これが老化で, 食品が硬くなる原因である しかしこの時粉末油脂が同じ環境に存在すれば, でん粉粒の周囲に微細な油脂が存在しやすくなり, でん粉が吸水して膨潤してもでん粉粒が崩壊するのを抑制するため, アミロースの溶出が抑えられることになり, 老化を遅らせることができる 7 2 麺帯食品麺帯食品の製造時に, 粉末油脂を数 % 添加すると, ミキシング中の生地のまとまりや生地の伸展が良くなる (Fig. 4) 餃子の場合, 餃子の皮で餡を包む際に作業性が良くなるだけでなく, 保存時に餃子の皮の合わせ目の硬化を防止したり, 冷凍時のひび割れを軽減することができる 食感については, 歯切れが良くほどよいモチモチ感になり, 冷凍餃子の場合もこの効果を感じることができる 麺の場合, 茹でた麺同士の結着を軽減することができる 麺を茹でた時に麺に含まれるでん粉が吸水して, 膨潤, 崩壊, さらに糊化して麺のべたつきの原因となるが, 粉末油脂を練り込むことででん粉の崩壊を抑制するので, べたつきが少ない麺を作製することができる 5) (Fig. 5) また, 粉末油脂を麺に加えることで, 茹で時間を短縮することができる インスタントうどんの湯戻し時間が 5 分の場合, 粉末油脂を使って 3 分に設定を変更できたという事例がある 7 3 フライ製品天ぷらのようなフライ製品は, サクサクした食感が好まれる サクサクした食感の天ぷらを作るコツの 1 つは, 小麦粉のグルテン生成を抑えるためにバッターを混ぜ過ぎずに, 少し粉っぽさが残る程度に混ぜることである しかし, 食品の加工場やバックヤードでは, 粉っぽさが残る程度の混ぜ方のマニュアル化が難しい また, 品質が均一な製品を作らなければならないので, バッターを良く混ぜることになる この結果, バッターに粘りが強く出てしまい, サクっとした食感にならなくなってしまう このバッターに粉末油脂を加えることで, グルテン生成を抑制することができるので, 食感を改良することができる 粉末油脂でなくともバルクの油脂や半固体状ドレッシングなどを加えることでも食感の改良はできる Fig. 4 餃子の生地のまとまり Fig. 5 麺のほぐれが, これらはミックス粉製品に配合することはできない フライ食品の製造工程中にバルクの油脂や半固体状ドレッシングをバッター液に別添する方法もあるが, この工程が手間となってしまう また, これらは水分が多いバッター液には容易に混ざり難いのでよく攪拌する必要があるが, 混ぜるほどグルテンが生成してしまうので, 食感改良の効果が薄れてしまう 粉末油脂を使用すればミックス粉に混合することができるので, 製造工程中の手間を増やすことなく食感改良ができ, 水溶性であるため強い攪拌は必要ないので, 過剰なグルテン生成を抑えることができる 天ぷら作製時に衣に水分が残っているとサクサクになり難いが, 粉末油脂を使うと微細な油滴がバッター液中に分散し, 油調時に衣の中の油の温度が上昇することで, 周囲の水分も蒸発しやすくなる 7 4 スープ 飲料類スープに粉末油脂を添加すると, コク感を強めたり塩カドをまろやかにするといった味覚の改善効果がある また白湯スープやビシソワーズのような白いスープにおいて, 視覚の改善効果もあり, スープに添加すると白濁感が向上する 液油をスープに加えるとオイルアップしてしまうが, 粉末油脂はスープ内に分散するので, スープ全体のコクと白度を強めることになる 液体を白濁させたりコクを付与するには, クリーミングパウダーでも可能であるが, この効果は油分量が多い程効果が大きい 粉末油脂は油分が約 70% と高油分であるため, 食 18
421 Fig. 6 水溶液の濃度と白度 Fig. 7 シーズニングの固結状態品に対するこれらの効果をより大きく発揮できる 水溶液の白度を測定したグラフ (Fig. 6) から分かるように, 粉末油脂はクリーミングパウダーよりも少ない添加量で一定の白度を出すことができる 7 5 シーズニングシーズニングのような粉体調味料に油脂のコクを付与したい場合, 融解した油脂を噴霧して吸着させる方法があるが, 油脂量が多いと流動性が悪くなったりケーキングや油じみを生じるため, 油脂混合比率に限界がある 粉末油脂を利用することで, 油分量の上限無く配合することができ, 流動性が失われることもない また, 粉末油脂をシーズニングに加えることで, 固結を抑制することができる (Fig. 7) このメカニズムを解明するために, まず食塩と粉末油脂含有食塩を湿度が管理できるインキュベーターに保管し,50% RH と 75% RH を 5 時間毎 10 サイクルさせて意図的に固結を促進させたところ, 粉末油脂含有量が多い食塩ほど固結が抑えられていた 次に, 吸湿の程度を調べるために,80% RH に保管して含水量を調べた結果, 粉末油脂含有食塩のほうが含水量が少なく, 食塩の溶解も抑えられていた これは, 粉末 油脂は油分が約 70% であるため, 吸湿し難いことを示している さらに, 粉末油脂の粒子の大きさの違いにより効果が異なるかどうか確認するために,300 μm 以上の粉末油脂と 106 μm 未満の粉末油脂を食塩に 10% 添加して, 固結の程度を観察した いずれも食塩単体よりも固結が抑えられていて, 粒度が大きいほうがより固結が抑えられていた 粉末油脂が食塩に含まれることで食塩同士の接触が減少し, 固結防止につながったと考えられる 7 6 ゲル化食品ゲル化食品とは, 寒天やゼラチン, ガム質などの多糖類を使用して固めたプリンやゼリーなどであり, 介護食等にも広く利用されている こうしたゲル化食品に, 粉末油脂を配合すると無数の微細な油滴が食品中に分散してゲル化の網目構造をもろくするために, ゲル化製品が柔らかくなる また, 油脂の効果でなめらかで口溶けの良い物性となる ゲル化食品を軟化させるには, 通常ゲル化剤の添加量を減らすなどの手法が取られるが, 減らし過ぎると保水できず離水が起きてしまうという問題が出てくる 粉末油脂であれば, ゲル化剤の添加量を減らさずに軟化できるので離水させずに柔らかなプリンやゼリーを作ることができる 水分量が多い食品は, その分カロリーが低くなってしまうが, 粉末油脂を添加することで食品に高いカロリーを付与できる また, 添加量を増やしても O/W 乳化型なので油っぽい味を感じにくい 7 7 膨化菓子 ( エクストルーダー使用 ) エクストルーダーは, 粉体や顆粒の素材に水を加えながら, 高温下でスクリューで圧力をかけ押し出すことにより混練 加工 成形 膨化 殺菌等を行う装置である 主にスナック菓子やシリアル, パスタ, 飼料などの製造に応用されている パフを食べると歯に付着することがある これを改善するためにパフを作製時に液油を添加すると付着が軽減することができるが, 製造機器が液油でべた付いてしまう 液油を粉末油脂に変えることで, 製造機器へのべた付きがなく製造でき, 歯への付着も軽減できる パフを作るときの穀物の種類により粉末油脂の種類や最適添加量は異なるが, 調整することで歯への付着軽減だけでなく, 膨化度が増して, 口溶けが向上したパフを作ることができる 8 おわりに本論文では粉末油脂の主な特性と食品への応用例を述べてきたが, ここで紹介した以外の用途にも広範囲に使用されている 粉末油脂の応用範囲が多岐に渡っている理由は, 水に均一に分散し乳化安定性を示すこと, 他の 19
422 粉末素材と混合が可能であること, また粉末油脂を加えた食品の食感や呈味に変化をもたらすことなどである また, 粉末油脂は油溶性素材も水溶性素材も配合することができるため, 多様な粉末油脂の設計が可能であり, DHA EPA を含有する粉末油脂は, 健康関連の食品やペットフードにも利用されている 最近の研究では, 粉末油脂は油滴サイズが細かいことにより, 通常の油脂よりも人体への吸収性が良いこと示唆されている 6) この特性は効率的なエネルギー摂取を必要とするスポーツ分野や介護食分野など幅広い分野への応用が期待できる 文献 1) 伊藤隆史, 粉末油脂の食感改質効果, 月刊フードケミカル 25,67-71(2009). (Ito, T. Monthly Food Chemical 25, 67-71(2009)) 2)Ino, H.; Ito, H. The Characteristic of Powdered Oils and Fats and its application to food, The 20 th International Drying Symposium Abstracts(2016). 3) 小金井稔元, 粉末製品の性状の要求変化に伴う噴霧乾燥技術の発展, 技術革新と社会変革 1(1),1-6(2008). (Koganei, T. Gijutsu Kakushin to Shakai Henkaku 1 (1), 1-6(2008)) 4) 公益社団法人日本油化学会ライフサイエンス 産業技術部会編, 油脂製品の知識, 幸書房 p. 37(2018). (Japan Oil Chemists Society, Life Science and Industrial Division. Guide for Fats and Oils Products. Saiwai Shobo Co. Ltd., Tokyo(2018)) 5) 古田武, 村勢則郎, 安達修二, 辻本進, 中村哲也編, 食品の高機能粉末 カプセル化技術サイエンスフォーラム (2003). (Technology for High Power Powder and Capsulation of Foods. Furuta, T. et al. eds. Science Forum Ltd., Chiba(2003)) 6) 真鍋宜隆, 高松優, 北谷友希, 依田稔, 石黒隆, 勝川史憲, 粉末油脂と液状油の摂取時のヒトにおける血中中性脂肪値の推移, 日本栄養 食糧学会誌 72,13-17 (2019). (Manabe, Y. et al. Nippon Eiyo Shokuryo Gakkaishi 72, 13-17(2019)) 20