(57)【要約】【課題】原料穀物を問わずに無加水にて簡単且つ短時間で高度にアルファ化されたデンプン粉を得る。【解決手段】示差走査熱量測定においてアルファ化していない標準試料の融解に伴う吸熱エンタルピーを△Ｈｍａｘとしたときにα＝（１−△ＨＴ／△Ｈｍａｘ）×１００で示される数値αが８０以上となるような同融解温度時の吸熱エンタルピー△ＨＴを持つことを特徴とするアルファ化デンプン粉であり、たとえば、臼間のギャップ１３を０．０１ｍｍ以下にして含水率１２％以上の原料穀物を該ギャップに投入して８０℃以上の温度で剪断力を与えて粉砕することにより製造される。このアルファ化デンプン粉はポリ乳酸などのプラスチックに添加したときの分散性や相溶性がきわめて高いので、プラスチック添加剤としても有用であり、得られたプラスチック／デンプン粉のコンポジット材料においても機械的物性の向上効果が得られる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
示差走査熱量測定においてアルファ化していない標準試料の融解に伴う吸熱エンタルピーを△Ｈｍａｘとしたときにα＝（１−△ＨＴ／△Ｈｍａｘ）×１００で示される数値αが８０以上となるような同融解温度時の吸熱エンタルピー△ＨＴを持つことを特徴とするアルファ化デンプン粉。
【請求項２】
相対的に移動する２部材間のギャップを０．０２ｍｍ未満にして原料穀物を該ギャップに投入して剪断力を与えて粉砕することを特徴とする請求項１記載のアルファ化デンプン粉の製造方法。
【請求項３】
相対的に移動する２部材間のギャップを０．０１ｍｍ以下にして原料穀物を該ギャップに投入して剪断力を与えて粉砕することを特徴とする請求項１記載のアルファ化デンプン粉の製造方法。
【請求項４】
相対的に移動する２部材間のギャップを０．０２ｍｍ未満にして原料穀物を該ギャップに投入して８０℃以上の温度で剪断力を与えて粉砕することを特徴とする請求項１記載のアルファ化デンプン粉の製造方法。
【請求項５】
相対的に移動する２部材間のギャップを０．０４ｍｍ未満にして含水率１５％以上の原料穀物を該ギャップに投入して８０℃以上の温度で剪断力を与えて粉砕することを特徴とする請求項１記載のアルファ化デンプン粉の製造方法。
【請求項６】
相対的に移動する２部材間のギャップを０．０１ｍｍ以下にして含水率１２％以上の原料穀物を該ギャップに投入して８０℃以上の温度で剪断力を与えて粉砕することを特徴とする請求項１記載のアルファ化デンプン粉の製造方法。
【請求項７】
原料穀物を相対的に移動する２部材間のギャップに投入して剪断力を与えて粉砕することによりアルファ化デンプン粉を製造する方法において、ギャップの大きさ、剪断粉砕時の温度および原料穀物の含水率の３条件を組み合わせて設定することにより、示差走査熱量測定においてアルファ化していない標準試料の融解に伴う吸熱エンタルピーを△Ｈｍａｘ、製造されるアルファ化デンプンの同融解温度時の吸熱エンタルピー△ＨＴとしたときにα＝（１−△ＨＴ／△Ｈｍａｘ）×１００で示される数値αを制御することを特徴とするアルファ化デンプン粉の製造方法。
【請求項８】
請求項１記載のアルファ化デンプン粉を主成分とするプラスチック添加剤。
【請求項９】
請求項１記載のアルファ化デンプン粉を生分解性樹脂に添加したコンポジット材料。
【請求項１０】
請求項１記載のアルファ化デンプン粉をポリ乳酸樹脂に添加したコンポジット材料。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、原料穀物を剪断条件下で粉砕して得られるアルファ化デンプン粉およびその製造方法ならびに該アルファ化デンプン粉を用いたプラスチック添加剤およびコンポジット材料に関する。
【背景技術】
【０００２】
穀物に含まれるデンプンをアルファ化（非晶質化）することで、アルファ化前に対して異なる特性が発現することは一般に知られている。つまり、予めアルファ化された米粉は、長期保存が可能である一方で、蒸煮を必要とせずに水や湯を加えるだけで美味しく食することができることが知られている。また、ＰＬＡ（ポリ乳酸樹脂）などの生分解性樹脂への添加剤としてデンプンを用いる場合には、水やグリセリンなどの可塑剤を同時に添加して高温で処理することにより、デンプンをアルファ化することでＰＬＡ等と複合化できることが知られている。
【０００３】
従来のアルファ化デンプンは、原料穀粒を水中に懸濁・加熱（すなわち炊飯）により糊化させた後に除水することによって製造されることが通常であった。また、特許文献１には、原料穀粒を８０℃以上、特に１００〜２００℃の温度に加熱しながら剪断条件下に粉砕してアルファ化デンプン粉を製造する技術が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−０７５１０４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、炊飯後に除水してアルファ化する方法では、水や湯を加えるだけで食料とできる程度までアルファされたデンプン粉を製造することは可能であったが、それらのデンプン粉は完全に近い程度までアルファ化されたデンプン粉の製造は不可能であった。その理由は、炊飯により一旦ほぼ完全にアルファ化したデンプンの一部が、乾燥（除水）の過程で生じる「老化」により再び結晶化するためである。
【０００６】
また、特許文献１に記載された方法によっても完全なアルファ化を行うことは困難であり、炊飯後に除水してアルファ化する方法と実質的には同程度にアルファ化できるにすぎなかった。
【０００７】
これらの従来技術では食料としての用途に供することが前提とされていたため、そのアルファ化の程度に不満が生ずることはなく、より高い程度あるいはほぼ完全にアルファ化されたデンプン粉が製造されることはなく、そのような要請もほとんどなかった。しかしながら、非常に高い程度あるいはほぼ完全にアルファ化されたデンプン粉は、低レベルにアルファ化されているにすぎない従来公知のデンプン粉とはデンプン構造が大きく異なり、デンプン分子の有する反応性が向上することによってより顕著な特性を示すことが期待される。
【０００８】
このような背景から多くの実験と研究を重ねた結果、発明者らは、非常に高い程度までアルファ化されたデンプン粉を得ることに成功し、且つ、このデンプン粉は、従来から認識されていた食品分野への用途だけでなく、これとは全く異なる分野においてきわめて高い有用性を持ち得ることを知見した。その一つがＰＬＡ（ポリ乳酸樹脂）などの生分解性樹脂への添加剤としての有用性である。前述したようにＰＬＡへのデンプン添加は従来より行われているが、水やグリセリンなどの可塑剤を用いてデンプンをプラスチックに分散させる必要があった。これは、従来の製法によって得られるデンプン粉は必ずしも十分な程度までアルファ化されておらず、これがプラスチックへの分散性を阻害しているためであると考えられる。
【０００９】
また、ＰＬＡのようなポリエステル系材料は溶融時に水が存在すると加水分解を起こして低分子化し、物性低下の原因となることが知られている。したがって、このようなプラスチックにデンプンを添加するときに水を用いると、物性が低下することが懸念される。
【００１０】
したがって、本発明の課題は、従来では存在しないほど高い程度までアルファ化された状態を保持し、上記したような新規有用な用途にも有用なデンプン粉を提供することであり、また、そのための製造方法を提供することである。また、アルファ化の程度を自在にコントロールできるための新規な手法を提供することも本発明の課題の一つである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記の課題に鑑みて、本発明者らは、原料穀物を水を加えずに剪断粉砕してアルファ化する方法においてアルファ化の程度を１００％近くまで高めるために必要な条件を見い出すために実験と研究を重ねた結果、相対的に移動する２部材（臼など）間のギャップを所定のしきい値より小さく設定して原料穀物に与える物理的な力（剪断力）を強くすることが特に重要であり、また、さらに粉砕時の温度および原料穀物が最初から吸湿している水分量も最終的に得られるアルファ化の程度に大きな影響を与えることを知見して、本発明を完成するに至った。
【００１２】
すなわち、本発明は、示差走査熱量測定においてアルファ化していない標準試料の融解に伴う吸熱エンタルピーを△Ｈｍａｘとしたときにα＝（１−△ＨＴ／△Ｈｍａｘ）×１００で示される数値αが８０以上、好ましくは８５以上、より好ましくは９０以上となるような同融解温度時の吸熱エンタルピー△ＨＴを持つことを特徴とするアルファ化デンプン粉である。
【００１３】
なお、デンプンのアルファ化の程度（アルファ化度）を測定する一方法としてＢＡＰ法が知られているが、この方法ではデンプンの非晶化に伴う活性化（非晶度）の度合いを定量化することが困難である。ＢＡＰ法は酵素反応を応用しているため、測定者の熟練度などによる数値のばらつきが発生しやすく、また、ＢＡＰ法はデンプン粒が損傷している場合などデンプンが非晶化していない場合でも高い数値が測定される場合もあり、アルファ化の程度を示す数値としての信頼性に欠ける。本発明では、デンプンの非晶化に伴う示差熱の測定に基づき、且つ、実質的にアルファ化していない標準試料との対比においてアルファ化の程度を示す数値を算出するので、アルファ化度の本来の意味である非晶度を精度良く定量的に示すことができ、きわめて信頼性の高い指標として上記算出値αを用いている。
【００１４】
また、本発明は、このようなα≧８０のアルファ化デンプン粉を無加水条件で短時間に効率的に製造するための方法に関し、その一実施形態によれば、相対的に移動する２部材間のギャップを０．０２ｍｍ未満にして原料穀物を該ギャップに投入して剪断力を与えて粉砕することを特徴とするアルファ化デンプン粉の製造方法であり、他の実施形態によれば、相対的に移動する２部材間のギャップを０．０１ｍｍ以下にして原料穀物を該ギャップに投入して剪断力を与えて粉砕することを特徴とするアルファ化デンプン粉の製造方法であり、さらに他の実施形態によれば、相対的に移動する２部材間のギャップを０．０２ｍｍ未満にして原料穀物を該ギャップに投入して８０℃以上の温度で剪断力を与えて粉砕することを特徴とするアルファ化デンプン粉の製造方法であり、さらに他の実施形態によれば、相対的に移動する２部材間のギャップを０．０４ｍｍ未満にして含水率１５％以上の原料穀物を該ギャップに投入して８０℃以上の温度で剪断力を与えて粉砕することを特徴とするアルファ化デンプン粉の製造方法であり、さらに他の実施形態によれば、相対的に移動する２部材間のギャップを０．０１ｍｍ以下にして含水率１２％以上の原料穀物を該ギャップに投入して８０℃以上の温度で剪断力を与えて粉砕することを特徴とするアルファ化デンプン粉の製造方法である。
【００１５】
また、本発明は、前記式で示される数値α、すなわち原料穀物の剪断粉砕によって得られるデンプン粉のアルファ化の程度を任意にコントロールするための新規な手法を提案するものであり、原料穀物を相対的に移動する２部材間のギャップに投入して剪断力を与えて粉砕することによりアルファ化デンプン粉を製造する方法において、ギャップの大きさ、剪断粉砕時の温度および原料穀物の含水率の３条件を組み合わせて設定することにより、示差走査熱量測定においてアルファ化していない標準試料の融解に伴う吸熱エンタルピーを△Ｈｍａｘ、製造されるアルファ化デンプンの同融解温度時の吸熱エンタルピー△ＨＴとしたときにα＝（１−△ＨＴ／△Ｈｍａｘ）×１００で示される数値αを制御することを特徴とするアルファ化デンプン粉の製造方法である。
【００１６】
また、本発明は、前記式で示される数値αがα≧８０のアルファ化デンプン粉の新規な用途をも提案するものであり、その一実施形態によれば、該アルファ化デンプン粉を主成分とするプラスチック添加剤であり、他の実施形態によれば、該アルファ化デンプン粉を生分解性樹脂に添加したコンポジット材料であり、さらに他の実施形態によれば、該アルファ化デンプン粉をポリ乳酸樹脂に添加したコンポジット材料である。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、従来では存在しなかった高い程度までアルファ化されたデンプン粉が提供される。このように高い程度までアルファ化されたデンプン粉は、従来から知られている食品分野への用途のみならず、ＰＬＡ（ポリ乳酸樹脂）などの生分解性樹脂への添加剤としての有用性が期待され、さらにはその他広い分野において新規用途が見込まれる。
【００１８】
また、本発明によれば、米粉などの原料穀物を剪断粉砕してアルファ化させる方法において、その製造条件をコントロールすることにより、きわめて高い程度にまでアルファ化されたデンプン粉を得ることができ、またアルファ化の程度を様々にコントロールすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明方法を実施するための装置構成の一例を示す概略図（上が上面図、下が側面図）である。
【図２】この装置の要部断面図である。
【図３】実施例１においてギャップを変えて製粉処理して得られた米粉の広角Ｘ線回析グラフである。
【図４】同米粉の示差走査熱量測定結果を示すグラフである。
【図５】実施例２において水分含有量４．４４％の米粒を原料にしてギャップ０．０１ｍｍで温度条件を変えて製粉処理して得られた米粉の広角Ｘ線回析グラフである。
【図６】実施例２において水分含有量１０．８９％の米粒を原料にしてギャップ０．０１ｍｍで温度条件を変えて製粉処理して得られた米粉の広角Ｘ線回析グラフである。
【図７】実施例２において水分含有量１２．７３％の米粒を原料にしてギャップ０．０１ｍｍで温度条件を変えて製粉処理して得られた米粉の広角Ｘ線回析グラフである。
【図８】実施例２において水分含有量１７．５７％の米粒を原料にしてギャップ０．０１ｍｍで温度条件を変えて製粉処理して得られた米粉の広角Ｘ線回析グラフである。
【図９】実施例２において水分含有量４．４４％の米粒を原料にしてギャップ０．０１ｍｍで温度条件を変えて製粉処理して得られた米粉の示差走査熱量測定グラフである。
【図１０】実施例２において水分含有量１０．８９％の米粒を原料にしてギャップ０．０１ｍｍで温度条件を変えて製粉処理して得られた米粉の示差走査熱量測定グラフである。
【図１１】実施例２において水分含有量１２．７３％の米粒を原料にしてギャップ０．０１ｍｍで温度条件を変えて製粉処理して得られた米粉の示差走査熱量測定グラフである。
【図１２】実施例２において水分含有量１７．５７％の米粒を原料にしてギャップ０．０１ｍｍで温度条件を変えて製粉処理して得られた米粉の示差走査熱量測定グラフである。
【図１３】実施例２において水分含有量４．４４％の米粒を原料にしてギャップ０．０１ｍｍで温度条件を変えて製粉処理して得られた米粉についてアルファ化の程度を示す数値を算出して示すグラフである。
【図１４】実施例２において水分含有量１０．８９％の米粒を原料にしてギャップ０．０１ｍｍで温度条件を変えて製粉処理して得られた米粉についてアルファ化の程度を示す数値を算出して示すグラフである。
【図１５】実施例２において水分含有量１２．７３％の米粒を原料にしてギャップ０．０１ｍｍで温度条件を変えて製粉処理して得られた米粉についてアルファ化の程度を示す数値を算出して示すグラフである。
【図１６】実施例２において水分含有量１７．５７％の米粒を原料にしてギャップ０．０１ｍｍで温度条件を変えて製粉処理して得られた米粉についてアルファ化の程度を示す数値を算出して示すグラフである。
【図１７】実施例３において水分含有量４．４４％の米粒を原料にしてギャップ０．０３５ｍｍで温度条件を変えて製粉処理して得られた米粉の広角Ｘ線回析グラフである。
【図１８】実施例３において水分含有量１０．８９％の米粒を原料にしてギャップ０．０３５ｍｍで温度条件を変えて製粉処理して得られた米粉の広角Ｘ線回析グラフである。
【図１９】実施例３において水分含有量１２．７３％の米粒を原料にしてギャップ０．０３５ｍｍで温度条件を変えて製粉処理して得られた米粉の広角Ｘ線回析グラフである。
【図２０】実施例３において水分含有量１７．５７％の米粒を原料にしてギャップ０．０３５ｍｍで温度条件を変えて製粉処理して得られた米粉の広角Ｘ線回析グラフである。
【図２１】実施例３において水分含有量４．４４％の米粒を原料にしてギャップ０．０３５ｍｍで温度条件を変えて製粉処理して得られた米粉の示差走査熱量測定グラフである。
【図２２】実施例３において水分含有量１０．８９％の米粒を原料にしてギャップ０．０３５ｍｍで温度条件を変えて製粉処理して得られた米粉の示差走査熱量測定グラフである。
【図２３】実施例３において水分含有量１２．７３％の米粒を原料にしてギャップ０．０３５ｍｍで温度条件を変えて製粉処理して得られた米粉の示差走査熱量測定グラフである。
【図２４】実施例３において水分含有量１７．５７％の米粒を原料にしてギャップ０．０３５ｍｍで温度条件を変えて製粉処理して得られた米粉の示差走査熱量測定グラフである。
【図２５】実施例２において水分含有量４．４４％の米粒を原料にしてギャップ０．０３５ｍｍで温度条件を変えて製粉処理して得られた米粉についてアルファ化の程度を示す数値を算出して示すグラフである。
【図２６】実施例２において水分含有量１０．８９％の米粒を原料にしてギャップ０．０３５ｍｍで温度条件を変えて製粉処理して得られた米粉についてアルファ化の程度を示す数値を算出して示すグラフである。
【図２７】実施例２において水分含有量１２．７３％の米粒を原料にしてギャップ０．０３５ｍｍで温度条件を変えて製粉処理して得られた米粉についてアルファ化の程度を示す数値を算出して示すグラフである。
【図２８】実施例２において水分含有量１７．５７％の米粒を原料にしてギャップ０．０３５ｍｍで温度条件を変えて製粉処理して得られた米粉についてアルファ化の程度を示す数値を算出して示すグラフである。
【図２９】デンプン粉試料についてアルファ化の程度を示す数値を算出する手法を説明する説明図である。
【図３０】上記アルファ化の程度を示す数値を算出するに当たり標準試料として用いる気流粉砕生米粉（ベータ米粉）の広角Ｘ線回析グラフである。
【図３１】同気流粉砕生米粉（ベータ米粉）の示差走査熱量測定グラフである。
【図３２】本発明による完全アルファ化米粉をＰＬＡ（ポリ乳酸樹脂）に添加した場合の機械的物性（引張強度）を、市販アルファ化米粉を添加した場合、生米粉（ベータ米粉）を添加した場合およびＰＬＡ単体の場合と比較して示すグラフである。
【図３３】本発明による完全アルファ化米粉をＰＬＡ（ポリ乳酸樹脂）に添加した場合の分散性を、市販アルファ化米を添加した場合、生米粉（ベータ米粉）を添加した場合およびＰＬＡ単体の場合と比較して示す写真図である。
【図３４】本発明による完全アルファ化米粉の糖化特性を市販アルファ化米および生米粉（ベータ米粉）と比較して示すグラフである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
図１は本発明方法を実施するための装置構成の一例を示す概略図である。この装置１０は、固定設置される上臼１１と、この上臼１１との間に所定のギャップ１３を介して回転可能に設けられる下臼１２とを有する。上臼１１は中心に米粒などの原料穀物を投入する原料投入口１４を有してリング状に形成されている。投入口１４は、上臼１１の底面においてギャップ１３に通じている。下臼１２は上臼１１と略同一外径を有する円盤形状に形成されている。
【００２１】
下臼１２はモータ１５により所定速度で回転駆動される。上臼１１と下臼１２との間のギャップ１３はギャップ調整部１６の範囲内で調整可能であり、原料とされる穀粒や処理後に得るべき所望の穀粉の大きさなどに応じて０．５〜０．０１ｍｍ、特に０．１〜０．０１ｍｍ程度の範囲内で任意に調整される。
【００２２】
上臼１１にはヒータ１７が設けられる。ヒータ１７は上臼１１と略同一の外径寸法を有すると共に原料投入口１４と略同径の開口を有するリング状に形成されている。ヒータ１７は、ヒータコード１８を介して温度コントローラ１９に接続されており、温度コントローラ１９により設定された温度に加熱されることにより、上臼１１を全面加熱する。コンピュータ２２は、温度コントローラ１９による設定温度（データケーブル２３から入力）と、熱電対（図示せず）による測定温度（データケーブル２１から入力）とを比較して、温度制御ケーブル２４を介してヒータ制御信号を温度コントローラ１９に与える。
【００２３】
また、コンピュータ２２はモータ制御ケーブル２５を介してモータ制御信号をモータ１５に与えて、モータ１５による下臼１２の回転数を制御する。下臼１１の回転数は、ギャップ１３に投入された穀粒が固定の上臼１１と回転する下臼１２との間で受ける剪断速度が９０〜６００ｓｅｃ−１、好ましくは２８０〜６００ｓｅｃ−１となるように設定されることが好ましい。
【００２４】
上臼１１／下臼１２の下方にはこれらの外径より十分に大きな内径を有する受け皿２６が設けられる。受け皿２６の底面には穀粉落下口２７が開口しており、この装置１０による処理後の穀粉（米粉など）を受け皿２６から落下させ、さらに穀粉落下シュート２８を経て所定の容器（図示せず）などに収容させるようにしている。
【００２５】
装置１０の要部断面図である図２に示されるように、上臼１１は、原料投入口１４に臨む内面１１ａから底面１１ｂに至る原料通路１１ｃが断面視においてテーパー状、平面視においては螺旋状に形成されている。原料投入口１４の下端部には、テーパー状通路１１ｃによって拡大化された収容部２９が形成されているので、原料投入口１４に投入された原料穀物はギャップ１３に入り込んで剪断粉砕される直前にこの収容部２９に入り込み、ヒータ１７により加熱された上臼１１の内面１１ａからの伝熱ないし放熱によって加熱される。前述の熱電対は、上臼１１の側面から中心に向けて形成した穴に挿入され、上臼１１と下臼１２の間のギャップ１３で剪断粉砕されているときの処理温度を近似的に示している。上臼１１および下臼１２の各ギャップ１３に臨む面には、原料穀物に対する剪断力を増大させるために円周方向と交わる方向に延長する多数条の凹溝が形成されている。
【００２６】
次いで、この装置１０を用いて行うアルファ化製粉処理について説明する。まず、ギャップ調整部１６を介して上臼１１と下臼１２との間のギャップ１３を、原料穀粒や処理後の穀粉の大きさなどに応じて０．５〜０．０１ｍｍ、特に０．１〜０．０１ｍｍ程度の範囲内で任意に調整する。また、温度コントローラ１９によりヒータ１７を所定温度（たとえば８０〜１４０℃の範囲内で１０℃刻みで設定可能）に加熱し、その熱伝導によって上臼１１を加熱する。また、コンピュータ２２によって制御された回転数でモータ１５が駆動され、前記所定の剪断速度を与えるように下臼１２を回転させる。
【００２７】
以上で装置１０の準備が完了するので、原料穀粒を投入口１４に投入して処理を開始する。ヒータ１７は既に所定温度に加熱されており、これによって上臼１１も加熱されているので、穀粒はヒータ１７および投入口１４を通過し、さらにテーパー状通路１１ｃないし収容部２９を通過する間に該ヒータ温度に対応した温度に加熱され、その直後に、下臼１２との間のギャップ１３に送り込まれ、固定の上臼１１と回転する下臼１２との間で剪断力を受けて粉砕される。剪断粉砕によって得られた穀粉（米粉）はギャップ１３の側方から放出されて受け皿２６に収容され、落下口２７および落下シュート２８を経て所定の容器（図示せず）に回収される。
【実施例１】
【００２８】
一般の貯蔵米として標準的である１４．４％の水分含有量の米粒を原料として、図１および図２に示される構成の装置１０を用いて実際に製粉処理を行った。使用した装置１０において、上臼１１、下臼１２およびヒータ１７はいずれも外径寸法が５０ｍｍ（半径２５ｍｍ）であり、その中心に口径１０ｍｍの投入口１４を有する。上臼１１のテーパー状原料通路１１ｃは内面１１ａから５ｍｍの範囲に亘って形成されている（図２）。臼間のギャップ１３は０．０１ｍｍ、０．０２ｍｍ、０．０３ｍｍ、０．０７ｍｍ、０．１１ｍｍ、０．１５ｍｍおよび０．５１ｍｍの７通りに変え、同一の粉砕温度（前述の熱電対による測定温度。以下の実施例においても同じ）１２０℃で製粉処理した。
【００２９】
この製粉処理の結果を図３（広角Ｘ線回析グラフ）および図４（示差走査熱量測定グラフ）に示す。これらのグラフから、粉砕処理を１２０℃と十分な加熱温度条件の下で行っても、ギャップ１３を０．０３ｍｍ以上とすると、広角Ｘ線回析において明らかにシャープなピークが残り（図３）、また示差走査熱量測定においても大きな吸熱エンタルピーが認められる（図４）ので、アルファ化が十分でないことが分かる。ギャップが０．０２ｍｍの場合はやや不十分ではあるがアルファ化が相当程度進行しているものと認められ、ギャップが０．０１ｍｍになるとほぼ完全にアルファ化した状態になっている。
【実施例２】
【００３０】
実施例１と同じ構成の装置１０を用いたが、この実施例では、臼間のギャップ１３を０．０１ｍｍ（１０μｍ）に固定して、粉砕温度を１５℃（ヒータ１７を作動させない室温条件）、８０℃、１００℃および１２０℃の４通り、原料穀物としての米粒の含水量を４．４４％、１０．８９％、１２．７３％および１７．５７％（新米）の４通りにして、各組合条件の下で実際の製粉処理を行った。
【００３１】
この製粉処理の結果を図５〜図８（広角Ｘ線回析グラフ）および図９〜図１２（示差走査熱量測定グラフ）に示す。これらのグラフから、臼間ギャップ１３を０．０１ｍｍと小さくした場合は、原料の米粒の含水率を問わず、８０℃以上の温度条件で粉砕処理することにより十分にアルファ化できることが分かった。
【００３２】
ところで、穀物に含まれるデンプン粒の内部においては、デンプン分子間の水素結合によりデンプン分子同士が規則的に配列して一種の結晶となっているのに対し、デンプンのアルファ化とは、当該水素結合に起因する規則性が崩れた（非晶化した）状態を意味し、従来は主として広角Ｘ線回析でアルファ化の程度を判断していた。すなわち、広角Ｘ線回析においてシャープなピークが消えた状態になればなるほどアルファ化が進行しており、シャープなピークが残っている状態はアルファ化が不十分であると考えることができるが、より明確に判断するには示差走査熱量測定（以下「ＤＳＣ測定」）によりデンプン穀物と水との存在下での糊化（アルファ化）時に吸収される熱量を測定する手法を併用することが有用である。広角Ｘ線回析においてピークが消えているように見えても、ＤＳＣ測定によると吸熱が生じている場合があり、ＤＳＣ測定のほうが構造に敏感であり、アルファ化の程度をより高精度に把握することができる。しかしながら、デンプンのアルファ化の程度を数値化する試みは従来ほとんど行われていなかった。本発明者らは、ＤＳＣ測定の結果からアルファ化の程度を数値化することを試みた。上記のように、ＤＳＣ測定によればデンプンが融解するときの吸熱量をアルファ化の程度と相関性を持つものとして用いることができるので、この実施例では、温度（横軸）を徐々に上げていって吸熱が生じたときの熱量（縦軸）を測定した（図９〜図１２）。米粉デンプンの融解温度は約６２度である（図４からも明らか）から、この融解温度での吸熱にかかる仕事量のエンタルピーを△Ｈ（Ｊ／ｇ）で示している。この吸熱エンタルピーが小さいほど結晶の割合が小さい、すなわち非晶化＝アルファ化の程度が大きいことを意味し、「Ｎｏ  Ｐｅａｋ」は吸熱が全く認められないことから完全に非晶化＝アルファ化していることを意味している。
【００３３】
この原理を応用すれば、ＤＳＣ測定の結果に基づいて、デンプン粉のアルファ化の程度を絶対的指標として数値化することが可能となる。すなわち、図２９に示すように、実質的に全くアルファ化していない試料、すなわち生米（ベータ米）を標準試料としてその融解温度における吸熱エンタルピー（△Ｈｍａｘ）をあらかじめ測定しておき、これに対する測定対象試料の同融解温度における吸熱エンタルピー（△ＨＴ）を測定すれば、該試料のアルファ化の程度を次式から算出することができる。測定対象試料の吸熱エンタルピー（△ＨＴ）が標準試料の吸熱エンタルピー（△Ｈｍａｘ）に比べて小さくなるほど算出数値（α）は高くなり、高い程度までアルファ化されていることを示す。「Ｎｏ  Ｐｅａｋ」の場合は吸熱エンタルピーがゼロ、すなわち△ＨＴ＝０となるのでα＝１００となり、完全にアルファ化されていることを示す。
α＝（１−△ＨＴ／△Ｈｍａｘ）×１００
【００３４】
なお、標準試料としては、平成１８年度山形庄内産の「はえぬき」を、Ｍｉｃｒｏ  Ｐｏｗｔｅｃ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ製のエアータグミル微粉砕機ＭＰ５−５００で気流粉砕したものを用いた。この生米粉の広角Ｘ線回析およびＤＳＣ測定の結果を各々グラフにして図３０および図３１に示す。図３１のグラフに記入したように、この生米粉の融解温度（約６２度）における吸熱エンタルピー（△Ｈｍａｘ）は７．４（Ｊ／ｇ）であった。
【００３５】
図９〜図１２に示すＤＳＣ測定結果に基づいて上記式からアルファ化の程度を示す数値αを算出して図１３〜図１６に示す。これらのグラフからも、臼間ギャップ１３を０．０１ｍｍと小さくした場合は、原料の米粒の含水率を問わず、８０℃以上の温度条件で粉砕処理することにより十分にアルファ化できることが分かり、アルファ化の程度を示す数値がほぼα≧８０となることが分かった。
【００３６】
なお、既述したように、炊飯後に除水して製粉する既存製法によると、炊飯によって一旦ほぼ完全に非晶化してもその後の除水の過程で老化により再結晶化し、ＤＳＣにおける吸熱が生ずることが既に多くの論文などで明らかにされている。その幾つかを下記に例示する。したがって、この既存製法で得られる市販のアルファ化米粉の数値αは８０未満に低下しているものと考えられる。
（１）Fumio Nakazawa, Shun Noguchi, Junko Takahashi and Masako Takada; Gelatinization and Retrogradation of Rice Starch Studied by Differential Scanning Calorimetry; Agric. Biol. Chem.; 48(1), 201-203(1984)
（２）Takayuki Umemoto, Tetsuya Horibata, Noriaki Aoki, Mayu Hiratsuka, Masahiro Yano and Naoyoshi Inouchi; Effects of Variation in Starch Synthase on Starch Properties and Eating Quality of Rice; Plant Prod. Sci., 11(4), 472-480(2008)  米澱粉
（３）Jeong-Ok Kim, Wan-Soo Kim and Mal-Shick Shin, Kwangju (Korea); A Comparative Study on Retrogradation of Rice Starch Gels by DSC, X-Ray and α-Amylase Methods; Starch/Starke. 49, 71-75(1997)  米澱粉
（４）「でん粉製品の知識」、高橋豊治、幸書房、1996
【実施例３】
【００３７】
実施例１と同じ構成の装置１０を用いたが、この実施例では、臼間のギャップ１３を０．０３５ｍｍ（３５μｍ）に固定して、粉砕温度を１５℃（ヒータ１７を作動させない室温条件）、８０℃、１００℃および１２０℃の４通り、原料穀物としての米粒の含水量を４．４４％、１０．８９％、１２．７３％および１７．５７％（新米）の４通りにして、各組合条件の下で実際の製粉処理を行った。
【００３８】
この製粉処理の結果を図１７〜図２０（広角Ｘ線回析グラフ）、図２１〜図２４（示差走査熱量測定グラフ）に示す。また、実施例２と同様にして、図２１〜図２４に示すＤＳＣ測定結果に基づいて前記式からアルファ化の程度を示す数値αを算出して図２５〜図２８に示す。これらのグラフから、臼間ギャップ１３を０．３５ｍｍと小さくした場合は十分にアルファ化を進行させることがきわめて厳しくなるが、高含水率１７．５７％の原料米粒を用いたときには、８０℃以上の温度条件で粉砕処理することにより完全にアルファ化した（α＝１００）米粉を得ることができた。
【実施例４】
【００３９】
この実施例では、本発明によって得られた完全アルファ化米粉（α＝１００）を、生分解性樹脂としての優位性が認められているＰＬＡ（ポリ乳酸樹脂）に添加したときの分散性と機械的物性を評価した。図３２は、本発明による完全アルファ化米粉をＰＬＡに添加した場合、従来法により炊飯後除水し製粉して得られたアルファ化米（以下「市販アルファ化米粉」と言う。）を添加した場合、生米粉（ベータ米粉）を添加した場合および無添加（ＰＬＡ単体）の場合の各々について、一軸引張試験を行って破断時の応力（破断応力）を測定した結果を示すグラフである。縦軸は破断応力を示し、横軸は試験体を示す。米粉の添加に際してはいずれも水を加えずに単にＰＬＡと米粉とを混合することによってＰＬＡ／米粉コンポジット材料を得た。
【００４０】
また、米自身の強度はＰＬＡに比べて著しく低いため強度に貢献しないと考えられるので、米粉を添加したＰＬＡ／米粉コンポジット材料の場合の一軸引張試験においては、測定結果の生データを以下のようにして換算した。すなわち、ＰＬＡ単体の場合の応力σＰＬＡはσＰＬＡ＝Ｆ１／Ａ（Ａは断面積、Ｆ１はＰＬＡの張力）で算出される。ＰＬＡ／米粉コンポジット材料の応力σＣＯＭは、例として配合比５０：５０の場合をとると、５０％米粉添加のコンポジット材料においてＰＬＡが断面積に占める割合はＡ／２と仮定できるので、張力をＦ２とすると、σＣＯＭ＝Ｆ２／（Ａ／２）＝２×Ｆ２／Ａとなるが、このコンポジット材料についての測定生データはＦ２／Ａの値であるから、ＰＬＡ換算した場合、換算後の該コンポジット材料の応力σＣＯＭ（換算）はσＣＯＭ（換算）＝２×測定値となる。米粉の添加量が１０％および２５％の場合も上記と同様にして換算した。
【００４１】
図３２に示す結果から、アルファ化の程度が低い市販アルファ化米粉やアルファ化していないベータ米粉を添加した場合は１０％添加および２５％添加のいずれにおいてもＰＬＡ単体の場合より引張強度が低下したのに対して、本発明による完全アルファ化米粉を添加した場合は１０％添加および２５％添加のいずれにおいても引張強度が向上し、添加量を５０％に上げた場合にはさらに顕著な引張強度向上効果が得られることが確認された。この結果は、アルファ化度がきわめて大きい米粉がＰＬＡに対してきわめて高い相溶性を有することに起因しているものと考えられる。
【００４２】
図３３は、この実施例で用いた各ＰＬＡ／米粉コンポジット材料について米粉の分散性を確認するために写真撮影した結果を示しており、アルファ化の程度が低い市販アルファ化米粉やアルファ化していないベータ米粉を添加した場合には分散性が悪いのに対し、本発明による完全アルファ化米粉を添加した場合は１０％添加および２５％添加のいずれにおいてもＰＬＡに対して高い分散性を有し、水を加える必要なしにＰＬＡに添加することが可能であることが確認された。この結果は、ＰＬＡ分子中にはカルボン酸が存在しているため、デンプンが完全に非晶化（アルファ化）しているとＰＬＡとデンプン中のＯＨ基（水酸基）との間の水素結合による高い相溶性が発揮されるためであると考えられる。すなわち、完全アルファ化米粉がきわめて高い相溶性ないし分散性を有することが、ＰＬＡに添加したときの機械的物性向上に大きく貢献しているものと考えられる。
【実施例５】
【００４３】
この実施例では、本発明によって得られた完全アルファ化米粉が、エタノール生産時に重要な特性である酵素によるグルコースへの酵素反応（糖化）性に優れることを確認するための試験を行った。比較対象には、実施例４と同様の市販アルファ化米粉および生米粉（ベータ米粉）に、さらに９０℃に加熱炊飯し、撹拌速度１４０ｒｐｍで１時間撹拌した後５０℃に冷却して得たベータ米粉を追加して用いた。これらの米粉を糖化させ、得られた糖化物のグルコース濃度を測定した。実験条件は次の通りである。
（１）試料となる各米粉１５ｇに純水６０ｍｌを加えたものと基質溶液とした。
（２）この基質溶液に酵素（ユニアーゼＢＭ−８）を２．２５ｍｇ添加し、反応開始とした。反応は還流管・ガラス栓を備えた２００ｍｌ三口フラスコを用い、温度５０℃および撹拌速度１４０ｒｐｍの条件で行った。
（３）１時間後、別の酵素（ユニアーゼ３０）を９ｍｇ添加し、反応条件を温度６０℃に変えて反応を続けた。
（４）定時（０．５，１，２，３，６，１２，２４ｈ後）に反応液をサンプルチューブに取り、４０００ｒｐｍで１０分間遠心固液分離した。
（５）液画分１００μｌを５ｍｌメスフラスコで５０倍に希釈した。
（６）希釈した溶液の糖濃度をグルコースキットを用いて測定した。
【００４４】
図３４に示される結果から、本発明による完全アルファ化米粉が他の試料に比べて著しく高い糖化特性を示すことが確認された。このことは、たとえばエタノール製造時の原料として本発明による完全アルファ化米粉を用いることにより高い収率でエタノールが得られることを示唆している。
【実施例６】
【００４５】
図１および図２に示す装置は本発明方法を実施するために使用し得る一例にすぎず、本発明方法を実施することができるものであれば他のいかなる装置を使用しても良い。たとえば、原料穀物に剪断力を与えて粉砕するための装置としては、実施例で使用した図示の臼装置のほか、相対的に回転する２つのローラの間の微小ギャップに原料穀物を通過させる間に剪断粉砕する装置構成や、小径の円筒形または円柱形部材と大径の円筒形部材とを同心に配置させて相対回転させ、小径部材の外側と大径部材の内側との間の微小ギャップに原料穀物を通過させる間に剪断粉砕する装置構成などを採用することが可能である。
【産業上の利用可能性】
【００４６】
本発明は、高度にアルファ化されたデンプン粉を無加水で、効率的に、短時間で、且つ低コストで製造するための新規技術として有用である。ここでいうアルファ化デンプン粉は、デンプンが主成分である穀物類、たとえば米、小麦、大豆、小豆、そば、芋類、豆類、とうもろこし類などのすべてを対象としており、本発明により簡便且つ短時間でこれらをアルファ化製粉することができる。したがって、従来は煮るなどの前工程が必要であった加工、たとえば小豆からの飴、芋類からのマッシュポテトなどの加工処理が冷水の加水のみで可能となり、煮るなどの工程を省いて製造可能となる。
【００４７】
高度にアルファ化されたデンプン粉は、従来の食品分野への用途だけでなく、様々な分野への用途が期待される。たとえば、ＰＬＡなどのプラスチックに対しても良好な分散性や相溶性を発揮するので、水やグリセリンなどの可塑剤を使用する必要を無くすだけでなく、機械的物性を向上させる効果も得られることから、プラスチック添加剤としても有効である。
【００４８】
さらに、本発明によれば粉砕条件を任意に選択することで、様々なアルファ化度のアルファ化デンプン粉を製造することができるため、冷水に対する膨潤性の異なる穀物類を製造することができる。すなわち、様々な生地粘度を有する穀物粉を任意に作成可能である。このことは、たとえば米粉１００％パンなど従来は生地に粘りが乏しく製パンが実際上不可能であると考えられてきたものや、１００％蕎麦における「つなぎ」などについても、本発明により得られるアルファ化デンプン粉を粘度調整剤として応用することが可能となる。
【００４９】
さらに、本発明によれば簡単且つ瞬時にデンプンをアルファ化することができることから、煮るという前工程が必要とされていたすべての加工処理についてその必要をなくすことができ、きわめて広い応用範囲を有する。たとえば、工業材料としての用途として、生分解性樹脂の原料である乳酸を合成する際のデンプンの糖化、プラスチック／デンプンのコンポジット材料などにおいて、本発明から得られるアルファ化デンプン粉を用いれば、該前工程が不要となり、従来技術が必要としていた炊飯などのアルファ化工程を省略することができるため、コスト面や工程面においてメリットが大きい。その他、酒造過程における発酵、味噌製造時の麹発酵などの際に、従来はデンプンが主原料である穀物類、たとえばとうもろこし、米、小麦粉などを煮る（炊飯）という前工程を必ず要していたが、本発明によって得られるアルファ化デンプンを用いれば、該前工程が不要となり、同様にコスト面や工程面において多大な優位性がある。
【００５０】
このように、本発明で得られるアルファ化デンプン粉は、食品としての応用はもちろんのこと、工業材料としての応用性も幅広く期待できるものであって、本発明は幅広い産業分野において著しく高い利用可能性を有する。
【符号の説明】
【００５１】
１０  製粉装置
１１  上臼
１１ａ  内面
１１ｂ  底面
１１ｃ  テーパー状原料通路
１２  下臼
１３  ギャップ
１４  原料投入口
１５  モータ
１６  ギャップ調整部
１７  ヒータ
１８  ヒータコード
１９  温度コントローラ
２１  データケーブル
２２  コンピュータ
２３  データケーブル
２４  温度制御ケーブル
２５  モータ制御ケーブル
２６  受け皿
２７  穀粉落下口
２８  穀粉落下シュート
２９  収容部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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