【手続補正書】
【提出日】平成17年3月1日(2005.3.1)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【書類名】  明細書
【発明の名称】  極低温加工方法及び加工装置
【特許請求の範囲】
【請求項１】エマルジョンを含有する食品生成物の成形方法において、液体状の前記生成物を寒剤と接触させ、前記液体生成物を冷却して前記液体生成物を固体へと迅速に転化させることを含む方法。
【請求項２】固体脂肪相が油相中に分散している水中油または油中水エマルジョンにおける、前記固体脂肪相全ての迅速な結晶化に対して適用される、請求項１に記載の方法。
【請求項３】前記固体相が、全トリグリセリド含有量の１％から９９％を構成している、請求項１または請求項２に記載の方法。
【請求項４】前記寒剤が窒素である、請求項１〜３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項５】前記寒剤が二酸化炭素である、請求項１〜３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項６】前記寒剤が液体空気である、請求項１〜３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項７】前記寒剤の温度を、少なくともマイナス７５℃まで下げる、請求項１〜６のいずれか１項に記載の方法。
【請求項８】前記寒剤の温度を、少なくともマイナス１８５℃まで下げる、請求項７に記載の方法。
【請求項９】前記食品生成物が固体脂肪相を含むエマルジョンである、請求項１〜８のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１０】前記食品生成物が水中油エマルジョンである、請求項１〜９のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１１】前記食品生成物が油中水エマルジョンである、請求項１〜１０のいずれか１項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
食用脂肪及び食用油の主成分はトリグリセリドである。通常、脂肪は、トリグリセリドの混合物であり、その内の何種かの融点が室温または周囲温度より高いため、脂肪の結晶状態での固体を含んでいる。一方、油は、通常、トリグリセリドの混合物であるが、それら全てが低融点であることから、室温または周囲温度では結晶性の脂肪を含まない。
【０００２】
多くの食品生成物は、何らかの望ましい物理的特性、機能性または“口当たり”を提供するために、脂肪性結晶を分散させた油相を含んでいるか、または、それによって構成されている。これらの特性は、水の連続系に油相を分散させて水中油エマルジョンを造ること、または逆に、連続油相に水を分散させて油中水エマルジョンを造ることによって、より改良することが可能である。
【０００３】
本発明は、固体（結晶性）脂肪が油相中に存在し、しかもその固体脂肪成分が全トリグリセリド含有量の１％から９９％の範囲内にあるような、水中油エマルジョンまたは油中水エマルジョンを含んでいるか、またはそれで構成されている食品生成物の加工に関する。水中油エマルジョン及び油中水エマルジョン中の固体脂肪は、たとえその存在が少量であっても、それらの物理的特性及び口当たりに影響を与えるだけでなく、それらの機能性及びエマルジョン安定性にも影響を与える。
【０００４】
ホイップクリーム、アイスクリーム配合物及びトッピングのように、生成物中に乳脂肪または植物性脂肪を含む水中油エマルジョンの機能性は、剪断、ホイップ、または撹拌中に、エマルジョンを不安定化させるであろう固体または結晶性の脂肪相の存在に左右される。この立証可能なメカニズムとは、油の小滴表面から突き出た脂肪の結晶が、隣接する小滴の油−水の界面を貫通し、それらの小滴が一つになるよう橋渡しをするというものである。この工程に従い、脂肪の小球または油の小滴は、それらの小球の固体脂肪成分によって、部分的または完全に凝集が進行することもある。分散油相中の固体脂肪含有量が多いと凝集の範囲には限界があるが、一方、固体脂肪の含有量が比較的少ない（すなわち油の含有量が多い）と、凝集はほぼ完全に進行し、この工程の終了時には、個々の小滴の独自性はほとんど認められなくなるであろう。
【０００５】
このように、全トリグリセリド中の乳クリーム含有量が３５％から４０％の場合、４℃でホイップすると、脂肪小球の一部のみが凝集し、脂肪小球の網状組織が形成されて空気の取り込みが起こり、その結果、ホイップクリームができる。この工程が起こるためには、脂肪小球の固体脂肪の平均的含有量が少なくとも４０％でなければならないと考えられるため、ホイップは低温で行われる。
【０００６】
一方、もしも乳クリームが若干高い温度、例えば１５℃に保たれるのであれば、脂肪小球の平均的固体脂肪含有量は、部分的凝集及び空気の安定性に必要とされる４０％以下に抑えるようにする。このような高温でクリームをホイップしたり、掻き回したりすると、脂肪小球の凝集がより促進され、バターを造るための脂肪分散材に使用可能な小球クラスターまたは粒子が形成される。
【０００７】
乳脂肪または植物性脂肪が、通常、全トリグリセリド含有量の５％から１５％である、水中油エマルジョンから成るアイスクリーム配合物を凍らせたり掻き回したりする際にも、同様な原理が適用される。低温で掻き回すと、隣接する脂肪小球の脂肪結晶表面間の相互作用によって、エマルジョンの不安定化が起こり、その結果起こった脂肪小球の部分凝集が、氷の結晶が形成され成長するのと同時に、空気の取り込み及び安定化を引き起こす。
【０００８】
固体脂肪を含むこのようなエマルジョンを加工する際、通常、水中油エマルジョンは、まずこの固体脂肪の融点より高い温度、例えば５０℃から７０℃で加熱し、次に７０℃より高温でホモジナイザー及び／または低温殺菌器を通すことによって成形する。続く、脂肪小球中の固体脂肪相の冷却しながらの再結晶化は、たとえ貯蔵温度を低くしても（例えば４℃から８℃）非常にゆっくりである。これは、固体脂肪の再結晶化を開始させるのに必要な結晶核が、分散油相中に極少量しか存在しないためである。今のところ、固体の結晶性脂肪の存在なくしては、先に引用した種の代表的な生成物を製造するために、ホイップ、撹拌、または剪断中に、エマルジョンの不安定化及び小球の凝集は起こりえない。
【０００９】
そのため、均質化／低温殺菌された、ホイップクリーム、バター、アイスクリーム、トッピング等の製造用の乳脂肪または植物性脂肪のエマルジョンは、“状態調節”をしなければ使用できないのが、現時点での工業的実施法である。一般にこの方法には、エマルジョンを大きなタンク中、通常４℃から８℃で、最高４８時間貯蔵することが含まれており、この間に固体脂肪相のゆっくりとした再結晶化が起こる。従って、全脂肪の含有量が３５％から４０％の乳ホイップクリームのようなエマルジョンを、ホモジナイザーまたは低温殺菌器の出口温度から４℃まで急激に冷却し、さらにホイップしても、結晶性または固体の脂肪が存在しないために、エマルジョンの不安定化及び脂肪小球の凝集は起こらず、高いオーバーランの安定な泡は形成されない。同様に、同じ乳クリームをホモジナイザーまたは低温殺菌器の出口温度から、例えば１５℃まで急激に冷却し、さらに掻き回しても、脂肪小球の凝集は起こらず、バター粒子は形成されない。
【００１０】
本発明は、既存の方法に伴う上記問題点を一般的に克服しうる、このような食品生成物の改良成形法に関する。
本発明により、エマルジョンを含有する食品生成物の成形法が提供されるが、この方法には、液体状の生成物を寒剤と接触させ、その液体生成物を冷却して、それをすばやく固体に転化させることが含まれる。
【００１１】
食品生成物は、寒剤との接触時にスプレー状であるのが好ましい。また寒剤は、食品生成物と接触する時点でスプレーまたはストリーム状であるのが好ましい。
【００１２】
本発明は、水中油、または油相中に固体脂肪相が分散した油中水エマルジョン中の全固体脂肪相の迅速な結晶化に一部適用可能である。その固体相は、全トリグリセリド含有量の１％から９９％含まれているのが好ましい。一般に結晶化は、そのエマルジョンを、寒剤の温度から周囲温度に戻した時点で完結するであろう。
【００１３】
寒剤は、液体窒素、固体または液体の二酸化炭素、例えばドライアイス、または液体空気であるのが好ましい。
寒剤の温度（及びこの食品生成物が冷却されると考えられる温度）は、少なくともマイナス７５℃、例えばドライアイスのマイナス７９．８℃まで下げるのが好ましく、または、少なくともマイナス１８５℃、例えば液体空気のマイナス１９４℃、または液体窒素のマイナス１９６℃まで下げるのがより好ましい。マイナス７５℃とマイナス１９６℃との中間温度は、異なる寒剤を混合することにより、または一種の寒剤、例えば液体窒素を空気と混合することにより使用可能となる。
【００１４】
比較してみると、本発明の方法を用いると、全脂肪含有量が３５％から４０％の乳ホイップクリームのような乳脂肪または植物性脂肪の水中油エマルジョンを、ホモジナイザーまたは低温殺菌器の出口温度で、固体炭酸、または、空気または窒素のような液体寒剤の温度にまで急激に冷却可能であることが分かった。そのため、少し間を置いた後に４℃まで戻すと、ホイップしたり、または掻き回したりすることによって、エマルジョンの不安定化、さらに脂肪小球の部分凝集が起こり、クリームは高いオーバーランの安定な泡を容易に形成する。このことは、極低温冷却により、エマルジョン小滴中での固体脂肪の非常に迅速な核形成及び結晶化が、４℃で少なくとも４０％程度にまで可能になることを意味している。
【００１５】
極低温冷却は、固体脂肪相を非常に迅速に結晶化させるため、それによって得られた脂肪の結晶は、従来の加工されたクリームのそれよりも通常小さくて数が多い。このことが、クリームのエマルジョン安定性及びそのホイッピング特性に若干の変化をもたらす。
【００１６】
実施例として、全脂肪含有量が３８％の低温殺菌したホイップクリームを販売元から入手し、そのホイップ時間（剛性が最高になるまでの）、容量の増加（オーバーラン）及び剛性を測定するために、４℃でホイップした。次に、このクリームを６０℃まで加熱して、その固体脂肪を全て溶かし、さらに、ａ）内対照として、４℃でホイップする前に２４時間４℃で貯蔵する、またはｂ）氷浴中、３０分間４℃で冷却し、ホイップする、またはｃ）本発明の方法を用い、液体窒素の温度まで急激に凍らせ、直ちに氷浴中、３０分間で４℃まで温めることによって解凍し、ホイップする、以上のいずれかを行う。それらの結果を表１に示す。
【００１７】
【表１】
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【００１８】
これらの結果は次のことを示している。
１．  ６０℃まで加熱して固体脂肪を全て溶かしたホイップクリームに本発明を適用すると、エマルジョンの不安定化が起こり、そのクリームを４℃にして直ちにホイップすると、対照と同様な容量の増加、剛性及びホイップ時間でホイップクリームが製造される。
２．  しかしながら、６０℃まで加熱して固体脂肪を全て溶かしたホイップクリームを、ホイップする前に４℃までゆっくり（本発明の方法と比較）冷却すると、エマルジョンの不安定化はほとんど認められず、容量の増加が小さく、剛性の低い、ホイップ時間の長い泡が造られ、対照とは類似しないことが分かる。
３．  本発明を適用して加工したホイップクリームをホイップすると、ホイップ時間がより短く、容量の増加がより低く、さらにより剛性の高い泡となり、このことは、寒剤で急激に冷却した際の小球脂肪の結晶化が、従来の加工クリームのそれとは異なることを示唆している。
【００１９】
本発明の方法を用いることにより、ホモジナイザーまたは低温殺菌器の出口温度で、同じ乳ホイップクリーム（または、全固体脂肪含有量が１８％のシングルクリームまたは全固体脂肪含有量が５８％のダブルクリーム）を、固体炭酸、または、空気または窒素のような液体寒剤の温度にまで急激に冷却し、そうすることで、少し間を置いた後に１５℃まで戻して掻き回すと、エマルジョンの不安定化及びより高度な脂肪小球の凝集が起こること、さらにそれは、バターを製造する際に集めて加工することが可能なバター粒子を容易に形成することが分かる。
【００２０】
本発明の方法には、エマルジョンを、固体炭酸、または、空気または窒素のような液体寒剤の温度にまで急激に冷却することが含まれる。これにより、水中油エマルジョン中に結晶核が多数形成され、続いて個々の脂肪結晶が急激に成長することになる。また、冷却速度の増大（１秒間に１，０００℃を超えるのが好ましい）によって結晶核が多数形成されたことで、確実に、固体脂肪の全てが非常に迅速に、例えばものの数分で結晶化されようになり、その固体脂肪は、掻き面式技術のように冷却速度が比較的低い（例えば６００℃／分より低い）標準的な冷却法を用いて得られるものよりも、より小さな脂肪結晶が数多い状態にある。後者のより通常に用いられている方法では、エマルジョンは冷却されるが、結晶の核形成には調整が及ばないために、脂肪の結晶化はゆっくりで、そのため、水中油エマルジョン中の固体脂肪相の結晶サイズ及び形にはほとんど、または全く調整が及ばない。これとは対照的に、本発明の方法では、水中油エマルジョン中の固体脂肪相は全て急激に結晶化され、脂肪結晶（組成がいかなるものであっても）のサイズ及び形は一貫して、かつ調整可能に製造される。
【００２１】
別法として、エマルジョンを、圧力をかけて液体二酸化炭素（ＣＯ2）と混合するとことも可能であり、そうすることでエマルジョンを急激に冷却した後に、その圧力を解くと、食品生成物を、得られたエマルジョンの“噴霧”とともにスプレーすることが可能である。
【００２２】
本発明の方法は、それが固体の脂肪相を含有するエマルジョンに適用可能であることから汎用性であり、そのため、ホイップクリーム、バター及びアイスクリーム配合物に関して先に言及したように、エマルジョンを不安定化させるためというよりはむしろ、そのエマルジョンの望ましい物理的及び／または感覚受容的特性を付与するためにのみ、結晶性脂肪を使用する食品システムにも適用可能である。例えば、本発明の方法は、サラダドレッシング、ソース、成分配合製品及び固体脂肪相を含有する水中油エマルジョンで構成されている、またはそれを含む他製品のような製品を加工する際にも有効に使用可能である。これら全ての場合において、固体脂肪相の融点を超える温度で作動するホモジナイザー、低温殺菌器、またはその他の単位工程から出てくる生成物のストリームを冷却するのに本発明の方法を用いると、その固体脂肪相の結晶化は数分以内で完了する。
【００２３】
急激な冷却は、ホモジナイザーまたは低温殺菌器の出口温度で、水中油エマルジョンを処理すること、すなわち、そのエマルジョンを、ドライアイス、または、空気または窒素のような液体寒剤のストリームまたはスプレーに射出するような方法で、エマルジョンのスプレーを造ることによって最も簡単に達成される。得られた固体は凍った状態で収集し貯蔵してもよいし、直ちに、そのエマルジョンをさらなる工程で使用される温度にまで戻してもよい。例えば、液体の食品生成物は、そのスプレーを寒剤の液体スプレーと接触させるため、寒剤に直接射出するのが好ましい。液体の食品生成物のスプレーは、液体寒剤のスプレーに対して下向きに射出するのがより好ましく、この寒剤のスプレーは、それ自体を、液体食品生成物の逆流スプレーに対して、基本的に水平または上向きに射出するのが好ましいこともある。後者の方法は、一般に“スプレー結晶化”として知られており、我々の欧州特許明細書第０３９３９６３号に記載されている。
【００２４】
マーガリン、乳製品及び乳製品を含まないスプレッド、低脂肪スプレッド及び、複数の成分を含有するある種のベーカリーショートニングのような多くの食品は、油相中に脂肪結晶が存在することによって、及び／または、通常、油−水の界面に集積するモノグリセリドのような乳化剤が存在することによって、分散水相が安定化されている水中油エマルジョンである。それらに含まれるトリグリセリドの量は、通常２０重量％から８０重量％まで様々で、固体脂肪中の量は、通常１２％から２０％の範囲にある。通常、これらの食品は、溶かした脂肪を含む液体または半液体生成物（油中水エマルジョンのような）を冷却した表面に接触させると、そこで脂肪が結晶化し、それを掻き取ることでさらに結晶化が起こりうるという“掻き面式技術”として知られる方法を用いて工業的に製造されている。しかしながら、通常、そのエマルジョンの冷却速度は、通常６００℃／分を超えることはない。
【００２５】
油中水エマルジョンは、油及び固体脂肪の配合物から造られ、非常に変化に富んだ組成の油相及び水性相を構成する。あるエマルジョン、例えばある種のモノグリセリドに関して言えば、一般に水性相の分散を安定化させるために用いられる。固体脂肪を油相中に溶かし、水性相を加えて油中水エマルジョンを製造し、それをまず低温殺菌し、次いで一般的には掻き面式熱交換器中で冷却し、安定な油中水エマルジョンを製造する。掻き面式管中で冷却している間は、形成する結晶核が比較的少数であることから、固体脂肪相の結晶化は開始されるものの、核形成も結晶の成長も、この冷却工程の終了時においても完結はしない。貯蔵中に脂肪結晶が連続的に成長することによって、得られる混合物の剛性は高まり、硬化した堅固な（ａ  ｓｅｔ，ｆｉｒｍ）製品が得られる。しかしながら、この方法によって加工された製品の全てにおいて、安定な脂肪結晶の網状組織へと成長するために必要な時間、及びエマルジョンの固さが最適になるために必要な時間は、数週間に及ぶであろうし、製造工程の必須要素としての、この食品生成物の長期貯蔵は、食品工業にとっては望ましくないし、費用もかかり、さらに消費者に対しては割増出費をさせることになる。さらに、これらの貯蔵または“焼き戻し（ｔｅｍｐｅｒｉｎｇ）”条件下で製造した油中水エマルジョン中では、脂肪結晶のサイズが調節困難で、そのため実際には、保存寿命がまちまちで、製品の品質保持を達成することが困難であることがしばしば見出される。
【００２６】
しかしながら、本発明は、油中水エマルジョンで構成される、またはそれを含む食品生成物の加工法を提供するものであり、その方法には、液体状態の前記生成物を冷却装置に入れ、そこでその生成物を、ドライアイスまたは液体寒剤のストリームに前記エマルジョンのスプレーを射出する装置を用いて、固体炭酸の温度、または空気または窒素のような液体寒剤の温度にまで急激に冷却することが含まれる。このような高い冷却速度（１秒間に１０００℃を超える速度）を適用すると、既知の食品加工法において用いられているような従来の冷却工程を利用して製造可能な脂肪結晶よりも、均一で平均サイズがはるかに小さい―通常０．５μｍ以下―脂肪結晶がはるかに数多く提供されることを見出した。この結果に到達することができたのは、本発明の方法が、脂肪結晶核の数多い生成を促進し、結晶の成長を大いに助長することにより、生成物を液体寒剤の温度から周囲温度にするやいなや、最終的な固体脂肪の含有量に達するからである。油中水エマルション中の脂肪の結晶化は、時間を長くしたから起こるというものではないので、結晶化が起きるかもしれないと、費用をかけて生成物を貯蔵する必要はない。さらに本発明の方法によって、油中水エマルジョン中に製造した脂肪結晶は、極めて安定で、脂肪結晶のサイズ及び形に劇的な変化もたらす可能性がある、掻き面式技術によって加工された脂肪に観察された貯蔵焼き戻し効果に対して抵抗性があり、その結果、生成物に長く安定した保存寿命が保証される。
【００２７】
本発明の方法によって製造された脂肪結晶の再結晶化及び安定性にみられるこのパターンは、マーガリンのように、脂肪及び油の量が生成物の総重量の８０％であるエマルジョンに比べ、水性相が分散した状態、特に、水性相の分散を安定化させるための脂肪及び油の量が少ない（通常は全重量の６０％であるが、４０％位まで低くできる）低脂肪スプレッドのような生成物において効果があることも分かってきた。
【００２８】
マーガリン及びスプレッドを掻き面式技術によって製造する際に用いられるいくつかの脂肪配合物の場合、水性相の小滴の平均的粒子サイズは、貯蔵中、焼き戻し効果の影響を受けて脂肪結晶のサイズ及び形に変化が生じるにつれ、大きくなる可能性がある。その結果、マーガリンまたはスプレッドの表面に、または塗っている最中に、肉眼でも見て取れるような水性相の望ましからざる相分離が起こることもあり、さらに生成物の内部及び上部に、微生物が容認できない程成長することもある。このような場合、マーガリンまたはスプレッドを本発明の方法によって加工すると、生成物の結晶性脂肪相が安定であるため、水性相が非常に細かく分散し、貯蔵に伴う水性相の小滴サイズの変化も最小限になる。さらにこれは、卓越した微生物の安定性を提供する。代表的な例を表２に記載したが、この表は、４０％の水性相を含み、ａ）掻き面式技術、及びｂ）極低温スプレー結晶化によって製造された市販のスプレッド配合物中の、水性相の小滴の平均的粒子サイズを、貯蔵時間とともに示したものである。貯蔵温度は６℃である。
【００２９】
【表２】
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【００３０】
このように、本方法により、油中水エマルジョンの脂肪相を非常に迅速かつ調節して結晶化できるようになり、その結果、トリグリセリド相の組成に関わらず、製品レオロジー及び食品品質に卓越した均一性がもたらされた。さらに得られた分散水性相は、極めて細かく均一な小滴の分散から成っており、これは連続油相中で安定化させるのに有効である。
【００３１】
本発明の理解をより深めるため、例示に過ぎないが、本発明の方法を実行するためのスプレー結晶化装置を示した添付の図がここで参考になるであろう。
図１は、スプレー結晶化装置の主要部分、特に、霧状の食品生成物のスプレー及び寒剤のスプレーを発生させ、それらを互いに衝突させる部分を示している。この装置は、特に寒剤として液体窒素を用いるのに適している。
【００３２】
この装置は、通常１で示される本体部分、そこから液体脂肪を供給するための入口２、及びそこから加圧空気を供給するための入口３を有する極低温スプレー結晶化装置の上部を示したものである。入口２及び３は、本体１の頂上部にある噴霧ノズル装置４につながっており、この４は、エマルジョンと空気が同時に導入されたとき、そこに導入された液体エマルジョンを非常に細かい小滴に分解するよう設計されている。購入可能な“ベンチュリ” ノズルが好ましい。バルブ（示されていない）は、ノズル出口５への加圧空気及び液体食品生成物の流れを調節するためにある。
【００３３】
液体食品生成物を噴霧して得られたスプレーは、‘Ａ’に略して示してある。
スプレーＡの部分の周りには、その直径が、予想されるスプレーの最大サイズを取り囲めるようなサイズ、例えば２０ｃｍで、ノズル４を同軸とする中空の寒剤スプレーリング６がある。スプレーリング６の内部及び下部の表面には、エマルションの流速、脂肪粒子の冷却に必要な速度等々に適するように選定した、小さな穴７が等間隔に並んで空けられている。
【００３４】
液体寒剤のスプレーは矢印‘Ｂ’で表され、これは、通常リング６の下方及び内側に集中している。
加熱エレメント８は、ノズル４の回りにあって、ノズル出口５の上で終わっており、これは、そこを通って射出されるエマルジョンがノズル内で固化するのを防ぐためにある。供給される熱量は、電圧制御器（示されていない）によって望みの温度に管理及び制御される。
【００３５】
エマルジョンが装置の側面に堆積するのを防ぐため、本体部分１の周りでさらに熱をかけることもある。
本装置を用いると、寒剤のスプレーが液体食品生成物のスプレーに衝突し、それによって、その食品生成物の冷却速度を非常に高める。固化した食品生成物は装置（このような本体部分／スプレー装置を複数含むこともある）の底面に落下し、例えば被動オーガーによってそこから取り除くことができる。
【００３６】
液体食品生成物の冷却速度は、エマルジョンの粒子サイズ、エマルジョンの温度、エマルジョン固有の熱、エマルジョン粒子の速度及び寒剤の温度を含むパラメーターを特に参考にして、既知方法により容易に算出可能である。
【００３７】
図に示した装置は、別な寒剤として、ドライアイス、液体空気、または窒素と空気との混合物を使用するのに適するよう、技術熟練者が改良することは容易に可能であろう。
【図面の簡単な説明】
【図１】  図１は、スプレー結晶化装置の概略図である。