(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
農水産物の無水時の重量に対する水分量の比として定義される含水率が予め設定した限界含水率を超えている場合では、温風の温度を高温に保って前記農水産物の成分組成を維持した状態で恒率乾燥を行ない、前記農水産物の含水率が前記限界含水率以下となった場合では、温風の温度を低温に保って減率乾燥を行う農水産物の乾燥方法であって、
前記農水産物が海苔であって、前記恒率乾燥は温度を４３℃以上、かつ４７℃以下に制御した温風を用いて行ない、前記減率乾燥は温度を３０℃以上、かつ３５℃以下に制御した温風を用いて行い、更に前記限界含水率を８〜１２とすることを特徴とする農水産物の乾燥方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、温風を使用した農水産物の高効率な乾燥方法に係り、詳しくは農水産物の成分組成を維持して短時間で乾燥を行う農水産物の乾燥方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
農水産物の乾燥は、農水産物の含水率を低下させ農水産物を構成している細胞内の酵素や微生物の活性を低下させて、農水産物の成分組成の変化を防ぐと共にその保存性を高めるために行われている。例えば海苔の乾燥は、熱風発生バーナーからの温風を海苔に当てて行っていたが、乾燥に伴って次第に海苔の内面温度が高くなるため、海苔の成分組成が熱により変化して、海苔独特の色、艶、香り、風味等が損なわれ、品質低下が生じ易かった。そのため、海苔の乾燥では、乾燥中の海苔の表面状態の変化を常に観察して、状態変化に応じて温風の温度を適宜変化させながら乾燥を行っていた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、海苔の表面状態の変化に応じて温風温度を適宜変化させながら乾燥を行うには、乾燥装置の運転に高度の熟練性が要求され、乾燥作業の機械化を図る上での妨げとなっていた。このため、海苔の乾燥を機械化して行うには、高温乾燥による品質低下を防止する必要から、低温で乾燥することが主流となっていた。その結果、乾燥時間が長時間化して乾燥効率が低下し、乾燥コストの増加要因となっていた。
本発明はかかる事情に鑑みてなされたもので、農水産物の成分組成を維持して短時間で乾燥を行うことが可能な農水産物の乾燥方法を提供することを目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
前記目的に沿う本発明に係る農水産物の乾燥方法は、農水産物の無水時の重量に対する水分量の比として定義される含水率が予め設定した限界含水率を超えている場合では、温風の温度を高温に保って前記農水産物の成分組成を維持した状態で恒率乾燥を行ない、前記農水産物の含水率が前記限界含水率以下となった場合では、温風の温度を低温に保って減率乾燥を行う。
十分に湿潤している状態の農水産物は、その表面が水膜に覆われた状態となっている。この農水産物を一定の温度及び湿度を有する温風の流通下において乾燥を行うと、農水産物の温度は、近似的に温風の湿球温度になる。農水産物の表面に水膜が存在する限り、流入熱はすべて水分の蒸発に使用されるため、乾燥速度は水の蒸発速度に等しく農水産物は一定速度の乾燥（恒率乾燥）となり、恒率乾燥が行われている間では農水産物の温度は湿球温度に維持される。このため、高温の温風を使用して乾燥を行っても農水産物の温度が上昇せず成分組成が熱により変質しないため、農水産物の成分組成を維持した状態で乾燥速度を高めて乾燥を行うことができる。
【０００５】
農水産物の乾燥が進行して、農水産物の内部からの水分移動の速度が蒸発速度に追いつかなくなると、すなわち、農水産物の表面を一様に水膜で覆うことが困難となる状態の含水率（限界含水率）まで含水率が低下すると、農水産物の表面には乾所が発生して農水産物の温度は上昇を開始する。従って、農水産物の含水率が限界含水率となる直前に温風温度を低下する、例えば、農水産物の成分組成の変化が生じない温度まで温風温度を低下すると、農水産物の成分組成を維持した状態で乾燥を継続することができる。なお、限界含水率以下で乾燥を行う場合、温風からの熱は、農水産物からの水分蒸発の他に農水産物加熱の顕熱にも消費されるため、乾燥速度は次第に減少する乾燥（減率乾燥）となる。
以上のように、農水産物の含水率が限界含水率を超えている場合では、温風の温度を高温に保って乾燥速度を高く維持して乾燥を行ない、農水産物の含水率が限界含水率となる直前から温風の温度を低温に保って乾燥を行うことにより、農水産物の成分組成を維持して、すなわち品質の低下を防止して、短時間で乾燥を行うことができる。
【０００６】
本発明に係る農水産物の乾燥方法において、前記農水産物が海苔であって、前記恒率乾燥は温度を４３℃以上、かつ４７℃以下に制御した温風を用いて行ない、前記減率乾燥は温度を３０℃以上、かつ３５℃以下に制御した温風を用いて行う。
温風温度を４３℃以上、かつ４７℃以下、好ましくは４５℃以下に制御することにより、乾燥速度を高めて恒率乾燥を行うことができる。ここで、温風温度を４７℃以下としたのは、温風温度が４７℃を超えると、海苔に温風が直接当たったときに海苔の表層部分が急激に乾燥して海苔の成分組成に変化が生じるためである。また、温風温度を４３℃以上としたのは、４３℃未満とすると恒率乾燥速度が小さく恒率乾燥時間が長くなるためである。
減率乾燥の場合、乾燥の進行と共に海苔の表面温度は温風温度と実質的に同一の温度となる。また、実験から、海苔の乾燥中に海苔の成分組成に変化が生じ始める限界温度、すなわち海苔の細胞が乾燥中に死滅する限界温度は、３５℃と求まっている。このため、減率乾燥における、温風温度を３５℃以下とした。また、温風温度を３０℃以上としたのは、３０℃未満とすると減率乾燥速度が小さく減率乾燥時間が長くなるためである。従って、温風温度を３０℃以上、かつ３５℃以下に制御することにより、海苔の成分組成を維持して、かつ乾燥速度を高めて減率乾燥を行うことができる。
【０００７】
本発明に係る農水産物の乾燥方法において、前記限界含水率を８〜１２とする。
種々の温度の温風を使用して海苔を乾燥するときの乾燥過程における水分蒸発量の変化挙動から含水率と乾燥時間の関係を求めると、いずれの温度の温風を使用した場合でも、含水率は乾燥初期には直線的に減少し、その後減少量に低下が生じる関係となることが判明した。ここで、含水率の直線的減少が見られる期間は恒率乾燥期間、減少量の低下が見られる期間は減率乾燥期間にそれぞれ相当し、恒率乾燥から減率乾燥に移行するときの含水率は８〜１２の範囲に存在することが確認された。このため、限界含水率を８〜１２と規定した。
海苔の限界含水率が判明していることにより、予め乾燥条件、乾燥時間、及び海苔の含水率の定量的な関係を求めておくと、高温の温風を使用した恒率乾燥と、低温の温風を使用した減率乾燥が連続的に行われるように、乾燥装置の運転を制御することができる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
続いて、添付した図面を参照しつつ、本発明を具体化した実施の形態につき説明し、本発明の理解に供する。
ここに、図１（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は温風温度が異なる場合の海苔の乾燥過程における含水率の時間変化を示すグラフ、図２は４７℃（湿度２４％）の温風を用いて海苔を乾燥させたときの水分蒸発量の時間変化を示すグラフ、図３は減率乾燥時における水分の蒸発率と含水率の関係を示すグラフ、図４は乾燥中における海苔の含水率及び表面温度の時間変化を示すグラフ、図５は乾燥中における海苔の表面温度の時間変化を示すグラフ、図６は海苔の乾燥に使用する温風の温度と海苔細胞の生存率の関係を示すグラフ、図７は本発明の一実施の形態に係る農水産物の乾燥方法に適用される海苔の乾燥装置の説明図である。
【０００９】
本発明の一実施の形態に係る農水産物の乾燥方法について説明する。なお、本実施の形態では、農水産物の一例としての海苔の乾燥方法について説明する。
先ず、海苔の乾燥条件の決定に係わる各要因について詳細に説明する。
海苔を１層に成形し、例えば３×３ｃｍの大きさに裁断して乾燥用の試料とした。乾燥用試料を重量の判明している容器に入れて初期重量を測定した後に、３０〜５０℃の温風を流通させた雰囲気中に装入して１２０分間乾燥を行った。なお、乾燥を開始してから２分毎に海苔の重量を、最小目盛り０．１ｍｇの電子天秤を使用して測定した。この１２０分間の乾燥後、更に、試料を容器ごと８０℃に保持した１５×１５ｃｍのラバーヒータ上に３０分間載せて海苔を完全に乾燥させて、完全乾燥時（無水時）の海苔重量を測定した。完全乾燥時の海苔重量と海苔の初期重量から海苔の初期含水量を、完全乾燥時の海苔重量と乾燥過程における各時点での海苔の重量からそのときの海苔の含水量を求めた。また、完全乾燥時の海苔重量に対するある時点での海苔に含まれる水分量の比を、その時点での海苔の含水率として定義し、乾燥過程での含水率の時間変化を算出した。その結果を図１（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示す。
なお、含水率は水分量の比であるため、本来単位は存在しないが、含水率が水分量の比であることを明確に示すため以下の記載では、海苔に含まれる水分量の単位をｇ、完全乾燥時の海苔重量の単位を乾燥ｇと標記して、含水率に関しては便宜的にｇ／ｇ−乾燥の単位を付記する。
【００１０】
いずれの温度の温風を使用して乾燥させた場合でも、乾燥初期の段階での含水率の時間変化は、直線的な変化挙動として近似でき、温風の温度が高くなる程直線の勾配が急になり、最終含水率に到達するまでの時間が短くなっている。また、全ての条件において、含水率の時間変化は乾燥を開始してからある時刻になると、直線的減少から穏やかな減少に変化する。この変化が始まる時刻は、温風の温度が高温になる程早くなるが、どの温度条件でも含水率が８〜１２前後で生じている。
以上のことから、海苔の乾燥初期の直線的な含水率の減少が見られる期間は、恒率乾燥期間に相当し、乾燥後期の含水率の減少量に低下が見られる期間は減率乾燥期間に相当していることが判明した。更に、含水率８〜１２の値が、乾燥が恒率乾燥期間から減率乾燥期間に移行する含水率、すなわち限界含水率に相当することが判明した。
【００１１】
続いて、恒率乾燥期間、減率乾燥期間における海苔の乾燥挙動について説明する。先ず、５層に積層した海苔を、例えば３×３ｃｍの大きさに裁断して試料とし、重量の判明している容器に入れて初期重量を測定した後に、温度２８〜４７℃（湿度４３〜２４％）の温風を流通させた雰囲気中に装入して６０分間乾燥を行った。乾燥を開始してから２分毎に海苔の重量を電子天秤を使用して測定した。更に、６０分間の乾燥後、試料を容器ごと８０℃に保持したラバーヒータ上に３０分間載せて海苔を完全に乾燥させて、完全乾燥時の海苔重量を測定した。得られた測定結果を表１に示す。また、図２には、温度４７℃、湿度２４％の温風を使用したときの海苔の水分蒸発量と乾燥時間の関係を求示す。なお、図２には、同じ乾燥条件で水のみを容器に入れたときの水分蒸発量の変化も併記している。
【００１２】
【表１】
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【００１３】
表１から、各温度の温風を使用した恒率乾燥時では、海苔の表面温度はいずれも温風温度よりもかなり低い温度に保持されて乾燥が進行していることが確認できる。また、図２に示される結果から、海苔の乾燥を開始した初期段階の恒率乾燥期間では、海苔を乾燥させたときの水分蒸発量の時間変化、すなわち水分蒸発速度と、水のみを乾燥させたときの水分蒸発速度（直線の傾き）はほぼ一致していることが判る。なお、他の温度の温風を使用した乾燥を行った場合でも、海苔の乾燥と、水のみを乾燥させたときの水分蒸発速度はほぼ一致していた。
従って、海苔の恒率乾燥期間では、海苔の乾燥速度は海苔自体の影響を受けず、水のみの蒸発により進行することが判る。更に、熱伝達と物質伝達の類似性から、恒率乾燥における海苔の表面温度と水分蒸発率を計算で求め、その結果を表１に示す。計算結果と実験結果を比較すると、恒率乾燥期間では海苔の表面温度と蒸発速度はいずれもよく一致している。
以上のことから、海苔の乾燥を行う場合、恒率乾燥期間における海苔乾燥挙動は、熱伝達と物質伝達の類似性に基づいた計算から予測することが可能となることが判明した。
【００１４】
次に、１〜２０層に積層した海苔を試料とし、温風温度４７℃（湿度２４％）の温風を使用して乾燥を行った。その結果から、海苔の含水率と水分の蒸発率との関係を求めて図３に示す。なお、図３は、含水率が１０以下の場合、すなわち減率乾燥期間についてのみ表示している。
図３から、減率乾燥期間と考えられる含水率が１０以下の状態では、含水率の減少に伴い水分の蒸発率も低下していることが判る。また、試料の積層数が１〜３層までの結果は、測定誤差が大きいため、多少のばらつきは存在するが、積層数の違いによる影響は水分の蒸発率には現れていない。この傾向は、他の温度の温風を使用した場合でも共通している。
また、減率乾燥時の海苔の内部における水分移動として毛細管流動機構を仮定し、熱エネルギー収支を付帯条件として海苔の表面温度を求めた。積層数５の試料について、海苔の含水率変化と表面温度変化の実験結果と計算結果との比較を図４に示す。図４より、乾燥中の含水率及び表面温度の時間変化は、いずれも実験結果とよく一致していることが判る。
以上のことから、海苔の乾燥を行う場合、減率乾燥期間における海苔乾燥挙動は、毛細管流動機構に基づいた水分移動の計算から予測することが可能になることが判明した。
【００１５】
続いて、１〜２０層に積層した海苔を試料とし、温度２８〜４７℃（湿度４３〜２４％）の温風を使用して乾燥を行ない、乾燥中の海苔の温度測定を行った。積層数５の試料について、温風温度４７℃（湿度２４％）の温風を使用して乾燥を行った場合の海苔の表面温度の測定結果を図５に示す。
恒率乾燥期間では、海苔の表面温度は温風温度４７℃よりかなり低い温度（２８〜２９℃）に維持されているが、限界含水率到達直後に急激な温度上昇が生じ、徐々に温風温度に近接して行く。この温度変化挙動は、海苔の積層数が変化しても、温風温度が変化しても、共通に生じている。また、海苔の積層数を変えて乾燥させた場合、表層温度は積層数１の場合の表面温度と一致し、温風の乾燥温度が高くなる程、海苔の表面と内部の温度差が拡大することが判明した。
【００１６】
乾燥海苔の有する色、艶、香り、風味等は、乾燥後の海苔に水分を与えたときに海苔細胞が再生する程度、すなわち乾燥後の海苔細胞の生存率と密接に関係していることが実験から明らかとなった。そこで、温度２８〜４７℃（湿度４３〜２４％）の温風を使用して乾燥させたときの海苔細胞の生存率を測定した。
１層に成形した海苔を、例えば３×３ｃｍの大きさに裁断して試料とし、熱電対を取付けたアクリル板上に載せて、温風を流通させて乾燥を行った。海苔の表面温度が定常状態に達してから１０分間保持して乾燥終了とし、３０分後に海苔を蒸留水に漬けて、そのときの細胞の状態を顕微鏡で観察して細胞の生死を判定した。また、そのときの顕微鏡像を画像解析装置に入力し、生死細胞の面積比から海苔細胞の生存率を算出した。その結果を図６に示す。
図６から、乾燥に使用する温風の温度が高くなるにつれて、生存率は徐々に低下していくが、特に３５〜４０℃の間での生存率の低下が著しく、温風温度が４４℃以上では生存率は０％となる。また、恒率乾燥期間は４７℃の温風を使用して乾燥を行ない、表面温度の上昇が起こる減率乾燥直前に温風温度を３５℃に低下させて乾燥を行った場合、平均生存率は７０％となった。これは、温風温度を３５℃一定で恒率乾燥及び減率乾燥を行った場合の海苔の生存率とほぼ一致する結果となった。
【００１７】
以上のことから、海苔細胞の生存率は、乾燥時の表面温度の影響が大きく、表面温度が低温に保たれる恒率乾燥期間の温風の温度には影響を受けないことが判明した。そこで、海苔の含水率が８〜１２になる直前までの恒率乾燥期間（限界含水率を超えている状態）では４３℃以上、かつ４７℃以下の高温の温風を用いて乾燥速度を高めた乾燥を行ない、含水率が８〜１２となる直前から減率乾燥期間（限界含水率以下となる状態）では３０℃以上、かつ３５℃以下の低温の温風を用いて海苔の表面温度を３５℃以下に保つ乾燥方法を決定した。その結果、乾燥時間を短縮して、乾燥後の海苔細胞の生存率を７０％以上、すなわち海苔の成分組成を変化させないで、海苔の乾燥を行うことが可能となった。
【００１８】
次に、本発明の一実施の形態に係る農水産物の乾燥方法を適用した海苔の乾燥装置１０について詳細に説明する。
図７に示すように、海苔の乾燥装置１０は、乾燥用の温風を発生する図示しない温風発生機と、乾燥装置本体１１内に設けられ乾燥しようとする海苔１２を載置し通風性を有した支持台１３と、温風発生機に接続され乾燥装置本体１２内に温風を輸送する温風輸送管１４と、それぞれ温風輸送管１４から分岐し支持台１３の下方に設けられて温風の送気用ファン１５を備えている送風口１６と、それぞれ支持台１３の上方に設けられ温風の排気用ファン１７を備えた排気口１８と、各排気口１８が接続され温風を外部に排気する温風排気管１９を有している。
また、乾燥装置１０には、支持台１３と送風口１６の間に設けられ送気された温風の温度を測定する温風用温度センサ２０と、支持台１３に載置された海苔１２の温度を測定する海苔用温度センサ２１と、温風用温度センサ２０及び海苔用温度センサ２１の検知信号が入力されて、温風発生機、送気用ファン１５、及び排気用ファン１７の運転をそれぞれ制御する図示しない温度制御器が設けられている。
このような構成とすることにより、温度、湿度、風量をそれぞれ管理することができ乾燥装置本体１１内を一様な雰囲気に保つことが可能となる。その結果、多数の海苔１２を、同時に海苔１２の成分組成を維持して短時間に乾燥させることが可能となる。以下、これらについて詳細に説明する。
【００１９】
乾燥装置本体１１、支持台１３、温風輸送管１４、送気用ファン１５、送風口１６、排気用ファン１７、排気口１８、及び温風排気管１９は、例えば、ステンレス鋼により製作されている。また、温風発生機は、例えば電気ヒータを加熱源としたものが使用できる。海苔用温度センサ２１、温風用温度センサ２０には、例えば、銅・コンスタンタン等の熱電対や抵抗測温体を使用することができる。
更に、恒率乾燥期間中の海苔乾燥挙動が熱伝達と物質伝達の類似性に基づいた計算から、減率乾燥期間における海苔乾燥挙動が毛細管流動機構に基づいた水分移動の計算からそれぞれ予測することが可能となるので、温度制御器内に乾燥挙動を予測するプログラムを格納しておくと、乾燥しようとする海苔１２に応じた標準的な乾燥パターンを決定することが可能で、海苔用温度センサ２１、温風用温度センサ２０の測温結果を逐次乾燥パターンの運転に反映させることにより、品質の安定した海苔１２の自動乾燥を行うことが可能となる。
【００２０】
以上、本発明の実施の形態を説明したが、本発明は、この実施の形態に限定されるものではなく、例えば、ガスバーナーを用いて空気を間接的に加熱して、乾燥用の温風を得ることもできる。
また、限界含水率が個々の農水産物についてそれぞれ判明すれば、本発明の乾燥方法をそれらの農水産物の乾燥に対して適用することが可能となるので、例えば、葉たばこ、煮干し、椎茸等についても、品質の低下を防止して、短時間で乾燥を行うことが可能となる。
【００２１】
【発明の効果】
請求項１記載の農水産物の乾燥方法においては、農水産物の無水時の重量に対する水分量の比として定義される含水率が予め設定した限界含水率を超えている場合では、温風の温度を高温に保って農水産物の成分組成を維持した状態で恒率乾燥を行ない、農水産物の含水率が限界含水率以下となった場合では、温風の温度を低温に保って減率乾燥を行うので、農水産物の成分組成を維持し品質低下を防止して短時間で乾燥を行うことができ、乾燥効率の向上、乾燥コストの低減が可能となる。
【００２２】
そして、農水産物が海苔であって、恒率乾燥は温風温度を４３℃以上、かつ４７℃以下に制御した温風を用いて行ない、減率乾燥は温風温度を３０℃以上、かつ３５℃以下に制御した温風を用いて行うので、乾燥中に海苔の成分組成が熱により変化せず、海苔独特の色、艶、香り、風味等を維持して乾燥を短時間に効率的に行うことが可能となる。例えば、従来は低温の温風を使用していたために乾燥には２時間から２時間１０分程度の時間が必要であったのに対して、１時間３０分程度の時間で乾燥を終了することが可能となる。
【００２３】
また、限界含水率を８〜１２とするので、高温の温風を使用した恒率乾燥期間と、低温の温風を使用した減率乾燥期間を明確に区分して乾燥を行うことができ、品質を高位に安定させて海苔の乾燥を行うことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）、（ｂ）、（ｃ）はそれぞれ温風温度が異なる場合の海苔の乾燥過程における含水率の時間変化を示すグラフである。
【図２】４７℃（湿度２４％）の温風を用いて海苔を乾燥させたときの水分蒸発量の時間変化を示すグラフである。
【図３】減率乾燥時における水分の蒸発率と含水率の関係を示すグラフである。
【図４】乾燥中における海苔の含水率及び表面温度の時間変化を示すグラフである。
【図５】乾燥中における海苔の表面温度の時間変化を示すグラフである。
【図６】海苔の乾燥に使用する温風の温度と海苔細胞の生存率の関係を示すグラフである。
【図７】本発明の一実施の形態に係る農水産物の乾燥方法に適用される海苔の乾燥装置の説明図である。
【符号の説明】
１０：乾燥装置、１１：乾燥装置本体、１２：海苔、１３：支持台、１４：温風輸送管、１５：送気用ファン、１６：送気口、１７：排気ファン、１８：排気口、１９：温風排気管、２０：温風用温度センサ、２１：海苔用温度センサ
【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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