2019/12/13

東北ハイテク研セミナー「岩手でのサツマイモ栽培の今とこれから」

2019年12月17日

サツマイモの新規加工法-ブランチング・殺菌・減圧乾燥装置を使用した干し芋国立大学法人岩手大学 農学部
応用生物化学科 食品工学研究室
三浦 靖, 伊藤綾香

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産学官金民連携研究「産」民間企業やNPO等広い意味での商業的活動をする集団★研究開発を経済活動に直接に結び付ける「学」大学, 高等専門学校, 公設試験研究機関, 政府系試験研究機関等のアカデミックな活動集団★新しい知の創造や優れた人材の養成･輩出, 知的資産の継承「官」国家機関や地方公共団体★科学技術の向上を目指した政策の構築, 具体的な戦略目標に基づく研究開発基盤形成や制度改善「金」金融機関★研究開発費の融資･助成「民」一般の生活者★日常生活面からのニーズ提供【当事者に必要な素養】
直感 (intuition), 想像力 (imagination), 気力 (vitality)【多い事例】
シーズ型：他人事 (共に額に汗することが肝要)開始前から要らぬ心配 (開発失敗の危険性は当たり前)
ニーズ型：技術相談→× (初めはあって, 後はなし)

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研究開発の本質◆実用化を志向した研究開発 (research & development)☆学際的：学問の一専門領域とそれに隣接する他の領域の間に存在する中間領域を対象☆領域横断的：異なる複数の学問分野を対象

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食品科学
◆食品科学および関連学問の体系← 1次加工 → ← 2次･高次加工 → ← 保蔵･流通･販売 → ←食品素材

生鮮食品･加工食品

農産物／畜産物
水産物

動物性食品／植物性食品

土壌学
園芸学
植物学
畜産学
病理学
遺伝学
生物学
獣医学

環境学
作物学
動物学
水産学
育種学
生理学
衛生学

食品化学
食品物理学
食品保蔵学
酵素化学
食品物理化学 食品衛生学
食品生化学 食品化学工学 応用微生物学
食品分析学 食品学
公衆衛生学
調理学
食品加工学
食品生産システム学

商品経済学
経営学
商学
商品学
マーケティング
法学

消費→食べ物

心理学人類学
社会学

栄養学
生化学
生理学
医学
歯学
美味学

摂食嚥下
リハビリテーション学《化学関連》
有機化学，無機化学，物理化学，ケモメトリックス《物理学関連》 材料力学，流体力学，熱力学，機械力学，統計力学《生物学関連》 細胞生物学，分子生物学，生化学，ケミカルバイオロジー《工学関連》
機械工学，制御工学，材料工学，電気・電子工学，化学工学，計測工学，信号処理工学
音響・音声工学，画像工学，情報処理工学，認識工学，感性工学，人間工学，環境工学，流通工学，システム工学《数学・統計学関連》代数学，幾何学，数理統計学《複合科学》
高分子学，界面コロイド科学，レオロジー，トライボロジー

三浦 靖，21世紀の調理学3 美味学，建帛社，pp.157-211 (1997).

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食品の加工◆農林畜水産物の高度加工
食品素材
農産物

植物

林産物

植物

畜産物

動物

水産物

植物
動物

加工食品
穀類，豆類
野菜類
果実類
山菜類
キノコ類
肉類
乳類
卵類
海草類
魚介類

1次加工
洗浄，浸漬，切裁
乾燥など2次加工
混合・分散
粉砕・磨砕
圧搾・ろ過
加熱・冷却
凍結・解凍
濃縮，乾燥
調理
除菌，静菌，殺菌
高次加工
単位操作の連結

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食品の加工【加熱･冷却 (heating and cooling)】
伝導伝熱 (conduction heat transfer)k∆T
Fourierの熱伝導法則 q=Lq,熱流束 [J･m-2･s-1)=W･m-2] k,熱伝導率 [W･m-1･K-1]
L,熱の移動距離 [m]k：空気 0.0259(20℃) 水 0.594(20℃) 氷 2.337(-15℃)
対流伝熱 (convection heat transfer)
自然対流伝熱, 強制対流伝熱Newtonの冷却法則 q=h(T1 −T0 )h, 熱伝達率 [W･m-2･K-1]
T0, 固体から十分に遠い位置の流体温度 [K]T１, 固体壁の温度 [K]酒井 昇，食品工学，朝倉書店，
pp.21-30 (2012).

放射伝熱 (radiation heat transfer)
Stefan-Boltzmannの法則 Q= σξAT4Q, 放射伝熱量[W]σ, Stefan-Boltzmann定数 [5.67×10-8 W/m-2･K-4] ξ, 熱放射率 [-]※人体は99.2 W/m2の発熱（体温36℃, 周囲温度20℃）
化学工学会SCE・Net編，はじ凝縮伝熱 (heat transfer in condensation)
めて学ぶ熱・エネルギー，工業
水の蒸発潜熱（1 atm, 100℃, 2,254kJ/kg）
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調査会，p.87 (2007).

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食品の加工【乾燥 (drying)】
熱的･拡散的な固液分離 (solid-liquid separation)操作
cf. 機械的な固液分離操作：沈降 (sedimentation), 濾過 (filtration)食品→ 水蒸気中心層⇒表層 ↑ 蒸発潜熱
水蒸気の移動，水の拡散・材料予熱期間 → 定(恒)率乾燥期間 → 減率乾燥期間
・初期含水率 → 限界含水率 → 平衡含水率

山本修一，食品工学，pp.107-119，朝倉書店 (2012).

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食品の加工
◆乾燥装置
(1) 日本工業規格 (JIS Z8840)による機械的構造の観点
バンド型乾燥装置, 流動層型乾燥装置, 通気型乾燥装置, 気流型乾燥装置,回転型乾燥装置 (回転型乾燥装置, 回転型通気乾燥装置), 噴霧乾燥装置,撹拌型乾燥装置, 箱型乾燥装置 (並行流箱型乾燥装置, 通気箱型乾燥装置,真空箱型乾燥装置, 真空凍結箱型乾燥装置)
ドラム型乾燥装置,真空乾燥装置 (真空箱型乾燥装置, 真空撹拌乾燥装置, 真空回転乾燥装置,真空ドラム乾燥装置, チェーンベルト式真空乾燥装置, ベルト式連続真空乾燥装置, 噴射式連続真空乾燥装置, 真空凍結乾燥装置, 瞬間真空乾燥装置,真空コニカル型乾燥装置, 真空流動層型乾燥装置)
マイクロ波連続流動乾燥装置 (2,450MHz), パルス衝撃波乾燥装置 (百数十～数百Hz), 媒体流動型乾燥装置, 泡沫乾燥装置(2) 伝熱方式の観点
・対流伝熱乾燥式 (バンド型乾燥機, 気流型乾燥機, 噴霧型乾燥機,箱型乾燥機, 撹拌型乾燥機, 回転型乾燥機, 流動層型乾燥機など)
・伝導伝熱乾燥式 (撹拌型乾燥機, 壁加熱式や伝熱管内蔵式の回転型乾燥機,ドラム型乾燥機, 真空バンド型乾燥機, 真空凍結型乾燥機など)
・放射伝熱乾燥式
・その他 (マイクロ波乾燥機, 過熱水蒸気乾燥機など)

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食品の加工(3) 湿り材料の撹拌方法の観点
静置型, 機械的撹拌型, 気流流動化型, 気流･振動流動化型, 気流移送型(4) 操作方法の観点
回分型, 連続型(5) 熱風の流れの観点
並流型, 交流型(6) 熱源の観点
水蒸気式, 電気式, 燃焼ガス式, 遠赤外線式, マイクロ波式(7) 操作圧力の観点
常圧型, 減圧型 (400～6,666 Pa), 真空型 (13～133 Pa)★農林水産省：「知」の集積と活用の場 産学官連携協議会「常温流通可能な加工食品開発プラットホーム」
通称「ゆるドライ・プラットホーム」
構成員（2019年12月17日現在）㈱アルバック，アルバック東北㈱，岩手大学，八戸工業大学(合同)マルカネ，(有)北三陸天然市場※参画企業を募集中
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食品の加工【拡散 (diffusion)】
粒子, 熱, 運動量などが自発的に散らばり広がる物理現象
各分子(原子)の熱運動に基づく物質の運動であり, 固体, 液体, 気体, 超臨界流体(水, 二酸化炭素)中でも起きる
例：ヘリウムを充填した風船が数日経つとわずかにしぼむ
乾麺を茹でると水分子が内部へ拡散し, 膨潤して軟化する
匂い物質が気体として拡散する, 紅茶に入れた砂糖は溶解･拡散する
Fickの拡散第1法則=−

J, 流速 [kgまたはmol･m-2･s-1] Ｄ, 拡散係数 [m2･s-1]
C, 濃度 [kgまたはmol･m-3] x, 距離 [m]・生物における拡散
単純拡散：特異的なチャネルタンパク質を必要としない拡散
細胞膜の脂質部分を拡散する速度は, 極性分子よりも非極性分子の方が高い
促進拡散：特定の物質が, それに特異的なチャンネルタンパク質を通して高濃度側から低濃度側へ選択的に細胞膜を透過･移動する現象
極性分子やイオンの拡散は, 主として促進拡散による※受動輸送：単純拡散と促進拡散
能動輸送：エネルギーにより濃度勾配に逆行して移動する現象
イオン拡散：濃度勾配と膜電位 (電気化学ポテンシャル) 勾配に依存

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食品の加工【微生物制御】・除菌 (disinfection)：対象物から微生物を除去すること・静菌 (bacteriostasis)：微生物を殺さないが, その増殖を抑制すること・殺菌 (pasteurization)：微生物を殺滅することを指し, 狭義には指標菌の殺滅・滅菌 (sterilization )：全ての微生物を殺滅すること※食品では耐熱性芽胞菌をも完全に殺滅する条件を適用すると, 食品の風味劣化や組織の破壊が生じて食品の品質が著しく損なわれる。商業滅菌として, これらの菌の残存はやむなしとしている場合が多い
・化学的殺菌 (すべて非加熱殺菌)(1) 化学合成殺菌剤① アルコール系殺菌剤：エチルアルコール, イソプロピルアルコールなど② ハロゲン系殺菌剤：次亜塩素酸系殺菌剤, 二酸化塩素系殺菌剤, 有機塩素系殺菌剤, ヨウ素系殺菌剤など③ 過酸化物系殺菌剤：過酸化水素, 過酢酸など④ 界面活性剤系殺菌剤：カチオン性界面活性剤, アニオン性界面活性剤
両性界面活性剤など⑤ ビグアニド系殺菌剤：グルコン酸クロルヘキシジン, ポリヘキサメチレンビグ
アニジン塩酸塩など⑥ アルデヒド系殺菌剤：グルタルアルデヒド, ホルムアルデヒドなど⑦ フェノール系殺菌剤：フェノール, クレゾール, イルガサンDP300など(2) ガス系殺菌剤：ホルムアルデヒド, 酸化エチレン, 酸化プロピレン, オゾン
臭化メチル, 1,2-ジブロモエタン, β-プロピオラクトンなど
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食品の加工・物理的殺菌法(1) 加熱殺菌法：乾熱殺菌法, 湿熱殺菌法, 過熱蒸気殺菌法, 通電加熱殺菌法
遠赤外線殺菌法, 赤外線殺菌法など※処理温度での分類 (牛乳の場合)
低温保持殺菌 (LTLT法)：65～68℃, 30分間
高温短時間殺菌 (HTST法)：72～78℃, 15秒間程度
超高温瞬間殺菌 (UHT法)：120～135℃, 1～3秒間UHT滅菌：135～150℃, 1～3秒間(2) 非加熱殺菌法① 圧力利用：瞬間除圧式殺菌法 (100～500MPa)
凍結高圧殺菌法
超音波殺菌法 (20kHz, 150 W程度)
衝撃波殺菌法 (衝撃圧縮圧1GPa程度)
高圧二酸化炭素殺菌法 (数十MPa)
ミクロバブル超臨界二酸化炭素殺菌法② 電場利用：高圧パルス電場殺菌法 (印加パルス電圧30～50kV, 電場強度27～100kV･cm-1, 100 Hz程度)③ 磁場利用：動的磁場殺菌法 (5～50 T, 5～500kHz)④ 電磁場利用：マイクロ波殺菌法
紫外線殺菌法
パルス閃光殺菌法 (200～900nm, 200パルス程度)⑤ 放射線利用：電波放射線殺菌法 (X線, γ線)
荷電粒子線殺菌 (低エネルギー電子線殺菌, 300keV以下)

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2019/12/13食品の「おいしさ」◆食品の「おいしさ」の判定過程

三浦 靖，21世紀の調理学3
建帛社，pp.157-211 (1997).

美味学，

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《研究課題》《目的》

常温流通可能な加工食品「ゆるドライ」®の製造技術の開発

コールドチェーン未整備地域や災害時にも対応する加工食品の創製⇩★一つの筐体でブランチング･殺菌･減圧乾燥が可能な装置★半生～絶乾状態の調整が自在な『ゆるドライ食』《背景》◆食品素材 (農林水産物)の保存方法
乾燥, 塩蔵, 糖蔵, 燻製, 調味液への浸漬処理, 低温貯蔵 (冷蔵, 冷凍)等
◆乾燥法
○適切な手法でないと効率的な乾燥ができず, 品質が劣化することもあり○乾燥技術･装置に関する新提案があるが, その多くは実用化されず○乾燥状態の把握…食品素材ごとの乾燥特性を基にして乾燥モデルを作成⇒ 乾燥状態の制御方法①素材の乾燥特性に応じた乾燥条件の適用②庫内の水蒸気分圧から乾燥状態を予測③質量変化に応じて乾燥装置の運転を調整「ゆるドライ」原理

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2019/12/13《検討事項》(1)「固体食品用ブランチング･殺菌･減圧乾燥装置」の製作※1つの筐体でブランチング・殺菌工程と減圧乾燥工程を連続実施

JST「復興促進プログラム(マッチング促進 タイプⅡ)」(H24盛Ⅱ-215「風味豊かな岩手県産乾燥食品の製造方法, 製造装置及び競争力のある新商品の開発」, 2013年1月～2015年3月：原理確認1号機･2号機を製作)
商標『ゆるドライ』登録⇩

農林水産省「[知]の集積と活用の場による革新的技術創造促進事業」『常温流通可能な加工食品開発プラットフォーム』(2016年6月設立)
基本特許出願 (2017年2月)※参画機関・企業を募集中 原理確認2号機
検証機 (2017年10月から作製し, 2018年2月から本格稼働）⇩

各種の農畜産物の最適加工条件を確定, 実証機を製作 (2019年4月)(2) 高齢者対応食品および災害食の開発
食品素材の前処理法を含めた加工条件の最適化

検証機

さばトバ(ゆるドライ食第1号)
実証機

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蒸し切り干し(干し芋)◆サツマイモ

代表的な品質の特色《ホクホク系》
・品種：ベニアズマ (農林36号)
命名登録：1984年
品質特性：肉質は粉質で繊維少なく, 食味はきわめてよい・品種：高系14号
命名登録：1945年
品質特性：派生系統が「なると金時」「土佐紅」「ベニサツマ」「ことぶき」など
・品種：紅赤 (金時いも)
発見：1898年
品質特性：埼玉･千葉両県を中心に特産地を形成し, 東京市場で銘柄イモとして復活☆主な用途
焼き芋, 天ぷら, きんとん, ポテトサラダ, 芋かりんとう (芋けんぴ)

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蒸し切り干し(干し芋)《ねっとり系》
・品種：シルクスイート (HE306)
命名登録：カネコ種苗㈱で開発され，2012年から種苗販売が開始。
｢春こがね｣-｢紅まさり｣交配。品種登録出願中
品質特性：収穫してすぐはやや粉質で，蒸し芋の肉質は「やや粉」であるが，貯蔵することで粘質へと変わり甘くなる
・品種：べにはるか (農林64号)
命名登録：2008年品質特性：標準栽培において, 蒸し芋の肉色は「黄白」, 肉質は「やや粉」, 繊維は「中」, 黒変度は「中」。食味は「上」で「高系14号」より優れる
・品種：クイックスイート (農林57号)
命名登録：2002年
品質特性：蒸し芋の肉色は「淡黄色」, 肉質は「中」, 繊維は「中」。
食味は「やや上」で「高系14号」に優り,「ベニアズマ」からやや劣る。澱粉粒は亀裂の入った特異な形態, 「ベニアズマ」等一般的な品種に含まれる澱粉の糊化温度より20℃程度低い (50℃程度)。
「ベニアズマ」に比べ半分程度の時間で, 蒸し芋の糖度が最高値に達する。早堀りでも食味がよい。
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蒸し切り干し(干し芋)・品種：ベニマサリ(農林55号)
命名登録：2001年
品質特性：標準栽培において, 蒸し芋の肉色は「淡黄」, 肉質は「やや粘」, 蒸し芋の繊維は「中」, 黒変度は「やや多」。蒸し芋の甘味が強く, 食味は「上」で高系14号より優れる
・品種：安納芋「安納紅」「安納こがね」
命名登録：1998年
品質特性：どちらも水分が多く粘質性で, 焼くとネットリとした食感☆主な用途
焼き芋, スイートポテト, 蒸し切り干し(干し芋)181892019/12/13

蒸し切り干し(干し芋)◆品質特性《保蔵性》 ※品質を保ちつつ貯蔵すること
・水分活性 (aw＝[ある温度での食品中の水の平衡水蒸気圧]／ [同じ温度での純水の平衡水蒸気圧]
水分子の熱力学的自由度の指標 → 保存性の指標)★0.86以下にして常温流通が可能 市販品の例：＊＊《外観》
・厚さの均一性：形状の均一性
・色調：色特性 (明度, 色相, 彩度)★厚さが均一★鮮やかな色調 (黄色)《食品テクスチャー》
・噛み切りやすさ：切断特性 (力, 変形) ★噛み切りやすい・噛み砕きやすさ：咀嚼性 (応力, ひずみ) ★噛み砕きやすい・歯付き, 粘り：付着性 (付着力)★歯付きしにくい, 粘り過ぎない《風味》
・蒸し切り干しの風味：匂い特性
・甘味：呈味(澱粉加水分解物の含量)★異臭がない★甘味が強い1919

蒸し切り干し(干し芋)【試作】◆装置
蒸煮：スチームコンベクション（FCCM6, ㈱フジマック）
乾燥：固体食品用ブランチング･殺菌･減圧乾燥装置 (実証機)
アルバック東北株式会社(青森県八戸市北インター工業団地六丁目1番16号)◆品種：ベニアズマ (ホクホク系)◆加工条件：
1. 100℃で4時間半蒸煮
2. 53℃で〇時間, 30℃で〇時間減圧乾燥

減圧乾燥

蒸煮品
水分含量 54.81%(w/w)
水分活性 0.95

写真

乾燥品
水分含量＊＊%(w/w)
水分活性＊＊
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蒸し切り干し(干し芋)◆品種：安納こがね (ねっとり系)◆加工条件：
1. 80℃で1時間半，100℃で2時間蒸煮
2. 53℃で〇時間，30℃で〇時間減圧乾燥

減圧乾燥

蒸煮品
水分含量 64.28%(w/w)
水分活性 0.96

写真乾燥品
水分含量＊＊%(w/w)
水分活性＊＊【今後の展開】
・名称の通りに, 製造工程は「蒸煮 → 剥皮･トリミング･切断 → 乾燥」※調理後の非酵素的黒変：元来存在している2価鉄イオンが加熱により酸化して3価鉄イオンになり, これがポリフェノール類 (特にクロロゲン酸)に結合して黒色複合体を形成
・蒸煮工程では, 澱粉を十分に糊化させる (温度, 時間が重要因子)
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・「ホクホク系」「ねっとり系」原料で食味･食感を作り分け？

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