化学装置2020年6月号【特集】 食品製造における新しい技術の流れとトラブル対策

食品粉砕とトラブル対策―セントリカッターの挑戦―

関根靖由＊）

1．はじめに近年，素材に新たな特性を見いだすため，素材の微粒化が進められている。しかし，乾式粉砕では粉砕されることによって新生表面の活性化により，粒子と粒子が凝集しやすくなり，粉砕と凝集を繰り返してしまう。粉砕業界では「3μm の壁」と言われており，シングルミクロンまでの粉砕は難しいことが良く知られている。また，粒子径が細かくなることによって，摩擦力や付着力が大きくなり，流動性を損ない，ケーシング壁面に付着するといったトラブルも発生しやすくなる。その結果，安定生産を行うことが難しくなる。このような現象が起きやすくなる粒子径としては，どのような素材でもだいたい数

図1れている1）。さらに微粒化するためにはエネルギーを多く与える必要から粉砕温度が高くなり，油分のセントリカッター外観（写真）
原料投入

10μm 以下になると付着性は高くなることが報告さ
CW in

CW outステータ
粉砕刃（固定刃）溶け出しや風味が減少する問題が発生する。このことから，食品粉砕に使われているピンミル，ロールミル，スタンプミルや気流式粉砕機などは油分溶け粉砕品出しによる付着や風味の劣化が問題になることもある。特に油分の多い材料では付着が多く 1 時間に 1回，粉砕部を開放して掃除が必要なこともある。これらの問題を解決するために，現状では液体窒素を利用した凍結粉砕が多く行われている。しかし，液ケーシング

CW in

図2

CW outロータ

粉砕刃（回転刃）

ケーシング内の構造

体窒素のランニングコストが非常に高く，設備費も高価になるので自社で設備化を行わず，液体窒素を製造しているメーカに委託加工を依頼して粉砕する場合が多い。
本稿ではこれらの問題を解決したダブル冷却機構搭載ディスク型粉砕機のセントリカッターの粉SEKINE Yasuyoshi：日本コークス工業（株）化工機事業部＊）

企画管理グループ マネージャー〒135 6007 東京都江東区豊洲 3 3 3
TEL：03 5560 2906 FAX：03 5560 2913
E–mail：yasekine@n-coke.com
2020 年 6 月号

砕例を紹介する。

2．ダブル冷却機構搭載

セントリカッター

セントリカッターは固定刃と回転刃に包丁のような刃を数百本目立てし，80〜100m/s の周速で高速回転させ粉砕を行うディスク型粉砕機である（図 1）。
このような粉砕機は昔から利用されているが，当社では世界で初めて回転刃と固定刃の両刃を冷却できるダブル冷却機構（特許申請中）を開発し（図 2），熱の影響を極力減らして粉砕することが可能になっ27表1

粉砕できなかったり，粉砕できたとして粉砕刃の特徴

内刃

外刃※

も，少量しか粉砕することができないこ

標準ディスク（MS型） 特殊ディスク（USU型）

外周リングとが多かった。そのため，ダブル冷却機

刃の形状

放射状の粉砕刃

斜めに切った粉砕刃

放射状の粉砕刃構を開発し，ポリエチレン樹脂（PE）や粉砕力

主に衝撃力

主に剪断力

主に衝撃力

ポリプロピレン樹脂（PP）など，今まで発熱大小大常温では大量に粉砕できなかった樹脂を生産性

大小

粗粒粉砕用

粉砕品

数百μm

MS 型より細かくなる

内刃のみより確実に細かくなる

安定的に大量，かつより細かく粉砕でき

刃の数

並目，細目の 2 種類

並目，細目の 2 種類

並目，細目，極細目の3種類※外刃は取り付けない場合もあります。

るようになり，樹脂粉砕で利用されるようになった。
このダブル冷却機構を食品粉砕に生かた。しかも，軸受構造と隙間調整機構を最適化するすことで，素材の風味劣化や油分の溶け出し防止にことによって，粉砕刃の最小隙間は高速回転タイプ効果を発揮することができるようになった2〜4）。のディスク型粉砕機では難しかった 0.15mm まで調

一般的な粉砕機で油分が多い食品を粉砕すると，整することが可能である。また，粉砕刃は内刃と外粉砕時に発生する熱や微粒化による比表面積の増加

刃で構成され，内刃は目立ての方向と刃の深さを変により油分が滲み出し，粉砕刃やケーシングの内面えた 4 種類，外刃も刃の深さを変えた 3 種類があるに付着し堆積してしまう。セントリカッターは粉砕（表 1）。この内刃と外刃を原料の大きさや固さ，目刃を冷やすことで，粉砕時の熱による油分の溶け出標粒子径から刃の種類を選定し組合せることによっしが減るため粉砕刃への付着は少なくできる。しかて，15μm から 1mm 程度までの粉砕することができ，し，粉砕刃から吹き出た粉砕品が遠心力でケーシン

粒度分布や粒子形状も刃の種類，隙間，および回転グ内面に強く打ちつけられることで，油分が滲みで速度によってコントロールすることができる画期的て強い固着が発生してしまう現象が見られた。このな粉砕機である。ダブル冷却機構で使用する冷却水固着した粉砕品の粒度分布を測定すると，どのようには−10 ℃のブライン不凍液が利用できることから，な素材でも数 10μm の微粒子が多く含まれていたた熱を大量に発生する回転刃も冷却でき，冷却性能がめ，付着しやすいことがわかった。この油分が多い

非常に高く固定刃だけを冷却する粉砕機に比べ，冷粒子が固着するとケーシング内に 15〜30 分程度で却能力が 2.5〜3 倍である。

付着が成長し堆積するため，連続運転が不可能にな

当初はダブル冷却機構の冷却効果が樹脂粉砕で注る。そのためケーシング内部の粒子の流れを最適化目された。低融点樹脂（熱可塑性樹脂）を粉砕するして固着を防止することに成功した（特許 2017

場合，粉砕時に発生する熱によって樹脂が溶けてし052818）（図 3）。これにより風味が重要な香辛料やまい，綿飴状に溶融した樹脂が粉砕刃やケーシング

珈琲豆などの高含油食材を安定に連続して粉砕する

内部に蓄積したり，ヒゲと呼ばれる糸状の生成物がことが可能になった5，6）。

発生する。そのため，通常のディスク型粉砕機では油分が染み出して硬い固着（簡単に剥がれない）

柔らかい付着（固着無し）

付着防止構造無し
10分で運転不可
図328

粉砕システムは図 4 のようにフィーダ，サイクロ付着防止構造有り
60分運転しても付着は微量

ケーシングに取り付けた付着対策部品の効果（香辛料）
化学装置

ン，バグフィルタ，ブロアからな

バグフィルタり，食品粉砕で良く利用されているピンミルや気流式粉砕機などとサイクロン同様である。そのため，粉砕機のみ置き換えることで初期投資を抑定量フィーダえることが可能である。また，セ排気ガス

ントリカッターには排風能力があるため， 粉砕粒子径が数 100μmであれば，粉砕品排出口にタンクだけ取り付けて回収する方法も可能である（図 5）。

3．コンタミネーション対策

チラー水
－10°
チラー設備

セントリカッター

異物混入防止，クロスコンタミ

ブロア

図4

連続式粉砕フローネーション防止，およびアレルゲ
ン対策は消費者が安全で安心して食を楽しむために定量フィーダ必要である。その対策としてセントリカッターの軸封部はラビリンス構造，およびエアシール構造の非排気ガス接触シールを採用し，グランドパッキンなどで発生しやすい軸部に残った材料と品種替え後の材料が混ざるクロスコンタミネーションや菌の発生を防止しフィルターている。さらに，クロスコンタミネーションが発生しやすい軸封部の洗浄を徹底的にできるように，簡単に分解できるケーシング構造もオプションで準備している（図 6）。その他，接粉部の付着を少なくするため，フッ素系のコーティングやマイクロディンプル処理などの表面処理を行うことが可能である。

4．微粒化，風味維持，大量粉砕
食品粉砕には微粒化，風味維持，大量粉砕が今後，下記の理由からますます重要になってくる。
・微粒化を行うことで粉砕品を直接フレーバー材料をとして使うことができる。
・風味を維持することで賞味期限の延長や風味材料の使用量削減が行える。

チラー水
－10°
チラー設備

セントリカッター

図5

製品回収タンク

簡易粉砕フロー粒子にして利用することが増えてきている。使用される粒子径は口触りやザラツキをよくするため，抹茶程度の粒子径が求められており，8〜15μm 程度がターゲットになる。この粒子径までセントリカッ
ターで珈琲豆の微粒化が可能か確認した。
珈琲豆は三本珈琲株式会社製のコロンビア産深煎り（L14.5）焙煎豆を粉砕した。テストに使用した機・大量粉砕することによる生産コストや設置スペース削減が行える。
これらの課題についてセントリカッターを利用することで解決できたので紹介する。

5．珈琲豆
5⊖1．微粒子化
近年，珈琲豆の微粒子をお菓子用のフレーバーとして利用したり，レギュラーコーヒーの味と香りに近づけるため，珈琲豆の微粒子を若干インスタント珈琲に混ぜるソリュブルコーヒーなど，珈琲豆を微2020 年 6 月号

図6

ケーシングを外したセントリカッター

29表2

フルフリルアルコールの測定結果
ブラジルL値＝20

ブラジルL値＝16

ロールグラインダ

29325592

32409144

セントリカッター25kg/h

29739430

33450716

セントリカッター50kg/h

32018912

35408832

転の可能性が見えてきた。
5⊖2．大量粉砕
珈琲豆の大量粉砕にはロールグラインダーと呼ばれる，対向させた溝付きのロールを 3〜4 段並べた
図7粉砕機が使われている。このロールの溝本数やロー珈琲豆の粉砕品（d50：23μm）

ル間の隙間を調整して，粉砕粒子径を決定する。ま種はセントリカッターUCM150 型（UCM150 型）でた，処理量は 2〜4ton/hr が粉砕できる型式が多く使処理量は 27kg/hr で運転した。粉砕刃は新しく開発われていると聞いている。

した微粒化に特化した特殊な形状を取り付け，回転UCM300 型のセントリカッターを使用して，レギ速度を 10,000min で運転したところ，平均粒子をュラーコーヒーに使用されるサイズでの処理量を調23μm の微粒子に粉砕することができた。（図 7）ま査した。

1

た，前述の付着対策を行うことによって，付着をか珈琲豆は焙煎や産地が違うものが複数含まれるミなり防ぐことが可能であった。珈琲豆の微粒化は付ックス品を使用し，処理量を 300〜2000kg/hr に変着が発生しやすく連続運転が難しいと聞いているが，更して粉砕したところ，どの処理量でもレギュラーセントリカッターを利用することで微粒化の連続運コーヒーのサイズに問題無く粉砕することができた。
また，粒子径分布は図 8 のとおり，300kg/hr は 690μm と若干小さく粉砕されたが 500〜2000kg/hr では

100

篩下積算〔％〕

721〜746μm で粉砕が可能であった。これは処理量を変えても粉砕品の再現性がよいことを示唆しており，1 台で少ない量から大量の粉砕が可能で，生産50量の変動があっても機種を変更しなくて対応が可能

300kg/hr 690μm
500kg/hr 721μm
800kg/hr 728μm
1000kg/hr 746μm
1500kg/hr 741μm
2000kg/hr 732μm

0100であった。そのため UCM300 型でも 2000kg/hr 以上
5⊖3． ロールグラインダー

処理量と粒度分布の関係（珈琲豆）との比較

L 値＝16

酸味ロールグラインダーで粉砕

酸味1

渋みを供給するフィーダの能力が 2000kg/hr までが限界の粉砕が可能と思われる。

L 値＝20

旨味コク

トリカッターの粉砕能力に余裕はあったが，珈琲豆

10,0001,000〔μm〕
図8であることを意味している。また，テストではセンした豆と比較して，インテリ

10

苦味雑味

－1

旨味コク0－1－2－2－3－3

渋味
刺激－4

渋み－4

苦味雑味

ジェントセンサーテクノロジ
ー 社 の 味 認 識 装 置「TS渋味
刺激5000Z」で味の違いを，ヘッドスペース型 ガスクロマト
グラフ質量分析計（GC/MS）

苦み

旨味

塩味

塩味
ロールグラインダ

セントリカッター25kg/hr

図930

旨味

苦み

味認識装置での測定結果

セントリカッター50kg/hr

で香気成分を確認した。粉砕する珈琲豆はブラジル産で焙煎を L 値＝20 と 16 の 2 種類を平均粒子径を 800μm 前後に粉砕して比較した。粉砕し化学装置

た豆を味覚認識装置で確認したところ，図 9 のよう6.E＋08再現できていた（ロールグラインダーを基準として，1 以上差が無ければ，同じ味とみることができる）。
さらに GC/MS でコク感に作用する化合物の一つであるフルフリルアルコールを測定したところ，セントリカッターで粉砕したほうが，表 2 のように 1 割程度多く検出した。この結果からセントリカッターで粉砕した珈琲豆はロールグラインダーと同じ味でありながら，コク感に作用する香気成分が多く含まれることが分かった。セントリカッターの冷却が香総香気ピーク面積〔－〕にロールグラインダーで粉砕したものと，同じ味がピンミル未包装
ピンミル包装セントリカッター未包装〔25kg/h〕
セントリカッター包装〔25kg/h〕
セントリカッター未包装〔50kg/h〕
セントリカッター包装〔50kg/h〕

4.E＋082.E＋080.E＋0805

気成分の維持を発揮できた結果と思われる。
図 10

6．黒胡椒
黒胡椒は料理をするときに欠かせない香辛料の一つであり，牛肉や青魚，乳製品など，匂いの強い食1510

保存日数〔－〕
処理量と粒度分布の関係（珈琲豆）7．うるち米材や，味の濃いものによく合い，さわやかで辛さが小麦粉などに含まれるグルテンによって，アレル混じった刺激的な木のような香りと刺激的な辛みがギーが引き起こされる人の体質改善目的でグルテン料理のおいしさを引き立てる香辛料である。セントフリー食材として米が注目されており，小麦粉の代リカッターで粉砕することで，香気成分が多く保たわりにパンやパスタなどにも米粉を利用することがれ，しかも劣化速度も抑えることができたので報告進められている。しかし，小麦粉に比べ，製粉コスする。比較した粉砕機は香辛料の粉砕で良く使用さトが 1〜3 倍となっており，米粉を普及させるにはれるピンミルで，結果を図 10 に示す。ピンミル粉砕

製粉コストを削減することが必要である。小麦粉に品は包装保管することで 14 日経過後，若干の香気比べコストが高い理由として，米を脆くするため湿しか残存していない。一方，セントリカッター粉砕

潤させてから粉砕する湿潤工程と，粉砕後 16 ％以品は，包装保管することで 14 日後も比較的強い香下に水分量を調整する乾燥工程が必要になることが気が残存している。今回の結果から，セントリカッ考えられる。製粉コストを下げる方法として，湿潤ターで粉砕した黒胡椒は香気成分を強く維持することが可能であることが分かったので，少ない量の添加でも料理に風味をつけられる可能性が見いだせた。

表3米粉試料

澱粉損傷率

d50〔μm〕

セントリカッター乾燥米粉砕

14.997

セントリカッター湿潤米粉砕

5.862

乾燥米

湿潤米

図 11
2020 年 6 月号

米粉の澱粉損傷率

粉砕品の SEM 写真（米粉）

31

表5

酸味

10.50－0.5－1－1.5－2－2.5－3

旨味コク

渋み

苦味雑味

渋味
刺激

苦み

旨味
塩味

粉砕前

図 12

セントリカッター粉砕品

かつお節粉砕品の味覚認識結果

せずに粉砕する乾式粉砕の可能性を調査するため，

粉砕例

原料名

粉砕粒子径：d50〔μm〕

香辛料

150

黒胡椒

160〜620

白胡椒

165

唐辛子

338

ハーブ40

珈琲豆23〜1,000

米30〜120鰹節60〜200

ザラメ

50

干し椎茸95

生大豆

195

パスタくず215

碾茶

26

米ぬか120〜140

セントリカッターで乾燥米と湿潤米を粉砕したとき米と乾燥米を使って，製パン状態を確認しているが，の澱粉損傷度と粒子径の比較調査を行った。

セントリカッターで粉砕した乾燥米の米粉は高い澱

米は群馬県産あさひの夢を使用し，セントリカッ

粉損傷率であるが湿潤米に比べ膨らみが良い結果がターで粉砕したところ，表 3 のような結果となった。

でている。乾式粉砕であれば澱粉損傷率が高くても乾燥米は湿潤米に比べ，大きく澱粉損傷しているこ問題が無い可能性もあり，引き続き調査を進めていとが分かった。また，粉砕品を SEM で確認したとく。

ころ，乾燥米の表面は湿潤米に見られた表面のうろこ状の形状が少なかった（図 11）。現在，この湿潤表48．かつお節
かつお節は出汁を取ったり，お浸しなどの風味付

標準仕様

けとして削り節が使用されることが多いが，微粒化型式

UCM150

UCM300

UCM450スケールアップ比

0.3

12

最高回転速度〔min−1〕

12,000

8,000

5,500

モータ〔kW〕

5.52245

された粉も出汁の素の風味原料として含まれていた
り，お湯に溶かす出汁や混ぜ込み調味料としても販売されている。セントリカッターで風味を維持してかつお節を粉砕できるか調査を行った。原料には3mm 程度の粗粉砕品を 使 用 し， 処 理 量 を25kg/hr で運転した結果，平均粒子径を 85μm に粉砕することが可能であった。この粉砕したかつお節を味認識装置で測定した結果を
図 12 に示す。 粉砕品は酸味が弱くなったが，それ以外の味は粉砕前から変化させずに粉砕することができた。このときの粉砕温度は原UCM300 型

UCM150 型

図 1332

テスト設備

料温度 20 ℃に対して 1℃上昇の 21 ℃であり，化学装置

かつお節に熱を与えずに粉砕できたため，味があまつづけ，米粉の乾式粉砕などの省エネルギーで地球り変わらなかったと思われる。現在，GC/MS で既環境にやさしい粉砕方法の提案や香気成分の劣化防存の生産機とセントリカッターの香気成分の経時変止を生かした賞味期限の延長による年間数百万トン化を調査している。米粉の製パン結果と合わせて後の食品ロスの削減を目指していきたいと考える。セ日，報告したいと思う。

ントリカッターを利用した食品粉砕が地球環境問題や食料需給問題の解決に少しでも役立てればと思う。

9．商品ラインナップと粉砕例
セントリカッターの標準仕様を表 4 に示す。商品【謝辞】

ラインナップは 3 機種で，生産量によって機種を選珈琲豆，鰹節，うるち米の提供および味認識装置定する。当社では UCM150 型と UCM300 型をテストの測定をして頂いた三本珈琲株式会社山口執行役員，機として栃木工場に設置しており，さまざまな材料植木検査ユニットチーフ，内田主任，マルトモ株式でお客様の持ち込みテストを行っている（図 13）。

会社土井取締役，福本担当次長，群馬製粉株式会社

また，クリーンルームに UCM150 型を設置してテス大久保相談役，中澤製造部部長，戸塚品質管理課長，トすることも可能である。表 5 の粉砕例に今まで実GC/MS での香気測定を行って頂いた工学院大学山施したテスト結果の一部を示す。このように油分が田教授に深謝する。

多い食品から風味が重要な食品と幅広く粉砕することが可能である。

〈参 考 文 献 〉

10．最後にセントリカッターの主な特徴を 3 つ挙げると，（1）回転刃と固定刃の両方を冷却するダブル冷却機構（2）数百μm〜数十μm まで粉砕を可能にする多種多様な粉砕刃のラインナップ（3）0.15mm の隙間を保ちながら，100m/s で高速回転できる安定性の高い軸受であり，これらの特徴のおかげで，既存の粉砕機で見られなかった微粒子の粉砕で香気成分の劣化防止

1 ）山田昌治，粉粒体技術からみた小麦製粉，食品と開発，
Vol.52（6），p4 6（2017）2 ）関根靖由，低融点樹脂に対する粉砕機の特徴と活用事例，プラスチックス，67（3），p57 61（2016）3 ）関根靖由，低融点樹脂粉砕の現状と対策，化学装置，59（5），p52 55（2017）4 ）関根靖由，ダブル冷却構造を搭載した低融点樹脂用粉砕機の開発，プラスチックスエージ，Vol.64（1），p68 72，（2018）5 ）関根靖由，ダブル冷却構造で素材の風味そのままに粉砕，食品と開発，Vol.53（6），p38 39（2018）6 ）関根靖由，低コストで素材の風味を維持して微粉砕，食品機械装置，Vol.55（10），p64 70など新しい特徴が見えてきた。今後も改良・改善を

P&P Info.

ランクセス，ヴィーガンゴム用加工助剤でタイヤ製造のCO2 排出削減

ドイツの特殊化学品メーカーランら作られており，アブラヤシは農地「アクチプラスト®PP veg」は，再クセス（LANXESS） はこのほどゴ

1 ヘクタール当たりの油の収穫量が生可能原料をベースにしており，特ム用加工助剤「アクチプラスト PP」

非常に高いことから，ココヤシ，菜にアジアの顧客の要望に応えて開発製品群に新たに植物由来の原料を使の花，ひまわりに比べ生態学的に持された。また，欧州のグローバルタ用した新製品を追加したと発表した。

続可能性が高い。特性として，天然イヤメーカーも興味を示している。

同製品群はゴムコンパウンドに配合ゴムをベースにしたゴムコンパウンする加工助剤。タイヤやさまざまなドに適している。また，変性ポリマ

テクニカルラバー製品の製造においーと併用する場合も，ゴムコンパウて使用されている。

ンドの粘度を低下し，射出・押出成®

発表された「アクチプラスト®PP

型性の大幅向上が見込める。コンパveg」は，従来製品とは異なり，植ウンドの組成によっては，「アクチ物油から製造されている。再生可能プラスト®PP veg」はスコーチ挙動

原料比率が約 90 ％を占めているため，を向上し，加硫を促進するだけでなカーボンフットプリントは大幅に削く，金型を汚染することなく離型が減される。基礎原料はアブラヤシか容易となる。

2020 年 6 月号

「アクチプラスト®PP⊖veg」

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