『食品工場における造粒技術』

　前項でソフト造粒のことに触れ、多孔性を付与した粒子の即溶性について述べたが、即溶性は、次のように分類することができる。

(1) 沈降性

　粉粒体を水や温湯に投入して、復元するとき粒子個々が早く沈降することが望まれる。この沈降速度は、粒子が大きいほど、また粒子密度の大きいほど早くなる。すなわちストークスの式に従って沈降するものと考えられている。

(2) 沈潤性

　水や温湯に対して粒子の濡れが悪いと、水や温湯の表面に粒子が浮上して“まま粉”の状態になる。この性質を付与するには粒子表面が疎水性の場合、親水性の物質をコーティングするか、多孔質構造によって液体を毛細管力で浸透させる。

(3) 分散性

　粒子が沈降し、十分濡れても懸濁しなければ復元したとはいえない。粒子は適当に拡散しながら沈降するのが望ましい。

食品工業においては、乾式造粒よりも湿式造粒の方が多い。また食品添加物の規制により結合剤の種類も多くない。普通、最も使用されているのは水を主体としたもので、それに可溶性の物質を溶解して、結合剤(バインダ)とする。
液体結合剤の適量を決定するのは非常に困難とされ、造粒機種によって、その適量も変わるものと考えられている。各種の研究報告や実務経験などを基に造粒能液体係数fの考え方を適用するとよい。

f = m /m_pl …… ①
m：液体の結合量、m_pl：粉体の塑性限界液量

塑性限界液量(Plastic limit liquid volume)は、造粒しようとする粉体に液体結合剤を徐々に加えながら撹拌トルクを測定すると、ちょうどそのトルクが最大になるところの加液量に相当する。
最も造粒に適した造粒能液体係数fの値は、0.75～0.82程度といわれている。
すなわち、加えるべき液量は②になる。

m = (0.75～0.82) m_pl　…… ②

ということになる。この式から塑性限界液量の25～18％減の液量が最適であることを意味している。
造粒の最適結合液量に関し、脱脂粉乳を種々の水分量で加湿し、再乾燥により造粒を行ったデータでは、見かけ密度の最小値は、12％の加水量のところで生じ、空隙率はこの点で最大となった。前述した、分散性、沈降性、溶解性の性質を見ると、分散性は、10～12％の加水量範囲で良好であり、沈降性は10％加水量より急激に増加する。また、溶解性は12％付近から悪くなっていく。造粒品の非常に流動性の悪い状態から急に良くなるポイントでの加水量を見つけるのが難しい。そのため②式で求めた液体結合量を目安に試運転により最終調整をして、ソフト造粒製造プロセスのベストポイントを決めることが望ましい。

一般に食品工業において用いられているプロセスは、造粒系と乾燥系の技術が必要となり、次のようになる。
造粒系：
(1) 押出し造粒
(2) 粉砕造粒
(3) 気流造粒
(4) 流動層造粒
などと、
乾燥系：
(1) 泡沫ドラムドライヤ
(2) 泡沫凍結乾燥
(3) 凍結造粒乾燥
(4) 泡沫真空乾燥
などがあり、造粒プロセスを概略工程図にすると図1.のようになって、造粒機本体の前後に混合、分級操作が組み込まれる。個々の造粒系について特徴を述べる。

図1.造粒プロセスの概略工程図

　最初に述べたが造粒品の粒度が大切であり、粒度分布のシャープなことが望ましい。
押出し型造粒系は、一般に粒度分布が狭いことが特徴で、要求される粒度が容易に得られる。しかし粒径は0.1mm以上である。また欠点としては大量の生産能力を有さない点である。
解砕型造粒系は、結合剤でブロック状のものを造り、それを回転刃で破砕するものである。また気流造粒系の装置は、2～3ton/hの能力があり、原料ホッパーから投入された粒体は加湿管で加水され、ある大きさまで造粒されたものはサイクロンで捕集され、次の気流乾燥管で乾燥され、さらに冷却され製品となる。この気流造粒も、実は破砕造粒機構によるもので、図2.のように加水された粒子は、加湿管内壁に付着し、そこで逐次粒子径が成長し、ある大きさになって、気流により運ばれ、一部破砕されることになる。

　食品工業における造粒の活用について述べたが、ソフト造粒を製造するプロセス系を始め、乾燥による造粒の特徴を述べた。
造粒系技術については、食品工業の利用に留まらず、医薬品や化粧品などに活用の広がりが見られ、造粒プロセスや装置機器についても研究開発が進められていることに注目していきたい。

以上