ベーキング抽出物、レシチン、脂肪、そして複数の機能性粉体添加剤を含むベーキング配合物において、短い混合時間でRSD 5パーセント未満を達成するには、液体投入、粉体添加剤の分布、混合運動を一体のプロセスとして設計する必要があります。決定的なのは微量成分の前混合ではなく、局所的な過湿潤、脂肪の塊、あるいは後発的な偏析を生じさせることなく、複数の液体成分と機能性粉体を均一かつ塊のない形で組み込むことです。

出発状況を正しく評価する

ベーキング配合物には、小麦粉フラクション、デンプン、砂糖、膨張剤、酸性剤、乳化剤、乳・卵パウダー、ココア、フレーバー、塩、酵素、食物繊維、ハイドロコロイド、着色料、ベーキング抽出物といった、多数の機能性粉体成分が含まれることがあります。さらに、レシチン、液体または溶融した脂肪、油、フレーバー、抽出物、その他の液体添加剤が投入されることもあります。これらの成分は、粒径、かさ密度、濡れ性、脂肪含有率、凝集性、水分感受性が大きく異なることがよくあります。

したがって非常に高い混合品質とは、単一のマーカーの均一な分布以上のものを意味します。液体は、できる限り、動いている粉体層の上に薄く均一に分布している必要があります。同時に、機能性粉体添加剤は、凝集体を形成することなく、また局所的な過濃縮を起こすことなく分布している必要があります。うまく分布していない液体はごくわずかな量でも、粘着性の塊を形成し、そこに粉体が付着することがあります。こうした凝集体は、後のベーキング製品の外観や機能特性を損ないます。ベーキング配合物では液体添加が凝集体を引き起こすことがあるため、粉体内での均一な液体分布が特に重要です。

まず乾式の前混合

液体投入の前に、まず乾式の主レシピを均一化すべきです。これは特に、粒径、かさ密度、凝集性の点で主マトリックスと大きく異なる機能性粉体添加剤に当てはまります。短く定められた乾式混合段階により、均一な初期分布が生まれ、湿潤開始後に乾いた島や局所的に高濃度の機能性添加剤が残ることを防げます。

特に凝集性が高い、脂肪分が多い、あるいは微細な粉体成分には、主マトリックスの適切な比率を用いた的確な前混合が有効な場合があります。これは、従来の微量成分の希釈ではなく、凝集体の解砕、投入性の向上、機能性成分の均一な事前分布を目的とするものです。この前混合物は、その後、動いている主バッチに投入されます。適切な粉体投入順序は、微細な成分が壁面、シール、あるいは流動が少ない領域に付着するリスクを低減します。

液体を微細に投入する

レシチン、脂肪、油、ベーキング抽出物、その他の液体添加剤は、静止した粉体堆積物に対して、噴流や一気の流し込み、あるいは個々の大きな液滴として投入すべきではありません。決定的なのは、活性混合ゾーンへの、微細に噴霧され、正確に計量され、面状に分布させた投入です。二流体ノズルや適切なスプレーノズルは、液体温度、粘度、圧力、ノズル形状が適切に設定されていれば、制御された液滴スペクトルを生み出し、より粘性の高い液体を製品上により良く分布させることができます。ベーキング配合物では、液体をできる限り均一に粒子に分布させる必要があるため、二流体ノズルの使用が推奨されます。

投入は、安定した三次元的な製品循環の中で行うことが望ましいです。各液相は、絶えず新しい粉体が通過するゾーンに投入すべきです。これにより局所的な過湿潤が抑えられ、脂肪やレシチンが壁面、工具、あるいはすでに形成された塊に付着することを防ぎます。噴霧パターンが容器壁や静止した製品領域に当たってはいけません。噴霧時間は、液体量を製品容積全体に分布させるのに十分な長さである必要があり、投入が速すぎると塊のリスクが高まります。投入後には、液体がさらに分布するために、定められた後混合段階が必要です。液体投入に関する技術ガイドラインでも同様に、事前の乾式混合、動いている製品への十分な長さの噴霧段階、そしてそれに続く湿式混合時間が推奨されています。

複数の液体がある場合、必ずしもすべてを同時に投入する必要はありません。多くの場合、段階的な投入が有効です。たとえば、まず脂肪や油の一部を用いて特定の粉塵成分を付着させたり、主マトリックスの濡れ性を調整したりすることができます。レシチンは、その形態やレシピに応じて、適切な担体脂肪や油に溶解または希釈した上で、微細に噴霧することができます。乾燥食品混合物では、粒子を薄いリン脂質層で覆うために、レシチンは粉末としても、油で希釈した形でも使用されます。ただし、許容される順序は、流動性、インスタント化、凝集、吸水性、そして後のベーキング特性に影響するため、レシピ試験を通じて定める必要があります。

適切な混合技術

複数の液体・粉体添加剤を伴う短い混合時間には、バッチ全体の容積を継続的に活性混合ゾーンへ移動させるミキサーが必要です。強力な三次元的製品循環を備えた対流式ミキサーは、原則としてこれに適しています。液体投入によって生じる凝集体を的確に解砕するために、補助的なカッティングローター、チョッパー、あるいはハイシアー工具を使用できます。ただし、このインテンシブ段階は、時間を限定し、必要な強度だけで運転すべきです。そうしないと、望ましくない微粉発生、発熱、あるいはバルク特性の変化が生じることがあります。

最適な混合技術は、粉体量と液体量の比率、添加剤の粘度、脂肪の融点、必要なコーティング、機能性成分の敏感さ、そして望ましい粒子構造に左右されます。液体量が少ない場合には、均一な湿潤が主眼となります。脂肪やバインダーの比率が高くなると、凝集性あるいはペースト状の製品状態への移行が生じることがあります。その場合には、混合工具、トルク余裕、温度管理、ノズルコンセプト、そして必要に応じて独立した解砕段階を、この状態に合わせて設計する必要があります。

温度とプロセス管理

レシチンと脂肪においては、温度がしばしば決定的な調整要素となります。温度は、液体の粘度、ポンプ輸送性、噴霧性、液滴サイズ、分布のしやすさに影響します。脂肪の温度が低すぎると、粘性が高くなったり、一部結晶化したり、噴霧しにくくなったりすることがあります。温度が高すぎると、粉体に急速に浸透し、望ましい粒子表面を変化させたり、温度に敏感な成分において品質の低下を引き起こしたりすることがあります。したがって、ミキサー、液体、配管、ノズルの温度は、明確に定めて監視すべきです。

温調可能なミキサージャケットや温調された液体配管は、液相の粘度を安定させるのに役立ちます。ただし、温度設定は、安定した噴霧プロセスに必要な範囲でのみ高くすべきです。投入後に再結晶化する脂肪では、冷却曲線もまた、後の流動状態やベーキング配合物の保管安定性に影響することがあります。

混合時間は、混合カイネティクス試験によって定めるべきです。まず乾式混合時間を検討し、次に各液体の最適な噴霧時間を、そして最後に液体投入終了後に必要な湿式混合時間を検討します。目標は、狙ったRSD、望ましい脂肪とレシチンの分布、そして必要な自由流動性を確実に達成できる、最短の堅牢なプロセス手順です。不必要に長い湿式混合時間は、さらなる凝集、脂肪の付着、壁面付着、あるいは粒子構造の変化を招くことがあります。

均一性を正しく実証する

RSD 5パーセント未満は、実際に重要なレシピ特性について実証する必要があります。単一の塩や着色料のマーカーは、一般的な乾式混合を評価することはできますが、レシチン、脂肪、ベーキング抽出物、あるいは機能性粉体の均一な分布を自動的に証明するものではありません。したがって、複数の分析を組み合わせるべきです。たとえば、脂肪定量、水分定量、個々の機能性添加剤の特異的分析、抽出物分析、目視可能な凝集体の画像解析、塊を確認するための篩分析、そして官能検査やベーキング技術試験が適しています。

サンプリングは、バッチ全体と排出全体にわたって行う必要があります。混合室内の異なるゾーンからのサンプル、そして排出の開始、中間、終了時点における時間的に段階を追った排出サンプルが有効です。少なくとも10個の個別サンプルから、平均値、標準偏差、RSDを算出できます。

RSD=sxˉ×100%

RSDと平均値に加えて、最大値、最小値、範囲、脂肪またはレシチンの分布、塊の割合、自由流動性、そして保管後の安定性を検討すべきです。混合物は、混合直後には均一であっても、脂肪の結晶化、振動、搬送経路、あるいは長期保管によって、その後変化することがあります。

実践的なプロセス手順

堅牢なプロセス手順は、乾式の主成分と機能性粉体添加剤の制御された投入と短い均一化から始まります。その後、ベーキング抽出物、レシチン、脂肪、油、フレーバーといった液相が、定められた順序で、温度調節され、微細に噴霧された状態で、活発に動いている製品に投入されます。各投入の後には、十分な長さで、かつ長すぎない後混合段階が続きます。塊が生じた場合や凝集性の添加剤を解砕する必要がある場合には、必要な時間だけ局所的なインテンシブミキシング段階が作動します。その後、製品は、できる限り長い待ち時間、高い落下距離、あるいは強い振動を伴わずに排出・充填されます。