スプレードライヤー乾燥は元々べたつきの原因となる…制御方法

スプレードライヤー乾燥は元々べたつきの原因となる…制御方法

スプレードライ食品は、非粘着性と粘着性の2つのカテゴリーに分類されます。非粘着性の原料は、シンプルな乾燥機設計と流動性のある最終粉末により、容易にスプレードライできます。非粘性材料の例としては、粉末卵、粉乳、マルトデキストリン溶液、ガム、タンパク質などが挙げられます。粘着性食品の場合、通常のスプレードライ条件下では乾燥に問題が生じます。粘着性食品は、通常、乾燥機の壁に付着したり、乾燥室や輸送システム内で役に立たない粘着性食品と化したりするため、操作上の問題や製品収率の低下につながります。糖分や酸を含む食品が典型的な例です。

粘着性は、糖分や酸分を多く含む食品材料を頻繁に噴霧乾燥する際に発生する現象です。粉体タックとは、凝集性の接着特性です。これは、粒子間の接着（凝集力）と粒子壁間の接着（接着力）によって説明できます。粉体粒子が結合する力の尺度は、凝集力と呼ばれる内部特性によって決まり、粉体層に塊を形成します。したがって、粉体凝集体を破るために必要な力は、凝集力よりも大きくなければなりません。接着力は界面特性であり、粉体粒子が噴霧乾燥装置の壁に付着する傾向です。凝集力と接着力は、乾燥および乾燥条件の設計において重要なパラメータです。接着の問題は、主に粉体粒子の表面組成に起因します。粉体粒子表面の材質によって、凝集性と接着性は異なります。乾燥には大量の溶質が粒子表面に移行する必要があるため、乾燥はバルク乾燥となります。2つの粘性特性（凝集性と接着性）は、噴霧乾燥された糖分を多く含む食品材料において共存する可能性があります。粒子間の付着とは、固定液橋、移動液橋、分子間の機械的結合、静電重力、固体橋の形成を指します。乾燥室の壁面に粉体粒子が付着する主な原因は、砂糖や酸を多く含む食品の噴霧乾燥における材料損失です。粉体物質が壁面に長時間留まると、乾燥損失が発生します。

固着の原因：

スプレー乾燥技術を用いた砂糖および酸を多く含む食品の乾燥粉末回収では、低分子量の糖（グルコース、フルクトース）および有機酸（クエン酸、リンゴ酸、酒石酸）の乾燥は非常に困難です。これらの小分子は、高い吸水性、熱可塑性、および低いガラス転移温度（Tg）により、粘着性の問題に寄与します。Tg 20°Cを超えるスプレー乾燥温度では、これらの成分は主に粘着性のある表面で柔らかい粒子を形成し、粉末が付着して、粉末ではなくペースト状の構造になります。このような分子の高い分子運動性は、ガラス転移温度（Tg）の低さによるもので、スプレー乾燥機で一般的に使用される温度では粘着性の問題につながります。ガラス転移温度は、非晶質相転移温度の主な特性です。ガラス転移は、硬い固体の非晶質砂糖が柔らかいゴム状の液体相に変化する時に起こります。表面エネルギー、固体ガラスは表面エネルギーが低く、低エネルギーの固体表面には付着しません。ガラス状態からゴム状（または液体）状態への転移の結果、材料表面が隆起し、分子と固体表面の相互作用が始まります。食品の乾燥工程では、製品は液体または結合状態にあり、可塑剤（水）の除去により、液体／結合状態の食品はガラス状態になります。食品が高温乾燥からガラス化温度への変化を起こさない限り、食品材料は高エネルギー粘性を維持します。この食品が高エネルギーの固体表面に接触すると、食品は表面にくっついたり、張り付いたりします。

粘度制御：

粘度を低減するための材料科学およびプロセスベースのアプローチは数多く存在します。材料科学ベースの方法には、高分子量材料、ガラス転移温度を超える温度に上昇させるための液体乾燥添加剤などが挙げられ、プロセスベースの方法には、機械チャンバーの壁や底部などへの塗布などが挙げられます。