スプレードライヤーで乾燥させると、ベタベタする原因になります…制御する方法

スプレードライヤーで乾燥させると、ベタベタする原因になります…制御する方法

噴霧乾燥食品は、非粘着性と粘着性の2種類に分類されます。非粘着性の原料は、シンプルな乾燥機設計と流動性の高い最終粉末で容易に噴霧乾燥できます。非粘性物質の例としては、粉末卵、粉乳、溶液状のマルトデキストリン、ガム、タンパク質などが挙げられます。粘着性のある食品の場合、通常の噴霧乾燥条件下では乾燥に問題が生じます。粘着性のある食品は、乾燥機の壁に付着したり、乾燥室や輸送システム内で粘着性が高まり、使用不能な状態になったりして、運用上の問題や製品収率の低下につながります。砂糖や酸を含む食品が典型的な例です。

粘着性は、頻繁に噴霧乾燥される糖分や酸を多く含む食品材料の乾燥中に発生する現象です。粉末の粘着性は、凝集性接着特性です。これは、粒子間接着（凝集力）と粒子と壁面との接着（付着力）の観点から説明できます。粉末粒子が結合する力の尺度は、凝集力として知られる内部特性によるものであり、粉末層に塊を形成します。したがって、粉末凝集塊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。付着力は界面特性であり、粉末粒子が噴霧乾燥装置の壁に付着する傾向です。凝集力と付着力は、乾燥設計と乾燥条件における重要なパラメータです。粉末粒子の表面組成が、付着問題の主な原因です。粉末粒子表面材料の凝集力と付着力の傾向は異なります。乾燥には粒子表面への大量の溶質移動が必要なため、バルク乾燥です。2つの粘性特性（凝集力と付着力）は、噴霧乾燥された糖分を多く含む食品材料で共存する可能性があります。粒子間の付着は凝集力であり、固定液架橋、移動液架橋、分子間の機械的インターロック、静電重力、および固体架橋の形成によるものです。乾燥室の壁には、主に砂糖や酸性食品の噴霧乾燥における材料損失のために、粉末粒子が付着します。粉末状物質が壁に長く留まると、乾燥損失が発生します。

くっつく原因：

スプレードライ技術を利用した砂糖と酸を多く含む食品の乾燥粉末回収では、低分子量の糖類（グルコース、フルクトース）や有機酸（クエン酸、リンゴ酸、酒石酸）は非常に扱いが難しい。これらの小さな分子は、高い吸水性、熱可塑性、低いガラス転移温度（Tg）により、粘着性の問題を引き起こす。Tg 20℃を超えるスプレードライ温度では、これらの成分は主に粘着性のある表面に柔らかい粒子を形成し、粉末がくっついて粉末ではなくペースト状の構造になってしまう。このような分子の高い分子運動性は、ガラス転移温度（Tg）が低いことに起因し、スプレードライで一般的に使用される温度で粘着性の問題を引き起こす。ガラス転移温度は、非晶質相転移温度の主な特徴である。ガラス転移現象は、硬い固体である非晶質糖が、柔らかいゴム状の液体相に変化するときに発生する。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付着しない。ガラス状態からゴム状（または液体）状態への変化の結果、材料表面が隆起し、分子間および固体表面間の相互作用が始まる。食品乾燥工程では、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る。食品が高温乾燥からガラス化温度の変化を経ずに変化しない場合、食品材料は高エネルギー粘性を維持する。この食品が高エネルギーの固体表面に接触すると、付着または固着する。

粘度の制御：

粘度を下げ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する。材料科学に基づく方法としては、ガラス転移温度を超えて温度を上昇させるための高分子量材料を用いた液体乾燥添加剤の使用などがあり、プロセスベースの方法としては、機械式チャンバーの壁面や底面などへの対策が挙げられる。