食品・飲料集中
食品濃縮とは、製造、保存、輸送を容易にするために、液体食品から溶媒の一部を除去することを意味します。蒸発濃縮と凍結濃縮に分類されます。
蒸発濃度
蒸発は、溶質と溶媒の揮発性の差を利用して行われます。溶液中の溶質の揮発性が低く、溶媒の揮発性が顕著な場合、加熱によって溶媒を蒸発させ、溶液を濃縮します。濃縮する食品溶液を蒸発器に入れ、外部熱源で加熱します。温度が上昇すると、溶液中の溶媒（水）は蒸気に変換されます。これは、水の沸点が比較的低く、蒸発しやすいためです。
蒸発プロセスでは、溶媒蒸気は継続的に放出されますが、溶質（糖、タンパク質、ミネラル、ビタミン、色素、その他の非揮発性または難揮発性成分など）は、沸点が高く揮発性が低いため、残留溶液中に残ります。蒸発した溶媒蒸気は回収され、凝縮器で冷却されて液体に戻ります。このプロセスにより、エネルギーの一部を回収し、エネルギー消費を削減できます。凝縮水はリサイクルまたは排出することができます。
元の溶液は、蒸発・凝縮により溶質濃度が上昇するにつれて、より少量に濃縮されます。濃縮された食品溶液は、乾燥、キャンディー、ジャム、ジュースなどの加工、あるいは食品製造の中間原料として使用することができます。
多段式または多重効果式の蒸発濃縮システムは、実際の工業生産において頻繁に使用されています。特定の生産プロセスのニーズに応じて、食品の濃度をリアルタイムで正確に測定することで、製品品質の安定性を確保し、濃縮効率を向上させる必要があります。ロンメーター詳細については、オンライン濃度計サプライヤーのオンライン濃度計ソリューション。
蒸発と濃縮の主な特徴
食品・飲料の蒸発においては、加熱温度と加熱時間を慎重に検討する必要があります。「低温・短時間」は主に食品の品質を最大限に確保するためであり、「高温・短時間」は主に生産効率を向上させるためです。
過度の加熱は、タンパク質、糖、ペクチンの変性、炭化、固結を引き起こします。伝熱面に密着する加工材料は、周囲の温度と比較して最も高温になるため、スケールが発生しやすくなります。スケールが発生すると、伝熱効率に深刻な影響を与え、安全上の問題を引き起こすこともあります。スケール発生の問題を解決する確実な方法は、液流速を上げることです。経験上、液流速を上げることでスケール発生を大幅に抑制できることが分かっています。さらに、電磁気的スケール防止法や化学的スケール防止法も活用することで、潜在的なスケール発生を未然に防ぐことができます。
粘度
多くの食品には、タンパク質、糖、ペクチンなど、粘度の高い成分が豊富に含まれています。蒸発工程では、溶液の濃度が濃くなるにつれて流動性が低下し、粘度が上昇し、熱伝導が著しく阻害されます。そのため、粘性製品の蒸発には、循環や外力による撹拌といった手段が一般的に用いられます。
泡立ち性
タンパク質を多く含む食品材料は表面張力が大きくなります。蒸発・沸騰の過程で安定した泡が増加し、液体が蒸気とともに凝縮器に入り込みやすくなり、液体の損失につながります。泡の形成は界面張力と関連しています。界面張力は蒸気、過熱液体、そして浮遊物質の間に発生し、固体は泡の形成において中心的な役割を果たします。一般的に、界面活性剤は泡の形成を制御し、様々な機械装置を用いて泡を除去することができます。
腐食性
野菜ジュースや果汁などの酸性食品は、蒸発濃縮中に蒸発器が腐食しやすい傾向があります。食品の場合、軽度の腐食であっても汚染を引き起こし、製品の不合格につながることがよくあります。そのため、酸性食品に使用する蒸発器は、耐腐食性と熱伝導性を備えた材料で作られ、構造設計は交換が容易である必要があります。例えば、クエン酸溶液の濃縮には、不浸透性のグラファイト加熱管や耐酸性のエナメルサンドイッチ蒸発器を使用できます。
揮発性成分：多くの液状食品には、水よりも揮発性の高い香気成分や風味成分が含まれています。液体が蒸発すると、これらの成分も蒸気とともに蒸発し、濃縮製品の品質に影響を与えます。低温濃縮は風味成分の損失を抑えることができますが、より確実な方法は、回収措置を講じ、回収後に製品に添加することです。
凍結濃度
食品原料液（ジュース、乳製品、その他水分を多く含む溶液など）を低温環境で冷却します。温度が凝固点を下回ると、溶液中の水分子は氷結晶として沈殿します。これは、水が特定の温度と圧力で固液平衡に達するためです。この温度以下では、過剰な自由水が最初に凍結しますが、溶質（糖、有機酸、色素、香料など）は水との溶解度の違いにより凍結しにくく、未凍結の濃縮液中に残ります。
氷結晶の分離
形成された氷結晶は、遠心分離、濾過、その他の物理的方法によって濃縮物から分離されます。このプロセスは溶質の蒸発を伴わないため、熱に弱い成分の劣化や香りの損失を効果的に防ぐことができます。氷結晶を分離した後の濃縮物は凍結濃縮物であり、元の溶液よりも溶質濃度が大幅に高く、食品本来の色、味、栄養価、風味を最大限に保持します。
凍結条件の制御
凍結濃縮プロセスでは、凍結速度、凍結温度、凍結時間などの要素を正確に制御して、氷結晶のサイズ、形態、濃縮物からの分離を最適化し、最終製品の品質を確保する必要があります。凍結濃縮技術は、新鮮な果物や野菜ジュース、生物製剤、医薬品、高級調味料など、熱に敏感な食品や飲料に特に適しています。原材料の自然な品質を最大限に引き出すことができ、省エネと高効率という特徴があります。ただし、この方法にも一定の制限があります。たとえば、濃縮プロセスを効果的に殺菌できず、追加の殺菌処理が必要になる場合があります。さらに、粘度の高い溶液や特殊な成分を含む溶液の場合、濃縮物から氷結晶を分離することが困難になり、濃縮効率が低下し、コストが増加する可能性があります。
投稿日時: 2025年2月13日
