JP2013534134A - 補助食品を食物製品に含有させるための真空注入 - Google Patents

Abstract

多孔性食物製品に補助食品を真空注入する改善された方法であって、細孔の過半数が特定の直径サイズ範囲内にある多孔性食物製品を、担体に分散された補助食品とともに処理することを含み、この補助食品は粒子を含有し、この粒子の過半数は細孔直径サイズ範囲未満の寸法範囲を有し、補助食品の食物製品への注入を達成するのに好適な条件下で且つ好適な時間にわたって実行され、改善は、他の補助食品粒子寸法とともに処理するよりも、より高いレベルの補助食品混合を含む、方法。

Description

本発明は特別に配合された栄養補助食品を含有するドライペットフード製品を調製するための方法および組成物に関する。さらに詳細には、本発明は不活性化プロバイオティクス、プレバイオティクス、酵素、不活性酵母、植物抽出物、および乳製品を含む製品に関する。

動物（および時には人間）の給餌は通常、ペレットまたは断片（「キブル」）として提供される。ペレットは通常、例えば小麦またはトウモロコシ等の基本原料を含有し様々な他の原料が混合された澱粉および／またはタンパク質から形成される。基本原料を含有する澱粉またはタンパク質はペレットにおいて機能的役割ならびに栄養的役割を有する。その機能的役割は他の全部の原料を一緒に固めること、および製品の感触特性および物理的特性（とりわけ多孔性が最も重要である）を提供することである。

原料が固まるのは、通常、澱粉のゼラチン化またはタンパク質の変性により生じる。これらの物理的／化学的な処理の両方は通常高温および／または高圧下で行われる。これらの過酷な状況下では、しばしばプロバイオティクスおよび他の栄養補助食品等の不安定な添加物に劣化が生じる。この問題は国際公開第２００７／０５９５８８号に開示された低温抽出処理により解消されている。

しかし、低温抽出処理は時間がかかり、多くの処理工場において「ボトルネック」となることが多い。

したがって、他の形態の押出処理により調製された製品に不安定な成分を、これらの成分を著しく劣化させることなく、混合することを可能とする代替的な処理が必要となる。

標準的なドライペットフード押出処理に対する付属物として真空注入技術を実装することにより、処理工場の生産能力を全く損なうことなく、完全な機能を有した状態で非耐熱性成分が完成品に確実に供給されることが提案される。

液体コーティングは一般に、以下の項目を含む多くの理由のために、押出処理が施された製品の外部表面に加えられる。

１）製品表面美観を改善するため（例えば、押出処理が施されたライススナックの表面上に用いられる光沢コーティング。）
２）製品の香味を改善するため（例えば、香味料の添加は押出処理が施されたペットフードの嗜好性を大いに向上させる。）
３）製品のエネルギー密度を向上させるため（油分および脂肪を製品に添加することは製品の代謝エネルギーを顕著に増加させる。）
４）製品の感触属性を変更するため。（押出処理が施された構造にグリセロール等の可塑剤を添加することは、「柔らか」な感触を生成するための１つの手段である。）
５）有効成分または注入剤の処理後添加を可能にするため（ビタミン、ミネラル、色素、その他等の最も高価な機能的原料の多くもまた温度感受性である。したがって、処理後添加により調合コストの顕著な節約が可能となる。）

真空注入処理の開発は水産養殖業の成長と密に関連する。１９７０年代において、多数の給餌製造業者は、従来のペレット粉砕処理を置換するのに押出調理技術を利用し始めた。処理技術におけるこの変化に対する主要な正当化の１つは、製品品質の改善が確実視されたことの他に、２０％を超過する油分を有する給餌を生産する能力でもあった。第１の処理は主に１軸スクリュー押出機（Ｓ．Ｓ．Ｅ．（ｓｉｎｇｌｅ ｓｃｒｅｗ ｅｘｔｒｕｄｅｒ））に焦点が当てられた。

１９８０年代初頭に様々な海洋種（特にマスおよびサケ）の代謝について広範囲の研究がなされた結果、総脂肪含有量（最大で少なくとも３０％）における増加が有益であることが示された。ペレットの外部にこの分量の油分を添加することは困難であった。このレベルの脂肪を調合物に混合することは押出技術の限界を広げ始め、これにより２軸スクリュー押出機の他に特殊１軸スクリュー押出機も使用されるようになった。

Ｄｉｎｎｉｓｓｅｎ社（オランダ国）およびＢ．Ｐ．Ｎｕｔｒｉｔｉｏｎ社（現在はＮｕｔｒｅｃｏとしても知られる）が顕著なレベルの脂肪を押出処理後に添加するために真空注入処理の共同開発を開始したのはこの時期であった。この処理の主要な利点は、標準的な押出技術により生産されたペレットに顕著に高いレベルの油分を混合することが可能である点であった。

この技術がいかに作用するかについての理解を提供するために、ここで、多孔性基体に液体コーティングを施すことに関与する基本的な処理について説明する。
大気圧コーティング処理

大気圧コーティング処理中における液体コーティングの吸収は毛管力の作用により主に制御される。毛管力の大きさは毛細管の半径Ｒｐおよび液体表面張力σにより決定される。吸引圧力の大きさは簡単な式、Ｐｃ＝２×σＬ×ｃｏｓθｗ／Ｒｐにより求められる。

植物性油脂の吸収に関するこの挙動（Ｔ＝摂氏２５度においてσＬ＝０．０７３Ｎ／ｍ）が図１において示される。

このデータにより、極めて細い毛細管の使用が有利であることが明らかに示される。一方、これらの細い毛細管内に結果として生じる流速は極めて低速となることであろう。ファンニングの式が、この流れに関連する圧力低下を推定するために用いられ得る。Ｐｆ＝２×ｆ×［Ｌ／（２Ｒｐ）］×ｐ×ｖ２

したがって、より大きい細孔内では圧力低下が低減されるため、より大きい細孔を提供することにより液体コーティングの吸収は確実により早くなる。懸濁された注入剤の吸収は、より大きい細孔の使用によっても促進されるであろう。一方、その結果としてペレットから液体が漏出すること（高い油分を含む製品に対する共通した問題である）も、より大きい細孔が提供されることにより促進されるであろう。なぜなら、毛管力が毛細管内の液体を保持しないためである。

したがって、拡張された押出製品の製造中における主要な目的の１つは、最適な細孔サイズ分布を提供することでなければならない。製造環境におけるこの製品属性を監視するための全体的な手段は製品のバルク密度を測定することである。

しかし、バルク密度の測定のみでは不十分である。断面拡張および長手方向拡張の両方を考慮する必要もある。これらのパラメータは図２において概略的に示される。これらのパラメータは、ＳＥＩ＝Ｄ２／ｄ２であり（製品直径の測定に一般的）、ＬＥＩ＝ｆ（断片長さ）（カッター速度の測定に一般的）であるため、一般に多くの用途においては間接的な方法で監視される。

断面膨張係数（Ｓ．Ｅ．Ｉ．）および／または長手方向膨張係数（Ｌ．Ｅ．Ｉ．）のいずれかの大きさに関する変化は、バルク密度または体積膨張係数（Ｖ．Ｅ．Ｉ＝Ｓ．Ｅ．Ｉ．×Ｌ．Ｅ．Ｉ．）が一定であったとしても、細孔形態（すなわち、細孔の寸法、個数、および形状）に顕著な変化をもたらすことであろう。ペレットの内部特性に関するこれらの変化は、大気圧コーティング処理による製品のコーティング特性に影響を及ぼすであろう。

ＳＥＩおよびＬＥＩの大きさは、原料組成と製品の製造中に用いられる処理パラメータとの両方により影響される。
真空注入処理

大気圧コーティング処理（上記で概説した）および押出処理（大量の添加油分を処理することができない）の両方の制限の結果として、完成品の油分を増加するための代替的な手段が見出されなければならない。このシナリオは最終的に真空注入処理の開発につながる。

代表的な真空注入処理の設計が図３に示される。

処理が進行する機構は、図４において概略的に示され、以下のステップにより説明される。

１）必要量の製品（通常は秤量ホッパで予め測定される）が真空容器に充填される。次いで容器は密閉される。

２）次いで容器は要求されるレベル（通常は約０．２バール［絶対］または８０％真空）に減圧される（真空が吸引される）このことにより、空気の大部分が、製品の細孔内からさえも、確実に除去される。

３）次いで、製品の層が混合パドルにより混ぜ合わされる一方で、必要量の液体コーティング（一定量の注入剤が含まれる場合も含まれない場合もある）が一連のノズルにより容器内に噴霧される。これにより、製品表面全面が確実に湿潤化されることとなる。

４）次いで真空が緩やかに開放される。圧力上昇速度σＰは最も重要な処理制御ポイントのうちの１つである。最適なコーティングが進行するために、外部圧力は、細孔に流れ込む液体の流速が保持され得る速度で、増加しなければならない。また流速は細孔入口の湿潤速度を超過してはならない。

５）容器内圧力が大気圧に戻ると、容器内容物が排出されてもよい。

以前の提案または製品に関する上記の参照および説明は、当該技術分野の一般的な知識の記載または自認であることを意図するものではなく、係る記載または自認であると解釈されるべきではない。

図１は、植物性油脂の吸収に関するこの挙動（Ｔ＝摂氏２５度においてσＬ＝０．０７３Ｎ／ｍ）を示す。 図２は、製品の拡張特性の概略を示す。 図３は、代表的な真空注入処理の設計を示す。 図４は，処理の進行する機構を概略的に示す。 図５は、真空注入処理後の模擬試験用、実験的テストリグの設計を示す。 図６は、細孔サイズと注入された油分＋スクロースとの関係を示す。 図７は、細孔サイズと注入剤重量との関係を示す。

１つの態様において、本発明は、多孔性食物製品に補助食品を真空注入する改善された方法であって、細孔の過半数が特定の直径サイズ範囲内にある多孔性食物製品を、担体内に分散された補助食品とともに処理することを含み、この補助食品は粒子を含有し、この粒子の過半数は細孔サイズ範囲未満の寸法範囲を有し、補助食品の食物製品への注入を達成するのに好適な条件下で且つ好適な時間にわたって実行され、改善は、他の補助食品粒子寸法とともに処理するよりも、より高いレベルの補助食品混合を含む、方法を提供する。

用語「補助食品」は、特別に配合された栄養補助食品を指し、さらに詳細には、特にプロバイオティクス、不活性化プロバイオティクス、酵母、不活性化酵母、プレバイオティクス、酵素、植物抽出物、および／または乳製品を含有する製品等の粒状の補助食品を指す。

プロバイオティクスは、単独で使用されるかまたは組み合わせて用いられ細菌性微生物全体が使用されるかまたは細菌性微生物全体の１部分が用いられる、以下の群すなわちバチルスコアグランス、バチルスリケニフォルミス、バチルスサブティリス、ビフィズス菌ＳＰ株、エンテロコッカスフェシウム、ラクトバチルスアシドフィルス、ラクトバチルスカゼイ、ラクトバチルスファーメンタム、ラクトバチルスジョンソニイ、ラクトバチルスパラカゼイ、ラクトバチルスロイテリ、ラクトバチルスルミニス、ラクトバチルスラムノサス、およびペディオコッカスアシディラクティシのうちの１つまたは複数から選択され得る。

プロバイオティクスは、生きた状態で、すなわち栄養素を代謝し増殖する能力を有する状態で供給され得る。プロバイオティクスは「不活性化」状態で、すなわち栄養素を代謝することができず増殖することが出来ない状態でも供給され得る。プレバイオティクス細菌が不活性化状態で供給される場合、プレバイオティクス細菌は、生きた状態において現れる物理的構成または構造に類似する識別可能な物理的構成または構造を依然として保持する。

酵母は、単独で使用されるかまたは組み合わせて用いられ酵母微生物全体が使用されるかまたは酵母微生物全体の１部分が用いられる、サッカロマイセスセレビシエ種の酵母の任意の菌株を含み得る。酵母は活性化状態で、すなわち栄養素を代謝し増殖することが出来る状態で、供給され得る。酵母は「不活性化」状態で、すなわち栄養素を代謝することができず増殖することが出来ない状態でも供給され得る。酵母が不活性化状態で供給される場合、酵母は、生きた状態において現れる物理的構成または構造と同一の物理的構成または構造を依然として保持する。

プレバイオティクスは、ガラクトオリゴ糖、ラクツロース、ラクトスクロース、フラクトオリゴ糖、ラフィノース、スタキオース、およびマルトオリゴ糖のうちのいずれかを、単独でまたは組み合わせで、含み得る。

酵素は、アルファアミラーゼ、ベータアミラーゼ、セルラーゼ、アルファガラクトシダーゼ、ベータグルカナーゼ、ベータグルコシダーゼ、グルコアミラーゼ、ラクターゼ、ペクチナーゼ、キシラナーゼ、リパーゼ、およびプロティアーゼのうちのいずれかを、単独でまたは組み合わせで、含み得る。

用語「多孔性食物製品」は、液体に対する浸透性をその製品に与える細孔または微細通路または間隙を有するドライタイプのまたはセミモイストタイプの食物製品を意味する。通常、これは、押出調理後に直接拡張処理を施すことにより、または低温抽出処理により、生産された乾燥ペットフードキブル等である。

多孔性フードは、アマランサス、キノア、アワ、ブルグア、マコモ、クスクス、スージ、スペルト小麦、カムート、カーシャ、カニワ、タピオカ、その他等の様々な穀物、豆皮、豆類、または野菜を含有し得る。

用語「細孔の過半数が特定の直径サイズ範囲内にある」は、全細孔のうちの実質的に８０％がその寸法範囲にあることを意味する。一般に、係る製品中の細孔の大部分は直径において２００μｍ〜１０００μｍである。

用語「担体に分散された」は、粒子が攪拌により好適には植物性油脂および／または獣脂において懸濁状態に保たれることを意味する。

用語「その大部分が細孔サイズ範囲未満の寸法範囲を有する粒子」は全粒子のうちの実質的に８５％が細孔サイズ範囲未満のことを意味する。好適には、粒子は２５０μｍより小さく、質量平均粒子寸法は約２１０μｍである。

用語「注入を達成するのに好適な条件下で且つ好適な時間にわたって実行され」は、この方法が注入を達成するのに好適な条件下で且つ好適な時間にわたって実行されることを意味する。これらのパラメータは、達成される最高真空（スラリーが製品上にコーティングされる以前）、湿潤混合時間（スラリーが毛管力により製品に吸収される期間）、および真空開放速度（ＶＲＲ：ｖａｃｕｕｍ ｒｅｌｅａｓｅ ｒａｔｅ）を含む。ＶＲＲを正確に制御することにより、スラリーは細孔に充填される。

用語「より高いレベルの補助食品混合」は２０ｗ／ｗ％を越える粒子を含む注入剤スラリーを処理することを意味する。

他の態様において、本発明は、多孔性食物製品に補助食品を真空注入する改善された方法であって、細孔サイズの大部分が約１０００μｍよ未満であり、好適には直径が約２５０μｍ〜約６００μｍの多孔性食物製品を、細孔サイズ範囲未満の粒子直径サイズ範囲を有する補助食品とともに処理することを含み、前記補助食品は担体内に存在し、補助食品の食物製品への注入を達成するのに好適な条件下で且つ好適な時間にわたって実行され、改善は、他の細孔サイズ範囲および粒子直径サイズ範囲とともに処理するよりも、より高いレベルの補助食品混合を含む、方法を提供する。

より高いレベルの補助食品混合が本発明の方法により達成されることに加え、処理時間が大きく短縮される。このことは、本発明の改善されたプロセスによりドライフードの生産がはるかに低コストとなり得ることを意味する。低温抽出処理によりエクストルーダの平均処理速度は約５０％低速化されてしまう。真空注入処理を用いることにより、エクストルーダはその定格能力で動作することが可能となる。

本発明での使用に好適である栄養補助食品はＹ＋である。Ｙ＋は、プロバイオティクス、不活性化プロバイオティクス、酵母、不活性化酵母、プロバイオティクス、および酵素を含有する市販製品である。

好適には、Ｙ＋はキブルの１ｗ／ｗ％の濃度で完成品に混合される。

栄養補助食品は、０．５ｍｍまたは５００μｍ未満の平均粒子寸法に粉砕される（適切な粉砕技術を用いて）。

次いで、粉砕された補助食品は牛脂、鶏脂、魚油、または植物性油脂とともに混ぜ合わされ、その結果、わずかに１０ｗ／ｗ％の補助食品を含有する懸濁液（またはスラリー）が形成される。

基本製品（１つまたは複数の押出調理されたキブル成分からなる）が真空コーティング機に加えられ、均一な混合が確実に行われるよう攪拌される。適切なレベルの真空が容器上で吸引される。次いで、キブルの表面コーティングが実質的に均一になされるために攪拌を継続しつつ、懸濁液がコーティング機に加えられる。次いで、補助食品がキブルに対して確実に実質的均等に浸透するよう真空は緩やかに開放される。最適な真空開放速度は実験的に判定され得る。

好適な真空注入コーティング要件の詳細については表１に示され、キブルペレットの湿潤性の予測の計算については表２に示される。
好適な実施形態の最適化に関する付加的な考察

ペレットの湿度を最小とすること（ｍ＜２０ｗ／ｗ％）。

ペレットが均一に乾燥されること。表面硬化されたペレットは、細孔の縮小化により、液体浸透を抑制するであろう。

ペレット中核温度を摂氏５０度未満とすること。このことにより、真空処理中における沸騰によるペレットの湿潤化が妨げられる。

真空開放時間が適切に低速であること。液体が表面湿潤速度よりも高い速度で毛細管に吸引／充填されると、細孔内に空隙が形成されるであろう。

いくつかの用途に対しては多段階プロセス（真空吸引を２回以上実施する）が必要となることもあり得る。

液体温度（したがって、粘度および表面張力）が最適化されること。

液体供給時に過剰な圧力を提供することは処理性能を増強し得る。

遺漏が生じないよう充填終了後に固体脂肪で外部コーティングを施すことにより細孔を密閉してもよい。

完成品の賞味期限はペレットのｐＨレベルを制御することにより延長可能である。好適にはｐＨは７未満であり、ｐＨは約６となることが特に好適である。

ペレットは、通常、化製業者から商業的に入手可能である液体酸消化物（ｌｉｑｕｉｄ ａｃｉｄ ｄｉｇｅｓｔ）を用いて調製することができる。好適には、液体酸消化物は（水酸化ナトリウムまたは水酸化カリウム等の塩基により）中和され、次いで粉末形態に乾燥される。

モデルシステムを用いたテストの詳細説明
このプロセスに関与する基本的機構に対するより深い洞察を得るために、一連の試験がモデルシステムを用いて実施された。

このテストに対して用いられた液体は植物性油脂であった（室温において液体であり、粘度が低いため）。ジェットミル粉砕された粉砂糖が注入剤添加の効果をシミュレートするために混合された。（砂糖濃度は、６ｗ／ｗ％〜３２ｗ／ｗ％で変化された。）スラリーの密度は、ρＳＬＵＲＲＹ＝０．９１５＋０．００４×［ｓｕｇａｒ］（ｇ／ｃｍ３）であり、砂糖の濃度に対して略線形の関係にあった。（したがって、スラリーの密度における変化により、注入された砂糖および／または油分の量を判定することができた。）

「細孔サイズ」は合成繊維製のフィルタ織布を用いて制御された。この装置は図５において示される。

全テストのために用いられた真空は、最初は０．２バールに設定され、真空開放速度はρＰ＝１０秒あたり０．１バールであった。

調査に用いられたテスト方法は、以下のステップから構成された。

各テスト用のガラス瓶（４）が予め測定された（ＷＶｉ）。

各ガラス瓶用の（必要な細孔サイズの）フィルタメッシュが予め測定され（ＷＦｉ）、次いでガラス瓶に装着される。

真空チャンバが密閉され、圧力はＰ＝０．２バールに減圧された。

植物性油脂において必要な糖度を含有するスラリーが調製される。

バルブが開放され、ガラス瓶の表面が１ｃｍ未満のスラリーでカバーされるよう、真空チャンバは充填される。

次いで、真空がσＰ＝１０秒あたり０．１の速度で開放され、次いでスラリーが真空チャンバから排出され、ガラス瓶は計量のため取り外される。

以下のデータが得られた。

ＷＴｆ＝ガラス瓶、フィルタ、および収集されたスラリーの最終重量

ＷＦｆ＝フィルタおよび収集された注入剤の最終重量

ＷＶｆ＝ガラス瓶および収集されたスラリーの最終重量

Ｖｆ＝収集されたスラリーの体積

注入された総重量（油分および砂糖）は、Ｗ＝ＷＶｆ−（ＷＶｉ＋ＷＦｉ）により、各スラリー濃度における４つの個別の結果を平均することにより判定される。

収集されたスラリーの密度はρＳＬＵＲＲＹ＝（ＷＶｆ−ＷＶｉ）／Ｖｆにより求められる。

添加された注入剤総量はＭ＝｛Ｖｆ×（ρＳＬＵＲＲＹ−０．９１５）／０．０００４｝＋（ＷＦｆ−ＷＦｉ）により求められる。

これらのテストから得られた結果は、グラフの形で図６において最もよく表される。

データにより、細孔サイズ（最も顕著）およびスラリー濃度の両方が完成品のうちの注入された総重量に影響を及ぼすことが明らかに示される。結果は、Ｗ＝ｆ［Ｒｐ−０．０００５，ｃ−０．７，ｅｘｐ（Ｒｐ）］（ｒ２＝０．８７）によりモデル化され得る。

ガラス瓶内に収集されたスラリーの検査により、２つの別個の層が存在することが示された。最初、フィルタ織布を通過する物質は真のスラリーからなった。一方、テストが進行するにつれて、物質はより透明になった。フィルタ織布はフィルタとして機能し、より粗い粒子は保持された。このことは、注入剤重量のみを考慮するとき、さらなる確認を提供する。

このデータは、Ｍ＝ｆ［Ｒｐ３］（ｒ２＝０．９６）により容易にモデル化され得る。

これらの実験から取得されたデータから、最適細孔サイズ分布を提供することが真空注入処理を適切に実行するのに実際に重要であることが明らかに示される。このデータにより、添加される注入剤の量がスラリー濃度に依存しないことも示される。

本発明は少数の特定実施形態に関して説明されてきたが、この説明は本発明を例示するものであり、本発明を限定するものとして解釈されるべきではない。当業者は添付の請求項により定められる本発明の真の精神および範囲から逸脱することなく様々な修正例を想起し得る。

本明細書において用いられる「含む／有する」は、あくまでも記載の特徴、整数、ステップ、または構成要素の存在を明示するものであり、１つまたは複数の他の特徴、整数、ステップ、構成要素、またはそれらの組み合わせが存在することの可能性またはそれらが追加されることの可能性を排除するものではない。

Claims (8)

1. 多孔性食物製品に補助食品を真空注入する方法であって、
   直径における細孔サイズの大部分が約１０００μｍ未満の多孔性食物製品を、前記細孔サイズ範囲未満の粒子直径サイズ範囲を有する補助食品とともに処理することを含み、
   前記補助食品は担体内に存在し、前記補助食品の前記食物製品への注入を達成するのに好適な条件下で且つ好適な時間にわたって実行され、
   改善は、他の細孔サイズ範囲および粒子直径サイズ範囲とともに処理するよりも、より高いレベルの補助食品混合を含む、方法。
2. 直径における前記細孔サイズの大部分は約２５０μｍ〜約６００μｍである、請求項１に記載の方法。
3. 多孔性食物製品に補助食品に真空注入する方法であって、
   細孔の過半数が特定の直径サイズ範囲内にある多孔性食物製品を、担体に分散された補助食品とともに処理することを含み、
   前記補助食品は粒子を含有し、前記粒子の過半数は前記細孔直径サイズ範囲未満の寸法範囲を有し、前記補助食品の前記食物製品への注入を達成するのに好適な条件下で且つ好適な時間にわたって実行され、
   改善は、他の補助食品粒子寸法とともに処理するよりも、より高いレベルの補助食品混合を含む、方法。
4. 前記粒径は５００μｍ程度である、請求項３に記載の方法。
5. 前記補助食品はプロバイオティクス、不活性化プロバイオティクス、酵母、不活性化酵母、プロバイオティクス、および／または酵素を含む、請求項１から請求項４のいずれか１つに記載の方法。
6. 前記補助食品はＹ＋である、請求項５に記載の方法。
7. 請求項１から請求項６のいずれか１つに記載の方法により作られた多孔性食物製品。
8. 前記補助食品は食物製品完成品の少なくとも１．１ｗ／ｗ％の濃度で混合される、請求項７に記載の多孔性食物製品。

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