熱変性に弱い食品材料の乾燥方法及び乾燥装置
【課題】熱変性に弱い食品材料を変性させることなく、効率良く乾燥させることができ、所望とする含水率を得ることができる熱変性に弱い食品材料の乾燥方法及びその乾燥方法に適した簡易な乾燥装置を提供する。
【解決手段】熱変性に弱い食品材料の乾燥方法は、熱変性に弱い食品材料を乾燥庫１１内に収容して減圧下で乾燥するに際し、下限圧力とそのときの下限温度を設定すると共に、上限圧力とそのときの上限温度を設定する。そして、乾燥庫１１内の圧力を下限圧力まで下げて前記食品材料の水分を蒸発させ、下限圧力での飽和温度に到らしめた後、１００℃以下の低温水蒸気を注入して食品材料を上限温度まで加熱し、上限圧力まで到らしめる。この操作を例えば数十回繰り返すことにより、食品材料の含水率を例えば２０％以下に低下させる。
【解決手段】熱変性に弱い食品材料の乾燥方法は、熱変性に弱い食品材料を乾燥庫１１内に収容して減圧下で乾燥するに際し、下限圧力とそのときの下限温度を設定すると共に、上限圧力とそのときの上限温度を設定する。そして、乾燥庫１１内の圧力を下限圧力まで下げて前記食品材料の水分を蒸発させ、下限圧力での飽和温度に到らしめた後、１００℃以下の低温水蒸気を注入して食品材料を上限温度まで加熱し、上限圧力まで到らしめる。この操作を例えば数十回繰り返すことにより、食品材料の含水率を例えば２０％以下に低下させる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱変性に弱い食品材料を色、形状、栄養素等の状態を保持しつつ、良好な状態でかつ安価に乾燥することができる熱変性に弱い食品材料の乾燥方法及び乾燥装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から野菜、果物等の熱変性に弱い食品材料の乾燥においては、低温熱風乾燥方法と真空凍結乾燥方法が知られている。低温熱風乾燥方法では、水の沸点以下の温度で乾燥するため蒸発速度が遅く、乾燥に長時間を要し、食品が酸化して変色したり、変質したりする。その上、低温の空気では食品を蒸したり、殺菌したりすることができないという問題がある。一方、真空凍結乾燥方法では、凍結工程が追加されるため、乾燥時間が長くなり、設備が複雑で高価になってしまう等の問題がある。
【０００３】
近年、減圧過熱蒸気を用いた乾燥殺菌装置（特許文献１を参照）や減圧低温乾燥装置（特許文献２を参照）等が提案されている。しかしながら、特許文献１に記載の装置は対流伝熱によって直接熱風で材料に熱を与える装置であり、減圧下では乾燥室内に存在する気体の量が少ないため、乾燥効率が悪く、加熱や乾燥に長時間を要し、実用化には不適当である。
【０００４】
一方、特許文献２に記載の装置は各棚の下部にヒートパイプを設けて輻射熱によって加熱する輻射伝熟方式の装置であり、各棚にヒートパイプが必要で装置が大型化せざるを得ず、低温熱風乾燥方法と同様に蒸したり、殺菌したりすることができないという問題がある。
【０００５】
熱変性に弱い食品を変色、変形、変質させずに低温で効率良く乾燥させるためには、減圧乾燥時に如何にして食品材料に効率良く熱を伝えるかが重要な課題である。また、１つの乾燥装置の中で旨味成分を付与する低温蒸し機能と保存性を向上させる殺菌機能を併せ持った乾燥装置が望まれている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００５−２８７３７３号公報
【特許文献２】特開２００７−８５６００号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
そこで、本発明の目的とするところは、熱変性に弱い食品材料を変性させることなく、効率良く乾燥させることができ、所望とする含水率を得ることができる熱変性に弱い食品材料の乾燥方法及びその乾燥方法に適した簡易な乾燥装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明の熱変性に弱い食品材料の乾燥方法は、熱変性に弱い食品材料を減圧下で乾燥するに際し、下限圧力とそのときの下限温度を設定すると共に、上限圧力とそのときの上限温度を設定し、圧力を下限圧力まで下げて前記食品材料の水分を蒸発させ、下限圧力での飽和温度である下限温度に到らしめた後、１００℃以下の低温水蒸気を注入して食品材料を前記下限温度から上限温度まで加熱し、上限圧力まで到らしめ、この操作を繰り返して食品材料の含水率を低下させることを特徴とする。
【０００９】
請求項２に記載の発明の熱変性に弱い食品材料の乾燥方法は、請求項１に係る発明において、前記低温水蒸気が低温過熱水蒸気であることを特徴とする。
請求項３に記載の発明の熱変性に弱い食品材料の乾燥方法は、請求項１又は請求項２に係る発明において、前記下限圧力と上限圧力とが絶対圧力で３〜９２ｋＰａの範囲内にて設定されることを特徴とする。
【００１０】
請求項４に記載の発明の熱変性に弱い食品材料の乾燥装置は、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の熱変性に弱い食品材料の乾燥方法に用いられる乾燥装置であって、熱変性に弱い食品材料を収容して乾燥するための乾燥庫と、該乾燥庫内の圧力を下限圧力まで下げて前記食品材料の水分を蒸発させて下限圧力での飽和温度である下限温度に到らしめるための減圧ユニットと、乾燥庫内に低温水蒸気を注入して食品材料を前記下限温度から上限温度まで加熱して上限圧力まで到らしめるための低温水蒸気発生ユニットとを備えることを特徴とする。
【００１１】
請求項５に記載の発明の熱変性に弱い食品材料の乾燥装置は、請求項４に係る発明において、前記低温水蒸気発生ユニットには、低温水蒸気を加熱して低温過熱水蒸気を生成するための電気ヒータを備えることを特徴とする。
【００１２】
請求項６に記載の発明の熱変性に弱い食品材料の乾燥装置は、請求項４又は請求項５に係る発明において、前記乾燥庫内には、水蒸気を冷却するためのクーラーを備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、次のような効果を発揮することができる。
本発明の食品材料の乾燥方法では、熱変性に弱い食品材料を減圧下で乾燥するに際し、下限圧力とそのときの下限温度を設定すると共に、上限圧力とそのときの上限温度を設定する。そして、圧力を下限圧力まで下げて食品材料中の水分を蒸発させ、下限圧力での飽和温度である下限温度に到らしめた後、１００℃以下の低温水蒸気を注入して食品材料を前記下限温度から上限温度まで加熱し、上限圧力まで到らしめ、この操作を繰り返して食品材料の含水率を低下させる。
【００１４】
このように、減圧操作で圧力を低下させた後に低温水蒸気による加熱操作を行うことから、食品材料を低温で乾燥させることができると同時に、食品材料に効率良く熱を伝えることができ、食品材料の自己蒸発が促進されて乾燥速度を向上させることができる。
【００１５】
従って、本発明によれば、熱変性に弱い食品材料を変性させることなく、効率良く乾燥させることができ、所望とする含水率を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の実施形態における熱変性に弱い食品材料の乾燥装置を示す概略説明図。
【図２】乾燥庫の概略を示す平断面図。
【図３】乾燥過程における時間と、絶対圧力及び温度との関係を示すグラフ。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明を具体化した実施形態を図１〜図３に基づいて詳細に説明する。
まず、熱変性に弱い食品材料の乾燥装置について説明する。図１に示すように、熱変性に弱い食品材料の乾燥装置１０は、熱変性に弱い食品材料を収容して乾燥するための乾燥庫１１と、該乾燥庫１１内を減圧にするための減圧ユニット２０と、乾燥庫１１内を加熱するための低温水蒸気発生ユニット３０とを備えている。熱変性に弱い食品材料としては、ニンジン、さつま芋、大根等の野菜、柿、キューイ、パイナップル、ブルーベリー、プルーン等の果物などが挙げられる。
【００１８】
前記乾燥庫１１は断熱構造を有する四角箱型の密閉容器よりなり、その一側壁には左右両開きの開閉扉１２が取付けられている。図２に示すように、乾燥庫１１内の前後（図２の上下）には二点鎖線で示すトレー１３が上下に所定間隔をおいて配置され、それらトレー１３上に図示しない熱変性に弱い食品材料が載置されるようになっている。乾燥庫１１内の開閉扉１２と対向する側壁には正逆回転可能な軸流ファン１４が上下左右４箇所に支持され、乾燥庫１１内の気体（空気）を図２の一点鎖線で示す正方向及び二点鎖線で示す逆方向に旋回させるようになっている。
【００１９】
食品材料の乾燥速度を一層増大させるために、ヒータ（水蒸気による加熱器）１５とクーラー（冷却水による冷却器）１６を使用する。図１に示すように、ヒータ１５は軸流ファン１４に対向するように配置され、後述するボイラー３１から加熱弁３６を介して水蒸気が送られるようになっている。このヒータ１５は乾燥庫１１内の気体を加熱するために使用され、特に食品材料を低含水率まで乾燥するときには仕上げ乾燥時に後述する蒸気弁３５を閉にしてヒータ１５だけでの減圧熱風乾燥を行う。また、クーラー１６は乾燥工程の蒸発期間に使用すると蒸発速度を一層増大させることができる。
【００２０】
ヒータ１５は軸流ファン１４の対向位置に配置されていることにより、軸流ファン１４から送られる風で乾燥庫１１内の気体が循環し、食品材料を水蒸気で間接加熱するように構成されている。図２に示すように、乾燥庫１１内の前後中央位置には前後一対の仕切枠１７内にクーラー１６が左右方向に延びるように配置されている。仕切枠１７の左右両端部は開放されており、図２の破線で示すように開閉扉１２側から気体の一部が軸流ファン１４に向かって流入するようになっている。なお、開閉扉１２側の仕切枠１７端部の開放口には図示しないダンパーを設け、流入気体の風量を調節することもできる。上記クーラー１６の冷却水により、乾燥庫１１内の水蒸気を冷却するようになっている。
【００２１】
続いて、前記減圧ユニット２０について説明する。図１に示すように、真空ポンプ２１にはコンデンサー２２の一端が接続され、その他端が減圧弁２３を介して乾燥庫１１に接続されている。コンデンサー２２の下部には接続管２５が接続され、冷却弁２４を介してクーラー１６に連結されている。この減圧ユニット２０により、乾燥庫１１内を設定した下限圧力にまで減圧できると共に、上限圧力に到らしめることができるようになっている。
【００２２】
次いで、前記低温水蒸気発生ユニット３０について説明する。図１に示すように、高圧水蒸気を発生するボイラー３１には接続配管によりその高圧水蒸気に含まれている不純物や水滴を除去するセパレータ３２が接続され、該セパレータ３２には大気圧以下の圧力に減圧するための減圧弁体３３が連結されている。該減圧弁体３３により、高圧水蒸気から減圧された低温水蒸気が生成される。この減圧弁体３３には低温水蒸気をさらに加熱して低温過熱水蒸気にする電気ヒータ３４が接続され、電気ヒータ３４で生成された低温過熱水蒸気が蒸気弁３５を介して乾燥庫１１内へ導かれるようになっている。食品材料の含水率が５０％以上で良い場合には低温水蒸気を使用し、含水率を２０％以下にしたい場合には低温過熱水蒸気を使用する。低温水蒸気を使用する場合には電気ヒータ３４をＯＦＦにする。
【００２３】
次に、熱変性に弱い食品材料の乾燥方法について説明する。
まず、被乾燥物である熱変性に弱い食品材料として野菜や果物等の食品を乾燥庫１１内のトレー１３に並べて、乾燥庫１１内に収納する。続いて、開閉扉１２を閉めて軸流ファン１４と真空ポンプ２１を駆動する。軸流ファン１４は正転及び逆転が５分ぐらいで変わるようにタイマーによりあらかじめ設定しておく。
【００２４】
そして、蒸し工程及び殺菌工程を実施する。この蒸し工程及び殺菌工程は乾燥庫１１内の温度を５０〜９５℃に、絶対圧力を９６．３〜３１．３ｋＰａ（ゲージ圧力−５〜−７０ｋＰａ）の任意の値に設定して、蒸気弁３５と減圧弁２３を開き、設定した温度と絶対圧力に到達した後、タイマーにより１０〜６０分間蒸し工程及び殺菌工程を実施する。設定値の調飾は、図示しない温度調節計及び圧力調節計により弁を自動開閉して行う。
【００２５】
次いで、乾燥工程では、温度設定した下限温度と上限温度の沸点に合わせた下限圧力と上限圧力との間の圧力変動を繰り返しながら乾燥を行う。下限圧力と上限圧力とは絶対圧力で３〜９２ｋＰａの範囲内にて設定され、下限温度と上限温度とが３０〜９７℃の範囲内で設定される。
【００２６】
例えば、図３に示すように、高温側では上限温度Ｔ１を６０℃、上限絶対圧力Ｐ１を２１．３ｋＰａ（ゲージ圧力−８０ｋＰａ）に設定し、低温側では下限温度Ｔ２を４０℃、下限絶対圧力Ｐ２を６．３ｋＰａ（ゲージ圧力−９５ｋＰａ）に設定する。そして、蒸し工程及び殺菌工程の終了後、減圧弁２３を開き、蒸気弁３５を閉じて、乾燥庫１１内を低温側で設定した下限絶対圧力Ｐ２まで減圧にする。乾燥庫１１内の圧力は常圧（１０１．３ｋＰａ）から下限絶対圧力Ｐ２（６．３ｋＰａ）まで低下し、食品材料は減圧のため飽和温度になるまで水分が蒸発し、下限温度Ｔ２（４０℃）まで低下し、その温度でｔ２時間保持する（蒸発期間）。
【００２７】
食品材料の温度が４０℃に達すると、減圧弁２３を閉じ、蒸気弁３５を開けて乾燥庫１１内に低温過熱水蒸気を導入する。すると、乾燥庫１１内の食品材料は低温過熱水蒸気により加熱され、高温側で設定した上限絶対圧力Ｐ１である２１．３ｋＰａに到る。乾燥庫１１内はこの上限絶対圧力Ｐ１における飽和温度である６０℃に到達するまで加熱され、その温度でｔ１時間保持する（加熱期間）。
【００２８】
食品材料の温度が６０℃に到達した後は、減圧弁２３を開き、蒸気弁３５を閉じて乾燥庫１１内を低温側で設定した下限絶対圧力Ｐ２である６．３ｋＰａまで減圧する。以上の低温側（蒸発期間）と高温側（加熱期間）の各操作を数１０回繰り返し行うことにより、食品材料中の水分は蒸発し、食品材料は所定の含水率まで乾燥する。即ち、減圧下において食品材料を空気で対流加熱する場合には長時間を要するが、水蒸気による伝熱加熱を採用することにより短時間で食品材料を加熱することができる。
【００２９】
なお、蒸し工程終了後又は乾燥工程終了後に、醗酵防止や菌類の増殖防止のため食品材料の急速冷却を行うことがある。急速冷却を行うには、真空ポンプ２１とクーラー１６を使って真空冷却する。即ち、減圧弁２３を開き、乾燥庫１１内を絶対圧力３．３ｋＰａ（ゲージ圧力−９８ｋＰａ）まで減圧すると共に、冷却弁２４を開き、クーラー１６に冷却水を通して乾燥庫１１内の水蒸気を凝縮させることにより急速冷却を行うことができる。
【００３０】
以上の実施形態により発揮される効果について以下にまとめて説明する。
(1) 本実施形態における食品材料の乾燥方法では、熱変性に弱い食品材料を減圧下で乾燥するに際し、下限絶対圧力Ｐ２とそのときの下限温度Ｔ２を設定すると共に、上限絶対圧力Ｐ１とそのときの上限温度Ｔ１を設定する。そして、圧力を下限絶対圧力Ｐ２まで下げて食品材料の水分を蒸発させ、下限絶対圧力Ｐ２での飽和温度である下限温度に到らしめた後、低温水蒸気を注入して食品材料を上限温度Ｔ１まで加熱し、上限絶対圧力Ｐ１まで到らしめ、この操作を繰り返して食品材料の含水率を低下させる。
【００３１】
このように、減圧操作で圧力を低下させた後に低温水蒸気による加熱操作を行うことから、食品材料を低温で乾燥させることができると同時に、食品材料に効率良く熱を伝えることができ、食品材料の自己蒸発が促進されて乾燥速度を向上させることができる。
【００３２】
従って、本実施形態によれば、熱変性に弱い食品材料を変性させることなく、効率良く乾燥させることができ、所望とする含水率を得ることができる。そして、食品材料の色、形状、栄養素等の状態を保持しつつ、食品材料を良好な状態でかつ安価に乾燥することができる。
【００３３】
(2) 低温水蒸気として低温過熱水蒸気を用いることにより、乾燥後における食品材料の含水率を例えば２０％以下にまで容易に低下させることができる。
(3) 下限圧力と上限圧力とを絶対圧力で３〜９２ｋＰａの範囲内にて設定することにより、圧力変動を十分に行うことができ、熱変性に弱い食品材料の乾燥効率を向上させることができる。さらに、下限圧力と上限圧力の圧力差を大きく設定することにより、乾燥後における食品材料の含水率を一層低下させることができる。
【００３４】
(4) 下限温度と上限温度とを４０〜７０℃の範囲内で設定することにより、食品材料を熱変性させることなく、乾燥させることができる。
(5) 熱変性に弱い食品材料の乾燥装置１０として、食品材料を収容して乾燥するための乾燥庫１１と、該乾燥庫１１内を所定圧力まで減圧にするための減圧ユニット２０と、乾燥庫１１内を所定温度まで加熱するための低温水蒸気発生ユニット３０とで構成することにより、装置の構成を簡易なものにすることができる。その上、１つの乾燥庫１１内で乾燥工程に加えて、蒸し工程と殺菌工程を同時に行うことが可能であり、効率的かつ経済的な乾燥ができる。
【００３５】
(6) 水蒸気発生ユニットには電気ヒータ３４を設けることにより、低温水蒸気を電気ヒータ３４で加熱して低温過熱水蒸気を容易に生成させることができる。
(7) 乾燥庫１１内にクーラー１６を設け、軸流ファン１４によって乾燥庫１１内の気体を循環させることにより、乾燥庫１１内の水蒸気を効率良く冷却することができると共に、従来乾燥庫１１の外部に設けられていたクーラー用コンデンサーを省略することができ、装置の簡素化を図ることができる。
【実施例】
【００３６】
以下、実施例を挙げて前記実施形態をさらに具体的に説明する。
（実施例１）
熱変性に弱い食品材料としてのニンジンを千切りにして、トレー１３（面積０．４ｍ２）1枚に２ｋｇのニンジンを入れて殺菌と乾燥を実施した。
【００３７】
まず、殺菌工程では、乾燥庫１１内の温度６５℃、絶対圧力４１．３ｋＰａ（ゲージ圧力−６０ｋＰａ）に設定し、昇温後３０分間殺菌を行った。乾燥工程では、高温側の上限温度Ｔ１を６０℃、上限絶対圧力Ｐ１を２１．３ｋＰａ（ゲージ圧力−８０ｋＰａ）に設定し、低温側の下限温度Ｔ２を４０℃、下限絶対圧力Ｐ２を６．３ｋＰａ（ゲージ圧力−９５ｋＰａ）に設定し、低温過熱蒸気で５時間乾燥を行った。その後、ヒータ１５を使用して温度６０℃、絶対圧力４１．３ｋＰａ（ゲージ圧力−６０ｋＰａ）で真空熱風乾燥を４時間行った。乾燥したニンジンは含水率１０％以下になり、色も綺麗に残っていた。
【００３８】
一方、温度６０℃で常圧熱風乾操をした場合には、乾燥時間１８時間を要し、色も少し褪せていた。
（実施例２）
さつま芋を干し芋にするため、蒸しと乾燥と冷却を実施した。
【００３９】
まず、蒸し工程では、さつま芋を丸太のまま、トレー１３の１枚に１０ｋｇ入れて温度９０℃、絶対圧力８１．３（ゲージ圧力−２０ｋＰａ）で１時間低温水蒸気で蒸した。蒸し工程終了後、乾燥庫１１から取出して、丸太芋を輪切りにカットしてトレー１３の１枚に２ｋｇ並べて入れた。
【００４０】
乾燥工程では、高温側の上限温度Ｔ１を７０℃、上限絶対圧力Ｐ１を４１．３ｋＰａ（ゲージ圧力−６０ｋＰａ）にし、低温側の下限温度Ｔ２を４０℃、下限絶対圧力Ｐ２を１１．３ｋＰａ（ゲージ圧力−９０ｋＰａ）に設定して３時間乾燥を行った。乾燥終了後、クーラー１６に冷却水を流して乾燥庫１１内を絶対圧力で３．３ｋＰａ（ゲージ圧力−９８ｋＰａ）にして芋の温度が３０℃になるまで真空冷却を行った。冷却後の干し芋は含水率５０％で、綺麗な飴色になっており、従来の天日干しした干し芋よりも柔らかくなり、甘みが増していた。
【００４１】
なお、前記実施形態を次のように変更して実施することも可能である。
・ 乾燥庫１１は前記実施形態のように四角箱型でなくともよく、多角筒型、円筒型等であってもよい。
【００４２】
・ セパレータ３２と減圧弁体３３と電気ヒータ３４との位置関係は、前記実施形態の構成に限定されるものではなく、いずれの順番であってもよい。
・ 前記実施形態の電気ヒータ３４に代わる加熱手段として、ＩＨヒータ（電磁ヒータ）等の他の公知の加熱装置を採用してもよい。
【００４３】
・ 下限絶対圧力Ｐ２と上限絶対圧力Ｐ１との繰り返しにおいて、食品材料の含水率等に応じ圧力変動時間を適宜変更するように構成し、食品材料の乾燥効率を高めるようにすることもできる。
【００４４】
・ 下限温度Ｔ２と上限温度Ｔ１との繰り返しにおいて、食品材料の含水率等に応じ温度変動時間を適宜変更するように構成し、食品材料の乾燥効率を向上させるようにすることもできる。
【符号の説明】
【００４５】
１０…熱変性に弱い食品材料の乾燥装置、１１…乾燥庫、１６…クーラー、２０…減圧ユニット、３０…低温水蒸気発生ユニット、３４…電気ヒータ、Ｐ１…上限絶対圧力、Ｐ２…下限絶対圧力、Ｔ１…上限温度、Ｔ２…下限温度。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱変性に弱い食品材料を色、形状、栄養素等の状態を保持しつつ、良好な状態でかつ安価に乾燥することができる熱変性に弱い食品材料の乾燥方法及び乾燥装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から野菜、果物等の熱変性に弱い食品材料の乾燥においては、低温熱風乾燥方法と真空凍結乾燥方法が知られている。低温熱風乾燥方法では、水の沸点以下の温度で乾燥するため蒸発速度が遅く、乾燥に長時間を要し、食品が酸化して変色したり、変質したりする。その上、低温の空気では食品を蒸したり、殺菌したりすることができないという問題がある。一方、真空凍結乾燥方法では、凍結工程が追加されるため、乾燥時間が長くなり、設備が複雑で高価になってしまう等の問題がある。
【０００３】
近年、減圧過熱蒸気を用いた乾燥殺菌装置（特許文献１を参照）や減圧低温乾燥装置（特許文献２を参照）等が提案されている。しかしながら、特許文献１に記載の装置は対流伝熱によって直接熱風で材料に熱を与える装置であり、減圧下では乾燥室内に存在する気体の量が少ないため、乾燥効率が悪く、加熱や乾燥に長時間を要し、実用化には不適当である。
【０００４】
一方、特許文献２に記載の装置は各棚の下部にヒートパイプを設けて輻射熱によって加熱する輻射伝熟方式の装置であり、各棚にヒートパイプが必要で装置が大型化せざるを得ず、低温熱風乾燥方法と同様に蒸したり、殺菌したりすることができないという問題がある。
【０００５】
熱変性に弱い食品を変色、変形、変質させずに低温で効率良く乾燥させるためには、減圧乾燥時に如何にして食品材料に効率良く熱を伝えるかが重要な課題である。また、１つの乾燥装置の中で旨味成分を付与する低温蒸し機能と保存性を向上させる殺菌機能を併せ持った乾燥装置が望まれている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００５−２８７３７３号公報
【特許文献２】特開２００７−８５６００号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
そこで、本発明の目的とするところは、熱変性に弱い食品材料を変性させることなく、効率良く乾燥させることができ、所望とする含水率を得ることができる熱変性に弱い食品材料の乾燥方法及びその乾燥方法に適した簡易な乾燥装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明の熱変性に弱い食品材料の乾燥方法は、熱変性に弱い食品材料を減圧下で乾燥するに際し、下限圧力とそのときの下限温度を設定すると共に、上限圧力とそのときの上限温度を設定し、圧力を下限圧力まで下げて前記食品材料の水分を蒸発させ、下限圧力での飽和温度である下限温度に到らしめた後、１００℃以下の低温水蒸気を注入して食品材料を前記下限温度から上限温度まで加熱し、上限圧力まで到らしめ、この操作を繰り返して食品材料の含水率を低下させることを特徴とする。
【０００９】
請求項２に記載の発明の熱変性に弱い食品材料の乾燥方法は、請求項１に係る発明において、前記低温水蒸気が低温過熱水蒸気であることを特徴とする。
請求項３に記載の発明の熱変性に弱い食品材料の乾燥方法は、請求項１又は請求項２に係る発明において、前記下限圧力と上限圧力とが絶対圧力で３〜９２ｋＰａの範囲内にて設定されることを特徴とする。
【００１０】
請求項４に記載の発明の熱変性に弱い食品材料の乾燥装置は、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の熱変性に弱い食品材料の乾燥方法に用いられる乾燥装置であって、熱変性に弱い食品材料を収容して乾燥するための乾燥庫と、該乾燥庫内の圧力を下限圧力まで下げて前記食品材料の水分を蒸発させて下限圧力での飽和温度である下限温度に到らしめるための減圧ユニットと、乾燥庫内に低温水蒸気を注入して食品材料を前記下限温度から上限温度まで加熱して上限圧力まで到らしめるための低温水蒸気発生ユニットとを備えることを特徴とする。
【００１１】
請求項５に記載の発明の熱変性に弱い食品材料の乾燥装置は、請求項４に係る発明において、前記低温水蒸気発生ユニットには、低温水蒸気を加熱して低温過熱水蒸気を生成するための電気ヒータを備えることを特徴とする。
【００１２】
請求項６に記載の発明の熱変性に弱い食品材料の乾燥装置は、請求項４又は請求項５に係る発明において、前記乾燥庫内には、水蒸気を冷却するためのクーラーを備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、次のような効果を発揮することができる。
本発明の食品材料の乾燥方法では、熱変性に弱い食品材料を減圧下で乾燥するに際し、下限圧力とそのときの下限温度を設定すると共に、上限圧力とそのときの上限温度を設定する。そして、圧力を下限圧力まで下げて食品材料中の水分を蒸発させ、下限圧力での飽和温度である下限温度に到らしめた後、１００℃以下の低温水蒸気を注入して食品材料を前記下限温度から上限温度まで加熱し、上限圧力まで到らしめ、この操作を繰り返して食品材料の含水率を低下させる。
【００１４】
このように、減圧操作で圧力を低下させた後に低温水蒸気による加熱操作を行うことから、食品材料を低温で乾燥させることができると同時に、食品材料に効率良く熱を伝えることができ、食品材料の自己蒸発が促進されて乾燥速度を向上させることができる。
【００１５】
従って、本発明によれば、熱変性に弱い食品材料を変性させることなく、効率良く乾燥させることができ、所望とする含水率を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の実施形態における熱変性に弱い食品材料の乾燥装置を示す概略説明図。
【図２】乾燥庫の概略を示す平断面図。
【図３】乾燥過程における時間と、絶対圧力及び温度との関係を示すグラフ。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明を具体化した実施形態を図１〜図３に基づいて詳細に説明する。
まず、熱変性に弱い食品材料の乾燥装置について説明する。図１に示すように、熱変性に弱い食品材料の乾燥装置１０は、熱変性に弱い食品材料を収容して乾燥するための乾燥庫１１と、該乾燥庫１１内を減圧にするための減圧ユニット２０と、乾燥庫１１内を加熱するための低温水蒸気発生ユニット３０とを備えている。熱変性に弱い食品材料としては、ニンジン、さつま芋、大根等の野菜、柿、キューイ、パイナップル、ブルーベリー、プルーン等の果物などが挙げられる。
【００１８】
前記乾燥庫１１は断熱構造を有する四角箱型の密閉容器よりなり、その一側壁には左右両開きの開閉扉１２が取付けられている。図２に示すように、乾燥庫１１内の前後（図２の上下）には二点鎖線で示すトレー１３が上下に所定間隔をおいて配置され、それらトレー１３上に図示しない熱変性に弱い食品材料が載置されるようになっている。乾燥庫１１内の開閉扉１２と対向する側壁には正逆回転可能な軸流ファン１４が上下左右４箇所に支持され、乾燥庫１１内の気体（空気）を図２の一点鎖線で示す正方向及び二点鎖線で示す逆方向に旋回させるようになっている。
【００１９】
食品材料の乾燥速度を一層増大させるために、ヒータ（水蒸気による加熱器）１５とクーラー（冷却水による冷却器）１６を使用する。図１に示すように、ヒータ１５は軸流ファン１４に対向するように配置され、後述するボイラー３１から加熱弁３６を介して水蒸気が送られるようになっている。このヒータ１５は乾燥庫１１内の気体を加熱するために使用され、特に食品材料を低含水率まで乾燥するときには仕上げ乾燥時に後述する蒸気弁３５を閉にしてヒータ１５だけでの減圧熱風乾燥を行う。また、クーラー１６は乾燥工程の蒸発期間に使用すると蒸発速度を一層増大させることができる。
【００２０】
ヒータ１５は軸流ファン１４の対向位置に配置されていることにより、軸流ファン１４から送られる風で乾燥庫１１内の気体が循環し、食品材料を水蒸気で間接加熱するように構成されている。図２に示すように、乾燥庫１１内の前後中央位置には前後一対の仕切枠１７内にクーラー１６が左右方向に延びるように配置されている。仕切枠１７の左右両端部は開放されており、図２の破線で示すように開閉扉１２側から気体の一部が軸流ファン１４に向かって流入するようになっている。なお、開閉扉１２側の仕切枠１７端部の開放口には図示しないダンパーを設け、流入気体の風量を調節することもできる。上記クーラー１６の冷却水により、乾燥庫１１内の水蒸気を冷却するようになっている。
【００２１】
続いて、前記減圧ユニット２０について説明する。図１に示すように、真空ポンプ２１にはコンデンサー２２の一端が接続され、その他端が減圧弁２３を介して乾燥庫１１に接続されている。コンデンサー２２の下部には接続管２５が接続され、冷却弁２４を介してクーラー１６に連結されている。この減圧ユニット２０により、乾燥庫１１内を設定した下限圧力にまで減圧できると共に、上限圧力に到らしめることができるようになっている。
【００２２】
次いで、前記低温水蒸気発生ユニット３０について説明する。図１に示すように、高圧水蒸気を発生するボイラー３１には接続配管によりその高圧水蒸気に含まれている不純物や水滴を除去するセパレータ３２が接続され、該セパレータ３２には大気圧以下の圧力に減圧するための減圧弁体３３が連結されている。該減圧弁体３３により、高圧水蒸気から減圧された低温水蒸気が生成される。この減圧弁体３３には低温水蒸気をさらに加熱して低温過熱水蒸気にする電気ヒータ３４が接続され、電気ヒータ３４で生成された低温過熱水蒸気が蒸気弁３５を介して乾燥庫１１内へ導かれるようになっている。食品材料の含水率が５０％以上で良い場合には低温水蒸気を使用し、含水率を２０％以下にしたい場合には低温過熱水蒸気を使用する。低温水蒸気を使用する場合には電気ヒータ３４をＯＦＦにする。
【００２３】
次に、熱変性に弱い食品材料の乾燥方法について説明する。
まず、被乾燥物である熱変性に弱い食品材料として野菜や果物等の食品を乾燥庫１１内のトレー１３に並べて、乾燥庫１１内に収納する。続いて、開閉扉１２を閉めて軸流ファン１４と真空ポンプ２１を駆動する。軸流ファン１４は正転及び逆転が５分ぐらいで変わるようにタイマーによりあらかじめ設定しておく。
【００２４】
そして、蒸し工程及び殺菌工程を実施する。この蒸し工程及び殺菌工程は乾燥庫１１内の温度を５０〜９５℃に、絶対圧力を９６．３〜３１．３ｋＰａ（ゲージ圧力−５〜−７０ｋＰａ）の任意の値に設定して、蒸気弁３５と減圧弁２３を開き、設定した温度と絶対圧力に到達した後、タイマーにより１０〜６０分間蒸し工程及び殺菌工程を実施する。設定値の調飾は、図示しない温度調節計及び圧力調節計により弁を自動開閉して行う。
【００２５】
次いで、乾燥工程では、温度設定した下限温度と上限温度の沸点に合わせた下限圧力と上限圧力との間の圧力変動を繰り返しながら乾燥を行う。下限圧力と上限圧力とは絶対圧力で３〜９２ｋＰａの範囲内にて設定され、下限温度と上限温度とが３０〜９７℃の範囲内で設定される。
【００２６】
例えば、図３に示すように、高温側では上限温度Ｔ１を６０℃、上限絶対圧力Ｐ１を２１．３ｋＰａ（ゲージ圧力−８０ｋＰａ）に設定し、低温側では下限温度Ｔ２を４０℃、下限絶対圧力Ｐ２を６．３ｋＰａ（ゲージ圧力−９５ｋＰａ）に設定する。そして、蒸し工程及び殺菌工程の終了後、減圧弁２３を開き、蒸気弁３５を閉じて、乾燥庫１１内を低温側で設定した下限絶対圧力Ｐ２まで減圧にする。乾燥庫１１内の圧力は常圧（１０１．３ｋＰａ）から下限絶対圧力Ｐ２（６．３ｋＰａ）まで低下し、食品材料は減圧のため飽和温度になるまで水分が蒸発し、下限温度Ｔ２（４０℃）まで低下し、その温度でｔ２時間保持する（蒸発期間）。
【００２７】
食品材料の温度が４０℃に達すると、減圧弁２３を閉じ、蒸気弁３５を開けて乾燥庫１１内に低温過熱水蒸気を導入する。すると、乾燥庫１１内の食品材料は低温過熱水蒸気により加熱され、高温側で設定した上限絶対圧力Ｐ１である２１．３ｋＰａに到る。乾燥庫１１内はこの上限絶対圧力Ｐ１における飽和温度である６０℃に到達するまで加熱され、その温度でｔ１時間保持する（加熱期間）。
【００２８】
食品材料の温度が６０℃に到達した後は、減圧弁２３を開き、蒸気弁３５を閉じて乾燥庫１１内を低温側で設定した下限絶対圧力Ｐ２である６．３ｋＰａまで減圧する。以上の低温側（蒸発期間）と高温側（加熱期間）の各操作を数１０回繰り返し行うことにより、食品材料中の水分は蒸発し、食品材料は所定の含水率まで乾燥する。即ち、減圧下において食品材料を空気で対流加熱する場合には長時間を要するが、水蒸気による伝熱加熱を採用することにより短時間で食品材料を加熱することができる。
【００２９】
なお、蒸し工程終了後又は乾燥工程終了後に、醗酵防止や菌類の増殖防止のため食品材料の急速冷却を行うことがある。急速冷却を行うには、真空ポンプ２１とクーラー１６を使って真空冷却する。即ち、減圧弁２３を開き、乾燥庫１１内を絶対圧力３．３ｋＰａ（ゲージ圧力−９８ｋＰａ）まで減圧すると共に、冷却弁２４を開き、クーラー１６に冷却水を通して乾燥庫１１内の水蒸気を凝縮させることにより急速冷却を行うことができる。
【００３０】
以上の実施形態により発揮される効果について以下にまとめて説明する。
(1) 本実施形態における食品材料の乾燥方法では、熱変性に弱い食品材料を減圧下で乾燥するに際し、下限絶対圧力Ｐ２とそのときの下限温度Ｔ２を設定すると共に、上限絶対圧力Ｐ１とそのときの上限温度Ｔ１を設定する。そして、圧力を下限絶対圧力Ｐ２まで下げて食品材料の水分を蒸発させ、下限絶対圧力Ｐ２での飽和温度である下限温度に到らしめた後、低温水蒸気を注入して食品材料を上限温度Ｔ１まで加熱し、上限絶対圧力Ｐ１まで到らしめ、この操作を繰り返して食品材料の含水率を低下させる。
【００３１】
このように、減圧操作で圧力を低下させた後に低温水蒸気による加熱操作を行うことから、食品材料を低温で乾燥させることができると同時に、食品材料に効率良く熱を伝えることができ、食品材料の自己蒸発が促進されて乾燥速度を向上させることができる。
【００３２】
従って、本実施形態によれば、熱変性に弱い食品材料を変性させることなく、効率良く乾燥させることができ、所望とする含水率を得ることができる。そして、食品材料の色、形状、栄養素等の状態を保持しつつ、食品材料を良好な状態でかつ安価に乾燥することができる。
【００３３】
(2) 低温水蒸気として低温過熱水蒸気を用いることにより、乾燥後における食品材料の含水率を例えば２０％以下にまで容易に低下させることができる。
(3) 下限圧力と上限圧力とを絶対圧力で３〜９２ｋＰａの範囲内にて設定することにより、圧力変動を十分に行うことができ、熱変性に弱い食品材料の乾燥効率を向上させることができる。さらに、下限圧力と上限圧力の圧力差を大きく設定することにより、乾燥後における食品材料の含水率を一層低下させることができる。
【００３４】
(4) 下限温度と上限温度とを４０〜７０℃の範囲内で設定することにより、食品材料を熱変性させることなく、乾燥させることができる。
(5) 熱変性に弱い食品材料の乾燥装置１０として、食品材料を収容して乾燥するための乾燥庫１１と、該乾燥庫１１内を所定圧力まで減圧にするための減圧ユニット２０と、乾燥庫１１内を所定温度まで加熱するための低温水蒸気発生ユニット３０とで構成することにより、装置の構成を簡易なものにすることができる。その上、１つの乾燥庫１１内で乾燥工程に加えて、蒸し工程と殺菌工程を同時に行うことが可能であり、効率的かつ経済的な乾燥ができる。
【００３５】
(6) 水蒸気発生ユニットには電気ヒータ３４を設けることにより、低温水蒸気を電気ヒータ３４で加熱して低温過熱水蒸気を容易に生成させることができる。
(7) 乾燥庫１１内にクーラー１６を設け、軸流ファン１４によって乾燥庫１１内の気体を循環させることにより、乾燥庫１１内の水蒸気を効率良く冷却することができると共に、従来乾燥庫１１の外部に設けられていたクーラー用コンデンサーを省略することができ、装置の簡素化を図ることができる。
【実施例】
【００３６】
以下、実施例を挙げて前記実施形態をさらに具体的に説明する。
（実施例１）
熱変性に弱い食品材料としてのニンジンを千切りにして、トレー１３（面積０．４ｍ２）1枚に２ｋｇのニンジンを入れて殺菌と乾燥を実施した。
【００３７】
まず、殺菌工程では、乾燥庫１１内の温度６５℃、絶対圧力４１．３ｋＰａ（ゲージ圧力−６０ｋＰａ）に設定し、昇温後３０分間殺菌を行った。乾燥工程では、高温側の上限温度Ｔ１を６０℃、上限絶対圧力Ｐ１を２１．３ｋＰａ（ゲージ圧力−８０ｋＰａ）に設定し、低温側の下限温度Ｔ２を４０℃、下限絶対圧力Ｐ２を６．３ｋＰａ（ゲージ圧力−９５ｋＰａ）に設定し、低温過熱蒸気で５時間乾燥を行った。その後、ヒータ１５を使用して温度６０℃、絶対圧力４１．３ｋＰａ（ゲージ圧力−６０ｋＰａ）で真空熱風乾燥を４時間行った。乾燥したニンジンは含水率１０％以下になり、色も綺麗に残っていた。
【００３８】
一方、温度６０℃で常圧熱風乾操をした場合には、乾燥時間１８時間を要し、色も少し褪せていた。
（実施例２）
さつま芋を干し芋にするため、蒸しと乾燥と冷却を実施した。
【００３９】
まず、蒸し工程では、さつま芋を丸太のまま、トレー１３の１枚に１０ｋｇ入れて温度９０℃、絶対圧力８１．３（ゲージ圧力−２０ｋＰａ）で１時間低温水蒸気で蒸した。蒸し工程終了後、乾燥庫１１から取出して、丸太芋を輪切りにカットしてトレー１３の１枚に２ｋｇ並べて入れた。
【００４０】
乾燥工程では、高温側の上限温度Ｔ１を７０℃、上限絶対圧力Ｐ１を４１．３ｋＰａ（ゲージ圧力−６０ｋＰａ）にし、低温側の下限温度Ｔ２を４０℃、下限絶対圧力Ｐ２を１１．３ｋＰａ（ゲージ圧力−９０ｋＰａ）に設定して３時間乾燥を行った。乾燥終了後、クーラー１６に冷却水を流して乾燥庫１１内を絶対圧力で３．３ｋＰａ（ゲージ圧力−９８ｋＰａ）にして芋の温度が３０℃になるまで真空冷却を行った。冷却後の干し芋は含水率５０％で、綺麗な飴色になっており、従来の天日干しした干し芋よりも柔らかくなり、甘みが増していた。
【００４１】
なお、前記実施形態を次のように変更して実施することも可能である。
・ 乾燥庫１１は前記実施形態のように四角箱型でなくともよく、多角筒型、円筒型等であってもよい。
【００４２】
・ セパレータ３２と減圧弁体３３と電気ヒータ３４との位置関係は、前記実施形態の構成に限定されるものではなく、いずれの順番であってもよい。
・ 前記実施形態の電気ヒータ３４に代わる加熱手段として、ＩＨヒータ（電磁ヒータ）等の他の公知の加熱装置を採用してもよい。
【００４３】
・ 下限絶対圧力Ｐ２と上限絶対圧力Ｐ１との繰り返しにおいて、食品材料の含水率等に応じ圧力変動時間を適宜変更するように構成し、食品材料の乾燥効率を高めるようにすることもできる。
【００４４】
・ 下限温度Ｔ２と上限温度Ｔ１との繰り返しにおいて、食品材料の含水率等に応じ温度変動時間を適宜変更するように構成し、食品材料の乾燥効率を向上させるようにすることもできる。
【符号の説明】
【００４５】
１０…熱変性に弱い食品材料の乾燥装置、１１…乾燥庫、１６…クーラー、２０…減圧ユニット、３０…低温水蒸気発生ユニット、３４…電気ヒータ、Ｐ１…上限絶対圧力、Ｐ２…下限絶対圧力、Ｔ１…上限温度、Ｔ２…下限温度。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱変性に弱い食品材料を減圧下で乾燥するに際し、下限圧力とそのときの下限温度を設定すると共に、上限圧力とそのときの上限温度を設定し、圧力を下限圧力まで下げて前記食品材料の水分を蒸発させ、下限圧力での飽和温度である下限温度に到らしめた後、１００℃以下の低温水蒸気を注入して食品材料を前記下限温度から上限温度まで加熱し、上限圧力まで到らしめ、この操作を繰り返して食品材料の含水率を低下させることを特徴とする熱変性に弱い食品材料の乾燥方法。
【請求項２】
前記低温水蒸気が低温過熱水蒸気であることを特徴とする請求項１に記載の熱変性に弱い食品材料の乾燥方法。
【請求項３】
前記下限圧力と上限圧力とが絶対圧力で３〜９２ｋＰａの範囲内にて設定されることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の熱変性に弱い食品材料の乾燥方法。
【請求項４】
請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の熱変性に弱い食品材料の乾燥方法に用いられる乾燥装置であって、
熱変性に弱い食品材料を収容して乾燥するための乾燥庫と、該乾燥庫内の圧力を下限圧力まで下げて前記食品材料の水分を蒸発させて下限圧力での飽和温度である下限温度に到らしめるための減圧ユニットと、乾燥庫内に低温水蒸気を注入して食品材料を前記下限温度から上限温度まで加熱して上限圧力まで到らしめるための低温水蒸気発生ユニットとを備えることを特徴とする熱変性に弱い食品材料の乾燥装置。
【請求項５】
前記低温水蒸気発生ユニットには、低温水蒸気を加熱して低温過熱水蒸気を生成するための電気ヒータを備えることを特徴とする請求項４に記載の熱変性に弱い食品材料の乾燥装置。
【請求項６】
前記乾燥庫内には、水蒸気を冷却するためのクーラーを備えることを特徴とする請求項４又は請求項５に記載の熱変性に弱い食品材料の乾燥装置。
【請求項１】
熱変性に弱い食品材料を減圧下で乾燥するに際し、下限圧力とそのときの下限温度を設定すると共に、上限圧力とそのときの上限温度を設定し、圧力を下限圧力まで下げて前記食品材料の水分を蒸発させ、下限圧力での飽和温度である下限温度に到らしめた後、１００℃以下の低温水蒸気を注入して食品材料を前記下限温度から上限温度まで加熱し、上限圧力まで到らしめ、この操作を繰り返して食品材料の含水率を低下させることを特徴とする熱変性に弱い食品材料の乾燥方法。
【請求項２】
前記低温水蒸気が低温過熱水蒸気であることを特徴とする請求項１に記載の熱変性に弱い食品材料の乾燥方法。
【請求項３】
前記下限圧力と上限圧力とが絶対圧力で３〜９２ｋＰａの範囲内にて設定されることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の熱変性に弱い食品材料の乾燥方法。
【請求項４】
請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の熱変性に弱い食品材料の乾燥方法に用いられる乾燥装置であって、
熱変性に弱い食品材料を収容して乾燥するための乾燥庫と、該乾燥庫内の圧力を下限圧力まで下げて前記食品材料の水分を蒸発させて下限圧力での飽和温度である下限温度に到らしめるための減圧ユニットと、乾燥庫内に低温水蒸気を注入して食品材料を前記下限温度から上限温度まで加熱して上限圧力まで到らしめるための低温水蒸気発生ユニットとを備えることを特徴とする熱変性に弱い食品材料の乾燥装置。
【請求項５】
前記低温水蒸気発生ユニットには、低温水蒸気を加熱して低温過熱水蒸気を生成するための電気ヒータを備えることを特徴とする請求項４に記載の熱変性に弱い食品材料の乾燥装置。
【請求項６】
前記乾燥庫内には、水蒸気を冷却するためのクーラーを備えることを特徴とする請求項４又は請求項５に記載の熱変性に弱い食品材料の乾燥装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２０１１−１４４９５４（Ｐ２０１１−１４４９５４Ａ）
【公開日】平成２３年７月２８日（２０１１．７．２８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−３９４７（Ｐ２０１０−３９４７）
【出願日】平成２２年１月１２日（２０１０．１．１２）
【出願人】（５９７１３６４５６）有限会社コウムラテクノ (7)
【出願人】（３９０００４２２６）株式会社大一テクノ (6)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年７月２８日（２０１１．７．２８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１月１２日（２０１０．１．１２）
【出願人】（５９７１３６４５６）有限会社コウムラテクノ (7)
【出願人】（３９０００４２２６）株式会社大一テクノ (6)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]