Hideaki Hosaka

Studies of Cooking-rate Equations of Potato and Sweet Potato Slices

各種食品の蒸煮装置を設計し,制御化などを行なっていくためには,蒸煮速度を測定し,簡単な速度式を設定していくことが必要である。既報1)において,低含水率の食品である米,うどんおよびきしめんの蒸煮速度を重量法により求め,蒸煮速度式の設定に関する研究を行なってきた。 本研究は,ジャガイモおよびサツマイモを例として,高含水率の食品の場合の蒸煮速度の測定法ならびに速度式の設定に関する研究を行なったものである。 (1) 高含水率の食品の蒸煮速度の測定に有用な衝撃貫通試験法を提案した。 (2) S型形状係数を含む簡単な速度式として提出した次に示す蒸煮速度式が,ジャガイモおよびサツマイモ簿片の蒸煮に対して利用できた。dx/dθ=kn, α(1－x)n(x+α)ここで,x(－)は蒸煮率,θ(min)は蒸煮時間であり,n(－), α(－)およびkn,α(min－1)は定数である。上式においてn=1.0とした場合のαの値は,本実験試料に対してほぼ0.1となった。

Filtration of Lignin in Hydrolysis Solution

恒圧沪過の基礎試験の結果,比抵抗はgraceの加圧沪過限界以上の10^11オーダの比抵抗を圧力2～8ka/cm2で示した。したがって,リグニン炉過はフィルタプレスが至当であると結論した。 リグニンの粒子は,沈降速度の測定から算出したところ,硫酸濃度により複雑なる変化が認められた。ところが洗浄時のリパルプによる沪過の比抵抗は,第一リパルプでは初回沪過より低く,第三リパルプでは初回沪過より高い結果を得,この際の硫酸濃度をリグニン粒子の場合と比較すると,ほぼ同一の傾向がみられた。 テストプラントの試験結果では,比抵抗は硫酸混合比が支配的であり,混合比が少なくなれば,その比抵抗は増大する。また,粘度の目安として,(H2SO4%)×(還元糖%)×(平均重合度)との関係を求めたが,(H2SO4%)×(還元糖%)×(平均重合度)が10～300では粘度の変化はないが,300以上で急激に粘度が増大する。これは実用的には利用できる目安とならう。

Determinations of Viscometric Constants in Empirical Flow Equations of Heated Starch Solutions

液状食品に関する各種装置の設計ならびに操作を行なっていくためには,流動方程式を設定し,それに含まれる各種粘性パラメータを算出していくことが必要である。本研究は,加熱処理したデンプン水溶液の流動特性を,毛管形粘度計を作製して30,50および70℃において求め,流動方程式における各種粘性パラメータ算出に関する研究を行なったものである。加熱処理した3および5wt%の小麦,トウモロコシ,ジャガイモおよびサツマイモデンプン水溶液を試料とした。 流動方程式γ＝(1/K)(gcτ－gcτy)nに含まれる粘性パラメータn, τyおよびKを,非線形最小二乗法を使用して算出する電子計算機プログラムを作成した。 加熱処理した3および5wt%の各種デンプン水溶液について,n, τyおよびKの値を計算した結果,n=1.2～1.4, τy≒0となり,擬塑性流体として取り扱えることが分った。n=1.3, τy=0と固定して求めたKの値は,温度の上昇ならびに濃度の減少で小さく変わり,K=Aexp(E/RgT)として表わすことができた。試料とした各種デンプン水溶液に対して,E=3～7kcal/g‐molとなる結果が得られた。 本研究成果は,流動特性が複雑な食品などの流動方程式を実験データよりシミュレーションによって得る場合に有用である。

Drying-rate Equations of Agar Gel and Carrot based on Drying-shell Model

既報において,殻状乾燥モデルに基づく乾燥速度式の設定について報告し3),含水スポンジを仮想食品として考えて速度パラメータを算出して,各種形状について比較検討をしてきた。4)本報は,球状の寒天とにんじんを試料として,乾燥実験を行ない,殻状乾燥モデルの適用性について検討したものである。 乾燥進行に伴なう未乾燥核の表面温度の変化を測定することが不可能であるため,試料の中心温度の測定を行なった。未乾燥核の表面温度として,中心温度と湿球温度をそれぞれ仮定した場合について速度パラメータを算出した。また,ガス境膜の拡散に関する速度パラメータhmを乾燥初期の値に固定した場合についての計算も行なった。 以上の計算結果の比較から,当面する各種の乾燥装置の設計などに対しては,反理論的とはなるが,ガス境膜および乾燥殻状部拡散に関する2つの速度パラメータhmおよびkmを相関させて非線形最小二乗法で同時計算し,未乾燥核の表面温度として湿球温度を仮定する場合が,総括的に実験データとの一致がよく,取り扱いも簡単でよいことが分った。尚,本実験条件下において,寒天およびにんじんの乾燥は,殻状部から乾燥をする現象を示したが,未乾燥核の部分の乾燥も進行していたことから殻状乾燥モデルを満足的に適用できるものではなかった。簡単な乾燥速度式を得る目的に対しては,均一乾燥モデルに基づいた乾燥速度式との比較検討も必要と考えられる。

Study on the Flow Behavior in the Low Flow Region of Skim Milk Solutions

液状食品に関する流動方程式は,各種装置を設計,制御をしていく場合に必要となる。本研究では,低濃度の脱脂粉乳水溶液の流動特性に関する研究を温度を変えて行なった。流動特性の測定には圧力を変化させて操作ができる毛管形粘度計を使用した。 低流速域において,ニュートン流動方程式が適用できた。得られた粘性パラメータを次に示す。 γ=(1/K)(gcτ－gcτy)^n n=1.0,τy=0.0 K=10^0.0241S-4.94 exp(3.96×10^3/RgT)(g/cm・sec) t=30～60℃, S=0～25.3wt% ここで,(sec^-1):せん断速度, τ(gf/cm^2): せん断応力, gc=980.7g・cm/gf・sec^2: 重力換算係数, Rg=1.987cal/g-mol・°K: 気体定数である。

Studies of Cooking-rate Equations based on Water-soaking-shell Models

大量連続の炊飯装置など各種食品のクッキング装置を設計し,制御化などを行なっていくためには,クッキング速度式を設定し,それに含まれている速度パラメータを求めていくことが必要である。 一般に食品のクッキング現象は複雑で,厳密な意味でのクッキング速度式を得ることは困難である。しかし,例えば炊飯などのように,クッキング現象を殻状吸水現象などによって近似的に置きかえができるような場合には,概括的にはなるがクッキング速度式を設定することが可能である。 本研究は,当面する炊飯装置設計などに対応するために,殻状吸水モデルに基づいたクッキング速度式を設定する研究を行ない,米飯などの実験データを例として,シミュレーションを行なった結果を示した。 (1) クッキング速度が,水の吸水殻状部拡散律速と水と固体食品との反応律速とによって支配されるものと考えて,クッキング速度式を球,長い円柱および薄い平板形について設定した。 (2) クッキング速度式に含まれる速度パラメータを求めるための非線形最小二乗法を使用した電子計算機プログラムを作成した。また,この計算のパラメータ初期値を求めるために,何れか一つの律速を仮定して,速度パラメータを陽関数的に求める積分式を誘導した。 (3) 米,うどんおよびきしめんを,近似的に殻状吸水モデルが適用できる球,長い円柱および薄い平板形の食品例として考えて,速度パラメータの算出例を示した。理論的により意味のある速度パラメータを得て検討していくためには,未吸水核の消失現象を仔細に研究する実験などを行なっていくことが必要である。 本研究で示したクッキング速度式は,吸水殻と未吸水核が現われる食品に適用できる。速度パラメータの意味が究明されない限り半理論式的なものであるが,当面する各種のクッキング装置の設計などに対しては簡単な取り扱いをしており有用なものである。

Thermal Efficiency of Vacuum Drying in a Vibro-fluidized Bed

振動流動層を用いた新しい形の真空乾燥法の開発を試みた。本研究ではその予備試験として,真空乾燥における最も重要な問題である装置の熱効率について考察を加えた。実験には2種類の試料を用いた。一つはイオン交換樹脂球(Amberlite,IR-120B)であり,他の一つはおから(卯の花)である。 層に空気を吹き込まず,真空状態にしても層を適当な振動強度で振動させれば,層内の材料は移動,混合した。それ故,そのような真空下であっても,層全体にわたり均一含水率で乾燥を行うことができた。ヒーターに加えた熱量はまだ非常に少ない範囲であるが,得られた熱効率はほぼ100%であった。振動強度が一定の場合には,ヒーターに加える熱量が増加するにつれて熱効率は減少した。 本研究の結果,振動流動層を用いた真空乾燥の可能性が認められた。

Studies on the Cooking-rate Equations of Udon, Somen, Soba and Chuka Soba

各種のクッキング装置を,設計,制御化をしていくためにクッキング速度式の設定が必要である。前報において,米1～5),その他6～10)に対し,クッキング速度式に関する研究を行なってきた。 本報では,前報のスパゲティとひやむぎ10)に引続き,うどん,そーめん,そばおよび中華そばのクッキング速度式に関する研究を行なった。これらのめん類のクッキング速度を,クッキング温度70～99.5℃において,重量測定法により求めることができた。クッキング速度式は,2種の形で表わされた。一つの形は,n次の経験的速度式,もう一つの形は,殻状吸水モデルに基づいた半理論的速度式である。前者の速度式に対する活性化エネルギーの値は,うどん,そーめん,そばおよび中華そばに対し,それぞれ約13,8,11および10kcal/g-molとなった。これらの値は,前報において,スパゲティとひやむぎに対し得られた値9と11kcal/g-molによく似た値である。以上の結果より,めん類のクッキング速度は,おそらく水の拡散速度に律速され,デンプン成分と水の化学的反応速度が無視できるのではないかと推察される。

Hydrolysis of Lignocellulose in Concentrated Sulfuric Acid

濃硫酸による鋸屑の加水分解において,Odincovは機械エネルギーの効果が認めているが,木材より脱ペントーザンされたリグノセルロースを原料とし,機械エネルギーとしてボールミルを用いて試験した結果,一次反応式によく従うことを認めたが,その反応速度は使用された動力に対して極めて低く,したがって膨大なる動力費を要することになることから,工業化に対して不満足なものであるとした。 従来研究された硫酸の混合機はいづれも一長一短があり,使用硫酸の節減と取扱い易い混合機として遠心法によるものを試作し,連続の装置試験を行い,濃硫酸との混合比1:1で90%以上の還元糖収率の好結果を得た。試験装置ではアメ状の混合物が掻取羽根に付着炭化し,長期運転の支障となったが,工業装置ではアメ状混合物を直ちに落下する方式で2週間程度の連続運転を可能にした。また,熟成は従来機械的撹伴が必要とされていたが,上方式の混合の場合は撹伴は全然不要であることが認められた。

Studies of Drying-rate Equations based on Uniform Drying Models

各種の食品乾燥装置を設計し,制御化などを行なっていくためには,簡単な乾燥モデルに基づいた乾燥速度式を設定し,それに含まれる速度パラメータを求めていくことが必要である。 既報7)において,殻状乾燥モデルに基づく乾燥速度式の設定について報告してきた。本報は,均一乾燥モデルに基づく乾燥速度式を設定する研究を行ない,寒天,にんじんならびに炊飯米を例として速度パラメータを算出して,両乾燥モデルの適用性について検討したものである。 均一乾燥モデルに基づく乾燥速度式として,乾燥表面積を簡単な近似式で仮定して表わした場合と,それが未消失含水量のべき乗で関係づけられるとした場合とを仮定した。両者の計算結果はよく似た結果になり,乾燥装置の設計などに対しては簡単なだけ後者が有用と考えられた。乾燥速度は,寒天とにんじんでは,未消失含水量のほぼ0.5乗に,炊飯米ではほぼ1.0乗に比例する結果が得られ,乾燥速度式におけ未消失含水量のべき乗値は試料により著しく異なる結果になることが分った。 既報の殻状乾燥モデルと本報に示した均一乾燥モデルによる計算結果を比較した結果,寒天およびにんじんでは大変よく似た結果が得られた。乾燥機構が明確でなく,よく似た結果が得られる場合には,取り扱いが簡単となる後者が有用と考えられる。