各種食品の各種化学的,物理的処理における経験的速度式の設定に関する研究

各種食品の化学反応，乾燥，蒸煮，抽出装置など各種化学的，物理的処理装置を設計し，制御化などを行なっていくためには，最適な各種処理速度式を設定していくことが必要である。一般に，食品の各種処理機構は明確でなく，理論的速度式を得ることが困難であるため，経験的速度式の検討が必要となり，その設定方法が問題となる。 本研究は，各種食品の各種化学的，物理的処理における経験的速度式の設定方法について研究を行ない，電子計算機プログラムの作成を行なったものである。本研究で得られた経験的速度式の設定のためのプログラムは，実験データが単調な増減をする場合と， S字型の形状を示して増減をする場合との両方に対して有用なものである。また，本研究で得られたプログラムは，各種食品以外のものに対しても，経験的速度式を設定するのに有用である。In order to design and automatically control various chemical and physical transforming apparatuses such as chemical reaction, drying, cooking, extracting apparatuses and so on of food materials, it is required to formulate first the best transforming rate equations. Most of the transforming mechanisms of foods can be analyzed, but a theoretical rate equation can not be obtained. In these cases, the empirical formula of rate equation must be used. We investigated the method and the computer programs in order to determine the empirical rate equations. The method and the computer program of the determination of the empirical rate equations shown in this paper are available for the data giving a monotonous smooth curve or a S-shape curve. The program shown in this paper can be used not only for the determination of the empirical rate equation of the various foods, but also for the empirical rate equations of other materials

簡単な速度式を用いた食品の擬似処理機構の推察

前報1)において,食品の各種処理における簡単な経験的速度式の設定について研究した。 dx/dθ=kn,α (1－x)^n(x+α) ここで,x(－),θ(min)は,それぞれ処理率,処理時間,また,kn,α, nおよびαは,実験データから得られる速度パラメータである。 本報では,この簡単な経験的速度式を用いて,擬似処理機構を推察する研究を行なった。速度パラメータα対nの関係を利用して,各種食品のクッキングの擬似機構の推察を試みた。本研究で推察して得られる擬似処理機構は,真の機構を見出していくのに役立つものと考えられる。In a former paper1), we studied the determination of the following simple empirical rate equation for the various transformations of foods. dx/dθ=kn,α(1－x )^n (x+α) where, x(－) and θ(min) are the transforming ratio and time, respectively, and kn,α, α and n are the rate parameters which can be obtained from experimental data. This time, we took up the inference of the pseudo transforming mechanisms using this simple empirical rate equation. The relationships between the rate parameters α and n have been shown on the assumed various mechanisms, and by using these relationships we attempted to infer the cooking pseudo mechanisms of various foods. The pseudo mechanisms infered in this paper is very helpful to find real mechanisms

小豆の浸漬,蒸煮速度式に関する研究

前報1)において,大豆の浸漬,蒸煮速度式に関する研究を行なった。本報では,前報に引続き,小豆の浸煮,蒸煮について研究をした。 浸漬,蒸煮速度を,温度20～97℃において重量法により求めた。小豆の浸漬,蒸煮では,大豆の浸漬,蒸煮において使用できた簡単なn次速度式が利用できないことが分った。小豆の浸漬,蒸煮速度式はS型形状係数αを含んだ次式で表わされた。 dx/dθ=kn, α(1‐x)^n(x+α) kn, α=9.46×10^4exp(-9.70×10^3/RgT)(min^-1) n=1.0(‐), α=0.01(‐) Rg=1.987cal/g‐mol・°K ここで,x(‐),θ(min)およびT(°K)は,それぞれ浸漬,蒸煮率,時間および温度である。In a former paper1), the rate equations on the soaking and cooking of soybean have been investigated. In the present paper, we took up the soaking and cooking of red bean. The soaking and cooking rates were measured by a weighing method at temperature ranges of 20～97℃. For the soaking and cooking of red bean, the simple nth-order rate equation, which had been used for the soaking and cooking of soybean, could not apply. The rate equation of red bean was postulated as the following equation with a S-shape's constant α. dX/dθ= kn, α(1 -X)^ n (X+α) kn, α= 9.46×10^4exp (-9.70×10^3/RgT) (min-1), n=1.0(-),α=0.01(-), Rg=1.987 cal/g-mol•゜K where, x(-), θ(min) and T (゜K) are the soaking or cooking ratio, time and temperature, respectively

An Examination on Effective Drying Surface Area of Cellulous Foods

The effective drying surface area of cellulous foodstuffs was investigated in this study. Onion epidermis was used as a sample. It was dried in an air dryer, and the changes in shape of the epidermis cells in the drying process were microscopically observed and photographed. The results showed that the volume of the cell decreased or collapsed and its surface rumpled gradually as the drying process proceeded. But the projection area of the cells did not vary so much. Thus it was considered that the change in net surface area of the epidermis might be little, though the volume change of the cells was of an appreciable amount. This assumption was verified by calculating the net surface area from the replica images of onion epidermis. The net surface area was proved to be about 1.8 times as large as the apparent surface area. However, the drying rates per unit apparent area of agar gel plate with a smooth surface were nearly equal to those of onion epidermis. Therefore, we concluded that the effective drying surface area of cellulous foodstuffs might be approximated to the apparent surface area

脱脂粉乳水溶液の低流速域における流動特性に関する研究

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。The flow equations of liquid foods are important for the designing and controlling of various apparatuses. In this paper, we studied the flow behavior of skim milk solutions under low concentration at various temperatures. For measuring the flow behavior, we used a capillary tube viscometer operated under various pressures. For the low flow region, a Newtonian flow equation was applied. The viscometric parameters are shown as follow: 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°C, S=0～25. 3 wt% where, γ(sec^-1): shear rate, τ(gf/cm^2): shear stress, gc=980.7g·cm/gf·sec^2: gravitational conversion factor and Rg=1.982 cal/g-mol·°K: gas constant

加熱デンプン水溶液の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

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。The flow equations of liquid foods are important bases to design various apparatuses and to control various plants. The viscometric behavior of heated starch solutions was measured at 30, 50 and 70°C. The capillary tube viscometer was used in these studies. Heated starch solutions of 3 and 5 wt% wheat, corn, potato and sweet potato starches were used as samples. An empirical flow equation γ= (1/K) (gcτ－gcτy)n was assumed, and the viscometric constants n, τy and K were calculated using the non-linear least square method. The yield stress τy (gf/cm2) could be overlooked for the heated starch solutions studied, and a power-law flow equation was applied. The values of flow behavior index n(－) in the power-law flow equation were about 1.2 to 1.4 for all samples studied. Values of K(gn/cmn•sec^2n-i) which fixed n=1.3 were obtained, and they were expressed by an equation of the Arrhenius from K=A exp(E/RgT). The values of E were 3 to 7 kcal/g-mol for studied samples

振動流動層を用いた真空乾燥における熱効率の研究

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。We tried to develop a new system for vacuum drying by using a vibro-fluidized bed. The thermal efficiency of the apparatus which is the most important factor of the vacuum drying was investigated in this paper. Two kinds of samples were examined. One was ion exchange resin particle (Amberlite, IR-120B), and the other was okara. When the bed was vibrated under suitable vibrational intensities, the materials in the bed were circulated and mixed even though the air was not flowed into the bed, and the bed was in vacuum state. Thus, the drying processes were able to be carried out at uniform bed moisture content even in such conditions. The thermal efficiencies obtained were nearly equal to 100 % for both samples under suitable conditions of vibration, although the heat energies supplied to the heater were very low. When the vibrational intensities were constant, the thermal efficiencies decreased as the heat energies supplied to the heater increased. As a result of this study, the possibility of the vacuum drying in a vibro-fluidized bed was recognized

含水スポンジの乾燥速度式における速度パラメータの算出

既報1)において，殻状乾燥モデルに基づく乾燥速度式の設定および速度パラメータの算出方法について報告した。本報では，含水スポンジを仮想食品として考えて，乾燥実験を行ない，速度パラメータの算出をした。含水スポンジは，表面収縮をしなく殻状乾燥をするので，既報の各種の乾燥速度式を検討するのに都合のよい簡単なモデル体である。球，長い円柱および無限平板状の試料について検討した結果，つぎに示すような結論が得られた。 (1) ガス境膜および乾燥殻状部拡散律速をそれぞれ仮定して誘導された積分形1)から求められた速度パラメータhm (cm3-void/cm2・min)およびkm (cm3-void/cm・min)を用いた計算結果は，試料の重さω(g)対乾燥時間θ(min)の関係で得られた実験データを満足しなかった。この原因は，速度パラメータの相関性によるものであり，非線形最小二乗法を用いた同時計算が必要であることが分った。 (2) 本研究で使用した含水スポンジは，細孔径が大きく，長い円柱および無限平板状の試料においては，未乾燥核が水の凝集力によりそれぞれ楕円体および円盤体となり，殻状乾燥モデルを満足する実験データが得られなかった。このような試料の場合に対しては，球状についての実験が必要であることが分った。 (3) 球状の試料については，実験データをよく満足する速度パラメータhmおよびkmが得られた。従来の関係式から求められる各種の推算値と比較検討を行なった。理論的により意味のある速度パラメータを得て従来の値と比較検討をしていくためには，未乾燥核の温度変化を測定する実験などを行なっていくことが必要である。 本研究で示した方法で得られる乾燥速度式は，速度パラメータの意味が究明されていかない限り半理論式的なものであるが，当面する各種の乾燥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。In a previous paper, we studied the drying-rate equations based on the drying-shell models and the calculation methods of the rate parameters in the rate equations. In present paper, the rate parameters of the water-absorbing sponges which are considered as imagined fiber-foods, were determined for the sphere, the long-cylinder and the infinite-slab using a non-linear least square method. The imagined fiver-foods are simple samples which have no shrinkage of surface. The calculated values using the rate parameters obtained independently from the integrated equations did not agree with the observed values. Simulate calculations of the rate parameters using a non-linear least square method were necessary. The pore diameters of the sponges used in this study were not small and the water cores of the long-cylinder and the infinite-slab were transformed into ellipsoids and the disks. The calculated results for the long-cylinder and the infinite-slab did not agree with the observed values, but in the case of the sphere the results agreed. The rate parameters in this paper are merely experimental ones, but can be adopted satisfactorily for the design of various drying apparatuses

殻状乾燥モデルに基づく寒天とにんじんの乾燥速度式

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。In the previous paper, we studied the drying-rate equations based on the drying-shell models and the calculation methods of the rate parameters in the rate equations. In the present paper, the drying-rate equations of a agar gel and carrot based on the drying-shell model have been studied. The surface temperatures of the undrying-core can not be measured, so we took up with the wet-bulb temperatures and the center temperatures of the samples instead of the surface temperatures. The calculated results which used the center temperatures showed a similar tendency in the experimental results, but the over-all relationships were less satisfactory than the results which used the wet-bulb temperatures. From the comparisons of the calculated results described above, we may conclude that the drying-rate equations which used the wet-bulb temperatures instead of the surface temperatures of the undrying-core in order to simplify the calculations were better than the other, and more adequate for the design of various drying apparatuses

殻状吸水モデルに基づくクッキング速度式に関する研究

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。In order to design and to control automatically various cooking apparatuses, it is necessary to determine the cooking-rate equations and to obtain the rate parameters for the equations. In this study, we postulated the cooking-rate equations based on the water-soaking-shell models, and reported on the calculation methods of the rate parameters using a non-linear least square method. The rate parameters in the cooking-rate equations of rice, udon and kishimen (round and flat noodles of wheat flour, respectively) were determined at 92.5 °C, assuming the sphere, the long-cylinder and the infinite-slab. The lengths of udon and kishimen increased by the cooking, then the calculated values of these rate parameters did not give the exact theoretical values. The rate parameters in this paper are semi-theoretical or merely experimental ones, but may be adopted with satisfaction for the design of various cooking apparatuses