超微粉砕技術は、機械的または流体力学的な手法を用いて、0.5～5.0mmサイズの材料をマイクロメートル、あるいはナノメートルスケールの粒子にまで粉砕する先進的な技術です。従来の粉砕方法と比較して、材料の節約、処理速度の向上、そしてより微細で均一な粒度分布といった利点があります。.
ある程度、超微粉砕技術は食品の食感や味を向上させるだけでなく、体内の栄養素の吸収と利用を促進し、それによって様々な食品が持つ機能的な利点をより効果的に発揮できるようにする。.
食品加工業界における超微粉砕技術の利点
高速な研削速度と優れた温度制御
超微粉砕工程全体を通して過熱はほとんど発生せず、低温で運転できるため、低温粉砕技術と言えます。微粉末の製造工程は短時間で済むため、処理中にほとんどの生物活性化学成分が失われることがなく、必要な高品質の微粉末製品の製造が容易になります。.
粒子径分布の微細化と均一化、材料の物理化学的特性の向上、および反応速度の向上
超微粉砕技術では、原料に加わる外力が非常に均一に分散されるため、得られる粉末は均一な粒度分布を示します。超微粉砕後、材料の比重と表面積は徐々に増加します。これにより、生物学的および化学的反応における接触面積が増加し、溶解速度と反応速度が向上します。.
原材料消費量の削減と利用効率の向上
繊維構造が高度な材料の中には、従来の粉砕方法には適さないものがあります。大きな粒子が形成されると、原材料の大幅な無駄が生じ、ほとんどの製造工程では利用要件を満たすために中間工程が必要となります。超微粉砕技術を用いて製造された製品は、製造工程に直接適用できるため、希少で貴重な原材料に適しています。.
環境汚染を低減し、加工材料の品質を向上させる。
超微粉砕工程全体は密閉された環境で行われるため、外部からの汚染を防ぎ、同時に外部環境への汚染物質の放出も一切ありません。この技術は、高い環境基準が求められる食品やヘルスケア製品への使用に適しています。超微粉砕は、異物を一切混入させない物理的な加工方法です。これにより、特に健康補助食品や漢方薬の製造において、原材料本来の特性が損なわれることなく保持され、原材料の自然な完全性と安全性が保証されます。.
体内の栄養素の消化吸収を改善する
研究によると、超微粉砕された材料は、10～25μm、あるいはそれ以下の非常に小さな粒子サイズで消化器系に入ります。栄養素は長く複雑なプロセスを経ることなく放出され、粒子が小さいため小腸の内壁からより容易に吸収されます。これにより栄養素の放出速度が加速され、原材料が完全に吸収・利用される時間が長くなります。.
食品加工における超微粉砕技術の利点
| 装置 | 動作原理 | 用途／原料 | 粒子サイズ |
| ボールミル | 円筒が回転すると、内部の研磨ボールが一定の高さまで上昇し、その後落下して、衝撃と圧縮によって材料を粉砕する。. | 植物材料および菌類（乾式粉砕および湿式粉砕の両方に適用可能） | コーンスターチ：30.8 ± 10.8 nm |
| ジェットミル | 圧縮空気はノズルから噴射され、高速気流と速度勾配を生み出す。粒子は粉砕室内で円軌道を描いて移動し、強い回転流場を形成する。粒子は互いに衝突し、空気によって衝撃やせん断を受け、さらに粉砕室の壁面に対しても衝撃、摩擦、せん断を受ける。. | 植物性原料および水産副産物（乾式粉砕）に適しています | 大麦：31.34 ± 1.12（単位は明記されていないが、おそらくµmまたはnm） |
| 振動ミル | 高周波で振動する（シリンダー内で連続的に回転する）研削媒体（ボールまたはロッド）を用いて、材料に衝撃を与え、摩擦し、せん断することで、サイズを縮小する。. | 動物性・植物性原料および副産物（乾式粉砕）に幅広く適用可能 | ウサギの骨：16.92 ± 0.15（単位不明） |
| 高圧ホモジナイザー | 材料は弁座と均質化弁の間の狭い隙間を通過する際に、圧力が上昇し、流速も増加する。衝撃リングに衝突すると、せん断、高周波振動、キャビテーションが発生する。弁を通過後、圧力は急激に低下し、均質化効果が生じる。. | 様々な液体材料に適しており、主に乳化（湿式粉砕）に使用されます。 | ビートパルプ：38.28 ± 0.66（単位不明） |
| マイクロフルイダイザー | 材料はあらかじめ設定された圧力レベルまで加圧された後、相互作用チャンバー内で超高圧にさらされる。衝突噴流の原理を利用して、流体は激しいせん断力、高周波振動、高速衝突、急速な圧力解放、およびキャビテーションによって乳化および分解され、高分子の構造変化を引き起こす。. | 主に構造が緩い液体材料の乳化（湿式粉砕）に使用される。 | 豆乳粉末：5.14 ± 0.04（単位不明） |
| コロイドミル | ローター（回転歯）とステーター（固定歯）は互いに高速で回転する。材料は、自身の重量または外部圧力によって駆動され、下向きの螺旋状の力を生み出す。歯の間の隙間を通過する際に、材料は強いせん断力、摩擦力、高周波振動を受け、粉砕および乳化される。. | 高粘度材料または粗粒材料（湿式粉砕）に適しています。 | キウイの皮：58個（単位が欠落） |
超微粉砕が穀物の特定の生理機能に及ぼす影響
| 関数 | 栄養素 | 成分の作用機序 | 超微粉砕が穀物に及ぼす影響 | 代表的な穀物 |
| 低血糖 （血糖値を下げる） | 食物繊維、タンパク質、デンプン、ポリフェノール、フラボノイドなど. | 粒子径を小さくすると、比表面積、多孔性、表面エネルギー、および有益な細菌の量が増加する。. | ① グルコースの吸着および結合能力を高め、グルコースの拡散を遅らせる。② 膵島β細胞を保護および修復し、インスリンレベルを上昇させる。③ 消化酵素を阻害し、グルコース代謝を改善する。④ 腸内細菌叢を改善し、腸内微生物生態系を回復させる。. | ソバ、オート麦、ハイランド大麦 |
| 抗酸化物質 | β-カロテン、ポリフェノール、多糖類など. | 抗酸化活性を有する低分子物質の増加および比表面積の増加。. | 活性酸素種によって引き起こされる酸化損傷を防ぐ。. | 黒インゲン豆、ハトムギ、そば、オート麦 |
| 降圧剤 （血圧を下げる） | 水溶性食物繊維、タンパク質など. | 活性基の露出と構造的緩みの増加。. | 陽イオン交換容量を向上させる。. | 小豆、そば、緑豆 |
| 脂質低下 （血中脂質低下） | 食物繊維、デンプン、ポリフェノール、タンパク質など. | 粒子径の縮小、活性基の露出、比表面積の増加、および構造の緩み。. | ① コレステロール吸着能を向上させる； ② 胆汁酸塩吸着能を向上させる； ③ 膵リパーゼ活性を阻害する。. | 黒インゲン豆、ハトムギ、小豆、そば |
| 有害物質の削減 | 食物繊維、ポリフェノール、タンパク質など. | 粒子径の縮小、比表面積の増加、および構造の緩み。. | ① 重金属吸着能力の向上； ② 亜硝酸塩吸着能力の向上； ③ 腸内環境の改善。. | 緑豆、そば糠 |
7つの主要食品カテゴリーから超微粉末を製造するための超微粉砕技術
| 食品カテゴリー | 超微粉砕製品 |
| 果物と野菜 | オレンジパウダー、アップルパウダー、ペアパウダー、ニンジンパウダー、カボチャパウダー、セロリパウダー、ほうれん草パウダーなど。. |
| 家畜、家禽、水産物 | 牛肉粉、鶏肉粉、豚肉粉、エビ粉、骨粉など. |
| スパイス＆調味料 | 生姜粉、ニンニク粉、コショウ粉、唐辛子粉、きのこ粉など。. |
| 栄養強化剤 | 骨粉、昆布粉、ニンジン粉、花粉など. |
| 葉： | 茶葉粉末、桑葉粉末、イチョウ葉粉末、アマチャヅル粉末 |
| 薬用・食用ハーブ： | 甘草粉末、菊粉末、みかんの皮粉末、ジャノヒゲ根粉末、杏仁粉末、何首烏粉末、トウキ粉末など。. |
| 健康食品： | もち米粉、コーンスターチ、大豆粉、緑豆粉、小豆粉、小麦ふすま粉、ピーナッツ粉など。. |
食品加工における超微粉砕技術の応用
調味料
調味料加工において、超微粉砕技術は、香辛料、調味料粉末、調味料ソースなど、様々な製品の製造に利用できます。超微粉砕は、粉末の色鮮やかさ、化学的性質、触媒特性を変化させ、水溶性、吸着容量、流動性を向上させ、生理活性物質の溶解速度を高めます。したがって、超微粉砕は主に、食感と口当たりの改善、風味成分の放出促進、有効成分の抽出、色の強化といった点で、調味料の品質に影響を与えます。.
しかし、過度の粉砕や不適切な操作は、粉末の品質変化につながる可能性があります。一方では、過度の粉砕は粒子サイズが過度に小さくなる原因となります。超微粉砕が過剰になると、粒子が小さくなりすぎて安息角が大きくなり、流動性が低下し、空気中の水分を吸収しやすくなり、固結などの問題を引き起こす可能性があります。他方では、超微粉砕工程における不適切な温度も品質に影響を与える可能性があります。粉砕温度が高すぎると、材料中の酵素物質の放出が促進され、酸化反応が強まり、抗酸化物質が失われる可能性があります。.
粉末調味料の最適な粒子サイズ範囲
| 粉砕する材料 | 最適な粒子サイズ範囲 / μm |
| 椎茸（きのこエキス） | 100–154 |
| ジンジャー | 70–150 |
| スパイス | 820–1,500 |
粗粒穀物
超微粉砕は、粗粒粉の物理化学的性質を変化させます。これは主に、穀物に含まれるデンプン、タンパク質、食物繊維の構造変化によるものです。農業副産物の超微粉砕と同様に、超微粉砕された粗粒穀物も、結晶性、吸水性、糊化性、密度と流動性、機能性、油分保持能力、色など、特に粒子の大きい粗粒穀物とは大きく異なる特性を示します。.
超微粉砕が特定の粗粒の物理化学的特性に及ぼす影響
| プロパティ | 原材料 | 研削方法 | 主な調査結果 |
| 結晶特性 | ハトムギ ソルガム | 振動ミル ボールミル | デンプン結晶が損傷し、結晶性が低下した。. 結晶が非晶質状態に変化した。. |
| 水分保持特性 | ハイランド産大麦ふすま オート麦 | ジェットミリング 遊星ボールミル | 保水能力は4.12g/gから2.72g/gに低下した。. 膨潤能と溶解性が向上した。. |
| 貼り付け特性 | 黒米 キビ | ジェットミリング ジェットミリング | ピーク粘度、最終粘度、分解粘度、セットバック、および糊化温度が低下した。. ピーク粘度、最終粘度、分解粘度、およびセットバックは、最初は増加し、その後減少した。糊化温度は上昇した。. |
| 密度と流動性 | タルタル産そばふすま 緑豆 | ボールミル ジェットミリング | 安息角と滑り角が増加し、流動性が低下した。. タップ密度は56.1%だけ大幅に減少した。. |
| 機能特性 | オートブラン | 振動ミル | 陽イオン交換容量、コレステロール、胆汁酸、およびグルコースの吸着容量が向上した。. |
| その他の物件 | タルタル産ソバ 小豆 | ジェットミリング 振動ミル | 油の保持容量：最初は増加し、その後減少した。. 色特性：超微粒子粉末はより明るくなり、従来の粉末と比較して顕著な色の違いが見られた。. |
従来の製粉方法と比較して、超微粉砕技術は全粒粉の粒子サイズを効果的に小さくし、分子構造を変化させることで、栄養素や生理活性物質の放出を促進します。これにより、体内の栄養素吸収が高まり、全粒粉のきめが細かくなり、食感が向上します。さらに、超微粉砕された全粒粉は比表面積が大きいため、吸着性や溶解性などの物理的特性、および化学反応速度が向上します。.
デンプンの超微粉砕の影響
タンパク質に対する超微粉砕の影響
超微粉砕が食物繊維に及ぼす影響
食物繊維の構造的および機能的特性に対する超微粉砕の影響
果物と野菜
| 果物/野菜パウダー | 粉砕方法 | 研削条件 | 変化点（粗粉末との比較） |
方竹タケノコ | エアジェット微粉化 | ボールミル回転速度350rpm、時間5時間、小球径3mm、ボール対材料比1:1.3:1.5:1.7:1.9:1 | 30分間の微粉化後、Dx(50)は粗粉末と比較して199μm減少した。. |
| 水セロリ | 振動微粉化 | 中国漢方薬粉砕機で2分間粗粉砕した後、5分、15分、25分間微粉砕する。 | 25分間の微粉化後、Dx(50)は粗粉末と比較して278.52μm減少した。. |
| サツマイモ | 振動微粉化 | 5、10、15、20、25、30分間のフライス加工 | 5分間の微粉化後、Dx(50)は粗粉末と比較して4.73μm減少した。. |
| タロイモの皮 | 振動微粉化 | 10、20、30、40、50、60、90分間のミリング | 微粉化処理開始から20分以内に、平均粒子径は352μmから20μm未満に減少した。. |
| サンザシ | モルタル粉砕、せん断粉砕、エアジェット微粉砕 | モルタル粉砕（100 rpmで9分間）後、1.0 mmのふるいを通過させ、10,000 rpmでせん断粉砕、エアジェット微粉砕（10 Hz、70 MPa） | オーブン乾燥とエアジェット微粉化処理後、L*値の最高値は51.35であった。. |
| レンコン | 遊星ボールミル | ボール対材料比2:1、5:1、8:1；それぞれ200、300、400 rpmで4、8、12時間粉砕 | ボール対材料比が8:1、回転速度が300rpm、粉砕時間が12時間の場合、L*値は最高値の69.2に達した。. |
| 茶芝柑橘類の果肉 | 低温微粉化 | 10～13℃で10分、30分、60分、120分間粉砕した。 | 通常の粉砕と比較して、60分間の微粉化後、L*値は68.34から89.17に増加した。. |
| ゴードン・ユーリアレの種子（キツネノミ） | 遊星ボールミル | ボールミル回転速度：100、200、300 rpm；材料対ボール比：1:10、1:20、1:30（g/g）；粉砕ボール径：4、8、10 mm；粉砕時間：10、20、30分 | 回転速度は粉末のL*値に大きな影響を与え、300rpmで最高のL*値（93.69）が得られた。. |
タマネギ | 遊星ボールミル | 20メッシュのふるいを通して粗粉砕した後、300rpmで0、6、12、18、24時間ボールミル処理する。 | 24時間のボールミル処理後、L*値は58.0（粗粉末）から64.5に増加した。. |
超微粉砕技術は、果物や野菜の粉末およびその副産物の物理化学的特性を改善し、生理活性化合物の放出を促進し、味を向上させ、製品の種類を多様化することができる。.
物理的および化学的特性：超微粉砕技術は、細胞壁や色素が埋め込まれている構造を破壊することで、色素成分の放出を促進します。さらに、超微粉末の比表面積の増加と光反射率の向上により、より均一で鮮やかな色が得られます。ただし、過度の粉砕や局所的な高温は、色素の劣化、褐変などの問題を引き起こす可能性があります。同時に、超微粉砕技術は、果物や野菜の粉末およびその副産物の水分吸収特性を大幅に改善し、吸水性と保水能力を高めることができます。しかし、粒子サイズの減少と表面構造の変化により、粉末は吸湿や凝集を起こしやすくなり、安息角や滑り角などの流動性指標が悪化し、結果として流動性が低下します。.
超微粉砕技術が果物、野菜、副産物粉末の粒子サイズと色に及ぼす影響
| 果物／野菜パウダー | 研削方法 | 研削条件 | 変化点（粗粉末との比較） |
| トマト | 超微粉砕 | 超微粉砕機で28,000rpm、2,200Wで粉砕し、その後、それぞれ40メッシュ、100メッシュ、200メッシュのふるいを通して篩分けした。 | 超微粉末のタンパク質溶解速度は粗粉末よりも有意に高く、最高値は1.24 g/100gに達した。. |
| 酸っぱいナツメの実 | 気液超微粉砕 | 1分間凍結粉砕し、80メッシュを通過させた後、1分間気液超微粉砕し、150メッシュを通過させた。 | 超微粉末の平均タンパク質抽出収率は、通常の粉砕と比較して6.85%増加した。. |
| 灰色ナツメ（フイザオ） | 振動式超微粉砕 | 万能グラインダーで2分間粉砕した後、振動式超微粉砕機で6分間粉砕して超微粉末を得る。 | 超微粉末のタンパク質含有量は、市販のナツメ粉末よりも有意に高く、0.49g/100gであった。. |
| ココナッツ | 振動式超微粉砕 | 万能グラインダーで粉砕後、60メッシュのふるいを通し、振動式超微粉砕機で5℃で5分、10分、20分、30分、40分、50分粉砕した。 | 20分間の粉砕後、可溶性タンパク質含有量は粗粉末と比較して58.81%増加した。. |
| 方竹タケノコ | 気液超微粉砕 | ユニバーサルグラインダーで10分間、その後エアジェット式超微粉砕機で10分、20分、30分間粉砕する。 | 粉砕開始から30分後、総糖含量は9.25%という最高値に達した。. |
| ナツメ | 高エネルギーナノ衝撃研削 | 万能グラインダーで10秒間粉砕し、60メッシュのふるいを通した後、高エネルギーナノインパクトミルで380rpm、20℃未満で6時間粉砕した。 | 粗挽き粉末と比較して、総糖分含有量は100gあたり5.76g増加した。. |
| ニンジン | 遊星ボールミル | 異なる乾燥方法で得られた粗粉末を、遊星ボールミルで4時間粉砕した。 | 総糖含量は、粒子径109～120μmの画分で最も高かった（3.05%）。. |
ジャックフルーツ | 振動研削 | 粗粉末を100メッシュのふるいを通し、5分、10分、15分、20分間超微粉砕して、異なる粒径の粉末を得た。 | 粗粉末のVC含有量は14.55 mg/100gであった。超微粉砕を10分間行うと、VC含有量は粉砕時間の増加とともに減少し、その後はほぼ変化しなかった（10.40 mg/100g）。. |
栄養特性および機能特性
超微粉砕技術は、果物や野菜に含まれるタンパク質の物理化学的特性を向上させることができます。細胞壁を破壊し、細胞内容物の露出を促進することで、果物や野菜の粉末およびその副産物の糖溶解度を高めます。食物繊維、特に不溶性食物繊維の物理化学的特性は、粗粉末と比較して超微粉砕後に著しく向上します。超微粉砕は、粉末の生理機能と応用価値を高めるだけでなく、抗酸化活性も向上させます。.
風味の質：超微粉砕は、従来の粉砕に比べて粉末の風味を大幅に向上させることができます。ただし、機械的な発熱によって熱に弱い風味成分が劣化したり、重要な酵素の活性が阻害されたりしないように、粉砕時間を厳密に管理する必要があります。.
健康食品
粉砕工程、粉砕媒体、粉砕環境、および粉砕後の処理を最適化することにより、健康食品中の栄養素の生体利用率を向上させ、食感を改善し、生物活性を高め、保存期間を延長することが可能となる。.
結論
食品粉末は食品産業における重要な原料形態として、製パン、飲料、乳製品など様々な分野で幅広く利用されています。その独自の物理的・化学的特性により、食品粉末は食感の改善、保存期間の延長、栄養価の向上など、食品加工において多様な機能を発揮します。食品産業の継続的な発展に伴い、食品粉末の需要は増加しており、同時にその製造技術に対する要求も高まっています。.
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