食品メーカーのための、固まりや塊を防ぐためのステップバイステップガイド

食品・医薬品業界では、結塊や固まりは至る所で見られる現象です。流動性の高い粉末がある場所には、通常、塊や固まりが生じます。

粉末が湿気にさらされると、水蒸気を吸収します。最初は水蒸気が粉末粒子の表面にとどまりますが、やがて粒子内部へと浸透し始めます。すると粉末は滑らかに流れなくなり、問題が生じ始めます。

水分含有量だけでは予測できない

流動性の高い粉末は、5つの固結段階を経ます。粒子は湿り、その後粘着性を帯び、凝集し、圧縮され、最終的に液状化段階に達します。この過程には、粒子の形状や大きさ、加えられる圧力、化学組成など、多くの要因が影響します。固結を予測し、防ぐためには、時間、温度、水分活性という3つの要素さえ把握すれば十分です。

臨界水分活度

製品は、特定の水分活度（aw）で固まったり塊になったりする。この臨界水分活度は製品ごとに異なるが、高分解能の等温線を用いて特定できる場合が多い。臨界水分活度が分かれば、製品をその値以下に保つことで、固まりを防ぐことができる。

水分活度が比較的高い状態で原料を添加すると、製品の水分活度が変化する可能性があります。また、周囲の湿度が高い場合や温度が上昇すると、製品の水分活度が上昇する可能性があります。

3つの簡単な手順で、固まりや塊を防ぐ

1. 絶対に水を加えないでください
2. 水分を加えると、水分活性が上昇します。水分活性が高い状態では、湿度の高い空気や他の成分から水分が吸着されることがあります。
3. 「測るは二度、加工は一度」
4. 周囲の湿度が粉末の水分活性よりも高い場合、粉末は固まってしまいます。添加する原料の水分活性が高い場合も、粉末は固まってしまいます。問題を防ぐために、適切に測定してください。
5. 高解像度の等温線を入手する
6. DDI等温線は、結塊や固まりが生じる水活度の閾値を特定します。図1は、DDI等温線の様子を示しています。DVS試験では、さまざまな条件下で製品が水分を吸収するまでの時間を予測します。これにより、製品開発者は、例えば室内の湿度が60％の場合、粉末が水活度0.45に達するまでに要する時間を調査することができます。

図1. 粉乳のDDI等温線は、結塊や固まりが生じる水活度の閾値を明確に示している

粉末の安定性解析を簡素化する

このウェビナーでは、ブレイディ・カーター博士が、吸湿等温線と水分活性から得られる情報を活用して、粉末製品の保存期間を延長し、安定性を管理する方法について解説します。

主な内容は以下の通りです：

• 粉末の安定性
• 粉体の流動と固結に関する科学
• 粉体の流動に関する問題への対処法
• 粉末の水分含有量を測定しても意味がない理由
• 水分活度を用いて粉末の流動性を制御する方法
• ガラス転移の理解
• 等温線を用いた水の重要な活性度の特定