スナック菓子における水分問題の解決

完璧な味や食感を実現するのは、あくまで始まりに過ぎません。それ以降、お客様は毎年、一貫して完璧な品質を期待されるのです。

この短いウェビナーでは、スナック菓子において予期せぬ問題を引き起こす可能性のある要因、メーカーが不意打ちを食らわないための対策、そして品質の安定性を確保するための確実な方法について解説しました。本ウェビナーでは、以下の内容について学べます：

• 脂質酸化を予測することが直感に反する理由
• 湿気の移動が予期せぬトラブルを引き起こす仕組み
• テクスチャの変化を確実に予測する方法
• スナック菓子の市場での訴求力を高めるための効果的な改良方法

登壇者

メアリー・ギャロウェイはAQUALABのアプリケーション・サイエンティストであり、食品研究開発ラボを統括しています。彼女は、水分活性およびそれが物理的特性に及ぼす影響に関する複数の出版物の共著者でもあります。メアリーは長年の経験を活かし、顧客が水分に関連する製品上の課題を理解し、解決できるよう支援しています。

ウェビナーの議事録

司会のメアリー・ギャロウェイです。おはようございます。ご視聴ありがとうございます。今日はスナック菓子と、水分管理の方法についてお話しします。

はじめに：スナック菓子における水分関連の主な3つの課題

スナック食品における3つの主な課題、すなわち酸敗（脂質酸化）、食感の変化、および製品内部での水分移動についてご説明します。その後、この情報を製品開発にどう活かすか、また製品の品質を安定させる方法についてお話しします。

スナック菓子は、非常に多様な製品群です。ポテトチップス、クラッカー、キャンディ、肉加工品、そして栄養価のある健康的な商品などがあります。これらはすぐに食べられる状態で、水分含有量は低～中程度であり、手軽に食べられるようにパッケージされています。私たちは、消費者がすぐに手にとって食べられることを望んでいます。それこそが、スナック菓子たる所以なのです。

一般的に、スナック菓子ブランドは特定の食体験を提供しようと努めています。ポテトチップスやクラッカーを食べる時はサクサクとした食感を求めますが、ビーフジャーキーを食べる時は、まったく異なる食感を求めるものです。

ほとんどのブランドは、カビの問題を懸念していません。なぜなら、それらの製品はより低い水分活性の範囲で保存されているからです。カビの水分活性の範囲は0.7ですが、ほとんどのスナック菓子はそれより低い値にあります。では、カビの話ではない場合、水分活性はどのように役立つのでしょうか？

さて、問題は、問題が発生した時にはどうなるかということです。

もし、トレイルミックスに入っているナッツが酸化して臭くなってしまったらどうでしょう？あるいは、賞味期限前に固くなってしまったり、カビが生え始めてしまったバーはどうでしょうか？これは最近、メディアでかなり話題になっています。また、パッケージを開けたら、中身がベタベタして湿気ていて食欲をそそらないフィリング入りのケーキはどうでしょうか？

これらの問題を予見し、回避する方法を見出すことはできるでしょうか？また、これを新たな製剤開発に役立てることはできるでしょうか？

総水分量の測定は、問題解決の鍵となります

適切な食感を得るには水分が必要であり、それが顧客に満足感を与える鍵となります。先ほど挙げたクラッカーやポテトチップス、ビーフジャーキーを食べる際、顧客が求めているのはまさにその食感なのです。

だからこそ、水分含有量を把握する必要があるのです。しかし、水分関連の問題が発生した際、水分含有量だけでは役に立ちません。本当に必要なのは、水分活性に関連した水分含有量、つまり「総水分量」の測定なのです。

これらの重要な水分関連の問題を解明する鍵となるのは、水分含有量ではなく、水分活性です。これについては、今後もう少し詳しく説明します。

さて、ここにいくつかのスナック菓子を用意しました。ここでは、先ほど触れたスナック菓子における3つの主な課題、すなわち脂質酸化（酸敗）、食感の変化（柔らかくなる、硬くなる、あるいはその両方）、そして多成分製品内での水分移動について焦点を当てていきます。

第1号 – 脂質酸化

脂質酸化に関しては、この問題が生じやすい食品は脂肪分が多いものです。一般的に言えば、ポテトチップス、ナッツ類、揚げ物、チーズ、種子類といったものが挙げられます。しかし、単に脂肪分が多いだけでなく、水分含有量が少なく、水分活性が低いという点も関係しています。

なぜそれが問題なのか、説明させてください。

これは安定性図です。ここで特に有用かつ興味深いのは、脂質酸化曲線です。これは、X軸に水分活度を示しており、左から右に向かって増加しています。そして、Y軸には水分含有量と相対反応速度が示されています。

脂質酸化の推移を追ってみると、水分活性が低い段階では反応速度が非常に高い水準から始まり、その後低下していくことがわかります。実際、反応速度は約0.325に達するまで低下し続けます。その後、水分活性が上昇するにつれて、反応速度は再び急上昇します。したがって、このグラフを見る際は、先ほど触れた高脂肪のスナック菓子を念頭に置いておいてください。

例えばポテトチップスを例に挙げると、その水分活性は約0.1～0.2です。こちらのグラフのその範囲を見ていただくと、この領域では脂質酸化率が非常に高いことがわかります。 しかし、水活度が0.3～0.5の範囲では、その値が横ばいとなり、脂質酸化率が最も低くなることも分かります。つまり、水活度を0.3～0.5の範囲に上げることができれば、脂質酸化のリスクを最小限に抑えることができるということです。

その理由は、左側の水活性が低い領域では、脂肪分子が空気にさらされているため、その時点では空気が酸化を引き起こしているからです。 その後、脂質酸化率が最低値に達すると、水分が実際に脂肪分子を包み込み、保護する役割を果たします。そして、水活度が再び上昇すると、水中の酸素自体が反応物となり、脂肪の酸化を開始します。したがって、製品の水分活度を0.3から0.5の間に引き上げることができれば、液体の酸化による問題は発生しなくなります。

ここでの本当の問題は、その部分のサクサク感が失われてしまうことですが、こうした製品の場合、消費者はまさにそれを求めているのではないでしょうか？ チップスのあの心地よい歯ごたえを求めているのです。では、どうすればこの問題を解決できるでしょうか？ 食感と酸化のリスクとのバランスをとることで解決できるのです。

正直なところ、酸素は私たちの敵なんです。 これが酸化の原因になるんです。それを減らすにはどうすればいいでしょうか？そうですね、酸素吸収剤を使うことです。実際、こうした製品の中にはそれを使っているものもあります。あるいは、窒素やその他のガスで充填して、中の酸素を追い出す方法もあります。要するに、パッケージ内の酸素を減らせば、脂肪と反応して酸化を引き起こす酸素の量が減るわけです。

もう一つ重要なのは、適切な包装材を選ぶことです。この図は水蒸気透過率、つまりパッケージ内にどれだけの水分が入ってくるかを示しています。適切な包装を維持することが大切です。したがって、水蒸気透過率が低いほど良いと言えます。つまり、空気中の水分に対してより密閉性が高くなるからです。

もう一つ確認すべき点は、OTR（酸素透過率）です。これも低い方が望ましいです。なぜなら、パッケージの水蒸気透過率が非常に優れていても、OTRが高ければ、依然として大量の酸素が侵入することになり、それが酸化による劣化の原因となるからです。

もう一つ考慮すべき点は、光が酸化反応に多大な影響を与えるということです。パッケージ内の光を最小限に抑えることができれば、状況は格段に良くなります。したがって、透明なパッケージや窓付きのパッケージは避けるべきです。たとえパッケージ全体が素晴らしいデザインであっても、中身が見えるように小さな窓を設けてしまうと、それが大きな弱点になりかねません。

第2号 – 質感の変化

これらは、脂肪分が多い食品とは異なるため、少し事情が異なります。具体的には、野菜チップス、ドライフルーツ、クッキー、クラッカー、バー類、一部の菓子類、グミ、リコリスなど、そして一部の機能性素材などが挙げられます。これらの製品は、水分含有量が低～中程度であり、水分活性も同様です。

これらの製品の食感が損なわれる原因は何でしょうか？ここでは、大気の構造と、パッケージがどのようにして湿気の侵入を防ぐかを示した図を見ています。ここでの最大の敵は、製品を取り巻く環境、つまり外部の条件です。

ワックスペーパーで裏打ちされた包装やそれに類するものを使用している場合、水蒸気透過率はあまり良くありません。透過率が高すぎるため、製品内への水や水蒸気の出入りが多くなってしまいます。

実は湿気は双方向に影響するからです。例えば、時間が経つと固くなってしまうバーを作っているお客様から、なぜそうなるのかというお問い合わせをいただいたことがあります。それは、パッケージが外部環境から製品を十分に保護できていないためです。

外気の湿度が高い場合、湿気が包装を透過して製品内部の湿度を上昇させる可能性があります。しかし、その逆の現象も起こり得ます。製品の水分含有量が外気よりも高い場合、湿気は逆方向に移動するため、包装を通じて水分が失われる可能性があります。

もう一つ考慮すべき点は保管環境です。温度や相対湿度もこれに影響を及ぼします。トラックの中など、高温多湿の環境で保管する場合、包装による断熱性能次第では、製品の含水率や水分活性に影響が出る可能性があります。

一般的に、99％のケースにおいて、温度が上昇すると水分活性も高まります。もし、水分活性も良好で、食感も良く、すべてが完璧な製品を作ったとしても、包装が十分でなければ、高温の場所に置いただけで水分活性が上昇してしまいます。そして、その上昇が製品を劣化させるレベルに達した場合、問題が生じることになります。

そこで、過去にテストしたケールチップスの例を簡単に紹介したいと思います。これは等温線です。少し話を挟みますが、安定性に関するスライドでも少し触れました。等温線についてご存じない方のために、私はこれについてかなり詳しく説明しています。当社のウェブサイトには、等温線に関する非常に優れた資料があり、その有用性や活用方法などが掲載されています。 ぜひウェブサイトにアクセスして、その情報をご覧になることをお勧めします。非常に有益な情報が掲載されています。

さて、この等温線に戻りますが、ケールチップスのサンプルを装置にセットし、吸着させるために湿った空気を流しました。その後、重量の変化を測定し、乾燥させます。これにより、製品が湿気のある環境や乾燥条件下でどのように反応するかが分かります。特に食感について考える際、ここから多くのことが読み取れます。

ここにある小さな丸いマークに「RHc」と書かれています。これは臨界水分活性、つまり相対湿度のことを指します。今回は空気について話しているので、数値は0.57となっています。ケールチップスにとって、この数値は食感の変化を示すポイントです。この時点でケールチップスは柔らかくなり始めます。しかし、製造元が求めているのはそんな状態ではなく、パリッとした食感なのです。

つまり、チップスの水分活性を0.57未満に保てば、求めているサクサクした食感を維持しつつ、カビが発生する0.7未満の水活性範囲内に収めることができるということです。

課題 #3 – 水分の移動

さて、水分移動についてです。これは、外部要因が製品に侵入することによって引き起こされるテクスチャの変化とは少し異なります。ここでは、2つ以上の成分間での水分移動について話しています。

この問題が発生する製品には、フィリング入りのクッキー、ケーキ、具材入りのバー、あるいは具材入りのクッキーなどが挙げられます。具体的には、フルーツ、ナッツ、チョコレート、フルーツとナッツのミックスなどです。メーカーからは、フルーツやナッツを組み合わせたところ問題が発生したが、その原因が分からないという話を聞いたことがあります。

なぜ水分は移動するのでしょうか？それは水分含有量とは全く関係ありません。物理学とエネルギー準位が関係しているのです。そして、そのことを論じる際、私たちは「水分活性」について語っていることになります。

この図では、左側に水活性0.66のブルーベリーがあり、これを右側の水活性0.43のアーモンドに加えることになります。 どうなるでしょうか？これらを混ぜ合わせると、水分活性のレベルが一致しないため、水分が移動することになります。この場合、水分はブルーベリーからアーモンドへと移動することになります。

では、それをどのように管理すればよいのでしょうか？これらの材料を混ぜ合わせ、製品を作り上げる必要がありますが、水分移動をどのように管理すればよいのでしょうか？このグラフはその一例を示しています。材料を混ぜ合わせた後の最終的な水分活度を実際に予測することができるのです。ブルーベリーとアーモンドを混ぜ合わせた際の最終的な水分活度のレベルを予測し、問題が生じるかどうかを見極めることができるのです。

こちらが、私が作っている超シンプルなコールドプレスバーのもう一つの例です。青い色がついているのはデーツペーストです。そこにカシューナッツを加えました。カシューナッツは平らで密度が高いため、水分をあまり吸収しません。さらに、ココナッツも混ぜてみることにしました。

これらは、それぞれの成分の等温線です。このグラフは、AQUALABで利用しているプログラムから作成したものです。これらすべてを混合した場合の水活性は、この青い線にあると予測されています。これが較正点です。そして、これら2つの製品を混合した際の等温線は、この紫色の線です。これによると、これらすべてを混合すると、水活性は0.63になることが示されています。

さて、ここで振り返って確認してみましょう。これで大丈夫でしょうか？ そうですね、カシューナッツが最も大きな影響を受けることになります。つまり、水分量が増えるということです。でも、それは問題ないかもしれません。食感はそれほど悪くないでしょう？ このバーなら、許容範囲内かもしれませんね。

つまり、材料を選び、最終的な水分活度を予測し、それぞれの成分について評価を行うということです。この場合、問題がなければそのまま進められます。もし問題がある場合は調整を行いますが、これは材料を混ぜ合わせる前に済ませておくことができます。

別の方法としては、別の角度からアプローチしてみるのも良いでしょう。一般的な水活性を一つ選び、各成分の水活性をそれに合わせて調整します。

私はこの例をよく引き合いに出すのですが、これは中身にフィリングが入り、その上にアイシングが施されたスナックケーキです。3つの異なる構成要素から成り立っており、それぞれが全く異なる食感を持っています。つまり、3つの成分の含水率は大きく異なるということです。こちらが等温線です。ご覧の通り、アイシングは青色で示されています。アイシングには当然ながら多くの砂糖が含まれており、その等温線は非常に平坦な傾向があります。 クリームフィリングには脂肪分が多く含まれています。こちらがその等温線です。そして、緑色で示されているのがケーキ本体です。

この場合、水分活度は0.7に設定することにしました。0.7であれば、すべての要素が適切な食感になります。ケーキは硬すぎず、柔らかすぎず、ちょうど良い仕上がりになります。クリームのフィリングは滑らかでクリーミーになり、アイシングは水分バリアとしてケーキをしっかり保護してくれるでしょう。

しかし、水分含有量が大きく異なるにもかかわらず、これらすべてが同じ水分活度を維持していることに注目してください。つまり、ここではケーキの水分含有量が20％、クリームフィリングが約15％、そしてアイシングが約5％となっています。

つまり、もう一つのアプローチとしては、個々の要素がすべて気に入っている特定の水系反応を選び、それらをすべて組み合わせるという方法があります。それらはすべて同じ水系反応であるため、水分の移動は起こりません。

では、もし水分移動を管理するためのそうした方法が利用できない場合はどうなるでしょうか？ 拡散のプロセスを遅らせることはできますが、結局のところ水分は移動してしまいます。おそらく、希望する保存期間中は品質を維持できる程度まで、その速度を遅らせることができるでしょう。先ほども言ったように、水分移動は避けられないものですが、速度を遅らせることで、望ましい保存期間を確保することは可能かもしれません。

もう一つの方法は、物理的な防湿層を作ることです。例えばチョコレートを考えてみましょう。市販のアイスクリームコーンを食べたことがある人なら、コーンの内側にチョコレートが塗られているのを見たことがあるはずです。これが、アイスクリームとコーン本体の間にある防湿層なのです。

もし上記のいずれの方法も難しい場合は、別々のパッケージにするという手もあります。チーズとクラッカーを例に考えてみてください。常温保存可能なチーズとクラッカーでも同様です。クラッカーはサクサクで、チーズは柔らかい状態であるべきですが、それを両立させることができない場合もあります。しかし、パッケージを完全に分けてしまえば、その問題は解決できます。

製品配合を容易にするための全水分量の活用

では、この情報を製品開発にどう活かせばよいでしょうか？例えば、脂質酸化の問題が生じやすい製品や、テクスチャーの変化、あるいは水分移動の問題が生じやすい製品があるとします。そうすれば、最大の敵が何かが分かり、それらを認識して回避することができるようになります。

では、どうすればよいのでしょうか？例えば、ある商品の新しい種類や新しいフレーバーを考案したいとしましょう。その場合、これまでの情報を活用して、新しい種類に応用することができます。

あるいは、保存料を一切含まない「クリーンラベル」への製品改良に興味がある場合や、糖分を減らすなどといった場合を考えてみましょう。こうした点をどのように考慮すればよいのでしょうか？ 今では、原材料の変更が最終製品にどのような影響を与えるかが分かっているため、新しい配合を正確に評価することができるのです。

こちらに、等温線図で見てきたような水分活性と水分含有量を示した簡単な図があります。2種類の配合があります。これらは2種類のバーでも、グミのコーティングでもあり得ます。グミの場合、外側がベタつくようなシネレシスが発生することがありますが、それを防ぐためです。そこで、新しいコーティングを試しているところです。これらについて等温線測定を行い、水分がそれぞれにどのように作用するかを比較することができます。

また、機能性成分の劣化を水分活性と関連付けることも可能です。これは実に素晴らしいことです。なぜなら、水分含有量、水分活性、そしてビタミンCやタンパク質など、機能性成分の有効性といった重要な情報をすべて取り入れ、それらを組み合わせて1つのチャートにまとめ、相互の相関関係を示すことができるからです。そうすることで、最適な処方を開発することが可能になります。

なるほど。それらはとても役立ちますね。これから何に取り組むのかを教えてくれ、落とし穴がどこにあるかを示し、それらに対処する方法を計画する手助けをしてくれます。

総水分量を用いて製品の品質を安定させる

どうすれば一貫して結果を出せるのでしょうか？目指すべき場所はわかったとしても、どうやってそこにたどり着くのでしょうか？私たちに必要なのは、一貫して成果を出し続けることです。

この図の真ん中には、こんなにかわいいスマイルマークが描かれています。私たちが顧客にいてほしいのは、まさにこの場所ですよね？私たちは一貫した品質を提供し続けることで、顧客にブランドへの忠誠心を持ってもらいたいのです。顧客は、商品が届いた瞬間に、それがまさに期待通りのものであると確信できるはずです。嫌な驚きもなく、カビや酸化したナッツなどといった不快なものは一切ありません。 もしそれが実現できれば、消費者は私たちが発売する新製品にも興味を持ってくれるはずです。製品AやBで良い体験をしたからこそ、製品CやDが登場した時には、「前の製品もすごく気に入ったから、この新製品も試して、気に入るかどうか確かめてみよう」と思ってくれるのです。

残念ながら、逆のケースもあり得ます。ネガティブな体験は、将来の印象にも影響を及ぼします。 例えば、顧客が気に入った製品があったとしても、その後バーにカビが生え始め、箱ごと捨てざるを得なくなったとしましょう。そうなれば、顧客は今後その製品を購入することや、あなたが提案する改良版を試すことに対して、非常に躊躇するようになるでしょう。ですから、この両方の可能性を認識しておく必要があります。一貫性を保つことに注力しなければならないのです。

では、簡単な図をご説明します。これは等温線の例です。バーの例を続けてみましょう。 赤色で示されているのが、私たちが目指す目標水分活性です。また、理想的な食感をもたらす、望ましい水分含有量も示されています。このゾーンを維持できれば、その「スイートスポット」に到達できることになります。スイートスポットに到達することの素晴らしい点は、消費者が求めるものを毎回確実に提供できるということです。

これにより、マイナス面を最小限に抑え、プラス面を拡大することができます。例えば、ここにあるゾーン、つまり水分活度を下げて含水率を低下させている領域では、品質が低下してしまいます。それは消費者が求めているものではありません。逆に、数値が高すぎると、安全性が損なわれてしまいます。 ここに余裕を持たせる必要があります。高温環境に置かれる製品の場合、水分活性が上昇し、食感が変化したりカビが発生しやすくなったりする可能性があります。一方、こちらの水分含有量が低い領域では、歩留まりや収益が低下します。製品を乾燥させすぎており、最適な範囲から外れてしまっているのです。

一般的にこうした商品は重量売りが主流なので、それが売上に響くことは明らかです。ですから、ここにある「ちょうどいいバランス」を見極めることができれば、ビジネスにとっても製品にとっても、あらゆる面でプラスになるはずです。

結論

「総水分」はどのように活用できるでしょうか？総水分とは、水分含有量と水分活度の両方を指します。適切な食感を維持するためには、これら両方を監視する必要があります。また、水分活度が適正であることを確認することで、水分の移動や食感の変化、あるいはこれまでに述べたその他の問題といった予期せぬトラブルを防ぐことができます。

つまり、この測定値を活用してプロセスの詳細を設定し、「よし、これが狙っていた最適なポイントだ。こうしよう」と決めて、それをモニタリングすることができるのです。生産に変化が生じるかどうかを把握できます。例えば、オーブンの温度が高すぎる場合、水分含有量や水分活度をモニタリングしていればそれが分かり、調整を行うことができます。 最終工程である品質管理（QA）の最終検査で「ああ、ここが基準を満たしていない」と判明する前に、調整を行うことができます。生産の早い段階で調整を行えるのです。そうすれば、常にその仕様を満たしていれば、信頼性の高い製品が得られ、予期せぬ事態は起こらないと分かります。すでにすべての事前配合は完了しており、利用可能な情報はすべて活用しているのです。

復習の要点

では、ここで私が強調したい重要なポイントをいくつか挙げておきます。

1. 脂質の酸化については、食感と酸化の度合いのバランスをとることが重要だということを忘れてはいけません。その対策を考える際には、もう少し工夫を凝らし、少し違った視点で考える必要があるかもしれません。
2. 製品内の水分を適切に管理できるようにしたいものです。そのためには、水分活性値と、水分がどのように移動するかを把握しておく必要があります。
3. 主要なデータを用いて事前に配合を策定し、個々の成分に関する水分情報をすべて統合し、さらには栄養添加物の劣化を予測することも可能です。
4. 配合を決定した後、総水分値を参考にすることで、毎回安定したバッチを製造するのに役立つその他の要因を把握することができます。

さて、本日のプレゼンテーションは以上です。ご参加いただき、ありがとうございました！

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