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研究概要

加熱調理・加工プロセスにおけるシミュレーション技術
-安全かつ高品質な食品製造を支援するための可視化ツール-

研究機関名

東京海洋大学・海洋科学部・食品生産科学科・食品品質設計学講座・食品熱操作工学研究室

http://www2.kaiyodai.ac.jp/~fukuoka/

代表者

酒井 昇

本研究の主旨

【概要】  食品素材の加熱・加工における伝熱・物質移動(水分、油分)の解析とともに、加熱によって非定常かつ不均一に生じる素材の変化(タンパク変性、デンプンの糊化度)を、定量的に解析する.
【解析手法】  熱移動(伝熱解析),水分移動(物質移動解析)、反応速度論(成分変化,殺菌価)、応力解析(収縮・膨潤による変形),電磁波解析(電子レンジ加熱時の発熱分布),電流解析(ジュール加熱における発熱分布),CFD解析(流体の対流解析)を対象食品および加熱法に応じて使用する.
【対象食品】  デンプン系食品:米の炊飯,パスタ・うどんの茹で調理 魚肉蓄肉:焼き魚、煮魚、ハンバーグ・ステーキ、チキン・ローストビーフの低温調理 海藻:昆布だしの抽出
【主な研究テーマ】
・電子レンジ調理(煮魚,炊飯,さつまいも)の解析
   例として、Fig.1に、魚を電子レンジで調理するときの電子レンジ解析モデルを示す。このモデルを用いて電磁波解せきをすることにより、発熱分布が得られ、さらに熱伝導解析を行うことにより、温度分布が得られる(Fig.2)。結果はアニメーションとして可視化される。
・ジュール加熱を利用した食品加工(ホール卵の加熱殺菌,麺類の特殊加工,肉類の低温調理)
・過熱水蒸気を用いた食品加工(野菜の殺菌,魚の焼成)
・茹で調理における対流の影響(パスタ,うどん,こんぶだし)
・魚、肉類調理時の熱移動と反応および物質移動
   Fig.3にハンバーグをフライパンで焼成したときのシミュレーション結果を示す。結果は中心温度30℃でハンバーグを反転し、中心温度が75℃1分到達時に焼成を終了したものである。ハンバーグの焼成とともに、半径方向に収縮し、高さ方向に大きくなっている。また、予測した殺菌価分布を合わせて示したが、中心温度が75℃1分経過しても、中心より上の位置に殺菌価が不足している領域があることがわかる。このように、実験では求めるのが難しい殺菌価分布なども予測可能である。
電子レンジ

Fig.1 電子レンジ



容器内およびターンテーブルの温度分布

Fig.2 容器内およびターンテーブルの温度分布(180秒加熱)

Fig.3 ハンバーグ焼成時のシミュレーション結果