乳業工学

乳業工学：安全でおいしい乳製品生産のための科学技術

乳業工学は、牛乳や乳製品の製造プロセスを工学的に研究する学問分野です。安全で高品質な乳製品を効率的に生産するために、熱力学、流体力学、微生物学、化学工学などの知識を応用します。単なる製造技術にとどまらず、生産工程の最適化、省エネルギー化、品質管理、衛生管理など、幅広い視点から乳製品製造を支える重要な役割を担っています。

歴史

乳業工学の体系化は、1942年にアメリカのAuahur W.Farrall博士が著した『Dairy engineering』が最初とされています。同書は、それまで経験則に頼っていた乳製品製造に、科学的な根拠に基づく工学的手法を取り入れることを提唱しました。その後、1981年にはG.Kessler博士による『Food Engineering and Dairy Technology』が出版され、乳業工学は食品工学の一分野として発展を遂げました。

乳製品製造における主要な単位操作

乳業工学では、以下の様な単位操作が重要です。

1. 熱交換（加熱殺菌）

牛乳の殺菌は、乳製品製造において最も重要な工程の一つです。目的とする菌の死滅と、製品の品質を維持するために、最適な加熱条件を選択する必要があります。代表的な加熱殺菌法には、低温長時間殺菌法(LTLT)、高温短時間殺菌法(HTST)、超高温殺菌法(UHT)などがあります。それぞれ、殺菌温度と時間によって殺菌効果と製品品質への影響が異なります。

2. 分離

遠心分離機や膜分離技術を用いて、牛乳からクリームと脱脂乳を分離したり、原料乳から夾雑物を取り除いたりします。チーズ製造では、カードからホエーを分離する工程も重要です。

3. 均質化

牛乳の脂肪球を微細化することで、脂肪の分離を防ぎ、製品の安定性や食感向上に役立ちます。均質機を用いて高圧下で牛乳を処理することで、脂肪球の大きさを小さくします。市販の牛乳の多くは均質化処理されており、「ホモ牛乳」と呼ばれています。

4. 蒸発

粉乳や練乳の製造では、牛乳を濃縮する工程が必要です。エバポレーターと呼ばれる装置を用いて、水を蒸発させ、固形分を高めます。「エバミルク」は、この蒸発濃縮された牛乳を指します。

5. 乾燥

濃縮された牛乳を乾燥させて粉乳を製造します。噴霧乾燥法が一般的に用いられ、高温の熱風により水分を蒸発させます。乾燥後の粉乳は、保存性が高く、輸送にも適しています。

6. 冷却

牛乳の保存には、低温管理が不可欠です。殺菌後の牛乳は、迅速に冷却し、10℃以下で保存されます。冷却工程の温度管理は、製品の品質に大きく影響します。アイスクリーム製造では、急速冷却によって微細な氷結晶を生成し、滑らかな食感を実現します。

7. その他の単位操作

バターへの食塩添加、混合、結晶化、相転換、造粒、包装なども、乳製品製造工程における重要な単位操作です。特に造粒は、粉乳の溶解性を向上させるために重要です。

関連分野

乳業工学は、食品工学、冷凍工学、熱工学、粉体工学、流体力学、発酵工学、衛生工学など、様々な分野と密接に関連しています。これらの分野の知識を総合的に活用することで、より高度な乳製品製造技術の開発が可能になります。

まとめ

乳業工学は、科学技術を駆使して安全で高品質な乳製品を生産するための重要な学問分野です。今後も、消費者のニーズに対応した新しい技術開発が期待されています。

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