新鮮なものからフリーズドライまで、宇宙飛行士が食べるフルーツや野菜のチップスはどのような変化を遂げてきたのでしょうか?

私たちが今よく食べているフリーズドライの果物や野菜のスナックについて話すとき、フリーズドライ技術について触れなければなりませんが、これは前世紀の航空宇宙技術の発展に始まります。 1961年に旧ソ連のガガーリンが宇宙船で宇宙に行って以来、ますます多くの宇宙飛行士が宇宙で暮らすようになりました。宇宙での長期生活では、宇宙飛行士の毎日の栄養補給に対する要求がさらに高まります。重力がない宇宙環境では、食事、特に液体や流動食は面倒で危険なことでもあるということを知っておく必要があります。さまざまな果物はビタミンや食物繊維が豊富ですが、水分が多いため宇宙での摂取には適していません。

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しかし、当然ながら、この小さな問題は科学者を困惑させるものではありません。宇宙環境で果物を食べる上で最大の障害となるのは果物の中の液体なので、果物を「乾燥させる」だけで十分ではないでしょうか？もちろん、空気乾燥、焼く、漬けるなど、果物を単純に乾燥させるのは簡単です。しかし、難しいのは、果物を「乾燥させる」際に、果物本来の栄養素をできるだけ多く残す方法にあります。科学者による研究と検証を重ねた結果、凍結乾燥技術は1960年代に航空宇宙分野で利用されるようになりました。

1.新鮮な果物からフリーズドライフルーツまで、必要なのはたった3つのステップ

凍結乾燥技術の原理は実のところ複雑ではありません。野菜や果物を超低温環境で乾燥させるものです。全体のプロセスは、おおまかに 3 つのステップに分かれています。

01 クイックフリーズ

急速冷凍により、野菜や果物は急速にマイナス40度の超低温環境に置かれます。このような低温環境では、野菜や果物に含まれる水分が瞬時に固体に固まってしまいます。

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このプロセスにより、果物や野菜に含まれる有効な栄養素がすべて「ロック」され、脱水プロセス中の栄養素の損失を防ぐことができます。急速冷凍法を使用する理由は、冷却速度が十分でないと、食品内の水分が凝固の過程で大きな氷結晶を形成し、食品の内部生理構造を破壊してしまうためです。

02 掃除機をかける

果物や野菜を急速冷凍した後は真空処理が必要です。真空が必要な理由は、水が固体と気体の間で変化するプロセスに関係しています。

ドライアイス昇華 |出典: Yitu.com

1標準大気圧下では、水の沸点は100℃、つまり100℃で水蒸気に変わることが分かっています。しかし、水の沸点は一定ではありません。気圧が下がると、水の沸点も下がります。気圧が 0.006 標準大気圧まで下がると、水は液体への相変化を経ることなく、固体の氷から気体の水蒸気に直接昇華します。超低温の果物や野菜を真空にすると、実際には非常に低圧の環境に置かれ、低温の冷凍環境で乾燥できるように食品を準備できるようになります。

03 乾燥

最初の 2 つのステップによって作成された低温および低圧環境では、わずかな温度上昇のみが必要です。果物や野菜の中で「凍結」された固体の水分は、直接気体の水蒸気に昇華し、食品から放出されます。この低温低圧環境では、果物や野菜は水分だけが失われ、他の栄養素はほぼすべて保持されることに注意してください。それだけでなく、このプロセスでは果物や野菜の細胞構造が完全に破壊されるわけではないので、食品の外部の「形状」も保持されます。唯一の違いは、水分が失われることで内部構造が緩み、多孔質になることです。

エアドライマンゴーとフリーズドライマンゴー |画像ソース: nu1983/deposit_internal/IC、Hajai Photo/adobe/IC photo

3 つのステップを経て加工された果物や野菜は水分を失いますが、他の栄養素はほぼすべて保持されます。また、サクサクとした味わいなので、宇宙飛行士が宇宙で食べるのに最適です。その後、この技術が実用化され、フリーズドライ食品は栄養の保持、長距離輸送の容易さ、長期低温保存、独特の味などの理由から、食品メーカーに徐々に好まれるようになりました。だから今日、私たち一般人も、本来は宇宙飛行士だけが食べられた食べ物を味わう機会があるのです。

2.凍結乾燥、精密な雷保護

実際、歴史を振り返ると、人類は食品を長期保存するために、漬ける、自然乾燥する、焼くなど、野菜や果物のさまざまな脱水・乾燥方法を発明してきました。しかし、これらの方法にはいずれもさまざまな欠陥があり、栄養素の大きな損失につながります。主な理由は、野菜や果物の原料自体のいくつかの特性が、加工プロセス中に乗り越えられない地雷原を作り出すためです。主な地雷原は次のとおりです。

01 高温変性

果物や野菜に含まれる主な栄養素の一つは各種ビタミンですが、多くのビタミンは熱安定性が悪く、熱にさらされると簡単に分解・破壊されてしまいます。したがって、食品を焼いたり、揚げたりして乾燥させると、必然的にビタミンが失われてしまいます。

アップルパイ |出典: Paixin Creative

02 酸化

ビタミンは高温によって簡単に破壊されるだけでなく、酸化によっても簡単に分解されます。そのため、果物や野菜（レーズンなど）を加熱せずに自然乾燥や日陰乾燥しても、ビタミンは大きく失われてしまいます。

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03 呼吸反応

新鮮な果物や野菜は、細胞が活動している間は呼吸を続けます。呼吸は食物に含まれる糖分を消費するだけでなく、発酵を引き起こすこともあります。そのため、食品を空気乾燥または陰干しする場合、温度、酸素濃度などの環境条件が適切に管理されていないと、呼吸発酵により食品が早く腐敗する可能性があります。

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04 浸透

保存された果物や野菜は、果物や野菜の細胞を高濃度の塩と砂糖の溶液にさらし、細胞膜の浸透圧効果により細胞から大量の水分を失わせる方法である漬物法によって加工されます。しかし、この方法では植物体内の水分とともに水溶性ミネラルも大量に失われてしまいます。同時に、外液中の糖分や塩分が細胞内に浸透し、食品の塩分や糖分の栄養が基準を超えてしまいます。

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前述の伝統的な食品乾燥方法の欠点と比較すると、凍結乾燥技術はそれらを完全かつ正確に回避することができます。急速凍結技術は、栄養素が高温によって変性するのを防ぎ、植物の呼吸反応を抑制します。真空環境により酸化を防ぎ、固体状態から水を直接昇華させる乾燥方法により水溶性栄養素が水とともに失われるのを防ぎます。加工プロセス全体を通して失われるビタミンはごくわずかで、食物繊維、ミネラル、有機酸などの他の栄養素は完全に保持されます。さらに重要なのは、急速な低温環境で乾燥・脱水された果物や野菜は、主な内部細胞構造が破壊されないため、ある程度の細胞活動が保持されることです（一部の細胞壁は氷の昇華プロセス中に破壊されます）。

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室温に戻ると、これらの細胞は空気中の水分を再吸収することで細胞活動を部分的に回復することもできます。食品を室温に長く放置すると、より多くの水分を吸収します。フリーズドライの果物や野菜は、取り出したばかりのときはサクサクしていますが、しばらく置いておくと徐々に柔らかくなるのはそのためです。

出典：重慶科学技術博物館

レビューの専門家: CPU、サイエンスライター。

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