JP7438438B2

JP7438438B2 - 発酵菊芋及びその製造方法

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Publication number: JP7438438B2
Application number: JP2023139399A
Authority: JP
Inventors: 陽子江藤; 大介江藤
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Priority date: 2021-07-02
Filing date: 2023-08-30
Publication date: 2024-02-26
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Description

本発明は、菊芋を発酵させて機能性成分を増加させた発酵菊芋及びその製造方法に関する。

菊芋（学名：Ｈｅｌｉａｎｔｈｕｓｔｕｂｅｒｏｓｕｓ）は、キク科ヒマワリ属の多年草で、主に肥大した根の部分が食される。北アメリカが原産とされ、日本には江戸時代末期に家畜の飼料用として導入された作物である。菊芋塊茎は、難消化性多糖類イヌリンを豊富に含んでおり、糖尿病等の病気の治療への応用が期待されている成分でもあることから近年脚光を浴びている。

菊芋塊茎に含まれるイヌリン以外の機能性成分としては、カフェオイルキナ酸類、クマリン、レクチン及びセスキテルペン類などがあることが報告されている。また、ポリフェノールについての報告もあり、菊芋を所定の焙煎回数かつ所定の温度で焙煎することにより総ポリフェノール含有量が増加することについて報告がある（非特許文献１）。

非特許文献１の菊芋加工方法は、菊芋を１９０℃で３０分間焙煎することにより、総ポリフェノール含量を最大限に増加させたと報告している。また、総ポリフェノール含量が増加する１７０℃（３０分焙煎）を超えるとカフェ酸誘導体類は減少し、新たな成分が増加したこと及びイヌリンの含量については１７０℃（３０分間焙煎）までは有意な変化は認められず、１９０℃以降は、温度が高く時間が長くなるにつれ減少したことについて報告している。

石黒浩二、横田聡「焙煎によるキクイモ中のポリフェノールおよびイヌリンへの影響」日本食品科学工学会誌、第６５巻、第１号、２０１８年１月

しかしながら、非特許文献１のポリフェノール総量は、最大値であっても然程高くなく、また、長時間の焙煎により強い苦みを呈し、そのまま食したり食品に添加して摂取したりするには適さないという問題があった。

本発明は、このような問題点に着目してなされたものであり、機能性成分であるポリフェノール含有量を最大限に高め、かつそのまま食しても苦みを呈しない菊芋加工食品を提供することを目的とする。

前記課題を解決するために、本発明の発酵菊芋は、
菊芋を加工した菊芋加工食品であって、
前記菊芋を１週間以上発酵させ、菊芋内部を含めた菊芋全体を黒色としたことを特徴としている。
この特徴によれば、１週間以上発酵させ、菊芋表面だけでなく菊芋内部まで黒色となるよう菊芋全体を十分に発酵させることにより、菊芋が甘みのあるまろやかな味を呈するとともに、機能性成分が多く含まれる菊芋加工食品とすることができる。また、発酵させた菊芋粉末を代用コーヒーとして用いる際に、黒色の粉末であることから、見た目もコーヒーに近いものとすることができる。

前記発酵菊芋を焙煎処理したことを特徴としている。
この特徴によれば、菊芋加工食品の粘土が低下して取り扱いが容易となり、菊芋加工食品としての用途が増える。

前記焙煎処理を２回以上繰り返すことを特徴としている。
この特徴によれば、機能性成分であるポリフェノール含有量を増加させた菊芋加工食品とすることができる。

前記焙煎処理は、１７０～２１０℃の温度で、かつ１分間～１１分間焙煎することを特徴としている。
この特徴によれば、機能性成分を増加させるとともに、焦げによる苦みや風味を呈することなく甘みを有する菊芋加工食品とすることができるため、そのまま食したり食品に添加したりして利用することができる。

本発明の発酵菊芋の製造方法は、
菊芋を加工した菊芋加工食品の製造方法であって、
前記菊芋を１週間以上発酵させ、菊芋内部を含めた菊芋全体を黒色とする工程を含むことを特徴としている。
この特徴によれば、１週間以上発酵させ、菊芋表面だけでなく菊芋内部まで黒色となるよう菊芋全体を十分に発酵させることにより、菊芋が甘みのあるまろやかな味を呈するとともに、機能性成分が多く含まれるようになる。また、発酵させた菊芋粉末を代用コーヒーとして用いる際に、黒色の粉末であることから、見た目もコーヒーに近いものとすることができる。

発酵菊芋の製造工程を示すフローチャートである。菊芋及び黒菊芋の焙煎前後の状態を示す写真である。菊芋の発酵及び焙煎処理によるポリフェノール含有量の違いを示すグラフである。黒菊芋の焙煎回数（１回～８回）とポリフェノール含有量との関係を示すグラフである。黒菊芋の焙煎回数（０回～１２回）とポリフェノール含有量との関係を示すグラフである。黒菊芋の発酵期間とポリフェノール含有量との関係を示すグラフである。

本発明に係る発酵菊芋の製造方法について図１のフローチャートを参照して説明する。ＳＴ１は、収穫・選別工程である。菊芋を収穫し、菊芋塊茎（以下、単に「菊芋」という。）とそれ以外を分離し、傷みの生じている菊芋を除外する。

ＳＴ２は、洗浄・水切り工程である。菊芋を高圧洗浄機に投入し、水切りする。土が落ちやすいよう菊芋に付着した土が乾燥する前に高圧洗浄機にて洗浄し、菊芋が傷まないよう適度な圧力となるよう調整する。

ＳＴ３は、風乾工程である。菊芋を台車などに均一に広げ、直射日光を避けて３日～４日間乾燥させる。風乾により甘みが増し、長期保存が可能となる。なお、以後の工程を効率よく行うため、菊芋を同厚にスライスしてもよい。

ＳＴ４は、発酵工程である。台車に載せた菊芋を発酵室に移動して発酵させる。発酵室は、温度が５５～８０℃、湿度が６５～９０％の状態に保たれており、該発酵室にて１週間以上発酵させる。１週間未満の発酵では菊芋の表面が黒くなっているものの、菊芋内部は発酵されておらず、甘みも感じることができない。また、１週間以上発酵すると、菊芋の中心部分を含めた菊芋全体が熟され黒くなり（以下、全体が黒くなった菊芋を「黒菊芋」という。）、そのまま食したときに栗もしくは焼き芋のようなまろやかな甘みと僅かな酸味が得られるようになる。２週間程発酵させると、プルーンのような強い甘みと酸味が感じられるようになる。発酵期間が長いほど甘みや酸味が強くなるが、３月以上発酵させると腐敗するため注意が必要である。発酵温度は、好ましくは６０～７５℃、より好ましくは６０～７０℃とすることで効率よく発酵できる。

菊芋自体は甘みがないため味を付与するか、もしくはサプリメントのようにカプセル化したり錠剤化したりする処理が必要であるが、本発明による黒菊芋は、甘みのあるまろやかな味を呈し、そのままでも美味しく食することができる。このように、本発明は、菊芋を未加工状態で十分発酵させ、甘みを感じるようにしたことが特徴であり、発酵処理のために特に発酵促進物などを用いる必要は無い。

ＳＴ５は、温風乾燥工程である。黒菊芋に６０～８０℃の温風を２４時間当てて全体を乾燥させる。

ＳＴ６は、焙煎工程である。温度を１７０～２１０℃とし、３分間～１０分間オーブンにて焙煎する処理を２回以上繰り返す。温度を１７０～２１０℃とすることで焙煎後の菊芋を粉砕して代用コーヒーとして利用する際に、よりコーヒーに近い風味とすることが可能となり、より好ましくは１８０～２００℃とする。

また、黒菊芋を焙煎処理することにより粘土が低下し、後述する粗挽加工（ＳＴ７）や粉末加工（ＳＴ８）工程において取り扱いが容易となる。焙煎時間は１分間～１１分間とし、１１分を超えて焙煎すると焦げ臭い風味と強い苦みが生じ、そのまま食すると甘みは全く感じることができない。また、詳細は後述するが、焙煎工程を２回以上繰り返すことでポリフェノール含有量を増加させることができる。また、２回以上焙煎することで次の粗挽加工（ＳＴ７）の作業が容易になり、その次の粉末加工（ＳＴ８）においても、さらさらとした粉末状の黒菊芋とすることができる。

なお、焙煎時間を３分～１１分の間で２分おきに味を確認したところ、７分でやや苦みを呈し、９分以上となるとはっきりとした苦みを呈するようになり、１１分では強い苦みと焦げ臭さが生じるため、そのまま食するには抵抗があることが分かった。また、２分程度でも焙煎は可能であるが、焙煎後一旦冷やし、次いで焙煎を行うように繰り返し焙煎作業を行う場合は焙煎作業をできるだけ少なくする必要があり、効率よく焙煎する観点から１回の焙煎で３分以上焙煎することが好ましく、作業効率を考慮した上で甘みを呈する菊芋加工食品とするには、焙煎時間を５分間～７分間とする。例えば、１回の焙煎時間を５分間とすることにより、１２回焙煎を繰り返したとしても焦げによる苦みや風味を呈することなく甘みを有する黒菊芋とすることができる。

ＳＴ７は、粗挽加工工程である。焙煎後の黒菊芋をクラッシャーに投入し粗挽きする。

ＳＴ８は、粉末加工工程である。粗挽きした黒菊芋を更に粉砕し、粉末パウダーとする。本工程後のサンプルは、後述する実験例１で示す図２の焙煎黒菊芋粉末（写真の右から２番目）であるが、焙煎処理を行う前は、同図の黒菊芋粉末（写真の一番右）にように塊が生じ、取り扱い難くなる。

このように、ＳＴ１～ＳＴ８のフローにて黒菊芋の加工食品を製造することで、発明者らは、菊芋そのものを加工食品として利用するだけでなく、菊芋を発酵させて新たな食品である黒菊芋とし、見た目だけでなく全く異なる酸味のあるフルーツのような強い甘みを呈する食品とする方法を見いだした。また、この方法によれば、発酵させた菊芋粉末を代用コーヒーとして用いる際に、黒色の粉末であることから、見た目もコーヒーに近いものとすることができる。

次に、黒菊芋を、酸味と強い甘みを呈する食品としての利用だけでなく、ポリフェノール含有量を増加させる加工食品として利用する方法について追求し、各種実験を行った結果について図２から図６を参照して説明する。

（実験例１）
まず、図２に示すように、左から菊芋の乾燥粉末（以下、「菊芋粉末」という。）、焙煎処理した菊芋の乾燥粉末（以下、「焙煎菊芋粉末」という。）、黒菊芋を焙煎処理した乾燥粉末（以下、「焙煎黒菊芋粉末」という。）、黒菊芋の乾燥粉末（以下、「黒菊芋粉末」という。）をそれぞれ１００ｇ準備した。焙煎菊芋粉末と焙煎黒菊芋粉末の焙煎方法は、いずれも焙煎工程（ＳＴ６）で、温度１９０℃で５分間焙煎し、その後５分間自然冷却したものを１回とし、これを６回繰り返したものであり、焙煎処理は２０２１年２月１５日に行った。また、焙煎黒菊芋粉末と黒菊芋粉末の発酵期間は２週間とし、これら各種サンプルのポリフェノール含有量について分析した結果を図３に示す。分析は、一般社団法人日本食品分析センターに委託した。また、非特許文献の焙煎菊芋粉末（最大値）を同図右側に示している。

この結果により、黒菊芋粉末は、菊芋粉末よりもポリフェノール含有量が３倍以上増加しており、発酵させて黒菊芋とすることで甘みを呈する加工食品となるだけでなく、機能性成分を有効に増加させることができることが明らかになった。また、焙煎黒菊芋粉末は黒菊芋粉末よりもポリフェノール含有量が２．５倍以上増加しており、焙煎処理を行うことにより、更に機能性成分を有効に増加させることができる。また、焙煎黒菊芋粉末と非特許文献における菊芋焙煎粉末のポリフェノール含有量の最大値とを比較しても、菊芋を発酵させて黒菊芋とし、これを焙煎処理することで、ポリフェノール含有量が約２倍多く含まれる食品とすることができることが明らかになった。

（実験例２）
次に、発酵期間を３週間とした黒菊芋を使用し、焙煎処理を１回～８回行ったときのポリフェノール含有量の変化について確認し、その分析結果を図４に示す。グラフより、焙煎回数１回～３回は、回数を増やすにつれてポリフェノール含有量が増加したが、４回で減少し、焙煎回数４回～８回は、回数を増やすにつれてポリフェノール含有量が増加した。この結果について考察すると、何れのサンプルも発酵期間３週間の黒菊芋に温風乾燥処理（ＳＴ５）をしたものであるが、焙煎回数１回～３回のサンプルは２０２１年３月２９日に焙煎処理を行い、焙煎回数４回～８回のサンプルは２０２１年４月１９日に焙煎処理を行ったため、加工日の違いや加工までの黒菊芋の保管状態などによるデータの相違の可能性があることから、より正確なデータを得るため、次の更なる実験（実験例３）を行った。なお、本実験例２における焙煎方法は、いずれも焙煎工程（ＳＴ６）において、温度１９０℃で５分間焙煎し自然冷却する作業を所定回数繰り返したものをサンプルとしており、発酵期間を除くその他の条件は、実験例１のサンプルと同じである。

（実験例３）
次に、４週間発酵させて温風乾燥処理（ＳＴ５）した後の黒菊芋を使用し、２０２１年５月２０日の同日に、焙煎処理を０回～１２回行って粗挽及び処理しサンプルを作製した。そのときのポリフェノール含有量の分析結果を図５に示す。なお、発酵期間を除くその他の条件は、実験例１や２のサンプルと同じである。

図５より、焙煎回数を増やすにつれてポリフェノール含有量が増加し、焙煎回数は８回目でピークとなり、それ以降は減少していくことが証明された。最大値となった焙煎回数８回目においては、ポリフェノール含有量が５９．９ｍｇ／ｇとなり、甘みを呈する焙煎後の黒菊芋粉末でありながら、従来の菊芋粉末や焙煎菊芋粉末と比較してもポリフェノール含有量を著しく増加させることが可能であることが明らかとなった。

なお、実験例１～実験例３においては、加工日がそれぞれ異なるものの、発酵期間を２週間、３週間、４週間とした黒菊芋を６回焙煎した場合のポリフェノール含有量の比較としても参考になるため、そのグラフを図６に示す。

以上、本発明の実施例について、実験例１～実験例３により説明してきたが、具体的な構成はこの実施例に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲における変更や追加があっても本発明に含まれる。

例えば、前記実施例では、黒菊芋を焙煎したものを粗挽加工や粉末加工を行った例を示したが、これに限られず、例えば、黒菊芋を温風乾燥のみさせたものや、温風乾燥した黒菊芋を焙煎せずに粉末化させた加工品としてもよい。また、前記実施例では、粉末化したサンプルの例について説明したが、形状はペースト状やジェル状でもよいし、これらをカプセル化したものでもよい。また、これらの食品に他の機能性のある物質を付与した加工食品としてもよい。

Claims

菊芋を１週間以上発酵させ、菊芋内部を含む菊芋全体が黒色からなる発酵菊芋とする工程と、
前記発酵菊芋を１７０～２１０℃の温度で、かつ少なくとも２回以上焙煎処理する工程と、
前記焙煎処理した発酵菊芋を粉末パウダー状にする工程と、
からなることを特徴とする菊芋加工食品の製造方法。
前記焙煎処理は、１回につき、１分間～１１分間焙煎することを特徴とする請求項１に記載の菊芋加工食品の製造方法。
前記発酵菊芋を焙煎処理する工程において、４回以上１１回以下焙煎することを特徴とする請求項１または２に記載の菊芋加工食品の製造方法。