はじめに
フルーツグミは、夏でも冬でも、50℃の砂漠でも-40℃の北極でも、一年中おいしく食べられる。このような "甘いお菓子 "が高温でくっつき、粘着性の塊のようなものを形成したり、寒さの中でかじったときに歯が抜けてしまったりしたら不快だろう。これらの例を見れば明らかだ：フルーツグミは、柔らかいものから硬いものまで様々な弾性特性を示し、温度にも強く影響されるようだ。粘弾性特性の評価には、動的機械分析が用いられる。湿度チェンバーと組み合わせれば、乾燥と加湿がグミの機械的挙動に及ぼす影響も記録できる。
異なる気候帯のフルーツグミはどのような機械的挙動を示すか？
調査用に以下の国のフルーツグミが用意された：
- ドイツ
- オランダ
- オーストラリア
- ニュージーランド
- ロシア
classic 、ゼラチンベースのフルーツグミのほか、ビーガンタイプも研究に含まれる。すべてのタイプの動的機械的挙動を記録し、異なる温度で比較する。DMA測定は、HYGROMATOR® （オプションの湿度ジェネレーター）に接続されたNETZSCH DMAEPLEXOR を用いて実施される。
ゼラチン、その起源、機能的特性および代替品
伝統的に、ゼラチン[1, 2]はフルーツグミの主成分である。ゼラチンは、基本的に調味液成分を増粘させ、適切に使用された場合、適切な溶融温度、噛み応え、食用に適した溶融温度を提供する。一般的に、「グミ動物」は注型され、粘弾性相に相転移する前の、成型工程の最後には溶けた状態で存在する。
ゼラチンは、フルーツグミだけでなく、他の多くの食品、例えば、低カロリー食品、ヨーグルト、マヨネーズ、アスピック、肉ペースト、多くのお菓子にも含まれている。歴史的には、ゼラチンは何千年もの間、接着剤としても使われてきた。
ゼラチンはコラーゲンタンパク質を主成分とする天然食品である。タンパク質は生体内で、a)構造タンパク質（＝硬化タンパク質）、b)膜タンパク質、c)球状タンパク質（＝球状タンパク質）という3つの異なる機能を果たす。コラーゲンは硬化タンパク質の一種であり、3本のポリペプチド鎖（三重らせん）から構成されている。これらの鎖が集合すると、コラーゲン線維が形成される。三重らせんの間に架橋が生じるため、コラーゲン線維は実際に3次元のネットワークとなり、力学的に安定する。
ゼラチンの製造には、コラーゲンを個々のポリペプチド鎖に分解する必要がある。架橋は水に溶けないため、化学薬品を使用しなければならない複雑なプロセスである。+
ゼラチンの製造は、動物由来のコラーゲンから始まる。動物性タンパク質は骨に由来するか、皮膚の下層から採取される。顕微鏡で見ると、コラーゲンはらせん状の構造をしており、それを化学的・熱的プロセスで柔らかくし、分離できるようにする（浸軟と呼ばれる）。その結果、オッセインと呼ばれる「脱灰」されたスクラップができ、これがゼラチンの原料になる。
ゼラチンの製造では、さまざまな用途に合わせて異なるゲル化強度を実現することができる。ゲル化強度は「ブルーム数」で表される。ゲル化強度、ひいてはブルーム数は温度に依存するため、製品に最適なゼラチンを選択することができる。固めのフルーツグミには、ブルーム値の高いゼラチンを使用し、柔らかめのフルーツグミには、ブルーム値の低いゼラチンを使用する。
ゼラチンはハイドロコロイドの一種で、水と結合し、水中で膨潤する。増粘、ゲル化、安定化し、非常に弾力性があり、熱可逆的な挙動を示す。この性質は「グミ」の製造にも使用され、今回の測定でも調査・評価された。融点は消費者にとっても特に重要である。結局のところ、「ラバー・アニマル」は一定の硬さを保ちながら、口の中で溶ける必要があるのだ。
ゼラチンと同様の特性を持つ、純粋な植物由来の結合剤という代替物の探索が始まったが、完全な代替物はまだ見つかっていない。代替バインダーとその素材への影響をよりよく説明するための日常的な試験方法が必要である[1], [2]。
現在、ゼラチンの代替を目的として、純粋な植物由来の結合剤として、特に以下の材料が使用されている[3]：
- 寒天-寒天：ゼラチンの代用
- アクアファバ：植物由来のひよこ豆、豆類、その他の豆類の濃厚な煮汁。
- ペクチン：水溶性食物繊維と植物由来のゲル化剤である馬鈴薯澱粉：結合剤
- コーンスターチ：でんぷんの代用品で、一般にグルテンや乳糖を含まない。
- サイリウムハスク：植物性膨潤剤
- サゴサゴ: マニオクとジャガイモの粒状デンプン。
- ローカストビーン（ガム）：天然の増粘剤
- ギアガム増粘結着剤 (E 412)
- カラギーン植物由来のゲル化・増粘剤（E407）。
- アルギン酸塩藻類由来の増粘・ゲル化・コーティング剤(E 400～E 405)
- キサンタンガム天然由来の多糖類で、ゲル化剤・増粘剤として使 用されるバクテリア由来の添加物（E4015）。
- アロールート澱粉グルテンフリーの結合剤、卵の代用品
これらの代替物もまた、ゼラチンのようなハイドロコロイドである。しかし、これらの特性は、ゼラチンの一般的な代替を可能にするほど包括的なものではない。
ヴィーガンフルーツグミもまた、これまで一般的でなかった結合剤を使用しており、その効果はまだよく理解されていないため、この分野では、ヴィーガン結合剤を使用した製品を調査に含める必要がある。
NETZSCH GABOEPLEXOR 500 N を使用した動的-機械的試験の結果
引張試験で調査しやすい形状のものが入手できる限り、フルーツグミを適宜選択した。その他は、冷却状態で試験に適した形状に打ち抜いた。
試験中の断面の変化や、不規則な形状の試験片で正確に記録できない断面積は、減衰に影響せず、したがって軟化温度にも影響しない。
測定パラメータ
試験の最初の部分では、DMAEPLEXOR を用いて、約-60℃から+40℃までの温度スイープをすべてのフルーツグミ試料に対して実施し、異なるフルーツグミの温度依存性安定性（複素弾性率または単に弾性率）および関連する粘弾性を比較できるようにした。この目的のため、まず試料を試験装置内で約-60℃まで冷却した。試料の温度を一定にするため、測定前に各ケースで15分間の等温相を設定し、その後0.5K/分の加熱速度で測定を行う。温度測定は、空気循環の多い試料室に設置されたチャンバー温度計で、試料の近くで行われる。
実験の第2部では、ドイツ産のヴィーガン試料とオランダ産のゼラチンベースの試料の動的機械的挙動を、HYGROMATOR® （湿度チェンバー）を備えたEplexor® 、乾燥中および吸湿中に調査する。
フルーツグミの温度依存性挙動
ドイツのグミは、DMA測定用にビーガン（緑、「ストリップス」と呼ばれる）とゼラチンベース（赤、「フレンチフライ」と呼ばれる）が用意されている。
ヴィーガンフルーツグミはすべての温度で高いヤング率を示すこと、すなわちゼラチンベースのグミよりも硬いことが顕著である（図1）。ヴィーガン・ストリップ（緑色の曲線、Tg＝11.6℃）の軟化は、ゼラチンベースのフライドポテト（赤色の曲線、Tg＝-0.4℃）よりもさらに高い温度で起こる。
この客観的所見は、かじったり試食したりした官能的結果とも一致する：ヴィーガンの試料は噛むと硬く、一方ゼラチンベースの試料は溶けると味が濃くなる。
オランダグミ
オランダからは、ゼラチンをベースにしたものが試験用に提供されている。部分的に不規則な形状のグミは、冷えた状態でパンチングにより試料形状に成形される。取り扱いは、比較的硬いフルーツグミとして目立つ。測定された軟化点は-6℃から0℃の範囲である。
図2は、｜E*｜弾性率と減衰の異なる測定曲線を示している。ソフトグミ（青色の曲線）は、他の2種類のフルーツグミ、リアン-カシス（-5.1℃、赤色の曲線）およびストロベリー（-4.9℃、緑色の曲線）と比較して、軟化温度（-2.4℃）の違いを示している。そのため、ソフトグミ試料は、温度に対する減衰曲線の幅が圧倒的に広く、ヤング率の低下が最も早いのが特徴である。このように、ソフトグミの試料は、比較されるすべての試料の中で、室温範囲において最も低い減衰を示し、その素材は、ストロベリーとリアン-カシスの両方よりも消費者に柔らかく見える。
リアン・カシスとストロベリーのダンピングは非常に似ているが、ストロベリーのEモジュラスはリアン・カシスよりも常に高く、これは噛んだ時の硬さにも反映されている。
リアン-カシスの試料（赤の曲線）の減衰（tanδ）が低いのは、ストロベリー（緑の曲線）よりも溶融と変形の過程が長いためであることが実際に見て取れる。さらに、リアン-カシスは、歯に対してより強力な接着効果を示す。
オーストラリアとニュージーランドのビーガン試料
どちらの試料も、屋外の平均気温が高い市場で提供されるため、フルーツグミの寸法安定性と粘着性に特別な要求があります。どちらの試料も、すでに引張試験に適した立方体またはホイル状で提供されており、試験を実施する際には、試料の厚さを調整するためにカットするか、追加で折りたたむだけでよい。一方の試料（緑色の曲線）はビーガンと明記されているが、もう一方の試料（青色の曲線）はビーガンと明記されていない。
明らかに（図3）、オセアニア地域の製品は、調査したすべてのフルーツグミの中で最も高い軟化温度（19.6℃と24.3℃）を特徴としている。特に、立方体の試料は凝固点まで比較的硬く、E弾性率が最も高い。
ロシアの寒冷地向けゼラチンベースのフルーツグミ地域
今回調査した2種類のロシア産ゼラチンベースのフルーツグミは、クマの形（青い曲線）とミミズの形（赤い曲線）である。クマ型はパンチングが必要であったが、ミミズはDMAに直接挿入することができた。ミミズの軟化はクマ（Tg=-4.4℃、青色曲線）よりわずかに高い温度（Tg=-0.9℃、赤色曲線）から始まるが、軟化時の剛性は両者ともほぼ同じである。
クマノミの供用温度での E 弾性率は、材質に起因してミミズのそれ（青色曲線、図 4）よりも低い。ワームはクマよりわずかに高い温度（3.5℃、赤い曲線）で軟化する。したがって、2種類のフルーツグミの味覚特性も非常によく似ている。
フルーツグミの水分依存性挙動
試料の水分依存性は、温度掃引と同様、35℃の引張モードで調べた。温度は実験中一定に保たれる。
この湿度は、NETZSCH GABOHYGROMATOR （湿度ジェネレーター）によって生成され、一定に保たれる。
このステップは、これらの国々では季節によって約50％から60％RHである周囲湿度から、20％RHの「擬似」乾燥状態にするための乾燥プロセスに相当する。この一連のテストでは、比較のために、テストするフルーツグミは乾燥した同一の水分状態で入手できる必要がある。この目的のため、2つの試料を約1時間乾燥させ、ヤング率の時間的経過を記録した。このようにして乾燥させた試料を、チャンバー内湿度50%で約1時間、さらにチャンバー内湿度90%で約1時間乾燥させた。その結果得られたヤング率の時間依存的変化と、各時点でのチャンバー湿度を、ヴィーガン試料（赤の曲線）とゼラチン含有試料（青の曲線）について図5に示す。
図5に示すように、ヴィーガンとゼラチンベースのフルーツグミの時間的挙動は類似しており、ヴィーガンタイプは常に高いE弾性率と低い湿度感受性を示している。両者に共通するのは、乾燥時（ここでは20%RH）にE弾性率が増加し、湿気に曝された時（ここでは50%RHと90%RH）にE弾性率が減少することである。20%RHで乾燥した試験片では、E弾性率の経過が示すように、50%RHでの保管から取り出した時点ですでに加湿が見られる。
概要
NETZSCH DMAEPLEXOR は、フルーツグミのような食品の消費者に関連する製品特性を評価するための日常的な手順を提供し、製品の改良と新規開発に役立ちます。
E弾性率（剛性）とダンピングの温度依存性は、フルーツグミの堅さ-噛み応えと融解挙動に密接に関係しています。一方、水分依存性の知識は、保存条件を評価する上でより大きな価値がある。
フルーツグミのさらなるタイプの開発、特に菜食主義者向けの新しいバインダーの開発のために、動的機械分析は、熱的特性と機械的特性の両方を事前に研究室で記録する能力を提供します。保存条件や加工条件、水分や温度などのパラメータも、DMA測定によってシミュレーションすることができます。