ラーメンの製麺機を見ていたら、圧延機にしか見えなくなった

日々、圧延機と格闘し、歩留まり悪化の原因を追いかけている皆さん、こんにちは。

最初に白状しておくと、私は圧延の専門家ではありません。

ただ、以前に金属の塑性変形と脆化を扱っていたことがあり、材料がどのような応力やひずみを受け、その結果として内部構造や機械的性質がどう変わるのか、ということには昔から興味があります。

最近、ラーメンの製麺について調べていて、製麺機のローラーを眺めているうちに、どうしても気になったことがありました。

「これ、金属の圧延とちょっと似てないか?」

もちろん、小麦と金属では材料の物理はまったく違います。

なので、ここから先は圧延を解説するというより、別の材料加工を知っている人間が製麺を眺めていたら、妙に似た構造が見えてきた、くらいの話として読んでいただければと思います。

「果」が、次の「因」になる

圧延について見ていて面白いと思うのは、不具合が最終工程で見つかったからといって、その原因がその工程にあるとは限らないことです。

ある工程で生まれた「果」が、次の工程では新しい「因」になる。

そして、また次の「果」を生む。

因 → 果 → 因 → 果。

この連鎖が工程をまたいで続いていきます。

最後に現れた不具合から逆方向にたどり、「最初に材料の状態がおかしくなったのはどこだったのか」を探していく。

圧延の現場で原因究明が難しい理由のひとつは、こうした加工履歴の連鎖を紐解く必要があるからなのだろうと思います。

そして製麺について考えていると、ここにも少し似たものが見えてきます。

生地をローラーに通すと、薄くなって、長くなる

製麺機では、小麦粉と水を混ぜて作った生地をローラーへ通します。

ローラーを通過するたび、生地は薄くなり、そのぶん長手方向へ伸びていく。厚い生地がローラーへ吸い込まれ、反対側から薄く長い麺帯になって出てくる。

ビィィーン。

この光景を見ていて、「やっぱりこれ、圧延っぽいな」と思ったわけです。

もちろん、小麦は金属ではありません。結晶格子もなければ、転位のすべりによって塑性変形するわけでもありません。小麦生地は、水、デンプン、タンパク質などからなる複雑なソフトマターです。

ところが面白いのは、ローラーによって変化するのが外形だけではないことです。

生地の中にも「方向」が生まれる

小麦生地の中には、グルテンを中心とした高分子ネットワークがあります。

生地がローラーによって長手方向へ引き伸ばされると、このネットワークにも変形や配向が生じます。無秩序だったものに、少しずつ「向き」が生まれていく。

少し乱暴な比喩を許してもらえば、バラバラだったスピンに秩序が生まれていくようにも見えます。

高分子材料や繊維材料では、内部構造が一定方向へ配向すると、その方向の力学特性が変化します。極端な例を挙げれば、カーボンナノチューブファイバーです。ナノチューブが繊維軸方向へよく配向するほど、その方向へ材料本来の力学特性を引き出しやすくなります。

もちろん、グルテンとカーボンナノチューブを同列に扱うつもりはありません。ただ、

「内部構造の向きが揃うことで、材料の方向による性質が変わる」

という点だけを見れば、少し似ています。

製麺でも、圧延によってグルテンネットワークに配向が生じれば、麺の長手方向と幅方向では力学的な応答が同じではなくなります。つまり、異方性が生まれる。

そう考えると、製麺機は単に小麦生地を薄くする機械ではなく、材料内部に「方向」を与える機械でもあるように見えてきます。

同じ厚さまで潰しても、同じ加工とは限らない

ここで、昔の癖が出てきます。材料を見ると、最終形状よりも、

「そこへ至るまでに、どんな応力とひずみを経験したのか」

が気になってしまいます。

たとえばローラー径です。同じ入口厚さから、同じ出口厚さまで圧延したとしても、ローラー径が違えば接触弧の長さが変わります。小径ローラーなら、比較的短い接触距離の中で厚さを変化させる。大径ローラーなら、より長い接触区間を使って変形させる。

つまり、最終的な圧下量が同じでも、材料が経験する変形履歴は同じではありません。接触弧に沿った厚さの変化率も違えば、ひずみ速度やせん断の入り方も変わるはずです。グルテンネットワークも、その変形履歴を受けながら伸び、配向し、ときには損傷する。

そう考えると、ローラー径 → 接触弧 → ひずみ履歴 → グルテンネットワークの状態 という因果関係が見えてきます。

ただし、ローラーが小さければ小さいほど麺が強くなる、と単純には言えません。急激な変形によって配向が進む可能性がある一方で、ネットワークの損傷が増えれば、逆に弱くなる可能性もあります。材料加工では、「たくさん加工したから良い」とは限らない。このあたりは、塑性変形や脆化を見ていた頃の感覚と、少し重なります。

そして製麺では、生地を休ませる

さらに面白いのが「熟成」です。

製麺では、一度加工した生地を休ませる工程があります。ローラーを通過した直後の生地には、変形による応力が残っています。また、水分も完全に均一とは限りません。

そこで時間を置く。すると、応力緩和が進み、水分が再分布し、グルテンネットワークの状態も変化していきます。そして、またローラーを通す。

圧延する。休ませる。また圧延する。

つまり、二回目のローラーへ入ってくる材料は、一回目に入った材料とは状態が違います。同じ小麦粉であっても、すでに「加工履歴」を持った材料になっています。

ここで「因 → 果 → 因 → 果」に戻る

最終的な麺の食感がおかしかったとしても、原因が最後の圧延にあるとは限りません。

加水だったのか。混練だったのか。最初の圧延だったのか。一回ごとの圧下率だったのか。ローラー径や速度だったのか。熟成時間だったのか。あるいは、それらの組み合わせだったのか。

前工程で生まれた「果」を引き継いだ材料が、次の工程へ入り、そこでまた新しい「果」を生む。

因 → 果 → 因 → 果。

だから、最終製品だけを見て原因を探そうとすると難しい。この構造を眺めていると、扱っている材料はまったく違うのに、製麺と圧延にはどこか似ている部分があるような気がします。

製麺機が、小さな材料加工ラインに見えてくる

もちろん、金属圧延と製麺を同じものだと言うつもりはありません。

金属では、結晶構造、転位、加工硬化、集合組織、損傷などを考える。小麦では、高分子ネットワーク、水分、デンプン、粘弾性、応力緩和などを考える。内部で起きている現象はかなり違います。

それでも、

「材料に加工履歴を与え、その履歴によって内部構造が変わり、その状態が次工程の結果を左右する」

という視点で見ると、金属圧延と製麺には似ている部分がある気がします。

製麺機を眺めていると、それは単なる食品加工機というより、小麦という複雑な材料に少しずつ変形履歴を与え、内部構造を制御していく、小さな材料加工ラインのようにも見えてきます。

異分野の技術を眺めていると、ときどき、まったく違う材料の中に同じような構造が見えてくることがあります。今回、私にはそれが「圧延」と「製麺」でした。

圧延の専門家から見れば、

「いや、そこは違うぞ」

というところも当然あると思います。その違いも含めて、圧延機と製麺機を並べて考えてみると、なかなか面白いのではないでしょうか。