JP2002125645A - 冷凍乾燥装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 冷凍による乾燥では、被乾燥物内に生成され
た氷結晶により組織の破壊が生じ、解凍時に内部の成分
が流出して、乾燥前の組織及び成分を保ったままで乾燥
させることができない。また、常温で風乾させるため時
間もかかる。 【解決手段】 被乾燥物を乾燥するとき、表面組織のみ
凍結させ、成分を内部に移動させた状態で、加熱による
乾燥を行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、食材などを冷凍乾
燥するための冷凍乾燥装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】食材の冷凍保存において、冷凍操作をお
こなうと、食材組織の温度は急速に下がり、やがて組織
内部の水が液体から固体へ変化する凍結点に達する。

【０００３】この凍結点を通過すると食材組織内の水が
凍り始め、０℃〜−５℃を通過すると組織中の７〜８割
の水分が凍結する。この氷結晶を利用して乾燥するのが
冷凍乾燥方法である。

【０００４】図６に、従来例１の冷凍乾燥装置で食材を
設置したときの、組織内部の温度変化を表す温度カーブ
のグラフを示す。６１は、常温から凍結開始温度までの
予冷期間、６２は、組織の水が凍結して氷結晶を形成す
るときの凍結期間、６３は、−１０℃に到達するまでの
冷却期間、６４は、室温まで上昇させる解凍期間であ
る。この温度カーブを数回繰り返し水分を流出させ、最
後に風乾を行い食材を乾燥させる。

【０００５】また、図には示していないが、従来例２の
冷凍乾燥装置では、凍結状態にある食品を減圧下におい
て食品中の氷を直接固体から気体に昇華させ乾燥させ
る。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】従来例１および従来例
２を用いて、幅２００ｍｍ×６０ｍｍ、厚さ２０ｍｍの
魚を冷凍乾燥させた（干物を作製した）場合の、乾燥食
材の組織状態、成分濃度、乾燥時間を表１に示した。

【０００７】

【表１】

【０００８】尚、表１における組織状態の評価は、乾燥
食材の組織がほとんど破壊されていないときには○、組
織の破壊が組織の面積の１／２未満のときには×、破壊
が１／２以上のときは××とした。

【０００９】また、成分濃度の評価は、乾燥食材の成分
がほとんど流出されていないときには○、成分の流出が
乾燥前の成分の１／２未満のときには×、１／２以上の
ときには××とした。

【００１０】従来例１の冷凍乾燥装置では、装置内の温
度は０℃以下の食材が冷凍される温度約−１０℃に設定
されており、乾燥する食材内部まで凍結されるため、生
成される氷結晶により組織は破壊され、表１に示したよ
うに組織状態が××となる。次に、冷凍した食材は室温
で解凍されるため、解凍時に氷結晶とともに成分が食材
外に流出し、表１のように成分濃度が××となる。この
冷凍・解凍を数回繰り返し、最後に常温により風乾させ
乾燥物を得るため、乾燥時間も２４時間と長時間を要す
る。

【００１１】寒天や凍り豆腐等は、この特徴を生かした
代表的な食材であるが、魚の干物を作製するときはこの
方法で乾燥させると成分が流出し、組織は破壊されるた
め、従来の食材の食感を保持して乾燥させるのは難し
い。

【００１２】また、従来例２の冷凍乾燥装置では食材中
の水分が氷結した状態のまま、融解することなく昇華す
るため、組織の氷結晶のできたところがそのまま孔とし
て残り、表１に示したように組織状態が×となり、従来
の食材の食感を保持して乾燥させるのは難しい。

【００１３】このように、従来の冷凍乾燥装置では、例
えば魚の干物を作製する場合、食材中の成分が流出し、
組織が破壊され、食材本来の食味を変化させずに乾燥さ
せるのは難しい。

【００１４】本発明は、上記従来の課題を考慮して、食
材の乾燥前の組織および成分を保ったままで乾燥させる
魚の干物を作製できる冷凍乾燥装置を提供することを目
的とするものである。

【００１５】

【課題を解決するための手段】本発明の冷凍乾燥装置の
１つは、被乾燥物を設置する乾燥室と、前記乾燥室の内
部を冷却する冷却手段と、前記被乾燥物を加熱する加熱
手段と、前記乾燥室内部の温度を検知する温度センサー
と、前記被乾燥物の温度を検知する温度センサーと、前
記２つのセンサーの情報をもとに前記冷却手段と前記加
熱手段を制御して前記乾燥室の内部の温度を調節する温
度制御手段とを備え、−５℃〜０℃に冷却する冷却工程
と、３０℃〜４０℃に加熱する加熱工程を一回以上繰り
返すことを特徴とする。

【００１６】また、前記冷却工程と加熱工程の繰り返し
回数を、被冷却物を冷却するときの冷却速度と前記被冷
却物の重量をもとに制御する。

【００１７】

【発明の実施の形態】（実施の形態１）本実施の形態に
おける冷凍乾燥装置の構成および作用について、図１を
参照にしながら説明する。

【００１８】図１は本発明の実施の形態１における冷凍
乾燥装置を示す断面図である。１１は乾燥させる食材、
１２は食材の温度を検知する品温センサー、１３は乾燥
装置内部の室温を検知する室温センサー、１４は食材の
加熱手段であり、実施の形態１ではマグネトロンで構成
されている。冷凍乾燥装置は、図には示していないが、
圧縮機、凝縮器、キャピラリーチューブを有し、冷却器
１５により、乾燥装置内を冷却できる構造になってい
る。冷却器１５で冷却された冷気は送風機により冷凍乾
燥室１６内に強制通風される。１７は冷凍乾燥装置入口
に設けて電気的入力で冷気流入量を調整するダンパーサ
ーモであり、モータ１８の駆動力によってダンパサーモ
７を開閉するように構成されている。１９は送風機から
冷気を冷凍乾燥室内に導く吐出ダクト、２０は冷凍乾燥
室内の冷却した冷気を冷却器５に戻すための吸い込みダ
クトである。

【００１９】また、品温センサー１２により食材の温度
を検知し、予め定めた所定温度に下降するまでの時間を
情報として以後の乾燥プログラムが選択され、冷却工程
と加熱工程とその繰り返し回数が自動的に決定され、室
温センサー１３は冷凍乾燥装置内の室温を検知し、乾燥
初期温度及び乾燥終了後の保存温度を維持できるように
構成されている。また、被乾燥物の乾燥中に生じる臭気
を脱臭する吸着剤２１が設置されている。

【００２０】図２は、冷凍乾燥装置本体の外殻の一部に
設けたコントロールパネル２２であり、乾燥装置内の設
定温度及び装置内の現在温度を表示する温度表示パネル
２３、装置内の温度を設定する温度設定キー２４、設定
キー２４で設定した温度を確定する温度決定ボタン２
５、この温度決定ボタンを押すと数秒間温度表示パネル
２３に設定された温度が表示される。通常この温度表示
パネル２３には、冷凍乾燥室内の温度が表示されてい
る。また、冷凍乾燥室内が乾燥を開始する温度に到達し
たことを知らせる準備完了ランプ２６、食材を設置し乾
燥を開始及び中止させるスタートボタン２７、冷凍乾燥
室内の食材の乾燥の終了を知らせる取り出し可能ランプ
２８、乾燥が終了し保存工程に入ったことを知らせる保
存ランプを２９を備えている。

【００２１】魚を例にとって、冷凍乾燥装置にて乾燥さ
せる工程を説明する。まず、コントロールパネル３０の
メニューキーで魚を選択すると、室温センサー１３にて
冷凍乾燥室内の温度は検知され、−５℃を室温センサー
１３が検知したら、準備完了ランプが点灯し、冷凍乾燥
室内の温度は−５℃に制御される。準備完了ランプの点
灯を確認した後、乾燥する魚を乾燥装置内に設置し、ス
タートボタンを押すことにより、魚が冷却され、品温セ
ンサー１２により魚の表面の温度が検知され、ある一定
の温度幅での冷却カーブからその冷却速度が算出され
る。その冷却速度は魚の重量が重くなるほど遅くなるこ
とから冷却速度と魚の重量には相関があり、その相関デ
ータは予め制御装置内にプログラムされており、そのデ
ーターにより冷却速度から魚の重量が算出され、その重
量から乾燥プログラムが選択され、魚の乾燥が開始さ
れ、約５％程度の水分が蒸発され干物が作製される。

【００２２】図３は、本発明の実施の形態１における冷
凍乾燥装置を用いて幅２００ｍｍ×６０ｍｍ、厚さ２０
ｍｍの魚を乾燥したときの温度カーブのグラフであり、
３１は、魚内部の温度変化を表す温度カーブ、３２は、
魚表面の温度変化を表す温度カーブである。

【００２３】まず設置した魚の全体温度は常温の２８℃
近辺であり、この魚を−５℃の乾燥装置内に設置し、品
温センサー１２が−５℃を検知するまで冷却する。品温
センサー１２は魚表面の温度をとらえており、このとき
魚表面の温度は約−５℃付近まで冷却され、最大氷結晶
生成帯０〜−５℃を通過しているので、氷結晶が生成さ
れている。このときの時間を予冷期間３３とする。予冷
期間３３では魚内部の温度はまだ２０℃近辺までしか冷
却されておらず氷結晶は生成されていない。次にマグネ
トロン照射口より品温センサー１２が０℃を検知するま
でマグネトロン照射を行う。このとき魚表面の温度は約
０℃に上昇しており、このときの照射時間をマイクロ波
照射期間３４とする。このマイクロ波照射期間３４
において、魚内部の温度は４０℃近辺まで上昇し、従来
例１の常温で風乾させたときより水分の蒸発が促進され
る。

【００２４】これは、水の誘電正接は0.123(23℃)であ
り、氷の誘電正接は0.0009(-12℃)で、氷の方が水より
もマイクロ波で加熱されにくいため（一般に誘電正接が
小さい方がマイクロ波による加熱がされにくい）、氷結
晶が生成されている魚表面は加熱されにくく、内部の方
が温度上昇が大きくなるためである。

【００２５】また、氷結晶が生成されている魚表面は０
℃付近まで上昇しているが、氷結晶は完全に解凍されて
おらず、その結果魚内部の成分は表面に移動せず、表面
から流出されない。よって、成分は内部に閉じこめら
れ、表１に示すように従来例１と比較して成分流出が少
ない○の状態になる。

【００２６】その後また品温センサー１２が−５℃を検
知するまで魚を冷却（冷却期間３５）し、そして、さ
らにまたセンサー温度が０℃を検知するまでマイクロ波
照射（マイクロ波照射期間３６）を行うと魚内部の温
度が再び４０℃近辺まで上昇し、内部の水分がさらに蒸
発する。乾燥開始時に魚を設置したときの冷却カーブに
より算出された重量により選択された乾燥プログラム
で、この冷却期間とマイクロ波照射期間を繰り返す回数
が決定される。乾燥終了時には内部の水分が減少し、表
１に示すように実施の形態１の乾燥時間は、従来例１の
常温で同じ水分を風乾させたときより１／１２〜１／８
に短縮され水分の蒸発が促進される。

【００２７】乾燥プログラムが終了すると取り出し可能
ランプ２８が点滅し、出来上がりを知らせる。その後保
存温度である０℃が室温センサー１３により検出される
と保存ランプ２９が点灯し、冷凍乾燥室内の温度が約０
℃で保たれる。

【００２８】本実施の形態１で魚の乾燥を行うと、表面
を−５℃に冷却することにより、表面の水が凍結し、成
分は内部に移動する。マイクロ波照射時には、表面はま
だ完全に解凍されていないため、内部の成分は表面組織
に移動せず、表面からの酸化による成分変化が抑制さ
れ、魚内部の変色や成分の変質が少ない。また、魚内部
から水分が蒸発しているため、表面は通常の乾燥より水
分が十分にあり、乾燥終了後、加熱調理による水分蒸発
が生じても、水分が少ないぱさぱさした状態にならな
い。また表面のみ凍結させるため氷結晶による組織の破
壊は少なく、表１に示すように、従来例１・２の××・
×と比較して本実施の形態１の組織状態は○となる。ま
た魚の水分を蒸発させる際の温度を４０℃以上にならな
いように冷却期間を設定しながらマイクロ波照射するた
め、蛋白質の熱変性もほとんどなく良好な状態で乾燥さ
れ、魚の干物が作製できる。

【００２９】以上述べたところから明らかなように、本
実施の形態１の冷凍乾燥装置は、食材を乾燥するとき表
面組織のみ凍結させ、成分を内部に移動させ、成分の流
出が少なく、表面からの酸化による変色、変質が抑制さ
れ、マイクロ波照射により蛋白質の変性が生じない４０
℃まで加熱を行い、食材内部から水分の蒸発を促進する
機能を有するものを提供することを特徴とするものであ
る。

【００３０】（実施の形態２）次に、本実施の形態２に
おける冷凍乾燥装置の構成および作用について、図４を
参照にしながら説明する。

【００３１】本発明の実施の形態２における冷凍乾燥装
置は、実施の形態１と同様の図１に示すような構成であ
り、加熱手段１４がセラミックヒーターで構成されてい
る。図４は、本発明の実施の形態２における冷凍乾燥装
置を用いて幅２００ｍｍ×６０ｍｍ、厚さ２０ｍｍの魚
を乾燥したときの温度カーブのグラフであり、４１は、
魚内部の温度変化を表す温度カーブ、４２は、魚表面の
温度変化を表す温度カーブである。

【００３２】まず設置した魚の全体温度は常温の２８℃
近辺であり、この魚を−５℃の冷凍乾燥室１６内に設置
し、品温センサー１２が−５℃を検知するまで冷却す
る。品温センサー１２は魚表面の温度をとらえており、
このとき魚表面の温度は約−５℃付近まで冷却され、最
大氷結晶生成帯０〜−５℃を通過しているので、魚表面
には氷結晶が生成されている。このときの時間を予冷期
間４３とする。予冷期間４３では魚内部の温度はまだ２
０℃近辺までしか冷却されておらず氷結晶は生成されて
いない。次にセラミックヒーターにより品温センサー１
２が４０℃を検知するまで遠赤外線照射を行う。このと
き魚の表面の温度は約４０℃に上昇しており、このとき
の照射時間を遠赤外線照射期間４４とする。この遠赤
外線照射期間４４において、魚表面の氷結晶は内部の
水と比較して熱伝導率が高く、遠赤外線は表面付近から
効率良く熱に変わるため温度が上昇しやすく、食材の温
度が４０℃に上昇するため、従来例１の常温で風乾させ
るものより水分の蒸発が促進される。一方、魚内部は氷
結晶が生成されておらず水の状態で存在するため表面と
比較して温度が上昇しにくく３２℃までしか上昇しない
が、常温よりは水分の蒸発が促進される。

【００３３】その後また品温センサー１２が−５℃を検
知するまで魚を冷却（冷却期間４５）し、そして、さ
らにまた品温センサー１２が４０℃を検知するまで遠赤
外線照射（遠赤外線照射期間４６）を行うと魚表面の
温度が再び４０℃近辺まで上昇し、表面の水分がさらに
蒸発する。魚を設置したときの冷却カーブにより算出さ
れた重量により選択された乾燥プログラムで、この冷却
期間と赤外線照射期間を繰り返す回数が決定される。乾
燥終了時には水分が減少し、表１に示すようにの実施の
形態２の乾燥時間は、従来例１の常温で同じ水分を風乾
させたときより１／１２〜１／８に短縮され水分の蒸発
が促進される。

【００３４】乾燥プログラムが終了すると取り出し可能
ランプ２８が点滅し、保存温度である０℃に冷凍乾燥室
内が制御され、０℃が室温センサー１２により検出され
ると保存ランプ２９が点灯し、乾燥装置内の温度が約０
℃で保たれる。本実施の形態２で魚の乾燥を行うと、表
面に氷結晶が生成され、内部に成分が移動するため、表
１に示すように従来例１と比較して、実施の形態２の成
分濃度は○となる。また、表面からの酸化が抑制され、
変色がなく、成分の変質も少ない。

【００３５】また表面のみ凍結させるため氷結晶による
組織の破壊は少なく、表１に示すように実施の形態２の
組織状態は○となる。また魚の水分を蒸発させる際の温
度を４０℃以上にならないように冷却期間を設定しなが
ら遠赤外線照射するため、蛋白質の熱変性もほとんどな
く良好な状態で、食材の乾燥が実現できる。

【００３６】以上述べたところから明らかなように、本
発明の冷凍乾燥装置は、たとえば、魚を乾燥するとき、
表面組織のみ凍結させ、成分を内部に移動させ、表面か
らの酸化による変色、変質を抑制する。また、魚表面の
み凍結させるため氷結晶による組織破壊も少なく、水分
の蒸発を促進させるため蛋白質の変性が生じない温度ま
で遠赤外線ヒーターによる加熱を行う機能を有するもの
を提供することを特徴とするものである。

【００３７】また、本発明の冷凍乾燥装置は、たとえ
ば、魚を乾燥するとき、表面組織のみ凍結させ、成分を
内部に移動させ、表面からの酸化による変色、変質を抑
制する。また、食材表面部のみ凍結させるため氷結晶に
よる組織破壊も少なく、水分の蒸発を促進させるため蛋
白質の変性が生じない４０℃までハロゲンヒーターによ
る加熱を行う機能を有するものを提供することを特徴と
するものである。

【００３８】また、本発明の冷凍乾燥装置は、たとえ
ば、魚を乾燥するとき、表面組織のみ凍結させ、成分を
内部に移動させ、表面からの酸化による変色、変質を抑
制する。また、食材表面部のみ凍結させるため氷結晶に
よる組織破壊も少なく、水分の蒸発を促進させるため蛋
白質の変性が生じない４０℃までシーズヒーターによる
加熱を行う機能を有するものを提供することを特徴とす
るものである。

【００３９】（実施の形態３）次に、本実施の形態３に
おける冷凍乾燥装室の構成および作用について、図５を
参照にしながら説明する。

【００４０】本発明の実施の形態３における冷凍乾燥室
は、図５に示したような構成になっている。たとえば、
魚を乾燥するとき、表面部組織のみ凍結させ、成分を内
部に移動させ、表面からの酸化による変色、変質を抑制
する。また、食材表面部のみ凍結させるため氷結晶によ
る組織破壊も少なく、水分の蒸発を促進させるため蛋白
質の変性が生じない４０℃までＩＨによる加熱を行う機
能を有するものを提供することを特徴とするものであ
る。

【００４１】但し、ＩＨによる加熱はセラミックヒータ
ー・ハロゲンヒーター・シーズヒーターによる上部から
輻射による加熱と比較して、魚の下部のＩＨプレート５
１の電磁誘導により加熱される金属プレート５２に直接
密着した状態で加熱されるため熱の応答性に優れ、より
精密な温度制御が可能である。また、金属プレートに密
着しているため、熱伝導性に優れ、冷却工程での魚の冷
却速度、加熱工程での魚の加熱速度が速くなり、表１に
示すように実施の形態３の乾燥時間は１〜２時間と従来
例１と比較してかなり短縮することができた。 また、
魚以外のメニューを選択した場合でも、乾燥開始温度−
５℃まで冷却するときの冷却カーブで被乾燥物の重量を
算出し、その重量に応じた乾燥プログラムで冷却工程と
加熱工程の繰り返し回数が決定され、肉なら約４０％の
水分を蒸発させ旨味が濃縮された乾燥肉を得ることがで
きた。野菜・果物は約８０％の水分を蒸発させ成分が濃
縮された乾燥物を得ることができた。

【００４２】

【発明の効果】本発明により、被乾燥物の表面のみを凍
結させ、蛋白質の変性が生じない４０℃で加熱すること
により、乾燥前の食材の組織状態を保持し、成分の流出
が少なく、内部の成分が多く存在するため表面からの酸
化による変色や成分の変質が少なく、短時間で良好な乾
燥品質を実現できる凍結乾燥装置を提供することができ
た。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態１・２の冷凍乾燥装置を示
す図

【図２】本発明の冷凍乾燥装置のコントロールパネルを
示す図

【図３】実施の形態１の冷却カーブを示すグラフ

【図４】実施の形態２の冷却カーブを示すグラフ

【図５】本発明の実施の形態３の冷凍乾燥室を示す図

【図６】従来例１の冷凍乾燥装置での温度変化を示すグ
ラフ

【符号の説明】

１１ 食材 １２ 品温センサー １３ 室温センサー １４ 加熱手段 １５ 冷却器 １６ 送風機 １７ ダンパーサーモ １８ モータ １９ 吐出ダクト ２０ 吸込みダクト ２１ 吸着剤 ２２ コントロールパネル ２３ 温度表示パネル ２４ 温度設定キー ２５ 温度決定ボタン ２６ 準備完了ランプ ２７ スタートボタン ２８ 取り出し可能ランプ ２９ 保存ランプ ３０ メニューキー ３１ 魚内部の温度 ３２ 魚表面の温度 ３３ 予冷期間 ３４ マイクロ波照射期間 ３５ 冷却期間 ３６ マイクロ波照射期間 ３７ 保存期間 ４１ 魚内部の温度 ４２ 魚表面の温度 ４３ 予冷期間 ４４ 遠赤外線照射期間 ４５ 冷却期間 ４６ 遠赤外線照射期間 ４７ 保存期間 ５１ ＩＨプレート ５２ 金属プレート ６１ 予冷期間 ６２ 凍結期間 ６３ 冷却期間 ６４ 解凍期間

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｆ２６Ｂ 3/353 Ｆ２６Ｂ 7/00 7/00 Ａ２３Ｂ 4/04 ５０１Ｃ (72)発明者 谷 知子 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 Ｆターム(参考） 3L113 AA01 AB06 AB10 AC08 AC10 AC12 AC21 AC45 AC46 AC50 AC52 AC63 AC67 AC87 BA16 CA04 CA08 CB05 CB06 CB07 CB13 CB23 CB24 CB34 DA10 DA24 4B022 LA06 LB07 LT01

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】被乾燥物を設置する乾燥室と、前記乾燥室
   の内部を冷却する冷却手段と、前記被乾燥物を加熱する
   加熱手段と、前記乾燥室内部の温度を検知する温度セン
   サーと、前記被乾燥物の温度を検知する温度センサー
   と、前記２つのセンサーの情報をもとに前記冷却手段と
   前記加熱手段を制御して前記乾燥室の内部の温度を調節
   する温度制御手段とを備え、−５℃〜０℃に冷却する冷
   却工程と、３０℃〜４０℃に加熱する加熱工程を一回以
   上繰り返すことを特徴とする冷凍乾燥装置。
2. 【請求項２】前記冷却工程と加熱工程の繰り返し回数
   を、被冷却物を冷却するときの冷却速度と前記被冷却物
   の重量をもとに制御することを特徴とする請求項１記載
   の冷凍乾燥装置。