JP2005065690A - 冷凍食品解凍装置及び電極板 - Google Patents

Abstract

【課題】冷凍食品をジュール加熱法により解凍する際に、−５℃〜０℃の最大氷結晶生成帯を、被解凍食品の表面部と中心部の温度差を出来る限り小さく保ちながら、短時間で温度上昇させることが課題である。
【解決手段】被解凍食品と電極板との間隙を０．１〜３．０ｍｍに保持しながら、該間隙に塩濃度０．１〜４．５重量％の食塩水を満たした後、被解凍食品に交流電流を負荷することによって課題が解決される。更に、間隙を０．１〜３．０ｍｍに保持するために、電極板に突起を配設する手段を提供することによって、精確且つ容易に所定の間隙を得ることが可能となった。
【選択図】 図１

Description

本発明は、魚肉、食肉、冷凍野菜又は加工食品等の冷凍食品の解凍装置及びその交流電極板に関わるものである。

冷凍食品を解凍する場合、被解凍食品の細胞膜を損傷させずに−５℃〜０℃（最大氷結晶生成帯）の間を、短時間で通過させることが望ましい。長時間になると食品細胞膜の破壊により、食品中のうまみ成分等が外部に流れ出し、品質低下をもたらす上に、流れ出した栄養分が被解凍食品表面にドリップを生じ、それに起因する細菌の繁殖が盛んになるためである。

このための冷凍食品の解凍方法として従来から、温風解凍法、温水解凍法、蒸気噴射解凍法、高周波解凍法、マイクロ波解凍法、遠赤外解凍法又はこれらの組み合わせ（特開２０００−２７９１４８）が公知である。然しながら、これら何れの方法も表面部と内部との温度差が大きい、設備費が高価である、エネルギー効率が悪くランニングコストが高い等の何れかの問題点がある。

これらの問題点を解決するために、ジュール加熱による解凍方法が提案されており、食品加工技術１４巻（１）ｐｐ１２−１８、１９９４、に詳細が記載されている。又、特開２００２−１８６４１５号公報によれば、電極板及び被解凍物を加圧してエネルギー効率を高めているが、この方法では電極と被解凍物との界面の接触抵抗が大きい上に、加圧装置が必要となる。

一方、特開昭５２−１３１５８号公報には、電極と被解凍物の界面での電気抵抗を小さくする目的で、被解凍物を水中に沈めたり、スポンジ状の吸水性物質に給水させたものを被解凍物に接触させる方法が開示されているが、水溶液の成分や、水溶液と被解凍物との熱容量比に十分な検討がなされておらず、解凍時間が長い、被解凍物表面のタンパク質の変質等、被解凍物の品質に問題があった。さらに交流電圧のみでなく直流電流を使用しているが、直流電流を負荷すると水溶液の電気分解をおこす問題点があった。

特開２０００−２７９１４８号公報 「冷凍食品の加熱解凍装置及び加熱解凍方法」 特開２００２−１８６４１５号公報 「凍結物の解凍方法及び装置」 特開昭５２−１３１５８号公報 「解凍法」

本発明の課題は、従来技術によっては達成されていない問題点を解決すること、すなわち被解凍物の表面温度と中心部温度との温度差を小さく抑えながら、短時間で且つ安価に解凍する装置及び電極板を提供することにある。

本発明者らは、上記の課題を達成するために、ジュール熱解凍法に関わる種々の研究から、次の発明に到達した。すなわち、第１の発明は、被解凍食品をジュール熱によって解凍する解凍装置において、被解凍食品に交流電圧を与えて通電解凍するための一対の対向する電極板と、被解凍食品との間に０．１ｍｍ〜３．０ｍｍの間隙を設け、該間隙に食塩水溶液を満たして電解液とし、該食塩水溶液の塩成分が自然塩及び／又は化学塩で構成され、且つ該電解質水溶液の塩の濃度が０．１〜４．５重量％であることを必須構成要素とすることを特長とする冷凍食品の解凍装置に関わる。
第２の発明は、上記食塩水溶液の全部又は一部を、海洋深層水及び／又は電解水で置換したことを特徴とする冷凍食品の解凍装置に関わる。
第３の発明は、上記において、電極板と被解凍食品との間隙幅を０．１ｍｍ〜３．０ｍｍの所定の間隙となるように、電極板に複数個の導電性及び／又は非導電性突起を配設したことを特徴とする冷凍食品解凍用の電極板に関わる。

本発明による冷凍食品解凍装置及び電極板を用いることにより、被解凍食品の最大氷結晶生成帯温度を短時間で品質を損なうことなく且つ低コストで解凍することが可能となる。

以下に本発明の好適な一実施の形態を詳細に説明するが、本発明の技術的範囲は下記の実施形態によって限定されるものでなく、その要旨を変更することなく様々に改変して実施することができる。

最初に、図１に本発明による装置概要図を示す。図１に示すように、被解凍食品（７）は被解凍食品収納容器（４）に収納され、一対の対向する電極板（５）及び電解液（６）を介して、交流電圧が負荷され、ジュール発熱する。更に、収納容器（４）全体は、断熱材（３）によって覆われている。ここで、本発明に適用される被冷凍食品は、スリミ、卵、魚肉や獣肉等の肉類、大根等の野菜類又は果実等の半加工食品や加工食品であるが、ジュール加熱の特質上、気泡のような電気伝導率を低下させるものを大量に含まないよう調整される。そして、これら被解凍食品の形状は、断熱性容器や電極板の形状加工及び電気エネルギー効率を考慮すると、直方体又は円柱体等の表面が平滑であるものが好適に用いられる。

又、電極版としては、一般的に金属チタン板が用いられるが、耐食性、電気伝導度、加工性及びコスト及び食品安全等の点から同等以上のものであれば限定されるものではない。 次に、被解凍食品にジュール熱を発生させる際に与えられる交流電圧は、被解凍食品の大きさに応じて変化し、一般的には１０Ｖ〜２ＫＶの負荷が与えられる。又、周波数としては一般的に商用周波数が使用されるが、２０ＫＨｚ程度の高周波を使用しても良い。

さて第１の発明は、被解凍食品を介して一対の対向する電極板に電流を流した時、被解凍食品と電極板との界面でのジュール熱損失を出来るだけ小さくするため、被解凍食品と電極板との間に、０．１ｍｍ〜３．０ｍｍの間隙を設け、該間隙に食塩水溶液を満たすことによって達成される。該間隙は、実際には電極板と被解凍食品との間隙への食塩水の注入の作業性を考慮して、望ましくは０．２〜２．０ｍｍとする。又、食塩水溶液は、被解凍食品の表面近傍の温度と中心部の温度差を可能な限り小さく保つため、その温度は室温より低くし、望ましくは１０℃以下とする。ここで、食塩水溶液を狭い間隙に効率的に満たす方法として、加圧法、減圧法等が挙げられるが、必ずしもこれに限定されるものではない。

次に、電解液である食塩水溶液は、溶質成分として自然塩及び／又は化学塩を使用するが、これは被解凍物が食品であることから、解凍後に該食塩水溶液が食品に吸収されても、食品安全上の問題を生じさせないためである。ここで、自然塩とは海水から作られる自然海塩又は岩塩を言い、精製度によって成分及びその濃度が異なる。又、化学塩とはイオン交換樹脂膜法によって作られる食塩を言う。
上記の溶質成分は、主成分が塩化ナトリウムであり、微量成分として塩化マグネシウム、硫酸マグネシウム、硫酸カルシウム又は塩化カリウム等で構成されている。そして該塩成分は水溶液中においてイオン状態で存在しており、塩濃度が高いほど電気伝導度が大きい。

ここで電気伝導度が高いほど、電流量が大きく且つ発生するジュール熱も大となり、解凍速度が速くなる利点があるが、一方で、被解凍食品の表面部と中心部の温度差が大きくなり品質の劣化を招く欠点がある。従って、食塩水溶液の塩濃度は０．１〜４．５重量％とし、望ましくは０．２〜４．０重量％とする。

次に第２の発明において、食塩水溶液の全部又は一部を海洋深層水及び／又は水溶液の電気分解によって得られる電解水で置換した理由について述べる。一般的に、解凍後の食品は、異物との接触界面である食品表面において細菌が繁殖し、鮮度保持や安全上の問題がある。そこで、細菌の少ない海洋深層水及び／又は殺菌作用のある電解水を上述した所定の塩濃度なるよう調整して用いることによって細菌の繁殖を防止する効果が得られる。

次に３番目の発明は、被解凍食品と電極板との間隙を０．１ｍｍ〜３．０ｍｍに設定するための電極板に係るものであり、電極板に高さ０．１ｍｍ〜３．０ｍｍの複数個の導電性及び／又は非導電性突起を配設することによって達成される。具体的には、図２に示すような複数個の小突起を設けた電極板とするが、該小突起の形成方法としては、電極板の塑性加工、切削加工、電極板上への物理的蒸着法又は化学的蒸着法、メッキ法、溶射法、接合法又は接着法等の何れの方法によっても良い。ここで小突起は、金属、非金属を問わず、間隙形成用スペーサーとしての強度、耐食性及び食品安全上問題なければ何れを用いても良い。又、該小突起の形状は、円柱、角柱、円錐、角錐、帯状等の何れであっても良い。更に、電極板と被解凍食品の間隙体積に占める該小突起の合計体積は、エネルギー効率の点から小さいほうが望ましく、具体的には１％以下となるように形成することが望ましい。

以下に、本発明を実施例により更に具体的に説明する。

＜試験方法＞
市販の新鮮大根と豚挽肉を一辺３０，４０，５０ｍｍの立方体に成形し、−２４℃の冷凍庫で凍結して試料とした。該試料をプラスチック製試料容器に収容し、更にその外側の底部および側面部を壁厚が約６５ｍｍの発泡スチロール製容器で覆い、又、上部は厚さ５ｍｍのアクリル板で蓋をした。ここで該プラスチック製容器の対向する２側面に密着してチタン製電極板（厚さ１ｍｍ、幅及び高さは被解凍食品の寸法に対応）を設置し、該電極板と被解凍物との間隙を０．３ｍｍとなるように設定した。この時、電極板を切削加工により、四隅の各々に一辺２ｍｍ、高さ０．３ｍｍの四角柱状チタンを形成して隔壁用スペーサーとした。なお電極板を配置しない他の２面については、スチロール容器と被解凍物との間隙をゼロとした。

次に該間隙に６℃に冷却した食塩水溶液を注入した後、周波数６０Ｈｚ，印加電圧０，６０，１００，１４０Ｖ(実効値)で通電した。食塩水溶液は、塩化ナトリウム（純度９９．５％の化学塩）を使用し、濃度０，０．０１，０．０５，０．１，０．５，１．０重量％の水溶液を使用した。試料温度はφ０．１ｍｍの絶縁Ｋ型熱電対により測定し、データ入出力ユニット及びパソコンにより記録した。

＜試験結果＞
図３に立方体寸法が３０ｍｍ，４０ｍｍ，５０ｍｍの大根を試料とし、食塩水濃度０．０１重量％、印加電圧１００Ｖとした場合の試料の温度上昇結果を示す。試料中心温度が−２０℃から−２℃に達する時間は、３０ｍｍ試料で約７分、４０ｍｍ試料で約１４分、５０ｍｍ試料で約２５分であった。

図４に立方体寸法が３０ｍｍの大根試料に、食塩水濃度０．０１重量％、印加電圧０Ｖ，６０Ｖ，１００Ｖ，１４０Ｖとした場合の試料の温度上昇結果を示す。試料中心温度（Ｐｃ）が−２０℃から−２℃に達する時間は、１４０Ｖで約４分、１００Ｖで約７分、６０Ｖで約１３分、０Ｖ（自然放置）では２０分経過後でも−３℃であった。

図５に立方体寸法が３０ｍｍの豚挽肉試料に、食塩水濃度０％、０．０１％、０．１％、１．０％，印加電圧６０Ｖとした場合の試料中心及び表面部温度の上昇結果を示す。食塩水濃度が高いほど試料の温度上昇速度は速いが、試料中心部と表面部の温度差が大きくなる。

図６に立方体寸法が３０ｍｍの大根試料及び豚挽肉試料に印加電圧６０Ｖを印加した試料ついて、−２℃到達時間及び試料中心部（Ｐｃ）と表面部（Ｐｓ）の温度差に与える食塩水濃度の影響を示す。−２℃到達時間が早く且つ試料中心部と表面部の温度差が小さい食塩水濃度は０．４〜０．６重量％であった。

＜試験方法＞
市販の冷凍鱈スリミ（食塩添加有り及び無しの２種類）を５０ｍｍの立方体に切り出し、−２４℃の冷凍庫で凍結して試料とした。該試料をプラスチック製試料容器（長さ５６ｍｍ、幅５０ｍｍ、高さ５５ｍｍ）に収容し、更にその外側の底部および側面部を壁厚が約６５ｍｍの発泡スチロール製容器で覆い、又、上部は厚さ５ｍｍのアクリル板で蓋をした。ここで該プラスチック製容器の対向する２壁面に密着してチタン製電極板（厚さ１ｍｍ、幅５０ｍｍ、高さ５５ｍｍ）を設置し、該電極板と被解凍物との間隙を２．０ｍｍとなるように設定した。又、電極板を配置しない他の２面については、スチロール容器と被解凍物との間隙をゼロとした。

次に該間隙に６℃に冷却した食塩水溶液を注入した後、周波数６０Ｈｚ，印加電圧２０Ｖ(実効値)で通電した。食塩水溶液は、塩化ナトリウム（純度９９．５％の化学塩）を使用し、濃度０．１〜８．０重量％の水溶液を使用した。試料温度はφ０．１ｍｍの絶縁Ｋ型熱電対により試料中心部（Ｐｃ）とそこから２０ｍｍ離れた位置（Ｐｓ）の２点で測定し、データ入出力ユニット及びパソコンにより記録した。

＜試験結果＞
図７に本発明によるジュール加熱装置を用いた場合と、従来法（０℃の雰囲気下に放置）の場合との解凍速度の比較を示す。ここで、解凍速度は、−５℃〜−２℃に解凍させるに必要な所要時間から測定した。ここで、電解液である食塩水濃度を２．０重量％とした。図７に示すように、ジュール加熱は、従来法に比べ−２℃に到達する時間が５分の１以下となった。

図８に、−５℃〜−２℃の解凍速度に及ぼす電解液濃度の影響を示す。又、図９に、被解凍食品の中心部（Ｐｃ）と表面部（Ｐｓ）との温度差に及ぼす電解液濃度の影響を示す。図に示すように、電解液濃度が高いほど解凍速度は大きい（図８）が、電解液濃度が４．５％を超えると温度差が大きくなり、品質に悪影響を及ぼすことが分かる。

本発明のシステムを示す装置概要図である。 本発明の実施の形態に係る電極板上に設置された隔壁用スペーサーを示す模式図である。 本発明の実施例１に係る大根試料の温度上昇に対する試料の大きさの影響を示す測定結果である。 本発明の実施例１に係る大根試料の温度上昇に対する印加電圧の影響を示す測定結果である。 本発明の実施例１に係る豚挽肉試料の温度上昇に対する食塩水溶液濃度の影響を示す測定結果である。 本発明の実施例１に係る大根及び豚挽肉試料の−２℃到達時間及び試料中心部と表面部の温度差に対する食塩水溶液濃度の影響を示す測定結果である。 本発明の実施例２に係る、鱈スリミ（食塩有り、無し）の解凍時間に及ぼすジュール法と従来法（０℃放置）の比較を示す図である。 本発明の実施例２に係る、鱈スリミ（食塩有り）の解凍速度に及ぼす電解液濃度の影響を示す図である。 本発明の実施例２に係る、鱈スリミ（食塩有り）の温度差（被解凍食品中心部と表皮部）に及ぼす電解液濃度の影響を示す図である。

Claims (3)

1. 被解凍食品をジュール熱によって解凍する解凍装置において、被解凍食品に交流電圧を与えて通電解凍するための一対の対向する電極板と、被解凍食品との間に０．１ｍｍ〜３．０ｍｍの間隙を設け、該間隙に塩濃度が０．１〜４．５重量％の食塩水溶液を満たす電解液を必須構成要素することを特徴とする冷凍食品解凍装置。
2. 前記食塩水溶液の全部又は一部を、海洋深層水及び／又は電解水で置換したことを特徴とする請求項１に記載の冷凍食品解凍装置。
3. 請求項１において、電極板と被解凍食品との間隙幅を０．１ｍｍ〜３．０ｍｍの所定の間隙となるように、電極板に複数個の導電性及び／又は非導電性突起を配設したことを特徴とする冷凍食品解凍用電極板。
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   

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