JP2007195493A - 電場及び超音波を用いた急速冷凍方法及び冷凍庫 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】この発明の方法は、冷凍庫内の空間に電場を発生させながら対象物を冷凍する方法において、上記空間に超音波を放射することにより対象物を急速且つ均一に冷凍するものである。上記冷凍庫内の温度を−15℃〜−25℃の範囲で急速冷凍させ、対象物は水分を含有し細胞を備えた食品又は食品用素材である。
【選択図】図1
Description
ちなみに、−1℃は対象物が冷凍された状態を保つことのできる上限域の温度であるが、それ以下の温度は通常の業務用冷凍庫の温度域(−20℃±5)に至る範囲内で、対象物の種類や性質に応じて任意に選択設定できる。
まず、本発明の冷凍庫を用いた水の冷凍実験を行った。
[実験方法]
通常の冷凍庫で水を冷凍させた場合と、本発明の冷凍庫で水を急速冷凍させた場合とで、水の温度変化を測定しそれぞれを比較した。
[実験結果]
図5は冷凍した際の時間に対する水の温度変化を示したグラフである。同図(A)が通常の冷凍庫を用いて冷凍した場合であり、同図(B)が本発明の冷凍庫を用いて冷凍した場合である。
図5(A)と(B)を比較すると、両方ともに冷凍庫内の温度は−20℃前後でほぼ一定であるのに対して、水(氷)温は本発明の冷凍庫を用いて冷凍した場合の方が通常の冷凍庫を用いて冷凍した場合より急速に下がっており、より速く冷凍されていることが確認された。また、水が最大氷結晶生成温度域に留まる時間も、冷凍庫1を用いて冷凍したものの方が通常の冷凍庫を用いて冷凍したものより短いことが確認できた。
本発明の冷凍庫を用いることで急速冷凍可能な理由は、電場発生及び超音波放射により熱の冷凍効率が向上することに加えて、冷凍庫内に交番電場(電界)を発生させるので水分子の双極子が回転し内部摩擦熱が発生し凝固潜熱とあいまって水の過冷却状態(水が最大氷結晶生成温度域に留まっている状態)が回避され、水が素早く氷結することが理由の一つとして考えられる。また、水に振動エネルギーを与えると氷核を形成し凍結する現象が知られており、水を超音波加振することで水の過冷却状態が回避さることも急速冷凍可能な理由の一つと推測される。
次に本発明の冷凍庫を用いてアサリを冷凍処理し、細胞組織への影響を観察する実験を行った。
[実験方法]
中国産アサリ(殻長37±1mm,重量8.4〜9.5kg)を通常の冷凍庫と本発明の冷凍庫で冷凍した。その後、それらのアサリを温室で1時間自然解凍して、その後化学的に固定を行った。ちなみに、光学顕微鏡で観察するアサリは4%パラホルムアルデヒド(リン酸緩衝液pH7.4)で殻ごと化学的固定を行い、電子顕微鏡で観察するアサリは1.5%グルタルアルデヒド(リン酸緩衝液pH7.4)にて殻ごと化学的固定を行った。その後、殻から閉殻筋(貝柱)、軟体部(足、外套膜、肝臓)を切り出して再度化学的固定を行った。光学顕微鏡で観察するものは通常のパラフィン包埋を行い、切片を作成してヘマトキシリン・エオシン染色を行った。また、電子顕微鏡で観察するものはオスミウム酸による二重固定後、タンニン酸による導電染色とアルコール上昇系列による脱色とTブチルアルコールによる置換とをした後、白金パラジウムにてコーティングした。そして、これらの試料を光学顕微鏡及び電子顕微鏡で観察した。
[実験結果]
図6〜9は顕微鏡で撮影したアサリの体組織の写真であり、図6〜8は光学顕微鏡で撮影しており、図9は電子顕微鏡で撮影している。また、図6、9はアサリの閉殻筋組織、図7はアサリの肝膵臓組織、図8はアサリの足組織をそれぞれ示す。なお、各図の(A)は通常の冷凍庫で冷凍処理したアサリの写真であり、各図の(B)は本発明の冷凍庫で冷凍処理したアサリである。
図6、8においては、各図(B)より(A)の方が白い部分が多く氷結晶粗大化の痕跡が多く認められ、より細胞破壊の影響が深刻である。また図7では、同図(A)より(B)の方が肝膵臓を構成する円形の細管構造が維持されており、冷凍による組織傷害が抑制されている。さらに図9では、同図(B)より(A)の方が多くの筋組織の解離しており、冷凍による組織傷害が深刻である。
以上のように本発明の冷凍庫を用いて冷凍処理したアサリは、通常の冷凍庫を用いて冷凍処理したアサリと比較して冷凍処理による組織破壊がほとんど認められず、高鮮度で冷凍処理されたことが確認できた。
本発明の冷凍庫を用いて冷凍処理された食品をMRI装置用いて観察し、冷凍処理された食品の鮮度を調べる実験を行った。
[実験方法]
この実験ではMRI装置(本実験では、Philips社製 Gyroscan NTのMRI装置を使用)を使うことにより生体内のプロトン密度を画像化し、局所的なT1値を算出した。プロトンとは水素原子のことを意味し、一般にこのプロトン密度が高いほど細胞組織が維持されていることになる。また、T1値とは、T1緩和時間と呼ばれ水分子運動の指標として多く用いられ、細胞組織が維持されているほど水分子運動は制限されるためこの値が短くなる。
冷凍条件は庫内温度−20℃とし、冷凍時間は24時間とした。また、実験で用いたアサリは中国産であり、アサリの状態を均一化するため、これらのアサリを3日間にわたって水槽で蓄養(1日1回適量のプランクトンを餌食)した。その後、ポリスチレン製の袋にアサリを入れて密閉し、その状態で実験を行った。
図10〜12は冷凍処理したアサリのプロトン密度を画像化したものである。また、各図(A)は通常の冷凍庫で冷凍処理されたアサリのプロトン密度画像であり、(B)は本発明の冷凍庫で冷凍処理されたアサリのプロトン密度画像である。なおプロトン密度画像は、白が濃いほどその部分のプロトン密度が高く組織が維持されていることを意味する。
図10〜12の各図の(A)、(B)のアサリを比較すると、通常の冷凍庫を用いてアサリの冷凍処理をした場合と本発明の冷凍庫を用いてアサリの冷凍処理を行った場合とでは明確に白い部分に差が認められ、通常の冷凍庫を用いてアサリの冷凍処理をした場合より本発明の冷凍庫を用いてアサリの冷凍処理を行った場合の方がアサリの組織を維持して冷凍処理が行えたことが確認できた。
2 冷凍室
3 冷却室
4 ラック
5 開口部
6 ドア
7 冷凍機
8a 冷却器
8b 冷却器
9 高電圧発生装置
10a 放電電極
10b アース電極
11 碍子
12 超音波発振器
13 超音波振動子
14 温度制御盤
15 電圧制御盤
16 超音波制御盤
Claims (9)
- 冷凍庫内の空間に電場を発生させながら対象物を冷凍する方法において、上記空間に超音波を放射することにより対象物を急速且つ均一に冷凍する電場及び超音波を用いた急速冷凍方法。
- 冷凍庫内の温度を−15℃〜−25℃の範囲で急速冷凍させる請求項1の急速冷凍方法。
- 対象物が水分を含有した細胞を備えたものである請求項1又は2の急速冷凍方法。
- 対象物が食品又は食品用素材である請求項3の急速冷凍方法。
- 冷凍装置を備えた冷凍庫内に電場を発生させるための電場発生装置と、庫内に超音波を放射するための超音波発生装置とを備えた冷凍庫。
- 庫内温度を設定する機能と、時間に応じて設定温度を切り替える機能と、庫内と食品の温度を計測しそれらの温度を記録する機能とを有する制御装置を備えた請求項5の冷凍庫。
- 電場発生装置が冷凍庫内壁側と絶縁された放電電極(10a)と、冷凍庫内壁側に設置されたアース電極(10b)とよりなる請求項5又は6の冷凍庫。
- 冷凍対象物を庫内に保持するためのラック(4)の一部又は全部を放電電極(10a)により構成させてなる請求項7の冷凍庫。
- 制御装置が電場及び超音波により対象物を均一且つ急速に冷凍する急速・均一冷凍モードと、−1℃〜−25℃の範囲で温度設定をしてモードの開始から終了までの時間を任意設定できる冷凍保存モードとの2つのモードを有する請求項6,7又は8の冷凍庫。
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