JP2012055189A

JP2012055189A - 電界発生装置

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Publication number: JP2012055189A
Application number: JP2010199162A
Authority: JP
Inventors: Yukio Asada; 幸雄浅田
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2010-09-06
Filing date: 2010-09-06
Publication date: 2012-03-22

Abstract

【課題】食品の状態変化速度を可変させることができる電界発生装置を提供する。
【解決手段】食品に印加する電界を発生させる電界発生装置は，交流電源の電圧を昇圧する昇圧トランス１１と，昇圧トランスにより昇圧された交流電圧が入力される時定数を有する回路１２と，時定数を有する回路から出力される交流電圧が印加され，当該交流電圧による電界を発生させる電極部１３とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は，食品用の電界発生装置に関し，特に，食品の状態変化速度を可変させる電界発生装置に関する。

野菜や肉・魚類などの生鮮食品を含む食品の保存期間を延長させるために，食品に高電界を印加する手法が知られている（例えば，特許文献１，２及び３）。一般的には，当該手法は，昇圧された高電圧を給電線により電極板に印加し，電極板から発生される高電界の空間内に食品が載置される。食品に高電界を印加することで，食品の状態変化（細菌繁殖による腐敗，水分蒸発による乾燥など）速度が遅くなることで，食品の鮮度劣化が抑えられるものと考えられている。

特開２００７−２１３０４６号公報特表平９−５１０８６７号公報特開平１２３７６１３４号公報

このように，従来の電界発生装置は，食品に高電界を印加することで，食品の状態変化速度を遅らせ，食品の保存期間を延長させるが，本発明者は，食品に電界を印加する種々の実験を繰り返し，高電界を印加することで，食品の状態変化速度を遅らせるだけではなく，食品の状態変化速度を速めることができる手法を見いだした。

そこで，本発明の目的は，食品の状態変化速度を可変させることができる電界発生装置を提供することにある。

本発明者は，交流電源の交流電圧を昇圧した電圧を時定数を有する回路に入力し，その時定数を有する回路からの出力電圧を電極部に印加する電界発生装置の構成に想到し，その時定数を変化させることで，食品の状態変化速度を可変させることできるとの知見を得た。

具体的には，上記目的を達成するための本発明の電界発生装置は，食品に印加する電界を発生させる電界発生装置であって，交流電源の電圧を昇圧する昇圧トランスと，昇圧トランスにより昇圧された交流電圧が入力される時定数を有する回路と，時定数を有する回路から出力される交流電圧が印加され，当該交流電圧による電界を発生させる電極部とを備えることを特徴とする。

時定数を有する回路は，例えば，ローパスフィルタ又はオールパスフィルタであり，時定数を有する回路と電極部とを接続する給電線は，好ましくは同軸ケーブルである。

本発明の電界発生装置によれば，時定数を有する回路を介して交流電圧を電極部に印加する構成とし，設定する時定数を変化させることで，食品の状態変化速度を可変させることできる。

本発明の実施の形態における電界発生装置の構成例を示す図である。時定数回路１２の構成例を示す図である。電極部１３の構成例を説明する図である。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。しかしながら、かかる実施の形態例が、本発明の技術的範囲を限定するものではない。

図１は，本発明の実施の形態における電界発生装置の構成例を示す図である。電界発生装置は，交流電源１０と，交流電源の交流電圧を昇圧する昇圧トランス１１と，昇圧トランス１１の二次側（出力側）に接続される時定数を有する回路（以下，時定数回路と称する）１２と，電界を発生する電極部１３とを備え，時定数回路１２と電極部１３とは給電線１４により接続される。給電線１４には，例えば，単芯ケーブル又は同軸ケーブルを用いることができる。

また，交流電源１０は，好ましくは正弦波交流電源であり，例えば商用の交流電源（周波数５０／６０Ｈｚ）が用いられ，商用交流電源を昇圧トランス１１の一次側に入力し，昇圧トランス１１の二次側に時定数回路１２を接続し，時定数回路１２の出力から給電線１４を用いて電極部１３に接続する。当該構成により，交流電源１０の交流電圧は，昇圧トランス１１により昇圧され，その昇圧された交流電圧が，時定数回路１２を介して電極部１３に印加される。印加電圧及び電圧周波数は限定されない。

本発明者は，電界発生装置により食品に電界を印加する種々の実験を行う中，昇圧された交流電圧を時定数回路１２に入力し，その時定数回路１２からの出力電圧を電極部１３に印加する構成に想到し，その時定数を変化させることで，食品の状態変化速度を可変させることできるとの知見を得た。具体的に，高電界を印加するときの時定数回路の時定数を変化させることで，細菌増殖数及び蒸散率が変化する実験結果を得た。特に，細菌増殖数については，時定数を変化させることで，高電界を印加しない場合と比較して，細菌増殖数を抑える時定数と，細菌増殖数を増大させる時定数が存在することを見いだした。本実施の形態における電界発生装置の時定数を細菌増殖率を抑える時定数に設定することで，従来の効果と同様に，食品の腐敗を抑え，食品の保存期間を延長させる効果が得られ，一方，細菌増殖数を増大させる時定数に設定することで，例えば，発酵食品の製造段階において，その発酵速度を促進させる効果が得られ，発酵食品の製造工程の短縮化などの効率化に貢献する。

図２は，時定数回路１２の構成例を示す図である。時定数回路１２は，抵抗素子及び容量素子を有する回路であり，例えば，図２（ａ），（ｂ）に示すように，積分回路（ローパスフィルタ）である。図２（ｂ）では，ローパスフィルタを２組組み合わせることで，図２（ａ）の構成と比較して，部品点数は２倍必要であるが，容量素子の必要耐電圧を半分にした構成例である。また，時定数回路１２は，例えば，図２（ｃ）に示すように，位相シフト回路（オールパスフィルタ）である。図２（ｃ）のオールパスフィルタは位相を遅らせる構成例である。オールパスフィルタの位相のシフト量は，抵抗素子のインピーダンスＲ（Ω），容量素子の容量Ｃ（Ｆ）及び入力電圧の周波数により決定される。図２（ｃ）の構成も，図２（ａ）の構成と比較して，部品点数は２倍必要であるが，時定数を増大させても，出力電圧は低下しない。

図２（ａ）乃至（ｃ）のいずれの回路における時定数τは，抵抗素子のインピーダンスＲ（Ω），容量素子の容量Ｃ（Ｆ）とすると，τ＝ＲＣで表される。また，時定数を有する回路は図２の例に限られず，例えば，時定数回路１２は，コイル素子を有する回路であってもよく，その場合の時定数τは，抵抗素子のインピーダンスＲ（Ω），コイル素子のインダクタンスＬ（Ｈ）とすると，τ＝Ｌ／Ｒで表される。時定数回路１２から出力される電圧は，時定数回路１２に入力される電圧と比較して，時定数回路１２の時定数の大きさに応じて，その位相がずれて出力される。

給電線１４に単芯ケーブルを用いる場合，その取り回し及び設置の仕方により，接地との浮遊静電容量が変化するため，時定数回路で設定した時定数に影響を与える場合がある。一方，給電線１４に同軸ケーブルを使用し，外皮導体を時定数回路１２の基準極に接続することで，同軸ケーブルの種類，長さに応じた固定された静電容量となり，時定数も固定できる。よって，時定数回路１２の時定数τを，同軸ケーブルの静電容量を考慮して設計すれば，給電線１４の設置状況にかかわらず，設計通りの時定数を設定することができる。

図３は，電極部１３の構成例を説明する図である。図３は，電極部１３の断面を示し，時定数回路１２と接続する電界印加用電極１３１は，人間が電界印加用電極１３１に直接触れないように，絶縁体１３２で覆われる。電界印加用電極１３１は金属などの良導体であり，板状，箔状，線状，メッシュ状に形成され，また，電気的絶縁基材に金属メッキされたものであってもよい。電界印加用電極１３１は，その面積の大きさから同軸ケーブルよりも大きな接地との浮遊静電容量が発生する可能性がある。その浮遊静電容量の変化を抑えるために，好ましくは，電界印加用電極部１３と電極部設置面（テーブルなどの台や，冷蔵庫の内壁面など）との間に低誘電率の充填物１３３が配置される。なお，低誘電率の充填物１３３が充填される空間は，空気層であってもよい。

図３（ａ）は，電極部１３の第１の構成例を示す。電界印加用電極１３１上に食品類が載置される。電界印加用電極１３１を覆う絶縁体１３２の断面形状をコの字状として，その開口部を下方側に向け，テーブルなどの台や，冷蔵庫の内壁面などの電極部設置面の台上に載せられ，電界印加用電極１３１とテーブル面との間に設けられる内部空間に，低誘電率充填物１３３が充填される。

図３（ａ）において，浮遊静電容量が最大となる場合，すなわち，電極部設置面が電気的に接地されている場合，浮遊静電容量は概略計算でき，実測も可能である。また，浮遊静電容量が最小となる場合は，電極部の大きさにもよるが，数ｐＦ程度になると考えられる。よって，時定数回路１２を設計するのに最大浮遊静電容量の半分を考慮し，また，容量素子の容量値は浮遊静電容量より十分大きく，具体的には１０倍程度以上に設定し，次いで，抵抗素子の抵抗値を決定すれば，浮遊静電容量の変化，つまり，電極部の設置状況に左右されず，所望の時定数に設定することができる。

図３（ｂ）は，電極部１３の第２の構成例を示す。図３（ａ）と同様に，電界印加用電極１３１を覆う絶縁体１３２の断面形状をロの字状（中空の筒状物）として，食品類が載置される上面側に，電界を印加するための電界印加用電極１３１を配置し，内部空間を挟んだ下面側に，電界印加用電極１３１と対向するように接地用電極１３４を配置する。接地用電極１３４は，電界印加用電極１３１と同様の構成の良導体である。内部空間には，図３（ａ）と同様に，低誘電率の充填物１３３を充填することにより，浮遊静電容量が最大となり，その値は算出可能であり，一定であるので，時定数回路の設計時に，その浮遊静電容量を加えて設計することで，浮遊静電容量の影響を排除することができる。内部空間は空気層であってもよい。

もちろん，電界印加用電極１３１の接地用電極１３４に対向する面と反対の面，すなわち，電界を作用させる面にも浮遊静電容量が発生するが，通常使用時，当該面は，空間に面していて，接地とは距離をとることができ，浮遊静電容量は考慮する必要があるほど大きな値とならない。

本実施の形態における電界発生装置は，用途に応じて，食品保管庫，冷蔵庫，冷凍庫，食品ショーケースなどの食品の状態変化を遅らせる食品保存用装置に加えて，例えば，発酵促進装置など食品の状態変化を速める装置にも適用可能である。また，本実施の形態における電界発生装置が適用される食品は，水などの飲料，野菜や肉・魚類の生鮮食品など，その種類は限定されない。

（実施例１）
実施例１では，細菌の増殖数の比較実験を行った。実験区の検体には，電界発生装置により高電界を印加する。電界発生装置は，交流電源に図２（ａ）の構成の時定数回路１２が接続され，時定数回路１２を介して電極部１３に電圧が印加される。対照区の検体には，高電界は印加されない。実験条件は以下の通りである。

実験条件
検体生クリーム
保管温度 35℃
保管期間 48時間
実験方法
検体の作り方
（１）ステンレスボール、ホイッパーを煮沸殺菌し、ラップで包み冷蔵庫内で冷やす。
（２）植物性の生クリームは、無菌の物を使用する。
（３）冷えたステンレスボールに生クリームを入れ、市場の生クリームに近い状態にするため、砂糖を3〜5%加え、浮遊菌が均一に触れるようにホイッパーでホイップする。
（４）ホイップされた生クリームを二等分し、一方を対照区用検体、もう一方を実験区用検体とする。

上記検体10mgにリン酸緩衝生理食塩水90mlを加えホモナイズする。試料原液を予想菌数に応じて10倍段階希釈し，標準寒天培地に分注する。35±1℃に保持された恒温槽2台に各々を48±3時間保持する。実験区用恒温槽内部には電極部１３が設置され、時定数回路１２を介した電圧を印加する。

保持時間経過後、菌数(集落数)を計測する。

実験結果１では、印加電圧が850Vacで、一般細菌の増殖が対照区基準で 49% になり、実験区の細菌増殖数は，印加電圧を加えない対照区と比較して，半分以下に抑えられている。すなわち，設定時定数2.3msとして高電界を印加すると，細菌増殖数は抑制される。

一方，実験結果２では、実験結果１よりも高い印加電圧 960Vacで一般細菌の増殖が対照区基準で 140% になり，実験区の細菌増殖数は，印加電圧を加えない対照区と比較して，1.4倍に増大している。すなわち，設定時定数1.6msとして高電界を印加すると，細菌増殖数が増大し，高電界を印加すると細菌増殖数が抑制されるという従来の効果と異なる結果を得た。電界エネルギーだけで考えると、電界エネルギーは印加電圧の自乗に比例し，実験結果２では、実験結果１より大きい電界エネルギーを印加しており，従来の知見によれば，より低い細菌増殖数が予想されるところ，時定数を変化させて高電界を印加することで，細菌増殖数が増大するという逆の実験結果となった。もちろん電界エネルギーに影響するその他の条件項目は同一である。

（実施例２）
実施例２では，蒸散率の比較実験を行った。実施例１と同様に，実験区の検体には，電界発生装置により高電界を印加する。電界発生装置は，交流電源に図２（ａ）の構成の時定数回路１２が接続され，時定数回路１２を介して電極部１３に電圧が印加される。対照区の検体には，高電界は印加されない。実験条件は以下の通りである。

実験条件
検体食パン
保管温度 30℃
保管時間 24時間
実験方法
食パン 1枚を2等分し、各々を2台の30℃に保持された恒温槽内に24時間保持する。

一台の恒温槽を対照区用とし、もう一台の恒温槽を，電界発生装置をその内部に設置した実験区とした。恒温槽底部にはドレン用の穴が開いており、湿気の出入りはそこから行われている。実験は３回行った。

実験結果３及び４ともに，実験区の蒸散率の変化は，対照区と比較して抑制されているが，時定数の違いにより、食パンの蒸散率が変化する結果が得られた。一般的に，パン・ケーキ類は，蒸散率が６％減少することで廃棄対象となる場合もあり，実験結果３と４では，蒸散率の変化に1.5％もの差が生じたことで，時定数を異ならせることで蒸散率の変化に有意な影響を与えることが判明した。

１０：交流電源，１１：昇圧トランス，１２：時定数を有する回路，１３：電極部，１４：給電線，１３１：電界印加用電極，１３２：絶縁体，１３３：低誘電率充填物，１３４：接地用電極

Claims

食品に印加する電界を発生させる電界発生装置において，
交流電源の電圧を昇圧する昇圧トランスと，
前記昇圧トランスにより昇圧された交流電圧が入力される時定数を有する回路と，
前記時定数を有する回路から出力される交流電圧が印加され，当該交流電圧による電界を発生させる電極部とを備えることを特徴とする電界発生装置。
請求項１において，
前記時定数を有する回路の時定数は，食品に電界を与えない場合と比較して，食品に含まれる細菌の増殖を速める値又は食品に含まれる細菌の増殖を遅らせる値に設定されることを特徴とする電界発生装置。
請求項１又は２において，
前記時定数を有する回路は，ローパスフィルタ又はオールパスフィルタであることを特徴とする電界発生装置。
請求項１乃至３のいずれか１項において，
前記電極部は，前記時定数を有する回路と電気的に接続する電極を有し，前記電極と接地間に空間が設けられることを特徴とする電界発生装置。
請求項１乃至３のいずれか１項において，
前記電極部は，前記時定数を有する回路と電気的に接続する第１の電極と，接地と電気的に接続する第２の電極とを有し，前記第１の電極と前記第２の電極間に空間が設けられることを特徴とする電界発生装置。