JP4243924B2 - 高機能性冷凍装置および高機能性冷凍方法 - Google Patents
高機能性冷凍装置および高機能性冷凍方法 Download PDFInfo
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、食材、食品や生体等の被冷凍物の冷凍方法に係り、とくに、被冷凍物の細胞の破壊を抑制し、被冷凍物の鮮度が維持できる、高鮮度高品質の冷凍品が得られる冷凍方法およびその装置に関する。
なお、本発明でいう、高機能性冷凍とは、被冷凍物の細胞の破壊を抑制し、鮮度が維持でき、高鮮度高品質の冷凍品が得られる冷凍方法をいうものとする。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、食材、食品や生体等の被冷凍物の鮮度を長期にわたって維持して保存する方法として冷凍保存がある。しかし、従来の冷凍保存方法では、被冷凍物の色調の変化、味覚の劣化、ドリップ (解凍時の液汁の流出）の発生等の品質の低下や鮮度の低下を完全に防止することができなかった。食材、食品や生体等の被冷凍物には、それらを構成する蛋白質等の分子に拘束された結合水、およびこれら分子に拘束されずに被冷凍物内を自由に移動することができる自由水からなる、多量の水分が含まれている。冷凍時には、この自由水が凍結し、氷の結晶として成長する。この氷の結晶が粗大化すると、被冷凍物の細胞が破壊され、食材、食品等では解凍時にドリップが発生し、生体の元の状態への復元が困難となる。
【０００３】
氷結晶の粗大化は、冷凍時に氷結晶生成温度域を通過する時間が緩慢である場合に発生する。そこで、被冷凍物を液体冷媒に浸漬、あるいは被冷凍物に液体冷媒を散布して、かかる氷結晶生成温度域を速やかに通過させるべく急速冷却し、氷の結晶の粗大化を抑制する方法が考えられる。しかし、被冷凍物を液体冷媒に浸漬、あるいは被冷凍物に液体冷媒を散布する方法では、表層は急速冷却が可能となるが、表層に凍結層が形成される。被冷凍物内部の冷却は、表面からの熱伝達により律速されるが、表層の凍結層の存在により、内部への熱伝達が阻害され、内部の冷却が遅れるため、被冷凍物の内部では氷結晶の粗大化が起きてしまい、氷結晶の粗大化を防止できないという問題があった。
【０００４】
このような問題に対し、例えば、ＷＯ／ 01-24647 A1号公報には、冷凍対象物に一方向の磁場を作用させつつ、冷凍対象物の周囲温度をー30〜ー100 ℃に冷却して急速冷凍するステップと、あるいはさらに冷凍対象物を１〜５ｍ／ｓの冷風で冷却するとともに、冷風に可聴周波数帯の音波を重畳するステップと、あるいはさらに冷凍対象物に電場を作用させるステップと、を備えている超急速冷凍方法が提案されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ＷＯ／ 01-24647 A1号公報に記載された技術によれば、被冷凍物の細胞破壊が抑制され、冷凍後も生に近い味覚で食品を食することが可能となり、冷凍保存された食品の品質はかなり改善されたといえるが、しかしながら、この技術によっても、一部の食品では、被冷凍物の細胞破壊を完全に防止することができず、冷凍保存された食品の品質低下が認められるという問題を残していた。
【０００６】
本発明は、このような実情に鑑みてなされたものであり、あらゆる種類の食品、食材あるいは生体の細胞を破壊することなく冷凍保存することが可能な、高機能性冷凍装置および高機能性冷凍方法を提案することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、上記した課題を達成するために、冷凍時に、被冷凍物の細胞破壊を抑制する方策について鋭意検討した。その結果、本発明者は、氷結晶の生成する速度が大きい温度域である最大氷結晶生成温度域を急速冷却することに加えて、氷結晶の核生成を抑制することが、氷結晶の粗大化防止に有効であり、被冷凍物の細胞破壊を抑制できることに思い至った。さらに研究を重ねた結果、本発明者は、被冷凍物を急速冷却するとともに、被冷凍物に交番電界を作用させることにより、氷結晶の核生成を抑制でき、−10℃以下まで氷結晶核の生成が起こらず過冷却状態が実現できるという知見を得た。とくに、交番電界として周波数：50Hz〜５MHz の可変周波数交番電界を作用させることが、氷結晶核の生成抑制には有効であるという結論を得た。
【０００８】
また、被冷凍物に交番電界と磁場とを同時に作用させると、被冷凍物に含まれる自由水が、食品や生体の基質である蛋白質や糖質と水和して水和高次構造体の分子を形成する結合水に移行し、これにより自由水が減少し、氷結晶の生成確率が減少して、氷結晶の核生成をさらに抑制することができるという知見も得た。
また、本発明者は、被冷凍物を冷却する冷気に、イオン風を重畳させることにより、熱伝達が促進され被冷凍物の冷却速度が顕著に向上することを見いだした。
【０００９】
本発明は、上記した知見に基づき、さらに検討を加えてして完成されたものである。
すなわち、本発明の要旨はつぎの通りである。、
（１）冷凍庫と、 該冷凍庫の内部空間に収容されている被冷凍物に交番電界を作用させる交番電界発生手段と、前記冷凍庫内の冷気を、前記被冷凍物に送風する送風手段と、を備える高機能性冷凍装置であって、前記交番電界が、周波数：50Hz〜５MHz の範囲で連続的に周波数を変化させた交番電界であり、さらに前記交番電界発生手段に加え、前記被冷凍物に磁場を作用させる磁場発生手段を備え、該磁場発生手段が、静磁場を発生する静磁場発生装置および／または変動磁場を発生する変動磁場発生装置であり、該静磁場発生装置が永久磁石であり、該変動磁場発生装置が誘電コイルであり、前記永久磁石が、前記冷凍庫の外壁面または前記被冷凍物を保持する保持具裏側に設けられ、前記誘電コイルが、前記被冷凍物を保持する保持具にまたがるようにあるいは前記被冷凍物を保持する保持具を挟むように、あるいは前記被冷凍物を保持する保持具を囲むようにして、かつ冷気を妨げないように設けられることを特徴とする高機能性冷凍装置。
（２）（１）において、前記静磁場の強さが１〜10000Gaus であり、前記変動磁場の強さが１〜1000Gausであることを特徴とする高機能性冷凍装置。
（３）（１）または（２）において、前記送風手段により送風される冷気にイオン風を重畳するイオン風発生装置、を備えることを特徴とする高機能性冷凍装置。
（４）（３）において、前記イオン風発生装置が、管状の正極と、該管状の正極の内部に装入された線状の負極と、これら正極と負極の間に電圧を印加する電圧発生装置とを有すことを特徴とする高機能性冷凍装置。
（５）（４）において、前記管状の正極および線状の負極が、ステンレス鋼製または銀めっきあるいは金めっきを施した鋼製であることを特徴とする高機能性冷凍装置。
（６）（１）ないし（５）のいずれかにおいて、前記冷凍庫の内壁面が、遠赤外放射吸収能を有する部材で構成されたことを特徴とする、高機能性冷凍装置。
（７）（１）ないし（６）のいずれかにおいて、前記交番電界発生手段が、前記被冷凍物を挟み込むように互いに対向して配設される少なくとも１対の電極と、該電極間に交番電界を印加する交番電界発生装置とを有することを特徴とする高機能性冷凍装置。
（８）（７）において、前記電極は、ステンレス鋼製または銀めっきあるいは金めっきを施した鋼製平板電極とし、該平板電極には複数の突起が付与されたことを特徴とする高機能性冷凍装置。
（９）（１）ないし（８）のいずれかにおいて、前記冷凍庫内の冷気の通路に、 高熱伝導性材料からなるハニカム構造体を備えることを特徴とする高機能性冷凍装置。
（１０）冷凍庫の内部空間に収容されている被冷凍物に、交番電界を作用させ、前記冷凍庫内の冷気を、送風手段により送風させながら、水分の凍結を抑制しつつ所定の温度まで急速冷却したのち、該所定の温度で瞬時に冷凍し、被冷凍物を高鮮度に保持する高機能性冷凍方法において、前記交番電界が、周波数：50Hz〜５MHz の範囲で連続的に周波数を変化させた交番電界であり、前記交番電界に加え、前記冷凍庫の外壁面または前記被冷凍物を保持する保持具裏側に設けられた永久磁石により発生された静磁場および／または前記被冷凍物を保持する保持具にまたがるようにあるいは前記被冷凍物を保持する保持具を挟むように、あるいは前記被冷凍物を保持する保持具を囲むようにして、かつ冷気を妨げないように設けられた誘電コイルにより発生された変動磁場である磁場を作用させることを特徴とする高機能性冷凍方法。
（１１）冷凍庫の内部空間に収容されている被冷凍物に、交番電界を作用させ、前記冷凍庫内の冷気を、送風手段により送風させながら、水分の凍結を抑制しつつ所定の温度まで急速冷却したのち、該所定の温度で瞬時に冷凍し、被冷凍物を高鮮度に保持する高機能性冷凍方法において、前記交番電界が、周波数を、250kHzとする交番電界であり、前記交番電界に加え、さらに前記冷凍庫の外壁面または前記被冷凍物を保持する保持具裏側に設けられた永久磁石により発生された静磁場および／または前記被冷凍物を保持する保持具にまたがるようにあるいは前記被冷凍物を保持する保持具を挟むように、あるいは前記被冷凍物を保持する保持具を囲むようにして、かつ冷気を妨げないように設けられた誘電コイルにより発生された変動磁場である磁場を作用させることを特徴とする高機能性冷凍方法。
（１２）（１０）または（１１）において、前記静磁場の強さが１〜10000Gaus であり、前記変動磁場の強さが１〜1000Gausであることを特徴とする高機能性冷凍方法。
（１３）（１０）ないし（１２）のいずれかにおいて、前記冷凍庫内の冷気にイオン風を重畳させることを特徴とする高機能性冷凍方法。
（１４）（１０）ないし（１３）のいずれかにおいて、前記冷凍庫の内壁面が、遠赤外放射吸収能を有する部材で構成されたことを特徴とする高機能性冷凍方法。
（１５）（１０）ないし（１４）のいずれかにおいて、前記冷凍庫内の冷気を、高熱伝導性材料からなるハニカム構造体内に通気させることを特徴とする高機能性冷凍方法。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明の高機能性冷凍装置の一例を図１に示す。
本発明の高機能性冷凍装置は、冷凍庫１と、 該冷凍庫１の内部空間に収容されている被冷凍物２に交番電界を作用させる交番電界発生手段３とを備える。
交番電界発生手段３は、被冷凍物２を挟み込むように互いに対向して配設される少なくとも１対の電極3a,3b と、該一対の電極3a,3b 間に交番電界を印加する交番電界発生装置3cとを有し、１対の電極3a,3b を介し、被冷凍物２に交番電界31を作用させる。本発明では、交番電界発生装置3cは、周波数発生装置を有し、周波数可変とすることが好ましく、また、増幅回路を有し、所望の電界強さ（100 Ｖ/cm 〜5000Ｖ/cm ）を前記した少なくとも一対の電極に印加することが好ましい。
【００１１】
なお、図１には一対の電極のみを示すが、冷凍庫１の内部空間に収容される被冷凍物２が、トレイ等で高さ方向に２段以上に積まれる場合には、各段それぞれの被冷凍物２を挟み込むようにそれぞれ一対の電極を配設することが好ましい。
使用する電極は、特に限定されないが、ステンレス鋼製または銀めっきあるいは金めっきを施した鋼製平板電極とすることが均一に交番電界を被冷凍物に付与する観点から、あるいは耐食性と衛生上の観点から好ましく、また、平板電極には複数の突起を付与することが、電界エネルギーの放出効率と均一な電界を与える観点から好ましい。
【００１２】
本発明では、冷凍庫の内部空間に収容されている被冷凍物に、前記した交番電界発生手段により交番電界を作用させて、水分の凍結を抑制しつつ所定の温度まで急速冷却したのち、交番電界の作用を停止し、該所定の温度で瞬時に冷凍する。所定の温度としては−20〜−40℃の間の温度とすることが好ましい。
本発明では、作用させる交番電界31は、50Hz〜５MHz の可変周波数交番電界とすることが好ましい。なお、より好ましくは250kHz 、３ MHz である。生成しかかった氷結晶核を消滅させるには、必要な電界エネルギーを氷結晶核に有効に吸収される必要がある。本発明者は、なかでもこれに有効な電界エネルギーが周波数250kHz、３ MHz の波長帯にあることを見いだした。
【００１３】
被冷凍物２に可変周波数交番電界31を作用させながら冷却すると、氷結晶生成温度域で生成しかけた氷結晶核に交番電界が作用して、これら生成しかかった氷結晶核を消滅させ、−10℃以下の低温域まで氷結晶の核生成が抑制された過冷却状態が実現できる。さらに、氷結晶の生成が抑制されることにより、被冷凍物の表層の凍結が抑制されて、冷気を内部へ効果的に伝達できるようになり、被冷凍物の冷却速度を顕著に増加させることができる。
【００１４】
このように、被冷凍物に交番電界を作用させることにより、被冷凍物である、あらゆる種類の食品、生体等の細胞破壊を防止して冷凍保存することができるようになる。
なお、作用させる交番電界は、周波数50Hz〜５MHz の電界エネルギーを連続的に走査するか、あるいは周波数を段階的 (ステップ状）に変化させた電界エネルギーとすることが有効である。−２〜−10℃の温度帯では周波数250kHzで、また、−30〜ー60℃の温度帯では周波数３MHz で、氷結晶を消滅させる有効な電界エネルギーが特に大きくなる。したがって、周波数250kHz、３MHz のいずれかの電界エネルギーを単独で付与することも有効である。
【００１５】
本発明の冷凍装置で使用する交番電界発生装置3cは、温度センサーからの情報で周波数を調整できる構成としてもよい。
本発明では、上記した交番電界発生手段３に加え、被冷凍物に磁場を作用させる磁場発生手段６を備える。被冷凍物に、交番電界と磁場とを同時に作用させることにより、被冷凍物に含まれる自由水が、食品や生体の基質である蛋白質や糖質と水和して水和高次構造体の分子を形成する結合水に移行し、このため自由水が減少して、氷結晶の生成確率が減少し、上記した氷結晶の核生成をさらに抑制することができる。これにより、冷気を被冷凍物の内部へさらに効果的に伝達できるため、被冷凍物の冷却速度を顕著に増加することができる。
【００１６】
本発明では、磁場発生手段６は、静磁場を発生する静磁場発生装置6aおよび／または変動磁場を発生する変動磁場発生装置6bとする。静磁場発生装置6aとしては永久磁石、変動磁場発生装置6bとしては誘電コイルとする。
静磁場発生装置6aとしての永久磁石は、冷凍庫の内部空間に載置される被冷凍物２に静磁場が作用するように、冷凍庫１の側壁に極性を揃えて設けられことが好ましい。図１では、鉛直方向に静磁場が作用するように静磁場発生装置6aが冷凍庫１の側壁に極性を揃えて設けられた状態が示されているが、静磁場の方向は水平方向でもよいことはいうまでもない。なお、静磁場の強さは１〜10000Gaus とすることが好ましい。静磁場の強さが、１Gaus未満では地磁気に影響されて静磁場の効果の判別がつきにくくなる。一方、永久磁石の製造限界を考慮すると、静磁場の上限は10000Gaus とすることが好ましい。また、静磁場発生装置6aとしての永久磁石は、被冷凍物１に静磁場が作用するように極性を揃えて、被冷凍物１を保持する保持具21の裏側に設ける。なお、被冷凍物２を保持する保持具21としては、トレイ、網、ベルト等が例示される。
【００１７】
変動磁場発生装置6bとしての誘電コイルは、一定周波数の交流電流を流すことにより、磁場の方向が周期的に変動する変動磁場を形成することができる。誘電コイルに流す交流電流は、商用周波数：50〜60Hzの交流電流とすることが好ましく、変動磁場の強さは、被冷凍物によって適正値が存在し、これを考慮すると、１〜1000Gausとすることが好ましい。変動磁場の強さが１Gaus未満では、地磁気の効果との判別がつきにくく、一方1000Gausを超えると装置が高価格となり経済上問題となる。
【００１８】
誘電コイルは、変動磁場が被冷凍物２に効果的に作用するように、被冷凍物２により近接して、被冷凍物２を保持する保持具にまたがるようにあるいは被冷凍物２を保持する保持具を挟むように、あるいは被冷凍物２を保持する保持具を囲むようにして、かつ冷気を妨げないように設ける。
【００１９】
被冷凍物２を保持する保持具を囲むように誘電コイルを配設する場合には、図１、図３に示すように、誘電コイルの巻線が被冷凍物２および保持する保持具を囲み、かつ冷気の動きを妨げないように、誘電コイル6bを配設することがとくに好ましい。誘電コイル6bを、図１、図３に示すような配置で被冷凍物２により近接して設置することにより、変動磁場が被冷凍物に均一にしかも有効に作用するようになり、氷結晶の核生成をさらに抑制することができる。
【００２０】
図１、図３では変動磁場が、被冷凍物２の水平方向に作用するように、誘電コイルを配設しているが、本発明ではこれに限定されるものではない。被冷凍物に作用する変動磁場の方向を、静磁場と平行になるようにしても静磁場に直交する方向にしてもよいことはいうまでもない。
本発明では、被冷凍物の細胞破壊を防止するために、上記したような交番電界および磁場を被冷凍物に作用させて、氷結晶核の生成を抑制することに加えてさらに、氷結晶が粗大化する速度が大きい、最大氷結晶生成温度域を速やかに通過させるべく急速に冷却することが、好ましい。そのため、本発明では、被冷凍物を冷却する冷気にイオン風を重畳させる、イオン風発生装置４を備えることが好ましい。イオン風発生装置は、被冷凍物を冷却する冷気が循環する場所であれば、その設置場所は限定されない。
【００２１】
被冷凍物を冷却する冷気は、冷凍手段５により発生させられ、冷凍庫１内部に設けられた送風手段６により送風され被冷凍物２に供給される。本発明では、この送風手段６により送風された冷気に、イオン風発生装置４により発生されたマイナスの空気イオンからなるイオン風を重畳させることが好ましい。イオン風を重畳させた冷気を被冷凍物に供給すると、被冷凍物への直接熱伝達を促進し、被冷凍物からの抜熱が促進され被冷凍物の急速な温度低下が助長される。
【００２２】
送風手段６により送風され被冷凍物２に供給される冷気は、対流熱伝達を促進させるため、１〜５ｍ／ｓの風速とすることが好ましい。冷気の風速が１ｍ／ｓ未満では、対流熱伝達が不十分となり急速な温度降下を達成できなくなる。一方、冷気の風速が５ｍ／ｓを超えると、被冷凍物の表面に形成される水膜が蒸発して、被冷凍物が酸化されやすくなる。
【００２３】
イオン風発生装置４は、図２に示すように、管状の正極4aと、この管状の正極4aの内部に装入された線状の負極4bと、これら正極4aと負極4bの間に電圧を印加する電圧発生装置4cとを有することが好ましい。
正極および負極の間には、10000 Ｖ/cm 以下, 好ましくは7000Ｖ/cm 以下の電圧を印加することが好ましい。これにより、冷気 (空気）は、負極でマイナスにイオン化される。マイナスのイオンは正極に引付けられるため、イオン化していな 空気も同伴して引付けられることによりイオン風が発生する。
【００２４】
発明のイオン風発生装置４では、管状の正極4aと、その内部に装入した線状の負極4bとを組み合わせることが好ましく、冷気へのイオン風重畳が効率よく行える。
なお、管状の正極4aおよび線状の負極4bは、同一材料で作製することが好ましく、ステンレス鋼製または銀めっきあるいは金めっきを施した鋼製とすることが腐食防止および衛生上の観点からより好ましい。
【００２５】
また、本発明では、冷気を発生する冷凍手段５は、圧縮機53、凝縮器54、膨張弁52、冷却パイプ (蒸発器）51とが連結され冷媒が循環する、通常公知の冷凍サイクルがいずれも適用できる。なお、膨張弁52、冷却パイプ (蒸発器）51は冷凍庫１の内部空間に設置され、冷気の発生に寄与する。
また、被冷凍物の急速な温度低下を助長するために、本発明では、冷凍庫の内壁面を、遠赤外放射吸収能を有する部材で構成することが好ましい。本発明では、内壁面に遠赤外放射吸収能を有する材料を内壁面にコーティングしてもよく、また、内壁面にプレート状の遠赤外放射吸収能を有する部材を配設してもよい。これにより、被冷凍物から放射される輻射熱（遠赤外線）を速やかに吸収することができ、被冷凍物の温度低下を速やかに達成する助けとなる。内壁面に配設された遠赤外放射吸収能を有する部材により、被冷凍物の温度と内壁面との温度差ΔＴの４乗に比例した被冷凍物の熱が吸収され、被冷凍物の急速冷却に大きく寄与できる。なお、本発明でいう、遠赤外放射吸収能を有する部材は、 5〜1000μｍの波長帯での遠赤外線放射吸収率が95％以上である材料をいうものとし、例えば、シリカ、 アルミナ、酸化鉄等のセラミックスが例示できる。
【００２６】
また、さらに、本発明では、冷凍庫内の冷気の通路に高熱伝導性材料からなるハニカム構造体56を配設することが好ましい。冷気を、ハニカム構造体56に通気することにより、冷風の温度低下と均一な整流を助長することができる。ハニカム構造体56は、冷気が通気できる構造であればよく、その構造はとくに限定されないが、断面を格子状とし長手方向に通気可能とした構造体とすることがより好ましい。また、ハニカム構造体の設置場所は、冷気の通路であれば特に限定されないが、図１に示すように、イオン風発生装置４の出側 (冷風通路の後段）に配設することが、より一層均一に温度低下した冷風とする観点からは好ましい。なお、ハニカム構造体を構成する高熱伝導性材料としては、ステンレス鋼を用いることが好ましい。また、ハニカム構造体の大きさは、 冷凍庫の大きさに合わせて適宜決定することが望ましい。
【００２７】
なお、図１には、とくに図示されないが、冷凍庫１の外郭壁と内壁の間には、断熱部材が配設されることはいうまでもない。
また、図１にはラック式冷凍装置の例を示したが、本発明の冷凍装置はこれに限定されるものではなく、トンネル式、スパイラル式等の通常上公知の冷凍装置に適用できることはいうまでもない。
【００２８】
【実施例】
図１に示す本発明の高機能性冷凍装置 (ラック式フリーザー）を用いて、被冷凍物２として食材（鶏生肉、マグロ）を保持具 (トレイ）21に載置して冷凍庫１内の内部空間に収容し、冷凍手段５を作用させて冷凍した。冷凍庫１の内壁には、遠赤外線吸収能を有する部材（シリカーアルミナー酸化鉄セラミックス）を配設した。なお、使用した冷凍装置の仕様は、大きさ：高さ1.5m×幅1.5m×長さ2.5m、冷凍コンプレッサー：10HP、冷媒：Ｒ22とした。
【００２９】
冷凍にあたっては、交番電界発生手段３を利用して交番電界を作用させ、あるいはさらに静磁場発生装置6a (永久磁石）および変動磁場発生装置6b (誘電コイル）を利用して静磁場および変動磁場を作用させ、あるいはさらにイオン風発生装置４を利用して冷気にイオン風を重畳させ、あるいはさらに冷気をステンレス鋼で構成された、口径10×10mm、長さ100mm の断面格子状構造のハニカム構造体に通気した。なお、被冷凍物２を保持した保持具（トレイ) 21は、図１に示すように、交番電界発生手段の電極間に配置した。
【００３０】
なお、交番電界発生手段３の電極として、３mm高さの突起を10mm間隔に付与したステンレス鋼製突起付き平板電極を用いた。また、イオン風発生装置４は、正極としてステンレス鋼製パイプ (直径20mmφ×長さ50mm）を、負極として0.5mm φのステンレス鋼線材を用い、イオン発生のために5000Ｖ/cm の電圧を印加した。
【００３１】
また、交番電界は、（１）周波数：250kHzの電界エネルギー、（２）周波数：３MHz の電界エネルギー、（３）50Hz〜５MHz 範囲で連続的に周波数を変化した電界エネルギー、の３通りで作用させた。なお、電界強度は150 Ｖ/cm とし、電極間距離を100mm とした。
比較として、交番電界を作用させない場合も実施した。被冷凍物に作用させた電界、磁場、 イオン風の条件は、表１に示す。
【００３２】
冷凍にあたっては、被冷凍物の目標芯温度を−20℃、−40℃とした。なお、被冷凍物には熱電対を設置し芯温度を計測した。芯温度が０℃から−20℃あるいは−40℃に到達するまでの所要時間を、従来の急速冷凍の所要時間と比較して冷凍能を評価した。芯温度が０℃から−20℃あるいは−40℃に到達するまでの所要時間が、従来の急速冷凍による所要時間を基準として、その基準と同等の場合を△、基準より１〜20％短縮される場合を□、20〜50％短縮される場合を○、50％以上短縮される場合を◎として表示した。
【００３３】
冷凍後、その温度で３ヶ月間保管し、10℃の流水で解凍し, 冷凍物の品質を調査した。
品質の評価は、細胞の破壊がみられず、 元の生のままの色目、香り、食味が再現され、極めて優秀な品質を◎、細胞の破壊が殆どみられず、元の生に近い色目、香り、食味が得られ、優秀な品質を○、細胞の破壊が少しみられるがドリップが少なく食味良好で、良好な品質を□、細胞が破壊されドリップが多く、色目、香り、食味が劣る、品質不良を×とした。
【００３４】
なお、総合評価は、劣る：×、良し：□、優れる：○、極めて優秀：◎とした。
得られた結果を表１に示す。
【００３５】
【表１】
【００３６】
本発明例は、いずれも全食材において細胞が破壊されず, 味覚の低下は全くみられない。これに対し、交番電界が作用されない比較例では、細胞破壊が認められ味覚が低下している。なお、上記した鶏肉、マグロ以外の、魚介類、生肉、あるいはこれら以外の食材についても、本発明によれば、同様の効果がみられた。
【００３７】
【発明の効果】
以上, 詳述したように本発明によれば、対流熱伝達が促進され急速冷却することができ、さらに氷結晶核の生成を低温まで抑制して瞬時に冷凍することができ、あらゆる種類の食品、食材あるいは生体の細胞を破壊することなく冷凍保存できる高機能性冷凍が可能となり、産業上格段の効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の高機能性冷凍装置の一例を模式的に示す概略説明図である。
【図２】 本発明のイオン風発生装置の一例を模式的に示す概略断面図である。
【図３】 本発明の変動磁場発生装置の一例を模式的に示す概略断面図である。
【符号の説明】
１ 冷凍庫
２ 被冷凍物
21 保持具
３ 交番電界発生手段
3a,3b 電極
3c 交番電界発生装置
31 交番電界の向き
４ イオン風発生装置
4a 正極
4b 負極
4c 電位発生装置
５ 冷凍手段
51 冷却コイル
52 膨張弁
53 圧縮機
54 凝縮器
55 送風手段
56 ハニカム構造体
６ 磁場発生手段
6a 静磁場発生装置 (永久磁石）
6b 変動磁場発生装置 (誘電コイル）
【発明の属する技術分野】
本発明は、食材、食品や生体等の被冷凍物の冷凍方法に係り、とくに、被冷凍物の細胞の破壊を抑制し、被冷凍物の鮮度が維持できる、高鮮度高品質の冷凍品が得られる冷凍方法およびその装置に関する。
なお、本発明でいう、高機能性冷凍とは、被冷凍物の細胞の破壊を抑制し、鮮度が維持でき、高鮮度高品質の冷凍品が得られる冷凍方法をいうものとする。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、食材、食品や生体等の被冷凍物の鮮度を長期にわたって維持して保存する方法として冷凍保存がある。しかし、従来の冷凍保存方法では、被冷凍物の色調の変化、味覚の劣化、ドリップ (解凍時の液汁の流出）の発生等の品質の低下や鮮度の低下を完全に防止することができなかった。食材、食品や生体等の被冷凍物には、それらを構成する蛋白質等の分子に拘束された結合水、およびこれら分子に拘束されずに被冷凍物内を自由に移動することができる自由水からなる、多量の水分が含まれている。冷凍時には、この自由水が凍結し、氷の結晶として成長する。この氷の結晶が粗大化すると、被冷凍物の細胞が破壊され、食材、食品等では解凍時にドリップが発生し、生体の元の状態への復元が困難となる。
【０００３】
氷結晶の粗大化は、冷凍時に氷結晶生成温度域を通過する時間が緩慢である場合に発生する。そこで、被冷凍物を液体冷媒に浸漬、あるいは被冷凍物に液体冷媒を散布して、かかる氷結晶生成温度域を速やかに通過させるべく急速冷却し、氷の結晶の粗大化を抑制する方法が考えられる。しかし、被冷凍物を液体冷媒に浸漬、あるいは被冷凍物に液体冷媒を散布する方法では、表層は急速冷却が可能となるが、表層に凍結層が形成される。被冷凍物内部の冷却は、表面からの熱伝達により律速されるが、表層の凍結層の存在により、内部への熱伝達が阻害され、内部の冷却が遅れるため、被冷凍物の内部では氷結晶の粗大化が起きてしまい、氷結晶の粗大化を防止できないという問題があった。
【０００４】
このような問題に対し、例えば、ＷＯ／ 01-24647 A1号公報には、冷凍対象物に一方向の磁場を作用させつつ、冷凍対象物の周囲温度をー30〜ー100 ℃に冷却して急速冷凍するステップと、あるいはさらに冷凍対象物を１〜５ｍ／ｓの冷風で冷却するとともに、冷風に可聴周波数帯の音波を重畳するステップと、あるいはさらに冷凍対象物に電場を作用させるステップと、を備えている超急速冷凍方法が提案されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ＷＯ／ 01-24647 A1号公報に記載された技術によれば、被冷凍物の細胞破壊が抑制され、冷凍後も生に近い味覚で食品を食することが可能となり、冷凍保存された食品の品質はかなり改善されたといえるが、しかしながら、この技術によっても、一部の食品では、被冷凍物の細胞破壊を完全に防止することができず、冷凍保存された食品の品質低下が認められるという問題を残していた。
【０００６】
本発明は、このような実情に鑑みてなされたものであり、あらゆる種類の食品、食材あるいは生体の細胞を破壊することなく冷凍保存することが可能な、高機能性冷凍装置および高機能性冷凍方法を提案することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、上記した課題を達成するために、冷凍時に、被冷凍物の細胞破壊を抑制する方策について鋭意検討した。その結果、本発明者は、氷結晶の生成する速度が大きい温度域である最大氷結晶生成温度域を急速冷却することに加えて、氷結晶の核生成を抑制することが、氷結晶の粗大化防止に有効であり、被冷凍物の細胞破壊を抑制できることに思い至った。さらに研究を重ねた結果、本発明者は、被冷凍物を急速冷却するとともに、被冷凍物に交番電界を作用させることにより、氷結晶の核生成を抑制でき、−10℃以下まで氷結晶核の生成が起こらず過冷却状態が実現できるという知見を得た。とくに、交番電界として周波数：50Hz〜５MHz の可変周波数交番電界を作用させることが、氷結晶核の生成抑制には有効であるという結論を得た。
【０００８】
また、被冷凍物に交番電界と磁場とを同時に作用させると、被冷凍物に含まれる自由水が、食品や生体の基質である蛋白質や糖質と水和して水和高次構造体の分子を形成する結合水に移行し、これにより自由水が減少し、氷結晶の生成確率が減少して、氷結晶の核生成をさらに抑制することができるという知見も得た。
また、本発明者は、被冷凍物を冷却する冷気に、イオン風を重畳させることにより、熱伝達が促進され被冷凍物の冷却速度が顕著に向上することを見いだした。
【０００９】
本発明は、上記した知見に基づき、さらに検討を加えてして完成されたものである。
すなわち、本発明の要旨はつぎの通りである。、
（１）冷凍庫と、 該冷凍庫の内部空間に収容されている被冷凍物に交番電界を作用させる交番電界発生手段と、前記冷凍庫内の冷気を、前記被冷凍物に送風する送風手段と、を備える高機能性冷凍装置であって、前記交番電界が、周波数：50Hz〜５MHz の範囲で連続的に周波数を変化させた交番電界であり、さらに前記交番電界発生手段に加え、前記被冷凍物に磁場を作用させる磁場発生手段を備え、該磁場発生手段が、静磁場を発生する静磁場発生装置および／または変動磁場を発生する変動磁場発生装置であり、該静磁場発生装置が永久磁石であり、該変動磁場発生装置が誘電コイルであり、前記永久磁石が、前記冷凍庫の外壁面または前記被冷凍物を保持する保持具裏側に設けられ、前記誘電コイルが、前記被冷凍物を保持する保持具にまたがるようにあるいは前記被冷凍物を保持する保持具を挟むように、あるいは前記被冷凍物を保持する保持具を囲むようにして、かつ冷気を妨げないように設けられることを特徴とする高機能性冷凍装置。
（２）（１）において、前記静磁場の強さが１〜10000Gaus であり、前記変動磁場の強さが１〜1000Gausであることを特徴とする高機能性冷凍装置。
（３）（１）または（２）において、前記送風手段により送風される冷気にイオン風を重畳するイオン風発生装置、を備えることを特徴とする高機能性冷凍装置。
（４）（３）において、前記イオン風発生装置が、管状の正極と、該管状の正極の内部に装入された線状の負極と、これら正極と負極の間に電圧を印加する電圧発生装置とを有すことを特徴とする高機能性冷凍装置。
（５）（４）において、前記管状の正極および線状の負極が、ステンレス鋼製または銀めっきあるいは金めっきを施した鋼製であることを特徴とする高機能性冷凍装置。
（６）（１）ないし（５）のいずれかにおいて、前記冷凍庫の内壁面が、遠赤外放射吸収能を有する部材で構成されたことを特徴とする、高機能性冷凍装置。
（７）（１）ないし（６）のいずれかにおいて、前記交番電界発生手段が、前記被冷凍物を挟み込むように互いに対向して配設される少なくとも１対の電極と、該電極間に交番電界を印加する交番電界発生装置とを有することを特徴とする高機能性冷凍装置。
（８）（７）において、前記電極は、ステンレス鋼製または銀めっきあるいは金めっきを施した鋼製平板電極とし、該平板電極には複数の突起が付与されたことを特徴とする高機能性冷凍装置。
（９）（１）ないし（８）のいずれかにおいて、前記冷凍庫内の冷気の通路に、 高熱伝導性材料からなるハニカム構造体を備えることを特徴とする高機能性冷凍装置。
（１０）冷凍庫の内部空間に収容されている被冷凍物に、交番電界を作用させ、前記冷凍庫内の冷気を、送風手段により送風させながら、水分の凍結を抑制しつつ所定の温度まで急速冷却したのち、該所定の温度で瞬時に冷凍し、被冷凍物を高鮮度に保持する高機能性冷凍方法において、前記交番電界が、周波数：50Hz〜５MHz の範囲で連続的に周波数を変化させた交番電界であり、前記交番電界に加え、前記冷凍庫の外壁面または前記被冷凍物を保持する保持具裏側に設けられた永久磁石により発生された静磁場および／または前記被冷凍物を保持する保持具にまたがるようにあるいは前記被冷凍物を保持する保持具を挟むように、あるいは前記被冷凍物を保持する保持具を囲むようにして、かつ冷気を妨げないように設けられた誘電コイルにより発生された変動磁場である磁場を作用させることを特徴とする高機能性冷凍方法。
（１１）冷凍庫の内部空間に収容されている被冷凍物に、交番電界を作用させ、前記冷凍庫内の冷気を、送風手段により送風させながら、水分の凍結を抑制しつつ所定の温度まで急速冷却したのち、該所定の温度で瞬時に冷凍し、被冷凍物を高鮮度に保持する高機能性冷凍方法において、前記交番電界が、周波数を、250kHzとする交番電界であり、前記交番電界に加え、さらに前記冷凍庫の外壁面または前記被冷凍物を保持する保持具裏側に設けられた永久磁石により発生された静磁場および／または前記被冷凍物を保持する保持具にまたがるようにあるいは前記被冷凍物を保持する保持具を挟むように、あるいは前記被冷凍物を保持する保持具を囲むようにして、かつ冷気を妨げないように設けられた誘電コイルにより発生された変動磁場である磁場を作用させることを特徴とする高機能性冷凍方法。
（１２）（１０）または（１１）において、前記静磁場の強さが１〜10000Gaus であり、前記変動磁場の強さが１〜1000Gausであることを特徴とする高機能性冷凍方法。
（１３）（１０）ないし（１２）のいずれかにおいて、前記冷凍庫内の冷気にイオン風を重畳させることを特徴とする高機能性冷凍方法。
（１４）（１０）ないし（１３）のいずれかにおいて、前記冷凍庫の内壁面が、遠赤外放射吸収能を有する部材で構成されたことを特徴とする高機能性冷凍方法。
（１５）（１０）ないし（１４）のいずれかにおいて、前記冷凍庫内の冷気を、高熱伝導性材料からなるハニカム構造体内に通気させることを特徴とする高機能性冷凍方法。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明の高機能性冷凍装置の一例を図１に示す。
本発明の高機能性冷凍装置は、冷凍庫１と、 該冷凍庫１の内部空間に収容されている被冷凍物２に交番電界を作用させる交番電界発生手段３とを備える。
交番電界発生手段３は、被冷凍物２を挟み込むように互いに対向して配設される少なくとも１対の電極3a,3b と、該一対の電極3a,3b 間に交番電界を印加する交番電界発生装置3cとを有し、１対の電極3a,3b を介し、被冷凍物２に交番電界31を作用させる。本発明では、交番電界発生装置3cは、周波数発生装置を有し、周波数可変とすることが好ましく、また、増幅回路を有し、所望の電界強さ（100 Ｖ/cm 〜5000Ｖ/cm ）を前記した少なくとも一対の電極に印加することが好ましい。
【００１１】
なお、図１には一対の電極のみを示すが、冷凍庫１の内部空間に収容される被冷凍物２が、トレイ等で高さ方向に２段以上に積まれる場合には、各段それぞれの被冷凍物２を挟み込むようにそれぞれ一対の電極を配設することが好ましい。
使用する電極は、特に限定されないが、ステンレス鋼製または銀めっきあるいは金めっきを施した鋼製平板電極とすることが均一に交番電界を被冷凍物に付与する観点から、あるいは耐食性と衛生上の観点から好ましく、また、平板電極には複数の突起を付与することが、電界エネルギーの放出効率と均一な電界を与える観点から好ましい。
【００１２】
本発明では、冷凍庫の内部空間に収容されている被冷凍物に、前記した交番電界発生手段により交番電界を作用させて、水分の凍結を抑制しつつ所定の温度まで急速冷却したのち、交番電界の作用を停止し、該所定の温度で瞬時に冷凍する。所定の温度としては−20〜−40℃の間の温度とすることが好ましい。
本発明では、作用させる交番電界31は、50Hz〜５MHz の可変周波数交番電界とすることが好ましい。なお、より好ましくは250kHz 、３ MHz である。生成しかかった氷結晶核を消滅させるには、必要な電界エネルギーを氷結晶核に有効に吸収される必要がある。本発明者は、なかでもこれに有効な電界エネルギーが周波数250kHz、３ MHz の波長帯にあることを見いだした。
【００１３】
被冷凍物２に可変周波数交番電界31を作用させながら冷却すると、氷結晶生成温度域で生成しかけた氷結晶核に交番電界が作用して、これら生成しかかった氷結晶核を消滅させ、−10℃以下の低温域まで氷結晶の核生成が抑制された過冷却状態が実現できる。さらに、氷結晶の生成が抑制されることにより、被冷凍物の表層の凍結が抑制されて、冷気を内部へ効果的に伝達できるようになり、被冷凍物の冷却速度を顕著に増加させることができる。
【００１４】
このように、被冷凍物に交番電界を作用させることにより、被冷凍物である、あらゆる種類の食品、生体等の細胞破壊を防止して冷凍保存することができるようになる。
なお、作用させる交番電界は、周波数50Hz〜５MHz の電界エネルギーを連続的に走査するか、あるいは周波数を段階的 (ステップ状）に変化させた電界エネルギーとすることが有効である。−２〜−10℃の温度帯では周波数250kHzで、また、−30〜ー60℃の温度帯では周波数３MHz で、氷結晶を消滅させる有効な電界エネルギーが特に大きくなる。したがって、周波数250kHz、３MHz のいずれかの電界エネルギーを単独で付与することも有効である。
【００１５】
本発明の冷凍装置で使用する交番電界発生装置3cは、温度センサーからの情報で周波数を調整できる構成としてもよい。
本発明では、上記した交番電界発生手段３に加え、被冷凍物に磁場を作用させる磁場発生手段６を備える。被冷凍物に、交番電界と磁場とを同時に作用させることにより、被冷凍物に含まれる自由水が、食品や生体の基質である蛋白質や糖質と水和して水和高次構造体の分子を形成する結合水に移行し、このため自由水が減少して、氷結晶の生成確率が減少し、上記した氷結晶の核生成をさらに抑制することができる。これにより、冷気を被冷凍物の内部へさらに効果的に伝達できるため、被冷凍物の冷却速度を顕著に増加することができる。
【００１６】
本発明では、磁場発生手段６は、静磁場を発生する静磁場発生装置6aおよび／または変動磁場を発生する変動磁場発生装置6bとする。静磁場発生装置6aとしては永久磁石、変動磁場発生装置6bとしては誘電コイルとする。
静磁場発生装置6aとしての永久磁石は、冷凍庫の内部空間に載置される被冷凍物２に静磁場が作用するように、冷凍庫１の側壁に極性を揃えて設けられことが好ましい。図１では、鉛直方向に静磁場が作用するように静磁場発生装置6aが冷凍庫１の側壁に極性を揃えて設けられた状態が示されているが、静磁場の方向は水平方向でもよいことはいうまでもない。なお、静磁場の強さは１〜10000Gaus とすることが好ましい。静磁場の強さが、１Gaus未満では地磁気に影響されて静磁場の効果の判別がつきにくくなる。一方、永久磁石の製造限界を考慮すると、静磁場の上限は10000Gaus とすることが好ましい。また、静磁場発生装置6aとしての永久磁石は、被冷凍物１に静磁場が作用するように極性を揃えて、被冷凍物１を保持する保持具21の裏側に設ける。なお、被冷凍物２を保持する保持具21としては、トレイ、網、ベルト等が例示される。
【００１７】
変動磁場発生装置6bとしての誘電コイルは、一定周波数の交流電流を流すことにより、磁場の方向が周期的に変動する変動磁場を形成することができる。誘電コイルに流す交流電流は、商用周波数：50〜60Hzの交流電流とすることが好ましく、変動磁場の強さは、被冷凍物によって適正値が存在し、これを考慮すると、１〜1000Gausとすることが好ましい。変動磁場の強さが１Gaus未満では、地磁気の効果との判別がつきにくく、一方1000Gausを超えると装置が高価格となり経済上問題となる。
【００１８】
誘電コイルは、変動磁場が被冷凍物２に効果的に作用するように、被冷凍物２により近接して、被冷凍物２を保持する保持具にまたがるようにあるいは被冷凍物２を保持する保持具を挟むように、あるいは被冷凍物２を保持する保持具を囲むようにして、かつ冷気を妨げないように設ける。
【００１９】
被冷凍物２を保持する保持具を囲むように誘電コイルを配設する場合には、図１、図３に示すように、誘電コイルの巻線が被冷凍物２および保持する保持具を囲み、かつ冷気の動きを妨げないように、誘電コイル6bを配設することがとくに好ましい。誘電コイル6bを、図１、図３に示すような配置で被冷凍物２により近接して設置することにより、変動磁場が被冷凍物に均一にしかも有効に作用するようになり、氷結晶の核生成をさらに抑制することができる。
【００２０】
図１、図３では変動磁場が、被冷凍物２の水平方向に作用するように、誘電コイルを配設しているが、本発明ではこれに限定されるものではない。被冷凍物に作用する変動磁場の方向を、静磁場と平行になるようにしても静磁場に直交する方向にしてもよいことはいうまでもない。
本発明では、被冷凍物の細胞破壊を防止するために、上記したような交番電界および磁場を被冷凍物に作用させて、氷結晶核の生成を抑制することに加えてさらに、氷結晶が粗大化する速度が大きい、最大氷結晶生成温度域を速やかに通過させるべく急速に冷却することが、好ましい。そのため、本発明では、被冷凍物を冷却する冷気にイオン風を重畳させる、イオン風発生装置４を備えることが好ましい。イオン風発生装置は、被冷凍物を冷却する冷気が循環する場所であれば、その設置場所は限定されない。
【００２１】
被冷凍物を冷却する冷気は、冷凍手段５により発生させられ、冷凍庫１内部に設けられた送風手段６により送風され被冷凍物２に供給される。本発明では、この送風手段６により送風された冷気に、イオン風発生装置４により発生されたマイナスの空気イオンからなるイオン風を重畳させることが好ましい。イオン風を重畳させた冷気を被冷凍物に供給すると、被冷凍物への直接熱伝達を促進し、被冷凍物からの抜熱が促進され被冷凍物の急速な温度低下が助長される。
【００２２】
送風手段６により送風され被冷凍物２に供給される冷気は、対流熱伝達を促進させるため、１〜５ｍ／ｓの風速とすることが好ましい。冷気の風速が１ｍ／ｓ未満では、対流熱伝達が不十分となり急速な温度降下を達成できなくなる。一方、冷気の風速が５ｍ／ｓを超えると、被冷凍物の表面に形成される水膜が蒸発して、被冷凍物が酸化されやすくなる。
【００２３】
イオン風発生装置４は、図２に示すように、管状の正極4aと、この管状の正極4aの内部に装入された線状の負極4bと、これら正極4aと負極4bの間に電圧を印加する電圧発生装置4cとを有することが好ましい。
正極および負極の間には、10000 Ｖ/cm 以下, 好ましくは7000Ｖ/cm 以下の電圧を印加することが好ましい。これにより、冷気 (空気）は、負極でマイナスにイオン化される。マイナスのイオンは正極に引付けられるため、イオン化していな 空気も同伴して引付けられることによりイオン風が発生する。
【００２４】
発明のイオン風発生装置４では、管状の正極4aと、その内部に装入した線状の負極4bとを組み合わせることが好ましく、冷気へのイオン風重畳が効率よく行える。
なお、管状の正極4aおよび線状の負極4bは、同一材料で作製することが好ましく、ステンレス鋼製または銀めっきあるいは金めっきを施した鋼製とすることが腐食防止および衛生上の観点からより好ましい。
【００２５】
また、本発明では、冷気を発生する冷凍手段５は、圧縮機53、凝縮器54、膨張弁52、冷却パイプ (蒸発器）51とが連結され冷媒が循環する、通常公知の冷凍サイクルがいずれも適用できる。なお、膨張弁52、冷却パイプ (蒸発器）51は冷凍庫１の内部空間に設置され、冷気の発生に寄与する。
また、被冷凍物の急速な温度低下を助長するために、本発明では、冷凍庫の内壁面を、遠赤外放射吸収能を有する部材で構成することが好ましい。本発明では、内壁面に遠赤外放射吸収能を有する材料を内壁面にコーティングしてもよく、また、内壁面にプレート状の遠赤外放射吸収能を有する部材を配設してもよい。これにより、被冷凍物から放射される輻射熱（遠赤外線）を速やかに吸収することができ、被冷凍物の温度低下を速やかに達成する助けとなる。内壁面に配設された遠赤外放射吸収能を有する部材により、被冷凍物の温度と内壁面との温度差ΔＴの４乗に比例した被冷凍物の熱が吸収され、被冷凍物の急速冷却に大きく寄与できる。なお、本発明でいう、遠赤外放射吸収能を有する部材は、 5〜1000μｍの波長帯での遠赤外線放射吸収率が95％以上である材料をいうものとし、例えば、シリカ、 アルミナ、酸化鉄等のセラミックスが例示できる。
【００２６】
また、さらに、本発明では、冷凍庫内の冷気の通路に高熱伝導性材料からなるハニカム構造体56を配設することが好ましい。冷気を、ハニカム構造体56に通気することにより、冷風の温度低下と均一な整流を助長することができる。ハニカム構造体56は、冷気が通気できる構造であればよく、その構造はとくに限定されないが、断面を格子状とし長手方向に通気可能とした構造体とすることがより好ましい。また、ハニカム構造体の設置場所は、冷気の通路であれば特に限定されないが、図１に示すように、イオン風発生装置４の出側 (冷風通路の後段）に配設することが、より一層均一に温度低下した冷風とする観点からは好ましい。なお、ハニカム構造体を構成する高熱伝導性材料としては、ステンレス鋼を用いることが好ましい。また、ハニカム構造体の大きさは、 冷凍庫の大きさに合わせて適宜決定することが望ましい。
【００２７】
なお、図１には、とくに図示されないが、冷凍庫１の外郭壁と内壁の間には、断熱部材が配設されることはいうまでもない。
また、図１にはラック式冷凍装置の例を示したが、本発明の冷凍装置はこれに限定されるものではなく、トンネル式、スパイラル式等の通常上公知の冷凍装置に適用できることはいうまでもない。
【００２８】
【実施例】
図１に示す本発明の高機能性冷凍装置 (ラック式フリーザー）を用いて、被冷凍物２として食材（鶏生肉、マグロ）を保持具 (トレイ）21に載置して冷凍庫１内の内部空間に収容し、冷凍手段５を作用させて冷凍した。冷凍庫１の内壁には、遠赤外線吸収能を有する部材（シリカーアルミナー酸化鉄セラミックス）を配設した。なお、使用した冷凍装置の仕様は、大きさ：高さ1.5m×幅1.5m×長さ2.5m、冷凍コンプレッサー：10HP、冷媒：Ｒ22とした。
【００２９】
冷凍にあたっては、交番電界発生手段３を利用して交番電界を作用させ、あるいはさらに静磁場発生装置6a (永久磁石）および変動磁場発生装置6b (誘電コイル）を利用して静磁場および変動磁場を作用させ、あるいはさらにイオン風発生装置４を利用して冷気にイオン風を重畳させ、あるいはさらに冷気をステンレス鋼で構成された、口径10×10mm、長さ100mm の断面格子状構造のハニカム構造体に通気した。なお、被冷凍物２を保持した保持具（トレイ) 21は、図１に示すように、交番電界発生手段の電極間に配置した。
【００３０】
なお、交番電界発生手段３の電極として、３mm高さの突起を10mm間隔に付与したステンレス鋼製突起付き平板電極を用いた。また、イオン風発生装置４は、正極としてステンレス鋼製パイプ (直径20mmφ×長さ50mm）を、負極として0.5mm φのステンレス鋼線材を用い、イオン発生のために5000Ｖ/cm の電圧を印加した。
【００３１】
また、交番電界は、（１）周波数：250kHzの電界エネルギー、（２）周波数：３MHz の電界エネルギー、（３）50Hz〜５MHz 範囲で連続的に周波数を変化した電界エネルギー、の３通りで作用させた。なお、電界強度は150 Ｖ/cm とし、電極間距離を100mm とした。
比較として、交番電界を作用させない場合も実施した。被冷凍物に作用させた電界、磁場、 イオン風の条件は、表１に示す。
【００３２】
冷凍にあたっては、被冷凍物の目標芯温度を−20℃、−40℃とした。なお、被冷凍物には熱電対を設置し芯温度を計測した。芯温度が０℃から−20℃あるいは−40℃に到達するまでの所要時間を、従来の急速冷凍の所要時間と比較して冷凍能を評価した。芯温度が０℃から−20℃あるいは−40℃に到達するまでの所要時間が、従来の急速冷凍による所要時間を基準として、その基準と同等の場合を△、基準より１〜20％短縮される場合を□、20〜50％短縮される場合を○、50％以上短縮される場合を◎として表示した。
【００３３】
冷凍後、その温度で３ヶ月間保管し、10℃の流水で解凍し, 冷凍物の品質を調査した。
品質の評価は、細胞の破壊がみられず、 元の生のままの色目、香り、食味が再現され、極めて優秀な品質を◎、細胞の破壊が殆どみられず、元の生に近い色目、香り、食味が得られ、優秀な品質を○、細胞の破壊が少しみられるがドリップが少なく食味良好で、良好な品質を□、細胞が破壊されドリップが多く、色目、香り、食味が劣る、品質不良を×とした。
【００３４】
なお、総合評価は、劣る：×、良し：□、優れる：○、極めて優秀：◎とした。
得られた結果を表１に示す。
【００３５】
【表１】
【００３６】
本発明例は、いずれも全食材において細胞が破壊されず, 味覚の低下は全くみられない。これに対し、交番電界が作用されない比較例では、細胞破壊が認められ味覚が低下している。なお、上記した鶏肉、マグロ以外の、魚介類、生肉、あるいはこれら以外の食材についても、本発明によれば、同様の効果がみられた。
【００３７】
【発明の効果】
以上, 詳述したように本発明によれば、対流熱伝達が促進され急速冷却することができ、さらに氷結晶核の生成を低温まで抑制して瞬時に冷凍することができ、あらゆる種類の食品、食材あるいは生体の細胞を破壊することなく冷凍保存できる高機能性冷凍が可能となり、産業上格段の効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の高機能性冷凍装置の一例を模式的に示す概略説明図である。
【図２】 本発明のイオン風発生装置の一例を模式的に示す概略断面図である。
【図３】 本発明の変動磁場発生装置の一例を模式的に示す概略断面図である。
【符号の説明】
１ 冷凍庫
２ 被冷凍物
21 保持具
３ 交番電界発生手段
3a,3b 電極
3c 交番電界発生装置
31 交番電界の向き
４ イオン風発生装置
4a 正極
4b 負極
4c 電位発生装置
５ 冷凍手段
51 冷却コイル
52 膨張弁
53 圧縮機
54 凝縮器
55 送風手段
56 ハニカム構造体
６ 磁場発生手段
6a 静磁場発生装置 (永久磁石）
6b 変動磁場発生装置 (誘電コイル）
Claims (15)
- 冷凍庫と、 該冷凍庫の内部空間に収容されている被冷凍物に交番電界を作用させる交番電界発生手段と、前記冷凍庫内の冷気を、前記被冷凍物に送風する送風手段と、を備える高機能性冷凍装置であって、前記交番電界が、周波数：50Hz〜５MHz の範囲で連続的に周波数を変化させた交番電界であり、さらに前記交番電界発生手段に加え、前記被冷凍物に磁場を作用させる磁場発生手段を備え、該磁場発生手段が、静磁場を発生する静磁場発生装置および／または変動磁場を発生する変動磁場発生装置であり、該静磁場発生装置が永久磁石であり、該変動磁場発生装置が誘電コイルであり、前記永久磁石が、前記冷凍庫の外壁面または前記被冷凍物を保持する保持具裏側に設けられ、前記誘電コイルが、前記被冷凍物を保持する保持具にまたがるようにあるいは前記被冷凍物を保持する保持具を挟むように、あるいは前記被冷凍物を保持する保持具を囲むようにして、かつ冷気を妨げないように設けられることを特徴とする高機能性冷凍装置。
- 前記静磁場の強さが１〜10000Gaus であり、前記変動磁場の強さが１〜1000Gausであることを特徴とする請求項１に記載の高機能性冷凍装置。
- 前記送風手段により送風される冷気にイオン風を重畳するイオン風発生装置、を備えることを特徴とする請求項１または２に記載の高機能性冷凍装置。
- 前記イオン風発生装置が、管状の正極と、該管状の正極の内部に装入された線状の負極と、これら正極と負極の間に電圧を印加する電圧発生装置とを有すことを特徴とする請求項３に記載の高機能性冷凍装置。
- 前記管状の正極および線状の負極が、ステンレス鋼製または銀めっきあるいは金めっきを施した鋼製であることを特徴とする請求項４に記載の高機能性冷凍装置。
- 前記冷凍庫の内壁面が、遠赤外放射吸収能を有する部材で構成されたことを特徴とする、請求項１ないし５のいずれかに記載の高機能性冷凍装置。
- 前記交番電界発生手段が、前記被冷凍物を挟み込むように互いに対向して配設される少なくとも１対の電極と、該電極間に交番電界を印加する交番電界発生装置とを有することを特徴とする請求項１ないし６のいずれかに記載の高機能性冷凍装置。
- 前記電極は、ステンレス鋼製または銀めっきあるいは金めっきを施した鋼製平板電極とし、該平板電極には複数の突起が付与されたことを特徴とする請求項７に記載の高機能性冷凍装置。
- 前記冷凍庫内の冷気の通路に、 高熱伝導性材料からなるハニカム構造体を備えることを特徴とする請求項１ないし８のいずれかに記載の高機能性冷凍装置。
- 冷凍庫の内部空間に収容されている被冷凍物に、交番電界を作用させ、前記冷凍庫内の冷気を、送風手段により送風させながら、水分の凍結を抑制しつつ所定の温度まで急速冷却したのち、該所定の温度で瞬時に冷凍し、被冷凍物を高鮮度に保持する高機能性冷凍方法において、前記交番電界が、周波数：50Hz〜５MHz の範囲で連続的に周波数を変化させた交番電界であり、前記交番電界に加え、前記冷凍庫の外壁面または前記被冷凍物を保持する保持具裏側に設けられた永久磁石により発生された静磁場および／または前記被冷凍物を保持する保持具にまたがるようにあるいは前記被冷凍物を保持する保持具を挟むように、あるいは前記被冷凍物を保持する保持具を囲むようにして、かつ冷気を妨げないように設けられた誘電コイルにより発生された変動磁場である磁場を作用させることを特徴とする高機能性冷凍方法。
- 冷凍庫の内部空間に収容されている被冷凍物に、交番電界を作用させ、前記冷凍庫内の冷気を、送風手段により送風させながら、水分の凍結を抑制しつつ所定の温度まで急速冷却したのち、該所定の温度で瞬時に冷凍し、被冷凍物を高鮮度に保持する高機能性冷凍方法において、前記交番電界が、周波数を、250kHzとする交番電界であり、前記交番電界に加え、さらに前記冷凍庫の外壁面または前記被冷凍物を保持する保持具裏側に設けられた永久磁石により発生された静磁場および／または前記被冷凍物を保持する保持具にまたがるようにあるいは前記被冷凍物を保持する保持具を挟むように、あるいは前記被冷凍物を保持する保持具を囲むようにして、かつ冷気を妨げないように設けられた誘電コイルにより発生された変動磁場である磁場を作用させることを特徴とする高機能性冷凍方法。
- 前記静磁場の強さが１〜10000Gaus であり、前記変動磁場の強さが１〜1000Gausであることを特徴とする請求項10または11に記載の高機能性冷凍方法。
- 前記冷凍庫内の冷気にイオン風を重畳させることを特徴とする請求項10ないし12のいずれかに記載の高機能性冷凍方法。
- 前記冷凍庫の内壁面が、遠赤外放射吸収能を有する部材で構成されたことを特徴とする請求項10ないし13のいずれかに記載の高機能性冷凍方法。
- 前記冷凍庫内の冷気を、高熱伝導性材料からなるハニカム構造体内に通気させることを特徴とする請求項10ないし14のいずれかに記載の高機能性冷凍方法。
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