JP4813697B2 - 電場利用の解凍装置とその解凍方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、冷凍食材の解凍に関し、特に高周波誘電加熱による電場利用の解凍装置とその解凍方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
冷凍食品の解凍に関しては、従来より使用されている方法としては、
ａ、自然対流や低温微風による静止空気解凍や、加湿送風解凍や加圧送風解凍を使用する空気解凍方式、
ｂ、浸漬解凍や散水解凍等を使用した水解凍方式、
ｃ、真空解凍や常圧解凍・高湿度送風解凍等を使用した水蒸気方式、
ｄ、コンタクト解凍やアルミ接触解凍等を使用した接触方式、
ｅ、ジュール熱を利用した電機抵抗解凍、高周波・マイクロ波を使用した誘電加熱解凍、静電気解凍、遠赤外線解凍等を使用した電機方式があるが、
上記解凍方式の中で、電磁波が食品中の高分子の極性基や低分子の物質、特に未凍結の水分子に特異的に働き、これらを回転・振動させた結果の摩擦熱によるといわれる誘電加熱解凍は、短時間解凍には最適であるが、水と氷の電磁波吸収能の相違で解凍ムラが生ずるため、−３℃程度の半解凍状態で止めて、温度均一化のための低温保管倉を別に用意する必要がある。
【０００３】
ところで、マイクロ波使用の電子レンジの場合、周波数は２．４５ＧＨｚで波長は約１２ｃｍで、単純に見積もっても６ｃｍ毎に加熱ムラが発生し一般的には３ｃｍ以上のものは加熱しにくい。また、電波の特性上、尖状な誘電体が存在すると、そこに電波が集中し、その部分だけが急速に解凍されてしまう欠陥を内蔵している。
【０００４】
上記問題点解決のための手段として、より波長の長い高周波を利用した誘電加熱あるいは高周波加熱を複合して用いる提案が特開昭５７−１０３２９１号公報に開示されている。誘電加熱を解凍に利用する概念は、古くから知られているが通常誘電加熱の基本的配置は図６に見るように、被加熱物３０の誘電率に応じて周波数インピーダンスを整合させる必要から、コイル２７と可変コンデンサ２６から成る整合回路が付属している。また、浮遊容量の影響を極力小さくするために上記した整合回路がどちらかの電極の近辺に置かれ、さらに、被加熱物と電極の間隙を出来るかぎり小さくすることが望ましいことから、一方の電極は可動である場合が多い。図６は移動可能な上部電極２８上に負荷ケーブル３１を介して整合回路を接続搭載し、電極の移動とともに整合回路も移動する構成を取った例を示したものである。上部電極２８に平行に下部電極２９を配置し、整合回路と下部電極２９に高周波電力を供給する高周波電源２５を接続している。
【０００５】
一方、食材等の解凍の方法を考える場合、前記したように解凍ムラを防ぐためマイクロ波より波長の長い高周波を使用するようにしているが、使用する解凍方法によっては解凍後の品質に重要な影響を与える問題がある。則ち、解凍時間が長い場合、生化学的影響としては対象生体の変性や細菌の繁殖も考えられ、熱力学的影響としては再結晶による結晶粒巨大化がもたらす力学的ストレスが考えられる。上述の理由から急速解凍が求められているが、熱伝導による急速解凍は内部に大きな温度ムラを起し、均一に解凍することは困難である。
【０００６】
均一加熱法としてマイクロ波の照射、吸収による加熱法が用いられ、例えば家庭用電子レンジでは２．４５ＧＨｚのマイクロ波を使用し、液体の水や蛋白質の分子内振動を励起し、水の凝固点以上の温度域においては急速且つ均一加熱を可能にしているがマイクロ波の高い温度での誘電損率が大きい為、温度の高い部分が特に加熱され、ランナウェー現象が起こる。
更に、−２０℃近傍で凍結された食品を解凍する場合は表面のみ解凍されるが中は殆ど解凍されない状態に置かれる。これは使用するマイクロ波の周波数が氷の吸収しやすい周波数とは異なっているものと考えられ、冷凍食材の解凍の場合は凍結体に含有される氷結晶に対し選択吸収する周波数の設定が必要となる。
【０００７】
また、解凍後の品質の善し悪しを決定するものには、解凍前の品質、解凍速度、解凍終了温度、解凍方法がある。
特に、水分含量７０〜８０％の生鮮食品の場合、最も氷が融ける氷結晶融解帯の解 凍の仕方に問題があり、この融解帯を緩慢解凍で通り過ぎる場合は蛋白質の変性などの品質悪化の原因を形成している。
そのため、最大氷結晶融解帯は急速に通過させる必要があるが−５〜０℃の温度帯通過には最も時間が掛かり、組織全体として水になじむ熟成期間は０℃で３０〜６０分あれば十分であると言われている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
解凍法の問題点は前記したように凍結により形成された細胞内外の氷結晶に対し、選択吸収を可能とし、解凍ムラの無い均一解凍を前提とした急速解凍をさせ、前記最大氷結晶融解帯の上限付近の解凍終了の温度域では緩慢解凍に移行させる最適な周波数を持つ高周波の選定を行う必要がある。
【０００９】
本発明は、前記問題点に鑑み、含有水分が多く厚みのあるブロック状の冷凍食材に対しては、被解凍食材の氷結晶の誘電損率に対応し変曲点を形成する最適な周波数帯域を持つ高周波電源を用意し、均一急速解凍の後緩慢解凍に移行する誘電加熱解凍方法とその電場利用の解凍装置の提供を目的とするものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
そこで、本発明の第一の発明である電場利用の解凍装置は、
高周波電源と、誘電加熱電極と給電線とよりなる誘電加熱装置を使用して、冷凍食材を解凍する電場利用の解凍装置において、
高周波電源と給電用ケーブルと、換気扇を有する解凍室と、解凍室に内蔵する整合誘電加熱電極とよりなり、
前記整合誘電加熱電極は、上下に平行に配置された上部電極と下部電極と、前記一の電極に付設され給電ケーブルの一の末端に接続する誘導性リアクタンスと、上部電極と下部電極の間を結合する容量性リアクタンスとより一体構造とし整合部分を内蔵する構成にするとともに、
前記高周波電源より給電用ケーブルを介して、周波数２．５〜３．５ＭＨｚの高周波電力を、前記解凍室に内蔵する整合誘電加熱電極へ給電し、前記上部電極と下部電極間に配置された冷凍食材を解凍する構成にしたことを特徴とする。
【００１１】
上記第一の発明である電場利用の解凍装置は、上下の電極の一方の電極と給電線末端との間に整合用の誘導性リアクタンスを結合させ、上下の電極の間に整合用の容量性リアクタンスを結合させ、電極と整合素子とを一体化した整合素子内蔵電極を設け、給電線における無効電力の発生を抑え、高効率な運転を行うようにしてある。
【００１２】
そして、本発明の第二の発明である請求項1記載の解凍装置を使用して冷凍食材を解凍する電場利用の解凍方法において、
前記上部電極と下部電極間に冷凍食材を配置した状態で、前記解凍室に内蔵する整合誘電加熱電極へ、周波数２．５〜３．５ＭＨｚの間の選択された１の周波数帯域の高周波電力を給電して、前記前記上部電極と下部電極間に配した冷凍食材を加熱させ、該冷凍食材の最大氷結晶融解帯の上限近くまで氷点（０℃）以下で急速に解凍させ、爾後緩慢解凍に移行させて均一急速解凍を行うようにしたことを特徴とする。
【００１３】
上記請求項２記載の発明は、高周波加熱による誘電加熱の場合の好適な解凍方法を記載したもので、被解凍食品の誘電損率より、例えば解凍開始温度の−６０℃より急速解凍を必要とする最大氷結晶融解帯の−１０〜−５℃の温度レベルまでの冷却までは単調暫減する高エネルギ損失を形成させ、前記温度レベル以降は緩慢解凍に移行できる選択吸収を行う最適周波数帯を設定するようにし、該最適周波数帯域の周波数の使用により氷結晶の急速、且つ均一加熱が可能になるとともに、最大氷結晶融解帯の上限温度手前で緩慢解凍に移行させ、蛋白質の変質等の品質変化を最小に抑えるようにしたものである。
【００１４】
【００１５】
前記好適な周波数帯域は２．５〜３．５ＭＨｚの周波数帯域を使用した場合は、解凍始めの低温域では効率的加熱が行われ、解凍終了の約０℃付近の高温では誘電損失に基づくエネルギ損失は低下するため、好適な解凍が可能となる。
【００１６】
また、前記解凍する冷凍食材は、含有水分の多い前記周波数帯域に対応した電磁波浸透深度を持つブロック状の厚みのあるものが好ましい。
【００１７】
前記２．５〜３．５ＭＨｚの周波数帯域では、特にブロック状の厚みのある食品の解 凍に好適で、均一加熱が可能である。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例の形態を、図示例と共に説明する。ただし、この実施例に記載されている構成部品の寸法、形状、その相対的位置等は特に特定的な記載がないかぎりは、この発明の範囲をそれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。以下図面に基づいて本発明の詳細を説明する。
図１は本発明の電場利用の解凍装置の概略の構成を示す図で、図２は寒冷剤及びマグロ等のブロック状冷凍食材に対する使用周波数をパラメータとする解凍時間に対する品温の変化を示す図であり、図３はすり身の解凍を３ＭＨｚ、１３．５６ＭＨｚの高周波について行った解凍の情況を示す図であり、図４は鶏肉の解凍を３ＭＨｚ、１３．５６ＭＨｚの高周波について行った解凍の情況を示す図である。図５は、３ＭＨｚの高周波誘電加熱他の解凍方法との比較図で、（Ａ）は表面温度を示し、（Ｂ）は芯温を示す図である。
【００１９】
図１に示すように、本発明の電場利用の解凍装置は、整合誘電加熱電極１１と高周波電源１４と給電用ケーブル１５と解凍室２０とより構成し、
前記高周波電源１４より、周波数２．５〜３．５ＭＨｚの高周波電力を給電用ケーブル１５を介して、換気扇及び温度コントロール２１を有する解凍室２０に内蔵する整合誘電加熱電極１１へ給電し、冷凍食材１０を解凍する構成にしてある。
【００２０】
前記整合誘電加熱電極１１は、上下に平行に設けた上部電極１２と下部電極１３と、上部電極１２に付設され給電ケーブル１５の一の末端に接続する誘導性リアクタンス１６と、上部電極１２と下部電極１３の間を結合する容量性リアクタンス１７とより一体構造とし整合部分を内蔵する構成にしてある。
なお、前記上部電極１２、下部電極１３の何れかは冷凍食材の大きさにより適宜可動する構成にしてある。
【００２１】
上記構成により、整合器を加熱用電極部と切り離して給電ケーブルに設けた場合と比較し、整合器と加熱用電極部間に発生する無効電力の発生を抑え効率運転を可能にしている。
【００２２】
図２、図３には、本発明の電場利用の解凍方法に使用する選択加熱をする３ＭＨｚ及びその周辺の周波数を持つ高周波による冷凍食材の解凍の情況を示してある。
前記選択加熱可能の高周波の周波数は、被解凍食材の氷結晶の誘電損率に対応し変曲点を形成する２．５〜３．５ＭＨｚの周波数帯域を持つ構成とする。
なお、解凍後の品質の善し悪しを決定する、氷結晶融解帯（品温−５〜−１℃の帯域）の解凍に際して、氷点（０℃）以下及び最大氷結晶融解帯の上限温度手前で急速解凍より緩慢解凍に移行させ、蛋白質の変質等の品質変化を最小に抑えるようにしたものである。
なお、上記最大氷結晶融解帯は、水分含量７０〜８０％の生鮮食品の場合、最も氷 が融ける氷結晶融解帯のことを指しており、この融解帯全域を緩慢解凍で通り過ぎる場合は蛋白質の変性などの品質悪化の原因を形成する。
【００２３】
寒冷剤及びマグロ等のブロック状の食材に対しては、汎用されている１３．５６ＭＨｚの高周波を使用する場合、−５〜−１０℃
以下の低温では加熱しにくく、０ ℃以上の高温では加熱過多の解凍状態の未完全な解凍状態を呈するが、その情況をさらに詳細に示すため、
図２に、これと同一の寒冷剤及びマグロ等のブロック状の冷凍食材を使用して２．５ＭＨｚ
、３ＭＨｚ、３．５ＭＨｚ、１３．５６ＭＨｚ、の各高周波による解凍状態を解凍時間に対する解凍温度（品温）の比較データを示してある。
上記結果から見てわかるように、最適の解凍情況を示している３ＭＨｚの場合は、前記最大氷結晶融解帯の−５〜−１℃の品温帯域は急速に通過し以後緩慢解凍に移行して約０℃の状態を略６０分程継続させ適度の熟成期間を形成し、従来より約１／１０の時間で解凍している。なお、この場合は図に見るように表面温度と芯温のズレは殆ど無く均一解凍を行っている。
【００２４】
そして、２．５ＭＨｚ 、３．５ＭＨｚの高周波使用の場合は、幾分解凍情況は悪化するが、汎用されている１３．５６ＭＨｚにおいては、解凍の立ち上がりには解凍ムラがあり、最大氷晶融解帯通過後は品温が急上昇をし完全解凍とは言えない情況を示している。
【００２５】
また、冷凍すり身の場合は図３に示すように３ＭＨｚ、１３．５６ＭＨｚともに−１０℃まで従来より約１／２の速さで昇温した。しかし、図４に示すように鶏肉の場合は１３．５６ＭＨｚでは解凍ムラを生じ、３ＭＨｚでは水分含量の多いものより速い解凍は出来なかったが、従来解凍法よりは早く解凍できた。
このことは被解凍食材の氷結晶の量により左右されていることを示し、本発明の３ＭＨｚの場合は氷結晶の量により加熱度合いが異なることを示している。
【００２６】
図５には、本発明の３ＭＨｚの周波数を持つ高周波による解凍（ａ）の情況と他の解凍方式である高湿度解凍（ｂ）、空気解凍（ｃ）、蒸気解凍（ｄ）による解凍情況を、野菜ピューレを使用し表面温度と芯温とについて比較が表示されており、図の（Ａ）は表面温度を示し、（Ｂ）は芯温を示してある。
図の（Ａ）のグラフ（ａ）に見るように本発明の３ＭＨｚの周波数の場合は最大氷結晶融解帯の通過を良好な状態で行っているが、他の解凍方法の内、高湿度解凍（ｂ）、空気解凍（ｃ）の場合は緩慢解凍の情況を示し、蒸気解凍方式（ｄ）の場合は加熱過多を示している。
図の（Ｂ）に示す芯温を図の（Ａ）に示す表面温度と比較した場合、解凍ムラにおいても本発明の３ＭＨｚの周波数の高周波による誘電加熱法（ａ）が他の解凍方法に比較し格段の優位差があることを示している。
【００２７】
【発明の効果】
上記構成により、整合器と加熱用電極を一体構造にした誘電加熱電極を具えた電場利用の解凍装置により、無効電力の少ない効率運転ができる解凍装置を得ることが出来、且つ、含有水分の多いブロック状冷凍食材に対して、より好適な解凍方法として、被解凍食材の氷結晶の誘電損率に対応した最適な周波数帯域を持つ高周波電源を用意する構成としたため、均一急速解凍により最大氷結晶融解帯の急速通過を可能とし、通過後緩慢解凍に移行させ品質劣化の無い適当な熟成を伴う解凍を行うことが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の電場利用の解凍装置の概略の構成を示す図である。
【図２】 寒冷剤やマグロ等のブロック状冷凍食材に対する使用周波数をパラメータとする解凍時間に対する品温の変化を示す図である。
【図３】 すり身の解凍を３ＭＨｚ、１３．５６ＭＨｚの高周波について行った解凍の情況を示す図である。
【図４】 鶏肉の解凍を３ＭＨｚ、１３．５６ＭＨｚの高周波について行った解凍の情況を示す図である。
【図５】 ３ＭＨｚの高周波誘電加熱他の解凍方法との比較図で、（Ａ）は表面温度を示し、（Ｂ）は芯温を示す。
【図６】 従来の誘電加熱器の概略の構成を示す図である。
【符号の説明】
１０ 冷凍食材
１１ 整合誘電加熱電極
１２ 上部電極
１３ 下部電極
１４ 高周波電源
１５ 給電ケーブル
１６ 誘導性リアクタンス
１７ 容量性リアクタンス
２０ 解凍室

Claims (3)

1. 高周波電源と、誘電加熱電極と給電線とよりなる誘電加熱装置を使用して、冷凍食材を解凍する電場利用の解凍装置において、
   高周波電源と給電用ケーブルと、換気扇を有する解凍室と、解凍室に内蔵する整合誘電加熱電極とよりなり、
   前記整合誘電加熱電極は、上下に平行に配置された上部電極と下部電極と、前記一の電極に付設され給電ケーブルの一の末端に接続する誘導性リアクタンスと、上部電極と下部電極の間を結合する容量性リアクタンスとより一体構造とし整合部分を内蔵する構成にするとともに、
   前記高周波電源より給電用ケーブルを介して、周波数２．５〜３．５ＭＨｚの高周波電力を、前記解凍室に内蔵する整合誘電加熱電極へ給電し、前記上部電極と下部電極間に配置された冷凍食材を解凍する構成にしたことを特徴とする解凍装置。
2. 請求項１記載の解凍装置を使用して冷凍食材を解凍する電場利用の解凍方法において、
   前記上部電極と下部電極間に冷凍食材を配置した状態で、前記解凍室に内蔵する整合誘電加熱電極へ、周波数２．５〜３．５ＭＨｚの間の選択された１の周波数帯域の高周波電力を給電して、前記前記上部電極と下部電極間に配した冷凍食材を加熱させ、該冷凍食材の最大氷結晶融解帯の上限近くまで氷点（０℃）以下で急速に解凍させ、爾後緩慢解凍に移行させて均一急速解凍を行うようにしたことを特徴とする電場利用の解凍方法。
3. 前記解凍する冷凍食材は、含有水分の多く前記周波数帯域に対応した電磁波浸透深度を持つブロック状のものを使用することを特徴とする請求項２記載の電場利用の解凍方法。

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