JP6095087B1 - 超音波処理装置、及び超音波処理方法 - Google Patents
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Abstract
Description
(態様1)処理水の噴流と超音波により被処理物に処理を施すための超音波処理装置であって、前記被処理物を収容する処理槽と、処理槽前記処理槽の内部に前記噴流を導く処理水供給口と、前記処理槽の前記内部から処理水を流出する処理水流出口と、前記底部から前記内部に超音波を照射する複数の超音波振動子とを備え、前記超音波振動子は、20kHzから170kHzの間の超音波を発生し、かつ3〜20psiの超音波強度を処理領域中に与える、超音波処理装置。
(態様2)態様1に記載の超音波処理装置において、前記超音波振動子は、40kHzから100kHzの間の超音波を発生する、超音波処理装置。(態様3)態様1または2に記載の超音波処理装置において、前記超音波振動子は、3〜12psiの超音波強度を前記処理槽内に等間隔に設定した複数の測定点の50%以上で有する、超音波処理装置。(態様4)態様1〜4のいずれか一項に記載の超音波処理装置において、噴流透過性の超音波減衰材を前記処理槽内に備える、超音波処理装置。(態様5)態様4に記載の超音波処理装置において、前記超音波減衰材は、前記処理水供給口と対向する部分にパンチングメタルまたは金網を有する、超音波処理装置。(態様6)態様1〜5のいずれか一項に記載の超音波処理装置において、前記噴流は、0.5L/minから2.0L/minの間の流量を有する、超音波処理装置。(態様7)態様1〜6のいずれか一項に記載の超音波処理装置において、処理水の温度を所定範囲に維持する恒温ユニットを備える、超音波処理装置。(態様8)態様1〜7のいずれか一項に記載の超音波処理装置において、前記超音波処理装置は、前記超音波を前記処理槽内に照射しつつ、前記処理水を前記処理槽内に噴射する、超音波処理装置。
(態様9)態様1〜8のいずれか一項に記載の超音波処理装置を備えるシステムキッチン。(態様10)処理水の噴流と超音波により被処理物を処理する超音波処理方法であって、前記被処理物を処理槽に収容する工程と、前記処理槽の処理水供給口から前記処理槽の内部に前記噴流を導きつつ、前記処理槽に設けた複数の超音波振動子から前記被処理物に超音波を照射する、処理工程とを備え、前記処理工程中に、前記超音波振動子は、20kHzから170kHzの間の超音波を発生し、かつ3〜20psiの超音波強度を処理領域中に与える、超音波処理方法。(態様11)態様10に記載の超音波処理方法において、前記被処理物は食品であり、前記処理工程は、前記噴流及び前記超音波により前記食品の表層の酸化物を除去する、超音波処理方法。
本発明の超音波処理装置の概要を述べる。超音波処理装置1は、図1に示すように、処理水中で被処理物を処理する処理ユニット50(処理槽53)と、処理ユニット50の底部に設けられた複数の超音波振動子60とから構成される。さらに、処理ユニット50には、その底部中央から処理水の噴流を上方に噴出し、処理ユニット50の上部から処理水が流出(オーバーフロー)するように構成されている。水流は、非循環式または循環式とすることができる。被処理物を処理する際、超音波処理装置1は、被処理物を処理槽53内の処理水に浸けた状態で、被処理物に対して比較的弱い出力及び比較的低い周波数の超音波を照射しつつ処理水の噴流を加えることにより被処理物を洗浄等処理する。
本発明の第1の実施形態に係る超音波処理装置1を説明する。超音波処理装置1は、図2〜図4の外観図に示すように、処理ユニット50を収容する筺体(本体)20と、筺体20の側面下部に設けられた電源コード接続部21と、電源コード接続部21への水の侵入を防止する防水カバー23と、筺体20の側面に設けられた排水摘み25と、筺体20の正面に設けられた操作パネル40と、処理ユニット50の開口を覆う処理槽蓋51と、処理ユニット50へ処理水を供給するための給水口30aと、処理ユニット50から処理水を排出するための排出口30bとを備える。操作パネル40には、電源のオンオフを行う電源スイッチと、周波数の設定を行う周波数設定スイッチと、処理時間の設定を行う処理時間設定ボタンとを備える。処理時間は、5,10,15分で切り替えたり、1分から15分の間で任意の時間に設定することができる。設定された処理時間の間、超音波振動子が動作しつつ噴流が供給される。排水摘み25は、排水弁33(図7)に接続される。給水弁35(図7)を閉じて給水を停止した状態で、排水摘み25を水平(排水)位置にすると処理槽53内の処理水を排出する。排水摘み25を垂直(貯水)位置にすると、接続管31cは閉鎖されるので、給水弁35を開いて処理槽53に貯水または給水することができる。
本発明の超音波処理装置に係る第2の実施形態を説明する。第2の実施形態は、図12に示すように、システムキッチン1000に第1の実施形態の超音波処理装置1を内蔵したものである。超音波処理装置1の処理槽蓋51は、システムキッチン1000の上面にヒンジを介して開閉自在に設けられる。図12(a)は処理槽蓋51’を閉じた状態、図12(b)は洗濯槽蓋51’を開いた状態である。超音波処理装置1の操作パネル(超音波操作盤)40は、システムキッチン1000の側面に設けられる。また、システムキッチン1000には、上水道に接続された浄水器100と、上水道または浄水器100に接続された給湯機200とが接続される。超音波処理装置1の給水管30aには、上水道、浄水器100、または給湯機200を接続可能である。システムキッチン1000は、食器洗浄機300を備えることもできる。
本発明の超音波処理装置に係る第3の実施形態を説明する。第3の実施形態は、図13に示すように、超音波処理装置1に恒温ユニット80を接続したものである。恒温ユニット80は、恒温水槽81と、恒温水槽81内の恒温処理水を所定の温度に維持する恒温装置83と、恒温水槽81内の恒温水を超音波処理装置1に供給するための水中ポンプ85と、水中ポンプ85から超音波処理装置1の処理ユニット50の底部に導く給水管31a’と、処理ユニット50の上部からオーバーフローした処理水を恒温槽81に導く排水管31b’とを備える。第3の実施形態において、恒温水槽81から処理水を超音波処理装置1に循環させる方式により、超音波の照射により加熱される処理水の温度を冷却して一定の温度で超音波処理を行うことができる。なお、排水管31b’には、好ましくは処理滓を濾過するフィルターを設けることができる。
超音波洗処理により、ブドウの果汁の糖度が向上した。また、超音波洗処理により、タマネギの細胞中小粒子のブラウン運動が減弱した。モヤシのMRI解析の結果からは、細胞内の自由水が減少し、結合水が増加していることが示唆されており、超音波洗処理によって細胞内で自由水となった水が再び結合水となって細胞内の溶媒としての水が減少し、糖度が上昇するとともに、細胞内小粒子に衝突する自由水が減少することによってブラウン運動が減弱するものと考えられる。
本発明の実施形態に係る超音波処理装置1の最大の特徴は、使用する超音波の出力が低いことである。超音波処理装置1の出力を、市販されている従来型の超音波処理装置の数分の1から10分の1の出力とすることにより、生体試料である食材の細胞組織構造を破壊することなく、超音波洗浄・処理を実施することが可能となった。低出力である第1の実施形態の超音波処理装置1と、高出力である従来の超音波処理装置とを比較した。従来の超音波処理装置として、シャープ株式会社の卓上型超音波洗浄装置UT−205Sを用いた。比較実験1は、同じ周波数(40kHz)で同じ時間(3分)、鶏肉を超音波処理した場合には、超音波処理装置1では食感が良好であったが、従来の超音波処理装置では食感が劣化した。
第1の実施形態の噴流式の超音波処理装置1、及び従来の超音波処理装置UT−205Sについて、それぞれ超音波出力を測定した。超音波出力の測定には、新科産業有限会社製の超音波メーターSM1000を用いた。結論として、第1の実施形態の噴流式の超音波処理装置1の適切な超音波強度は、3〜12psiであり、従来の超音波処理装置の約1/3であった。
本発明の第1の実施形態に係る超音波処理装置1を用いて、各種生鮮食品または生体試料を洗浄した実験例を以下説明する。
1−1 周波数40kHz(もしくは28kHz)の超音波処理と噴流を同時に10分間実施することによって、サツマイモ、里芋、ジャガイモ、牛蒡、大根、ニンジン、コカブ、レンコン、タマネギ、ニンニク、ショウガの品質を劣化させることなく表面の泥汚れを除去できた。
2−1 周波数40kHz(もしくは28kHz)の超音波処理と噴流を同時に10分間タマネギに実施することによって、超音波処理なしで食した直後に感じられていた辛味がなくなり、しばらくして辛味が感じられるようになった。裁断しタッパーに入れて冷蔵保存したところ、7日間以上味、食感が維持された。
3−1 周波数40kHzの超音波処理と噴流を同時に10分間実施することによって、噴流式超音波処理して8日間静置したところ、超音波処理していないモヤシ群は全て腐敗したのに対して、超音波処理したモヤシ群では発芽するものがあった。
4−1 周波数40kHz(もしくは28kHz)の超音波処理と噴流を同時に5〜10分間実施すると、浸漬の時間がゼロであっても通常の炊飯器を用いて炊飯でき、美味になった。
5−1 豚肉(ロース、もも、バラ)、国産牛肉を周波数40kHzの超音波処理と噴流を同時に3分間実施して、肉野菜炒め、および鉄板焼きにして食したところ、冷凍肉の嫌な風味(臭み)が消失し、美味であった。食感には悪影響はなく、むしろやわらかくなって食感が向上したように思われた。通常は調理後時間が経つと肉の食感が堅くなるが、超音波処理した肉では調理後も肉が堅くなることがなかった。豚肉(トンカツ用、国産)を超音波処理(5分)したところ、小さな白色の懸濁物が大量に脂身より噴出した。処理後、豚肉の表面が水膨れした印象であった。また、肉が3割ほど大きくなった。トンカツにして食したところ、普通のトンカツよりもすっきりしたおいしさであり、調理の翌日も脂分が固くなることなくおいしく食することができた。超音波処理をした牛肉、豚肉では、調理後料理が冷めて煮汁表面に出現する白い油状のラード、あるいは調理した翌日に生じる白いラードの塊が発生せず、冷めてもすっきりした美味のままであった。
6−1 冷凍赤魚を周波数40kHzの超音波処理と噴流を同時に5分間実施した後に煮魚としたところ、発生した灰汁の量が明らかに少なく、煮汁が透明であり、煮ている際の湯気の香りに臭みがなかった。煮魚は冷凍とは思えないような美味であった。また、煮汁を分注して冷蔵庫に一晩静置したところ、大変驚くべきことに「煮こごり」が生じた。
7−1 サンマの開き、アジの開き、本ホッケの開き、縞ホッケの開き、カマスの開き、赤魚の干物、ヒメタラの干物、コマイの干物、シシャモの干物、カレイの干物を周波数40kHzの超音波処理を3分間実施して食したたところ、臭みが消失して風味は残り、美味であった。
8−1 活きたアサリを周波数周波数40kHz(もしくは28kHz)の超音波処理を10分間実施した後に、アサリの殻表面の微細な汚れ(バイオフィルムが死滅腐敗したもの)が除去され、洗浄後のアサリの肉質に悪影響はなく、すっきりとした味わいとなって美味となった。洗浄後のアサリを家庭用冷凍庫にて冷凍保存することも可能であった。
20 筺体
30a 処理水供給部
30b 処理水流出部
31a 処理水供給管
31b 排水管
40 コントロールパネル
50 処理ユニット
51 処理槽蓋(外蓋)
53 処理槽
53a 処理水供給口
53b 処理水流出口
55 処理籠
59 処理籠蓋(内蓋)
60 超音波振動子
70 制御基板
80 恒温ユニット
1000 システムキッチン
Claims (11)
- 処理水の噴流と超音波により被処理物に処理を施すための超音波処理装置であって、
前記被処理物を収容する処理槽と、
前記処理槽の底部に前記噴流を導く処理水供給口と、
前記処理槽の内部から処理水を流出する処理水流出口と、
前記内部に超音波を照射する複数の超音波振動子と、
前記内部で前記超音波振動子と対向する部分に配置され、超音波を減衰するパンチングメタルを備えた洗浄カゴとを備え、
前記超音波振動子は、20kHzから170kHzの間の超音波を発生し、かつ処理領域中の50%未満に12psiより大きい超音波強度を与える、超音波処理装置。 - 請求項1に記載の超音波処理装置において、
前記超音波振動子は、40kHzから100kHzの間の超音波を発生する、超音波処理装置。 - 請求項1または2に記載の超音波処理装置において、
前記超音波振動子は、12psiより大きい超音波強度を前記処理槽内に等間隔に設定した複数の測定点の50%未満で有する、超音波処理装置。 - 請求項1〜3のいずれか一項に記載の超音波処理装置において、
前記噴流は温水であり、前記超音波処理装置は、前記内部に前記温水を供給しつつ超音波を照射する、超音波処理装置。 - 請求項1〜4のいずれか一項に記載の超音波処理装置において、
モスキート音を遮音する遮音材を備える、超音波処理装置。 - 請求項1〜5のいずれか一項に記載の超音波処理装置において、
前記噴流は、0.5L/minから2.0L/minの間の流量を有する、超音波処理装置。 - 請求項1〜6のいずれか一項に記載の超音波処理装置において、
処理水の温度を所定範囲に維持する恒温ユニットを備える、超音波処理装置。 - 請求項1〜7のいずれか一項に記載の超音波処理装置において、
前記超音波処理装置は、前記超音波を前記処理槽内に照射しつつ、前記処理水を前記処理槽内に噴射する、超音波処理装置。 - 請求項1〜8のいずれか一項に記載の超音波処理装置を備えるシステムキッチン。
- 処理水の噴流と超音波により肉類または魚介類を含む生鮮食品または生体試料を処理する超音波処理方法であって、
前記生鮮食品または生体試料を処理槽に収容する工程と、
前記処理槽の処理水供給口から前記処理槽の内部に前記噴流を導きつつ、前記処理槽に設けた複数の超音波振動子から、前記内部で前記超音波振動子と対向する部分に配置され、超音波を減衰するパンチングメタルを介して、前記生鮮食品または生体試料に超音波を照射する、処理工程とを備え、
前記処理工程中に、前記超音波振動子は、20kHzから170kHzの間の超音波を発生し、かつ処理領域中の50%未満に12psiより大きい超音波強度を与える、超音波処理方法。 - 請求項10に記載の超音波処理方法において、
前記処理工程は、前記噴流及び前記超音波により前記生鮮食品または生体試料の表面の酸化物を除去する、超音波処理方法。
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