JPH05504052A - 冷却過程と装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 冷却過程と装置 本発明は材料の冷凍方法とそのような方法で使用する装置に間する。

本発明は過冷却効果を最小化し、冷凍する材料に対する破損を緩和ないし回避で きるので、数多くの分野で特に使用に供することが出来る。特に本発明は、次の 分野で使用することが出来る。

（Ａ）冷凍食品業界 （Ｂ）人間の胚及び他の動物の胚の低温保存（Ｃ）臓器移植のための冷凍 （Ｄ）血液、骨髄液、微生物などの小量ないし大量の懸濁液の凍結（Ｅ）他の生 物学的材料、特に細胞状（植物あるいは動物）材料の冷凍　−（Ｆ）特に例えば 高度に規則的な結晶化固体の乾燥冷凍ないし生成での管理条件下で冷凍を行う必 要のあるその他の材料の冷凍。

商業あるいは工業過程では、多くの材料を冷凍あるいは固体化する必要がある。

冷凍は材料の生産過程の一部であったり、保存性を強化する手段であったりする 。

冷凍による食品の貯蔵は、その生鮮度を長期に渡り維持する通常の方法となって いる。そして他の技術分野でも等しく、低温保存は特に人間や他の動物の胚など のデリケートで貴重な生物学的材料を必要時まで保存する主要な方法として認め られている。低温保存技術の生物学的材料への適用には更なる可能性が予期され る。Ｂち角膜、すい臓、腎臓、肝臓、心臓をはじめとする移植月の人間の組織や 器官は大きく欠乏しているからである。

食品の冷凍、生物学的材料の低温保存、その他の材料の固体化は、産業、ＷＨ業 過程の異種の集合のように思えるかも知れないが、実際には共通の大きな問題を 共有しがちである。　「材料」　（ここで総称的な用語として用いる）の冷却中 、材料内の液体（例えば生物学的サンプルでの細胞を取り巻（媒体中の）は、固 体相の核形成が生じる前に、その冷凍ないし固体他点以下に過冷却しがちである 。過冷却は材料に害を与えることがあり、胚の場合は以下の効果によりその生存 を妨げることがある（以下の論議は液体からなる材料と固体の水の形成に間する ものであるが、同じ原理が他の液体ないし固体系にも当てはまる）。

従来、一定の率で水性材料を冷却すると、材料の温度は液体の核形成点に到達す るまで周囲の降下温度と共に降下する。過冷却傾向故に、これは融点以下となる 。核形成点で材料内の水は水へと結晶化し、それにより融解潜熱を放出する。

この時点での材料の温度は、核形成点から殆ど融点まで上昇する。融解潜熱が材 料ないしそれと関連した水により失われると、材料の温度は再び降下し始める。

しかし周囲温度はこの段階ではより冷却化しているので、材料温度と周囲温度の 間には大きな差ができ、材料ははるかに早く冷却する。これにより水の結晶が余 り制御されずに形成され、そのサイズが大きいものは有害な作用を及ぼすことが ある。

これは冷凍食品業界に取り実際問題となる０食品を冷凍するために食品業界で使 用している従来の手法は、食品を低温気体で冷却するブラストあるいはトンネル 冷凍器を使用することである。冷凍器内部では気体温度に勾配があ゛す、食品を 導入する端部では最も高温で、食品が冷凍器を通過すると共に徐々に低くなる。

最初はサンプルは気体温度と平行して冷却する。しかし核形成後は、食品温度は 潜熱プラトーまで上昇する。ここで食品から環境への熱の喪失率は、潜熱が放出 される間増加する温度差に比例する。従って食品は、融解潜熱が消失するまでこ の発熱で緩衝され、その時点でサンプルの温度は次に環境温度まで急速に平衡化 し、その結果、温度の急速な降下が生じる。

冷凍食品業界では、柔らかい果物（例：桃、プラム、ラスベリー）やシーフード Ｃ例、ロブスタ−１かに、エビ、魚）は、しばしば解凍したときに品質が落ちる ことがある。ａの柔らかい果物（例、いちご、キーライ、マンゴ）、様々な野菜 （新しいジャガイモ、アスパラガス）、一部の乳製品（例・生クリーム）では、 問題はより深刻で、それらの製品は商業ベースで冷凍することが出来ない、その ような冷凍、解凍の損害の主要な構成要素は、水の結晶の無秩序な核形成とその 後の長期の潜熱プラトーに関連したその成長により生じた物理学的損害による質 の低下である。

アイスクリーム、シャーベット、水などの凍結状態で消費する製品の質は、水の 結晶の大きさと分布に関係しているが、その形成の制御にはしばしば困難が伴う 、更に従来の冷凍方法では、サンプル中の水は外側で核形成し、水は中心に向か って仄がる。サンプルの周囲で潜熱が発生することで、核は熱的に緩衝され、「 貝殻状」の凍結が生じる。

敏感な生物学的細胞状材料の低温保存では、過冷却から生じる更なる有害な作用 がある。！０ち水が媒体内で形成されるので、残りの液体中の溶質の濃度が増大 する。すると浸透圧により細胞は脱水化され、そして次に細胞間水が生じるが、 これは一般に細胞にとり致命的となる。

過冷却により生じる潜在的な開運を最小化するため、ＥＰ−Ａ−０２４６８２４ は、一定の略凹の固体材料を泪いて水溶性媒体内の水を、媒体の凍結点ないしそ の近くで凝集することを教示している。しかし従来の方法に対してかなり改善さ れたこの方法でも、媒体の融解潜熱の少なくとも一部が失われる温度プラトーの 後の比較的急速な冷却期間に、従来の冷却方法で生じるような被害が生じないよ うに依然注意が必要である。

上記の説明は、　（特にかなりの量の）水を含む材料を中心にして行ってきた。

水はその凍結点以下に冷却する強い傾向（過冷却効果）を有しており、それは氷 の広がりを制限する多くの膜で限られた区盾を持つ生物学的組織の冷却に複雑な 問題をもたらしている。氷の核形成を起こす様々な方法が説明されてきたが、ヨ ウ化銀を一般的な例とするい（つかの無機化合物や有機化合物（上述のＥＰ−＾ −０２４６８２４を参照）及び「水晶核形成」バクテリア（Ｘａｎｔｈｏｍｏｎ ａｓ、　Ｐｓｅｕｄｏｍｏｎａｓ、　Ｅｒｗｉ辺属のもの）が、過冷却水での氷 の有効な核形成材料である結晶格子構造を有することが実証されている。それら は例えば雨雪の種、生物学的低温保存及び雷の形成でそれぞれ適用されているが 、それらは有毒性、法律あるいは適用問題により、容易に食品に適用することは 出来ない６無秩序な核形成問題は、上述したように特定の食品の商業的冷凍を実 際上妨げるものと見られてきた。低温保存生物学的サンプルのともか（より専門 的な分野では同様（あるいは更に良くない）間層が生じるが、ＥＰ−＾０２４６ ８２４で述べたシード過程に加えて、比較的制御された方法で核形成を行ういく つかの試みが為された。

例えば水の核形成は過去に、（ａ）機械的シェークあるいは（ｂＪ熱電気ショッ ク、（Ｃ）熱シラツク、（ｄ）氷晶の直接的な追加、により行われてきた。

機械的シェークはサンプルに害を与える可能性のある非効率的で厄介なプロセス である。熱電気シラツクは固体の場合あるいは液体サンプルを密封した容器の場 合に、サンプルに電気を与えることで熱電気シジックを与えることが出来る。

この手法では、ベルチェ熱電対効果の逆を用いる。熱ショックはサンプルをはる かに冷たい表面に接触させるか、金属ワイヤあるいはガラス棒のような事前に冷 却したものを押入することにより行うことが出来る。おそらく現在のプロセスの 中で最も不格好ではない方法は、水晶を直接的に液体サンプルないし固体の表面 に添加することであろう。

それら最後の３つの侵略的な方法は、食品には不向きである。従って過冷却とそ の後の核形成の重大な結果を回避する非侵略的な改善された方法が必要である。

本発明は上記の間層に対処するものであ１ハ　驚くほど単純でニレガントな改善 方法を提供し、様々な比較的単刀直入な方法で実用化することが出来る。

本発明は最も広くはそのｇＪｌの態様で、液体を含む物体を冷凍する方法で、材 料から熱を抽出し、熱抽出率を変化させて冷凍中に失われる潜熱の少な（とも一 部を補償することからなる方法を提供する。

特に本発明の第２の態様によれば、液体からなる材料を冷凍する方法で、材料の 融解潜熱が材料から失われ、材料の温度が実質的に降下していない間に材料から 熱を第１の率で抽出し、次に材料の温度が降下するときに第２の率で材料から熱 を抽出することからなり、第１の熱抽出率は第２の熱抽出率よりも大きい方法を 提供する。

従って本発明は融解潜熱が失われる温度「プラトー」でサンプルが費やす時間量 を最低にする、ないし少なくとも削減しようとするものである。生物学的サンプ ルの冷凍に関しては、低温保存された雄牛の精子は、潜熱プラトーでの時間に逆 比に関連しているという証拠（パーキンソンとフィツトフィールド、獣道仏学２ ７　（５）　７８１−７９７　（１９８７４Ｆ−）がある、しかしパーキンソン とフィツトフィールドは、−１５’Ｃと一２５゛Ｃの間よりも５゛と一１５°Ｃ の間の低い冷却率を提唱しているように思われる。しかし問題は生体システムの 生存度に限定されるものではなく、特に食品では、潜熱プラトーに過度に長期間 あることは、物理学的に水晶の作用により、および化学的に例えば半凍結状態で 異常な浸透作用により媒介された害を受けることになる。潜熱プラトーでより長 期間あることは、長い氷晶の形成と後に解凍した製品の品質の後退につながるこ とが分かつている。

本発明の方法の熱抽出手法により、冷却率を冷凍する材料に殆どあるいは全く笑 止作用がないように制御することが出来る。特に融解潜熱の少なくとも一部が材 料により放出されるとき、熱抽出率は大きくなる。しかし材料の温度は、材料に よりかなりの量の融解潜熱が放出されている期間、実質上減少しなり１．　ａ熱 の少なくとも一部が放出された後、温度の降下範囲が大きくなるのを防ぐために 、少ない熱抽出率が必要となる。従って第１の熱抽出率は、温度が増大している 、あるいは一定の時、あるいは材料の温度降下率が実質的でないとき（例えば１ ０７分、あるいは０．１°Ｃ／分）に行われ、第２の率は温度降下率が少なくと も０．１°Ｃ／分あるいは１’Ｃ／分の時に適用する。

又本発明により、冷凍する材料を冷却貯蔵環境に移転する前に冷凍装置内でのド ウエル時間を短くすることが出来、これは重要な利点となる可能性がある。

熱抽出に適用した「率」という用語を使用することは、第１あるいは第２の熱抽 出率が一定であることを意味してはいないことに留意する必要がある。その串の どちらかあるいは両方とも変化することがあり、ある場合には、非線形あるいは 断続的冷却を達成するため、変化する熱抽出率が望ましい、　「断続的冷却」の 態様としては、最初の冷却率とその次に自重保持が続き、そして後続の冷却率（ それは最初の冷却率と同じであることも同じでないこともある）が続く態様が含 まれる。非線形及び断続的冷却態様は、生物学的及び非生物学的応用を有してい る。全体的に本発明では、第２の熱抽出率は第１のものよりも少ない必要がある 。

又熱抽出率に適用した「第１」という用語は、潜熱温度プラトーに到達する前に 異なる熱抽出率を使用することを除外するものではないことに留意する必要があ る。

本明細書で「冷凍」という言葉を生物学的材料や食品などの溶媒と溶質の複雑な 混合物に適用するときは、材料内の全てのものは固体状態にあることは必ずしも 意味しないことが理解されよう８例えば−２５°Ｃでのいちごのような冷凍食品 の場合を考えると、果物の約１０％はその温度では液体であるが１通常の用語法 では「冷凍」とされる、　「冷凍」という言葉はこの意味で使用し、同種の用語 も同様に見なす必要がある。

第２の熱抽出率は、固体化ないし固体の材料の冷却率を決定するものである。

選択した冷却率は、例えばかなりの氷晶を水性システムで形成できるようにする ことで、材料を害することがないものとする。

第２の熱抽出率は、材料の性質により大きく変化する１例えば補乳動物の胚では 、第２の熱抽出率は冷却率が０．５’　０７分を越えないものとすべきで、少な くとも一５°Ｃから一３０°Ｃの範囲では、約Ｑ、３’　０７分とすべきである 。しかし都合のため、それらの限度内で冷却は出来るだけ早くすべきである。そ れらの基準は哺乳動物の胚に当てはまるが、他の材料はそれ自身の基準を持つこ とがあり、例えば祭主細胞、リンパ球、組織培養細胞（例　補乳類）及び様々な 微生物は。

０．５’　０７分から１．５°Ｃ／分の例えば約１°Ｃ／分のより大きな割合で 冷却することが出来る。他の材料に付いては、例えば下記の胚では、冷却率は約 ５”０７分とすることが出来、赤血球ではその割合は数千度Ｃ／分、例えば約３ ０００’　０７分とすることが出来る。

本発明では、第１の熱抽出率は、材料の融解潜熱が失われている間に適用される 。これは全ての融解潜熱がＩＪ！１の熱抽出率の適用中に失われなければならな （１という意味ではない１例えばどの様な水性サンプルでも、潜熱は核形成温度 から共晶温度あるいはガラス転移まで放出される。しかし大部分（例えば少なく とも７０％なしｓＬ、８０％、あるいは少なくとも９０％）は一般的に氷点と零 下数度（例えば５ないし１０度Ｃ）で放出される。第１の熱抽出率は、優先的に 大部分（例えば少な（とも８０％あるいは少なくとも９０％）の水が水に転換す る間に適用され、即ち材料の大部分（例えば８０％あるいは少なくとも９０％） の合計融解潜熱が失われるときである。

塩化ナトリウムのような単純な溶質の位相図から、システム内の不凍水の１＋よ 、温度と共にＷ１数的に減退することが分かる。零度以下では不凍水の割合は直 接的に不凍液の浸透性に関連している０食品業界に取って関心のある溶液（例え ば０゜５及び０．２４塩化ナトリウム溶液及びその相当物）では、８０％の氷は 一１０９Ｃで形成されるであろう。

本発明はしたがって、冷凍中の、あるいは実施例では例えば８０％の水の氷への 転換中に、ｍ熱の効果的な除去の発明を実施するものとみることが出来る０位相 図を引き出すことが出来ないそれらのシステムでは、融点（即ち潜熱グラ１−一 ）から融点の５°Ｃないし１０°Ｃ以下の効率的な潜熱の除去である。効慮はあ る程度比較的な概念であるが、本発明の特定の実施例では、潜熱除去（例えば上 記の程度での）は、−３０°Ｃでの従来のブラスト冷凍手法にしたがった場合（ ：みられる時間の５０％ないし５０％以下でそれを達成できれば効率的と見なす こと力（出来る。

この方法は特に生物学的サンプルの冷凍と低温保存に適用することが出来、それ によりそれは本発明により冷凍することの出来る望ましい材料例となる。　「生 物学的サンプル」という用語には細胞（真核性細胞、原核細胞の両方）、細胞か らなる器官及び組繊、胚、細菌（その全ては天然のものあるいは遺伝学的その他 で改造されたもの）、及び核酸、蛋白、Ｗタンパク質、脂肪、リポタンパク質な どの生物学的に活性な分子が含まれる。材料にあるあるいはそれを構成する液体 は一般的に水であるが、本発明は水性材料に限定されない。

本ｇ＠明は動物細胞の低温保存、特に生殖体あるいは授精した卵子、胚の低温保 存に使用することが出来る。しかし他の動物細胞や植物細胞も、本発明により有 利に冷凍することが出来る。

本発明の他の重要な適用例は冷凍食品業界にあり、その分野では本発明は味と質 感を保存する意味であるいは食品を構成する生物学的あるいは他の材料に過度の 害を生じる事なく、素早く効果的に食品を冷凍する意味で重要になろう０例えば 従来の手段で柔らかい果物を冷凍すると、その味や質感の多くが失われる。従っ てその材料は、野菜、パンや他のベーカリ−製品、肉、魚、シーフード（例：ロ ブスタ−、かに、エビ、魚）あるいは果物、特に桃、プラム、ラスベリー、し１ ちご、キーウ仁マンゴといった柔らかい果物などの食品が望ましい、チ１コレー ト　（プレイン、ミルク、ホワイトであれ）、アイスクリーム、クリーム、マヨ ネーズといった非水性のものや乳製品も、液体状に戻すことの出来る食品として 本発明により冷凍することが出来る。

又本発明は、秩序だった形で冷凍する必要のある非生物学的材料にも適用するこ とが出来る。これは結晶形成の割合や性質が重要な特定の食品や他の材料（二と り必要あるいは望ましいことがある。シャーベットや水がこのカテゴリーに入る 。

本発明は又、移植用の臓器の低温保存や、血液、骨髄液、微生掬の大量の細胞懸 濁にも適用する二とが出来る。

冷凍するサンプル量は特に重要ではないが、生物科学での生殖体あるし）は授精 した卵子や胚を冷凍あるいは低温保存する際は、サンプル量は一般的に１ｍｌ以 下であり、典型的には０．５ｍ　ｌあるいは０．２ｍ　ｌ以下である。Ｏ，Ｓｍ ｌと０．２５ｍ　ｌの量が一般的である。冷凍食品業界では、対処する量はもち ろんはるかに大きく、しばしば数十ｃ　ｍ　’あるいはｍ３となる。

特に科学、医療５商業用の低温保持生物学的サンプルの場合は、冷凍する材料は 容器あるいはキャリアー内にあることがある。適切な容器としてはアンプル、チ ューブ、ストロ−、バッグ（特に２枚の熱伝導板（例・金属板）の間に保持でき る薄い断面のバッグ）がある、当該するポリマーには、ポリプロピレンあるいは 塩化ポリビニールのようなプラスチック材がある。容器は少なくとも１つの次元 が小さいものが望ましく、それによりそのφさい次元あるいは複数次元に渡って 温度勾配を４１１視することが出来る。このためチューブ、ストロ−１薄い断面 のバッグが特に望ましい。

更に重要な態様として、本発明では音響、特に高周波音あるいは超音波として一 般に知られる音響を使用する。金属鋳物の結晶構造を改善するため音響ないし超 音波を適用することは、ダイナミック核形成として知られている。音響や超音波 は過冷却金属で核形成を誘起するが、優先的な利点は結晶の微粒化である。音響 を放射することで、境界相での熱転移を向上できる。音響による水の核形成は、 過去に余り注目を浴びなかった１例えばこの分野では標準的な著作と認められる ホップス（「水物理学」クラレンドン・プレス、オックスフォード、１８７４年 ）は、氷形成での音響の可能性に付いて言及していない、しかし商業的には不向 きな教示ではあるが、２つのロシア特許文献が知られている。

５Ｕ−Ａ−０６１８０９８１？　ｉ！、食品を冷却材内に配置し、同時１．＝　 １８−６６ｋ　Ｈｚ　テ１６−４０Ｗノ超音波を照射することでより急速に冷凍 でき、その品質は改善されることを述べている。その処理により、境界相での熱 交換を増大させ、微細に結晶化した氷の秩序だった形成がなされることが述べら れている。同文献では水の核形成に付いては開示していないが、冶金業界を参考 にし、それから推論すれば、結晶微細化はおそらく超音波照射の結果であろう。

５Ｕ−Ａ−０３９５０６０は、冷凍プロセス時間が５分１０秒から３分５秒に減 少した同様の過程を教示しており、これは明かに熱転移の向上の現れである。超 音波は結晶化過程に有利な影響を及ぼすことが述べられているが、ここでも超音 波による核形成は述べられていない、しかしそれらの両プロセスは、開示するい くつかの理由で商業的には受けいれられない。

第１に、このプロセスがいちごやいちごのスライス（４，５ｍｍｌで繰り返すと 、解凍するとその品質は受容できないものとなる。超音波を使用しないで従来の （−３０°Ｃ）ブラスト冷凍器で冷凍したものと比較して、果物の品質に検出可 能な改善はなかった。

第２に、上述したプロセスは、食品をエチレン・グリコール（−２２°Ｃ）ある いはフレオン＋２　（−２９，８’　Ｃ）のバッチに浸せきする必要がある。そ れらの材料により食品が汚染する可能性は商業的状況では歓迎されないリスクと なり、それらの化学材料のコストは実際的には高くなり過ぎて不可能になろう。

第３に使用する電力（２−３Ｗ／ｃｍ’）は非常に高くなる。これは食品に対し て厳しい温暖化作用があるだけでなく、冷凍する材料に対して細胞の害を誘起す る可能性がある。

食品内の水の核形成の後、融解増熱は出来るだけ早く取り除いて、過冷却効果を 最小にする必要がある。冷凍食品業界ではこれを達成するために、サンプルを液 体窒素（−１９６’　Ｃ）　、液体ＣＯ２あるいはフレオンといった寒剤に浸せ きすることが知られているが、これにはい（つかの関連する問題がある。

第１に、大きな生物学的サンプル（例えば直径５ｍｍ以上のもの）では、　「貝 殻状」冷凍が生じ、その結果サンプルに割れ目やひびが入ることになる。

Ｍ２にいちごなどの一部の果物では、果物を−１００’　Ｃ以下で冷凍すると二 次的な組織破損が生じる。最小貯蔵温度を越えて破損を生じる事なく液体窒素浸 せきプロセスを行うことは、非常に困難である。

第３にサンプルを液体窒素に浸せきすることは非常に高く付くプロセスであり、 従って非経済的で、冷凍食品業界では維持できそうにないと思われる。

ＳＵ−＾−０６１８０９８とＳＵ−＾−０３９５０６０の教示は、生物学的材料 や食品といった液体を含む材料の冷凍に直接当てはめる場合には、実用ベースで は作動しないかも知れないが、冷凍食品業界は冷凍プロセスに音響を使う可能性 を大部分無視してきた。

そしていま本発明の第１の態様にしたがって音、特に高周波音を熱抽出手法と共 に使用あるいは独立して使用しても、非常に有用であることが分かった。従って 冷凍する材料は、高周波音波となる音波に当てるようにする。

音響を適用すると形成される水晶の大きさが減少し、それにより細胞崩壊が少な くなると思われる。それにより少量の細胞間の酸化あるいは他の劣化酵素（それ らは品質劣化や褐色変色などの変色のｙＫ図と甲ねれる）しか放出されないので 、ジャガイモなどの野菜を冷凍する際に特に有用である。従って音響は、従来＃ 素を熱により不活性化することにより劣化と関連した生物学的活動を減少させる あるいは防ぐために用いられている野菜の湯がきの必要性を減少あるいはなくす ることが出来る。又音響は、　（少なくとも部分的に）冷凍−解凍サイクルを繰 り返す材料（例えば食品）を冷凍する際に適用すれば、有利な効果がある。冷凍 食品の部分解凍は、製造業者から小売業者、消費者への流通過程で温度が変化す ることから、冷凍食品業界に取って間層となり得る。最初冷凍されたときに音響 を当てた食品は、そのような処理をしていない食品よりも、酸化被害は少なくな る。

高周波音波は一般に少なくとも１６ｋＨｚ、例丸ば１８−８０ｋＨｚの周波数の 超音波とする。その周波数の音響は２０ｋＨｚから５０ｋＨｚの範囲で適用する ようにする。一般的な適用周波数は２０ｋＨｚから３０ｋＨｚである。少なくと も一部の適用では最適Ｉ５Ｉ！［ｌは２２．５ｋＨｚから２５ｋＨｚとなる。

過冷却材料は０．１から１．０秒間音波に当てる代わりに冷凍過程を通して材料 にパルス化したり、さもなくば音響を与えることが出来る。音響は１つ以上のパ ルスで適用することが望ましい、パルス持続時間は出来れば平均してパルス十間 隔の合計時間の４％から２０％とすべきで、パルス長は０．５から５秒とし、約 ２秒が最適である。　２０秒内の約２秒のパルスが特に効果的であることが分か った。適用中、出力及び周波数は変化させることが出来る（意図的あるいは連続 的に）、同時に１つ以上の周波数を使用することが可能である。特に音響は特定 の材料が液体相で冷凍されるときに適用する場合に適切で、これは特にアイスク リームに当てはまる。

音響を適用する出力には、要件的に明らかに矛盾がある。一方では出力は音響を 効果的にするために十分高くしなければならないが、他方では冷凍する食品に対 して受容できない加熱をもたらさないようにするためにそれほど高くしないよう にすべきである（適用したエネルギーは熱として散逸するので）、０．０５と１ ．９ないし２．０Ｗ／ａｍ２の間で適用する出力が受容でき、Ｏ，ｌから　１． ５Ｗ／（ｍ２が望ましく、約０．２からＩ　Ｗ　／　ｃ　ｍ　”が最適であるこ とが分かった。

従ってこの水の核形成を誘起する非侵略的な手法によ麿　従来の手法に関連した 問題を少なくとも緩和あるいは克服することが出来る。

音波は、超音波バス、圧電発信器、適切なトランスデユーサなどの従来知られて いる音波発信器により発信することが出来る。従って材料は、例えば圧電発信器 と接触したなどの容器の内部あるいは適切なトランスデユーサと接触したコンベ ヤーベルト上で音波発信器と接触させることが出来る。従ってこの後者の実施例 では、材料は従来のブラストあるいはトンネル冷凍器などの温度勾配を有する環 境を移動させることが出来る。

高周波音波を用いて水の核形成を誘起する４つの好ましい方法を次ぎに上げる。

！、　サンプルを材料の凍結温度（例−２０’Ｃ）あるいはその近くに維持され た超音波バスに浸せきする。従って音波発信器は、高周波音波を提供すると共に 材料を冷却する。材料は一般的に液体、出来れば水などの水溶液で浸せきする。

しかし所望により、材料は型に入れるか、密封することが出来、これは特に氷の 凍結に適している。

２、材料を型などの容器に入れ、冷凍バスで冷却する。圧電発信器を型に接触し て配置あるいは内蔵させて高周波音波を送る。この方法は特に冷凍シャ２ベツト 、水、アイスクリームに適している。

３、材料を１つ以上のトランスデユーサと接触しているあるいは遮られているコ ンベヤーベルトの上に配置する。この方法は特に軟らかい果物のような食品のス ライスのような材料の薄い層に適している。材料とコンベヤーベルトの接触によ り、材料全体に音波が確実かつ効果的に送られる。材料の冷却はコンベヤーベル トを例えば従来のブラスト冷凍器を通過させることで行うことが出来る。音響ト ランスデユーサの短いゾーンをコンベヤーベルトの特定の地点に配置して、材料 での最大の核形成を行うことが望ましい。

４、　より大きな材料及び球形１日清形のような非平面ジオメトリを有するもの に付いては、超音波源との点接触以上を成し遂げるため、サンプル全体ないし部 分を容器内の液体に浸せきすることが望ましい、それにより高周波音波をトラン スデユーサを経て適用することが出来るが、材料はほんの短時間（例えば１秒以 下）しか液体に浸せきされない、容器の温度は材料をその凍結温度、例えば約− ５゜Ｃに保つシうに維持することが望ましい、容器の液体は、例えば食品用化学 材料などの無毒の化学材料を加えて、その凍結点以下に保つようにする。これは 、同時に材料を食用化学材料により被覆することが出来るという利点を持ってい る・例えば材料を冷凍し、つやを出すのに望ましい食用化学物質としては、砂糖 やグリセロルがある。この実施は、上記のようにコンベヤーベルトに沿って運ば れる材料のような連続的なプロセスと結び付けることが出来る０例えば超音波を 適用する場合は、コンベヤーベルトを１秒以下のような短い適切な時間だけ超音 波バスにつけることが出来る。

材料は高周波音波を適用する前に、水の核形成を誘起するために、事前に冷却す るようにする。材料は適切に環境と同じ温度、即ち熱平衡となるように冷却する 。これは、大きな温度の相違が材料とその環境の間に存在していると、材料に温 度勾配が作られ、核形成がその外側で生じ、氷の正面が中心に向かって広が１ハ 望まない「貝殻状」冷凍がもたらされるからである。従って材料全体をＩｌｌ境 の温度に事前に冷却し、特に材料内部が環境と同じ温度になるようにすると、高 周波音波を適用したとき、水の核形成を材料の内部、特に中心で誘起することが 出来る１通常、材料はその氷点以下の環境に熱的に均衡化される。

上述したように本発明で望ましい音響の適用は、それ自身で本発明の独立した態 様を形成している。上記のロシアの特許文献で提案された浸せき手法を避けるな らば、音響は利益をもたらすことが可能であり、商業的に実現可能であることが 分かった０本発明の更なる態様によれば、液体を含む材料を冷凍する方法で、材 料から熱を抽出し、材料と非液体接触により材料に音波を適用することからなる 方法を提供している。一般的に本発明のこの態様では、高周波音波源と冷凍する 材料の間には固体ないし物理学的接触があるが、ガスを媒体とした接触が適切で ある。その接触は例えば、ブランソン・ルーカス−トウー・プローブのようなプ ローブの形態での高周波音波源を用いて直接材料と接触させることが出来る。

代わりにないし更に、材料を直接的ないし間接的に高周波音波源を機械的に連結 した固体表面上に置くこともできる。適切な材料層を、冷凍する材料と固体表面 の間に挿入し１例えば汚染や望ましくない癒着を防止することが出来ることが分 かるが、これはともかくより間接的なものにした機械的連結を減じるものと見な すべきではない、更に材料と表面の間の均一な接触は必要ないことを理解する必 要がある。これは音波が効率的に発信されるために十分な接触があるようにする ために必要なだけである。

液体で満たされた層を、高周波音源と冷凍する材料間の音の経路に挿入すること が出来る。これは液体は冷凍材料と接触することを意味せず、反対に液体相は高 周波音波の材料への発信ないし配分を単に助けるだけである。液体はどの様な誘 起溶媒でもよいが、出来ればフレオン、グリコール、エタノールあるいはｌ５Ｏ ＰＡＲの商標名で販売されているような食品に適合する溶媒が望ましい、ｌ５Ｏ ＰＡＲＫ製品が最も望ましい。

冷凍材料の「非液体接触」は、必ずしも完全な乾燥を意味してはいないことを理 解する必要がある１例えば果物片を冷凍する場合、小量の液体が果物自身から出 て来ることがある。しかしこれは音波発信液体内での漫せきと対照を為し、それ は本発明のこの態様内のものではない。

又上述したロシアの特許文献で教示されている比較的高い電力レベルを避けるこ とが出来るならば、予想に反して結果は良く、更により低いレベルの出力をより 経済的な装置で送ることが出来る０本発明の更なる態様によると、液体を含む材 料を冷凍する方法で、材料から熱を抽出し、２Ｗ／ｃｍ’以下の出力レベルで材 料に音波を適用することからなる方法を提供する０本発明のこの態様の望ましい 特徴は上述の通りである。

音響は、本発明の他の態様と共にあるいはそれ自身で、特定の食品、特にアイス クリーム、チョコレート、マーガリンの製造並びに凍結乾燥で特に使用出来る。

アイスクリームは従来、図６に示す過程（以下に詳述）により作られ、次のよう な段階がある。

（ａ）固体、液体成分の混合 （ｄ）冷却〈一般的に４’Ｃないしその近傍）（ｈ）硬化（しばしば−４０゛Ｃ まで）（１）灯蔵 音響はアイスクリーム製造中に、一般的に固体材料（水性ないし非水性ンが結晶 化しているときないし結晶化するとき、特に（ｅ）熟成、（ｆ）冷凍、（ｈ）硬 化段階の１つないし複数の段階、あるいは水性材料ないし脂肪材料の固体化に関 連する他の段階中であると有効に適用することが出来る。脂肪の固体化は、熟成 段階（θ）中でかなりの程度を占めている。存在する水のかなりの割合（例えば 約５０％）の結晶化は冷凍段階（ｆ）中に行われ、これには材料の温度を一５° Ｃから−３０゜Ｃの範囲内、一般的に約−２０゛Ｃに削減する必要がある。エヤ ーないし他の適切なガスが最終製品の望ましい特性によって二の段階で導入され る。現在ではスクレープ冷凍器がこの段階に使用されている。音響の適用及び適 切な冷却プロファイルによりそれを改善できる。

音響を適用するのに望ましいのは、熟成段階（ｅ）及び冷凍段階（ｆ）である、 適用は少なくとも部分的に製品に浸せきしたプローブによ魯ハ　容器と作動的に 接触しているトランスポンダーにより、あるいは段階中で使用する他の装置ある いは也の都合のよい方法で行うことが８来る。攪はん機を熟成段階で使用する場 合は、音響を仲介するのにも使用することが出来る。又音響ないし改轡型の冷却 プロファイルを硬化段＃　（ｈ）で使用して、製品の結晶構造を改善あるいはプ ロ七ス時間を減少することが出来る。音響は上述のように仲介することが出来る 。

チョコレート製造は十分確立されたプロセスである。１つの重要な段階は、後の 冷却中に成長する液体脂肪から種結晶を生成するテンパリング（Ｒき戻し）であ る、ココアバターは多形体であ番ハ　チョコレートの固体化で形成される結晶の 特定の形態で、製品品賞、即ちその質感、硬さ、乳白化抵抗力、粘度及び収縮的 性質が決まる。ウィリー及びルットンによると、様々な形態のココアバターは以 下の融点を有している。

業界では正確な斑点の値に付いて一部意見の不一致があるが、上記の数値は例示 的なものとして取ることが出来る。

テンバリング過程中、液体状態のココアバターを含む溶融チョコレート（例えば ５０°Ｃ近く〉は冷却される。冷却は形１１１Ｖｔｉａ晶（β′）が形成される ように制御され、それは次に変質して形１１Ｖ（β）結晶を形成する。形ｆｉｌ １１　（β″）結晶の形成を回避するようにすることが重要である。それらが変 質できるそれらの結晶（及び形！ＩＩ　（γ）とＩＩ（α））は、その成長に関 する限り不安定だがらである。形Ｉｌｌ、ＩＩ、及びＩｌｌはチョコレートで望 ましくない特性をもたらし、それに対して形＠Ｖは十分に焼き戻しした脂肪で優 占的になる。１２品中に均等に配分された多数の結晶を形成することが望ましい 。

音響はココアバター結晶の望ましい形態の形成を促し、制御するのに使用するこ とが出来る。特番二音響は、形！１１Ｖ１ｍ点の位の温度（及び一般的に形１ｍ ＋１１融点の温度以上）で形１１１１Ｖ結晶の形成を促すために適用することが 出来る。従って音響は釣２７．５°Ｃないし２８°Ｃから３２゛Ｃないし３３° Ｃで適用することが出来る。

チョコレートを含む菓子の多くの形態は、その核ないし中心の周りに全体的ない し部分的にチョコレートの衣を着せている。従来衣を著せる過程では、チョコレ ートの温度は約２８°Ｃに落として良好なシードを与えているが、低温に保つと 粘性が高くなりすぎるので、次に３２°Ｃに上げている。音響を適切に適用する と、２８゛Ｃまでの温度降下の必要性を短くするか、全くなくすことが出来る。

音響は更にないし代わりに、大きな結晶の崩壊に役立ち、製品中に均等な結晶配 分の形成あるいは促進を行う。

テンパリングを行っているチョコレートへの音響の適用は適切な方法で行うこと が出来る。タンク、リザーバあるいはホッパーに１つなし複数のトランスデユー サあるいはプローブを供給したり、作動的に接続することが出来る。プローブな いしトランスデユーサは攪はん器に作動的に接続することもできる。更にプロー ブないしトランスデユーサは、例えば衣を着せている閏にノズルないし他のディ スペンサーに連結することが出来る。

マーガリンは必ずしもそうでないが一般的に植物を源とするオイルやｆｆ肪、そ して水を含んだエマルシュンである。製造の際は、マーガリンは液体エマルシコ ンとして作られ、冷却して固定することが出来る。チョコレートに関しては、脂 肪結晶形成及びその制御で重要な役割を果たすことが出来る。そして音響はマー ガリンの安定性を強化することが出来ることを示す事実がある。

音響は、少なくとも部分的にマーガリンに浸せきしたプローブを通して、あるい はマーガリンを含む容器と作動的に接続したトランスデユーサにより適用するこ とが出来る。又代わりにマーガリンと接触する攪はん器その他の装置を、トラン スデューサに作動的に接続することもできる。

冷凍乾燥は今日業界で通常に用いられており、特に食品及び医薬品の２つの業界 で広く用いられている。この過程には一般的に次の２つないし３つの段階が含（ ２）−次乾燥、しばしば２４時間以上の部分的真空排気により行われ、一般的に ５からｌＯ％冒ｌ嘗の含水量となる （３）オプションとしての化学的に達成される２次乾燥本発明による潜熱の効率 的な除去と音響の適用に対するプロトコルは１次のようにいくつかの利点の実現 を助けることが出来る。

第１に一次乾燥時間を削減することが出来る。ロイとビカール（雑誌「非経口薬 品科学技術ｊ　４３（２）、　ｐＬ　６０−６６　（１９８９年））は、１８Ｃ の過冷却は、１％の乾燥時間の増大につながる傾向があることを示している。過 冷却問題は、小量の液体及びきれいな容器で大きくなり、従って多くの製品を定 期的に小さく極度にきれいな容器で凍結乾燥する医薬品業界で特に深刻になる６ 例えば抗生物質や単一クローン後退は定期的に１ｍｌの滅菌バイアルに詰められ る。５ｍｌバイアルも業界では通常に使用されている。それらの条件下では、過 冷却の度合は２０°までで、これは乾燥時間の増大となり、それによりかなりの 処理コストが追加されている。

第２に一次乾燥後の残留含水量は（ａ）少なく、かつ（ｂ）変化が少ない。

残留含水量は、結晶構成が形成されるので低くすることが出来る９例えば非過冷 却バイアルでは、核形成は一般的にバイアルの底（その部分は通常、冷たい表面 に一番近い）で生じ上向きに広がる。これにより「昇華煙突Ｊが形成され、事実 上昇華過程での水の低エネルギー出口経路となる。過冷却バイアルでは、核形成 は一般的に液体の容量全体で生じる。昇華煙突は形成されないが、試料から昇華 する水の辿る経路はより曲がりくねったものとなる。

残雪含水量は、通常理論的氷点からその温度の２０°Ｃ以下に渡り核形成点の広 がりがあるので、変化は少なくすることが出来る。特に音響はそれらの核形成温 度の統計的な拡散を下げることが出来る。

本発明を使用することから生じる第３の利点は、生物学的材料を凍結乾燥すると き、より高い生存率や生物学的活動が生じるということである。

本発明の様々な特徴を凍結乾燥に適用する場合、この明細書のはじめに述べた冷 却プロトコルを適用することで、潜熱エネルギーを除去することが出来る。同様 に初期に述べた一般的原則にしたがって音響を適用することが出来るが、例えば 超音波トランスデユーサを、中味を凍結乾燥する容器のサポート（例えばＷ）あ るいは凍結乾燥チャンバ自身の壁ないし他の構成部分に取り付けたり、有効に接 続することが出来ることが理解されよう。

更に音響を断続的に適用することで、ロシアの特許文献の開示に対して、改善さ れた性能のベースがもたらされる。

同様に本発明は更なる態様で、液体を含む材料を冷凍する装置で、液体から熱を 抽出する手段と、材料に音波を適用する手段からなり、（ａ）音波は材料との非 液体接触により材料に適用され、（ｂ）材料に音波を適用する手段は２　Ｗ　／ 　ｃ　ｍ　’以下の電力レベルの音波を送るように構成され、（Ｃ）材料に音波 を適用する手段は音波を断続的に送るように構成された装置を提供している。望 ましい特徴は上述の通りである。

本発明の方法は、ＥＰ−Ａ−０２４６８２４で開示されているような化学的（例 えば結晶）氷核形成剤を用いて、水の核形成を誘起する他の手段を共にに用いる とよく作動する。そのような核形成剤を用いると、氷が核を形成する時をかなり 正確に判定することが出来る。核形成剤は、材料の容器あるいは材料のキャリア ーの１つないし複数の壁に被覆することが出来る。　ＥＰ−Ａ−０２４６８２４ で開示されているようにコレステロールが望ましい。

熱抽出はどの様な便利な方法でも達成することが出来る。Ｊ！［則的に材料内で 生じている吸熱反応により熱を抽出することが可能である。しかし材料と周辺環 境の少なくとも一部（材料よりも冷たくする）の間に温度勾配を設けるのが通常 、より便利である９本発明のこの実施例は、熱のロスは小さい温度差に対しては 、材料と周辺の間の温度差に比例するというニュートンの冷却の法則を利用した ものである。

従って本発明の多（の適用例の中で、熱抽出は材料を冷たい環境内に配置するこ とで最も容易に達成することが出来る。従って第１の熱抽出率が第２のものより も大きく、第２のものがそれに続く場合、第１と第２の熱抽出率を達成するには 、例えばコンベヤーシステムでサンプルを冷たい環境からさほど冷たくない環境 に移動することが出来る５　実際には一部の適用例では、サンプルを移動するよ りも環境温度を変える方が容易かも知れず、その場合は環境温度は第１と第２の 率の間の中間点で増大する。

第１と第２の熱抽出率の好適な環境温度は、当業者には明かである。なるべくな らば第１の熱抽出率の環境温度は少な（とも１５°Ｃとし、第２の熱抽出率の環 境温度よりもできれば少なくとち２５°Ｃ１低くする０例えば生物学的材料の場 合は期間や特に食品など、冷凍する材料が水を含む場合は、第１の熱抽出率の環 境温度は例えば−５０°Ｃあるいは一８０°Ｃないし一１ｏｏ’　Ｃ以下とする ことが出来、第２の熱抽出率の環境温度は一２０°Ｃから一３０°Ｃとすること が出来る０食品では、第２の熱抽出率の環境温度は、望む最終貯蔵温度とするこ とが出来る。低温保存する生物学的材料では、環境温度を更に例えば第２の熱抽 出率の後で減少することが望ましい場合がある。

第１の熱抽出率の望ましい最小環境温度は、部分的に冷凍する材料の温度勾配に 対する許容範囲により決めることが出来る。少なくとも果物、及びおそらく他の 食品や生物学的材料では、−ＩｏｏｏＣないしそれ以下の第１の熱抽出率の環境 温度に室内温度と平行した冷凍する材料を置くことにより、一部の状況では受容 するには大きすぎる温度勾配が生じるように思われる０例えばいちごでは、おそ らくガラスと共晶の不均一な形成により生じたそのような条件下で害を被ること になる。

環境温度を変える別の方法として、材料からの熱を環境が抽出する効率を変える ことにより、異なる熱抽出率を達成することが出来る。即ち冷たいエヤーないし たのガスをその目的のために、興なる應で通過させることが出来る０日項の風冷 え係数の経験から分かるように、ガス速度が早いとより高い熱抽出率を達成でき る。

本発明は、適切な熱抽出プロトコルを実施できるようにするために調整したり、 修正することで実施することが出来ることが分かる。上述したように、これは環 境温度を変える適切なプロトコルにより達成することが出来る。そのようなプロ トコルは様々な食品や他の生物学的材料に対して、各々の材料の当該パラメータ を考慮することにより容易に設定することが出来る。以下はその例である。

（ａ）大きさ くｄ）氷点（第１の近似に対して、これは食品ないし他の材料内の溶質の濃度に 依存する） （ｅ）材料の熱力学的値、冷凍前と冷凍状管の両方（ｆ）容器の寸法と他の詳細 これらのパラメータは材料によって興なるため、最適プロトコルを抽出するため にコンピュータを容易に利用することが出来る。

秩序だった率の冷凍器（例えば英国、テームズ、サンバリ・オン、プラナ−・バ イオメトによるチャンバー・モデルＩＱ−１６、ＫＲＹＯＩＯシリーズ）内で冷 却されているサンプルの温度経過は、サンプル内のフーリエ熱伝導方程式を、適 宜対流ないし他の境界条件で数学的に解く二とにより計算することが出来る（Ｋ ＲＹＯＩＯは商標）、一般的にこの計算方法により、冷凍中に成分的並びに位相 的な変化が生じる水性の溶液あるいは他の材料の冷却を可能にするものでなけれ ばならない、これにより、氷の形成と融点温度の間の関係をもたらすために、適 切なモル濃度凝固点降下データが得られるようにすることが必要となる。サンプ ルの過冷却も適切に調べることが出来る。薄いスライスの場合は、サンプルの温 度勾配は無視できるものと見なすことが出来、その結果、伝導方程式はサンプル のエンタルピーの時間変化率とその境界に渡る熱転移率の閏の単純な非定常熱バ ランスに等しくなる。この単純化した計算の妥当性は、実験的に得られたデータ と比較した。計算方法を用いて、環境温度を操作することでプラムのスライス内 の潜熱プラトーを減少する方法を予測した。

しかしサンプル内の伝導が重要である有限の厚さを持つサンプルの温度経過を計 算するには、従って全方程式を解（必要がある。全非定常方程式を３つの空間次 元で解（ことは、計算的に非常に時間がかかることである。しかし多（の場合、 １方向の温度勾配は他の２方向よりもはるかに大きく、それらのシステムでは、 １次元モデルから温度経過の妥当な予測を得ることが出来る。このモデルは１次 元カルテシアン、１次元球形、あるいは１次元同情形ジオメトリに展開すること が出来る。

本発明はそのもっとも広い装置の態様で、液体を含む材料を冷凍する装置で。

材料から熱を抽出する手段と、冷凍中に失われる潜熱を少なくとも部分的に補償 するために、熱抽出率を変える制御手段からなる装置を提供する。

本発明の更なる態様によると、液体を含む材料を冷凍する装置で、材料の融解潜 熱が材料から失われ、材料の温度が実質的に降下していない間に第１の率で材料 から熱を抽出する手段と、続いて材料の温度が降下したときに第２の率で材料か ら熱を抽出する手段からなり、第１の熱抽出率はＩ！２の熱抽出率よりも大きい 装置を提供する。

上述したように、この装置には（できれば高周波）音生成型を含める。音を生成 器から材料へ導く媒体はエヤーなどの気体ないし固体とすることができる。

各々の熱抽出手段は一般的に気体の拡大により能動的に冷却さ九る冷凍ＪＦＩＩ からなる。従来の拡散ないし圧ＩＩ／拡大冷凍装置をこの実施例で使用すること もできる。しかしそれだけが使用できる熱抽出手段の唯一の形態ではない０例え ば材料から熱を抽出したときに消失する低温液体ないし固体を利用することもで きる。

このように使用できる冷たい液体の例として液体窒素があり、生物学的材料は通 常、液体窒素の温度で貯蔵されるので、少なくとも生物学的材料の低温保存用の 熱抽出手段としての１つの選択肢である。同様に消失する冷たい固体としては、 固体炭酸ガス（ドライアイス）があるが、前者の昇華点は後者の沸点よりも高い ので、固体炭酸ガスの冷却効果は液体窒素の冷却効果より小さい、熱抽出手段の 第３の可能性は、冷凍する材料を平衡状態まで暖めるヒートシンクを使用するこ と、あるいは可能な時間内で許す限り介在（例えばＷＲｉｌ！ｌ！ｌ）材を使用 することである。従ってヒートシンクは比較的冷たい材料、特に例えば金属のよ うに高い熱伝導性を有する材料のブロックとすることが出来る。凝結という有害 な問題に対処するため、金属は例えば真ちゅうあるいはスレンレススチールで出 来た非腐食性のものとする。しかし必要に応じて適切に保護されるならば、どの 様な金属も使用することが出来る。

好適な断熱材としてはポリスチレン（拡大ないし未拡大）ないしポリテトラフル オロエチレンやアセタールのような他のプラスチック・ポリマーがあるが、適切 な性質を持つ材料ならば、どの楢なものも使用出来ることが理解されよう。

本発明の装置は上述したような単一の熱抽出手段と、単一の熱抽出手段を制御し て第１及び第２の率で熱を抽出する制御手段からなる１例えば本発明のこの実施 例のいわゆる「能動的」システムは、冷凍要素、制御手段、温度フィードバック 手段から構成することが出来る。開田手段は、コンピュータ、マイクロプロセッ サその他の電子的手段で構成できる。温度フィードバック手段は冷凍する材料の 温度を連続的にモニターし、その情報をＩＩ御千手段中継し、制御手段は次に冷 凍要素に適切な割合で熱を抽出するようにさせる。そのような能動システムは、 広範な冷凍する材料（特に食品）にかなりの柔軟性を与えるが、材料が小量の場 合は、コストは比較的高くなる可能性がある。

類似しているがより単純な実施例は、２つの熱抽出率で作動する冷凍要素からな る。その要素はまずより高い熱抽出基で作動するようにし、次にタイマーが要素 に低い熱抽出率での作動に切り換えるようにする。そのような実施例は、サンプ ルないし少なくともサンプルを取り巻く環境の特性が分かつているときに使用す ることが出来るが、これは多くの状況、特に様々なサンプルが本発明の装置に比 べて小さい場合は、個々の特性の変化は比較的小さいので受容することが出来ｒ 能動」システムの他の実施例としては以下がある。

１）バッチ・システム、機械的冷凍器は一般的にジュール−トンプソン効果によ り冷却され、−８０’Ｃまでの温度で作動し、−１３５°Ｃの最低温度も可能で ある。

材料は密閉したチャンバ内に配置し、所望の温度に達するまで放置し、次に貯蔵 するために取り出す、チャンバ内のエヤーはかき回さなくてもあるいは強制的に 対流を起こすためにファンを駆動しても良い、更に冷凍する材料を冷凍器内で性 的に欅においたり、回転することが出来る。

そのような閉鎖システムで所望の熱プロファイルを、電気ないし機械的手段でコ ンプレッサの温度を直接に制御することで得ることが出来る、一部の場合は、そ のような制御システムの反応時間は非常に遅（て所望のプロファイルを生成でき ないので、特に困難となる可能性がある。しかし最低作動温度がプロセスの冒頭 で要求されるので、所望のプロファイルを生成するように電気的ないし機械的に プログラムされた独立した加熱器からのシステムへの熱入力を変化させる間に。

温度の制御は一定のコンプレッサ温度を維持することにより達成することが出来 る。更に、コンプレッサの直接的な制御と外部加熱器と組み合わせたものを使用 することもできる。温度の制御は事前にプログラム化したり、ガス内なし＼し冷 凍するサンプル内に配置した温度センサから能動的に制御する二とが出来る。

２）連続的システム、材料は水平コンベヤーベルトな一一シ螺旋システム状で冷 凍器を通過する。冷凍器内での保持時間の後、材料は貯蔵に好適な温度で出て来 る。

ガスの循環は通常ファン駆動であり、一部ではサンプルが流動床に懸架されるよ うに冷たいガスが孔の開いたコンベヤーベルトから上向きに出されてし）る、入 口点での温度は出口点よりも一定して温かい、冷却は機械的手段あるし）は代わ り：二液体窒素などの冷たい液体からの上記により行うことが出来る。その場合 、達成可能な最低作動温度（）−１６０°Ｃ）は、機械的システムよりも低し１ ゜所望の熱プロファイルは、システムを通してガスの温度分布を操作することで 達成する。従来の作動モードとは対照的に、システムは食品の入口点でその最低 温度にあり、出口点に向かって温かくなる。連続システム内での温度勾配は、低 温ガスの再循環ないし除去を確実に行うバッフルのシステムや、ａ暖ガ天の導入 、あるいは加熱器の配！をはじめとするいくつかの方法で決定することが出来る 。

ガスの流れの速度も熱伝導を変え、入口点でその最大になるようＩ２選択され、 後段では流れは一定にするか減速することが出来る。更に、サンプルで経験した 温度は、コンベヤーベルトの速度を制御することで変えることが出来る。異なる 速度で走行する一連のコンベヤーベルトを使用することで、冷凍器の興なる区域 内での保持時間を操作することもできる。これらのプロセスのｂｙ＜つかを組み 合わせても良い、＠度の制御は事前にプログラムしても、ガスなし１し冷凍する サンプル内に温度センサーを配置して能動的にＩ＃Ｉｌｌシても良い。

３）低温バスでの浸せき、これは一般に、液体として型に注スし、次ｌニ一般的 に−３０°Ｃの温度の攪はんした低温バスで半浸せきする氷、シャーベットなど （２適用されるプロセスである。そのような低温バスは通常、ジュール−トンプ ソン効果により冷却される熱交換器と接触させて冷却する。冷凍につづて、サン プルは型から取り出り、保存する。型にいれない食品を直接液体寒剤４二漫せき することは一般的によい行為とは見なされていない、しかし無毒と考えられ、従 来の貯蔵温度では蒸発する液体炭酸ガスでの浸せきは、様々な食料（二安全ζ二 使用することが出来る。

浸せきにより達成される温度プロファイルは、６ｙ（つかの潜在的な方法で修正 することが出来る。Ｊ％なる零下の温度に維持された一連のバスを使用すること が出来、サンプルは順番に様々なバスに浸せきする０代わりに、単一バスに沿り た熱勾配を操作して所望のプロファイルを達成することが出来、そのような勾配 バスを通過する速度は線形ないし非線形に変えて所望のプロファイルを達成する ことが出来る。この場合も、温度の制御は事前にプログラムしても、液体ないし 冷凍するサンプル内に温度センサーを配置して能動的に制御しても良い。

本発明の全く興なる実施例では、本発明の装置はそれぞれ第１．第２の熱抽出率 を提供する別々の熱抽出手段を有することが出来る。

この場合も望ましい構成は、第１と１ｌＩ２の抽出手段を有することであるかも 知れないが、その１つしか（例えば第１の熱抽出手段）＋ｌｌ！２の熱抽出率を 提供しな（ても、共に第１の熱抽出率を提供するようにした熱抽出手段を有する ことである。

この構成は特に生物学的材料の低温保存に対して特に効果的な構造の元となる。

第１の熱抽出手段は液体窒素のバスないし低温窒素ガス（例・液体窒素バス以上 （−ｔｏｏ’　Ｃ以下））であろう、生物学的あるいは他の冷凍材料は、低温（ 例。

ガス状窒素）環境を含むジュワー・フラスコに入れることが出来る。材料は適切 に断熱して、受容可能な第２の熱抽出率を提供することが出来る。低温ガス窒素 環境は出来れば、当業者には馴染み深い「ドライ・ジッパ−」として知られる特 殊な容器で提供するようにし、あるいはさほど望ましくない方法として、液体窒 素バス上で提供することが出来る。更なる可能性として、市販されているデーゾ ・フリーズは適当な低温環境を提供することが出来る。！Ｉｌｌちそれらはしば しば一８０′Ｃから−１３５’　Ｃの温度を達成し、維持することが出来る。よ り一般的に機械的な市販の冷凍器は一２０°Ｃから一１４０’ｃの作動温度を有 することが出来。

低温ガスに基づく液体／気体冷凍器はそれらの温度以下で、絶対零度まであるい は少なくともそ九に向かって作動することが出来る。

窒素ないし他の一次冷却剤の熱抽出効果をより大きな第１の熱抽出率をもたらす のに十分なほど高めるため、第１の熱抽出率が生じるときに第２の熱抽出手段を 提供することが出来る。第２の熱抽出手段は上述したように１例えばヒートシン ク、低温真ちゅうのブロックあるいは他の適切な材料とすることが出来る。生物 学的サンプルないし他の冷凍材料はここでも、適切な第１の冷却率が生じるよう に、ヒートシンクから適切に断熱することが出来る。

実施例では、ジュワー・フラスコ内で、冷凍材料はブロックの中心と周辺の間に 配置された１つないし複数の点で保持されている。ブロックの周辺は、低温環境 により持続的に冷却する。ブロックの中心には、第１の冷却率に必要な追加冷却 率をもたらす真ちゅうないし他のヒートシンクを入れることが出来る。

熱抽出手段を構成する方法は上述のいずれの実施例にも限定されるものではな（ 、例えば説明した特定の実施例の組合せ、あるいは全く他の適切な構成とする二 とが出来る。

受動的構成の実施例の上記の説明から、本発明は又、ドライ・ジッパ−１液体窒 素バス、冷凍器、あるいは上述したものを含む他の冷却環境と共に使用出来る手 段を提供することが分かる。

本発明の他の態様によると、液体を含む材料を冷凍するのに使用する装置で、ヒ ートシンクと、少なくともヒートシンクを部分的に取り囲む断熱手段と、断熱手 段内で冷凍する材料を保持する手段からなり、材料を冷凍する温度に耐えるよう にした装置を提供している。

−上述したようにヒートシンクは真ちゅうなどの金属などの熱伝導物質のブロッ クからなる。ヒートシンクは例えば一般的に円筒系の核のように核として形成す ることが出来、その周りに断熱手段を配置することが出来る。中核はできれば断 熱手段から分離可能にする。この選択の理由は後述する。

断熱手段はどの様な好適な気体、液体あるいは出来れば固体の断熱材とする。

ポリスチレン、ポロテトラフルオロエチレン（ｐ　ｔ　ｆ　ｅ）、アセトールが 可能である。断熱材は低い（しかしゼロではない）熱伝導率及び拡散率を有すべ きことが理解されよう０例えばポリスチレン（未拡大）は０．０４Ｗ　−ｍ−’ ・Ｋ−’の熱伝導率と２．９　ｘ　１０−”　ｍ２・Ｓ−＋の熱拡散率を有する ＋　ｐｔｆｅとアセトールの数値は以下の通りである。

ＰＴＦＥ　７立り２互 熱伝導率　０．２４　０．２２−０．２４Ｗ、ｍ−’、に一部　１２３°Ｃ 熱拡散率　０．７４　０．３０ ｍ　２　、　ｓ−１ 冷凍材料を保持する保持手段は、どの様な形あるいは構成でも良い、材料の少な くとも一部は液体であるので、保持手段は例えば上述したように材料用のストロ −、バッグ、アンプルなどの容器を収容するようにしても良い、アンプルはガラ ス、プラスチックその他の適した材料とすることが出来、好適なプラスチック・ アンプルとしては、ＣＲＹＯＴＵＢＥＳの商標で市販されているものがある。

固体断熱ブロック内に保持されるストロ−やアンプルの場合、保持手段は単にド リルその他でブロックに形成した孔で構成することが出来る。同じ孔にいくつか の容器を入れることが出来る。断熱ブロックは装置の一回の操作で使用出来る複 数の構成用部分を持つことが出来る。構成部分は互いに積み重ねることが出来、 円筒系の中核は積層された断熱材ブロック構成部分の全深さに対応するように適 切に延長する。

使用する際は、ヒートシンク（実施例では、真ちゅうの中核）は例えばそれを低 温環境に配置して最初に冷却する。断熱手段と冷凍材料を次ぎにヒートシンクの 周りに配置することが出来るので、低温環境は少な（とも断熱手段を部分的に取 り囲むことになる。冷凍材料はしたがってヒートシンクと低温環境の合成効果に より、ヒートシンクの温度が断熱材の隣接部分の温度と均衡するまで、第１の熱 抽出率で冷却される。その後、冷凍材料は、低温環境の作用だけで第２の熱抽出 率で冷却され、温度はいずれの時も低温環境の性質及び断熱手段とヒートシンク の熱的性質と寸法に依存する。　（温度プロファイルは、この装置部分の設計を 含むコンピュータ・シミュレーションを用いて予測可能であるが、上記の考慮さ れたパラメータを変化させることで、要求されるアプリケーションに適するよう に調節することが可能である）＋ ヒートシンクと断熱材の熱的特性、断熱手段内の保持手段の位置、及び低温環境 の性質は、冷凍材料から熱が適切な時間の長さ、即ち潜熱が材料から抽出され、 材料の温度が実際に降下していない間に、第１の抽出率で抽出するように選択す る。

本発明の更なる態様によると、液体を含む材料を冷凍する方法で、断熱手段内に 冷凍材料を提供し、前記断熱材で少なくとも部分的に低温ヒートシンクを取り囲 み、断熱手段を少なくとも部分的に取り囲む低温環境を提供することからなる方 法を提供している。

低温環境は例えば真空断熱で提供される十分に断熱することが出来る（即ち断熱 手段よりも低い熱伝導率を有する）容器により限定することが出来る。従って環 境はジュワー・フラスコあるいはドライ・ジッパ−により限定することが出来る 。

音響による水溶液の核形成という更なる応用は、冷凍乾燥という冷却段階中の、 複数サンプルの制御された同時核形成である。可能なシナリオとして、ワクチン の冷凍乾燥があり、その場合冷凍乾燥装置で一回の操作で数千本の小さいグラス ・バイアルを冷却、冷凍、乾燥することになるユ　冷凍乾燥の冷却段階中でのサ ンプルの過冷却はある程度は不可避であり、核形成を同期化しようとしなければ 、個々のバイアル（ないし他のサンプル容器）の水形成点は数度、異なる。これ は処理時間の相違や、乾燥が始まったときのサンプルの品質の相違、そして完了 し、乾燥したサンプルバッチの品質の不一致につながる。この問題は、音響源が 適切に構成され、制御された核形成をもたらすために使用する冷凍乾燥器内に配 置すれば解決することが出来、それが必要な温度で同時にサンプルの間で均一に 起きるようにすることが出来る。

上記の説明では、おもに液体の水が水に凍結されるシステムに付いて述べた。

しかし本発明は水をベースにしたシステムに限定されないことが理解されよう。

本発明の各々の態様の望ましい特徴は、他の態様を準用したものである。

泥発明の理解を助けるため、そしてそれを実施する方法を明らかにするため、図 を参照して本発明の詳細な説明する。

図１は生物学的サンプルがその氷点まで冷却されたときに、時間に対してその温 度がどの様に変化するかを示したグラフである。

図２ａは本発明の「受動的冷凍器」の実施例の装置の縦断面図である。

図２ｂは更に受動的冷凍器の実施例の拡大斜視図である。

図２０は更にまた受動的冷凍器の実施例の拡大斜視図である。

図３は本発明にしたがって冷却された材料の５本の温度曲線を示すグラフである 。

図４は本発明の例１にしたがって冷凍されたプラム片の温度冷却曲線と、従来の ブラスト冷凍装置により冷凍されたプラム片の比較温度冷却曲線を示すグラフで ある。

図５は本発明の例２にしたがって冷凍したいちごの半分の温度冷却曲線と、従来 のブラスト冷２［装置により冷凍したいちごの相当する半分の比較温度冷却曲線 を示すグラフである。

図６はアイスクリームの製造過程を示す概略図である。

図に付いて説明すると、図１は本発明により解決できる一般的な問題を示してい る１図１は液体窒素内で低温保存温度に向かってその凍結点まで冷却されたウシ の胚の温度に対する時間のグラフである。胚はウシの胚の培養基＋凍結保護物質 としての１０％Ｖ　／　Ｖグリセロール内で、従来のように０．２５ｍ　ｌプラ スチック低温保存ストロ−に保存されている。線Ａは胚を取り囲む冷却環境の温 度を示し、！ＩＢはストロ−内に含まれ、胚自身を直接取り囲む凍結保護物質の 温度を示す。

時間が経通すると、環境温度は一定して降下する。しかし凍結保！媒体（そして 、保護物質と胚の温度には大きな差はないと思われるので、胚自身に対しても想 定される）に付いては、温度は胚を含む媒体の融点（Ｔｍ）に向かい、そしてそ れ以下に着実に降下し始める。その生物学的材料は次に核形成点（Ｔｎ）に到達 するまで、過冷却する。この時点で材料内の水は結晶化し始め、サンプル内の水 の融解潜熱が放出される。胚のサンプルの温度はこのようにしてＴｎからＴｍへ と増加する。融解潜熱が放出された後、サンプルは冷却し統けるが、この段階で はサンプルと周辺の間の温度差は、以前よりも大きくなる。従ってニュートンの 冷却の法則の作用により、サンプルの温度降下速度は増大する５曲線Ｂの傾斜は 受け入れられないほど急になり、それは胚で生じる破損で反映される。この文脈 で、「受は入れがたい」とは、記録された冷却速度（より早いことで）は、低温 保存をうま（達成するのに推奨されるないし通常の行為で使用される速度と異な るということを意味する。受は入れがたい速度とは、冷凍サンプルで重大な損害 をもたらすと予期されるものである。この一般的な原則は、発表された手順で勧 められた冷却速度が、プロトコルの作動中に記碌される速度と大きく興なる場合 はいつでも適用される。従って冷却速度を制御する要件である。

そのような困難は、本発明により回避することが出来、その１つの実施例の一部 を図２に示す６図２には、本発明の１！３の言様により、又液体窒素を有するジ ュワー・フラスコあるいはドライ・ジッパ−内のような低温環境に配置するよう にした￥Ｒ装置が示されている。

装置１は縦に配置され、１４０ｍｍの長さと２７ｍ　ｍの直径を有する円形の断 面を有する円筒形の真ちゅう中核３を含んでいる。中核３はその低部に、基板９ と一体の中心に位置する斜め角のボス７内の対応するソケットの位置に対して差 込み５を有している。基板９とボス７は、積層ポリスチレンで作られている。基 板９は直径２００ｍｍ、　暑さ２０ｍ　ｍの円盤状をしている。ボス７は２７ｍ ｍの最低直径を有して真ちゅう中核３と対応し、高さは２０ｍｍで基板９に向か って４５°の角度で外向きに傾斜している。使用する際は、真ちゅう中核３はボ ス７と基板９に堅固に取り付けられる。

一般的に中空の円形の断面を持つ円筒である絶縁ブロック１１は、真ちゅう中核 ３に摺動して適合し、ボス７と基板９に定置するように構成されている。断熱ブ ロック１１も積層ポリスチレンで作られており、１８０ｍｍの最大と２００ｍｍ の直径を有する。その中空は２．７ｃｍの直径を有し、真ちゅう核に対応する。

１２の孔１３の最初のシリーズが絶縁ブロックｌｌ内に形成されている。それら は真ちゅう中Ｆ１３の軸に平衡して、垂直に下向きに延長しており、核の軸に付 いて対称に配置されている。最初のシリーズの各々の孔１３の直径は３ｍｍで、 円筒形のブロック１１の最上部の表面から１４０ｍｍの深さまで伸びている。各 々の孔１３の軸は真ちゅう中核３の軸から３５ｍｍないし真ちゅう中核３の周囲 から２ｉ、５ｍ　ｍの所１２の孔のＩｌ！２．１ｒ４３、駄４シリーズは、第１ のシリーズから放射状に外向きに重なっている１代表的な孔をそれぞれ参照数字 １５．１７．１９で示す、第２のシリーズ１５の孔の軸は真ちゅう中核３の軸か ら放射状に外向きに５０ｍｍの所にあり、第３、第４シリーズ１７．１９のそれ に対応する距離は６５ｍｍ及び８０ｍｍである。その他の点では第２、第３、第 ４シリーズ１５．１７．１９の孔は、第１のシリーズ１３と同様である。

各々のシリーズの孔１３．１５．１７．１９の目的は、従来、哺乳動物の胚や生 殖体の低温保存用に使用されるプラスチック・ストロ−（ＩｌＩ！示せず）を保 持することである。そのようなストロ−は、フランスのし・アイグルのＩＭＶか も入手でき、ＥＰ−Ａ−０２４６８２４に教示されているように、内部はコレス テロールで被覆されている。

ストロ−（ないし他の容器）をコレステロールで被覆する代わりに、コレステロ ールを含め、適切な核形成剤の結晶を中味に加えることが出来る。ｉ切な核形成 剤は、ＣＲＹＯ３ＥＥＤあるいはＸＹＧＯＮの商標名のセル・システムズ社から 入手することが出来る。

断熱ブロック１１の上にあ奢ハ真ちゅう中核３と第１から第４シリーズの孔を覆 っているのは、断熱ブロック１１に対応するため２００ｍｍの直径を有する円盤 状のカバープレート２１である。カバープレート２１は積層ポリスチレンで作ら れており、厚さは２０ｍｍある。

使用する際は、先ず真ちゅう中核３と基板９を最初に例えばドライジッパ−内の 低温環境内に置く　（ドライジッパ−は液体窒素を含んだ吸収剤を並べた大きな ジュワー・フラスコに似た十分に断熱された容器である。窒素が吸収されるので 、ジッパ−内には自由液体は殆ど、あるいは全く存在しない）、真ちゅう中核３ は低温環境と均衡化され、次に第１のシリーズの孔１３にそれぞれウシの胚を入 れた１２本のストロ−を内蔵した断熱ブロックＩＩが真ちゅう中核３の周りに配 置され、基板９に定置する０次にカバープレート２１が断熱ブロック１１の上に 置かれ、装置１は冷却放置される。

最初にストロ−が真ちゅう中核３と低温環境の両影響を受けて、冷却される。

この合成作用により、胚から比較的高い熱抽出率がもたらされる。第１のシリー ズの孔工３でのウシの社用の冷媒の５つのサンプルの冷却曲線を図３に示す、　 （胚は、ウシの胚の培養基＋凍結保護物質としての１０％Ｖ　／　Ｖグリセロー ルを含む低温保存ストロ−の中にある）、第１の熱抽出率は水が過冷却している ときに適用され、曲線のＣ域で示されている。サンプルの温度は融点（Ｔｍ）以 下に降下し、僅かに核形成点（Ｔｎ）に向かって過冷却する。核形成温度は、ス トロ−内にコレステロールの氷核形成剤が存在しているので、融点からそれほど 離れていない。

しかし温度が核形成点（Ｔｎ）に到達すると、サンプル温度はＤで示すように、 融点（Ｔｍ）に上昇する。胚の温度が再び大きく降下し始めるときには、真ちゅ う中核３は事実１胚及び断熱ブロック１１の介在物質と均衡する。従って連続的 な熱抽出は断熱ブロック１１の周辺だけに向かって行われ、サンプルからの熱抽 出率は低（なる、従ってＥでのグラフの傾斜は受容可能なほど滑らかで、急すぎ ることはなく、胚に害を与えることはなく、次に低温環境の温度（−８０°Ｃ） まで安全に冷却することが出来る。　−２５’　Ｃから一３０°Ｃの温度範囲で は、平均冷却率は、この構成では０，３２°Ｃ／分であることが分かった。

図２ｂは受動的冷凍器の更なる実施例を示しており、図２ａに示すものとＩＩＥ しているが、断熱ブロック１０５上にハンドル・アセンブリ１０１と位置きめ突 起１０３を有している１位置ぎめ突起１０３　はカバー板１０７を通り抜けてハ ンドル・アセンブ！Ｊ（０１の位置ぎめ円盤１０９の開口部と係合するようにし ている。カバー板＋０７上の位置ぎめ突起ｉｌｌは、ハンドル・アセンブリｌｏ ｔ上の差込み＋１３内に位置する。断熱ブロック１０５はアセタールで出来てお り、例えば哺乳類の細胞系の低温保存用の２．５ｍｌアンプルを収容するように したサンプル配置孔＋０６を有している。断熱ブロック１０５はベース＋１７上 の傾斜したボス１１５上に定置し、真ちゅうの中核１１９を取り囲んでいる。真 ちゅう中核以外の全ての構成部分はアセタールで出来ている。図２ｂの装置の顕 著な寸法は次の通りである。

注１　位置ぎめ突起１０３の高さには、ブロック内に挿入されるネジ部分は含ま れていない、この寸法は重大ではない。

注２　真ちゅう棒１１９の高さにはベース上の位置ぎめ突起は含まれてし１なし ＼、この寸法は重大ではない。

注３　ベース１１７は周辺に等しく間隔をおいて取り付けられた３つの小さし１ アセタールの足を有している６足は高さ５ｍｍｘ径５ｍｍである。真ちゅう棒と ブロックを位置ぎめするボスの大きさは重大ではない。

この構成により液体窒素を含むドライジッパ−と共に使用したとき、−１°Ｃ／ 分の冷却率が可能となる。

構造的に図２ｂに示すものと本質的に同様であるが、低温保存ストロ−（例ウシ の社用のもの）と共に使用するための興なる実施例は、ＰＴＦＥｉｌ１品でアセ タール構成部品を置き換えたものである。顕著な寸法は次の通りである。

ていない、この寸法は重大ではない。

注２　真ちゅう棒１１９の高さにはベース上の位置ぎめ突起は含まれてし１なし Ａ、この寸法は重大ではない。

注３　ベース！＋７は周辺に等しく間隔をおいて取り付けられた３つの小さし） アセタールの足を有している０足は高さ５ｍｍｘ径５ｍｍ　である、真ちゅう棒 とブロックを位置ぎめするボスの大きさは重大ではな−０この構成により液体窒 素を含むドライジッパ−と共に使用したとき、ここでは−０，３’　Ｃ／分の冷 却率が可能となる。

図２０は受動的冷凍器の依然更なる実施例を示してｂ〜る。その構成は図２ｂｌ 二示したものを改造したちのであ１ｌｌＦ＋の構成部分ζ二は同様の参照番号を ふってある、主要な遣いは、ｔ！！１２ｃでは、断熱ブロック１０５の構成を２ つの半分の高さ１　断熱材の直径（実際には、製造及び販売上の理由によ薯ハ広 範な製品にスライスでの温度の減少は、８０秒（図４）の発熱（ＥＴ−１ｏ）の 測定でブラスト化のサンプルは本発明により冷凍されたサンプルよりもかなり縛 りがよく、乾を行った。

格付け　１　２　３ 格付け　１　２　３ 本発明の方法による材料の品質には、１日から３０日の範囲の貯蔵時間は殆ど影 響がないように思われた。

いちごの種類と成熟度の両方も、解凍品質を決定付けた。ここでの観察は排他的 なものではなく、むしろ観察された傾向のガイドとして意図したちのである。

再考の結果は僅かに未成熟のクラス１スペイン産いちごで得られた。良くない結 果は、同種のより成熟したクラス１いちごで得られた。よい結果は、僅かに未成 熟のクラス２カルメルいちご（イスラエル産）で連成された。成熟クラス１カル メルいちご及びクラス１ケニア産いちご（サインスバリーズ食品店）では、良く ない結果が得られた。そのようなより成熟した出発材料では、上記に概略されて いる本発明の方法による結果は、同一材料のブラスト冷凍あるいは液体窒素冷凍 よりも常に優れていた。

匠主上 この例は、効率的な潜熱除去プロトコルを使用し、音響を適用していちごを冷凍 したときに、更によい結果が得られることを示している。いちご（カリフォルニ アのグアドループ）を小売店から大量ｔ：％で、全ての過成熟及び未Ｉｌｉ、熱 のものを捨てるために会頭した０選択したいちごを洗浄して半分に切った。各々 の切った半分を一緒に集めて、実際状対応したいちごの半分の２つの２８０の個 体数を用意した。

いちごは７０の半分のものをバッチで冷凍した。　３０．５ｃ　ｍ　ｘ　３０． ５ｃ　ｍの音響プレート（２２，５ｋ　Ｈｚ、　２２０　Ｖ、　英国、バーケン ヘッド、ヒルソニック社）をＣｒｙｏＭｅｄ２７００冷凍器で一７０°Ｃま冷凍 前に冷却し、半分のいちごをその上に載せた。その結果、温度は一５０゛Ｃまで 上昇した。材料を次のプロトコルにしたがって冷却した。　（１）　−５８°Ｃ の初期環境温度を１分間与える。　（２）　１０°Ｃ／分で一４８°　Ｃまで暖 める。

サンプルの温度は、代表的な半分のいちごの中間点に埋め込み、マイクロプロセ ッサ・データ記録器（英国、ケンブリッジ、グランド計器社）に接続したタイプ Ｔ＃１電対を泪いてモニターした。サンプルが一２０°Ｃに達したとき、それら を−３０°Ｃで５日間貯蔵するために移した。サンプルは感覚評価の９０分前に 、室温に曝して解凍した。

音響処理をしたときは、３０病後途に２秒のパルスを前例客サイクル中で使用し た。

後に解凍したいちごは感覚評価パネルに出され、以下の結果となった。

柔らかさ　６．２　４．９　０．０１ １−軟らかくない ９；非零に軟らかい この例は、従来の方法と比較して、本発明の効率的な潜熱除去プロトジルを使用 したときに湯がいた野菜のセロリはより良く冷凍することが出来、音響を加える と更に良い結果が得られることを示すものである。

セーりは小売店から入手した。セロリ・サンプルは０．６ｃｍの小片に切り、２ ５０ｇを一回毎に９０°Ｃで２分間湯がいた。

湯がいたときに１０％の材料のロスがあった。サンプルは冷水で水洗いし、室温 にした（２０’　Ｃ）　、　次にセロリ・サンプルを本発明に従７で、次のプロ トコルを用いて冷凍した。

（］）初期環境温度は一７５′Ｃで２分間維持した。

（２）次に環境温度を１分間毎に１０゛Ｃで、−３０’Ｃまで暖めた。このプロ トコルは音響を適用、及び適用しない場合でも行った。音響を適用したときには 、２２゜５ｋＨｚの超音波周波数を用い、出力レベルは２２０ワツトで、９２９ ｃｍ２の面積に適用した。その結果、０．２４ｗ／ａｍ２の出力レベルが生じた 。超音波は連続的には適用せず、３０秒毎に３秒間週月した。

対照として、湯がいたセロリを一４０°Ｃの環境温度でブラスト冷凍した。サン プルは一３０°Ｃｌ：　Ｊ　したときに取り除いた。処理後、一部の冷凍セロリ ・サンプルは一３０°Ｃで貯蔵し、一部には標準温度酷使プロトコルを適用した 。

結果サンプルは、解凍した冷凍セロリ片を評価するのに積極的な姿勢を有するよ うに事前にスクリーンした４２名のパネリストからなる味見ｉ＜ネルにより、ノ （ランスよく順番に評価された。上記の処理を行った６片のセロリが出された。

セロリは出される６０分前にｍａ温度で解凍した。これは氷の結晶を取り除くに は十分であったが、まだ少々冷たかった。パネリストは属性を格付けする前に、 上記の処理を行った全てのスライスを評価するように指示されたので、格付けは スライスの大部分を反映することになる。

結果によれば、本発明による効率的な潜熱除去プロトコルにより、対照のブラス ト冷凍サンプルに比べてしまりがよく、軟弱性は少なく、アレーンくの新鮮さの 全体的な印象は良くなった。更に音響を適用すると、そのサンプルは対照サンプ ルよりも質感的に優勢だけでな（、対照サンプルよりも酷使温度下でよく耐える ことが出来ることが分かった。示された本発明の更なる利点は、サンプル温度を 周囲温度から貯蔵温度（−３０°Ｃ）に下げるのにかかる時間を少なくすること が出来ることである。従来のブラスト冷凍手法を用いると、−３０°Ｃに到達す るのにかかる時間は２０分台である０本発明の効率的な潜熱除去プロトコルを用 し）ると、この時間は約８．２分に削減できる。更に音響を加えると、約５．２ 分と更に改静を見ることが出来る。

匠ユ上 セロリのスティックを地域のスーパーマーケット（テスコ食品点）から屑入し、 洗浄して１ｃｍの部分に切った。それらを８０３０で３分間湯がき、次に冷水で 洗った。サンプルは３つの方法に従って冷凍した。

（１）ブラスト冷凍のシミュレーシヨン（−４０’ＣにセットしたＰｌａｎａｒ Ｋ　ｒ　ｙ　ｏ　ｔｏ） （２〕本発明に従い、−５０’　Ｃの初期環境温度と８分間の保持時間を用−一 、１０゜０７分の割合で−２０”Ｃまで暖めた。

（３）　（２）で、−５０°Ｃで平衡させた２０ｃｍ　ｘ　２Ｑｃｍのプレート から供給した音響を加えた（２５ｋ　Ｈｚ、出力２６０　Ｗ、　３０秒毎に２秒 のパルス時間）。

解凍の際に、３つのサンプルの質感を主観的評価に評価した。その結果は次の通 りである。

点数０−５　（０＝不良、５＝優秀） 各々の処理の平均味見パネルの点数は次の通りである。

処理（１）　−２，５ 処理（２）　−３，０ 処理（３）　−４，０ 匠土上 直径４ｃｍ以下の小さい新鮮なジャガイモ（サンシバリーズ食品店）を次ぎに説 明するいくつかの処理により冷凍し、解凍して評価した。ジャガイモは冷凍前に は煮たり、湯がきはしなかった。

（１）ジャガイモを上記の例２ａでのいちごのように「ブラスト冷凍」した、解 凍すると、ジャガイモは非常に軟らかく、細胞水を漏出し、煮た後は受容し難い と見なされた。

（２）ジャガイモを液体窒素に浸せきして冷凍した。それらはすべて冷凍中に崩 壊した。

（３）ジャガイモを本発明の方法にしたがって（１）　−ｇｏｏＣの初期環境温 度を１分間与え、（２）　１０’　Ｃ／分で一２０°Ｃまで暖めることにより冷 凍した。解凍すると、ジャガイモはそのままで、漏出もなくその元の質感をとど めていた。ジャガイモを煮ても受け入れられるものであった。

−土圭 新鮮な小さいジャガイモ（長さ３−５ｃｍ、種間：　Ｍ、Ｂａｒｄ、テスコ食品 点）を沸騰水で１５分間肴で、冷たくなるまで冷水で洗った。　２００　ｇのバ ッチを以下の方法で一３０°Ｃまで冷凍した。

（１）Ｐｌａｎａｒ　ＫｒｙｏｌＯ冷凍器でのブラスト冷凍（−４０°Ｃ）のシ ミュレーション。

（２）本発明に従い、Ｐｌａｎａｒ　ＫｒｙｏｌＯ冷凛器を用ｐｓで行った。初 期温度は一５０゛Ｃで、６．５分間保持した０次に温度を一２０゛Ｃに達するま で１分間に１０３０の割合で上昇した。

（３）　（２）に３６０Ｗ、２５ｋＨｚおよび下記に述べるように様々なノ（ル ス長で２０　ｃｍｘ２ｃｍにかけて供給した超音波を加えた。

様々な処理での潜熱プラトーの長さを測定した。解凍後、バッチは味見パネルお よび茎を半分にし、ガーゼで包んでじょうごに入れ、サンプルの１．３５ｋｇの おもりを２０分間！いた。サンプル材の標本は顕微鏡のスライド上に取り付けて 光学顕微鏡で観察した。

結果は次の通りとなった。

（１）様々な冷却処理の潜熱プラトー（ＬＨＰ）の長さは次の通りである。

ＬＨＰ長　（分） 処理（１）８ 処理（２）　６．５ 処理（３）　１５秒での２秒　７゜０ １０秒での２秒　５．０ ５秒での２秒　４．０ 感覚評価によると、質感に間して各処理は次のように格付けされた。−処理３５ 秒での２秒　〉　処理３１０秒での２秒　〉　処理３・１５秒での２秒　〉　処 理２　〉　処理ｌ （２ン液体の押しだし ３：４０秒での２秒　７ （３）顕微鏡襲察 処理１．　３からの細胞を比較した。ブラスト冷凍細胞では組織された細胞構造 と内容のロスが見られ、細胞膜はかなり折り重なっていた。対照的に、処理３（ 音響）により冷凍された細胞では、細胞の完全性はかなりよく保持されており、 細胞膜はあまり折り重なっていなかった。

ム サンシバリーズ食品店から得たそれぞれペルーおよびタイ産の２種票のアスパラ ガスを下記のいくつかの方法で冷凍し、解凍した製品を蒸して評価した。

（１）両種票のアスパラガスを例２ａで説明したブラスト冷凍した。その後に解 凍した製品の味と質感は悪く、点数は２０点の内４点であった。

（２）ｍ１１頴のアスパラガスを液体窒素内で冷凍した。核部分は崩壊し、解凍 すると味と質感は非常に悪かった３点数は２０点の内４点であった。

（３）両種項のアスパラガスを本発明の方法に従い、（１）　−８０°Ｃの初期 環境温度を１分間与え、（２）　＋５°Ｃ／分で一２０°Ｃまで再び暖めること により冷凍した。解凍すると、茎部分の味は向上し、煮るとその質感も同様であ った０点数は２０点の内１０点であった。

匠旦１ 生のアスパラガス茎（タイ産、サンシバリーズ食品店から購入）を１５ｃｍの長 さに切り、次の方法で冷凍した。

（１）　−４０’　ＣにセットしたＰｌａｎａｒ定格冷凍器でのブラスト冷凍の シミュレーション。

（２）コンピュータ・モデル化により最適化した本発明に従い、英エテームズの サンバリ、Ｐｌａｎａｒ　ＢｉｏｍｅｄのＫ　ｒ　ｙ　ｏ　１０シリーズ・チャ ンバモデル１０−１６定格冷凍器を用いて行った。初期温度は一５０゛Ｃで、１ ２分間保持した１次に温度を一２０°Ｃに達するまで１分間に１０°Ｃの割合で 上昇させた。

（３）　（２）のように冷凍しく３６０　Ｗ、２２．５ｋ　Ｈｚ、２０秒ごとに ２秒の）音響を加えた。音響は、ｌ５ＯＰＡＲＭ液体充填チャンバを通して冷凍 チャンバの床を形成する２０ｃ　ｍ　ｘ　２０ｃ　ｍプレートと接続されたＨＩ ＬＳＯＮＩＣ音響Ｖライバ・モデルＩＭＧ４００　（英国メルセイサイド、ヒル ソニック社）により供給された。冷凍後、サンプルは６時間かけて周囲温度に解 凍した。

茎部分を次に沸騰水で４分間煮て、味見パネルを用いて３つの冷凍処理を未冷凍 のものと比較した。

パネルは次の平均点を記録した（０−５．０−不良、５−優秀）未冷凍　−５ 方法（１）　−１，５ 方法（２）　−２，５ 方法（３）　−３ 男コＬ１ 生クリームは水エマルジジン内のオイルの１例である。殺菌生クリームはサンシ バリーズ食品店から購入した。この製品の冷凍、解凍に続き、クリームの固形物 の液体からの分離が生じる。小さいメツシュのフィルターを通して液体のロスに よる冷凍損害を評価することが出来る。１０ｍｌアリコツトをガラス・二二ノ（ −サルに配置し、下記の様々な方法で冷凍した。

（１）例２と同様なブラスト冷凍、解凍すると、クリームは黄色に変色し、凝結 した。液体ロスは３４％。

（２）例２ａと同様な液体窒素浸せき、解凍すると、クリームは可視的には分離 しないが、非常に粘度が高くなる。液体ロスは１２％。

（３）本発明の方法にしたがって−８０８０の初期環境温度を１分間与え、１５ °Ｃ／分で一２０°Ｃまで暖めることにより冷凍した。解凍すると、クリームは 可視的には分離しなかった。粘度は増大したが、液体窒素冷凍はどではなかった 。液体ロスは１０％。

（４）　（３）と同様に冷凍、但し超音波が、０から一２０°Ｃまで１’Ｃ冷却 する毎に０．１秒間、加えられた。この音響核形成と効率的な潜熱の除去の組合 せにより、５つの個別のテストで一貫して、方法（３）で見られた液体ロスは１ ０−１６％更に減少した。

従って本発明はブラスト冷凍よりも明かに優れ、更に液体窒素浸せきによる高価 で比較的不便なプロセスよりも優れた結果をもたらすことが分かる。

匠ｌ互 生クリーム（テス二食品店）を金属枠で支持された冷凍器バッグないし金属型で １００ｍｌバッチに分割した。

そしてそのクリームを次の方法にしたがって冷凍した。

（１）Ｐｌａｎａｒ　ＫｒｙｏｌＯ冷凍器を使月してのブラスト冷凍（−４０° Ｃ）のシミュレーション。

（２）本発明に従い、Ｐ　１　ａｎａ　ｒ　ＫｒｙｏｌＯ定格冷凍器にサンプル を浸せきして急速冷凍（−８０’　Ｃで、１０分間保持）して行った１次に温度 を−２０゜Ｃまで１分間に１０″Ｃの割合で暖めた。更にサイクル中に音響を加 えた（３００Ｗ、２２ｋＨｚ、２０　ｃ　ｍｘ　２０ｃ　ｍ、６０秒毎に２秒の パルス）＋（３）本発明に従い、Ｐｌ、ａｎａｒ　Ｋｒｙｏｌ、Ｏ冷凍器（−５ ０°Ｃ）を用い、１５分間保持し、更にサイクル中に（２）のように音響を加え た。

解凍後の３つの処理の感覚分析では次のことを示している。

（１）クリームの分離が生じ、その結果、液体のロスが生じ、非常に粒状になり 、バター味がした。

（２）質感は非常によい、液体ロスはない。

（３）液体ロスはないが、質感は（２）はど良くない。

−二 マヨネーズはオイル・エマルジョン中の水の１例である。ヘルマンといった市販 されているマヨネーズは、広範な冷凍方法後でも安定しているように思われる。

これはおそらく、製品の物理化学的安定化の度合を反映しているのであろう、自 家製のマヨネーズやカイト自然食マヨネーズなどの安定化していない市販のマヨ ネーズは冷凍、解凍の後、分離する。そのようなマヨネーズを１０ｍ１アリコツ トに入れ、ガラス・ユニバーサルで下記の方法で冷凍した。

（＋）例２と同様なブラスト冷凍、解凍すると、オイルの完全な分離が生じた。

（２）例２ａと同様な液体窒素浸せき、解凍すると、オイルの完全な分離が生じ た。

（３）本発明の方法にしたがってマヨネーズを０°Ｃから一５０゛Ｃまで２０° Ｃ／分で冷却し、−５０°Ｃで２分間保持し、Ｉ５”０７分で一２０゛Ｃまで暖 めた。

解凍すると、成分はほとんどあるいは全（分離せず、質感は良好に維持された。

例」− 調理されたエビとマヨネーズ入りのサンドウィッチをテスコ、サインスバリーズ 食品店から購入し、１つづつ次のような方法で冷凍した。

（１）例２と同様なブラスト冷凍、解凍すると、マヨネーズの完全な分離が生じ た。オイル成分が下部のパンからしみ出て、製品は完全に受容できなし１ものと なった。

（２）Ｎ２ａと同様な液体窒素浸せき、サンドウィッチの崩壊が生じ、解凍する と、　（１）のようにオイルの完全な分離が生じた。

（３）本発明の方法にしたがって各々のサンドウィッチを一５０゛Ｃまで２０° Ｃ／分で冷却し、その温度で等温で３０分間保持し、ｔｏ’　０７分で一２０° Ｃまで暖めた。解凍すると、製品は受容できるものであった。マヨネーズはほと んどあるいは全く分離せず、エビの賞は良好に維持され、パンの崩壊はなかった 。

倒」− スコツトランドの生のスモークト・サーモンの切身（サインズパリーズ食品店） を次の２つの方法で冷凍した。

（１）　−４０°ＣにセットしたＰｌａｎａｒ　Ｋｒｙｏ定格冷凍器でのブラス ト冷凍のシミュレーション。

（２）本発明に従い、熱モデル化と超音波適用を用いて行った。初期環境温度は 一５０°Ｃで、４分間保持した０次に温度を一２０°Ｃに達するまで１分間にｌ ＯｏＣの割合で上昇させた。超音波音響は２０ｃ　ｍ　ｘ　２０ｃ　ｍに３６０ Ｗ、２２゜５ｋＨｚ、４０秒ごとに２秒のパルスで供給した。

冷凍後、パネルはサンプルの質感と嘘をテストした。パネルは次の平均点を記録 した（Ｏ−５、Ｏ；不良、５＝優秀）。

未冷凍　・５ 方法（２）３ １匹 ２５ｍ１アイスポツプ（シャーベットに類似のもの）を地域のスー／＜−マーケ ット（テスコ食品店）から購入し１次の２つの方法で冷凍した。

（１）本発明に従い、初期環境温度を一５０°Ｃに５分間保持し１次に温度を熱 電対で検出してサンプル内で一２０°Ｃに達するまで１分間に１０’　Ｃの割合 で上昇させて冷凍した。

（２）（＋）と同様にして、超音波を一５０１Ｃに平衡させた２０ｃ　ｍ　ｘ　 ２０ｃ　ｍプレートから２６０Ｗ、２２．５ｋＨｚ発信器から４０秒ごとに２秒 のパルスで与えた。

次のような結果が生じた。２つの処理で冷却プロファイルは興なり、音響処理で は智熱プラトーと一２０’　Ｃへの冷凍時間がかなり削減された。目視による結 晶の大きさの評価では、音響無しで冷凍したサンプルに比較して音響付きで冷凍 したサンプル内にはより小さい水の結晶が存在することが認められた。更に音響 付きで冷凍したアイスポツプは、音響無しのものよりもかみ応えがあり、よりし まっていた。

し クリームチーズ（クラフト・ジエネラルフーズ）を１．３ｃｍ立方に切り、サン プルを次の方法にしたがって冷凍した。

（１）Ｐｌａｎａｒ　ＫｒｙｏｌＯ定格冷凍器でのブラスト冷凍（−４０’　Ｃ ）のシミュレーション。

（２）本発明に従い、再びＰｌａｎａｒ　ＫｒｙｏｌＯ冷凍器を使冷凍−が、− ５０°Ｃでの５分間の保持時間を用い、次に温度を一２０°Ｃまで１分間に１０ ゜Ｃの割合で暖めた。

（３）（２）で更に３６０Ｗ、２５ｋＨｚ、２０ｃ　ｒｎｘ　２０ｃ　ｍ、３０ 秒毎に２秒のパルスにより供給される超音波を加えた。

冷凍後、パネルはサンプルの質感と味を分析した。パネルは次の平均点を記録し た（○−５、Ｏ＝不良、５＝優秀）。

未冷凍　：５ 方法（１）３ 方法（２）　：：１．５ 方法（３）　＋４．０ 一旦 赤オの牛肉を地域の肉屋から購入し、約２．５ｃｍ立方に切った。それぞれ３７ ５ｇの４つのサンプルを次の方法で冷凍した。

（１）　−２０°Ｃ収納冷凍器を用いて。

（２）　（Ｐ　ｌ　ａ　ｎ　ａ　ｒ　Ｋ　ｒ　ｙ　ｏ　ｔｏ冷１１［１１、−４ ０°Ｃ）でのブラスト冷凍のシミュレーション。

（３）本発明に従い、Ｐｌａｎａｒ　ＫｒｙｏｌＯ冷凍器で最冷凍−５０°Ｃで １５分間保持し、次に温度を一２０°Ｃまで１分間に１０°Ｃの割合で暖めた。

音響（３５０Ｗ、２５ｋ　Ｈｚ、２０ｃ　ｍｘ　２０ｃ　ｍ、３０秒毎に２秒の パルス）を供給。

−２０’Ｃで一装置いた後、サンプルを解凍し、サンプルからの液体のロスを６ 時間かけて分析した。

乳Ｕ この例は音響は従来のブラスト冷凍プロセスを改善することを示すものである。

ベルギー産いちごを地域のスーパーマーケット（テスコ食品店）から購久し、洗 浄し、半分に切り、１００ｇのバッチに分割した。

パッチは次の方法で冷凍した。

（１）　−４０’　ＣにセットしたＰｌａｎａｒ　Ｋｒｙｏ定格冷凍器でのブラ スト冷凍のシミュレーション。

（２）（１）に更に３６０　Ｗ、２５ｋＨｚ、３０秒ごとに２秒、６０秒ごとに ２秒、１２０秒ごとに２秒のパルスで外部発信器で供給し、−４０’　Ｃに平衡 化された２０ｃｍｘ２０ｃｍ超音波プレートを追加。

（３）（２）で２６０Ｗの出力。

冷凍後、サンプルは６時間かけてドリップ・ロスについて分析した。

得られた結果は次の通りである。

冷凍方法　、　ドリップ・ロス（ｍｌ）これらの結果は、パルス間隔が最適化さ れるならば、ブラスト冷凍と音響を組み合わせたときに冷凍の改善が得られるこ とを示している。

匠叩互 この例は音響は従来の収納冷凍プロセスを改善することを実証するものである。

ハニーデユーメロンを２つの方法で一２０°Ｃまで冷凍した。

（１）　−２０°Ｃにセットした収納冷凍器で。

（２）　３６０　Ｗの出力、２２．５ｋ　Ｈｚ、　４０秒ごとに２秒オン・オフ 間隔をもたらす発信器により出力され、−２０°Ｃに平衡化された２０ｃ　ｍ　 ｘ　２０ｃ　ｍ超音波プレート上で。

（３）（２）で更にグリコール充填層を組み入れた流体充填プレート、′解凍し た後、処理を味見パネルにより分析し、パネルは質感に対して０（不良）−１０ （優秀）の範囲の点数を付けた。

処理（１）２ 処理（２）　４．５ 処理（３）　３．５ 匠ユ亙 ハニーデユーメロン（テス二食品店）を半分に切り、３ｃｍの直径のスクープを 用いてサンプルを取り除き、かき混ぜ、２００　ｇの部分を次の方法で冷凍した 。

（１）　−４０’　ＣにセットしたＰ　ｌ　ａｎａ　ｒ　ＫｒｙｏｌＯ定格冷凍 器でのブラスト冷凍のシミュレーション。

（２〕本発明に従い、初期環境温度は−５０３０で、１６分間保持した６次に温 度を−ｚｏ’　ｃに達するまで１分間にｌＯｏＣの割合で上昇させた。

（３）　（２）のように冷凍しく２０ｃ　ｍ　ｘ　２０ｃ　ｍに２６０Ｗ、２２ ．５ｋ　Ｈｚ、　３０秒ごとに２秒の）音響を加えた。

冷凍後、サンプルは一夜−２０゛Ｃに維持され、次に６時間かけて解凍した。そ れぞれのサンプルからの液体のロスを記録した。

（１）３１ｍ　ｌ ４皿 防腐剤が入っていない典型的なアイスクリーム・ミックスを収納冷凍器で一５０ °Ｃ出、音響の適用付き、適用無しで冷凍した。１３サンプル（２５から２７ｍ 　ｌ　）をステンレススチール円筒型（長さ１２ｃｍ、平均直径２．２ｃｍ）に いれ、ブランソン（米国コネチカット州、ジェルトン）モデル２２００超音波ク リーナー内で塩化カルシウムの３０％Ｗ　／　Ｖ溶液に浸せきした。超音波洗浄 バスを収納冷凍器にいれ、バスの溶液を一４０°Ｃに維持した。テスト中のサン プルに対して、４７ｋＨｚの周波敷で最大出力レベル（１２０ｗ）の７０から８ ０％で音響を適用した０Ｍ波数は３０秒後途に４５秒間パルス化した。サンプル は一３０°Ｃに到達すると取り除いた。冷凍アイスクリーム・ミックスの対照及 び実験サンプルを半分に分割し、１つの部分は一３０゛Ｃで貯蔵し、他の部分は 加速熱酷使を行った。

冷凍プロセス中に音響を当てたアイスクリームのブラインド味テストでは、品質 に相当の改善がみられた。更に音響を当てたとき、−３０“Ｃに到達するのにか かった時間はかなり少なくなった。従って音響を適用することで、冷凍をより早 く達成することが出来る。

１匹 この例は、本発明の音響の態様は、凍結乾燥操作の冷却段階中にも使用出来るこ とを実証するものである。

０．５ｍｌの蒸留水をそれぞれ２０本の従来のガラス凍結乾燥バイアルにいれ、 冷凍無しに一４’Ｃまで冷却した。バイアルは事前に冷却した（−５°Ｃ）２０ ｃｍｘ２０ｃｍ音響プレート（ヒロソニック社ン上に置き、直ちに３２０Ｗの２ ５ｋＨｚの音響を２秒間適用した。各々のバイアルの中味は即座に凝結し、バイ アルが立脚している棚としても利用できるように構成した音響源を利用して、ガ ラス・バイアル内で過冷却の水ないし他の溶液の核を形成できることが示された 。

匠＋７　Ｊｌ薗細胞 細菌をＩｏｍｌの栄養流体培養基の培養液＋１０％ｖ　／　ｖグリセロールから 採取し、生じた懸濁細菌集団数をポリプロピレン低温管［２ｍｌ］内の１ｍｌア リコツトに測定した。クリオシード（商標）コレステロール結晶（ケンブリッジ 、セル・システムズ社）を各々の管に加えて、氷の核形成を複製できるようにし た。

管は従来のＰｌａｎａｒ　ＫｒｙｏｌＯプログラマブル冷凍器（プ冷凍−製、ミ ドルセックス、テームズ、サンバリー）ないし図２ｂに関して上述し、１分間に ｌ′Ｃづつ冷却されるように構成された受動的冷凍器に移動した。管を取り除き 、液体窒素に差し込んだ際に一７０°Ｃまで冷却した。サンプル温度はタイプＴ 熱電対と電子温度計の組合せを用いてモニターし、そのプローブはサンプルの１ つに浸せきした。

管は２５°Ｃの水に浸せきして解凍し、サンプルは栄養流体培養基上に螺旋系に 結果からは、本発明の受動冷凍器により、たとえ小さい携帯用の装置でも、よい 結果を得ることが出来ることが分かる。

１艮　ウシの胚 発育の４細胞段階のウシの胚を卵子培養メゾイム＋１０％ｖ　／　ｖグリセロー ルで培養し１次に０．２５ｍ　ｌプラスチック・ストロ−にいれた＋　ＸＹＧＯ Ｎ　（＊標）コレステロールを、液体窒素に押入する前に１図２に関して説明し た一〇、３°Ｃの冷却率をもたらすように構成された受動的冷凍器で冷却された ５本のストロ−にいれた、残りの５本のストロ−はＰｌａｎａｒＲ２０６定格冷 凍器で冷却し、−６４Ｃで１手作業でシードした。

この機器の冷却プロファイルは次のようであった。

冷却　＠２０から一５°Ｃまで５°Ｃ／分冷却　＠　−５から一６’Ｃまで０． ２°Ｃ／分第２ステップ中にシード 冷却　＠　−６から一３２’Ｃ＊で０．５°Ｃ／分液体窒素に挿入 胚は、ストロ−を３０°Ｃの水に浸せきすることで解凍し、培養メディアを数回 洗浄してリンスし、低温保護物質の濃度を下げ、培養メディア内で一夜培養した 。

受動的冷凍器で冷凍した５つの胚の中で、培養の後４つは優れた状態にあり、５ 番目のものも依然、移植用に受容できる品質であった。Ｐｌａｎａｒ冷凍器で冷 却した胚は、３つは優秀で２つは生存しているが、移植用には受容できな＆Ｎと 評価された。

匠」　哺乳動物の細胞系 ある範囲の培養された哺乳動物の細胞を９１％ＦＢＳ培養メディア＋ｌＯ％ｖ　 ／　ｖＤＭＳＯで＠濁し、０．５ｍｌのプラスチック・アンプルに移し、図２ｂ に関して前述し、１分間に１．０°Ｃ冷却するようにした受動的冷凍器で冷凍し た。細胞は、サンプルが一１８゛Ｃに達したときに冷凍器から取り出し、直接液 体窒素に挿入し。

２４時間の最低期間、貯蔵した。

回復した細胞はガラス器内で培養し、２本のアンプルの平均をベースにして生存 細胞を数えた。

λ践　ジャガイモ二ＷＩがきと流通 −４０°Ｃへの半分に切った新しいジャガイモの冷凍中、超音波処理をしな６＋ とき、酵素の活動により酸化が生じ、ジャガイモの切断面に極端な褐色化が生じ た。

上記のように一４０°Ｃへの冷凍中に、２０ｃ　ｍ　ｘ　２０ｃ　ｍ超音波プレ ート（２２，５ｋＨｚ、３６０Ｗ、３０秒のオン、オフ・サイクル毎に２秒）か ら音響処理を適用すると、酸化反応は相当に削減され、切断した組織の褐色化は 殆ど起こらなかった。

これは超音波処理は、従来のブラスト冷凍中に形成されるものよりも、大きさ的 に組織や細胞間位置を余り害しない水の結晶の形成の元となるという証拠である 。

そのような氷結晶の形成により、損害により誘起される酸化フェノール放出酵素 活動の元となることが知られている膜の破壊や細胞区画の損失を制限する（Ｍａ ｔｉｌｅ、ｐＨ，（１９７６年）液胞「植物生化学」　（第３版）、Ｅｄｓ、ボ ナーＪ、及びノ（−ナーＪ、　Ｅ。

ｐｐ、　＋８９−２２４、アカデミツク・プレス）、この証拠は、音響処理は、 はとんどの野菜の冷凍前に通常に行われている湯がき過程を部分的あるしλは全 体的に置き換えるのに用いることが出来ることを示している。冷凍中のスライス した野菜での酸化酵素の活動の出現は、冷凍処理中の細胞学的損害の正確なモニ ターとして使用することが出来る。

匠虹　ジャガイモ　流通条件のシミュレーシ！ン冷凍食品は、冷凍工場での冷凍 後、一般に小売店から消費者への流通段階で温度変化を受ける。温度変化の厳し さは地理的区域により異なるが、一部の場合は。

製品の解凍と再冷凍が起こることがある。超音波処理の冷凍材料が、厳しし１流 通上のストレスの中で、従来の冷凍に対する優秀性を維持できるかどうかテスト するために、上記の例２０のように超音波処理及び超音波処理してし）なし）半 分に切った新しいジャガイモを次のように処理した。

（１）　−２０°Ｃで２４時間、維持した。

（２）　３０分の初期の貯蔵後、−２０°Ｃから解凍し、再び一２０°Ｃにして 再冷凍した（１回の冷凍−解凍サイクル）。

（３）さきに１回の冷凍−解凍サイクルを経たサンプルに対して（２）を繰り返 した。即ち２回の連続的な冷凍−解凍サイクルを行った。

−２０°Ｃでの１２時間の更なる貯蔵の後、処理を比較した。

解凍前に、サンプルを検査し、０から５の縮尺にしたがって酸イし劣イヒ指標を 与えた。ここでＯ＝酸化被害無しくジャガイモの表面は白クリーム色）、５＝深 刻な酸化被害（ジャガイモの表面は黒褐色ないし黒）、結果は次の表（二示すと お−）である。

このように、冷凍−解凍サイクルの後、画処理では酸化被害が益々生じるが、音 響処理の改善作用は、冷凍−解凍サイクルを通して維持される。これは厳しい流 通チェーン・ストレスを浮かび上がらせていると予想されよう。

！　家庭用アイスクリーム製造器でのアイスクリーム解凍したＷＡ、ＬＬ（商標 ）のバニラ・アイスクリーム・ミックスを以下の方法にしたがって１リツトルの バッチで冷凍した。

ＧＥＬＡＴＴＥＲＩＡ　（商標）家庭用２リツトル・アイスクリーム製造器を用 いて、１リツトルのアイスクリーム・ミックスを加え、製造業者の説明書にした がって連続スクレープ攪はん具を用いて加工した。１バツチは超音波処理無しに 作成し、スクレープ冷凍器内で一５°Ｃに冷凍し、−２０”Ｃで一晩硬化した。

第２のバッチでは、２０ｋ　Ｈｚ、　３６０　Ｗで超音波プローブ（ブランソン （ｌｌＩｉ標））を通してアイスクリームミックスに超音波を供給した。（２０ から２５ｋ　Ｈｚ、　２００から５００Ｗが望ましい範囲である）、超音波はそ れぞれオン時間が５秒でオフ時間が４５秒の１０％／９０％のオン、オフ・サイ クルでＪＪ’！！した＋　（適用はどの様な断続的パターンでもあるいは連続的 に適用することもできる）、超音波は温度が＋５’Ｃから−５“Ｃに硬化したと きに適用したが、長（適用することもできた。−５゜Ｃに到達した後、サンプル は一２０°Ｃの収納冷凍庫に一晩硬化するために移した。

味見パネルを行い、サンプルを味見した。パネルに与えられた指示は、Ｏ＝不良 、結晶質感、非常に水っぽい、５＝クリーム的な質感、水の結晶は識別できない 、という方式をベースにサンプルを評価することであった。超音波を適用せずに 凍らせたミックスの点数は２で、超音波を適用して凍らせたミックスの点数は３ であった。

１並　商業的パイロット・プラントでのミックスでのアイスクリーム解凍したネ ッスル（商標）アイスクリーム・ミックスを、商業的なパイロット・プラント３ ガロン・スクレープ冷凍厚を用いて凍らせた。バッチは例２０のように作り、ア イスクリーム・サンプルに同一の音響プローブを５．１ｃｍの深さまで吊した。

更に、アイスクリームミックスを事前に冷却したグリコール・バスに接触した型 にいれた。グリコールがアイスクリームと接触しないように注意をした。

超音波を２つの方法で供給した。

（１）音響プローブを約２０ｃｍ’の体積の各々の型につけた。冷却中、持続時 間０．５秒の合計ＩＯパルスを１２０Ｗの出力で供給した。　（出力は例えば５ ０Ｗから３６０Ｗの範囲とすることが出来る）＋ （２）音響プローブを型の外側のゲルコールにつけた。出力は３００Ｗまで増大 した。

冷凍したアイスクリームは例２２のように一晩−２０’　Ｃで硬化させ、次に例 ２２のように指示された味見パネルに出された。音響と共に冷凍した各々のバッ チの点数は３で、それに対して音響無しに冷凍した対照バッチは２であった。

これらの結果は、超音波プローブ、攪はん器、プレートあるいはトランスデユー サ（例えば熟成ないし冷凍タンクの裏に張り付ける）を月いて超音波を実施する ことにより、アイスクリーム製造、特に熟成、初期冷凍（及び適用した場合に空 気温ス）、硬化段階で、改善されたおそら（より効率的な工程をもたらすことが 出来ることを示している。

匠旦　マーガリン 「フローラ」　「プロミス」　「バタースプレッドのタッチ」　「チツフオン・ ソフト」の商標の下で市販されておりサンフラワーないしコーンオイルを含んだ マーガリン・サンプルを、各々のサンプルがその融点より１．２’Ｃ上になるま で、４５°Ｃの水のバスで融解した（１１１点は約３５から４３°Ｃの範囲内に ある）、５ｍｌｍｌアワトをンンチレーシツン・バイアルに配分した。一部のサ ンプルは、数時間、室温にとどまることが出来るようにした。他のサンプルには 、超音波プローブ（ブランソン、２０ｋＨｚで３６０Ｗを出力）から音響パルス を与えた。サンプルが２８．２６．２４゛Ｃに到達したときに各々のバイアルに ３つのパルスを与えた。全てのサンプルは次に数時間、室温に保ち、その後４’ Ｃの冷！鷹に一晩保管した。

サンプルを検査すると、超音波処理をしていない一部の製品サンプル（フローラ とチッフォン・ソフト製品）は固まらず、それに対してたのちのは固まった（そ れらの場合に、ｇａｓなエマルシヨンの崩壊が生じたが）、超音波処理をしたサ ンプルの検査では、全てのサンプルでエマルジョンの安定性は維持され１通常の 固化が生じたことを示していた。

それらの結果は、超音波をテンパリング及び結晶化中にマーガリンのエマルジま ンに適用して各々の段階の効率を向上し、おそらくその時間を削減できることを 示している。超音波は例えばプローブ、攪はん器、プレートあるいはケース付き のトランスデユーサで適用することが出来る。

−亜　チョコレート 結晶シード化に注意する事なくチョコレートを固化すると、大きなココアバター 結晶が生成されるので、質感は粗くなり、色は良くなくなる。そのような結晶は 、不安定な結晶が製品に取って望ましくない灰色の色を添えるので、歎週間の貯 蔵期間に「ブルーム（白い粉）」のちととなる、これらの問題を克服する従来の 手段は「テンパリング」をすることで、それには液体チョコレートのシード化が 必要である。ココアバターは多型性を示し、６つの結晶化は興なる融点を形成し ている。正確なテンパリングには液体をβ′結晶（融点２７．５°Ｃ）をシード 化することが必要で、それは急速に広がり安定したβ結晶に変わる。これには一 般的にチョコレートを３０分間２７．５°Ｃに維持することが必要である。テン パリングを不正確に行うと、不安定な結晶が形成され、上記の望ましくない形態 のちととなる。

他の例のように、超音波を用いて結晶化過程中に小さい結晶核を生成することが 出来る。！！音波は例えばプローブ、攪はん器、プレートあるいはケースに入れ たトランスデユーサを通して溶融チョコレートに適用することが８来る。適用す る周波数は例えば２０ｋＨｚから３０ｋＨｚの範囲とすることが出来る。典型的 な出力レベルは２［ｉｏＷから３６０Ｗである＋超音波は連続的あるいはパルス で適用出来る。

超音波を２７．５°Ｃ付近で適用すると、敷多くのβ′結晶を短時間に生成する ことが出来、それによりテンパーの必要性を削減したりなくすことができる。

同様の利点が、チョコレートの型どりあるいは中心の周りに衣として１せる段層 中にも得ることが出来るが、それらの場合は適用する超音波の周波数と出力は変 えることができる。更に周波数はメガへルツ・レベルにまで増加することも可能 である。型どりや夜着せには、チョコレートは操作性のために３２°Ｃまで加熱 されるので、最適にテンパーしたチョコレートが必要である。それでも十分なシ ード化結晶をとどめる必要がある。超音波でテンパーしたチョコレートは、テン パリングの後、そのようなシード化結晶の数を増大することが出来る０代わりに あるいは更に、再加熱したチョコレートには、衣を着せる前あるいはその時点で 超音波を再び与えることが出来る。

浄書（内容に変更なし） ３０Ｋ Ｔ７−−−−　−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−− −−−−−−浄書（内容に変更なし） 時間／１時間 材料温度 材料温度 浄書（内容に変更なし） （ｃ）　均質化　（ｄ）冷　却 ／ｇノ包装　（ｈ）硬化　ｔ／ノ貯蔵 手続補正書 １．事件の表示 ＰＣＴ／ＧＢ９０１０１７８３ 平成　３年特許願第５００１９２号 ２、発明の名称 冷却過程と装置 ３、補正をする者 事件との関係　特許出願人 住所 名　称　セル・システムズ・リミテッド４、代理人 住　所　東京都千代田区大手町二丁目２番１号新大手町ビル　２０６区 電話３２７０−６６４１〜６− ５、補正の対象 国際調査報告 ｈｅｍＰｅＴｎ賛口＋禦肩叩刺ｖ−ｖ冑１ｗａｇ＋２１１−ｎａｎ＠Ｉｌｌ／Ｉ Ｉ国際調査報告

Claims (36)

【特許請求の範囲】
1. １．液体を含む材料を冷凍する方法で、前記材料から熱を抽出し、冷凍中に失わ れる潜熱を少なくとも部分的に補償するために熱抽出率を変化させることからな り、冷凍する前記材料に音波を適用する前記方法。
2. ２．液体を含む材料を冷凍する方法で、前記材料から材料の融解潜熱から失われ 、材料の温度が実質的に降下しない間に前記材料から熱を第１の率で抽出し、次 に前記材料の前記温度が降下するときに前記材料から第２の率で抽出することか らなり、第１の熱抽出率は第２の熱抽出率よりも大きく、冷凍する前記材料に音 波を適用することからなる前記方法。
3. ３．前記液体は水性である請求項１ないし２の方法。
4. ４．前記潜熱の除去は−３０℃での従来のブラスト冷凍手法を行うときに見られ る最大で５０％の時に達成できる請求項３の方法。
5. ５．前記冷凍する材料は生物学的起源の細胞からなる請求項１から４のいずれか の方法。
6. ６．前記細胞は動物生殖体ないし胚である請求項５の方法。
7. ７．前記冷凍する材料は食品からなる請求項１から５のいずれかの方法。
8. ８．前記食品は人間が消費するものである請求項７の方法。
9. ９．前記食品は野菜、パンその他のベーカリー製品、肉、魚、シーフードあるい は果物からなる請求項７ないし８の方法。
10. １０．前記果物は軟らかい果物である請求項９の方法。
11. １１．前記食品はアイスクリームないしチョコレートあるいはマーガリンからな る請求項７ないし８の方法。
12. １２．固体化が可能な液体の核形成を起こすことを含む請求項１から１１のいず れかの方法。
13. １３．液体を含む材料を冷凍する方法で、前記材料から熱を抽出し、材料と非液 体的な接触で前記材料に音波を適用することからなる前記方法。
14. １４．液体を含む材料を冷凍する方法で、前記材料から熱を抽出し、前記材料に ２Ｗ／ｃｍ２以下の出力レベルで音波を適用することからなる前記方法。
15. １５．液体を含む材料を冷凍する方法で、前記材料から熱を抽出し、前記材料に 断続的に音波を適用することからなる前記方法。
16. １６．前記音波は少なくとも１６ｋＨｚの周波数である請求項１３、１４ないし １５の方法。
17. １７．前記音波はパルス化されている請求項１３から１６のいずれかの方法。
18. １８．前記音波は２Ｗ／ｃｍ２以下の出力レベルで適用される請求項１３から１ ７のいずれかの方法。
19. １９．前記核形成は少なくとも部分的に化学的核形成剤を用いて達成される請求 項１２の方法。
20. ２０．前記材料は凍結乾燥される請求項１から１９のいずれかの方法。
21. ２１．液体を含む材料を冷凍する装置で、前記材料から熱を抽出する手段と、冷 凍中に失われる潜熱を少なくとも部分的に補償するために熱抽出率を変化させる 手段と、冷凍する前記材料に音波を適用する手段からなる前記装置。
22. ２２．液体を含む材料を冷凍する装置で、前記材料から材料の融解潜熱から失わ れ、材料の温度が実質的に降下しない間に前記材料から熱を第１の率で抽出する 手段と、次に前記材料の前記温度が降下するときに前記材料から第２の率で抽出 する手段からなり、前記第１の熱抽出率は前部第２の熱抽出率よりも大きく、更 に冷凍する前記材料に音波を適用する手段からなる前記装置。
23. ２３．液体を含む材料を冷凍する際に使用する装置で、ヒートシンクと、前記ヒ ートシンクを少なくとも部分的に取り囲む断熱手段と、前記断熱手段内にあって 冷凍する前記材料を保持する手段と、冷凍する前記材料に音波を適用する手段か らなり、冷凍する前記材料が凍結する温度に耐える前記装置。
24. ２４．前記ヒートシンクは金属からなる請求項２３の装置。
25. ２５．前記断熱手段はプラスチック材からなる請求項２３ないし２４の装置。
26. ２６．液体を含む材料を冷凍する方法で、冷凍する材料を断熱手段内に備え、低 温ヒートシンクを前記断熱手段で少なくとも部分的に取り囲み、低温環境を少な くとも部分的に前記断熱手段を取り囲んで提供し、冷凍する前記材料に音波を適 用することからなる前記方法。
27. ２７．液体を含む材料を冷凍する装置で、前記液体から熱を抽出する手段と、前 記材料に音波を適用する手段からなり、（ａ）前記音波は前記材料と非液体的な 接触で前記材料に適用され、（ｂ）前記材料に音波を適用する前記手段は２Ｗ／ ｃｍ２以下の出力レベルで音波を適用するように構成され、（ｃ）前記材料に音 波を適用する手段は音波を断続的に送るように構成されている前記装置。
28. ２８．材料を冷凍し、乾燥することからなるプロセスで材料を冷凍乾燥する方法 で、音波が冷凍中の材料に適用されることを特徴とする前記方法。
29. ２９．アイスクリームを製造する方法で、固体材料が結晶化しているときあるい は結晶化しようとするときに成分に音波を適用することからなる前記方法。
30. ３０．前記音波は（ａ）熱成、（ｂ）冷凍、（ｃ）硬化の内の１つないし複数で 適用される請求項２９の方法。
31. ３１．マーガリンを製造する方法で、固体材料が結晶化しているときあるいは結 晶化しようとするときに成分に音波を適用することからなる前記方法。
32. ３２．前記音波はテンパリング中に適用される請求項３１の方法。
33. ３３．チョコレートを製造する方法で、固体材料が結晶化しているときあるいは 結晶化しようとするときに成分に音波を適用することからなる前記方法。
34. ３４．前記音波はテンパリング中に適用される請求項３３の方法。
35. ３５．前記音波はココアバターのβ′ないしβ結晶の形成を促進するためにある 時間と温度で適用される請求項３３の方法。
36. ３６．前記チョコレートは型に取られるか衣を着せられ、前記音波は型どりない し衣着せの時ないしその少し前に適用される請求項３３、３４ないし３５の方法 。