JPH07203838A

JPH07203838A - 超音波調理器

Info

Publication number: JPH07203838A
Application number: JP6006182A
Authority: JP
Inventors: Kenji Yasuda; 賢二安田; Shinichiro Umemura; 晋一郎梅村
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1994-01-25
Filing date: 1994-01-25
Publication date: 1995-08-08

Abstract

(57)【要約】【目的】迅速にかつ品質の安定した柔らかさを持つ肉
を作る装置を提供すること。【構成】調理溶液２を満たした容器３中に、調理する
肉１が、強力超音波を発生する音源５と可聴領域音波を
発生する加振器４の間にはさまれるかたちで固定されて
いる。信号発生器７より発生させた１００kHz〜２MkHz
の電気信号は、超音波音源５によって超音波に変換され
た後、筋肉１に照射される。また、信号発生器６より発
生させた１０〜１０００Hz程度の電気信号も同様に加振
器４によって音波に変換された後、筋肉１に照射され
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、超音波を用いた肉調理
器および調理方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】死後直後の筋肉は、死後硬直によってそ
の主な構成要素であるアクチンフィラメントとミオシン
フィラメントがクロスブリッジを形成して最も固い状態
にある。そこで一般に肉の柔軟化については、１０℃未
満の低温の環境下で数日間肉を放置し、肉の中に存在す
るプロテアーゼの作用で肉の構成要素の一部をアミノ酸
に分解し、肉を柔らかくするとともに、分解されたアミ
ノ酸によって旨みを出していた。また、重曹等のイオン
強度の低い溶液につけることによって、肉の二つの構成
要素の一つであるミオシンフィラメントを部分的に脱重
合させることで肉を柔らかくすることも行われている。

【０００３】超音波の筋肉に及ぼす効果については、従
来より筋肉の構成要素の一つであるアクチンフィラメン
トを細断するために周波数１２kHz程度の強力超音波を
照射することは行われている。また、死後硬直直後の筋
肉に対して超音波を照射して筋肉がどのように柔らかく
なるのかも研究されている。たとえば、1991 アイイイ
イウルトラソニックシンポジューム pp.1371-1374:
テンダライゼーションセミテンディニアスマッスルユ
ージングハイインテンシティウルトラサウンド:エヌ
ビスミスエトアル(1991 IEEE ULTRASONICS SYMPOSI
UM pp. 1371―1374:Tenderization of Semitendinosus
Muscle Using High Intensity Ultrasoundモ: N.B. Smi
th et al.)。

【０００４】筋肉の固さを計測する手段としては、一般
には、ワーナー・ブラッツラーせん断計測法によって直
接せん断応力を測定し、筋肉の固さを計測する手法があ
るが、他にも超音波を用いて非接触的に筋肉組織の固さ
を計測する音響弾性イメージング法もある。たとえば、
1990 ドクターズディザテーション (ユニバーシティオ
ブロチェスタ, ロチェスタ, ニューヨーク):プリンシ
プルオブソノエラスティシイティイメージングアン
ドイツアプリケーションズインハードツーモアデ
テクション: エスアールハング(1990 Doctor's disse
rtation (University of Rochester, Rochester, New Y
ork): Principles of SonoelasticityImaging and Its
Applications in Hard Tumor Detection: S.R. Huan
g)。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記従来技術のうち肉
を寝かせることで柔らかくすることについては、その放
置時間が肉の種類および放置環境によってまちまちであ
り、また、十分柔らかくするために必要な時間は少なく
とも一日以上はかかり、衛生面あるいは調理の簡便性か
らいって任意の時間に対応して調理を行うには問題があ
った。また、重曹を用いて柔らかくすることについて
は、肉の中に重曹が十分に浸透するには肉の塊の大きさ
に応じて十分な時間が必要であり、また、溶液のイオン
強度によって操作を行うために、イオン強度を保つため
肉を調理する溶液組成について任意の組成を用いること
はできなかった。

【０００６】また、超音波を用いて肉を柔らかくするこ
とについても、ただ超音波を照射するのみでは筋肉組織
を必要以上に破壊してしまい肉本来の旨みを失ってしま
う可能性があった。そのため、調理のために超音波を用
いるには何かしら肉の柔らかさを評価しその結果に応じ
て超音波を制御する手段が必要であった。

【０００７】本発明は、迅速にかつ品質の安定した柔ら
かさを持つ肉を作る装置を提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記課題の迅速にかつ品
質の安定した柔らかさを持つ筋肉組織を作るには、
（１）超音波を筋肉組織にある評価手段に基づいて一定
時間照射すれば良い。評価手段として、操作者の経験あ
るいは目視の手段を用いる場合は、照射時間は手動タイ
マーによって制御すればよい。評価手段として、肉の重
量を用いる場合は、重量計を用い、その重量に応じた時
間だけ超音波を照射させるように自動的に照射時間タイ
マーを設定させれば良い。あるいは、肉の重量を表示し
て、操作者が手動で照射時間タイマーを設定すれば良
い。また、評価手段として肉の固さを調べる場合は、そ
の固さの変化を観察しながらその結果に応じてその強度
および照射時間を調節すればよい。また、筋肉の固さの
変化を観察する手段については、（２）加振器から可聴
領域周波数の音波を上記超音波とは別に筋肉組織に入力
して、上記超音波のエコーのドップラー効果の割合を入
力音波の強度変化とともに観測すればよい。あるいは、
肉の電気伝導度の上昇を観察して、一定の伝導度になる
まで超音波を照射させれば良い。

【０００９】あるいは、筋肉に音波を導入する加振器か
ら入力された加振力と加振器の振幅との関係の変化を観
測したり、筋肉中を通過する超音波の音速の変化を観測
したり、超音波の吸収の変化を測定すればよい。また、
超音波による筋肉組織の柔軟化をより効果的に行わせる
には（３）反応溶液中にピロリン酸を加えればよい。

【００１０】

【作用】（１）強力超音波によって筋肉が柔らかくなる
過程は以下に示すとおりである。まず、筋肉組織に強力
超音波を照射すると、筋肉中のアクチン、ミオシン等の
疎水結合で重合しているフィラメントを切断することが
できるが、これは、超音波によって筋肉中に発生したキ
ャビテーション気泡がもたらす流体力学的な力によると
考えられる。ところで、これら二種類のフィラメントは
死後硬直後、クロスブリッジを作ることで互いに固く結
合しており、筋肉の固さの大半はこの互いに固く結合し
た二種類のフィラメントに依っている。したがって、こ
れらのフィラメントを切断することで、筋肉はその最小
構成単位レベルで柔らかくなる。

【００１１】（２）超音波を照射して筋肉を柔らかくす
るとき、この筋肉に可聴領域周波数Fの音波を照射する
ことによって、筋肉組織は一定加振力に対して

【００１２】

【数１】

【００１３】で示されるような、振幅ξ0の振動を行
う。この振幅ξ0と加振力との関係は、筋肉の固さを反
映しており、筋肉の振動速度は

【００１４】

【数２】

【００１５】として与えられる。従って、振動数fの超
音波

【００１６】

【数３】

【００１７】を、この筋肉に照射した場合、その超音波
はドップラー効果により変調され、

【００１８】

【数４】

【００１９】のような、振動が観測される。ただし、こ
こでθは、可聴領域音波と強力超音波とのなす角であ
る。したがって、この観測した超音波の振動数のfから
のずれの大きさの最大値

【００２０】

【数５】

【００２１】の変化を観測することで、振幅ξ0を見積
もることができ、その結果、筋肉がどの程度柔らかくな
ったかを見積もることができる。また、超音波の音速の
変化で、筋肉の柔らかさを見積もる場合は、その音速が
１５８０m／sから、筋肉組織の破壊にしたがって徐々に
減少してゆくのを観測し、好みの固さになるところまで
超音波を照射する。また、超音波の吸収を用いて筋肉の
柔らかさを見積もる場合は、厚みあたりの超音波の吸収
α／fが、筋肉組織の破壊にしたがって１．２５×１／
１０⁷s／cmから減少してゆくのを観察する。

【００２２】（３）筋肉の固さの由来は、筋肉を構成し
ている二種類のフィラメントがクロスブリッジを形成し
ていることによるが、これらのフィラメントは反応溶液
中にピロリン酸を加えることで筋肉中のクロスブリッジ
がはずれ、生体中の弛緩状態と同じ状態にすることがで
きる。したがってこの状態で超音波を照射することで、
超音波による肉の調理効果を高めることができる。

【００２３】

【実施例】図１に、本発明の基本構成を示したブロック
図を示す。本発明では、ピロリン酸を含む調理溶液２を
満たした容器３中に、調理する肉１が、強力超音波を発
生する音源５と可聴領域音波を発生する加振器４の間に
はさまれるかたちで固定されている。信号発生器７より
発生させた１kHz〜２MkHzの電気信号は、超音波音源５
によって超音波に変換された後、筋肉１に照射される。
また、信号発生器６より発生させた１０〜１０００Hz程
度の電気信号も同様に加振器４によって音波に変換され
た後、筋肉１に導入される。音源４より照射された音波
によって筋肉１中で引き起こされた振動は、音源５より
発信された超音波のドップラー効果として音源５をマイ
クとして利用したとき、これをもちいて観測することが
できる。

【００２４】超音波音源５で捕えた超音波は、電波のFM
変調方式の再現手段と同様の手段によって、ローパスフ
ィルター８を介して、ドップラー効果の要素のみを取り
出すことができる。ドップラー効果の要素の取り出し方
は、観測超音波

【００２５】

【数６】

【００２６】に入射超音波と同じ振動数の信号ｃｏｓ
（２πｆｔ）あるいはｓｉｎ（２πｆｔ）を掛けあわせ
ると、三角関数の加法定理の関係、２ｃｏｓＡｃｏｓＢ＝ｃｏｓ（Ａ＋Ｂ）＋ｃｏｓ（Ａ−
Ｂ）あるいは、２ｃｏｓＡｓｉｎＢ＝ｓｉｎ（Ａ＋Ｂ）−ｓｉｎ（Ａ−
Ｂ）から、結果は、振動数２ｆの項とドップラーシフトの項
の和となることから、ローパスフィルターを通過させる
とドップラーシフトの項の成分のみを取り出すことが出
来る。

【００２７】取り出されたドップラー成分は、加振器の
加振力の大きさの情報とともに解析、制御装置９で解析
され、その結果をもとに肉１の固さの変化を見積もり、
超音波発生装置７を制御する。ここで、加振器４および
強力超音波音源５の周波数が一定の場合は、筋肉が目的
とする固さにやわらかくなるまで超音波を照射し続け、
目的とした固さに達したところで強力超音波の照射を停
止させればよい。また、筋肉中の超音波の定在波発生に
よる調理効果のむらが顕著に現れないように周波数を微
妙に振動させた超音波を照射すればよい。

【００２８】本実施例では筋肉に対して装置を利用した
が、肝臓などの内臓組織、繊維質等に対しても同様に用
いることができる。また、本実施例では、超音波の発生
源を、その反射波の捕獲マイクとして兼用したが、この
超音波発生源を複数の超音波発生源をアレー状に配置し
て、これらの位相を調節することで電子レンズを作り、
特定の位置に超音波を集中照射したり、特定の位置の超
音波を観測してもよいし、別に集音マイクを設置しても
よいし、試料に対する反射波のみならず回折波、透過波
等を検出してもよい。

【００２９】さらに、本実施例では、試料１の固さを音
波のドップラー効果を応用して計測したが、試料中を伝
わる超音波の音速の変化、吸収の変化を計測してもよい
し、あるいは、試料に振動を励起する加振器の加振力と
それによって生ずる振動振幅の関係の変化を観測しても
よい。固さの変化のみを計測する場合は、加振器の出力
加振力を一定にして、ドップラー成分の変化を計測する
のみで十分である。また、本実施例では試料を溶液中に
つけて超音波を照射したが、超音波発生源と試料が密着
する状態では溶液を用いなくてもよい。

【００３０】また、本実施例では筋肉の固さ情報を利用
した強力超音波の制御を行っているが、簡略化した装置
においては筋肉の固さ情報を検出しなくても、筋肉をや
わらかくするために、重量計で計測した肉の重量から見
積もった時間だけ強力超音波を照射したり、手動でタイ
マーに設定した超音波強度、照射時間で超音波を照射し
てもよい。

【００３１】より詳細には、図２の構成図に示したよう
に室温が常に４度になるような加熱冷却器１１を備えた
容器中で、肉１に超音波が導入できるように超音波発生
器５を組み込んだ皿１２の上に肉１を乗せ、この肉の重
量を重量計１３で計る。ここで計った肉の重量に応じて
超音波照射時間を制御するタイマーに時間を設定する。
タイマーへの時間設定は、（照射時間）＝（照射強度）×（肉の重量）で決めることが出来る。また、重量のみを操作者に表示
して、操作者が好みに応じてタイマー時間を手動で設定
しても良い。

【００３２】あるいは、図３に示したように調理したい
肉１を超音波音源を組み込んだ皿１２と、押さえ板１４
との間に挾み、送風口から室温が常に４度となるように
高湿度の空気を送風し、皿１と押さえ板１４とに取り付
けた電極１７の伝導度の変化を観察して、超音波によっ
て肉がやわらかくなるにつれて伝導度が上昇する事を観
察し、適当な伝導度になったところで超音波の照射を停
止させても良い。また、この、肉の伝導度を計測する手
法は、凍結した肉を解凍させるときに、解凍するに従っ
て伝導度が上昇することから、解凍の程度の観察手段と
しても用いることが出来る。

【００３３】従って、本発明は、図４に示したように冷
蔵庫の中に解凍室２０として組み込んで、冷凍保存した
肉を解凍し、同時に肉をやわらかく調理することができ
る。

【００３４】

【発明の効果】本発明は、強力超音波照射装置と、筋肉
の固さの変化を連続的に計測する装置を組み合わせたこ
とにより、迅速にかつ品質の安定した柔らかさを持つ肉
を提供することができるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例の基本構成を示したブロック
図。

【図２】本発明の超音波照射部位の実施例の一つを示し
た構成図。

【図３】本発明の超音波照射部位の実施例の一つを示し
た構成図。

【図４】本発明を適用した冷蔵庫への装置の組込例を示
した構成図。

【符号の説明】

１…筋肉、２…溶液、３…容器、４…可聴領域加振器、
５…超音波音源、６…信号発生器、７…信号発生器、８
…ローパスフィルター、９…解析、制御装置、１０…断
熱材、１１…加熱冷却器、１２…皿、１３…重量計、１
４…押さえ板、１５…スプリング、１６…送風口、１７
…電極、１８…冷凍室、１９…冷蔵室、２０…解凍室、
２１…野菜室。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】試料に超音波を導入できるように配置され
た超音波発生源と、超音波の照射時間あるいは照射強度
を制御する手段とを具有することを特徴とした超音波調
理器。
【請求項２】超音波の照射時間を制御する手段として手
動タイマーを用いたことを特徴とした請求項第１項記載
の超音波調理器。
【請求項３】超音波の照射時間あるいは照射強度を制御
する手段として、試料の固さを計測する手段と、試料の
固さに応じて超音波発生源を制御する手段を有すること
を特徴とした請求項第１項記載の超音波調理器。
【請求項４】前記試料の固さを計測する手段において、
可聴領域音波を試料に導入できるように配置された加振
器と、試料に照射した超音波の反射波あるいは透過波あ
るいは回折波を検出するように配置された音響マイク
と、この捕獲した音波のドップラー変調を解析する手段
とを具有することを特徴とした請求項第３項記載の超音
波調理器。
【請求項５】前記捕獲した音波のドップラー変調を解析
する手段として、周波数変調装置をもちいたことを特徴
とする請求項第４項記載の超音波調理器。
【請求項６】前記試料の固さを計測する手段において、
試料に照射した超音波の反射波あるいは透過波あるいは
回折波を検出するように配置された音響マイクと、上記
試料中を通過する超音波の音速を計測する手段、あるい
は上記試料中で吸収された超音波の割合を検出する手段
を具有することを特徴とする請求項第４項記載の超音波
調理器。
【請求項７】上記試料を漬けた溶液中にピロリン酸を含
んだことを特徴とする請求項第１項記載の超音波調理
器。
【請求項８】手動タイマーの時間設定の目安とするため
に、試料の重量を計る重量計を組み込んだことを特徴と
する請求項第２項記載の超音波調理器。
【請求項９】超音波の照射時間を制御する手段として、
試料の重量を計る重量計と、その重量計で計った試料の
重量に応じて超音波の照射時間を設定する自動タイマー
を組み込んだことを特徴とする請求項第１項記載の超音
波調理器。
【請求項１０】超音波の照射時間を制御する手段とし
て、試料の電気伝導度を計る手段と、その電気伝導度の
変化に応じて超音波の照射を制御する制御装置とを組み
込んだことを特徴とする請求項第１項記載の超音波調理
器。
【請求項１１】超音波調理器を含む容器内の温度あるい
は湿度を一定にする手段を付加したことを特徴とした請
求項第１項記載の超音波調理装置。
【請求項１２】容器内の温度あるいは湿度を一定にする
手段と、冷凍試料の解凍の度合いを見積もる手段とし
て、試料の電気伝導度を計る手段を組み込んだ解凍装
置。