JPH10117754A - 含水物の保存方法及び装置 - Google Patents

含水物の保存方法及び装置

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JPH10117754A
JPH10117754A JP27356396A JP27356396A JPH10117754A JP H10117754 A JPH10117754 A JP H10117754A JP 27356396 A JP27356396 A JP 27356396A JP 27356396 A JP27356396 A JP 27356396A JP H10117754 A JPH10117754 A JP H10117754A
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JP
Japan
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brine
storage
temperature
water
hydrate
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JP27356396A
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English (en)
Inventor
Takayuki Usui
孝幸 薄井
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D M L KK
Dml Kk
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D M L KK
Dml Kk
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  • Freezing, Cooling And Drying Of Foods (AREA)
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 0℃以下の保存温度で、含水物を凍結させな
い保存方法及び装置を得る。 【構成】 含水物に超音波による振動を与えながら、0
℃以下に保存する含水物の保存方法。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【技術分野】本発明は、含水物を凍結させずに保存する
方法及び装置に関する。
【0002】
【従来技術及びその問題点】野菜、果物、魚、肉等の含
水物、豆腐、卵焼等の加工食品、植物の種子、医療分野
での移植用の臓器、輸血用血液、血液製剤、人工受精用
の精子、卵子等の含水物を長期保存するためのキーは、
含水物中の水を凍らせることなく、0℃以下のできるだ
け低い温度に保存するかにある。0℃以上の保存温度で
は勿論、−1〜−3℃の保存温度でも、低温細菌と呼ば
れるバクテリアが活動し、腐敗現象が避けられない。
【0003】含水物には、0℃でも凍結しないものがあ
るが、これは、含水物自身が内部に溶解物を含む水を抱
き込んでいるか、または結合水として凍結に関わらない
水を多く持っていると、凍結点が下がるからであると考
えられている。しかし、実際の凍結点は、−1〜−3℃
程度であり、仮に0℃以下の保存温度で凍結しないとし
ても、低温細菌の被害から逃れることはできなかった。
【0004】一方、含水物中の水分が凍結すると、水分
が凍結する際に生成される氷結晶が組織や細胞を破壊す
る。従来行なわれている急速凍結は、最大氷結晶生成帯
を素早く通過させて氷結晶の成長を抑制する試みである
が、如何に素早く急速凍結を行なっても、氷結晶の体積
は水体積の約10%以上増加するため、内部でひずみが
生じ、細胞破壊や組織破壊に繋り、解凍時にドリップが
生じる。
【0005】また、加工食品では、糖質や脂質を添加す
ることで凍結温度を下げ、0℃以下の温度でも凍結しな
い不凍化方法が提案されている。この方法は、−1〜−
3℃でも凍結しない含水物の上記理論を踏襲したもので
あるが、かなりの量の糖質や脂質を水和させなければ凍
結温度を下げることができないばかりか、含水物自体の
品質を変化させてしまうため、加工食品以外の含水物に
は事実上適用することができない。
【0006】
【発明の目的】従って本発明は、含水物を、含有水分を
凍結させることなく0℃以下の十分低い温度で保存する
方法及び装置を得ることを目的とする。
【0007】
【発明の概要】本発明は、含水物を0℃以下に冷却して
いく際、外部エネルギー源により振動を与えると、凍結
温度が下がり、過冷却状態にできることを見出して完成
されたものである。
【0008】すなわち本発明方法は、含水物に、超音
波、遠赤外線、電磁波等の外部エネルギーを当てて、該
含水物中の水の分子に運動を与え、その状態で0℃以下
の保存温度に保存することを特徴としている。本発明方
法による含水物中の水の不凍化のメカニズムは、外部エ
ネルギーにより含水物中の水分子を振動させると、水分
子間の水素結合が妨げられ、このため未凍結状態が維持
されると考えられる。
【0009】本発明装置は、0℃以下の保存温度を実現
する保存室と;この保存室内に収納した含水物に、超音
波、遠赤外線、電磁波等の外部エネルギーを当てる外部
エネルギー源と;を備えたことを特徴としている。外部
エネルギーとして超音波を用いる場合、発振周波数20
kHz以上の超音波によって好ましい結果が得られる。
【0010】保存室の具体的構造は、種々可能である
が、例えば二重壁構造から構成し、この二重壁により形
成したブライン空間内に0℃以下の保存温度に温度管理
されたブラインを供給することにより、0℃以下の保存
温度を実現することができる。さらに二重壁によるブラ
イン空間内には、制御温度の異なる複数の循環ブライン
管路を接続することができ、保存室内に貯留した含水物
の温度に応じて、この複数の循環ブライン管路を選択使
用し、二重壁内に供給するブラインの温度を変化させる
ことができる。保存室に供給するブライン温度は、含水
物の温度の低下に応じて低下させることが好ましい。
【0011】さらに、保存環境を減圧することにより、
沸点が下がるため0℃以下の保存環境が得やすくなり、
しかも減圧によって空中の空気分子を少なくすれば、超
音波等の外部エネルギーをより効率的に含水物に伝達す
ることができる。
【0012】
【発明の実施形態】図1は、本発明による含水物の保存
方法の原理を確認した図である。ブライン槽11にはブ
ライン12が満たされている。ブライン槽11の底部に
は超音波振動子13が設置されており、その出力は外部
操作装置14により調整できる。ブライン槽11内に
は、冷凍機20の蒸発器21が位置しており、蒸発器2
1は、周知の冷凍サイクルの要素、圧縮ポンプ22、凝
縮器23、キャピラリーチューブ24に接続されてい
る。ブライン槽11内には、ブラインの循環を促す循環
ファン15が設置されている。冷凍機20によるブライ
ンの冷却能力は、−15℃程度であり、その温度は設定
温度±0.5℃程度に制御される。超音波振動子13の
発振出力は、20KHz〜40KHzの範囲で調節可能
である。
【0013】実験のために、ブライン12の表面に水3
1を入れたビーカー30を浮かべ、超音波振動子13に
よりブライン槽11内のブライン12を介してビーカー
30に超音波振動を与えながら、冷凍機20によりブラ
イン12を0℃以下に冷却した。水31の温度を温度計
32で計測しながら、ブライン12を冷却していったと
ころ、ビーカー31内の水30は、−3℃〜−8℃に達
しても凍結しなかった。超音波振動子13の出力は、2
0KHz〜40KHzで変化させた。20KHz付近の
成績が最もよかった。
【0014】図2は、以上の原理に基づき、保存庫内に
入れた含水物に超音波振動を与える本発明による保存装
置の一実施形態を示している。恒温室41内には、上下
二段に中空の保存室42が備えられている。保存室42
は、二重壁構造からなっていて、その内壁42aと外壁
42bの間にブライン空間42cが形成されている。保
存室42内には、その天井部分に超音波振動子13が配
設されている。
【0015】図3は、気中で効率的に超音波を発生する
ことができる超音波振動子13の例を示している。この
超音波振動子13は、振動子13aの先端に、固定ねじ
13cにより、保存室42の気中に露出される振動板1
3bを固定したもので、振動板13bの大きさと形状が
保存含水物の性質に応じて定められる。このような気中
で超音波を発生するために、振動板13bの材質は、チ
タンまたはアルミニウムが好ましい。また振動子13a
は、チタンが好ましい。照射方向と強度は、振動板13
bの平面形状だけでなく、立体形状(波板等)によって
も、設定することができる。
【0016】保存室42には、その二重壁構造によるブ
ライン空間42c内に、異なる温度のブラインを供給す
る二系統の循環ブライン管16、17が接続されてお
り、これらの循環ブライン管16、17は、保存室42
の外部で恒温室41の内部に置いたブライン冷却槽2
6、27に接続されている。この実施形態では、循環ブ
ライン管16に流すブラインの設定温度を0℃、循環ブ
ライン管17に流すブラインの設定温度を−10℃とし
ており、ブライン冷却槽27側に、冷凍機20が設置さ
れている。循環ブライン管17を介して保存室42内を
流れたブラインはブライン冷却槽26に戻り、循環ブラ
イン管16を介して保存室42に流れたブラインは、ブ
ライン冷却槽27に戻る。ブライン冷却槽26側にも冷
凍機20を設置することができる。18はポンプ、19
は三方弁である。
【0017】上記構成の本装置は、保存室42内の空間
に含水物、例えば生鮮食品を収納し、まず循環ブライン
管16を用いて保存室42のブライン空間42c内に設
定温度0℃のブラインを供給し、循環させる。保存室4
2内の含水物の中心温度が0℃近傍に達したら、三方弁
19を介して、循環ブライン管16による設定温度0℃
のブラインの供給を停止し、循環ブライン管17による
設定温度−10℃のブラインの供給を開始する。超音波
振動子13による超音波の発振は、食品の中心温度が0
℃に達する以前に開始しておく。
【0018】この装置によると、超音波振動子13から
発振された超音波が保存室42内の含水物に与えられ
て、該含水物中の水分子に振動が与えられる。この状態
で0℃以下の保存温度に至るため、水分子の凍結が妨げ
られ、0℃以下の保存温度でも氷結しない保存環境を実
現することができる。超音波が保存室42の内壁42a
で高い反射率で反射するように、内壁42aは、例え
ば、ステンレススチールから構成することが好ましい。
【0019】以上の二系統の循環ブライン管に流すブラ
インの設定温度は、一例を示すものであり、より多くの
循環ブライン管により、より細分化された設定温度のブ
ラインを選択使用することができる。
【0020】外部エネルギー源としては、超音波の他、
遠赤外線、電磁波等の利用が考えられる。また保存室4
2の内壁42aの壁面に、遠赤外線を放出するセラミッ
クス材料を添着することもできる。
【0021】次に、図4は、保存環境を減圧状態(真空
状態)にすることにより、保存温度を下げ、その状態で
含水物に超音波(外部エネルギー)を与えるようにした
実施形態を示している。4Torr以下の真空状態(条件)
にすれば、水は氷結(自然凍結)することが知られてお
り、この装置は、この現象を利用したものである。
【0022】開閉扉51により開閉可能な冷却チャンバ
ー52内には、内部受棚53が設けられている。この内
部受棚53上には、含水物の保持トレイ54が備えら
れ、この保持トレイ54には、外部の温度指示計55に
接続された温度センサ56がセットされている。冷却チ
ャンバー52の天井部分には、外部操作装置57によっ
て発振周波数の調整ができる超音波振動子13が取り付
けられ、この超音波振動子13から発振された超音波
は、保持トレイ54上の含水物に照射される。冷却チャ
ンバー52の天井部分にはまた、べーパーパイプ58が
開口し、このべーパーパイプ58は、冷凍機59によっ
て冷却されるコールドトラップ(冷凍凝縮器)60に接
続されている。コールドトラップ60はまた、真空ポン
プ61に接続されていて、冷却チャンバー52内の空気
は、真空ポンプ61を介して排気される。冷却チャンバ
ー52には、リークバルブ63と圧力計64とが接続さ
れている。
【0023】以上の装置は、保持トレイ54の上に非凍
結保存を要する含水物を載せ、開閉扉51を閉め、リー
クバルブ63を閉じる。冷凍機59を運転してコールド
トラップ60を−20〜−30℃に冷却するとともに、
真空ポンプ61を運転して、コールドトラップ60、べ
ーパーパイプ58を通して、冷却チャンバー52内の空
気を排気し、該冷却チャンバー52内の圧力を4Torrか
ら2Torrに調整する。すると、冷却チャンバー52内の
温度は、氷結点以下となる。
【0024】一方、別に外部操作装置57を介して超音
波振動子13を運転し、保持トレイ54上の含水物に2
0kHzから40KHzの超音波を照射する。すると、
含水物中の水分には、超音波による微振動が与えられ、
氷結点以下の保存温度でありながら、その氷結が阻止さ
れる。冷却チャンバー52内の温度は、コールドトラッ
プ60の冷却温度、冷却チャンバー52内の真空度によ
って調整できる。
【0025】運転を終了するときは、冷凍機59と真空
ポンプ61の運転を止め、リークバルブ63を徐々に開
いて冷却チャンバー52内の圧力を大気圧に戻し、開閉
扉51を開けて保持トレイ54上の保存含水物を取り出
す。
【0026】以上の説明における4Torrから2Torrとい
う冷却チャンバー52内の圧力は、一例を示すもので、
これより真空度が低い(圧力が高い)減圧環境でも、保
存温度を下げる効果がある。
【0027】
【発明の効果】以上のように本発明によれば、0℃以下
の保存温度でも含水物中の水分子を凍結させることがな
い保存環境を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による含水物の保存方法の原理を実験し
た装置の図である。
【図2】本発明による含水物の保存装置の一実施形態を
示す図である。
【図3】図2の保存装置に用いる超音波振動子の具体例
を示す図である。
【図4】本発明による含水物の保存装置の他の実施形態
を示す図である。
【符号の説明】
13 超音波振動子 14 外部操作装置 16 17 循環ブライン管 20 冷凍機 26 27 ブライン冷却槽 41 恒温室 42 保存室 42a 内壁 42b 外壁 42c ブライン空間 51 開閉扉 52 冷却チャンバー 54 保持トレイ 58 べーパーパイプ 59 冷凍機 60 コールドトラップ 61 真空ポンプ

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 含水物に、超音波、遠赤外線、電磁波等
    の外部エネルギーを当てて、該含水物中の水の分子に運
    動を与え、その状態で0℃以下の保存温度に保存するこ
    とを特徴とする含水物の保存方法。
  2. 【請求項2】 請求項1において、外部エネルギーは、
    発振周波数20kHz以上の超音波である含水物の保存
    方法。
  3. 【請求項3】 請求項1または2において、さらに減圧
    下で、含水物の品温を0℃以下に保つ含水物の保存方
    法。
  4. 【請求項4】 0℃以下の保存温度を実現する保存室
    と;この保存室内に収納した含水物に、超音波、遠赤外
    線、電磁波等の外部エネルギーを当てる外部エネルギー
    源と;を備えたことを特徴とする含水物の保存装置。
  5. 【請求項5】 請求項4において、外部エネルギー源
    は、発振周波数20kHz以上の超音波振動子である含
    水物の保存装置。
  6. 【請求項6】 請求項4または5において、さらに保存
    室の圧力を下げる減圧装置が備えられている含水物の保
    存装置。
  7. 【請求項7】 請求項4ないし6のいずれか1項におい
    て、保存室は、二重壁構造からなり、この二重壁によっ
    て形成されたブライン空間内に0℃以下の保存温度に温
    度管理されたブラインが供給される含水物の保存装置。
  8. 【請求項8】 請求項7において、二重壁によって形成
    されたブライン空間内には、制御温度の異なる複数の循
    環ブライン管路が接続されており、保存室内に貯留した
    含水物の温度に応じて、この複数の循環ブライン管路を
    選択使用し、上記ブライン空間内に供給するブラインの
    温度を変化させる含水物の保存装置。
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