WO2010076886A1 - 多機能性有機物低温加工処理装置 - Google Patents

Abstract

　被処理物の低温下における表面と芯部の同時加工処理を、低温伝導率の高い水中で、低温不活性ガスの自然的な無酸素の微細な気泡の水中破裂で生じる超音波とキャビテーションエネルギーによって行う多機能性有機物低音加工処理装置を提供する。　熱伝導率の高い低温の水中で、無酸素の微細な気泡(１４)を破裂させた際のキャビテーションエエネルギー(２０)を利用して、可能な限り被処理物の表面と芯部の凍結時間差を減少させることで、食材・食品および、生体組織・生体細胞等の変性・破損を防止して鮮度維持を図る。

Description

多機能性有機物低温加工処理装置

　本発明は、グローバルに流通する食材・食品および、医学研究・臨床のための生体組織・生体細胞等を低温加工処理するための多機能な有機物低温加工処理装置に関する。

　食材・食品の冷凍加工、解凍処理を始めとする低温加工処理技術では、被処理物（被冷凍物、被解凍物）とその周囲環境の温度差によって低温加工処理が行われているが、同一分野であるにも係らず、多くの低温加工処理分野で用いられる機器は、それぞれ単一の目的・用途でしか使用することができない。すなわち現在、冷凍加工、解凍処理、チルド保存、低温洗浄、低温滅菌や、低温加工処理の最大の目的である鮮度維持等を同時に行うことができる多機能機器を格安価格で提供することが望まれているが、このような要求を満足させる機器はない。

　従来の冷凍加工で最も多く用いられている冷凍方法としては、冷却装置によって低温倉庫内における気中の相対湿度を低下させ、乾燥した気中で被冷凍物を長時間かけて冷凍する気中における温度差冷凍方法や、さらに真空ポンプによって低温倉庫内の真空度を上げて冷凍する気中における温度差冷凍方法、あるいは、冷却装置によってタンク内の不凍水を冷却し、当該不凍水中で被冷凍物を長時間かけて冷凍する水中における温度差冷凍方法等が挙げられる。また、周知のように、液化窒素ガスを直接食材・食品等の被冷凍物に接触させて超低温下で冷凍する直接接触冷凍方法もあり、この方法は、医学研究・臨床のための生体組織・生体細胞の保存にも用いられている。

　ここで、前記した水中における温度差冷凍方法は、高価で消費電力の大きい冷却装置によって冷却したエチルアルコール等の添加不棟水の中に被冷凍物を投入し、低温不凍水中で自然な熱吸収を図って冷凍するものである。この方法は、気中よりも熱伝導率の良い水中で冷凍を行うため、冷凍時間が短縮される。しかし、この方法は、被冷凍物の表面（外部）から芯部までの熱を徐々に奪いながら冷凍を行うため、被冷凍物自体の熱伝導率の差から生体蛋白質の偏差が生じるとともに、水分凍結後の結晶形状にも偏差が出て細胞膜の破損が生じる。このような問題を解消するためには、被冷凍物の表面と芯部とを可能な限り同時に凍結させるしかないが、従来はこのような方法は皆無であった。また、前記した直接接触冷凍方法は、液化窒素による－１９６℃での冷凍加工が食材・食品等の被冷凍物の組織状態と味を逆に損なう結果となっており、無駄なエネルギーとコストアップに繋がっているのが現状である。

　一方、従来の解凍方法としては、気中で長時間放置して自然解凍する気中における温度差解凍方法や、常温の水道水を流したままにして水温の維持を図り、当該水道水との温度差によって被解凍物を解凍する水中における温度差解凍方法、あるいは、冷凍温度から冷蔵温度に移し、その温度差によって被解凍物を徐々に解凍する温度差解凍方法等が挙げられる。これらの方法は、被解凍物の品質および鮮度の維持を図るため時間をかけて解凍を行うものであるが、前記した気中における温度差解凍方法は、逆に被解凍物の乾燥劣化を起こす原因となる。

　なお、前記した解凍方法の他にも、冷蔵室を真空にするとともに高周波帯の電磁波雰囲気にし、被解凍物自身の分子摩擦熱によっての解凍する方法も考えられるが、この方法でも、真空環境から相対湿度が低下することで被冷凍物の乾燥劣化が避けられないという問題が生じる。また、タンク内に貯められた貯留水に被解凍物を浸潤させて温度差解凍する方法等も考えられるが、この方法では、被解凍物の投入によってタンク内の貯留水が瞬時に低温化して温度差解凍が不能になるという問題が生じる。なお、その対策のためにタンク内の貯留水に高温の蒸気を吹き込んで温水化しながら温度差解凍する方法も考えられるが、５℃を境に雑菌が急速に繁殖し、鮮度の劣化が避けられなくなる。従って、理想の解凍方法としては、前記したような温度差解凍ではなく、０℃に極限まで近い雰囲気環境で、低温乾燥を避け、生体蛋白質を含む生体組織を変化させずに、分単位で解凍可能な、しかも冷凍や解凍の度合い調節も可能な低温加工処理技術が望まれるが、このような技術は現在では皆無である。

　また、前記したように、冷凍加工および解凍処理のための機器は、それぞれ単独の目的のための機器しかなく、同一分野である冷凍加工、解凍処理、チルド保存、低温洗浄、低温滅菌、鮮度維持等の機能を同時に備える機器はない。すなわち、単一の目的および用途に使用される機器しかない状況である。

　近年、わが国を含めた先進各国では、医学研究・臨床のための生体組織・生体細胞の冷凍保存では、前記したように、－１９６℃環境下における液化窒素瞬間冷凍によって保存することが常識であるが、卵子精子等の微細細胞ですら、液化窒素ガスによる保存過程で細胞水が蒸散枯渇状態となる。このような微細細胞の解凍蘇生では、解凍技術よりも発散水分に対する自己吸収力の可否がシャーレー内で試され、水分吸収に優れていることが細胞蘇生のための別れ道となる。一方、大きな生体組織、すなわち、臓器移植や臓器病理研究のための生体組織の冷凍および解凍においては、物理的な容積は前記した卵子精子とは比較にならず、必然的に低温加工処理技術が必要となる。しかし、残念ながら、現在の解凍技術では、病理研究の役には立たない。

　同時に、食材・食品を低温加工処理する大規模工場ならまだしも、中小規模工場や医学研究分野においては、冷凍加工、解凍処理等の低温加工処理を連日連夜続行することはなく、種々の低温加工処理の必要性が単発的に発生するに過ぎない。しかし、前記したように、冷凍加工、解凍処理、チルド保存、低温洗浄、低温滅菌等の機能を複数兼ね備えた機器はなく、これらの機器を目的に合わせて１台ずつ購入することは、例えば、中小規模工場を運営する中小企業にとっては大きな負担となる。また、中小企業、商店、医学研究室等で用いることができる多機能のポータブル機器等も皆無である。

　従って、これらの技術的背景を鑑みると、従来の低温加工処理技術は、現代社会の低炭素社会への移行とは逆行しており、大きなエネルギーロスを生んでいる。また、当然ながら冷凍鮮度の保全、または冷凍時の鮮度再現には程遠い状況である。

特開平０９－２６２０５０号公報

　冷凍魚介類を含んだ食材・食品および、医学研究・臨床のための生体組織・生体細胞等の冷凍加工保存、チルド保存、解凍、外部付着物の洗浄、付着微生物・ウィルス等の滅菌洗浄等の各種低温加工処理は、被冷凍物および被解凍物等の被処理物の大部分が水分から構成されており、この被処理物を酸素が大量に含有される気中で処理すること自体に矛盾がある。

　本来、魚介類は、水中に溶存する僅かな酸素によって一生を全うするものであり、地上の植物は水分を糧に生存し、動物細胞も水分枯渇状態では生存し得ないことは周知の事実である。

　寒冷低温環境では空気は乾燥し、宇宙の超低温環境では人間は瞬時に水分蒸散で絶命するために宇宙服がある。従って、冷凍庫や冷蔵庫でも相対湿度が低下して水分が蒸散し、それにより乾燥するため、このような雰囲気中で行う冷凍加工や解凍処理では鮮度劣化は仕方がないという先入観を持った低温加工処理が世の中に蔓延している。

　従来の冷凍加工も解凍処理も、そもそも、全てが温度差による自然的な熱伝導理論から成立しているが、０℃を境にして水という液体と氷という固体とに分かれる原理そのままの技術を用いて、それを遮断材や断熱材、あるいは、酸化促進剤でもある空気（大気）中で処理を行うことで、水分が蒸散し、かつ、乾燥劣化が生じる矛盾を改善すべきである。

　ましてや、人類社会で必需的な医学研究・臨床における生体組織の検証でもっとも回避すべき冷凍保存および解凍処理の段階における組織劣化は、時間および経済的ロスに加えて、貴重な生体組織の酸化劣化による組織破壊によって、研究が阻害されることを多くの医事者が唱えている。

　同時に、従来における冷凍加工および解凍処理のための冷却装置や加工処理ための格納庫の経済的負担は、－３５℃の冷凍温度で３０分間冷凍加工することを鮮度維持のための最低基準とすれば、１日５０トンの魚介類加工では、数億円もの金額となる。また、冷却装置で消費される電力料金も莫大で、イニシャルコストとランニングコストがかかるため、経済的負担も大きい。

　また、前記したように、冷凍加工、解凍処理、チルド保存、低温洗浄、低温滅菌、鮮度維持等の各機能は、使用される産業分野や機器開発製造分野も同一である。従って、同一機器に多機能性を持たせることができれば、製造原価も削減することができる。

　各産業分野で使用される機器は、時代の変遷によって適応・変化・進展するものであり、グローバルに流通する海老を含む冷凍魚介類のほとんどは、乾燥および鮮度劣化を防止する目的で水とともに冷凍されており、氷の中に海老が入っている状態、つまり、氷魂ブロック冷凍である。これも冷凍技術の一種の進展ではあるが、このようなブロック冷凍された被冷凍物は解凍することが難しく、ユーザーは解凍に長時間を費やし、時には温水による冷凍も余儀なくされている。

　しかし、このような解凍が難しい被冷凍物、例えば牡丹色の海老の氷魂ブロックを温水で解凍すると、海老味噌がつまった海老の半透明な頭部が崩れ、頭付きの海老としての商品価値がなくなる。このような頭部が崩れた海老は、わざわざ頭部を除去して商品として並べられるが、半透明なはずの胴体身は鮮度劣化によって白濁化してしまう。また、前記したように、５℃を超えると雑菌が増殖することは常識であり、例えば、主婦が解凍された海老をまな板で調理すると、まな板に雑菌が付着し、水道水による簡単な水洗いによっても中々落とすことができない。従って、消費者の安全という観点からも、一刻も早い低温加工処理技術の改善が望まれている。

　また、いかなる機器構成であっても、従来の機能性の欠点を解消し、かつ、機器製造コストを例えば従来の５０％以下として、設備費用とランニングコストを削減することが必要である。さらに、低温加工処理の時間を短縮し、必要な時に必要な量を処理でき、多くの有形無形のロスも解消しながら、より良い安全な冷凍、解凍を実現すべきである。

　冷凍加工および解凍処理で最も重要なことは、組織破壊を回避して最善の加工処理を行うために、０℃を境に水分子同士の水素結合によって液体から固体に変化する水と氷の特性を認識すること、すなわち、極言すればマイナス温度でも凍結しない世界もあることを認識し、前記した水と氷の特性を認識しつつ、無酸素状態で処理することが課題解決のための重要な要素である。

　従って、加圧を応用した各種処理、例えば高圧力下で生活する深海魚の冷凍加工や解凍処理での加圧処理は可能であるが、経済面から考えて、常圧環境下での加工処理が最善である。また、前記したように、従来の温度差冷凍・解凍方法は、被処理物の表面から放熱冷却を行うため、被処理物の物性による熱伝導率の差が大きい。また、周囲の環境自体が断熱性・遮断性の高い気中では、時間と経費のロスと共に鮮度劣化も避けられない。このような欠点の解消には、熱伝導率の良い水を利用し、自然原理を応用して水温に関係なく０℃でも水素結合の解除を行うことが最適であり、これにより、低温化かつ短時間で目的を達成することができる。

　従って、上記の原理から、本発明における低温加工処理においては、生体組織の変性・破損を回避して鮮度維持を図るために、水素結合をコントロールし、遮断材となる気中における加工処理を可能な限り避け、熱伝導率の良い低温の水中で低温加工処理を行う。また、液体の流れの中の圧力差によって微細な気泡の破裂が生じる現象である自然な超音波振動およびキャビテーションのキャビテーションエネルギーを利用する。

　すなわち、水中冷凍加工においては、被冷凍物の表面に対して水中で不活性ガスからなる無酸素の液化ガスを放出すれば、水との温度差で気泡化爆裂して微細な気泡を放出し、被冷凍物の表面に含有される水分が水素結合して凍結することを防止して、被冷凍物の芯部の温度が低下するまで表面の凍結を遅延させる。そして、被冷凍物の芯部が所定温度まで低下すると同時に、当該気泡の放出を停止する。これにより、被冷凍物の表面と芯部との凍結時間の差を減少させ、組織の変性・破壊を防止することで、被冷凍物の鮮度維持を図るが、被冷凍物の大きさによっては限界もある。

　また、解凍処理においては、冷凍加工とは逆に、可能な限り被解凍物の表面と芯部を同時解凍すること、および、可能な限り低温の水中で、かつ、可能な限り無酸素状態で解凍することが理想的である。従って、無酸素の微細な気泡によって被解凍物の酸化を防止するとともに、水中で発生したキャビテーションエネルギーによって、被解凍物の表面と芯部の水素結合を可能な限り同時に解除する。また、処理槽内の清水または海水の温度と被解凍物の表面に接触する処理水の温度差を気泡膜で解消し、かつ、前記した気泡を処理槽内に均一化させることで、無酸素の気泡が含まれる水流の攪拌を行った。

　そのために、本発明に係る多機能性有機物低温加工処理装置は、処理水（１）が充填されるとともに、被処理物が投入される処理槽（４）と、低温不活性ガス（６）が充填された不活性ガスボンベ（５）と、前記処理槽（４）内の壁面に沿って枠上に形成されるとともに、その一部が前記処理槽（４）の外部に延びて前記不活性ガスボンベ（５）と接続された槽内噴射管（８）と、前記処理槽（４）内の前記槽内噴射管（８）に形成されるとともに、前記処理槽（４）内に前記低温不活性ガス（６）で構成された気泡（１４）を噴射する噴射孔ノズル（７）と、前記処理槽（４）内の前記処理水（１）を循環させて、前記気泡（１４）を含んだ水流を発生させる高速回転翼気泡水流ポンプ（１８）とを備える構成とした。

　このような構成を備える多機能性有機物低温加工処理装置は、清水、海水あるいは不凍水等の処理水を冷却するために、液化窒素ガスや液化炭酸ガス等の低温不活性ガスを処理槽内に放出し、手動温度制御または自動温度制御によって低温不活性ガスの浪費を防止して必要温度の低温化を図ることができる。また、遮断性および断熱性の気中、または真空雰囲気環境下での低温加工処理を回避することで、気中とは比較にならない程の高い伝導率を備える処理水中で、分単位の処理時間で低温加工処理を行うことができる。

　また、処理槽内の処理水を循環させて、気泡を含んだ水流を発生させる高速回転翼気泡水流ポンプを備えることで、清水または海水等の処理水を流動させることで、被処理物の表面に接している水温の均一化を図り、熱伝導率を向上させて低温加工処理の時間を短縮することができる。

　また、高価で大電力を消費する人工の超音波発振装置や冷却装置を用いず、低温不活性ガスで水温を低下させるとともに、当該低温不活性ガスを処理槽内に噴射して当該処理挿内を無酸素の微細な気泡が充満した状態とすることで、気泡が水中で破裂することで生じる人工では得られない無指向性の自然な超音波およびキャビテーションエネルギーによって低温加工処理を行うため、安全で低廉な設備によって低温加工処理を行うことができる。

　なお、この気泡が水中との温度差で爆裂することによって発生する全周波数帯の超音波振動およびキャビテーションエネルギーを利用するに至ったのは、造船技術現場において、水中回転推進翼であるスクリューのボスおよびプロペラ表面が、金属銅の関連製品であるにも関わらず、長年の水中回転時に発生する気泡破裂によるキャビテーションによって破損が生じる場合があること、スクリュー近辺の気泡や航行中に船首が造波する際の気泡、サイドスラスターが受ける潮流による気泡等によって、キャビテーションエネルギーが発生し、海底測深器の超音波発振による反射波受信の際にノイズ混信で機能を失う場合があること、等に起因している。

　また、本発明に係る多機能性有機物低温加工処理装置は、単周波数または複数周波数帯の超音波を発振する超音波発振装置（２１）と、前記処理槽（４）内に設けられ、前記超音波発振装置（２１）から発振された前記超音波を前記処理槽（４）内に拡散させる水中拡散性振動素子（２２）とを備えることもある。

　このような構成を備える多機能性有機物低温加工処理装置は、従来の人工超音波発振装置から発振され、処理槽内に設けられた超音波振動素子から処理槽内に拡散された波長振動が、物理的性格から直進性を持っているため、処理槽内の処理水中に振動帯の大きな強弱差が発生する利点がある。従って、本発明は消費電力を抑えるとともに、高価な人工の超音波発振装置や冷却装置を用いずに機器をガスという物質に置き換え、低温加工処理を行うことができる。

　また、本発明に係る多機能性有機物低温加工処理装置は、前記高速回転翼水流ポンプ（１８）と接続されるとともに、前記処理水（１）を滅菌する滅菌装置（１７）と、前記滅菌装置（１７）に装填される金属銅ミクロン繊維不織布（２３）とを備えることが好ましい。

　このような構成を備える多機能性有機物低温加工処理装置は、滅菌装置によって処理水内を遊泳する雑菌類が滅菌処理される。なお、滅菌装置としては、例えば水中紫外線滅菌灯を用いることができる。また、金属銅ミクロン繊維不織布（２３）を用いることにより、滅菌装置による滅菌の効果を更に高める。

　また、本発明に係る多機能性有機物低温加工処理装置は、前記処理槽（４）の内部に、前記被処理物を格納する耐冷籠（２４）を備えることが好ましい。

　このような構成を備える多機能性有機物低温加工処理装置は、通常の冷凍、解凍、チルド、滅菌、洗浄、低温鮮度維持の低温加工処理において、処理槽の上部開口部位から槽内部に上下昇降可能な耐冷籠によって槽内に潜水し、時間経過によって上昇して気中に取り出す耐冷籠を備えることで、被処理物の格納が容易となる。なお、耐冷籠を複数設けることもでき、この場合は、籠ごとに水中潜水時間を選定制御することで、異種の低温加工処理物も同時に低温加工処理することができる。

　また、本発明に係る大型の多機能性有機物低温加工処理装置は、前記処理槽（４）の外部から前記処理槽（４）の内部に前記被処理物を運搬するための耐冷コンベア（２５）を備えることが好ましい。

　このような構成を備える多機能性有機物低温加工処理装置は、大量の被処理物を冷凍、解凍、チルド、滅菌、洗浄、低温鮮度維持する場合において、処理槽の一方から処理槽内の処理水中に潜入し、処理槽の他方に出る耐冷コンベアを備えることにより、容易に低温加工処理を行うことができる。また、当該耐冷コンベアの速度を調整することにより被処理物の水中潜水時間を選択して、被処理物の種類ごとに低温加工処理を行うことができる。さらに、耐冷コンベアを複数列設けることもでき、その場合は、列ごとの水中潜水時間を被処理物の種類に応じて変更することで、様々な被処理物を同時に低温加工処理することができる。

　世界的な環境保全時代における最先端独走条件として、低炭素社会の構築と、省エネルギーに集約され、同時に商品価値の鮮度保持が絶対的条件となり、これらの条件をクリアーしなければならない。

　本発明によれば、水中で低温加工処理を行うことでで、熱遮断性と低温乾燥の気中加工処理の欠点を完全解消した。また、処理槽内の冷却は低温不活性ガスを放散して行うため、高価で長時間が費やされる従来の冷却装置の経済的時間的ロスを解消できる。

　また、鮮度維持を目的として被処理物の低温下における表面と芯部の同時処理を、低温で伝導率の高い水中で、かつ、低温不活性ガスによる無酸素の微細な気泡の破裂によって生じる全周波数帯の自然な超音波とキャビテーションエネルギーを利用することにより、多大な電力を費やす高価な人工の超音波発振装置や冷却装置を用いることなく、低温加工処理を行うことができる。

　また、被処理物表面温度と芯部温度の差による加工処理時間の差を、高速回転翼気泡水流ポンプによって効果的に排除するとともに、微細な気泡水流による超音波とキャビテーションエネルギーによって低温加工処理時間を短縮することができる。

　例えば、実際の解凍実例では、海老７０尾を冷凍した１５ｋｇ氷塊ブロックは、水温３℃の水中において、３分でブロック氷塊が消滅し、海老は次の５分で氷結解凍された。従って、合計８分で完全解凍が可能であった。また、解凍後の海老の芯温は、冷凍前の芯温と同じ－３℃であり、従来とは比較にならない程の新鮮度を保つことができる。

　なお、これら冷凍加工、解凍処理、チルド加工、滅菌、洗浄、低温鮮度維持を含めた種々の低温加工処理は、いずれも同一分野であるため、機器開発製造企業は単一機器に多機能性・多用途性を持たせることができ、製造原価を大きく削減することができる。

　すなわち、本発明に係る多機能性有機物低温加工処理装置によれば、エネルギーロスが無く、安価で高機能性を持ち、１分単位の低温加工処理時間による稼動時間制御によって冷凍および解凍の度合い調節も可能な多機能性有機物低温加工処理装置を提供することができる。また、水中低温加工処理、気中加工処理、超低温からの低温加工処理、０℃前後のチルド加工、微細な気泡による水中洗浄、各種滅菌処理、低酸素水中から無酸素低温気中での低温加工処理までも可能であり、かつ、低温乾燥処理までも可能で、加工処理の全てを１台で達成可能な多機能性有機物低温加工処理装置を提供することができる。

実施形態に係る多機能性有機物低温加工処理装置の構成を示す概略図であって、多機能性有機物低温加工処理装置を側方から見た場合の断面図である。 実施形態に係る多機能性有機物低温加工処理装置の構成を示す概略図であって、多機能性有機物低温加工処理装置を上方から見た場合の平面図である。 他の実施形態に係る多機能性有機物低温加工処理装置の構成を示す概略図であって、耐冷コンベアを備える多機能性有機物低温加工処理装置を側方から見た場合の断面図である。 他の実施形態に係る多機能性有機物低温加工処理装置の構成を示す概略図であって、小型卓上用の多機能性有機物低温加工処理装置を側方から見た場合の断面図である。

　以下、本発明を実施するための実施形態について、説明する。
　本実施形態では、処理槽内の清水または海水あるいは不凍水による冷却低温下で、いかに格安の設備機器で、いかに短時間で、いかに鮮度を維持しながら瞬間的に冷凍、解凍、その他の低温加工処理をするか、また、そのために、いかに安価で安全で機能性を持った自然発生的な無酸素の超音波波動キャビテーションエネルギーを創生するかに着目した。そして以下のような趣旨で鋭意研究を重ね、本発明を想到するに至った。

　やむを得ない特殊な場合を除いて、遮断性および断熱性を備える空気や真空雰囲気での低温加工処理を回避し、可能な限り、全ての波動および熱伝導率が最善の水中で低温加工処理を行う。

　空気中や真空雰囲気等の低温下での乾燥状態を回避し、可能な限り、全ての低温加工処理を湿度１００％の水中で行う。

　酸化による劣化を促進する気中における低温加工処理を回避して、短時間で水中低温加工処理を行う。

　高価で大電力を消費する人工の超音波発振装置や、冷却時間を要する清水または海水あるいは不凍水の冷却装置に代わり、－１９６℃の低温液化窒素等の不活性低温ガスを利用して低温加工処理を行う。

　被処理物の表面と芯部を、可能な限り同時に凍結・解凍を行う。また、水中波動洗浄等の加工処理は、気中に長時間置くことによる酸化を回避し、水中における無酸素の微細な気泡によって、被処理物の鮮度を維持しながら行う。

　処理槽内の清水または海水あるいは不凍水の温度と、被処理物の表面接触部分の温度差を解消するために不活性ガスの気泡膜でカバーして鮮度を保ち、高速回転翼気泡水流ポンプを有効利用することで、液化窒素ガス等の低温不活性ガスを用いて無酸素の微細な気泡を発生させ、当該気泡の破裂による水中波動とキャビテーションエネルギーによって、全ての低温加工処理を一台で行う。

　以下、図面を適宜参照しながら、実施形態に係る多機能性有機物低温加工処理装置について、詳細に説明する。本実施形態では、有機物である食材・食品、医学研究・臨床のための生体組織・生体細胞および動植物組織の鮮度を維持する低温加工処理を行うために、簡潔な構成の安価な機器で、かつ、最高の鮮度維持を図るために、次のように構成した。

　処理槽（４）は、図１，２に示すように、処理水（１）が充填されるとともに、被処理物が投入される槽である。水中処理では、処理水（１）として清水または海水（１）を使用し、冷凍加工の場合は、食品で許容されているエチルアルコール添加の不凍水（２）を、種々の断熱壁（３）で囲われた処理槽（４）内に充填する。

　なお、水中低温加工処理が不可能な被処理物の場合は、処理槽（４）内に水を充填せずに空洞のままで不活性ガスボンベ（５）から低温不活性ガス（６）を槽内に放散して温度を瞬時に低下させ、目的ごとの温度に冷却し、気中冷凍加工、低温温度差自然解凍、チルド加工、０℃鮮度維持冷温保存、冷蔵保存、低温鮮度維持自然乾燥、冷凍破砕乾燥等を行うこともできる。

　不活性ガスボンベ（５）は、図１，２に示すように、低温不活性ガス（１１）が充填された部材である。処理槽（４）内に充填された清水または海水（１）、不凍水（２）の冷却や、処理槽（４）内の空洞における気中低温加工処理を望む場合は、低温液化の不活性ガスボンベ（５）に充填された低温不活性ガス（６）を処理槽内に放出する。低温不活性ガス（６）としては、液化窒素ガス、または、地球環境には逆行するものの、使用後の回収装置を考慮して、液化炭酸ガス等が挙げられる。

　噴射孔ノズル（７）は、図１，２に示すように、処理槽（４）内の槽内噴射管（８）に形成されるとともに、当該処理槽（４）内に低温不活性ガス（６）で構成された気泡（１４）を噴射する部材である。処理槽（４）内に低温不活性ガス（６）を放出する場合は、急速に、満遍なく、均一に、槽内温度の低下を図るために、複数の噴射孔ノズル（７）を持った槽内噴射管（８）によって、可能な限り処理槽（４）内の温度が均一化するように、温度均一化を図る。例えば、槽内下部から上部に向って、あるいは、槽内体積容量が許す場合は、周囲４面の断熱壁（３）にも処理槽（４）の中心に向かって放出可能な位置で、槽内噴射管（８）を設ける。

　この槽内噴射管（８）は、図１，２に示すように、処理槽（４）内の壁面に沿って枠上に形成されるとともに、その一部が処理槽（４）の外部に延びて不活性ガスボンベ（５）と接続された部材である。槽内噴射管（８）は、処理槽（４）内に清水または海水（１）あるいは不凍水（２）等の処理水（１）を充填した場合は、水面下設置になる様に装着することで、壁上端部（９）と水面（１０）間の空間に蒸散不活性ガス（１１）が滞留する。そして、この蒸散不活性ガス（１１）は、断熱壁（３）を貫通するように水面上の空間に装着された蒸散不活性ガス吸引管（１２）を介して、槽内蒸散ガス循環ファン（１３）によって吸引加圧され、槽内噴射管（８）内に導入される。そして、低温不活性ガス（６）を水中に放散することで水面（１０）上に上昇した、まだまだ低温のままの蒸散不活性ガス（１１）を再度水中に放散することで、不活性ガスボンベ（５）内の低温不活性ガス（６）の経済性を高めることができる。従って、仮に処理槽（４）内が空洞で気中処理目的の場合でも槽内温度冷却に有効に活用することができる。

　従って、不活性ガスボンベ（５）内の低温不活性ガス（６）の放出は、緊急瞬間的に処理槽（４）内を冷却する以外は、連続放出の必要がなく、必要最小限の量を放出するようにする。そして、壁上端部（９）と水面（１０）の空間に滞留している蒸散不活性ガス（１１）の温度が一定の温度に上昇した時に、不活性ガスボンベ（５）から処理槽（４）内に、手動または自動によって一定量を処理槽（４）内に放散し、再度、槽内蒸散ガス循環ファン（１３）によって吸引して槽内噴射管（８）内に導入し、処理槽（４）内に放出する、というサイクルを繰り返すことで、経済性を高めることができる。

　槽内噴射管（８）の装着位置を、清水または海水（１）あるいは不凍水（２）充填した場合における水面下に設置する理由は、水面（１０）上の滞留している蒸散不活性ガス（１１）を噴射孔ノズル（７）から、無酸素の微細な気泡（１４）で水中に放散することで、気泡爆裂によるキャビテーションエネルギー（２０）によって被処理物の酸化防止と急速処理を図ることにある。

　本実施形態に係る多機能有機物低温加工処理装置を用いた冷凍加工では、被冷凍物の表面に対して低温不活性ガス（６）からなる無酸素の微細な気泡（１４）を放出し、被冷凍物の表面に含有される水分が水素結合して凍結することを可能な限り防止して、被冷凍物の芯部の温度が低下するまで表面の凍結を遅延させる。そして、被冷凍物の芯部が所定温度まで低下すると同時に、当該気泡の放出を停止する。これにより、被冷凍物の表面と芯部との凍結時間の差を減少させ、組織の変性・破壊を防止することで、被冷凍物の鮮度維持を図ることができる。なお、図示は省略したものの、実施例に係る多機能有機物低温加工処理装置は、被処理物の表面と芯部の温度を測定することができる温度計測機構と、低温不活性ガス（６）の放出の有無を制御する制御機構と、を備えている。

　ここで、実施形態に係る多機能性有機物低温加工処理装置を用いた水中低温加工処理においては、必然的に被処理物に付着した付着物を洗浄する効果がある。そのため、処理槽（４）内の清水または海水（１）あるいは不凍水（２）を遊泳する汚れや異物は、処理槽（４）内の底部に設けられた槽内処理水吸引口（１５）から浄水器（１６）によって濾過され、食品等に無害な紫外線殺菌灯や種々の無害薬品等が用いられた滅菌装置（１７）を経由して、高速回転翼気泡水流ポンプ（１８）によって加圧され、槽内噴射管（８）の噴射孔ノズル（７）から槽内に循環加圧放流される。

　高速回転翼気泡水流ポンプ（１８）は、図１に示すように、処理槽（４）内の前記処理水（１）を循環させて、気泡（１４）を含んだ水流を発生させる部材である。この高速回転翼気泡水流ポンプ（１８）は、吸引加圧時の高速回転翼による気泡（１４）を発生させる。そして、槽内噴射管（８）の噴射孔ノズル（７）によって気泡（１４）の微細化が促進され、槽内蒸散ガス循環ファン（１３）の微細な気泡（１４）とあいまって、微細な気泡水流（１９）となる。従って、被処理物の表面の接触水温変化をなくし、同時に水中を浮遊する無酸素の微細な気泡（１４）による超音波発振とそのキャビテーションエネルギー（２０）によって、低温加工処理の効果が倍増する。

　処理槽（４）内に清水または海水（１）あるいは不凍水（２）を充填した水中低温加工処理の場合、水中を浮遊する無酸素の微細な気泡（１４）の破裂による超音波発振とそのキャビテーションエネルギー（２０）とあいまって、同時に人工の超音波発振装置（２１）を併設した場合には、水中拡散性振動素子（２２）を設置することで効果促進を図ることができる。

　ここで、超音波発振装置（２１）は、図１に示すように、単周波数または複数周波数帯の超音波を発振する装置であり、水中拡散性振動素子（２２）は、処理槽（４）内に設置され、超音波発振装置（２１）から発振された超音波を処理槽（４）内に拡散させる素子である。なお、超音波発振装置（２１）と水中拡散性振動素子（２２）を併合して用いる場合でも、槽内蒸散ガス循環ファン（１３）による無酸素微細気泡（１４）と高速回転翼気泡水流ポンプ（１８）のいずれも、省略することはできない。

　なお、超音波発振装置（２１）および水中拡散性振動素子（２２）の具体例としては、既存の船舶測深機、魚群探知機、エコーサウンダー、機器洗浄装置等は、全て人工的な発振装置から発振される振動帯の持つ直進性を利用してその反射振動を受波する装置であるため採用できない。本実施例では、波動が水中で直進せずに拡散する水中拡散性（水中分散性）を有する超音波発振装置（２１）および水中拡散性振動素子（２２）を用いる必要がある。

　滅菌装置（１７）に、金属銅ミクロン繊維不織布（２３）を装填し、かつ、銅繊維の太さを３μｍ前後とすることで、表面積が拡大して銅イオンの発散が増大し、大腸菌を含む各種雑菌の滅菌成果がある。

　また、処理槽（４）内で種々の被処理物を格納可能であるとともに、加工処理完了時の摘出撤去を容易とするために、ステンレス等の金属、耐冷樹脂、繊維網等で構成した耐冷籠（２４）を常設することもできる。

　また、図３に示すように、大量の被処理物を連続低温加工処理する場合には、人的労力を避けるために、処理槽（４）の内部に、ステンレス等の金属、耐冷樹脂等で構成した、被処理物を運搬するための耐冷コンベア（２５）を備えることもできる。耐冷コンベア（２５）は、処理槽の一方から処理槽内の処理水（１）中に潜入し、処理槽の他方に出た場合には加工処理が完了するように、速度調整を行うことができる。また、処理槽（４）内が空洞の場合であっても、低温不活性ガス（６）が充満する槽内に潜入することができる。

　なお、図４に示すように、前記した装置構成はそのままで、液化窒素ガス等が充填された小型の不活性ガスボンベ（５）を併設して装置をポータブル（卓上）型にし、槽内蒸散ガス循環ファン（１３）と高速回転翼気泡水流ポンプ（１８）の電源種類を、交流および直流の両用として、屋内および車両等でも使用可能に構成することができる。

　ホームパーティの慣習がある欧米の家庭、あるいは寿司屋等の小型店舗、医学研究機関等、その他の中小企業で必要なことは、必要な時に、必要な量を、いつでも、どこでも、鮮度維持をしながら目的を達することであり、そのためにポータブル型は有用である。また、冷凍加工食品の小魚や、医療研究機関における生体組織や臓器、レジャー魚釣り用のまき餌に使う冷凍オキアミ等の社内電源を用いた解凍等、ポータブル型はあらゆる分野で利用可能である。

　また、液化窒素ガス等の小型の不活性ガスボンベ（５）が高圧容器の安全規制から用意することが困難な場合は、どこにでもある冷凍庫製氷器の氷魂を投入することで、臨時的に２℃前後まで処理水（１）の温度を低下させることができ、槽内空洞の気中加工処理の場合は、ドライアイスを５ｋｇ程投入することで、－５０℃前後の低温を維持することができる。

　ここで、低炭素化社会を継続するための大前提は、外圧による省エネ規制ではなく、世界中の国々の全ての階層で格安のコストで、あくまでも自己の利便性と利益のために、生活と生産性の面で誰一人不便さを感じることなく社会貢献が継続保持され、その結果として自然なグローバル低炭素社会の構築が行われる必要がある。

　そのためには、世にいう熱エネルギー不変の法則という机上の論理から一歩も二歩も離れ、－１９６℃の窒素ガスは気中における冷凍にしか用いることができないという従来の常識を破棄し、超低温のガスだからこそ、低炭素化社会における食材・食品等の鮮度を維持した解凍に不可欠な物質である、ということに気付かなくてはならない。

　実施形態に係る多機能性有機物低温加工処理装置による低温加工処理では、－１９６℃の液体窒素と、例えば１５℃前後の常温の処理水（１）とが接触した際に、その温度差により瞬間的に発生する無酸素の微細な気泡（１４）の破裂により、人工では不可能な全周波数帯域の水中超音波が発振され、いかなる被冷凍物であっても、それに合わせた周波数帯の複合超音波振動と低温のキャビテーションエネルギー（２０）の作用によって、鮮度を維持した解凍が可能となる。例えば、－２５℃で冷凍した大型の函館産イカ、サンマ、全身片身のチリ産サーモン、ハワイ産アワビ、牡丹海老、２０ｍｍ厚のステーキ肉等を、実施形態に係る多機能性有機物低温加工処理装置によって、表面温度を－１℃、芯部温度を－３℃で解凍しても、ドリップ（解凍液）は発生しなかった。

１　　清水または海水（処理水）
２　　不凍水
３　　断熱壁
４　　処理槽
５　　不活性ガスボンベ
６　　低温不活性ガス
７　　噴射孔ノズル
８　　槽内噴射管
９　　壁上端部
１０　水面
１１　蒸散不活性ガス
１２　蒸散不活性ガス吸引管
１３　槽内蒸散ガス循環ファン
１４　気泡
１５　槽内処理水吸引口
１６　浄水器
１７　滅菌装置
１８　高速回転翼気泡水流ポンプ
１９　気泡水流
２０　キャビテーションエネルギー
２１　超音波発振装置
２２　水中拡散性振動素子
２３　金属銅ミクロン繊維不織布
２４　耐冷籠
２５　耐冷コンベア

Claims (5)

1. 　処理水（１）が充填されるとともに、被処理物が投入される処理槽（４）と、
   　低温不活性ガス（６）が充填された不活性ガスボンベ（５）と、
   　前記処理槽（４）内の壁面に沿って枠上に形成されるとともに、その一部が前記処理槽（４）の外部に延びて前記不活性ガスボンベ（５）と接続された槽内噴射管（８）と、
   　前記処理槽（４）内の前記槽内噴射管（８）に形成されるとともに、前記処理槽（４）内に前記低温不活性ガス（６）で構成された気泡（１４）を噴射する噴射孔ノズル（７）と、
   　前記処理槽（４）内の前記処理水（１）を循環させて、前記気泡（１４）を含んだ水流を発生させる高速回転翼気泡水流ポンプ（１８）と、
   　を備えることを特徴とする多機能性有機物低温加工処理装置。
2. 　単周波数または複数周波数帯の超音波を発振する超音波発振装置（２１）と、
   　前記処理槽（４）内に設けられ、前記超音波発振装置（２１）から発振された前記超音波を前記処理槽（４）内に拡散させる水中拡散性振動素子（２２）と、
   　を備えることを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の多機能性有機物低温加工処理装置。
3. 　前記高速回転翼水流ポンプ（１８）と接続されるとともに、前記処理水（１）を滅菌する滅菌装置（１７）と、
   　前記滅菌装置（１７）に装填される金属銅ミクロン繊維不織布（２３）と、
   　を備えることを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の多機能性有機物低温加工処理装置。
4. 　前記処理槽（４）の内部に、前記被処理物を格納する耐冷籠（２４）を備えることを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の多機能性有機物低温加工処理装置。
5. 　前記処理槽（４）の外部から前記処理槽（４）の内部に前記被処理物を運搬するための耐冷コンベア（２５）を備えることを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の多機能性有機物低温加工処理装置。

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