(57)【要約】      （修正有）【課題】添加物を用いず溶血を抑えた血液凍結保存方法、更に鮮度の低下を抑えた生鮮魚冷凍保存方法、及びこれらの凍結保存方法に使用する冷媒又は冷凍液の輸送に用いる振動除去装置を提供する。【解決手段】血液又は魚肉を−４〜−６°Ｃの範囲の第１冷却温度に急冷し、第１の温度より低くかつ凍結温度である−７〜−１３°Ｃの範囲の第２冷却温度に−１．５°Ｃ／時間〜−０．５°Ｃ／時間の速さで緩慢に冷却する。冷凍機から供給される冷媒又は冷凍液の輸送管を分岐し、一方に多重反射による半波長遅延装置を挿入し、冷凍機の振動を干渉により除去する振動除去装置。【選択図】図７Ａ
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
次の工程を含む血液の凍結方法：
工程１  血液を滅菌した容器（パック）に注入し、当該容器に満たした後、空気層を含まない状態で注入口を封止して血液パックとする、
工程２  当該血液パックを第１冷却温度（−４〜−６°Ｃ）に速やかに冷却する、
工程３  当該血液パック内の血液が第１冷却温度に達した後５分間以上当該第１冷却温度で放置する、
工程４  外部より振動が当該血液パックにほとんど伝わらない環境の下で第２冷却温度（−７〜−１３°Ｃ）に緩慢に（−１．５°Ｃ／時間〜−０．５°Ｃ／時間）冷却する、
工程５  当該血液パックを、第２冷却温度以下であって耐冷限界温度あるいは脆化温度までの間の温度である保存温度で保存する。
【請求項２】
次の工程を含む血液の凍結方法：
工程１  血液を滅菌した容器（パック）に注入し、当該容器に満たした後、空気層を含まない状態で注入口を封止して血液パックとする、
工程２  当該血液パックを第１冷却温度（−４〜−６°Ｃ）に速やかに冷却する、
工程３  当該血液パック内の血液が第１冷却温度に達した後５分間以上当該第１冷却温度で放置する、
工程４  外部より振動が当該血液パックにほとんど伝わらない環境の下で−０．５°Ｃから−１．５°Ｃの範囲で選んだ温度を段階温度として、当該血液パックの温度を当該段階温度だけ下げる、
工程５  当該血液パックを当該段階温度だけ下げた温度で、当該段階温度のセ氏温度表示の数値×０．５時間より長い時間放置する、
工程６  当該血液パックの温度が第２冷却温度（−７〜−１３°Ｃ）に達するまで工程４と工程５を繰り返す、
工程７  当該血液パックの温度が第２冷却温度に達した後、当該血液パックを第２冷却温度以下であって耐冷限界温度あるいは脆化温度までの間の温度である保存温度で保存する。
【請求項３】
請求項１に記載の凍結方法を含む血液の冷凍保存方法。
【請求項４】
請求項２に記載の凍結方法を含む血液の冷凍保存方法。
【請求項５】
前記の血液が、全血液、赤血球濃厚液、洗浄赤血球のいずれかの血液であることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の血液の冷凍保存方法。
【請求項６】
前記血液を第１冷却温度及び第２冷却温度に至るまでの温度に冷却する手段に冷却液体循環槽が用いられていることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の血液の冷凍保存方法。
【請求項７】
前記血液パックを第１冷却温度及び第２冷却温度に至るまでの温度に冷却する手段に冷却液体循環槽が用いられていることを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の血液パックの冷凍保存方法。
【請求項８】
請求項１又は２に記載の工程２において前記血液パックを第１冷却温度に速やかに冷却する方法は、請求項７に記載の冷却液体循環槽に溜められ前記第１冷却温度に設定した冷却液に前記血液パック速やかに沈める方法を使用することを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載の血液の冷凍保存方法。
【請求項９】
請求項１又は２の工程４に記載の、外部より振動が当該血液パックにほとんど伝わらない環境を提供するために、前記冷却液体循環槽の上部に設置した横棒及び当該横棒につるしかつ前記血液パックに通された紐が用いられていることを特徴とする請求項６から８のいずれか１項に記載の血液の冷凍保存方法。
【請求項１０】
請求項１又は２の工程４に記載の、外部より振動が当該血液パックにほとんど伝わらない環境を提供するために、前記冷却液体循環槽の底面に設置する防振台、前記血液パックを収納する収納器、および当該収納器の上部を覆う収納器蓋が用いられていることを特徴とする請求項６から８のいずれか１項に記載の血液の冷凍保存方法。
【請求項１１】
次の工程を含む魚肉の凍結方法：
工程１  魚体全体若しくは当該切り身を、又はこれらを包装用プラスチックフィルム若しくは包装用プラスチックバッグで空気層を含まない状態で包んだものを被冷凍体とする、
工程２  当該被冷凍体を第１冷却温度（−４〜−６°Ｃ）に速やかに冷却する、
工程３  当該被冷凍体が第１冷却温度に達した後５分間以上当該第１冷却温度で放置する、
工程４  外部より振動が当該被冷凍体にほとんど伝わらない環境の下で第２冷却温度（−７〜−１３°Ｃ）に緩慢に（−１．５°Ｃ／時間〜−０．５°Ｃ／時間）冷却する、
工程５  当該被冷凍体を、第２冷却温度以下であって耐冷限界温度あるいは脆化温度までの間の温度である保存温度で保存する、
を含む生鮮魚の冷凍保存方法。
【請求項１２】
次の工程を含む魚肉の凍結方法：
工程１  魚体全体若しくは当該切り身を、又はこれらを包装用プラスチックフィルム若しくは包装用プラスチックバッグで空気層を含まない状態で包んだものを被冷凍体とする、
工程２  当該被冷凍体を第１冷却温度（−４〜−６°Ｃ）に速やかに冷却する、
工程３  当該被冷凍体が第１冷却温度に達した後５分間以上当該第１冷却温度で放置する、
工程４  外部より振動が被冷凍体にほとんど伝わらない環境の下で−０．５°Ｃから−１．５°Ｃの範囲で選んだ温度を段階温度として、当該血液パックの温度を当該段階温度だけ下げる、
工程５  当該被冷凍体を当該段階温度だけ下げた温度で、ステップ冷却温度のセ氏温度表示の数値×０．５時間より長い時間放置する、
工程６  当該被冷凍体の温度が第２冷却温度（−７〜−１３°Ｃ）に達するまで工程４と工程５を繰り返す、
工程７  当該被冷凍体の温度が第２冷却温度に達した後、当該被冷凍体を第２冷却温度以下であって耐冷限界温度あるいは脆化温度までの間の温度である保存温度で保存する、
を含む生鮮魚の冷凍保存方法。
【請求項１３】
請求項１１又は請求項１２に記載の魚体全体若しくは当該魚体の切り身を第１冷却温度及び第２冷却温度に至るまでの温度に冷却する手段に冷却液体循環槽が用いられていることを特徴とする請求項１１又は請求項１２に記載の生鮮魚の冷凍保存方法。
【請求項１４】
請求項１１又は請求項１２に記載の魚体全体若しくは当該魚体の切り身を包装用プラスチックフィルム若しくは包装用プラスチックバッグで包んだものを第１冷却温度及び第２冷却温度に至るまでの温度に冷却する手段に冷却液体循環槽が用いられていることを特徴とする請求項１１又は請求項１２に記載の生鮮魚の冷凍保存方法。
【請求項１５】
請求項１若しくは請求項２に記載の工程４に記載の、外部より振動が前記血液パックにほとんど伝わらない環境を提供するために、前記冷却液体循環槽に供給される冷却液は、分岐管で２つの経路に分枝し、一方はほぼ直線的に伸びる直線状の管を経由した冷却液となり、他方は入力管及び出力管の内径より大きな内径を有する管により構成された多重反射管からなる振動除去モジュールを１以上直列に結合した位相差発生回路を経由して外部振動のほぼ半波長分の位相遅れを生じた冷却液となり、当該一方の冷却液と他方の冷却液は合流した後、前記冷却液体循環槽に供給されることを特徴とする請求項６から１０のいずれか１項に記載の血液の冷凍保存方法。
【請求項１６】
請求項１１若しくは請求項１２に記載の工程４に記載の、外部より振動が前記被冷凍体にほとんど伝わらない環境を提供するために、前記冷却液体循環槽に供給される冷却液は、分岐管で２つの経路に分枝し、一方はほぼ直線的に伸びる直線状の管を経由した冷却液となり、他方は入力管及び出力管の内径より大きな内径を有する管により構成された多重反射管からなる振動除去モジュールを１以上直列に結合した位相差発生回路を経由して外部振動のほぼ半波長分の位相遅れを生じた冷却液となり、当該一方の冷却液と他方の冷却液は合流した後、前記冷却液体循環槽に供給されることを特徴とする請求項１３若しくは請求項１４に記載の生鮮魚の冷凍保存方法。
【請求項１７】
請求項１若しくは請求項２に記載の工程４に記載の、外部より振動が前記血液パックにほとんど伝わらない環境を提供するために、前記冷却液体循環槽を取巻くに冷却配管に供給される冷却液は、分岐管で２つの経路に分枝し、一方はほぼ直線的に伸びる直線状の管を経由した冷却液となり、他方は入力管及び出力管の内径より大きな内径を有する管により構成された多重反射管からなる振動除去モジュールを１以上直列に結合した位相差発生回路を経由して外部振動のほぼ半波長分の位相遅れを生じた冷却液となり、当該一方の冷却液と他方の冷却液は合流した後、前記冷却液体循環槽を取巻くに冷却配管に供給されることを特徴とする請求項６から１０のいずれか１項に記載の血液の冷凍保存方法。
【請求項１８】
請求項１１若しくは請求項１２に記載の工程４に記載の、外部より振動が前記被冷凍体にほとんど伝わらない環境を提供するために、前記冷却液体循環槽を取巻くに冷却配管に供給される冷却液は、分岐管で２つの経路に分枝し、一方はほぼ直線的に伸びる直線状の管を経由した冷却液となり、他方は入力管及び出力管の内径より大きな内径を有する管により構成された多重反射管からなる振動除去モジュールを１以上直列に結合した位相差発生回路を経由して外部振動のほぼ半波長分の位相遅れを生じた冷却液となり、当該一方の冷却液と他方の冷却液は合流した後、前記冷却液体循環槽を取巻くに冷却配管に供給されることを特徴とする請求項１３若しくは請求項１４に記載の生鮮魚の冷凍保存方法。
【請求項１９】
請求項１５から１８のいずれか１項に記載の振動除去モジュールは、出力管の内径以上の直径を有するバッフルが当該多重反射管の内部にあって当該出力管の前方に取り付けられていることを特徴とする多重反射管により構成されている請求項６から１０のいずれか１項、請求項１５若しくは請求項１７に記載の血液の冷凍保存方法又は請求項１６若しくは請求項１８に記載の生鮮魚の冷凍保存方法。
【請求項２０】
請求項１５から１８のいずれか１項に記載の振動除去モジュールは、出力管の内径以上でかつ当該多重反射管の内径より小さい直径を有する振動反射板が当該多重反射管の内部にあって当該出力管の前方に取り付けられていることを特徴とする多重反射管により構成されている請求項６から１０のいずれか１項、請求項１５若しくは請求項１７に記載の血液の冷凍保存方法又は請求項１６若しくは請求項１８に記載の生鮮魚の冷凍保存方法。
【請求項２１】
請求項１５から２０に記載の振動除去モジュールは、前記直線状の管に対して平行に配置されていることを特徴とする請求項６から１０のいずれか１項、請求項１５請求項１７、請求項１９若しくは請求項２０に記載の血液の冷凍保存方法又は請求項１６、１８、請求項１９若しくは請求項２０に記載の生鮮魚の冷凍保存方法。
【請求項２２】
請求項１５から２０に記載の振動除去モジュールは、前記直線状の管に対して垂直に配置されていることを特徴とする請求項６から１０のいずれか１項、請求項１５、請求項１７、請求項１９若しくは請求項２０に記載の血液の冷凍保存方法又は請求項１６、請求項１８、請求項１９若しくは請求項２０に記載の生鮮魚の冷凍保存方法。
【請求項２３】
請求項１５若しくは１６に記載の直線状の管を経由した冷却液及び同項に記載の位相差発生回路を経由した冷却液冷却液は、円錐形状の内部空間を有する拡大管からなる干渉室を有する合流器で合流したのち、前記冷却液体循環槽に供給されることを特徴とする請求項６から１０のいずれか１項、請求項１５、若しくは請求項１９から２２のいずれか１項に記載の血液の冷凍保存方法、又は請求項１６若しくは請求項１９から２２のいずれか１項に記載の生鮮魚の冷凍保存方法。
【請求項２４】
請求項１７若しくは１８に記載の直線状の管を経由した冷却液及び同項に記載の位相差発生回路を経由した冷却液冷却液は、円錐形状の内部空間を有する拡大管からなる干渉室を有する合流器で合流したのち、前記冷却液体循環槽を取巻くに冷却配管に供給されることを特徴とする請求項６から１０のいずれか１項、請求項１７若しくは請求項１９から２２のいずれか１項に記載の血液の冷凍保存方法、又は請求項１８若しくは請求項１９から２２のいずれか１項に記載の生鮮魚の冷凍保存方法。
【請求項２５】
請求項２３若しくは請求項２４に記載の合流器は複数の回折穴を形成した拡散板を内部に有することを特徴とする請求項６から１０のいずれか１項、請求項１５、請求項１７、請求項１９若しくは請求項２０から２４のいずれか１項に記載の血液の冷凍保存方法、又は請求項１６、請求項１８若しくは請求項２０から２４のいずれか１項に記載の生鮮魚の冷凍保存方法。
【請求項２６】
請求項１若しくは請求項２に記載の工程１に記載の容器の素材及び請求項１１若しくは請求項１２に記載の工程１に記載の包装用プラスチックフィルム若しくは包装用プラスチックバッグの素材は、ＤＥＨＰ（フタル酸ジ&#8722;２&#8722;エチルヘキシル）又はＴＯＴＭ（トリメリット酸トリス&#8722;２&#8722;エチルヘキシル）を用いたポリ塩化ビニル、ポリオレフィン、ポリブタジエン、ポリエチレン又はポリ塩化ビニリデンのいずれかであることを特徴とする請求項６から１０のいずれか１項、請求項１５、請求項１７若しくは請求項１９から２５のいずれか１項に記載の血液の冷凍保存方法、又は請求項１１から１３のいずれか１項、請求項１６、請求項１８若しくは請求項１９から２５のいずれか１項に記載の生鮮魚の冷凍保存方法。
【請求項２７】
請求項１５に記載の血液の冷凍保存方法又は請求項１６に記載の生鮮魚の冷凍保存方法に使用される振動除去装置であって、それぞれは、
請求項１５若しくは請求項１７又は請求項１６若しくは請求項１８に記載の振動除去モジュールを１以上直列に結合した位相差発生回路と
請求項１５若しくは請求項１７又は請求項１６若しくは請求項１８に記載の一方の冷却液と他方の冷却液を当該直線管及び位相差発生回路の下流側で合流させる合流器とからなる振動除去装置。
【請求項２８】
請求項１５から１８に記載の振動除去モジュールには、さらに前記出力管の内径以上の直径を有するバッフルが前記多重反射管の内部にあって当該出力管の前方に取り付けられている多重反射管により構成されていることを特徴とする請求項２７に記載の振動除去装置。
【請求項２９】
請求項１５から１８に記載の振動除去モジュールには、さらには前記出力管の内径以上でかつ前記多重反射管の内径より小さい直径を有する振動反射板が当該多重反射管の内部にあって当該出力管の前方に取り付けられている多重反射管により構成されていることを特徴とする請求項２７に記載の振動除去装置。
【請求項３０】
請求項２７に記載の合流器は、２つの入力配管と当該２つの入力配管の出口が接続された円錐形状の内部空間を有する拡大管からなる干渉室を有する合流器であることを特徴とする請求項２７から２９のいずれか１項に記載の振動除去装置。
【請求項３１】
請求項３０に記載の合流器には、さらに複数の回折穴を穿った拡散板が前記干渉室の下流部に設けられている合流器であることを特徴とする請求項２７から３０のいずれか１項に記載の振動除去装置。
【請求項３２】
請求項１、２、９、１０、１５、若しくは請求項１７に記載の振動が前記血液パック又は請求項１１、１２、１６、若しくは請求項１８に記載の振動が前記被冷凍体にほとんど伝わらない環境とは、当該環境の下に置かれた血液パック又は被冷凍体に加わる振動により生じる当該血液パック又は当該被冷凍体の内部の音圧が２８４パスカルより小さくすることを特徴とする請求項１若しくは請求項２に記載の血液の凍結方法、若しくは請求項３から１０のいずれか１項、請求項１５、請求項１７若しくは請求項１９から２６のいずれか１項に記載の血液の冷凍保存方法、又は請求項１１から１４のいずれか１項、請求項１６、請求項１８若しくは請求項１９から２６のいずれか１項に記載の生鮮魚の冷凍保存方法。
【請求項３３】
請求項１、請求項２、請求項８、請求項１１、請求項１２に記載の工程２において第１冷却温度に速やかに冷却することは、前記血液パック又は前記被冷凍体の温度を−１°Ｃから−４°Ｃに３０分間より短い時間で冷却することを特徴とする請求項１若しくは請求項２に記載の血液の凍結方法、若しくは請求項３から１０のいずれか１項、請求項１５、請求項１７若しくは請求項１９から２６のいずれか１項に記載の血液の冷凍保存方法、又は請求項１１から１４のいずれか１項、請求項１６、請求項１８若しくは請求項１９から２６のいずれか１項に記載の生鮮魚の冷凍保存方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、全血液、赤血球濃厚液、洗浄赤血球を冷凍保存する方法、特に溶血を抑制する冷凍保存方法と生鮮魚冷凍保存方法及びこれらの方法に使用する冷凍装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
先ず、溶血を抑制する冷凍保存方法に関する背景技術について詳説する。
【０００３】
１）冷凍保存方法に関する従来技術
保存血液はせいぜい４週間が限界であるが、冷凍血液は半永久に保存することができる。一方、日本赤十字社が提供する人全血液、赤血球濃厚液、洗浄赤血球では２から６°Ｃの保存温度で採血後３週間が有効期間とされている。冷凍保存期間を延ばすことを目的として、保存温度を下げ、赤血球を冷凍すると、氷の結晶ができたり、細胞内の電解質が濃縮したりして、赤血球が破壊されてしまう難点があった。端的には「溶血」現象を生じる。これを解決したのは、グリセリンを添加することと、使用時に５％果糖液でグリセリンを除去することによるグリセン添加血液冷凍保存である。
【０００４】
具体的な例としては、採血した血液を遠心法で濃縮赤血球液をつくり、７９％グリセリンを加えた保護液を等容量ずつゆっくり混合し、超低温槽内で１分間に１°Ｃぐらいの速度で零下８０°Ｃまで冷却して保存する。急速冷凍の場合は、液体窒素槽内で零下１９６°Ｃまで下げて保存する。冷凍から戻すときは４０°Ｃで解凍し、糖液を混ぜてグリセリンを除き、赤血球７０％の濃縮浮遊液を調製して用いる。
【０００５】
２）冷凍保存方法に関する従来技術の問題
上記の保存法では、解凍後の血液の使用において、グリセリンは赤血球の細胞内凍結保護材であるため、これを除去する工程が必要であるため、その工程管理が煩雑であり長時間を要し、解凍後の血液を溶血させない最適条件で維持することが困難であり、溶血率を恒常的に一定レベルに抑制することが困難である、と言う問題がある。
【０００６】
そこで、赤血球を無洗浄で輸血に使用できる血液保存方法が望まれる。
また、極低温冷凍保存血液ほどの長期ではなく、保存期間を現状の数倍程度に長くしたい、あるいは赤血球の洗浄を必要としない血液保存の要求もある。そのため、このような場合に利用できる添加剤を使用しない保存方法が望まれる。
【０００７】
保存期間を延ばすためには、血液の代謝を抑制することが必要である。それには低温さらには凍結保存が有効であると考えられている。しかし、例えば凍結保存には下記に示す問題があり、これらを解決しなければならない。
溶血には、塩害溶血、細胞内原因溶血、細胞膜原因溶血、細胞外原因溶血がある。
【０００８】
塩害溶血とは、凍結時に起こる赤血球の細胞内にある電解質が濃縮され、その結果、細胞外からの浸透圧が上昇し細胞膜の破壊が起こるという現象である。赤血球細胞は６０％が水分であり、その内部は溶質が水分に溶けた電解質で満たされている。細胞が凍る時、細胞内の水分子は次々と水素結合により結合連鎖により氷の結晶を形成する。一方、細胞内の溶質はこのような静電的な結合の連鎖には参加しない。そのため氷の結晶は純粋な水分子だけで構成される。
【０００９】
その結果、氷の結晶からはみ出した溶質は、氷の結晶間隙に残存する少量の細胞液の中に高度に濃縮され集まってくる。
【００１０】
この濃縮された溶液は細胞液の浸透圧を上昇させる、非特許文献（１）及び（２）によると、細胞液の８２％以上が凍結すると赤血球は溶血を起こす。この時、細胞内の電解質濃度は濃縮しており０．８Ｍ  ＮａＣｌ以上の濃度となり、浸透圧が１，５００ｍＯｓｍ／Ｌに増加し正常浸透圧の５倍以上となる。これに対して、赤血球外部より水分が拡散により流入すると、赤血球は膨張しその体積が通常の約１．２５倍以上に膨張すると膜は破裂してしまうため、細胞膜に体積膨張による膜の破裂を起こして溶血が生じるとする機序である。
【００１１】
細胞内原因溶血とは、細胞液が凍結することにより、赤血球細胞が膨張しかつその結晶成長が一様ではなく、結晶の表面から成長した先頭部が他の部分より成長するため赤血球の細胞膜を構成している脂質二重層膜を破壊するとする説である。
【００１２】
しかし、細胞内の水分の氷結による単純な体積膨張では細胞は壊れない。なぜなら、細胞内の６割が水であり、これが細胞内で結晶すると、その体積膨張率は１．１倍であるため、細胞全体として１．０６倍の体積膨張となり、この程度では細胞は壊れないからである。
【００１３】
そこで、細胞膜原因溶血と呼ばれる機序がある。すなわち、非特許文献（３）によると、脂質二重層膜は膜の展延方向の結合が弱いため局部的な力、即ち、内部から外部に向かうピンポイントの力により容易に損傷をおこす。細胞内凍結時において、細胞液の氷結時の非一様な結晶成長により赤血球の細胞膜が破壊されるとする機序である。さらに、細胞内凍結時には核形成開始時の過冷却度が低いほど形成する氷結晶は大きく、過冷却度が高いほど形成する氷結晶は小さい。そのため、過冷却度が低いほど内部から外部に向かうピンポイントの力が発生し易く溶血が生じやすい。
【００１４】
細胞外原因溶血は、非特許文献（４）によると、血漿が氷結する過程で、氷の核が成長につれて氷晶の間隙に濃縮血漿と細胞が押し込められ、細胞はその表面で氷晶に接し、最終的には氷晶の圧力により破壊されることにより、生じるとする機序である。−１０°Ｃくらいまでの比較的緩慢な速度での凍結と融解では溶血が起こることが報告されている。
【００１５】
次に生鮮魚の冷凍保存方法、特に鮮度を維持する保存方法に関する背景技術について詳説する。
【００１６】
生鮮魚の鮮度を維持する冷凍保存方法としては、揚網後あるいは捕獲後直ちに−４０°Ｃ以下の温度に冷凍する冷凍保存方法がある。しかし、このような低温で冷凍するには高価な冷凍設備を漁船に設ける必要があり、高級なマグロ以外では行われていない。しかもマグロの流通過程においてこのような低温の設備を利用することは冷凍魚の一般消費者価格を押し上げる大きな原因ともなっている。
【００１７】
一方、鮮魚の保存と流通時のコールドチェーンにおいては−１８°Ｃの冷凍温度が広く標準的に用いられている。この−１８°Ｃの冷凍温度は、特に近海で捕獲した魚類の冷凍および保存に広く用いられている。しかし、この冷凍温度は、魚類の鮮度の目安である解凍後の魚肉特に切り身にした魚肉におけるドリップの発生や保存中の褐色変性を抑制するには不十分である。これらは、魚肉の細胞組織の破壊とメト化に起因する褐色変性が主な原因であり、かつ生鮮魚の鮮度の劣化の大きな要因となっている。
【００１８】
解凍後のドリップの発生は、解凍過程に問題があるのではなく、凍結時の氷晶の成長特に細胞内外にできた氷晶核が成長しそのサイズが大きくなることにより細胞膜を破壊することにより生じる。具体的には、細胞内では氷晶核が成長し氷晶表面の塩農度が上がり、相対的に塩農度が低い細胞間液が細胞膜を介して細胞内に拡散し、元の細胞が有していた水分以上に水分が細胞内に入りこみ更に氷晶が成長し最後には細胞膜をその内部より破壊してしまう。一方、細胞間液で生じた氷晶核は周りの細胞間液がその表面で氷結成長しその氷晶のサイズが大きくなり、逆に外部から細胞膜を破壊してしまう。細胞膜の破壊が、このように細胞内部あるは外部のいずれから起こるかは、あるいは内部と外部で異なる時間に生じて細胞膜を破損させるかは、初期の氷晶核の発生のランダム性と冷凍過程の時間による。
【００１９】
従来の冷凍法では、例えば‐４０度で凍結してもその冷却過程が緩慢であることが多く、魚肉の組織内に、冷凍過程では温度が下がるにつれて氷晶核が徐々に点在し氷晶表面とその周辺では水分子のエネルギー差が生じ、電解質の濃度勾配は不均質となってその結果電解質は組織の一部分で凝縮されることにより、組織内環境の不均一化が起こり組織にダメージを与える。これは解凍後の魚肉の食感や味に大きく影響し、その影響が大きければ大きいほど冷凍前の生鮮魚の魚肉とは異質のものとなる。そして、そのような魚肉は消費者には鮮度の落ちた魚肉であると評価され判断されることとなる。
【００２０】
冷凍保存中の褐色変性は、細胞内液の溶存酸素が細胞内液に生じた氷晶の成長に伴いその表面において自由エネルギーが高くなり溶存できない遊離酸素分子が過剰に生じ、この酸素分子が魚肉中のオキシミオグロビン又はデオキシミオグロビンと結合してメト化することにより生じる。一方、細胞間液で生じた氷晶核は、周りの細胞間液がその表面で氷結成長しその氷晶表面に現れる細胞間液に溶存できない酸素分子が細胞膜を介して細胞内に拡散し、同様に細胞内のミオグロビンにメト化を起こす。この機序によっても褐色変性が生じる。一方、ミオグロビンは周囲よりエネルギーを得てメトミオグロビン還元酵素の働きで還元される。しかし、前述の機序によるミオグロビンのメト化の作用が大きい。
【００２１】
水の中の溶存酸素は複数の水分子のグループの中に抱えられており、冷凍時に氷晶核から氷晶へ成長するとき、氷晶の表面の自由エネルギーをこの水分子グループが受けそのグループの一部の水分子が他の水分子との水素結合を介した分子間結合を解き放して遊離し、氷晶の表面でエネルギー交換をして氷晶面で再氷結する。その結果、溶存酸素は水分子のグループから解き放たれて遊離酸素として水分子グループ間を漂いかつ拡散する。その結果、遊離酸素は細胞間に存在するミオグロビンと結合し、或いは細胞膜を介して細胞内に拡散し細胞内のミオグロビンと結合し、メト化を起こす。
【００２２】
次に、本発明に係る冷凍保存方法を利用する際に必要な冷凍装置ついて詳説する。
【００２３】
３）冷凍装置に関する従来技術
一般的に広く使用されている冷却装置は、冷媒が液相と気相を巡る熱サイクルの中で液相から気相に変化するときの蒸発熱で対象物を冷却する。このような蒸気圧縮式冷凍サイクルを用いた冷凍機は、小型の装置から大型装置にまで広く利用されている。
【００２４】
図１Ａおよび図１Ｂは典型的な液体冷却装置の構成と動作概要を示している。冷凍サイクルを作るガス回路は圧縮機、膨張弁またはキャピラリチューブ、熱の移動をさせる凝縮器と蒸発器又は冷凍パイプからなる。
【００２５】
圧縮機では、ガス回路内の冷媒であるアンモニアガス、炭酸ガス、フロン等の気化潜熱が大きいガスを圧縮する。その圧縮後は高温高圧ガスとなり、凝縮器でその発生した熱を低温水又は空気に移動させる。その結果、高温高圧ガスは低温化し凝縮して高圧液となる。一方、低温水又は空気は高温水又は高温空気となり、排熱として貯水池や大気に戻される。ガス回路中の高圧液は、膨張弁またはキャピラリチューブで低圧に開放し低圧液となる。さらに低圧液は気化して低圧ガスに変化する。その変化時に熱吸収して蒸発器を介して２次冷媒の温度を下げる（図１Ａ）。あるいは冷凍パイプ内において１次冷媒が低圧液から低温低圧ガスとなり冷凍対象の温度を下げる（図１Ｂ）。
【００２６】
冷凍対象は、本発明では冷却槽内の冷却液である。複数の冷凍対象を冷却する場合には、２次冷媒を利用する冷却装置（図１Ａ）が用いられる。冷凍対象の冷却温度を独立して変えられるからである。
【００２７】
圧縮機はその動作から大きな振動を発生する。特にレシプロポンプでは往復運動により圧縮動作をさせるためその振動は顕著である。ロータリーポンプを使用することにより圧縮機の振動の低減化は可能であるが、構造上剛性のある機構ではないためその低振動化も限度がある。
【００２８】
圧縮機で発生した振動は冷媒や冷却液を介して、血液パックに伝わる。血液パックを冷凍するのに冷媒や冷却液を使用する以上、これらを介して、血液パックに振動が伝わることは避けられない。
【００２９】
４）冷凍装置に関する従来技術の問題
冷媒や冷却液を介した振動の伝達を低減化する方法として、冷凍機から冷凍対象物までの距離を長くして冷媒や冷却液中を伝わる振動を減衰させる方法、冷媒や冷却液中の移送経路の途中に気泡を混在させ振動を減衰させる方法がある。
【００３０】
しかし、冷凍機から冷凍対象物までの距離を長くすることは、冷媒や冷却液中の移送経路を長くすることになり、その間に冷媒や冷却液の低温が外界に逃げることにより総合的な冷凍能力の低下が避けられない。一方、移送経路の途中に気泡を混在させた領域を設けても、気泡の崩壊による新たな振動の発生があるため、低振動環境を作り出すことはできない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００３１】
【特許文献１】特開２０１４−２１４９１１
【非特許文献】
【００３２】
【非特許文献１】「赤血球の凍結」、三浦健、血液と血管、第１巻第９号、昭和４５年１１月
【非特許文献２】「Ｔｈｅ  Ｂｉｏｐｈｙｓｉｃａｌ  Ｓｏｃｉｅｔｙ  ｏｆ  Ｊａｐａｎ  Ｇｅｎｅｒａｌ  Ｉｎｃｏｒｐｏｒａｔｅｄ  Ａｓｓｏｃｉａｔｉｏｎ，  ＮＩＩ−Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ  Ｌｉｂｒａｒｙ  Ｓｅｒｖｉｃｅ，  Ｈｅｍｏｌｙｔｉｃ  ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ  ｏｆ  ｈｕｍａｎ  ｅｒｙｔｈｒｏｃｙｔｅｓ  ｕｎｄｅｒ  ｈｙｄｒｏｓｔａｔｉｃ  ｐｒｅｓｓｕｒｅ，  Ｔａｋｅｏ  ＹＡＭＡＧＵＣＨＩ，  Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ  ｏｆ  Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ，  Ｆａｃｕｌｔｙ  ｏｆ  Ｓｃｉｅｎｃｅ，  Ｆｕｋｕｏｋａ  Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，  Ｖｏｌ．３７，  Ｎｏ．２  （１９９７），  「ヒト赤血球の加圧による溶血特性」
【非特許文献３】「凍結製薬における氷結晶モルフォロジーの制御  〜超音波を用いた核形成の制御による〜」、（兵庫県大工）中川  究也、北村  光孝  （リヨン第一大学）Ａ．  Ｈｏｔｔｏｔ、Ｓ．  Ｖｅｓｓｏｔ、Ｊ．  Ａｎｄｒｉｅｕ，  ＳＣＥＪ，  ３８ｔｈ  Ａｕｔｕｍｎ  Ｍｅｅｔｉｎｇ  （Ｆｕｋｕｏｋａ，  ２００６），  Ｃ２０２
【非特許文献４】「氷点に近い温度での凍結による溶血の機構  Ｉ：凍結及び溶解過程での形態的変化」、根井外喜男、低温科学、生物篇、１９６７年１２月２５日
【非特許文献５】「凍結食品中の氷結晶の再結晶化挙動に関する研究」、荻原  知明、日本食品工学会誌１１巻、４号、ｐ１６９−１７５、２０１０年１２月
【非特許文献６】「氷の結晶成長における形態不安化―ＩＳＳ「きぼう」実験―」、北海道大学  古川義純、学習院大学  横山悦郎、ＪＡＸＡ  吉崎  泉、依田  眞一、田中  哲夫、ＪＳＦ  島岡  太郎、ＪＡＭＳＳ  曽根  武彦、ＩＨＩエアロスペース  友部  俊之、Ｓｐａｃｅ  Ｕｔｉｌ．  Ｒｅｓ．，  ２６（２０１０）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００３３】
先ず、冷凍保存方法に関して本発明が解決しようとする課題を詳説する。
【００３４】
血液の長期保存あるいは半永久的な保存には、血液の凍結保存が行われている。しかし、解凍後の溶血が生じることが問題である。これに対して血液に添加物を加えて氷結させずに冷凍保存をする方法もあるが、保存後の血液洗浄の工程を必要とするという問題がある。
【００３５】
そこで、添加物を用いず、溶血を抑えた血液凍結保存方法が本発明の主な解決しようとする課題である。血液の凍結に伴う溶血の機序と原因には、塩害溶血、細胞内原因溶血、細胞膜原因溶血、細胞外原因溶血がある。
一方、生鮮魚の鮮度を維持した魚肉の冷凍保存方法における本発明の主な解決しようとする課題は、解凍後に魚肉からドリップが多量に出ることと、冷凍保存中に魚肉が褐色変質を起こすことである。
本発明では、いずれの機序をも生じさせない冷却条件とその制御方法を提供する。より具体的には、次のような課題とその解決の方法がある。
【００３６】
溶血を抑えた血液凍結保存方法では次の課題と解決方法がある。
（ア）塩害溶血の防止
外部から細胞外の溶液が細胞内に拡散により侵入することを防ぐ。
（イ）細胞内原因溶血
細胞内の水分の氷結を抑え、氷結による細胞の膨張を赤血球細胞の許容体積膨張に抑える。
（ウ）細胞膜原因溶血
急速冷凍で氷晶サイズを３から４ミクロンの大きさに抑えて細胞膜を傷つけない。
（エ）細胞外原因溶血防止
赤血球の外部にある氷晶を、その間隙を維持した氷結を起こさせる。そのために氷晶を再結晶させる。これにより氷晶の圧力により赤血球は破壊されることがなくなる。再結晶化過程は結晶の表面積を減らす現象の結果である。そのためには凍結開始温度を上げ、凍結面の成長速度を遅くし、氷晶内部の温度勾配を小さくする。
【００３７】
生鮮魚の魚肉に関して、解凍後に魚肉からドリップが多量に出るという課題と、冷凍保存中に魚肉が褐色変質を起こす課題に対するについては、次の解決方法がある。
（オ）解凍後のドリップ
冷凍時に氷晶核から氷晶へ成長するとき、できるだけ氷晶サイズを大きくしないで氷晶核発生時の氷晶サイズを維持する。
（カ）褐色変質
複数の水分子のグループの中で溶存酸素を抱えたままの水分子のグルーピングを維持し、冷凍時に氷晶核から氷晶へ成長するときでも、氷晶表面に再結晶すること抑制する。この再結晶の抑制により遊離酸素の発生を抑えミオグリビンのメト化を防ぐ。
【００３８】
次に冷凍装置に関する発明が解決しようとする課題について詳説する。
【００３９】
本発明にかかる冷凍過程中では、血液パック又は生鮮魚内に生じる氷晶核の発生を抑えかつ氷晶核が発生してもこれをできるだけ成長させない必要がある。過冷却水が氷結する大きな原因のひとつは過冷却水に振動が加わることである。即ち、血液パック又は生鮮魚をできるだけ氷結させずそのまま過冷却のまま温度を下げる必要があるため、本発明では、その冷却過程では血液パック又は生鮮魚を低振動ないし超低振動の環境下に置く必要がある。
【００４０】
圧縮機はその動作から大きな振動を発生し、その振動は冷媒を介して、血液パック又は生鮮魚に伝わる。圧縮機は高圧縮率のポンプを使用するため、圧縮機自体の低振動化にも限度がある。そこで、血液パック又は生鮮魚を冷却する冷却液あるいは末端の冷媒が回流する経路に、圧縮機が発生した振動を伝達させない振動伝達防止装置を挿入する必要がある。
【００４１】
冷却液又は冷媒を伝わる振動は縦波である。そこで振動伝達防止方法としては、振動伝達経路を２つに分割し、一方の伝達経路の長さを長くし、両伝達経路長の差を、伝達を阻止しようとする振動の周期の半分又は振動の波長の半分（半波長）として、振動の平滑化又は振動の山と谷を干渉により打ち消し合わせる方法がある。冷却液又は冷媒のように液相の媒体中の縦波は減衰し難くかつ、コヒーレンス長が長い。従って、当該縦波を二分割した後、一方の位相を他方の位相に比べて半波長の位相差を有すようにして干渉により縦波を消滅させることは、極めて有効な方法である。ここでは、簡単のために、振動の周期及び振動の平滑化も振動の波長及び振動の干渉という言葉で代表して表現する。
【００４２】
しかし、液体中の振動伝達速度は約１５００ｍ／秒あるため、圧縮機の振動が例えば６０ヘルツであると、半波長は１２．５ｍとなり、長い経路差を冷却回路内に設けなければならいと言う課題がある。
【課題を解決するための手段】
【００４３】
先ず、血液の冷凍保存方法について課題を解決する手段を詳説する。
【００４４】
本発明における溶血を防止する方法で用いられる手段は、血液を塩害溶血及び細胞内溶血の原因を生じさせない温度（第１冷却温度）にまで急速冷却（以下、「第１冷却過程」という）する。その後、第１冷却温度より低い第２冷却温度に至るまでの冷却（以下、「第２冷却過程」）を、緩慢冷却またはステップ冷却とステップ毎に続く当該温度を維持した一定の期間（経過温度維持期間）を設ける段階冷却により行う。しかも、少なくとも第２冷却過程は低振動環境下で行う。
【００４５】
第１冷却温度は赤血球の溶質が氷結を始める温度より低温である−４°Ｃから−６°Ｃの範囲で、冷却速度は−１０２°Ｃ／分以上である。第２冷却温度は−７〜−１３°Ｃである。第１冷却温度から第２冷却温度に至るまでの間の冷却として緩慢冷却を採用する場合はその冷却速度は−０．５°Ｃ／時間〜−１．５°Ｃ／時間である。一方、この間の冷却として、ステップ冷却を採用する場合には。−０．５°Ｃから−１．５°Ｃのステップ冷却ごとに、０．５時間又はステップ冷却温度のセ氏温度表示の数値×０．５時間のうち何れか長い時間選択しこれを超える期間を経過温度維持期間として設定する。第２冷却過程は血液をいれた容器を低振動環境下に置いて行う。
【００４６】
ここで、血液は全血液でも、ＲＣＣ、ＲＣＣ−ＬＲ、又はＲＣ−Ｍ．Ａ．Ｐ．（Ｒｅｄ  Ｃｅｌｌ  Ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｅｓ  Ｍａｎｎｉｔｏｌ  Ａｄｅｎｉｎｅ  Ｐｈｏｓｈａｔｅ、あるいは以下では簡略化して「ＭＡＰ」と呼ぶ）等と略称される濃厚赤血球でも良い。
【００４７】
当該発明において提供する解決手段の機序と効果より上記第１冷却過程及び第２冷却過程を説明する。
【００４８】
［第１冷却過程］
赤血球は直径が６から８．５ミクロン程度である。氷結温度である約−３°Ｃ位から氷晶核ができる。その氷晶核はせいぜい直径３から４ミクロンに留まる。しかし、過冷却に状態では氷晶核が形成される温度が下がる。例えば、−１０２°Ｃ／分以上の冷却速度で急速冷凍すると、その過冷却の到達温度が氷晶核の形成が開始する温度となる。過冷却状態で、氷晶核の形成が開始する温度が下がれば下がる程、氷晶サイズは小さくなる（非特許文献３）。第１冷却温度は−４°Ｃから−６°Ｃの範囲である。そのため、細胞内の氷晶サイズは３ミクロンより小さい。即ち氷晶サイズは赤血球のサイズに比べてかなり小さく、そのため赤血球細胞内原因による溶血は生じない。
【００４９】
赤血球は外部から急速冷凍しているため、氷晶核内部の温度は、氷晶形成による発熱と過冷却された氷晶の表面の温度と比較すると高い。そのため、結晶表面に存在する水分子は、結晶内部の分子とエネルギーの平衡を保つため、分子は運動状態を保ち、結晶の表面積を減らす現象すなわち氷晶の成長は生じ難い状態になっている。さらに、赤血球内の水分の一部は氷晶となっており、その分赤血球内の溶質の濃度が上昇し溶質の凝固点が下がる。
【００５０】
濃度の増加分と凝固温度の変化分は、大体比例関係にある。そのため、第１冷却過程において、到達温度である第１冷却温度が極端に低くない限り、氷晶は成長し難い。即ち、第１冷却温度が−４°Ｃから−６°Ｃの範囲においては、長時間経過しても赤血球内部において氷晶核は成長しない。そのため赤血球内の溶液の塩分濃度は極度に上がることがなく、外部である血漿の水分が浸透圧で赤血球内部に拡散し、赤血球の細胞膜を破壊することはない。即ち塩害は生じない。
【００５１】
一方、第１冷却温度に達するまでに赤血球をいわゆる最大氷結晶生成帯である−１°Ｃからその下限温度までに速やかに冷却する。最大氷結晶生成帯の下限温度は−５°Ｃと言われているが、それは純水に近い場合であって、赤血球等の電解質を含む水では、−４°Ｃを下限温度とすることがその目安である。その冷却時間は、血液パックが小型で内部伝熱が十分に保障されている場合には、最大氷結晶生成帯の通過時間は３０分間より短時間に行うことにより相当の効果を得ることができる。一方、これを超え、1時間以上の通過時間であっても、極端に長い時間でない限り本発明の目的である溶血抑制冷凍保存方法が可能である。
【００５２】
［第２冷却過程］
赤血球外部は血漿が大部分を占める。血漿には−３°Ｃ程度で氷晶核ができる。第１冷却温度で、血漿においては氷晶核の成長が始まる。しかし、第２冷却過程は冷却過程が緩慢であって、かつ低振動の環境下にあるため、氷晶の成長も特異的である。その特徴は、氷晶内部と外部の温度差が小さいこと、言い換えると氷晶内部の温度勾配が小さいこと、さらに氷晶の凍結表面の進行速度が低いことが上げられる。従って、氷晶サイズＬ＊は、凍結面の成長速度Ｒ、氷晶内部の温度勾配Ｇに対して、
【数１】
2018192260.tif 000003
の関係がある（非特許文献（３）。ａは、実際の氷晶サイズと数式１の理論値を合わせるフィティングパラメータである。このパラメータ値としては、例えば−３°Ｃで−０．２°Ｃ／分の冷却速度では、Ｌ＊＝１６０ミクロンとなる。この数式１から分かることは、このような特徴的な冷却過程では、他の冷却過程に比べて相対的に氷晶サイズは大きくなることである。
【００５３】
加えて、低振動であるので、氷晶表面における外部の水分子の衝突とそれに続く氷結固定が生じにくくなっている。そのため、氷晶のサイズが大きくなることに加えて、氷晶表面と血漿の界面では再結晶過程が起こる、即ち、氷晶表面に存在する分子は、氷晶内部の分子と比較して、高エネルギー状態にある。
【００５４】
このように分子の数を減らそうと、分子が自発的に移動し、氷晶の表面積を減らす過程が進行する（非特許文献５）。これらは、氷晶の平均サイズの増大、氷晶の数の減少、氷晶の平滑化、をもたらす。その結果、血漿すなわち赤血球外部での氷結は、氷晶核がゆっくりと大きく成長し、氷晶間の空隙寸法は再結晶過程が生じない場合に比べて大きくなる。第１冷却温度と第２冷却温度の間では、血漿内に成長する氷晶部と液体の状態の溶液部が混在する。
【００５５】
このような氷晶の成長においては、氷晶部は、溶液部で満たされた空隙を内包した状態となる。氷晶が成長すると、血漿の溶液濃度が上がり、血球への相対的な浸透圧は弱まる。さらに空隙サイズは、溶液濃度の上昇により氷晶の成長は鈍化し溶液部の減少（即ち、溶液空隙のサイズの縮小）は抑えられる。かくして、赤血球は、この溶液空隙に留まり、氷晶による赤血球の押し潰しを生じることがないため、赤血球細胞外原因による溶血は生じにくくなる。
【００５６】
ステップ冷却においては、わずかに冷却温度を下げる（−０．５°Ｃから−１．５°Ｃのステップ）ごとに、長時間その冷却温度を維持（０．５時間又はステップ冷却温度のセ氏温度表示の数値×０．５時間のうち何れか長い時間）する過温度維持期間を設けている。この過温度維持期間の間に、氷晶の再結晶過程を維持すると共に第２冷却温度近くになっても、氷晶部は溶液部で満たされた空隙を内包した状態を維持する。即ち、準静的に上記の再結晶過程を保ち、溶液空隙の縮小は抑えられ、赤血球はこの溶液空隙において留まり、氷晶による赤血球の押し潰しを生じることがないため、赤血球細胞外原因による溶血は生じにくくなる。
【００５７】
上記の冷却過程は全血液で説明した。しかし、ＭＡＰにおいては、凝固点が全血液とほぼ同じであり、赤血球に対する浸透圧も全血液の場合と変わるところがない。従って、ＭＡＰにおいても上記の第１冷却過程及び第２冷却過程に見られる現象及び溶血の防止効果は全血液の場合と同様に説明できる。
【００５８】
次に、生鮮魚の鮮度を維持した魚類の冷凍保存方法について課題を解決する手段を詳説する。
【００５９】
本発明における魚肉の解凍時のドリップの発生を抑制し、魚肉の褐色変質を抑制する方法で用いられる手段では、第一の氷結温度（第１冷却温度）にまで急速冷却（以下、「第１冷却過程」という）する。その後、第１冷却温度より低い第２冷却温度に至るまでの冷却（以下、「第２冷却過程」）を、緩慢冷却、又はステップ冷却とステップ毎に続く当該温度を維持した一定の期間（経過温度維持期間）を設けると言う２段階冷却により行う。
【００６０】
［第１冷却過程］
魚肉は−１°Ｃ位から氷結を始める。その後、例えば、−１０２°Ｃ／分以上の冷却速度で急速冷凍すると、その過冷却の到達温度が氷晶核の形成が開始する温度となる。しかし、その後、振動を与えずしばらく置くと魚肉は氷結を始めることなく全体が一様にその到達温度となる。魚肉中の水分即ち細胞内液または細胞外液の水分は、氷晶核を作るより細胞タンパクや脂質及び細胞間質液との熱平衡状態を保つため、これら液中に分散している。そのため、第１冷却温度である−４°Ｃから−６°Ｃの範囲で、魚肉は氷結することなく過冷却状態となる。
【００６１】
一方、第１冷却温度に達するまでに魚肉をいわゆる最大氷結晶生成帯である−１°Ｃから魚肉の細胞または細胞間液の電解液の下限温度−４°Ｃまでに速やかに冷却する。その冷却時間は、魚肉が小さく内部伝熱が十分に保障されている場合には、最大氷結晶生成帯の通過時間は３０分間より短時間に容易に行うことができ氷結を避けることができる。一方、大型魚の場合には内部伝熱が十分に保障されていないため、冷却通過時間を短縮するためにはコンタクト法等で冷却する必要がある場合もある。しかし、魚肉が小さい場合や大型魚の場合において、３０分間を超える通過時間であっても、極端に長い時間でない限り本発明の目的である生鮮魚冷凍保存方法が可能である。
【００６２】
［第２冷却過程］
第１冷却温度である−４°Ｃから−６°Ｃに魚肉を放置し全体に同一温度となった後、第２冷却過程を始める。第２冷却過程は第１冷却温度より低温の第２冷却温度に向けて緩慢な冷却過程であって、かつ低振動の環境下にあるため、なかなか氷結が始まり難い。すなわち、魚肉中の水分即ち細胞内液または細胞外液の水分は、細胞タンパクや脂質及び細胞間質液との熱平衡状態を保つため、これらを核として氷結を開始しない。しかし、いっ
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【数２】
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１０ミクロンメータであることより、魚肉内にランダムに発生した氷晶核から細胞内外の水分は一気に氷結する。そのため、氷晶核は細胞内外にいたるところに発生し、かつ熱平衡状態を保つため、氷晶核は実際には成長することはほとんどない。
【００６３】
多くの場合は、第１冷却温度から第２冷却温度に冷却し始めても直ちに氷結が起こるこ
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にくくなる。氷晶粒の直径が氷晶成長速度の平方根に反比例すること（非特許文献３）から過冷却が進むに連れて氷晶核の成長はますます生じにくくなる。
【００６４】
その結果、細胞内の氷晶の成長による外形サイズの拡大が細胞膜を破壊するという現象は生じにくい。一方、細胞間液の氷結と成長による細胞外からの細胞膜の破壊も生じにくい。細胞の破壊が生じにくいことは、魚肉をこのような冷凍過程で冷凍したあと、解凍しても、元の氷晶が占めていた空間で氷晶が溶けて水の空間を形成し、それがドリップとして魚肉片より外部に染み出すと言ういわゆるドリップの典型的な現象は生じにくい。なぜなら、細胞内の氷晶は大きく成長せず解凍後は直ちに細胞内液に戻り、細胞間に生じた氷晶も大きく成長せず解凍後は直ちに細胞間液に戻るからである。すなわち、ドリップの発生は抑えられる。
【００６５】
第１冷却温度より低温の第２冷却温度に向けて緩慢に冷却する第２冷却過程にあっては、過冷却温度が十分に大きくなり、過冷却の限界温度に達したとき、魚肉内にランダムに発生した氷晶核から細胞内外の水分は一気に氷結する。このとき氷晶は細胞内外にいたるところに発生し、かつ熱平衡状態を保つため、氷晶は成長することはほとんどない。そのため、水分子のグループに閉じ込められた酸素は、遊離することはほとんどなく、魚肉中のオキシミオグロビン又はデオキシミオグロビンと結合してメト化することも抑制される。
【００６６】
このように、低振動環境下で、できるだけ過冷却が進んだ後、一気に魚肉中の水分を氷結させることにより、細胞破壊やメト化を抑制し、冷凍保存後に解凍しても新鮮さを失わない魚肉の冷凍保存が可能となる。
逆に、低振動環境下にないときは、過冷却温度が大きくなる前、すなわち過冷却が限界温度に達する前に、振動により魚肉内の水分に氷晶核が生じて氷晶の成長が始まる。このとき過冷却温度は小さいため、数式２から分かるように氷晶の成長速度は遅く氷晶成長による細胞破壊や、更にグルーピングした水分子の水素結合の切断により発生した遊離酸素によるメト化を生じる。
【００６７】
第２冷凍過程にステップ冷却を採用した場合には、わずかに冷却温度を下げる（−０．５°Ｃから−１．５°Ｃのステップ）ごとに、長時間その冷却温度を維持（０．５時間又はステップ冷却温度のセ氏温度表示の数値×０．５時間のうち何れか長い時間）する過温度維持期間を設けている。ステップごとの冷却温度の進行の割合は少なく、連続する冷凍過程と同様に、魚肉中の水分即ち細胞内液または細胞外液の水分は、細胞タンパクや脂質及び細胞間質液との熱平衡状態を保つため、これらを核として氷結を開始しない。そのため、過冷却をすることができる。その結果、細胞破壊やメト化を抑制し、冷凍保存後に解凍しても新鮮さを失わない魚肉の冷凍保存が可能となる。
【００６８】
なお、氷結は冷却ステップが進んだときに生じ易い。ステップが進む瞬間には、細胞内液または細胞外液の水分と、細胞タンパクや脂質及び細胞間質液との間の熱平衡状態が崩れ易いからである。
【００６９】
次に、本発明にかかる冷凍保存方法について課題を解決する手段を詳説する。具体的には振動伝達防止装置について説明する。
【００７０】
本発明にかかる冷却過程では血液パックあるいは魚肉又は包装した魚肉を低振動ないし超低振動の環境下に置く必要がある。
【００７１】
振動が、本発明における低振動又は超低振動であるために必要な限界値について説明する。その限界値は、第１冷却温度（−４°Ｃ）に達した後、第２冷却温度に至るまでの間に、できるだけ氷結を開始させず過冷却を続ける条件から決まる。限界値は現象論的には水分子が振動により氷結又は氷結固定が生じない振動の限界値である。水分子が氷結するのは、水分子を構成する水素原子が他の水分子を構成する水素原子と水素結合をして六方晶系を形成する場合である。
【００７２】
その水素結合が形成されあるいは切断されるは、マクロに見るなら氷の融解熱に相当するエネルギーの移動が水分子にあったときである。そのエネルギーは、水が過冷却状態にあるときに氷晶核の発生から計算される。氷晶核の発生の開始は、１立法センチメートルあたり直径１ミクロンの氷晶核が１万個できる場合と考えられている。水１グラム当たりの融解熱に相当するエネルギーは３３３ジュールであり、第１冷却温度である−４°Ｃの過冷却温度での結晶成長速度は数式２より３．２９ｃｍ／秒であることより、１平方センチメートル当たり５．７３マイクロワットのエネルギーの移動が必要である。これは水中音圧に換算すると２８４パスカルであり、その音圧レベルは１６９ｄＢである。これより大きい振動を与えると第１冷却温度で氷晶核の発生が開始し、過冷却状態で冷凍を続けることはできなくなる。従って、血液パックあるいは魚肉又は包装した魚肉における本発明の冷凍時の限界音圧レベルは１６９ｄＢである。
【００７３】
一方、冷媒の比重や音速は水とほぼ同じである。従って、冷媒中の限界振動音圧も上記の限界音圧レベルとほぼ同じである。
【００７４】
一方、水分子グループにおける水素原子の結合を断つには、結合している２つの水素原子の一方をファンデアワールス半径だけ離すことにより水素結合を切断することができる。そのエネルギー氷の融解温度が１モル当たり６キロジュールであるところ、水の水素結合は１０キロから４０キロジュールである。この値は水１グラムあたり５５５ジュールから２２２２０ジュールであって、氷の融解温度より大きい。従って、上記の限界振動音圧を維持する限り、水分子グループはそのグルーピングを破壊することはなく、従って遊離酸素の発生もない。その結果、魚肉細胞のメト化も生じない。
【００７５】
この点からも、生鮮魚の鮮度を維持するのに冷凍過程では上記の限界音圧レベルを保った低振動又は超低振動の環境下に魚肉を置く必要がある。
【００７６】
以下の説明および実施例では、血液パックの冷凍について説明するが、特に明示しない場合については、魚肉等の冷凍についても同じである。
【００７７】
冷却装置は冷媒を液相と気相のサイクルにかけ液相から気相に変化するときの蒸発熱で対象物を冷却する。図１Ａおよび図１Ｂは典型的な液体冷却装置の構成と動作概要を示している。冷凍サイクルを作るガス回路は圧縮機、膨張弁またはキャピラリチューブ、熱の移動をさせる凝縮器と蒸発器又は冷凍パイプからなる。圧縮機では、ガス回路内の冷媒であるアンモニアガス、炭酸ガス、フロン等の気化潜熱が大きいガスを圧縮する。その圧縮後は高温高圧ガスとなり、凝縮器でその発生した熱を空気または水に移動させる。
【００７８】
その結果、高温高圧ガスは低温化し凝縮して高圧液となる。高圧液は膨張弁またはキャピラリチューブで低圧に開放し低圧液となる。さらに低圧液は気化して低圧ガスにかわる。その変化時に熱吸収して蒸発器を介して２次冷媒の温度を下げる（図１Ａ）。あるいは冷凍パイプ内において１次冷媒が低圧液から低温低圧ガスとなり冷凍対象の温度を下げる（図１Ｂ）。冷凍対象は、本発明では冷却槽内の冷却液である。
【００７９】
圧縮機はその動作から大きな振動を発生し、その振動は冷媒を介して、血液パックに伝わる。圧縮機は高圧縮率のポンプを使用するため、圧縮機自体の低振動化にも限度がある。そこで、血液パックを冷却する冷却液あるいは末端の冷媒が回流する経路に、圧縮機が発生した振動を伝達させない振動伝達防止装置を挿入する必要がある。
【００８０】
冷却液又は冷媒を伝わる振動は縦波である。そこで振動伝達防止方法としては、振動伝達経路を２つに分割し、一方の伝達経路の長さを長くし、両伝達経路の差を、伝達を阻止しようとする振動の波長の半分（半波長）として、振動の山と谷を干渉により打ち消し合わせる方法がある。
【００８１】
このような方法で振動を打ち消すことができるのは、液体冷凍機の振動はその大部分が冷媒の圧縮機から発生することによる。しかし、液体中の振動伝達速度は約１５００ｍ／秒あるため、圧縮機の振動が例えば６０ヘルツであると、半波長は１２．５ｍとなり、干渉により振動を除去するには、長い経路差を冷却回路内に設けなければならい。
【００８２】
そこで、本発明に係る振動伝達防止装置では、多重反射により振動伝達距離を実質的に長くして遅延位相を大きくする遅延装置、と振動を拡散させる回折穴を用いた整流装置を用いて、物理的に短い長さで振動伝達の防止が可能である。
【００８３】
2018192260.tif 000008
【数３】
2018192260.tif 000009
ここで、
【数４】
2018192260.tif 000010
【数５】
2018192260.tif 000011
【数６】
2018192260.tif 000012
【００８４】
2018192260.tif 000013
【００８５】
2018192260.tif 000014
動伝達速度は音波の伝達速度と同じであって約１５００ｍ／秒、圧縮機の振動が例えば６０ヘルツの場合、半波長となる距離は約１２．５ｍとなり、長い経路差を冷却回路内に設けなければならい。逆に言うなら、たとえば１ｍの経路長では、０．０４ラジアンの移相
2018192260.tif 000015
【００８６】
このような多重反射を利用した装置を４段直列にした場合には、０．７２ラジアン×４の遅延量が生じる。この遅延は、０．４６波長であり、振動波源を２つに分割し２つの振動波を生成し、この２つの振動波相互の干渉によって元の振動波を打ち消すことが可能である。前記遅延量を半波長に正しく合わせるには、振動反射板１及び振動反射板２の間の
2018192260.tif 000016
【００８７】
このように、多重反射を利用した遅延装置により冷却装置を小型化することができ、現実的な大きさの超低振動の冷却装置を実現できる。
【００８８】
２つの振動波相互の干渉によって元の振動波を打ち消しても、干渉の後の２つの振動波の伝播方向により再び振動が現れる場合もある。この現象は、問題としている振動波の高調波において現れ易い。これを防ぐには、２つの振動波相互の干渉の後、振動波の伝播経路に回折穴を設けてこれを通すことにより振動波を拡散させればよい。実際には、この振動を拡散させる整流装置を遅延装置の下流に設ける。その結果、整粒装置より下流に当たる伝播経路ではどこにおいても振動は除去され他状態が保たれる。
【発明の効果】
【００８９】
本発明の方法により冷凍保存した血液は、体温に戻したときでもほとんど溶血は起こらない。冷凍温度は−１０°Ｃであるので、長期の保存が可能であり希少血液型の者は、平時より自家血液保存を行い、緊急時の輸血に備えることが容易にできようになる。
【００９０】
本発明の方法により冷凍保存した生鮮魚では、高級魚で用いられている−４０°Ｃ以下で冷凍保存する高価な冷凍設備用いることなく通常用いられる−１８°Ｃのコールドチェーンを経由しても鮮度を維持することができる。その際、第２冷却温度に到達後、冷凍された魚肉を−１８°Ｃで冷凍保存する。
【００９１】
また、上記の冷凍保存方法を使用するとき血液パックを低振動環境下におく必要があるが、本発明にかかる振動伝達防止装置を用いることに液体冷凍機を小型化ができる。血液パックは小型であり、本件冷凍保存方法を使用するについて装置全体を小型化できるという大きな現実的な効果とそれによる利益が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００９２】
【図１Ａ】図１Ａは２次冷媒を使用する冷凍機の冷凍サイクルを示す概念図である。
【図１Ｂ】図１Ｂは１次冷媒だけを使用する冷凍機の冷凍サイクルを示す概念図である。
【図２Ａ】図２Ａは横棒あるいはレールと、血液パックにかける紐からなる防振手段を示す図である。
【図２Ｂ】図２Ｂは防振台と血液パックを入れる収納器および収納器の上部を覆う蓋からなる防振手段を示す図である。
【図３Ａ】図３Ａは非冷凍生クロマグロ肉の筋繊維細胞を示す写真である。
【図３Ｂ】図３Ｂは実施例３の冷凍過程を経て冷凍保存された後に解凍したクロマグロ肉の筋繊維細胞を示す写真である。
【図３Ｃ】図３Ｃは通常の緩慢冷凍法を経て冷凍保存された後に解凍したクロマグロ肉の筋繊維細胞を示す写真である。
【図４Ａ】図４Ａは非冷凍生クロマグロ肉の外観を示す写真である。
【図４Ｂ】図４Ｂは実施例３の冷凍過程を経て冷凍保存された後に解凍したクロマグロ肉の外観を示す写真である。
【図４Ｃ】図４Ｃは通常の緩慢冷凍法を経て冷凍保存された後に解凍したクロマグロ肉の外観を示す写真である。
【図５】図５は振動反射板１及び振動反射板２の間で縦波が多重反射している様子を表わす模式図である。
【図６Ａ】図６Ａは振動除去モジュールの外観図である。
【図６Ｂ】図６Ｂは振動除去モジュールの内部断面図である。
【図６Ｃ】図６Ｃはバッフルを用いたときの振動除去モジュールの内部断面図である。
【図６Ｄ】図６Ｄは振動反射板を用いたときの振動除去モジュールの内部断面図である。
【図７Ａ】図７Ａは振動除去モジュールを直接移送用配管に平行に配置した位相差発生回路の要部を示す図である。
【図７Ｂ】図７Ｂは振動除去モジュールを直接移送用配管に垂直に配置した位相差発生回路の要部を示す図である。
【図７Ｃ】図７Ｃは単純な合流器の外観図である。
【図８Ａ】図８Ａは冷媒あるいは冷却液の流れを合流する他の合流器の外観図である。
【図８Ｂ】図８Ｂは他の合流器の内部断面図を示している。
【図９】図９は穏やかに拡大する管における拡大角に対する圧力損失を示している。
【図１０Ａ】図１０Ａは振動除去装置を冷却液の循環回路に設置して使用する冷凍機の概要図を示す。
【図１０Ｂ】図１０Ｂは振動除去装置を１次冷媒の循環回路に設置して使用する冷凍機の概要図を示す。
【発明を実施するための形態】
【００９３】
採血した血液を本発明の方法により凍結する実施例について以下に説明する。
【実施例１】
【００９４】
本実施例は緩慢冷却を採用する場合の冷却工程の実施態様である。
【００９５】
血液を採取後、滅菌した容器（パック）に注入し、血液を当該容器に満たしたのち、空気相を含まない状態で注入口を封止する。パックの素材は、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）又はその可塑剤であるＤＥＨＰ（フタル酸ジ&#8722;２&#8722;エチルヘキシル）に換えてＴＯＴＭ（トリメリット酸トリス&#8722;２&#8722;エチルヘキシル）を用いたポリ塩化ビニル、ポリオレフィン、ポリエチレン、ポリブタジエンあるいはこれらに類似の材質でできたものを使用する。以下では、このように血液を充填した容器を血液パックと呼ぶ。
【００９６】
あるいは、既に血液パックとして販売されているパック入りの全血液を利用してもよい。これらは何れも血液パックと呼ぶ。
【００９７】
血液パックは、常温から以下の冷凍工程に置いても良い。一方冷凍工程時間を短くするために、以下の冷凍工程置く前に予備的冷蔵するかあるいは低温の液体により冷却しておくことが望ましい。
【００９８】
液体冷凍機は冷却温度として−１８°Ｃ程度の低温冷却のできるものが望ましい。血液パックの耐冷限界温度あるいは脆化温度である−３０°Ｃの低温冷却できる液体冷凍機であっても良い。さらに、冷却温度の設定値を時間的に変更できる温度制御機構を有するものが望ましい。
【００９９】
液体冷凍機の冷却槽内には血液パックを直接冷却する２次冷媒としてエタノールを循環させる。液体冷凍機の温度設定を−４°Ｃから−６°Ｃの範囲にある第１冷却温度に設定し、放置しエタノールが第１冷却温度に至まで待つ。その後、低振動状態で冷却をするため液体冷凍機の圧縮の動作を止めるか、又は最小運転モードにする。
【０１００】
血液パックを冷却槽内に沈没させる際、室温状態の血液パックが２次冷媒であるエタノールの温度を一時的に上げる。この温度上昇を抑えるため、冷却槽内のエタノールの体積は血液パックの体積に比べて十分に大きいことを必要とする。具体的には、エタノールの温度が一時的上昇しても、−４°Ｃを超えない程度に血液パックに対して十分な熱容量を保つだけのエタノールが液体冷凍機の冷却槽内に貯留し循環している必要がある。しかし、当該温度上昇を見込んで第１冷却温度を−６°Ｃより低い温度に設定する解凍後の血液は溶血を生じる。
【０１０１】
その後、血液パックを冷却槽内に静置させたまま５分間程度より長い時間にわたって放置する。ただし、これより短い時間であっても血液の溶血にほとんど影響を与えない。
【０１０２】
放置時間の経過後、液体冷凍機の冷却温度を、−７〜−１３°Ｃの範囲で第２冷却温度に設定する。第２冷却温度の選択は血液パック内の血液の保存期間に影響する。第２冷却温度が−７°Ｃのときには保存期間は短く、−１３°Ｃのときには保存期間は長い。第１冷却温度から第２冷却温度までの冷却速度は−１．５°Ｃ／時間〜−０．５°Ｃ／時間の範囲の緩慢な冷却が必要である。このため、液体冷凍機は温度制御機構を有するものが望ましく、冷却温度は時間的に前記の範囲の何れかの温度変化となるよう設定する。緩慢な冷却の期間は低振動状態で冷却をするため液体冷凍機の圧縮の動作を最小運転モードにする。それでも十分な低振動状態を作ることができないときは、後に述べる防振手段を用いる。
【０１０３】
血液パックを緩慢冷却し、第２冷却温度に達した後はその温度を維持する。第２冷却温度を維持するについて低振動状態は必要でないため、血液パックをその第２冷却温度又はそれ以下の温度であって血液パックの材料の耐冷限界温度あるいは脆化温度である−３０°Ｃまでの温度を維持しつつ他の冷凍装置への移動をしても構わない。この第２冷却温度又はそれ以下の温度であって血液パックの材料の耐冷限界温度あるいは脆化温度である−３０°Ｃまでの温度を保存温度と呼ぶ。この一連の過程で、血液パックの凍結保存工程が完了し、あとは上記保存温度を維持して血液パック保存するだけである。
【０１０４】
上述の防振手段にとしては、図２Ａに示すように液体冷凍機の冷却槽である冷却液体循環槽１０１の上部に設置した横棒あるいはレール１０５と、血液パック１０３にかけるつるし紐１０４からなる手段がある。この手段により、主に圧縮機が発生する液体冷凍機の振動が血液パック１０３に伝わらず低振動状態で血液パック１０３を冷却することができる。つるし紐１０４は血液パック１０３の上部のパックの袋の合わせ部に開けた穴、若しくは血液パック１０３全体をそのつるし紐１０４で結束しても良い。
【０１０５】
さらに、別の防振手段としては、図２Ｂに示すように、冷却液体循環槽１０１内に除振効果のある除振台１０８と血液パック１０３を入れる収納器１０６および収納器１０６の上部を覆う収納器蓋１０７がある。防振台１０８は冷却液体循環槽１０１を介して液体冷凍機の圧縮機が発生する振動が収納器１０６に伝わり難くするものであって、塩化ビニル等のプラスチック、シリコーンゴムあるいは発泡プラスチックからなり収納器１０６を冷却液体循環槽１０１の底面から浮かせる直接底面に接しないようにしている。
【０１０６】
一方、収納器１０６は冷却液１０２を介して伝わる圧縮機の振動から隔絶することを目的としている。収納器１０６の材料としては、冷却液１０２の温度を素早く伝えるため熱伝導度が高く、冷却液１０２を伝わる振動を反射し遮断効果を有するためには冷却液１０２とは音響インピーダンスが大きく異なることが重要である。そのためには収納器１０６の材料としては例えばアルミニウム等の金属が好ましい。また、収納器蓋１０７の材料も同じ理由からアルミニウム等の金属が好ましい。
【０１０７】
収納器１０６に収納器蓋１０７をすることは防振効果があっても、冷却液１０２の循環が血液パック１０３に触れないため血液パック１０３に対する冷却効果は低下する。したがって、血液パック１０３を超低振動状態置く必要があるとき以外は使用しない。
【０１０８】
低振動の状態としては、音圧限界値は２８４パスカルである。したがって、血液パックに伝わる振動の振動圧はこの音圧限界値以下が望ましい。血液パックに伝わる振動がこれらの値より大きいと氷晶表面における外部の水分子の衝突とそれに続く氷結固定が生じやすく、その結果、大きな氷晶ができてしまい、解凍時に溶血を起こす。魚肉にあって鮮度を喪失する。
【０１０９】
この低振動の状態は、少なくとも第１冷却温度から第２冷却温度までの冷却過程では必要であるが、第１冷却温度までの冷却過程においても、また第２冷却温度達成後であっても冷却過程においては維持しても良い。
【実施例２】
【０１１０】
本実施例はステップ冷却を採用する場合の冷却工程の実施態様である。ここでは、血液パック１０３の製作あるいは由来は実施例１と同じである。
血液パック１０３を冷却液体循環槽１０１内に静置させ第１冷却温度にまで冷却し５分間程度より長い時間にわたって放置するまでの条件も工程も実施例１と同じである。
【０１１１】
第２冷却温度を−７〜−１３°Ｃで定める。第１冷却温度から第２冷却温度に至るまでの間は、−０．５°Ｃから−１．５°Ｃの範囲の温度をステップ温度として選ぶ。上記の５分間程度以上の放置後に、液体冷凍機の冷却温度をその選んだステップ温度だけ下げる。その後、０．５時間又はステップ冷却温度のセ氏温度表示の数値×０．５時間のうち何れか長い時間、血液パック１０３を液体冷凍機内に放置する。
【０１１２】
その後、液体冷凍機の冷却温度を前記のステップ温度だけさらに下げ、０．５時間又はステップ冷却温度のセ氏温度表示の数値×０．５時間のうち何れか長い時間、血液パック１０３を液体冷凍機内に放置する。これを繰り返して第２冷却温度に到達する。第２冷却温度に到達する一つ前の温度から第２冷却温度の温度差が−０．５°Ｃより絶対値が小さい場合には、最後のステップ温度はその温度差としさらに第２冷却温度に達した後は最後のステップ冷却温度のセ氏温度表示の数値×０．５時間より長い時間、血液パック１０３を液体冷凍機内に放置する。
【０１１３】
液体冷凍機の冷却温度をステップ温度ごとに下げると、しばらくは、冷却液体循環槽１０１の温度をそのステップ温度分だけ下げるために、液体冷凍機内の圧縮機は強く稼動し、血液パック１０３が放置された冷却液体循環槽１０１に圧縮機の振動が伝わる。そのため血液パック１０３の冷却が、低振動状態では行われなくなる。そのため、低振動状態での冷却が困難であることが予想されるときは、血液パック１０３を図２Ｂに示す収納容器に入れ、かつ、冷却液体循環槽１０１の温度をそのステップ温度分だけ下げるときは収納容器の上部を収納器蓋１０７で覆う。
【０１１４】
放置状態の時は収納器蓋１０７を外す。その放置状態の時には収納器蓋１０７をしたままでも良いが、冷却液１０２の温度が血液パック１０３に十分に伝わるように、放置時間を上述の時間より２から３倍長くする。最後の放置時間を経過後は液体冷凍機の温度はそのまま維持する。第２冷却温度を維持するについては低振動状態は必要でないため、血液パックをその第２冷却温度又はそれ以下の温度であって血液パックの材料の耐冷限界温度あるいは脆化温度である−３０°Ｃまでの保存温度を維持しつつ他の冷凍装置への移動をしても構わない。この一連の過程で、血液パックの凍結保存工程が完了し、あとは前記保存温度を維持して血液パックを保存するだけである。
【０１１５】
冷凍時の低振動環境は実施例１と同じであることが好ましい。またその適用時も実施例１と同じであっても良い。
【実施例３】
【０１１６】
本実施例では、血液パックに替えて、クロマグロ肉を冷凍する。クロマグロは柵状に切りその切り身を包装用プラスチックフィルム又は包装用プラスチックバッグで空気層を含まない状態で包み、図２Ａに示す冷却液体循環槽１０１の収納器１０６に入れ、実施例１および実施例２で用いた冷凍過程で冷凍し、その後−１８°Ｃで冷凍保管をした。実施例１と同じ連続冷却を施した後、−１８°Ｃで１週間保管後、解凍した結果を図３Ａ、図３Ｂ、図３Ｃ及び図４Ａ、図４Ｂ、図４Ｃに示す。図３Ａ、図３Ｂ、図３Ｃはクロマグロ肉の筋繊維細胞を示しており、それぞれ非冷凍生クロマグロ肉、上記の解凍クロマグロ肉、及び通常の緩慢冷凍法を経た後の解凍クロマグロ肉である
【０１１７】
これより、本実施例のクロマグロ肉は、冷凍しない生肉と同様の細胞の破壊は殆どない。一方、従来の緩慢冷凍法（図３Ｃ）では筋繊維細胞の破壊が各所に生じていること、及び細胞内の氷結跡に水が溜まっていることが分かる。図４Ａ、図４Ｂ、図４Ｃはクロマグロ肉の全体外観を示しており、それぞれ非冷凍生クロマグロ肉、上記の解凍クロマグロ肉、及び通常の緩慢冷凍法を経た後の解凍クロマグロ肉である。非冷凍生クロマグロ肉、及び通常の緩慢冷凍法を経た後の解凍クロマグロ肉と比較して、本実施例の解凍クロマグロ肉ではメト化による褐色変質が僅かである。ただし、生クロマグロ肉は1週間の保存はできないため、同種のクロマグロの同一部位から採取したクロマグロ肉を使っている。
【０１１８】
包装用プラスチックフィルムや包装用プラスチックバッグは上述のポリ塩化ビニル、ポリオレフィン、ポリエチレン、ポリブタジエン等に加えてポリ塩化ビニリデンを用いても、また柔軟性がある展性のある素材を用いても良い。
【０１１９】
これらの結果より、本実施例におけるクロマグロ肉は従来の緩慢冷凍法によるクロマグロ肉より鮮度が保たれていることが示されている。この結果は、実施例２に示したステップ冷凍法を利用したときでも同じである。
【０１２０】
温度計測は、直接魚肉の温度を計測しても良いし、又は包装用プラスチックフィルムあるいは包装用プラスチックバッグを介して計測してもよい。
【０１２１】
なお、冷凍時の低振動環境は実施例１と同じであることが好ましい。これより振動が大きいと氷晶表面における外部の水分子の衝突とそれに続く氷結固定が生じやすく、その結果、大きな氷晶ができてしまい氷結時にメト化が進み、解凍時にはドリップが発生する。
またその適用時も実施例１と同じであっても良い。
【実施例４】
【０１２２】
上記の実施例１及び実施例２では、液体冷却装置の振動が冷却中の血液パックに加わらないように、２つの手段とその使用方法、即ち血液パック１０３をつるし紐１０４で上から吊るす場合（図２Ａに例示する場合）と、除振台１０８と血液パック１０３を入れる収納器１０６および収納器１０６の上部を覆う収納器蓋１０７を組み合わせて用いる場合（図２Ｂに例示する場合）を、示している。しかし、これらは液体冷却装置の主な振動源である圧縮機が発生する振動が、２次冷媒を介して血液パックあるいは包装用プラスチックフィルムや包装用プラスチックバッグに入れた魚肉に伝わるメカニズムに対する積極的な解決策を与えるものではない。
【０１２３】
本実施例では、積極的な防振手段として、圧縮機が発生する振動が１次冷媒を伝わり、さらに２次冷媒である冷却槽のエタノールあるいはエチレングリコール等に伝わることを防ぐ機能を有する振動除去装置について、その具体的な実施例を示す。当該振動除去装置は、１次冷媒の回路の途中に設置して使用する。当該振動除去装置により、液体冷却装置の主な振動源である圧縮機が発生する振動は遮断され、血液パックあるいは包装用プラスチックフィルム等に入れた魚肉には伝わらない。本振動除去装置は圧縮機を用いた液体冷却装置ならいずれにも協働して稼働させることにより、振動が冷媒にほとんど伝わらない冷凍装置を実現することができる。
【０１２４】
気体と液体の相変化を生じる冷媒が冷却槽内のエタノールあるいはエチレングリコール等の１次冷却液を冷却する場合には１次冷却液の循環回路に本振動伝達防止装置を入れる。
【０１２５】
図６Ａと図６Ｂは本実施例にかかる振動除去装置の一部又は全部をなす振動除去モジュール１０示す。図６Ａは振動除去モジュール１０の外観を示し、図６Ｂはその内部断面を示す。振動除去装置要素１０は入力管１、出力管３、多重反射管２からなる。振動除去モジュール１０の入力管１、多重反射管２及び出力管３はそれぞれ円筒形状をしており、それぞれの内径はｄ１、ｄ２及びｄ３である。１次冷媒あるいは２次冷媒の移送は、これら冷媒が入力管１から入り、多重反射管２を経由して出力管３から出て行くという移動の順序である。冷媒中の縦波の振動波は入力管１から多重反射管２に伝わり、そこで多重反
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【０１２６】
振動除去モジュール１０は冷媒の流量を積極的に制御するものでないので、一般的にはｄ１とｄ３は等しい。振動波の多重反射は多重反射管２の円筒端面をなす２つ壁の間で生じる。その反射係数と透過係数は、厳密には冷媒と振動除去モジュール１０、及び振動除去モジュール１０の外部である空気の密度と音波伝送速度による音響インピーダンスを考慮しなければならない。
【０１２７】
振動除去モジュール１０は金属やプラスチックで作られている。そのため、冷媒や空気とは密度と音波伝送速度に大きな違いがある。そのため、音響インピーダンスの効果を無視して、形状のみで振動除去モジュール１０の反射係数と透過係数を求めても大きな誤差は生じない。そのため反射係数と透過係数はそれぞれ
【数７】
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【数８】
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【０１２８】
振動除去モジュール１０の内部構造が図６Ｂで示すものの場合には、入力管１から伝番する振動の一部は、上記の多重反射を生じることなく、直接出力管３から下流側の冷媒に伝わる。そのため、下流側の冷媒に、完全な振動の半波長の位相差を与えることが困難となる。
【０１２９】
図６Ｃはその問題を改善した振動除去モジュール１０の内部構造を示している。即ち、入力管１から伝播する振動が直接出力管３に伝播しないように、出力管３が入力管１を見込む出口側に円盤状の板材により構成されたバッフル３１を設けている。バッフル３１は振動の伝達を妨げる働きをし、その直径ｄ４は出力管３の内径ｄ３と同程度かそれより少し大きい。バッフル３１は取付け脚３２により多重反射管２の内部に取り付けられている。
【０１３０】
このバッフル３１により、入力管１から伝播する振動は殆どが上記の多重反射を経るため、この多重反射管２において完全な振動の半波長の位相差を与えることができる。
なお、このバッフル３１は円盤形状でなくても出力管３の内径ｄ３を覆う形状であれば四角形あるいはそれ以上の多角形であても良い。
【０１３１】
図６Ｄは振動除去モジュール１０のさらに別の内部構造上を示している。上述の実施例では、バッフル３１により入力管１から伝播する振動が直接出力管３に伝播しないようにしていたが、バッフル３１に換えて円盤状の板材により構成された振動反射板３３を設けている。振動反射板３３の直径ｄ５は多重反射管２の内部直径ｄ２より少し小さく出力管３の内径ｄ３より大きい。振動反射板３３は入力管１から伝播する振動をほとんど反射し、この振動反射板３４と多重反射管２の入力管１側の終端内壁との間で多重反射を生じる。多重反射を生じた後の振動は振動反射板３３と多重反射管２の隙間から出力管３に流出する冷媒中を伝搬することなる。振動反射板３３は取付け脚３４により多重反射管２の内部に取り付けられている。
【０１３２】
図６Ｄでは、振動反射板３３の表面を多重反射管２の入力管１側の終端内壁に向って凹形状としている。入力管１から伝播する振動の位相面と合わせるためである。しかし、多重反射による振動の波形の空間的な分散が生じるものの、振動反射板３３の表面形状を多重反射管２の入力管１側の終端内壁に平行な平板としても良い。
【０１３３】
なお、この振動反射板３３は円盤形状でなくても出力管３の内径ｄ３を覆う形状であれば四角形あるいはそれ以上の多角形であっても良い。
バッフル３１は振動が直接出力管３に伝播しないように働き、振動反射板３３は多重反射管２の入力管１側の終端内壁との間で多重反射を生じさせるように働くため、バッフル３１の直径ｄ４は振動反射板３３の直径ｄ５より小さい。
【０１３４】
振動の半波長の位相差による振動の干渉により打ち消しのために、１次冷媒、２次冷媒又は冷凍液の回路を２つ分割し、その一方は直接そのまま移送し（直接移送）、他方には振動除去モジュール１０を１以上直列にして半波長の位相遅延を発生させて移送（位相遅延移送）する。図７Ａと図７Ｂは、これらの直接移送と位相遅延移送を実現する回路（以下、「位相差発生回路」と呼ぶ）の実施例の要部を示している。
【０１３５】
１次、２次冷媒又は冷凍液の回路の配管１１は分岐管１２で２つに分割される。位相差発生回路６及び７では、直接移送には位相遅延を少なくするためにほぼ直線的に伸びる直線状の配管４が用いられている。位相差発生回路６では、位相遅延移送には振動除去モジュール１０は直接移送用の配管４に平行（図７Ａ）に配置し、また位相差発生回路７では振動除去モジュール１０は直接移送用の配管４に直角（図７Ｂ）に配置している。位相差発生回路７では振動除去モジュール１０を直接移送用の配管４に対して直角に配置しているため、位相差発生回路６に比べてその全長は短くできるため、振動除去装置を小型にすることができる。
【０１３６】
分岐管１２から振動除去モジュール１０を経由する回路には配管５が用いられている。直接移送の配管４の回路と、配管５と振動除去モジュール１０からなる位相遅延移送の回路とは、同じコンダクタンスを有し、直接移送の回路及び位相遅延移送の回路から供給される１次冷媒あるいは２次冷媒の単位時間の流量は同じである。これにより、合流後の全体流量において振動の干渉により全体流量において確実に振動を打ち消すことができる。
【０１３７】
図７Ｃは単純な合流器１７を示している。即ち、直接移送の配管４の回路から供給される１次冷媒あるいは２次冷媒と、位相遅延移送の回路を経由して配管５から供給される１次冷媒あるいは２次冷媒とをそれぞれ入力配管１３と１４から流入させ配管１６で合流させる。
【０１３８】
図８Ａと図８Ｂは、直接移送の回路及び位相遅延移送の回路から供給される冷媒あるいは冷却液の流れを合流する他の合流器２０の外観と内部断面を示している。直接移送の配管４の回路と、振動除去モジュール１０と配管５からなる位相遅延移送の流れの回路は、合流器２０の入力配管１３と１４に接続されている。入力配管１３と１４から流入した冷媒は、当該２つの入力配管の出口が接続された円錐形状の内部空間を有する拡大管２１の入り口２５に入り干渉室２６に導入される。
【０１３９】
入力配管１３と１４から見込む干渉室２６の角度θは円錐の頂角又は流れの拡大角であって、流れの圧力損失を大きくしない範囲の値が望まし。拡大管では流れは最初壁面より遊離して、ある程度下流に行って後に管壁に接する。圧力損失が生じる原因は、この拡大管の最初の所では、噴流が周りの流体を乱して渦を作ることにより生じる。拡大角は図９より、最大圧力損失の約半分となる２５度程度が良い。これ以上の角度であっても良いが、流れを作る循環ポンプ５２（図１０Ａ）や圧縮機７２（図１０Ｂ）の負荷が大きくなる。逆に、これ以下の角度であると合流器２０の外形長が大きくなり、これを装備させる振動除去装置が大きくなってしまう。
【０１４０】
直接移送の回路及び位相遅延移送の回路から供給される１次冷媒あるいは２次冷媒は干渉室２６で相互に干渉し、縦波の振動はこの干渉室２６において消滅する。しかし、干渉室２６は縦波の振動とその振動とは半波長遅れた振動の２つの振動が干渉する空間に過ぎないため、ともすると干渉が破れて冷媒に再び振動が現れることがある。この危険性を防止するため、多くの回折穴２４が開いた拡散板２３を干渉室２６の下流部に設けてある。振動はこの回折穴２４を新たな振動源として振る舞う。
【０１４１】
拡散板２３は振動を透過させないために冷媒あるいは冷却液に比べ音響インピーダンスが大きく異なる材質、例えば内部に空洞を有するプラスチックあるいは金属板が望ましい。しかし、回折穴２４において振動は消滅しているため、その下流側の円筒管２２で構成された合流室２７には振動が消滅した流れが集まる。その後、出口２８を経由して、流れは超低振動の流れとして出力配管１５から、冷却液供給管５４（図１０Ａ）又は冷媒供給管８４（図１０Ｂ）を通って冷却液体循環槽５８又は冷却液体循環槽７８を冷却する冷却配管７５に至る。
【０１４２】
振動除去装置は位相差発生回路６又は７を合流器２０に接続して構成することができる。一方、位相差発生回路６又は７の配管４及び５を、合流器２０を使用せず、分岐管を逆方向に使用する合流管（図示せず）につないで、振動除去装置とすることもできる。この場合は、合流後の配管を曲げたりすると元の振動波が現れる場合があるので使用の用途は限定される。一方、合流器２０を使用する場合は、合流器２０の後の下流側の配管を曲げても元の振動波が現れることがないため、用途は限定されない。
【実施例５】
【０１４３】
図１０Ａは振動除去装置５３を冷却液５５の循環回路６５設置して使用する実施形態を示している。冷却液体循環槽５８には冷却液５５が満たされている。冷却液５５は循環ポンプ５２により循環回路６５を循環している。循環回路６５には１次冷却器５１が設けられ、冷却液５５は１次冷却器５１により冷却され冷却管６６を介して振動除去装置５３に入る。超低振動の冷却液５５は冷却液供給管５４を介して冷却液体循環槽５８に供給される。冷却液５５は循環ポンプ５２や圧縮ポンプ４２が発生する振動を伝達していないため、実施例１又は２で要求される冷却過程において、血液パック５７を低振動ないし超低振動の環境下に置くことができる。血液パック５７は、防振台５６の上に置かれるか、収納器（図示せず）に収めて防振台５６上の置いても良い。
【０１４４】
１次冷却器５１で冷却液５５を冷却する１次冷媒は循環回路６３において冷却サイクルの循環をしている。即ち１次冷媒は圧縮ポンプ４２の圧縮と膨張弁４３での低圧化による圧力の傾斜により循環回路６３内を循環している。１次冷媒は圧縮ポンプ４２により圧縮後、２次冷却器４１により冷却され膨張弁４３を経由して１次冷却器５１に入る。２次冷却器４１には低温度の水あるいは空気６１が供給され、１次冷媒の熱を奪った後、温水あるは高温の空気６２となる。本実施例では、１次冷媒は圧縮ポンプ４２により圧縮後、２次冷却器４１により冷却され膨張弁４３に入るが、膨張弁４３に変わってキャピラリを用いてもよい。
【０１４５】
なお、本実施例は、血液パックのみならず包装用プラスチックフィルムあるいは包装用プラスチックバッグに入れた魚肉にも適用できる。
【実施例６】
【０１４６】
図１０Ｂは振動除去装置７４を１次冷媒の循環回路８３に設置して使用する実施形態を示している。冷却液体循環槽７８には冷却液７７が満たされている。１次冷却液は圧縮ポンプ７２の圧縮と膨張弁７３での低圧化による圧力の傾斜により循環回路８３内を循環している。１次冷媒は圧縮ポンプ７２により圧縮後１次冷却器７１により冷却され膨張弁７３を経由して振動除去装置７４に入る。超低振動の１次冷媒は冷媒供給管８４を介して冷却液体循環槽７８を取巻くに冷却配管７５に供給される。
【０１４７】
この冷却配管７５により冷却液体循環槽７８が冷却され冷却液７７が冷却される。１次冷媒は圧縮ポンプ７２が発生する振動を伝達していないため、実施例１又は２で要求される冷却過程において、血液パック７９を低振動ないし超低振動の環境下に置くことができる。血液パック５７は、防振台７６の上に置かれるか、収納器（図示せず）に収めて防振台７６上の置いても良い。
【０１４８】
１次冷却器７１には低温度の水あるいは空気８１が供給され、１次冷媒の熱を奪った後、温水あるは高温の空気８２となる。１次冷媒は圧縮ポンプ７２により圧縮後、１次冷却器７１により冷却され膨張弁７３に入るが、膨張弁７３に変わってキャピラリを用いてもよい。
【０１４９】
なお、本実施例は、血液パックのみならず包装用プラスチックフィルムあるいは包装用プラスチックバッグに入れた魚肉にも適用できる。
【０１５０】
また、図２Ａに示すつるし紐Ａ又は図２Ｂに示す除振台などの除振手段は、本発明に係る振動除去モジュールを使用した冷凍と併用しても良い。
【０１５１】
本明細書では、溶血抑制については、全血液としては人全血液について説明し、実施例も人全血液を基本として本件発明を説明している。しかし、本件発明に係る溶血抑制冷凍保存方法及びその方法に用いる冷凍装置は、赤血球を有する動物なら陸上動物あるいは魚類等の海中動物の血液あるいはこれら動物から採取した全血液に対しても適用できる。
【０１５２】
本明細書では血液の冷凍に際して血液を充填した容器特に袋状のパックを用いた例を以って本件発明を説明しているが、血液を収納し外部からの汚染を防止できものであればパックでなくても、箱状、球状等の形状でも良く。血液を冷凍することができる容器であれば良い。
【０１５３】
また、血液も輸血用とは限らず溶血を防ぐことが必要な目的あるいは用途であればそのような目的又は用途に使用する血液についてその冷凍保存に対しても本発明は適用できる。
【０１５４】
一方、生鮮魚類の鮮度の維持する冷凍保存方法については実施例３ではクロマグロ肉について本明細書では説明をしている。しかし、本件冷凍保存方法は他のマグロや、他の魚種、例えば、ブリ、サバ、タイ、カツオ、カンパチ、サンマ、イワシに対しても適用できる。
【０１５５】
更に、上記のクロマグロ、他のマグロや他の魚種について、実施例１に示した緩慢冷却を採用する冷却工程以外に、実施例２で示したステップ冷却を採用する冷却工程を利用しても同様に鮮度を維持することができる。
【０１５６】
なお、魚体が比較的小さい場合には、魚肉は切り身だけではなく魚体全体についても実施例３におけると同じ冷凍過程を適用して本発明の冷凍保存方法を適用することができる。冷凍装置についても同様である。
【０１５７】
冷却過程は緩慢冷却を採用する冷却工程とステップ冷却を採用する冷却工程を混在させても良い。例えば、第１冷却温度から第２冷却温度に移行する際、前半を緩慢冷却に基づく冷却工程により、後半をステップ冷却に基づく冷却工程により冷却する方法、あるいはその逆、あるいは緩慢冷却に基づく冷却工程とステップ冷却に基づく冷却工程を混在させこれらの工程の比率を変える冷却工程を利用しても良い。
【０１５８】
又、冷凍機としては液体冷凍機を使用する場合を説明している。しかし、第１冷凍温度と第２冷凍温度を設定でき、かつ第1冷凍温度まで急速な冷凍過程を提供できるものであれば、液体冷凍機でなくてもエアブラスト冷凍機等も使用できる。また、血液パックあるいは魚肉が直接冷却液に触れない冷凍機として冷媒のガイド管やガイド筐体と直接接触するコンタクトフリーザを使用することもできる。
【０１５９】
エアブラスト冷凍機を使用する場合には、冷媒液を介して伝わる振動が、空気を介して冷凍対象物である血液パックあるいは魚肉に伝わることとなる。冷媒や水における振動エネルギーの伝搬と空気におけるエネルギーの伝搬とでは、空気の方が３４００倍ほど大きい。しかし、空気から血液パックや魚肉へ音波が伝わる際の反射が大きく透過する音圧エネルギーの割合は３７００分の１である。従って空気中では音圧２９４パスカルが限界音圧となる。この場合、音圧レベルに換算すると１４３ｄＢとなる。従って、エアブラスト冷凍機の空気振動は１４３ｄＢ以下に抑える必要がある。
【０１６０】
コンタクトフリーザでは直接冷凍対象物の振動を測定して、冷媒中の音圧レベルとおなじ１６９ｄＢ以下に音圧を抑える必要がある。
【０１６１】
いずれにせよ、冷凍対象物に内における限界音圧は、液体冷凍機、エアブラスト冷凍機、コンタクトフリーザの何れを使用する場合も同じである。
【産業上の利用可能性】
【０１６２】
第１冷却温度に速やかに冷却し、その後外部より振動が当該血液パックにほとんど伝わらない環境の下で第２冷却温度に緩慢に冷却工程からなる工程により、溶血の生じ難い血液パックの保存に適用することができる。さらに、本冷凍保存方法は、魚肉の鮮度を維持する冷凍保存にも適用することができる。
【符号の説明】
【０１６３】
１  入力管
２  多重反射管
３  出力管
４、５、１６  配管
６、７  位相差発生回路
１０  振動除去モジュール
１１  配管
１２  分岐管
１３、１４  入力配管
１５  出力配管
１７、２０  合流器
２１  拡大管
２２  円筒管
２３  拡散版
２４  回折穴
２５  入り口
２６  干渉室
２７  合流室
２８  出口
３１  バッフル
３２、３４  取付け脚
３３  振動反射板
４１、７１  ２次冷却器
４２，７２  圧縮ポンプ
４３、７３  膨張弁
５１  １次冷却器
５２  循環ポンプ
５３、７４  振動除去装置
５４  冷却液供給管
５５、７７、１０２  冷却液
５６、７６  防振台
５７、７９  血液パック
５８、７８、１０１  冷却液体循環槽
６５、８３  循環回路
６６  冷却管
７５  冷却配管
８４  冷媒供給管
１０３  血液パック
１０４  つるし紐
１０５  レール
１０６  収納器
１０７  収納器蓋
１０８  除振台
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図５】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図６Ｃ】
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【図６Ｄ】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図７Ｃ】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図９】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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