(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
容器内の生鮮製品を過冷却する方法であって、
生鮮製品に振動磁場を印加しながら、生鮮製品を約０℃〜約−２０℃の範囲内の温度に冷却し；
生鮮製品の凝固点未満の温度を維持しながら、冷却した生鮮製品に振動磁場およびパルス電場を同時印加する、
という段階を含み、
該パルス電場は、生鮮製品と接触する一対の電極を通して印加され、約０．６Ｖ／ｃｍ〜約１０Ｖ／ｃｍの強度を有する、
方法。
【請求項２】
生鮮製品が食品である、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
食品が肉製品である、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
生鮮製品が臓器または体組織である、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
生鮮製品が約−４℃〜約−７℃の範囲内の温度に冷却される、請求項１〜４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項６】
パルス電場がパルス状の方形波形として与えられる、請求項１〜５のいずれか１項に記載の方法。
【請求項７】
方形波形が少なくとも２０ｋＨｚの周波数で与えられる、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
容器の中央で測定された場合に振動磁場が約５０〜５００ｍＴの強度を有する、請求項１〜７のいずれか１項に記載の方法。
【請求項９】
過冷却された生鮮製品内に氷晶が形成されない、請求項１〜８のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１０】
冷却中に生鮮製品にパルス電場を印加することをさらに含む、請求項１〜９のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１１】
生鮮製品が、食品、臓器、組織、生物学的製剤、細胞培養物、幹細胞、胚、血液、反応性溶液、および不安定な化学試薬から選択される、請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
食品をその凝固点未満の温度で保存する方法であって、
食品に振動磁場を印加しながら、食品をその凝固点未満の温度に冷却し；
振動磁場を印加しながら、およびパルス電場を食品と接触する一対の電極を通して印加しながら、食品を所望の期間その凝固点未満に維持すること
を含み、
該パルス電場は、約０．６Ｖ／ｃｍ〜約１０Ｖ／ｃｍの強度を有する、
方法。
【請求項１３】
食品が一つまたは複数の肉片を含む、請求項１１又は１２に記載の方法。
【請求項１４】
肉が鶏肉、牛肉および魚肉のうちの一つまたは複数である、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
食品が野菜である、請求項１１又は１２に記載の方法。
【請求項１６】
食品が２４時間よりも長く保存される、請求項１１〜１５のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１７】
保存されなかった食品と比較して食品の色、ドリップロスまたは柔らかさのうちの一つまたは複数において有意な変化がない、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
冷却中に食品にパルス電場を印加することをさらに含む、請求項１１〜１７のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１９】
パルス電場が方形波形として与えられる、請求項１１〜１８のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２０】
方形波形が約０．２〜約０．８のデューティサイクルを備えている、請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
方形波形が２つ以上のデューティサイクルを備えている、請求項１９又は２０に記載の方法。
【請求項２２】
方形波形が０．２、０．５および０．８のデューティサイクルを備えている、請求項２１に記載の方法。
【請求項２３】
振動磁場が約５０〜５００ｍＴの強度を有する、請求項１１〜２２のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２４】
臓器を保存する方法であって、
臓器に振動磁場を印加しながら臓器を０℃未満に冷却し；
その後臓器にパルス電場および振動磁場を印加することを含み、
該パルス電場は、２つの接触電極を通して印加され、約０．６Ｖ／ｃｍ〜約１０Ｖ／ｃｍの強度を有する、
方法。
【請求項２５】
パルス電場がパルス状の方形波形として与えられる、請求項２４に記載の方法。
【請求項２６】
振動磁場が約５０〜５００ｍＴの強度を有する、請求項２４又は２５に記載の方法。
【請求項２７】
パルス電場および振動磁場を印加し続けながら臓器を２４時間よりも長く０℃未満の温度で維持する、請求項２４〜２６のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２８】
一つまたは複数の生鮮製品を過冷却するための装置であって、
一つまたは複数の生鮮製品を保持可能な容器；
容器内に配置された際に一つまたは複数の生鮮製品と接触するように配置された２つの電極を含むパルス電場発生装置；および
容器内に振動磁場を発生させるように構成された振動磁場発生装置
を含む、前記装置。
【請求項２９】
パルス電場発生装置がパルス状の方形波形を与えるように構成された、請求項２８に記載の装置。
【請求項３０】
パルス電場発生装置が絶縁ゲートバイポーラトランジスタを含む、請求項２８又は２９に記載の装置。
【請求項３１】
振動磁場発生装置が容器の各側面に４つのソレノイド形コイルを含む、請求項２８〜３０のいずれか１項に記載の装置。
【請求項３２】
装置が冷蔵庫またはフリーザーの一部である、請求項２８〜３１のいずれか１項に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
本出願は２０１３年１２月１０日に出願された米国仮特許出願第６１９１４２７０号に基づく優先権を主張し、前記仮特許出願はその全体が参照によって本明細書に援用される。
【０００２】
連邦政府による資金提供を受けた研究開発の記載
本発明は、米国食品農業研究所（National Institute of Food and Agriculture）から授与された助成金番号２００９−６５５０３−０５７８６および２０１４−６７０１７−２１６５０を基に、政府援助を得てなされたものである。米国政府は本発明において一定の権利を有する。
【背景技術】
【０００３】
発明の技術分野
本出願は全体として、食品または組織等の生鮮材料の保存の分野に関する。特に、いくつかの態様では、本出願は製品の凝固点未満の温度で保存しながら食品の鮮度を保存することが可能な、食品保存のための方法および装置に関する。他の態様では、本発明は、ヒトの臓器および他の組織を含む生物由来物質等の、他の種類の生鮮材料の貯蔵および保存に適応することができる。
【０００４】
関連技術の記載
食品の保存は公衆衛生の面で重大な意味を持つ。様々な食品保存法の中で、食品冷凍は、腐敗の過程および混入性微生物種の増殖を遅延させるのに役立つ。冷凍は、長期に亘る貯蔵において食品の安全性を確保し、食品の品質を保持するための、最も効果的な方法の一つである。その有効性に反して、冷凍および解凍のプロセスは食品の品質に関する深刻な問題をもたらす。例えば、冷凍プロセスの間、氷の結晶化および成長は、肉、魚、果物および野菜の組織構造に構造的な破壊および浸透圧の変化等の不可逆的なダメージをもたらし得る。冷凍および解凍のプロセス中に食品に生じることが観察された他の変化には、色、味、および鮮度等の、食品の知覚特性における変化が含まれる。過剰に長い冷凍を受けた食品は、脂質酸化、タンパク質変性、氷の再結晶化、および含水量の変化も起こし得る。食品の品質に対するこれらの劣化作用は、食品内の氷晶の形成、成長、および分布によって引き起こされる食品への構造的損傷の度合いに直接関係している。食品の冷凍に関するこのような問題は、貯蔵期間中に食品内の氷晶の形成および成長を制御することの重要性を示している。
【０００５】
これら考慮すべき問題を打開するため、水の性質の操作に基づく冷凍技術が開発された。これらの開発の大部分は、瞬時の核形成による水の急速冷凍の誘導またはストレスの外部適用を通じた氷晶サイズの制御を目的としている。この目的を達成するために、いくつかの研究によって、様々な条件および処理の下での過冷却現象が調査された。電場下における過冷却された溶液についても検討がなされた。しかし、これらの研究のいずれにおいても、凍結温度での長大な貯蔵期間における、食品の過冷却状態を延長する方法は評価されていない。
【０００６】
食品および他の生鮮材料（例えば、移植用に摘出された臓器）の過冷却状態を効果的に延長させるための方法および装置は、有益であり、冷凍および解凍に関する問題の多くを回避しつつ生鮮材料のより穏やかな貯蔵および輸送を可能にし得る。
【発明の概要】
【０００７】
本明細書において、生鮮製品の過冷却状態を達成および維持する方法が開示される。また、本明細書において、本明細書で開示される方法に従ってそのような製品を過冷却することが可能な装置が開示される。これらの方法および装置は、食品および臓器等の生物組織を含む種々の生鮮材料および／または生鮮物質に適用することができる。
【０００８】
いくつかの態様において、容器内の生鮮製品を過冷却する方法が提供される。前記生鮮製品は、生鮮製品に振動磁場を印加しながら、約０℃〜約−２０℃の範囲の温度に冷却され得る。いくつかの実施形態では、製品の冷却中に、パルス電場も印加される。冷却後、振動磁場およびパルス電場が製品に印加される。製品は過冷却された温度で所望の期間維持され得る。いくつかの実施形態では、製品は約−４℃〜約−７℃に冷却され得る。いくつかの実施形態では、過冷却された製品において氷晶が形成されない。
【０００９】
パルス電場はパルス状の方形波形として与えられ得、少なくとも２０ｋＨｚの周波数で与えられ得る。振動磁場は、製品を保持する容器の中央で測定された場合、約５０〜５００ｍＴの強度を有し得る。
【００１０】
いくつかの実施形態では、生鮮製品は、食品、臓器、組織、生物学的製剤、細胞培養物、幹細胞、胚、血液、反応性溶液、および不安定な化学試薬から選択され得る。いくつかの実施形態では、生鮮製品は、過冷却温度での貯蔵後、その使用目的に適したままである。
【００１１】
いくつかの実施形態では、食品の凝固点未満の温度で食品を保存する方法が提供される。その方法では、食品は冷凍されないことが好ましい。食品は、振動磁場を印加されながら、その凝固点未満の温度に冷却される。いくつかの実施形態では、パルス電場も冷却中に与えられる。食品は、振動磁場およびパルス電場の組合せを印加する間、その凝固点未満の温度に維持される。
【００１２】
いくつかの実施形態では、食品は鶏肉、牛肉または魚肉等の肉を含む。いくつかの実施形態では、食品は野菜を含む。食品は２４時間以上、７２時間以上、またはさらには２週間超、保存され得る。
【００１３】
いくつかの実施形態では、保存されなかった食品と比較して、食品の色、ドリップロス、または柔らかさのうちの一つまたは複数における有意な変化がない。いくつかの実施形態では、冷凍された食品と比較して、保存された食品の一つまたは複数の特徴が保存される。
【００１４】
パルス電場は方形波形として与えられ得る。いくつかの実施形態では、方形波形は約０．２〜約０．８のデューティサイクルを備えている。２以上の異なるデューティサイクルが保存プロセス中に与えられ得る。例えば、０．２、０．５および０．８のデューティサイクルが与えられ得る。振動磁場は約５０〜５００ｍＴの強度を有し得る。
【００１５】
いくつかの実施形態では、臓器を保存する方法が提供される。臓器は、振動磁場を印加されながら、０℃未満の温度に過冷却される。いくつかの実施形態では、パルス電場も冷却プロセス中に与えられ得る。振動磁場およびパルス電場の組合せを与えることで、凍結することなく、過冷却温度で臓器が維持される。いくつかの実施形態では、臓器は、パルス電場および振動磁場を印加され続けながら、０℃未満の温度で２４時間よりも長く維持される。臓器は、貯蔵後のその用途のために生存可能なままであることが好ましい。
【００１６】
別の態様において、食品、臓器および組織等の生鮮製品の過冷却に使用することができ
る装置が提供される。いくつかの実施形態では、前記装置は、一つまたは複数の生鮮製品を保持するための容器、パルス電場発生装置および振動磁場発生装置を含む。パルス電場発生装置は、容器内に配置された際に生鮮製品と接触するように配置された少なくとも２つの電極を含む。振動磁場発生装置は、容器内に振動磁場を発生させるように構成されている。
【００１７】
いくつかの実施形態では、パルス電場発生装置はパルス状の方形波形を与えるように制御される。パルス電場発生装置は、例えば、絶縁ゲートバイポーラトランジスタによって制御され得る。
【００１８】
いくつかの実施形態では、振動磁場発生装置は、容器の各側面に４つのソレノイド形コイルを含む。
【００１９】
いくつかの実施形態では、前記装置は持ち運ぶことができ、冷却のための別々の冷凍装置の中に配置され得る。いくつかの実施形態では、前記装置は冷蔵庫またはフリーザーの一部である。いくつかの実施形態では、前記装置は、容器内の温度を０℃〜約−２０℃の範囲の温度等の所望の温度に低下させるための要素を含む。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１Ａ】図１Ａおよび１Ｂは、（Ａ）通常の冷凍プロセス中の、および（Ｂ）過冷却状態が達成され延長された場合の、経時的な予想温度プロファイルを示している。
【図１Ｂ】図１Ａおよび１Ｂは、（Ａ）通常の冷凍プロセス中の、および（Ｂ）過冷却状態が達成され延長された場合の、経時的な予想温度プロファイルを示している。
【図２Ａ】図２Ａ〜Ｃは、生鮮材料を過冷却する装置の実施形態を示している。
【図２Ｂ】図２Ａ〜Ｃは、生鮮材料を過冷却する装置の実施形態を示している。
【図２Ｃ】図２Ａ〜Ｃは、生鮮材料を過冷却する装置の実施形態を示している。
【図３Ａ】図３ＡおよびＢは、いくつかの実施形態による、接触電極の種々の立体配置を有する、装置の過冷却区画部分を示している。図３Ａは側面電極（上面図）を示しており、Ｂ）は底面電極（上面図）を示している。
【図３Ｂ】同上。
【図４】図４は、過冷却中のＯＭＦおよびＰＥＦの段階的な制御を示している。
【図５】図５は、生鮮商品の過冷却で使用される装置の一実施形態を示す概略図を示している。
【図６Ａ】図６Ａは、実施例１の実験で使用された、いくつかの実施形態における装置の模式図を示している。
【図６Ｂ】図６Ｂは、例えば、図６Ａの系で使用され得るＰＥＦおよびＯＭＦ系を有する過冷却立方体装置の三次元図を示している。
【図７Ａ】図７Ａおよび７Ｂは、（ｉ）過冷却および（ｉｉ）相転移から成る冷凍プロセス中の鶏胸肉の電気的特性を示している。図７Ａは、冷凍プロセス中の電流変化を示している。図７Ｂは、温度に応じた鶏胸肉の導電率を示している。丸で囲んだ部分は、相転移中の導電率の変化を示している。
【図７Ｂ】図７Ａおよび７Ｂは、（ｉ）過冷却および（ｉｉ）相転移から成る冷凍プロセス中の鶏胸肉の電気的特性を示している。図７Ａは、冷凍プロセス中の電流変化を示している。図７Ｂは、温度に応じた鶏胸肉の導電率を示している。丸で囲んだ部分は、相転移中の導電率の変化を示している。
【図８Ａ】図８Ａおよび８Ｂは、ＰＥＦ処理およびＯＭＦ処理の戦略的な組合せによる、鶏胸肉の冷却速度の変化を示している。図８Ａは、０．８を３００秒間、０．５を１２０秒間、および０．２を９０秒間というデューティサイクルシーケンスを有する方形波形パルス電場を示している。図８Ｂは、０．２のデューティサイクルが適用された場合の、ＯＭＦ処理のみをされた鶏胸肉の、対応する温度プロファイルを示している。
【図８Ｂ】図８Ａおよび８Ｂは、ＰＥＦ処理およびＯＭＦ処理の戦略的な組合せによる、鶏胸肉の冷却速度の変化を示している。図８Ａは、０．８を３００秒間、０．５を１２０秒間、および０．２を９０秒間というデューティサイクルシーケンスを有する方形波形パルス電場を示している。図８Ｂは、０．２のデューティサイクルが適用された場合の、ＯＭＦ処理のみをされた鶏胸肉の、対応する温度プロファイルを示している。
【図９】図９は、−７±０．５℃で貯蔵された鶏胸肉の温度プロファイルを示している。対照は完全に冷凍され、−６．５℃の温度に達した。ＰＥＦ処理およびＯＭＦ処理の組合せを受けた試料は、試験期間全体を通して過冷却状態のままにされた。
【図１０Ａ】図１０Ａ〜Ｃは、様々な貯蔵状態下での鶏胸肉試料の顕微鏡像を示している。図１０Ａは、４℃で冷蔵された鶏肉の顕微鏡像を示している。図１０Ｂは−７℃で冷蔵された鶏肉の顕微鏡像を示しており、図１０Ｃは−７℃でＰＥＦおよびＯＭＦの組合せにより過冷却された鶏肉の顕微鏡像を示している。
【図１０Ｂ】図１０Ａ〜Ｃは、様々な貯蔵状態下での鶏胸肉試料の顕微鏡像を示している。図１０Ａは、４℃で冷蔵された鶏肉の顕微鏡像を示している。図１０Ｂは−７℃で冷蔵された鶏肉の顕微鏡像を示しており、図１０Ｃは−７℃でＰＥＦおよびＯＭＦの組合せにより過冷却された鶏肉の顕微鏡像を示している。
【図１０Ｃ】図１０Ａ〜Ｃは、様々な貯蔵状態下での鶏胸肉試料の顕微鏡像を示している。図１０Ａは、４℃で冷蔵された鶏肉の顕微鏡像を示している。図１０Ｂは−７℃で冷蔵された鶏肉の顕微鏡像を示しており、図１０Ｃは−７℃でＰＥＦおよびＯＭＦの組合せにより過冷却された鶏肉の顕微鏡像を示している。
【図１１】図１１は、−４℃で２週間過冷却された牛肉の温度プロファイルを示している。ＰＥＦおよびＯＭＦの両方を適用されなかった対照の牛肉試料は２時間冷凍された。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
食品、臓器および組織、並びに他の生鮮材料の貯蔵および／または保存の方法の改善が求められている。そのような生鮮製品において過冷却状態を達成し維持する方法が本明細書で開示される。過冷却を制御するため、パルス電場（ＰＥＦ）および振動磁場（ＯＭＦ）の組合せが生鮮材料に適用され得る。パルス電場および振動磁場の技術の組合せは、水分子の移動度に多大な影響を与えると仮定されている。この組合せを用い、水分子の継続的な再配向および振動誘導、それによる氷形成の抑制を通じて、安定な過冷却材料を得ることができる。
【００２２】
いくつかの実施形態では、食品等の生鮮製品を過冷却する方法は、生鮮製品にパルス電場および振動磁場を印加しながら、生鮮製品をその凝固点未満の温度に冷却することを含む。製品が過冷却状態で貯蔵されている間、パルス電場および振動磁場は維持される。いくつかの実施形態では、製品は過冷却状態で凍結しない。いくつかの実施形態では、生鮮製品は水を含有する製品である。
【００２３】
いくつかの実施形態では、生鮮製品はまず、振動磁場を印加されながら冷却される。いくつかの実施形態では、パルス電場はこの時点では印加されない。例えば、製品は、振動磁場を印加しながら、以下でより詳細に説明される装置内に配置することにより、過冷却することができる。製品が過冷却温度に達した後、パルス電場が加えられ、パルス電場および振動磁場の組合せが、製品が過冷却温度で貯蔵される限りずっと維持される。振動磁場がオンでありパルス電場がオフである時期は第一相と称され得、一方、振動磁場およびパルス電場の両方が加えられている時期は第二相と称され得る。そのような実施形態の１つが図４に示される。いくつかの実施形態では、製品は振動磁場を印加されながら冷却され、温度が安定した後にパルス電場が加えられる。いくつかの実施形態では、製品は振動磁場を印加されながら冷却され、所望の温度に到達した後にパルス電場が加えられる。例えば、パルス電場は、製品が貯蔵される温度に到達した後に加えられ得る。いくつかの実
施形態では、前記温度は約−１℃〜約−２０℃、例えば、約−７℃または約−８℃であり得る。いくつかの実施形態では、製品は振動磁場およびパルス電場の両方を印加されながら冷却され、その両方が貯蔵の間維持される。
【００２４】
パルス電場および振動磁場を用いることで生鮮製品における氷晶の核形成が抑制され、製品は凍結することなく過冷却状態を達成する。生鮮製品を過冷却状態に長期間維持し、それにより製品の品質を維持するために、パルス電場および振動磁場は維持され得る。
【００２５】
いくつかの実施形態では、生鮮製品は製品の凍結温度未満の選択された温度に冷却される。いくつかの実施形態では、生鮮製品は、水の凍結温度未満、すなわち０℃未満の選択された温度に冷却される。いくつかの実施形態では、選択された温度は−１℃〜−２０℃であり得る。いくつかの実施形態では、−４℃〜−８℃の範囲の温度が共通して適用される。
【００２６】
いくつかの実施形態では、パルス電場は方形波形として印加される。いくつかの実施形態では、方形波形は約０〜約１００ｋＨｚの周波数を有し得る。いくつかの実施形態では、周波数は約２０ｋＨｚ以上である。
【００２７】
いくつかの実施形態では、方形波形は約０．１〜約０．９、より好ましくは約０．２〜約０．８のデューティサイクルを備え得る。いくつかの実施形態では、０．２、０．５または０．８のデューティサイクルが使用される。いくつかの実施形態では、０．５のデューティサイクルが使用される。
【００２８】
いくつかの実施形態では、製品へのパルス電場の印加中に２つ以上のデューティサイクルが使用され得る。いくつかの実施形態では、混合されたデューティサイクルシーケンスが使用される。例えば、いくつかの実施形態では、０．２、０．５、および０．８のデューティサイクルが使用される。
【００２９】
２つ以上のデューティサイクルが使用される場合、各々のデューティサイクルは所望の期間実行される。いくつかの実施形態では、一つまたは複数のデューティサイクルは約１〜約１０００秒間以上適用され得る。いくつかの実施形態では、一つまたは複数のデューティサイクルは約５０〜５００秒間適用され得る。いくつかの実施形態では、一つまたは複数のデューティサイクルは９０秒間適用される。いくつかの実施形態では、一つまたは複数のデューティサイクルは１２０秒間適用される。いくつかの実施形態では、一つまたは複数のデューティサイクルは約３００秒間適用される。
【００３０】
いくつかの実施形態では、一つまたは複数のデューティサイクルは同じ期間適用される。例えば、各々のデューティサイクルは、ＰＥＦが加えられる時間を通じて同じ期間実行され得る。いくつかの実施形態では、各々のデューティサイクルは異なる期間実行される。
【００３１】
特定の期間適用されるあるデューティサイクルシーケンスは、ＰＥＦの印加中、一回または複数回反復され得る。いくつかの実施形態では、０．８、０．５および０．２のデューティサイクルシーケンスを有するＰＥＦが、それぞれ３００秒間、１２０秒間、および９０秒間、生鮮材料に印加される。前記シーケンスが反復されることで、生鮮材料が過冷却状態に維持され得る。いくつかの実施形態では、０．８を３００秒間、０．５を１２０秒間および０．２を１２０秒間のシーケンスの後に、水を含有する生鮮材料の過冷却および過冷却状態の維持に適したデューティサイクルシーケンスが続く。
【００３２】
いくつかの実施形態では、パルス電場は約０．６Ｖ／ｃｍ〜約１０Ｖ／ｃｍの強度を有
する。
【００３３】
いくつかの実施形態では、振動磁場は、生鮮製品を保持するチャンバの中央で測定された場合、約５０〜５００ミリテスラの強度を有する。いくつかの実施形態では、振動磁場はチャンバの中央において約５０〜約１５０ｍＴの強度を有する。
【００３４】
本明細書に記載の方法は氷晶形成を妨害し得る。いくつかの実施形態では、生鮮製品は過冷却中、または過冷却状態に維持されている間、凍結しない。いくつかの実施形態では、生鮮製品は、同一温度に同じ期間維持されたが本明細書に記載のＰＥＦおよびＯＭＦを受けていない同じ種類の製品よりも、凍結が少ない。いくつかの実施形態では、過冷却された生鮮製品内に氷晶が形成されない。いくつかの実施形態では、パルス電場および振動磁場の両方の印加を行わない同様の条件下で同じ種類の生鮮製品中に形成されるよりも、より微細な氷晶が生鮮製品中に形成される。いくつかの実施形態では、形成され得るいかなる氷晶も、生鮮製品の知覚特性および／または用途に悪影響を与えない。
【００３５】
いくつかの実施形態では、生鮮製品は、パルス電場および振動磁場を印加され続けながら、過冷却状態に少なくとも２４時間維持される。いくつかの実施形態では、生鮮製品は、パルス電場および振動磁場を印加され続けながら、過冷却状態に少なくとも７２時間維持される。いくつかの実施形態では、生鮮製品は、パルス電場および振動磁場を印加され続けながら、過冷却状態に少なくとも２週間維持される。いくつかの実施形態では、生鮮製品は、過冷却状態に１ヵ月以上維持される。いくつかの実施形態では、生鮮製品は、過冷却状態に維持されている期間中凍結しない。
【００３６】
上記の通り、本明細書に記載の方法は、食品を過冷却状態に維持することで、食品の保存に応用することができる。従って、いくつかの実施形態では、食品を過冷却状態に維持する方法は、上記のように、食品に振動磁場、それに加えていくつかの実施形態ではパルス電場、を印加しながら、食品をその凝固点未満の温度範囲、例えば約０℃〜約−２０℃、または約−４℃〜約−７℃に冷却することにより食品を過冷却することを含む。食品の温度は、パルス電場および振動磁場の組み合わせを食品に印加しながら、約−４℃〜約−７℃の範囲内に維持され得る。いくつかの実施形態では、前記温度は少なくとも２４時間、または少なくとも７２時間維持される。いくつかの実施形態では、前記温度は２週間以上維持される。
【００３７】
いくつかの実施形態では、食品は、その品質が新鮮な製品から大きく変化しないように保存される。例えば、いくつかの実施形態では、上記方法を用いて保存された肉片からのドリップロスは、新鮮な肉片におけるドリップロスと大きく異なっていない。同様に、いくつかの実施形態では、過冷却プロセス後に、肉片等の食品の柔らかさに大きな変化はない。すなわち、上記のように処理された肉片または他の食品片の柔らかさと、新鮮な同じ肉片または食品片の柔らかさとの間に、大きな差異はない。いくつかの実施形態では、新鮮な食品片と、上記のように保存された同じ食品片との間に、観察可能な構造的差異はない。いくつかの実施形態では、上記のように保存された食品（または他の製品）と、新鮮な同じ食品片（または他の製品）との間に、色の変化はない。
【００３８】
さらに、本明細書に記載の方法を用いることで、臓器または他の組織を、摘出後および移植または他の用途の前に、保存することができる。臓器または組織は例えば、ヒトまたは動物由来であり得る。いくつかの実施形態では、臓器は移植に使用される予定のヒト臓器である。このように、臓器または組織の質を輸送、貯蔵および調製の間維持することができる。いくつかの実施形態では、臓器または他の組織を過冷却状態に維持する方法は、基本的には上記のように、振動磁場（および、いくつかの実施形態ではパルス電場）を臓器または組織に印加しながら、臓器または組織をその凝固点未満の温度、例えば約０℃〜
約−２０℃、または約−４℃〜約−７℃の範囲の温度に冷却することにより過冷却することを含む。パルス電場および振動磁場の両方を臓器または組織に印加しながら、臓器または組織の温度は約−４℃〜約−７℃の範囲内に長期間維持され得る。いくつかの実施形態では、前記温度は少なくとも２４時間、または少なくとも７２時間維持される。いくつかの実施形態では、前記温度は２週間以上維持される。臓器または組織は、その用途のために、過冷却状態に維持される期間を通して生存可能なままであることが好ましい。
【００３９】
いくつかの実施形態では、前記方法は生物学的製剤、細胞培養、幹細胞、胚、血液、反応性溶液、および不安定な化学試薬等の他の材料種を保存するために使用され得る。
【００４０】
いくつかの実施形態において、生鮮製品を過冷却するための前述の方法の実行に使用可能な装置が提供される。前記装置は典型的に、一つまたは複数の生鮮製品を貯蔵することが可能な容器；容器内に配置された際に一つまたは複数の生鮮製品と接触するように配置された電極を含む一つまたは複数のパルス電場発生装置、および容器の内側に振動磁場を形成するように配置された一つまたは複数の振動磁場発生装置を含む。このような装置の種々の実施形態は以下により詳細に記載される。
【００４１】
いくつかの実施形態では、冷蔵庫または他の冷蔵もしくは冷凍装置は、本明細書に記載される食品を過冷却するための装置（過冷却装置）を含む。例えば、前記装置は冷蔵庫またはフリーザー内の引出しまたは区画として提供され得る。
【００４２】
いくつかの実施形態では、臓器を過冷却するための装置は、一つまたは複数の臓器を貯蔵することが可能な容器；一つまたは複数の臓器と接触するように配置された電極を含み、その中に電場を誘導するパルス電場発生装置；および容器の内側に振動磁場を形成することが可能な振動磁場発生装置を含む。前記装置はより大型の冷蔵庫もしくはフリーザー、または他の装置の一部であり得る。いくつかの実施形態では、前記装置は持ち運ぶことができ、冷却のために、より大型の冷蔵庫またはフリーザー内に配置され得る。いくつかの実施形態では、前記装置は持ち運ぶことができ、冷却要素および過冷却要素を含む。
【００４３】
過冷却
過冷却の現象は、氷晶化過程との関連で理解することができる。氷の結晶化は、液状製品のその凝固点への冷却、相転移中の結晶化の潜熱の除去、および固体製品の最終的な貯蔵温度への冷却の３つの連続した段階に分けることができる。過冷却プロセスにおいて、水は、顕熱の除去により、臨界核形成点に達するまで、凍結温度未満に冷える。氷の核形成は確率過程である。この核形成点の温度と標準的な凝固点との間の負の差異を、過冷却の程度と称する。ある程度過冷却した後の系の物理的条件、すなわち、圧力、温度、体積、および冷却速度に依存して、急激な水結晶の核形成が起こる。その後、氷晶はより緻密になり、嵩高い氷晶に結晶化する。
【００４４】
図１は、嵩高い氷晶化と延長された過冷却状態の差異を示している。図１Ａは、対照の温度プロファイルを示しており、図中では、最初の冷却により対照がサブゼロ温度まで移され、その後すぐに、突然の温度上昇により示される核形成が起こっている。固体結晶形への変換は凍結温度における等温過程である。結晶化が完了した後、氷試料は、その温度がその周囲との平衡状態に達するまで冷える。対照的に、図１Ｂは、本明細書に記載される過冷却状態で保存された試料を示している。その温度プロファイルは、試料が氷点下温度まで冷え、しかし氷晶の核形成を起こさず、試料が液状で氷点下温度のままであることを示している。
【００４５】
水分子が氷の核形成をもたらす臨界サイズの塊を形成することを妨げることにより、水含有材料を過冷却状態に維持して、その凍結状態への相転移を妨げることができる。ある
いは、材料内の氷晶の形成を制御することで、生鮮材料を損傷させない小さな氷晶のみが与えられる。水分子の双極子構造のため、電場を水含有材料に印加し、波形の種類、周波数、パルス間隔時間（デューティ比）および電場の場の強度を変更することで、電場の向きに沿って水分子の放電および再整列を制御することができる。同様に、その反磁性特性のために、磁場は水の分子間構造に影響を与える。
【００４６】
本発明の方法における試料の冷却は、種々の冷蔵庫またはフリーザーのいずれにおいても実行することができる。いくつかの実施形態では、過冷却装置は冷蔵庫、フリーザーまたは他の冷却装置の一部である。例えば、過冷却装置は、冷蔵庫、フリーザーまたは他の冷却装置内の引出しまたは区画の形態をとり得る。いくつかの実施形態では、過冷却装置は冷蔵庫、フリーザーまたは他の冷却装置内に配置される。
【００４７】
市販の冷蔵庫およびフリーザーが利用可能であり、これは所望の温度の選択を可能にする可変温度調節を備えている。適切な市販フリーザーの非限定例は、ゼネラルエレクトリック社製冷蔵庫ＦＣＭ７ＳＵＷＷ（ＧＥ社、コネチカット州フェアフィールド）である。
【００４８】
デジタルおよびアナログの温度調節器が温度を選択するのに利用可能である。温度調節器の適切な非限定例は、ジョンソンコントロールズ社（Johnson Controls, Inc.）、Ａ４１９デジタル温度調節器（ウィスコンシン州ミルウォーキー）である。
【００４９】
使用され得る他の冷却法には、極低温液体（例えば、Ｎ２）および固体二酸化炭素（ドライアイス）の使用が含まれる。生鮮材料を冷却する他の方法は当業者に明らかである。
【００５０】
パルス電場
パルス電場は有限期間内の急速な電気エネルギー放出を通じて生成される。そのようなパルスは、波形として知られるパターンに従い、この波形は電流が経時的にどのように変化するかを表す。電流の一般的な波形としては、方形波、正弦波、ランプ、のこぎり波、および三角波が挙げられる。方形波形では、波の振幅は固定された最小値と最大値の間を定常の頻度で交替し、持続期間は最小値および最大値において同一である。他に記載されるように、いくつかの実施形態では、方形波形は生鮮製品へのＰＥＦの印加で使用される。
【００５１】
波形を有することに加え、パルス電場は上記に簡潔に記載したデューティサイクルに従い得る。デューティサイクルは、シグナルがアクティブである、所与の期間内の時間の割合である。従って、デューティサイクル値は０〜１の範囲を取る。デューティサイクルは、以下の関係式で表され、式中、Ｄはデューティサイクルであり、ｔはシグナルがアクティブである時間であり、Ｐはシグナルが送られる総時間である。
【００５２】
【数１】
0006545171.tif 000002
【００５３】
デューティサイクルは、パケット内の所望の量の電気エネルギーを所与の期間送達するようにプログラムすることができる。このようなデューティサイクルはさらに、シーケンスが進行するにつれてＤおよびＰが変化するシーケンスに従うようにプログラムすることができる。水含有生鮮材料における過冷却および過冷却状態の維持に適したデューティサイクルシーケンスの非限定例は、０．８を３００秒間、０．５を１２０秒間、および０．２を９０秒間のシーケンスに従う。水含有生鮮材料における過冷却および過冷却状態の維
持に適したデューティサイクルシーケンスの別の非限定例は、０．８を３００秒間、０．５を１２０秒間、および０．２を１２０秒間のシーケンスに従う。シーケンスは定められた期間、または無期限に、反復され得る。
【００５４】
パルス電場の生成に使用されるパワーサプライは当該技術分野において周知であり、市販されている。パワーサプライは、パワーサプライに高周波の交流（ＡＣ）を荷電させるコンデンサであり得る。適切なパワーサプライの非限定例は、インターナショナル・レクティファイアー社（カリフォルニア州エルセガンド）から入手可能なＩＲＡＭＸ２０ＵＰ６０Ａ等の、絶縁ゲートバイポーラトランジスタをベースとしたパワーサプライ（ＩＧＢＴ）である。
【００５５】
パワーサプライに連結された電極は、容器内に配置された際に生鮮材料と直接接触するように配置される。適切な電極材料としては、限定はされないが、ステンレス鋼、チタン、金、および銀が挙げられる。電極は、プレート、突起（prong）、および導電性フィルムを含むがこれらに限定はされない、様々な形に形成され得る。電極はさらに、冷気の循環を増強するために、複数の空孔を考慮して設計され得る。例示的な電極が図３に図示される。例えば、食品または他の生鮮材料の種類に応じて、図３Ａに図示される側面電極または図３Ｂに図示される底面電極等の、様々な種類の電極が選択され得る。
【００５６】
パワーサプライは入力電圧を与えることができる。適切なピーク間電圧設定の非限定例は約５Ｖである。パワーサプライによって供給される適切な電流の非限定例は、最大で約０．０４Ａまでであり得る。パワーサプライによって生み出される電流は、動作周波数によっても特徴付けることができる。過冷却に適用されるパルス電場に適した周波数の非限定例は２０ｋＨｚである。
【００５７】
パルス電場は関数発生器を用いることで制御することができる。適切な関数発生器は市販されており、当該技術分野において周知である。適切な関数発生器の非限定例は、アジレント・テクノロジー社製３３２２０Ａ（カリフォルニア州サンタクララ）である。関数発生器は様々なデューティサイクルおよび動作周波数を有する方形波の形を制御する。
【００５８】
振動磁場
振動磁場は本明細書に記載されるように生鮮材料に適用することができる。振動磁場は、例えば、一つまたは複数の電磁石の使用によって、または電磁石と永久磁石の組合せによって、生み出すことができる。適切な永久磁石の非限定例は、市販のＮｄＦｅＢ永久磁石（Ｎ５２、ＤＸ８８−Ｎ５２、Ｋ＆Ｊマグネティクス社（K & J Magnetics, Inc.）、ペンシルバニア州ジェイミソン）である。適切な電磁石の非限定例は、鉄心（例えば、ＶＩＭＶＡＲ、エド・ファガン社（Ed Fagan, Inc.）、ニュージャージー州フランクリン・レイクス）に巻き付けられたマグネットワイヤー（例えば、２２ＡＷＧ、ＥＩＳ社、ジョージア州アトランタ）に対して充電および放電を交互に起こすことにより機能する。振動磁場を生み出すのに適した系の例としては、限定はされないが、生鮮材料の片側に位置した１つの電磁石、生鮮材料の両側に位置した２つの電磁石、または生鮮材料の両側に位置した電磁石および永久磁石が挙げられる。いくつかの実施形態では、２つ以上の電磁石セットが利用され得る。例えば、いくつかの実施形態では、４つの電磁石が生鮮材料を保持する容器の各側面に位置する。
【００５９】
パルス電場と同様に、電磁石に関数発生器およびパワーサプライを用いることでパルス磁場を生み出すことができる。適切なパワーサプライは市販されており、例えば、上記のＩＧＢＴであり得る。振動磁場は、１Ｈｚの周波数で５０〜１５０Ｖの範囲であり得る入力電圧を介した関数発生器によって制御される。適切な振動磁場の非限定例は、−１５０ｍＴ〜１５０ｍＴの範囲の強度を有するパルス型の場である。別の非限定例としては、５
０〜５００ｍＴ／秒の間を振動する永久磁石および電磁石による複合磁束密度が挙げられる。当業者には認められることであるが、本明細書で言及される磁場強度は貯蔵容器の中央で測定された強度である。
【００６０】
生鮮材料を過冷却するための装置
生鮮材料を過冷却するための装置を使用することで、それら各々の凝固点未満の温度で有意な氷晶化を起こすことなく生鮮材料を保存することができる。
【００６１】
図２Ａ〜Ｃは、過冷却のための装置１の非限定的な実施形態を図示する三次元図を示している。装置１は、一つまたは複数の生鮮材料が延長された過冷却状態において過冷却および貯蔵のために配置され得る過冷却区画２を含む。冷却区画のサイズは、処理される生鮮材料の種類およびサイズに応じて選択され得る。振動磁場（ＯＭＦ）発生器は、過冷却区画２の対向する外面４および５上に位置する、脱熱器３を付属するソレノイド形コイル６、７を含み、冷却区画の中央で測定された場合に所定の強度を有する振動磁場を発生し得る。ＯＭＦは、外面４および５上にそれぞれ配置されたソレノイド形コイル６および７から発生する。いくつかの実施形態では、前記装置はＯＭＧ発生器を制御するための制御器（図示されず）を含む。いくつかの実施形態では、前記制御は、５０〜５００ｍＴの範囲で容器２内にＯＭＦを発生するように設定される。ＯＭＦは入力電圧を介して制御される。いくつかの実施形態では、入力電圧は１Ｈｚ周波数において５０〜１５０Ｖの範囲である。いくつかの実施形態では、冷却区画２の中央で測定されたＯＭＦ強度は５０〜５００ｍＴの範囲である。
【００６２】
装置１はさらに、生鮮材料にＰＥＦを印加するために使用されるパルス電場（ＰＥＦ）発生器を含む。図３ＡおよびＢは、生鮮材料との接触に使用され得る電極の実施形態を示している。生鮮材料は冷却区画２内に配置され、電極８および９と接触される。バネ２０および２１、並びに側面電極支持物２２および２３は、区画２内の生鮮材料との接触を維持するために使用され得る。図３Ａで示される一実施形態では、接触電極８および９が、容器２の対向する内面１１および１２上にそれぞれ配置される。図３Ｂで示される別の実施形態では、パターン化された接触電極１０、３０が、内側底面１３上に配置される。通気孔２５が容器２の一つまたは複数の面に提供され得る。
【００６３】
前記装置はＰＥＦ発生器を制御するための制御器を含む。いくつかの実施形態では、制御器は、本明細書に記載されるように、印加されるＰＥＦを方形波形として与えるように設定される。プログラムされたデューティサイクルを有する高周波（２０Ｈｚ）の方形波形として与えられる印加ＰＥＦの一例が図４に示される。この非限定例では、前記冷却は、振動磁場（ＯＭＦ）がオンでありＰＥＦがオフである第１相の間に、初期食品温度から過冷却温度まで低下する。第２相（過冷却が達成された直後）では、プログラムされたデューティサイクルにより印加されるＯＭＦおよびＰＥＦの両方が、食品の過冷却温度を維持するために使用される。
【００６４】
図５は装置１の概略図の一実施形態を示している。ＯＭＦ１５の絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）パワーサプライに連結された可変変圧器１４は、ソレノイド形コイル６および７に給電して、冷却区画２の中央で振動磁場を発生させる。同様に、可変変圧器１７に連結されたＩＧＢＴ１６は、接触電極（図示されず）を介して生鮮材料にＰＥＦを与える。温度および電場強度の測定は、熱電対１９を介したデータ収集システム（ＤＡＱ）１８を通じて得ることができる。
【００６５】
本明細書に記載の過冷却装置は、市販の冷蔵ユニットまたは冷凍ユニットの一部として含まれ得る。例えば、前記過冷却装置は冷蔵ユニットまたは冷凍ユニットの一体型部分であり得る。そのような構成において、前記装置は過冷却貯蔵区画として機能し得る。いく
つかの実施形態では、過冷却貯蔵区画は着脱可能であり得る。いくつかの実施形態では、前記装置は独立して製造され得る。例えば、前記装置は持ち運ぶことができ、冷蔵ユニットまたは冷凍ユニット内に配置され得る。フリーザーを所望の温度に設定することで過冷却プロセスを開始することができる。
【実施例】
【００６６】
実施例１
鶏肉における過冷却状態の延長
１．１  実験手順
新鮮な鶏胸肉試料から目に見える結合組織および余分な脂肪を全て切り取り、１．５インチ×１．５インチ×０．７５インチの立方塊に切った。全ての試料の重量を量り、実験前の表面の脱水を回避するためにポリエチレン（ＰＥ）フィルムで包んだ。
【００６７】
ＰＥＦ、ＯＭＦ並びにリアルタイムの温度、電流および電圧測定装置から成る過冷却系を設計および作製した（図６Ａ）。並行な一対のチタン板電極を備えた過冷却キューブ（１．５インチ×１．５インチ×１．５インチ）を、永久磁石と電磁石の間の試料保持器上に組み立てた（図６Ｂ）。効率的な冷気循環のために、過冷却キューブは複数の空孔を有する板を有するように設計した。ＮｄＦｅＢ永久磁石ブロック（Ｎ５２、Ｄｘ８８−Ｎ５２、Ｋ＆Ｊマグネティクス社、ペンシルバニア州ジェイミソン；サイズ：２”×２”×１”）および電磁石を用いて、鉄心（ＶＩＭＶＡＲ、エド・ファガン社、ニュージャージー州フランクリン・レイクス）に巻き付けられたマグネットワイヤー（２２ＡＷＧ、ＥＩＳ社、ジョージア州アトランタ）に対して充電および放電を交互に起こすことにより、磁力を印加した。電場および磁場を有するように作製された過冷却ユニットを、市販の冷凍庫（ＦＣＭ７ＳＵＷＷ、ＧＥ社、コネチカット州フェアフィールド）内に配置した。
【００６８】
−１５０ｍＴ〜１５０ｍＴの範囲の強度を有するパルス型の磁場により振動磁場を発生させた。印加した電圧およびパルスデューティサイクルはそれぞれ３０Ｖおよび０．０１であり印加した周波数は１Ｈｚであった。永久磁石および電磁石による混合磁束密度は、過冷却キューブの中央において５０〜１５０ｍＴ／秒の間を変動した。ＩＧＢＴ（ＩＲＡＭＸ２０ＵＰ６０Ａ、インターナショナル・レクティファイアー社、カリフォルニア州エルセガンド）をベースとしたパワーサプライを用いてパルス電場を発生させた。関数発生器（３３２２０Ａ、アジレント・テクノロジー社、カリフォルニア州サンタクララ）を用いて、様々なデューティサイクル（Ｄ）および動作周波数により方形波の形を制御した。セルおよびデータ収集ユニット（ＤＡＱ、アジレント社製３９７０４Ａ、アジレント・テクノロジー社、カリフォルニア州パロアルト）の中央に配置されたＫ型熱電対線（ＰＰ−Ｋ−２４Ｓ、オメガエンジニアリング社（Omega Engineering, Inc.）、コネチカット州スタンフォード）を用いて、印加された電圧および電流、並びにフリーザー内の試料および空気の温度値をモニターおよび収集した。データは１秒間隔で走査および伝達された。デジタルオシロスコープ（ＴＤＳ２０１４モデル；テクトロニクス社、オレゴン州ビーバートン）で出力信号をモニターし、手持ち式テスラメーター（４０６０．５０  ＡＥ  Ｔｅｓｌａｍｅｔｅｒ、フレデリクセン社（Frederiksen, Inc.）、オルゴッド、デンマーク）を用いて２つの異なる磁石の間の磁束密度を測定した。デジタル温度調節器（Ａ４１９、ジョンソンコントロールズ社、ウィスコンシン州ミルウォーキー）でフリーザー温度を制御した。
【００６９】
食品試料の導電率を測定するためにセルを作製した。過冷却された鶏胸肉の導電率を測定するため、試料を、−７±０．５℃で作動しているフリーザー内の２つの電極間に配置および接触させた。温度に伴う導電率の変化を通じて、印加された電圧および電流を測定し、所望の冷却温度プロファイルについて試験した。得られた試料の導電率を次式によって算出した。
【００７０】
【数２】
0006545171.tif 000003
【００７１】
式中、Ｌは２つの電極間の距離（ｍ）であり、Ａは内部断面積（ｍ２）であり、Ｖは印加電圧（Ｖ）であり、Ｉは測定された電流（Ａ）である。０℃から相転移が始まる温度まで収集された入手データから、試験された食品材料の導電率を温度に対してプロットしたところ、導電率測定値の温度依存性が次の直線式によって示された。
【００７２】
【数３】
0006545171.tif 000004
【００７３】
階段形の冷却速度をつくるために、３つの異なるデューティサイクル、０．２、０．５および０．８をＰＥＦ処理に使用した。２０ｋＨｚの周波数における入力電圧（５Ｖｐ−ｐ、ピーク間電圧）を、最大のデューティサイクル（０．８）でも、電気伝導性加熱（electroconducting heating）無しで設定したところ；最大電流は０．０３２Ａであると推定された。試料における過冷却状態を惹起するという目的で、０．５のデューティサイクルを有する５ＶのＶｐ−ｐを、電流が過冷却状態におけるその最小値に達するまで、試料に印加した。鶏胸肉の冷却速度に対する０．８、０．５、および０．２のデューティサイクルシーケンスを有するＰＥＦの影響を調べた。デューティサイクルシーケンスの適用期間はそれぞれ３００秒、１２０秒、および９０秒であった。氷の核形成を抑制するため、０．２のＰＥＦデューティサイクルのみを伴って、ＯＭＦを印加した。このプロトコルを用いて、試料の温度が−７±０．５℃のフリーザー温度に達するまで階段形冷却速度調整を繰り返した。４つの実験を行って再現性を確認した。
【００７４】
微細構造解析
異なる条件（４℃で冷蔵（対照−）、で−７℃冷凍（対照＋）、およびＰＥＦおよびＯＭＦの組合せにより−７℃で過冷却）下の鶏胸肉試料の微細構造を、倒立顕微鏡（ライカ−ＤＭＩＬ社（Leica-DMIL）、ウェッツラー、ドイツ）を用いて調べ、細胞形態における変化を評価した。切り分けた鶏肉試料を−８０℃のイソペンタン中で凍結し、ライカ社製ＣＭ１９００クリオスタット（ライカ・マイクロシステムズ社（Leica Microsystems）、イリノイ州バッファローグローブ）で連続した１０μｍ厚冠状切片を作製した。細胞内氷晶および細胞外氷晶の両方による構造変化を、等価円直径の肉断面において観察される空洞サイズによって評価した。
【００７５】
ドリップロス
ドリップは、凍結解凍肉（ドリップ）からの、および冷蔵または過冷却された肉（ウィープ（weep））からの両方の滲出物を説明するために使用されている。Ngapo et al.(1999. “Freezing and thawing rate effects on drip loss from samples of pork.” Meat
Sci. 53, 149-158)（ドリップロスを測定するための方法を開示するという限定された目的のために参照によって本明細書に援用される）により以前に記述された方法に従ってドリップロスを測定した。鶏胸肉を厚切りした３０分以内に、新鮮な肉試料を測定した；ＰＥＦおよびＯＭＦ処理され解凍された試料のドリップロスを冷蔵（０〜４℃）貯蔵後の４時間目に測定した。冷凍、解凍および貯蔵の各組合せについて５つの試料を使用した。試料をおよそ０．５インチ長の６つの立方体に切り分けた。試料をナイロンメッシュを用いて懸濁させ、４０×ｇで９０分間遠心した。ドリップロスを以下のように測定した。
【００７６】
【数４】
0006545171.tif 000005
【００７７】
色測定
鶏胸肉の外見に悪影響を有するかどうかを判定するために、色の機器解析を行った。Ｈｕｎｔｅｒ  Ｌ＊（明度）、ａ＊（赤色−緑色）、およびｂ＊（黄色−青色）値を、色度計（ＣｏｌｏｒＴｅｃ  ＰＣＭ、ニュージャージー州クリントン）を用いて測定した。正味の色差（ΔＥ）を次式を用いて算出した。式中、下付き文字の１および２はそれぞれ処理前および処理後の色成分とされる。
【００７８】
【数５】
0006545171.tif 000006
【００７９】
テクスチャ解析
７５℃の水浴中で３０分間調理した後、テクスチャーを、Barbanti and Pasquini (2005, “Influence of cooking conditions on cooking loss and tenderness of raw and marinated chicken breast meat.” LWT-Food Sci. Technol. 38, 895-901、テクスチャ解析法という限定された目的のために参照により本明細書に援用）に記載の通りに、若干の変更を加えて、ＴＡ−ＸＴ２テクスチャ分析計（ステイブル・マイクロ・システムズ社（Stable Micro Systems）、ゴダルマイニング、英国）を用いて、剪断力によって評価した。作動パラメータは、５０％切断距離に対し５ｍｍ／ｓのクロスヘッド速度で適用される２５ｋｇの最大セル負荷（maximum cell load）の使用である。結果は剪断力（試料のＮ）として表し、各試料に対して４回の測定を行った。
【００８０】
ｐＨ測定
鶏肉のｐＨ値を、５ｍｌの水と共にホモジナイズした５ｇ試料を用いて測定した。デジタルｐＨメーター（メトラー・トレド、オハイオ州コロンブス）を用い、較正後のプローブ電極を直接挿入して、ｐＨを測定した。ｐＨの測定値を４つのレプリケートの平均から算出した。
【００８１】
脂質酸化測定
チオバルビツール酸反応性物質（ＴＢＡＲＳ）は貯蔵中の筋肉食品における酸化的変化を示す。生の鶏胸肉試料中のＴＢＡＲＳの量を、ＭｃＤｏｎａｌｄおよびＨｕｌｔｉｎ（１９８７）並びにＳａｙｅｒら（２００１）の手順を用いて、各試験につきトリプリケートで測定した。プラスチック袋（ＺｉｐＬｏｃ、ＳＣジョンソン社、米国）中で試料（１ｇ）の重さを量り、１０ｍｌの脱イオン水と共にホモジナイズした。試料の一定分量（１ｍｌ）を０．２５Ｍ  ＨＣＩ中の１５％ＴＣＡ（ｗ／ｖ）および０．３７５％ＴＢＡ（ｗ／ｖ）から成る２ｍｌのトリクロロ酢酸／チオバルビツール酸（ＴＣＡ／ＴＢＡ）、並びにエタノール中で調製した３ｍｌの２％ブチルヒドロキシトルエン（ＢＨＴ）（ｗ／ｖ）に加え、十分に混合した。混合物をボルテックスし、９０℃の水浴中で１５分間インキュベートした。試料を室温で１０分間冷却し、１０００×ｇで１０分間遠心した。得られた上清液の吸光度を、可視分光光度計（サーモサイエンティフィック社製ＧＥＮＥＳＹＳ２０、サーモ・フィッシャー・サイエンティフィック社（Thermo Fisher Scientific, Inc.）、ニューヨーク州ロチェスター）上で５３２ｎｍで測定した。ＴＢＡＲＳ値を１．５６
×１０５Ｍ−１ｃｍ−１のモル吸光係数を用いて算出し、肉試料１ｋｇ当たりのマロンジアルデヒド（ＭＤＡ）のｍｇとして表した。脂質酸化の測定のために、４つのレプリケートを行った。
【００８２】
統計解析
この試験の結果は、処理間の試験パラメータの平均値間の相違の有意性（Ｐ＜０．０５）を検定するのに通例の、平均値、標準誤差および分散分析（ＡＮＯＶＡ）として表される。
【００８３】
１．２  結果
ＰＥＦおよびＯＭＦの組合せ
生の鶏胸肉の電流測定から得られた結果は、その値が冷凍プロセス中に変動したことを示している。試料温度の低下は、直線的な電荷流量の減少を引き起こした（図７Ａ）。さらに、−３℃付近でより急勾配の線形傾向への振れがあった。鶏胸肉試料の電流値における有意な変化は、鶏胸肉試料の内側での氷の核形成を表している。これらの知見は、温度の関数における導電率変化の結果により確認された。氷の核形成が起こる前に、直線相関が観察された（Ｒ２＝０．９６９、図７（ｂ））。対照的に、導電率の間に有意な相関は無く、温度は核形成の後に示された。
【００８４】
また、過冷却状態の導電率が図７Ｂに示される。過冷却は、急激な氷核形成の前の−１〜−３℃の温度範囲で見られた。過冷却状態の試料の導電率は十分高い直線相関（Ｒ２＝０．９６９）を示し、温度の一次関数を有する非凍結状態の導電率と同じ線形傾向であると結論付けられた。過冷却温度範囲における導電率の減少は試料の電流の減少を引き起こし、過冷却された鶏胸肉の最小導電率および電流は核形成が起こる前でそれぞれ０．５８０Ｓ／ｍおよび０．０２４Ａと推定された。
【００８５】
安定な過冷却の完全な制御のために、３つのデューティサイクルのシーケンスを有するＰＥＦを用いて階段形の冷却速度を設計した（図８Ａ）。０．８、０．５および０．２のデューティサイクルを有するＰＥＦは、それぞれ３００、１２０および９０秒（それぞれｔ１、ｔ２、およびｔ３、図８Ａ）の異なる期間で連続的に適用されるように最適化された。
【００８６】
各々の異なるデューティサイクル下でのＰＥＦ処理の温度プロファイルを図８Ｂに示す。０．８の最大のデューティサイクルが一定の試料温度をもたらしたことが分かる。デューティサイクルの減少は、−０．ｌ２℃／分までの鶏胸肉試料の冷却速度の増加を引き起こした。これが示すのは、デューティサイクルシーケンスが、階段形の温度プロファイルを導く冷却速度の変化を引き起こすということである。
【００８７】
従って、ＰＥＦおよびＯＭＦの組合せは、注目すべき電気的干渉を起こさずに、氷核形成を妨げることに成功した（図８Ｂ）。
【００８８】
過冷却の延長に対する開発されたＰＥＦおよびＯＭＦの組合せの影響
図９は、開発されたプロトコルを用いた、組み合わされたＰＥＦおよびＯＭＦ処理下の時間に応じた温度を示している。提唱されたＰＥＦおよびＯＭＦ処理プロトコルの比較のため、いかなる処理も行っていない鶏胸肉を対照として使用した。対照が凍結する前は、対照並びにＰＥＦおよびＯＭＦの組合せで処理した試料において同じ冷却速度が見られた。この期間、過冷却状態に達して電流がその最小値（０．０２４Ａ）に達した際に、組み合わされたＰＥＦおよびＯＭＦ処理の影響は対照から分岐した。従って、開発されたＰＥＦおよびＯＭＦ処理は、熱的影響ではなく、水分子の相互作用に基づいていると結論付けることができる。
【００８９】
ＰＥＦおよびＯＭＦ処理した試料は過冷却状態（氷核形成なし）のままであったが、一方、対照は完全に凍結した。ＰＥＦおよびＯＭＦの組合せ下にある鶏肉試料には凝固点が存在しないため、ＰＥＦおよびＯＭＦ処理した鶏肉試料の過冷却の程度を、フリーザー温度と対照の凝固点の間の温度差によって評価した。ＰＥＦおよびＯＭＦ処理下の鶏胸肉の過冷却の程度の平均は５．６±０．２℃であり、それと比較して対照は１．６±ｌ．４℃であった。全ての場合において、開発されたＰＥＦおよびＯＭＦ処理下の試料に急激な氷核形成は起こらなかった。従って、開発されたＰＥＦおよびＯＭＦの組合せを用いる制御戦略は、鶏胸肉試料の過冷却状態の維持に、効果的であり、適用可能であった。
【００９０】
鶏胸肉の微細構造に対する開発されたＰＥＦおよびＯＭＦの組合せの影響
過冷却状態の試料組織の構造を光学顕微鏡法によって示し、様々な処理の後の鶏胸肉の代表的画像の顕微鏡像を図１０Ａ〜Ｃに示した。顕微鏡像は、冷蔵された肉がそれらの緻密な繊維組織を維持し、組織間に空隙が観察されなかったことを示している。一方、試料が冷凍された場合、いくつかの空隙および組織の歪みにより、氷晶が明らかであった。短期間の凍結状態の後でさえ、完全に凍結された試料は重大な損傷を示した。空洞の等価円直径は２０４±７０μｍと推定された。なお、空洞サイズは断面積全体において異なり、多数の凍結による亀裂（freeze-crack）が進行した。過冷却状態の肉に対応する顕微鏡像（図１０Ｃ）は、冷蔵された（非冷凍）試料によって示された状態と同様に、注目すべき構造的損傷も細胞破壊も示していない。
【００９１】
過冷却された鶏胸肉の品質に対するＰＥＦおよびＯＭＦの組合せの影響
ドリップロス、色、テクスチャ、ｐＨおよび脂質酸化を含む品質パラメータを測定して、過冷却された鶏胸肉試料の品質変化を評価した。これらの品質要素に対する比較において、４℃での初期鶏胸肉試料の品質値を対照と見なした。表１は、様々な低温貯蔵条件（新鮮、４℃で１２時間の冷蔵、−７℃で１２時間の冷凍および過冷却）の後に品質パラメータが変化することを示している。
【００９２】
【表１】
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【００９３】
ドリップロスに関して、値は、新鮮、冷蔵および過冷却された鶏胸肉において有意な差異は無かった。−７℃で冷凍された鶏胸肉はドリップロスの増加を示し、これは、筋原線維の収縮および氷晶の形成による筋細胞傷害を示している。冷凍貯蔵後の胸肉の微細構造を図１０Ｂに示したが、これにより、冷凍貯蔵中の氷晶成長は大きな構造的損傷が筋線維で起こるほどのものであったことが確認される。従って、保水性の損失度は、ドリップロスから観察され得る傾向と類似であるか類似してくるだろう。
【００９４】
剪断力の結果は、冷凍した鶏胸肉の柔らかさが有意に減少したことを示している（Ｐ＜０．０５）。柔らかさの損失の根底にあるメカニズムも、氷晶形成によって引き起こされる筋線維の破壊および構造的完全性の損失によるものである。細胞外氷晶の形成は物理的構造を破壊し、筋原線維を大きく切り離すことで、柔らかさの損失をもたらした。対照的に、冷蔵された鶏胸肉および過冷却された鶏胸肉は共に、元の試料と同じ柔らかさであった（Ｐ＞０．０５）。
【００９５】
鶏肉試料中のＴＢＡＲＳの測定により、二次的な酸化生成物、マロンジアルデヒド（ＭＤＡ）の量が示された。冷蔵された鶏胸肉のＴＢＡＲＳ値は、他の条件で貯蔵されたものよりも有意に高かった。冷蔵と比較して、冷凍または過冷却によるＴＢＡＲＳの阻害は最大で２０％と推定され、このことは、サブゼロ温度貯蔵が鶏胸肉の脂質酸化の減少に効果的であったことを示している。
【００９６】
上記試験から、過冷却された鶏胸肉試料は、新鮮な鶏肉製品の本来の品質を維持した。概して、本研究の発見は、過冷却状態を延長するためのＰＥＦおよびＯＭＦの組合せ戦略が、生鮮材料の良好な長期貯蔵を達成しながら、本来の品質の維持に適用可能であることを示している。
【００９７】
実施例２
過冷却状態での肉製品の貯蔵
鶏肉、牛肉、豚肉、魚肉、または別の動物から選択された肉製品を、本明細書に記載される装置の冷却区画内に配置した。その後前記装置を約−８℃に調節された内部温度を有するフリーザーに移した。フリーザー内に配置した後、ＰＥＦおよびＯＭＦの混合印加を開始した。ＰＥＦおよびＯＭＦのプログラムされたデューティサイクルを、冷却プロセス中および貯蔵期間の全体を通じて反復させ続けた。肉製品を得られた過冷却状態で約２週間貯蔵した（図１１）。肉製品は、新鮮な肉と比較して色、ドリップロスまたは柔らかさに大きな変化がないように保存された。
【００９８】
実施例３
過冷却状態での生物臓器の貯蔵
生物臓器を本明細書に記載される装置の冷却区画内に配置した。その後前記装置を約０℃〜約−２０℃（例えば約−７℃）に調節された内部温度を有するフリーザーに移した。フリーザー内に配置した後、前記装置を用いて、過冷却状態を維持するようにＰＥＦおよびＯＭＦの組合せを臓器に印加した。生物臓器は得られた過冷却状態で貯蔵され、過冷却プロセスの結果としての構造または機能における大きな変化は起こらない。
【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２Ｃ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４】
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【図５】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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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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【図１０Ｃ】
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【図１１】
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