(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
含水物を、冷却凍結槽内の冷媒用液体であるエチルアルコール水溶液に浸漬し、該冷媒用液体中で、前記浸漬した含水物に対して複数の超音波発振器を用いて、含水物を急速冷凍する含水凍結物の製造方法において、
超音波発振器は、含水物に対して上下双方に配置して、二つの超音波発振器間に超音波吸収板を設置し、テンパリング過程を形成することで、インピンジメント過程で含水物に衝撃波を与えることによって、
最大氷結晶生成帯での温度平衡状態を生じないものとしたことを特徴とする含水凍結物の製造方法。
【請求項２】
冷媒用液体を貯留した冷却凍結槽内に、コンベアを設置し、該コンベア上の含水物に対して前記冷媒用液体内で超音波を照射するための超音波発振器を、当該コンベアの上下双方に配置し、二つの超音波発振器間に超音波吸収板を設置し、テンパリング過程を形成することで、インピンジメント過程で含水物に衝撃波を与えることによって、最大氷結晶生成帯での温度平衡状態を生じないものとした構成を有する含水凍結物の製造装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明が属する技術分野】
本発明は、生鮮若しくは加工食品、医療用細胞組織等（以下、単に含水物という。）を凍結保存状態とした含水凍結物の製造方法及び製造装置に関するものである。尚、当該製造装置とは、後述する急速凍結装置と同義である。
【０００２】
【従来の技術】
食品等の含水物を急速冷凍すると、冷却中に、最大氷結晶生成帯において、含水物に含有される水分が氷結晶となり、これによって水体積よりも１０％以上増加するため、当該含水物の内部でひずみが生じ、この結果、当該含水物の細胞組織が破壊されることとなる。
【０００３】
これが原因となり、その後の含水物の解凍時にはドリップが生ずることとなり、該含水物が食品であれば、その食品の鮮度、風味を損われ、また研究等に供される細胞組織等であれば、細胞組織試料等として使用できないことにもつながる。
【０００４】
従って、容易に急速冷凍される含水物の細胞組織を破壊しないようにするためには、特に、氷結晶の生成頻度の極めて高い最大氷結晶生成帯（−５℃乃至０℃）における含水物の内部の温度を表面並みに急速冷凍すること、及び、当該最大氷結晶生成帯を極めて短時間で通過させ、全体として氷結晶生成の緩慢な凍結温度帯に保つことの２点が、非常に重要な要素である。
【０００５】
ところで、現在、含水凍結物を製造するための急速冷凍を行う装置としては、気体冷却式凍結装置、液体冷却式凍結装置等があり、気体冷却式凍結装置は、凍結媒体に気体（空気）を用い、これを低温にして食品に接する凍結装置（社団法人冷凍協会編、冷凍空調便覧）であり、例えば、コンベア上に、被冷凍品を配列させ、それを水平、垂直また階段的にトンネル内を一定方向に移送する間に、低温の水平又は垂直方向の空気によって連続的に送風凍結を行う、エアブラスト式凍結装置等が公知である。
【０００６】
また、液体冷却装置は、凍結媒体に液体を用い、これを低温にして食品に接するもので、前記気体冷却式と比較して熱伝達率が大きく、凍結が急速で、凍結時間は気体冷却式の二分の一程度で、氷結晶も小さいという特徴を有するものである。尚、このような装置としては、例えば、塩化ナトリウムブライン凍結装置、塩化カルシウムブライン凍結装置、プロピレングリコール凍結装置、エチルアルコールブライン凍結装置等が公知である。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
従って、急速凍結において液体冷却式凍結装置は、気体冷却式凍結装置と比較して、より優れたものであり、最大氷結晶生成帯での温度平衡状態が随分解消されるものではあるが、実際には、完全に温度平衡状態を解消するまでには至らず、また温度低下自体が平衡状態に限りなく近い状態で、温度下降勾配は非常に緩慢となることも多く、最大氷結晶生成帯の通過には時間を要するものであった。このようなことから、結局、当該液体冷却式凍結装置においても、細胞破壊による解凍後の食品の鮮度低下を免れることはできないものであった。
【０００８】
本発明は以上の事情に鑑みてなされたものであり、最大氷結晶生成帯での温度平衡状態及びこれに近似した状態を完全に解消し、含水物内部のひずみの発生を防止して細胞破壊を生じない、極めて優れた含水凍結物の製造方法等を提供することを、発明が解決しようとする課題とするものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
含水物を、冷却凍結槽内の冷媒用液体であるエチルアルコール水溶液に浸漬し、該冷媒用液体中で、前記浸漬した含水物に対して複数の超音波発振器を用いて、含水物を急速冷凍する含水凍結物の製造方法において、超音波発振器は、含水物に対して上下双方に配置して、二つの超音波発振器間に超音波吸収板を設置し、テンパリング過程を形成することで、インピンジメント過程で含水物に衝撃波を与えることによって、最大氷結晶生成帯での温度平衡状態を生じないものとしたことを特徴とする含水凍結物の製造方法、及び、
上記製造方法を実現する具体的手段である、冷媒用液体を貯留した冷却凍結槽内に、コンベアを設置し、該コンベア上の含水物に対して前記冷媒用液体内で超音波を照射するための超音波発振器を、当該コンベアの上下双方に配置し、二つの超音波発振器間に超音波吸収板を設置し、テンパリング過程を形成することで、インピンジメント過程で含水物に衝撃波を与えることによって、最大氷結晶生成帯での温度平衡状態を生じないものとした構成を有する含水凍結物の製造装置を、課題を解決するための手段とする。
【００１０】
【発明の効果】
本発明によれば、含水物を、冷却凍結槽内の冷媒用液体であるエチルアルコール水溶液に浸漬し、該冷媒用液体中で、前記浸漬した含水物に対して複数の超音波発振器を用いて、含水物を急速冷凍する含水凍結物の製造方法において、超音波発振器は、含水物に対して上下双方に配置して、二つの超音波発振器間に超音波吸収板を設置し、テンパリング過程を形成することで、インピンジメント過程で含水物に衝撃波を与えることによって、熱交換を速やかに行い、最大氷結晶生成帯での温度平衡状態及びこれに近似した状態を完全に解消し、急速冷凍を実現できるとともに、含水物における内部温度と表面温度との最大氷結晶生成帯通過時間を同程度とすることができることから、当該含水物の内部にひずみが生ずることがなく、組織破壊を防止するとともに、解凍後のドリップを防止することができる。
【００１１】
従って、含水物が食品の場合であれば、解凍後においても、当該食品の鮮度、風味を損なわず、また研究等に供される細胞組織等であれば、解凍した後でも極めて良好な細胞組織試料等として使用することができる。
【００１２】
【発明の実施の形態及び実施例】
本発明に係る含水凍結物の製造方法の効果を実証すべく、以下に示す実験を行った。
【００１３】
（実験）  エチルアルコール水溶液中で超音波を対象物に照射することにより、急速凍結する方法
−３５℃、６０％のエチルアルコール水溶液中に、縦５０ｍｍ、横２０ｍｍ、高さ２０ｍｍ、７２ｇの魚すり身をポリエチレンの薄膜シートで被覆した含水物８を入れ、含水物８の上方から、当該含水物８と超音波発振器９間との距離を１０ｍｍとして、超音波発振器９の先端を浸漬した状態とし、周波数２０乃至４０ｋＨｚの超音波を５秒間隔で間欠的に照射し、含水物８の内部測定ポイントＢ１、Ｂ２、表面測定ポイントＢ３及び冷媒測定ポイントＢ４について、温度センサーを取付けて、経時的な温度変化を調べた。
【００１４】
尚、ここで、ポリエチレンの薄膜シートで被覆するのは、含水物８がエチルアルコールに侵されるのを防止するためであり、超音波を５秒間隔で間欠的に照射するのは、コンベア４上に含水物８を載置して、コンベア４進行方向に複数の超音波発振器９を配置する構成での使用と条件を一致させるためである。
【００１５】
（対照実験）  また、上記実験の対照実験として、−３５℃、６０％のエチルアルコール水溶液中に、縦５０ｍｍ、横２０ｍｍ、高さ２０ｍｍ、７２ｇの魚すり身をポリエチレンの薄膜シートで被覆した含水物８を入れた状態で、エチルアルコール溶液を攪拌しながら、同様に、含水物８の内部測定点C１、表面測定点C２、C３及び冷媒測定点C４点について、経時的な温度変化を調査した。本対照実験は、従来より急速凍結として用いられている、エチルアルコール水溶液による液体凍結冷却方法である。
【００１６】
以下に、上記実験の結果を示す。
本実験の結果は、エチルアルコール水溶液中で超音波を照射して急速凍結する条件下における含水物の経時的な温度変化として、図１のグラフ、及び該図１のデータである図４に示したように、内部測定点のうち、結果が良好でない測定点Ｂ１においては、開始から１分３０秒で−３℃で達し、３０秒程度、最大氷結晶生成帯での温度平衡状態が見られたが、他方、内部測定点Ｂ２においては、開始から２０秒以内に−３℃を、３０秒以内には−５℃を超え、最大氷結晶生成帯において、表面温度と略同等に冷却を行うことができ、極めて良好な結果を得ることができた。
【００１７】
尚、内部測定点Ｂ１における良好でない結果は、当該箇所近傍において超音波が十分に照射されなかったためと考えられ、このような結果を防止する方法としては、超音波発振器９を上下方向に設置する手段や、含水物８を載置するネットコンベア４の下に反射板を設置する手段、或いは反射板を利用せず冷却凍結槽２内に設置されたコンベア４の表面を反射板として利用する等の手段によって、表裏双方向を含めた全体的な照射を行うことによって、回避することができる。
【００１８】
一方、対照実験として行った、従来のエチルアルコール溶液を使用した液体凍結冷却方法の結果においては、同様に、経時的な温度変化を示す図２のグラフ、及び該図２のデータを表した図５に示したように、内部測定点C１において、最大氷結晶生成帯での完全な温度平衡状態が１分２０秒間みられ、温度低下が緩慢な部分を含むと、略温度平衡状態は、３分程度にもなる。また、内部測定点C１の温度が−３℃程度となるのは、開始から７分４０秒以上経過した後、−５℃程度となるのは、８分１０秒経過後であり、全体として、実験と比べると、温度変化が緩慢であることが判断できる。
【００１９】
（実験について）
本実験の結果は、エチルアルコール水溶液中で超音波を照射して急速凍結する条件下における含水物の経時的な温度変化として、図１のグラフ、及び該図１のデータである図４に示したように、内部測定点のうち、結果が良好でない測定点Ｂ１においては、開始から１分３０秒で−３℃で達し、３０秒程度、最大氷結晶生成帯での温度平衡状態が見られたが、他方、内部測定点Ｂ２においては、開始から２０秒以内に−３℃を、３０秒以内には−５℃を超え、最大氷結晶生成帯において、表面温度と略同等に冷却を行うことができ、極めて良好な結果を得ることができた。
【００２０】
内部測定点Ｂ１における良好でない結果は、当該箇所近傍において超音波が十分に照射されなかったためと考えられ、このような結果を防止する方法としては、超音波発振器９を上下方向に設置する手段や、含水物８を載置するネットコンベア４の下に反射板を設置する手段、或いは反射板を利用せず冷却凍結槽２内に設置されたコンベア４の表面を反射板として利用する等の手段によって、表裏双方向を含めた全体的な照射を行うことによって、回避することができる。
【００２１】
このように、本実験は、対照実験、即ち、従来のエチルアルコールのみを冷媒とする急速冷凍方法を比較した場合において、非常に良好な結果を得ることができた。
【００２２】
（急速凍結装置について）
次に、本発明の実施例に係る急速凍結装置について説明する。
【００２３】
本発明の実施例に係る急速凍結装置は、図３に示すように、エチルアルコール水溶液冷媒３中で超音波を含水物８に照射することにより、急速凍結を行う装置であり、ネットコンベア４上の含水物８の移送、搬入出過程、及び冷媒の温度維持手段は、断熱材で形成された冷却凍結槽２内に、ステンレス製の搬入出用及び移送用のネットコンベア４を設置したもので、冷却凍結槽２内には冷媒として−３５℃、６０％のエチルアルコール水溶液が貯留されている。
【００２４】
当該冷媒は、前記冷却凍結槽２の内面に設置された板状の熱交換器１２、即ち、対向する金属製の薄板間に熱交換用冷媒導通路を確保するように、前記金属製薄板を相互に貼接して形成した熱交換器によって、冷却状態が維持されている。
【００２５】
ここで、含水物８は、搬入口から搬入用コンベア６によって、投入、浸漬され、移送用ネットコンベア４に移送される。
【００２６】
当該急速凍結装置を構成する搬入、搬出用コンベア（６）（７）、移送用ネットコンベア（４）等はシーケンス制御によって連動した自動運転が可能であるとともに、スイッチ切替えによって、各部、各装置の手動運転も可能なものとしている。
【００２７】
本実施例に係る急速凍結装置においては、移送用ネットコンベア４の上方に、該移送用ネットコンベア４進行方向へ、連続的に超音波を発生させる超音波発振器９が複数列設されており、超音波発振器９の直下位置で含水物８に十分な超音波の照射を行う過程（インピンジメント過程）を構成すべく、前記ネットコンベア４の下側には、超音波発振器９から直接含水物８に照射されなかった超音波を反射して、含水物８の下部及び側部に当てるための反射板を設けている。
【００２８】
そして、含水物８に対する超音波の照射（即ち、前記インピンジメントを行う過程）を間欠的として、熱伝導性を高めるべく、２つの超音波発振器９間に２枚の超音波吸収板１１を設置して、超音波の照射が移送中の含水物８に対して行われない過程（テンパリング過程）を構成している。
【００２９】
尚、本実施例においては、前記したように、反射板によって、含水物８の側面及び底面に対してもより超音波の照射を促すものとしたが、本発明はこれに限られるものではなく、反射板を用いずに、移送用ネットコンベア４と冷却凍結槽２の底面との距離を短くすることによって、移送用ネットコンベア４上方から発生した超音波を、冷却凍結槽２の底面で反射して、含水物８の下面にも照射する、低コスト且つ高効率の設備設計を行うこともできるし、或いは、超音波発振器による超音波の照射をより確実とすべく、移送用ネットコンベア４の下方に別途、超音波発振器９を設けることもできる。
【００３０】
本発明においては、超音波を冷媒中で、間欠的に照射することは、含水物に対する衝撃波を与えて、熱伝導性を高めることができる点において優れ、連続的に照射を行う場合と比べて、非常に有効である。
【００３１】
また、本発明に係る急速凍結装置においては、上記実施例に限定されるものではなく、超音波発振器９の設置数や間隔、配置、含水物８との距離等は、適宜変更調節することができるし、図示省略するが、搬入用コンベア６、搬出用コンベア７に代えて、油圧若しくはエアシリンダー等を利用した昇降装置等の搬入出手段を設けることもできる。尚、本実施例においては、搬入出用コンベア６、７を使用することにより、製造装置自体の製造コストを低減するとともに、例えばコンベアを動作させて手動投入するといった、稼動時の幅広い生産作業形態に対応する確保するものとしている。
【００３２】
尚、移送用ネットコンベア４に代えて他のコンベアを使用することは、可能ではあるが、含水物８の底面及び側面に対して超音波を十分に照射することができないことから、急速凍結機能が低下するため、コンベアの載置面にスリットや多数の孔が設けられたもの等が好ましい。
【００３３】
また、本実施例においては、エチルアルコール水溶液の液温を−３５℃として使用しているため、当該溶液の濃度を６０％としているが、エチルアルコール溶液の濃度によって、当該溶液の凍結点が異なり、急速冷凍といった場合には、一般に−１８℃以下に保持されることとされている（日本冷凍協会編「凍結食品の製造と取扱いについての勧告」）ことを考慮すると、本発明を実施する場合には、およそ３０％前後以上の濃度のエチルアルコール水溶液が必要であると考えられ、（３０％時の凍結点が実測値平均−２０．９℃程度である。）冷媒凍結点に至らない状態で使用することのできる濃度範囲において効果を得ることができる。
【００３４】
本発明においては、以上のように、冷却効率の高い冷媒中において、超音波といった衝撃波を、間欠的に若しくは連続的に含水物に対して与えることにより、従来ではなし得ない極めて良好な急速凍結過程を実現することができ、実験的には、エチルアルコール水溶液を用いて行ったが、理論上、例えば、従来より冷媒として用いられている塩化ナトリウム溶液、塩化カルシウム溶液、プロピレングリコール溶液等を、エチルアルコール水溶液と代替した場合においても、相当の効果を期待することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  実験（エチルアルコール水溶液中で超音波を照射して急速凍結する方法）における時間と温度の関係を示すグラフである。
【図２】  対照実験における時間と温度の関係を示すグラフである。
【図３】  本発明の実施例に係る急速凍結装置の概略を示す断面図である。
【図４】  本発明の実験における図１のグラフのデータを示す表である。
【図５】  本発明の対照実験における図２のグラフのデータを示す表である。
【符号の説明】
１    急速冷凍装置
２    冷却凍結槽
３    冷媒
４    コンベア
５    加圧空気噴射ノズル
６    搬入口側昇降装置
７    搬出口側昇降装置
８    含水物
９    超音波発振器
１０    反射板
１１    超音波吸収板
１２    熱交換器
Ａ１    内部測定点
Ａ２    内部測定点
Ａ３    表面測定点
Ａ４    エチルアルコール水溶液（冷媒）
Ｂ１    内部測定点
Ｂ２    内部測定点
Ｂ３    表面測定点
Ｂ４    エチルアルコール水溶液（冷媒）
C１    内部測定点
C２    表面測定点
C３    表面測定点
C４    エチルアルコール水溶液（冷媒）
【図１】
0003870230.tif 000002
【図２】
0003870230.tif 000003
【図３】
0003870230.tif 000004
【図４】
0003870230.tif 000005
【図５】
0003870230.tif 000006