JP2005058150A - 食品解凍装置 - Google Patents

Abstract

【課題】冷凍食品のマイクロ波解凍において、食品の表面または端部などの一部分に集中過熱が生じ、均一な解凍を損なう「端煮え」の発生を抑制し、高品質の解凍が高速にできる解凍装置を提供する。
【解決手段】冷凍食品を収納してマイクロ波を照射する加熱室内に食品の氷結温度以下の冷気を循環供給するものにおいて、食品の氷結温度近傍領域で供給する冷気の風速を増大するよう制御して、加熱が集中する食品の表面層を冷却しつつ、マイクロ波吸収が急増する融解水分の飛散除去して部分的な過熱昇温を抑制制御する。
【選択図】図２

Description

本発明は、冷凍食品を高品位に解凍処理するための解凍装置に関する。

食品の冷凍保存は、畜肉や魚介類などの生鮮食品の他、調理済みの食品にも多く利用されており、旬の味覚、あるいはできたての味を長期間保存する手段として益々多用されてきている。これら冷凍食品は、喫食する時には解凍し、適温まで加熱して利用することになるが、解凍処理する方法としては、室温雰囲気に静置して自然解凍させる方法、流水中に浸けて解凍させる方法の他、マイクロ波を用いた高周波解凍方法が一般的に用いられている。特にマイクロ波を用いた解凍では、解凍品質を向上させる手段として、マイクロ波が照射される庫内に冷気を循環供給させる方法も提案されている（例えば、特許文型１および２参照）。
特開平１０−１３２２８９号公報 特開２０００−８０号公報

冷凍された食品の解凍処理においては、加熱ムラのない全体が均一な温度であるのが良い解凍であると言われている。上記従来の方法のうち、常温付近の大気中での解凍（通常、室温解凍と呼ばれる）や流下する水中での解凍（流水解凍と呼ばれる）では、食品との温度差が小さい状態での表面からの緩慢な熱伝導を利用しているため、全体の温度均一性は得られ易いものの、内部まで十分解凍するには数時間にも及ぶ長時間を必要とし、予めの準備がなければ喫食に供することができないという不都合があった。また、長時間に亘って常温付近に暴露しているため、有害細菌などが付着している場合には増殖を招くこともあり、安全衛生上でも格別の留意が必要であった。

一方、マイクロ波の放射による解凍は、一般家庭でも電子レンジ解凍として知られ利用されているが、マイクロ波が食品の内部にまで浸透してここで発熱することから、食品内部からの急速な解凍が可能になる。しかしながら、マイクロ波の特異な吸収特性により、食品内の温度分布が不均一になり易いという欠点がある。すなわち、マイクロ波は食品の内部まで浸透して主に水分子に吸収されるが、冷凍状態では大部分の水が氷状態にあり、マイクロ波の吸収が極端に小さくなっている。ここで食品の一部が解凍状態になって水が存在するようになると、マイクロ波は集中的にこの解凍部分に吸収され、ここを加熱することになるから、食品内で著しい温度ムラを生ずる場合があった。特に冷凍食品がマグロのような水分の多い生魚の場合、従来の電子レンジでは、放射されたマイクロ波を受けると同時に常温状態の庫内壁からの放射熱、伝導熱も受けて食品の表面が最初に解凍され、特にその末端部分はマイクロ波を集中的に受け解凍され易いという特性を有する。その結果、先に解凍された末端部分に上記の通りマイクロ波の吸収が集中的に生じて、末端部分が過加熱（いわゆる端煮え）状態となり易いものであった。

こういった不都合を軽減するために、マイクロ波が放射される庫内に冷気を供給して循環させ、食品の表面と内部とで生ずる温度差を軽減する方法が提案されているが、食品の一部が解凍を始める氷結温度近傍に至ると、マイクロ波の吸収特性が部分的に急変して温度変化に著しいアンバランスを招くため、マイクロ波放射の強度を従来の常温雰囲気中での操作に比べて著しく増大させるには至らず、比較的弱いマイクロ波の放射となるが故に、解凍処理の時間が長引かざるを得ないという課題があった。

本発明は、上記従来の欠点を解消し、部分的な解凍の過不足を生じるようなマイクロ波加熱の不均一性を解消し、食味も外観も好ましい状態で冷凍食品を高速に解凍する装置を提供するためになされる。

上記課題を解決するために第１の本発明の食品解凍装置は、冷凍された食品を収納する加熱室と、前記加熱室に高周波電波を放射供給する電波供給手段と、前記加熱室内に前記食品の所定の氷結温度以下の低温空気を供給する冷気供給手段とを備え、前記電波供給手段の動作と並行して前記冷気供給手段を動作させて前記食品を解凍する食品解凍装置であって、前記食品の氷結温度近傍領域において前記冷気供給手段から発せられる低温空気の風速を増加させるよう制御する制御手段を備えることを特徴とする。

また、第２の本発明の食品解凍装置は、制御手段を、予め記憶された複数の条件情報から選択された処理条件、または手動入力した任意の処理条件から所定の変換式に基づいて算出される処理条件のいずれかに従って、制御動作させることを特徴とする。

また、第３の本発明の食品解凍装置は、加熱室内に食品の表面温度を検出する検温手段を備え、制御手段は、前記検温手段により前記食品の表面の少なくとも一部が所定の氷結温度域に達したことが検出されると冷気供給手段からの低温空気の風速を増加させ、前記検温手段により前記食品の実質的全表面が所定の温度領域を越えたことが検出されると前記冷気供給手段からの低温空気の風速を低下させることを特徴とする。

また、第４の本発明の食品解凍装置は、所定の氷結温度領域が、−５℃以上０℃以下であることを特徴とする。

また、第５の本発明の食品解凍装置は、制御手段は、低温空気の風速を増加させる制御領域が終了する際に、電波供給手段から放射供給される高周波電波の出力を減衰させることを特徴とする。

以上説明してきたように、本発明のように、高周波電波を放射して食品の解凍を行う加熱室内に、食品の氷結温度以下の低温空気を循環供給する手段を備え、前記高周波電波の供給と並行して冷気を供給しつつ食品を解凍する際に、食品の氷結温度近傍の領域で冷気の供給風速を増加させるよう制御することで、高周波電波の集中吸収を生じて解凍状態の不均一性、著しくは端煮えと呼ばれる過熱変質を生ずる現象を防止し、均一で高品質の冷凍食品の解凍を実現できるもので、簡便にして高品質の調理を行うに極めて有効なサポート手段を提供し得るものである。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。なお本発明では、食品を加熱する高周波電波（マイクロ波）の発生にはマグネトロンを、また冷却用の冷熱の発生手段としては、冷蔵庫等で使用されるヒートポンプサイクル（圧縮機、放熱器、キャピラリ、冷却器等で構成される）や、ペルティエ効果を用いて冷却する熱電素子などが用いられ、食品の表面温度検出には焦電型の温度センサなどが使用されるが、これらはいずれも従来から一般的に使用されているもので、ここでは詳細な構成や作用動作の説明を省略する。

（実施の形態１）
本発明の第１の実施形態に係る食品解凍装置について、その断面構成略図である図１を用いて説明する。図１において、１は装置本体、２は高周波電波（マイクロ波）を発生するマグネトロン、３はマグネトロン２から発生したマイクロ波を導く導波管、４は加熱室である。加熱室４内には、食品５を載置して回転するターンテーブル６が備えられ、テーブルモータ７と連接されている。また、８はヒートポンプサイクルで、圧縮機９、冷却器１０が組み込まれている。１１は送風ファンで、１２は冷却器１０で生成された冷風を加熱室４に導入給気する給気口である。この給気口１２は、回転するターンテーブル７の周縁近傍に開口し、噴出する冷風がターンテーブル７上の食品５に吹き付けられる開口位置が選択されている。また１３は加熱室上部に開口された排気口で、ここから流出した気流は再度冷却器１０で冷却され、加熱室４に循環流通するよう構成されている。また１４は加熱室１の内部上面に配置された焦電型センサからなる温度検出部で、直下を回転する食品５の表面温度を非接触で計測検知できるよう配置されている。なお、これらの各機能部品は、制御部（図示せず）で必要に応じて相互に連動するよう接続されている。

上記構成において、次にその作用動作を説明する。冷凍保存されて凍結状態にある食品５は、加熱室４内のターンテーブル６上に置かれ、テーブルモータ７の回転に合わせて回転される。ヒートポンプサイクル８では、圧縮機９によって圧縮された冷媒ガスが（図示されていない放熱器およびキャピラリを経て）冷却器１０内で膨張し、冷熱が発生される。ここで発生した冷熱は、送風ファン１１の回転動作によって給気口１２から加熱室４に冷風として送入される。加熱室４内では、ターンテーブル６の回転に合わせて食品５も回転するが、その表面は給気口１２から送入された冷風に曝されて冷却される。その後冷風は、加熱室４内を循環して内壁も冷却しつつ、排気口１３から排出されて、再度送風ファン１１近傍へと循環される。

一方、マグネトロン２から発せられた高周波電波（周波数２４５０ＭＨｚのマイクロ波）は、導波管３を経て加熱室４内に放射され、加熱室４内で反射されながら食品５に吸収されて発熱する。この発熱によって食品５内の氷結晶が融解され、解凍されることになる。なおここで、マイクロ波により解凍される食品５の表面温度は、温度検出部１４により常時計測されており、その計測結果に対応して適宜マグネトロン２の出力とともに送風ファン１１から送入される冷風流速も制御部（図示せず）により変動制御される。

ここで、詳細な制御フローとその内容について、図２および図３に沿って説明する。ここでは、食品５として冷凍のマグロ切り身を使用した場合の例で示す。図３は、本実施の形態における食品解凍装置の動作を示すフロー図である。本図に示すように加熱室４に食品５（冷凍のマグロ切り身）を入庫して電源を入れ（Ｓ２１）、処理条件（ここでは終了温度５℃と条件設定）を入力（Ｓ２２）すると、これに対応するよう記録されている下記に現れる各種の制御条件が制御部（図示せず）のメモリーから読み出され（Ｓ２３）、食品５の表面温度計測（Ｓ２４）とともにターンテーブル６の回転やヒートポンプサイクル８の運転、マグネトロン２への通電などの必要制御が開始され（Ｓ２５）、加熱室４内にマイクロ波と冷気（温度は約−１５℃）が供給開始される（Ｓ２６、Ｓ２７）。ここで供給される冷気の平均風速は約０．５ｍ／ｓｅｃに設定されている。ここで、図２は、本実施の形態における食品解凍装置のマイクロ波及び冷風に関する操作条件及び食品表面温度の経時変化を示す図である。まず、食品５が冷凍保存状態から供給された時、初期の表面温度は約−２０℃になっているが、「強」レベルのマイクロ波（ここでは4００Ｗを供給）を供給することにより温度上昇を始める。１分３０秒で食品５の表面温度がー５℃に到達し、ここから０℃付近までの「最大氷結晶生成帯」と呼ばれる領域に入る。この領域では食品５の表面の一部の氷結晶が融解され、マイクロ波の吸収が急増する状態になり易いが、最大氷結晶生成帯の下限温度近傍である−５℃到達を検知する（Ｓ２８）と加熱室４内を循環する冷風の風速を約３倍の１．５ｍ／ｓｅｃに増加させる制御となり（Ｓ３０）、マイクロ波の放射は「強」のまま（Ｓ３１）で冷気供給のみが増加（Ｓ３２）となる。こうすることにより、十分低温の冷気が食品５の表面を包むように保冷しているから、食品５の表面や周縁部などマイクロ波が集中し易い部位での先行的な融解も抑えられ、あるいは一部融解して水を発しても高速の冷気の循環によって蒸発もしくは飛散除去され、マイクロ波は十分に食品５の内部まで浸透して吸収されることになるから、食品５の内部を含めた全体がバランス良く、しかもマイクロ波照射が「強」であるために高速で氷結晶の融解が行われる。この状態が３分３０秒程度続き、食品５のほぼ全体の氷結晶が融解すると、表面温度も上昇を始める。

表面温度が設定された０℃に到達（Ｓ３３）すると、風速とマイクロ波照射の双方を減衰させる制御モードに入り（Ｓ３５）、マイクロ波照射量の低下（Ｓ３６）と冷気の風速の低下（Ｓ３７）を行う。かくして最終の設定温度（ここでは５℃）になったことが検知されると（Ｓ３８）全てを停止して終了（Ｓ４０）する。

常温の加熱室４でマイクロ波解凍する従来の方法では、マイクロ波は食品５の表面層や末端部に集中的に吸収され易く、また比較的温度の高い加熱室４の壁面からも放射伝熱があって、食品５の末端部が急速に昇温する現象も生じ得るものであったが、ここでは加熱室４内が、ヒートポンプサイクル８の動作と送風ファン１１の回転によって十分に冷却されており、加熱室４の内壁から食品５への熱放射や熱伝導がほとんどなくなるから、マグネトロン２を動作させて食品５を解凍している際にも、食品５の表面層や末端部分のみが迅速に融解し、その部分に高周波電波が集中することは避けられる。また、形態的にマイクロ波の吸収を受け易い食品５の末端部分（一般には四隅）で部分的に解凍が行われてくる温度帯においては、ここには給気口１２から供給される冷気の風速を増加させるよう制御されていることから、食品５の末端が部分的に昇温しようとしても冷却されて鎮静化され、あるいはマイクロ波の吸収しやすい水濡れの状態とならないよう水分を除去する作用も受けて十分内部までマイクロ波が浸透し、従来のようないわゆる端煮えの状態に至らず、高速でありながら全体がほぼ均一な状態で解凍が行われることになる。

表１には、同一構成のマグネトロン２および加熱室４を有する装置を用いて、約２５℃の常温雰囲気で操作した場合（従来例）および一定風量の−１５℃の冷気を給気口１２から供給した場合（改良型の従来例）と、冷気流量を変化させて操作した場合（本発明）での、冷凍マグロの矩形ブロック片（重量は３８０ｇ）を用いて解凍した際の解凍処理時間変化の例を示している。なおいずれの場合も、マグロブロック片の表面温度と中心温度との差が最大でも５℃以内に収まる条件で運転調整している。

表１に見られるように２５℃の常温雰囲気（条件１）では、容易に部分昇温が生ずるために、マグネトロン２からのマイクロ波の出力は２００Ｗまで抑制しなければならず、このため初期の冷凍状態からの昇温に２分、−５℃〜０℃の氷晶融解領域に８分、融解後の５℃までの温度上昇域に１分、総計で１１分を要している。一方、−５℃の冷気を一定状態（ここでは０．５ｍ／ｓｅｃで運転）で供給した雰囲気（条件２）では、冷気による端煮え抑制効果が現れて３００Ｗまでマイクロ波出力を上げることが可能となり、初期の昇温に１．５分、氷晶融解に５分、融解後の温度上昇に１．５分、で総計８分となって、時間の短縮が図られている。これに対して冷気供給を変動させた場合（条件３）には、氷晶融解領域で冷気風速を１．５ｍ／ｓｅｃまで増加させることにより、初期昇温領から氷晶融解領域までのマイクロ波出力を４００Ｗまで上昇させることができ、最後の温度上昇域でマイクロ波出力を２３０Ｗ、冷気風速を再び０．５ｍ／ｓｅｃに抑制することで、初期昇温に１分、氷晶融解に３分、温度上昇に１分で総計５分に時間短縮できている。

このように、特に部分的な氷晶融解で「端煮え」を生じ安い最大氷結晶生成帯付近において、十分低温の冷気を高速で食品５に循環接触させることで、品質を損なうことなく高速に解凍することができるものである。

なお、ここで、冷却器１０で生成させる冷風の温度は、加熱室４の内壁を十分冷却して、食品５への熱放射や熱伝導を抑制し得る範囲であれば一応の効果が見られるが、食品５が冷凍保存状態（通常は−１８℃程度）からスタートするのが一般的であり、前述のように部分的な解凍開始が次のマイクロ波の選択的吸収を誘引することを考慮すれば、少なくとも食品５が自然解凍しない凍結温度（例えば肉類、魚介類では−２℃前後）以下にするのが望ましい。こうすることによって、食品５の全体が均一に解凍されるまで過加熱されることを抑制する効果が得られる。

また、食品５をターンテーブル６上に載置し、マグネトロン２からマイクロ波の印加を始める前に、加熱室４内を十分冷却しておいた方が、食品５への不均一な熱供給要因を防止でき、表面や端部の過加熱をより十分に抑制できることから、解凍品質向上のためには好ましい方法であり、操作初期のマイクロ波供給前に適宜時間の冷気供給を行うことも有効な制御方法である。

（実施の形態２）
本発明の第２の実施の形態について説明する。本実施の形態は、基本的な構成要素および作用は実施の形態１と同じであるが、加熱室４内の条件を制御する方法が異なる。したがって、この異なる部分を中心に本実施の形態を説明する。なおここでは、構成要素の番号は実施の形態１に準拠し、同一番号が同一構成要素を示している。

図４は本実施の形態におけるマイクロ波及び冷風に関する制御条件の経時変化をを示す図である。加熱室４に食品５を入れて解凍操作を開始する際に、食品５の種類や大きさ等によって経験的にまたはメニューブック等の参照データに基づいて解凍処理の時間（Ｔ）を決定し、入力指示できるようになっている。この「操作指定時間Ｔ」をベースに、それぞれの係数を乗じた制御時間に区分し、マイクロ波出力や冷気風速を自動制御するよう構成されている。すなわち図４に示すように、操作指定時間Ｔを例えば５分とした時、第１の区分である０．３Ｔ＝１．５分は、マイクロ波を「強」にして冷気風量を「小」にした初期昇温のモードで運転し、続いて次の０．５Ｔ＝２．５分は、マイクロ波は「強」で冷気風速も「大」の氷晶融解のモードで運転、そして最後の０．２Ｔ＝１分は、マイクロ波は「強」のままで再び冷気風速を「小」にした加熱昇温モードとする、というように、任意のあるいは適宜選択された全操作時間情報から、特に実施の形態１の説明でも詳述した高品位で高速の解凍操作が行えるよう、時間係数で操作モードを配分できるよう制御するものである。冷凍保存されている食品５の解凍には、食品５の固体部分の影響や共存する油脂分の含量によって、解凍特性に変化はあるものの、最大の影響因子は含有の水分量であり、一般的には−１８℃〜−２０℃程度で冷凍保存される状態から解凍操作を開始することを考えれば、「−２０℃から−５℃付近まで氷晶の温度を上昇させる顕熱供給ステップ１」、「−５℃の氷晶を融解させ、０℃の水に変える潜熱および顕熱供給ステップ２」、「０℃の水を５℃の水に温度上昇させる顕熱供給ステップ３」に大きくは類別できる。従って、これに基づくエネルギー比例配分で制御モードを決定しても、食品５の性状に悪影響を及ぼすほどの変動要素はなく、ほぼ同一の係数で配分された操作時間で制御することができる。こうすることによって、食品５の表面温度を監視計測するための温度検出部１４は不要となり、食品５との位置関係や汚れによる計測誤差の配慮も不要となって、簡易にして有効な解凍操作ができる食品解凍装置を提供できることになる。なおここで制御するマイクロ波出力や冷気風速のレベルは、必ずしも本実施の形態と同一である必要はなく、例えば実施の形態１と同様に最終のステップ３ではマイクロ波出力を「弱」にすることや、ステップ１の冷気風量を「中」にするなど、任意に設計することは可能である。

（実施の形態３）
本発明の第３の実施の形態について説明する。本実施の形態は、基本的な構成要素および作用は実施の形態１と同じであるが、加熱室４内の条件を制御する方法に特異点がある。したがって、この特異部分を中心に本実施の形態を説明する。なおここでは、構成要素の番号は実施の形態１に準拠しており、同一番号が同一構成要素を示している。

図５は本実施の形態における食品解凍装置の制御内容を示す操作条件説明図である。実施の形態２と同様に、加熱室４に食品５を入れて解凍操作を開始する際に、食品５の種類によって最適なメニューを選択し、その番号（Ｍ１、Ｍ２…）で入力指示できるようになっている。そのメニュー番号での制御内容としては、「冷気風量を控えつつ強いマイクロ波供給を行う時間帯：Ｔ１」、「冷気を強循環させつつ強いマイクロ波供給を行う時間帯：Ｔ２」および「冷気風量も抑え、マイクロ波供給もやや控えた時間帯：Ｔ３」の３段階からなっており、それぞれの時間配分が異なるよう構成されている。これは、解凍処理に供される食品５の解凍特性が、基本的には含有水分量に大きく支配されるものであるが、共存する固形成分（油脂量、糖分、塩分など）や氷晶の形成状態に大きな影響を及ぼす生鮮物と調理加工物との違いなどで異なることに対応するものである。具体的な最適解凍条件の比較例を表２に示す。ここではサンプル重量はいずれも３８０ｇとし、マイクロ波出力は４００Ｗから最終ステップは２３０Ｗ、循環冷気（−１５℃）の風速は氷晶融解に相当するＴ２ステップのみ増加（０．５→１．５ｍ／ｓｅｃ）させている。

この結果からも明らかなように、水分量の影響もあるが、解凍品質を確保するための最適な制御パターンは、食品５の種類によって大きく変化しており、これらを分類してメニューに準備しておくことによって、メニュー番号（Ｍ１、Ｍ２…）を選択するだけで最適な解凍操作が可能となる。

なお、個数やサイズ（重量）による変化の調整は、別途個数選択のボタンを準備して係数を乗ずる方法でも、あるいはターンテーブル５等に重量センサを連結させておき、重量換算で自動計算させる方法を用いても良く、いずれにしても本発明の効果を確保できる。またこの場合でも、この制御条件に含まれない事前の準備工程を設け、食品５投入前にヒートポンプサイクル８を動作させて加熱室４を予め冷却することで、より安定した解凍処理ができるものであるが、圧縮機９の動作開始から冷却器１０での冷熱発生にはやや時間を要するものの、加熱室４内に挿入した食品５が直ちに表面融解するものでもなく、高能力の冷気供給によって短時間に冷却環境が確保できるもので、ヒートポンプサイクル８の同時スタートの操作でも実用上問題はなく、短時間で高品位の解凍が確保できるものである。

本発明の食品解凍装置は、食品の解凍状態の不均一性、特に端煮えと呼ばれる過熱変身を生じる現象を防止し、均一で高品質の冷凍食品解凍を可能にするという効果を有し、高周波を使用した食品解凍装置等として有用である。

本発明の第１の実施形態における断面構成略図 本発明の第１の実施形態における食品解凍装置の操作条件説明図 本発明の第１の実施形態における食品解凍装置の制御フローチャート 本発明の第２の実施の形態における食品解凍装置の操作条件説明図 本発明の第３の実施の形態における食品解凍装置の操作条件説明図

符号の説明

１ 装置本体
２ マグネトロン
３ 導波管
４ 加熱室
５ 食品
６ ターンテーブル
７ テーブルモータ
８ ヒートポンプサイクル
９ 圧縮機
１０ 冷却器
１１ 送風ファン
１２ 給気口
１３ 排気口
１４ 温度検出部

Claims (5)

1. 冷凍された食品を収納する加熱室と、前記加熱室に高周波電波を放射供給する電波供給手段と、前記加熱室内に前記食品の所定の氷結温度以下の低温空気を供給する冷気供給手段とを備え、前記電波供給手段の動作と並行して前記冷気供給手段を動作させて前記食品を解凍する食品解凍装置であって、前記食品の氷結温度近傍領域において前記冷気供給手段から発せられる低温空気の風速を増加させるよう制御する制御手段を備えることを特徴とする食品解凍装置。
2. 制御手段を、予め記憶された複数の条件情報から選択された処理条件、または手動入力した任意の処理条件から所定の変換式に基づいて算出される処理条件のいずれかに従って、制御動作させることを特徴とする請求項１記載の食品解凍装置。
3. さらに、加熱室内に食品の表面温度を検出する検温手段を備え、制御手段は、前記検温手段により前記食品の表面の少なくとも一部が所定の氷結温度域に達したことが検出されると冷気供給手段からの低温空気の風速を増加させ、前記検温手段により前記食品の実質的全表面が所定の温度領域を越えたことが検出されると前記冷気供給手段からの低温空気の風速を低下させることを特徴とする請求項１記載の食品解凍装置。
4. 所定の氷結温度領域が、−５℃以上０℃以下であることを特徴とする請求項３記載の食品解凍装置。
5. 制御手段は、低温空気の風速を増加させる制御領域が終了する際に、電波供給手段から放射供給される高周波電波の出力を減衰させることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の食品解凍装置。

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