JP7219149B2 - マイクロ波熟成装置 - Google Patents

Description

特許法第３０条第２項適用 第１２回日本電磁波エネルギー応用学会シンポジウム、北九州国際会議場、平成３０年１１月１１月１５日～１６日

特許法第３０条第２項適用 ＭＷＥ２０１８マイクロウェーブ展、パシフィコ横浜、平成３０年１１月２８～３０日

特許法第３０条第２項適用 第４７回国際ホテル・レストラン・ショー、東京ビッグサイト、平成３１年２月１９日～２２日

特許法第３０条第２項適用 第４４回食肉産業展２０１９、東京ビッグサイト、平成３１年４月１７日～１９日

本発明は、マイクロ波を照射して食品を熟成させる、マイクロ波熟成装置に関する。

近年、牛肉を一定期間熟成させることで牛肉のうま味などを増大させた、いわゆる熟成肉が広く知られるようになり、その需要が増大している。牛肉を熟成させる場合には、本来４０℃程度で熟成することがうま味などを引き出す点から好ましいが、菌の増殖による腐敗を抑制するために、通常は、１℃などの低温で熟成が行われている（特許文献１参照）。

特開２０１５－１２３０５７号公報 特願２０１７－２１５２９６号公報

従来技術では、低温で熟成を行うため、熟成が完成するまでに長時間（長い場合には９０～１８０日）を要してしまうという問題があった。また、熟成期間が長くなるほど、低温でも菌による腐敗が表面から進み、その分、表面をそぎ落とすトリミングの量が多くなり、歩留まりが悪くなるという問題があった。

このような問題に対して、発明者は、鋭意研究を行い、マイクロ波を照射することで、食品外部を低温に維持しながら食品内部を高温にすることで、腐敗を抑制しながらも、食肉の熟成を促進させることができるマイクロ波熟成装置を発明した（特許文献２参照）。しかしながら、発明したマイクロ波熟成装置は、図２に示すように、冷却器で冷却した冷気を熟成室まで移送する構成であったため、装置が大きくなってしまうという問題があった。

本発明は、食品を安全かつ高速に熟成させることができるとともに、省スペース化を図ることできる、マイクロ波熟成装置を提供することを課題とする。

本発明に係るマイクロ波熟成装置は、食品を収納する熟成室と、前記熟成室内にマイクロ波を照射するマイクロ波発振部と、前記熟成室内を冷却するための冷媒を冷却する冷却器と、前記冷却器で冷却された冷媒が流通する冷媒流路と、食品が熟成するように、マイクロ波発振部および冷却器の動作を制御する制御部と、を備えるマイクロ波熟成装置であって、前記冷媒流路は、前記熟成室の壁部と直に接しており、前記冷媒流路を流通する冷媒により前記壁部を介して前記熟成室内の空気を冷却し、前記制御部は、熟成時に、前記マイクロ波発振部による加熱と、前記冷却器による前記熟成室内の冷却とを同時に行わせる。
上記マイクロ波熟成装置において、前記制御部は、食品の表面温度が内部温度よりも低くなるように、前記冷却器および前記マイクロ波発振部を制御する構成とすることができる。
上記マイクロ波熟成装置において、前記熟成室は、壁部に通気孔を有しないように構成することができる。
上記マイクロ波熟成装置において、前記冷媒流路が、前記熟成室の壁部と断熱部との間に挟持されているように構成することができる。
上記マイクロ波熟成装置において、前記熟成室内に送風ファンをさらに有し、前記制御部は、熟成時に、前記マイクロ波発振部による加熱と、前記冷却器および全送風ファンによる前記熟成室内の冷却とを同時に行わせるように構成することができる。
上記マイクロ波熟成装置において、前記マイクロ波発振部は、熟成時に、マイクロ波を１時間以上照射するように構成することができる。
上記マイクロ波熟成装置において、ＵＶランプをさらに備えるように構成することができる。
上記マイクロ波熟成装置において、活性炭フィルターをさらに備えるように構成することができる。

本発明によれば、食品を安全かつ高速に熟成させることができるとともに、装置の省スペース化を図ることできる。

従来の実施形態に係るマイクロ波熟成装置の構成図である。 本実施形態に係るマイクロ波熟成装置の構成図である。

図１は、本実施形態に係るマイクロ波熟成装置の構成図である。本実施形態に係るマイクロ波熟成装置１は、ドライエイジングおよびウェットエイジングが可能な装置であり、肉類（ハムなどの加工肉食品を含む）、魚介類、チーズなどの乳製品、コーヒー豆などの豆類、野菜類、果物類、麺類、パン類、ワインなどの酒類、発酵食品（味噌や醤油などの発酵調味料を含む）などを熟成させることができる。マイクロ波熟成装置１は、図１に示すように、冷却器１０、冷媒流路２０、マイクロ波発振部３０、熟成室４０、断熱部５０、制御部６０、およびＵＶランプ７０を備える。

冷却器１０は、図１に示すように、冷媒流路２０と接続しており、冷媒流路２０を循環する冷媒を冷却する。なお、冷却器１０としては、たとえば、コンプレッサーやコンデンサーなどを有し、外部との熱交換により冷媒を冷却することができる公知の装置を用いることができる。

冷媒流路２０は、冷却器１０と接続しており、熟成室４０の内部空間の空気を冷却するための冷媒が循環する。冷媒流路２０は、熟成室４０の壁部４１と直に接しており、冷媒流路２０を循環する冷媒が、熟成室４０の壁部４１と熱交換を行うことで、熟成室４０の壁部４１が冷却され、壁部４１と接する熟成室４０内の空気が冷却される。そして、熱交換を行い温まった冷媒は、再度、冷却器１０へと戻り、冷却器１０により冷却されることとなる。なお、冷媒は、特に限定されず、たとえばＨＦＣ（ハイドロフルオロカーボン）やＨＣ（ハイドロカーボン）などを用いることができる。

マイクロ波発振部３０は、食品Ｍに照射するためのマイクロ波を発振する。マイクロ波発振部３０として、マグネトロンを使用した発振器を用いることもできるが、本実施形態では、マグネトロンと比べて高い周波数および出力安定度が得られる、半導体素子を用いたソリッドステート方式の発振器を用いる。マイクロ波発振部３０は、周波数を２．４～２．５ＧＨｚの間で連続的に変化させて、マイクロ波を発振する。マイクロ波発振部３０で発振されたマイクロ波は、ケーブル３１を介して、熟成室４０の照射口４２から熟成室４０内に照射される。なお、マイクロ波の周波数を２．４～２．５ＧＨｚの間で連続的に変化させることで熟成室４０での電磁界の分布が均一化されるため、食品Ｍにも均一な分布でマイクロ波が照射され、食品Ｍの均一加熱（均一熟成）を促進することができる。

熟成室４０には、熟成するための食品Ｍが載置される。マイクロ波発振部３０により発振されたマイクロ波は、ケーブル３１を介して、照射口４２から熟成室４０内に照射され、熟成室４０内に載置された食品Ｍを均一加熱する。本実施形態においては、照射口４２に、小型で利得が高いパッチアンテナ（平面アンテナ）が取り付けられており、これにより、マイクロ波発振部３０により発振されたマイクロ波が熟成室４０内に照射される。また、熟成室４０の壁部４１には、冷媒流路２０が直に接しており、冷媒流路２０を流通する冷媒が熟成室４０の壁部４１を冷却し、壁部４１が壁部４１と接触する熟成室４０内の空気を冷却することで、食品Ｍを表面から冷却することができる。これにより、食品Ｍの内部温度を食品Ｍの表面温度よりも高くすることが可能となる。

また、熟成室４０は、図１に示すように、ファン４３および扉４４を備えている。ファン４３は、たとえばドライエイジングに適した風量（たとえば０．５～１０．０m／秒）で送風を行うことができるものを採用することができる。ファン４３は、熟成室４０内の空気を対流させることで、冷媒により冷却された冷気を食品Ｍに当てることができ、これにより、食品Ｍの表面を効率良く冷却することができる。また、扉４４は、マイクロ波が外部に漏洩することを防止するために、チョーク構造を有しており、外部から開閉可能となっている。なお、チョーク構造は公知の構造とすることができる。ユーザは、扉４４を開け閉めして、熟成を行う食品Ｍを熟成室４０に出し入れすることができる。また、熟成室４０の壁部４１の内面（内壁）の全ての面には、マイクロ波を反射するための反射板が設置されている。熟成室４０には、テフロン（登録商標）やポリプロピレンなどのマイクロ波透過性材により構成された任意の形状の棚を設置してもよい。またステンレスなどの金属材料を使用する場合は、間隔が２０ｍｍ以上の格子状の棚や、直径２０ｍｍ以上の開口部を持つパンチングメタル形状の棚を設置しても良い。

断熱部５０は、冷媒流路２０を流通する冷媒が熟成室４０に到達する前に外気と熱交換してしまうことを抑制するための部材である。断熱部５０は、図１に示すように、冷媒流路２０と直に接しており、熟成室４０の壁部４１と伴に冷媒流路２０を挟持する。断熱部５０の素材としては、特に限定されず、たとえば発泡スチロールやウレタンなどを用いることができる。

制御部６０には、熟成させる食品Ｍの表面温度および内部温度がそれぞれ所定の温度となるように温度制御を行うプログラムが組み込まれている。具体的には、制御部６０は、冷却器１０、マイクロ波発振部３０およびファン４３の動作を制御することで、冷却器１０による冷気の温度、マイクロ波発振部３０によるマイクロ波の出力、ファン４３の風量を制御して温度制御を行う。たとえば、制御部６０は、マイクロ波発振部３０のマイクロ波の出力を高くすることで食品Ｍの内部温度を高くすることができ、また、冷却器１０による冷気の温度を低くし、あるいは、ファン４３の風量を高くすることで食品Ｍの表面温度を低くすることができる。

また、制御部６０は、マイクロ波発振部３０によるマイクロ波の発振を制御することができる。たとえば、制御部６０は、マイクロ波発振部３０を一定の出力値および一定の周波数に固定して発振させる固定照射に加えて、短い周期（たとえば数ミリ秒周期）でマイクロ波発振部３０に発振と停止とを繰り返させる間欠照射や、マイクロ波発振部３０の周波数を経時的に変化させる掃引照射や、マイクロ波発振部３０の出力値を経時的に変化させる連続照射を行わせることができる。また、制御部６０は、マイクロ波の照射のＯＮ－ＯＦＦを一定時間（たとえば数時間）ごとに切り替えるように（間欠照射の場合は、間欠照射を行う期間と間欠照射を行わない期間とを一定時間ごとに切り替えるように）、マイクロ波発振部３０を制御する構成とすることもできる。たとえば、制御部６０は、マイクロ波を３時間照射した後、マイクロ波の照射を３時間停止し、同様に、マイクロ波の照射と停止とを３時間ごとに、たとえば熟成期間である７日間ずっと繰り返すように、マイクロ波発振部３０を制御することができる。

また、制御部６０は、食品Ｍの内部温度や表面温度を測定する温度センサ（例えば、マイクロ波環境下においても接触式で温度計測が可能な蛍光式光ファイバー温度計（安立計器株式会社製）や、非接触により赤外線や可視光線の強度を測定する放射型温度センサ）と接続し、温度センサの計測結果に基づいて、適宜温度制御を行う構成とすることもできる。
さらに、制御部６０は、予め試験により、食品Ｍの重量および水分量と、食品Ｍの表面温度および内部温度を所定の温度とするための、冷却器１０による冷気の温度、マイクロ波発振部３０のマイクロ波の出力、ファン４３の風量との関係を記憶しておき、熟成室４０内に設置された重量計や非接触式の水分計から得た食品Ｍの重量や水分量に応じて、冷却器１０による冷気の温度、マイクロ波発振部３０のマイクロ波の出力、ファン４３の風量を制御する構成とすることもできる。この場合、制御部６０は、操作ボタンやタッチパネル等の入力装置を備えており、食品の種類（たとえば、牛肉、豚肉、鶏肉）や大きさなどの熟成対象食品情報を入力することで、食品の表面温度が凍結温度よりも低くなるような制御を自動で行うこともできる。

ここで、マイクロ波は誘電加熱により食品内部まで加熱するため、熟成室４０でマイクロ波を照射した場合、食品Ｍの表面に加えて食品Ｍの内部まで加熱することができる。食品Ｍの内部を温めることで食品Ｍの熟成を促進することができるが、食品Ｍの表面を温めることは食品Ｍの表面に付着した菌の増殖を促すこととなる。これに対して、本実施形態に係るマイクロ波熟成装置１では、冷却機構、すなわち、冷却器１０およびファン４３の動作により食品Ｍの表面を冷却することで、食品Ｍの表面に付着した菌の増殖を抑制することができる。

特に、本実施形態に係るマイクロ波熟成装置１では、制御部６０の制御により、加熱機構（マイクロ波発振部３０）による食品Ｍの加熱と、冷却機構（冷却器１０およびファン４３）による食品Ｍの表面の冷却とを同時に行うことで、食品Ｍの表面温度が内部温度よりも低くなるように、加熱機構および冷却機構の動作が制御されている。具体的には、制御部６０は、食品Ｍの表面温度が内部温度よりも低くなるように、冷却器１０による冷気の温度、マイクロ波発振部３０の出力、ファン４３による風量を制御する。なお、食品Ｍを熟成している間中、マイクロ波を連続して照射する必要はなく、少なくとも１時間以上（好ましくは３時間以上、より好ましくは５時間以上）、マイクロ波の照射が行なわれる構成とすることができる。

ＵＶランプ７０は、紫外線を発生させる装置である。本実施形態では、ＵＶランプ７０を熟成室３３内に直接設置することで、食品Ｍの熟成中に、ＵＶランプ７０で発生させた紫外線を、熟成室４０内に置かれた食品Ｍの表面に直接照射することができる。このように、熟成中に、紫外線を食品Ｍの表面に照射することで、食品Ｍの表面に存在する菌の増殖をより抑制することができる。なお、制御部６０は、ＵＶランプ７０の動作も制御することができる。たとえば、制御部６０は、熟成を開始したタイミングまたは扉４４を（開けた後に）閉じたタイミングから、一定時間（たとえば数時間）、ＵＶランプ７０に紫外線を照射させるように制御を行うことができる。

以上のように、本実施形態に係るマイクロ波熟成装置１では、マイクロ波発振部３０から照射されたマイクロ波による食品内部の加熱と、冷媒流路２０を流通する冷媒による食品表面の冷却とを同時に行うことで、食品Ｍの表面に存在する菌の増殖を抑制しながら、食品Ｍの熟成を促進することができる。すなわち、従来では、食品Ｍを低温下（たとえば１℃）において熟成させることで、食品Ｍの表面に存在する菌の増殖を抑制しながら熟成を行っていたが、マイクロ波を照射していないため、食品Ｍの内部温度も表面温度と同じ温度となり、熟成に時間がかかってしまう（たとえば３０日～１８０日程度）という問題があった、また、低温でも菌による腐敗が表面から進むため、熟成に時間がかかるとその分、表面をそぎ落とすトリミングの量が多くなり、歩留まりが悪くなるという問題があった。しかしながら、本実施形態に係るマイクロ波熟成装置１では、食品Ｍにマイクロ波を照射しながら熟成することで、食品Ｍの内部を表面と同じく均一に加熱することができるため、マイクロ波発振部３０による食品内部の加熱と、冷却器１０およびファン４３による食品表面の冷却とを同時に行うことで、食品Ｍの表面温度を低くしたまま、食品Ｍの内部温度だけを高くすることができる。これにより、従来と比べて、食品Ｍの表面に存在する菌の増殖を抑制することができるとともに、食品の熟成を促進することができる。

また、従来のマイクロ波熟成装置では、図２に示すように、冷却器で冷却した空気を熟成室まで移送する構成であったため、装置が大きくなってしまうという問題があった。これに対して、本実施形態に係るマイクロ波熟成装置１では、冷媒流路２０が熟成室４０の壁部４１と直に接し、冷媒流路２０を循環する冷媒の作用により壁部４１を介して熟成室４０内を冷却する構成としているため、装置の省スペース化を図ることもできる。また、本実施形態に係るマイクロ波熟成装置１では、従来のマイクロ波熟成装置において採用していた、冷却器から熟成室までの空間が不要となるため、冷却効率を向上させることもできる。さらに、本実施形態に係るマイクロ波熟成装置１では、従来と比べて、部品数が少なく全体の構成をシンプルにできるため、設計が容易になり、また、清掃などのメンテナンスが容易になるという効果も得られる。たとえば、本実施形態に係るマイクロ波熟成装置１では、霜が熟成室４０内のみに発生するため、霜取り（ドレン排出）の構成をシンプルにすることができる。さらに、本実施形態に係るマイクロ波熟成装置１では、食品と触れる空気は熟成室４０内のみを対流するため、食品Ｍに付着している菌が不必要に拡散せず、熟成室４０の外側（従来の冷却器側）から菌が侵入し増殖してしまうことを防止することもできる。

さらに、本実施形態に係るマイクロ波熟成装置１では、熟成室４０内にファン４３を配置することで、熟成室４０内の温度の均一に維持することができるとともに、熟成室４０内の冷気を対流させることで、より効率良く食品Ｍの表面を冷却することができる。

以上、本発明の好ましい実施形態例について説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施形態の記載に限定されるものではない。上記実施形態例には様々な変更・改良を加えることが可能であり、そのような変更または改良を加えた形態のものも本発明の技術的範囲に含まれる。

たとえば、上述した実施形態に加えて、活性炭フィルターを熟成室４０内にさらに備える構成とすることができる。活性炭フィルターにより熟成室４０内の臭いを除去することができる。

また、上述した実施形態に加えて、熟成室４０に載置された食品Ｍの重量を測定する測定器を、熟成室４０の下部に備える構成としてもよい。この場合、食品の重量変化に基づいて、食品の熟成度合を判断し、ユーザに提示する構成としてもよい。また、非接触式の水分計をさらに備え、食品の重量変化および食品の水分量変化に応じて、食品の熟成度合を判断する構成とすることもできる。

さらに、上述した実施形態では、マイクロ波の周波数を２．４～２．５ＧＨｚ（ＩＳＭ周波数帯）とする構成を例示したが、この構成に限定されず、たとえば３００ＭＨｚ～３００ＧＨｚの範囲の周波数を用いることも可能である。

１…マイクロ波熟成装置
１０…冷却器
２０…冷媒流路
３０…マイクロ波発振部
３１…ケーブル
４０…熟成室
４１…壁部
４２…照射口
４３…ファン
４４…扉
５０…断熱部
６０…制御部
７０…ＵＶランプ

Claims (8)

1. 食品を収納する熟成室と、
   前記熟成室内にマイクロ波を照射するマイクロ波発振部と、
   前記熟成室内を冷却するための冷媒を冷却する冷却器と、
   前記冷却器で冷却された冷媒が流通する冷媒流路と、
   食品が熟成するように、マイクロ波発振部および冷却器の動作を制御する制御部と、を備えるマイクロ波熟成装置であって、
   前記冷媒流路は、前記熟成室の壁部と直に接しており、前記冷媒流路を流通する冷媒の作用により前記壁部を介して前記熟成室内の空気を冷却し、
   前記制御部は、熟成時に、前記マイクロ波発振部による加熱と、前記冷却器による前記熟成室内の冷却とを同時に行わせる、食品熟成用のマイクロ波熟成装置。
2. 前記制御部は、食品の表面温度が内部温度よりも低くなるように、前記冷却器および前記マイクロ波発振部を制御する、請求項１に記載の食品熟成用のマイクロ波熟成装置。
3. 前記熟成室は、壁部に通気孔を有しない、請求項１または２に記載のマイクロ波熟成装置。
4. 前記冷媒流路が、前記熟成室の壁部と断熱部との間に挟持されている、請求項１ないし３のいずれかに記載のマイクロ波熟成装置。
5. 前記熟成室内に送風ファンをさらに有し、
   前記制御部は、熟成時に、前記マイクロ波発振部による加熱と、前記冷却器および前記送風ファンによる前記熟成室内の冷却とを同時に行わせる、請求項１ないし４のいずれかに記載のマイクロ波熟成装置。
6. 前記マイクロ波発振部は、熟成時に、マイクロ波を１時間以上照射する、請求項１ないし５のいずれかに記載のマイクロ波熟成装置。
7. ＵＶランプをさらに備える、請求項１ないし６のいずれかに記載のマイクロ波熟成装置。
8. 活性炭フィルターをさらに備える、請求項１ないし７のいずれかに記載のマイクロ波熟成装置。

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