凍結(jié)方法技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)提供一種凍結(jié)方法。在以離開密封容器壁面的方式配置被凍結(jié)物的狀態(tài)下，在-16℃以下的自然對(duì)流中冷卻該被凍結(jié)物，并經(jīng)過過冷卻后對(duì)該被凍結(jié)物進(jìn)行凍結(jié)。這時(shí)，優(yōu)選從室溫開始對(duì)被凍結(jié)物及其周圍的氣體進(jìn)行冷卻。另外，優(yōu)選使用構(gòu)成分子是由三個(gè)以上原子組成的多原子分子氣體或含有所述多原子分子氣體的氣體來充滿密閉容器，含有所述多原子分子氣體的氣體的熱容量比同分子數(shù)的干燥空氣的熱容量大。

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
【國(guó)外來華專利技術(shù)】
本專利技術(shù)涉及食品、內(nèi)臟器官、組織片、動(dòng)物細(xì)胞、微生物等的。
技術(shù)介紹
在對(duì)動(dòng)物細(xì)胞等低含水率物質(zhì)的被凍結(jié)物進(jìn)行凍結(jié)時(shí)，被凍結(jié)物內(nèi)部出現(xiàn)的冰晶核(ice seeds)會(huì)成長(zhǎng)成尺寸較大的冰晶，被凍結(jié)物的細(xì)胞膜因此受到損傷，從而導(dǎo)致在解凍時(shí)從損傷的細(xì)胞流出水分。該流出的水分(drip)中含有細(xì)胞內(nèi)液，在解凍時(shí)產(chǎn)生的失水量會(huì)對(duì)被凍結(jié)物的凍結(jié)質(zhì)量產(chǎn)生很大的影響。被凍結(jié)物的凍結(jié)速度越快，越能夠抑制冰晶尺寸的增大。因此，一般在與環(huán)境溫度的溫度差較大的-50°C以下的低溫區(qū)對(duì)被凍結(jié)物進(jìn)行急速冷卻。然而，由于在低溫區(qū)進(jìn)行冷卻需要消耗大量的電力，從節(jié)約能源的觀點(diǎn)來看并不理想。因此，專利文獻(xiàn)I中公開了如下的技術(shù):通過在收藏庫(kù)中將食品在_7°C的溫度下預(yù)冷而使之處于過冷卻狀態(tài)后，向該收藏庫(kù)中送入冷氣并進(jìn)行急速冷卻，使該食品從過冷卻轉(zhuǎn)變?yōu)閮鼋Y(jié)。而專利文獻(xiàn)2中公開有以下一種技術(shù):向冷凍庫(kù)等庫(kù)內(nèi)噴射液化二氧化碳?xì)怏w，利用該氣化潛熱進(jìn)行急速冷卻而不用使庫(kù)內(nèi)溫度發(fā)生變化，從而對(duì)保存在庫(kù)內(nèi)的食品等進(jìn)行凍結(jié)。現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)專利文獻(xiàn)專利文獻(xiàn)1:日本專利公告第4253775號(hào)公報(bào)專利文獻(xiàn)2:日本公開文獻(xiàn)實(shí)開昭51 - 50444號(hào)公報(bào)
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
專利技術(shù)解決的技術(shù)問題但是，在專利文獻(xiàn)I公開的中，形成僅對(duì)食品的表層進(jìn)行凍結(jié)的部分凍結(jié)，難以在長(zhǎng)期保鮮的基礎(chǔ)上進(jìn)行保存。本專利技術(shù)鑒于上述問題，其目的在于提供一種在可靠地進(jìn)行凍結(jié)的基礎(chǔ)上，能夠?qū)崿F(xiàn)減少被凍結(jié)物在解凍時(shí)發(fā)生的失水量的。解決技術(shù)問題的技術(shù)手段本專利技術(shù)的的特征在于，在以離開密封容器壁面的方式配置被凍結(jié)物的狀態(tài)下，在_16°C以下的自然對(duì)流中冷卻所述被凍結(jié)物，經(jīng)過過冷卻后對(duì)該被凍結(jié)物進(jìn)行凍結(jié)。根據(jù)本專利技術(shù)的，由于被凍結(jié)物被配置為離開壁面，因此被凍結(jié)物周圍受氣體包圍，絕熱性增加，過冷度增大。而且，由于是在低溫的自然對(duì)流的狀態(tài)下對(duì)被凍結(jié)物進(jìn)行凍結(jié)的，能夠?qū)^冷卻解除后的凝固潛熱短時(shí)間吸熱，從而能夠?qū)崿F(xiàn)被凍結(jié)物在解凍時(shí)產(chǎn)生較少失水量的高質(zhì)量冷凍。另外，在本專利技術(shù)的中，優(yōu)選從室溫開始對(duì)被凍結(jié)物及其周圍的氣體進(jìn)行冷卻。在這種情況下，通過從室溫開始對(duì)環(huán)境氣體進(jìn)行冷卻，與預(yù)先對(duì)環(huán)境氣體進(jìn)行冷卻的情形相比，能夠使被凍結(jié)物的初期冷卻速度變慢，并增大過冷度。此外，在本專利技術(shù)的中，優(yōu)選為在充滿構(gòu)成分子由三個(gè)以上原子組成的多原子分子氣體或包含多原子分子氣體的以下氣體的密封容器中對(duì)被凍結(jié)物進(jìn)行凍結(jié)，所述氣體是指:以使容器內(nèi)的氣體的熱容量比同分子數(shù)的干燥空氣的熱容量大的方式含有所述多原子分子氣體。在這種情況下，覆蓋被凍結(jié)物周圍的氣體是構(gòu)成分子由三個(gè)以上原子組成的多原子分子氣體、或以容器內(nèi)的氣體的熱容量比同分子數(shù)的干燥空氣的熱容量大的方式含有所述多原子分子氣體的一種氣體，這種氣體的熱容量比作為空氣主成分的由兩個(gè)原子構(gòu)成的氮分子或氧分子的熱容量要大一摩爾(摩爾比熱容)。如果溫度差或初期壓力相同，則熱傳導(dǎo)率由在自然對(duì)流中與被凍結(jié)物接觸的流體的比熱容確定。所述多原子分子氣體的熱傳導(dǎo)率比空氣的大。因此，在過冷卻狀態(tài)解除后，與將空氣作為環(huán)境氣體的情況相比，能夠提高熱傳導(dǎo)率，并加快被凍結(jié)物的凍結(jié)速度。此外，因凍結(jié)速度加快，潛熱釋放的時(shí)間變短，處于因凝固潛熱引起的凍結(jié)溫度在零度附近的時(shí)間縮短。所以，能夠減輕在被凍結(jié)物的內(nèi)部產(chǎn)生的冰晶核成長(zhǎng)為尺寸較大的冰晶而導(dǎo)致被凍結(jié)物的細(xì)胞膜受到的損傷的程度。因此，能夠降低被凍結(jié)物在解凍時(shí)產(chǎn)生的失水量。另外，需要使用與被凍結(jié)物相比、容積足夠大的密閉容器。所以，被凍結(jié)物優(yōu)選為體積較小的組織片、動(dòng)物細(xì)胞、微生物等研究用試料等。但是，在采用能夠充分確保冷凍室容積的冷凍倉(cāng)庫(kù)等時(shí)，也能夠?qū)κ称返润w積大的被凍結(jié)物進(jìn)行凍結(jié)。此外，為了實(shí)現(xiàn)過冷卻狀態(tài)能夠達(dá)到被凍結(jié)物中心部為止的程度，期望初期冷卻速度較為緩慢，而在過冷卻解除后以盡可能快的速度進(jìn)行冷卻，因此能夠在短時(shí)間內(nèi)對(duì)凝固潛熱進(jìn)行吸熱，從而實(shí)現(xiàn)良好的冷凍。所以，在本專利技術(shù)的中，優(yōu)選通過在自然對(duì)流的狀態(tài)下對(duì)被凍結(jié)物進(jìn)行過冷卻后，在強(qiáng)制對(duì)流的狀態(tài)下對(duì)所述被凍結(jié)物進(jìn)行凍結(jié)，從而提高凍結(jié)時(shí)的冷卻速度。附圖說明圖1是表示試料凍結(jié)后的解凍時(shí)的失水率的圖。圖2是表示試料凍結(jié)后的解凍時(shí)的失水率與環(huán)境氣體的恒壓摩爾比熱容之間關(guān)系的圖。圖3是表示試料凍結(jié)后的解凍時(shí)的失水率的圖。圖4是表示試料凍結(jié)后的解凍時(shí)的失水率的圖。圖5是表示試料凍結(jié)后的解凍時(shí)的失水率的圖。圖6是表示根據(jù)本專利技術(shù)的凍結(jié)器具的示意圖。圖7是表示根據(jù)本專利技術(shù)的另一凍結(jié)器具的示意圖。具體實(shí)施方式(凍結(jié)原理)被凍結(jié)物在凍結(jié)時(shí)的損傷包括:損傷程度與吸熱速度成正比例增長(zhǎng)的開裂造成的損傷以及與吸熱速度成反比變小的冰晶尺寸的增大而造成的損傷。在不考慮被凍結(jié)物的保存以及解凍而只研究被凍結(jié)物的凍結(jié)的情況下，可以認(rèn)為凍結(jié)時(shí)的損傷是上述兩種損傷程度之和。被凍結(jié)物在凍結(jié)時(shí)的開裂是指被凍結(jié)物的外層部分發(fā)生皸裂或產(chǎn)生變形的損傷。開裂是由于從表層開始吸熱而最早凍結(jié)的外層部分因內(nèi)部?jī)鼋Y(jié)時(shí)的膨脹而導(dǎo)致的。被凍結(jié)物上冰晶尺寸增長(zhǎng)導(dǎo)致的損傷是由于被凍結(jié)物內(nèi)部出現(xiàn)的冰晶核成長(zhǎng)而使得被凍結(jié)物中出現(xiàn)的冰晶的尺寸增大導(dǎo)致的。在被凍結(jié)物是含水率較低(65% 85%)、厚度較薄的動(dòng)物細(xì)胞等的情況下，開裂導(dǎo)致的損傷程度較輕，被凍結(jié)物上的冰晶尺寸增大導(dǎo)致的損傷是凍結(jié)時(shí)被凍結(jié)物損傷的主要原因。另一方面，被凍結(jié)物是含水率較高(超過90%)的單細(xì)胞微生物等的情況下，開裂導(dǎo)致的損傷成為被凍結(jié)物損傷的主要原因。冰晶尺寸的增大可以通過以下方式來抑制:對(duì)被凍結(jié)物進(jìn)行急速冷卻，使得被凍結(jié)物因凝固潛熱而處于(TC附近的凍結(jié)溫度的時(shí)間縮短。因此，提高凍結(jié)速度進(jìn)行凍結(jié)是非常重要的。然而，在低溫區(qū)進(jìn)行冷卻時(shí)，由于需要消耗大量的電力，因此從節(jié)約能源的觀點(diǎn)來看并不理想。另外，在經(jīng)由過冷卻過程進(jìn)行凍結(jié)時(shí)，通過增大過冷度對(duì)被冷卻動(dòng)物的內(nèi)部進(jìn)行過冷卻，能夠縮短過冷卻解除后凝固潛熱釋放時(shí)間，從而能夠進(jìn)行高質(zhì)量的冷凍。由于為了縮短凝固潛熱的釋放時(shí)間，接觸制冷劑的熱容量越大熱傳導(dǎo)率越高，所以優(yōu)選熱容量大的制冷劑。特別是在經(jīng)由過冷卻過程對(duì)少量的被凍結(jié)物進(jìn)行凍結(jié)時(shí)，通過將環(huán)境氣體的熱容量控制得較大，能夠加快凝固潛熱的吸熱速度。其理由如下:如果溫度差和初期壓力相同，則熱傳導(dǎo)率由自然對(duì)流中與被凍結(jié)物接觸的流體的比熱容量決定，所以，通過將接觸制冷劑的熱容量控制得較大，就能夠加快被凍結(jié)物的凍結(jié)速度。具體而言，例如通過吊掛被凍結(jié)物，將其放置在網(wǎng)狀的棚架上，從而使得形成被凍結(jié)物幾乎整體處于被這種氣體包圍的狀態(tài)的凍結(jié)環(huán)境。此外，當(dāng)采用構(gòu)成分子是3個(gè)以上原子的多原子分子氣體時(shí)，其摩爾比熱比空氣的大。作為這種氣體，例如可以舉出二氧化碳?xì)怏w、水蒸氣、氯氟烴(chlorofluorocarbon /CFC)、甲燒(methane )、乙燒(ethane )、丙燒(propane )、丁燒(butane )等氣體。 這樣，在被凍結(jié)物的周圍混合摩爾比熱比空氣大的氣體來包圍該被凍結(jié)物，在產(chǎn)生自然對(duì)流的同時(shí)在過冷卻溫度區(qū)域?qū)Ρ粌鼋Y(jié)物進(jìn)行冷凍。另外，能夠經(jīng)由過冷卻過程的凍結(jié)溫度區(qū)大約為-10°c -40°c。因此，以不與密封容器內(nèi)的壁面發(fā)生接觸的方式吊掛被凍結(jié)物，混合二氧化碳?xì)怏w等比熱容量較大的氣體并密封，將該被凍結(jié)物放入處于所述溫度區(qū)的冷凍室內(nèi)進(jìn)行冷卻。另本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】

【技術(shù)特征摘要】
【國(guó)外來華專利技術(shù)】2010.09.14 JP 2010-2057241.一種凍結(jié)方法，其特征在于，在以離開密封容器壁面的方式配置被凍結(jié)物的狀態(tài)下，在-16°c以下的自然對(duì)流中冷卻所述被凍結(jié)物，并且經(jīng)過過冷卻后對(duì)所述被凍結(jié)物進(jìn)行凍結(jié)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的凍結(jié)方法，其特征在于，從室溫開始對(duì)所述被凍結(jié)物及所述被凍結(jié)物周圍的氣體進(jìn)行冷卻。3.根...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：木野正人，清水昭夫，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：彌通雅貿(mào)易有限公司，學(xué)校法人創(chuàng)價(jià)大學(xué)，
類型：
國(guó)別省市：