何が違う？ 急速冷凍機と瞬間冷凍機とショックフリーザー
株式会社えだまめでは、急速冷凍機のご選定サポートを実施しております。
自社に適した急速冷凍機のご選定のご相談は、以下までご連絡ください。
この記事のポイント
食品を優れた方法で冷凍したいと考えて急速冷凍機を探していると、さまざまな冷凍方法を見つけることができます。
その中で代表的なものが「急速冷凍」「瞬間冷凍」「急速凍結」「ショックフリーザー」でしょう。
各メーカーがその機能を持つ急速冷凍機の説明を商品紹介として詳しく掲載していますが、全体を比較してみるとすべて同じ現象を指しているものです。
その事象とは「低温の風や液体を食品に当てることにより、食品の温度を速く下げること」。それぞれの急速冷凍機に温度設定の違いなどはありますが、要は「急速冷凍（急速凍結）」を行うだけの機能を持っていることを強調しているのです。「瞬間」「ショック」は「急速」を言い換えて用いられた名称と考えられます。
業界団体である一般社団法人日本冷凍食品協会も、冷凍食品の条件として「急速凍結している」ことを挙げており、「瞬間」「ショック」といった呼び分けは示していません（日本冷凍食品協会「冷凍食品とは」）。また、公設試験研究機関である高知県工業技術センターは、2016年に導入した「超急速凍結機（ショックフリーザー）」を「超低温の空気を吹き込むことで食品を急速凍結させるエアーブラスト方式の装置」と紹介しています（高知県工業技術センター「工業技術センターだより 2016年3月号」）。「ショックフリーザー」は、方式でいえばエアブラスト式の急速冷凍機を指す呼び名の一つということです。
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それでは、「急速冷凍（急速凍結）」とはどのような現象を指しているのでしょうか。急速冷凍は、食品を冷凍する過程で「食品の品温が30分以内に最大氷結晶生成帯（マイナス5～マイナス1℃）を通過すること」です。
食品は一般的な冷凍庫（庫内温度マイナス20℃程度）で冷凍すると、ゆっくり品温が下がって冷凍されるため、品温は30分以内に最大氷結晶生成帯を通過せず、その温度帯に長く留まってしまいます。この温度帯は、冷凍する過程でできた氷結晶が食品の中で大きくなる温度帯であるため、一般的な冷凍庫で冷凍すると、食品の中に大きな氷結晶ができてしまうのです。
一方で、急速冷凍ができる機械で冷凍すると、風や液体の流れを利用して急速に品温を下げる機能が備わっているため、品温は30分以内に最大氷結晶生成帯を通過し、氷結晶を小さく抑えることができるのです。
この「急速冷凍」は通称で、学術用語では「急速凍結」と呼ばれています。
最大氷結晶生成帯について、高知県工業技術センターは「食品内部に大きな氷結晶ができてしまう温度帯（一般的には－1～－5℃）」と説明し、大きな氷結晶は組織の破壊や成分の濃縮を招くとしています。同センターのショックフリーザーは「食品の中心点の温度を-1℃から-5℃までに30分以内で低下させることができ」るとされています（高知県工業技術センター「工業技術センターだより 2016年3月号」）。農林水産省のサイトに掲載された資料でも、最大氷結晶生成帯の通過時間が「30min以内」を急速凍結、「30min以上」を緩慢凍結として図示しています（農林水産省サイト掲載の企業発表資料「急速凍結フリーザーによる冷凍食品の品質向上」）。
なお、「30分」は広く使われる目安です。福島県養鶏試験場の地鶏肉の試験では、最大氷結晶生成帯（－1.5→－5.0℃）の通過時間60分以内を急速冷凍の条件としており（福島県養鶏試験場「地鶏肉の急速冷凍に関する実証試験」）、資料によって基準の置き方は異なります。いずれの場合も、確認すべきなのは庫内温度ではなく、食品の中心の温度（品温）が何分でこの温度帯を抜けるかです。凍結後の保管は、品温を－18℃以下に保つことが冷凍食品の条件とされています（日本冷凍食品協会「冷凍食品とは」）。
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このように、氷結晶を小さくすることができる急速冷凍機ですが、メーカーの仕様によって細かな違いもあります。
これらの違いは、基本的には食品の品温を下げるスピードを速くするために工夫がなされた結果です。つまりは、急速冷凍のスピードをより速くして、より氷結晶を小さくするための機能の違いといえます。
食品の冷凍スピードを上げるためには、以下の3つの要素からのアプローチがあります。この条件に合致していれば、その急速冷凍機の氷結晶はより小さくなっていると考えてよいでしょう。
①より広い表面積から別媒体へ熱を移動させること
②熱伝達係数を上げること
③温度差を大きくすること
3つの要素と、それぞれを主に高めている方式の対応は次のとおりです。
このポイントを実現するためには、冷凍する食品の表面積を広げることが有効です。
つまりは食品の形状による要素のため、急速冷凍機の機能とはあまり関係がありません。
ほかの方法としては、液体を食品の表面に密着させるなどの方法があります。「ブライン冷凍機」という機種ならば液体に漬けこんで冷凍することができるので、表面すべてに液体を密着させることで冷凍のスピードを上げることができます。
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しかし、液体を使わない機種もさまざまな要素で冷凍効率を上げているので、液体を使うだけでは冷凍のスピードはほかの機種と大きな差は発生しません。これに②「熱伝達係数」や③「温度差」が加えられているかを確認しましょう。
熱伝達係数とは、二つの物質の間での熱の伝わりやすさを示す値のことです。伝達係数が上がれば上がるほど、食品から熱が速く移動し、短時間で冷凍できます。このポイントを実現するためには、風を起こしたり、流速をつけたり、熱伝達のよい媒体を密着させることが有効です。
空気で冷却するタイプの急速冷凍機ならば、風を食品に当てることで冷凍のスピードが上がります。液体に漬け込むタイプであれば、液体に流れを発生させて食品に当てれば、冷凍のスピードが上がります。熱伝達のよい金属を押し当てるタイプであれば、低温に冷却した金属を食品に押し当てることで、冷却のスピードを上げています。
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このポイントを実現するためには、温度設定の低いエアブラスト冷凍機を使うことや、超低温の液化ガス冷凍機を使った冷凍が有効です。液化ガス冷凍機を使う場合は、液体窒素（マイナス100～マイナス196 ℃）や液化炭酸ガス（マイナス56.6～マイナス78.5℃）を使って、常温と冷凍機内の温度差を大きくします。
厚生労働省「職場のあんぜんサイト」のモデルSDS（安全データシート）では、窒素の沸点は-195.79℃（厚生労働省 職場のあんぜんサイト「窒素」モデルSDS）、二酸化炭素の沸点は-78.5℃・融点は-56.56℃（厚生労働省 職場のあんぜんサイト「二酸化炭素」モデルSDS）とされています。液化ガス冷凍機の温度の下限は、こうした物質の性質で決まります。
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一部の急速冷凍機には、ここまで述べた要素以外で冷凍スピードを上げる方法が提唱されているものもあります。
たとえば、電気エネルギーや磁場を与えることによって食品内の氷結晶を小さくするという効果が謳われたものがありますが、実現可能なのでしょうか。
磁場については、国内外で実験検証が行われています。たとえばスペインの研究グループは、市販の電磁冷凍機でカニカマを、弱い振動磁場（2mT未満・6～59Hz）をかけた場合とかけない場合で凍結し、24時間後から12か月後まで保存して比べました。その結果、ドリップロス・保水性・硬さ・白さのいずれにも磁場の効果は認められず、通常のエアブラスト凍結に対する優位性も確認されませんでした（注1）。なお、同研究は、より強い磁場や広い周波数範囲での検証が今後必要としています。
このように、メーカーの製造する急速冷凍機は細かい仕様の違いはあるものの、何か定義に沿って「急速冷凍機」「瞬間冷凍機」「ショックフリーザー」という言葉が使い分けられていないことがわかります。
急速冷凍機の違いを見分けるためには、食品の凍結スピードについての基礎を踏まえたうえで、各急速冷凍機の仕様を判断するプロセスが欠かせません。
名称にまどわされず、それぞれの仕様から急速冷凍機の機能を確認し、自社の生産体制や商品に適した急速凍結機を選ぶようにしましょう。
仕様を確認するときは、次の点を見ると比較しやすくなります。
えだまめでは、商品と生産量に合わせた急速冷凍機のご選定・導入サポートも行っています。
注1）Laura Otero, Miriam Pérez-Mateos, Antonio C. Rodríguez, Pedro D. Sanz (2017) Electromagnetic freezing: Effects of weak oscillating magnetic fields on crab sticks, Journal of Food Engineering, vol.200, pp.87-94.（DOI: 10.1016/j.jfoodeng.2016.12.018）
自社に適した急速冷凍機のご選定のご相談は、以下までご連絡ください。
この記事のポイント
- 「急速冷凍機」「瞬間冷凍機」「ショックフリーザー」は、いずれも食品の温度を速く下げて凍らせる機械の呼び名で、指している現象は同じ「急速冷凍（急速凍結）」です。
- 急速冷凍の目安は、食品の品温が最大氷結晶生成帯（マイナス1～マイナス5℃）を30分以内に通過することです。
- 機械の違いは名称ではなく、「表面積」「熱伝達係数」「温度差」の3つをどう高めているかという仕様に表れます。
急速冷凍機と瞬間冷凍機とショックフリーザーは同じ
食品を優れた方法で冷凍したいと考えて急速冷凍機を探していると、さまざまな冷凍方法を見つけることができます。
その中で代表的なものが「急速冷凍」「瞬間冷凍」「急速凍結」「ショックフリーザー」でしょう。
各メーカーがその機能を持つ急速冷凍機の説明を商品紹介として詳しく掲載していますが、全体を比較してみるとすべて同じ現象を指しているものです。
その事象とは「低温の風や液体を食品に当てることにより、食品の温度を速く下げること」。それぞれの急速冷凍機に温度設定の違いなどはありますが、要は「急速冷凍（急速凍結）」を行うだけの機能を持っていることを強調しているのです。「瞬間」「ショック」は「急速」を言い換えて用いられた名称と考えられます。
業界団体である一般社団法人日本冷凍食品協会も、冷凍食品の条件として「急速凍結している」ことを挙げており、「瞬間」「ショック」といった呼び分けは示していません（日本冷凍食品協会「冷凍食品とは」）。また、公設試験研究機関である高知県工業技術センターは、2016年に導入した「超急速凍結機（ショックフリーザー）」を「超低温の空気を吹き込むことで食品を急速凍結させるエアーブラスト方式の装置」と紹介しています（高知県工業技術センター「工業技術センターだより 2016年3月号」）。「ショックフリーザー」は、方式でいえばエアブラスト式の急速冷凍機を指す呼び名の一つということです。
【関連記事】「急速冷凍機」と「急速凍結機」、「急速冷凍」と「急速凍結」の違い
急速冷凍（急速凍結）とは？
それでは、「急速冷凍（急速凍結）」とはどのような現象を指しているのでしょうか。急速冷凍は、食品を冷凍する過程で「食品の品温が30分以内に最大氷結晶生成帯（マイナス5～マイナス1℃）を通過すること」です。
食品は一般的な冷凍庫（庫内温度マイナス20℃程度）で冷凍すると、ゆっくり品温が下がって冷凍されるため、品温は30分以内に最大氷結晶生成帯を通過せず、その温度帯に長く留まってしまいます。この温度帯は、冷凍する過程でできた氷結晶が食品の中で大きくなる温度帯であるため、一般的な冷凍庫で冷凍すると、食品の中に大きな氷結晶ができてしまうのです。
一方で、急速冷凍ができる機械で冷凍すると、風や液体の流れを利用して急速に品温を下げる機能が備わっているため、品温は30分以内に最大氷結晶生成帯を通過し、氷結晶を小さく抑えることができるのです。
この「急速冷凍」は通称で、学術用語では「急速凍結」と呼ばれています。
最大氷結晶生成帯について、高知県工業技術センターは「食品内部に大きな氷結晶ができてしまう温度帯（一般的には－1～－5℃）」と説明し、大きな氷結晶は組織の破壊や成分の濃縮を招くとしています。同センターのショックフリーザーは「食品の中心点の温度を-1℃から-5℃までに30分以内で低下させることができ」るとされています（高知県工業技術センター「工業技術センターだより 2016年3月号」）。農林水産省のサイトに掲載された資料でも、最大氷結晶生成帯の通過時間が「30min以内」を急速凍結、「30min以上」を緩慢凍結として図示しています（農林水産省サイト掲載の企業発表資料「急速凍結フリーザーによる冷凍食品の品質向上」）。
なお、「30分」は広く使われる目安です。福島県養鶏試験場の地鶏肉の試験では、最大氷結晶生成帯（－1.5→－5.0℃）の通過時間60分以内を急速冷凍の条件としており（福島県養鶏試験場「地鶏肉の急速冷凍に関する実証試験」）、資料によって基準の置き方は異なります。いずれの場合も、確認すべきなのは庫内温度ではなく、食品の中心の温度（品温）が何分でこの温度帯を抜けるかです。凍結後の保管は、品温を－18℃以下に保つことが冷凍食品の条件とされています（日本冷凍食品協会「冷凍食品とは」）。
【関連記事】最大氷結晶生成帯
急速冷凍機と瞬間冷凍機とショックフリーザーに機能の違いがあるのでは？
このように、氷結晶を小さくすることができる急速冷凍機ですが、メーカーの仕様によって細かな違いもあります。
これらの違いは、基本的には食品の品温を下げるスピードを速くするために工夫がなされた結果です。つまりは、急速冷凍のスピードをより速くして、より氷結晶を小さくするための機能の違いといえます。
食品の冷凍スピードを上げるためには、以下の3つの要素からのアプローチがあります。この条件に合致していれば、その急速冷凍機の氷結晶はより小さくなっていると考えてよいでしょう。
①より広い表面積から別媒体へ熱を移動させること
②熱伝達係数を上げること
③温度差を大きくすること
3つの要素と、それぞれを主に高めている方式の対応は次のとおりです。
| 要素 | 高める工夫 | 主な方式 |
|---|---|---|
| ①表面積 | 食品を薄く・小さくする／液体を表面全体に密着させる | ブライン冷凍機 |
| ②熱伝達係数 | 風を当てる／液体に流れをつける／冷えた金属を押し当てる | エアブラスト冷凍機・ブライン冷凍機・コンタクト冷凍機 |
| ③温度差 | 冷媒や冷風の温度を下げる | 低温設定のエアブラスト冷凍機・液化ガス冷凍機 |
①より広い表面積から別媒体へ熱を移動させること
このポイントを実現するためには、冷凍する食品の表面積を広げることが有効です。
つまりは食品の形状による要素のため、急速冷凍機の機能とはあまり関係がありません。
ほかの方法としては、液体を食品の表面に密着させるなどの方法があります。「ブライン冷凍機」という機種ならば液体に漬けこんで冷凍することができるので、表面すべてに液体を密着させることで冷凍のスピードを上げることができます。
【関連記事】ブライン冷凍機
しかし、液体を使わない機種もさまざまな要素で冷凍効率を上げているので、液体を使うだけでは冷凍のスピードはほかの機種と大きな差は発生しません。これに②「熱伝達係数」や③「温度差」が加えられているかを確認しましょう。
②熱伝達係数を上げること
熱伝達係数とは、二つの物質の間での熱の伝わりやすさを示す値のことです。伝達係数が上がれば上がるほど、食品から熱が速く移動し、短時間で冷凍できます。このポイントを実現するためには、風を起こしたり、流速をつけたり、熱伝達のよい媒体を密着させることが有効です。
空気で冷却するタイプの急速冷凍機ならば、風を食品に当てることで冷凍のスピードが上がります。液体に漬け込むタイプであれば、液体に流れを発生させて食品に当てれば、冷凍のスピードが上がります。熱伝達のよい金属を押し当てるタイプであれば、低温に冷却した金属を食品に押し当てることで、冷却のスピードを上げています。
【関連記事】コンタクト冷凍機
③温度差を大きくすること
このポイントを実現するためには、温度設定の低いエアブラスト冷凍機を使うことや、超低温の液化ガス冷凍機を使った冷凍が有効です。液化ガス冷凍機を使う場合は、液体窒素（マイナス100～マイナス196 ℃）や液化炭酸ガス（マイナス56.6～マイナス78.5℃）を使って、常温と冷凍機内の温度差を大きくします。
厚生労働省「職場のあんぜんサイト」のモデルSDS（安全データシート）では、窒素の沸点は-195.79℃（厚生労働省 職場のあんぜんサイト「窒素」モデルSDS）、二酸化炭素の沸点は-78.5℃・融点は-56.56℃（厚生労働省 職場のあんぜんサイト「二酸化炭素」モデルSDS）とされています。液化ガス冷凍機の温度の下限は、こうした物質の性質で決まります。
【関連記事】エアブラスト冷凍機
【関連記事】液化ガス冷凍機
電気や磁場は氷結晶を小さくするのか
一部の急速冷凍機には、ここまで述べた要素以外で冷凍スピードを上げる方法が提唱されているものもあります。
たとえば、電気エネルギーや磁場を与えることによって食品内の氷結晶を小さくするという効果が謳われたものがありますが、実現可能なのでしょうか。
磁場については、国内外で実験検証が行われています。たとえばスペインの研究グループは、市販の電磁冷凍機でカニカマを、弱い振動磁場（2mT未満・6～59Hz）をかけた場合とかけない場合で凍結し、24時間後から12か月後まで保存して比べました。その結果、ドリップロス・保水性・硬さ・白さのいずれにも磁場の効果は認められず、通常のエアブラスト凍結に対する優位性も確認されませんでした（注1）。なお、同研究は、より強い磁場や広い周波数範囲での検証が今後必要としています。
急速冷凍機の機能は名称ではなく仕様で確認しよう
このように、メーカーの製造する急速冷凍機は細かい仕様の違いはあるものの、何か定義に沿って「急速冷凍機」「瞬間冷凍機」「ショックフリーザー」という言葉が使い分けられていないことがわかります。
急速冷凍機の違いを見分けるためには、食品の凍結スピードについての基礎を踏まえたうえで、各急速冷凍機の仕様を判断するプロセスが欠かせません。
名称にまどわされず、それぞれの仕様から急速冷凍機の機能を確認し、自社の生産体制や商品に適した急速凍結機を選ぶようにしましょう。
仕様を確認するときは、次の点を見ると比較しやすくなります。
- 冷却の媒体（空気・液体・金属板・液化ガス）と、風や液体の流れをつける機能があるか（②熱伝達係数）
- 庫内や媒体の設定温度（③温度差）
- 自社の商品の形状・大きさ・包装で、中心の品温がマイナス1～マイナス5℃を何分で通過するか（芯温センサーでの実測が確実です）
えだまめでは、商品と生産量に合わせた急速冷凍機のご選定・導入サポートも行っています。
まとめ
- 急速冷凍機・瞬間冷凍機・ショックフリーザーは、いずれも「急速冷凍（急速凍結）」を行う機械の呼び名で、名称による定義上の違いはありません。
- 急速冷凍の目安は、品温がマイナス1～マイナス5℃（最大氷結晶生成帯）を30分以内に通過することです。
- 性能の差は「表面積」「熱伝達係数」「温度差」をどう高めているかという仕様に表れるため、名称ではなく仕様と実測の品温で比べましょう。
注1）Laura Otero, Miriam Pérez-Mateos, Antonio C. Rodríguez, Pedro D. Sanz (2017) Electromagnetic freezing: Effects of weak oscillating magnetic fields on crab sticks, Journal of Food Engineering, vol.200, pp.87-94.（DOI: 10.1016/j.jfoodeng.2016.12.018）