凍結濃縮による凝固点降下を伴う食品の解凍過程における固液界面の移動境界問題

摘要

食品の解凍過程は1) 凍結状態での昇温過程，2) 相変化過程，3) 解凍後の昇温過程に区分されるが，凍結濃縮による凝固点降下が顕著である場合，解凍が進行すると凍結濃縮層の濃度が低下して融点温度が上昇するため，潜熱と顕熱を明確に区別することができない．そのため，一般に解凍過程のシミュレーションには界面位置を考慮することなく数値計算が可能なエンタルピ法が用いられることが多い（例えば[1]）。一方で，発表者らは，生体の凍結挙動を解明するために開発されたセルモデル[2]を簡略化し，これを溶液系食品材料の凍結プロセスにおける温度·氷結率分布の経時変化を予測する数理モデルとして提唱した[3]．具体的には，溶液系食品材料の典型的試料として溶質濃度1-55% コーヒー水溶液を選び，その未凍結及び凍結状態における物性値を温度の関数として定式化するとともに，凍結点を測定して相図を作成した．そして得られた熱物性値と相図を入力データとする三層凍結モデル（Fig.1）を提唱し，溶質濃度10%試料の凍結プロセスをシミュレーションすることにより実用凍結操作の境界条件下において同モデルの妥当性を検証した．