昭 和41年7月(1966年) 一一27一
食 品 の 高 周 波 加 熱 に 関 す る研 究(第1報)
基 本 調 味 料 の 高 周 波 加 熱 に つ い て
岡
部 巍
江
崎
君
子
西
田
幸
子
Studies
on the High
Freguency
Heating
Foods
(Part
I )
On the High
Frequency
Heating
of Basic
Seasonings.
Takashi Okabe Kimiko Esaki Yukiko Nishida 1 緒 言 食品に 高周 波を照射 して加 熱,そ の他 を行 な うとい 1)∼3) う試 み は,1945年 頃 よ りな され て い る が,現 在 に 到 る も,高 周 波 加 熱 を 利 用 した 調 理 機 で あ る電 子 レン ジに よ る食 品 加 熱 の 基 本 的 な研 究 は あ ま り多 くな い。 電 子 レ ン ジの 大 要 に つ い て は,本 誌 に 岡 部 が 述 べ た 4) が,高 周 波 加 熱 の 原 理 は物 体 中 の極 性 分 子 の うち,そ の電 場 に 配 向 す る こ と の で き る分 子 や 基 が,極 め て 頻 繁 に 変 化 す る 高 周 波 電 場 に 対 応 して 配 向す るた め,激 しい 旋 回 運 動 を 起 し,こ の 極 性分 子 の 配 向 運 動 が 熱 に 変 化 して,急 速 な発 熱 を 惹 き 起す もの で あ る。 一 般 に 高 周 波 を 物 体 に 照 射 した場 合,そ れ を 反 射 す る も の と,透 過 す る もの と,吸 収 す る もの が あ る。 金 属 は そ の 表 面 で す べ て この 高 周 波 を 反 射 す る の で 発 熱 は 起 ら な い 。 透 過 して しま う物 体 は,ガ ラ ス.紙,陶 器 お よび 大 部 分 の プ ラ ス チ ッ クな ど で あ り,こ れ は 普 通 に 使 用 さ れ る容 器 の 厚 さ で は,大 部 分 透 過 す る の で,こ れ ら の 容 器 は 加 熱 され に くい 。 吸 収 す る 物 体 は,水 お よび す べ て の 食 品 が 含 まれ,食 品 中 に 吸収 さ れ た 高 周 波 エ ネ ル ギ ー は熱 に 転 換 し,そ の 部 位 が 加 熱 され る。 食 品 に照 射 され た 高 周 波 は 表 面 か ら漸 次 吸 収 さ れ な が ら 内部 へ 滲 透 して 行 き,各 部 の高 周 波 吸 収 量 に 応 じ た 発 熱 を す る が,そ の 滲 透 速 度 は 極 め て速 い の で,食 品 が 極端 に 大 き くな い 場 合 は,食 品 の 内 外 部 と も殆 ん ど 同 時 に 加 熱 さ れ る。 しか も食 品 の 外 部 は 低 温 の 空 気 (空 気 は 高 周 波 を 吸 収 し ない の で 温 度 は あ が ら な い) .,x98:c本学 助 教 授 弾 本 学 助手 …体 学 助 手 に 触 れ て い るた め 熱 が 放 散 す る の で,高 周 波 照 射 直 後 は 内 部 は 温 度 が 高 く,外 部 は 温 度 が 低 く,あ た か も内 部 か ら加 熱 した よ うな状 態 と な る 。 しか し時 間 の経 過 と共 に,熱 の 伝 導 に よ り食 品 各 部 の 温 度 は ほ ぼ 一 定 と な る。 従 来 まで の普 通 加 熱 は,食 品 の 表 面 か ら内 部 へ 熱 が 伝 導 に よ り伝 え られ る。 従 って,食 品 が大 きけ れ ば 大 きい ほ ど 中 心 ま で所 定 温 度 に 上 げ る の に 時 間 が か か る 。 以 上 の 如 く,高 周 波 加 熱 は 普 通 加 熱 とは,根 本 的 に 原 理 が 異 な り,極 め て短 時 間 に 加 熱 が 行 なわ れ,ま た 食 品 の 内 外 部 と もお お む ね 均 一一に 熱 せ られ る。 高 周 波 加 熱 に よ る 食 品 加 熱 の 原 理 は,上 記 の よ うで あ るが,実 際 に 電 子 レン ジを 調 理]/YYI_.応用 す る 場 合 に は,尚,未 知 の 分 野 が 極 め て 多 い 。 電 子 レン ジに よ る 食 品 の 加 熱 を 検 討 す る場 合,目 的 の 食 品 を 直接 加 熱 して み る の も一 方 法 で あ る が, 基 本 的 な 食 品成 分 や 調 味 料 に 対 す る高 周 波 加 熱 の影 響 を しらべ て お くこ と は,各 種 食 品 の 高 周 波 加 熱 時 の動 向 を探 る上 に 是 非 と も必 要 で あ る。 (5-10) 基 本 食 品 の 高 周 波加 熱 に つ い て は,渡 辺 等 の 研究 が あ るが,高 周 波 出 力 の規IEが 行 な わ れ な か った り,ま た,試 料 を 少 量 で 行 な い 余 剰 の電 波 を 吸 収 さ せ るた め に 相 当 量 の 水 を オ ー ブ ン に 入 れ て 加 熱 して い るた め, 各 種 食 品 に 対 す る高 周 波 加 熱 の状 況 を 的 確 に 把 握 し難 い 点 が あ つ た 。 そ こ で著 者 等 は 調 理 す る際 に 最 も基 本 と な る 砂 糖 液,食 塩 水,醤 油,味 噌,食 酢,食 用 油 脂,牛 孚し トマ トピ ュ ー レー,酒 等 の 一 定 量 を 時 間 的 に 数 段 階 に 分 け て 加 熱 す る こ とに よ り,こ れ らの 食 品 の加 熱 時 間
と温 度 と の 関 係 を し らべ,ま た,渡 辺 等 の 研 究 で は, 高 周 波 加 熱 に よ る 温 度 変 化 の み が 問 題 に な っ て い る が,こ れ で は どの よ うな 食 品 が,高 周 波 を 吸 収 して 熱 に 換 え や す い か が 詳 で な い 。 食 品 の 加 熱 熱 量 は P(w)G。E2fεr tanδ た だ し E… … 電 界 強 度 ノ … … 周 波 数 ε。… … そ の 食 品 の 誘 電 率 tanδ … … そ の 食 品 の損 失 角 に よ っ て与 え られ るの で,電 界 強 度 と 周 波 数 は そ の 電 子 レ ン ジに つ い て 定 ま っ て い るか ら,そ の 食 品 の誘 電 率 と損 失 角 が わ か れ ば よ い ので あ るが,そ れ は 簡 単 に は求 め られ な い 。 そ こで 著 者 等 は,食 品 の 加 熱 時 間 と 温 度 の 関 係 を も とに して,高 周 波 照 射 量 と,そ れ を 食 品 が 吸 収 し て熱 に 転 換 され た 量 との 関 係 を し らべ,各 基 本 調 味 料 の高 周 波 の 吸収 性 に つ い て比 〕較 検 討 した 。 尚,こ こで 高 周波 加 熱 とい う表 現 を した が,実 際 に は 食 品Y'高 周 波 を 照 射 す る こ と に よ り食 品 が 発 熱 す る ので,厳 密 に は 正 しい 表 現 で は な い が,一 般 に 使 用 さ れ て い る の で,高 周 波 加 熱 とい う言 葉 を 用 い た 。 巫 実 験 方 法 図1 基 本構成 図 1.高 周 波 加 熱 機 器 電 子 レ ン ジ … 早 川 電 機 製,R-12型 図1は 基 本 構 成 図 で.マ グ ネ トロ ン で 発 生 した 高 周 波 を 導 波管 に よ っ て導 き,オ ー ブ ン の頂 部 で 回 転 す るス クー ラー(撹 伴 翼)に よ り散 舌し 種 々 の方 向 に 反 射 し,オ ー ブ ン の 壁 面,底 面 で 更 に 反 射 さ せ て,オ ー ブ ン 内 の 食 品 を 各 周 辺 か ら均 一一に 加 熱 され る よ うに な っ て い る。 規 格 は 次 の よ うで あ る。 電 源 電 力 高周 波出力 周 波 数 単 相200V 50∼60C/S 3KVA 約1KW 2450MC土50MC 珍.電 源 ・電 圧 の 調 整 ボ ル トス ライ ダ ーで200Vに 規 正 し,電 圧 計,電 流 計,電 力 計 を 接 続 して 電 源 の 変 動 を 監 視 した 。 3.高 周 波 出 力 の 調 整 可 変抵 抗 を高 周 波 出 力 回 路 に 接 続 し,電 流 に よ り 陽 極 電 流 を300mAに 調 節 した 。 4.加 熱 時 間 の測 定 電 子 レ ン ジの ク ツクタ イ マ ー を 使 用 せ ず ス トップ ウ オ ッチ を 使 用 した 。 5.温 度 測 定 飯 尾 電 機 製 の 調 理 用 温 度 計 を 用 い.加 熱直 前,加 熱 直 後 境 伴 して 測 定 した 。 6.加 熱 前 後 の 重 量 測 定 不 等 比 上 皿 程 秤 を 使 用 した 。 7.容 器 油 脂 以 外 は 直 径10.7cm,高 さ14.8cm,油 脂 は 直 径13.5cm,高 さ15,5cmの ガ ラス 製 ビ ー カ ー を 使 用 した 。 8.試 料 各 試 料1Kgを オ ー ブ ン の 中 皿 の 中 央 部に 静 置 し 各 測 定時 間 ご とに 新 しい 試 料 に 取 替 え て行 な った 。 オ ー ブ ンの 中皿 は 試 料 の 温 度 上 昇 に 影 響 す るた め, 一 回操 作 ご とに 取 替 え た 。 9.転 換 熱 量 の 算 出 高 周 波 を 吸収 して 食 品 が 発 熱 して有 効 に 温 度 上 昇 に 向 け られ た 量,す な わ ち,転 換 熱 量 は 食 品 の 温 度 上 昇 に 使 用 され た 熱 量 と,食 品 中 の 水 分 の蒸 発 に 使 用 され た 熱 量 の 和 に な る。 食 品 の 温 度 上 昇 に 使 用 さ れ た 熱 量 は,食 品 の 重 量 と加 熱 前 後 の 温度 差 と比 ・ 熱 の 積 に な る。 また,食 品 中 の 水 分 の 蒸 発 に 使 用 さ れ た 熱 量 は,水 の 蒸 発 潜 熱 と 水 の 減 量 の 積 で表 わ さ れ る。 従 っ て.転 換 熱 量 は,次 式 に よ っ て求 め られ る。 転 換 熱 量=ctm十 〇.54v(Kcal) た だ し c… … 食 品 の 比 熱 の 近 似 値 0.008a十 〇.2(Siebe1の 式 に よ る) a… … 食 品 の 水 分 含 量(%) t… … 加 熱 前 後 の 温 度 差(OC)
昭 和41年7月(1966年) m… … 食 品 の 初 め の 重 量(Kg) V・… ・・減 量 〔一 般 に は水 の 蒸 発 量(9), 酒 の場 含は加 熱 中 の 減 量 を ア ル コ 皿 結 果 お よ び 考 察 図2 砂 糖 液 の 温度 上 昇 お よび 転 換 熱 量 一29一 一 ル の 蒸 発 量 と み な し,ア ル コ ー ル 蒸 発 潜 熱0.2Kca1/gを 用 い た 〕 図2は 水 お よび 各 濃 度 に よ る砂 糖 液 の加 熱 状 態 を 示 す 。 温 度 上 昇 は 加 熱 時 間 が 短 い場 合 は,濃 度 に よ る差 異 が 余 り認 め られ な い が,6分 程 度 加 熱 し た 場 合 に は,図 の 如 く,砂 糖 液 の 濃 度 が 増 す に 従 い 温 度 上 昇 が 図3 食塩 水 の 温度上 昇 お よび転 換熱量 大 き い 。 転 換 熱 量 は 濃 度 が 高 くな るに 従 い 一 般 に 小 さ くな り,高 周 波 の 吸 収 性 は 砂 糖 濃 度 が 増 す に 従 い 劣 る 頃 向 を 示 した が,吸 収 性 は 水 の 方 が 大 きい 。 図3は 水 お よび0.5%∼10°o食 塩 水 の場 合 を示 す 。 温 度 上 昇 は 砂 糖 液 の場 合 と逆 に 濃 度 が 増 す に 従 い 緩 慢 で あ る。 転 換 熱 量 は 濃 度 が 増 す に 従 い 小 さ くな り,高 周 波 の 吸 収 性 が 悪 い こ とを 示 して い る。
図4 醤油添 加 の温度上昇 お よび転換熱量 図4は 水 お よび1°o∼20%醤 油 添 加 の場 合 を 示 す 。 図5は5°o∼20%味 噌(赤 味 噌)添 加 の 場 合 を 示 す 。 共 に,食 塩 添 加 の=場合 と略 同 様 で,一 般 に,温 度 上 昇 図5 味噌 添加 の温度 上昇 お よび転 換熱器 は濃度 が増すに 従い小 さ くな り,高 周波 の吸収性は濃 度が増 すほ ど低 下す る傾 向を 示 した。 図6 は 食 酢 お よび5%酷 酸 液 の場 合 を 示 す 。 食 酢 と5°o酷 酸 液 は共 に 水 の 場 合 と比 べ,温 度上 昇,転 換 熱 量 と も大 差 ない が,い ず れ も少 し低 い 傾 向 を 示 し た 。 図7は 食 用 油 脂 の 場 合 を 示 す 。 油 脂 は一 般 に 用 い ら れ る 白絞 油,ラ ー ド,ヘ ッ ド等 を 使 用 した.油 脂 の加 熱 時 間 は実 際 に調 理 に 用 い られ る温 度 に 到 達 す る15分 まで 加 熱 した 。 しか し,バ タ ー の場 合 は分 離 して不 均 一 と な り,長 時 間 の 加 熱 が 不 可 能 なた め,10分 間 加 熱 と した 。 白絞 油,ラ ー ド,ヘ ッ ド等 の 温 度 上 昇 は,図 の如 く水 よ り著 し く速 い 。 しか し,・ ミタ ー の 場 合 温 度 上 昇 は 水 よ り速 い が,他 の 油 脂 に 比 べ 加 熱時 間 が 長 く な る と温 度 上 昇 が 小 さ くな る 。 これ は バ タ ーが 乳 脂 肪 と食塩,水 との 乳化 物 の も の で あ るか ら,他 の 油 脂 と 同 じ挙 動 を と ら な い た め と思 わ れ る。 転 換 熱 量 は い ず れ の油 脂 も水 よ り著 し く低 く,高 周 波 の吸 収 性 が 悪 い
昭 和41年7月(1966年) 図6 食 酢 の 温 度 上 昇 お よび 転 換 熱 量 一31-・ 図7 食用油 脂 の温 度上昇 お よび転換 熱量 こ とが 認 め られ た 。 図8は 水 お よ び 牛 乳,脱 脂 粉 乳 の場 合 で,温 度 上 昇 お よび 転 換 熱 量 共 にこ水 と 同 じ傾 向 で 高 周 波 の 吸 収 性 も 水 と大 差 な い こ とが 認 め られ た 。 図9は トマ トピ ュー レー の 場 合 を示 す 。 トマ トピ ユ ー レ ー は 粘 稠 で あ るの で ,温 度分布が不均 一で あ るた め に 温 度 測 定 が 困 難 で あ っ て,正 確 に は つ か み に くか っ た が,温 度 上 昇 お よび 転 換 熱 量 は お お む ね 図 の 如 く な り,高 周 波 の吸 収 性 は 水 よ り,劣 っ て い る こ とが 認 め られ た 。 図10は 水 お よび 酒 の場 合 を 示 し,温 度 上 昇 は 水 の場 合%/r似た 傾 向 を 示 した が,転 換 熱 量 は 少 し低 く,高 周
図8 牛乳 の温度上昇 お よび転換 熱量
昭 和41年7月(1966年)
図10 酒 の温 度 上 昇 お よび 転 換 熱 量
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波 の 吸 収 性 が や や 劣 る こ と を 示 した 。
以 上 の こ とか ら.更 に,調 味 料 の種 類 に よ る高 周 波 の 吸 収 性 を水 お よ び50°o砂 糖 液,10°o砂 糖 液,10°o食 塩 水,白 絞 油 等 に つ い て比 較 を した 。 図11の 如 く砂 糖 液 の場 合 と食 塩 水 の場 合 の 温 度 上 昇 を 比 較 す る と,砂 糖 液 は 食 塩 水 よ り温 度 上 昇 が 急 速 で あ り,白 絞 油 は 砂 糖 液 食塩 水 等 の い ず れ よ りも著 し く上 昇 した 。 転 換 熱 量 は い ず れ の場 合 も水 よ り低 く,高 周 波 の 吸 収 性 が 悪 い こ とが 認 め られ るが,食 塩 と砂 糖 添 加 の場 合,同 じZO°o 度 で は 砂 糖 の 方 が 転 換 熱 量 が 大 き く,高 周 波 の 吸 収 性 が大 きい こ と が 認 め られ た 。 従 来 の報 告 の 中 に は,非 電 解 質 で あ る砂 糖 油 脂 類 は 水 よ りも温 度 上 昇 が 大 き く.更 に 濃 度 が 高 くな る と温 度 上 昇 も大 き くな る こ と よ り,砂 糖,油 脂 類 は加 熱 促 進 し,電 解 質 で あ る食 塩 お よび 食塩 を 含 有 す る もの は 水 よ り温 度 上 昇 が 小 さ く,ま た,濃 度 が 高 くな るに つ れ て 温 度 上 昇 が小 さ くな る こ と よ り,食 塩 等 は 加 熱 阻 害 す る とい う表 現 を 用 い て い る もの も あ るが,著 者 等 の 実験 結 果 よ り.高 周 波 の 吸 収 性 は 砂 糖 液 は 食塩 水 よ り大 きい が,す べ て水 よ り低 く,ま た,濃 度が 高 くな るに つ れ て 高 周 波 の 吸 収 性 が 小 さ くな る こ と よ り,砂 糖 等 濃 度 が 高 くな るほ ど 温 度 上 昇 が 大 きい の は 比 熱 が 小 さ くな るた め で,高 周 波 の 特 性 で な い こ とが 認 め ら れ た。 IV 要 約 1.基 本 調 味 料 の場 合,砂 糖 液 は 濃 度 が 増 す に 従 っ て 温 度 上 昇 は 速 く,食 塩,醤 油,味 噌 等 は 濃 度 が 増 す に 従 っ て温 度 上 昇 は 緩 慢 で あ り,食 酢,牛 乳,酒 等 は 水 と類 似 した 温 度 上 昇 を 示 した 。 食 用 油 脂 は 白 絞 油,ラ ー ド,ヘ ッ ドの順 に 温 度 上 昇 を 示 し,バ タ ー は 水 分 含 量 の 影 響 か,や や 異 な っ た 温 度 上 昇 を 示 した 。 2.転 換 熱 量 は 各 種 食 品 と も水 よ り低 く,高 周波 の 吸 収 性 は水 よ り劣 っ て い る こ とが 明 らか で,こ れ も一 般 に 濃 度 が 高 くな るに つ れ て 顕 著 で あ った 。 本 研 究 に あ た り,御 便 宣 を 与 え て下 さい ま した 調 理 研 究 室 の 諸 先 生 に 厚 く御 礼 中 し上 ます 。 参 考 文 献
1) B.E. Proctar and S. A. ance in Food Research, Vol.3,119(1951) 2) Helen 1. Van Zante and Hisako ma:Jaural of Home Economics, Vol. 51,No.3, 170(march 1959)
3) Helen J. Vante Journal of Home nomics, Vol.51, No.6,454(June 1959) 4)岡 部 魏:本 誌,No.2,16∼24(1957) 5) 渡 辺 渉,小 林 晃 等:食 品 工 業 技 術,Vo1.1, No.2,69(1962) 6)渡 辺 渉.小 林 晃 等:食 品 工 業 技 術,Vo1.1, No.3,23 (1962) 7)渡 辺 渉,小 林 晃 等:食 品 工 業 技 術,Vol.2. No.1,5＆(1963) 8)渡 辺 渉,小 林 晃 等:食 品 工 業 技 術,Vo1.1, No.2,60(1963) 9)渡 辺 渉,小 林 晃 等:食 品 工 業 技 術,Vo1.1, No.4,55(1963) 10)馬 場 美 智,折 竹 義 計:食 品 工 業 技 術,Vo1,2, No, g,49(1963) 11)加 藤 舜 郎:食 品 工 業 技 術,Vo1.2, No, x,49 (1963) 12)中 山 政 司:食 品 工 学 シ リ ー ズ,9,22(1963) 13) 中 島 敏 小 林 次 郎:食 品 工 学 シ リ 昌 ズ,7, 151^-152 (1965)
