フルーツ加工におけるIQF冷凍機の仕組みは？

IQF冷凍の核心原理：急速な熱除去と氷結晶の制御

超急速冷凍の物理学：氷核生成の抑制と細胞内損傷の最小化

IQF冷凍機は、主に1秒あたり1度以上の非常に速い速度で熱を急速に奪うことで機能します。この急速な冷却は食品内部の氷の形成方法を変化させます。これほど素早く凍結すると、通常の氷の生成プロセス（不均一核生成と呼ばれる）が阻止され、代わりに多数の微細な結晶生成点が同時に発生します。その結果、氷の結晶は非常に小さく、典型的には25マイクロメートル以下に抑えられます。これは多くの植物細胞自体よりも小さいサイズです。このような微細な結晶は、大きな結晶のように細胞膜を破壊しません。一方、従来のゆっくりとした凍結では、氷の形成開始点が少なくなるため、細胞壁を突き破り食品の構造を損傷するような大きな破壊的な結晶ができてしまいます。細胞構造が保たれることで、解凍時に流出する液量が減り、食感もより良好に維持されます。科学誌に掲載された研究によると、従来の方法と比較してIQF冷凍は細胞損傷を80％以上低減することが示されています。

25 µm以下の氷結晶を実現するための高速、零下気流の役割（例：イチゴのケーススタディ）

冷気はマイナス30度からマイナス40度の温度帯でIQFフリーザー内を通過する際、凍結食品がドロドロにならないように保つ微細な氷結晶を生成する主な要因となります。秒速2.5～4メートルという高速で流れる空気は、いわゆる流動床効果を生み出します。いちごなどの小果実はこの気流の中で実際に浮遊し、跳ね回りながら全方位から極低温の空気にさらされます。その結果、果実内部の水分は大きな結晶構造が形成される前にほぼ瞬時に凍結します。いちごでの試験では、こうしてできた微細な氷結晶の平均サイズはわずか22マイクロメートルであり、食感が損なわれる25マイクロメートルの閾値を下回っています。つまり、色素の約94％がそのまま残り、解凍後もいちごはしっかりとした食感を維持できます。もう一つの利点として、個々のいちごが5～7分以内に個別に完全に凍結されるため、凍結中に塊（かたまり）になることがありません。しかし、風速が不適切だと温度差により果実内部深くで大きな氷結晶ができ始めます。繊細な農産物を扱う企業にとって、保管および輸送中に製品品質を維持するには、このバランスを正確に保つことが極めて重要です。

IQF冷凍機のワークフロー：新鮮な果物から個別に凍結された製品へ

凍結前処理：洗浄、サイズ選別、ブランチング、および表面乾燥による最適なIQF性能の実現

新鮮なベリーがIQF冷凍システムに入る際、まず均一かつ迅速に凍結できるように、いくつかの工程を経ます。果物は高圧で洗浄され、畑で付いた汚れを取り除きます。次に光学選別を行い、すべての果物がほぼ同じ大きさになるようにして、適切に凍結できるようにします。一部の果物は、凍結後に変色したり風味が変わったりする原因となる酵素の働きを止めるために、熱湯で短時間ブランチングする必要があります。表面の水分を除去することも非常に重要です。ほとんどの施設では、回転式ドライヤーまたは強力なエアジェットを使用して、水分を0.5％以下まで低減しています。これにより、凍結した品物同士の間に氷の橋（アイスブリッジ）が形成されるのを防ぎ、くっつくことを抑制できます。昨年の『Journal of Food Engineering』に掲載された研究によると、凍結前に果物を適切に乾燥させることで、濡れたままの果物を冷凍庫に入れる場合と比べて、塊り（クラミング）が約70％減少することがわかりました。このような差は、一つひとつがバラバラの状態で保たれることを望む食品加工業者にとって非常に重要です。

冷凍室の動態：流動床式とトンネル式IQF冷凍装置の設計および生産能力と均一性への影響

IQF冷凍庫の性能は、その内部チャンバーの設計に大きく左右されます。例えば流動床式冷凍機の場合、ブルーベリーなどの小粒食品をマイナス40度の超低温で秒速2.5〜4メートルの気流に乗せて浮かせます。これにより、まるで沸騰している水のような状態が生まれますが、泡が上がってくる代わりに、個々の食品が互いに離れた状態で、わずか10分以内に全体が均等に凍結します。一方、トンネル式冷凍機はまったく異なる方式です。これは、製品をコンベアベルトで搬送しながら、数段階の冷却ゾーンを通過させ、温度を段階的に約マイナス35度まで下げていきます。この方式は、リンゴのスライスやマンゴーの角切りなど、大きめまたは形状が不規則な食品には流動床式よりも適しています。もちろん、これらにもそれぞれ利点と欠点があります。

流動床式冷凍機は個別急速冷凍率95％以上を達成するが、処理量は少ない。一方、トンネル式システムは85〜90％の分離効率を維持しつつ、大規模化に効率的である。これは『国際冷凍ジャーナル』（2022年）における調査結果による。 国際冷凍ジャーナル 両方式とも、適切に調整されれば、氷結晶の成長を25 µm未満に抑えることができ、あらゆる用途において品質を保証する。

果物に対するIQF冷凍技術の品質上の利点

品質評価指標：ビタミンC（92％）、アントシアニン（89％）、および従来の冷凍法との比較における食感の保持

IQF技術は、栄養素や風味をそのまま保持する点で特に優れています。科学誌に掲載された研究によると、この方法ではベリー類に含まれるビタミンCの約92％、重要なポリフェノールであるアントシアニンの約89％を保存できます。これらの成分は通常の冷凍方法では急速に分解されがちです。その秘密は、処理中に形成される極めて小さな氷の結晶にあります。これらの結晶は25マイクロメートル以下であり、果実内部の細胞を損傷しません。そのため、酵素の活性化が抑えられ、酸化も少なくなります。食感においてもIQFは大きな違いを生み出します。この方法で凍結された果物は、元の状態の約95％の硬さを保つのに対し、一般的な冷凍では誰もがよく知る不快なドロドロした食感になりがちです。IQFの温度範囲は非常に狭く、マイナス30度からマイナス40度の間です。この低温では酵素の活動が完全に停止し、繊細な香りや果汁がすべて閉じ込められたままになります。例えばラズベリーの場合、解凍後でもまるでフレッシュな果実のように味わえるため、冷凍食品としては多くの人にとって予想外のことです。

真の個別急速冷凍を実現する重要な設計特性

塊状化防止エンジニアリング：ウェーブインピンジメントノズルと精密な風速制御（2.5−4.0 m/s）

凝集が発生すると、個々にバラバラの状態で凍結できるIQF本来の利点が失われます。その代わりに、凍結された塊ができてしまい、分量の管理が難しくなったり、食感が変わったり、後工程での問題を引き起こします。この問題に対処するため、現代のシステムでは特殊な波動衝突ノズルを使用しています。これらのノズルは振動する気流を吹き出し、製品が凍結している最中に互いに分離させることができ、衝撃による損傷を防ぎます。ジェットは、製品同士が接触しないように適切な角度で配置されており、同時に全体を十分に冷却したままに保ちます。風速も非常に厳密に管理されており、通常は2.5〜4メートル/秒の間で維持されます。この最適な条件により、「安定した流動床効果」が生じます。このバランスを正しく保つことで、製品はやさしく浮遊した状態で適切に分離されます。その結果、細胞構造が保持され、大規模でも一貫して信頼性の高い個別急速冷凍が可能になります。

よくある質問

IQF冷凍とは何ですか？

IQFは個別急速冷凍（Individual Quick Freezing）を意味し、食品を個別に素早く凍結させることで、塊にならないようにする技術です。

IQF冷凍は食品の品質にどのようなメリットがありますか？

IQF冷凍では25マイクロメートル以下の小さな氷結晶が形成されるため、細胞構造や食感、ビタミン、抗酸化物質が保持され、従来の冷凍方法で起こる細胞損傷を防ぎます。

IQF技術の用途は何ですか？

IQF技術はベリー類などの小果実に特に有効ですが、異なるフリーザー設計を用いることでスライスフルーツや角切りにも応用可能です。

IQF冷凍に最適な温度と風速はどのくらいですか？

IQF冷凍は通常、マイナス30度からマイナス40度の温度範囲で行われ、風速は秒速2.5〜4メートルです。