JP2013201979A - 生体物質の凍結方法 - Google Patents

Abstract

【課題】解凍後に凍害保護剤の効果がより顕れるような生体物質の凍結方法を提供する。
【解決手段】マイクロ波減圧脱水装置を使用して、生体試料１から、マイクロ波減圧脱水により、その内部に至るまで脱水する（ステップＳ１）。脱水処理終了後、マイクロ波減圧脱水装置の真空チャンバーから取り出した生体試料１を、凍害保護液に浸漬させる（ステップＳ２）。最後に、冷凍装置により凍結処理を行う（ステップＳ３）。
【選択図】図１

Description

本発明は、生体物質の凍結方法に関するものである。

食品や、細胞および卵等の生体試料などの生体物質を凍結する際に、それらの生体物質の損傷を防ぐために凍害保護剤が用いられている。その凍害保護剤としては、細胞外で作用するものとして、トレハロースやスクロースなどがあり、細胞内で作用するものとして、グリセロールやジメチルスルホオキシド（ＤＭＳＯ）などがある。また、近年では不凍タンパク質（ＡＦＰ）の凍害保護機能についても注目されてきている。

これら凍害保護剤は、一定の濃度の水溶液である凍害保護液として利用されており、細胞および卵等の凍結保存においては、培養液中に添加する形で使用されている（例えば、特許文献１参照）。ＡＦＰについては、食品の改質機能についても検討が進められている（例えば、特許文献２参照）。

特開平０７−０９９９６５号公報 特表２００２−５００８６９号公報 特開２００７−２８９１５７号公報

図５は、凍害保護剤を使用した従来の生体物質の凍結方法における課題を説明するための図である。すなわち、単一の細胞や卵の場合は、凍害保護液中、あるいは凍害保護液を添加した培養液中において直接の作用が可能である。

しかしながら、図５に示すように、凍結対象物１がウニ生殖腺のような魚介類の生殖腺または卵塊の場合には、細胞あるいは卵粒１１の大きな集合体であるため、それらを塊（かたまり）として凍害保護液中に浸漬するのみでは、凍害保護液はその塊の表面部分にのみ浸透するだけで、その内部には浸透しにくい。従って、凍害保護剤の効果は、その塊の表面部分の各細胞または卵粒１１に表れるだけであり、その深い内部の各細胞または卵粒１１には表れにくい。かかる場合は、塊の分断が許される場合はいいが、それが不可能な場合も多く、その場合には、その塊のままで、その内部にも凍害保護剤の効果が行き渡るような方策が望まれている。

なお、例えば特許文献３が、マイクロ波減圧脱水技術について開示しているが、それは、生体物質の凍結に係る技術とは全く異なる分野の技術である。

本発明は上述のような事情から為されたものであり、本発明の目的は、解凍後に、凍害保護剤の効果がより顕れるような生体物質の凍結方法を提供することにある。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、解凍後に、凍害保護剤の効果がより顕れるような生体物質の凍結方法を提供することを目的とする。

請求項１に係る発明は、凍結対象物である生体物質を脱水し、
脱水処理後の生体物質を凍害保護液に浸漬し、
浸漬処理後の生体物質を凍結することを特徴とする生体物質の凍結方法である。

請求項２に係る発明は、前記脱水処理における脱水率は、前記生体物質の重量の３〜５０％であることを特徴とする請求項１に記載の生体物質の凍結方法である。

請求項３に係る発明は、前記浸漬処理後、前記凍結処理前に、前記生体物質に対して第２の脱水処理を行うことを特徴とする請求項１に記載の生体物質の凍結方法である。

請求項４に係る発明は、前記第２の脱水処理における脱水率を前記脱水処理における脱水率より低くすることを特徴とする請求項３に記載の生体物質の凍結方法である。

請求項５に係る発明は、前記脱水処理が、マイクロ波減圧方式により行うことを特徴とする請求項１または３に記載の生体物質の凍結方法である。

請求項６に係る発明は、前記生体物質は、魚介類の生殖腺または卵塊であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の生体物質の凍結方法である。

本発明の生体物質の凍結方法によれば、解凍後に、凍害保護液の効果がより顕れる。つまり、凍害保護液への浸漬処理前に生体物質に対して脱水処理を行うので、浸漬中に凍害保護液が生体物質の内部にまで均一に浸透し、凍害保護液の凍害保護機能が生体物質の内部において十分に発揮され、凍結・解凍後の品質劣化をより抑えることができる。また、浸漬処理後、凍結処理前に、第２の脱水処理を行えばより効果的である。ここで、脱水処理における脱水率を所定の範囲で行えば、上述の効果は確実に発揮される。

また、脱水処理をマイクロ波減圧方式により行えば、生体物質に損傷を与えることなく脱水することができる。
特に、本発明は、生体物質が魚介類の生殖腺または卵塊のような場合にも確実に脱水され、より有効となる。

本発明を適用した一実施形態である生体物質の凍結方法の手順を示すフローチャートである。 本発明を適用した一実施形態である生体物質の凍結方法の手順を模式的に説明するための図である。 本発明を適用した一実施形態である生体物質の凍結方法の手順の過程中で使用されるマイクロ波減圧脱水装置の一例の構成図である。 実施例における各サンプルの解凍後の外観を示す図である。 凍害保護剤を使用した従来の生体物質の凍結方法における課題を説明するための図である。

以下、本発明を適用した一実施形態である生体物質の凍結方法について、図面を用いて詳細に説明する。
なお、以下の説明で用いる図面は、特徴をわかりやすくするために、便宜上特徴となる部分を拡大して示している場合があり、各構成要素の寸法比率などが実際と同じであるとは限らない。

図１は、本発明の生体物質の凍結方法の一実施形態の手順を示すフローチャートである。図２は、その手順を模式的に説明するための図である。図３は、その手順の過程中で使用されるマイクロ波減圧脱水装置の一例の構成図である。以下、図１乃至図３を参照して、本発明の生体物質の凍結方法の一実施形態の手順を説明する。なお、本発明においては、生体試料として魚介類の生殖腺または卵塊、好ましくはウニ生殖腺を凍結対象物とすることができるが、他の食品を凍結対象物としても構わない。

図２の左図に示すように、凍害保護液への浸透前の生体試料１は、水分を含有している。そこで、本発明の生体物質の凍結方法の一実施形態においては、まず、図３に示したマイクロ波減圧脱水装置２を使用して、生体試料１から、図２の中図に示すように、マイクロ波減圧脱水により、その内部に至るまで脱水する（図１のステップＳ１）。

ここで、図３を参照して、マイクロ波減圧脱水装置２の一例の構成と、当該装置を用いた脱水処理の概要について説明する。

図３に示すように、マイクロ波減圧脱水装置２は、真空チャンバー２１と、その真空チャンバー２１内に配設され、凍結対象物としての生体試料１が載置されるトレイ２２と、真空チャンバー２１内の生体試料１に照射するためのマイクロ波を発生させるマイクロ波発振器２３と、そのマイクロ波発振器２３の出力を調整するためのマイクロ波出力調整器２４と、生体試料１の表面および内部の温度を測定するための、例えば蛍光式光ファイバ式温度計等の温度センサー２５と、その温度センサー２５の測定値に基づき、マイクロ波出力調整器２４のマイクロ波発振器２３への出力調整信号の大きさを制御するための温度調節計２６と、真空チャンバー２１内を所定の真空状態に保つための真空ポンプ２７と、真空チャンバー２１内の真空状態（圧力）を測定するための真空計２８とを備えている。

そこで、生体試料１に対する脱水作業の手順としては、まず、その生体試料１を真空チャンバー２１内のトレイ２２上に載置する。そして、マイクロ波発振器２３により出力１０Ｗ〜１５００Ｗの範囲内のマイクロ波を生成して、トレイ２２上の生体試料１に照射を開始する。マイクロ波の照射により温度が上昇するので、それと並行して、温度センサー２５により生体試料１の表面および内部の温度を測定する。そして、温度調節計２６は、生体試料１の表面および内部の温度が所定の範囲に収まっているように、マイクロ波出力調整器２４のマイクロ波発振器２３への出力調整信号を制御してマイクロ波出力のオンオフ制御を行う。

なお、後述の好適脱水率から、それに対応するマイクロ波出力および照射時間が分かっているのであれば、上述のようにマイクロ波の照射をオンオフ制御するのではなく、一定時間の連続照射で対応することも可能である。

なお、このマイクロ波照射の間、真空チャンバー２１内の圧力を減圧すべく、真空ポンプ２７を作動させる。そして、真空計２８の表示に基づき、真空チャンバー２１内の圧力を１ｋＰａ〜１００ｋＰａの圧力範囲の所望値に維持する。

なお、上述の処理動作による脱水率は、細胞あるいは組織に対して損傷を与えない程度の量、具体的には、凍結対象物（ここでは生体試料１）の重量比で３〜５０％が好適である。また、全体の処理時間としては、１時間以内が好ましい。

ここで、本明細書における「脱水率」とは、次式（１）により得られた値をいう。
脱水率（％）＝［（脱水処理前凍結対象物重量）−（脱水処理後凍結対象物重量）］／（脱水処理前凍結対象物重量）×１００ ・・・（１）

上述のような手順で脱水処理が終了すると、次に、図１に示すように、凍害保護液浸漬処理を行う（ステップＳ２）。つまり、脱水処理終了後、マイクロ波減圧脱水装置２の真空チャンバー２１から取り出した生体試料１を、凍害保護液に浸漬させる。

なお、凍害保護液とは、凍害保護剤が所定の濃度溶解された水溶液のことをいう。また、その凍害保護剤とは、凍害保護機能が認識されている物質をいう。ここで、例えば、凍害保護剤は、トレハロース、スクロース、ＤＭＳＯ、不凍タンパク質であり、その凍害保護液濃度は、１００ｐｐｍ〜３０％であり、温度は常温以下であり、浸漬時間は５分〜１時間の範囲内である。

上述のような浸漬処理の結果、図２の右図に示すように、生体試料１の内部まで十分に均等に凍害保護液が染み渡る。

上述のような手順で十分な浸漬処理が終了すると、最後に、図１に示すように、冷凍装置により凍結処理を行う（ステップＳ３）。冷凍装置としては、生体試料１を冷凍可能な任意の装置を利用できる。なお、例えば、冷凍温度は、−２０〜−１９６℃の範囲内であり、冷凍時間は、１５秒〜１時間の範囲内である。

なお、上述のステップＳ２の凍害保護液浸漬処理と、ステップＳ３の凍結処理の間に、第２の脱水処理を加えるとさらに好適である。但し、外観に影響を与える場合がある（食品、特に魚介類の生殖腺または卵塊については重要事項）ので、その脱水率は第１の脱水処理より低い脱水率とすることが好ましい。

以上に説明した本発明の実施形態によれば、凍害保護液への浸漬前に、凍結対象物である生体試料１に対して脱水処理を行うので、浸漬中に、凍害保護液が、生体試料１の内部にまで均一に浸透する。従って、従来において凍結対象物の表層においてのみ効果のあった凍害保護機能が、凍結対象物全体に効果をもたらすため、凍結・解凍後の品質劣化をより抑えることができる。

また、特に食品に関し、脱水を行わない従来と比較して、解凍後の外観（色の変色など）が良好であり、かつ食感についても、凍結前の新鮮さが維持される。さらに、凍害保護液が生体試料１の内部にまで均一に浸透するので、従来行われていた、凍害保護液の高濃度化という方策も不必要となる。特に、脱水方式として、マイクロ波減圧脱水を採用すれば、生体試料１を損傷することなく脱水処理を行うことができる。また、脱水率も調整できる。

以下に、具体的な実施例を示す。
（実施例１）
産卵前のキタムラサキウニを凍結対象物として、凍害保護剤の効果確認に関する比較試験を実施した。実際に使用した凍害保護剤、装置等、また、処理条件等を以下に示す。

調整液 ：３％（Ｗ／Ｗ）人工海水
凍害保護剤 ：植物由来不凍タンパク質
凍害保護液 ：凍害保護剤１００ｐｐｍ水溶液（調整液に溶解）
水切り ：キッチンペーパー上にて表面ラップフィルム後、＋５℃冷蔵庫静置。
脱水 ：マイクロ波減圧脱水装置にて、３ｋＰａにて減圧脱水。脱水中の対象物温度は常温以下。マイクロ波出力１００Ｗ、処理時間２０分。
凍結 ：液化窒素式冷凍装置にて凍結。温度−１２０℃、時間１０分。
解凍 ：密閉シャーレ内、ろ紙（アドバンテック社製５Ｃ）上にて静置。温度＋５℃。

また、この実施例では、凍結対象物として、４つのサンプルを用意し、表１の流れに示すように、それぞれ異なる条件で試験を行い、効果を比較検証した。

すなわち、サンプル［１］は、手順＜凍結→解凍＞のサンプルであり、サンプル［２］は、手順＜凍害保護液浸漬→凍結→解凍＞のサンプルであり、サンプル［３］は、手順＜脱水→凍害保護液浸漬→凍結→解凍＞のサンプルであり、サンプル［４］は、手順＜脱水→凍害保護液浸漬→脱水→凍結→解凍＞のサンプルである。

なお、各サンプルに共通の最初の「調整液浸漬」処理は、サンプルの初期条件を揃えることを目的としたものである。

表１に示す処理の後、各サンプルについて、品質比較評価を行った。なお、ここではその品質評価指標として、冷凍食品の品質評価指標として一般的に用いられているドリップの量を採用した。つまり、各サンプルについて、凍結前重量と解凍後重量の測定結果より、下記式（１）に基づき、ドリップ率を算出した。
ドリップ率＝（凍結前重量−解凍後重量）／凍結前重量 ・・・（１）

その結果、各サンプルについてのドリップ率は、表２に示すように求められた。

表２に示す結果により、凍害保護液浸漬前にマイクロ波減圧脱水したサンプルは、凍害保護機能をより効果的に発揮することが確認された。

また、解凍後の各サンプルの外観を図４に示した。同図に示すように、外観上でも、マイクロ波減圧脱水したサンプルであるサンプル［３］は、他のサンプルに比べて成分の溶出がなく、新鮮さが保持されていることがわかる。また、サンプル［４］のように、凍害保護液浸漬後にさらに脱水すると、ドリップはさらに低減される。この場合、色が濃くなる傾向が見られるが、２回目の脱水率を１回目の脱水処理における脱水率より低くし、例えば５％程度とするなど調整すればよい。

本発明の生体物質の凍結方法は、食品や、卵および細胞等の生体試料を凍結保存し、後に解凍して回復させる場合に適用することができる。

１・・・生体試料（生体物質）
１１・・・細胞または卵粒
２・・・マイクロ波減圧脱水装置
２１・・・真空チャンバー
２２・・・トレイ
２３・・・マイクロ波発振器
２４・・・マイクロ波出力調整器
２５・・・温度センサー
２６・・・温度調節計
２７・・・真空ポンプ
２８・・・真空計

Claims (6)

1. 凍結対象物である生体物質を脱水し、
   脱水処理後の生体物質を凍害保護液に浸漬し、
   浸漬処理後の生体物質を凍結することを特徴とする生体物質の凍結方法。
2. 前記脱水処理における脱水率は、前記生体物質の重量の３〜５０％であることを特徴とする請求項１に記載の生体物質の凍結方法。
3. 前記浸漬処理後、前記凍結処理前に、前記生体物質に対して第２の脱水処理を行うことを特徴とする請求項１に記載の生体物質の凍結方法。
4. 前記第２の脱水処理における脱水率を前記脱水処理における脱水率より低くすることを特徴とする請求項３に記載の生体物質の凍結方法。
5. 前記脱水処理は、マイクロ波減圧方式により行うことを特徴とする請求項１または３に記載の生体物質の凍結方法。
6. 前記生体物質は、魚介類の生殖腺または卵塊であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の生体物質の凍結方法。