青果物のコールドチェーンにおける温湿度管理

(1)呼吸熱による冷凍負荷の算定法

生鮮青果物のコールドチェーンを構築するためには、低温の有効利用、冷却と貯蔵の最適温湿度管理、さらに包装容器デザインなどの周辺技術などを包括して、チェーンを合理的に支える基礎知識の習得が必要である。これらの知識は機械設備類を設計製造するための基盤となっている。この事例を具体的に紹介するために、青果物の呼吸熱データが冷凍設備の設計に不可欠である事由を解説する。

圃場で収穫した青果物は「生きて」おり、呼吸作用により熱エネルギー、つまり「呼吸熱」を放出する。有気呼吸では青果物体内の呼吸基質に含まれる炭素が、空気から取り入れた酸素と結合して糖を主体とする分解生成物を造り、最終的には炭酸ガスと水に分解されて放出される。他方、無気呼吸による呼吸熱は有気呼吸のそれに比べて微小な値となるが、これらの反応はいずれも生体が保有しているエネルギー源を消費する生理作用であり、鮮度や品質の劣化を招くプロセスである。また、これらの反応速度は生体の品温低下により抑制され、この過程で生ずる反応熱が呼吸熱に相当する。このために、コンビニエンス・ストアの室内空間を対象とする冷凍空調温度や室内に設置されているショーケースなどの設備や機器の冷凍負荷、つまり冷凍機の必要能力を積算するのに不可欠な熱量データとなっている。

(2)品温に影響される呼吸熱

表1は青果物の呼吸熱を品温別に表示しているが、その値は青果物のカテゴリー分類、品種、栽培地および生育環境などによって異なり、品温が高いほど大きい値を示す傾向にある。さらに、この発熱生理により青果物自体の品温も上昇するので、呼吸作用も促進されて品質劣化も早くなる。

引用分献：（表2）椎名武夫:食品と劣化、光琳、pp. 205-257 (2003)

(3)呼吸速度を評価する温度計数 Q₁₀

青果物の呼吸速度 (CO₂ mg/kg-hr) に及ぼす品温の影響は、呼吸作用の温度係数Q₁₀により評価されている（表2）。この係数は品温が10℃上昇するごとに、呼吸速度が何倍に増えるかを表示しているが、果実と蔬菜（そさい）のQ₁₀は品温0～10℃の範囲で最も高い値を示す。そこで青果物の品温を10℃以下の範囲で未凍結状態にして保つと、呼吸速度を効果的に抑制できることが分かる。つまり表２に示したQ₁₀は、低温流通プロセスにおける品温の断熱効果を示し、アイスクリーム配送車の壁面内部の「ガラス繊維綿断熱材」や漁港から魚介類を消費市場にトラック輸送する「スタイロフォーム」断熱容器などが利用されている。さらに呼吸作用や微生物の増殖活動を同時に抑制出来るので、家庭用冷蔵庫にも未凍結青果物用に「チルド温度帯トレイ」が設けられている。ただし、キュウリ、ナス、ピーマンなどの野菜では、凍結すると細胞が破壊され、融解すると品質が急速に低下する。また、品温を未凍結温度以上に保っていても代謝異常による「低温障害」が発生するので、家庭用冷蔵・冷凍庫の購入に当たっては仕様書などで「チルド温度帯」の安全な利用法について確認しておく必要がある。

(4)蒸散作用のビジネスモデル

低温環境下に置かれた青果物の生理作用の中で、蒸散作用は品質の維持と「美味しさ」の創出を目的として、ビジネスを優位に展開するマネージメント技法の開発が考究されている。特に「食品AI（人工知能）システム」の研究開発は食品企業の「イノベーション･ターゲット」として掲げられている。しかし、国内の食品業界の現状では真夏の熱中症対策として、皮膚表面の発汗と蒸発を体内から補給する飲料類が自販機で販売されているように、グローバルなイノベーションを社会実装している農食分野の動向はクリアに公表されていない。ただし、これまでグローバルなビジネスを展開してきた日本の自動車製造企業と情報処理企業が連携して、富士山麓に「夢の未来社会モデル」を実装する計画が報道されている。

(5)蒸散作用の生理と品質維持法

生物は「水」を媒体として種々の生理作用を営んでいるが、蒸散作用は養分の移動や皮膚表面の蒸発による体温調節などの機能を担っている。また、青果物市場の関係者は、野菜類の水分保有量は90～95%であり、消費者は水分量が５％蒸散すると商品としての価値を認めず、購入意欲を失う」と認識している。したがって、蒸散抑制の最も重要な目的は質量減少、つまり「目減り」や萎凋（いちょう：葉などが酸化酵素の働きで萎れること）を防止する技法の開発にあるが、呼吸によるビタミンCや芳香の消失、口腔内の咀嚼機能を維持する歯周病予防や食感（テクスチャ）の劣化防止などを研究課題とした機能性健康食品の開発も進展している。

蒸散作用の主な誘因は、青果物周囲の空気と葉菜類表面や果肉表皮間の水蒸気圧差にあり、この格差が大きくなるほど蒸散作用は促進される。青果物に含まれる水分の水蒸気圧は、品温が高いほど大きくなるが、これを低温環境下に移すと周囲の空気に含まれる水蒸気圧よりも高くなる場合が多い。この水蒸気圧差によって青果物の水分は低温空気の方へ移動する。たとえば，品温10℃の高水分青果物の飽和水蒸気圧は1.23kPaであり、これを温度０℃、相対湿度100％の冷蔵庫に搬入しても庫内空気の水蒸気圧は0.61kPaとなる。この差0.62kPaを駆動力として青果物の水分は冷蔵庫内空気側へ移動する。この移動は庫内空気が静止状態にあっても生ずるが、青果物に接する庫内空気の流動速度が速くなると水蒸気圧差による水分移動速度はさらに加速される。したがって、青果物からの蒸散作用を完全に抑制する方法はほぼ実現不可能である。

(6)蒸散作用を抑制する乾燥予措(よそ)処理

温湿度と蒸散作用との関係は、温度と呼吸作用との関係ほど明確ではないが、柑橘類では湿度が呼吸作用に伴って蒸散作用にも影響を及ぼすことが感知されている。つまり、果実の種類も豊富であるために、呼吸作用と蒸散作用を科学的エビデンスとして明確に分離する事は困難である。そこで、季節に依存して大量に収穫され、柔らかい果皮に包まれている「温州ミカン」を対象サンプルとして選ぶと、果皮の生活作用が果肉部分に比べて活発となり、果汁の蒸発により果肉部分の収縮が進展して「浮き皮」が形成される。これを防止するために、収穫直後の果実を貯蔵庫に搬入する前に、表皮を乾燥収縮して表皮組織を固くしておく処理法、つまり「乾燥予措」が実施されている。この目的は表皮を収縮して選別工程で生ずる搬送、回転、振動などによる外傷に対する抵抗力を強化し、さらに浮き皮に生じた傷口を収縮して腐敗菌の進入を防止することにある。このように、乾燥予措はバレイショ、サツマイモ、ダイコン、ニンジン、ゴボウなどの根菜類や柑橘類の長期貯蔵のための前処理であり、その呼吸・蒸散作用の抑制効果が確認されている。他方、熱帯原産果実の中には未熟な状態で収穫され、流通・貯蔵の段階で熟成を促進させ、可食状態にして食用に供されるものがある。前回のシリーズ２で解説した輸入バナナの追熟「エチレン」がその典型例であるが、この他にトマト、イチゴ、西洋ナシ、キュウイフルーツなどでは主に品温管理により制御されている。