Background: The need for a storage method capable of preserving the intrinsic properties of bones without using toxic substances has always been raised. Supercooling is a relatively recently introduced preservation method that meets this need. Supercooling refers to the phenomenon of liquid in which the temperature drops below its freezing point without solidifying or crystallizing. Objectives: The purpose of this study was to identify the preservation efficiency and applicability of the supercooling technique as a cortical bone allograft storage modality. Methods: The biomechanical effects of various storage methods, including deep freezing, cryopreservation, lyophilization, glycerol preservation, and supercooling, were evaluated with the three-point banding test, axial compression test, and electron microscopy. Additionally, cortical bone allografts were applied to the radial bone defect in New Zealand White rabbits to determine the biological effects. The degree of bone union was assessed with postoperative clinical signs, radiography, micro-computed tomography, and biomechanical analysis. Results: The biomechanical properties of cortical bone grafts preserved using glycerol and supercooling method were found to be comparable to those of normal bone while also significantly stronger than deep-frozen, cryopreserved, and lyophilized bone grafts. Preclinical research performed in rabbit radial defect models revealed that supercooled and glycerol-preserved bone allografts exhibited significantly better bone union than other groups. Conclusions: Considering the biomechanical and biological superiority, the supercooling technique could be one of the optimal preservation methods for cortical bone allografts. This study will form the basis for a novel application of supercooling as a bone material preservation technique.
Kim, Byung-Seon;Peck, Jong-Hyun;Hong, Hi-Ki;Kang, Chae-Dong
Proceedings of the SAREK Conference
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2006.06a
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pp.132-137
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2006
Supercooled type ice slurry system is hard to keep a proper supercooling degree when solution becomes supercooling state. This is the reason of the ice blockage in pipe or cooling part due to an unstable cooling state. In this study, a cooling experiment was performed to pressurized solution in a stationary state. The behaviors during the supercooled aqueous solution were investigated at fixed flow rate of brine and aqueous solution of ethylene glycol 7 mass%. Also the effect to the freezing point of supercooled aqueous solution was investigated to the different pressure 101, 202, 303, and 404 kPa. At results, the pressure of the aqueous solution in the cylinder increased the supercooling degree increased and dissolution of supercooled point decreased.
The brine leakage is a tough problem in artificial freezing engineering. This paper takes the common soft clay in Wujiang District as the study object, and calcium chloride solutions with six salinity levels were considered. The 'classic' cooling curve method was employed to measure the freezing point of specimens after freeze-thaw. Results indicate that four characteristic stages can be observed including supercooling, abrupt transition, equilibrium and continual freezing, strongly dependent on the variation of unfrozen water content. Two characteristic points were found from the cooling curves, i.e., freezing point and initial crystallization temperature. A critical value for the former exists at which the increment lowers. The higher the saline content approximately linearly, lower the freezing point. In the initial five cycles, the freezing point increases and then stabilizes. Besides, the degree of supercooling was calculated and its correlations with water, salt and freeze-thaw cycles were noted. Finally, an empirical equation was proposed for the relationship of freezing point and three main factors, i.e., water content, saline content and freeze-thaw cycles. Comparison of calculated and measured data proves that it is reliable and may provide guidance for the design and numerical analysis in frozen soil engineering.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.20
no.10
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pp.3313-3321
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1996
A fundamental study in cooling and solidification process focused on ice storage was performed, including the interesting phenomena of density inversion, supercooling and dendritic ice. A numerical study was performed for natural convection and ice formation in the cooling and freezing processes with supercooling in a space between double cylinders. When water was cooled under the freezing point by a cooling wall in a cavity, solidification was not started at once, but a subcooled region was formed near the wall. Especially, when the cooling rate was low, subcooled region extended to a wide area. However, after a few minutes, supercooling is released by some triggers. Dendritic ice is suddenly formed within a subcooled region, and a dense ice layer begins to be developed from the cooling wall. Due to the difficulties, most previous studies on solidification process with numerical methods had not treated the supercooling phenomena, i.e. the case considering only the growth of dense ice. In this study, natural convection and ice formation considering existence of supercooling and dendritic ice were analyzed numerically with using finite difference method and boundary fixing method. The results of numerical analysis were well compared with the experimental results.
Supercooling storage refers to lowering the product temperature below its freezing point without phase transition and has the potential to extend shelf life. Nevertheless, supercooled objects are in a thermodynamically unstable state, and nucleation can occur spontaneously. To achieve supercooling storage, slow cooling and insulation are essential. Hence, a stepwise algorithm for the supercooling storage of pork loins was designed and validated in this study. Pork loins were stored at 3℃, -18℃, and -3℃ (freezing), and supercooled for 16 days. All samples remained in a supercooled state and were unfrozen at the end of storage. Supercooled pork loins were superior in terms of drip loss, cooking loss, and water-holding capacity compared to frozen samples. Additionally, supercooling treatment prevented discoloration, increase of volatile basic nitrogen, and microbial growth. Thus, supercooling of pork loin was achieved using a stepwise program and was effective to maintain meat quality.
Proceedings of the Korea Society for Energy Engineering kosee Conference
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2006.05a
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pp.317-324
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2006
This study aims to find out cooling characteristics of TMA(Tri-Methyl-Amine, ($CH_{3})_{3}N$) 25wt%-clathrate compound with ethanol($CH_{3}CH_{2}OH$) such as supercooling, phase change temperature and specific heat. For this purpose, ethanol is added as per weight concentration and cooling experiment is performed at $-6{\sim}-8^{\circ}C$, cooling heat source temperature, and it leads the following result. (1) Phase change temperature is decreased due to freezing point depression phenomenon. Especially, it is minimized as $3.8^{\circ}C$ according to cooling source temperature in case that 0.5w% of ethanol is added. (2) If 0.5wt% of ethanol is added, average supercooling degree is $0.9^{\circ}C $ and minimum supercooling is $0.8,\;0.7^{\circ}C$ according to cooling heat source temperature. The restraint effect of supercooling is shown. (3) Specific heat shows tendency to decrease if ethanol is added. It is $3.013{\sim}3.048\;kJ/kgK$ according to cooling heat source temperature if 0.5wt% of ethanol is added. Phase change temperature higher than that of water and inhibitory effect against supercooling can be confirmed through experimental study on cooling characteristics of TMA 25wt%-water clathrate compound by adding additive, ethanol. This can lead to shorten refrigerator operation time of low temperature thermal storage system and improve COP of refrigerator and efficiency of overall system. Therefore energy can be saved and efficiency can be improved much more.
Transactions of the Korean Society of Automotive Engineers
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v.15
no.1
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pp.23-28
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2007
This study aims to find out cooling characteristics of TMA(Tri-Methyl-Amine, $(CH_3)_3N$) 25wt%-water clathrate compound with ethanol($CH_3CH_2OH$) such as supercooling, phase change temperature and specific heat. For this purpose, ethanol is added as per weight concentration and cooling experiment is performed at $-6{\sim}-8^{\circ}C$, cooling heat source temperature, and it leads the following result. (1) Phase change temperature is decreased due to freezing point depression phenomenon. Especially, it is minimized as $3.8^{\circ}C$ according to cooling source temperature in case that 0.5wt% of ethanol is added. (2) If 0.5wt% of ethanol is added, average supercooling degree is $0.9^{\circ}C$ and minimum supercooling is 0.8, $0.7^{\circ}C$ according to cooling heat source temperature. The restraint effect of supercooling is shown. (3) Specific heat shows tendency to decrease if ethanol is added. It is $3.013{\sim}3.048\;kcal/kg^{\circ}C$ according to cooling heat source temperature if 0.5wt% of ethanol is added. Phase change temperature higher than that of water and inhibitory effect against supercooling can be confirmed through experimental study on cooling characteristics of TMA 25wt%-water clathrate compound by adding additive, ethanol. This can lead to shorten refrigerator operation time of low temperature latent heat storage system and improve COP of refrigerator and efficiency of overall system. Therefore energy can be saved and efficiency can be improved much more.
Korean Journal of Air-Conditioning and Refrigeration Engineering
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v.6
no.4
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pp.354-364
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1994
Experiments have carried out to investigate the effects of parameters, such as mass ratio of R141b-to-water, stirrer speed, brine inlet temperature, brine flowrate, and additives, on the performance of the cool storage system using R141b clathrate. The cool storage system in this experiment was composed of storage tank, refrigerator, and heater. The results show that the mass ratio of R141b-to-water, 1 : 3~1 : 3.5 gives the best performance and the stirring speed has optimum point as 600rpm. At this speed impeller Reynolds number is $1.01{\times}10^5$. The lower the inlet brine temperature and the highter the brine flowrate, the better performance. The addition of metal powder turned out to reduce the degree of supercooling. The supercooling reduction was proportional to the amount of the metal power. However when metal powder was added more than 0.1 wt%, there was no additional supercooling reduction. The surfactants shortened the time consumed for cool storage to the half of no surfactant added case.
Park, Chun Ho;Park, Hye Sook;Yoon, Kyungah;Choe, Jeehwan
Journal of Animal Science and Technology
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v.63
no.4
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pp.884-891
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2021
The study aimed to evaluate pork loin quality after short-term (ten-day) storage in a supercooling refrigerator. Pork loin samples were stored for 10 days in a traditional refrigerator (control) and a commercially available supercooling refrigerator (SC). Pork quality measurements included meat pH, meat color, water holding capacity (drip loss and cooking loss), tenderness (hardness), and a sensory evaluation. Temperature changes of 0.45 ± 0.2℃ and 0.02 ± 0.25℃ occurred in the control and the SC, respectively, during 10 days of storage. The temperature in the SC chamber did not remain below freezing point, failing to meet expectations. Regarding the pork quality measurements, only the drip losses in the control and the SC were significantly different (4.45% vs. 2.59%, p < 0.01) after 10 days of storage. There were no significant differences between the two types of refrigerator in terms of the other measurements. Additionally, the overall acceptability of the pork loin did not vary significantly between the control and the SC when the sensory evaluation was performed. Therefore, a commercial SC could prove beneficial in terms of water holding capacity during the short-term storage of meat. Further research should be performed to evaluate quality changes that occur during long-term storage of meat in SC s and evaluate a wide range of meat, such as beef and chicken.
Kim, Jinse;Park, Jong Woo;Jung, Hyun Kyung;Park, Seok Ho;Choi, Dong Soo;Kim, Yong Hoon;Lee, Soo Jang;Park, Chun Wan;Lee, Young Hee
Food Engineering Progress
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v.22
no.4
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pp.321-327
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2018
The main purposes of this study were to identify the factors affecting the supercooling property and to improve the possibility of supercooling storage of fruits and vegetables. Freezing point and nucleation temperature, moisture content, hardness, sugar content, and pH of nineteen fruits and vegetables were measured and Pearson correlation analysis was performed. Freezing point showed a statistically significant correlation with moisture content and sugar content (p<0.01), while ice nucleation temperature showed a correlation (p<0.05) only for sugar content. In particular, the water content and sugar content did not show any correlation with the freezing supercooling difference (FSD). From the correlation analysis between FSD, aerobic bacteria, lactic acid bacteria, yeast, and mold, FSD showed a correlation (p<0.01) with aerobic bacteria. The experiments of the saline solutions inoculated with aerobic bacteria at different concentrations showed FSDs of about 2 for saline inoculated with 9.4 log CFU/mL and about 6 for saline inoculated lower than 5 log CFU/mL. Therefore, the aerobic bacteria concentration was determined to be a key factor affecting the supercooling storage of fruits and vegetables.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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