2019 Fiscal Year Annual Research Report
Control of ice growth by the enhancement of movement of bio-inspired substances in water using an electric field and an acoustic field
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18K18823
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| Research Institution | Kyoto Institute of Technology |
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Principal Investigator |
萩原 良道 京都工芸繊維大学, 機械工学系, 特定教授 (50144332)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
和久 友則 京都工芸繊維大学, 分子化学系, 助教 (30548699)
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| Project Period (FY) |
2018-06-29 – 2020-03-31
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| Keywords | 熱工学 / 凍結 / 生物由来物質 / 電場 / 音場 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は、食材の保存・輸送と冷凍・冷蔵食品の製造・保存、幹細胞の保存、移植用組織と臓器の保存に用いられる氷・水混合体の氷成長を抑制することに焦点を絞り、高い安全性を保てる不凍ポリペプチドとセルロースナノファイバーを氷・水混合体に添加したうえで、電場と音場を付与して、これらの物質を氷表面に接近・衝突させ効果を高める新しい方法を確立することを目的とする。2019年度には、以下の結果を得た。
１．周囲を冷却した微細ガラス円管内の水の凍結過程を観察した結果、流れの有無にかかわらず、管内面から樹枝状結晶が成長して氷殻が形成され、それが管中心軸に向かって成長することが考えられた。水に、不凍タンパク質の一部をもとにした不凍ポリペプチドあるいはセルロースシングルナノファイバーを微量添加した際にも、同様の過程を観察した。そこで、樹枝状氷結晶時の温度を過冷却温度、時刻を過冷却解消時刻と定めた。
２．流れの有無にかかわらず、円管内の水に不凍ポリペプチドを添加することにより、過冷却温度が低下し、過冷却解消時刻が遅くなった。したがって、不凍ポリペプチドの添加により過冷却解消が阻害された。他方、セルロースシングルナノファイバーを添加しても、過冷却温度の低下と過冷却解消時刻の遅延は顕著ではなかった。
３．微細円管の入口と出口に電極を設け、円管軸方向に直流あるいは交流の電場を印加したところ、不凍ポリペプチド水溶液流の過冷却解消が早くなった。電場により、ポリペプチド分子あるいはその会合体の向きとそれらの移動の方向が管壁面に対し平行になり、氷核形成・氷殻成長の抑制につながらなかったためと考えられる。また、微細円管の軸方向に直流あるいは交流の電場を印加しても、セルロースシングルナノファイバー分散水流の過冷却温度と過冷却解消時刻に変化は見られなかった。
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