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2016 年度 実績報告書

パルスパワー・プラズマによる青果物の収量改善と鮮度保持科学の深化

研究課題

研究課題/領域番号 15H02231
研究機関岩手大学

研究代表者

高木 浩一  岩手大学, 理工学部, 教授 (00216615)

研究分担者 大嶋 孝之  群馬大学, 大学院理工学府, 教授 (30251119)
王 斗艶  熊本大学, パルスパワー科学研究所, 准教授 (30508651)
林 信哉  九州大学, 総合理工学研究院, 准教授 (40295019)
秋山 雅裕  岩手大学, 理工学部, 准教授 (50611430)
研究期間 (年度) 2015-04-01 – 2019-03-31
キーワードパルスパワー / プラズマ / 静電気 / 発芽促進 / 生長促進 / 鮮度保持 / 酵素活性制御 / ストレス
研究実績の概要

本研究では、「パルスパワー放電による青果物の収量改善とその鮮度保持科学の深化」を「パルスパワー電源開発」、「植物発芽・生長促進」、「生鮮食品鮮度保持」の3つの観点より科学的・工学的に探究することで、農工連携学術領域の確立を目的とする。今年度の成果として、パルスパワー電源開発では、前年度開発した電源を用いて実験を行い、その結果を受けて本研究に適した出力波形になるように回路パラメータの見直しを行った。加えて、本分野の研究の裾野を広げるために必要となる電源の小型化や半導体部品などの汎用化を行った。この成果により、本研究グループ以外でも容易に本研究分野の内容を実施することが可能となった(アグリビジネスフェアなどで展示)。開発電源も活用し、植物の発芽や生長促進効果の機序についても研究を進めた。発芽促進では、プラズマ照射の効果は第一世代だけではなく、第二世代にも効果が続くことが明らかとなった。第二世代種子で発現する遺伝子についても解析を行い、酸化ストレス関連の遺伝子が有意に増加することなどが、機序として明らかにされた。実用面でも、トマトの幼苗に重大な影響を与える青枯れ病菌を用いた幼苗試験などを実施した。循環水にプラズマ照射を行い、それを用いてトマト幼苗の栽培を行うことで、青枯れ病菌の影響が抑えられること、また水中のラジカルが青枯れ病菌不活性化の主要因であることなども明らかにした。鮮度保持については、空気清浄用のパルス放電デバイスを開発し、その空中浮遊菌に対する捕集効果と殺菌能力を評価した。パルス電源のdutyによって、捕集や殺菌能力が変化することが明らかとなった。また、食品分野についても、クエン酸の発酵過程において、適度なパルス電界を加えることで活性が上がること、清酒の工程に含まれる火入れによる酵素失活に並行してパルス電界の印加による、αアミラーゼの構造と活性の変化を明らかにした。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

1: 当初の計画以上に進展している

理由

本研究は、「パルスパワー放電による青果物の収量改善とその鮮度保持科学の深化」を「パルスパワー電源開発」、「植物発芽・生長促進」、「生鮮食品鮮度保持」の3つの観点より科学的・工学的に探究し、農工連携学術領域の確立を目的とする。昨年度は、研究目的を期間内に達成するため、研究分担者および代表者が、それぞれの実施内容が進められるように基盤整備を行い、加えて研究のプラットフォーム創出のためのパルスパワー電源の開発などを行った。今年度は、昨年度それぞれの研究担当者が進めた研究を、さらに学理深化として発芽・生長促進、鮮度維持などの高電圧・プラズマの効果のメカニズムや機序を明らかにすることを進めるとともに、それぞれの実施内容および成果について情報共有するとともに、連携によってシナジー効果的な成果へつなげることを計画していた。成果として、それぞれが進めている学理深化については、研究実績で述べたように、発芽に対する遺伝子解析で、酸化ストレス系の遺伝子に影響があることなど、多くの機序を明らかにするに至っている。また研究のプラットフォームについても、電源の汎用化や回路パラメータの見直し、加えてプラズマ発生方法(電極構造など)の工夫により、おおよそ実現できつつある。また、10月には研究担当者が集まり、お互いの成果を発表し、それについて議論を深め、情報を共有するとともに、研究者間の連携の素地を構築できた。本研究の成果は、複数の学会のシンポジウムや解説記事などとして公表することとなり、本分野の研究を、主体的に推進するに至っている。また、IOPの学術誌より、本研究グループへレビュー論文の執筆を依頼されるなど、世界的にも研究の成果が認知されつつある。以上の状況から、当初の計画以上に進展しているとの判断に至った。

今後の研究の推進方策

初年度は、研究代表および研究分担者が、それぞれ分担している研究テーマの実施に必要な研究環境の整備、またこれまでの研究資産を活用して、本研究テーマの進捗に資する実験を行っている。加えて、研究プラットフォーム構築に必要となるパルス電源の開発や
、それらの制御手法の確立を行た。そして2年目は、研究代表が中心となり、研究分担者との情報共有を密にして、お互いの成果や得られている知見を共有しつつ、本分野を日本・世界で牽引するように展開していくことを意識しつつ、学理深化とプラットフォーム形成、成果の発信などを推し進めた。ここまでは、おおよそ計画通りに進められており、また成果の発信については、当初の計画を上回るペースで行えている。3年目となる次年度も、お互いの成果の共有のための推進会議を、群馬大学で10月頃に行い、論文の特集号や、研究会でのテーマ付きセッションなどの提案も行っていき、本研究に携わっている研究者を核にしつつ、本分野の研究者の裾野拡大をさらに推し進めていく。また、バイオ研究者、植物生理学を専門とする研究者との情報交換や連携も積極的に展開し、本分野の学理深化を目指すことを計画している。

  • 研究成果

    (25件)

すべて 2017 2016

すべて 雑誌論文 (13件) (うち査読あり 13件、 謝辞記載あり 4件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (12件) (うち国際学会 6件)

  • [雑誌論文] Inactivation of bacteria on plant seed surface by low-pressure RF plasma using a vibrating stirring device2017

    • 著者名/発表者名
      Ono Reoto、Uchida Shohei、Hayashi Nobuya、Kosaka Rina、Soeda Yasutaka
    • 雑誌名

      Vacuum

      巻: 136 ページ: 214~220

    • DOI

      10.1016/j.vacuum.2016.07.017

    • 査読あり
  • [雑誌論文] External AC Electric Field-Induced Conformational Change in Bovine Serum Albumin2017

    • 著者名/発表者名
      Okumura Takamasa、Yamada Kazuki、Yaegashi Taro、Takahashi Katsuyuki、Syuto Bunei、Takaki Koichi
    • 雑誌名

      IEEE Trans. Plasma Sci.

      巻: 45 ページ: 489~494

    • DOI

      10.1109/TPS.2017.2657748

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Removal of Ethylene and By-Products Using Packed Bed Dielectric Barrier2017

    • 著者名/発表者名
      J. Nishimura, T. Kawamura, K. Takahashi, Y. Teramoto, K. Takaki, S. Koide, M. Suga, T. Orikasa, T. Uchino
    • 雑誌名

      Electronics and Communications in Japan

      巻: 100 ページ: 3-11

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Inactivation of Bacteria Using Discharge Plasma under Liquid Fertilizer in Hydroponic Culture System2017

    • 著者名/発表者名
      T. Okumura, Y. Saito, K. Takano, K. Takahashi, K. Takaki, N. Satta, T. Fujio
    • 雑誌名

      Plasma Medicine

      巻: 6 ページ: 247-254

    • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Long period preservation of marine products using electrostatic field2016

    • 著者名/発表者名
      T. Okumura, T. Yaegashi, K. Yamada, T. Ito, K. Takahashi, S. Aisawa, K. Takaki, S. Yamazaki, B. Syuto
    • 雑誌名

      Jpn. J. Appl. Phys.

      巻: 55 ページ: 07LG07-1-4

    • DOI

      10.7567/JJAP.55.07LG07

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] 生酒の香りと味に及ぼす交流電界印加の効果2016

    • 著者名/発表者名
      奥村賢直,千葉健登,八重樫大郎,山田和樹,伊藤孝徳,高橋克幸,高木浩一,山崎森敬,首藤文栄,工藤朋
    • 雑誌名

      プラズマ応用科学

      巻: 23 ページ: 46-50

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Effects of plasma irradiation using various feeding gases on growth of Raphanus sativus L.2016

    • 著者名/発表者名
      Thapanut Sarinont, Takaaki Amano, Pankaj Attri, Kazunori Koga, Nobuya Hayashi, Masaharu Shiratani
    • 雑誌名

      Archives of Biochemistry and Biophysics

      巻: 605 ページ: 129-140

    • DOI

      10.1016/j.abb.2016.03.024

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Growth enhancement and gene expression of Arabidopsis thaliana irradiated with active oxygen species2016

    • 著者名/発表者名
      Satoshi Watanabe, Reoto Ono, Nobuya Hayashi, Masaharu Shiratani, Kosuke Tashiro,Satoru Kuhara, Asami Inoue, Kaori Yasuda, and Hiroko Hagiwara
    • 雑誌名

      Japanese Journal of Applied Physics

      巻: 55 ページ: 07LG10-1-6

    • DOI

      10.7567/JJAP.55.07LG10

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Engineering of operation condition in milk pasteurization with PEF treatment2016

    • 著者名/発表者名
      Takayuki Ohshima, Takanori Tanino, Tsuyoshi Kameda, Hiroyuki Harashima
    • 雑誌名

      Food Control

      巻: 68 ページ: 297-302

    • DOI

      10.1016/j.foodcont.2016.03.047

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Characteristics of surface sterilization using electron cyclotron resonance plasma2016

    • 著者名/発表者名
      Akira Yonesu, Kazufumi Hara, Tatsuya Nishikawa, Nobuya Hayashi
    • 雑誌名

      Japanese Journal of Applied Physics

      巻: 55 ページ: 07LG08-1-6

    • DOI

      10.7567/JJAP.55.07LG08

    • 査読あり
  • [雑誌論文] GFP Transduction into HeLa Cells Using Atmospheric-Pressure Helium Plasma Jet2016

    • 著者名/発表者名
      Haruka Higashi, Douyan Wang, Taishi matsuoka, Takao Namihira, Hidenori Akiyama, Hisato Saitoh
    • 雑誌名

      IEEE Transactions on Plasma Science

      巻: 44 ページ: 1137-1143

    • DOI

      10.1109/TPS.2016.2570241

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Simultaneous decomposition of phenol and sodium formate by discharge inside bubble in water2016

    • 著者名/発表者名
      Masashi Iwabuchi, Wada Keita, Katsuyuki Takahashi, Koichi Takaki, Naoya Satta
    • 雑誌名

      Transactions of the Materials Research Society of Japan

      巻: 41 ページ: 183-187

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Influence of sodium carbonate on decomposition of formic acid by pulsed discharge plasma inside bubble in water2016

    • 著者名/発表者名
      Masashi Iwabuchi, Katsuyuki Takahashi, Koichi Takaki, Naoya Satta
    • 雑誌名

      Japanese Journal of Applied Physics

      巻: 55 ページ: 07LF02

    • DOI

      10.7567/JJAP.55.07LF02

    • 査読あり
  • [学会発表] Evaluation of Hydroxyl Radicals Produced by Discaharge Inside Bubble in Water with Organic Dye2017

    • 著者名/発表者名
      Katsuyuki Takahashi, Ryosuke Konno, Koichi Takaki, Naoya Satta
    • 学会等名
      9th International Symposium on Advanced Plasma Science and its Applications for Nitrides and Nanomaterials / 10th International Conference on Plasma-Nano Technology & Science
    • 発表場所
      Kasugai, Japan
    • 年月日
      2017-03-01 – 2017-03-05
    • 国際学会
  • [学会発表] Influence of Oxygen Concentration on Ethylene Removal Using Dielectric Barrier Discharge2017

    • 著者名/発表者名
      Takuma Motodate, Junki Nishimura Katsuyuki Takahashi, Koichi Takaki, Shoji Koide
    • 学会等名
      9th International Symposium on Advanced Plasma Science and its Applications for Nitrides and Nanomaterials / 10th International Conference on Plasma-Nano Technology & Science
    • 発表場所
      Kasugai, Japan
    • 年月日
      2017-03-01 – 2017-03-05
    • 国際学会
  • [学会発表] valuation of Hydroxyl Radicals generated by Discharges inside bubble in Water2017

    • 著者名/発表者名
      Katsuyuki Takahashi, Ryosuke Konno, Koichi Takaki and Naoya Satta
    • 学会等名
      35th Symposium on Plasma Processing (SPP34)/ The 29th Symposium on Plasma Science for Materials (SPSM29)
    • 発表場所
      北海道大学(北海道札幌市)
    • 年月日
      2017-01-16 – 2017-01-18
  • [学会発表] Water remediation using plasma discharge under water with advanced oxidation process2017

    • 著者名/発表者名
      Katsuyuki Takahashi, Koichi Takaki and Naoya Satta
    • 学会等名
      1st International symposium on application of high-voltage, plasmas & micro/nano bubbles to agriculture and aquaculture
    • 発表場所
      Chiang mai, Thailand
    • 年月日
      2017-01-05 – 2017-01-06
    • 国際学会
  • [学会発表] Evaluation of hydroxyl radicals produced by discharges inside bubble in water with organic dye2016

    • 著者名/発表者名
      Ryosuke Konno, Katsuyuki Takahashi, Koichi Takaki, Naoya Satta
    • 学会等名
      The 3rd Taiwan-Japan Workshop on Plasma Life Science and Technology
    • 発表場所
      New Taipei, Taiwan
    • 年月日
      2016-12-16 – 2016-12-17
    • 国際学会
  • [学会発表] Influence of oxygen concentration on ethylene removal using dielectric barrier discharge2016

    • 著者名/発表者名
      Takuma Motodate, Junki Nishimura Katsuyuki Takahashi, Koichi Takaki, Shoji Koide
    • 学会等名
      The 3rd Taiwan-Japan Workshop on Plasma Life Science and Technology
    • 発表場所
      New Taipei, Taiwan
    • 年月日
      2016-12-16 – 2016-12-17
    • 国際学会
  • [学会発表] Inactivation of bacteria using discharge plasma under liquid fertilizer in hydroponic culture system2016

    • 著者名/発表者名
      Takamasa Okumura, Kohei Takano, Yoshinori Saito, Katsuyuki Takahashi, Koichi Takaki, Naoya Satta, Takuya Fujio
    • 学会等名
      The 22nd International conference on advanced oxidation technologies for treatment of water, air and soil
    • 発表場所
      Atlanta Georgia, USA
    • 年月日
      2016-11-13 – 2016-11-17
    • 国際学会
  • [学会発表] 水中放電を用いた水耕栽培溶液中の細菌失活化2016

    • 著者名/発表者名
      奥村賢直,高野光平,齊藤義典,高橋克幸,高木浩一,颯田尚哉,藤尾拓也
    • 学会等名
      第77回応用物理学会秋期講演大会
    • 発表場所
      朱鷺メッセ(新潟県新潟市)
    • 年月日
      2016-09-13 – 2016-09-16
  • [学会発表] 有機染料を用いた水中気泡内放電によるヒドロキシラジカル生成量の定量評価2016

    • 著者名/発表者名
      金野良介,高橋克幸,高木浩一,颯田尚哉
    • 学会等名
      第77回応用物理学会秋期講演大会
    • 発表場所
      朱鷺メッセ(新潟県新潟市)
    • 年月日
      2016-09-13 – 2016-09-16
  • [学会発表] 二酸化炭素含有雰囲気における誘電体バリア放電とナノ粒子担持ゼオライトの併用によるエチレン除去特性2016

    • 著者名/発表者名
      高橋克幸,西村絢希,本館拓真,高木浩一,小出章二,寺本慶之
    • 学会等名
      第26回環境工学総合シンポジウム2016講演論文集
    • 発表場所
      金沢歌劇座(石川県金沢市)
    • 年月日
      2016-06-29 – 2016-07-01
  • [学会発表] 低酸素環境下におけるバリア放電によるエチレン除去2016

    • 著者名/発表者名
      本館拓真,西村絢希,高橋克幸,高木浩一,小出章二
    • 学会等名
      プラズマ・パルスパワー・放電合同研究会
    • 発表場所
      岩手大学(岩手県盛岡市)
    • 年月日
      2016-05-26 – 2016-05-27
  • [学会発表] 水中気泡内放電による活性種生成量の評価2016

    • 著者名/発表者名
      金野良介,岩渕将史,高橋克幸,高木浩一,颯田尚哉
    • 学会等名
      プラズマ・パルスパワー・放電合同研究会
    • 発表場所
      岩手大学(岩手県盛岡市)
    • 年月日
      2016-05-26 – 2016-05-27

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公開日: 2018-01-16  

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