不凍化蛋白質を用いた食品や医療の安全性向上・省エネルギー化に適する氷成長抑制

2011 年度 研究成果報告書

• 研究課題/領域番号: 21360097
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 熱工学
• 研究機関: 京都工芸繊維大学
• 研究代表者: 萩原 良道 京都工芸繊維大学, 工芸科学研究科, 教授 (50144332)
• 連携研究者: 角田 直人 九州大学, 工学研究院, 准教授 (70345437)
• 研究期間 (年度): 2009 – 2011
• キーワード: 省エネルギー / 蛋白質 / 結晶成長 / 生物物理 / ナノバイオ

研究概要

不凍化蛋白質水溶液の一方向冷却を行い、濃度場推定と近赤外光を利用した温度場測定を行った。その結果、この蛋白質水溶液に特有の鋸刃状氷表面近傍では、冷却方向と直角方向に熱流束があること、その原因として不凍化蛋白質の高濃度域が考えられることを得た。さらに、不凍化蛋白質と塩化ナトリウムの混合水溶液における界面温度が、各々の水溶液の界面温度より低いことを実験的に明らかにした。このことと首尾一貫する分子動力学解析結果を得た。

研究成果

• [雑誌論文] Temperature distribution and local heat flux in the unidirectional freezing of antifreeze-protein solution, Int. (2012)
  • 著者名/発表者名: Y. Hagiwara and D. Yamamoto
  • 雑誌名: J. Heat and Mass Transfer 巻: Vol.55, No.9-10 ページ: 2384-2393
  • DOI: DOI:10.1016/j.ijheatmasstransfer
  • URL: http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S001793102000361.
  • 査読あり
• [雑誌論文] Cooperative effect of ions and winter flounder antifreeze protein near the ice/water interface (2012)
  • 著者名/発表者名: K. Hayakari and Y. Hagiwara
  • 雑誌名: Molecular Simulation 巻: Vol.38, No.1 ページ: 26-37
  • DOI: DOI:10.1080/08927022.2011.600759
  • URL: http://www.tandfonline.com/doi/abs/10.1080/08927022.2011.600759
  • 査読あり
• [雑誌論文] Sakurai and R. Nakanishi, Temperature of the solution of winter flounder antifreeze protein near ice surfaces in a narrow space, J. (2010)
  • 著者名/発表者名: Y. Hagiwara, R.
  • 雑誌名: Crystal Growth 巻: vol.312, No.2 ページ: 314-322
  • DOI: DOI:10.1016/j.crysgro.2009.10.056
  • URL: http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S00220248/312/2
  • 査読あり
• [学会発表] 微小流路内水流の凝固過程における温度場・速度場計測 (2011)
  • 著者名/発表者名: 大西洋輔, 萩原良道, 山本大智, 前田穣, 北川石英
  • 学会等名: 日本機械学会熱工学コンファレンス2
  • 発表場所: 浜松市,静岡大学
  • 年月日: 2011-10-30
• [学会発表] 特定波長の近赤外光の吸収を用いた氷・不凍タンパク質水溶液界面近傍の温度場計測 (2011)
  • 著者名/発表者名: 萩原良道, 山本大智
  • 学会等名: 日本機械学会熱工学コンファレンス
  • 発表場所: 浜松市,静岡大学
  • 年月日: 2011-10-30
• [学会発表] 二次元ダクト内の過冷却水における氷結晶成長に関する数値解析 (2011)
  • 著者名/発表者名: 鶴ヶ崎辰也, 立田健人, 萩原良道, 高木知弘
  • 学会等名: 日本機械学会熱工学コンファレンス
  • 発表場所: 浜松市,静岡大学
  • 年月日: 2011-10-29
• [学会発表] A mixed solution of saline and HPLC6 and its effects on the interface with ice in unidirectional freezing (2011)
  • 著者名/発表者名: Y. Maeda, D. Yamamoto and Y. Hagiwara
  • 学会等名: 1st International Ice-binding Conference
  • 発表場所: カナダキングストン市,クィーンズ大学.
  • 年月日: 2011-08-05
• [学会発表] Temperature and heat flux of HPLC6 solution near serrated ice surfaces in unidirectional freezing (2011)
  • 著者名/発表者名: Y. Hagiwara and D. Yamamoto
  • 学会等名: 1st International Ice-binding Conference
  • 発表場所: カナダキングストン市,クィーンズ大学
  • 年月日: 2011-08-05
• [学会発表] Effects of hydration due to sodium ions on the motion of winter flounder antifreeze protein near a pyramidal ice surface (2011)
  • 著者名/発表者名: K. Hayakari, Y. Hagiwara and K. Kuroshima
  • 学会等名: 1st International Ice-binding Conference
  • 発表場所: カナダキングストン市,クィーンズ大学
  • 年月日: 2011-08-05
• [学会発表] 微小領域での水溶液の一方向凍結における不凍タンパク質と塩化ナトリウムの協同効果 (2011)
  • 著者名/発表者名: 前田穣, 山本大智, 萩原良道
  • 学会等名: 第48回日本伝熱シンポジウム
  • 発表場所: 岡山市,岡山コンベンションセンター
  • 年月日: 2011-06-03
• [学会発表] 氷界面近傍の冬ガレイ由来不凍タンパク質水溶液中のタンパク質の局所濃度 (2011)
  • 著者名/発表者名: 山本大智, 櫻井亮, 萩原良道, 北川石英
  • 学会等名: 第48回日本伝熱シンポジウム
  • 発表場所: 岡山市,岡山コンベンションセンター
  • 年月日: 2011-06-02
• [学会発表] 水・氷・混合体における水分子への力学的振動が及ぼす影響に関する分子動力学的研究 (2011)
  • 著者名/発表者名: 黒島考平, 萩原良道, 早狩浩平
  • 学会等名: 第48回日本伝熱シンポジウム
  • 発表場所: 岡山市,岡山コンベンションセンター
  • 年月日: 2011-06-01
• [学会発表] 氷近傍の水中におけるイオンと不凍化タンパク質の相互作用 (2010)
  • 著者名/発表者名: 萩原良道, 早狩浩平
  • 学会等名: 第24回分子シミュレーション討論会
  • 発表場所: 福井市福井県県民ホール
  • 年月日: 2010-11-26
• [学会発表] 微小空間における不凍化タンパク質水溶液の氷界面近傍における局所温度および熱流束 (2010)
  • 著者名/発表者名: 山本大智, 大西洋輔, 萩原良道
  • 学会等名: 日本機械学会熱工学コンファレンス
  • 発表場所: 長岡市長岡科学技術大学
  • 年月日: 2010-10-31
• [学会発表] マイクロチャネル内水流における氷結晶の成長への不凍タンパク質の影響 (2010)
  • 著者名/発表者名: 大西洋輔, 山本大智, 萩原良道
  • 発表場所: 日本機械学会熱工学コンファレンス
  • 年月日: 2010-10-30
• [学会発表] Cooperative effect of winter flounder antifreeze protein and ions on the unidirectional freezing of their solution in a narrow space (2010)
  • 著者名/発表者名: Y. Hagiwara and D. Yamamoto
  • 学会等名: Physics and Chemistry of Ice
  • 発表場所: 札幌市,北海道大学
  • 年月日: 2010-09-09
• [学会発表] Local temperature and heat flux in the aqueous solution of antifreeze protein near ice surfaces in a narrow space (2010)
  • 著者名/発表者名: Y. Hagiwara, D. Yamamoto and Y. Ohnishi
  • 学会等名: 14th Int. Heat Transfer Conference
  • 発表場所: 米国ワシントンDC,オムニショアハムホテル
  • 年月日: 2010-08-11
• [学会発表] Inhibition of blockage by ice crystal in water in a micro-channel by using antifreeze protein Proc (2010)
  • 著者名/発表者名: Y. Hagiwara, Y. Ohnishi and D. Yamamoto
  • 学会等名: 14th Int. Heat Transfer Conference
  • 発表場所: 米国ワシントンDC,オムニショアハムホテル
  • 年月日: 2010-08-11
• [学会発表] Molecular dynamics analysis on the interaction among water, cations, anions and antifreeze protein (2010)
  • 著者名/発表者名: K. Hayakari, Y. Kanamori and Y. Hagiwara
  • 学会等名: 14th Int. Heat Transfer Conference
  • 発表場所: 米国ワシントンDC,オムニショアハムホテル.
  • 年月日: 2010-08-11
• [学会発表] Effects of local concentration on freezing solutions of winter flounder antifreeze protein, Proc
  • 著者名/発表者名: Y. Hagiwara, R. Sakurai, D. Yamamoto and A. Kitagawa
  • 学会等名: 8th ASME/JSME Thermal Engineering Joint Conference
  • 発表場所: 米国ハワイ州ホノルル市,ワイキキビーチマリオットホテル
• [備考] 特別講演Y. Hagiwara, Experimental and computational studies on the cooperative effects of ions and antifreeze protein, 2010年8月6日,米国ロサンジェルス市カリフォルニア州立大学ロサンジェルス校.
  • URL: http://www.cis.kit.ac.jp/~kitagawa/