| 研究課題/領域番号 |
23560221
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| 研究機関 | 金沢大学 |
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研究代表者 |
多田 幸生 金沢大学, 機械工学系, 准教授 (20179708)
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| 研究分担者 |
瀧本 昭 金沢大学, 機械工学系, 教授 (20019780)
大西 元 金沢大学, 機械工学系, 助教 (80334762)
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| キーワード | 凍結 / 超音波振動 / 過冷却 / 氷晶形成 / 食品 |
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| 研究概要 |
コールドチェーンの発達に伴って食品を安全かつ美味しく凍結保存する技術の確立が求められている．凍結保存は原理的には，低温化と活性水分の低減により生化学反応の抑制を図るものであるが，凍結の過程で細胞レベルのミクロ現象が生じ，これが各種の凍結損傷に繋がる．したがって，食品の品質を劣化させない効果的な凍結技術の開発が課題となる．本研究では，超音波振動を利用した凍結過程における氷晶形成の能動的制御を追究する．すなわち，超音波の付与によるミクロな振動を利用して，過冷却の促進および細胞内外の氷結晶の微細化を図り，それによる高品質な凍結を実現する冷却技術の開発を目標とする．
本年度は，昨年度の結果をもとに，食品の主構成要素である水の過冷却促進を実現するための操作条件を超音波振動に変動磁場を併用する方式について実験的な検討を進めた．その結果，両者を併用すると，低過冷却度での核生成は少なくなり，若干ではあるが平均過冷却度が増加する傾向が確認された．また，理論的な検討としてTIP6P水分子モデルを用いた氷晶成長の分子動力学シュミレーションを行い，適度な強度の微小攪乱を一定回数付与した場合に一時的に氷晶成長が抑制されることが見出された．
研究期間全体を通じて以下の成果が得られた．(1)振幅を一定周期で変化させる振幅変調超音波振動を付与すると，弱い過冷却の促進効果が見られた．(2)変動磁場を併用すると，協同効果によるさらなる過冷却促進効果が生じる．しかし，本研究で得られた過冷却促進効果は約0.5K程度と小さく，食品凍結に利用するためには一層の効果の向上が必要である．（3) 分子動力学シュミレーションの結果，交番電場による微小攪乱を水に与えると，水素結合ネットワークが攪乱される結果，氷晶成長が一次的に遅れる場合があることが見出された．攪乱の与えた方と過冷却度の関係の検討が今後の課題である．
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