コールドチェーンを目的とした機能性氷・氷スラリーの開発 Development of functional ice/ice slurry for cold chain 中央大学理工学部精密機械工学科教授松本浩二 2010.11.25（木） JST新技術説明会於：JST東京本部 1 コールドチェーンを目的としたオゾンマイクロバブルによるオゾン氷の生成研究背景近年品質管理と食料品価格の高騰鮮度保持技術の向上 ☆食品の輸送エネルギーの減少 ☆食品の貯蔵効率の向上注目鮮度保持技術食品流通システムに大きな貢献従来の生鮮食品の鮮度保持方法オゾン水が効果的そこで効果の保持が困難オゾン氷が注目 2 研究目的オゾン氷を用いた食品の鮮度保持・エネルギーコストの減少冷凍することに比べ、・解凍による品質や鮮度の劣化がないオゾン氷が安価・容易に製造オゾン氷の普及従来の生成方法密閉加圧式によるオゾン氷の生成問題点装置の耐圧化大型化・高コスト 3 本研究のオゾンMB含有氷生成方法気泡を用いた生成方法マイクロバブル(MB)を用いたオゾン氷の生成オゾンマイクロバブル注入水マイクロバブル ●粒子径数十μm程度の気泡 ●高密度に分散冷却オゾンMB含有氷特徴オゾンガス ●殺菌・脱臭効果 ●残留性がない耐圧構造不要 ⇒ 『システムの安価・小型化実現』氷によるオゾンマイクロバブルの保持 ⇒ 『生鮮食品の鮮度保持・殺菌・消臭』 MBによる「溶存＋気泡」の高気泡含有率の氷生成 ⇒ 『高濃度オゾンMB含有氷が生成可能』『常圧下で，溶存＋気泡で溶解度以上の氷の生成可能』 ⇒生鮮食品の輸送（コールドチェーン）に有効！！ 4 本研究のMB含有氷生成方法平板状の冷却板を用い，MB含有水中で氷の生成を行う θ ＋ MB含有水冷却板気泡含有氷研究の初期段階として… 酸素MBを用いて，冷却面角度を変化させることで生成される氷の特徴を検討 5 気泡含有率測定オゾン濃度測定実験装置・実験条件 ρ0 − ρ φ= ρ0 KI法 Water Thermostat bath ただし Brine tube φ：気泡含有率 ρ 0：純氷の密度 ρ Cooling plate O2 cylinder Ice Stirrer Tank オゾン封入率 e r 氷中オゾン濃度 × 100 液中オゾン濃度 MB generator MB water ： MB含有氷の密度水量液温冷却面平均温度製氷時間酸素流量攪拌速度約20[Ｌ] 2.5～3.5[℃] ‐10[℃] 20[min] 0.45[L/min] 180[rpm] 6 実験結果ー生成した氷の形状（O2ガス使用）（MBなし）０° ０° 多４５° ９０° 気泡による窪み少冷却面を０°から傾けていくことで肥大化した気泡が除去されやすくなり窪みが減少 7 30 20 10 0 0 20 40 製氷量 [ｇ] 60 冷却面をある程度傾けることで肥大化した気泡が除去され，気泡含有率，気泡含有率製氷量が増加製氷量オゾン封入率氷中オゾン濃度 60 15 40 10 20 5 0 0 15 30 45 60 75 冷却面角度 [°] 90 氷中オゾン濃度 [ppm] 冷却面角度０°（ MBなし）０° ４５° ９０° オゾン封入率 [％] 氷中酸素気泡含有率 [％] 実験結果ー気泡含有率，製氷量，オゾン濃度 0 氷中氷中気泡含有率が高くなると，氷中気泡含有率オゾン濃度も上昇オゾン濃度 8 -20℃程度の低温食品冷蔵が可能な人に優しい氷スラリーの提案研究目的研究目的従来の工業材料を使用した二次冷媒 ⇒ 漏洩時の安全性に影響がある ⇒ 管内での生成氷による管内閉塞の可能性環境にやさしく，人体への安全性の確保壁面氷結せずに連続生成できる壁面氷結せず食用植物油，食品添加物，食用乳化剤で生成した W/Oエマルションによる氷スラリーを使用した二次冷媒を提案 9 W/Oエマルション・氷スラリー W/Oエマルション(23℃) W/Oエマルション拡大図氷スラリー(IPF30%) 氷スラリー内の氷粒(IPF30%) 10 氷スラリーの利用温度必要とされる氷スラリー温度・2～5℃の食品冷蔵 -5℃程度・チルド・スーパーチルドでの利用 -5℃～-20℃程度人に優しい氷スラリーの特徴・人に優しく，食品の低温域での冷却・冷蔵に利用可能・長時間の氷スラリー生成でも壁面氷結を起こさない・食用材料を使用しているため廃棄時の環境負荷を低減することが可能・氷スラリーのため循環させて利用することが可能・氷スラリーのため搬送の自由度大・熱負荷追従性が良い 11 W/Oエマルション・氷スラリー生成実験装置実機での利用例攪拌機製氷部貯蔵部 Ice slurry エマルション・氷スラリー恒温槽 (オーロラブライン) Emulsion エマルションの組成比水溶液と油の組成比水溶液油水溶液濃度乳化剤添加濃度 8:2 7:3 880ml 770ml 220ml 330ml 5vol% ～ 25vol% 0.03vol% ～ 0.09vol% 12 氷スラリーの二次冷媒としての評価見かけの粘度(Pa・s) エマルションの見かけの粘度 Harmless emulsion (PG solution) * 人に優しいエマルション(PG水溶液) 20 分散相を水溶液化エマルションの見かけの粘度が上昇 15 従来の人に優しいエマルション 0 10 20 水溶液濃度(vol%) 氷スラリーの流動性低下 * PG:プロピレングリコール粘度は電圧印加により大幅に低減可能！ 13 氷スラリーの二次冷媒としての評価製氷量と使用可能温度低温冷蔵の温度領域で・・・使用可能温度[℃] Temperature (℃) 0 ・十分な製氷量が得られる -5 (7：3) -10 (8：2) -15 0 10 20 30 IPF (%) IPF(氷充填率)[%] PG5vol% PG10vol% PG15vol% PG20vol% PG25vol% PG5vol% PG10vol% PG15vol% PG20vol% PG25vol% 40 ・-20℃程度まで流動性を維持二次冷媒として使用可能水溶液濃度を変化させることで適した冷媒温度が得られる 14 エマルション・氷スラリーの再生成氷スラリー生成(IPF30%以下) (1) 無攪拌状態二種類の方法で融解 (2) 攪拌状態再度エマルション，氷スラリー生成攪拌，無攪拌ともに繰り返し生成可能 IPF30%以下で蓄熱材として使用可能 15 従来技術とその問題点・オゾンマイクロバブル含有オゾン氷：・既に実用化されているものには，圧力容器によるオゾン氷が，１）圧力容器が必要で，設備が大規模・高コストになる．２）氷中のオゾン濃度が低い等の問題がある．・人に優しい氷スラリー：・工業製品から生成されたものは，食品と直接接触すると人体被害が起こる可能性がある． 16 新技術の特徴・従来技術との比較・オゾンマイクロバブル含有オゾン氷： 1)高濃度のオゾンの保持が可能となる． 2)食品の冷蔵・殺菌・消臭が同時に可能． 3)次亜塩素酸ナトリウム等を使用しないで殺菌でき，それらの廃棄による環境汚染もない． 4)殺菌後の食品は処理なしで食べることができる. ・人に優しい氷スラリー：１）-20℃程度の低温域での食品冷蔵が可能． 2) ビル空調，食品の冷蔵，及び空調・食品冷蔵を同時に行うハイブリッドシステム等が実現可能． 3) 保冷車での冷凍機の代替冷蔵が可能． 17 想定される用途・食品冷蔵・殺菌・消臭・生鮮食品の流通（コールドチェーン）・保冷車での冷凍機の代替冷蔵・食品冷蔵と空調のハイブリッドシステム 18 想定される業界・食品製造業，食品加工業，食品小売業，生鮮食品流通業，運輸，食品ショーケース製造，冷蔵システムの設備関連企業など 19 実用化に向けた課題 • 氷・氷スラリー生成システムの簡素化 • 実機に近いスケールでの実証実験． • 効率の更なる向上．・殺菌効果の実証実験. 20 企業への期待 • 食品関連，食品流通関連企業と共同研究を希望 • 新たに食品の冷蔵・殺菌・消臭分野，生鮮食品流通分野への展開を考えている企業には，本技術の導入が有効と思われる． 21 本技術に関する知的財産権 • 発明の名称：氷の気泡含有率の高いオゾン氷、該オゾン氷の製造方法及び製造装置 • 出願番号：特願2009-199063 • 出願人：学校法人中央大学 • 発明者：松本浩二・寺岡喜和・清水芳郎 • • • • 発明の名称：蓄熱材，蓄熱システム及び蓄熱材の製造方法出願番号：特願2007-217475 （特開2009-51878 ）出願人：学校法人中央大学発明者：松本浩二・松本健吾 22 研究プロジェクトの紹介・プロジェクト名：機能性氷・氷スラリーの食品冷蔵への展開・主管学会：日本冷凍空調学会・期間：2010.9～2012.8 ・主査：松本浩二（中央大）・参加企業：9社（東京電力，新日本空調，大氣社，高砂熱学工業，東洋製作所，新菱冷熱工業，前川製作所，ニチレイフーズ，日立プラントテクノロジ－）・参加大学：4校（中央大学，青山学院大学，信州大学，東京海洋大学） 23 お問い合わせ先中央大学研究支援室渡部，加藤ＴＥＬ０３－３８１７－１６０３ＦＡＸ０３－３８１７－１６７７ e-mail [email protected] 24