生鮮魚介類の長期保存を可能に する窒素ナノバブル水生成装置

九州工業大学 工学研究院 機械知能工学研究系

平木 講儒

北九州学術研究都市産学連携フェア

新技術説明会

北九州学術研究都市 産学連携センター 2013.10.24

ナノバブルとは？

直径が数百nm以下の気泡 ナノバブルは長期間安定して滞留可

生成後 消滅

従来技術とその問題点

超高速旋回方式 加圧溶解法

Pump

Micro bubble

Reservoir

Water

Gas

Nozzle

Gas

Water

Rotating blades

Micro bubble

・刃の高速回転により渦を発生 ・渦の崩壊により微細化を実現 ・低濃度のマイクロバブルを生成 ・連続的生成可能

・高圧下で気体を過飽和溶解 ・圧力解放により高濃度のマイクロ バブルを生成 ・粒径のばらつきが大きい

ナノバブル生成は困難

混合方式の分類 • 機械式混合器

• 静止型混合器

・連続的な混合はできない ・せん断場は一様に分布しない ・回転部を有するためメンテナンス が不可欠

・連続的供給が可能 ・一様なせん断場を形成可能 ・回転部がない

Blade

Shaft

Baffle plate

Motor， Transmission

Motionless mixer

Mixed fluid

A fluid

B fluid

P

P

ハニカム構造によるナノミキサー

H22年度 経産省地域イノベーション研究開発事業にて開発済み

ユニット分解図

ハニカムユニット

分散部 集合部

ハニカム板の 重ね合わせかた

特許 第3706872号 特許 第3706873号

（丸福水産）

ナノバブル生成に適したせん断場の形成

上流側 下流側

h：上下セル高さの合計 z:：上流側セル底面からの距離

圧力の急低下⇒気泡変形⇒せん断力により分裂

気泡の分裂の模式図（管路断面図）

7

魚の鮮度は、主に血液や油脂分の酸化と腐敗（好気性細菌の増殖）による 【 変色、異臭（酸化臭・腐敗臭）の発生、変質（硬化・軟化）、食味・食感の悪化など 】

酸化・腐敗（好気性細菌の増殖）の原因 ＝ 「酸素（O2）」

食品の酸化防止や長期保存には「真空パック」や「酸化防止剤」が使われている

魚を冷却した酸素のない海水（塩水）の中で保存 酸化や好気性細菌の増殖を抑制できる

生きた魚には必要不可欠 でも死んだ魚には邪魔

O2

O2

×

それなら

酸素がない 水を作ろう！

窒素ナノバブル海水による鮮度保持

8

O2

溶存酸素飽和状態

大気中の酸素O2 窒素マイクロ・ナノバブルN2

O2 O2

O2 O2 O2

O2 O2 O2

酸素放散化

O2 O2 O2

O2 O2

O2 O2 O2

N2 N2 O2 O2

O2

O2

O2 O2

O2 O2 N2

N2 N2

N2

N2

N2 N2

N2

N2

N2 N2

N2

N2

N2 N2

N2

N2 N2 N2

N2 N2

N2 N2

N2 N2

N2 N2 N2

N2 N2

N2 N2

N2 N2

N2

O2

O2

O2 O2

O2

O2

N2

N2 N2

N2

N2

N2

N2

N2

N2 N2 N2

N2 N2

N2

N2 N2 N2

酸素を内包した 窒素気泡が浮上 浮上した気泡は破裂

窒素ナノバブルは 残留・溶解

N2 ：窒素マイクロバブル

【左図用例】

N2 ：窒素ナノバブル

N2 ：溶存窒素

O2 ：溶存酸素

窒素ガス

窒素通気を連続（循環）することにより溶存酸素量は減少し窒素ナノバブル密度が上昇

RNM ナノミキサーにより 窒素マイクロ・ナノバブル水を生成

窒素置換の効率UPには マイクロバブル（早く浮上） 低酸素状態の維持には ナノバブル（水中に滞在）

窒素ナノバブル化による酸素置換

9

DO（Dissolved Oxygen）＝ 溶存酸素量とは、水中に溶存している酸素の量。 容器中の水には、大気中の酸素が飽和量に達するまで水中に自然溶解する。 飽和溶存酸素量は、気圧が高く・水温が低く・溶存塩類濃度が低いほど大きくなる。

水温 0 0.5 水温 0 0.5

0 14.15 13.97 16 9.56 9.46

1 13.77 13.59 17 9.37 9.28

2 13.40 13.22 18 9.18 9.10

3 13.04 12.87 19 9.01 8.93

4 12.70 12.54 20 8.84 8.76

5 12.37 12.22 21 8.68 8.61

6 12.06 11.91 22 8.53 8.46

7 11.75 11.61 23 8.39 8.32

8 11.47 11.33 24 8.25 8.18

9 11.19 11.06 25 8.11 8.05

10 10.92 10.80 26 7.99 7.92

11 10.67 10.55 27 7.87 7.81

12 10.43 10.31 28 7.75 7.69

13 10.20 10.09 29 7.64 7.58

14 9.97 9.87 30 7.53 7.47

15 9.76 9.66

単位：℃（水温）／mg/L（DO）

蒸留水・一気圧における各温度の飽和溶存酸素量

水温 0 0.5 水温 0 0.5

0 11.32 11.18 16 7.65 7.57

1 11.02 10.87 17 7.50 7.42

2 10.72 10.58 18 7.34 7.28

3 10.43 10.30 19 7.21 7.14

4 10.16 10.03 20 7.07 7.01

5 9.90 9.78 21 6.94 6.89

6 9.65 9.53 22 6.82 6.77

7 9.40 9.29 23 6.71 6.66

8 9.18 9.06 24 6.60 6.54

9 8.95 8.85 25 6.49 6.44

10 8.74 8.64 26 6.39 6.34

11 8.54 8.44 27 6.30 6.25

12 8.34 8.25 28 6.20 6.15

13 8.16 8.07 29 6.11 6.06

14 7.98 7.90 30 6.02 5.98

15 7.81 7.73

海水・一気圧における各温度の推定飽和溶存酸素量 単位：℃（水温）／mg/L

（DO）

水中への溶存酸素量 (DO)

海水（塩分濃度3.2～3.5％程度）の場合は蒸留水の概ね80％

10

6.30

2.00

0.90 0.63 0.58

0.40 0.40

0.40 0.40 0.64 0.75

14.6

17.1

15.3

11.5

8.4 8.8 8.8

1.7 0.9

1.3 1.8

0.0

2.0

4.0

6.0

8.0

10.0

12.0

14.0

16.0

18.0

0.00

1.00

2.00

3.00

4.00

5.00

6.00

7.00

8.00

9.00

10.00

0 5 10 15 20 25 5 15 35 60 120

DO:mg/L 水温:℃

DO(溶存酸素量)

海水温度を下げるため、 随時海水スラリー氷を投入

海水塩分濃度：2.8％

窒素ガス使用量：0.125㎥

水槽容量：1000Ｌ

分

ﾎﾟﾝﾌﾟ・窒素ガス吸気停止 循環開始

海水温度

窒素ナノバブルによる溶存酸素量の変化

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RESULTS: Distribution Data: Mean: 114nm Mode: 103nm SD: 41nm Cumulative Data: D10: 70nm, D50: 107nm, D90: 165nm, D70: 126nm User Lines: 0nm, 0nm Total Concentration: 108.54 particles / frame, 14.40E8 particles / ml

窒素ナノバブル水 蒸留水原水

NANO SIGHT LM10-HS（英国/NANO SIGHT社製）による

生成された窒素ナノバブル

ナノバブル解析結果 モード径：103nm メディアン径：107nm ナノバブル密度：14.40E8個/ml ＝ 14億4000万個/ml

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窒素ナノバブル水の真菌に対する抗菌試験

ペーパディスク法 抗菌活性効果があれば、ペーパーディスクの周囲に阻止円が出現

抗菌活性効果あり

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各種ナノバブル水抗菌効果の比較

初発菌数 24時間後 結果

窒素ナノバブル水 5.2×１０６ 4.0×１０３ 抗菌性 有

酸素ナノバブル水 5.2×１０６ 5.2×１０４ 抗菌性 有

空気ナノバブル水 5.2×１０６ 2.3×１０４ 抗菌性 有

オゾンナノバブル水 5.2×１０６ 9.0×１０３ 抗菌性 有

生理食塩水 5.2×１０６ 4.0×１０６ 抗菌性 無

単 位：個/ml

オゾンナノバブルに劣らぬ抗菌性が確認された

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O2

O2

O2

O2

O2 O2

O2

O2

O2 O2

O2

O2

O2

O2 O2

O2 O2

N2

N2

N2

N2

N2

N2 N2

N2

N2

N2

N2

N2 N2

N2

N2

N2 N2

N2

N2 N2

N2

N2

N2

N2

N2

N2

N2 N2

N2

N2

N2

N2

N2

N2

N2

N2

N2

N2

N2

N2

N2

N2

N2

N2

N2

N2

N2

N2

N2

N2

N2

N2

N2

N2

N2

N2

N2

N2

N2

酸素を取り込んだ窒素ナノバブル

O2

O2

O2

O2

O2

N2 N2

N2

N2

N2

N2 N2

O2

O2

O2

O2

魚体に対する脱酸素効果のイメージ

窒素マイクロバブルによってほぼ無酸素状態となっているため、魚体表面の酸化を防止。 更に、窒素ナノバブルが魚体内に浸透し、体内に残っている酸素を内包。 その結果、内臓に多く含まれる油脂分の酸化が抑制。 低酸素環境の提供により、好気性一般細菌の活動・増殖を抑制。

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第八寿利丸19ｔ（大分県漁協保戸島支店所属） 7/28大分出港 ～ 8/29 宮城県塩釜港にて水揚 航海初期漁獲の魚を入れる一番槽（23日経過）内の魚を、氷温ナノ窒素海水（-1℃）で保存したところ、魚の価値を著しく下げる「腐敗によるくさい臭い」がなくなり、外観の色艶も従来と比べ良いと絶賛！

漁獲から23日経過した本マグロ 漁獲から23日経過したメバチマグロ

近海まぐろはね縄船における実地試験

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船艙 漁獲時期の早い魚を入れた船艙 漁獲後23日経過

DO値：0.07mg/L

（通常海水は10mg/L程度） 水温：-0.3℃

左側3槽が3ｔ、右側1槽が5ｔの容量。 3ｔ～5ｔ槽の窒素置換に要する時間は2～4時間。 航海中、水替えは1回するかしないか程度で済んだ。

（船頭談）

DOメーター

近海まぐろはね縄船における実地試験（続き）

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魚種 区分 産地 漁法 漁獲日 輸送 荷姿 北九州着 入荷状態真アジ 〆 枕崎(鹿) 巻網 8/18 冷蔵車 下氷 8/19 △

K値 4.3 細菌 4.8×104 K値 6.9 細菌 2.3×105

初発（8/19）⇒

5日目（8/23）

魚種 区分 産地 漁法 漁獲日 輸送 荷姿 北九州着 入荷状態ホウボウ 〆 鷹島(長) 吾智網 8/18 冷蔵車 下氷 8/19 ○

K値 5.3 細菌 1.1×105 K値 7.1 細菌 1.3×104

初発（8/19）⇒

5日目（8/23）

魚種 区分 産地 漁法 漁獲日 輸送 荷姿 北九州着 入荷状態真鯛 〆 鷹島(長) 吾智網 8/18 冷蔵車 下氷 8/19 ○

K値 3.2 細菌 3.1×104 K値 4.6 細菌 1.8×104

初発（8/19）⇒

5日目（8/23）

マアジ ホウボウ 天然鯛内臓

K値計測： （財）北九州生活科学センター

窒素ナノバブル水による鮮魚保存テスト

５日経過してもK値の 上昇が抑えられている

K値による鮮度の判断基準

10%以下：活魚レベル 20%以下：生食（刺身）に適当 60%以上：腐敗

ナノバブル生成装置の応用分野

• 魚介類の鮮度保持 • 食品の酸化防止／保存期間の長期化 • 配管洗浄／除菌 • 燃料油のエマルジョン化による燃費改善 • 水棲好気微生物活性化による水質浄化 • 原油の微生物による分解促進 • 水耕栽培への利用

など

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実用化に向けた課題

• 課題１：ハニカム構造の最適化 （圧力損失の低減化）

• 課題２：ナノバブル生成装置の大流量化 （目標50ton/h）

• 課題３：ポータブル型ナノバブル生成 装置の開発（15kgの軽量化版）

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本技術に関する知的財産権

• 発明の名称：「窒素ナノバブル水および窒素ナノバブルを用いた水の処理方法」

• 出願番号：特願2013-086161 • 出願人：九州工業大学、株式会社MGグローアップ、丸福水産株式会社

• 発明者：最上賢一、青木和茂、米澤裕二、 平木講儒、田中洋征

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お問い合わせ先

九州工業大学 産学連携推進センター コーディネータ

田中 洋征 （客員教授） TEL：093(884)3485 FAX:093-881-6207 E-mail：htanaka@ccr.kyutech.ac.jp

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