Development of freezing point detection system for storage foods using change of permittivity during freezing of water

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氷温技術において,凍結によって細胞を破壊せず，貯蔵物を未凍結の状態に保つ管理が重要である。本研究では，非接触の状態で大量の貯蔵物の凍結を監視するための凍結検出用センサの開発を目的とし，凍結によって水/氷の誘電率が変化することを利用した平行平板コンデンサの内部に測定試料を入れる形状のセンサの開発を行う。これまでにセンサとしてアルミ板を用いた平行平板コンデンサ（電極サイズ130×180mm，電極間距離145mm）を試作し，LCRメータ(HIOKI)を用いて容量変化を観測した。2021年度までに，測定周波数を100Hzから5MHzの範囲に拡大し，試料には500ml水道水×1個，500ml水道水×2個，梨2個，リンゴ2個などを用いた。この結果，500ml以上の水道水の試料について，500kHz以上の周波数で凍結直後からの容量変化を確認できた。また，複数個の水道水の試料凍結する場合についても，氷の生成量に応じて容量が減少することが確認できた。一方で，リンゴや梨などの試料については，凍結直後の変化が観測されず，凍結開始から一定時間後に容量の減少が見られた。この原因として，生体試料中に含まれる溶質の影響が考えれらることから，電解質(NaCl)および非電解質(ショ糖)を含む溶液を凍結させたときの容量変化を測定し，電解質溶液において凍結による誘電率の変化の状態が変化することが確認できた。これらの成果は，第23回IEEE広島支部学生シンポジウム(2021)，第37回氷温研究全国大会(2021)，第10回低温・氷温研究会(2022)，第38回氷温研究全国大会(2022)にて公表した。