磁気共鳴を用いた非平衡状態における氷晶の相変化のアクティブ制御に関する研究

非平衡条件下冰晶相变磁共振主动控制研究

• 批准号: 14655079
• 负责人: 白樫 了
• 金额: $ 2.43万
• 依托单位: The University of Tokyo
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Exploratory Research
• 财政年份: 2002
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2002 至 2003
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-14655079/
• 关键词: 磁気物性; 電気物性; 凍結; 再結晶

磁場を印加すると食品中の氷晶サイズが顕著に変わることがあることは,経験的には知られているが,そのメカニズムは殆ど不明で,効果がないという報告もあり,系統的な解明は寡聞である.本実験の磁気物性の測定により,少なくとも磁気損失のエネルギーが核生成に熱力学的影響を及ぼしているものではないことが示唆された.本年度は,交番磁場・電場の印加が氷結晶粒に及ぼす影響を実験的におこなった.交番磁場を用いた実験では,渦電流と静磁場により発生するローレンツ力(金属の凝固で用いられている)が氷晶生成に及ぼす影響を調べた.実験では,KCl水溶液で約10mS/cmに導電率を調整したトレハロース水溶液に数百mTの静磁場と直交するように50Hz〜100kHzで数10mTの交番磁場を印加しつつ,一定の冷却速度(約1℃/min)で冷却・凍結した.蛍光顕微鏡により観察された氷晶は,全ての周波数・磁場強度において,印加した場合としない場合に有意な変化がなく,本研究で用いた装置で印加できる最大磁場強度の範囲と水溶液の導電率の限界から,氷晶のサイズに影響を与えるほどローレンツ力が強くないことがわかった.水溶液の導電率を今回使用した導電率以上になることは,現実的でないことからローレンツ力も氷晶サイズに影響を与える要因とは考えにくい。ついで交番磁場による渦電流や電場の印加により発生するジュール発熱が凍結過程に与える影響を調べた.即ち,100〜1MHz,0〜900V/cmの電界を種々の濃度のトレハロース水溶液に印加しつつ,一定の冷却速度(約1℃/min)で冷却しつつ顕微鏡観察をおこなった.氷晶の生成は,電場の有無に限らずほぼ等しい過冷却度で凍結し,大きさ形態にも差はみられなかった.ここまでの結果より,磁場が食品中の氷晶サイズに与える影響は,水溶液の電気・磁気物性だけでは説明できないと判断できた.最後に氷の再結晶(氷晶の粗大化)に電場が与える影響を調べた.-10℃で7.6mS/cmに調整したトレハロース水溶液を凍結保持しつつ,氷の誘電損失が極大値をもつ周波数(100kHz程度)の電場0〜80V/cmを印加して氷晶の大きさの時間変化を顕微鏡観察により測定した.その結果,電場を印加することで氷晶の粗大化が促進されることがわかった.凍結5分後の氷晶の平均直径は,電場を印加した場合には最大約1.4倍の違いがみられた。これは,氷晶周囲の未凍結の電解質水溶液が加熱されることで,氷晶界面の水分子の易動度が高くなり,再結晶が進行した為と思われる.

Magnetic field, ice crystal in food, ice crystal in food,験的には知られているが,そのメカニズムは殆ど无码で,effectがないという report The explanation of the system is unknown. The determination of the physical properties of magnetism is based on the detailed explanation of the system.なくともMagnetic loss のエネルギーがnucleation にThermodynamic influence を和ぼしているものではないことが说された. This year, the ice crystal grains of the ice crystal grains are mixed with the magnetic field and electric field.ぼすThe におこなった that affects the を実験. The いた実験では of the alternating magnetic field, the eddy current and the static magnetic fieldにより発生するローレンツ力(metal solidification でいられている)がice crystal formation The conductivity of KCl aqueous solution is about 10mS/cm. Adjust the static magnetic field of the aqueous solution of several hundred mT and the straight-crossing magnetic field of 50Hz to 100kHz and the number of 10mT, and the constant cooling rate (about 1 ℃/min), cooling and freezing.のCycle number・Magnetic field strengthにおいて,Incaしたoccasionとしないoccasionにmeaningな変化がなく,The device used in this study was used to determine the range of the maximum magnetic field intensity and the conductivity of the aqueous solution. Limit boundary, ice crystal influence and ice crystalかった. The conductivity of the aqueous solution is をThis time I use the した conductivity and above になることは, the one that is now 実ないことからローレンツ力もice crystal サイズにeffect を and えるcaust とは卡えにくい. The magnetic field, the eddy current, the electric field, the inca, the heat, the freezing process, the influence of the heat, the freezing process, the influence of the heat, the adjustment of the electric field. That is, 100~ 1MHz, 0~900V/cm electric power density, aqueous solution, constant cooling rate (about 1℃/min)でCooling しつつ桕Microscopic observation をおこなった. Ice crystal generation は, electric field presence or absence にlimit らずほぼ, etc. しいsupercooling でfreeze し, large きさ form にもThe difference is the result of the difference. The result of the magnetic field is the ice crystal in the food. The influence of the ice crystal in the food. The physical properties of the aqueous solution of electricity and magnetism. The final result is the recrystallization of the ice (the coarsening of the ice crystals) and the influence of the electric field and the adjustment of the temperature. -10℃ and 7.6mS/cmにAdjustment of したトレハロースAqueous solution を freezing and holding しつつ, ice の induced electric loss が が を も つ electric field of cycle number (approximately 100kHz) 0~80 The result of V/cmをIncaしてice crystal is large and the time is changed, the microscopic examination and observation of the ice crystal are measured, and the electric field is used to make the ice crystal coarser. The average diameter of the ice crystals after freezing for 5 minutes is about 1.4 times the maximum of the electric field.これは, the heating of the unfrozen electrolyte aqueous solution around the ice crystal, the high mobility of water molecules at the ice crystal interface, and the progress of recrystallization, と思われる.

项目成果

白樫 了, 高野 清: "ポリビニルアルコール(PVP)水溶液の磁気緩和時間・誘電物性の測定"第41回日本伝熱シンポジウム講演論文集. 印刷中. (2004)

Ryo Shirakashi、Kiyoshi Takano：“聚乙烯醇 (PVP) 水溶液的磁弛豫时间和介电性能的测量”第 41 届日本传热研讨会论文集（2004 年）。