ウルトラファインバブルテクノロジーの利点は何か? （続）

            ウルトラファインバブルテクノロジーとは何か、この技術の利点は何かについて、こちらで前回の記事を読むことができます。

            3. 食品加工工程

            食品業界でウルトラファインバブルテクノロジーは、フォーム、ジェル、クリーム、炭酸飲料、ベーカリーなど (1) の構造内に空気を含む食品の安定性を高めたり、食感を変えたり、液体食品の粘度を必要に応じて改善することで、製品の特性の改善に関わっています。これらは、ウルトラファインバブルが摩擦を減らし、流体の流動性を増加させることによって生じます。たとえば、スプレードライヤーによる粉乳の生産に関する研究  (2)によると、乾燥前に液体をウルトラファインバブルに通すと、より細かく、丸く、滑らかな粉乳の粒子が得られることがわかりました。さらに、ウルトラファインバブルは、抽出工程を助けるためにも使用されます。茶の種子からの機能性物質の抽出に関する研究  (3) によると、ウルトラファインバブルの使用が機能性物質の抽出を補助することがわかりました。微細な泡が破裂し、植物の細胞を傷つけることにより、細胞内の機能的物質をより多く抽出することができます。冷凍食品へのウルトラファインバブルの利用については、ウルトラファインバブルテクノロジーが氷の結晶のサイズを小さくするのに役立つことが (1) 報告されています。微細な気泡の破裂により、多数の氷晶核が誘発され、凍結率を高めるのにも役立ちます。

            生産工程を助けるほか、ウルトラファインバブルは、食品の貯蔵寿命も延ばすことができます。報告  (4) によると、オゾンガスのマイクロバブルを使用して新鮮な白菜を5分間洗浄すると、微生物の増殖が約2logCFU/g抑制され、4°Cで保存した場合、白菜の酵素による褐変が6日間抑制されました。他の研究⁵でも同様に、ナノ粒子レベルの気泡の窒素ガスは、チルドサーモンの貯蔵寿命を延ばすことができることがわかりました。ウルトラファインバブルにより、フリーラジカルの形成を助け、窒素を使用し、魚片上の微生物が必要とする酸素量を減らすことで、魚片上の微生物量の減少を助けます。

            4. 排水処理

            食品業界は、その生産工程で水資源の使用を避けられません。自然環境に排出される前に処理しなければならない廃水が生じます。ウルトラファインバブルを加え、多くのメカニズムが一緒に作用することにより、廃水処理を補助することができます。第1のメカニズムである物理的な洗浄は、泡がはじけるときの衝撃を生み出し、気泡表面のイオン  (6) による表面からの汚れを引き寄せることで、排水路の表面に汚れが付かないようにします。これにより、目詰まりが減少し、汚れがパイプ内を移動し、沈殿物や脂肪層の分離が促進されます。第2のメカニズムは、少量の空気を加え、排水中で空気を利用する微生物の成長を促進することです。微生物が増殖すると、微生物が排水中の有機物を使用します。これにより、排水中の有機物の量を減らすことができます。これをBiological purificationと呼びます (7)。第3のメカニズムは、有機物の酸化や、酸化反応を起こす特性を持った気泡のフリーラジカルによる有機物です。例えば、酸素ナノバブルによる重金属廃水の処理が研究されています。 廃水からの酸化プロセスと重金属沈殿物の除去 (8) や、化学物質や有機物からのさまざまな色の除去(decolourisation)（例：Rhodamine B, phenol, organic wastewater dye, sulphoxideなど）および酸化プロセスからの他の化学物質（例：ammonia, fluoride, pesticideなど）の除去も含みます (7)。

ウルトラファインバブルはどのように作られるのか

            ウルトラファインバブルを生成するには、目的と、微細な気泡の中に充填したいガスの種類に応じていくつかの方法があります。例えば空気を利用することや、酸素を必要とする微生物を抑制したり、植物に栄養分を与えたりする目的で、窒素の気泡を利用します。空気との反応が早いオゾンガスは、オゾンガスの気泡を利用することで気泡の持続時間を延長し、これにより、オゾンガスは消毒、廃水の処理、様々な洗浄をより効率的にし、小さな溝にも浸透することができます。

            Zhouとそのチーム(2021) (9) によると、気泡の形成は2つのメカニズムで構成されていると説明しています。第1のメカニズムは、水中で気泡核を生成し、気泡の膨張を止めることで、気泡がナノ・マイクロ粒子レベルで安定します。第2のメカニズムは、大きくて不安定な泡を作り、気泡を縮小し、粒子レベルの大きさの状態に安定させます。ウルトラファインバブル生成プロセスの例としては、Electrolysis、Decompression、acoustic cavitation、ultrasonic cavitation、 Pressurization、Hydrodynamic caviation、および磁場が含まれます。

ウルトラファインバブル生成における新たなイノベーション

            ITO（THAILAND）LTD.は、日本で特許を取得した特別なデザインのウルトラファインバブルテクノロジーを紹介します。パイプ内で乱流を引き起こし、水中の気泡のサイズを小さくします。これにより、水中にウルトラファインバブルを作ることができます。十分な圧力(最低0.2MPa)の水ホースのみ使用すれば、気泡を作成するための電気機器の接続は必要ありません。交換する必要がある消耗品はなく、設置が容易です。家庭内での利用から、食品産業のサプライチェーン：農業、原料の管理、表面の洗浄と消毒、さらには排水処理システムまで、多くの場面に適しています。化学物質を使用しないウルトラファインバブルテクノロジーは、食品業界を持続可能に導く1つの新しいイノベーションです。環境への負荷を軽減し、かつ食品産業バリューチェーンの効率を持続的に高めるため、食品業界のサプライチェーンの上流での水資源の節約(農業での水と肥料の使用の削減など)から、サプライチェーンの下流での廃水処理までサポートします。

参考文献：

1.Phan, K. K. T., Truong, T., Wang, Y., & Bhandari, B. (2020). Nanobubbles: Fundamental characteristics and applications in food processing. Trends in Food Science & Technology, 95, 118-130.

2.Babu, K. S., Siliveru, K., & Amamcharla, J. K. (2022). Influence of micro-and nano-bubble treatment on morphological characteristics and flow properties of spray-dried milk protein concentrate powders. JDS communications, 3(6), 398-402.

3.Javed, M., Belwal, T., Ruyuan, Z., Xu, Y., Li, L., & Luo, Z. (2022). Optimization and mechanism of phytochemicals extraction from Camellia oleifera shells using novel biosurfactant nanobubbles solution coupled with ultrasonication. Food and Bioprocess Technology, 15(5), 1101-1114.

4.Pongprasert, N., Jitareerat, P., & Srilaong, V. (2014, August). A novel technique using ozone micro bubbles to control microbial contamination and browning of fresh-cut lettuce. In XXIX International Horticultural Congress on Horticulture: Sustaining Lives, Livelihoods and Landscapes (IHC2014): 1120 (pp. 177-182).

5.Barua, T. P. (2020). Nitrogen-Nanobubble technology to improve the shelf-life of fish: A dissertation submitted in partial fulfilment of the requirements for the Degree of Master of Science in Food Innovation at Lincoln University (Doctoral dissertation, Lincoln University).

6.Jin, N., Zhang, F., Cui, Y., Sun, L., Gao, H., Pu, Z., & Yang, W. (2022). Environment-friendly surface cleaning using micro-nano bubbles. Particuology, 66, 1-9.

7.Xiao, Z., Aftab, T. B., & Li, D. (2019). Applications of micro–nano bubble technology in environmental pollution control. Micro & Nano Letters, 14(7), 782-787.

8.Han, Z., Nhung, N. T. H., Wu, Y., Huang, M., He, C., Lu, S., … & Fujita, T. (2022). Arsenic (III) oxidation and removal from artificial mine wastewater by blowing O2 nanobubbles. Journal of Water Process Engineering, 47, 102780.

9.Zhou, L., Wang, S., Zhang, L., & Hu, J. (2021). Generation and stability of bulk nanobubbles: A review and perspective. Current Opinion in Colloid & Interface Science, 53, 101439.