JP2018090514A - 殺菌効果を有する微細気泡混合液 - Google Patents

Abstract

【課題】 良好な殺菌効果を安定して維持することができると共に汎用性が高い微細気泡混合液を提供する。【解決手段】 直径が６０〜２００ｎｍ以下であり、内部に活性酸素種を含む微細気泡が混合された、殺菌効果を有する微細気泡混合液である。【選択図】 図１

Description

本発明は、殺菌効果を有する微細気泡混合液に関する。

殺菌効果を有する微細気泡混合液として、例えば、特許文献１に開示された酸素ナノバブル水が知られている。この酸素ナノバブル水は、気泡内に酸素を含有する酸素ナノバブルが水溶液中に含まれており、酸素を含有する気泡に超音波等の物理的刺激を与えることにより、気泡径を急激に縮小できるとされている。

特開２００５−２４６２９４号公報

ところが、上記特許文献１に開示された酸素ナノバブル水は、水溶液中に混入された電解質の作用によって気泡径の安定化を図っているため、水溶液の成分が変化すると、微小気泡を維持できないおそれがあった。また、水溶液は、塩分濃度が０．０１〜３．５％の範囲に設定することが望ましいとされているが、これによって得られる酸素ナノバブル水は、塩分を含むために用途が制限されるおそれがあった。

そこで、本発明は、良好な殺菌効果を安定して維持することができると共に汎用性が高い微細気泡混合液の提供を目的とする。

本発明の前記目的は、直径が６０〜２００ｎｍ以下であり、内部に活性酸素種を含む微細気泡が混合された、殺菌効果を有する微細気泡混合液により達成される。

本発明によれば、、良好な殺菌効果を安定して維持することができると共に汎用性が高い微細気泡混合液を提供することができる。

本発明の一実施形態に係る微細気泡混合液を製造する製造装置の一例を示す縦断面図である。 図１に示す製造装置の要部分解斜視図である。 図１に示す製造装置の作動状態を示す要部拡大図である。 図１に示す製造装置の変形例を示す縦断面図である。 図１に示す製造装置の他の変形例を示す要部側面図である。 本発明の枯草菌、大腸菌、黒コウジカビに対する抗菌効果を示す図である。 気泡混合液の生成時の溶存酸素量の変化を示す図である。 気泡混合液の生成後に行った二酸化炭素吹き込み試験結果を示す図である。 気泡混合液の生成後の溶存酸素濃度変化を示す図である。 気泡混合液を用いて大腸菌をミスト処理したときの抗菌効果を示す図である。 気泡混合液を用いて黒コウジカビをミスト処理したときの抗菌効果を示す図である。 気泡混合液にスパーオキシドデムターゼまたはカタラーゼで処理したときの枯草菌に対する抗菌活性の変化を示す図である。 気泡混合液にスパーオキシドデムターゼまたはカタラーゼで処理したときの大腸菌に対する抗菌活性の変化を示す図である。 酸素、スーパーオキシドラジカル、過酸化水素、ヒドロキシラジカルおよび酵素との関係を示す図である。 気泡混合液をスパーオキシドデムターゼまたはカタラーゼで処理し、過酸化水素含有量を発色反応で測った結果の図である。 酸素水とウルトラファインバブル水（UFB）の平均粒径の比較図。 酸素水とウルトラファインバブル水（UFB）の含有バブル数の比較図。 酸素水の製造後経過日数とゼータ電位の経時変化を示す図である。 酸素水の製造後経過日数とスーパーオキシドラジカル量の経時変化を示す図である。

以下、本発明の実施の形態について、添付図面を参照して説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る微細気泡混合液を製造する製造装置の一例を示す縦断面図である。図１に示すように、微細気泡混合液の製造装置１は、液体Ｌを貯留する貯留槽４と、貯留槽４の液体Ｌに気泡を供給する気泡供給装置６とを備えている。

気泡供給装置６は、貯留槽４の上部開口に載置される支持板２の上面に固定された駆動モータ１０と、駆動モータ１０により回転駆動される円筒状の回転筒２０と、回転筒２０を収容するように支持板２から垂下する外筒３０と、貯留槽４に貯留された液体を循環させる循環装置４０と、循環装置４０により循環される液体Ｌに気泡を混合する気液混合部５０とを備えている。支持板２は、本実施形態では貯留槽４を密閉するように配置されているが、貯留槽４の内外を連通可能な構成であってもよい。

駆動モータ１０は、出力軸１１の上下両端部がケーシング１２から突出するように構成されており、出力軸１１には、中心部を軸方向に貫通する導入路１１ａが形成されている。出力軸１１の上端部は、ロータリージョイント１３を介して、気密且つ相対回転可能に導入部１４に接続されている。

出力軸１１の下端部は、支持板２に形成された貫通孔２ａを通過して、回転筒２０の上端部に連結固定されており、回転筒２０を垂下するように支持して回転駆動する。回転筒２０は、例えばステンレス等の金属材料からなり、下部外周面に複数の噴出孔２２ａからなる噴出部２２が形成されている。噴出孔２２ａは、出力軸１１の導入路１１ａから回転筒２０の内部に導入された気泡混合液を周囲に向けて均一に噴射するように、周方向に沿って等間隔に形成されており、更に、噴出部２２が所定の高さ（例えば、１５０ｍｍ程度）を有するように、軸方向にも等間隔に形成されている。噴出孔２２ａの径は、特に限定されないが、例えば、０．１〜１．５ｍｍである。回転筒２０の外周面は、撹拌羽根等を備えることなく平滑に形成されていることが好ましい。

回転筒２０の内部下部には、撹拌部材２４が設けられている。撹拌部材２４は、図２に分解斜視図で示すように、回転筒２０の外径と略同じ径を有する下部円板２４ｂに、平板状の回転翼２４ａが複数配置されている。回転翼２４ａを多数設ける場合には、放射状に等間隔に配置することが好ましい。回転翼２４ａの上部には、回転筒２０の内径と略同じ径を有する上部円板２４ｃが取り付けられている。この撹拌部材２４は、図２に矢印で示すように、周方向に隣接する噴出孔２２ａの間に各回転翼２４ａが位置するように回転筒２０の下方から挿入され、下部円板２４ｂが回転筒２０の下部開口を閉塞するように、回転筒２０に固定される。上部円板２４ｃは、中央に連通孔２４ｄが形成されており、回転筒２０の内部に導入された気泡混合液は、連通孔２４ｄを通過して回転翼２４ａにより撹拌され、噴出孔２２ａから噴出される。回転翼２４ａは、回転筒２０の内部に旋回流を生じさせることが可能であれば、その形状や配置は特に限定されず、例えば、平板状の回転翼２４ａの代わりに、湾曲状、螺旋状、翼型状等の回転翼を用いてもよい。

外筒３０は、例えばアクリル等の樹脂やステンレス等の金属からなる直筒状に形成されており、回転筒２０の外周面との間に隙間をあけて同軸状に配置され、上端部が支持板２に固定されている。外筒３０の下端は、内筒２０の下端と略一致しており、回転筒２０の噴出部２２が外筒３０により覆われている。外筒３０の内部に液体Ｌの旋回流が生じ易いように、外筒３０の内周面に螺旋状のガイド板（図示せず）を設けてもよい。

循環装置４０は、貯液槽４の底部に形成された排出口４ａと導入部１４とを接続する配管４２と、配管４２の途中に介在されて貯液槽４の液体Ｌを貯液槽４の外部に取り出す循環ポンプ４４とを備えている。気液混合部５０は、配管４２の途中の循環ポンプ４４よりも下流側に配置されており、内部を通過する液体Ｌに対して、コンプレッサやガスボンベ等の給気装置５２から加圧供給された気体を混合する。

給気装置５２から供給される気体は、空気、酸素、分子状酸素、3重項酸素、オゾン、オゾニド、過酸化水素、ヒドロペルオキシル、ヒドロゲンオキシド、ヒドロキシラジカル、アルコキシルラジカル、一酸化炭素、二酸化炭素、一酸化窒素、などの酸素原子を含むガス体を用いることが好ましい。

気液混合部５０の構成は、特に限定されるものではなく、例えば、多孔質フィルムの細孔を介して気泡を液中に混合させる細孔吹き出し方式、気体および液体を高速旋回させて混合させる旋回流方式、液体Ｌの通過により生じる負圧を利用して気体を導入するベンチュリー方式等であってもよい。また、給気装置５２を設けることなく、気液混合部５０が外気を吸引して液体Ｌに混合させる構成にすることもできる。気液混合部５０から排出される気泡混合液は、回転筒２０の噴出部２２から貯液槽４内に供給される。更に、気液混合部５０は、液体を電気分解することにより気泡を生成する液体電解装置を備える構成であってもよく、この構成においては、生成された気泡を、電気分解されていない液体との混合状態で配管４２内に供給してもよい。

循環路を構成する配管４２には分岐管５３が接続されており、分岐管５３の途中に設けられた開閉弁５４の開度を調節することにより、配管４２を流れる気泡混合液の一部を分岐管５３から連続的に取り出すことができる。また、配管４２には、給液装置５５から液体Ｌを供給可能に構成されており、開閉弁５６の開度を調節することにより、分岐管５３から排出された量に相当する液体Ｌを連続的に補充することができる。

次に、上記の構成を備える微細気泡混合液の製造装置１を用いて、殺菌効果を有する微細気泡混合液を製造する方法を説明する。図１に示すように、貯留槽４に水などの液体Ｌを貯留し、回転筒２０の略全体を液中に浸漬させる。ついで、駆動モータ１０および循環ポンプ４４を作動させると、回転筒２０は、図３に矢示するように回転翼２４ａと共に軸周りに回転し、循環装置４０から回転筒２０の内部に導入された気泡混合液が、回転翼２４ａにより旋回流となって噴出部２２から噴射される。

回転筒２０が高速で回転すると、液体Ｌの液面Ｓは、回転筒２０を中心としてすり鉢状に凹んだ状態になり、回転筒２０の周囲においては、液面Ｓが噴出部２２の近傍まで低下して、この付近で上下動する。このため、各噴出孔２２ａから排出された気泡混合液の噴射流Ｆは、液面Ｓと衝突しながら撹拌されて液中に取り込まれるため、気泡が微細になって液体Ｌに拡散する。回転筒２０の回転による液面Ｓの低下量は、回転筒２０が高速で回転するほど大きくなるため、液面Ｓが噴出部２２の近傍に維持されるように回転筒２０の回転速度を調整することが好ましい（例えば、毎分３６００〜１５０００回転、あるいは毎分１５０００回転以上）。回転筒２０と外筒３０との間に生じる隙間（図２の長さＤ）は、所望の液面Ｓの低下が生じ易いように適宜設定することが好ましく、例えば、１０〜２０ｍｍまたは２０ｍｍ以上である。

このように、本実施形態の微細気泡混合液の製造装置１によれば、回転筒２０の回転により噴出部２２から噴射された気泡混合液が、液切りを行いながら液体Ｌに混合されるので、マイクロバブルやナノバブル等の微細気泡が混合された微細気泡混合液を効率良く生成することができる。

また、回転筒２０は、回転翼２４が内周面から中心に向けて延びるように放射状に配置されているので、回転筒２０の外周面に回転翼を設ける場合と比較して回転抵抗の増大を抑制することができ、省電力化を図ることができる。

液体Ｌは、用途に応じて水以外を適宜選択することも可能である。液体Ｌは、常温であってもよいが、微細気泡を長時間維持するために、低温であることが好ましく、例えば、１０℃以下が好ましく、８℃以下がより好ましい。貯液槽４内の液体Ｌを低温に維持するため、貯液槽４の外周に沿って、あるいは、貯液槽４の液体Ｌに浸漬させるように、冷却用の熱交換器を配置してもよい。液体Ｌは、微細気泡が混合された後も、上記の低温状態を維持することが好ましい。

また、本実施形態においては、回転筒２０の回転時に所望のすり鉢状の液面Ｓが生じ易いように、外筒３０を配置しているが、外筒３０は必須のものではなく、例えば、貯留槽４が小型筒状であるような場合には、外筒３０を設けない構成であってもよい。

また、本実施形態においては、回転筒２０に気泡混合液を導入するための導入路１１ａを駆動モータ１０の出力軸１１に形成することで、噴出部２２から気泡混合液を安定して噴出可能に構成しているが、導入路１１ａは、出力軸１１以外であってもよく、回転筒２０の上部や側部からメカニカルシール等を介して気泡混合液を導入する構成であってもよい。

また、製造装置１は、図４に示すように、回転筒２０の下端部を回転可能に支持する支持部材６０を更に設けた構成であってもよい。支持部材６０は、支持筒６１の下端部に保持板６２を備え、保持板６２にすべり軸受け６３が設けられており、回転筒２０の先端部２０ａがすべり軸受け６３により支持されている。支持筒６１は、内外で液体Ｌを流通させる流通孔６１ａが適宜形成されている。この構成によれば、回転筒２０をより安定して回転させることができ、所望の微細気泡混合液を容易に生成することができる。

また、図１に示す製造装置１は、微細気泡混合液を分岐管５３から連続的に取り出し可能に構成されているが、図４に示すように、循環路となる配管４２が分岐管５３を備えないバッチ式の構成にすることもできる。

また、図１に示す製造装置１は、駆動モータ１０の出力軸１１に回転筒２０を直結しているが、図５に要部側面図で示すように、出力軸１１と回転軸２０とを軸カップリング７１を介して連結してもよい。この構成においては、支持板２の上面に複数の支柱７２を介して台板７３を設け、台板７３に出力軸１１が挿通される貫通孔７３ａを形成することにより、台板７３上に駆動モータ１０のケーシング１２を搭載することができる。貯液槽４内部の気密状態を維持するため、支持板２の貫通孔２ａには、回転軸２０が気密に挿通される軸貫通部シール７４を設けることが好ましい。

図５に示す構成によれば、軸カップリング７１を備えることにより、貯液槽４の内部と配管４２との縁切りが容易であり、メンテナンス性も良好にすることができる。

上記の製造装置１によって製造された微細気泡混合液の効果を確認するため、下記の試験を行った。図６は、芽胞を形成する枯草菌、大腸菌、黒コウジカビに係る微細気泡混合液の抗菌試験結果である。図６に示すように、２リットルの微細気泡混合液を用いて、枯草菌、大腸菌、黒コウジカビが付着した金属片を１分間浸水処理したとき、枯草菌はほぼ死滅すること、大腸菌とクロコウジカビは滅菌することが明らかとなった。

上記試験は、人工骨素材チタン(径5mm×10mm)に大腸菌、枯草菌、クロコウジカビを２日間培養した培養液の中で２日間、菌と混和させ固定化後に、コントロールのイオン交換水、または、気泡混合液に１分間混和させ、人工骨素材を大腸菌はＬＢ寒天培地、枯草菌は８０２寒天培地、クロコウジカビはポテト寒天培地上に転がし、菌を転写させ、コロニーを計測することで抗菌活性を計測した。具体的には、生成３時間後にサンプリングした気泡混合液２リットルに１分間浸水させ、５ｍｌの滅菌水で３回洗浄し、それぞれの培地で培養して、抗菌活性を測定した。また、ヨウ化デンプン反応方にて酸化力の計測を実施した。

ヨウ化デンプン反応で酸化活性を計測した結果、０．３５ｐｐｍ程度のオゾン酸化活性を示した。しかし、この程度の酸化活性では枯草菌、大腸菌、クロコウジカビを用いて抗菌活性を示さない。また、酸化活性のピークと抗菌活性は一致しないことが明らかとなった。

また、気泡混合液を生成した時の溶存酸素量の変化を図７に示す。酸素吹き込みにおいてそのまま酸素ガスをバブリングしても活性酸素の保持が可能であるが、より好ましくは気泡混合ノズルを用いれば活性酸素の生成量は向上することが示されている。

また、気泡混合液生成時の貯液槽内の温度は10度以下が望ましく、より好ましくは8度以下に冷却していることが望ましい。

図８は、生成した気泡混合液に気液混合ノズルを用いて二酸化炭素ガスの吹き込み試験を行い、気泡混合液の溶存酸素の保持効果がどれくらい維持されるか検討した結果を示す。本試験により生成した気泡混合液は生成開始後、約15分程度で溶存酸素が６０ｐｐｍを越えるが、二酸化炭素ガスを用いた溶存酸素追い出しに要した時間は1時間以上であった。酸素ガスを吹き込まずに、ダイレクトに二酸化炭素ガスを吹き込んだ場合、数分程度でほぼ全ての溶存酸素が消失することから、一度、酸素ガスを用いて気泡混合液を生成すると安定に維持されることを明らかにした。

図９は、気泡混合液を生成後に溶存酸素濃度がどのように変化するか検証した結果を示す。気泡混合液生成後は貯液槽内が10度以下に維持されれば溶存酸素濃度は一定に保たれることが明らかとなった。この溶存酸素量は生成後12時間程度に１０ｐｐｍ程度、生成時よりも溶存酸素量が高くなる傾向があった。その後、徐々に溶存酸素量は少しずつ減少していくが飽和酸素量になるのには一ヶ月以上時間を要する。

図６において気泡混合液に微生物の付着した金属断片を1分間処理した場合、ほぼ全ての試供菌が死滅した。気泡混合液を超音波加湿器に入れ、ミストを発生させた場合の抗菌効果を検証した結果を図１０に示す。大腸菌を試供菌として用いた場合、抗菌効果は2桁から3桁程度高いことが明らかとなった。しかし、ミスト処理を10分から1時間程度処理してもその抗菌効果はあまり変化しなかった。

同様にクロコウジカビを試供菌として用いた場合のミスト処理の抗菌効果の結果を図１１に示す。クロコウジカビの場合、ミスト処理は効果的に抗菌活性を示し、4〜5桁程度にコロニー形成を抑制することを明らかにした。

これまでの試験結果により芽胞に対する抗菌活性試験において活性酸素種が要因の一つでもあることが考えられる。また、活性酸素消去酵素であるカタラーゼおよびスーパーオキシドデムターゼ（SOD）を加えることにより、焼成カルシウム（一酸化カルシウム）の殺菌効果は低下したとの報告がある。したがって、焼成ホタテ貝殻粉末スラリーの枯草菌芽胞に対する殺菌効果には、pH、カルシウムイオンの他にも、活性酸素種が関与している可能性が示唆された。活性酸素種については、過酸化水素の芽胞に対する殺菌効果が研究されている。

そこで当気泡混合液にカタラーゼおよびスーパーオキシドデムターゼ（SOD）を加え、その抗菌効果が低下するか検討した結果を図１２に示す。図１２において、芽胞を形成する枯草菌を用いて試験をしたところ、カタラーゼおよびスーパーオキシドデムターゼ、共にその抗菌効果を抑制することが明らかとなった。この結果より気泡混合液の抗菌成分が活性酸素種であることが示された。

同様に大腸菌を試供菌として用いた結果を図１３に示す。大腸菌においては過酸化水素の効果を減少させるカタラーゼの方が、スーパーオキシドデムターゼよりも効果的に抑制した。一方、スーパーオキシドデムターゼにおいてはコントロールの気泡混合液よりも抗菌活性が高まったようだ。この結果は、枯草菌と大腸菌において抗菌効果をもたらせる活性酸素種が異なることを示唆している。

図１４は、活性酸素種と酵素の関係を示している。活性酸素種はスーパーオキシドラジカルが先ず、発生し、その後、スーパーオキシドラジカルより過酸化水素が発生する。また、同様に過酸化水素よりヒドロキシラジカルが発生するカスケード関係になっている。

図１４によると、スーパーオキシドデムターゼがスーパーオキシドラジカルから過酸化水素に分解することが示されている。したがって、気泡混合液に、カタラーゼおよびスーパーオキシドデムターゼ（SOD）を混和させ、酵素を用いた4-アミノアンチピリン吸光光度法による発祥反応により過酸化水素の検出を行った。その結果を図１５に示す。気泡混合液にスーパーオキシドデムターゼを混和させたときに強い発色反応を示した。この結果により気泡混合液には主成分としてスーパーオキシドラジカルが生成していることが明らかとなった。

図１５の試験はパーオキシダーゼ酵素を用いた4-アミノアンチピリン比色法を用いて検出を行った。４−アミノアソチピリソの反応は過酸化水素の定量に利用されており，水溶液中で高感度に検出が可能である。4-アミノアンチピリンにパーオキシダーゼおよび過酸化水素が共存したときに発色反応する。本試験において気液混合水、スーパーオキシドデムターゼ（5U/ml）、パーオキシダーゼ、および4-アミノアンチピリンを混和後、室温で3時間後に発色を確認した。その後、一ヶ月以上も発色反応を続けた結果が図１５である。一方、気液混合水、スーパーオキシドデムターゼを混和せず、パーオキシダーゼ、および4-アミノアンチピリンだけでは発色反応は起きなかった。標準色表を基準に過酸化水素濃度を換算すると５ｍｇ/?（５ｐｐｍ）以上となった。これらの結果は本気液混合水に５ｐｐｍに相当するスパーオキシドラジカルが長期間に渡り含有していること示した。

スーパーオキシドラジカルやヒドロキシラジカルなどの活性酸素種は、その反応性の高さから直接検出することは困難である。したがって検出には、発色試薬や発光試薬などと反応させ、試薬の変化により濃度算出を試みた。先ず、スパーオキシドラジカルの発生能力を示す能力を有するキサンチンオキシダーセ酵素を指標にして定量化を試みた。具体的にはキサンチンオキシダーセ酵素、基質としてハイポキサンチンを混和させ酵素反応でスパーオキシドラジカルを発生させ、スーパーオキシドラジカルと特異的に反応する発光試薬・ＭＰＥＣ（2-メチル-6-p-メトキシフェニルエチニルイミダゾピラノジン）で検出することで、スーパーオキシドラジカル発生源の検量線を作成した。一方、気泡混合液とＭＰＥＣを混和させたときの発光強度を測定し、スーパーオキシドラジカル発生源能力として換算した。

試験方法はキサンチンオキシダーセ（Xanthine Oxidase、Sigma、２Units/mg）酵素を0.1M リン酸カリウム溶液(pH7.5)で各濃度の溶液を作成した。実際の反応濃度は0.72mMハイポキサンチン（Hypoxanthine、東京化成工業株式会社）、300μM MPEC、0.1M リン酸カリウム溶液(pH7.5)に、前述の酵素溶液を加え発光反応を実施した。発光量の検出は、Turner Biosystems Luminometer Model TD-20/20（プロメガ株式会社）を用いて1分間の積算発光強度の検出を行った。

キサンチンオキシダーセ1 ユニット（unit）は、pH 7.5、25°C、1分間で、1.0 μmoleのキサンチンを尿酸に変換し、ヒポキサンチンを基質した場合、約50%の活性が得られる。気液混合水内のスーパーオキシドラジカル量を換算したところ、酸素水は25〜40-nano mole/min のスーパーオキシドラジカルを発生させる能力を有する。

過酸化水素は生体内では、SuperoxideがSODにより分解された際に発生することで知られている。比較的安定な活性酸素なため、生体内では長く、広範囲に拡散する。本試験では、発光試薬Luminol-HRP(Horse Radish Peroxidase)を用いて検出を実施した。発光量の検出は、TD-20/20（プロメガ株式会社）を用いて10秒の積算発光強度の検出を行った。

過酸化水素の定量化は、先ず、過酸化水素溶液25mMイミダゾール−硝酸溶液(pH7.0)を用いて希釈を行った。各100μ?の酵素溶液および100μ?の発光試薬（Luminol 10mg + HRP 100 unit/100mL 0.2M ホウ酸溶液pH9.5）を１：１の比率で混合させ、発光量を検出した。発光量の検出は、Turner Biosystems Luminometer Model TD-20/20（プロメガ株式会社）を用いて10秒の積算発光強度の検出を行った。

酸素水含有の過酸化水素量は生成直後には0.06-mg/?以上蓄積した。一方、酸素水生成１日後に4.2μg/リットルに減衰するがその後40日以上経過しても3.9μg/リットルの濃度を保持していた。

ヒドロキシラジカルは、生体内において過酸化水素と鉄Fe2+や銅Cu+といった金属イオンとの反応(Fenton反応)により発生するラジカルで、酸素ラジカルの中でも反応性が最も高く、かつ寿命が短いラジカルである。また、脂質の過酸化や遺伝子の損傷などに直接関与している。ヒドロキシラジカルはFenton 反応により、実験レベルで発生させることができ、また、ヒドロキシラジカルは、Luminolを用いて検出できることが知られている。よって、この発生系を用いてLuminolによるヒドロキシラジカルの発光検出を試みた。

具体的には硫酸鉄を蒸留水にて1mMに調整した溶液１、キレート剤としてDTPA（Diethylenetriamine-N,N,N',N",N"-pentaacetic acid、東京化成工業株式会社）を蒸留水にて1mMに調整した溶液２、発光試薬1mM Luminol（キシダを0.2M ホウ酸溶液pH9.5で溶解し溶液３をそれぞれ作成した。硫酸鉄溶液：キレート剤：発光試薬= 1:1:1として混和させた溶液４と気液混合水と一対一で100μlずつ混合しヒドロキシラジカルを発生させ、分注と同時にTD-20/20（プロメガ株式会社）を用いて10秒の積算発光強度の検出を行った。検量線の作成は過酸化水素溶液25mMイミダゾール−硝酸溶液(pH7.0)を用いて希釈し、過酸化水素濃度を変えた溶液を作成し、同様に溶液4と100μlずつ混合しヒドロキシラジカルを発生させ、発光させることで発光強度とヒドロキシラジカル発生量との関係を示す検量線を作成した。

酸素水含有のヒドロキシラジカルは生成１日後に0.053μg/ｍｌに達したが、生成30日後には消失した。ヒドロキシラジカルは反応性が高く瞬間に消失することから生成後に1日以上、水溶液中に保持していることが明らかとなった。

NTA(Nano Tracking Analysis)技術により、液中のナノ粒子のブラウン運動の様子を、リアルタイムに観察することができる。またブラウン運動の速度を専用ソフトウェアにより計測することで、粒子径と個数の粒度分布グラフを得ることができる。そこで、NanoSight（ナノサイト・日本カンタム・デザイン株式会社）を用いて、様々なウルトラファインバブル水と酸素水のバブル粒径の比較を行った。

ナノサイト装置にサンプル液をモジュールに注入し、モジュールを解析装置にセットし、レーザーを照射することにより可視化を行った。先ず、レーザーを水平方向に照射し、ナノ粒子からの側方散乱光を、対物レンズで可視化する。本装置はナノ粒子のブラウン運動を可視化する。液中で動いている粒子を自動認識し、トラッキング解析を実施した。各粒子につき、移動軌跡を赤線で表示し、画面上で認識された全ての粒子について速度を同時解析した。粒度分布グラフをリアルタイム表示はストークス・アインシュタイン式より、粒子の移動速度から各粒子のサイズを算出し、その結果を図１６に示す。

平均粒径としては小さければ小さいほど安定に水中に存在することが明らかとなっている。ウルトラファインバブル水として実績を有するS社、I社、N社社製のUFBに比較しても、日新技研社の酸素水はダントツに小さな71.8nmの平均粒径を有している。また、標準偏差においても最小値が計測された。このことは活性酸素が長期保存可能であることの裏づけとなった。

また、バブル数においても含有するバブル数が多ければ多いほどUFBとしては高い性能を有している。前記ナノサイトを用いてバブル数の計測結果を図１７に示す。酸素水の含有バブル数は世界トップクラスのバブル密度を有することが明らかとなった。

ウルトラファインバブルはコロイドとしての側面があり、粒子表面が負に帯電をしている。このため、ファインバブル同士は反発し合う。この性質のため、ファインバブル同士の結合がなく、気泡濃度が減ることがなく、長期間安定に存在する。そこで、ゼータ電位・粒径・分子量測定システム ELSZ-2000ZS（大塚電子）を用いて、酸素水に含有するバブルのゼータ電位の計測を行った。その結果を図１８に示す。

生成から７日後、９６日後、１４６日後、４８３日後の酸素水のゼータ電位を計測したところ、７日後でも−３７．０６ｍVの平均ゼータ電位を計測した。一方、生成９６日後から生成４８３日後の酸素水の平均ゼータ電位も−２０mV以下の高い数値を示していた。この結果は１年以上経過しても含有バブルが安定に存在していることが明らかとなった。

一年以上長期保存した酸素水にバブルが安定に存在していることが明らかとなったので、活性酸素スーパーオキシドラジカルも安定に存在しているか検出するためにスーパーオキシドラジカルと特異的に反応する発光試薬・ＭＰＥＣ（2-メチル-6-p-メトキシフェニルエチニルイミダゾピラノジン）で検出することことを試みた。その結果を図１９に示す。

図１９において、酸素水は生成後、スーパーオキシドラジカルの含有量が経時変化に伴いゆるやかに減少していた。しかし、その減少率は非常に低く、酸素水生成１年後に生成時のスーパーオキシドラジカル量の半減期に達する程度であり、酸素水に含有する活性酸素が長期間安定に保持されていることが明らかとなった。

１ 製造装置
４ 貯液槽
６ 気泡供給装置
１０ 駆動モータ
２０ 回転筒
２２ 噴出部
２４ａ 回転翼
３０ 外筒
４０ 循環装置
５０ 気液混合部
６０ 支持部材
Ｌ 液体

Claims (1)

1. 直径が６０〜２００ｎｍ以下であり、内部に活性酸素種を含む微細気泡が混合された、殺菌効果を有する微細気泡混合液。