JP6312860B2 - 生鮮食品の保存のための電気化学プロセスおよびシステム - Google Patents

Description

本発明は、生鮮食品を保存するためのプロセスおよびシステムに関する。

食品の腐敗は、食物がもはや食べられないか、ヒトが摂取するのに適さないところにまで劣化するプロセスである。腐敗できる食品は生鮮食品として知られており、生鮮食品の一般的な例としては果物および野菜が挙げられる。酸化、酵素分解、温度、湿気、および微生物（例えば、細菌、カビ、酵母）などの多くの異なる因子が食物腐敗を引き起こすか、または食物が腐敗する速度に影響を与え得る。したがって、食品腐敗を予防、軽減または遅延させる方法は、これらの因子の１つ以上を妨害しようとするものである。このような方法としては、防腐剤の添加、冷蔵／冷凍、食品の乾燥／脱水、および真空下での貯蔵（例えば、缶詰）が挙げられる。酸素と太陽光への暴露は食品酸化の主な原因の２つであることから、食物腐敗をさらに減らすために、食品はしばしば暗闇で保管されて日光暴露が減らされ、ワックスまたはその他の保護コーティングで密封されて空気中の酸素への暴露が減らされる。

しかし、上記の食品保存方法にはいくつかの限界がある。より具体的には、防腐剤の添加は、食品の風味を変え得、加えられる防腐剤によっては、摂取されると悪影響を引き起こす可能性がある化学物質を食品中に取り込み得る。さらに、冷蔵、冷凍、脱水、および缶詰は、食品が腐り始める前に、またはたとえ食物が腐敗していない可能性があり、従ってヒトが摂取するのにまだ安全であるとしても、食品の品質および風味がもはや摂取したくない時点まで劣化する前に、限られた時間だけ食品を保存することができる。さらに、食品の酸化は、冷蔵または凍結された食品中でも容易に起こり得る。食品の変色の問題もある。

したがって、酸化防止剤は、食品の腐敗を防止または遅延させるための添加剤としても使用されている。酸化防止剤は、他の物質または分子の酸化を阻害する分子である。食品保存のための添加物として使用される酸化防止剤としては、アスコルビン酸、レチノール、バイオフラボノイドおよびトコフェロールのような天然酸化防止剤、ならびにブチルヒドロキシトルエンおよびブチルヒドロキシアニソールのような合成酸化防止剤が挙げられる。しかしながら、合成酸化防止剤の安全性は疑問視されている。

近年、二原子水素（Ｈ₂）が抗酸化特性を有することが示されてきている。それはまた、活性酸素種（ＲＯＳ）のスカベンジャーとして作用することが示されてきている。例えば、Hong et al. "Hydrogen as a Selective Antioxidant: A Review of Clinical and Experimental Studies"（「選択的酸化防止剤としての水素：臨床的および実験的研究のレビュー」）J. Int. Med. Res. 38: 1893-1903 (2010); Volodymyr Lushchak博士が編集したOxidative-Stress-Molecular Mechanisms and Biological Effects（「酸化的ストレス分子メカニズムと生物学的影響」）の第8章135〜133頁（2012年）、Shulin Liu, Xuejun Sun, およびHengyi Taoの"Hydrogen: From a Biologically Inert Gas to a Unique Antioxidant"（「水素：生物学的に不活性なガスから独特の酸化防止剤まで」）、ISBN：978-953-51-0554-1、InTechを見よ。しかし、本発明者の知識の最善のところでは、食品保存におけるＨ₂の使用はまだ探究されていない。

メラニン色素がエネルギーを吸収し、水素と酸素への水の電気分解を触媒するために吸収されたエネルギーを利用する固有の能力も近年発見された。特に、メラニンによる水分子の分裂の際に、逆反応が起こり、その結果水分子を改質し、エネルギーを放出しうることが見いだされた。したがって、メラニンは、可視および不可視の光エネルギーを含む電磁エネルギーのすべての波長を吸収し、この吸収されたエネルギーを水解離およびその結果の改変によって消散させる。メラニン、またはメラニンの類似体、前駆体、誘導体、もしくは変異体を用いてエネルギーを発生させる光電気化学的プロセスは、米国特許第８，４５５，１４５号に記載されている。

メラニンは自然界の至る所にあり、窒素、酸素、水素および炭素からなる。長年にわたり、メラニンは、２％硫酸銅溶液と同等の低い保護ファクターの単純な日焼け止め剤である以外、それに起因する生物学的または生理学的機能を有さないと考えられている。メラニンは、いかなるエネルギーを放出していないようであるが、ほとんどの波長のエネルギーを吸収することができるので、知られている最も暗い分子であると考えられてきている。これは、メラニンに特有であり、エネルギーを吸収することができる他の化合物、特に色素は、吸収されたエネルギーの一部を放出するため、熱力学の法則に反する。したがって、メラニンの電子的性質はかなりの間注目されてきた。しかし、メラニンは人に知られている最も安定した化合物の一つであり、長い間、メラニンは化学反応を触媒することができないとみられていた。

いずれの理論にも束縛されることを望むものではないが、例えば、メラニン内部の反応は、以下のスキームＩに従って起こると考えられている：

メラニンは、光エネルギー（可視または不可視）のような電磁エネルギーの吸収により、水の二原子水素（Ｈ₂）、二原子酸素（Ｏ₂）、および電子（ｅ^-）への解離を触媒する。水素と酸素への水の分裂はエネルギーを消費するが、反応は可逆的であり、逆のプロセスでは、二原子水素で酸素原子を還元して水分子を改質すると上記のようにエネルギーが解放される。

したがって、メラニンは光エネルギーを化学エネルギーに変換することができ、光合成中に植物が色素クロロフィルを用いて光エネルギーを化学エネルギーに変換するプロセスに類似している。従って、類推により、このプロセスは「ヒトの光合成」と呼ばれている。しかし、メラニンによって行われる水分解反応とクロロフィルによって行われる水分解反応との重要な違いは、クロロフィルによる水分解反応が生細胞内でのみ起こり、波長４００ｎｍ〜７００ｎｍの可視光のもとで起こることである。対照的に、メラニンは、任意の形態の電磁エネルギー、特に、２００ｎｍ〜９００ｎｍの範囲の波長を有する光エネルギー（可視または不可視）を用いて生細胞外で水分子を分割して改質してＨ₂およびＯ₂を形成することができる。

防腐剤の添加、冷蔵／冷凍、食品の乾燥／脱水、および真空下での貯蔵のような生鮮食品を保存するための既知の方法に関連するいくつかの欠点を克服する、生鮮食品を保存するための改良された方法およびプロセスの必要性が存在する。本発明は、水分、電磁エネルギー、およびメラニン、メラニン前駆体、メラニン誘導体、メラニン類似体、またはメラニン変異体の存在下で生鮮食品を保存するためのプロセスおよびシステムを提供することによって、この必要性を満たす。

１つの一般的な態様において、本発明は、少なくとも１つの生鮮食品を保存するための電気化学的プロセスに関する。本発明の実施形態によれば、プロセスは、
水分と少なくとも１つの生鮮食品と少なくとも１つの水電解デバイスとを含む密閉容器であって、上記の少なくとも１つの水電解デバイスは、基材と、メラニン、メラニン前駆体、メラニン誘導体、メラニン類似体、およびメラニン変異体からなる群より選択されるメラニン物質とを含む、上記容器を提供すること；
上記容器内の上記の少なくとも１つの水電解デバイスに電磁エネルギー源を供給して、上記の少なくとも１つのメラニン物質による水電気分解の反応を開始させること；ならびに
上記の少なくとも１つの生鮮食品および水電解デバイスを上記の少なくとも１つの生鮮食品が保存されるように上記容器内に保持することを含む。

１つの好ましい実施形態では、電磁エネルギー源は、２００ｎｍ〜９００ｎｍの波長を有する不可視または可視光エネルギーを含む。別の好ましい実施形態では、メラニン物質は天然メラニンまたは合成メラニンを含む。

別の一般的な態様において、本発明は、少なくとも１つの生鮮食品を保存するためのシステムに関する。本発明の実施形態によれば、上記システムは、
（ａ）
（ｉ）水分；
（ｉｉ）少なくとも１つの水電解デバイスであって、基質と、メラニン、メラニン前駆体、メラニン誘導体、メラニン類似体およびメラニン変異体からなる群から選択される少なくとも１つのメラニン物質とを含む水電解デバイス、および
（ｉｉｉ）少なくとも１種の生鮮食品
を含む密閉容器；ならびに
（ｂ）容器内の水電解デバイスに照射するための電磁エネルギー源
を含む。

生鮮食品が保存される正確なメカニズムは知られていないが、例えば、米国特許第８，４５５，１４５号に以前に記載されているように、電磁エネルギーの照射時にメラニンによって触媒される水電解反応は、観察された生鮮食品の保存効果に主に関与している二原子水素（Ｈ₂）を生成する。

本発明の１つ以上の実施形態の詳細は、以下の説明に記載されている。 他の特徴および利点は、以下の詳細な説明および添付の特許請求の範囲から明らかになるであろう。

本明細書で言及される全ての特許および刊行物は、参考として援用される。他に定義されない限り、本明細書で使用される全ての技術用語および科学用語は、本発明が属する技術分野の当業者に一般的に理解されるものと同じ意味を有する。その他の場合は、本明細書で使用される特定の用語は、明細書に記載された意味を有する。

本明細書および添付の特許請求の範囲で使用されるように、単数形「a」、「an」および「the」には、文脈上他に明確に指示されない限り、複数の参照が含まれることに留意されたい。

本発明は、生鮮食品を保存するための電気化学的プロセスおよびシステムに関する。メラニンは水の電気分解を触媒して生細胞外でＨ₂およびＯ₂を生成することができることが以前実証されているが、今までこのプロセスは水中に沈んだメラニンで起こることが示されているのみである。しかし、メラニンを水中に沈める必要なく、水分および電磁エネルギーの存在下でメラニンが水電解を触媒し、十分な量の二原子水素を生成することができることが今や発見されている。

水分の存在下で電磁エネルギーを吸収すると、メラニンは水の二原子水素および二原子酸素への電気分解を開始することができ、生鮮食品に有意な保存効果を与えるのに十分な量の二原子水素を生成すると考えられている。二原子水素は非常に強い抗酸化作用を有するため、二原子水素は非常に安定であり、電気分解反応により生成される二原子水素はより多いので、二原子水素の抗酸化効果は二原子酸素の酸化効果よりも大きいと考えられる。本発明の実施形態によれば、不可視または可視の光エネルギー、電磁波、ガンマ線、Ｘ線、紫外線、赤外線、マイクロ波、または電波などの電磁エネルギー源の存在下で水分から二原子水素を製造するために、メラニン、メラニン前駆体、メラニン誘導体、メラニン類似体、またはメラニン変異体を使用することができる。

本明細書で使用される場合、用語「水の電気分解」は、水分子（Ｈ₂Ｏ）が二原子酸素（Ｏ₂）および二原子水素（Ｈ₂）に分割される化学反応を指す。本発明の実施形態によれば、水の電気分解は、水電解材料によって触媒される。

本明細書で使用される場合、「水電解材料」は、水の電気分解を触媒すること、すなわち水分子を酸素および水素に分割することができる物質を指す。本発明の実施形態によれば、メラニン（天然および合成）、メラニン前駆体、メラニン誘導体、メラニン類似体およびメラニン変異体などのメラニン物質は水電解物質である。

本明細書で使用される場合、「メラニン物質」という用語は、メラニン、メラニン前駆体、メラニン誘導体、メラニン類似体、またはメラニン変異体を指す。メラニン物質の例としては、天然メラニン、合成メラニン、ユーメラニン、フェオメラニン、ニューロメラニン、セピオメラニン、およびアロメラニン；ドーパミン、インドール、ポリヒドロキシインドール、フミン酸、ポリインドールキノン、ピロールブラック、インドールブラック、ベンゼンブラック、チオフェンブラック、アニリンブラック、オモクロームブラック等の芳香族化合物；水和形態のポリキノン、ドーパブラック、アドレナリンブラック、カテコールブラック、４−アミンカテコールブラック; フェノール、アミノフェノールまたはジフェノール、インドールポリフェノール、キノン、セミキノンまたはヒドロキノン、Ｌ−チロシン、Ｌ−ドーパミン、モルホリン、オルト−ベンゾキノン、ジモルホリン、ポルフィリンブラックおよびプテリンブラック等のメラニン前駆体；アセチレンブラック等の直鎖状炭素含有化合物；フラーレンやグラファイト等の炭素ビルディングブロックなどが挙げられるが、これらに限定されない。

本発明の好ましい実施形態において、メラニン物質は、メラニン、例えば、天然または合成のメラニンである。「天然メラニン」は、植物または動物などの天然源から単離されたメラニンを指すものとする。「合成メラニン」は、化学的に合成されるメラニンを指すものとする。

本明細書で使用される場合、「水分」とは、湿気の多い環境が作り出されるような少量の液体の存在を指す。用語「水分湿度」は、特に、湿った環境を作り出す少量の水の存在を指す。水分は、水蒸気、すなわち気体状態の空気中に存在する水の形態であり得る。水分は結露の形にもなり得る。「露」という用語は、凝縮による容器の内壁などの表面上の液滴の形態の水を指す。本発明の好ましい実施形態では、保存される生鮮食品は、水分の供給源であり、水分は、生鮮食品によるその自然放出から少なくとも部分的に誘導される。

別段の記載がない限り、「食品腐敗」および「腐敗」は、生鮮食品に関して使用される場合、食物が、もはや食べられないところ、または哺乳類による摂取、特にヒトによる摂取のために安全ではないところまで、劣化または品質低下するプロセスを指す。

本明細書で使用される場合、「生鮮食品」という用語は、もはや食べられないところ、または、哺乳類による摂取、特にヒトによる摂取のために安全ではないところまで、品質低下、腐敗、または劣化し得るあらゆる食品を指す。生鮮食品はまた、不適切に（例えば、冷蔵よりもむしろ高温で）貯蔵されるか、または摂取前に長期間貯蔵される場合、典型的に腐敗する食品である。本発明で使用される生鮮食品は、哺乳動物が摂取するのに適した土壌によって産生される物質、または哺乳動物が摂取するために調製された任意の物質であり得る。生鮮食品は、液体、固体または半固体などの任意の物理的状態にあり得、好ましくは固体（例えば、チーズ）または液体（例えば、ミルク）である。

生鮮食品には、果物、野菜、家禽、肉、魚および乳製品が含まれるが、これらに限定されない。生鮮果実の例としては、リンゴ、バナナ、ラズベリー、イチゴ、ブルーベリー、オレンジ、ブドウ、マンゴー、パイナップル、蜜蝋、カンタロープ、スイカ、ナシ、キウイ、およびブラックベリーが挙げられるが、これらに限定されない。生鮮野菜の例としては、キュウリ、ピーマン、豆、ブロッコリー、カリフラワー、ブリュッセルシュート、レタス、ホウレン草、ジャガイモ、トマトおよびタマネギが含まれるが、これらに限定されない。生鮮家禽および肉の例としては、鶏肉、七面鳥、牛肉および豚肉製品が挙げられるが、これらに限定されない。生鮮魚の例としては、エビおよびホタテのような甲殻類; 鮭; 鮪; シーバス; オヒョウが挙げられるが、これらに限定されない。生鮮乳製品の例としては、ヨーグルト、ミルク、チーズ、およびバターが挙げられるが、これらに限定されない。

本明細書で使用されるとき、生鮮食品に関して使用される場合、用語「保存する」、「保存すること」および「保存」はすべて、生鮮食品の食物腐敗の開始の予防、軽減、または遅延させることを指す。本発明の実施形態によれば、生鮮食品は、酸化の結果として生じる食品腐敗の進行を防止、低減、または遅延させることによって保存することができる。一実施形態において、「保存すること」とは、生鮮食品の酸化を阻害することを指す。別の実施形態において、「保存すること」とは、生鮮食品の酸化の開始を遅らせることを指す。さらに別の実施形態において、「保存すること」とは、生鮮食品の酸化の進行を遅らせることを指す。

本開示に照らして当該分野で公知の任意の方法を使用して、食物腐敗が防止され、低減され、または遅延されたかどうかを判定することができ、例えば、食品の表面にカビまたは真菌の成長、変色（褐変）、または食品の腐敗があるかを決定する視覚検査; 食品から発する不快な臭いがあるかどうかを判断するために食品を嗅ぐこと；および裸眼では見えない微生物の増殖を検出するための化学的試験がある。生鮮食品は、食品の腐敗が防止され、低減され、または遅延されたかどうかを判定するために肉眼で検査し、かつ匂いを嗅いでもよい。特定の実施形態では、生鮮食品の酸化の指標である、食品の褐変もしくは変色の量、または食物が褐色または変色する速度を測定することによって、食品腐敗を評価することができる。

１つの一般的な態様において、本発明は、少なくとも１つの生鮮食品を保存するための電気化学的プロセスを提供する。本発明の実施形態によれば、電気化学的プロセスは、水分、少なくとも１つの生鮮食品、および少なくとも１つの水電解デバイスを含む密閉容器であって、上記の少なくとも１つの水電解デバイスは、基材および少なくとも１つのメラニン物質を含む密閉容器を提供すること；上記の少なくとも１つの水電解デバイスに電磁エネルギー源を供給して、上記の少なくとも１つのメラニン物質による水の電気分解反応を開始させること；および、上記の少なくとも１つの生鮮食品および水電解デバイスを上記密閉容器内に保持し、それにより上記生鮮食品を保存することを含む。

酸化防止剤である二原子水素（Ｈ₂）は、本発明のプロセスに従って、電磁エネルギー源および水分の存在下で少なくとも１種のメラニン物質によって触媒される水電解反応または水分子の分割によって生成されると考えられている。

特定の実施形態では、本発明のプロセスは、生鮮食品の酸化の進行を防止、低減、または遅延させることによって生鮮食品を保存する。

可視および不可視光、ガンマ線、Ｘ線、紫外線、電磁波、赤外線、マイクロ波、および電波を含むが、これらに限定されない、任意のタイプの電磁エネルギーを本発明のプロセスにおいて使用することができる。好ましい実施形態では、電磁エネルギーは可視または不可視の光エネルギー（紫外線および赤外線）を含む。特定の実施形態では、可視光または不可視光エネルギーは、２００ｎｍと９００ｎｍとの間の波長を有する。

本発明の実施形態によれば、少なくとも１つの水電解デバイスが、本発明のプロセスにおいて密閉容器内に存在する。水電解デバイスは、基材と少なくとも１つのメラニン物質とを、メラニン物質が基材上または基材内に保持されるように、含む。メラニン物質は、基材全体に分散させるか、または基材上に吸着させることができる。好ましくは、基材は、メラニン物質への電磁エネルギーの伝達の増加を可能にするために電磁エネルギーに対して透過性であり、その結果、水の電気分解が増加する。

水電解デバイスは、１種類のメラニン物質、または２種類以上のメラニン物質を含むことができる。例えば、本発明に用いられる水電解デバイスは、メラニンとユーメラニンとを含むことができる。本発明の別の実施形態によれば、１つより多い水電解デバイスを使用することができ、各装置は、同じまたは異なる種類のメラニン物質を含んでいてよい。例えば、メラニンを含む第１の水電解デバイスと、ユーメラニンを含む第２の水電解デバイスとの両方を、本発明に係る生鮮食品の保存プロセスに使用することができる。別の例示的かつ非限定的な例として、それぞれがメラニンを含む２つ以上の１つより多い電気分解装置を本発明のプロセスで使用することができる。

本発明の実施形態によれば、少なくとも１つのメラニン物質は、メラニン、メラニン前駆体、メラニン誘導体、メラニン類似体、およびメラニン変異体からなる群から選択される。好ましい実施形態では、少なくとも１つのメラニン物質は、メラニン、好ましくは天然メラニンまたは合成メラニンである。本開示を考慮して当該分野で公知の任意の方法を使用して、メラニン物質を得ることができる。例えば、メラニン物質は、化学的に合成するか、または植物や動物などの天然源から単離することができる。メラニンは、メラニンのアミノ酸前駆体、例えばＬ−チロシンから合成することもできる。メラニン物質は、市販の供給源から得ることもできる。

水電解デバイスの基材は、シリカ、プラスチック、およびガラスが挙げられるが、これらに限定されない、任意の不活性材料とすることができる。好ましくは、水電解デバイスがシリカと少なくとも１種のメラニン物質との混合物となるように基板はシリカである。水電解デバイスは、例えば、メラニン／シリカプレートまたは立方体であってもよく、そのいずれも、シリカのセメント混合物をメラニン水溶液と組み合わせることによって作製することができる。

好ましい実施形態では、本発明に使用される水電解デバイスは、シリカと混合されたメラニン（合成または天然）である。好ましくは、メラニンはシリカに分散され、メラニンとシリカとの均質な混合物を形成する。

本発明の実施形態によれば、水電解デバイスは、ロッド（円筒形）、プレート、球体、または立方体形状が挙げられるが、これに限定されない任意のサイズまたは形状をとることができる。少なくとも１つの水電解デバイスを用いることができるが、水電解デバイスの数や水電解デバイスのサイズや形状は特に限定されない。二原子水素（Ｈ₂）生成の速度は、様々な要因に依存し、例えば、サイズ、形状、表面積、装置内のメラニン物質の量、および／または密閉容器内に存在する水電解デバイスの数を変化させることで調節できる。

本発明の実施形態によれば、水電解デバイスのサイズ、形状および数は、メラニン物質によって触媒される水電解の所望の速度および量に基づいて選択される。例えば、より多くの水電解デバイスを使用することにより、水電解量の増加および／または水電解速度の増加がもたらされる。別の例示的な例として、１つ以上の水電解デバイス内のより多くの量のメラニン物質はまた、水電解の量の増加および／または水電解速度の増加をもたらす。生鮮食品の保存において最適な結果を達成するために水電解デバイスのサイズおよび形状、使用する水電解デバイスの数、および水電解デバイスに使用される特定のメラニン物質およびメラニン物質の量を決定することは、当業者の理解の範囲内である。

本発明の好ましい実施形態では、水電解デバイスは立方体形状である。より好ましい実施形態では、それぞれが立方体の形状をした複数の水電解デバイスが、本発明の電気化学的プロセスにおいて使用される。

水電解デバイスは、当該技術分野において知られている任意の方法によって作製することができる。例えば、メラニン−シリカ水電解デバイスは、不活性物質からなる容器内でシリカ粉末と精製水とメラニンとを混合して作製することができる。成分を一緒に混合し、混合物を硬化させて、硬化混合物が容器の形状をとるようにする。好ましくは、メラニンは約５ｇ／Ｌ精製水の濃度で添加される。水電解デバイスは、この同じプロセスに従って、所望の形状の容器にシリカ粉末、水およびメラニンを混合し、続いて混合物を容器内で硬化させることによって、任意の形状に作製することができる。シリカ粉末は、基材としてシリカ以外の材料を有する水電解デバイスを製造するために、他の不活性物質で置換することができる。本発明の特定の実施形態では、水電解デバイスは、水分がメラニン物質と接触することを可能とし、水電解デバイスから生成された二原子水素の放出を可能にするために多孔質である。

水電解デバイスは、密閉容器内にどのようにも配置することができる。水電解デバイスは、生鮮食品に接触することができてもよく、または生鮮食品から間隔が空くように容器全体に配置してもよい。本発明の実施形態によれば、水電解デバイスが食品に近づくほど、より大きな防腐効果が観察される。生鮮食品が液体である場合、水電解デバイスは、液体に直接添加されてもよく、または液体に浸漬されてもよい。メラニン物質は、生鮮食品（固体、液体、または半固体／半液体物質）に液体または固体の形態で直接添加することができるが、摂取前に生鮮食品から容易に回収することはできない。従って、メラニン物質を含む水電解デバイスを使用することにより、メラニン物質が生鮮食品から分離したままであることが可能となってメラニン物質が容器から容易に除去でき、無期限に再利用できるようになり、プロセスのコストが低減する。

本発明の実施形態によれば、水電解デバイスに電磁エネルギー源を供給することによって電気化学プロセスが開始される。水電解デバイスのメラニン物質は、電磁エネルギーを吸収し、次いで、水の二原子水素（Ｈ₂）および二原子酸素（Ｏ₂）への電気分解を触媒する。本発明の実施形態によれば、水は水分の形態で存在する。さらに、メラニンは水分子を強く結合することができ、メラニンの結合した水の量は少なくとも４０％であると考えられている。したがって、メラニンによって触媒される水電解反応のための水源は、結合した水分子であってもよい。好ましくは、水分は、生鮮食品の表面、または密閉容器の１つ以上の内面、またはその両方の上に凝結した水である。好ましい実施形態では、水分は生鮮食品から自然に放出される。

本発明の特定の実施形態によれば、電磁エネルギーは、２００ｎｍ〜９００ｎｍの範囲の波長を有する可視光または不可視光のいずれかである。別の特定の実施形態において、電気化学的プロセスは、光電気化学的プロセスであり、電磁エネルギーは、可視光エネルギーなどの光電子エネルギーである。好ましい実施形態では、光電子エネルギー源は自然光である。

本発明による生鮮食品を保存するための電気化学的プロセスは、密閉容器内で行われる。密閉容器を使用するには少なくとも２つの目的がある。第１は、容器内に存在する重要な水分が損失することを防止することである。第２は、生鮮食品を保存するために、生鮮食品を水電解デバイスに接触させた状態に保持することである。好ましい実施形態では、密閉容器は気密シールを有する。

本発明のプロセスにおいて使用するための密閉容器は、任意のサイズまたは形状であり得る。電磁エネルギーが水電解デバイス内のメラニン物質によって吸収されるように、密閉容器は、ポリエチレンなどのプラスチック；ガラス；および、所望の波長の電磁エネルギーの密閉容器内への透過を可能にする任意の他の材料が挙げられるがこれらに限定されない任意の適切な材料で作製することができる。密閉容器の材料は、好ましくは可視光の透過を可能にするために光透過性である。密閉容器の材料はまた、好ましくは二原子水素に対して実質的に不透過性である。容器は、剛性形状を有していてもよく、またはプラスチックラップまたはプラスチックバッグなどの自由形状を有していてもよい。

本発明の実施形態によれば、電気化学的プロセスは、少なくとも１つの生鮮食品および水電解デバイスを容器内に保持すること、それにより少なくとも１つの生鮮食品を保存することを含む。生鮮食品および水電解デバイスが容器内に保持される時間は、保存される生鮮食品、温度、容器内の水電解デバイスの数、各水電解デバイス内のメラニン物質の量等の様々な要因に従って変化させることができる。好ましい実施形態では、生鮮食品および水電解デバイスは、生鮮食品が摂取されるまで容器内に保持される。

本発明による電気化学的プロセスは、果物、野菜、肉、家禽、および乳製品が挙げられるが、これに限定されない、任意の生鮮食品を保存するために本開示に照らして使用することができる。好ましくは、生鮮食品は、果物または野菜であり、より好ましくは、果実、例えば、バナナまたはリンゴ、である。本発明のプロセスで使用する生鮮食品は、皮を剥いても剥かなくてもよい。実例として、本発明の電気化学的プロセスを使用して、そのままの皮を有する（すなわち皮を剥かれていない）バナナを保存することができる。他の実例として、本発明の電気化学的プロセスを使用して、果肉が露出する（すなわち、皮を剥かれる）ように半分に切断されたか、または皮が部分的に除去されたリンゴも保存することもできる。

本発明の一実施形態では、１つの生鮮食品のみが密閉容器内にある。別の実施形態では、２つ以上の生鮮食品が密閉容器内にある。生鮮食品が容器内に複数ある場合、生鮮食品は同じであっても異なっていてもよい。例えば、複数のリンゴが同じ容器にあってもよい。 別の例として、リンゴとバナナは同じ容器にあってもよい。

本発明の実施形態によれば、腐敗を防止するために、生鮮食品の酸化または変色などの食物腐敗が始まる前に、電気化学的プロセスを開始することができる。しかし、電気化学的プロセスは、さらなる食品の腐敗を防止するために、または食品の腐敗の継続率を低下させるために、食品の腐敗の開始後に開始することもできる。

生鮮食品を保存するための電気化学的プロセスは、メラニンが安定であることが知られている任意の温度（約−１５０℃〜５００℃）で行うことができる。本発明の好ましい実施形態によれば、電気化学プロセスは、０℃〜５０℃、より好ましくは１２℃〜３０℃、最も好ましくは室温（約２５℃）で実施される。メラニンはあらゆる波長の電磁エネルギーを吸収することができ、必ずしも自然光を必要としないので、上記プロセスは冷蔵庫（約４℃）で行うこともできる。冷蔵下での電気化学的プロセスの実施は、冷蔵と低い温度での保管とによる追加の保存効果により、生鮮食品をさらに長期間保存する利点を有し得る。

多くの要因が、本発明の実施形態により生鮮食品を保存するための電気化学的プロセスの速度および効率に影響を与える。これらの要因としては、容器に供給される電磁エネルギーの量および特定の波長；水電解デバイスの数；水電解デバイスにおけるメラニン物質の量と種類；メラニン物質によって吸収される電磁エネルギーの量；および容器内の水分の量が挙げられるがこれらに限定されない。

本発明の実施形態によれば、水電解反応は少なくとも１種のメラニン物質によって触媒されることができ、ここで、上記の少なくとも１種のメラニン物質はこのプロセスで使用される唯一の水電解物質である。したがって、本発明の特定の実施形態では、少なくとも１つのメラニン物質は、生鮮食品を保存するための電気化学的プロセスで使用される唯一の水電解材料である。特に好ましい実施形態によれば、メラニン（合成または天然）は、生鮮食品の保存プロセスで使用される唯一の水電解材料である。

本発明の別の態様は、少なくとも１つの生鮮食品を保存するためのシステムを提供する。本発明によるシステムは、
（ａ）（ｉ）水分；
（ｉｉ）基質と、メラニン、メラニン前駆体、メラニン誘導体、メラニン類似体およびメラニン変異体からなる群から選択される少なくとも１つのメラニン物質とを含む少なくとも１つの水電解デバイス；および
（ｉｉｉ）少なくとも１つの生鮮食品
を含む密閉容器；ならびに
（ｂ）上記容器内の上記の少なくとも１つの水電解デバイスに照射するための電磁エネルギー源
を含む。

本発明の実施形態によれば、システムの密閉容器は、水分、少なくとも１つの生鮮食品、および少なくとも１つの水電解デバイスを含む。密封された容器は、好ましくは気密シールによって密閉される。密閉容器は、任意のサイズまたは形状とすることができ、本開示を考慮して任意の適切な材料で作製することができる。好ましい実施形態では、密閉容器は、プラスチックまたはＨ₂に対して実質的に不透過性の他の材料で作製されている。Ｈ₂に対して実質的に不透過性の材料で作られた気密シールを有する容器を使用することは、電気化学的プロセスによって生成される二原子水素が出て行くことを防止し、したがって生鮮食品に対するプロセスの防腐効果を高めると考えられる。

本発明の実施形態によれば、システムは、少なくとも１つの水電解デバイスを含む。水電解デバイスはシステムの容器内に保持される。本明細書に記載の水電解デバイスのいずれかを使用することができる。好ましくは、シリカおよびメラニン（天然または合成）の混合物からなる１つ以上の水電解デバイスが使用される。しかしながら、メラニンおよびその前駆体、類似体、誘導体および変異体を含む任意のメラニン物質を使用することができる。

本発明の実施形態によれば、密閉容器への電磁エネルギー源によって供給されるエネルギーは、水電解デバイスのメラニン物質によって吸収されるように、容器を透過する。好ましい実施形態では、電磁エネルギー源は、密閉容器に対して２００ｎｍと９００ｎｍとの間の波長を有する不可視または可視光エネルギーを供給する。

好ましい実施形態において、システム中の少なくとも１つのメラニン物質は、メラニン（天然または合成）である。別の好ましい実施形態では、メラニンはシステム内に存在する唯一の水電解物質である。

本明細書に記載の生鮮食品を保存するための電気化学的プロセスは、本発明によるシステムを用いて実施することができる。好ましい実施形態において、電気化学的プロセスは、光エネルギー、好ましくは可視光エネルギー、より好ましくは自然光エネルギーである電磁エネルギー源を有する光電気化学的プロセスである。別の好ましい実施形態では、システムの水分は、例えば生鮮食品からの水の自然放出により、少なくとも部分的に少なくとも１つの生鮮食品アイテムに由来する。

本発明の実施形態による生鮮食品を保存するための電気化学的プロセスおよびシステムは、水分、メラニン物質を含む水電解デバイス、および光エネルギーなどの電磁エネルギーを用いて、いかなる他の種類の水電解材料の必要性無しに、実施することができる。メラニンはヒトに知られている最も安定した分子の1つで、半減期が数百万年と推定されるため、メラニン物質または水電解デバイスは交換しなくてはならなくなる前に何十年も使用することができる。したがって、複雑なセットアップやメンテナンスは必要ない。

メラニンおよびその前駆体、誘導体、類似体、および変異体が電磁エネルギーを使用し、水電解を触媒して二原子水素を生成することができる正確なメカニズムは、まだ完全には理解されていない。いかなる理論に束縛されることを望むものではないが、メラニンは電磁エネルギーを吸収し、低エネルギー電子の高エネルギー電子への変換を促進すると考えられている。高エネルギー電子は、メラニン物質内の移動性電子キャリアによって移動させられると考えられている。この電子移動はエネルギーを放出し、４つの高エネルギー電子の放出に伴って水の二原子水素（Ｈ₂）と二原子酸素（Ｏ₂）への分裂を開始させるのに十分なプロトン勾配を確立する。

本発明の以下の実施例は、本発明の性質をさらに説明するためのものである。以下の実施例は本発明を限定するものではなく、本発明の範囲は、添付の特許請求の範囲によって決定されるべきである。

実施例１：本発明の電気化学的プロセスによるリンゴの保存。

２つのリンゴはそれぞれ芯を介して半分にされた。１つのリンゴの２つの半分を、リンゴの半分の周りにランダムに配置されたシリカと混合したメラニンからなる５つの立方体（水電解デバイス）とともに、リンゴの切断側を上に向けて、透明なプラスチックホイルで一緒に包んだ。各メラニン／シリカ立方体の平均サイズは１ｃｍ×１ｃｍ×１ｃｍであった。立方体は、水、シリカ粉末、およびメラニンを同じサイズの容器で混合し、水／シリカ／メラニン混合物をその容器内で硬化させることによって製造した。もう一方のリンゴの２つの半分は、対照として、メラニン／シリカの立方体なしに、透明プラスチックホイルに一緒に包んだ。プラスチックで包まれたリンゴを室温（２５℃）で保存し、約５週間自然の（可視）光に暴露した。このプロセスのための水分は、プラスチックで包まれたリンゴの微小環境内の湿度からリンゴによって生成された自然の水分であった。リンゴとともに他の水電解物質は包まなかった。

リンゴの露出した果肉は、実験の開始時に褐変または他の変色を示さず、起こった酸化が最小限であるかまたは全く起こらなかったことを示した。しかし、室温で約5週間のインキュベーションの後、メラニン/シリカの立方体とプラスチックに一緒に包まれたリンゴの露出した果肉は、メラニン/シリカの立方体無しにプラスチックで包まれたリンゴの果肉よりも著しく少ない褐変（酸化）のみを示した。さらに、インキュベーション期間中、メラニン/シリカの立方体とともに包まれたリンゴの露出した果肉の褐変（変色）の速度は、メラニン／シリカの立方体無しに包まれたリンゴの露出した肉の褐変の速度と比較して遅くなった。上記の実験の結果は、水分、メラニン、および光エネルギーの存在下で、リンゴなどの皮を剥いた生鮮食品の果肉が保存され得ることを示す。

実施例２：本発明の電気化学的プロセスによるバナナの保存

そのままの皮をそれぞれ有する２つのバナナを透明プラスチックホイルに別々に包んだ。１つのバナナをそのバナナの周りにランダムに配置されたメラニンと混合したシリカの５つの立方体（水電解デバイス）とともに、プラスチックホイルに包んだ。各メラニン／シリカ立方体の平均サイズは１ｃｍ×１ｃｍ×１ｃｍであった。メラニン／シリカの立方体は、同じサイズの容器に水、シリカ粉末、およびメラニンを混合し、水／シリカ／メラニン混合物を容器内で硬化させることによって製造された。もう一方のバナナは、対照として、メラニン／シリカのいずれの立方体も無しに透明なプラスチックホイルで包んだ。プラスチックで包まれたバナナを室温（２５℃）で保存し、可視光に約２週間暴露した。このプロセスのための水分は、プラスチックで包まれたバナナの微小環境内の湿気からバナナによって生成された自然の水分であった。バナナとともに他の水電解物質は包まなかった。

バナナの皮の外面は、実験の開始時に、あったとしてもごくわずかな茶色の斑点（すなわち、酸化が最小または全く生じなかった）を有していた。しかし、室温での約２週間のインキュベーション期間の後、メラニン／シリカの立方体とともにプラスチックで包まれたバナナの皮は、水電解デバイス無しでプラスチックに包まれたバナナの皮よりも著しく褐色になっていなかった。さらに、インキュベーション期間中、メラニン／シリカの立方体で包まれたバナナの皮の褐変（変色）の速度は、メラニン／シリカの立方体無しで包まれたバナナの皮の褐変の速度に比べて遅くなった。

上記の実験の結果は、水分、メラニン、および光エネルギーの存在下で、バナナのような皮をむかれていない生鮮食品を保存できることを示している。

当業者であれば、本発明の広い概念から逸脱することなく、上述の実施形態に変更を加えることができることが理解されよう。したがって、本発明は、開示された特定の実施形態に限定されず、添付の特許請求の範囲によって規定される本発明の精神および範囲内の変更をカバーすることが意図されていることが理解される。

Claims (20)

1. 少なくとも１つの生鮮食品を保存するための電気化学的プロセスであって、
   水分と前記の少なくとも１つの生鮮食品と少なくとも１つの水電解デバイスとを含む密閉容器であって、前記の少なくとも１つの水電解デバイスは、基材と、メラニンとを含む、前記容器を提供すること；
   前記容器内の前記の少なくとも１つの水電解デバイスに電磁エネルギー源を供給して、前記メラニンによる水電気分解の反応を開始させること；ならびに
   前記の少なくとも１つの生鮮食品および水電解デバイスを前記の少なくとも１つの生鮮食品が保存されるように前記容器内に保持することを含む
   電気化学的プロセス。
2. 前記電磁エネルギー源が、不可視光エネルギー、可視光エネルギー、電磁波、Ｘ線、紫外線、電波、およびガンマ線からなる群より選択される請求項１に記載のプロセス。
3. 前記電磁エネルギー源が、２００ｎｍと９００ｎｍとの間の波長を有する可視または不可視光エネルギーを含む請求項１に記載のプロセス。
4. 前記の少なくとも１つの水電解デバイスの前記基材がシリカを含む請求項１〜３のいずれか一項に記載のプロセス。
5. 前記メラニンが前記シリカに分散されシリカと前記メラニンとの混合物を形成している請求項４に記載のプロセス。
6. 前記メラニンが天然メラニンまたは合成メラニンを含む請求項１〜５のいずれか一項に記載のプロセス。
7. 前記メラニンが前記プロセスで使用される唯一の水電解物質である請求項１〜６のいずれか一項に記載のプロセス。
8. 前記の少なくとも１つの生鮮食品が果物、野菜、肉、家禽、魚および乳製品からなる群より選択される請求項１〜７のいずれか一項に記載のプロセス。
9. 前記生鮮食品の保存のために前記生鮮食品の酸化を予防、軽減または遅延させる請求項１〜８のいずれか一項に記載のプロセス。
10. 前記の水電気分解の反応が二原子水素を生成する請求項１〜９のいずれか一項に記載のプロセス。
11. 前記密閉容器が、Ｈ₂に対して実質的に不透過性の材料で作製されている請求項１〜１０のいずれか一項に記載のプロセス。
12. 少なくとも１つの生鮮食品を保存するためのシステムであって、
    （ａ）（ｉ）水分；
    （ｉｉ）少なくとも１つの水電解デバイスであって、基質とメラニンとを含む前記の少なくとも１つの水電解デバイス；および
    （ｉｉｉ）前記の少なくとも１つの生鮮食品
    を含む密閉容器；ならびに
    （ｂ）前記容器内の前記の少なくとも１つの水電解デバイスに照射するための電磁エネルギー源
    を含むシステム。
13. 前記電磁エネルギー源が、不可視光エネルギー、可視光エネルギー、電磁波、電波、Ｘ線、紫外線、およびガンマ線からなる群より選択される請求項１２に記載のシステム。
14. 前記電磁エネルギー源が、２００ｎｍ〜９００ｎｍの波長を有する可視または不可視光エネルギーを含む請求項１２に記載のシステム。
15. 前記の少なくとも１つの水電解デバイスの基材がシリカを含む請求項１２〜１４のいずれか一項に記載のシステム。
16. 前記メラニンが前記シリカに分散されシリカと前記メラニンとの混合物を形成している請求項１５に記載のシステム。
17. 前記メラニンが天然メラニンまたは合成メラニンを含む請求項１２〜１６のいずれか一項に記載のシステム。
18. 前記メラニンが前記容器に存在する唯一の水電解物質である請求項１２〜１７のいずれか一項に記載のシステム。
19. 前記の少なくとも１つの生鮮食品が果物、野菜、家禽、肉、魚、および乳製品からなる群より選択される請求項１２〜１８のいずれか一項に記載のシステム。
20. 前記水分が前記の少なくとも１つの生鮮食品による自然放出に少なくとも部分的に由来する請求項１２〜１９のいずれか一項に記載のシステム。