WO2023026862A1 - パターン入り液体の製造方法及びパターン入り液体の製造システム - Google Patents

パターン入り液体の製造方法及びパターン入り液体の製造システム Download PDF

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liquid
microparticles
nozzle
pattern
patterned
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一平 井之上
逸雄 花▲崎▼
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サントリーホールディングス株式会社
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    • A23P20/25—Filling or stuffing cored food pieces, e.g. combined with coring or making cavities
    • A23P2020/253—Coating food items by printing onto them; Printing layers of food products

Definitions

  • the present invention relates to a patterned liquid manufacturing method and a patterned liquid manufacturing system. More specifically, the present invention relates to a patterned liquid manufacturing method and a patterned liquid manufacturing system capable of forming patterns such as characters, pictures, and component bias in the liquid.
  • the three-dimensional printing technology is a technology for forming a three-dimensional structure by sequentially laminating materials as two-dimensional layers based on three-dimensional CAD (Computer-Aided Design) data. Using this technology, three-dimensional structures have been formed from various materials such as metals, polymers, food materials, and cells.
  • Another object of the present invention is to provide a low-environmental-load plant-based beverage that has a texture equivalent to that of real milk, coffee, or other environmentally-friendly beverages by designing patterns at the micro level.
  • the present inventors focused on using micro-sized edible microparticles for pattern generation in the liquid.
  • Such edible microparticles are usually used for the purpose of making the ingredients easily ingestible or available together with the liquid by including the insoluble ingredients and uniformly dispersing them in the liquid.
  • the present inventors have found that if the size-dependent diffusion phenomenon of edible microparticles is used, the microparticles will remain in place for a certain period of time even in the liquid. It has been found that by arranging particles, a pattern such as a character or a picture made of microparticles can be drawn and the shape can be maintained. This is because microparticles have a smaller diffusion coefficient than low molecules such as pigments.
  • the present invention relates to the following patterned liquid manufacturing method and patterned liquid manufacturing system.
  • a pattern-forming material in which micro-sized first microparticles containing a first edible organic substance are dispersed in a first liquid is transferred to a second edible organic substance using a position-controllable nozzle.
  • ⁇ 3> The above ⁇ 1> or ⁇ 2>, wherein the first microparticles and/or the second microparticles are aggregated by non-covalent cohesion and produce a texture. 3.
  • a method for producing a patterned liquid according to . ⁇ 4> The method for producing a patterned liquid according to any one of ⁇ 1> to ⁇ 3> above, wherein the first and/or second microparticles have a diameter of 0.13 ⁇ m or more and 1000 ⁇ m or less.
  • ⁇ 5> The ratio of each density of the first and second microparticles to the density of the second liquid is 0.9 or more and 1.1 or less, and the second microparticle to the density of the first liquid is 0.9 or more and 1.1 or less.
  • ⁇ 6> The pattern according to any one of ⁇ 1> to ⁇ 5> above, wherein the absolute value of the difference in water content between the first liquid and the second liquid is 0% or more and 50% or less.
  • ⁇ 7> Any one of ⁇ 1> to ⁇ 6> above, wherein the viscosity of the first liquid and the viscosity of the second liquid are respectively 0.8 mPa ⁇ s or more and 6 Pa ⁇ s or less at 25°C. 3.
  • a method for producing a patterned liquid according to . ⁇ 8> The above ⁇ 1> to ⁇ 7>, wherein the diameter L of the nozzle and the velocity U of the nozzle in the second liquid satisfy the relationship U ⁇ L ⁇ 10 ⁇ 3 m 2 /s.
  • a method for producing a patterned liquid according to any one of the above. ⁇ 9> The ratio of the value obtained by dividing the ejection flow rate X of the pattern forming material ejected from the nozzle by the opening area A of the tip of the nozzle to the speed U of the nozzle in the second liquid is 0. .2 or more and 10 or less, the method for producing a patterned liquid according to any one of the above ⁇ 1> to ⁇ 8>.
  • a system for producing a patterned liquid in which a pattern is formed in the liquid comprising: a tank containing a pattern-forming material in which micro-sized microparticles containing an edible organic substance are dispersed in a first liquid; , a nozzle for discharging the pattern forming material, a pump for feeding the pattern forming material to the nozzle, a position of the nozzle, and a discharge flow rate of the pattern forming material discharged from the nozzle; and a control device that controls the diameter L of the nozzle and the speed U of the nozzle to satisfy the relationship U ⁇ L ⁇ 10 ⁇ 3 m 2 /s in the second liquid.
  • a manufacturing system for a patterned liquid wherein the pattern forming material is discharged from the nozzle while moving the nozzle.
  • a pattern-forming material in which micro-sized first microparticles containing a first edible organic substance are dispersed in a first liquid is poured into a second liquid using a position-controllable nozzle.
  • a method for producing a patterned liquid comprising ejecting to form a pattern of the first microparticles.
  • the first edible organic substance is at least one selected from the group consisting of polysaccharides, polypeptides, higher alcohols, natural resins, lipids, higher fatty acid esters, polyphenols, polyvinyl alcohols, polyethylene glycols, and nucleic acids.
  • the method for producing a patterned liquid according to any one of the above [1] to [6], which is an edible organic substance of [8] The patterned liquid according to any one of [1] to [7] above, wherein the first microparticles are aggregated by non-covalent cohesion and produce a texture. Production method. [9] The pattern according to any one of [1] to [8] above, wherein the absolute value of the difference in water content between the first liquid and the second liquid is 0% or more and 50% or less.
  • a method of manufacturing an infused liquid is a method of manufacturing an infused liquid.
  • the ratio of the value obtained by dividing the ejection flow rate X of the pattern forming material ejected from the nozzle by the opening area A of the tip of the nozzle to the velocity U of the nozzle in the second liquid is 0. .2 or more and 10 or less;
  • Micro-sized second microparticles containing a second edible organic substance are dispersed in the second liquid, and the second liquid in which the second microparticles are dispersed contains the above
  • the ratio of the density of the second microparticles to each of the density of the first microparticles, the density of the first liquid, and the density of the second liquid is 0.9 or more and 1.1.
  • the second edible organic substance is at least one selected from the group consisting of polysaccharides, polypeptides, higher alcohols, natural resins, lipids, higher fatty acid esters, polyphenols, polyvinyl alcohols, polyethylene glycols, and nucleic acids.
  • the method for producing a patterned liquid according to any one of [17] to [22] above, which contains an edible organic substance of [24] The patterned liquid according to any one of [17] to [23] above, wherein the second microparticles are aggregated by non-covalent cohesiveness and produce a texture. Production method.
  • a system for producing a patterned liquid in which a pattern is formed in the liquid the tank containing a pattern-forming material in which micro-sized microparticles containing an edible organic substance are dispersed in a first liquid; , a nozzle for discharging the pattern forming material, a pump for feeding the pattern forming material to the nozzle, a position of the nozzle, and a discharge flow rate of the pattern forming material discharged from the nozzle. and a control device that controls the diameter L of the nozzle and the speed U of the nozzle to satisfy the relationship U ⁇ L ⁇ 10 ⁇ 3 m 2 /s in the second liquid.
  • a patterned liquid manufacturing system wherein the pattern forming material is ejected from the nozzle while moving the nozzle.
  • the ratio of the value obtained by dividing the ejection flow rate X of the pattern forming material ejected from the nozzle by the opening area A of the tip of the nozzle to the velocity U of the nozzle in the second liquid is 0. 2 or more and 10 or less, the manufacturing system of the patterned liquid according to the above [25].
  • a position-controllable nozzle a first liquid is discharged into a second liquid in which micro-sized microparticles containing an edible organic substance are dispersed to form a pattern composed of the first liquid.
  • a patterned liquid manufacturing system in which a pattern is formed in the liquid comprising: a tank containing a first liquid; a nozzle for discharging the first liquid; and a control device for controlling the position of the nozzle and the discharge flow rate of the first liquid discharged from the nozzle, wherein the control device controls the diameter L of the nozzle and the While moving the nozzle in the second liquid in which micro-sized microparticles containing edible organic matter are dispersed, such that the velocity U of the nozzle satisfies the relationship of U ⁇ L ⁇ 10 ⁇ 3 m 2 /s
  • a patterned liquid manufacturing system that ejects the first liquid from the nozzles.
  • the ratio of the value obtained by dividing the discharge flow rate X of the first liquid discharged from the nozzle by the opening area A of the tip of the nozzle to the velocity U of the nozzle in the second liquid is 0. 2 or more and 10 or less, the manufacturing system of the patterned liquid according to the above [28].
  • a patterned liquid production method and a patterned liquid production system with a high degree of design freedom in a patterned liquid that can produce sensations such as color, taste, texture, and tactile sensation. can.
  • FIG. 1 is a graph showing theoretical values of the relationship between the amount typically migrated per hour by a microparticle placed in a liquid and the diameter of the microparticle.
  • FIG. 2 is a graph showing theoretical values in the range where the Reynolds number is 1000 or less when the nozzle is moved in the liquid.
  • FIG. 3 is a conceptual diagram of a patterned liquid manufacturing system for forming a pattern in liquid according to the present invention.
  • FIG. 4 is a conceptual diagram of a patterned liquid manufacturing system using a gantry type system according to the present invention.
  • FIG. 5 is a conceptual diagram of a patterned liquid manufacturing system using a robot arm according to the present invention.
  • FIG. 6 is an optical micrograph of a 10% by volume microparticle suspension in Verification Experiment 1.
  • FIG. 7 is a photograph in which a microparticle suspension with a diameter of 1 ⁇ m was dropped into a 20% by volume glycerol aqueous solution in verification experiment 2.
  • FIG. 8 is a graph showing the diffusion of microparticle suspensions with a diameter of 1 ⁇ m when various liquid volumes were dropped into a 20 vol % glycerol aqueous solution in Verification Experiment 3.
  • FIG. 9 is a graph showing the diffusion when a suspension of microparticles with a diameter of 1 ⁇ m was dropped into a 20 vol% glycerol aqueous solution at a concentration of 0.5 vol% and a liquid volume of 0.5 ⁇ L in verification experiment 3, and left for 4 hours. is.
  • FIG. 8 is a graph showing the diffusion of microparticle suspensions with a diameter of 1 ⁇ m when various liquid volumes were dropped into a 20 vol % glycerol aqueous solution in Verification Experiment 3.
  • FIG. 9 is a graph showing the diffusion when
  • FIG. 10 is a graph showing the diffusion of a suspension of microparticles with a diameter of 0.2 ⁇ m when dropped into a 20 vol % glycerol aqueous solution in Verification Experiment 4.
  • FIG. FIG. 11 is a photograph of a microparticle suspension with a diameter of 1 ⁇ m in a 20 vol % aqueous glycerol solution constructed in verification experiment 5.
  • FIG. 12 shows the diffusion of microparticle suspensions with a diameter of 45 ⁇ m or 90 ⁇ m in a concentration of 1.4% by volume in a 20% by volume aqueous solution of glycerol in verification experiment 6 at a volume of 1 ⁇ L, and allowed to stand for 4 hours. It is a graph showing.
  • FIG. 11 is a photograph of a microparticle suspension with a diameter of 1 ⁇ m in a 20 vol % aqueous glycerol solution constructed in verification experiment 5.
  • FIG. 12 shows the diffusion of microparticle suspensions with a diameter of 45
  • FIG. 13 is a photograph of dropping a 1% by weight uranin solution into a 20% by volume glycerol aqueous solution.
  • 14 is an optical micrograph of the agarose microparticle suspension in Verification Experiment 7.
  • FIG. 15 is a graph showing diffusion when an agarose microparticle suspension with a diameter of 90 ⁇ m was dropped into a 20 vol % glycerol aqueous solution in Verification Experiment 7 and allowed to stand for 4 hours.
  • FIG. 16 is a graph showing diffusion when a 1% by weight uranin solution is dropped into a 20% by volume glycerol aqueous solution and allowed to stand for 3 minutes.
  • FIG. 17 shows various suspensions containing microparticles with a diameter of 1 ⁇ m at a concentration of 0.2% by volume in a 20% by volume glycerol aqueous solution containing 0.5% by weight or 1% by weight of carboxymethyl cellulose in verification experiment 8.
  • FIG. 10 is a graph showing the results of evaluation of deviation of a line of 40 mm in length when ink is drawn with a nozzle diameter, movement speed, and discharge flow rate.
  • FIG. FIG. 18 shows that in verification experiment 9, a suspension containing microparticles with a diameter of 1 ⁇ m at a concentration of 0.2% by volume in a 20% by volume glycerol aqueous solution containing 0.5% by weight of carboxymethyl cellulose was ejected at various ejection flow rates.
  • the method for producing a patterned liquid according to the first aspect of the present invention comprises first micro-sized micro-particles containing a first edible organic substance.
  • a pattern-forming material in which particles are dispersed in a first liquid is ejected into a second liquid using a position-controllable nozzle to form a pattern of the first microparticles.
  • the pattern-forming material in which the micro-sized first microparticles containing the first edible organic substance are dispersed in the first liquid is passed through the position-controllable nozzle. is ejected into the second liquid to form a pattern of the first microparticles, a pattern such as a character or a picture made of the first microparticles is formed in the second liquid serving as a field. It can be drawn and maintain its shape. Therefore, it is possible to provide a patterned liquid in which patterns such as color, taste, aroma, texture, and touch are freely designed.
  • the first microparticles by incorporating a pigment, a taste-imparting substance, or an aroma component into the first microparticles, it is possible to design spatial colors, tastes, and aromas even in the second liquid. Also, by controlling the cohesiveness of the first microparticles, it is possible to design the spatial texture or tactile sensation in the second liquid. Furthermore, by designing the pattern of the first microparticles at the micro level, it is also possible to produce a plant-based beverage with a low environmental impact that has the same texture as real milk, coffee, or other beverages with a high environmental impact. It is possible.
  • the “liquid” may be a liquid that can be ingested by drinking or that can be applied to the skin. Therefore, it is preferable that the first liquid and the second liquid are basically aqueous solutions.
  • the types of the first liquid and the second liquid are not particularly limited, and include all beverages. Specifically, for example, water; tea; coffee; soft drinks such as fruit juice drinks, carbonated drinks, functional drinks, sports drinks, energy drinks, non-alcoholic drinks; alcoholic drinks; smoothies; frozen drinks; frozen cocktails; milkshakes;
  • the second liquid preferably has such a degree of transparency that the pattern can be seen through the second liquid. From a similar point of view, the second liquid may be colored or colorless transparent.
  • the first liquid and the second liquid may be different types of liquids, or may be the same type of liquid.
  • first liquid and the second liquid may each be a single type of liquid, or may be a mixture or separation of a plurality of types of liquids.
  • the types of the first liquid and the second liquid may be skin cosmetics such as perfume, lotion, and lotion.
  • the types of the first liquid and the second liquid may be liquids suitable for cell growth and maintenance, such as medium and buffer solutions.
  • the pattern may be a one-dimensional pattern (line), a two-dimensional pattern (plane), or a three-dimensional pattern (solid).
  • the type of pattern is not particularly limited, and examples include those that produce colors such as characters and drawings, those that produce taste, texture, and tactile sensations such as biased ingredients, and those that produce these sensations in a complex manner.
  • the first microparticles are micro-sized particles containing the first edible organic matter.
  • the first microparticles are micro-sized particles, and preferably have a diameter of 0.13 ⁇ m or more as described later. It is limited and can stay near the ejected site for tens of minutes to tens of hours depending on its size. Therefore, it is possible to generate a patterned liquid in which the pattern of the first microparticles is arranged at arbitrary positions in the second liquid.
  • the particle structure of the first microparticles is not particularly limited, and examples thereof include uniform type, core-shell type, and Janus type.
  • the first microparticles are preferably insoluble or sparingly soluble in the first liquid and the second liquid (which may be water).
  • the first microparticles can be stored for a long period of time while being dispersed in the first liquid, and the first microparticles can be maintained in the second liquid for a long period of time.
  • the first microparticles constituting the pattern are not chemically bonded to each other by a crosslinker. This prevents the pattern of the first microparticles from agglomerating and makes it easier to drink the pattern with the second liquid.
  • Equation 1 a typical moving distance x at a certain time t can be calculated from the diffusion coefficient D of the particles by Equation 1 below.
  • x ⁇ (2Dt) (Formula 1)
  • the diffusion coefficient D can be calculated from the Stokes-Einstein relationship (formula 2 below) using the particle diameter d, the Boltzmann constant k B , the absolute temperature T, and the viscosity ⁇ of the liquid constituting the system.
  • D (k B T)/(3 ⁇ d) (Formula 2)
  • the diffusion coefficient D is 4 ⁇ 10 ⁇ 13 m 2 /s, typically 1, where the viscosity of the liquid into which the particles are dropped is equivalent to that of water at 20° C. 50 ⁇ m per hour and 260 ⁇ m per 24 hours, respectively.
  • FIG. 1 is a graph showing theoretical values of the relationship between the amount typically migrated per hour by a microparticle placed in a liquid and the diameter of the microparticle.
  • FIG. 1 if the particle size is large, the diffusion due to Brownian motion is suppressed.
  • the thickness of the line increases in one hour, assuming that the microparticles forming the lines diffuse three-dimensionally.
  • the diameter of the microparticles thickened by 30% (0.3 mm) or more is 0.13 ⁇ m or less.
  • the diameter of the microparticles thickened by 30% (0.3 mm) or more is 0.13 ⁇ m or less.
  • the diameter of the microparticles thickened by 30% (0.3 mm) or more is 0.13 ⁇ m or less.
  • two lines of a pattern forming material containing microparticles with a diameter of 0.13 ⁇ m and having a line width of 1 mm are arranged at an interval of 1 mm, even if the thickness of each line is increased by 1.3,
  • the distance between the two lines is 0.3 mm, and it is possible to distinguish between the two lines. That is, by using microparticles with a diameter of 0.13 ⁇ m or more, it is possible to write a pattern that can be recognized even after one hour of writing.
  • the diameter of the first microparticles may be 0.13 ⁇ m or more, but is preferably 0.2 ⁇ m or more and 1000 ⁇ m or less.
  • the thickness is 0.2 ⁇ m or more, even if a pattern drawn with a line width of 1 mm is left in the second liquid for 1 hour, the pattern can be sufficiently maintained.
  • it is 1000 ⁇ m or less, it is possible to avoid feeling a rough feeling when the first microparticles are put in the mouth (see, for example, Reference 1 below), and from this point of view, it is 100 ⁇ m or less. is more preferable.
  • the diameter of the first microparticles is more preferably 0.3 ⁇ m or more, more preferably 0.5 ⁇ m or more, and even more preferably 50 ⁇ m or less.
  • microparticle diameter is the mode diameter of the particle size distribution of the microparticles measured by the dynamic light scattering method (DLS).
  • a ratio of the density of the first microparticles to the density of the second liquid is 0.9 or more and 1.1 or less
  • the ratio of the density of the second liquid to the density of the first liquid is preferably 0.9 or more and 1.1 or less.
  • these ratios are 0.9 or more and 1.1 or less, the pattern composed of the first microparticles is suppressed from floating or sinking in the second liquid together with the first liquid. can be done. From this point of view, these ratios are more preferably 0.92 or more and 1.08 or less, and further preferably 0.95 or more and 1.05 or less.
  • microparticle density refers to microparticles (which may be pattern-forming materials) in solutions of various concentrations (e.g., aqueous glycerol solution).
  • aqueous glycerol solution e.g., aqueous glycerol solution
  • the solution is added dropwise and centrifuged under predetermined conditions (eg, 18,500 ⁇ g for 1 minute), and the density of the solution at which sedimentation of the microparticles is not observed shall be the lowest density.
  • This solution and "liquid density” can be measured by, for example, a density meter (DMA 4500 M, manufactured by Anton Paar).
  • the first microparticles preferably contain at least one component selected from the group consisting of pigments, taste components, nutrients and aroma components.
  • the inclusion of these additives in the primary microparticles enables the design of various spatial sensations by patterns comprising the primary microparticles. For example, when a pigment is contained, a spatial color design is possible with a pattern of the first microparticles, and when a taste component is contained, a spatial taste design is possible with a pattern of the first microparticles.
  • a spatial color design is possible with a pattern of the first microparticles
  • a spatial taste design is possible with a pattern of the first microparticles.
  • spatial nutrition design is possible by the pattern of the first microparticles
  • aroma components when aroma components are included, spatial fragrance design is possible by the pattern of the first microparticles. becomes possible.
  • a red pigment, a green pigment, a blue pigment, a black pigment, a white pigment, or the like may be used.
  • taste components include sucrose, fructose, salt, glucose, amino acids, nucleic acids, acetic acid, malic acid, citric acid, caffeine, tannin, capsaicin, glycerol, and food extracts.
  • Nutrients include, for example, vitamins, minerals, lipids, fatty acids, polypeptides, carbohydrates, health material molecules, and food extracts.
  • the aroma component for example, food flavoring compounds including vanillin, eugenol, geraniol, citral, etc.
  • the first microparticles may include a plurality of types of particles that differ in the presence or absence of pigments and the types of pigments contained (for example, different colors). The same is true for each of the taste component, the nutrient, and the aroma component, and the first microparticles may contain a plurality of types of particles differing in the presence or absence of these additives and the types of additives they contain.
  • the first microparticles preferably include at least one of silica (silicon dioxide) and titania (titanium dioxide). By including these additives in the first microparticles, it is possible to express white and improve the development of other colors.
  • the first microparticles may contain a hydrophobic or hydrophilic material to retain the above-mentioned additives such as dyes and silica within the microparticles.
  • the first microparticle is a layer containing a hydrophobic substance, such as a three-layer structure of hydrophilic substance/hydrophobic substance/hydrophilic substance or hydrophobic substance/hydrophilic substance/hydrophobic substance. and a layer containing a hydrophilic substance are alternately arranged from the center toward the outside.
  • the first microparticles include a first edible organic matter.
  • the first edible organic substance is a substance that can function as a main component that forms the shape of the particles of the first microparticles.
  • “edible organic matter” means organic matter that can be eaten by humans, but whether or not it can be digested by humans and whether or not it can be absorbed by humans are not particularly limited.
  • the molecular weight of the first edible organic substance is not particularly limited, the first edible organic substance is preferably a high molecular weight substance.
  • the first edible organic substance is at least one selected from the group consisting of polysaccharides, polypeptides, higher alcohols, natural resins, lipids, higher fatty acid esters, polyphenols, polyvinyl alcohols, polyethylene glycols, and nucleic acids (DNA).
  • polysaccharide means a sugar in which multiple (two or more molecules) monosaccharides are bound.
  • polypeptide means a compound in which a large number of amino acids are linked by peptide bonds, and includes proteins here.
  • Preferred specific examples of the above polysaccharides include dextrin, pectin, agar, agarose, glucomannan, polydextrose, maltodextrin, alginic acid (sodium alginate, calcium alginate, etc.), cellulose, hemicellulose, chitin, chitosan, starch (starch, etc.). ), dextran, agarose, sucrose, methylcellulose, carboxymethylcellulose, hydroxypropylcellulose and the like. These can be used singly or in combination of two or more.
  • Preferred specific examples of the above polypeptides include gelatin, protein hydrolysates, collagen, albumin and the like. These can be used singly or in combination of two or more.
  • the higher alcohol include dodecyl alcohol and cetyl alcohol. These can be used singly or in combination of two or more.
  • Preferred specific examples of the above natural resins include gum arabic, shellac, wax, lignin, polylactic acid and the like. These can be used singly or in combination of two or more.
  • Preferred specific examples of the lipid include lecithin.
  • polysaccharides and polypeptides can also be used in combination of two or more.
  • first edible organic matter examples include those common to the specific examples of additives such as taste components and nutrients described above, and these common examples include taste components and nutrients. It is the first edible organic matter that can also function as a component of In this specification, the term "edible organic matter” is not limited to so-called foods and food additives, and may be pharmaceuticals, quasi-drugs, and the like, and means organic matter that can be taken orally.
  • the first microparticles may be cells such as human-derived cells, animal cells, plant cells, and microbial cells. By using these cells as the first microparticles, it becomes possible to impart various physiological functions to the pattern composed of the first microparticles. These cells contain the first edible organic matter.
  • the first microparticles are agglomerated by non-covalent cohesiveness, and may produce a texture or a tactile sensation. This makes it possible to design a spatial texture or tactile sensation based on the pattern of the first microparticles.
  • the method of aggregating microparticles by non-covalent cohesion is not particularly limited, and for example, the microparticles may be agglomerated by charging the surface of the microparticles.
  • the first microparticles are dispersed in the first liquid before being ejected into the second liquid, and are patterned using a position-controllable nozzle. It is discharged into the second liquid as a material for use.
  • the first liquid constitutes a liquid containing the first microparticles so that the nozzle can be used to eject the first microparticles into the second liquid.
  • the first microparticles contain a pigment component (when they exhibit color)
  • the first liquid in which the first microparticles are dispersed that is, the pattern-forming material can function as a pattern-forming ink.
  • the volume percent concentration of the first microparticles in the pattern forming material is not particularly limited, but is preferably 0.05% by volume or more and 50% by volume or less, and 0.1% by volume or more and 40% by volume. It is more preferably 0.5% by volume or more and 30% by volume or less.
  • the volume percent concentration of the first microparticles in the pattern forming material can be measured by the Coulter counter method.
  • the type of pattern forming material discharged into the second liquid is not particularly limited, and only one type of pattern forming material may be discharged into the second liquid. Two or more types of pattern forming materials different in at least one of the particles and the first liquid may be simultaneously or sequentially discharged into the second liquid.
  • the first liquid is preferably compatible with the second liquid, and is the same as the second liquid. It may be a liquid, or a liquid close to a second liquid. This point will be described in detail below.
  • the absolute value of the difference in water content between the first liquid and the second liquid is preferably 0% or more and 50% or less. By combining liquids that do not differ in water content, it is possible to change the taste and color without changing the texture or texture. By combining liquids with different water contents, it is possible to change the texture or tactile sensation.
  • the absolute value of the difference between the two is more preferably 25% or less, more preferably 15% or less. Note that the water content of the first liquid is usually smaller than that of the second liquid.
  • the "moisture content of the liquid” can be measured by the loss-on-drying method. That is, after measuring the weight of a sample containing water (liquid in this case), the sample is then placed in a constant temperature bath at a predetermined temperature to evaporate the water. You can measure quantity.
  • the viscosity of the first liquid and the viscosity of the second liquid at 25° C. are preferably 0.8 mPa ⁇ s or more and 6 Pa ⁇ s or less, respectively. If the viscosities of both of them are 0.8 mPa s or more and 6 Pa s or less at 25° C., respectively, the diffusion of the first liquid into the second liquid is easily suppressed. shape can be maintained in the second liquid for a longer period of time. From this point of view, the viscosities of the two at 25° C. are more preferably 3 Pa ⁇ s or less, and more preferably 1 Pa ⁇ s or less.
  • the viscosity of the first liquid and the viscosity of the second liquid are preferably 1 mPa s or more and 100 mPa s or less at 25° C., and 1 mPa s or more and 50 mPa s respectively. The following are more preferable. Either of the viscosity of the first liquid and the viscosity of the second liquid may be greater or may be substantially the same.
  • the "viscosity of the liquid” is the density measured with a density meter (eg, DMA 4500 M, manufactured by Anton Paar) and a tuning fork vibration viscometer (eg, SV-10, manufactured by A&D ) can be used for measurement.
  • a density meter eg, DMA 4500 M, manufactured by Anton Paar
  • a tuning fork vibration viscometer eg, SV-10, manufactured by A&D
  • the nozzle is a cylindrical body with a hollow inside and open at both ends, and the pattern forming material in which the first microparticles are dispersed in the first liquid is introduced from the proximal end of the nozzle into the nozzle. It flows through the cavity and is discharged from the tip of the nozzle.
  • the three-dimensional position of the nozzle and the ejection flow rate of the pattern forming material ejected from the tip of the nozzle are usually controlled by a controller of the patterned liquid manufacturing system, which will be described later.
  • the number of nozzles to be used is not particularly limited, and may be one or more.
  • the nozzle is freely movable along multiple axes (for example, three axes or more and eight axes or less). As a result, a three-dimensional pattern can be easily formed as a pattern composed of the first microparticles. In addition to moving the nozzle, it is also possible to move the container containing the second liquid.
  • the second liquid is contained in a container (eg, glass or cup), and the length of the nozzle is preferably longer than at least the depth of the second liquid contained in the container.
  • the nozzle can be used to form a pattern of the first microparticles anywhere in the second liquid.
  • the nozzles When forming a pattern in a liquid, the nozzles can create turbulence that disturbs the pattern. In general, turbulence is easier to suppress as the Reynolds number (Re) is smaller. It is particularly advantageous if it is kept below 1000.
  • the following relationship between the nozzle diameter L and the nozzle speed U is the gray area in FIG.
  • FIG. 2 shows theoretical values in the range where the Reynolds number is 1000 or less when the nozzle is moved in the liquid. That is, it is preferable that the diameter L (m) of the nozzle and the velocity U (m/s) of the nozzle in the second liquid satisfy the relationship U ⁇ L ⁇ 10 ⁇ 3 m 2 /s. . As a result, it is possible to effectively suppress the generation of turbulence caused by the nozzles, and to clearly form a pattern of a desired shape. From this point of view, the diameter L (m) of the nozzle and the velocity U (m/s) of the nozzle in the second liquid should be within the range of U ⁇ L ⁇ 5 ⁇ 10 ⁇ 4 m 2 /s. More preferably, it satisfies the relationship U ⁇ L ⁇ 10 ⁇ 4 m 2 /s.
  • the "nozzle diameter L” means the length measured at the longest point of the opening at the tip of the nozzle.
  • the opening shape of the tip of the nozzle is circular, it indicates the diameter, if it is elliptical, it indicates the length of the major axis, and if it is square, it indicates the length of the longer diagonal.
  • the shape of the opening at the tip of the nozzle is V-shaped, U-shaped, C-shaped, or any other shape with a concave portion, it indicates the diameter of the smallest circle that can enclose the shape.
  • the speed U (m/s) of the nozzle, the discharge flow rate X (m 3 /s) of the pattern forming material discharged from the nozzle, and the opening area A (m 2 ) of the tip of the nozzle are as follows.
  • drawing is considered to be stable. This is because the relative velocity of the pattern forming material discharged with respect to the nozzle can be reduced, and the occurrence of turbulent flow due to the nozzle can be suppressed.
  • U X/A (Formula 1)
  • the velocity U (m/s) of the nozzles in the second liquid is , the ratio (X/A)/U ( hereinafter referred to as , also referred to as rate ratio) is preferably 0.2 or more and 10 or less, more preferably 0.3 or more and 8 or less, and even more preferably 0.4 or more and 5 or less.
  • rate ratio preferably 0.2 or more and 10 or less, more preferably 0.3 or more and 8 or less, and even more preferably 0.4 or more and 5 or less.
  • the opening shape of the tip of the nozzle is not particularly limited, but the nozzle preferably has a circular, elliptical, triangular, rectangular, square, rhomboid, V-shaped, U-shaped, or C-shaped tip.
  • Microparticles may also be dispersed in the second liquid from which the pattern forming material is discharged. That is, micro-sized second microparticles containing a second edible organic substance are dispersed in the second liquid, and the pattern is dispersed in the second liquid in which the second microparticles are dispersed. A forming material may be ejected. On the other hand, microparticles may not be dispersed in the second liquid from which the pattern forming material is discharged. Thus, the pattern-forming material is discharged into the second liquid in which the micro-sized second microparticles containing the second edible organic substance are dispersed at 0% by volume or more and 74% by volume or less. .
  • the volume percent concentration of the second microparticles in the second liquid is not particularly limited as long as it is 0% by volume or more and 74% by volume or less, but it is preferably 0.1% by volume or more and 70% by volume or less. It is preferably 1% by volume or more and 60% by volume or less, and even more preferably 5% by volume or more and 50% by volume or less. Note that the pattern formation in the liquid is not affected by the concentration of the microparticles in the liquid, so the concentration can be freely set.
  • the structure when the same particles are most densely arranged in a liquid is a hexagonal close-packed structure, and the packing rate at that time can be calculated to be approximately 74% by volume. Therefore, the maximum volume percent concentration of the second microparticles in the second liquid is 74% by volume.
  • volume percent concentration of the second microparticles in the second liquid can be measured by the Coulter counter method.
  • the second microparticles are not chemically bonded with a crosslinker. This prevents the second microparticles from agglomerating and makes it easier to drink the second microparticles with the second liquid.
  • the diameter of the second microparticles may be 0.13 ⁇ m or more, but is preferably 0.2 ⁇ m or more and 1000 ⁇ m or less, and 100 ⁇ m or less. is more preferable. Also, the diameter of the second microparticles is more preferably 0.3 ⁇ m or more, more preferably 0.5 ⁇ m or more, and even more preferably 50 ⁇ m or less.
  • the second microparticles for the density of the first microparticles, the density of the first liquid and the density of the second liquid, respectively.
  • Particle density ratios (second microparticle density/first microparticle density, second microparticle density/first liquid density, and second microparticle density/second The density of the liquid) is preferably 0.9 or more and 1.1 or less. Moreover, these ratios are more preferably 0.92 or more and 1.08 or less, and further preferably 0.95 or more and 1.05 or less.
  • the second microparticles may contain at least one component selected from the group consisting of pigments, taste components, nutrients and aroma components. Specific examples of these components include those mentioned for the first microparticles.
  • the second microparticles may include a plurality of types of particles that differ in the presence or absence of pigments and the types of pigments contained (for example, different colors). The same is true for each of taste components, nutrients, and aroma components, and the second microparticles may contain a plurality of types of particles differing in the presence or absence of these additives and the types of additives they contain.
  • the second microparticles preferably contain at least one of silica and titania.
  • the second microparticle may contain a hydrophobic or hydrophilic material to retain the above-mentioned additives such as dyes and silica within the microparticle.
  • the second microparticles include a second edible organic matter.
  • the second edible organic substance is a substance that can function as a main component that forms the shape of the second microparticle as a particle.
  • the molecular weight of the second edible organic substance is not particularly limited, the second edible organic substance is preferably a high molecular weight substance.
  • the second edible organic substance is at least one selected from the group consisting of polysaccharides, polypeptides, higher alcohols, natural resins, lipids, higher fatty acid esters, polyphenols, polyvinyl alcohols, polyethylene glycols, and nucleic acids (DNA). of edible organic matter.
  • Preferred specific examples of these edible organic substances are those mentioned in the first edible organic substance.
  • preferred specific examples of edible organic substances can be used in combination of one or more, and the above preferred organic substances belonging to different classes such as polysaccharides and polypeptides can be used in combination. Specific examples can also be used in combination of two or more.
  • specific examples of edible organic substances may include specific examples of additives such as taste components and nutrients. becomes an edible organic substance that can function as a component such as a taste component and a nutrient component.
  • the second microparticles are agglomerated by non-covalent cohesiveness, and may produce a texture or a tactile sensation. This allows the second liquid in which the second microparticles are dispersed to have a texture or tactile sensation, and the pattern consisting of the first microparticles and the second liquid in which the second microparticles are dispersed. It is possible to create a change in texture or tactile sensation between liquids.
  • a patterned liquid manufacturing system according to a second aspect of the present invention (hereinafter sometimes simply referred to as a manufacturing system according to the second aspect) will be described.
  • a manufacturing system according to the second aspect since the configuration common to the manufacturing method according to the first aspect can also be applied to the manufacturing system according to the second aspect, description thereof will be omitted as appropriate below.
  • a production system is a production system for a patterned liquid in which a pattern is formed in a liquid, wherein micro-sized microparticles containing an edible organic substance are dispersed in the first liquid to form a pattern.
  • a nozzle for discharging the pattern forming material; a pump for feeding the pattern forming material to the nozzle; the position of the nozzle; and the pattern forming material discharged from the nozzle. and a control device for controlling the discharge flow rate of the material. Therefore, the pattern forming material is supplied from the tank to the nozzle by a pump, and the pattern forming material is discharged from the nozzle to an arbitrary position of the second liquid while controlling the position of the nozzle and the discharge flow rate of the pattern forming material by the control device.
  • patterned liquid can be automatically manufactured by designing a pattern using software such as CAD and controlling nozzles based on the design. That is, it is possible to produce a patterned liquid with a high degree of freedom in designing a patterned liquid that can produce sensations such as color, taste, aroma, texture, and touch.
  • CAD CAD-based nozzles based on the design.
  • by designing the pattern of microparticles at the micro level it is also possible to produce low-environmental-impact plant-based beverages that have the same texture as real milk, coffee, and other environmentally-impacting beverages. .
  • the controller controls the second liquid so that the diameter L (m) of the nozzle and the velocity U (m/s) of the nozzle satisfy the relationship U ⁇ L ⁇ 10 ⁇ 3 m 2 /s.
  • the pattern forming material is discharged from the nozzle while moving the nozzle inside. Therefore, as described in the manufacturing method according to the first aspect, it is possible to effectively suppress the generation of turbulence caused by the nozzles, and to clearly form a pattern of a desired shape.
  • the diameter L (m) of the nozzle and the velocity U (m/s) of the nozzle in the second liquid should be within the range of U ⁇ L ⁇ 5 ⁇ 10 ⁇ 4 m 2 /s. More preferably, it satisfies the relationship U ⁇ L ⁇ 10 ⁇ 4 m 2 /s.
  • the ejection flow rate X of the pattern forming material ejected from the nozzles with respect to the velocity U (m/s) of the nozzles in the second liquid A ratio (X/A)/U of a value obtained by dividing (m 3 /s) by the opening area A (m 2 ) of the tip of the nozzle is preferably 0.2 or more and 10 or less, and 0.3 It is more preferable that it is 8 or less, and it is still more preferable that it is 0.4 or more and 5 or less.
  • the pattern forming material stored in the tank may be supplied to the nozzle through a liquid feeding tube.
  • the tank is not particularly limited as long as it can contain the pattern forming material.
  • the tank may be provided separately from the pump and nozzle, or may be provided integrally with the pump and nozzle. Also, a plurality of tanks may be provided according to the type of pattern forming material.
  • the nozzle is as described in the manufacturing method according to the first aspect.
  • a piezoelectric element such as a piezoelectric element may be connected to the nozzle, and voltage application to the piezoelectric element causes a pressure change inside the nozzle to control the discharge flow rate of the pattern forming material from the nozzle. good too.
  • the pump is not particularly limited as long as it can send the pattern forming material to the nozzle, and for example, a syringe pump, a peristaltic pump, or the like can be used.
  • the control device may include a multi-axis mechanism (for example, a mechanism with three axes or more and eight axes or less) that is connected to the nozzle and moves the position of the nozzle.
  • a multi-axis mechanism for example, a mechanism with three axes or more and eight axes or less
  • the nozzle can be moved three-dimensionally. That is, it is possible to easily form a three-dimensional pattern.
  • a multi-axis mechanism for example, a gantry type system (eg, 3-axis) or a robot arm (eg, 8-axis) can be used.
  • control device may control the pump pressure, or may control the voltage applied to the piezoelectric element installed in the nozzle section, in order to control the discharge flow rate of the pattern forming material.
  • control device may include a control processing device that performs control processing for nozzles, pumps, multi-axis mechanisms, and the like.
  • the control processing unit includes, for example, a software program for realizing various types of processing such as control processing, a CPU (Central Processing Unit) that executes the software program, and various types of hardware controlled by the CPU (for example, a storage device ), etc.
  • a software program for example, a control program using 3D-CAD data
  • data necessary for the operation of the control processor are stored in the storage device.
  • control processing device may be arranged in a place (for example, in the same store) where the patterned liquid is manufactured together with the multi-axis mechanism, and a device related to at least a part of the functions of the control processing device may be used to manufacture the patterned liquid. It may be distributed in a location (eg cloud) different from the manufacturing location.
  • the manufacturing system according to the second aspect may further include a stage on which a container containing the second liquid can be installed.
  • the stage may be configured to be movable, and the control device moves not only the nozzle but also the stage, i.e., while moving the second liquid contained in the container, the pattern forming material from the nozzle. It may be ejected into the second liquid.
  • FIG. 3 is a conceptual diagram of a patterned liquid manufacturing system for forming a pattern in liquid according to the present invention.
  • a liquid feed tube 151 and a liquid feed tube 152 connecting the pump 130 and the nozzle 120 are provided. , to control.
  • the manufacturing system 100 can automatically form a pattern 30 of microparticles 11 in the second liquid 20 .
  • a plurality of different types of pattern forming materials 10 may be stored in the plurality of tanks 110 , and a plurality of types of pattern forming materials 10 may be discharged from the nozzles 120 simultaneously or sequentially.
  • the manufacturing system 100 may include a plurality of nozzles 120 and may discharge a plurality of types of pattern forming materials 10 from the plurality of nozzles 120 simultaneously or sequentially.
  • FIG. 4 is a conceptual diagram of a patterned liquid manufacturing system using a gantry type system according to the present invention.
  • the patterned liquid manufacturing system 200 shown in FIG. 4 includes a tank 210 containing a patterning material (not shown) having microparticles (not shown) dispersed in a first liquid (not shown). , a nozzle 220 for discharging a pattern forming material, a stage 250 on which a container 40 containing a second liquid 20 is installed, and a gantry type system 260 as a multi-axis mechanism of a control device (not shown). I have.
  • the tank 210 is integrally provided with a pump (not shown) for feeding the pattern forming material to the nozzle 220 and an x-axis drive motor (not shown) of the gantry type system 260 .
  • the gantry type system 260 is a three-axis drive mechanism, and includes an x-axis rail 261 that supports the tank 210 movably in the x-axis direction and a z-axis rail 262 that supports the x-axis rail 261 movably in the z-axis direction.
  • a z-axis drive motor 263 that drives the x-axis rail 261 supported by the z-axis rail 262 in the z-axis direction
  • a y-axis rail 264 that supports the z-axis rail 262 movably in the y-axis direction
  • a y-axis and a y-axis drive motor 265 that drives the z-axis rail 262 supported by the rail 264 in the y-axis direction
  • the nozzle 220 can be freely moved in three axes under the control of the control device.
  • the control device controls the position of the nozzle 220 by means of the gantry type system 260 and also controls the ejection flow rate of the pattern forming material ejected from the nozzle 220 .
  • the manufacturing system 200 can also automatically form a pattern 30 of microparticles in the second liquid 20 .
  • FIG. 5 is a conceptual diagram of a patterned liquid manufacturing system using a robot arm according to the present invention.
  • the patterned liquid manufacturing system 300 shown in FIG. 5 includes a tank 310 containing a patterning material (not shown) having microparticles (not shown) dispersed in a first liquid (not shown). , a nozzle 320 for ejecting a pattern forming material, and a robot arm 360 as a multi-axis mechanism of a control device (not shown). Further, the tank 310 is integrally provided with a pump (not shown) for feeding the pattern forming material to the nozzle 320 .
  • the robot arm 360 is, for example, an 8-axis driving mechanism, and can freely move the nozzle 320 in 8 axes under the control of the control device.
  • the control device controls the position of the nozzle 320 by the robot arm 360 and controls the discharge flow rate of the pattern forming material discharged from the nozzle 320 .
  • the manufacturing system 300 can also automatically form a pattern 30 of microp
  • a method for producing a patterned liquid according to the third aspect of the present invention (hereinafter sometimes simply referred to as a production method according to the third aspect) will be described.
  • the description thereof will be omitted as appropriate.
  • the first liquid is discharged into the second liquid in which micro-sized microparticles containing an edible organic substance are dispersed, using a position-controllable nozzle, A pattern consisting of one liquid is formed.
  • the first liquid is discharged into the second liquid in which the micro-sized microparticles containing the edible organic matter are dispersed, using the position-controllable nozzle, Since the pattern made of the first liquid is formed, a pattern such as letters and pictures made of the first liquid is drawn in the second liquid in which the microparticles serving as the field are dispersed, and the shape is maintained. can do. Therefore, it is possible to provide a patterned liquid in which patterns such as color, taste, aroma, texture, and touch are freely designed. For example, by allowing the first liquid to contain a pigment, a taste substance, and an aroma component, it is possible to design spatial colors, tastes, and fragrances even in the second liquid.
  • the texture or tactile sensation of the first liquid it is possible to design the spatial texture or tactile sensation in the second liquid. Furthermore, by designing the pattern of the first liquid at the micro level, it is also possible to produce low-environmental-impact plant-based beverages that have the same texture as real milk, coffee, and other environmentally-impacting beverages. is.
  • the microparticles are micro-sized particles containing edible organic matter.
  • Microparticles are micro-sized particles, preferably having a diameter of 0.13 ⁇ m or more as described later, so that the diffusion of the microparticles dispersed in the second liquid is limited by their size. Therefore, even after the first liquid is ejected into the second liquid, the microparticles can remain in the vicinity of the previous location for several tens of minutes to several tens of hours depending on their size. That is, the first liquid ejected into the second liquid can also stay in the vicinity of the ejection site for several tens of minutes to several tens of hours. As a result, it is possible to generate a patterned liquid in which a pattern of the first liquid is arranged at an arbitrary position in the second liquid.
  • microparticles are ejected into a liquid, or another liquid is ejected into a liquid in which microparticles are dispersed.
  • each feature described in the manufacturing method according to the first aspect can also be appropriately applied to the manufacturing method according to the third aspect.
  • the manufacturing method according to the third aspect can take the following aspects.
  • the types of the first liquid and the second liquid are not particularly limited, and liquids in general can be used. Specific examples include those described in the manufacturing method according to the first aspect. From the viewpoint of making the pattern formed of the first liquid visible from the outside of the second liquid, the second liquid preferably has such a degree of transparency that the pattern can be visually recognized through the second liquid. From a similar point of view, the second liquid may be colored or colorless transparent. The first liquid and the second liquid may be different types of liquids, or may be the same type of liquid. Moreover, the first liquid and the second liquid may each be a single type of liquid, or may be a mixture or separation of a plurality of types of liquids. Further, the types of the first liquid and the second liquid may be skin cosmetics such as perfume, lotion, and lotion.
  • the types of the first liquid and the second liquid may be liquids suitable for cell growth and maintenance, such as medium and buffer solutions.
  • the first liquid does not need to contain micro-sized microparticles containing edible organic matter.
  • first liquid may be discharged into the second liquid in which the microparticles are dispersed, or two or more types of the first liquid may be discharged into the second liquid in which the microparticles are dispersed. may be discharged simultaneously or sequentially.
  • the first liquid preferably contains at least one component selected from the group consisting of pigments, taste components, nutrients and aroma components.
  • pigments such as pigments, taste components, nutrients and aroma components.
  • a spatial color design is possible with a pattern of the first liquid
  • a taste component such as a spatial taste design
  • a spatial scent such as a scent by a pattern of the first liquid.
  • a red pigment, a green pigment, a blue pigment, a black pigment, a white pigment, or the like may be used.
  • taste components include sucrose, fructose, salt, glucose, amino acids, nucleic acids, acetic acid, malic acid, citric acid, caffeine, tannin, capsaicin, glycerol, and food extracts.
  • Nutrients include, for example, vitamins, minerals, lipids, fatty acids, polypeptides, carbohydrates, health material molecules, and food extracts.
  • the aroma component for example, food flavoring compounds including vanillin, eugenol, geraniol, citral, etc.
  • the first liquid may contain a plurality of types of liquids that differ in the presence or absence of pigments and the types of pigments contained (for example, different colors). The same applies to each of taste components, nutrients, and aroma components, and the first liquid may contain a plurality of types of liquids differing in the presence or absence of these additives and the types of additives contained.
  • the first liquid When the first liquid contains a pigment component (when it exhibits color), the first liquid can function as a pattern forming ink.
  • the pattern may be a one-dimensional pattern (line), a two-dimensional pattern (plane), or a three-dimensional pattern (solid).
  • the type of pattern is not particularly limited, and examples include those that produce colors such as characters and drawings, those that produce taste, texture, and tactile sensations such as biased ingredients, and those that produce these sensations in a complex manner.
  • the particle structure of the microparticles is not particularly limited, and examples thereof include uniform type, core-shell type, and Janus type.
  • the microparticles are preferably insoluble or sparingly soluble in the first liquid and the second liquid (which may be water). From the viewpoint of making the pattern of the first liquid visible from the outside of the second liquid, the microparticles have such a degree of transparency that the pattern can be seen through the microparticles dispersed in the second liquid. may From a similar point of view, the microparticles may be colored or colorless and transparent.
  • microparticles are preferably not chemically bonded with a crosslinker. This prevents the pattern of microparticles from agglomerating and makes it easier to drink the microparticles with the second liquid.
  • the diameter of the microparticles may be 0.13 ⁇ m or more, but is preferably 0.2 ⁇ m or more and 1000 ⁇ m or less.
  • the diameter of the microparticles is more preferably 0.3 ⁇ m or more, more preferably 0.5 ⁇ m or more, and even more preferably 50 ⁇ m or less.
  • the ratio of the density of the microparticles to the density of the second liquid is preferably 0.9 or more and 1.1 or less. When this ratio is 0.9 or more and 1.1 or less, it is possible to suppress the microparticles from floating or settling in the second liquid.
  • a pattern of the first liquid can be formed at the location. From this point of view, this ratio is more preferably 0.92 or more and 1.08 or less, and further preferably 0.95 or more and 1.05 or less.
  • the microparticles may contain at least one component selected from the group consisting of pigments, taste components, nutrients and aroma components.
  • Specific examples of the pigment, taste component, nutrient, and aroma component include those described in the production method according to the first aspect.
  • the microparticles may include a plurality of types of particles that differ in the presence or absence of pigments and the types of pigments contained (for example, different colors). The same is true for each of taste components, nutrients, and aroma components, and the microparticles may contain a plurality of types of particles differing in the presence or absence of these additives and the types of additives they contain.
  • microparticles preferably contain at least one of silica (silicon dioxide) and titania (titanium dioxide).
  • the microparticles may contain hydrophobic or hydrophilic materials to maintain the additives such as dyes and silica described above within the microparticles.
  • the microparticle has a layer containing a hydrophobic substance, such as a three-layer structure of hydrophilic substance / hydrophobic substance / hydrophilic substance or hydrophobic substance / hydrophilic substance / hydrophobic substance It may have a structure in which the layers containing the physical substance are alternately arranged from the center toward the outside.
  • the microparticles include edible organic matter.
  • An edible organic substance is a substance that can function as a main component that forms the shape of a microparticle as a particle.
  • the molecular weight of the edible organic substance is not particularly limited, the edible organic substance is preferably a high molecular weight substance.
  • the edible organic substance is at least one edible substance selected from the group consisting of polysaccharides, polypeptides, higher alcohols, natural resins, lipids, higher fatty acid esters, polyphenols, polyvinyl alcohols, polyethylene glycols, and nucleic acids (DNA). It is preferably organic. Suitable specific examples of these edible organic substances include those mentioned in the first edible organic substance in the production method according to the first aspect. In addition, as in the case of the production method according to the first aspect, suitable specific examples of edible organic substances can be used alone or in combination of two or more, and belong to different classes such as polysaccharides and polypeptides. Two or more of the above preferred specific examples can also be used in combination.
  • the microparticles may be cells such as human-derived cells, animal cells, plant cells, and microbial cells. By using these cells as the microparticles, it becomes possible to impart various physiological functions to the second liquid in which the microparticles are dispersed. These cells contain edible organic matter.
  • microparticles are agglomerated by non-covalent cohesiveness, and may produce a texture or a tactile sensation.
  • the volume percent concentration of the microparticles in the second liquid is not particularly limited, but is preferably 0.05% by volume or more and 74% by volume or less, and is 0.1% by volume or more and 60% by volume or less. more preferably 0.5% by volume or more and 50% by volume or less.
  • volume percent concentration of microparticles in the second liquid can be measured by the Coulter counter method.
  • the first liquid is compatible with the second liquid. and may be the same liquid as the second liquid or a liquid close to the second liquid.
  • a ratio of the density of the second liquid to the density of the first liquid is preferably 0.9 or more and 1.1 or less. When this ratio is 0.9 or more and 1.1 or less, it is possible to prevent the pattern made of the first liquid from floating or sinking in the second liquid. From this point of view, this ratio is more preferably 0.92 or more and 1.08 or less, and further preferably 0.95 or more and 1.05 or less.
  • the absolute value of the difference in water content between the first liquid and the second liquid is preferably 0% or more and 50% or less.
  • the absolute value of the difference between the two is more preferably 25% or less, more preferably 15% or less. Note that the water content of the first liquid is usually greater than the water content of the second liquid.
  • the viscosity of the first liquid and the viscosity of the second liquid are respectively 0.8 mPa ⁇ s or more and 6 Pa ⁇ s or less at 25°C. If the viscosities of the two liquids are 0.8 mPa ⁇ s or more and 6 Pa ⁇ s or less at 25° C., respectively, diffusion of the first liquid into the second liquid can be easily suppressed. The shape can be maintained in the second liquid for a longer period of time. From this point of view, the viscosities of the two at 25° C. are more preferably 3 Pa ⁇ s or less, and more preferably 1 Pa ⁇ s or less.
  • the viscosity of the first liquid and the viscosity of the second liquid are preferably 1 mPa s or more and 100 mPa s or less at 25° C., and 1 mPa s or more and 50 mPa s respectively. The following are more preferable. Either of the viscosity of the first liquid and the viscosity of the second liquid may be greater or may be substantially the same.
  • the nozzle is a cylindrical body that is hollow inside and open at both ends, and the first liquid is introduced from the base end of the nozzle, flows through the cavity in the nozzle, and is discharged from the tip of the nozzle.
  • the three-dimensional position of the nozzle and the ejection flow rate of the first liquid ejected from the tip of the nozzle are usually controlled by a controller of the patterned liquid manufacturing system, which will be described later.
  • the number of nozzles to be used is not particularly limited, and may be one or more.
  • the nozzle is freely movable along multiple axes (for example, three axes or more and eight axes or less). In addition to moving the nozzle, it is also possible to move the container containing the second liquid.
  • the second liquid is contained in a container (eg, glass or cup), and the length of the nozzle is preferably longer than at least the depth of the second liquid contained in the container.
  • a container eg, glass or cup
  • the diameter L (m) of the nozzle and the velocity U (m/s) of the nozzle in the second liquid preferably satisfy the relationship U ⁇ L ⁇ 10 ⁇ 3 m 2 /s. It more preferably satisfies the relationship of ⁇ L ⁇ 5 ⁇ 10 ⁇ 4 m 2 /s, and further preferably satisfies the relationship of U ⁇ L ⁇ 10 ⁇ 4 m 2 /s.
  • the discharge flow rate X (m 3 /s) of the first liquid discharged from the nozzle with respect to the speed U (m/s) of the nozzle in the second liquid is defined by the opening area A (
  • the ratio (X/A)/U of the value divided by m 2 ) is preferably 0.2 or more and 10 or less, more preferably 0.3 or more and 8 or less, 0.4 or more, It is more preferably 5 or less.
  • the opening shape of the tip of the nozzle is not particularly limited, but the nozzle preferably has a circular, elliptical, triangular, rectangular, square, rhomboid, V-shaped, U-shaped, or C-shaped tip.
  • a patterned liquid manufacturing system according to the fourth aspect of the present invention (hereinafter sometimes simply referred to as a manufacturing system according to the fourth aspect) will be described.
  • a manufacturing system according to the fourth aspect since the configuration common to the manufacturing method and the manufacturing system according to the above-described aspects can also be applied to the manufacturing system according to the fourth aspect, description thereof will be omitted as appropriate below.
  • a manufacturing system is a manufacturing system for patterned liquid in which a pattern is formed in the liquid, comprising: a tank containing a first liquid; a nozzle for ejecting the first liquid; a pump for feeding a first liquid to the nozzle; and a control device for controlling the position of the nozzle and the discharge flow rate of the first liquid discharged from the nozzle, the control device comprising: The first liquid is ejected from the nozzle while moving the nozzle in the second liquid in which micro-sized microparticles containing edible organic matter are dispersed.
  • the first liquid is supplied from the tank to the nozzle by the pump, and the position of the nozzle and the discharge flow rate of the first liquid are controlled by the control device, and the second liquid in which the microparticles are dispersed is arbitrarily selected from the nozzle.
  • a location can be ejected with a first liquid.
  • the discharge flow rate of the first liquid can be controlled by a change in pump pressure or a pressure change inside the nozzle caused by voltage application to a piezoelectric element such as a piezoelectric element installed in the nozzle section. Therefore, patterned liquid can be automatically manufactured by designing a pattern using software such as CAD and controlling nozzles based on the design.
  • a patterned liquid with a high degree of freedom in designing a patterned liquid that can produce sensations such as color, taste, aroma, texture, and touch.
  • a patterned liquid that can produce sensations such as color, taste, aroma, texture, and touch.
  • the pattern of the first liquid at the micro level it is possible to produce a low-environmental-impact plant-based beverage that has the same texture as real milk, coffee, and other environmentally-impacting beverages. is.
  • the control device controls the second The first liquid is ejected from the nozzle while moving the nozzle in the liquid. Therefore, as described in the manufacturing method according to the first aspect, it is possible to effectively suppress the generation of turbulence caused by the nozzles, and to clearly form a pattern of a desired shape. From this point of view, the diameter L (m) of the nozzle and the velocity U (m/s) of the nozzle in the second liquid should be within the range of U ⁇ L ⁇ 5 ⁇ 10 ⁇ 4 m 2 /s. More preferably, it satisfies the relationship U ⁇ L ⁇ 10 ⁇ 4 m 2 /s.
  • the ejection flow rate X of the first liquid ejected from the nozzle with respect to the velocity U (m/s) of the nozzle in the second liquid A ratio (X/A)/U of a value obtained by dividing (m 3 /s) by the opening area A (m 2 ) of the tip of the nozzle is preferably 0.2 or more and 10 or less, and 0.3 It is more preferable that it is 8 or less, and it is still more preferable that it is 0.4 or more and 5 or less.
  • the first liquid contained in the tank may be supplied to the nozzle via a liquid-sending tube.
  • the tank is not particularly limited as long as it is a container capable of containing the first liquid.
  • the tank may be provided separately from the pump and nozzle, or may be provided integrally with the pump and nozzle. Also, a plurality of tanks may be provided according to the type of the first liquid.
  • the nozzle is as described in the manufacturing method according to the third aspect.
  • a piezoelectric element such as a piezoelectric element may be connected to the nozzle, and voltage application to the piezoelectric element may cause a pressure change inside the nozzle to control the discharge flow rate of the first liquid from the nozzle. .
  • the pump is not particularly limited as long as it can send the first liquid to the nozzle, and for example, a syringe pump, a peristaltic pump, or the like can be used.
  • the control device may include a multi-axis mechanism (for example, a mechanism with three axes or more and eight axes or less) that is connected to the nozzle and moves the position of the nozzle.
  • a multi-axis mechanism for example, a gantry type system (eg, 3-axis) or a robot arm (eg, 8-axis) can be used.
  • control device may control the pump pressure, or may control the voltage applied to the piezoelectric element installed in the nozzle section, in order to control the discharge flow rate of the first liquid.
  • control device may include a control processing device that performs control processing for nozzles, pumps, multi-axis mechanisms, and the like.
  • the control processing device includes, for example, a software program for realizing various types of processing such as control processing, a CPU that executes the software program, and various types of hardware (such as a storage device) controlled by the CPU. ing.
  • a software program for example, a control program using 3D-CAD data
  • data necessary for the operation of the control processor are stored in the storage device.
  • control processing device may be arranged in a place (for example, in the same store) where the patterned liquid is manufactured together with the multi-axis mechanism, and a device related to at least a part of the functions of the control processing device may be used to manufacture the patterned liquid. It may be distributed in a location (eg cloud) different from the manufacturing location.
  • the manufacturing system may further include a stage on which the container containing the second liquid can be installed.
  • the stage may be configured to be movable, and the control device moves not only the nozzle but also the stage, i.e., while moving the second liquid contained in the container, the first liquid from the nozzle. It may be ejected into the second liquid.
  • the patterned liquid manufacturing system shown in FIGS. 3 to 5 can be applied.
  • the present invention is applicable not only to the production of beverage products, but also to the production of, for example, cosmetics.
  • a pattern-forming material in which micro-sized first microparticles are dispersed in a first liquid is applied to a position-controllable nozzle. is used to eject into the second liquid to form a pattern of the first microparticles.
  • a method for manufacturing a patterned cosmetic product includes, for example, dispersing a first liquid in a second liquid in which micro-sized microparticles are dispersed using a position-controllable nozzle. to form a pattern made of the first solution.
  • the features of the microparticles and the liquid described in the patterned liquid manufacturing method according to the above aspect may be appropriately applied to the patterned cosmetic manufacturing method and patterned beverage manufacturing method according to these aspects. can be done.
  • materials generally available for cosmetics can be used for the microparticles and the liquid in the method for producing patterned cosmetics according to these embodiments.
  • the following verification experiments include experiments using micro-sized microparticles containing non-edible organic matter. It is considered that the following results are similarly obtained when micro-sized microparticles containing edible organic matter are used. Also, the present invention is not limited to these verification experiments.
  • FIG. 6 is an optical micrograph of a 10% by volume microparticle suspension in Verification Experiment 1.
  • FIG. 6 well-dispersed spherical structures with a diameter of 1 ⁇ m could be confirmed as micro-sized microparticles.
  • the aqueous suspension of the microparticles was dispersed and suspended in a 20% by volume glycerol aqueous solution to a concentration of 0.5% by volume (9.1 ⁇ 10 9 particles/mL). Then, 0.5 ⁇ L of the microparticle suspension (hereinafter sometimes referred to as microparticle liquid A1) was dropped into 1.5 mL of a 20% by volume glycerol aqueous solution and allowed to stand at room temperature to observe the diffusion of the microparticles.
  • FIG. 7 is a photograph in which a microparticle suspension with a diameter of 1 ⁇ m was dropped into a 20% by volume glycerol aqueous solution in verification experiment 2. FIG. As a result, as shown in FIG. 7, the diffusion of the microparticles is slight even after being left for 4 hours, and the microparticle suspension is used as a patterning material (eg, ink) to form a pattern (eg, an image) in a solution. ) can be formed.
  • a patterning material
  • FIG. 8 is a graph showing the diffusion of microparticle suspensions with a diameter of 1 ⁇ m when various liquid volumes were dropped into a 20 vol % glycerol aqueous solution in Verification Experiment 3.
  • FIG. 9 is a graph showing the diffusion when a suspension of microparticles with a diameter of 1 ⁇ m was dropped into a 20 vol% glycerol aqueous solution at a concentration of 0.5 vol% and a liquid volume of 0.5 ⁇ L in verification experiment 3, and left for 4 hours. is.
  • the increase in area under each condition after being left for 30 minutes was at most 7% of the initial value, and as shown in FIG. The area increase with time was less than 3% of the initial value. From this result, it was found that the image formed by the microparticles is almost independent of the amount of the microparticle suspension used, and that the microparticles can be used to stably form a pattern (e.g., an image) in solution. .
  • microparticle liquid A2 a 1% by volume (2.2 ⁇ 10 12 /mL) microparticle suspension
  • 1 ⁇ L of the microparticle liquid was dropped into 1.5 mL of a 20% by volume glycerol aqueous solution and allowed to stand at room temperature, and a moving image of the diffusion of the microparticles was taken.
  • FIG. 10 is a graph showing the diffusion of a suspension of microparticles with a diameter of 0.2 ⁇ m when dropped into a 20 vol % glycerol aqueous solution in Verification Experiment 4.
  • FIG. 10 As a result, as shown in FIG. 10, the particles remained suspended even after 150 minutes, and the areas were both about 14% of the initial values. From this result, it was found that a pattern (for example, an image) formed by small microparticles with a diameter of 0.2 ⁇ m is also stably formed in solution for several hours.
  • FIG. 11 is a photograph of a microparticle suspension with a diameter of 1 ⁇ m in a 20 vol % aqueous glycerol solution constructed in verification experiment 5. As shown in FIG. 11, the microparticle suspension maintained the image even after 10 minutes, indicating that the microparticle suspension can stably form an image in solution.
  • microparticle liquid A3 or microparticle liquid A4 an aqueous suspension of the microparticles with a diameter of 45 ⁇ m or 90 ⁇ m was dispersed in a 20% by volume glycerol aqueous solution and suspended to obtain 1.4% by volume (45 ⁇ m; 3.0 ⁇ 10 5 particles/mL, 90 ⁇ m; 3.8 ⁇ 10 4 particles/mL) microparticle suspension (hereinafter sometimes referred to as microparticle liquid A3 or microparticle liquid A4) was prepared. 1 ⁇ L of the microparticle liquid was dropped into 1.5 mL of a 20% by volume glycerol aqueous solution and allowed to stand at room temperature, and a moving image of the diffusion of the microparticles was taken.
  • the area occupied by microparticle liquid A3 or microparticle liquid A4 in the obtained moving image is obtained by binarizing the image to be analyzed with a threshold of 129 using image processing software (ImageJ (NIH)) and calculating the number of pixels. rice field.
  • image processing software ImageJ (NIH)
  • the area occupied by the microparticle liquid A3 or the microparticle liquid A4 was calculated based on the area obtained by dropping the microparticle liquid at the start of measurement as 1.
  • FIG. 12 is a graph showing diffusion when a suspension of microparticles with a diameter of 45 ⁇ m or 90 ⁇ m was dropped into a 20 vol % glycerol aqueous solution in Verification Experiment 6 and allowed to stand for 4 hours. As a result, as shown in FIG.
  • FIG. 13 is a photograph of dropping a 1% by weight uranin solution into a 20% by volume glycerol aqueous solution. As a result, as shown in FIG. 13, it was observed that, although it was floating immediately after dropping, it quickly dispersed and moved within 30 seconds. From this, it was found that it is difficult to form an image in a liquid with a low-molecular-weight solution.
  • microparticle liquid E1 a suspension of agarose microparticles with a diameter of 90 ⁇ m
  • the microparticle liquid E1 was observed in a bright field with an optical microscope (ECLIPSE N, manufactured by Nikon) using a 10x objective lens and a cooled CCD camera (Orca-Flash 2.8, manufactured by Hamamatsu Photonics).
  • 14 is an optical micrograph of the agarose microparticle suspension in Verification Experiment 7.
  • FIG. 14 As a result, as shown in FIG. 14, well-dispersed spherical structures with a diameter of 90 ⁇ m could be confirmed as micro-sized microparticles.
  • the microparticle liquid E1 the dependence of the diffusion amount of the edible microparticle liquid on the amount of dropping was examined. 1 ⁇ L to 10 ⁇ L of this microparticle liquid was dropped into each of 5 mL of a 20 vol % glycerol aqueous solution and allowed to stand at room temperature, and the diffusion of the microparticles was imaged from above. The diameter of the microparticle liquid E1 observed in this image was measured, and the area occupied by the microparticle liquid E1 was calculated from the measured diameter. At this time, the area occupied by each microparticle liquid E1 was calculated with the area obtained by dropping 1 ⁇ L of the microparticle liquid at the start of measurement as 1.
  • FIG. 15 is a graph showing diffusion when an agarose microparticle suspension with a diameter of 90 ⁇ m was dropped into a 20 vol % glycerol aqueous solution in Verification Experiment 7 and allowed to stand for 4 hours. As a result, as shown in FIG. 15, the increase in the area after 4 hours was at most about 10% of the initial value. From this result, it was found that patterns (eg, images) formed by edible microparticles with a diameter of 90 ⁇ m were also stably formed in solution for several hours.
  • patterns eg, images
  • FIG. 16 is a graph showing diffusion when a 1% by weight uranin solution is dropped into a 20% by volume glycerol aqueous solution and allowed to stand for 3 minutes. As a result, as shown in FIG. 16, it was confirmed that the particles were rapidly dispersed immediately after dropping, and after 3 minutes had spread to an area five times or more the initial area. From this, it was found that it is difficult to form an image in a liquid with a low-molecular-weight solution.
  • an actuator EC-DS3M-150-1-MOT, manufactured by IAI, Japan
  • a pump QI-5-6R-UP-S, manufactured by Takumina, Japan
  • the nozzle has an outer diameter of 1 mm and an opening diameter (ie, nozzle diameter L) of 0.2 mm (PTFE needle TN-0.2-25, manufactured by Iwashita Engineering Co., Ltd.) and an outer diameter of 5 mm and an opening diameter (ie, nozzle diameter L).
  • 2 mm product made by cutting a stainless steel tube with an outer diameter of 5 mm and an inner diameter of 2 mm was used.
  • an aqueous suspension of polystyrene microparticles with a diameter of 1 ⁇ m (Polystyrene Red Dyed Microsphere 1.00 ⁇ m, manufactured by Polysciences) was suspended in an aqueous glycerol solution with a final concentration of 20% by volume to a final concentration of 0.2% by volume. It became cloudy and used as ink.
  • a 20% by volume glycerol aqueous solution containing 0.5% by weight of carboxymethyl cellulose was used as the aqueous solution to be drawn when using a fine nozzle.
  • the viscosity of the aqueous solution to be drawn at 25°C was measured by a density meter (DMA 4500 M, manufactured by Anton Paar) and by a tuning fork vibration viscometer (SV-10, manufactured by A&D). When evaluated using the value, it was 17 mPa ⁇ s, which was equivalent to that of tomato juice.
  • a 20% by volume glycerol aqueous solution containing 1% by weight of carboxymethyl cellulose was used as the aqueous solution to be drawn when a thick nozzle was used.
  • the viscosity of the aqueous solution to be drawn at 25°C is the density measured by a density meter (DMA 4500 M, manufactured by Anton Paar) and the value obtained by a tuning fork vibration viscometer SV-10 (manufactured by A&D). was 58 mPa ⁇ s, which was equivalent to that of salad oil.
  • the nozzle is selected so that the product (U ⁇ L) of the nozzle diameter L and the nozzle velocity U is from 0.03 ⁇ 10 ⁇ 3 m 2 /s to 1.3 ⁇ 10 ⁇ 3 m 2 /s.
  • a line was drawn by moving at the nozzle speed and ejecting ink into the aqueous solution.
  • a video of the obtained line was taken with an iPhone (registered trademark) SE (manufactured by Apple Inc.), and distortion from the drawn straight line per 40 mm line length was visually evaluated. Specifically, when a straight line is drawn in an aqueous solution, depending on the conditions, the line is distorted into a wavy shape due to turbulence generated by the drawing operation.
  • the maximum length of the wave amplitude was measured by image processing software (ImageJ (NIH)), and the value obtained by dividing the value by the line length of 40 mm was defined as the rate of change (line displacement).
  • FIG. 17 shows various suspensions containing microparticles with a diameter of 1 ⁇ m at a concentration of 0.2% by volume in a 20% by volume glycerol aqueous solution containing 0.5% by weight or 1% by weight of carboxymethyl cellulose in verification experiment 8.
  • FIG. 10 is a graph showing the results of evaluation of deviation of a line of 40 mm in length when ink is drawn with a nozzle diameter, movement speed, and discharge flow rate.
  • square plots show the results when using a thin nozzle
  • circle plots show results when using a thick nozzle.
  • the rate of change increased as U ⁇ L increased .
  • Verification Experiment 8 The same verification apparatus, ink, and aqueous solution as the drawing target were used in Verification Experiment 8.
  • a nozzle with an outer diameter of 1 mm and an inner diameter of 0.2 mm (PTFE needle TN-0.2-25, manufactured by Iwashita Engineering Co., Ltd.) was used.
  • the nozzle velocity U was 102 mm/s. i.e.
  • Nozzle velocity U (m/s) 102 ⁇ 10 -3 m/s
  • Nozzle opening area A (m 2 ) 0.031 ⁇ 10 ⁇ 6 m 2
  • the distortion (rate of change) of the obtained line was evaluated by the same method as in Verification Experiment 8. That is, the relationship between the discharge flow rate and the resulting line distortion was evaluated with the discharge flow rate of 192 ⁇ L/min as 1.
  • FIG. 18 shows that in verification experiment 9, a suspension containing microparticles with a diameter of 1 ⁇ m at a concentration of 0.2% by volume in a 20% by volume glycerol aqueous solution containing 0.5% by weight of carboxymethyl cellulose was ejected at various ejection flow rates. , is a graph showing the results of evaluation of line deviation when drawing a line with a length of 40 mm. As a result, as shown in FIG. 18, it was found that the distortion (rate of change) of lines obtained in the range of 0.2 to 10 was 10% or less, indicating that good drawing was possible.

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Abstract

本発明は、色や味、香り、食感、触感等の感覚を生じ得るパターンの液体中での設計の自由度が高いパターン入り液体の製造方法及びパターン入り液体の製造システムを提供することを目的とする。 本発明は、第一の可食性有機物を含むマイクロサイズの第一のマイクロ粒子が第一の液体中に分散されたパターン形成用材料を、位置制御可能なノズルを用いて、第二の液体中に吐出し、上記第一のマイクロ粒子からなるパターンを形成するパターン入り液体の製造方法に関する。

Description

パターン入り液体の製造方法及びパターン入り液体の製造システム
本発明は、パターン入り液体の製造方法及びパターン入り液体の製造システムに関する。より詳しくは、液体中に、文字や絵図、成分の偏り等のパターンを形成可能なパターン入り液体の製造方法及びパターン入り液体の製造システムに関する。
三次元印刷技術は、三次元ＣＡＤ（Ｃｏｍｐｕｔｅｒ－Ａｉｄｅｄ　Ｄｅｓｉｇｎ）データを元に、材料を二次元の層として、順次積層していき、三次元構造物を形成する技術である。この技術を用いて、金属材、高分子材、食品素材、細胞等の様々な材料から三次元構造物が形成されてきた。
これまで、液相中への三次元印刷技術の例として、印刷中に液相が交換可能なプラットフォームを用いて、目的条件に合わせて液相を交換しながら高分子材を積層し、高分子構造を構築する技術（例えば、特許文献１参照）や、ゲル中に固化材料を堆積し、固化させることで、ゲル中に浮遊した三次元物体を形成する技術（例えば、特許文献２参照）、あるいは、第１の流体中にその流体とは混合しない第２の流体を導入し、それらが混合しないことを利用して、第１の流体中にパターンを形成する技術（例えば、特許文献３参照）が提案されてきた。
米国特許出願公開第２０２０／２４７０５３号明細書 米国特許出願公開第２０１８／２８１２９５号明細書 国際公開第２０１８／２１８２６４号
しかしながら、液体中への三次元パターン生成を想定した場合、特許文献１に記載のような高分子材を積層する手法では、形成された高分子構造体は常にプラットフォームの底面や壁面に接する必要があり、三次元パターンの設計自由度が制限されていた。また、三次元パターンが形成された液体を飲料として供する場合は、その三次元パターンによって飲料としての食感が変化しないことが求められる場合が有り、特許文献１に記載の手法では、流体としての飲料中に嵩高い（一塊の）高分子構造体が形成されることになるため、飲料としての食感に当該構造体が必然的に影響を与えてしまう。同様に、三次元パターンが形成された液体を化粧品として供する場合も、その三次元パターンが肌触り（触感）に必然的に影響を与えてしまう。
また、特許文献２や特許文献３に記載の手法では、ゲルや流体を収容する容器の底面や壁面に接することなく、ゲルや流体中に浮遊した状態で三次元パターンを生成することが可能である。しかしながら、特許文献２に記載の手法を利用すると、三次元パターン生成に固化材料を用いることになるため、特許文献１の場合と同様に、固体構造物が形成されてしまい、当該構造体が必然的に飲料としての食感や化粧品としての触感に影響を与えてしまう。そして、特許文献３に記載されているような混合しない二種類の流体の組み合わせを利用する場合でも、描画に用いた流体の親水度等の物性の違いが飲料としての食感や化粧品としての触感に影響を与えてしまう。更に、異なる物性を持つ２つの流体は、同じ流体同士が融合する一方で、異なる流体は互いに相分離する性質を持つため、線描は困難であり、描画できる三次元パターンの設計自由度が制限されていた。
なお、上記と同様の課題は、三次元パターンに限らず、一次元パターンや二次元パターンを液体中に形成する場合も発生し得る。
本発明は、色や味、香り、食感、触感等の感覚を生じ得るパターンの液体中での設計の自由度が高いパターン入り液体の製造方法及びパターン入り液体の製造システムを提供することを目的とする。
また、昨今の異常気象や世界的な人口増加、消費拡大により食料資源が枯渇することが懸念されている。畜肉分野においては培養細胞で三次元印刷を行い、本物の畜肉と同様の食感を再現する試みがなされている。しかしながら植物を原料とする飲料ではこのような試みはなされていない。そこで、本発明は、パターンをミクロレベルで設計することにより、本物の牛乳やコーヒーなどの環境負荷の高い飲料と同等の食感を有する低環境負荷な植物原料飲料を提供することも目的であってもよい。
本発明者らは、そのようなパターン入り液体の実現のため、液体中へのパターン生成にマイクロサイズの可食性のマイクロ粒子を利用することに着目した。このような可食性のマイクロ粒子は、不溶成分を包含して液体中に均一に分散されることによって、当該成分を液体とともに容易に摂取または利用可能とすることを目的に使用されることが通常であるが、本発明者らは、可食性のマイクロ粒子による大きさ依存的な拡散現象を利用すれば、液体中でも一定時間、マイクロ粒子がその場にとどまることから、場となる液体中にマイクロ粒子を配置してマイクロ粒子からなる文字や絵図等のパターンを描画し、かつその形状を維持できることを見出した。これは、マイクロ粒子は、色素等の低分子と比較して、拡散係数が小さいためである。更に、可食性のマイクロ粒子はそれ単体では、色素等の低分子と同様に口腔内で食感あるいは皮膚上での触感を感じることは難しいが、マイクロ粒子同士は非共有結合的凝集性により凝集することが可能であり、その結果として食感あるいは触感を生じ得ることから、マイクロ粒子からなるパターンの食感あるいは触感の有無や程度を自由に制御することも可能である。
すなわち、これに限定されるものではないが、本発明は以下のパターン入り液体の製造方法及びパターン入り液体の製造システムに関する。
＜１＞第一の可食性有機物を含むマイクロサイズの第一のマイクロ粒子が第一の液体中に分散されたパターン形成用材料を、位置制御可能なノズルを用いて、第二の可食性有機物を含むマイクロサイズの第二のマイクロ粒子が０体積％以上、７４体積％以下で分散された第二の液体中に吐出し、前記第一のマイクロ粒子からなるパターンを形成する、パターン入り液体の製造方法。
＜２＞前記パターンを構成する前記第一のマイクロ粒子同士および／又は前記第二のマイクロ粒子同士は、クロスリンカーで化学的に結合されていない、上記＜１＞に記載のパターン入り液体の製造方法。
＜３＞前記第一のマイクロ粒子同士および／又は前記第二のマイクロ粒子同士は、非共有結合的凝集性により凝集しており、食感を生じるものである、上記＜１＞又は＜２＞に記載のパターン入り液体の製造方法。
＜４＞前記第一および／又は第二のマイクロ粒子の直径は、０．１３μｍ以上、１０００μｍ以下である上記＜１＞～＜３＞のいずれかに記載のパターン入り液体の製造方法。
＜５＞前記第二の液体の密度に対する前記第一および第二のマイクロ粒子の各密度の割合は、０．９以上、１．１以下であり、前記第一の液体の密度に対する前記第二の液体の密度の割合は、０．９以上、１．１以下である、上記＜１＞～＜４＞のいずれかに記載のパターン入り液体の製造方法。
＜６＞前記第一の液体と前記第二の液体の水分含有量の差の絶対値は、０％以上、５０％以下である、上記＜１＞～＜５＞のいずれかに記載のパターン入り液体の製造方法。
＜７＞前記第一の液体の粘度と前記第二の液体の粘度は、２５℃において、各々０．８ｍＰａ・ｓ以上、６Ｐａ・ｓ以下である、上記＜１＞～＜６＞のいずれかに記載のパターン入り液体の製造方法。
＜８＞前記ノズルの径Ｌと、前記第二の液体中における前記ノズルの速度Ｕとが、Ｕ×Ｌ≦１０－３ｍ２／ｓの関係を満たす、上記＜１＞～＜７＞のいずれかに記載のパターン入り液体の製造方法。
＜９＞前記第二の液体中における前記ノズルの速度Ｕに対する、前記ノズルから吐出される前記パターン形成用材料の吐出流量Ｘを前記ノズルの先端の開口面積Ａで除算した値の割合は、０．２以上、１０以下である、上記＜１＞～＜８＞のいずれかに記載のパターン入り液体の製造方法。
＜１０＞液体中にパターンが形成されたパターン入り液体の製造システムであって、可食性有機物を含むマイクロサイズのマイクロ粒子が第一の液体中に分散されたパターン形成用材料を収容するタンクと、前記パターン形成用材料を吐出するノズルと、前記パターン形成用材料を前記ノズルに送液するポンプと、前記ノズルの位置と、前記ノズルから吐出される前記パターン形成用材料の吐出流量とを制御する制御装置と、を備え、前記制御装置は、前記ノズルの径Ｌと前記ノズルの速度ＵとがＵ×Ｌ≦１０－３ｍ２／ｓの関係を満たすように、第二の液体中で前記ノズルを移動させながら前記ノズルから前記パターン形成用材料を吐出させる、パターン入り液体の製造システム。
〔１〕第一の可食性有機物を含むマイクロサイズの第一のマイクロ粒子が第一の液体中に分散されたパターン形成用材料を、位置制御可能なノズルを用いて、第二の液体中に吐出し、上記第一のマイクロ粒子からなるパターンを形成する、パターン入り液体の製造方法。
〔２〕上記パターンを構成する上記第一のマイクロ粒子同士は、クロスリンカーで化学的に結合されていない、上記〔１〕に記載のパターン入り液体の製造方法。
〔３〕上記第一のマイクロ粒子の直径は、０．１３μｍ以上、１０００μｍ以下である上記〔１〕又は〔２〕に記載のパターン入り液体の製造方法。
〔４〕上記第二の液体の密度に対する上記第一のマイクロ粒子の密度の割合は、０．９以上、１．１以下であり、上記第一の液体の密度に対する上記第二の液体の密度の割合は、０．９以上、１．１以下である、上記〔１〕～〔３〕のいずれかに記載のパターン入り液体の製造方法。
〔５〕上記第一のマイクロ粒子は、色素、呈味成分、栄養素及び香気成分からなる群より選択される少なくとも１の成分を含む、上記〔１〕～〔４〕のいずれかに記載のパターン入り液体の製造方法。
〔６〕上記第一のマイクロ粒子は、シリカ及びチタニアの少なくとも一方を含む、上記〔１〕～〔５〕のいずれかに記載のパターン入り液体の製造方法。
〔７〕上記第一の可食性有機物は、多糖類、ポリペプチド、高級アルコール、天然樹脂、脂質、高級脂肪酸エステル、ポリフェノール、ポリビニルアルコール、ポリエチレングリコール、及び、核酸からなる群より選択される少なくとも１の可食性有機物である、上記〔１〕～〔６〕のいずれかに記載のパターン入り液体の製造方法。
〔８〕上記第一のマイクロ粒子同士は、非共有結合的凝集性により凝集しており、食感を生じるものである、上記〔１〕～〔７〕のいずれかに記載のパターン入り液体の製造方法。
〔９〕上記第一の液体と上記第二の液体の水分含有量の差の絶対値は、０％以上、５０％以下である、上記〔１〕～〔８〕のいずれかに記載のパターン入り液体の製造方法。
〔１０〕上記第一の液体の粘度と上記第二の液体の粘度は、２５℃において、各々０．８ｍＰａ・ｓ以上、６Ｐａ・ｓ以下である、上記〔１〕～〔９〕のいずれかに記載のパターン入り液体の製造方法。
〔１１〕上記第一の液体は、水溶液である、上記〔１〕～〔１０〕のいずれかに記載のパターン入り液体の製造方法。
〔１２〕上記ノズルは、多軸に自在に移動可能である、上記〔１〕～〔１１〕のいずれかに記載のパターン入り液体の製造方法。
〔１３〕上記第二の液体は、容器に収容されており、上記ノズルの長さは、少なくとも上記容器に収容された上記第二の液体の深さよりも長い、上記〔１〕～〔１２〕のいずれか記載のパターン入り液体の製造方法。
〔１４〕上記ノズルの径Ｌと、上記第二の液体中における上記ノズルの速度Ｕとが、Ｕ×Ｌ≦１０－３ｍ２／ｓの関係を満たす、上記〔１〕～〔１３〕のいずれかに記載のパターン入り液体の製造方法。
〔１５〕上記第二の液体中における上記ノズルの速度Ｕに対する、上記ノズルから吐出される上記パターン形成用材料の吐出流量Ｘを上記ノズルの先端の開口面積Ａで除算した値の割合は、０．２以上、１０以下である、上記〔１〕～〔１４〕のいずれかに記載のパターン入り液体の製造方法。
〔１６〕上記ノズルは、円形、楕円形、三角形、長方形、正方形、菱形、Ｖ字形、Ｕ字形、又はＣ字形の先端を有する、上記〔１〕～〔１５〕のいずれかに記載のパターン入り液体の製造方法。
〔１７〕上記第二の液体中に第二の可食性有機物を含むマイクロサイズの第二のマイクロ粒子が分散されており、上記第二のマイクロ粒子が分散された上記第二の液体中に上記パターン形成用材料を吐出する、上記〔１〕～〔１６〕のいずれかに記載のパターン入り液体の製造方法。
〔１８〕上記第二のマイクロ粒子同士は、クロスリンカーで化学的に結合されていない、上記〔１７〕に記載のパターン入り液体の製造方法。
〔１９〕上記第二のマイクロ粒子の直径は、０．１３μｍ以上、１０００μｍ以下である上記〔１７〕又は〔１８〕に記載のパターン入り液体の製造方法。
〔２０〕上記第一のマイクロ粒子の密度、上記第一の液体の密度及び上記第二の液体の密度のそれぞれに対する上記第二のマイクロ粒子の密度の割合は、０．９以上、１．１以下である、上記〔１７〕～〔１９〕のいずれかに記載のパターン入り液体の製造方法。
〔２１〕上記第二のマイクロ粒子は、色素、呈味成分、栄養素及び香気成分からなる群より選択される少なくとも１の成分を含む、上記〔１７〕～〔２０〕のいずれかに記載のパターン入り液体の製造方法。
〔２２〕上記第二のマイクロ粒子は、シリカ及びチタニアの少なくとも一方を含む、上記〔１７〕～〔２１〕のいずれかに記載のパターン入り液体の製造方法。
〔２３〕上記第二の可食性有機物は、多糖類、ポリペプチド、高級アルコール、天然樹脂、脂質、高級脂肪酸エステル、ポリフェノール、ポリビニルアルコール、ポリエチレングリコール、及び、核酸からなる群より選択される少なくとも１の可食性有機物を含む、上記〔１７〕～〔２２〕のいずれかに記載のパターン入り液体の製造方法。
〔２４〕上記第二のマイクロ粒子同士は、非共有結合的凝集性により凝集しており、食感を生じるものである、上記〔１７〕～〔２３〕のいずれかに記載のパターン入り液体の製造方法。
〔２５〕液体中にパターンが形成されたパターン入り液体の製造システムであって、可食性有機物を含むマイクロサイズのマイクロ粒子が第一の液体中に分散されたパターン形成用材料を収容するタンクと、上記パターン形成用材料を吐出するノズルと、上記パターン形成用材料を上記ノズルに送液するポンプと、上記ノズルの位置と、上記ノズルから吐出される上記パターン形成用材料の吐出流量とを制御する制御装置と、を備え、上記制御装置は、上記ノズルの径Ｌと上記ノズルの速度ＵとがＵ×Ｌ≦１０－３ｍ２／ｓの関係を満たすように、第二の液体中で上記ノズルを移動させながら上記ノズルから上記パターン形成用材料を吐出させる、パターン入り液体の製造システム。
〔２６〕上記第二の液体中における上記ノズルの速度Ｕに対する、上記ノズルから吐出される上記パターン形成用材料の吐出流量Ｘを上記ノズルの先端の開口面積Ａで除算した値の割合は、０．２以上、１０以下である、上記〔２５〕に記載のパターン入り液体の製造システム。
〔２７〕第一の液体を、位置制御可能なノズルを用いて、可食性有機物を含むマイクロサイズのマイクロ粒子が分散された第二の液体中に吐出し、上記第一の液体からなるパターンを形成する、パターン入り液体の製造方法。
〔２８〕液体中にパターンが形成されたパターン入り液体の製造システムであって、第一の液体を収容するタンクと、上記第一の液体を吐出するノズルと、上記第一の液体を上記ノズルに送液するポンプと、上記ノズルの位置と、上記ノズルから吐出される上記第一の液体の吐出流量とを制御する制御装置と、を備え、上記制御装置は、上記ノズルの径Ｌと上記ノズルの速度ＵとがＵ×Ｌ≦１０－３ｍ２／ｓの関係を満たすように、可食性有機物を含むマイクロサイズのマイクロ粒子が分散された第二の液体中で上記ノズルを移動させながら上記ノズルから上記第一の液体を吐出させる、パターン入り液体の製造システム。
〔２９〕上記第二の液体中における上記ノズルの速度Ｕに対する、上記ノズルから吐出される上記第一の液体の吐出流量Ｘを上記ノズルの先端の開口面積Ａで除算した値の割合は、０．２以上、１０以下である、上記〔２８〕に記載のパターン入り液体の製造システム。
本発明によれば、色や味、食感、触感等の感覚を生じ得るパターンの液体中での設計の自由度が高いパターン入り液体の製造方法及びパターン入り液体の製造システムを提供することができる。
図１は、液体中に置かれたマイクロ粒子が１時間に典型的に移動する量とマイクロ粒子の直径の関係性の理論値を示すグラフである。 図２は、液体中でノズルを動かした場合、Ｒｅｙｎｏｌｄｓ数が１０００以下になる範囲の理論値を示すグラフである。 図３は、本発明に係る液体中にパターンを形成するパターン入り液体の製造システムの概念図である。 図４は、本発明に係るガントリー型システムを用いたパターン入り液体の製造システムの概念図である。 図５は、本発明に係るロボットアームを用いたパターン入り液体の製造システムの概念図である。 図６は、検証実験１における１０体積％マイクロ粒子懸濁液の光学顕微鏡写真である。 図７は、検証実験２において２０体積％グリセロール水溶液中に直径１μｍのマイクロ粒子懸濁液を滴下した写真である。 図８は、検証実験３において２０体積％グリセロール水溶液中に直径１μｍのマイクロ粒子懸濁液を様々な液量で滴下したときにその拡散を示すグラフである。 図９は、検証実験３において２０体積％グリセロール水溶液中に直径１μｍのマイクロ粒子懸濁液を濃度０．５体積％、０．５μＬ液量で滴下し、４時間放置した際の拡散を示すグラフである。 図１０は、検証実験４において２０体積％グリセロール水溶液中に直径０．２μｍのマイクロ粒子懸濁液を滴下したときにその拡散を示すグラフである。 図１１は、検証実験５において２０体積％グリセロール水溶液中に直径１μｍのマイクロ粒子懸濁液で像を構築した写真である。 図１２は、検証実験６において２０体積％グリセロール水溶液中に直径４５μｍあるいは直径９０μｍのマイクロ粒子懸濁液を各々濃度１．４体積％、１μＬ液量で滴下し、４時間放置した際の拡散を示すグラフである。 図１３は、２０体積％グリセロール水溶液中に１重量％のウラニン溶液を滴下した写真である。 図１４は、検証実験７におけるアガロース製マイクロ粒子懸濁液の光学顕微鏡写真である。 図１５は、検証実験７において２０体積％グリセロール水溶液中に直径９０μｍのアガロース製マイクロ粒子懸濁液を滴下し、４時間放置した際の拡散を示すグラフである。 図１６は、２０体積％グリセロール水溶液中に１重量％のウラニン溶液を滴下し、３分間放置した際の拡散を示すグラフである。 図１７は、検証実験８において０．５重量％又は１重量％のカルボキシメチルセルロースを含む２０体積％グリセロール水溶液中に、直径１μｍのマイクロ粒子を濃度０．２体積％で含む懸濁液を様々なノズル径、移動速度及び吐出流量で吐出し、長さ４０ｍｍの線を描画した際の線のずれを評価した結果を示すグラフである。 図１８は、検証実験９において０．５重量％のカルボキシメチルセルロースを２０体積％グリセロール水溶液中に、直径１μｍのマイクロ粒子を濃度０．２体積％で含む懸濁液を様々な吐出流量で吐出し、長さ４０ｍｍの線を描画した際の線のずれを評価した結果を示すグラフである。
本発明の第一の態様に係るパターン入り液体の製造方法（以下、単に第一の態様に係る製造方法と言う場合がある）は、第一の可食性有機物を含むマイクロサイズの第一のマイクロ粒子が第一の液体中に分散されたパターン形成用材料を、位置制御可能なノズルを用いて、第二の液体中に吐出し、上記第一のマイクロ粒子からなるパターンを形成する。
第一の態様に係る製造方法によれば、第一の可食性有機物を含むマイクロサイズの第一のマイクロ粒子が第一の液体中に分散されたパターン形成用材料を、位置制御可能なノズルを用いて、第二の液体中に吐出し、上記第一のマイクロ粒子からなるパターンを形成することから、場となる第二の液体中に第一のマイクロ粒子からなる文字や絵図等のパターンを描画し、かつその形状を維持することができる。そのため、色や味、香り、食感、触感等のパターンが自由に設計されたパターン入り液体を提供できる。例えば、第一のマイクロ粒子に色素や呈味物質、香気成分を含有させることで、第二の液体中でも空間的な色彩や味や香りのデザインを行うことができる。また、第一のマイクロ粒子の凝集性を制御することで、第二の液体中の空間的な食感あるいは触感のデザインも行うことができる。さらに、第一のマイクロ粒子からなるパターンをミクロレベルで設計することにより、本物の牛乳やコーヒーなどの環境負荷の高い飲料と同等の食感を有する低環境負荷な植物原料飲料を製造することも可能である。
なお、本明細書において、「液体」とは、飲む行為により摂取可能、または皮膚に塗布可能な液状のものであってもよい。したがって、上記第一の液体及び第二の液体は、基本的には水溶液であることが好ましい。
上記第一の液体及び第二の液体の種類は特に限定されず、飲料全般が挙げられる。具体的には、例えば、水；茶；コーヒー；果汁飲料、炭酸飲料、機能性飲料、スポーツ飲料、エナジードリンク、ノンアルコール飲料等の清涼飲料水；アルコール飲料；栄養ドリンク；牛乳；豆乳；スープ；スムージー；フローズンドリンク；フローズンカクテル；ミルクセーキ等が挙げられる。第一のマイクロ粒子からなるパターンを第二の液体の外から視認可能とする観点からは、第二の液体は、当該パターンが第二の液体を通して視認できる程度の透明度を有することが好ましい。同様の観点からは、第二の液体は、有色又は無色の透明であってもよい。第一の液体及び第二の液体は、互いに異なる種類の液体であってもよいし、同じ種類の液体であってもよい。また、第一の液体及び第二の液体は、各々、単一種の液体であってもよいし、複数種の液体が混合又は分離したものであってもよい。
また、上記第一の液体及び第二の液体の種類は、香水や化粧水、ローションなどの皮膚化粧品であってもいい。
さらに、上記第一の液体及び第二の液体の種類は、培地や緩衝液などの細胞の生育や維持に適した液体であってもよい。
上記パターンは、一次元パターン（線）、二次元パターン（平面）及び三次元パターン（立体）のいずれであってもよい。パターンの種類は特に限定されず、例えば、文字等の記号や絵図といった色を生じるもの、成分の偏りといった味覚や食感、触感を生じるもの、これらの感覚を複合的に生じるものも挙げられる。
上記第一のマイクロ粒子は、第一の可食性有機物を含むマイクロサイズの粒子である。第一のマイクロ粒子は、マイクロサイズの粒子、好ましくは後述するように直径が０．１３μｍ以上であるため、第二の液体中に吐出された第一のマイクロ粒子は、その大きさにより拡散が制限され、大きさに依存して数十分から数十時間、吐出された場所付近に留まることができる。したがって、第二の液体の任意の位置に第一のマイクロ粒子からなるパターンが配置されたパターン入り液体を生成することができる。なお、第一のマイクロ粒子の粒子構造は、特に限定されず、例えば、均一型、コアシェル型、ヤヌス型等が挙げられる。
上記第一のマイクロ粒子は、第一の液体及び第二の液体（水でもよい）に対して不溶性又は難溶性のものであることが好ましい。これにより、第一のマイクロ粒子を第一の液体中に分散した状態にて長期間保管できるとともに、第一のマイクロ粒子を第二の液体中で長期間維持することができる。
上記パターンを構成する上記第一のマイクロ粒子同士は、クロスリンカーで化学的に結合されていないことが好ましい。これにより、第一のマイクロ粒子からなるパターンが塊とならず、第二の液体とともに当該パターンをより容易に飲むことが可能である。
ここで、第一のマイクロ粒子の好ましいサイズ範囲について説明する。液体中に滴下された粒子はＢｒｏｗｎ運動により拡散する。この拡散により、ある時間ｔでの典型的な移動距離ｘは、粒子の拡散係数Ｄから以下の式１で計算できる。
ｘ＝√（２Ｄｔ）　　　（式１）
この拡散係数Ｄは、粒子の直径ｄ、Ｂｏｌｔｚｍａｎｎ定数ｋＢ、絶対温度Ｔ、系を構成する液体の粘度ηを用いてＳｔｏｋｅｓ－Ｅｉｎｓｔｅｉｎの関係（下記式２）から算出できる。
Ｄ＝（ｋＢＴ）／（３πηｄ）　　　（式２）
直径１μｍの粒子を液体に滴下した場合、粒子が滴下される液体の粘度を２０℃の水相当の粘度として、拡散係数Ｄは４×１０－１３ｍ２／ｓであり、典型的には１時間で５０μｍ、２４時間で２６０μｍ、各々移動する。
液体中に置かれたマイクロ粒子が１時間に典型的に移動する量とマイクロ粒子の直径の関係性の理論値を図１に示す。図１は、液体中に置かれたマイクロ粒子が１時間に典型的に移動する量とマイクロ粒子の直径の関係性の理論値を示すグラフである。図１に示されるように、粒子のサイズが大きければ、Ｂｒｏｗｎ運動による拡散は抑制されている。液体中に、マイクロ粒子が含有されたパターン形成用材料を用いて線幅１ｍｍでパターンを描画した場合、線を形成するマイクロ粒子が３次元的に拡散するとして、１時間で線の太さが３０％（０．３ｍｍ）以上太くなるマイクロ粒子の直径は、０．１３μｍ以下である。例えば、直径０．１３μｍのマイクロ粒子を含有するパターン形成用材料で線幅が１ｍｍの線を間隔１ｍｍで２本並べた場合、各線の太さが各々１．３倍になったとしても、並んだ２つの線の距離は０．３ｍｍあり、２つの線同士を識別することは可能である。すなわち、０．１３μｍ以上の直径のマイクロ粒子を用いれば、描画１時間後も認識可能なパターンを描画することが可能である。
以上より、上記第一のマイクロ粒子の直径は、０．１３μｍ以上であってもよいが、０．２μｍ以上、１０００μｍ以下であることが好ましい。０．２μｍ以上であると、第二の液体中に、線幅１ｍｍで描かれたパターンを１時間放置しても、そのパターンを充分に維持することが可能である。１０００μｍ以下であると、第一のマイクロ粒子を口に入れたときにざらつき感を感じないようにすることが可能であり（例えば、下記参考文献１参照）、この観点からは、１００μｍ以下であることがより好ましい。第一のマイクロ粒子の直径は、０．３μｍ以上であることがより好ましく、０．５μｍ以上であることがさらに好ましく、５０μｍ以下であることがさらに好ましい。
ここで、「マイクロ粒子の直径」とは、動的光散乱法（ＤＬＳ）により測定したマイクロ粒子の粒度分布の最頻径である。
上記第二の液体の密度に対する上記第一のマイクロ粒子の密度の割合（第一のマイクロ粒子の密度／第二の液体の密度）は、０．９以上、１．１以下であり、上記第一の液体の密度に対する上記第二の液体の密度の割合（第二の液体の密度／第一の液体の密度）は、０．９以上、１．１以下であることが好ましい。これらの割合が０．９以上、１．１以下であると、第一のマイクロ粒子からなるパターンが第一の液体とともに第二の液体中で浮揚したり、沈降したりするのを抑制することができる。この観点からは、これらの割合は、各々、０．９２以上、１．０８以下であることがより好ましく、０．９５以上、１．０５以下であることがさらに好ましい。
ここで、「密度」とは、単位体積当たりの重さを意味し、「マイクロ粒子の密度」は、種々の濃度の溶液（例えばグリセロール水溶液）中にマイクロ粒子（パターン形成用材料でもよい）を滴下し、所定の条件（例えば１８，５００×ｇで１分間）で遠心分離し、マイクロ粒子の沈降が観察されなかった溶液の密度のうち最も小さな密度に相当するものとする。この溶液と「液体の密度」については、例えば、密度計（ＤＭＡ　４５００　Ｍ、Ａｎｔｏｎ　Ｐａａｒ社製）により測定することが可能である。
上記第一のマイクロ粒子は、色素、呈味成分、栄養素及び香気成分からなる群より選択される少なくとも１の成分を含むことが好ましい。第一のマイクロ粒子がこれらの添加物を含むことによって、第一のマイクロ粒子からなるパターンによって様々な空間的な感覚のデザインが可能となる。例えば、色素が含まれる場合は第一のマイクロ粒子からなるパターンによる空間的な色彩デザインが可能となり、呈味成分が含まれる場合は第一のマイクロ粒子からなるパターンによる空間的な味のデザインが可能となり、栄養素が含まれる場合は第一のマイクロ粒子からなるパターンによる空間的な栄養のデザインが可能となり、香気成分が含まれる場合は第一のマイクロ粒子からなるパターンによる空間的な香りのデザインが可能となる。色素としては、例えば、赤色色素、緑色色素、青色色素、黒色色素、白色色素等を使用してもよい。呈味成分としては、例えば、ショ糖、果糖、食塩、グルコース、アミノ酸、核酸、酢酸、リンゴ酸、クエン酸、カフェイン、タンニン、カプサイシン、グリセロール、食品抽出物等を用いることができる。栄養素としては、例えば、ビタミン、ミネラル、脂質、脂肪酸、ポリペプチド、糖質、健康素材分子、食品抽出物等を用いることができる。香気成分としては、例えば、食品衛生法施行規則　別表第一で指定されるバニリン、オイゲノール、ゲラニオール、シトラール等を含む食品用香料化合物、食品抽出物等を用いることができる。なお、第一のマイクロ粒子は、色素の有無や、含有する色素の種類が異なる（例えば色が異なる）複数種の粒子を含むものであってもよい。呈味成分、栄養素及び香気成分のそれぞれについても同様であり、第一のマイクロ粒子は、これらの添加物の有無や、含有する添加物の種類が異なる複数種の粒子を含んでいてもよい。
上記第一のマイクロ粒子は、シリカ（二酸化シリコン）及びチタニア（二酸化チタン）の少なくとも一方を含むことが好ましい。第一のマイクロ粒子がこれらの添加物を含むことによって、白色の表現や、その他の色の発色を良くすることが可能となる。
上記第一のマイクロ粒子は、上述の色素やシリカといった添加物をマイクロ粒子内に維持させるための疎水性物質又は親水性物質を含んでいてもよい。また、第一のマイクロ粒子は、例えば、親水性物質／疎水性物質／親水性物質や疎水性物質／親水性物質／疎水性物質の３層構造等のように、疎水性物質を含有する層と、親水性物質を含有する層とが中心から外側に向かって交互に配置された構造を有していてもよい。
上記第一のマイクロ粒子は、第一の可食性有機物を含む。第一の可食性有機物は、第一のマイクロ粒子の粒子としての形状を形作る主成分として機能し得る物である。なお、ここで、「可食性有機物」とは、人が食べられる有機物であるが、人が消化できるか否かと、人が吸収できるか否かはいずれも特に限定されない。また、第一の可食性有機物の分子量は特に限定されないが、第一の可食性有機物は、高分子量物質であることが好ましい。
上記第一の可食性有機物は、多糖類、ポリペプチド、高級アルコール、天然樹脂、脂質、高級脂肪酸エステル、ポリフェノール、ポリビニルアルコール、ポリエチレングリコール、及び、核酸（ＤＮＡ）からなる群より選択される少なくとも１の可食性有機物であることが好ましい。なお、ここで、「多糖類」とは、複数個（２分子以上）の単糖が結合した糖を意味する。また、「ポリペプチド」とは、多数のアミノ酸がペプチド結合によって連なった化合物を意味するが、ここではタンパク質を包含するものとする。
上記多糖類の好適な具体例としては、デキストリン、ペクチン、寒天、アガロース、グルコマンナン、ポリデキストロース、マルトデキストリン、アルギン酸（アルギン酸ナトリウム、アルギン酸カルシウム等）、セルロース、ヘミセルロース、キチン、キトサン、デンプン（スターチ等）、デキストラン、アガロース、スクロース、メチルセルロース、カルボキシメチルセルロース、ヒドロキシプロピルセルロース等が挙げられる。これらは１種又は２種以上の組み合せで用いることができる。
上記ポリペプチドの好適な具体例としては、ゼラチン、タンパク質加水分解物、コラーゲン、アルブミン等が挙げられる。これらは１種又は２種以上の組み合せで用いることができる。
上記高級アルコールの好適な具体例としては、ドデシルアルコール、セチルアルコール等が挙げられる。これらは１種又は２種以上の組み合せで用いることができる。
上記天然樹脂の好適な具体例としては、アラビアガム、シェラック、ワックス、リグニン、ポリ乳酸等が挙げられる。これらは１種又は２種以上の組み合せで用いることができる。
上記脂質の好適な具体例としては、レシチン等が挙げられる。
なお、多糖類とポリペプチド等といった異なる分類に属する上記好適な具体例についても、２種以上の組み合せで用いることができる。
また、第一の可食性有機物の具体例として、上述の呈味成分や栄養素といった添加物の具体例と共通のものが含まれているが、これらの共通の例は、呈味成分や栄養素等の成分としても機能し得る第一の可食性有機物である。なお、本明細書にて、「可食性有機物」はいわゆる食品および食品添加物等に限定されず、医薬品、医薬部外品などであってもよく、経口摂取可能な有機物を意味する。
上記第一のマイクロ粒子は、ヒト由来細胞、動物細胞、植物細胞、微生物細胞などの細胞であってもよい。第一のマイクロ粒子をこれらの細胞とすることよって、第一のマイクロ粒子からなるパターンに様々な生理学的機能をもたせることが可能となる。なお、これらの細胞は第一の可食性有機物を含むものである。
上記第一のマイクロ粒子同士は、非共有結合的凝集性により凝集しており、食感あるいは触感を生じるものであってもよい。これにより、第一のマイクロ粒子からなるパターンによる空間的な食感あるいは触感のデザインが可能となる。なお、マイクロ粒子同士を非共有結合的凝集性により凝集させる方法は特に限定されず、例えば、マイクロ粒子の表面を帯電させることによって凝集させてもよい。
第一の態様に係る製造方法において、第一のマイクロ粒子は、第二の液体中に吐出される前、第一の液体中に分散されており、位置制御可能なノズルを用いて、パターン形成用材料として、第二の液体中に吐出される。このように、第一の液体は、ノズルを用いて第一のマイクロ粒子を第二の液体中に吐出可能とするために、第一のマイクロ粒子を含有する液状のものを構成する。第一のマイクロ粒子が色素成分を含む場合（色を呈する場合）は、第一のマイクロ粒子が分散された第一の液体、すなわちパターン形成用材料は、パターン形成用インクとして機能し得る。
上記パターン形成用材料中の第一のマイクロ粒子の体積パーセント濃度は、特に限定されないが、０．０５体積％以上、５０体積％以下であることが好ましく、０．１体積％以上、４０体積％以下であることがより好ましく、０．５体積％以上、３０体積％以下であることがさらに好ましい。
ここで、「パターン形成用材料中の第一のマイクロ粒子の体積パーセント濃度」は、コールターカウンター法により測定することが可能である。
なお、第二の液体中に吐出されるパターン形成用材料の種類は、特に限定されず、１種類のパターン形成用材料のみを第二の液体中に吐出してもよいし、第一のマイクロ粒子及び第一の液体の少なくとも一方が異なる２種類以上のパターン形成用材料を第二の液体中に同時に、又は順次吐出してもよい。
第一のマイクロ粒子からなるパターンを第二の液体中で長期間維持する観点からは、第一の液体は、第二の液体と適合されたものであることが好ましく、第二の液体と同じ液体、又は第二の液体に近い液体であってもよい。以下、この点について詳述する。
上記第一の液体と上記第二の液体の水分含有量の差の絶対値は、０％以上、５０％以下であることが好ましい。水分含量に差のない液体を組み合わせることで、食感あるいは触感を変えずに味や色を変えることが可能となる。異なる水分含量の液体を組み合わせることで、食感あるいは触感を変化させることが可能となる。この両者の差の絶対値は、２５％以下であることがより好ましく、１５％以下であることがさらに好ましい。なお、通常では第一の液体の水分含有量の方が第二の液体の水分含有量より小さい。
ここで、「液体の水分含有量」は、乾燥減量法により測定することが可能である。すなわち、水分を含んだ試料（ここでは液体）の重さを計測した後、その後試料を所定の温度の恒温槽に入れ水分を蒸発させ、その試料の重さの変化を計測することで水分含有量を測定できる。
上記第一の液体の粘度と上記第二の液体の粘度は、２５℃において、各々０．８ｍＰａ・ｓ以上、６Ｐａ・ｓ以下であることが好ましい。この両者の粘度が２５℃において各々０．８ｍＰａ・ｓ以上、６Ｐａ・ｓ以下であると、第一の液体の第二の液体中への拡散を抑えやすいため、第一のマイクロ粒子からなるパターンの形状を第二の液体中でより長期間維持することができる。この観点からは、この両者の粘度は、２５℃において、各々３Ｐａ・ｓ以下であることがより好ましく、各々１Ｐａ・ｓ以下であることがさらに好ましい。また、一態様において、第一の液体の粘度と第二の液体の粘度は、２５℃において、各々１ｍＰａ・ｓ以上、１００ｍＰａ・ｓ以下であることが好ましく、各々１ｍＰａ・ｓ以上、５０ｍＰａ・ｓ以下であることがより好ましい。なお、第一の液体の粘度と第二の液体の粘度は、いずれが大きくてもよいし、実質的に同じであってもよい。
ここで、「液体の粘度」は、密度計（例えば、ＤＭＡ　４５００　Ｍ、Ａｎｔｏｎ　Ｐａａｒ社製）で測定された密度と、音叉振動式粘度計（例えば、ＳＶ－１０、エー・アンド・デイ社製）の値を用いて計測することが可能である。
また、上記第一の液体及び上記第二の液体として利用可能な食品の２５℃における粘度の一例を以下に示す。水１ｍＰａ・ｓ、牛乳２～１０ｍＰａ・ｓ、醤油５～１０ｍＰａ・ｓ、果汁飲料１０ｍＰａ・ｓ、トマトジュース１９ｍＰａ・ｓ、乳酸菌飲料原液４０～５０ｍＰａ・ｓ、サラダ油５０～８０ｍＰａ・ｓ、メープルシロップ２００ｍＰａ・ｓ、ヨーグルト５００ｍＰａ・ｓ、中濃ソース１７０～８００ｍＰａ・ｓ、卵黄５００～９００ｍＰａ・ｓ、トマトケチャップ２Ｐａ・ｓ、マヨネーズ８Ｐａ・ｓ、蜂蜜１０～５０Ｐａ・ｓ、水あめ１００Ｐａ・ｓ。
上記ノズルは、内側が空洞でかつ両端面が開口した筒体であり、第一のマイクロ粒子が第一の液体中に分散されたパターン形成用材料がノズルの基端から導入されてノズル内の空洞を流通し、ノズルの先端から吐出される。ノズルは、通常は、後述するパターン入り液体の製造システムの制御装置によって、その三次元的な位置と、ノズルの先端から吐出されるパターン形成用材料の吐出流量が制御される。なお、使用するノズルの本数は、特に限定されず、１本でも複数本であってもよい。
上記ノズルは、多軸（例えば３軸以上、８軸以下）に自在に移動可能であることが好ましい。これにより、第一のマイクロ粒子からなるパターンとして、三次元パターンを容易に形成することができる。なお、ノズルを動かすばかりでなく、第二の液体を収容した容器も移動させることも可能である。
上記第二の液体は、容器（例えばグラスやカップ）に収容されており、上記ノズルの長さは、少なくとも上記容器に収容された上記第二の液体の深さよりも長いことが好ましい。これにより、ノズルを用いて第二の液体中の任意の場所に第一のマイクロ粒子からなるパターンを形成することができる。
液体中にパターンを形成する場合、ノズルにより乱流が発生し、パターンが乱される可能性がある。一般的に、乱流は、Ｒｅｙｎｏｌｄｓ数（Ｒｅ）が小さいほど抑えやすい。１０００以下に抑えられると特に有利である。このＲｅｙｎｏｌｄｓ数は、速さＵ、長さＬ、動粘性係数νを用いて下記式３で定義される。
Ｒｅ＝（ＵＬ）／ν　　　（式３）
ここで、２０℃の水の動粘性係数ν＝１×１０－６ｍ２／ｓを基に、ノズルの径をＬ、第二の液体中におけるノズルの速度をＵとすると、Ｒｅｙｎｏｌｄｓ数が１０００以下になるノズル径Ｌとノズル速度Ｕの関係は図２のグレー部分になる。図２は、液体中でノズルを動かした場合、Ｒｅｙｎｏｌｄｓ数が１０００以下になる範囲の理論値を示す。すなわち、上記ノズルの径Ｌ（ｍ）と、上記第二の液体中における上記ノズルの速度Ｕ（ｍ／ｓ）とが、Ｕ×Ｌ≦１０－３ｍ２／ｓの関係を満たすことが好ましい。これにより、ノズルによる乱流の発生を効果的に抑制でき、所望の形状のパターンを鮮明に形成することが可能である。このような観点からは、ノズルの径Ｌ（ｍ）と、上記第二の液体中における上記ノズルの速度Ｕ（ｍ／ｓ）とは、Ｕ×Ｌ≦５×１０－４ｍ２／ｓの関係を満たすことがより好ましく、Ｕ×Ｌ≦１０－４ｍ２／ｓの関係を満たすことがさらに好ましい。
なお、ここで、「ノズルの径Ｌ」とは、ノズルの先端の開口の最も長い箇所で測定される長さを意味する。例えば、ノズルの先端の開口形状が円形の場合は直径を示し、楕円の場合は長軸の長さを示し、四角形の場合は長い方の対角線の長さを示す。また、ノズルの先端の開口形状がＶ字形、Ｕ字形、Ｃ字形等の凹部がある形状の場合は、その形状を囲める最小の円の直径を示す。
上記ノズルの速度Ｕ（ｍ／ｓ）、上記ノズルから吐出される上記パターン形成用材料の吐出流量Ｘ（ｍ３／ｓ）、及び、上記ノズルの先端の開口面積Ａ（ｍ２）が、下記式１の関係を満たす場合、描画が安定すると考えられる。ノズルに対する吐出されるパターン形成用材料の相対速度を小さくでき、ノズルによる乱流の発生を抑制できるためである。特にノズルの移動方向とパターン形成用材料の吐出方向が同じ方向であるときに下記式１の関係が成立すると非常に安定的に描画可能である。
Ｕ＝Ｘ／Ａ・・・・・・（式１）
このように、（Ｘ／Ａ）／Ｕ＝１の関係が成立する場合が理想的ではあるが、（Ｘ／Ａ）／Ｕの割合が１からある程度ずれたとしても、ノズルによる乱流の発生を効果的に抑制し、所望の形状のパターンを鮮明に形成することができる。
具体的には、ノズルによる乱流の発生を効果的に抑制し、所望の形状のパターンを鮮明に形成するためには、上記第二の液体中における上記ノズルの速度Ｕ（ｍ／ｓ）に対する、上記ノズルから吐出される上記パターン形成用材料の吐出流量Ｘ（ｍ３／ｓ）を上記ノズルの先端の開口面積Ａ（ｍ２）で除算した値の割合（Ｘ／Ａ）／Ｕ（以下、速度の割合ともいう）が、０．２以上、１０以下であることも好ましく、０．３以上、８以下であることがより好ましく、０．４以上、５以下であることがさらに好ましい。この速度の割合が０．２未満又は１０を超えると、Ｒｅｙｎｏｌｄｓ数が大きくなり、乱流の発生原因となりうる。
上記ノズルの先端の開口形状は、特に限定されないが、上記ノズルは、円形、楕円形、三角形、長方形、正方形、菱形、Ｖ字形、Ｕ字形、又はＣ字形の先端を有することが好ましい。
上記パターン形成用材料が吐出される上記第二の液体にもマイクロ粒子が分散されていてもよい。すなわち、上記第二の液体中に第二の可食性有機物を含むマイクロサイズの第二のマイクロ粒子が分散されており、上記第二のマイクロ粒子が分散された上記第二の液体中に上記パターン形成用材料を吐出してもよい。他方、上記パターン形成用材料が吐出される上記第二の液体にはマイクロ粒子が分散されていなくてもよい。このように、上記パターン形成用材料は、第二の可食性有機物を含むマイクロサイズの第二のマイクロ粒子が０体積％以上、７４体積％以下で分散された第二の液体中に吐出される。
上記第二の液体中の第二のマイクロ粒子の体積パーセント濃度は、０体積％以上、７４体積％以下であれば特に限定されないが、０．１体積％以上、７０体積％以下であることが好ましく、１体積％以上、６０体積％以下であることがより好ましく、５体積％以上、５０体積％以下であることがさらに好ましい。なお、液体中のパターン形成は、当該液体中のマイクロ粒子の濃度に影響されないため、その濃度は自由に設定することができる。同一の粒子を液体中に最も密に配置した際の構造は六方最密充填構造となり、その時の充填率はおよそ７４体積％と計算することができる。そのため、第二の液体中の第二のマイクロ粒子の最大の体積パーセント濃度は７４体積％となる。
ここで、「第二の液体中の第二のマイクロ粒子の体積パーセント濃度」は、コールターカウンター法により測定することが可能である。
上記第二のマイクロ粒子同士は、クロスリンカーで化学的に結合されていないことが好ましい。これにより、第二のマイクロ粒子が塊とならず、第二の液体とともに第二のマイクロ粒子をより容易に飲むことが可能である。
上記第一のマイクロ粒子の場合と同様の観点から、上記第二のマイクロ粒子の直径は、０．１３μｍ以上であってもよいが、０．２μｍ以上、１０００μｍ以下であることが好ましく、１００μｍ以下であることがより好ましい。また、第二のマイクロ粒子の直径は、０．３μｍ以上であることがより好ましく、０．５μｍ以上であることがさらに好ましく、５０μｍ以下であることがさらに好ましい。
上記第一のマイクロ粒子と上記第二の液体の場合と同様に、上記第一のマイクロ粒子の密度、上記第一の液体の密度及び上記第二の液体の密度のそれぞれに対する上記第二のマイクロ粒子の密度の割合（第二のマイクロ粒子の密度／第一のマイクロ粒子の密度、第二のマイクロ粒子の密度／第一の液体の密度、及び、第二のマイクロ粒子の密度／第二の液体の密度）は、０．９以上、１．１以下であることが好ましい。また、これらの割合は、０．９２以上、１．０８以下であることがより好ましく、０．９５以上、１．０５以下であることがさらに好ましい。
上記第二のマイクロ粒子は、色素、呈味成分、栄養素及び香気成分からなる群より選択される少なくとも１の成分を含んでもよい。これらの成分の具体例としては、第一のマイクロ粒子で挙げたものを例示することができる。なお、第二のマイクロ粒子は、色素の有無や、含有する色素の種類が異なる（例えば色が異なる）複数種の粒子を含むものであってもよい。呈味成分、栄養素及び香気成分のそれぞれについても同様であり、第二のマイクロ粒子は、これらの添加物の有無や、含有する添加物の種類が異なる複数種の粒子を含んでいてもよい。
上記第一のマイクロ粒子の場合と同様の観点から、上記第二のマイクロ粒子は、シリカ及びチタニアの少なくとも一方を含むことが好ましい。
上記第二のマイクロ粒子は、上述の色素やシリカといった添加物をマイクロ粒子内に維持させるための疎水性物質又は親水性物質を含んでいてもよい。
上記第二のマイクロ粒子は、第二の可食性有機物を含む。第二の可食性有機物は、第二のマイクロ粒子の粒子としての形状を形作る主成分として機能し得る物である。第二の可食性有機物の分子量は特に限定されないが、第二の可食性有機物は、高分子量物質であることが好ましい。
上記第二の可食性有機物は、多糖類、ポリペプチド、高級アルコール、天然樹脂、脂質、高級脂肪酸エステル、ポリフェノール、ポリビニルアルコール、ポリエチレングリコール、及び、核酸（ＤＮＡ）からなる群より選択される少なくとも１の可食性有機物を含むことが好ましい。これらの可食性有機物の好適な具体例としては、第一の可食性有機物で挙げたものを例示することができる。なお、第一の可食性有機物の場合と同様に、可食性有機物の好適な具体例は１種又は２種以上の組み合せで用いることができ、多糖類とポリペプチド等といった異なる分類に属する上記好適な具体例についても、２種以上の組み合せで用いることができる。また、第一のマイクロ粒子の場合と同様に、可食性有機物の具体例には、呈味成分や栄養素といった添加物の具体例と共通のものが含まれてもよく、このような共通の例は、呈味成分や栄養素等の成分としても機能し得る可食性有機物となる。
上記第二のマイクロ粒子同士は、非共有結合的凝集性により凝集しており、食感あるいは触感を生じるものであってもよい。これにより、第二のマイクロ粒子が分散された第二の液体に食感あるいは触感を生じさせることが可能となり、第一のマイクロ粒子からなるパターンと第二のマイクロ粒子が分散された第二の液体との間で食感あるいは触感の変化を生むことができる。
続いて、本発明の第二の態様に係るパターン入り液体の製造システム（以下、単に第二の態様に係る製造システムと言う場合がある）について説明する。なお、第一の態様に係る製造方法と共通する構成については第二の態様に係る製造システムにも適用可能であるため、以下では適宜その説明を省略する。
第二の態様に係る製造システムは、液体中にパターンが形成されたパターン入り液体の製造システムであって、可食性有機物を含むマイクロサイズのマイクロ粒子が第一の液体中に分散されたパターン形成用材料を収容するタンクと、上記パターン形成用材料を吐出するノズルと、上記パターン形成用材料を上記ノズルに送液するポンプと、上記ノズルの位置と、上記ノズルから吐出される上記パターン形成用材料の吐出流量とを制御する制御装置と、を備えている。そのため、ポンプによりタンクからパターン形成用材料をノズルに供給し、制御装置によりノズルの位置とパターン形成用材料の吐出流量とを制御しながらノズルから第二の液体の任意の場所にパターン形成用材料を吐出させることができる。なお、パターン形成用材料の吐出流量は、ポンプ圧力の変化や、ノズル部に設置されたピエゾ素子等の圧電素子への電圧印加によるノズル内部の圧力変化により制御することができる。したがって、ＣＡＤ等のソフトウェアを用いてパターンの設計を行い、その設計に基づいてノズルを制御することによってパターン入り液体を自動的に製造することができる。すなわち、色や味、香り、食感、触感等の感覚を生じ得るパターンの液体中での設計の自由度が高いパターン入り液体を製造することができる。また、マイクロ粒子からなるパターンをミクロレベルで設計することにより、本物の牛乳やコーヒーなどの環境負荷の高い飲料と同等の食感を有する低環境負荷な植物原料飲料を製造することも可能である。
そして、上記制御装置は、上記ノズルの径Ｌ（ｍ）と上記ノズルの速度Ｕ（ｍ／ｓ）とがＵ×Ｌ≦１０－３ｍ２／ｓの関係を満たすように、第二の液体中で上記ノズルを移動させながら上記ノズルから上記パターン形成用材料を吐出させる。したがって、第一の態様に係る製造方法で説明したように、ノズルによる乱流の発生を効果的に抑制でき、所望の形状のパターンを鮮明に形成することが可能である。このような観点からは、ノズルの径Ｌ（ｍ）と、上記第二の液体中における上記ノズルの速度Ｕ（ｍ／ｓ）とは、Ｕ×Ｌ≦５×１０－４ｍ２／ｓの関係を満たすことがより好ましく、Ｕ×Ｌ≦１０－４ｍ２／ｓの関係を満たすことがさらに好ましい。
第一の態様に係る製造方法の場合と同様の観点から、上記第二の液体中における上記ノズルの速度Ｕ（ｍ／ｓ）に対する、上記ノズルから吐出される上記パターン形成用材料の吐出流量Ｘ（ｍ３／ｓ）を上記ノズルの先端の開口面積Ａ（ｍ２）で除算した値の割合（Ｘ／Ａ）／Ｕが、０．２以上、１０以下であることも好ましく、０．３以上、８以下であることがより好ましく、０．４以上、５以下であることがさらに好ましい。
上記タンクに収容されたパターン形成用材料は、送液チューブを介してノズルに供給されてもよい。タンクは、パターン形成用材料を収容できる容器であれば特に限定されない。タンクは、ポンプ及びノズルと分離して設けられてもよいし、ポンプ及びノズルと一体的に設けられてもよい。また、タンクは、パターン形成用材料の種類に応じて複数設けられてもよい。
上記ノズルは、第一の態様に係る製造方法で説明した通りである。また、ノズルにはピエゾ素子等の圧電素子が接続されていてもよく、この圧電素子への電圧印加によりノズル内部の圧力変化を生じさせ、ノズルからのパターン形成用材料の吐出流量を制御してもよい。
上記ポンプは、パターン形成用材料をノズルに送液可能なものであれば特に限定されず、例えば、シリンジポンプ、ペリスタポンプ等を用いることができる。
上記制御装置は、ノズルに接続され、その位置を移動させる多軸機構（例えば３軸以上、８軸以下の機構）を備えていてもよい。これにより、多軸でノズルを制御できるため、三次元的にノズルを移動させることができる。すなわち、三次元パターンを容易に形成することができる。多軸機構としては、例えば、ガントリー型システム（例えば３軸）や、ロボットアーム（例えば８軸）を利用することができる。
また、上記制御装置は、パターン形成用材料の吐出流量を制御するために、ポンプ圧力を制御してもよいし、ノズル部に設置された圧電素子への印加電圧を制御してもよい。
さらに、上記制御装置は、ノズルやポンプ、多軸機構等の制御処理を行う制御処理装置を備えていてもよい。制御処理装置は、例えば、制御処理等の各種の処理を実現するためのソフトウェアプログラムと、該ソフトウェアプログラムを実行するＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ　Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　Ｕｎｉｔ）と、該ＣＰＵによって制御される各種ハードウェア（例えば記憶装置）等によって構成されている。制御処理装置の動作に必要なソフトウェアプログラム（例えば３Ｄ－ＣＡＤデータを使用した制御プログラム）やデータは記憶装置に記憶される。なお、制御処理装置は、多軸機構とともにパターン入り液体を製造する場所（例えば同一店舗内）に配置されてもよいし、制御処理装置の少なくとも一部の機能に係る装置は、パターン入り液体の製造場所とは異なる場所（例えばクラウド）に分散配置されてもよい。
第二の態様に係る製造システムは、第二の液体を収容した容器を設置可能なステージをさらに備えていてもよい。ステージは、移動可能に構成されてもよく、制御装置は、ノズルだけでなく、ステージを移動させながら、すなわち、容器に収容された第二の液体を移動させながら、ノズルからパターン形成用材料を第二の液体中に吐出してもよい。
図３は、本発明に係る液体中にパターンを形成するパターン入り液体の製造システムの概念図である。図３に示すパターン入り液体の製造システム１００は、マイクロ粒子１１が第一の液体１２中に分散されたパターン形成用材料１０を収容する複数のタンク１１０と、パターン形成用材料１０を吐出するノズル１２０と、パターン形成用材料１０をノズル１２０に送液するポンプ１３０と、制御装置１４０と、第二の液体２０を収容した容器４０が設置されるステージ１５０と、タンク１１０とポンプ１３０を接続する液送チューブ１５１と、ポンプ１３０とノズル１２０を接続する液送チューブ１５２と、を備えており、制御装置１４０がノズル１２０の位置と、ノズル１２０から吐出されるパターン形成用材料１０の吐出流量と、を制御する。製造システム１００によれば、第二の液体２０中にマイクロ粒子１１からなるパターン３０を自動的に形成することができる。複数のタンク１１０には異なる複数種のパターン形成用材料１０を収容してもよく、複数種のパターン形成用材料１０をノズル１２０から同時に又は順次吐出してもよい。また、製造システム１００は、ノズル１２０を複数備えてもよく、複数のノズル１２０から複数種のパターン形成用材料１０を同時に又は順次吐出してもよい。
図４は、本発明に係るガントリー型システムを用いたパターン入り液体の製造システムの概念図である。図４に示すパターン入り液体の製造システム２００は、マイクロ粒子（図示せず）が第一の液体（図示せず）中に分散されたパターン形成用材料（図示せず）を収容するタンク２１０と、パターン形成用材料を吐出するノズル２２０と、第二の液体２０を収容した容器４０が設置されるステージ２５０と、制御装置（図示せず）の多軸機構としてのガントリー型システム２６０と、を備えている。また、タンク２１０には、パターン形成用材料をノズル２２０に送液するポンプ（図示せず）と、ガントリー型システム２６０のｘ軸駆動モータ（図示せず）とが一体的に設けられている。ガントリー型システム２６０は、３軸の駆動機構であり、タンク２１０をｘ軸方向で移動可能に支持するｘ軸レール２６１と、ｘ軸レール２６１をｚ軸方向で移動可能に支持するｚ軸レール２６２と、ｚ軸レール２６２に支持されたｘ軸レール２６１をｚ軸方向に駆動するｚ軸駆動モータ２６３と、ｚ軸レール２６２をｙ軸方向で移動可能に支持するｙ軸レール２６４と、ｙ軸レール２６４に支持されたｚ軸レール２６２をｙ軸方向に駆動するｙ軸駆動モータ２６５と、を備えており、制御装置の制御の下、ノズル２２０を３軸に自由に移動可能である。制御装置は、ガントリー型システム２６０によりノズル２２０の位置を制御するとともに、ノズル２２０から吐出されるパターン形成用材料の吐出流量を制御する。製造システム２００によっても、第二の液体２０中にマイクロ粒子からなるパターン３０を自動的に形成することができる。
図５は、本発明に係るロボットアームを用いたパターン入り液体の製造システムの概念図である。図５に示すパターン入り液体の製造システム３００は、マイクロ粒子（図示せず）が第一の液体（図示せず）中に分散されたパターン形成用材料（図示せず）を収容するタンク３１０と、パターン形成用材料を吐出するノズル３２０と、制御装置（図示せず）の多軸機構としてのロボットアーム３６０と、を備えている。また、タンク３１０には、パターン形成用材料をノズル３２０に送液するポンプ（図示せず）が一体的に設けられている。ロボットアーム３６０は、例えば８軸の駆動機構であり、制御装置の制御の下、ノズル３２０を８軸に自由に移動可能である。制御装置は、ロボットアーム３６０によりノズル３２０の位置を制御するとともに、ノズル３２０から吐出されるパターン形成用材料の吐出流量を制御する。製造システム３００によっても、第二の液体２０中にマイクロ粒子からなるパターン３０を自動的に形成することができる。
続いて、本発明の第三の態様に係るパターン入り液体の製造方法（以下、単に第三の態様に係る製造方法と言う場合がある）について説明する。なお、第一の態様に係る製造方法と共通する構成については第三の態様に係る製造方法にも適用可能であるため、以下では適宜その説明を省略する。
第三の態様に係る製造方法は、第一の液体を、位置制御可能なノズルを用いて、可食性有機物を含むマイクロサイズのマイクロ粒子が分散された第二の液体中に吐出し、上記第一の液体からなるパターンを形成する。
第三の態様に係る製造方法によれば、第一の液体を、位置制御可能なノズルを用いて、可食性有機物を含むマイクロサイズのマイクロ粒子が分散された第二の液体中に吐出し、上記第一の液体からなるパターンを形成することから、場となるマイクロ粒子が分散された第二の液体中に第一の液体からなる文字や絵図等のパターンを描画し、かつその形状を維持することができる。そのため、色や味、香り、食感、触感等のパターンが自由に設計されたパターン入り液体を提供できる。例えば、第一の液体に色素や呈味物質、香気成分を含有させることで、第二の液体中でも空間的な色彩や味や香りのデザインを行うことができる。また、第一の液体の食感あるいは触感を制御することで、第二の液体中の空間的な食感あるいは触感のデザインも行うことができる。さらに、第一の液体からなるパターンをミクロレベルで設計することにより、本物の牛乳やコーヒーなどの環境負荷の高い飲料と同等の食感を有する低環境負荷な植物原料飲料を製造することも可能である。
上記マイクロ粒子は、可食性有機物を含むマイクロサイズの粒子である。マイクロ粒子は、マイクロサイズの粒子、好ましくは後述するように直径が０．１３μｍ以上であるため、第二の液体中に分散されたマイクロ粒子は、その大きさにより拡散が制限される。したがって、第一の液体が第二の液体中に吐出された後も、マイクロ粒子は、大きさに依存して数十分から数十時間、従前の場所付近に留まることができる。すなわち、第二の液体中に吐出された第一の液体もまた、数十分から数十時間、吐出された場所付近に留まることができる。その結果、第二の液体の任意の位置に第一の液体からなるパターンが配置されたパターン入り液体を生成することができる。
このように、第一の態様に係る製造方法と第三の態様に係る製造方法は、マイクロ粒子を液体中に吐出するか、又はマイクロ粒子が分散された液体中に別の液体を吐出するかが違うのみであり、第一の態様に係る製造方法で説明した各特徴については、第三の態様に係る製造方法にも適宜適用することができる。例えば、第三の態様に係る製造方法は、以下の態様を取り得る。
上記第一の液体及び第二の液体の種類は特に限定されず、液体全般が挙げられる。具体例としては、例えば、第一の態様に係る製造方法で説明したものが挙げられる。第一の液体からなるパターンを第二の液体の外から視認可能とする観点からは、第二の液体は、当該パターンが第二の液体を通して視認できる程度の透明度を有することが好ましい。同様の観点からは、第二の液体は、有色又は無色の透明であってもよい。第一の液体及び第二液体は、互いに異なる種類の液体であってもよいし、同じ種類の液体であってもよい。また、第一の液体及び第二の液体は、各々、単一種の液体であってもよいし、複数種の液体が混合又は分離したものであってもよい。
また、上記第一の液体及び第二の液体の種類は、香水や化粧水、ローションなどの皮膚化粧品であってもいい。
さらに、上記第一の液体及び第二の液体の種類は、培地や緩衝液などの細胞の生育や維持に適した液体であってもよい。
なお、第三の態様に係る製造方法では、第一の液体は、可食性有機物を含むマイクロサイズのマイクロ粒子を含む必要はない。
また、１種類の第一の液体のみをマイクロ粒子が分散された第二の液体中に吐出してもよいし、２種類以上の第一の液体をマイクロ粒子が分散された第二の液体中に同時に、又は順次吐出してもよい。
上記第一の液体は、色素、呈味成分、栄養素及び香気成分からなる群より選択される少なくとも１の成分を含むことが好ましい。第一の液体がこれらの添加物を含むことによって、第一の液体からなるパターンによって様々な空間的な感覚のデザインが可能となる。例えば、色素が含まれる場合は第一の液体からなるパターンによる空間的な色彩デザインが可能となり、呈味成分が含まれる場合は第一の液体からなるパターンによる空間的な味のデザインが可能となり、栄養素が含まれる場合は第一の液体からなるパターンによる空間的な栄養のデザインが可能となり、香気成分が含まれる場合は第一の液体からなるパターンによる空間的な香りのデザインが可能となる。色素としては、例えば、赤色色素、緑色色素、青色色素、黒色色素、白色色素等を使用してもよい。呈味成分としては、例えば、ショ糖、果糖、食塩、グルコース、アミノ酸、核酸、酢酸、リンゴ酸、クエン酸、カフェイン、タンニン、カプサイシン、グリセロール、食品抽出物等を用いることができる。栄養素としては、例えば、ビタミン、ミネラル、脂質、脂肪酸、ポリペプチド、糖質、健康素材分子、食品抽出物等を用いることができる。香気成分としては、例えば、食品衛生法施行規則　別表第一で指定されるバニリン、オイゲノール、ゲラニオール、シトラール等を含む食品用香料化合物、食品抽出物等を用いることができる。なお、第一の液体は、色素の有無や、含有する色素の種類が異なる（例えば色が異なる）複数種の液体を含むものであってもよい。呈味成分、栄養素及び香気成分のそれぞれについても同様であり、第一の液体は、これらの添加物の有無や、含有する添加物の種類が異なる複数種の液体を含んでいてもよい。
上記第一の液体が色素成分を含む場合（色を呈する場合）は、第一の液体は、パターン形成用インクとして機能し得る。
上記パターンは、一次元パターン（線）、二次元パターン（平面）及び三次元パターン（立体）のいずれであってもよい。パターンの種類は特に限定されず、例えば、文字等の記号や絵図といった色を生じるもの、成分の偏りといった味覚や食感あるいは触感を生じるもの、これらの感覚を複合的に生じるものも挙げられる。
上記マイクロ粒子の粒子構造は、特に限定されず、例えば、均一型、コアシェル型、ヤヌス型等が挙げられる。
上記マイクロ粒子は、第一の液体及び第二の液体（水でもよい）に対して不溶性又は難溶性のものであることが好ましい。第一の液体からなるパターンを第二の液体の外から視認可能とする観点からは、マイクロ粒子は、当該パターンが第二の液体に分散されたマイクロ粒子を通して視認できる程度の透明度を有していてもよい。同様の観点からは、マイクロ粒子は、有色又は無色の透明であってもよい。
上記マイクロ粒子同士は、クロスリンカーで化学的に結合されていないことが好ましい。これにより、マイクロ粒子からなるパターンが塊とならず、第二の液体とともにマイクロ粒子をより容易に飲むことが可能である。
上記マイクロ粒子の直径は、０．１３μｍ以上であってもよいが、０．２μｍ以上、１０００μｍ以下であることが好ましい。マイクロ粒子の直径は、０．３μｍ以上であることがより好ましく、０．５μｍ以上であることがさらに好ましく、５０μｍ以下であることがさらに好ましい。
上記第二の液体の密度に対する上記マイクロ粒子の密度の割合（マイクロ粒子の密度／第二の液体の密度）は、０．９以上、１．１以下であることが好ましい。この割合が０．９以上、１．１以下であると、マイクロ粒子が第二の液体中で浮揚したり、沈降したりするのを抑制することができるため、第二の液体中の任意の場所に第一の液体からなるパターンを形成することができる。この観点からは、この割合は、０．９２以上、１．０８以下であることがより好ましく、０．９５以上、１．０５以下であることがさらに好ましい。
上記マイクロ粒子は、色素、呈味成分、栄養素及び香気成分からなる群より選択される少なくとも１の成分を含んでいてもよい。色素、呈味成分、栄養素及び香気成分の具体例としては、例えば、第一の態様に係る製造方法で説明したものが挙げられる。なお、マイクロ粒子は、色素の有無や、含有する色素の種類が異なる（例えば色が異なる）複数種の粒子を含むものであってもよい。呈味成分、栄養素及び香気成分のそれぞれについても同様であり、マイクロ粒子は、これらの添加物の有無や、含有する添加物の種類が異なる複数種の粒子を含んでいてもよい。
上記マイクロ粒子は、シリカ（二酸化シリコン）及びチタニア（二酸化チタン）の少なくとも一方を含むことが好ましい。
上記マイクロ粒子は、上述の色素やシリカといった添加物をマイクロ粒子内に維持させるための疎水性物質又は親水性物質を含んでいてもよい。また、マイクロ粒子は、例えば、親水性物質／疎水性物質／親水性物質や疎水性物質／親水性物質／疎水性物質の３層構造等のように、疎水性物質を含有する層と、親水性物質を含有する層とが中心から外側に向かって交互に配置された構造を有していてもよい。
上記マイクロ粒子は、可食性有機物を含む。可食性有機物は、マイクロ粒子の粒子としての形状を形作る主成分として機能し得る物である。可食性有機物の分子量は特に限定されないが、可食性有機物は、高分子量物質であることが好ましい。
上記可食性有機物は、多糖類、ポリペプチド、高級アルコール、天然樹脂、脂質、高級脂肪酸エステル、ポリフェノール、ポリビニルアルコール、ポリエチレングリコール、及び、核酸（ＤＮＡ）からなる群より選択される少なくとも１の可食性有機物であることが好ましい。これらの可食性有機物の好適な具体例としては、第一の態様に係る製造方法における第一の可食性有機物で挙げたものを例示することができる。なお、第一の態様に係る製造方法における場合と同様に、可食性有機物の好適な具体例は１種又は２種以上の組み合せで用いることができ、多糖類とポリペプチド等といった異なる分類に属する上記好適な具体例についても、２種以上の組み合せで用いることができる。
上記マイクロ粒子は、ヒト由来細胞、動物細胞、植物細胞、微生物細胞などの細胞であってもよい。マイクロ粒子をこれらの細胞とすることよって、マイクロ粒子が分散された第二の液体に様々な生理学的機能をもたせることが可能となる。なお、これらの細胞は可食性有機物を含むものである。
上記マイクロ粒子同士は、非共有結合的凝集性により凝集しており、食感あるいは触感を生じるものであってもよい。
上記第二の液体中のマイクロ粒子の体積パーセント濃度は、特に限定されないが、０．０５体積％以上、７４体積％以下であることが好ましく、０．１体積％以上、６０体積％以下であることがより好ましく、０．５体積％以上、５０体積％以下であることがさらに好ましい。
ここで、「第二の液体中のマイクロ粒子の体積パーセント濃度」は、コールターカウンター法により測定することが可能である。
第一の態様に係る製造方法における場合と同様に、第一の液体からなるパターンを第二の液体中で長期間維持する観点からは、第一の液体は、第二の液体と適合されたものであることが好ましく、第二の液体と同じ液体、又は第二の液体に近い液体であってもよい。
上記第一の液体の密度に対する上記第二の液体の密度の割合（第二の液体の密度／第一の液体の密度）は、０．９以上、１．１以下であることが好ましい。この割合が０．９以上、１．１以下であると、第一の液体からなるパターンが第二の液体中で浮揚したり、沈降したりするのを抑制することができる。この観点からは、この割合は、０．９２以上、１．０８以下であることがより好ましく、０．９５以上、１．０５以下であることがさらに好ましい。
上記第一の液体と上記第二の液体の水分含有量の差の絶対値は、０％以上、５０％以下であることが好ましい。この両者の差の絶対値は、２５％以下であることがより好ましく、１５％以下であることがさらに好ましい。なお、通常では第一の液体の水分含有量の方が第二の液体の水分含有量より大きい。
上記第一の液体の粘度及び上記第二の液体の粘度は、２５℃において、各々０．８ｍＰａ・ｓ以上、６Ｐａ・ｓ以下であることが好ましい。この両者の粘度が２５℃において各々０．８ｍＰａ・ｓ以上、６Ｐａ・ｓ以下であると、第一の液体の第二の液体中への拡散を抑えやすいため、第一の液体からなるパターンの形状を第二の液体中でより長期間維持することができる。この観点からは、この両者の粘度は、２５℃において、各々３Ｐａ・ｓ以下であることがより好ましく、各々１Ｐａ・ｓ以下であることがさらに好ましい。また、一態様において、第一の液体の粘度と第二の液体の粘度は、２５℃において、各々１ｍＰａ・ｓ以上、１００ｍＰａ・ｓ以下であることが好ましく、各々１ｍＰａ・ｓ以上、５０ｍＰａ・ｓ以下であることがより好ましい。なお、第一の液体の粘度と第二の液体の粘度は、いずれが大きくてもよいし、実質的に同じであってもよい。
上記ノズルは、内側が空洞でかつ両端面が開口した筒体であり、第一の液体がノズルの基端から導入されてノズル内の空洞を流通し、ノズルの先端から吐出される。ノズルは、通常は、後述するパターン入り液体の製造システムの制御装置によって、その三次元的な位置と、ノズルの先端から吐出される第一の液体の吐出流量が制御される。なお、使用するノズルの本数は、特に限定されず、１本でも複数本であってもよい。
上記ノズルは、多軸（例えば３軸以上、８軸以下）に自在に移動可能であることが好ましい。なお、ノズルを動かすばかりでなく、第二の液体を収容した容器も移動させることも可能である。
上記第二の液体は、容器（例えばグラスやカップ）に収容されており、上記ノズルの長さは、少なくとも上記容器に収容された上記第二の液体の深さよりも長いことが好ましい。
上記ノズルの径Ｌ（ｍ）と、上記第二の液体中における上記ノズルの速度Ｕ（ｍ／ｓ）とは、Ｕ×Ｌ≦１０－３ｍ２／ｓの関係を満たすことが好ましく、Ｕ×Ｌ≦５×１０－４ｍ２／ｓの関係を満たすことがより好ましく、Ｕ×Ｌ≦１０－４ｍ２／ｓの関係を満たすことがさらに好ましい。
上記第二の液体中における上記ノズルの速度Ｕ（ｍ／ｓ）に対する、上記ノズルから吐出される上記第一の液体の吐出流量Ｘ（ｍ３／ｓ）を上記ノズルの先端の開口面積Ａ（ｍ２）で除算した値の割合（Ｘ／Ａ）／Ｕが、０．２以上、１０以下であることが好ましく、０．３以上、８以下であることがより好ましく、０．４以上、５以下であることがさらに好ましい。
上記ノズルの先端の開口形状は、特に限定されないが、上記ノズルは、円形、楕円形、三角形、長方形、正方形、菱形、Ｖ字形、Ｕ字形、又はＣ字形の先端を有することが好ましい。
次に、本発明の第四の態様に係るパターン入り液体の製造システム（以下、単に第四の態様に係る製造システムと言う場合がある）について説明する。なお、上述の態様に係る製造方法や製造システムと共通する構成については第四の態様に係る製造システムにも適用可能であるため、以下では適宜その説明を省略する。
第四の態様に係る製造システムは、液体中にパターンが形成されたパターン入り液体の製造システムであって、第一の液体を収容するタンクと、上記第一の液体を吐出するノズルと、上記第一の液体を上記ノズルに送液するポンプと、上記ノズルの位置と、上記ノズルから吐出される上記第一の液体の吐出流量とを制御する制御装置と、を備え、上記制御装置は、可食性有機物を含むマイクロサイズのマイクロ粒子が分散された第二の液体中で上記ノズルを移動させながら上記ノズルから上記第一の液体を吐出させる。そのため、ポンプによりタンクから第一の液体をノズルに供給し、制御装置によりノズルの位置と第一の液体の吐出流量とを制御しながらノズルからマイクロ粒子が分散された第二の液体の任意の場所に第一の液体を吐出させることができる。なお、第一の液体の吐出流量は、ポンプ圧力の変化や、ノズル部に設置されたピエゾ素子等の圧電素子への電圧印加によるノズル内部の圧力変化により制御することができる。したがって、ＣＡＤ等のソフトウェアを用いてパターンの設計を行い、その設計に基づいてノズルを制御することによってパターン入り液体を自動的に製造することができる。すなわち、色や味、香り、食感、触感等の感覚を生じ得るパターンの液体中での設計の自由度が高いパターン入り液体を製造することができる。また、第一の液体からなるパターンをミクロレベルで設計することにより、本物の牛乳やコーヒーなどの環境負荷の高い飲料と同等の食感を有する低環境負荷な植物原料飲料を製造することも可能である。
そして、上記制御装置は、上記ノズルの径Ｌ（ｍ）と上記ノズルの速度Ｕ（ｍ／ｓ）とがＵ×Ｌ≦１０－３ｍ２／ｓの関係を満たすように、上記第二の液体中で上記ノズルを移動させながら上記ノズルから上記第一の液体を吐出させる。したがって、第一の態様に係る製造方法で説明したように、ノズルによる乱流の発生を効果的に抑制でき、所望の形状のパターンを鮮明に形成することが可能である。このような観点からは、ノズルの径Ｌ（ｍ）と、上記第二の液体中における上記ノズルの速度Ｕ（ｍ／ｓ）とは、Ｕ×Ｌ≦５×１０－４ｍ２／ｓの関係を満たすことがより好ましく、Ｕ×Ｌ≦１０－４ｍ２／ｓの関係を満たすことがさらに好ましい。
第一の態様に係る製造方法の場合と同様の観点から、上記第二の液体中における上記ノズルの速度Ｕ（ｍ／ｓ）に対する、上記ノズルから吐出される上記第一の液体の吐出流量Ｘ（ｍ３／ｓ）を上記ノズルの先端の開口面積Ａ（ｍ２）で除算した値の割合（Ｘ／Ａ）／Ｕが、０．２以上、１０以下であることも好ましく、０．３以上、８以下であることがより好ましく、０．４以上、５以下であることがさらに好ましい。
上記タンクに収容された第一の液体は、送液チューブを介してノズルに供給されてもよい。タンクは、第一の液体を収容できる容器であれば特に限定されない。タンクは、ポンプ及びノズルと分離して設けられてもよいし、ポンプ及びノズルと一体的に設けられてもよい。また、タンクは、第一の液体の種類に応じて複数設けられてもよい。
上記ノズルは、第三の態様に係る製造方法で説明した通りである。ノズルにはピエゾ素子等の圧電素子が接続されていてもよく、この圧電素子への電圧印加によりノズル内部の圧力変化を生じさせ、ノズルからの第一の液体の吐出流量を制御してもよい。
上記ポンプは、第一の液体をノズルに送液可能なものであれば特に限定されず、例えば、シリンジポンプ、ペリスタポンプ等を用いることができる。
上記制御装置は、ノズルに接続され、その位置を移動させる多軸機構（例えば３軸以上、８軸以下の機構）を備えていてもよい。多軸機構としては、例えば、ガントリー型システム（例えば３軸）や、ロボットアーム（例えば８軸）を利用することができる。
また、上記制御装置は、第一の液体の吐出流量を制御するために、ポンプ圧力を制御してもよいし、ノズル部に設置された圧電素子への印加電圧を制御してもよい。
さらに、上記制御装置は、ノズルやポンプ、多軸機構等の制御処理を行う制御処理装置を備えていてもよい。制御処理装置は、例えば、制御処理等の各種の処理を実現するためのソフトウェアプログラムと、該ソフトウェアプログラムを実行するＣＰＵと、該ＣＰＵによって制御される各種ハードウェア（例えば記憶装置）等によって構成されている。制御処理装置の動作に必要なソフトウェアプログラム（例えば３Ｄ－ＣＡＤデータを使用した制御プログラム）やデータは記憶装置に記憶される。なお、制御処理装置は、多軸機構とともにパターン入り液体を製造する場所（例えば同一店舗内）に配置されてもよいし、制御処理装置の少なくとも一部の機能に係る装置は、パターン入り液体の製造場所とは異なる場所（例えばクラウド）に分散配置されてもよい。
第四の態様に係る製造システムは、第二の液体を収容した容器を設置可能なステージをさらに備えていてもよい。ステージは、移動可能に構成されてもよく、制御装置は、ノズルだけでなく、ステージを移動させながら、すなわち、容器に収容された第二の液体を移動させながら、ノズルから第一の液体を第二の液体中に吐出してもよい。
第四の態様に係る製造システムとして、例えば、図３～図５で示したパターン入り液体の製造システムを適用することが可能である。
以上、マイクロサイズのマイクロ粒子を用いてパターン入り液体、例えばパターン入り飲料を製造する態様について説明したが、本発明は、飲料の製品だけでなく例えば化粧品の製造にも適用可能である。
すなわち、本発明の他の態様に係るパターン入り化粧品の製造方法は、例えば、マイクロサイズの第一のマイクロ粒子が第一の液体中に分散されたパターン形成用材料を、位置制御可能なノズルを用いて、第二の液体中に吐出し、上記第一のマイクロ粒子からなるパターンを形成する。
また、本発明のさらに他の態様に係るパターン入り化粧品の製造方法は、例えば、第一の液体を、位置制御可能なノズルを用いて、マイクロサイズのマイクロ粒子が分散された第二の液体中に吐出し、上記第一の溶液からなるパターンを形成する。
なお、上記態様に係るパターン入りの液体の製造方法で説明したマイクロ粒子や液体の各特徴については、これらの態様に係るパターン入り化粧品の製造方法やパターン入り飲料の製造方法にも適宜適用することができる。
また、これらの態様に係るパターン入り化粧品の製造方法におけるマイクロ粒子や液体には、化粧品として一般的に利用可能な材料を用いることができる。
以下、本発明を検証実験に基づいてより具体的に説明する。なお、以下の検証実験には可食性ではない有機物を含むマイクロサイズのマイクロ粒子を用いた実験が含まれているが、液体中におけるマイクロ粒子の挙動は、可食性か否かに関わらないため、以下の結果は可食性有機物を含むマイクロサイズのマイクロ粒子を用いた場合にも同様に得られると考えられる。また、本発明はこれらの検証実験に限定されるものではない。
＜検証実験１＞
光学顕微鏡を用いて、マイクロ粒子の形状を確認した。はじめに、濃度２．４体積％、直径１μｍのポリスチレン製マイクロ粒子の水懸濁液（Ｐｏｌｙｓｔｙｒｅｎｅ　Ｒｅｄ　Ｄｙｅｄ　Ｍｉｃｒｏｓｐｈｅｒｅ　１．００μｍ、Ｐｏｌｙｓｃｉｅｎｃｅｓ社製）を１８，５００×ｇで１分間、遠心分離することで濃縮し、１０体積％マイクロ粒子懸濁液とした。その懸濁液を、対物４０倍レンズを用いた光学顕微鏡（ＥＣＬＩＰＳＥ　Ｎ、ニコン社製）と冷却ＣＣＤカメラ（Ｏｒｃａ－Ｆｌａｓｈ　２．８、浜松ホトニクス社製）で明視野観察した。図６は、検証実験１における１０体積％マイクロ粒子懸濁液の光学顕微鏡写真である。その結果、図６に示すように、マイクロサイズのマイクロ粒子として、良好に分散した直径１μｍの球形の構造物を確認することができた。
＜検証実験２＞
マイクロ粒子と同等の密度を持つ溶液中でのマイクロ粒子の移動を調べた。はじめに、直径１μｍのポリスチレン製マイクロ粒子の水懸濁液（Ｐｏｌｙｓｔｙｒｅｎｅ　Ｒｅｄ　Ｄｙｅｄ　Ｍｉｃｒｏｓｐｈｅｒｅ　１．００μｍ、Ｐｏｌｙｓｃｉｅｎｃｅｓ社製）を、終濃度０．００５体積％（９．１×１０７個／ｍＬ）となるように各種濃度のグリセロール水溶液と混合し、１８，５００×ｇで１分間遠心分離した。その結果、２０体積％よりも薄い濃度のグリセロール水溶液ではマイクロ粒子の沈降が観察され、上記マイクロ粒子の密度は２０体積％グリセロール水溶液（１．０６ｇ／ｃｍ３）と同等であると考えられた。なお、溶液の密度は密度計（ＤＭＡ　４５００　Ｍ、Ａｎｔｏｎ　Ｐａａｒ社製）で測定された。
そこで、上記マイクロ粒子の水懸濁液を２０体積％グリセロール水溶液に０．５体積％（９．１×１０９個／ｍＬ）となるように分散させて懸濁した。そして、そのマイクロ粒子懸濁液（以下、マイクロ粒子液Ａ１という場合がある）０．５μＬを１．５ｍＬの２０体積％グリセロール水溶液中に滴下、室温で放置し、マイクロ粒子の拡散を観察した。図７は、検証実験２において２０体積％グリセロール水溶液中に直径１μｍのマイクロ粒子懸濁液を滴下した写真である。その結果、図７に示すように、４時間放置した後も、マイクロ粒子の拡散は軽微であり、マイクロ粒子懸濁液をパターン形成用材料（例えばインク）として用いて溶液中にパターン（例えば像）が形成できることが示唆された。
＜検証実験３＞
検証実験２で調整されたマイクロ粒子液Ａ１を用いて、その滴下量によるマイクロ粒子液の拡散量の依存性を調べた。このマイクロ粒子液０．５μＬから１０μＬを各々１．５ｍＬの２０体積％グリセロール水溶液中に滴下、室温で放置し、マイクロ粒子の拡散を動画撮影した。その動画中で観察されたマイクロ粒子液Ａ１が占める面積を画像処理ソフトウェア（ＩｍａｇｅＪ（ＮＩＨ））で、解析対象の画像を閾値１２９で二値化し、ピクセル数を算出することで求めた。このとき各条件でマイクロ粒子液Ａ１が占める面積は、測定開始時のマイクロ粒子濃度０．５体積％、滴下量０．５μＬの面積を１として算出した。図８は、検証実験３において２０体積％グリセロール水溶液中に直径１μｍのマイクロ粒子懸濁液を様々な液量で滴下したときにその拡散を示すグラフである。図９は、検証実験３において２０体積％グリセロール水溶液中に直径１μｍのマイクロ粒子懸濁液を濃度０．５体積％、０．５μＬ液量で滴下し、４時間放置した際の拡散を示すグラフである。その結果、図８に示すように、３０分間放置後の各条件での面積の増加は最大でも初期値の７％以下であり、図９に示すように、０．５μＬ滴下されたサンプルは４時間での面積増加は初期値の３％以下であった。この結果から、マイクロ粒子で形成された像は、用いられたマイクロ粒子懸濁液量にほとんど依存せず、マイクロ粒子を用いて溶液中にパターン（例えば像）を安定的に形成できることが分かった。
＜検証実験４＞
異なる粒径かつ濃度のマイクロ粒子のパターン形成用材料（インク）を用いた像の形成を試みた。はじめに、直径０．２μｍのポリスチレン製マイクロ粒子の水懸濁液（Ｐｏｌｙｓｔｙｒｅｎｅ　Ｒｅｄ　Ｄｙｅｄ　Ｍｉｃｒｏｓｐｈｅｒｅ　０．２０μｍ、Ｐｏｌｙｓｃｉｅｎｃｅｓ社製）を、終濃度０．００５体積％（９．１×１０７個／ｍＬ）となるように各種濃度のグリセロール水溶液と混合し、１８，５００×ｇで１分間遠心分離した。その結果、２０体積％よりも薄い濃度のグリセロール水溶液ではマイクロ粒子の沈降が観察され、上記マイクロ粒子の密度は２０体積％グリセロール水溶液（１．０６ｇ／ｃｍ３）と同等であると考えられた。なお、溶液の密度は密度計（ＤＭＡ　４５００　Ｍ、Ａｎｔｏｎ　Ｐａａｒ社製）で測定された。
続いて、直径０．２μｍの上記マイクロ粒子の水懸濁液を２０体積％グリセロール水溶液に分散させて懸濁し、１体積％（２．２×１０１２個／ｍＬ）のマイクロ粒子懸濁液（以下、マイクロ粒子液Ａ２という場合がある）を調整した。そのマイクロ粒子液１μＬを１．５ｍＬの２０体積％グリセロール水溶液中に滴下、室温で放置し、マイクロ粒子の拡散を動画撮影した。得られた動画中のマイクロ粒子液Ａ２が占める面積を画像処理ソフトウェア（ＩｍａｇｅＪ（ＮＩＨ））で、解析対象の画像を閾値１２９で二値化し、ピクセル数を算出することで求めた。このとき各条件でマイクロ粒子液Ａ２が占める面積は、測定開始時のマイクロ粒子液を滴下して得られた面積を１として算出した。図１０は、検証実験４において２０体積％グリセロール水溶液中に直径０．２μｍのマイクロ粒子懸濁液を滴下したときにその拡散を示すグラフである。その結果、図１０に示すように、１５０分後も粒子は浮遊を維持しており、その面積は共に各初期値の１４％程度であった。この結果から、直径０．２μｍの小さいマイクロ粒子で形成されたパターン（例えば像）も溶液中で数時間安定的に形成されることが分かった。
＜検証実験５＞
マイクロ粒子のインクを用いた像の形成を試みた。２０体積％グリセロール水溶液に５体積％（９．１×１０１０個／ｍＬ）となるように直径１μｍのポリスチレン製マイクロ粒子の水懸濁液（Ｐｏｌｙｓｔｙｒｅｎｅ　Ｒｅｄ　Ｄｙｅｄ　Ｍｉｃｒｏｓｐｈｅｒｅ　１．００μｍ、Ｐｏｌｙｓｃｉｅｎｃｅｓ社製）を分散させて懸濁し、マイクロ粒子懸濁液を調整した。そして、そのマイクロ粒子懸濁液を用いて２０体積％グリセロール水溶液中の３つのエリアを塗りつぶした。図１１は、検証実験５において２０体積％グリセロール水溶液中に直径１μｍのマイクロ粒子懸濁液で像を構築した写真である。図１１に示すように、マイクロ粒子懸濁液は１０分後も像を維持しており、マイクロ粒子懸濁液で像を溶液中に安定的に形成できることが分かった。
＜検証実験６＞
異なる粒径かつ濃度のマイクロ粒子のパターン形成用材料（インク）を用いた像の形成を試みた。はじめに、直径４５μｍあるいは直径９０μｍのポリスチレン製マイクロ粒子の水懸濁液（Ｆｌｕｏｒｅｓｂｒｉｔｅ　Ｐｌａｉｎ　Ｍｉｃｒｏｓｐｈｅｒｅｓ　４５μｍ　ＹＧ、Ｐｏｌｙｓｃｉｅｎｃｅｓ社製、あるいは、Ｆｌｕｏｒｅｓｂｒｉｔｅ　Ｐｌａｉｎ　Ｍｉｃｒｏｓｐｈｅｒｅｓ　９０μｍ　ＹＧ、Ｐｏｌｙｓｃｉｅｎｃｅｓ社製）を、終濃度１．４体積％（４５μｍ；３．０×１０５個／ｍＬ、９０μｍ；３．８×１０４個／ｍＬ）となるように各種濃度のグリセロール水溶液と混合し、１８，５００×ｇで１分間遠心分離した。その結果、２０体積％よりも薄い濃度のグリセロール水溶液ではマイクロ粒子の沈降が観察され、上記マイクロ粒子の密度は２０体積％グリセロール水溶液（１．０６ｇ／ｃｍ３）と同等であると考えられた。なお、溶液の密度は密度計（ＤＭＡ　４５００　Ｍ、Ａｎｔｏｎ　Ｐａａｒ社製）で測定された。
続いて、直径４５μｍあるいは直径９０μｍの上記マイクロ粒子の水懸濁液を２０体積％グリセロール水溶液に分散させて懸濁し、１．４体積％（４５μｍ；３．０×１０５個／ｍＬ、９０μｍ；３．８×１０４個／ｍＬ）のマイクロ粒子懸濁液（以下、マイクロ粒子液Ａ３あるいはマイクロ粒子液Ａ４という場合がある）を調整した。そのマイクロ粒子液１μＬを１．５ｍＬの２０体積％グリセロール水溶液中に滴下、室温で放置し、マイクロ粒子の拡散を動画撮影した。得られた動画中のマイクロ粒子液Ａ３あるいはマイクロ粒子液Ａ４が占める面積を画像処理ソフトウェア（ＩｍａｇｅＪ（ＮＩＨ））で、解析対象の画像を閾値１２９で二値化し、ピクセル数を算出することで求めた。このときマイクロ粒子液Ａ３あるいはマイクロ粒子液Ａ４が占める面積は、測定開始時のマイクロ粒子液を滴下して得られた面積を１として算出した。図１２は、検証実験６において２０体積％グリセロール水溶液中に直径４５μｍあるいは直径９０μｍのマイクロ粒子懸濁液を滴下し、４時間放置した際の拡散を示すグラフである。その結果、図１２に示すように、４時間後も粒子は浮遊を維持しており、その面積は共に各初期値の１０％程度であった。この結果から、直径４５μｍあるいは直径９０μｍの大きいマイクロ粒子で形成されたパターン（例えば像）も溶液中で数時間安定的に形成されることが分かった。
＜比較検証実験１＞
低分子を滴下した場合では、像が維持されないことを確認した。２０体積％グリセロール水溶液１．５ｍＬに、同じ密度となるように調整された１重量％ウラニン（ＣＡＳ登録番号５１８－４７－８、分子量３７６）水溶液１μＬを滴下した。図１３は、２０体積％グリセロール水溶液中に１重量％のウラニン溶液を滴下した写真である。その結果、図１３に示すように、滴下直後は浮遊していたものの、３０秒以内にすみやかに分散、移動する様子が観察された。このことから低分子の溶液では、液中に像を形成させることが難しいことが分かった。
＜検証実験７＞
可食性の素材（可食性有機物）であるアガロースからなるマイクロ粒子のパターン形成用材料（インク）を用いた像の形成を試みた。なお、本検証実験は、本発明の実施例に相当する。はじめに、直径９０μｍのアガロース製マイクロ粒子（密度１．０５ｇ／ｃｍ３）の２０％エタノール懸濁液（Ｂｌｏｃｋｅｄ　ａｇａｒｏｓｅ　ｂｅａｄｓ　（ｂｉｎｄｉｎｇ　ｃｏｎｔｒｏｌ）、Ｃｈｒｏｍｏｔｅｋ社製）の溶媒を置換するために、そのアガロース製マイクロ粒子懸濁液１００μＬを、２０体積％グリセロール水溶液１ｍＬに加え、２，０００×ｇで１０秒間遠心分離した。沈殿を２０体積％グリセロール水溶液１ｍＬに再懸濁し、そして２，０００×ｇで１０秒間遠心分離する操作を２回繰り返した。最後に沈殿を２０体積％グリセロール水溶液１００μＬに再懸濁し、直径９０μｍのアガロース製マイクロ粒子の懸濁液（以下、マイクロ粒子液Ｅ１という場合がある）を得た。
続いて、光学顕微鏡を用いて、そのアガロース製マイクロ粒子の形状を確認した。マイクロ粒子液Ｅ１を、対物１０倍レンズを用いた光学顕微鏡（ＥＣＬＩＰＳＥ　Ｎ、ニコン社製）と冷却ＣＣＤカメラ（Ｏｒｃａ－Ｆｌａｓｈ　２．８、浜松ホトニクス社製）で明視野観察した。図１４は、検証実験７におけるアガロース製マイクロ粒子懸濁液の光学顕微鏡写真である。その結果、図１４に示すように、マイクロサイズのマイクロ粒子として、良好に分散した直径９０μｍの球形の構造物を確認することができた。
続いて、上記マイクロ粒子液Ｅ１を用いて、その滴下量による可食性マイクロ粒子液の拡散量の依存性を調べた。このマイクロ粒子液１μＬから１０μＬを各々５ｍＬの２０体積％グリセロール水溶液中に滴下、室温で放置し、マイクロ粒子の拡散を上部から画像撮影した。この画像観察されたマイクロ粒子液Ｅ１の直径を計測し、計測した直径からマイクロ粒子液Ｅ１が占める面積を算出した。このとき各マイクロ粒子液Ｅ１が占める面積は、測定開始時のマイクロ粒子液１μＬを滴下して得られた面積を１として算出した。
図１５は、検証実験７において２０体積％グリセロール水溶液中に直径９０μｍのアガロース製マイクロ粒子懸濁液を滴下し、４時間放置した際の拡散を示すグラフである。その結果、図１５に示すように、４時間でのその面積の増加は最大でも初期値の１０％程度であった。この結果から、直径９０μｍの可食性マイクロ粒子で形成されたパターン（例えば像）も溶液中で数時間安定的に形成されることが分かった。
＜比較検証実験２＞
低分子を滴下した場合では、像が維持されないことを検証実験７と同じ計測系で確認した。２０体積％グリセロール水溶液５ｍＬに、１重量％ウラニン（ＣＡＳ登録番号５１８－４７－８、分子量３７６）溶液（２０体積％グリセロール水溶液に懸濁したもの）５μＬを滴下した。図１６は、２０体積％グリセロール水溶液中に１重量％のウラニン溶液を滴下し、３分間放置した際の拡散を示すグラフである。その結果、図１６に示すように、滴下直後からすみやかに分散し、３分後には初期面積の５倍以上に拡散していることが確認された。このことから低分子の溶液では、液中に像を形成させることが難しいことが分かった。
＜検証実験８＞
ノズルの径Ｌと、液体中におけるノズルの速度ＵとがＵ×Ｌ≦１０－３ｍ２／ｓ以下で良好な像を描けることを検証した。
まず、ノズルの速度Ｕと吐出流量を制御するために、アクチュエーター（ＥＣ－ＤＳ３Ｍ－１５０－１－ＭＯＴ、ＩＡＩ社製、Ｊａｐａｎ）とポンプ（ＱＩ－５－６Ｒ－ＵＰ－Ｓ、タクミナ社製、Ｊａｐａｎ）を組み合わせて吐出装置を構築した。ノズルには、外径１ｍｍかつ開口直径（すなわちノズルの径Ｌ）０．２ｍｍ品（ＰＴＦＥニードルＴＮー０．２－２５、岩下エンジニアリング社製）と外径５ｍｍかつ開口直径（すなわちノズルの径Ｌ）２ｍｍ品（外径５ｍｍ、内径２ｍｍのステンレスチューブを切断して作製）を用いた。
そして、直径１μｍのポリスチレン製マイクロ粒子の水懸濁液（Ｐｏｌｙｓｔｙｒｅｎｅ　Ｒｅｄ　Ｄｙｅｄ　Ｍｉｃｒｏｓｐｈｅｒｅ　１．００μｍ、Ｐｏｌｙｓｃｉｅｎｃｅｓ社製）を、終濃度０．２体積％となるように終濃度２０体積％のグリセロール水溶液に懸濁し、インクとした。
また、細いノズルを用いた時の描画対象の水溶液として、０．５重量％カルボキシメチルセルロースを含む２０体積％グリセロール水溶液を用いた。この描画対象の水溶液の２５℃における粘度は、密度計（ＤＭＡ　４５００　Ｍ、Ａｎｔｏｎ　Ｐａａｒ社製）で測定された密度と、音叉振動式粘度計（ＳＶ－１０、エー・アンド・デイ社製）の値を用いて評価した所、１７ｍＰａ・ｓであり、トマトジュースと同等であった。
また、太いノズルを用いた時の描画対象の水溶液として、１重量％カルボキシメチルセルロースを含む２０体積％グリセロール水溶液を用いた。この描画対象の水溶液の２５℃における粘度は、密度計（ＤＭＡ　４５００　Ｍ、Ａｎｔｏｎ　Ｐａａｒ社製）で測定された密度と、音叉振動式粘度計ＳＶ－１０（エー・アンド・デイ社製）の値を用いて評価した所、５８ｍＰａ・ｓであり、サラダオイルと同等であった。
ノズルの径Ｌとノズルの速度Ｕの積（Ｕ×Ｌ）が０．０３×１０－３ｍ２／ｓから１．３×１０－３ｍ２／ｓとなるようにノズルを選択、様々なノズル速度で動かし、水溶液中にインクを吐出して線を描画した。
得られた線をｉＰｈｏｎｅ（登録商標）　ＳＥ（Ａｐｐｌｅ社製）でビデオ撮影し、目視で、描画された線長４０ｍｍ当たりでの直線からのゆがみを評価した。具体的には、水溶液中に直線を書いた場合、条件によっては描画操作によって発生する乱流に起因して線が波状にゆがむ。その波の振幅の最大長さを画像処理ソフトウェア（ＩｍａｇｅＪ（ＮＩＨ））で測定し、その値を線の長さ４０ｍｍで割った値を変化率（線の変位）とした。
図１７は、検証実験８において０．５重量％又は１重量％のカルボキシメチルセルロースを含む２０体積％グリセロール水溶液中に、直径１μｍのマイクロ粒子を濃度０．２体積％で含む懸濁液を様々なノズル径、移動速度及び吐出流量で吐出し、長さ４０ｍｍの線を描画した際の線のずれを評価した結果を示すグラフである。なお、図１７中、四角のプロットは、細いノズルを用いたときの結果を示し、円のプロットは、太いノズルを用いたときの結果を示す。その結果、図１７に示すように、Ｕ×Ｌが大きくなるほど、変化率が大きくなったが、０．７×１０－３ｍ２／ｓでは変化率は１０％以下であり、水溶液中に直線を描けていた。また、１０－３ｍ２／ｓでも変化率はほぼ１０％であり、水溶液中に直線を描けていた。一方、これは描画対象の水溶液の粘度を上げることでさらに改善することが期待される。すなわち、Ｕ×Ｌ≦１０－３ｍ２／ｓ以下で良好な像が得られることが分かった。
＜検証実験９＞
ノズルの速度Ｕに対する、ノズルから吐出されるパターン形成用材料の吐出流量Ｘをノズルの先端の開口面積Ａで除算した値の割合（（Ｘ／Ａ）／Ｕ、速度の割合）を評価した。
検証装置、インク及び描画対象の水溶液は検証実験８と同じものを用いた。また、ノズルは外径１ｍｍ、内径０．２ｍｍ品（ＰＴＦＥニードルＴＮー０．２－２５、岩下エンジニアリング社製）を使用した。ノズルの速度Ｕは１０２ｍｍ／ｓとした。すなわち、
ノズルの速度Ｕ（ｍ／ｓ）＝１０２×１０－３ｍ／ｓ
ノズルの開口面積Ａ（ｍ２）＝０．０３１×１０－６ｍ２
とすると、上記式１、すなわちＵ＝Ｘ／Ａを満たす吐出流量Ｘは、
吐出流量Ｘ（ｍ３／ｓ）＝Ｕ×Ａ＝３．２×１０－９ｍ３／ｓ＝３．２μＬ／ｓ＝１９２μＬ／ｍｉｎ
となり、このＸが本検証実験で最も安定な、すなわち計算上最も好ましい吐出流量と考えられる。
また、ここではノズルの速度Ｕとノズルの開口面積Ａとは固定しているので、吐出流量Ｘを変化させることで、速度の割合（Ｘ／Ａ）／Ｕを変化させた。具体的には、本検証実験で最も安定な吐出流量１９２μＬ／ｍｉｎを１として、吐出流量を１０倍（１９１６μＬ／ｍｉｎ）まで増やした場合と０．２倍（３８μＬ／ｍｉｎ）まで減らした場合の実験を行った。すなわち、様々な吐出流量３８μＬ／ｍｉｎから１９１６μＬ／ｍｉｎの範囲で線を描画した。
そして得られた線のゆがみ（変化率）を検証実験８と同じ方法で評価した。すなわち、吐出流量１９２μＬ／ｍｉｎを１として、吐出流量と得られる線のゆがみの関係を評価した。
図１８は、検証実験９において０．５重量％のカルボキシメチルセルロースを２０体積％グリセロール水溶液中に、直径１μｍのマイクロ粒子を濃度０．２体積％で含む懸濁液を様々な吐出流量で吐出し、長さ４０ｍｍの線を描画した際の線のずれを評価した結果を示すグラフである。その結果、図１８に示すように、０．２から１０の範囲で得られる線のゆがみ（変化率）は１０％以下であり、良好に描画できることが分かった。
この結果から、ノズルの速度Ｕに対する、ノズルから吐出されるパターン形成用材料の吐出流量Ｘをノズルの先端の開口面積Ａで除算した値の割合（（Ｘ／Ａ）／Ｕ、速度の割合）は０．２から１０で良好な線が描画できることが分かった。
＜参考文献＞
（参考文献１）八戸工業大学紀要、２００７年、第２６巻、ｐ.９－１３
１０　パターン形成用材料
１１　マイクロ粒子
１２　第一の液体
２０　第二の液体
３０　パターン
４０　容器
１００、２００、３００　パターン入り液体の製造システム
１１０、２１０、３１０　タンク
１２０、２２０、３２０　ノズル
１３０　ポンプ
１４０　制御装置
１５０、２５０　ステージ
１５１、１５２　液送チューブ
２６０　ガントリー型システム
２６１　ｘ軸レール
２６２　ｚ軸レール
２６３　ｚ軸駆動モータ
２６４　ｙ軸レール
２６５　ｙ軸駆動モータ
３６０　ロボットアーム

 

Claims (10)

  1. 第一の可食性有機物を含むマイクロサイズの第一のマイクロ粒子が第一の液体中に分散されたパターン形成用材料を、
    位置制御可能なノズルを用いて、
    第二の可食性有機物を含むマイクロサイズの第二のマイクロ粒子が０体積％以上、７４体積％以下で分散された第二の液体中に吐出し、
    前記第一のマイクロ粒子からなるパターンを形成する、パターン入り液体の製造方法。
  2. 前記パターンを構成する前記第一のマイクロ粒子同士および／又は前記第二のマイクロ粒子同士は、クロスリンカーで化学的に結合されていない、請求項１に記載のパターン入り液体の製造方法。
  3. 前記第一のマイクロ粒子同士および／又は前記第二のマイクロ粒子同士は、非共有結合的凝集性により凝集しており、食感を生じるものである、請求項１又は２に記載のパターン入り液体の製造方法。
  4. 前記第一および／又は第二のマイクロ粒子の直径は、０．１３μｍ以上、１０００μｍ以下である請求項１～３のいずれか一項に記載のパターン入り液体の製造方法。
  5. 前記第二の液体の密度に対する前記第一および第二のマイクロ粒子の各密度の割合は、０．９以上、１．１以下であり、
    前記第一の液体の密度に対する前記第二の液体の密度の割合は、０．９以上、１．１以下である、請求項１～４のいずれか一項に記載のパターン入り液体の製造方法。
  6. 前記第一の液体と前記第二の液体の水分含有量の差の絶対値は、０％以上、５０％以下である、請求項１～５のいずれか一項に記載のパターン入り液体の製造方法。
  7. 前記第一の液体の粘度と前記第二の液体の粘度は、２５℃において、各々０．８ｍＰａ・ｓ以上、６Ｐａ・ｓ以下である、請求項１～６のいずれか一項に記載のパターン入り液体の製造方法。
  8. 前記ノズルの径Ｌと、前記第二の液体中における前記ノズルの速度Ｕとが、Ｕ×Ｌ≦１０－３ｍ２／ｓの関係を満たす、請求項１～７のいずれか一項に記載のパターン入り液体の製造方法。
  9. 前記第二の液体中における前記ノズルの速度Ｕに対する、前記ノズルから吐出される前記パターン形成用材料の吐出流量Ｘを前記ノズルの先端の開口面積Ａで除算した値の割合は、０．２以上、１０以下である、請求項１～８のいずれか一項に記載のパターン入り液体の製造方法。
  10. 液体中にパターンが形成されたパターン入り液体の製造システムであって、
    可食性有機物を含むマイクロサイズのマイクロ粒子が第一の液体中に分散されたパターン形成用材料を収容するタンクと、
    前記パターン形成用材料を吐出するノズルと、
    前記パターン形成用材料を前記ノズルに送液するポンプと、
    前記ノズルの位置と、前記ノズルから吐出される前記パターン形成用材料の吐出流量とを制御する制御装置と、
    を備え、
    前記制御装置は、前記ノズルの径Ｌと前記ノズルの速度ＵとがＵ×Ｌ≦１０－３ｍ２／ｓの関係を満たすように、第二の液体中で前記ノズルを移動させながら前記ノズルから前記パターン形成用材料を吐出させる、パターン入り液体の製造システム。
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