HCI研究会スライド_土屋

2025年9月4日 第214回ヒューマンコンピュータインタラクション研究会 炭酸飲料への超音波処理が 気泡特性に与える影響の調査 〇土屋彩音，上堀まい ，伊藤雄一 青山学院大学 理工学部 情報テクノロジー学科 4年

研究背景 食事は幸福感をもたらす楽しい体験であるが 食事の乱れは生活習慣病につながる[1,2] 生活習慣病の治療や予防には食生活の改善が必要 → 食生活の改善は我慢することが多い 食品を変化させることなく飲料体験や味覚を変える 様々な味覚提示手法の研究がなされている [1] M. Macht, J. Meininger and J. Roth: “The pleasures of eating: A qualitative analysis”, Journal of Happiness Studies, 6, pp. 137–160 (2005). [2] 文部科学省, 厚生労働省, 農林水産省：“食生活指針の解 説要領 1. 食生活指針改定の趣旨”, https://www.mhlw.go.jp/file/06-Seisakujouhou-10900000Kenkoukyoku/0000132167.pdf. 1

• https://www.mhlw.go.jp/file/06-Seisakujouhou-10900000Kenkoukyoku/0000132167.pdf.

関連研究 2 （1/3） クロスモーダル技術 Meta Cookie [T.Narumi et al., 2011] Cross-modal tactile–taste interactions in food evaluations [B.Slocombe et al., 2016] プレーンクッキーの見た目と匂いを 変化させ異なる味覚を知覚 食品自体の表面の滑らかさについて 表面が粗い食品は酸味を強く評価 クロスモーダル技術により味覚を変化させることが可能

関連研究 3 （2/3） ストロー型デバイス Straw-like User Interface [Y.Hashimoto et al., 2006] Jellyfish party [Y.Okuno et al., 2003] 飲用時の感覚を疑似的に体験できる 新しい吸引型インタフェースシステム 吸い込み時の圧力，振動，音を提示 呼吸によってCGのシャボン玉が発生し クラゲやクリオネに変化して 現実空間に浮かび上がる幻想的な体験が可能 実際の飲料体験や味覚に影響を与える ストロー型デバイスの開発は進んでいない

関連研究 4 （3/3） 音波処理による変化 Applications of ultrasound in processing of liquid foods [L. Paniwnyk, 2017] The Effect of Sonication on Bubble Size and Sensory Perception of Carbonated Water to Improve Quality and Consumer Acceptability [C.Gonzalez-Viejo et al., 2019] 乳性飲料に超音波処理をすることで 炭酸飲料に可聴音波を照射することで 脂肪分画や乳化速度が向上 気泡サイズやユーザの好感度が変化 超音波処理を飲用の直前に行った研究はない

先行研究(1/3) 5 ストローは飲用直前に飲料が通る部分 吸い込み時に超音波振動処理をすることで 飲料体験や味覚が変化する可能性 • ストロー内部で超音波振動処理をするFizzrawを実装[3] 飲用直前に超音波処理をすることによる 飲料体験と味覚の変化を調査 [3]土屋彩音，上堀まい，伊藤雄一： Fizzraw: 炭酸飲料への超音波振動提示による味覚及び飲料体験の変化の実現,インタラクション 2025， p. 80–89 (2025).

先行研究(2/3) 6 システム構成 ・ストロー部 ・超音波提示部 Fizzrawの種類 ① ストローの太さ(口径6 mm/口径12 mm) ② 超音波振動子の位置 ① 105 mm ② 6mm 12mm 52.5mm 105mm 210mm 157.5mm

先行研究(3/3) 7

研究目的 ・先行研究で明らかになったFizzrawの効果 冷却乳性炭酸飲料：「炭酸の強さ」が有意に減少 ➢ 冷却炭酸水以外の飲料：「なめらかさ」が増す ➢ 乳性炭酸飲料：「爽快感」が弱まる可能性 ➢ 飲料が持つ「甘味」を強調できる可能性 飲用直前に超音波処理をすることで飲料体験や味覚が変化 気泡特性(サイズ，数)の変化が飲料体験や味覚に 影響を与えている可能性 飲料を注ぐ直前に超音波処理をすることによる 気泡特性の変化を調査 8

炭酸飲料への超音波処理が 気泡特性に与える影響の調査 9 (1/3) 実験条件 • 飲料の種類(10g) 無糖炭酸水，レモン風味の炭酸飲料, 乳性炭酸飲料 ・飲料の温度 飲料の温度：16 ℃（冷却条件），22 ℃（常温条件） 水温は16 ℃で飲料体験が向上，22 ℃で温度知覚・飲料体験の評価が中立的[4] • Fizzrawの太さ ・評価項目 ➢ 気泡のサイズ ➢ 気泡の個数 ➢太い：口径12 mm 気泡特性 ➢細い：口径6 mm • Fizzrawにおける超音波振動子の位置 ➢上端から105 mm（中心位置） [4] Viejo, C. G et al,. : The Effect of Sonication on Bubble Size and Sensory Perception of Carbonated Water to Improve Quality and Consumer Acceptability, (online).

炭酸飲料への超音波処理が 気泡特性に与える影響の調査 10 (2/3) 実験手順 1. 流し込み用ビーカに飲料を10 g注ぐ 2. ストロー/Fizzrawを介して飲料を撮影用ビーカに注ぐ 3. 撮影用ビーカ上方から常時録画 4. 注ぎ終わり直後の時点を動画から静止画として取得 5. ImageJ[5]により解析 実験の注意事項 • 飲料は開封直後のものを使用 • 飲料は計量し次第直ちに注ぐ [5] https://imagej.net/ij/ (2025 年 8 月 11 日確認) 実験の様子

炭酸飲料への超音波処理が 気泡特性に与える影響の調査 11 (3/3) 〇無糖炭酸水 超音波処理なし 超音波処理あり

無糖炭酸水への超音波処理が 気泡特性に与える影響の結果 12

レモン風味の炭酸飲料への超音波処理が 気泡特性に与える影響の結果 13

乳性炭酸飲料への超音波処理が 気泡特性に与える影響の結果 14

炭酸飲料の種類が 気泡のサイズに与える影響の結果と考察 15 整列ランク変換後多元配置分散分析を実施 Tukey 法によるペアワイズ比較により有意差を調査 (px) p < 0.0001 ** ** ① ② p < 0.0001 ①炭酸水 ②レモン風味の炭酸飲料 ③乳性炭酸飲料 ③ 炭酸水は他の飲料と比較して気泡のサイズが有意に大きい →界面活性作用成分の量の違いが影響

炭酸飲料への超音波処理が 気泡のサイズに与える影響の結果と考察 整列ランク変換後多元配置分散分析を実施 Tukey 法によるペアワイズ比較により有意差を調査 (px) ** 超音波なし p < 0.0001 超音波あり Fizzrawを使用すると気泡のサイズが有意に縮小 →超音波処理が気泡を細かく分裂させる可能性 16

口径の太さが 気泡のサイズに与える影響の結果と考察 整列ランク変換後多元配置分散分析を実施 Tukey 法によるペアワイズ比較により有意差を調査 (px) ** 太い p < 0.0001 細い 口径が細いものを使用すると気泡のサイズが有意に縮小 →口径が細いと液体の流速が遅くなり超音波処理が均一化 17

炭酸飲料の温度が 気泡のサイズに与える影響の結果と考察 整列ランク変換後多元配置分散分析を実施 P = 0.33 (px) 常温 冷却 飲料の温度変化に伴うCO₂溶解量の差は 気泡の個数への有意な影響なし 18

炭酸飲料の種類が 気泡の個数に与える影響の結果と考察 整列ランク変換後多元配置分散分析を実施 Tukey 法によるペアワイズ比較により有意差を調査 (個) p < 0.0001 ** p = 0.0022 ** ①炭酸水 ②レモン風味の炭酸飲料 ③乳性炭酸飲料 ① ② ③ 乳性炭酸飲料は他の飲料と比較して気泡の個数が有意に多い →界面活性作用成分や液体の粘度の違いが影響[6] [6] E. Dickinson : Interfacial, Emulsifying and Foaming Properties of Milk Proteins, Advanced Dairy Chemistry—1 Proteins, p.1229-1260 (2003). 19

炭酸飲料への超音波処理が 気泡の個数に与える影響の結果と考察 整列ランク変換後多元配置分散分析を実施 Tukey 法によるペアワイズ比較により有意差を調査 (個) * 超音波なし p = 0.0142 超音波あり Fizzrawを使用すると気泡の個数が有意に増加 →超音波処理により気泡が分裂し増加する可能性 20

口径の太さが 気泡の個数に与える影響の結果と考察 整列ランク変換後多元配置分散分析を実施 (個) p = 0.9111 太い 細い 口径の太さの違いによる超音波処理の均一化は 気泡の個数への有意な影響なし 21

炭酸飲料の温度が 気泡の個数に与える影響の結果と考察 整列ランク変換後多元配置分散分析を実施 p = 0.8232 (個) 常温 冷却 飲料の温度変化に伴うCO₂溶解量の差は 気泡の個数への有意な影響なし 22

考察・結論(1/2) 23 ~気泡のサイズ~ ➢ 気泡サイズが小さいほど 「なめらかさ」の評価が高くなる可能性[7] 気泡のサイズ 8/12条件(飲料の種類3条件*Fizzrawの太さ2条件*飲料の温度2条件)で 超音波処理をすると「気泡のサイズ」が有意に縮小 (個) ** ・液中の気泡を核とした均一な微小気泡の形成 ・界面活性作用を持つ成分による気泡安定化[4] ➢ 飲料の種類に応じてより好まれる気泡サイズに 制御できる可能性[6,8,9] 超音波なし 超音波あり 炭酸水(太) では「気泡のサイズ」に有意差なし ・大きな口径による流速上昇と超音波処理の不均一な伝達 [4] Viejo, C. G et.al., : The Effect of Sonication on Bubble Size and Sensory Perception of Carbonated Water to Improve Quality and Consumer Acceptability, (online). [6] E. Dickinson : Interfacial, Emulsifying and Foaming Properties of Milk Proteins, Advanced Dairy Chemistry—1 Proteins,p.1229-1260 (2003). [7] Hatakeyama, S., Viejo, C. G., et.al., : Effects of manufacturing conditions on the foaming properties of milk and sensory characteristics of foamed milk, LWT, Vol. 99, pp. 555–561 (online). [8] Liger-Belair, G.: The Physics and Chemistry behind the Bubbling Properties of Champagne and Sparkling Wines: A State-of-the-Art Review, Journal of Agricultural and Food Chemistry, Vol. 53, No. 8, pp. 2788– 2802 (online). [9] Evans, D. E. Viejo, C. G et.al., : 1 - Beer foam: achieving a suitable head, Beer (Bamforth, C. W., ed.), Handbook of Alcoholic Beverages, Academic Press, San Diego, pp. 1–60 (online).

考察・結論(2/2) 24 乳性炭酸飲料は他の飲料よりも気泡の個数が有意に多い ・乳由来成分や懸濁粒子による界面活性作用 ・飲料の粘度の影響[6] 超音波なし ➢ 気泡の破裂頻度の増加により香気成分の放出量が増し 他の飲料よりも飲料体験を向上させられる可能性[10] [6] 超音波あり 気泡の個数 冷却乳性炭酸飲料(細)以外で超音波処理をすると 「気泡の個数」が有意に増加 ・Fizzrawの非密閉構造により内部圧が一定となり 液中のCO₂溶解量が維持されたことが気泡核形成に影響 ➢ 泡立ちが重要な洗浄剤や美容液などの製品に 超音波処理をすることで洗浄力が向上する可能性 気泡の個数 ~気泡の個数~ E. Dickinson : Interfacial, Emulsifying and Foaming Properties of Milk Proteins, Advanced Dairy Chemistry—1 Proteins,p.1229-1260 (2003). [10] il Kim, T et.al., : Development of novel oil washing process using bubble potential energy, Marine Pollution Bulletin, Vol. 64, No. 11, pp. 2325–2332 (online). ① ② ③ ①無糖炭酸水 ②レモン風味の炭酸飲料 ③乳性炭酸飲料

まとめ 25 背景 食事の乱れは生活習慣病の原因 関連研究 クロスモーダル技術や音波処理による飲料体験と味覚に関する研究 先行研究 ストロー内部で飲料に超音波振動処理をすることで 評価 炭酸飲料の超音波処理による気泡特性の変化の調査 飲料体験や味覚に影響を与えるFizzrawを実装 ストロー内部の超音波処理は 結果 気泡のサイズを小さくし，気泡の個数を有意に増やす 気泡特性の変化は飲料の種類によって異なる より広範囲な温度を使用し，飲料の温度と超音波処理による影響を検証 課題 気泡特性の変化や炭酸濃度と飲料体験及び味覚の変化の関係の調査 超音波振動提示ストロー以外の食器の実装・様々な食品での評価実験