特許 6758681 農作物の生産方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6758681

(24)【登録日】2020年9月4日

(45)【発行日】2020年9月23日

(54)【発明の名称】農作物の生産方法

(51)【国際特許分類】

   A01G 7/00 20060101AFI20200910BHJP

   H05H 1/26 20060101ALI20200910BHJP

【ＦＩ】

   A01G7/00 604Z

   H05H1/26

【請求項の数】3

【全頁数】18

(21)【出願番号】特願2019-517572(P2019-517572)

(86)(22)【出願日】2018年4月27日

(86)【国際出願番号】JP2018017157

(87)【国際公開番号】WO2018207667

(87)【国際公開日】20181115

【審査請求日】2019年7月9日

(31)【優先権主張番号】特願2017-93655(P2017-93655)

(32)【優先日】2017年5月10日

(33)【優先権主張国】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】504139662

【氏名又は名称】国立大学法人東海国立大学機構

(74)【代理人】

【識別番号】100087723

【弁理士】

【氏名又は名称】藤谷 修

(74)【代理人】

【識別番号】100165962

【弁理士】

【氏名又は名称】一色 昭則

(74)【代理人】

【識別番号】100206357

【弁理士】

【氏名又は名称】角谷 智広

(72)【発明者】

【氏名】堀 勝

(72)【発明者】

【氏名】橋爪 博司

(72)【発明者】

【氏名】田中 宏昌

(72)【発明者】

【氏名】水野 正明

(72)【発明者】

【氏名】秋山 真一

(72)【発明者】

【氏名】石川 健治

【審査官】 竹中 靖典

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１５−２１６８７２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−３６２１３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０００−２５３８１０（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ａ０１Ｇ ７／００

Ｈ０５Ｈ １／２６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

Ｌ−乳酸ナトリウムを含有する第１の水溶液を準備する水溶液準備工程と、
前記第１の水溶液に大気圧プラズマを照射して第２の水溶液とするプラズマ照射工程と、
農作物を生育する土壌に前記第２の水溶液を供給する水溶液供給工程と、
を有すること
を特徴とする農作物の生産方法。

【請求項2】

請求項１に記載の農作物の生産方法において、
前記水溶液供給工程では、
前記第２の水溶液における単位体積当たりのプラズマ密度時間積を６×１０¹¹ｓｅｃ・ｃｍ^-3・ｍｌ^-1以上２．４×１０¹⁷ｓｅｃ・ｃｍ^-3・ｍｌ^-1以下とすること
を特徴とする農作物の生産方法。

【請求項3】

請求項１または請求項２に記載の農作物の生産方法において、
前記第２の水溶液を冷凍する冷凍工程を有し、
前記冷凍工程では、
前記第２の水溶液を−１９６℃以上０℃以下の範囲内で冷凍すること
を特徴とする農作物の生産方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本明細書の技術分野は、農作物の生産方法に関する。

【背景技術】

【0002】

プラズマ技術は、電気、化学、材料の各分野に応用されている。プラズマの内部では、電子やイオン等の荷電粒子の他に、紫外線やラジカルが発生する。これらには、生体組織の殺菌をはじめとして、生体組織に対する種々の効果があることが分かってきている。

【0003】

例えば、特許文献１には、水にプラズマを照射することにより水中の微生物等を殺菌する技術が開示されている。また、特許文献１のプラズマ装置は、水中に電流を流すことなくプラズマを水中に照射することができる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２００９−１８３８６７号公報

【特許文献2】特開２０１４−１９５４５０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

ところで、特許文献２には、酵母に大量の大気圧プラズマを照射した場合には酵母の生菌数は減少するが、酵母に少量の大気圧プラズマを照射した場合に酵母の生菌数は増加することが記載されている。このように、プラズマを照射することにより酵母を活性化する可能性および死滅させる可能性について研究されてきている。しかし、その他の生物へのプラズマの影響については必ずしも明らかではない。

【0006】

本明細書の技術は、前述した従来の技術が有する問題点を解決するためになされたものである。すなわちその課題とするところは、農作物の品質を向上させることを図った農作物の生産方法を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0007】

第１の態様における農作物の生産方法は、Ｌ−乳酸ナトリウムを含有する第１の水溶液を準備する水溶液準備工程と、第１の水溶液に大気圧プラズマを照射して第２の水溶液とするプラズマ照射工程と、農作物を生育する土壌に第２の水溶液を供給する水溶液供給工程と、を有する。

【0008】

この農作物の生産方法においては、農作物の果実等の内部においてポリフェノール類を増加させることができる。そのため、人がこの農作物を食べることにより、その人がより健康になる。

【発明の効果】

【0009】

本明細書では、農作物の品質を向上させることを図った農作物の生産方法が提供されている。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】実施形態のプラズマ発生装置のガス噴出口を走査するロボットアームの構成を説明するための概念図である。

【図2】図２．Ａは第１のプラズマ発生装置の構成を示す断面図であり、図２．Ｂは電極の形状を示す図である。

【図3】図３．Ａは第２のプラズマ発生装置の構成を示す断面図であり、図３．Ｂはプラズマ領域の長手方向に垂直な断面における部分断面図である。

【図4】実施形態における第３のプラズマ発生装置の概略構成を示す図である。

【図5】実施形態における第３のプラズマ発生装置の上部構造を示す概略構成図である。

【図6】実施形態における第３のプラズマ発生装置の下部構造を示す概略構成図である。

【図7】実施形態において第３のプラズマ発生装置がプラズマを照射している場合を説明するための図である。

【図8】実験Ａにおける実験方法を説明するための図（その１）である。

【図9】実験Ａにおける実験方法を説明するための図（その２）である。

【図10】イチゴに含まれるアントシアニンの量を示すグラフである。

【図11】イチゴの糖度を示すグラフである。

【図12】イチゴの酸度を示すグラフである。

【図13】イチゴの糖酸比を示すグラフである。

【発明を実施するための形態】

【0011】

以下、具体的な実施形態について、農作物の生産方法を例に挙げて図を参照しつつ説明する。本明細書において、農作物は果物と野菜とを含む。

【0012】

（第１の実施形態）
第１の実施形態について説明する。第１の実施形態の農作物の生産方法においては、プラズマ活性化水溶液を農作物の土壌に供給する。このプラズマ活性化水溶液は、乳酸ナトリウムを含有する水溶液にプラズマを照射したものである。そのため、まず、プラズマを照射するプラズマ照射装置について説明する。

【0013】

１．プラズマ活性化水溶液製造装置
１−１．プラズマ活性化水溶液製造装置の構成
本実施形態のプラズマ活性化水溶液製造装置ＰＭは、図１に示すように、プラズマ照射装置Ｐ１と、アームロボットＭ１とを有している。プラズマ照射装置Ｐ１は、プラズマを発生させるとともに、そのプラズマを溶液に向けて照射するためのものである。

【0014】

アームロボットＭ１は、図１に示すように、プラズマ照射装置Ｐ１の位置をｘ軸、ｙ軸、ｚ軸方向のそれぞれの方向に移動させることができるようになっている。なお、説明の便宜上、プラズマを照射する向きを−ｚ軸方向としている。これにより、溶液の液面と、プラズマ照射装置Ｐ１との間の距離を調整することができる。また、このプラズマ活性化水溶液製造装置ＰＭは、予めプラズマ照射時間を設定することにより、その時間だけプラズマを照射することができるものである。

【0015】

プラズマ照射装置Ｐ１には、後述するように、３種類の方式（第１のプラズマ発生装置Ｐ１０および第２のプラズマ発生装置Ｐ２０および第３のプラズマ発生装置Ｐ３０）がある。そして、いずれの方式を用いてもよい。なお、第３のプラズマ発生装置Ｐ３０は、図１に示すロボットアームＭ１等を有していない。

【0016】

１−２．第１のプラズマ発生装置
図２．Ａはプラズマ発生装置Ｐ１０の概略構成を示す断面図である。ここで、プラズマ発生装置Ｐ１０は、プラズマを点状に噴出する第１のプラズマ発生装置である。図２．Ｂは、図２．Ａのプラズマ発生装置Ｐ１０の電極２ａ、２ｂの形状の詳細を示す図である。

【0017】

プラズマ発生装置Ｐ１０は、筐体部１０と、電極２ａ、２ｂと、電圧印加部３と、を有している。筐体部１０は、アルミナ（Ａｌ₂ Ｏ₃ ）を原料とする焼結体から成るものである。そして、筐体部１０の形状は、筒形状である。筐体部１０の内径は２ｍｍ以上３ｍｍ以下である。筐体部１０の厚みは０．２ｍｍ以上０．３ｍｍ以下である。筐体部１０の長さは１０ｃｍ以上３０ｃｍ以下である。筐体部１０の両端には、ガス導入口１０ｉと、ガス噴出口１０ｏとが形成されている。ガス導入口１０ｉは、プラズマを発生させるためのガスを導入するためのものである。ガス噴出口１０ｏは、プラズマを筐体部１０の外部に照射するための照射部である。なお、ガスの移動する向きは、図中の矢印の向きである。

【0018】

電極２ａ、２ｂは、対向して配置されている対向電極対である。電極２ａ、２ｂの対向面方向の長さは、筐体部１０の内径より小さい。例えば１ｍｍ程度である。電極２ａ、２ｂには、図２．Ｂに示すように、対向面のそれぞれに凹部（ホロー）Ｈが多数形成されている。そのため、電極２ａ、２ｂの対向面は、微細な凹凸形状となっている。なお、この凹部Ｈの深さは、０．５ｍｍ程度である。

【0019】

電極２ａは、筐体部１０の内部であってガス導入口１０ｉの近傍に配置されている。電極２ｂは、筐体部１０の内部であってガス噴出口１０ｏの近傍に配置されている。そのため、プラズマ発生装置Ｐ１０では、電極２ａの対向面の反対側からガスを導入するとともに、電極２ｂの対向面の反対側にガスを噴出するようになっている。そして、電極２ａ、２ｂ間の距離は、例えば２４ｃｍである。電極２ａ、２ｂ間の距離は、これより小さい距離であってもよい。

【0020】

電圧印加部３は、電極２ａ、２ｂ間に交流電圧を印加するためのものである。電圧印加部３は、商用交流電圧である、６０Ｈｚ、１００Ｖを用いて９ｋＶに昇圧するとともに、電極２ａ、２ｂ間に電圧を印加する。

【0021】

ガス導入口１０ｉからアルゴンを導入するとともに、電圧印加部３により、電極２ａ、２ｂ間に電圧を印加すると、筐体部１０の内部にプラズマが発生する。図２．Ａの斜線で示すように、プラズマが発生する領域をプラズマ発生領域Ｐとする。プラズマ発生領域Ｐは、筐体部１０に覆われている。

【0022】

１−３．第２のプラズマ発生装置
図３．Ａはプラズマ発生装置Ｐ２０の概略構成を示す断面図である。ここで、プラズマ発生装置Ｐ２０は、プラズマを線状に噴出する第２のプラズマ発生装置である。図３．Ｂは、図３．Ａのプラズマ発生装置Ｐ２０のプラズマ領域Ｐの長手方向に垂直な断面における部分断面図である。

【0023】

プラズマ発生装置Ｐ２０は、筐体部１１と、電極２ａ、２ｂと、電圧印加部３と、を有している。筐体部１１は、アルミナ（Ａｌ₂ Ｏ₃ ）を原料とする焼結体から成るものである。筐体部１１の両端には、ガス導入口１１ｉと、多数のガス噴出口１１ｏとが形成されている。ガス導入口１１ｉは、図３．Ａの左右方向を長手方向とするスリット形状をしている。ガス導入口１１ｉからプラズマ領域Ｐの直上までのスリット幅（図３．Ｂの左右方向の幅）は、例えば１ｍｍである。

【0024】

ガス噴出口１１ｏは、プラズマを筐体部１１の外部に照射するための照射部である。ガス噴出口１１ｏは、円筒形状もしくはスリット形状である。円筒形状の場合のガス噴出口１１ｏは、プラズマ領域の長手方向に沿って一直線状に形成されている。ガス噴出口１１ｏの内径は１ｍｍ以上２ｍｍ以下の範囲内である。また、スリット形状の場合には、ガス噴出口１１ｏのスリット幅を１ｍｍ以下とすることが好ましい。これにより、安定したプラズマが形成される。また、ガス導入口１１ｉは、電極２ａと電極２ｂとを結ぶ線と交差する向きにガスを導入するようになっている。

【0025】

電極２ａ、２ｂおよび電圧印加部３については、図１に示したプラズマ発生装置Ｐ１０と同じものである。そして、同様に、商用交流電圧を用いて、電極２ａ、２ｂ間に電圧を印加する。これにより、プラズマを一直線状に噴出することができる。

【0026】

また、この一直線状にプラズマを噴出するプラズマ発生装置Ｐ２０を図３．Ｂの左右方向に列状に並べて配置すれば、プラズマをある長方形の領域にわたって平面的に噴出することができる。

【0027】

１−４．第３のプラズマ発生装置
図４は、第３のプラズマ発生装置Ｐ３０の概略構成を示す概念図である。プラズマ発生装置Ｐ３０は、収容している溶液にプラズマを照射するためのものである。

【0028】

図４に示すように、プラズマ発生装置Ｐ３０は、第１電極１１０と、第２電極２１０と、第１の電位付与部１２０と、第２の電位付与部２２０と、第１のリード線１３０と、第２のリード線２３０と、ガス供給部１４０と、ガス管結合コネクター１５０と、ガス管１６０と、第１電極保護部材１７０と、第２電極保護部材２４０と、第１電極支持部材１８０と、密閉部材１９１と、結合部材１９２と、容器２５０と、封止部材２６０と、架台２７０と、を有している。

【0029】

１−４−１．電極の概略構成
第１電極１１０は、筒形状部１１０ａを有している。そして、その筒形状部１１０ａの内部にプラズマガスを供給することができるようになっている。つまり、第１電極１１０の内部は、ガス供給部１４０と連通している。第１電極１１０は、筒形状部１１０ａから第２電極２１０に向けてガスを吹き出すようになっている。そして、第１電極１１０の先端部は、注射針形状をしている。つまり、第１電極１１０の先端部は、第１電極１１０の軸方向に垂直な方向に対して傾斜する傾斜面を有している。そして、第１電極１１０の先端部には、マイクロホローが形成されている。

【0030】

第２電極２１０は、第１電極１１０と対向する電極である。第２電極２１０は、棒状電極である。第２電極２１０は、円柱形状である。もしくは、多角柱形状であってもよい。もしくは、先端の尖った針形状であってもよい。ここで、第２電極２１０は、先端部２１１を有している。第２電極２１０の先端部２１１は、イリジウムを含有するイリジウム合金でできている。例えば、イリジウムと白金との合金である。または、イリジウムと白金とオスミウムとの合金である。イリジウム合金は、硬度が高く、耐熱性に優れている。そのため、イリジウム合金は、第２電極２１０の先端部２１１に好適である。また、イリジウムの代わりに、白金を用いてもよい。もしくは、パラジウムであってもよい。または、イリジウムと白金とパラジウムとのうちの少なくとも一種類以上を含む金属もしくは合金であるとよい。また、第２電極２１０の先端部２１１は金であってもよい。また、放電時には、第２電極２１０は、容器２５０に収容されている溶液に浸かっている。

【0031】

第１の電位付与部１２０は、第１電極１１０に周期的に変化する電位を付与するためのものである。第２の電位付与部２２０は、第２電極２１０に周期的に変化する電位を付与するためのものである。ここで、第１の電位付与部１２０と第２の電位付与部２２０とのうちのどちらか一方は、接地されていてもよい。第１のリード線１３０は、第１電極１１０と第１の電位付与部１２０とを電気的に接続するためのものである。第１のリード線１３０は、ニッケル合金もしくはステンレスであるとよい。第２のリード線２３０は、第２電極２１０と第２の電位付与部２２０とを電気的に接続するためのものである。第２のリード線２３０は、ニッケル合金もしくはステンレスであるとよい。これにより、第１電極１１０と第２電極２１０との間に高周波の電圧が印加されることとなる。つまり、第１の電位付与部１２０および第２の電位付与部２２０は、第１電極１１０と第２電極２１０との間に電圧を印加するための電圧印加部である。

【0032】

１−４−２．ガス供給経路
プラズマ発生装置Ｐ３０は、前述したように、ガス供給部１４０と、ガス管結合コネクター１５０と、ガス管１６０と、を有している。そのため、ガス供給部１４０は、ガス管１６０およびガス管結合コネクター１５０を介して、第１電極１１０の筒形状部の内部にプラズマガスを供給する。ここで、ガス供給部１６０は、例えば、Ａｒガスを供給する。もしくは、その他の希ガスを供給してもよい。もしくは、酸素ガス等その他のガスを微量に含んでいてもよい。そのため、プラズマガスは、第１電極１１０から溶液２５０に収容されている溶液に向けて吹き付けられることとなる。

【0033】

１−４−３．上部構造の構成
図５は、プラズマ発生装置Ｐ３０の上部構造を示す図である。図５に示すように、第１電極１１０は、先端部１１１を有している。先端部１１１は、図４に示すように、第２電極２１０に対面する位置に配置されている。第１電極１１０の先端部１１１は、傾斜面１１１ａを有している。傾斜面１１１ａは、第１電極１１０の軸方向に垂直な面に対して傾斜している面である。また、先端部１１１には、マイクロホロー１１１ｂが形成されている。マイクロホロー１１１ｂは、長さ０．５ｍｍ以上１ｍｍ以下、幅０．３ｍｍ以上０．５ｍｍ以下の微小な凹部である。

【0034】

また、前述したように、プラズマ発生装置Ｐ３０は、密閉部材１９１と、結合部材１９２と、を有している。密閉部材１９１は、図４に示す容器２５０に取り付けられるとともに容器２５０の内部を密閉するためのものである。結合部材１９２は、第１電極１１０とガス管結合コネクター１５０とを、密閉部材１９１等を介して連結するための部材である。

【0035】

１−４−４．下部構造の構成
図６は、プラズマ発生装置Ｐ３０の下部構造を示す図である。前述したように、プラズマ発生装置Ｐ３０は、容器２５０と、封止部材２６０と、架台２７０と、を有している。容器２５０は、内部に溶液を収容することができるようになっている。ここで、溶液とは、水溶液や有機溶剤をも含むこととする。また、容器２５０は、第１電極１１０および第２電極２１０を内部に収容している。また、容器２５０は、目盛を有しているとよい。容器２５０の内部に収容されている溶液の量を計量するためである。

【0036】

封止部材２６０は、第２電極保護部材２４０と、容器２５０との間の隙間を塞ぐためのものである。封止部材２６０として、例えば、オーリングが挙げられる。容器２５０の密閉性を確保し、溶液が容器２５０の底部に漏れ出すのを防止するものであれば、これ以外の部材を適用してもよい。架台２７０は、容器２５０その他の各部材を支持するためのものである。

【0037】

２．プラズマ発生装置により発生されるプラズマ
２−１．第１のプラズマ発生装置および第２のプラズマ発生装置
プラズマ発生装置Ｐ１０、Ｐ２０により発生されるプラズマは、非平衡大気圧プラズマである。ここで、大気圧プラズマとは、０．５気圧以上２．０気圧以下の範囲内の圧力であるプラズマをいう。

【0038】

本実施の形態では、プラズマ発生ガスとして、主にＡｒガスを用いる。プラズマ発生装置Ｐ１０、Ｐ２０により発生されるプラズマの内部では、もちろん、電子と、Ａｒイオンとが生成されている。そして、Ａｒイオンは、紫外線を発生させる。また、このプラズマは大気中に放出されているため、酸素ラジカルや窒素ラジカル等を発生させる。

【0039】

このプラズマのプラズマ密度は、１×１０¹⁴ｃｍ^-3以上１×１０¹⁷ｃｍ^-3以下の範囲内である。なお、誘電体バリア放電により発生されるプラズマにおけるプラズマ密度は、１×１０¹¹ｃｍ^-3以上１×１０¹³ｃｍ^-3以下の程度である。したがって、プラズマ発生装置Ｐ１０、Ｐ２０により発生されるプラズマのプラズマ密度は、誘電体バリア放電により発生されるプラズマのプラズマ密度に比べて、３桁程度大きい。したがって、このプラズマの内部では、より多くのＡｒイオンが生成する。そのため、ラジカルや、紫外線の発生量も多い。なお、このプラズマ密度は、プラズマ内部の電子密度にほぼ等しい。

【0040】

そして、このプラズマ発生時におけるプラズマ温度は、およそ１０００Ｋ以上２５００Ｋ以下の範囲内である。また、このプラズマにおける電子温度は、ガスの温度に比べて大きい。しかも、電子の密度が１×１０¹⁴ｃｍ^-3以上１×１０¹⁷ｃｍ^-3以下の範囲内の程度であるにもかかわらず、ガスの温度はおよそ１０００Ｋ以上２５００Ｋ以下の範囲内である。このプラズマの温度は、プラズマの発生しているプラズマ発生領域Ｐでの温度である。したがって、プラズマの条件や、ガス噴出口から水面までの距離を異なる条件とすることにより、液面の位置でのプラズマ温度を室温程度とすることができる。

【0041】

２−２．第３のプラズマ発生装置
図７は、プラズマ発生装置Ｐ３０がプラズマを発生させている様子を模式的に示す図である。プラズマ発生装置Ｐ３０により発生されるプラズマは、非平衡大気圧プラズマである。

【0042】

図７に示すように、ガス供給部１４０から供給されるプラズマガスは、第１電極１１０から矢印Ｋ１の向きに放出される。そして、第１電極１１０と第２電極２１０との間に高周波の電圧を印加すると、第１電極１１０と第２電極２１０との間にプラズマ発生領域ＰＧ１が形成される。図７のプラズマ発生領域ＰＧ１は、概念的に描かれている。

【0043】

第１の電位付与部１２０および第２の電位付与部２２０が、第１電極１１０と第２電極２１０との間に電圧を印加する電圧印加時には、第２電極２１０は、液体の内部に配置されている。このように、第１電極１１０と第２電極２１０との間には、容器２５０に収容されている液体と大気とがある。そして、第１電極と第２電極とを結ぶ線が、液体の液面ＬＬ１と交差している。

【0044】

そのため、液体の液面ＬＬ１と第１電極１１０との間にプラズマが発生する。このとき、液体の液面ＬＬ１は、第１電極１１０から矢印Ｋ１の向きに放出されるプラズマガスの風圧を受けて、液体の側に向かって凹んでいる。そして、液体の内部では溶液が部分的に電気分解し、気化する。その気化したガスの内部でもプラズマが発生する。また、プラズマ発生領域ＰＧ１は、液体の液面ＬＬ１に接触している。

【0045】

以上により、大気もしくは水に由来するラジカルが発生する。そして、溶液にラジカルが照射されることとなる。これにより、ラジカルは、水分子もしくは溶液中の溶質と反応する。

【0046】

３．プラズマ活性化水溶液の製造方法
３−１．水溶液準備工程
まず、第１の水溶液を準備する。第１の水溶液とは、プラズマを照射する前の水溶液のことをいう。第１の水溶液は、Ｌ−乳酸ナトリウムと、塩化ナトリウムと、塩化カリウムと、塩化カルシウムと、を含有する。

【0047】

３−２．プラズマ照射工程
次に、プラズマ活性化水溶液製造装置ＰＭによりプラズマ発生領域に発生させた大気圧プラズマを第１の水溶液に照射する。プラズマを照射する際における液面とプラズマ噴出口との間の距離は、例えば、３ｍｍである。また、この距離は、例えば、０．１ｃｍ以上３ｃｍ以下の範囲内で変えてもよい。プラズマ発生領域におけるプラズマ密度は、１×１０¹⁴ｃｍ^-3以上１×１０¹⁷ｃｍ^-3以下の範囲内である。そして、このプラズマにおけるプラズマ温度は、およそ１０００Ｋ以上２５００Ｋ以下の範囲内である。ただし、このプラズマ温度は、液面では、室温程度（３００Ｋ程度）まで下げることもできる。これらのプラズマ条件を表１に示す。これらの条件は、あくまで一例である。

【0048】

［表１］
条件 数値範囲
液面−噴出口距離 ０．１ｃｍ以上 ３ｃｍ以下
プラズマ密度 １×１０¹⁴ｃｍ^-3以上 １×１０¹⁷ｃｍ^-3以下
プラズマ温度 １０００Ｋ以上 ２５００Ｋ以下

【0049】

このように、第１の水溶液に大気圧プラズマを照射することにより、第１の水溶液を第２の水溶液にする。大気圧プラズマの照射により、第１の水溶液の成分とプラズマに由来するラジカル等とが反応すると考えられる。また、水溶液中に亜硝酸イオンや硝酸イオンが増加する。第１の水溶液の成分は、これらのイオン等とも反応すると考えられる。この第２の水溶液は、農作物に含まれるポリフェノール類を増加させるプラズマ活性化水溶液である。

【0050】

大気圧プラズマのプラズマ密度は、例えば、２×１０¹⁶ｃｍ^-3である。大気圧プラズマの照射時間は、例えば、３０秒以上６００秒以下である。大気圧プラズマを照射する際の第１の水溶液の体積は、例えば、１０ｍｌ以上１０００ｍｌ以下である。

【0051】

この場合には、第２の水溶液における単位体積当たりのプラズマ密度時間積は、６×１０¹⁴ｓｅｃ・ｃｍ^-3・ｍｌ^-1以上１．２×１０¹⁸ｓｅｃ・ｃｍ^-3・ｍｌ^-1以下である。ここで、単位体積当たりのプラズマ密度時間積とは、（プラズマ密度）×（照射時間）／（第１の水溶液の体積）である。つまり、単位体積当たりのプラズマ密度時間積は、単位体積当たりの第１の水溶液に照射されるプラズマ生成物の量である。

【0052】

４．プラズマ活性化水溶液の効果
本実施形態のプラズマ活性化水溶液は、Ｌ−乳酸ナトリウムを含有する水溶液にプラズマを照射したものである。より具体的には、Ｌ−乳酸ナトリウムと、塩化ナトリウムと、塩化カリウムと、塩化カルシウムと、を含有する第１の水溶液に大気圧プラズマを照射したものである。このプラズマ活性化水溶液は、後述するように、農作物に含まれるポリフェノール類の量を増加させる。ポリフェノール類は、抗酸化物質の一種である。より具体的には、増加するポリフェノール類は、アントシアニンである。そのため、この農作物を食べた人はより健康になる。また、果物の果実等の発色もよい。

【0053】

５．プラズマ活性化水溶液を用いた農作物の生産方法
本実施形態の農作物の生産方法は、Ｌ−乳酸ナトリウムを含有する第１の水溶液を準備する水溶液準備工程と、第１の水溶液に大気圧プラズマを照射して第２の水溶液とするプラズマ照射工程と、農作物を生育する土壌に第２の水溶液を供給する水溶液供給工程と、を有する。

【0054】

５−１．水溶液準備工程
前述したように、水溶液準備工程では、Ｌ−乳酸ナトリウムと、塩化ナトリウムと、塩化カリウムと、塩化カルシウムと、を含有する第１の水溶液を準備する。

【0055】

５−２．プラズマ照射工程
次に、プラズマ照射工程を実施する。前述したように、この工程では、第１の水溶液に大気圧プラズマを照射して第２の水溶液とする。

【0056】

５−３．水溶液供給工程
次に、水溶液供給工程を実施する。この工程では、第２の水溶液を農作物の土壌に供給する。このとき、全体の体積に対して第２の水溶液を５倍以上１０００倍以下の濃度で添加する。土壌に供給する水溶液における単位体積当たりのプラズマ密度時間積は６×１０¹¹ｓｅｃ・ｃｍ^-3・ｍｌ^-1以上２．４×１０¹⁷ｓｅｃ・ｃｍ^-3・ｍｌ^-1以下とする。この第２の水溶液の希釈率は、好ましくは、２５倍以上５００倍以下である。また、もちろん、農作物の土壌に肥料や水等を別途供給する。

【0057】

６．変形例
６−１．第３のプラズマ発生装置
プラズマ活性化水溶液を製造するにあたってプラズマ発生装置Ｐ３０を用いてもよい。そのために、プラズマ発生装置Ｐ３０によりプラズマ発生領域に発生させた大気圧プラズマを第１の水溶液に照射する。第１電極１１０を第１の水溶液の外に配置するとともに第２電極２１０を第１の水溶液の中に配置する。そして、第１電極１１０の筒形状部１１０ａから第１の水溶液に向かってガスを照射する。そして、その状態で第１電極１１０と第２電極２１０との間に電圧を印加する。

【0058】

６−２．第３のプラズマ発生装置の第１電極
本実施形態のプラズマ発生装置Ｐ３０では、第１電極１１０の筒形状部１１０ａは、円筒形状である。しかし、円筒形状に限らない。筒形状であれば、多角形形状であってもよい。

【0059】

６−３．小型化したプラズマ発生装置
プラズマ発生装置Ｐ１０、Ｐ２０等をさらに小型化してもよい。十分に小型化することにより、ペン型のプラズマ発生装置を製造することができる。その場合であっても、プラズマ発生装置Ｐ１０、Ｐ２０と同等のプラズマ密度が得られる。

【0060】

６−４．冷凍工程
また、第２の水溶液を保存するために冷凍工程を実施してもよい。冷凍工程は、プラズマ照射工程の後であって水溶液供給工程の前に実施する。冷凍工程では、第２の水溶液を−１９６℃以上０℃以下の範囲内で冷凍する。具体的には、冷凍庫に保存する。冷凍庫として例えば、生物実験用冷蔵庫（例えば、日本フリーザー株式会社製のバイオフリーザーＧＳ−５２０３ＫＨＣ）を用いることができる。

【0061】

この冷凍庫で冷凍した第２の水溶液の保存温度は、−２８℃以上−１４℃以下の範囲内である。また、第２の水溶液の保存温度は、この範囲に限らない。通常の冷凍温度であればよい。例えば、−１９６℃以上０℃以下の範囲内である。好ましくは、−１９６℃以上−１０°以下である。より好ましくは、−１５０℃以上−２０℃以下である。さらに好ましくは、−８０℃以上―３０℃以下である。

【0062】

この冷凍工程をすることにより、プラズマ活性化水溶液を保存することができる。そのため、農作物の土壌に供給する前に冷凍状態のプラズマ活性化水溶液を解凍すればよい。

【0063】

６−５．プラズマ発生装置の数値
第１のプラズマ発生装置Ｐ１０および第２のプラズマ発生装置Ｐ２０の数値範囲は、例示である。そのため、本実施形態における数値範囲に限らず適用することができる。

【0064】

６−６．組み合わせ
第１の実施形態の変形例を適宜組み合わせてもよい。

【0065】

７．本実施形態のまとめ
以上詳細に説明したように、本実施形態のプラズマ活性化水溶液は、Ｌ−乳酸ナトリウムを含む第１の水溶液にプラズマを照射したものである。このプラズマ活性化水溶液を農作物の土壌に供給すると、農作物のポリフェノール類は増加する。

【0066】

（第２の実施形態）
第２の実施形態について説明する。第２の実施形態においては、第１の実施形態のプラズマ活性化水溶液を用いない。その代わりに、第２の実施形態においては、大気圧プラズマを農作物に直接照射する。大気圧プラズマ装置は、第１の実施形態と共通のものを用いることができる。そのため、第１の実施形態と異なる点について説明する。

【0067】

１．農作物の生産方法
１−１．プラズマ照射工程
このプラズマ照射工程においては、農作物の成長点を含む領域に大気圧プラズマを直接照射する。ここで、成長点とは、植物の茎の先端部付近に位置するとともに細胞分裂が活発に行われている箇所である。プラズマの照射口と農作物の成長点との間の距離は、例えば、０ｃｍ以上１０ｃｍ以下である。また、プラズマの照射口は農作物の成長点を向いているとよい。

【0068】

プラズマ密度は、第１の実施形態と同様である。プラズマを照射する時間は例えば３０秒以上６００秒以下である。例えば、大気圧プラズマのプラズマ密度を２×１０¹⁶ｃｍ^-3とすると、大気圧プラズマのプラズマ密度と照射時間との積であるプラズマ密度時間積は、６×１０¹⁷ｓｅｃ・ｃｍ^-3以上１．２×１０¹⁹ｓｅｃ・ｃｍ^-3以下である。

【0069】

２．プラズマを農作物に直接照射する効果
農作物の成長点を含む領域に大気圧プラズマを照射することにより、後述するように、農作物に含まれるポリフェノール類の量が増加する。より具体的には、増加するポリフェノール類は、アントシアニンである。そのため、この農作物を食べた人はより健康になる。

【0070】

このように、農作物の成長点を含む領域に大気圧プラズマを直接照射することにより、窒素原子または酸素原子に由来する原子・分子、イオン、ラジカル等が農作物の成長点に供給される。その結果、農作物は、このような外的刺激に対して抗酸化作用を自発的に強化していると予測される。この結果、果物の果実にポリフェノール類といった抗酸化物質が多く生成されると考えられる。

【実施例】

【0071】

１．実験Ａ
１−１．農作物（イチゴ）
本実験では、農作物としてイチゴを栽培した。イチゴの品種は紅ほっぺ（登録商標）である。ここでは、花芽形成されたイチゴの苗をビニールハウス内部に定植した。

【0072】

１−２．プラズマ活性化水溶液の製造
本実験のプラズマ活性化水溶液は、ラクテック（登録商標）と同じ成分の水溶液にプラズマを照射した溶液（ＰＡＬ：Ｐｌａｓｍａ Ａｃｔｉｖａｔｅｄ Ｌａｃｔｅｃ（Ｌａｃｔｅｃは登録商標））である。ラクテック（登録商標）は、塩化ナトリウムと、塩化カリウムと、塩化カルシウムと、Ｌ−乳酸ナトリウムと、を含有する乳酸リンゲル液である。塩化ナトリウムの濃度は、６．０ｇ／Ｌである。塩化カリウムの濃度は、０．３ｇ／Ｌである。塩化カルシウム水和物の濃度は、０．２ｇ／Ｌである。Ｌ−乳酸ナトリウムの濃度は、３．１ｇ／Ｌである。

【0073】

プラズマ装置として、プラズマ発生装置Ｐ２０を用いた。プラズマの照射時間は、１回あたり５分であった。ガスの種類としてアルゴンガスを用いた。プラズマ発生装置Ｐ２０では、プラズマ発生領域と第１の水溶液との間の距離は、２ｍｍであった。プラズマ発生装置Ｐ２０におけるプラズマ密度は、２×１０¹⁶ｃｍ^-3であった。

【0074】

１−３．プラズマ活性化水溶液の供給
図８に示すように、定植したイチゴの土壌にプラズマ活性化水溶液（ＰＡＬ）を供給した。定植されたイチゴの苗に配水用のパイプを配置し、そのパイプの貫通孔からプラズマ活性化水溶液を散水した。また、実験効果を比較するために、その他の水溶液を散布した。

【0075】

表２は、イチゴの苗のグループ分けを示す表である。表２に示すように、多数のイチゴの苗をグループ分けして、それぞれ別の供給物等を供給した。もちろん、いずれのグループに対しても水や肥料を同程度与えた。つまり、表２は、同じビニールハウスの内部で与えたもののうち、グループ毎に異なる供給物等について抜き出した表である。グループＡには、通常の水および肥料の他には何も与えていない。グループＣには、グループＤ−Ｇで与える水溶液の水量と同じ量の蒸留水を与えた。つまり、グループＣの水量は、グループＡの水量よりも多い。

【0076】

１−４．プラズマの直接照射
また、グループＢにおいては、イチゴの苗にプラズマを直接照射した。その際には、イチゴの苗における成長点に向けてプラズマを照射した。イチゴの成長点とプラズマ照射装置の照射口との間の距離は、３ｃｍ程度である。そのため、プラズマは、イチゴの成長点を含む領域に照射されることとなる。なお、プラズマガスとしてヘリウムガスを用いた。

【0077】

図９は、イチゴにプラズマを直接照射する様子を示す図である。ここでイチゴの成長点は、イチゴの葉部が成長する茎部の頂点付近に点在する。

【0078】

なお、プラズマ活性化水溶液およびプラズマの直接照射については、１日に２回を１セットとし、１週間に３セットを実施した。つまり、１週間に６回プラズマを照射した。

【0079】

［表２］
グループ 供給物等 希釈率
グループＡ 追加無し（ｃｔｒｌ） −
グループＢ プラズマ直接照射 −
グループＣ 蒸留水 −
グループＤ ラクテック（登録商標） １００倍希釈
グループＥ プラズマ活性化水溶液 １００倍希釈
グループＦ ラクテック（登録商標） ２５倍希釈
グループＧ プラズマ活性化水溶液 ２５倍希釈

【0080】

１−５．実験結果
図１０は、収穫済みのイチゴに含まれるアントシアニンの量を示すグラフである。図１０に示すように、グループＡのアントシアニン含有量は１６ｍｇ／１００ｇ程度であった。グループＢのアントシアニン含有量は２０ｍｇ／１００ｇ程度であった。グループＣのアントシアニン含有量は１６ｍｇ／１００ｇ程度であった。グループＤのアントシアニン含有量は１３ｍｇ／１００ｇ程度であった。グループＥのアントシアニン含有量は１８ｍｇ／１００ｇ程度であった。グループＦのアントシアニン含有量は１２ｍｇ／１００ｇ程度であった。グループＧのアントシアニン含有量は１９ｍｇ／１００ｇ程度であった。

【0081】

図１０に示すように、誤差を考慮したとしても、プラズマを直接照射したグループＢと、ＰＡＬを供給したグループＥ、Ｇとは、プラズマの成分を供給していないその他のグループと比較してより多くのアントシアニンを含有している。

【0082】

グループＡとグループＢとを比較すると、プラズマを直接照射することによりグループＢのアントシアニンの含有量は２５％程度増加している。ここで、グループＡとグループＢとに与えた水および肥料の量は同程度である。

【0083】

グループＥとグループＤとを比較すると、ＰＡＬを与えたグループＥのアントシアニンの含有量は４５％程度増加している。ラクテック（登録商標）を与えたグループＤのアントシアニンの含有量は、蒸留水を与えたグループＣと比較して１８％程度減少している。つまり、ラクテック（登録商標）の成分自体は、アントシアニンの含有量を減少させる効果を担っている。しかし、プラズマを照射することにより活性化させたＰＡＬは、アントシアニンの含有量を増加させる効果を奏する。また、ＰＡＬを与えたグループＥのアントシアニンの含有量は、蒸留水を与えたグループＣのアントシアニンの含有量よりも１３％程度高かった。

【0084】

グループＧとグループＦとを比較すると、ＰＡＬを与えたグループＧのアントシアニンの含有量は５５％程度増加している。ラクテック（登録商標）を与えたグループＦのアントシアニンの含有量は、蒸留水を与えたグループＣと比較して１８％程度減少している。このように、ラクテック（登録商標）の希釈の度合いによらず、同様の傾向が得られた。また、ＰＡＬを与えたグループＧのアントシアニンの含有量は、蒸留水を与えたグループＣのアントシアニンの含有量よりも１９％程度高かった。

【0085】

１−６．考察
上記のように、イチゴの成長点を含む領域にプラズマを照射したグループＢと、ＰＡＬを供給したグループＥ、Ｇとにおいては、イチゴにプラズマ生成物に由来する物質が作用したと考えられる。例えば、活性酸素種（ＲＯＳ）等がイチゴの成長点に作用することにより、イチゴの苗が活性酸素種に対抗するために抗酸化物質の一種であるアントシアニンを増加させたという考え方もできる。

【0086】

２．実験Ｂ
２−１．サンプルの作製
実験Ａと同様にサンプルを作製して実験を行った。その際に表３に示すように９種類のサンプルを作製した。表３は、イチゴの苗のグループ分けを示す表である。表３は、表２と同様に、グループ毎に異なる供給物等を抜き出した表である。

【0087】

ここで、グループＢ１は、イチゴ苗栽培の前期および後期にプラズマを１回あたり３０秒間直接照射したサンプルである。グループＢ２は、イチゴ苗栽培の前期および後期にプラズマを１回あたり１２０秒間直接照射したサンプルである。グループＢ３は、イチゴ苗栽培の後期に追加的に用意したサンプルである。そのため、グループＢ３は、イチゴ苗栽培の後期のデータのみをまとめたものである。

【0088】

なお、プラズマ活性化水溶液およびプラズマの直接照射については、１日に２回を１セットとし、１週間に３セットを実施した。つまり、１週間に６回プラズマを照射した。

【0089】

［表３］
グループ 供給物等 希釈率
グループＡ 追加無し（ｃｔｒｌ） −
グループＢ１ プラズマ直接照射（３０秒） −
グループＢ２ プラズマ直接照射（１２０秒） −
グループＢ３ プラズマ直接照射（後期、１２０秒） −
グループＣ 蒸留水（ＤＷ） −
グループＤ ラクテック（登録商標） １００倍希釈
グループＥ プラズマ活性化水溶液 １００倍希釈
グループＦ ラクテック（登録商標） ２５倍希釈
グループＧ プラズマ活性化水溶液 ２５倍希釈

【0090】

２−２．実験結果２
図１１は、イチゴの糖度を示すグラフである。図１１に示すように、グループＡ（照射無し）の糖度は１１．６％程度であった。グループＢ１（３０秒直接照射）の糖度は、１２．３％程度であった。グループＢ２（１２０秒直接照射）の糖度は、１１．８％程度であった。グループＢ３（栽培後期、１２０秒直接照射）の糖度は、１２．３％程度であった。グループＣ（蒸留水）の糖度は、１１．８％程度であった。グループＤ（１００倍未照射）の糖度は、１２．１％程度であった。グループＥ（１００倍ＰＡＬ）の糖度は、１１．９％程度であった。グループＦ（２５倍未照射）の糖度は、１１．４％程度であった。グループＧ（２５倍ＰＡＬ）の糖度は、１１．４％程度であった。

【0091】

図１１に示すように、プラズマを直接照射するグループＢ１−Ｂ３の糖度は、プラズマを照射しないグループＡの糖度より高い。蒸留水（グループＣ）に比べて、１００倍希釈のグループＤ、Ｅの糖度はやや高く、２５倍希釈のグループＦ、Ｇの糖度はやや低い傾向にある。また、全体として、グループＡに比べて、プラズマを直接照射するか、ＰＡＬを供給したイチゴの糖度は高い傾向にある。

【0092】

図１２は、イチゴの酸度を示すグラフである。図１２に示すように、グループＡ（照射無し）の酸度は、０．６９％程度であった。グループＢ１の酸度は、０．７０％程度であった。グループＢ２の酸度は、０．６６％程度であった。グループＢ３の酸度は、０．６７％程度であった。グループＣの酸度は、０．６４％程度であった。グループＤの酸度は、０．６６％程度であった。グループＥの酸度は、０．６５％程度であった。グループＦの酸度は、０．６６％程度であった。グループＧの酸度は、０．６１％程度であった。

【0093】

図１２に示すように、プラズマを直接照射するグループＢ１−Ｂ３の酸度は、プラズマを照射しないグループＡの酸度より低い傾向にある。また、ＰＡＬを供給したグループＥ、Ｇの酸度は、グループＡ、Ｃに比べて低い傾向にある。また、グループＧの酸度が最も低かった。

【0094】

図１３は、イチゴの糖酸比を示すグラフである。糖酸比は、糖度／酸度である。図１３に示すように、グループＡの糖酸比は１６．８程度であった。グループＢ１の糖酸比は１７．６程度であった。グループＢ２の糖酸比は１７．８程度であった。グループＢ３の糖酸比は１８．７程度であった。グループＣの糖酸比は１８．５程度であった。グループＤの糖酸比は１８．４程度であった。グループＥの糖酸比は１８．４程度であった。グループＦの糖酸比は１７．５程度であった。グループＧの糖酸比は１８．７程度であった。

【0095】

図１３に示すように、プラズマを照射しないグループＡに比べて、プラズマを直接照射するグループＢ１−Ｂ３の糖酸比は十分に高い。ＰＡＬを用いるグループＥ、Ｇの糖酸比は、グループＡの糖酸比に比べて十分に高い。

【0096】

このように、プラズマを照射することにより、イチゴの糖酸比は上昇する。

【0097】

Ａ．付記
第１の態様における農作物の生産方法は、Ｌ−乳酸ナトリウムを含有する第１の水溶液を準備する水溶液準備工程と、第１の水溶液に大気圧プラズマを照射して第２の水溶液とするプラズマ照射工程と、農作物を生育する土壌に第２の水溶液を供給する水溶液供給工程と、を有する。

【0098】

第２の態様における農作物の生産方法においては、水溶液供給工程では、第２の水溶液における単位体積当たりのプラズマ密度時間積を６×１０¹¹ｓｅｃ・ｃｍ^-3・ｍｌ^-1以上２．４×１０¹⁷ｓｅｃ・ｃｍ^-3・ｍｌ^-1以下とする。

【0099】

第３の態様における農作物の生産方法は、第２の水溶液を冷凍する冷凍工程を有する。冷凍工程では、第２の水溶液を−１９６℃以上０℃以下の範囲内で冷凍する。

【0100】

第４の態様における農作物の生産方法においては、農作物の成長点を含む領域に大気圧プラズマを直接照射する。

【0101】

第５の態様における農作物の生産方法においては、大気圧プラズマのプラズマ密度と照射時間との積であるプラズマ密度時間積は、６×１０¹⁷ｓｅｃ・ｃｍ^-3以上１．２×１０¹⁹ｓｅｃ・ｃｍ^-3以下である。

【符号の説明】

【0102】

Ｐ１…プラズマ照射装置
Ｍ１…ロボットアーム
ＰＭ…プラズマ活性化水溶液製造装置
Ｐ１０、Ｐ２０、Ｐ３０…プラズマ発生装置
１０、１１…筐体部
１０ｉ、１１ｉ…ガス導入口
１０ｏ、１１ｏ…ガス噴出口
２ａ、２ｂ…電極
Ｐ…プラズマ領域
Ｈ…凹部（ホロー）
１１０…第１電極
１２０…第１の電位付与部
１３０…第１のリード線
１４０…ガス供給部
１５０…ガス管結合コネクター
１６０…ガス管
１７０…第１電極保護部材
２１０…第２電極
２２０…第２の電位付与部
２３０…第２のリード線
２４０…第２電極保護部材
２５０…容器
２６０…封止部材
２７０…架台

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】