JP7602726B2 - 飲食品容器の殺菌処理方法及び殺菌装置 - Google Patents

Description

本発明は、飲食品容器の殺菌処理方法及び殺菌装置に関する。更に具体的には、ミルクカートン（牛乳等の液体飲料を充填、保管する紙製容器。牛乳パックともいう。）、ペットボトルのような飲食品容器の殺菌処理方法及び殺菌装置に関する。

飲食品のメーカーでは、飲食品の容器を確実に殺菌処理することが重要である。消費者ニーズの多様化により、食品や飲料水の低塩化、保存料の廃止、賞味期限の延長等の要求が有り、そのため容器に対する確実な殺菌処理が求められている。

現在、加熱処理、薬剤による殺菌処理に代わり又はこれと併用して、非加熱・非接触の殺菌技術の開発が進められている。非加熱・非接触の殺菌技術として、閃光パルス殺菌処理が注目されている。閃光パルス殺菌処理には、キセノンフラッシュランプが使用されている。キセノンフラッシュランプの発光には、殺菌に有効な波長200～300ｎｍの紫外線を豊富に含んでいる。

キセノンフラッシュランプを利用した閃光殺菌処理は、殺菌効果が強力であり、発光のパルス制御が容易であり、非接触のため残留物が発生せず、極めて短時間のパルス照射のため飲食品容器への影響が少ない等の利点を有している。

その反面、閃光パルス殺菌処理は、照射が可能な部分しか殺菌できないという欠点がある。容器の外部からは照射が困難な箇所、例えば、容器内面の一部（容器底面、開口の小さいボトルの肩部等）には光が十分に届かず、十分な殺菌が行われないおそれがある。

このため、容器外部から照射が困難な容器内面を殺菌する技術として、ランプの一部を容器内部に挿入してパルス照射する殺菌方法が提案されている。即ち、ランプ形状をＵ字形状にして容器に挿入することで、容器内面全体に良好な光を照射する提案がされている。

特開2001-247108号「容器殺菌方法及び装置」（公開日：2001/09/11）出願人：株式会社ＩＨＩ、プリマハム株式会社、食品産業電子利用技術研究組合 特開2017-226187号「プリフォームの殺菌方法及び装置」（公開日：2017/12/28）出願人：大日本印刷株式会社 特開平6-191521号「容器殺菌装置」（公開日：1994/07/12）出願人：豊振科学産業所 特開2000-53111号「容器殺菌方法及び装置」（公開日：2000/02/22）出願人：株式会社ＩＨＩ、石川島播磨重工業株式会社 特開2020-4549号「容器殺菌用のキセノンフラッシュランプ」（公開日：2020/01/09）出願人：岩崎電気株式会社 特開2020-4550号「容器殺菌用のキセノンフラッシュランプ」（公開日：2020/01/09）出願人：岩崎電気株式会社

容器内にランプの一部を挿入してパルス照射する殺菌方法において、構造上、容器の開口部よりも底面がランプの光量が低いことが分かった。そこで、容器内面全体を十分殺菌するため、ランプの光量を、底面において必要な殺菌効果を得られる光量に決定する必要がある。その結果、反対側の容器の開口部付近（即ち、ランプ挿入側）は、必要以上に高い光量に曝される。

ここで、過剰な光量を照射された容器の開口部付近において、容器の機能を損なう問題が発生することが判明した。具体的には、ＵＶ光による容器基材の劣化、ランプによる発熱に起因する容器の変形・溶融が生じていた。この問題の発生は、容器の開口部形状、開口部付近とランプとの距離等も影響している。

上記の問題に鑑みて、本発明は、容器内にランプの一部を挿入してパルス照射する殺菌処理において、ＵＶ光や発熱に起因する容器の劣化を防止し、容器内面全体を十分殺菌可能な飲食品容器の殺菌処理方法及び殺菌装置を提供することを目的とする。

上記発明の目的に鑑みて、本発明に係る容器内にランプの一部を挿入しパルス照射して殺菌処理を行う飲食品容器の殺菌処理方法は、一面において、前記飲食品容器を用意し、該容器内にランプの一部を挿入して点灯し、前記飲食品容器の内面全体を殺菌するために必要なランプ光量を決定し、前記飲食品容器の開口部付近の過剰な光量に対して必要な減光量を決定し、前記必要な減光量を実現可能な減光手段を決定する、諸工程を含む。

更に、飲食品容器の殺菌処理方法では、前記減光手段は、前記飲食品容器の開口部と前記ランプの間に円筒状金属を設置する方法であり、前記円筒状金属は前記必要な減光量を実現可能な遮光率を有してもよい。

更に、本発明に係る容器内にランプの一部を挿入しパルス照射して殺菌処理を行う飲食品容器の殺菌装置は、一面において、前記ランプはキセノンフラッシュランプであり、前記キセノンフラッシュランプは、前記飲食品容器の内面の光量が最も低い箇所を殺菌に十分な光量で照射できるようなランプ光量に設定され、該ランプ光量のもとで、前記容器の開口部付近の過剰な光量を抑制する減光手段を備えている。

更に、上記飲食品容器の殺菌装置では、前記減光手段は、前記キセノンフラッシュランプと前記飲食品容器の開口部付近との間に設置された、所定の開口率を有する円筒状金属であってよい。

更に、上記飲食品容器の殺菌装置では、前記減光手段は、前記キセノンフラッシュランプと前記飲食品容器の開口部付近との間に設置された、ＩＲカット膜又はＵＶカット膜をコーティングした円筒状ガラスであってよい。

更に、上記飲食品容器の殺菌装置では、前記キセノンフラッシュランプを覆うジャケットを更に備え、前記減光手段は、前記ジャケットに取り付けられていてもよい。

更に、上記飲食品容器の殺菌装置では、前記キセノンフラッシュランプの前記飲食品容器に挿入されない部分からの発光を遮蔽する遮光手段を備えていてもよい。

本発明によれば、飲食品の容器内にランプの一部を挿入してパルス照射する殺菌処理において、ＵＶ光や発熱に起因する容器の劣化を防止し、容器内面全体を十分殺菌可能な飲食品容器の殺菌処理方法及び殺菌装置を提供することができる。

図１Ａは、本実施形態で使用される飲食品容器の殺菌装置の一例を説明する図である。 図１Ｂは、図１Ａに示す飲食品容器の殺菌装置に使用されている電源ユニットの一例を示す図である。 図２は、ランプの一部をミルクカートン内部に挿入してパルス照射したときのミルクカートン内面に沿って（Ｘ方向）測定した光量を示すデータである。 図３は、減光部分の仕様を決定するためのフロー図である。 図４Ａは、第１実施形態に係るミルクカートンに使用される殺菌装置のブロック図である。 図４Ｂは、図４Ａの殺菌装置の一部とミルクカートンの拡大図である。 図５Ａは、第２実施形態に係るランプの一部をペットボトル内部に挿入してパルス照射したときのペットボトル内面に沿って（Ｘ方向）測定した光量を示すデータである。 図５Ｂは、同様に、ペットボトル底面に沿って（Ｙ方向）に測定した光量を示すデータである。 図６Ａは、第２実施形態に係るペットボトルに使用される殺菌装置のブロック図である。 図６Ｂは、図６Ａの殺菌装置の一部とペットボトルの拡大図である。

以下、本発明に係る飲食品容器の殺菌処理方法及び殺菌装置の実施形態に関し、添付の図面を参照しながら、詳細に説明する。なお、同じ要素に対しては、同じ参照符号を付して、重複した説明を省略する。

［キセノンフラッシュランプを使用した殺菌装置］
図１Ａは、キセノンフラッシュランプ１０ａを使用した飲食品容器の殺菌装置１０の一例を示す図である。ランプ１０ａの発光管２は、中央部２ｂが下方にＵ字形に形成され、両端部２ａ，２ａが水平方向に形成されている。両端部２ａ，２ａは、比較的太く形成され、一方に陽極電極、他方に陰極電極が配置されている。中央部２ｂの管径は、両端部２ａ，２ａの管径に比較して細く形成され、容易に飲食品容器内に挿入して殺菌処理ができる形状となっている。ランプ１０ａの発光管２の外周面に沿って始動用のトリガー線が巻かれているが、図を簡素化して見易くするため、省略されている。

発光管２の略全体が、ジャケット６ａ、６ｂで包囲されている。発光管２の中央部（Ｕ字形部分）２ｂはジャケット６ａで包囲され、両端部（水平方向部分）２ａ，２ａはジャケット６ｂで包囲されている。ジャケット６ａ及び６ｂは、一体となって連通する同一空間を形成している。ジャケット６ａ、６ｂは、発光管２が点灯した際の冷却のため、また発光管が破損した場合に破片が容器内に飛び散るのを防止するため、使用されている。ジャケット６ａは、代表的には石英で形成されている。ジャケット６ｂは、フッ素系樹脂膜、典型的には、テフロン（登録商標）から形成されている。

ランプ１０ａの点灯時には、発光管２からの発熱を冷やすため強制冷却がなされる。冷却は、水冷及び空冷のいずれでもよい。発光管のＵ字形状部分２ｂを有効に冷却できるように、仕切り板３６が設けられている。水冷の場合、冷却水が、給水口１８aからジャケット６ｂの右側空洞内に送り込まれ、発光管中央部２ｂの根元から仕切り板３６の右側に沿って先端まで達し、仕切り板を超えて、先端から仕切り板３６の左側に沿って根元まで戻り、ジャケット６ｂの左側空洞内を通って、排水口１８ｂから排出される。空冷の場合も同様である。

（点灯回路）
図１Ｂは、図１Ａに示す殺菌装置１０に使用される点灯回路３０の一例を示す図である。ここで、符号１０ａはランプであり、符号８はトリガー線である。点灯回路３０は、商用交流電源３８と、これを昇圧し整流する充電用高圧電源回路２４と、この出力を蓄電する充放電用コンデンサー２６と、波形調整用コイル２８とを備え、ランプ１０ａにパルス電圧を給電している。更に、始動用外部トリガー発生回路３２と、トリガーパルスを昇圧してトリガー線８に送るパルス昇圧トランス３４とを備えている。

［第１実施形態］
(ミルクカートン内面の照射光量)
第１実施形態は、容器としてミルクカートンを対象とする殺菌装置及び殺菌方法に関する。図２のグラフは、ランプ１０ａをミルクカートン１２ｃ内部に挿入してパルス照射したときのミルクカートン内面に沿って（Ｘ方向）測定した光量を示す。グラフの縦軸は、光量が最大の箇所Ｂ（Ｘ方向で略50ｍｍ付近）の光量を100％として正規化した相対光量を示す。横軸は、開口部先端Ａから底部Ｃに向かう方向（Ｘ方向）の測定位置を示す。

図２に示すグラフにおいて、破線で示す比較例（従来）を見ると、光量は、開口部先端Ａ（Ｘ方向位置ゼロ）では、最大光量の約69％であり、最大光量の箇所Ｂに向かって徐々に増加し、130ｍｍ付近を過ぎると底面Ｃに向かって徐々に減少し、底面周縁部では約22％まで低下している。

グラフが示すように、ミルクカートン１２ｃは、底面周縁部の光量が最も低い傾向となっている。ミルクカートン内面を十分に殺菌処理するためには、紫外線光量を、底面周縁部において必要な殺菌レベルになるように決定する必要がある。底面の光量を必要な殺菌レベルに合わせて光量を決定した場合、先端Ａから箇所Ｂの領域に対する光量が過剰に高くなる。

ミルクカートン１２ｃは、容器特有の事情として、内面に樹脂コーティングが施され、ミルクを充填した後、開口部を密封する必要がある。先端Ａから箇所Ｂの領域に過剰な紫外線照射が行われると、開口部付近の内面の樹脂コーティングが変質（劣化）し、密封不良が発生するおそれがある。このため、紫外線照射の際にこの領域に対する過剰な光量を抑制するための減光手段４０（図４Ｂ参照）を採用する。減光手段４０を採用した結果、ペットボトル底面Ｃに沿って（Ｙ方向）に測定したランプ光量は、実線で示す本実施例（減光後）のデータのように修正され、先端Ａから境界部分Ｂの領域に対する光量は抑制される。

（殺菌処理方法）
図２の紫外線照射の光量データは、たとえ容器の仕様、ランプ等が相違しても、容器内面の底面周縁部Ｃの光量が最も低いという傾向は変わらないと判断できる。そこで、ランプに減光手段４０を採用するに際し、図３に示すミルクカートン１２ｃを対象とする減光手段の仕様の決定方法を確立した。

ステップＳ０１で、容器（ミルクカートン１２ｃ）を用意し、ランプを挿入して点灯する。このとき、ランプのＵ形状先端（厳密には、Ｕ形状先端を包囲するジャケット先端）は、ミルクカートン１２ｃの底部に接触せず、一定の間隔が空けられている。ミルクカートンの衛生面を考慮し、また発光管の破損を防止するためである。

ステップＳ０２で、光量が最も低い底面周縁部Ｃにおいて、光量が必要な殺菌レベルになるようにランプ光量を決定する。

ステップＳ０３で、ミルクカートン１２ｃの開口部付近Ａ～Ｂに対する過剰な光量を抑制するため、必要な減光量を決定する。即ち、容器の開口部付近は、必要以上に高い光量に曝される。この結果、容器の開口部付近Ａ～Ｂは、容器構造の機能を損なう問題が生じている。従って、容器の開口部付近に問題が発生しない光量に減光する減光量を決定する。この減光量は、ランプの光量、容器の形状、材質等によって異なるため、具体的なランプ及び容器の仕様が定まった段階で決定することができる。

ステップＳ０４で、ステップＳ０２で決定されたランプ光量において、ステップＳ０３で決定された減光量を実現できる減光手段４０（図４Ｂ参照）を決定し、これを採用する。

（殺菌装置）
図４Ａは、第１実施形態に係るミルクカートン１２ｃを殺菌処理するキセノンフラッシュランプ殺菌装置のブロック図である。図４Ｂは、図４Ａのキセノンフラッシュランプとミルクカートン１２ｃの拡大図である。電源ユニット３０の一例は、図１Ｂに示す電源ユニットである。冷却ユニット２０の一例は、図１Ａで説明した冷却ユニットである。ランプハウジング２２は、図１Ａに示す殺菌装置の内、冷却ユニット２０及び容器に挿入されるランプ中央部２ｂを除いた部材の総称として使用されている。

第１実施形態のランプは、減光手段４０を採用する。減光手段４０の減光量は、図３のステップＳ０４で決定された必要減光量を実現できるものとする。例えば、減光手段４０の一例として、容器の開口部付近Ａ～Ｂに対応するランプの部分２ｂ－１に対して、必要減光量を実現できる遮光率（逆に言えば、開口率）を有する円筒状金属（例えば、複数個の開口を形成した円筒状金属、金属メッシュ等）を取り付ける。或いは、減光手段４０として、必要減光量を実現できるＩＲカット膜及び／又はＵＶカット膜をコーティング済みの円筒状ガラス等を、ランプの部分２ｂ－１の該当部分に着脱可能に装着する。減光手段４０のランプ軸線方向の長さは、容器の形状等に対応して決定される。

減光手段４０は、ランプに対する方法に限られない。ジャケット６ａの容器１２ｂの開口部付近に対応する部分に対して、これらの減光手段４０を採用してもよい。これらの方法の内の任意の方法、又は両方の組み合わせであってもよい。減光手段４０を採用することにより、底面Ｃに必要な殺菌効果を得られる光量に設定しても、容器の開口部付近Ａ～Ｂに対する紫外線の過剰照射の問題が発生するのを回避することができる。

図４Ｂに示すように、ミルクカートン１２ｃは矩形胴体であり、その開口部は、ペットボトル（第２実施形態参照）の開口部に比較して、広く開放されている。従って、図４Ｂに示すように、ランプの容器挿入部分（Ｕ字形状部分）２ｂは、全体として幅広のＵ字形状とすることができる。幅広のＵ字形状ランプは、底面付近以外は平行に並置された２本のランプからの発光による照射であるが、底面付近はこれに加えて２本のランプを繋ぐ部分ｄの発光による照射が追加される。２本のランプを繋ぐ部分ｄは、直管状に限定されない。繋ぐ部分ｄは、ミルクカートンの開口部から挿入可能な範囲で、蛇行形状、往復する形状等にして、ランプ長を長くして照射量を増加してもよい。

［第２実施形態］
(ペットボトル内面の照射光量)
第２実施形態は、ペットボトルを対象とする殺菌装置及び殺菌方法に関する。図５Ａのグラフは、ランプをペットボトル１２ｂの内部に挿入してパルス照射したときのペットボトル内面に沿って（Ｘ方向）測定した光量を示すデータである。グラフの縦軸は、光量が最大の箇所（開口部と胴体部の境界部分）Ｂの光量を100％として正規化した相対光量を示す。横軸は、開口部先端Ａから底部Ｃに向かう方向（Ｘ方向）の測定位置を示す。

破線で示す比較例（従来）のデータを見ると、光量は、開口部先端（Ｘ方向位置ゼロ）Ａでは、最大光量の約74％であり、開口部と胴体部の境界部分Ｂに向かって徐々に増加し、境界部分を過ぎると直ちに約44％程度まで減少し、その後底面Ｃに向かって徐々に減少し、底面では約10％まで低下している。

図５Ｂは、ペットボトル底面Ｃに沿って（Ｙ方向）に測定したランプ光量を示すデータである。グラフの縦軸は、図５Ａのグラフの縦軸の相対光量に合わせている。底面Ｃは略円形であるため、横軸は、周縁（端部）Ｃから直径方向（Ｙ方向）に測定した相対光量を示すデータである。中央部Ｄが最大の約20％であり、周縁部Ｃでは約10％に低下している。

この従来のデータから、ランプ光量を底面の周縁（端部）Ｃに対する必要な殺菌レベルに合わせて決定した場合、先端Ａから境界部分Ｂの領域に対する光量が過剰に高くなることがわかる。このため、紫外線照射の際の過剰な光量を抑制するために、ランプに減光手段４０（図６Ｂ参照）を採用している。この結果、ペットボトル底面Ｃに沿って（Ｙ方向）に測定したランプ光量は、実線で示す本実施例（減光後）のデータのように修正され、先端Ａから境界部分Ｂの領域に対する光量は抑制される。

（殺菌処理方法）
減光手段４０の仕様の決定方法は、図３に示すミルクカートンを対象とする減光手段の仕様の決定方法と同じである。

（殺菌装置）
図６Ａは、第２実施形態に係るペットボトル１２ｂに対する殺菌装置のブロック図である。図６Ｂは、図６Ａの殺菌装置の一部とペットボトルの拡大図である。電源ユニット３０、ランプハウジング２２、及び冷却ユニット２０に関しては、図４Ａに関する説明を参照されたい。

図６Ｂに示すように、ペットボトルの開口部付近Ａ～Ｂに対応するランプの部分２ｂ－２に対して、減光手段４０が装着されている。
減光手段４０の減光量は、第１実施形態で説明したように、図３のステップＳ０４で決定された必要減光量を実現できるものとする。

［第３実施形態］
第３実施形態は、第１及び第２実施形態に対する付加手段である。キセノンフラッシュランプを使用した殺菌装置は、高輝度発光のため、製造現場の作業者の眼を傷めるおそれがある。そこで、図４Ｂ及び図６Ｂに示す減光手段４０の上部に、点灯時に外部に発光が漏れないように、遮光手段４２を設けている。

遮光手段４２は、発光を完全に遮蔽可能な部材、又は作業者の眼を傷めないレベルに減光可能な任意の部材を使用できる。遮光手段４２の一例としては、ランプに対して、円筒状金属を取り付ける方法がある。或いは、ランプの該当部分に、遮光可能な被膜をコーティングする方法がある。遮光手段４２の対象は、ランプに限られない。ジャケット６ａの該当部分に対して、遮光手段４２を採用してもよい。いずれかの方法、又は両方の組み合わせであってもよい。

［本実施形態の特徴、利点］
(1)本実施形態では、食品容器内にランプの一部を挿入してパルス照射する殺菌方法において、容器内部の底面の周縁部の殺菌レベルに合わせたランプ光量を照射することで、容器開口部周辺のランプ光量が相対的に高くなり、容器開口部の劣化や損傷等する問題を指摘している。この問題点は、先行技術文献には開示されていない。更に、この問題点を解決する新規な殺菌処理方法を確立している。

(2) 本実施形態では、この新規な殺菌処理方法を実現した殺菌装置を提供している。

(3)本実施形態に係る殺菌装置は、容器の開口部付近に減光手段を設けることを特徴とする。しかし、その実体は、単に容器に減光手段を設けただけではない。いろいろな種類の殺菌対象（容器）に関し、個別に、容器内面全体を充分に殺菌するに必要なランプ光量を求め、このランプ光量を照射した場合の容器開口部の劣化や損傷等の問題を回避するために必要な減光量を実現できる減光手段を決定する殺菌処理方法を個別に確立し、夫々の殺菌処理方法に応じた減光手段を形成する方法を提供している。

［まとめ］
以上、本発明の本発明に係る飲食品容器の殺菌処理方法及び殺菌装置の実施形態に関して説明したが、これらは例示であって、本発明を限定するものではない。当業者がこれら実施形態に対して容易に成し得る削除、変更、追加、改良は、本発明の範囲内である。本発明の技術的範囲は、添付の特許請求の範囲によって定められる。

２：発光管、 ２ａ：両端部，水平方向部分、 ２ｂ：中央部，Ｕ字形部分、 ２ｂ－１，２ｂ－２：容器の開口部に対応するランプの部分、 ６ａ，６ｂ：ジャケット、 ８：トリガー線、 １０ａ：キセノンフラッシュランプ，ランプ、 １２ｂ：ペットボトル、 １２ｃ：ミルクカートン １８a：給水口、 １８ｂ：排水口、 ２０：冷却ユニット、 ２２：ランプハウジング、 ２４：充電用高圧電源回路、 ２６：充放電用コンデンサー、 ２８：波形調整用コイル、 ３０：電源ユニット、 ３２：始動用外部トリガー発生回路、 ３４：パルス昇圧トランス、 ３６：仕切り、 ３８：商用交流電源、４０：減光手段、 ４２：遮光手段、

Claims (3)

1. 容器内にランプの一部を挿入しパルス照射して殺菌処理を行う飲食品容器の殺菌装置において、
   前記ランプはキセノンフラッシュランプであり、該キセノンフラッシュランプを覆うジャケットを備え、
   前記キセノンフラッシュランプは、前記飲食品容器の内面の光量が最も低い箇所を殺菌に十分な光量で照射できるようなランプ光量に設定され、該ランプ光量のもとで、前記容器の開口部付近の過剰な光量を抑制する減光手段を備え、該減光手段は、前記ジャケットに取り付けられている、殺菌装置。
2. 請求項１に記載の飲食品容器の殺菌装置において、
   前記減光手段は、前記キセノンフラッシュランプと前記飲食品容器の開口部付近との間に設置された、所定の開口率を有する円筒状金属である、殺菌装置。
3. 請求項１又は２に記載の飲食品容器の殺菌装置において、更に、
   前記キセノンフラッシュランプの前記飲食品容器に挿入されない部分からの発光を遮蔽する遮光手段を備えている、殺菌装置。
   

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