JPH0628566B2 - 液体状食品の殺菌法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の背景〕 ＜産業上の利用分野＞ 本発明は、液体状食品（製品段階の食品、ならびにこれ
らの原料および半製品を包含する液体状のもの）の殺菌
法に関する。さらに具体的には、本発明は、高圧電場パ
ルスの印加により液体状食品中の殺菌を殺菌する方法に
関する。

＜従来の技術＞ 液体状食品の製造にあたって最も留意しなければならな
い点の一つは、雑菌による汚染を防止することである。
液体状食品、すなわちこれらの原料、半製品および製品
を含めた液体状の食品、に対する雑菌汚染の防止法とし
ては、一般的には加熱殺菌法あるいはフィルター除菌法
などがある。

しかし、加熱殺菌法では満足のいく殺菌効果を得ようと
すると、この熱により液体状食品の品質が劣化してしま
う。また、フィルターによる除菌法は、フィルターの目
詰まりによる寿命の問題などがある。

そこで、エネルギーを効率的に用いて殺菌を行なうため
に、液体状食品に直流電圧や交流電圧を引火することに
よる殺菌法が考えられたが、いずれも電極反応による生
成物によって殺菌が行なわれることを基本原理としてい
るため、食品に適用することは難しい。

また、水中パルス放電衝撃波を用いた殺菌法は、エネル
ギー効率はよいが、殺菌の際に使用される食品用容器の
機械的強度、騒音の大きさ、電極からの溶出金属による
殺菌対象液体、すなわち液体状食品、の汚染などの欠点
がある。

一方、パルス電界の印加による殺菌法は、本出願人によ
る特願昭６２−１５４８２５号（「固定化生体触媒環境
の殺菌法」）明細書および特願昭６２−２５２５３１号
（「飲料の殺菌法」）明細書に記載されているように、
固定化生体触媒の周囲の雑菌のみを選択的に殺菌できる
こと、および飲料の香味に全く影響を及ぼさないことな
どの利点があるが、生菌数の大幅な減少が望めなかっ
た。

さらに、桜内等の方法（桜内雄二郎、近藤栄昭：“高圧
電場の微生物に対する殺菌効果について”、日本農芸化
学会誌、Vol.54、No.10、pp.837〜844 、1980）、およ
びSale等の方法（A.J.H. Sale and W.A. Hamilton.，Ef
fects of high electric fields on microorganisms.，
Biochim．Biophys．Acta．148，pp.781-800 1967）によ
っても、極めて大容量のコンデンサを用いて大電力を投
入するため、工業的実用化に難点があり、殺菌効果にお
いても十分なものではない。

〔発明の概要〕

＜要 旨＞ 本発明は上記の点に解決を与えて小電力パルス電界によ
っても液体状食品中の生菌数を大幅に減少させることが
できる方法を提供することを目的とし、殺菌の対象液と
しての液体状食品に乱流による流れの変化を発生させる
撹拌作用を与えることによってこの目的を達成しようと
するものである。

すなわち、本発明による液体状食品の殺菌法は、パルス
印加時の電界強度が２〜１００kV／cm、パルス波形の立
上り時間が２０nsec〜１μsec 、パルス波形の幅が１０
０nsec〜１msecである高圧電場パルスを印加する液体状
食品の殺菌法において、該液体状食品に乱流による流れ
の変化を発生させる撹拌作用を与えること、を特徴とす
るものである。

＜作 用＞ 上記のような本発明による印加条件で液体状食品に高圧
電場パルスを印加すると共に、このパルス印加前もしく
は後またはパルス印加時に液体状食品に撹拌作用を与え
ると、パルスによる電場変動、および撹拌作用による乱
流の発生（流れの変化の発生）、の相乗効果によって液
体状食品中の微生物に対してより大きな損傷（例えば細
胞膜や細胞壁の破損）を選択的に与える。一方、液体状
食品中の種々の非微生物成分（蛋白質、炭水化物、ビタ
ミンなど）には、このパルスおよび撹拌作用が実質的な
影響を与えない。

＜効 果＞ 本発明の殺菌方法によれば、高圧電場パルスの印加およ
び乱流による流れの変化を発生させる撹拌作用の相乗効
果により、小電力で、液体状食品の品質を劣化させるこ
となくこの食品中の雑菌を殺菌することができる。

〔発明の具体的説明〕

本発明による液体状食品の殺菌法は、パルス印加時の電
界強度が２〜１００kV／cm、パルス波形の立上り時間が
２０nsec〜１μsec 、パルス波形の幅が１００nsec〜１
msecである高圧電場パルスを印加する液体状食品の殺菌
法において、該液体状食品に乱流による流れの変化を発
生させる撹拌作用を与えること、を特徴とするものであ
ることは前記したところである。

また、本発明による殺菌方法は、液体状食品の他に、微
生物、動植物細胞を培養するための液体状培地、液体状
の医薬品等、あるいは上水、下水の殺菌にも応用するこ
とができる。

＜液体状食品＞ 本発明でいう液体状食品とは、液状もしくは流動、ある
いは半流動の食品の原料、半製品および製品である。そ
のようなものとしては、たとえばビールあるいはワイン
等の酒類、清涼飲料水類、マヨネーズ、トマトピュー
レ、レトルト食品、醤油類、乳酸飲料類、乳、液状乳製
品、油類、コーヒー飲料、液体調味料など、およびこれ
らの原料、製造中間体などがある。

＜高圧電場パルスの印加および撹拌作用の付与による殺
菌＞ 上記液体状食品に高圧電場パルスを印加すると共に、パ
ルス印加前もしくは後またはパルス印加時に液体状食品
に乱流による流れの変化を発生させる撹拌作用を与える
ことにより、液体状食品の品質成分を変質（例えば、蛋
白質の変性、化学変化など）させることなく、該液体中
の雑菌をより確実に死滅させる。

（１）高圧電場パルスの印加 高圧電場パルスの印加は、通常、液体状食品中に浸漬さ
せた電極に、所定の電界強度になる様に、放電スイッチ
を用いて高電圧を印加させることによって行なう。

このような方法としては任意のものを使用することがで
きるが、たとえば第３図および第４図に示すような同軸
２重円筒型の電極を有する殺菌槽を用いるか、第２図に
示すような往復状に曲折した流路の各対向側壁に電極を
設けた殺菌槽を用い、それぞれ、両電極間で高圧電場パ
ルスを印加し、この電極間に液体状食品を連続的に供給
して殺菌を行うことができる。

また、たとえば第５図に示すような対向側壁に電極を有
する略円筒箱型の殺菌槽を用いれば、液体状食品の回分
的な殺菌方法となる。

（イ）高圧電場パルス この発明において用いられる高圧電場パルスは、印加時
の電極間の最大電界強度が２kV／cm〜１００kV／cm、そ
の時の電極間の電圧をオシロスコープでモニターした場
合のパルスの波形（電圧の時間的変化を示す波形）にお
いて立上がりが約２０nsec〜１μsec と極めて速く、幅
は約１００nsec〜１msecである高速パルス（あるいは短
時間パルス）である。この高速パルスは、コンデンサ−
充電エネルギーを、放電スイッチを通して短時間に放電
させることにより得られる。放電スイッチとしては、静
止ギャップ、回転ギャップ、サイリスタ、サイラトロン
等が使用可能である。通常の水溶液はイオンを多量に含
むために電気的に良導体であるので、浸漬した電極に直
流電圧を印加すると、大きな電流が流れて電気分解が生
じる。しかし、前述の様なパルスを印加した場合には、
電子は高速で走るが、電流を運ぶためのイオンの動きが
遅いため、水溶液は電気的に絶縁性液体と似た性質を示
す。即ち、導電性の水溶液中に高い電界強度の場を作る
ことができるのが特徴である〔佐藤正之ら：化学工学協
会群馬大会講演要旨集（昭和６１年）ｐ．２１３〕。な
お、高圧電場パルスの極性は正と負であるが、本発明に
おいてはいずれも使用可能である。

（ロ）電 極 電極は、目的とする高圧電場パルスが印加可能であれ
ば、種類（例えば白金、ステンレス、グラファイト
等）、形状（例えば円筒状、板状、ワイヤー状、針
状）、大きさ、浸漬位置（例えば電極間距離）に制限さ
れない。但し、実際に殺菌が行なわれるのは電極間の高
圧電場パルスが印加される部分だけであるので、目的と
する殺菌効果が得られる様にこれらの諸条件を選定する
必要がある。

（ハ）高圧電場パルスの印加条件 （イ）で規定したところの高圧電場パルスの印加および
後述する撹拌作用の付与によって目的とする殺菌効果を
得るために、諸印加条件、例えば印加パルス数等を設定
する。パン酵母について、高圧電場パルスの印加による
死滅特性を調べて、ワイデル分布に近似することが知ら
れている〔水野彰ら：化学工学協会群馬大会講演要旨集
（昭和６１年）ｐ．２１１及び水野彰ら：電気学会全国
大会講演要旨集（昭和６１年）ｐ．７０９〕。これに準
じて印加条件は、対象とする各雑菌に対する殺菌効果を
予め予備実験で求めておくと、結果は実験式で導かれる
ので、目的とする殺菌効果を得るための諸条件をその式
の範囲内で任意にとることができる。

上記のような高圧電場パルスの発生装置の好ましい一つ
の例は、第１図に概略図（電気回路的模式図）として示
されている。

この装置は、ＡＣ１００Ｖ電源（５０Hz）をスライダッ
ク１で調圧後、高圧トランス２で昇圧し、高圧ダイオー
ド３で整流される。充電抵抗４を通してコンデンサ５に
充電された電荷が、スパークギャップ６が電気的に接続
することによって放電され、殺菌槽７にて高圧電場パル
スが印加される。パルス波形の観察は高圧プローブ８を
通してオシロスコープ９によって行なうことができる。

（２）撹拌作用の付与 液体状食品に乱流による流れの変化を発生させる撹拌作
用を与える時期は、高電圧パルスの印加前または後また
は印加時であることは前記したところであり、これらの
いずれかあるいは必要に応じて複数の時期を組合せるこ
ともできる。高圧電場パルスの印加と撹拌作用の操作
は、両者を同時に行なってもよいし、両者を交互にくり
返し行なってもよい。

撹拌作用を与える方法としては合目的的な任意の方法が
可能であるが、たとえば下記のような方法がその代表例
としてあげられる。

（イ）液体状食品を収容する殺菌槽内にマグネットスタ
ーラーを入れて外部より回転磁界を与える。

（ロ）撹拌棒（たとえばガラス棒など）で殺菌槽内の液
体状食品を撹拌するか、ピペットを用いて吸入および吐
出操作を行なう。

（ハ）往復状に曲折した流路を有する殺菌槽を用い、液
体状食品に流路の曲折部において流れの変化（乱流な
ど）を生じさせる（第２図参照）。

（ニ）流路に流れ方向に傾斜した突出板部を設け、ここ
で液体の流れの変化を生じさせる（たとえば第２図に示
す殺菌槽の直線状の流路部に突出板部１１を設けるよう
にすることできる）。

（ホ）流路に幅の狭い部分と広い部分を設けて流路の幅
を変化させ、これにより液体を流体力学的に撹拌してこ
の液体の流れに変化を生じさせる（たとえば、第４図に
示すように、同軸２重円筒型の電極を有する殺菌槽の内
筒電極の外周面にらせん状あるいは適宜間隔で配置され
たリング状の凹凸を設けるようにすることができる）。

（ヘ）第３図に示すような同軸２重円筒型の連続殺菌槽
に液体状食品を流速を速めて供給することにより、食品
液体に流れの変化を生じさせる。

上述した様な高圧電場パルスと撹拌作用を組み合わせて
用い、パルス印加条件および撹拌条件に関し、対象とす
る各雑菌に対する殺菌効果を予め予備実験で求めておく
と、結果は実験式で導かれるので、目的とする殺菌効果
を得るための諸条件をその式の範囲内で任意にとること
ができる。

電極間の距離を小さくすればより小さな電力でパルスの
印加が可能であるが、撹拌作用を与える本発明は、小電
力パルス電界によってもより大きな殺菌効果が得られ
る。パルス電界によって損傷を受けたビール酵母（S.ce
revisiae）の形態が第９図に示されている。

＜実験例＞ 例１： 高圧電場パルスを印加した場合の印加パルス数および攪
拌作用の有無と微生物の生存数との関係について実験を
行った。ここでは第５図に示すように略円筒箱型の殺菌
槽で第１図に示した電気回路模式図のシステムで殺菌を
行なった。第５図中２１は両側電極、２２，２４は透明
アクリル板、２３は透明アクリル管、２５はアースに接
続される部位、３０は透明アクリル管でなる注入口であ
る。

（１）諸条件 殺菌槽：内容量１５ml（第５図） 電極 ２枚の円形平行電極（ステンレス製） 試料：ビール 殺菌対象菌：S.cerevisiae IFO 0259 初発菌数：約１０^７cells ／ml 電界強度：２０ｋＶ／cm コンデンサ容量：０．００４μＦ パルス周期：２０msec （２）実験方法 高圧電場パルスを１２００回印加する毎に（各約２４秒
間）、殺菌槽内の試料をピペットによる攪拌（吸入、吐
出操作）を３回（両電極付近および中央）ずつ行い、パ
ルス印加数と生菌数の関係を求めた。

（３）実験結果 第６図に示す通り、攪拌を行わないパルス印加法では、
せいぜい１０^４cells／ml程度の生菌数に対して、攪拌
を行う方法では１０^１cells／mlの生菌数まで減少する
に至った。

例２： 第７図に示すような略箱型の殺菌槽を用いて第１図に示
した電気回路模式図のシステムで殺菌を行なう。図中２
６、および２７は両電極、２８は透明アクリル板、２９
はアースに接続される部位である。

（１）諸条件 殺菌槽：水平型（第７図） 試料液体：蒸留水 殺菌対象菌：酵母（S.cerevisiae） 初発菌数：約１０^７cells ／ml 電界強度：３０ｋＶ／cm コンデンサ容量：０．００４μＦ パルス周期：２０ms （２）実験方法 高圧電場パルスを１２００回印加（約２４秒間）した後
に試料液体を殺菌槽より取り出し、再び注入したパルス
を印加する操作を４回繰り返す。

（３）実験結果 初発菌数が１０^７cells ／mlのとき、実験後は約４×１
０^２cells ／mlと大幅な生菌数の減少がみられる。

例３： 第２図に示した連続殺菌槽を用いて第１図に示した電気
回路模式図のシステムで殺菌を行う。図中１０は両電
極、１１は突出板部である。

（１）諸条件 殺菌槽：第２図に示した連続殺菌槽、一槽の容量６０ml 試料液体：蒸留水 殺菌対象菌：Enterobacter aerogenes 初発菌数：約１０^５cells ／ml 電界強度：３０ｋＶ／cm コンデンサ容量：０．０１２μＦ パルス周期：１００ms （２）実験方法 1) 殺菌容器を試料液体で満して４８００回のパルスを
印加した後に試料を取り出す。

2) パルスを１２００回印加毎にポンプを作動させて約
６０mlの試料液体を移動させることを４回繰り返し、1)
と同様な滞留時間となるようにして試料を取り出す。

（３）実験結果 初発菌数が１０^５cells ／mlのとき、1)の結果が約５×
１０^３cells ／mlであるのに対し、2)では５×１０^１ce
lls ／mlと大幅な生菌数の減少がみられる。

例４： 第４図に示した連続殺菌槽を用いて第１図に示した電気
回路模式図のシステムで殺菌を行う。図中１９は内筒電
極、２０は外筒電極である。

（１）諸条件 殺菌槽：第４図に示すもの、容量５００mlの円筒形状、
電極間の間隔３〜５mm 試料液体：ビール 殺菌対象菌：S.cerevisiae 初発菌数：約１０^７cells ／ml 電界強度：４０ｋＶ／cm コンデンサ容量：０．０５μＦ パルス周期：５０ms （２）実験方法 1) 殺菌槽に試料液体を満してパルスを７２００回印加
した後に試料を採取する。

2) 試料液体を1)と同じ滞留時間（印加時間）になるよ
うにポンプにより８３ml／min で連続的に注入排出しな
がら試料を採取する。

（３）実験結果 初発菌数が１０^７cells ／mlの時、1)の処理で約１０^５
cells ／mlの生菌数であるが、2)の処理の後では生菌数
が約１０^２cells ／mlにまで減少する。

【図面の簡単な説明】

第１図は、高圧電場パルス発生装置の電気回路模式図、
第２図は、曲折流路を有する連続殺菌槽の断面図、第３
図および第４図は２重円筒型の電極を有する連続殺菌槽
の断面図、第５図は回分式の殺菌槽の断面図、第６図は
印加パルス数と微生物の生菌数との関係を示す図であ
り、第７図は回分式の殺菌槽の分解斜視図、第８図は微
生物の形態（ビール酵母の形態）を示す電子顕微鏡写真
であり、（ａ）図はパルス電界印加前、（ｂ）図はパル
ス電界印加後の状態を示す。 １……スライダック、２……高圧トランス、３……高圧
ダイオード、４……充電抵抗、５……コンデンサ、６…
…スパークギャップ、７，１５……殺菌槽、８……高圧
プローブ、９……オシロスコープ、１０，２１，２６，
２７……電極、１１……突出板部、１２，１９……内筒
電極、１３，２０……外筒電極、１７……Ｏリング、１
８……リング、２２，２４，２８……透明アクリル板、
２３，３０……透明アクリル管、２５，２９……アース
接続部。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】パルス印加時の電界強度が２〜１００kV／
   cm、パルス波形の立上がり時間が２０nsec〜１μsec 、
   パルス波形の幅が１００nsec〜１msecである高圧電場パ
   ルスを印加する液体状食品の殺菌法において、該液体状
   食品に乱流による流れの変化を発生させる撹拌作用を与
   えることを特徴とする、液体状食品の殺菌法。