CN101496626A - 液体及液体食品的杀菌方法 - Google Patents
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Abstract
液体食品材料的杀菌方法，其包括通过在液体食品材料上施加脉冲宽度低于200ns及脉冲上升时间为50ns以下、且电场强度为10～200kV/cm的高电场脉冲，将上述液体食品材料加热到至少100℃。
Description
技术领域
本发明涉及饮料等液体食品的杀菌方法，更加详细地说，涉及使用了具有短脉冲宽度的高电场脉冲的液体食品的杀菌方法。
背景技术
以往饮料等液体食品的杀菌，通常是将该材料加热，通过施加一定的热负荷来进行。但是，在液体食品材料上施加热负荷这种加热杀菌，存在破坏其成分、难于有效利用食品材料原来具有的营养成分、风味的问题。特别是对于如细菌芽孢那样对热具有高耐性的微生物杀菌时，现实的状况是如果不在液体食品上施加过大的热负荷，就不能保证商业上的无菌。在此所述的商业上的无菌，并不是完全无菌的状态，而是指在商业流通的必要期间，可防止因微生物引起的腐坏变质的微生物控制状态。
因此，有人提出可降低因加热引起的质量劣化的替代加热杀菌的杀菌方法，作为这种杀菌方法的一例，提出了通过在液体食品上直接施加高电压来进行杀菌的技术(例如专利文献1～3)。
日本特开2000-262261号中，公开了通过施加脉冲宽度短的高电场脉冲，抑制杀菌对象液的温度上升，不发生因加热引起的对象液的质量劣化的芽孢细菌的杀菌方法。但是，该文献中公开的实施例中的芽孢细菌的杀菌效果，还不能说可充分达到商业上的无菌状态。
日本特开2006-238827号及专利第2964037号中，公开了通过施加交流高电场，使液体食品在不到1秒的时间内升高温度，使高温保持的时间为短时间进行细菌芽孢的杀菌的方法。但是，为了利用该方法获得充分的杀菌效果，需要与以往的加热杀菌同等程度或超过该程度的杀菌温度，因此使液体食品的杀菌温度降低，很难说可充分降低因加热引起的质量劣化。
专利文献1 日本特开2000-262261号公报
专利文献2 日本特开2006-238827号公报
专利文献3 日本专利第2964037号公报
发明内容
本发明的目的是：提供在比以往加热杀菌低的杀菌温度下或短的杀菌时间内，对微生物、特别是细菌芽孢进行有效杀菌，不发生流通中的腐坏、变质问题的达到商业上无菌的方法。并且以通过该方法充分降低液体食品因加热引起的质量劣化为目的。
本发明者为了解决上述课题进行精心研究的结果，在施加脉冲宽度短的高电场脉冲将液体食品材料加热至规定的杀菌温度时，首次发现在比以往加热杀菌法低的杀菌温度下可对上述细菌芽孢有效杀菌。
即本发明通过在液体食品材料上施加脉冲宽度低于200ns及脉冲上升时间为50ns以下、且电场强度为10～200kV/cm的高电场脉冲，将该液体食品材料加热到至少100℃的规定温度，可达到充分的杀菌效果，于是完成了本发明。
本发明包括以下实施方式。
1.液体食品材料的杀菌方法，其包括通过在液体食品材料上施加脉冲宽度低于200ns及脉冲上升时间为50ns以下、且电场强度为10～200kV/cm的高电场脉冲，将上述液体食品材料加热到至少100℃的规定温度。
2.上述1所述的杀菌方法，其中，所述规定温度为100～160℃。
3.上述1或2所述的杀菌方法，其中，所述高电场脉冲为重复频率数为100Hz以上的脉冲。
4.上述1～3中任一项所述的杀菌方法，其中，所述液体食品材料的电导率为30～1000mS/m。
5.上述1～4中任一项所述的杀菌方法，其中，加热至所述规定温度所需要的时间为10秒以下。
6.上述1～5中任一项所述的杀菌方法，其中包括加热至所述规定温度后，在300秒以内进行冷却。
7.上述1～6中任一项所述的杀菌方法，其特征在于，连续进行。
8.液体食品材料，其为通过上述1～7中任一项所述的方法进行杀菌处理的液体食品材料。
9.饮料，其为通过上述1～7中任一项所述的方法进行杀菌处理的饮料。
10.杀菌装置，其为具有液体食品材料的收纳部的施加手段，包含对于在该收纳部中导入的液体食品材料，可施加宽度低于200ns、上升时间为50ns以下、且电场强度为10～200kV/cm的高电场脉冲的施加手段，对于在该收纳部中导入的液体食品材料，通过施加宽度低于200ns、上升时间为50ns以下、且电场强度为10～200kV/cm的高电场脉冲，将该材料加热到至少100℃，用于对该材料杀菌。
通过本发明，发现在比以往加热杀菌法低的杀菌温度下或短的杀菌时间内，可实施与加热杀菌法同等杀菌效果的杀菌。具体来说，通过本发明的方法，在比以往加热杀菌法低5～10℃的杀菌温度下或短一半左右的杀菌时间内，可对细菌芽孢等耐热性强的微生物进行与加热杀菌法同等效果的杀菌。此外，本发明的方法，因为可在比以往方法低的杀菌温度下进行杀菌，所以可抑制伴随杀菌时的加热而引起的液体食品材料的风味、营养成分的劣化。进而本发明的方法，与以往的加热杀菌相比，可更快速地杀菌。
附图说明
图1表示用于实施本发明的杀菌方法的装置的一个实施方式。
图2表示实施例5的相对于杀菌时间存活菌数变化的图表。
图3表示比较例7的相对于杀菌时间存活菌数变化的图表。
符号说明
A：液体食品材料收纳部 B：泵 C：温度调节手段 D：施加部 E：冷却手段 F：阀门 G：电源装置 H：温度测定手段 I：压力计
具体实施方式
本发明的液体食品材料的杀菌方法，包括：在该液体食品材料上施加脉冲宽度低于200ns及脉冲上升时间为50ns以下、且电场强度为10～200kV/cm的高电场脉冲，将该液体食品材料的温度加热到至少100℃的规定温度。
本发明的杀菌方法，可通过以下方式进行，即：在液体食品材料上，以100Hz以上的重复频率数、例如100～10000Hz、或100～400Hz的重复频率数，施加脉冲宽度低于200ns、例如100～150ns，脉冲上升时间为50ns以下、例如为10～50ns，而且电场强度为10～200kV/cm、例如为30～150kV/cm、或60～120kV/cm的高电场脉冲，将该液体食品材料的温度加热到至少100℃的规定温度、例如100～160℃、或100～140℃。为了将液体食品材料加热至规定温度，可多次施加高电场脉冲，例如100～500次。通过施加而加热至上述规定温度所需要的时间，例如优选为5秒以下、或10秒以下。
此外，在本发明的杀菌方法中，根据需要，在加热至上述规定温度后可将液体食品材料冷却(例如冷却至10～30℃)。在加热至上述规定温度后，例如可在300秒以内，或30秒以内进行冷却，具体来说，可在1～300秒以内、或5～30秒以内进行冷却。
脉冲宽度、脉冲上升时间及电场强度、以及施加的次数，可根据加热液体食品材料的规定温度进行设定。而且，该规定温度和到冷却为止的时间，以可保证液体食品材料的商业上无菌的方式来设定，根据液体食品材料的种类、流通时间、流通温度可进行改变。这就是说，根据液体食品材料的种类不同，具有流通时产生腐坏、变质的危险性的微生物的种类也不同，进而根据流通时间、流通温度的不同，这些微生物增殖的危险性也不同。此外，可保证商业上无菌，是指可达到该液体食品材料在流通中不产生腐坏、变质等问题的杀菌效果，即可达到至少一位数以上的杀菌效果。本发明的杀菌方法，通过先施加规定的脉冲，将液体食品材料加热到至少100℃，例如可达到一位数以上的杀菌效果。
作为可适用于本发明的液体食品材料，只要是必需进行杀菌处理的液体食品，无特别限制。例如，可例举清凉饮料、酒精饮料，具体可以为果汁·果实饮料、茶饮料、咖啡饮料、水果碳酸酒(CHU-HI)等。本发明的方法特别适用于具有30～1000mS/m、或90～700mS/m的电导率的液体食品材料的杀菌。
本发明的杀菌方法，例如可通过以下方式进行，即：使用包含施加部的装置，该施加部由在可产生高电场脉冲的电源上连接的一对相向的平面电极及适当的绝缘材料构成，且具有规定容积的液体收纳部，在该收纳部中加入液体食品材料后，通过该施加部的电极从电源向该材料上施加上述规定的脉冲，加热到至少100℃的规定温度。
作为电源，只要是可产生上述规定的高电场脉冲的电源，无特别限制。例如可使用组合了半导体开关和磁脉冲压缩电路的产生可重复的高电场脉冲的电源。
此外，本发明的杀菌方法，作为一个实施方式，例如可使用具有图1的构成的装置实施。图1中，A表示液体食品材料收纳部、B表示泵、C表示温度调节手段、D表示施加部、E表示冷却手段、F表示阀门、G表示电源装置、H表示温度测定手段，以及I表示压力计。A至F的各部通过配管连接，液体食品材料由A向F送液。
使用图1的装置时，利用泵将液体食品材料连续向施加部送液，而且，在施加部中通过连续施加，可连续进行液体食品材料的杀菌。
首先，利用送液用的泵，从液体食品材料收纳部中将作为杀菌对象的液体食品材料供给高电场脉冲的施加部。作为泵，可以从可定量输送的螺杆泵(mohnopump)、连接式隔膜泵或转子泵等中适当选择使用。此外，通过适当的手段可将收纳部加热或冷却，因此，事先可使液体食品材料达到期望的温度。
此外，装置整体的大小、装置各部间的配管大小及供给施加部的液体食品材料的供给量等，根据单位时间所必需的杀菌处理量，并且在通过上述规定的施加可将液体食品材料加热至规定温度的限度内，可进行适当选择。
通过温度调节手段，根据需要，可将供给高电场脉冲的施加部的液体食品材料进行冷却或加热。例如，收纳部中的液体食品材料的温度是室温(约20℃)时，通过温度调节手段，可使其温度下降至1～10℃，或升高至40～60℃后，供给高电场脉冲的施加部。作为用于冷却或加热的温度调节手段，例如可使用如下方法：使用板式热交换器、管式热交换器等，进行与冷水、温水、蒸汽等的热交换的方法。不需要调节液体食品材料的温度时，可省略温度调节手段。
接着，对供给到施加部的液体食品材料进行高电场脉冲的施加。施加部，例如可由一对电极和间隔物构成。具体为，通过在电源上连接的用不锈钢、钛以及白金等形成的一对平面电极之间配置用绝缘性的机械强度高的树脂(例如四氟乙烯树脂(PTFE)及超级工程树脂等)制作的间隔物，形成流路，并且通过用绝缘材料覆盖除去流路部分的该电极，可构成施加部。在施加部上可分别设置用于流入及流出液体食品材料的口。
为了测定刚从高电场脉冲的施加部流出后的液体食品材料的温度，在施加部流出口的近旁设置温度测定手段。作为温度测定手段，可使用在高频率脉冲及高电压下可测量温度的荧光光纤温度计等。在本发明中，加热液体食品材料的杀菌温度(规定温度)，是指在刚从施加部流出后测定的温度。即：液体食品材料在施加部内被加热至刚从施加部流出后测定的温度。
接着，从施加部流出的液体食品材料，可通过冷却手段进行冷却。因为从施加部流出的液体食品材料已被加热，认为如果长时间保持这种加热状态，会引起风味、营养成分的劣化。因此，必需避开这种劣化时，优选进行冷却。作为冷却手段，例如可通过用板式热交换器及管式热交换器等的冷水等进行热交换。而且通过这种手段，例如可冷却至10～30℃。冷却至此程度的时间，可在加热至上述规定温度后(即从施加部流出后)，在上述规定的时间内进行。不需要冷却从施加部流出的液体食品材料时，可省略冷却手段。
本发明的杀菌方法，利用冷却手段将液体食品材料冷却时，从杀菌效果来看，可使从施加部流出的液体食品材料在经过规定时间后进行冷却。即：可调整从施加部到冷却手段的距离及/或液体食品材料的送液速度，使从施加部流出的液体食品材料，例如在1～300秒后、或5～30秒后、或10～20秒后到达冷却手段。通过使从施加部流出的已加热至规定温度的液体食品材料经过规定时间后进行冷却，通过施加高电场脉冲而获得的加热状态在某种程度上得到维持，因此可获得更高的杀菌效果。本发明中因为通过施加高电场脉冲进行加热，所以无论是使液体食品材料冷却的规定时间比以往的加热杀菌法短的情况，还是规定温度低的情况，均可达到高的杀菌效果。
经过这样处理的液体食品材料可通过阀门回收，或可送液到后面的加工工序。
在图1的装置中，虽然温度调节手段设置在施加部的前面，但本发明的杀菌方法还可使用将温度调节手段设置在施加部的后面的装置来实施。是这种装置的情况下，例如按照A→B→D→C→E→F的顺序将液体食品材料送液，通过温度调节手段，可将从施加部流出的液体食品材料调节至任意的温度。
在图1的装置中，从泵至阀门均通过配管连接，形成了封闭体系。因此，使阀门为具有保压性能的阀门(保压阀)，通过选择适当的泵，可使该封闭体系形成加压的状态。此外，根据需要，可设置用于确认该封闭体系内的加压状态的压力计。这种封闭体系的加压，具体可加压至0.3MPa以上，例如0.5～1.0MPa。
实施例
以下例举实施例对本发明更加具体的说明，但本发明并不限于这些实施例。
以下实施例及比较例2、3，使用除去C(温度调节手段)的具有A～I的构成的图1装置来实施。装置的详细内容如下所述。
液体试样的收纳使用玻璃制烧杯或不锈钢制容器。作为将液体试样定量送液的泵，使用隔膜式数字型定量泵、或螺杆泵。产生高电场脉冲的电源，为了以高的重复频率数施加高电压，使用过饱和磁性开关压缩型的电源构成。最大重复频率数为400Hz。连接在该电源上向液体试样施加高电压脉冲的施加部，组合了一对相向的不锈钢制的平面电极和聚醚砜制的绝缘间隔物构成流路。流路中的液体食品材料的收纳量约为1mL，电极间隔为4mm。在施加部流出口的液体试样温度的测定使用荧光探针温度计进行。试样溶液的冷却装置中使用不锈钢制的管式热交换器，将在低温恒温槽内冷却至5℃以下的乙二醇作为冷媒循环供给热交换器进行冷却。作为阀门，使用手动式针形阀的保压阀。此外，为测定装置内的压力设置了压力计。
比较例1及4～8，使用将上述装置的电源及施加部替换为加热媒体是蒸汽的热交换器进行杀菌。
[实施例1]
(1)悬浮液试样的制备
在超纯水中加入柠檬酸三钠二水合物，制成20℃的电导率为120mS/m的电解质溶液后，在该溶液中加入细菌芽孢(枯草芽孢杆菌：Bacillus subtilis)，制备含有细菌芽孢的悬浮液试样(芽孢浓度：6.5×106CFU/mL)。
(2)杀菌
使用前面记载的装置处理(1)中制备的悬浮液试样。
(A)利用泵将约20℃的悬浮液试样连续向施加部中通液(通液速度：11mL/分钟)。接着，在施加部中，以重复频率数100Hz施加500次脉冲宽度为100ns、脉冲上升时间为50ns、且电场强度为98kV/cm的高电场脉冲。刚从施加部流出后的悬浮液试样的温度、即规定温度为105℃，从施加部流入口到流出口的液体通过时间为5秒。
然后，利用冷却装置将悬浮液试样冷却后，通过保压阀回收悬浮液试样。回收时的悬浮液试样的温度为15℃。从施加部流出口到冷却装置的距离为22.5cm，从施加部流出口到达冷却装置所需要的时间约15秒。这些处理通过用位于冷却装置正后面的保压阀进行操作使封闭体系的压力为0.6MPa来实施。
(B)除了使电场强度为103kV/cm之外，与(A)相同进行悬浮液试样的处理。此外，刚从施加部流出后的悬浮液试样的温度为110℃。
(C)除了使电场强度为108kV/cm之外，与(A)相同进行悬浮液试样的处理。此外，刚从施加部流出后的悬浮液试样的温度为115℃。
[比较例1]
(1)悬浮液试样的制备
与实施例1相同，制备悬浮液试样(芽孢浓度：1.2×107CFU/mL)。
(2)杀菌
利用泵将(1)制备的悬浮液试样连续向用蒸汽作热媒体的热交换器中通液(通液速度：11mL/分钟)，进行加热处理。通过热交换器的时间、即加热至规定温度的时间为5秒。
(A)调节流入热交换器中的蒸汽量，加热至热交换器流出口的悬浮液试样的温度为105℃后，经过15秒的温度保持时间，快速利用冷却装置进行冷却，回收悬浮液试样。这些处理通过用位于冷却装置正后面的保压阀进行操作使封闭体系的压力为0.6MPa来实施。
(B)调节流入热交换器中的蒸汽量，加热至热交换器流出口的悬浮液试样的温度为110℃后，与(A)相同进行悬浮液试样的加热处理。
(C)调节流入热交换器中的蒸汽量，加热至热交换器流出口的悬浮液试样的温度为115℃后，与(A)相同进行悬浮液试样的加热处理。
[比较例2]
(1)悬浮液试样的制备
在超纯水中加入细菌芽孢(枯草芽孢杆菌：Bacillus subtilis)，制备含有细菌芽孢的悬浮液试样(芽孢浓度：8.1×106CFU/mL)。本悬浮液在20℃的电导率为0.1mS/m以下。
(2)杀菌
使用与实施例1相同的装置，处理(1)中制备的悬浮液试样。
利用泵将约20℃的悬浮液试样连续向施加部中通液(通液速度：11mL/分钟)。接着，在施加部中，以重复频率数100Hz施加500次脉冲宽度为100ns、脉冲上升时间为50ns、且电场强度为100kV/cm的高电场脉冲。因为刚从施加部流出后的悬浮液试样的温度没有从约20℃发生变化，所以在不用冷却装置进行冷却的情况下，回收悬浮液试样。这些处理通过用位于冷却装置正后面的保压阀进行操作使封闭体系的压力为0.6MPa来实施。
[实施例2]
(1)悬浮液试样的制备
在20℃的电导率为360mS/m、且pH为3.7的柠檬酸三钠二水合物—盐酸缓冲液中加入细菌芽孢(酸土脂环酸芽孢杆菌：Alicyclobacillus acidoterrestris)，制备悬浮液试样(芽孢浓度：2.4×105CFU/mL)。
(2)杀菌
使用与实施例1相同的装置，处理(1)中制备的悬浮液试样。
(A)利用泵将约20℃的悬浮液试样连续向施加部中通液(通液速度：11mL/分钟)。接着，在施加部中，以重复频率数100Hz施加500次脉冲宽度为100ns、脉冲上升时间为50ns、且电场强度为64kV/cm的高电场脉冲。刚从施加部流出后的悬浮液试样的温度为100℃，从施加部流入口到流出口的液体通过时间、即加热至规定温度的时间为5秒。然后，利用冷却装置将悬浮液试样冷却后，回收悬浮液试样。回收时的悬浮液试样的温度为15℃。从施加部流出口到冷却装置的距离为22.5cm，从施加部流出口到达冷却装置所需要的时间约15秒。这些处理通过用位于冷却装置正后面的保压阀进行操作使封闭体系的压力为0.6MPa来实施。
(B)除了使电场强度为65kV/cm之外，与(A)相同进行悬浮液试样的处理。此外，刚从施加部流出后的悬浮液试样的温度为102℃。
(C)除了使电场强度为66kV/cm之外，与(A)相同进行悬浮液试样的处理。此外，刚从施加部流出后的悬浮液试样的温度为105℃。
[比较例3]
除了使电场强度为61kV/cm之外，与实施例2的(A)相同，进行实施例2的(1)中制备的悬浮液试样的处理。此外，刚从施加部流出后的悬浮液试样的温度为94℃。
[比较例4]
(1)悬浮液的制备
与实施例2相同，制备悬浮液试样(芽孢浓度：2.2×106CFU/mL)。
(2)杀菌
利用泵将(1)制备的悬浮液试样连续向用蒸汽作热媒体的热交换器中通液(通液速度：11mL/分钟)，进行加热处理。通过热交换器的时间，即加热至规定温度的时间为5秒。
(A)调节流入热交换器中的蒸汽量，加热至热交换器流出口的悬浮液试样的温度为95℃后，经过15秒的温度保持时间，快速利用冷却装置冷却，回收悬浮液试样。这些处理通过用位于冷却装置正后面的保压阀进行操作使封闭体系的压力为0.6MPa来实施。
(B)调节流入热交换器中的蒸汽量，加热至热交换器流出口的悬浮液试样的温度为102℃后，与(A)相同进行悬浮液试样的加热处理。
(C)调节流入热交换器中的蒸汽量，加热至热交换器流出口的悬浮液试样的温度为105℃后，与(A)相同进行悬浮液试样的加热处理。
(D)调节流入热交换器中的蒸汽量，加热至热交换器流出口的悬浮液试样的温度为112℃后，与(A)相同进行悬浮液试样的加热处理。
[实施例3]
(1)悬浮液试样的制备
在20℃的电导率为90mS/m、pH为6.9的磷酸二氢钾—磷酸氢二钠缓冲液中，加入细菌芽孢(凝结芽孢杆菌：Bacillus coagulans)，制备悬浮液试样(芽孢浓度：2.2×104CFU/mL)。
(2)杀菌
使用与实施例1相同的装置，处理(1)中制备的悬浮液试样。
(A)利用泵将约20℃的悬浮液试样连续向施加部中通液(通液速度：11mL/分钟)。接着，在施加部中，以重复频率数100Hz施加500次脉冲宽度为100ns、脉冲上升时间为50ns、且电场强度为97.5kV/cm的高电场脉冲。刚从施加部流出后的悬浮液试样的温度为121℃，从施加部流入口到流出口的液体通过时间、即加热至规定温度的时间为5秒。然后，利用冷却装置将悬浮液试样冷却后，回收悬浮液试样。回收时的悬浮液试样的温度为15℃。从施加部流出口到冷却装置的距离为22.5cm，从施加部流出口到达冷却装置所需要的时间约15秒。这些处理通过用位于冷却装置正后面的保压阀进行操作使封闭体系的压力为0.6MPa来实施。
(B)除了使电场强度为102.5kV/cm之外，与(A)相同进行悬浮液试样的处理。此外，刚从施加部流出后的悬浮液试样的温度为128℃。
[比较例5]
(1)悬浮液试样的制备
与实施例3相同，制备悬浮液试样(芽孢浓度：1.5×106CFU/mL)。
(2)杀菌
利用泵将(1)制备的悬浮液试样连续向用蒸汽作热媒体的热交换器中通液(通液速度：11mL/分钟)，进行加热处理。通过热交换器的时间、即加热至规定温度的时间为5秒。
(A)调节流入热交换器中的蒸汽量，加热至热交换器流出口的悬浮液试样的温度为121℃后，经过15秒的温度保持时间，快速利用冷却装置进行冷却，回收悬浮液试样。这些处理通过用位于冷却装置正后面的保压阀进行操作使封闭体系的压力为0.6MPa来实施。
(B)调节流入热交换器中的蒸汽量，加热至热交换器流出口的悬浮液试样的温度为127℃后，与(A)相同进行悬浮液试样的加热处理。
(C)调节流入热交换器中的蒸汽量，加热至热交换器流出口的悬浮液试样的温度为135℃后，与(A)相同进行悬浮液试样的加热处理。
[评价]
对于实施例1、比较例1及比较例2、实施例2、比较例3及比较例4、以及实施例3及比较例5中回收的各悬浮液试样，杀菌处理后的细菌芽孢的存活数，按照以下方法求出。
抽取1mL回收的各悬浮液试样，悬浮于9mL的无菌水中稀释10倍。进一步抽取1mL稀释液，悬浮于9mL的无菌水中稀释100倍。该操作总共重复5次，分别抽取100μL各稀释液，涂抹于标准琼脂培养基上，在35℃进行24～72小时培养后，通过对生长繁殖的菌落数进行计数，求出每1mL原悬浮液试样中存活的菌数。此外，培养时间根据使用的微生物种类来设定。
结果如表1、表2及表3所示。在表中，杀菌效果，对于各实施例、比较例，将处理前的菌数设为N0、处理后的菌数设为N时，其为用Log10(N0/N)求出的值，该值为1.0时表示杀菌效果为一位数，2.0时表示杀菌效果为二位数。此外，杀菌温度，对于实施例1、实施例2、比较例2、比较例3及实施例3，其为刚从施加部流出后的悬浮液试样的温度，对于比较例1、比较例4及比较例5，其为刚从热交换器流出后的悬浮液试样的温度。
[表1]
| 处理前的菌数(CFU/mL) | 处理后的菌数(CFU/mL) | 杀菌温度(℃) | 杀菌效果 | |
| 实施例1(A) | 6.5×106 | 2.2×105 | 105 | 1.5 |
| 实施例1(B) | 6.5×106 | 6.3×102 | 110 | 4.0 |
| 实施例1(C) | 6.5×106 | 6.5×101 | 115 | 5.0 |
| 比较例1(A) | 1.2×107 | 7.8×106 | 105 | 0.2 |
| 比较例1(B) | 1.2×107 | 2.5×106 | 110 | 0.7 |
| 比较例1(C) | 1.2×107 | 3.3×103 | 115 | 3.6 |
| 比较例2 | 8.1×106 | 6.8×106 | 20 | 0.1 |
根据实施例1(A)，判定本发明的方法对于该实施例中使用的细菌芽孢，至少在105℃以上可产生充分的杀菌效果。
此外，根据杀菌温度为110℃的实施例1(B)的杀菌效果4.0和比较例1(B)的杀菌效果0.7的比较，判定本发明的方法在相同的杀菌温度下，对于该实施例中使用的细菌芽孢的杀菌效果比以往通过热交换的加热杀菌的高。在实施例1(A)和比较例1(A)的比较中，在实施例1(C)和比较例1(C)的比较中这种趋势也是同样的。进而比较杀菌效果为4.0和3.6的比较同等的实施例1(B)和比较例1(C)，判定本方法与以往通过热交换的加热杀菌相比，在至少低5℃的杀菌温度下可获得同等以上的杀菌效果。
另一方面，施加了100kV/cm的高电场脉冲的比较例2的杀菌效果为0.1。因为比较例2中的悬浮液材料的电导率低为0.1mS/m，通过施加高电场并未产生温度上升。与此相对，获得了充分杀菌效果的实施例1(A)～(C)中，通过施加与比较例2几乎同等的电场强度(98～108kV/cm)的高电场脉冲，悬浮液材料升温至105℃以上的规定温度，获得了最大为5.0的杀菌效果。从实施例1和比较例2的比较中，判定为了获得充分的杀菌效果，如本发明的方法那样，通过施加高电场脉冲，必须使液体试样的温度上升至规定温度。
[表2]
| 处理前的菌数(CFU/mL) | 处理后的菌数(CFU/mL) | 杀菌温度(℃) | 杀菌效果 | |
| 实施例2(A) | 2.4×105 | 1.4×103 | 100 | 2.2 |
| 实施例2(B) | 2.4×105 | 2.4×101 | 102 | 4.0 |
| 实施例2(C) | 2.4×105 | 8.2×10-1 | 105 | 5.5 |
| 比较例3 | 2.4×105 | 7.2×104 | 94 | 0.5 |
| 比较例4(A) | 2.2×106 | 2.2×106 | 95 | 0.0 |
| 比较例4(B) | 2.2×106 | 3.7×105 | 102 | 0.8 |
| 比较例4(C) | 2.2×106 | 5.6×104 | 105 | 1.6 |
| 比较例4(D) | 2.2×106 | 1.3×102 | 112 | 4.2 |
从实施例2(A)和比较例3的比较中，判定本发明的方法对于该实施例中使用的细菌芽孢，至少在100℃以上可产生充分的杀菌效果。
此外，根据杀菌温度相同均为102℃的实施例2(B)的杀菌效果4.0和比较例4(B)的杀菌效果0.8的比较，判定本发明的方法在相同的杀菌温度下，对于该实施例中使用的细菌芽孢的杀菌效果比以往通过热交换的加热杀菌的高。在实施例2(C)和比较例4(C)的比较中这种趋势也是同样的。进而从杀菌效果为4.0和4.2的几乎同等的实施例2(B)和比较例4(D)的比较中，判定本方法与以往通过热交换的加热杀菌相比，在低10℃的杀菌温度下可获得同等的杀菌效果。
[表3]
| 处理前的菌数(CFU/mL) | 处理后的菌数(CFU/mL) | 杀菌温度(℃) | 杀菌效果 | |
| 实施例3(A) | 2.2×104 | 1.2×103 | 121 | 1.3 |
| 实施例3(B) | 2.2×104 | 4.5×10-1 | 128 | 4.7 |
| 比较例5(A) | 1.5×106 | 3.1×105 | 121 | 0.7 |
| 比较例5(B) | 1.5×106 | 2.5×105 | 127 | 0.8 |
| 比较例5(C) | 1.5×106 | 5.4×102 | 135 | 3.4 |
根据实施例3(A)，判定本发明的方法对于该实施例中使用的细菌芽孢，在至少121℃以上可产生充分的杀菌效果。
此外，杀菌温度为128℃和127℃几乎相同的实施例3(B)和比较例5(B)的杀菌效果分别为4.7和0.8，根据两者的比较，判定本发明的方法在相同的杀菌温度下，对于该实施例使用的细菌芽孢的杀菌效果比以往通过热交换的加热杀菌的高。并且，从杀菌效果为4.7的实施例3(B)和杀菌效果为3.4的比较例5(C)的比较中，判定本方法与以往通过热交换的加热杀菌相比，在至少低7℃以上的杀菌温度下可获得同等以上的杀菌效果。
[实施例4]
(1)悬浮液试样的制备
在用KH2PO4水溶液和Na2HPO4水溶液制成的20℃的电导率为400mS/m、pH为6.5的磷酸缓冲液中加入细菌芽孢(嗜热脂肪土芽孢杆菌：Geobacillus stearothermophilus)，制备含有细菌芽孢的悬浮液试样(芽孢浓度：3.6×105CFU/mL)。
(2)杀菌
使用与实施例1相同的装置，按照以下步骤处理(1)中制备的悬浮液试样。
(A)利用泵将约20℃的悬浮液试样连续向施加部通液(通液速度：11mL/分钟)。接着，在施加部的通液中以重复频率数100Hz施加500次脉冲宽度为100ns、脉冲上升时间为50ns、且电场强度为16.1～18.2kV/cm范围的高电场脉冲。刚从施加部流出后的悬浮液试样的温度、即规定温度为125℃，从施加部流入口到流出口的液体通过时间为5秒。
然后，利用冷却装置将悬浮液试样冷却后，通过保压阀回收悬浮液试样。回收时的悬浮液试样的温度为15℃。在本实施例中，采用从施加部流出口到达冷却装置的时间约14秒来实施。这些处理通过用位于冷却装置正后面的保压阀进行操作使封闭体系的压力为0.6MPa来实施。
(B)除了使电场强度为16.4～18.4kV/cm的范围之外，与(A)相同进行悬浮液试样的处理。此外，刚从施加部流出后的悬浮液试样的温度为130℃。
(C)除了使电场强度为16.7～18.8kV/cm的范围之外，与(A)相同进行悬浮液试样的处理。此外，刚从施加部流出后的悬浮液试样的温度为135℃。
[比较例6]
(1)悬浮液试样的制备
与实施例4相同，制备悬浮液试样(芽孢浓度：7.3×105CFU/mL)。
(2)杀菌
利用泵将(1)中制备的悬浮液连续向用蒸汽作热媒体的热交换器中通液(通液速度：11mL/分钟)，进行加热处理。通过热交换器的时间、即加热至规定温度的时间为5秒。
(A)调节流入热交换器中的蒸汽量进行加热，使热交换器流出口的悬浮液试样的温度为125℃。然后，利用冷却装置将悬浮液试样冷却后，通过保压阀回收悬浮液试样。回收时的悬浮液试样的温度为15℃。在本比较例中，从热交换器流出口到达冷却装置所需要的时间约为14秒。这些处理通过用位于冷却装置正后面的保压阀进行操作使封闭体系的压力为0.6MPa来实施。
(B)调节流入热交换器中的蒸汽量，加热至热交换器流出口的悬浮液试样的温度为130℃后，与(A)相同进行悬浮液试样的加热处理。
(C)调节流入热交换器中的蒸汽量，加热至热交换器流出口的悬浮液试样的温度为135℃后，与(A)相同进行悬浮液试样的加热处理。
[实施例5]
(1)悬浮液试样的制备
在用KH2PO4水溶液和Na2HPO4水溶液制成的20℃的电导率为400mS/m、pH为6.5的磷酸缓冲液中加入细菌芽孢(Moorella thermoacetica)，制备含有细菌芽孢的悬浮液试样(芽孢浓度：9.8×103CFU/mL)。
(2)杀菌
使用与实施例1相同的装置，按照以下步骤处理(1)中制备的悬浮液试样。
(A)利用泵将约20℃的悬浮液试样连续向施加部中通液(通液速度：11mL/分钟)。接着，在施加部的通液中以重复频率数100Hz施加500次脉冲宽度为100ns、脉冲上升时间为50ns、且电场强度为15.2～16.7kV/cm范围的高电场脉冲。刚从施加部流出后的悬浮液试样的温度、即规定温度为132℃，从施加部流入口到流出口的液体通过时间为5秒。
然后，利用冷却装置将悬浮液试样冷却后，通过保压阀回收悬浮液试样。回收时的悬浮液试样的温度为15℃。在本实施例中，将施加部流出口到冷却装置之间用距离不同的三种配管长度构成进行实施，从施加部流出口到达冷却装置所需要的时间分别为约11、14及17秒。这些处理通过用位于冷却装置正后面的保压阀进行操作使封闭体系的压力为0.6MPa来实施。
(B)除了使电场强度为15.6～16.9kV/cm的范围之外，与(A)相同进行悬浮液试样的处理。此外，刚从施加部流出的悬浮液试样的温度为136℃。
(C)除了使电场强度为15.5～17.2kV/cm的范围之外，与(A)相同进行悬浮液试样的处理。此外，刚从施加部流出的悬浮液试样的温度为140℃。
[比较例7]
(1)悬浮液试样的制备
与实施例5相同，制备悬浮液试样(芽孢浓度：5.0×104CFU/mL)。
(2)杀菌
利用泵将(1)中制备的悬浮液连续向用蒸汽作热媒体的热交换器中通液(通液速度：11mL/分钟)，进行加热处理。通过热交换器的时间、即加热至规定温度的时间为5秒。
(A)调节流入热交换器中的蒸汽量进行加热，使热交换器流出口的悬浮液试样的温度为132℃。然后，利用冷却装置将悬浮液试样冷却后，通过保压阀回收悬浮液试样。回收时的悬浮液试样的温度为15℃。在本比较例中，将热交换器流出口到冷却装置之间用距离不同的三种配管长度构成进行实施，从热交换器流出口到达冷却装置所需要的时间分别为约11、14及17秒。这些处理通过用位于冷却装置正后面的保压阀进行操作使封闭体系的压力为0.6MPa来实施。
(B)调节流入热交换器中的蒸汽量，加热至热交换器流出口的悬浮液试样的温度为136℃后，与(A)相同进行悬浮液试样的加热处理。
(C)调节流入热交换器中的蒸汽量，加热至热交换器流出口的悬浮液试样的温度为140℃后，与(A)相同进行悬浮液试样的加热处理。
[评价]
对于实施例4、比较例6中回收的各悬浮液试样，杀菌处理后的细菌芽孢的存活数按以下方法求出。抽取1mL回收的各悬浮液试样，悬浮于9mL的无菌水中稀释10倍。进一步抽取1mL该稀释液，悬浮于9mL的无菌水中稀释100倍。分别抽取100μL的悬浮液以及获得的10倍、100倍稀释液，涂抹于标准琼脂培养基上，在55℃下进行72小时培养后，对生长繁殖的菌落数进行计数，求出每1mL原悬浮液试样中存活的菌数。
实施例5、比较例7中回收的各悬浮液试样中的杀菌处理后的细菌芽孢的存活数按以下方法求出。抽取1mL回收的各悬浮液试样，悬浮于9mL的无菌水中稀释10倍。进一步抽取1mL该稀释液，悬浮于9mL的无菌水中稀释100倍。分别抽取100μL的悬浮液及获得的10倍、100倍稀释液加到空玻璃皿内。将预先制备好的温度约60℃的灭菌后的改良TGC琼脂培养基约20mL分注到上述玻璃皿内，使先抽取的细菌悬浮液和培养基充分混合。确认琼脂培养基冷却固化后，在厌氧条件下在55℃进行培养1周，通过对生长繁殖的菌落数进行计数，求出每1mL原悬浮液试样中存活的菌数。
实施例4和比较例6的结果如表4所示，实施例5和比较例7的结果如表5以及图2～图3所示。表中的杀菌温度，对于实施例4及实施例5，其为刚从施加部流出后的悬浮液试样的温度，对于比较例6及比较例7，其为刚从热交换器流出后的悬浮液试样的温度。此外，表5中杀菌时间为从施加部流出口或热交换器流出口到达冷却装置所需要的时间。
图2～图3为绘制的在各杀菌温度下处理后的菌数(对数值)相对于杀菌时间而变化的图。图中的直线为利用最小二乘法从各杀菌温度的图中求出的回归直线，每条直线上都记载有回归方程式。在此，回归方程式的斜率表示相对于杀菌时间的处理后菌数的衰减速度。
[表4]
| 处理前的菌数(CFU/mL) | 处理后的菌数(CFU/mL) | 杀菌温度(℃) | 杀菌效果 | |
| 实施例4(A) | 3.6×105 | 3.2×104 | 125 | 1.0 |
| 实施例4(B) | 3.6×105 | 1.8×103 | 130 | 2.3 |
| 实施例4(C) | 3.6×105 | 2.0×101 | 135 | 4.3 |
| 比较例6(A) | 7.3×105 | 1.7×105 | 125 | 0.6 |
| 比较例6(B) | 7.3×105 | 4.5×104 | 130 | 1.2 |
| 比较例6(C) | 7.3×105 | 4.1×102 | 135 | 3.2 |
根据实施例4(A)，判定本发明的方法，对于该实施例中使用的细菌芽孢，在至少125℃以上可产生充分的杀菌效果。
此外，根据实施例4(B)的杀菌效果2.3和比较例6(B)的杀菌效果1.2的比较，判定本发明的方法，在相同杀菌温度下，对于该实施例中使用的细菌芽孢的杀菌效果比以往通过热交换的加热杀菌的高。在实施例4(A)和比较例6(A)的比较中、在实施例4(C)和比较例6(C)的比较中这种趋势也是同样的。进而比较杀菌效果为1.0和1.2的比较相同的实施例4(A)和比较例6(B)，判定本发明与以往通过热交换的加热杀菌相比，在约低5℃的杀菌温度下也可获得同等程度的杀菌效果。
[表5]
| 处理前的菌数(CFU/mL) | 处理后的菌数(CFU/mL) | 杀菌温度(℃) | 杀菌时间(秒) | 杀菌效果 | |
| 实施例5(A) | 9.8×103 | 3.2×103 | 132 | 11 | 0.5 |
| 实施例5(A) | 9.8×103 | 3.4×103 | 132 | 14 | 0.5 |
| 实施例5(A) | 9.8×103 | 1.2×103 | 132 | 17 | 0.9 |
| 比较例7(A) | 5.0×104 | 2.1×104 | 132 | 11 | 0.4 |
| 比较例7(A) | 5.0×104 | 2.0×104 | 132 | 14 | 0.4 |
| 比较例7(A) | 5.0×104 | 2.1×104 | 132 | 17 | 0.4 |
| 实施例5(B) | 9.8×103 | 1.4×103 | 136 | 11 | 0.8 |
| 实施例5(B) | 9.8×103 | 1.3×103 | 136 | 14 | 0.9 |
| 实施例5(B) | 9.8×103 | 5.4×102 | 136 | 17 | 1.1 |
| 比较例7(B) | 5.0×104 | 1.1×104 | 136 | 11 | 0.6 |
| 比较例7(B) | 5.0×104 | 9.1×103 | 136 | 14 | 0.7 |
| 比较例7(B) | 5.0×104 | 9.3×103 | 136 | 17 | 0.7 |
| 实施例5(C) | 9.8×103 | 1.3×102 | 140 | 11 | 1.9 |
| 实施例5(C) | 9.8×103 | 1.1×102 | 140 | 14 | 1.9 |
| 实施例5(C) | 9.8×103 | 0 | 140 | 17 | 3.9 |
| 比较例7(C) | 5.0×104 | 1.2×103 | 140 | 11 | 1.6 |
| 比较例7(C) | 5.0×104 | 8.4×102 | 140 | 14 | 1.8 |
| 比较例7(C) | 5.0×104 | 7.8×102 | 140 | 17 | 1.8 |
根据实施例5(B)，判定本发明的方法，对于该实施例中使用的细菌芽孢，至少在杀菌温度为136℃、杀菌时间为17秒以上，可产生充分的杀菌效果。
此外，根据实施例5的杀菌效果和比较例7的杀菌效果的比较，判定本发明的方法，在相同温度、杀菌时间下对该实施例中使用的细菌芽孢的杀菌效果比以往通过热交换的加热杀菌的高。
如比较例7所判定的那样，以往通过热交换的方法，即使杀菌时间(即从热交换器流出口到达冷却装置所需要的时间)从11秒延长到17秒，杀菌效果几乎不增加。与此相对，判定利用高电场脉冲的本发明的方法，通过延长杀菌时间(从施加部流出口到达冷却装置所需要的时间)，杀菌效果大大增加。例如在实施例5(C)中，通过使杀菌时间从11秒延长到17秒，杀菌效果从1.9提高到了3.9。通过比较图2和图3的回归直线的斜率也可以作出同样的结论。回归直线的斜率表示相对于杀菌时间的处理后菌数的衰减速度，从图中的回归方程式可知，本发明的杀菌方法与以往的加热杀菌相比，其衰减速度约增大2倍。即通过本发明的方法，在相同温度下杀菌时间可缩短到一半左右。由上述可知，本发明的方法对于细菌芽孢可产生以往加热杀菌法中所没有的耐热性的降低。认为这是由于施加高电场脉冲对细菌芽孢产生热以外的物理性刺激而产生的现象。
[实施例6]
(1)柑橘榨汁液的制备
将市售的日本和歌山产的有田柑橘进行榨汁，用筛孔45μm、330目的试验用筛过滤，将获得的滤液作为香味评价用的柑橘榨汁液。该柑橘榨汁液在25℃的pH为3.76、电导率为294mS/m。此外，糖度为13.1。
(2)杀菌
使用与实施例1相同的装置，用高电场脉冲处理(1)中制备的柑橘榨汁液。杀菌处理以与实施例2(B)同样的杀菌效果为目标，在杀菌温度102℃下进行。在该杀菌温度条件下的细菌芽孢(酸土脂环酸芽孢杆菌：Alicyclobacillus acidoterrestris)的杀菌效果，实施例2(B)中为4.0。
利用泵将约10℃的柑橘榨汁液连续向施加部中通液(通液速度：11mL/分钟)。接着，在施加部中，以重复频率数100Hz施加500次脉冲宽度为100ns、脉冲上升时间为50ns、且电场强度为80kV/cm的高电场脉冲。刚从施加部流出后的柑橘榨汁液的温度为102℃，从施加部流入口到流出口的液体通过时间、即加热至规定温度的加热时间为5秒。然后利用冷却装置将柑橘榨汁液冷却后，回收柑橘榨汁液。回收时的柑橘榨汁液的温度为15℃。从施加部流出口到冷却装置的距离为22.5cm，从施加部流出口到达冷却装置所需要的时间约15秒。这些处理通过用位于冷却装置正后面的保压阀进行操作使封闭体系的压力为0.6MPa来实施。
[比较例8]
使用与实施例6中制备的柑橘榨汁液相同的柑橘榨汁液，通过热交换器进行加热杀菌处理。杀菌处理以与比较例4(D)相同的杀菌效果作为目标，在杀菌温度112℃下进行。在该杀菌温度条件下的细菌芽孢(酸土脂环酸芽孢杆菌：Alicyclobacillus acidoterrestris)的杀菌效果，在比较例4(D)中为4.2，是与实施例2(B)几乎同等的杀菌效果的杀菌条件。
利用泵将约10℃的柑橘榨汁液连续向用蒸汽作热媒体的热交换器中通液(通液速度：11mL/分钟)，进行加热处理。调节流入热交换器中的蒸汽量，加热至热交换器流出口的柑橘榨汁液的杀菌温度为112℃后，经过15秒的温度保持时间，利用冷却装置快速冷却至约15℃，回收柑橘榨汁液。柑橘榨汁液通过用蒸汽作热媒体的热交换器的时间、即加热柑橘榨汁液至规定温度的时间为5秒。此外，这些处理通过用位于冷却装置正后面的保压阀进行操作使封闭体系的压力为0.6MPa来实施。
[评价]
(1)感官试验
以杀菌处理前的柑橘榨汁液为对照，对于实施例6及比较例8的实施了杀菌处理的柑橘榨汁液的香味，进行有关因加热杀菌引起的风味劣化的感官试验。感官试验，由5名经过训练的试验员(A～E)来进行1：外观色度、2：新鲜度、3：劣化气味的少量程度、4：酸味、5：甜味这五个项目的评价，结果如表6所示。表中，○表示与对照的柑橘榨汁液的风味同等，△表示与对照的柑橘榨汁液相比风味略差，×表示与对照的柑橘榨汁液相比风味明显劣化。
[表6]
1.外观色度
试验员A 试验员B 试验员C 试验员D 试验员E
实施例6 △ △ △ △ ○
比较例8 △ △ △ × ○
2.新鲜度
试验员A 试验员B 试验员C 试验员D 试验员E
实施例6 △ ○ ○ △ ○～△
比较例8 △～× △ × × △
3.劣化气味的少量程度
试验员A 试验员B 试验员C 试验员D 试验员E
实施例6 △ ○ △ △ △
比较例8 △～× × × × ×
4.酸味
试验员A 试验员B 试验员C 试验员D 试验员E
实施例6 △ ○ ○ ○ ○
比较例8 △ △～× △ △ △
5.甜味
试验员A 试验员B 试验员C 试验员D 试验员E
实施例6 ○ △ △ △ △
比较例8 △ △～× × × ×
根据上述结果，判定本发明的杀菌方法与以往通过热交换的加热杀菌相比，可抑制风味的劣化，保留更多的柑橘榨汁液原有的风味。
(2)成分分析
对于杀菌处理前的柑橘榨汁液、及实施了杀菌处理的实施例6以及比较例8的柑橘榨汁液，测定维生素C的浓度。通常按照被称为靛酚滴定法的方法进行测定。已知维生素C被加热处理后浓度减少，将其作为因加热引起的质量劣化的代用特性进行成分分析。其结果如表7所示。
[表7]
| 维生素C(mg/100g) | |
| 杀菌处理前的柑橘榨汁液 | 34 |
| 实施例6 | 33 |
| 比较例8 | 32 |
根据该结果，判定本发明的杀菌方法，与以往通过热交换的加热杀菌相比，可抑制因杀菌引起的维生素C浓度的减少。维生素C是柑橘榨汁液原有的营养成分之一，所以通过本发明的方法可抑制其劣化。
Claims (10)
1.液体食品材料的杀菌方法，其包括通过在液体食品材料上施加脉冲宽度低于200ns及脉冲上升时间为50ns以下、且电场强度为10～200kV/cm的高电场脉冲，将上述液体食品材料加热到至少100℃的规定温度。
2.如权利要求1所述的杀菌方法，其中，所述规定温度为100～160℃。
3.如权利要求1或2所述的杀菌方法，其中，所述高电场脉冲为重复频率数为100Hz以上的脉冲。
4.如权利要求1～3中任一项所述的杀菌方法，其中，所述液体食品材料的电导率为30～1000mS/m。
5.如权利要求1～4中任一项所述的杀菌方法，其中，加热至所述规定温度所需要的时间为10秒以下。
6.如权利要求1～5中任一项所述的杀菌方法，其中包括加热至所述规定温度后，在300秒以内进行冷却。
7.如权利要求1～6中任一项所述的杀菌方法，其特征在于，连续进行。
8.液体食品材料，其为通过权利要求1～7中任一项所述的方法进行杀菌处理的液体食品材料。
9.饮料，其为通过权利要求1～7中任一项所述的方法进行杀菌处理的饮料。
10.杀菌装置，其为具有液体食品材料的收纳部的施加手段，包含对于在该收纳部中导入的液体食品材料，可施加宽度低于200ns、上升时间为50ns以下、且电场强度为10～200kV/cm的高电场脉冲的施加手段，对于在该收纳部中导入的液体食品材料，通过施加宽度低于200ns、上升时间为50ns以下、且电场强度为10～200kV/cm的高电场脉冲，将该材料加热到至少100℃，用于对该材料杀菌。
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- 2009-01-23 CN CNA2009100011700A patent/CN101496626A/zh active Pending
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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