JP2000126275A - 液状物の殺菌方法 - Google Patents
液状物の殺菌方法Info
- Publication number
- JP2000126275A JP2000126275A JP10308098A JP30809898A JP2000126275A JP 2000126275 A JP2000126275 A JP 2000126275A JP 10308098 A JP10308098 A JP 10308098A JP 30809898 A JP30809898 A JP 30809898A JP 2000126275 A JP2000126275 A JP 2000126275A
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- electric field
- pulse
- liquid material
- sterilization
- sterilization effect
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
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Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F2303/00—Specific treatment goals
- C02F2303/04—Disinfection
Abstract
(57)【要約】
【課題】 液状物に印加するパルス電界の条件をより明
確にすることによって、殺菌処理を効果的に行うことの
できる殺菌方法を提供する。 【解決手段】 パルス電界波形中に１５ｋＶ／ｃｍ以上
の電界強度部分を含み、かつ電界強度の時間積分値が２
０ｋＶ・ｃｍ-1・μｓより大きいパルス電界を液状物に
１回以上印加する。
確にすることによって、殺菌処理を効果的に行うことの
できる殺菌方法を提供する。 【解決手段】 パルス電界波形中に１５ｋＶ／ｃｍ以上
の電界強度部分を含み、かつ電界強度の時間積分値が２
０ｋＶ・ｃｍ-1・μｓより大きいパルス電界を液状物に
１回以上印加する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、飲料（ジュー
ス、牛乳等）、液卵、水、化粧水、液体医薬品、水耕
液、培養液等の液状物（液体を含む）に高電界のパルス
電界を印加して殺菌処理を施す殺菌方法に関し、より具
体的には、殺菌処理を効果的に行う手段に関する。
ス、牛乳等）、液卵、水、化粧水、液体医薬品、水耕
液、培養液等の液状物（液体を含む）に高電界のパルス
電界を印加して殺菌処理を施す殺菌方法に関し、より具
体的には、殺菌処理を効果的に行う手段に関する。
【０００２】
【従来の技術】液状物に、短パルスかつ高電界のパルス
電界（電界パルスとも言える。以下同じ）をある回数印
加して殺菌処理を施す殺菌方法（これは電界殺菌方法と
も呼ばれる）は既に知られている。
電界（電界パルスとも言える。以下同じ）をある回数印
加して殺菌処理を施す殺菌方法（これは電界殺菌方法と
も呼ばれる）は既に知られている。
【０００３】この技術の原理は、簡単に言えば、相対向
する二つの電極間に上記のような液状物を満たし、両電
極間に高電圧パルスを供給して液状物に高電界のパルス
電界を印加することによって、液状物中に存在する菌や
微生物が、印加される高電界の作用によって、細胞膜の
破壊等の影響を受けて死滅し、殺菌されることである。
する二つの電極間に上記のような液状物を満たし、両電
極間に高電圧パルスを供給して液状物に高電界のパルス
電界を印加することによって、液状物中に存在する菌や
微生物が、印加される高電界の作用によって、細胞膜の
破壊等の影響を受けて死滅し、殺菌されることである。
【０００４】従って、原理的には、省エネルギーが可
能、低温殺菌が可能、液状物の変質がない、物理
的殺菌なので有毒化学物質残留の恐れがない、等の利点
を有しており、優れた殺菌技術として注目されている。
能、低温殺菌が可能、液状物の変質がない、物理
的殺菌なので有毒化学物質残留の恐れがない、等の利点
を有しており、優れた殺菌技術として注目されている。
【０００５】このような殺菌方法において、従来は、例
えば特公平３−１１７５５号公報に記載されているよう
に、電界強度が２ｋＶ／ｃｍ〜１００ｋＶ／ｃｍ、パル
スの立上り時間が２０ｎｓ〜１μｓ、かつパルス幅が１
００ｎｓ〜１ｍｓという条件（仕様）でパルス電界を液
状物に１回以上印加していた。
えば特公平３−１１７５５号公報に記載されているよう
に、電界強度が２ｋＶ／ｃｍ〜１００ｋＶ／ｃｍ、パル
スの立上り時間が２０ｎｓ〜１μｓ、かつパルス幅が１
００ｎｓ〜１ｍｓという条件（仕様）でパルス電界を液
状物に１回以上印加していた。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】ところが、実験によれ
ば、上記のような条件内に属する条件でパルス電界を液
状物に１回以上印加しても、殺菌効果が殆ど得られない
場合があることが分かった。
ば、上記のような条件内に属する条件でパルス電界を液
状物に１回以上印加しても、殺菌効果が殆ど得られない
場合があることが分かった。
【０００７】例えば、発明者達の実験では、電界強度が
７０ｋＶ／ｃｍ、パルスの立上り時間が４０ｎｓ、かつ
パルス幅が１３０ｎｓのパルス電界を、液状食品に１ｃ
ｃ当たり１００Ｊのエネルギーとなる回数だけ印加して
も、殺菌効果はほぼ零であるという結果が得られた。
７０ｋＶ／ｃｍ、パルスの立上り時間が４０ｎｓ、かつ
パルス幅が１３０ｎｓのパルス電界を、液状食品に１ｃ
ｃ当たり１００Ｊのエネルギーとなる回数だけ印加して
も、殺菌効果はほぼ零であるという結果が得られた。
【０００８】これは、従来提案されている上記のような
パルス電界の条件は、単に、パルス電圧を扱う技術分野
において一般的に高電界パルスと呼ぶことのできる条件
のほぼ全範囲を示しているに過ぎず、このような条件と
殺菌処理を効果的に行うことのできる条件とは必ずしも
一致しないからであると考えられる。
パルス電界の条件は、単に、パルス電圧を扱う技術分野
において一般的に高電界パルスと呼ぶことのできる条件
のほぼ全範囲を示しているに過ぎず、このような条件と
殺菌処理を効果的に行うことのできる条件とは必ずしも
一致しないからであると考えられる。
【０００９】そこでこの発明は、液状物に印加するパル
ス電界の条件をより明確にすることによって、殺菌処理
を効果的に行うことのできる殺菌方法を提供することを
主たる目的とする。
ス電界の条件をより明確にすることによって、殺菌処理
を効果的に行うことのできる殺菌方法を提供することを
主たる目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】この発明の殺菌方法は、
パルス電界波形中に１５ｋＶ／ｃｍ以上の電界強度部分
を含み、かつ電界強度の時間積分値が２０ｋＶ・ｃｍ-1
・μｓより大きいパルス電界を液状物に１回以上印加す
ることを特徴としている。
パルス電界波形中に１５ｋＶ／ｃｍ以上の電界強度部分
を含み、かつ電界強度の時間積分値が２０ｋＶ・ｃｍ-1
・μｓより大きいパルス電界を液状物に１回以上印加す
ることを特徴としている。
【００１１】電界殺菌のメカニズムは、次の３段階であ
ると考えられている。
ると考えられている。
【００１２】高電界印加によって、菌細胞の細胞膜に
小孔が発生する。
小孔が発生する。
【００１３】高電界印加によって、菌の代謝維持に必
要なイオン類（例えばＨ+ 、Ｎａ+等）が移動し、上記
小孔から流出または流入する。
要なイオン類（例えばＨ+ 、Ｎａ+等）が移動し、上記
小孔から流出または流入する。
【００１４】上記イオンの流出過程において、細胞内
のイオンバランスが乱され、かつ細胞膜の小孔をイオン
が通過することで小孔が拡張され、不可逆的な孔となる
ことで菌細胞が死滅する。
のイオンバランスが乱され、かつ細胞膜の小孔をイオン
が通過することで小孔が拡張され、不可逆的な孔となる
ことで菌細胞が死滅する。
【００１５】上記の現象は、高電界印加による電気的
絶縁破壊現象によって起こると考えられ、時間的には数
十ｎｓ程度で起こる。
絶縁破壊現象によって起こると考えられ、時間的には数
十ｎｓ程度で起こる。
【００１６】それに比べて、上記の現象は数μｓ程度
の時間で起こり、上記の現象に比べると長い時間が必
要である。その理由は次のとおりである。
の時間で起こり、上記の現象に比べると長い時間が必
要である。その理由は次のとおりである。
【００１７】即ち、イオンの移動速度Ｍ［μｍ／μｓ］
は、印加電界強度Ｅ［ｋＶ／ｃｍ］に比例し、Ｍ＝ａＥ
と表される。ここでａは、比例定数であり、通常は０．
００５〜０．０３μｍ・μｓ-1・ｃｍ・ｋＶ-1程度であ
る。例えば電界強度Ｅを２０ｋＶ／ｃｍとすると、イオ
ンの移動速度Ｍは０．１〜０．６μｍ／μｓであり、菌
細胞の代表的半径０．５μｍを移動するのに、約０．８
〜５μｓ必要となるからである。
は、印加電界強度Ｅ［ｋＶ／ｃｍ］に比例し、Ｍ＝ａＥ
と表される。ここでａは、比例定数であり、通常は０．
００５〜０．０３μｍ・μｓ-1・ｃｍ・ｋＶ-1程度であ
る。例えば電界強度Ｅを２０ｋＶ／ｃｍとすると、イオ
ンの移動速度Ｍは０．１〜０．６μｍ／μｓであり、菌
細胞の代表的半径０．５μｍを移動するのに、約０．８
〜５μｓ必要となるからである。
【００１８】従って、菌細胞を死滅させるためには、上
記の現象に必要なパルス幅のパルス電界を印加する必
要がある。
記の現象に必要なパルス幅のパルス電界を印加する必
要がある。
【００１９】今、パルス電界を矩形パルスで考えた場
合、そのパルス幅をτとすると、菌細胞中のイオンの移
動距離Ｌは、Ｌ＝ａＥτで表され、イオンが菌細胞の代
表的な半径０．５μｍ程度以上を移動すれば、イオンが
細胞外に流出し、菌が死滅すると考えられる。従って、
菌死滅の条件として次式の関係が得られる。
合、そのパルス幅をτとすると、菌細胞中のイオンの移
動距離Ｌは、Ｌ＝ａＥτで表され、イオンが菌細胞の代
表的な半径０．５μｍ程度以上を移動すれば、イオンが
細胞外に流出し、菌が死滅すると考えられる。従って、
菌死滅の条件として次式の関係が得られる。
【００２０】
【数１】Ｅτ＞（Ｌ／ａ）≒２０〜１００［ｋＶ・ｃｍ
-1・μｓ］
-1・μｓ］
【００２１】従って、Ｅτ＞２０［ｋＶ・ｃｍ-1・μ
ｓ］であるパルス電界を液状物に１回以上印加すること
によって、効果的な殺菌が可能になる。
ｓ］であるパルス電界を液状物に１回以上印加すること
によって、効果的な殺菌が可能になる。
【００２２】矩形パルス以外のパルス電界を想定した場
合、上記Ｅτは電界強度Ｅの時間積分値∫Ｅｄｔに相当
するので、上述したように電界強度の時間積分値∫Ｅｄ
ｔが２０ｋＶ・ｃｍ-1・μｓよりも大きいパルス電界を
液状物に１回以上印加することによって、効果的な殺菌
が可能になる。
合、上記Ｅτは電界強度Ｅの時間積分値∫Ｅｄｔに相当
するので、上述したように電界強度の時間積分値∫Ｅｄ
ｔが２０ｋＶ・ｃｍ-1・μｓよりも大きいパルス電界を
液状物に１回以上印加することによって、効果的な殺菌
が可能になる。
【００２３】パルス電界の印加回数は、多いほど殺菌効
果は高まる。
果は高まる。
【００２４】パルス電界の電界強度に関しては、これま
で数多くの研究者が行った実験結果から、パルス電界波
形中に１５ｋＶ／ｃｍ以上の電界強度部分を含む必要が
ある。そうでないと、殆ど殺菌効果は得られない。発明
者達も実験で同様の結果を確認している。
で数多くの研究者が行った実験結果から、パルス電界波
形中に１５ｋＶ／ｃｍ以上の電界強度部分を含む必要が
ある。そうでないと、殆ど殺菌効果は得られない。発明
者達も実験で同様の結果を確認している。
【００２５】
【発明の実施の形態】液状物中の大腸菌の殺菌処理を行
った実験結果の一例を図１に示す。図１中の横軸の電界
強度の時間積分値は、実際に印加したパルス電界波形の
時間積分で得た値である。
った実験結果の一例を図１に示す。図１中の横軸の電界
強度の時間積分値は、実際に印加したパルス電界波形の
時間積分で得た値である。
【００２６】図１中の縦軸の値は、様々なショット数
（パルス電界の印加回数）で実験を行い、これを１ショ
ット当たりの大腸菌の生存率に換算した値である。
（パルス電界の印加回数）で実験を行い、これを１ショ
ット当たりの大腸菌の生存率に換算した値である。
【００２７】この図１からも明らかなように、電界強度
の時間積分値が２０ｋＶ・ｃｍ-1・μｓを越えると生存
率が１．０よりも小さくなり、殺菌効果が現れている。
これは１ショット当たりの生存率であり、ショット数を
増やせば生存率はもっと低下する（即ち殺菌効果は上が
る）。
の時間積分値が２０ｋＶ・ｃｍ-1・μｓを越えると生存
率が１．０よりも小さくなり、殺菌効果が現れている。
これは１ショット当たりの生存率であり、ショット数を
増やせば生存率はもっと低下する（即ち殺菌効果は上が
る）。
【００２８】また、電界強度の時間積分値が大きくなる
ほど生存率が下がり、殺菌効果が大きくなることが分か
る。これは、前述したようにイオンの移動距離が大きく
なり、細胞外に移動するイオンが多くなるからである。
電界強度の時間積分値を５０ｋＶ・ｃｍ-1・μｓ以上に
すると、１ショット当たりの生存率は約０．９以下とな
り、より顕著な殺菌効果を得ることができる。
ほど生存率が下がり、殺菌効果が大きくなることが分か
る。これは、前述したようにイオンの移動距離が大きく
なり、細胞外に移動するイオンが多くなるからである。
電界強度の時間積分値を５０ｋＶ・ｃｍ-1・μｓ以上に
すると、１ショット当たりの生存率は約０．９以下とな
り、より顕著な殺菌効果を得ることができる。
【００２９】電界強度の時間積分値の上限は、殺菌効果
の点からは、特にない。
の点からは、特にない。
【００３０】なお、図１は大腸菌を使った場合の例であ
り、菌種、液状物の種類、その温度等が変われば、菌の
大きさや液状物の電気的・化学的性質が変わるため、図
１のグラフとは必ずしも一致しないことがある。しか
し、菌の大きさは半径で通常は約０．１〜３μｍ程度で
あるので、殺菌効果が現れる電界強度の時間積分値は、
上記大腸菌の場合と大きくは変わらないと言える。
り、菌種、液状物の種類、その温度等が変われば、菌の
大きさや液状物の電気的・化学的性質が変わるため、図
１のグラフとは必ずしも一致しないことがある。しか
し、菌の大きさは半径で通常は約０．１〜３μｍ程度で
あるので、殺菌効果が現れる電界強度の時間積分値は、
上記大腸菌の場合と大きくは変わらないと言える。
【００３１】また、液状物を予備的に加熱しておくこと
で、電界殺菌の効果を高める手法は既に知られており、
これを本発明と併用しても良く、そのようにすれば、よ
り殺菌効果を高めることができる。
で、電界殺菌の効果を高める手法は既に知られており、
これを本発明と併用しても良く、そのようにすれば、よ
り殺菌効果を高めることができる。
【００３２】
【発明の効果】以上のようにこの発明によれば、菌細胞
中のイオンが細胞外に流出して菌が死滅するのに必要な
パルス電界を液状物に印加することができるので、液状
物に対する殺菌処理を効果的に行うことができる。
中のイオンが細胞外に流出して菌が死滅するのに必要な
パルス電界を液状物に印加することができるので、液状
物に対する殺菌処理を効果的に行うことができる。
【００３３】電界強度の時間積分値を５０ｋＶ・ｃｍ-1
・μｓ以上にすれば、より顕著な殺菌効果を得ることが
できる。
・μｓ以上にすれば、より顕著な殺菌効果を得ることが
できる。
【図１】液状物中の大腸菌の殺菌処理を行った実験結果
の一例を示す図である。
の一例を示す図である。
フロントページの続き (72)発明者 加藤 茂 京都府京都市右京区梅津高畝町47番地 日 新電機株式会社内 (72)発明者 川北 有 京都府京都市右京区梅津高畝町47番地 日 新電機株式会社内 Ｆターム(参考） 4B021 LA42 LP10 LW04 LW05 LW06 4C058 AA20 AA21 AA22 BB02 CC02
Claims (2)
- 【請求項１】 液状物にパルス電界を印加して殺菌処理
を施す殺菌方法において、パルス電界波形中に１５ｋＶ
／ｃｍ以上の電界強度部分を含み、かつ電界強度の時間
積分値が２０ｋＶ・ｃｍ-1・μｓより大きいパルス電界
を液状物に１回以上印加することを特徴とする液状物の
殺菌方法。 - 【請求項２】 前記電界強度の時間積分値が５０ｋＶ・
ｃｍ-1・μｓ以上である請求項１記載の液状物の殺菌方
法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10308098A JP2000126275A (ja) | 1998-10-29 | 1998-10-29 | 液状物の殺菌方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10308098A JP2000126275A (ja) | 1998-10-29 | 1998-10-29 | 液状物の殺菌方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000126275A true JP2000126275A (ja) | 2000-05-09 |
Family
ID=17976850
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10308098A Pending JP2000126275A (ja) | 1998-10-29 | 1998-10-29 | 液状物の殺菌方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2000126275A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104621675A (zh) * | 2014-12-10 | 2015-05-20 | 惠州学院 | 一种脉冲电场协同微波和抗氧化剂处理果汁的方法 |
-
1998
- 1998-10-29 JP JP10308098A patent/JP2000126275A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104621675A (zh) * | 2014-12-10 | 2015-05-20 | 惠州学院 | 一种脉冲电场协同微波和抗氧化剂处理果汁的方法 |
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