JP2004255271A

JP2004255271A - 滅菌方法およびその装置

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Publication number: JP2004255271A
Application number: JP2003047777A
Authority: JP
Inventors: Masakazu Uzawa; 正和鵜澤; Ryota Shimoji; 亮太下地
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2003-02-25
Filing date: 2003-02-25
Publication date: 2004-09-16
Anticipated expiration: 2023-02-25
Also published as: JP4139877B2

Abstract

【課題】様々な菌、細菌およびウィルスを、短時間で滅菌する。
【解決手段】容器１２にＮａＣｌが溶解された水道水Ｗ等の液体を貯留し、直流電源１８から電流を供給する。この電流は、水道水Ｗ中を第１電極１４から第２電極１６へ指向して流れる。塩素ガスが発生する以前に、スイッチング回路２０によって電流の向きを反転させ、第２電極１６から第１電極１４へ指向して電流が流れるようにする。所定時間が経過するまで、この反転を繰り返し行う。その一方で、電源ユニット２８を付勢して超音波振動子２６を振動させることによって、水道水Ｗを振動させる。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、滅菌方法およびその装置に関し、一層詳細には、様々な種類の菌やウィルスを滅菌するために要する時間が著しく短い滅菌方法およびその装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
食肉、魚貝類、野菜、果物等の食材に対しては、一般小売店や百貨店等に出荷される前、次亜塩素酸ナトリウム水溶液、アルコール、紫外線、オゾン等による滅菌処理が施される。これによりＯ−１５７等の病原性大腸菌や、サルモネラ菌等の細胞侵入性大腸菌の数、さらには、小型球形ウィルス、アストロウィルス、ロタウィルス等のウィルスの数が激減し、その結果、食中毒が防止される。
【０００３】
しかしながら、上記したような滅菌剤を使用しての滅菌では、滅菌剤の臭いが食材に残留したり、食材の色が変化したりするという不具合がある。そこで、魚貝類を洗浄する場合であれば、例えば、特許文献１にて提案されているように、滅菌剤を使用することなく殺菌作用および防腐作用を営む海水を得ることが想起される。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００２−３０７０７０号公報（段落［００２１］〜［００２３］）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、特許文献１に記載された方法においては、海水に対して一定電圧を８〜１０秒間程印加して滅菌を行うようにしている。この滅菌時間に関し、更なる時間短縮が希求されている。
【０００６】
本発明は上記した技術に関連してなされたもので、様々な菌、細菌およびウィルスに対する滅菌能を有し、しかも、その滅菌処理に要する時間が著しく短い滅菌方法およびその装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
前記の目的を達成するために、本発明は、液体中に存在する菌類を滅菌する滅菌方法であって、
前記液体に接触する第１電極および第２電極の間に、前記第１電極から前記第２電極に指向して流れる電流を供給する第１工程と、
前記電流の方向を前記第２電極から前記第１電極に反転させて通電する第２工程と、
を有し、
前記第１工程および前記第２工程における通電時間をともに１秒以下とすることを特徴とする。なお、本発明において、「菌類」とは、菌、細菌およびウィルスの総称であり、「滅菌」には、細菌やウィルスが死滅することも含まれるものとする。
【０００８】
電流の流れる方向がこのように頻繁に反転されるので、イオン等の電荷が液体中を激しく移動するようになる。このため、電荷が大きな運動量で菌類に衝突するようになり、その結果、該菌類が迅速に死滅するに至ると推察される。これにより、滅菌処理に要する時間が著しく短縮される。
【０００９】
このように滅菌処理された液体を食材等の洗浄液として使用するようにしてもよいし、食材や患部を液体に浸漬した上で上記の第１工程および第２工程を交互に繰り返すようにしてもよい。
【００１０】
液体の好適な例としては、塩素イオンを含有する水を挙げることができる。塩素イオンは、例えば、ＮａＣｌを水に溶解することによって得るようにすればよい。このＮａＣｌが電解質としての役割を果たすことによって水の電気抵抗が減少するので、第１工程および第２工程における通電を容易に行うことができる。
【００１１】
この場合、塩素イオンが電子と結合して塩素ガスが発生することを回避するために、第１工程および第２工程における通電時間をともに０．０１秒以下とすることが好ましい。
【００１２】
本発明によれば、電気抵抗が１×１０^６Ω・ｃｍ以上であるような液体、すなわち、純水や超純水等の絶縁体に対しても滅菌処理を施すことができる。この場合、第１電極と第２電極との間にイオン交換膜を介装し、かつ第１電極と第２電極に電気的に接続された導電体に液体を流通または貯留させて、第１工程および第２工程を遂行すればよい。
【００１３】
いずれの場合においても、電流は、矩形波として通電することが好ましい。この場合、電流の流れる方向が急速に反転されるので、正弦波である一般的な交流電流を通電した場合に比して電荷の運動量が大きくなり、したがって、菌類を比較的短時間で死滅させることができるからである。
【００１４】
さらに、通電の際に液体を振動させることが好ましい。例えば、食材を液体に浸漬して滅菌処理を施す場合、振動によって食材から菌類が容易に離脱する。このため、菌類を確実に死滅させることができる。
【００１５】
また、本発明は、液体中に存在する菌類を滅菌するための滅菌装置であって、
前記液体に接触する第１電極および第２電極と、
前記第１電極と前記第２電極との間に流れる電流の方向を反転させる電流反転機構を具備する電流供給機構と、
を有することを特徴とする。
【００１６】
このような構成とすることにより、電流の流れる方向を容易かつ簡便に反転させることができ、結局、滅菌処理を容易かつ確実に実施することができる。
【００１７】
また、第１電極と第２電極に介装されたイオン交換膜と、前記第１電極と前記第２電極に電気的に接続された導電体とをさらに有し、かつ前記導電体に液体を流通させる通路が設けられていることが好ましい。この場合、イオン交換膜を介してイオンの移動が起こることによって、第１電極と第２電極との間に電流が流れる。このため、絶縁体である液体に対して滅菌処理を施すことができるようになる。
【００１８】
なお、電流供給機構は、直流電流を供給する直流電源と、電流反転機構としてのスイッチング回路とを有することが好ましい。これにより波形が矩形波となる交流電流を供給することができ、結局、液体中に存在する電荷の運動量を大きくすることができる。
【００１９】
そして、液体を振動させる振動部材を有することが好ましい。振動部材で液体を振動させながら滅菌処理を施すことにより、例えば、食材から菌類を容易に離脱させることができ、該食材を容易かつ確実に滅菌することができる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る滅菌方法につきそれを遂行する装置との関係で好適な実施の形態を挙げ、添付の図面を参照して詳細に説明する。
【００２１】
図１に、本実施の形態に係る滅菌装置の概略構成図を示す。この滅菌装置１０は、液体を貯留する容器１２と、該容器１２に設置された第１電極１４および第２電極１６と、これら第１電極１４および第２電極１６に電気的に接続された直流電源１８と、該直流電源１８と第１電極１４および第２電極１６との間に介在されたスイッチング回路２０とを有する。
【００２２】
この場合、容器１２は、内径が３０ｍｍ、高さが５０ｍｍの樹脂製有底円筒体であり、該容器１２内に収容された液体は、ＮａＣｌが濃度３％で溶解された水道水Ｗが２０ｃｍ^３収容されている。
【００２３】
水道水Ｗには第１電極１４および第２電極１６が挿入されており、これにより第１電極１４および第２電極１６が水道水Ｗに接触している。これら第１電極１４および第２電極１６は、チタンの表面に厚み２μｍの白金がコーティングされてなる。また、幅、高さおよび板厚は、０．９５ｍｍ、１００ｍｍ、１０ｍｍに設定されている。なお、第１電極１４と第２電極１６との間の距離は、１０ｍｍとすることができる。
【００２４】
このような構成の第１電極１４および第２電極１６は、リード線２２、２４を介して前記直流電源１８に電気的に接続されている。また、リード線２２、２４には、電流を一定値として安定に供給するための定電流回路２５と、前記スイッチング回路２０とが介装されている。
【００２５】
このスイッチング回路２０は、図示しないオシレータ（発振器）を内蔵しており、したがって、該スイッチング回路２０を介して通電がなされた際、第１電極１４から第２電極１６に指向する電流の流れと、第２電極１６から第１電極１４に指向する電流の流れとが交番的に生じる。
【００２６】
水道水Ｗには超音波振動子２６が浸漬されており、該超音波振動子２６は、ケーブル２７を介して電源ユニット２８に接続されている。この電源ユニット２８からの通電がなされると、超音波振動子２６が所定の周波数で振動する。
【００２７】
次に、本実施の形態に係る滅菌方法につき説明する。この滅菌方法は、第１電極１４から第２電極１６に指向して流れる電流を供給する第１工程と、電流の方向を第２電極１６から第１電極１４に反転させて通電する第２工程とを有する。
【００２８】
まず、第１工程において、直流電源１８からリード線２２、定電流回路２５およびスイッチング回路２０を介して直流電流を第１電極１４に供給すると、水道水Ｗは導電性を有するので、第１電極１４から第２電極１６に指向して直流電流が流れる。直流電流は、勿論、第２電極１６からリード線２４、定電流回路２５およびスイッチング回路２０を介して直流電源１８に戻る。なお、設定電圧値、設定電流値は、例えば、１２Ｖ、１Ａとすればよい。
【００２９】
その一方で、電源ユニット２８を付勢して超音波振動子２６に通電することにより、該超音波振動子２６を所定の周波数で振動させる。
【００３０】
ここで、上記した設定電圧値および設定電流値である直流電流が通電されて所定の時間が経過すると、水道水Ｗ中でＮａＣｌが電離して生成したＣｌ⁻イオンが正極である第１電極１４に指向して移動し、該第１電極１４上で電子と結合して塩素ガスとなる。換言すれば、第１電極１４から有毒な塩素ガスが発生する。
【００３１】
このような事態が発生することを回避するため、本実施の形態においては、塩素ガスが発生する以前に、スイッチング回路２０によって電流の方向を反転させる。すなわち、第２工程において、直流電源１８から供給された電流は、リード線２４、定電流回路２５およびスイッチング回路２０を介して第２電極１６へと通電され、さらに、第１電極１４に指向して流れた後、リード線２２、定電流回路２５およびスイッチング回路２０を介して直流電源１８に戻る。勿論、この際にも超音波振動子２６を所定の周波数で振動させる。
【００３２】
そして、第２電極１６から塩素ガスが発生する以前に、スイッチング回路２０によって電流の方向が反転される。すなわち、第１工程が再度遂行され、さらにその後、第１電極１４から塩素ガスが発生する以前にスイッチング回路２０によって電流の方向が反転されて第２工程が再度営まれる。
【００３３】
このようにして、塩素ガスが発生することを回避しながら、所定時間が経過するまで通電が実施される。
【００３４】
この場合における第１工程、第２工程での各通電時間と、最初の第１工程を開始して２０秒が経過した際の塩素ガスの発生量との関係を図２に示す。この図２から、第１工程および第２工程での各通電時間を０．０１秒（１０ミリ秒）とすれば、塩素ガスが発生することを回避することができることが諒解される。ここで、塩素ガスの発生量は、水道水Ｗ中の溶存量として求められた値である。
【００３５】
電流の方向が１０ミリ秒ごとに反転されることにより、水道水Ｗには、図３に示すように、波形が矩形波となる電流が流れることになる。このような矩形波の電流が通電された場合、波形が図４に示すように正弦波となる一般的な交流電流が通電された場合に比して、水中に存在する菌類の数が激減する。すなわち、水の滅菌が進行する。
【００３６】
具体的には、通電が所定時間行われた水道水Ｗにつきサンプルを採取し、該サンプルから培養土にて培養を行って４８時間後に菌類数（単位はＣＦＵ）を計測すると、図５に示すように、０．００３秒（３ミリ秒）以降のサンプルでは、菌類数が増加しない。このことは、通電が開始されて３ミリ秒以降のサンプルには増殖し得る菌類が存在しないこと、すなわち、３ミリ秒という極めて短時間の間に菌類が死滅していることを表す。
【００３７】
このように滅菌処理が施された水道水Ｗは、食材や食材加工機器を洗浄する際に使用することができる。この場合、次亜塩素酸ナトリウム水溶液やアルコールを使用する必要がないため、食材に塩素臭等が残留したり、食材が変色したりすることがないという利点がある。
【００３８】
さらに、水に対して振動を与えているので、滅菌処理が効率よく進行する。
【００３９】
勿論、同様にして、河川、港湾、湖沼、池等の水に対して滅菌処理を施すこともできる。
【００４０】
また、この滅菌方法では、水中に存在する皮膚常在菌やレジオネラ菌等を死滅させることもできる。したがって、該滅菌方法により、湯水を循環させる循環風呂やプール、またはクアハウス等に使用する湯水を滅菌処理することもできる。勿論、この場合も、塩素や紫外線、オゾン等で滅菌する必要がなくなるので、刺激臭のない湯水を使用することができる。
【００４１】
さらに、この滅菌方法は、火傷や外傷等の患部に繁殖した雑菌を消毒して滅菌処理する際にも採用することができる。この場合、濃度０．９％程度の生理食塩水に満たされた水槽などに患部を浸し、上記の第１工程および第２工程を交互に繰り返して行うようにすればよい。同様にして、黴菌の繁殖による皮膚病、例えば、水虫等の治療を行うこともできる。
【００４２】
図５には、ＮａＣｌを濃度０．９％で溶解した水道水、果汁１００％のオレンジジュース、および牛乳をサンプルとして上記と同様にして計測した菌類数も併せて示す。この図５から、後述するミネラル水を除いて、全液体で０．１秒（１００ミリ秒）以内に菌類が死滅していることが判る。
【００４３】
このように、本実施の形態に係る滅菌方法によれば、水道水Ｗ以外の液体であっても滅菌処理を施すことができる。勿論、ビールや醤油、ソース等に対しても滅菌処理を施すことが可能である。
【００４４】
特に、酒造工程や醤油製造工程では、雑菌が混入すると酵母菌や麹菌の発育が低下し、製造効率が低下する。この場合、雑菌を選択的に滅菌処理することにより、製造効率を向上させることができる。
【００４５】
なお、雑菌を選択的に滅菌処理するには、電流値と通電時間とを適宜設定すればよい。例えば、細胞膜を有する細菌類を死滅させるのに要する電流および通電時間は、細胞壁を有する黴菌類を死滅させるのに要する電流および通電時間に比して小さい。したがって、設定電流値および通電時間を、細胞膜を有する細菌類を死滅させるのに充分であり、かつ細胞壁を有する黴菌類を死滅しない条件に設定することにより、選択的な滅菌処理を行うことができる。
【００４６】
食肉、魚貝類、野菜、果物等の食材に対する滅菌処理を行う場合、食材を水中に浸漬した後、該水に対して上記の第１工程および第２工程を繰り返し遂行するようにしてもよい。この際、超音波振動子２６が振動しているので、水も振動する。この振動によって、菌類を食材から離脱させることが容易となる。
【００４７】
すなわち、振動を与えることによって、食材に対する滅菌処理を一層確実に遂行することができる。
【００４８】
このように、本実施の形態に係る滅菌方法によれば、１００ミリ秒以内という極めて短時間で滅菌処理を終了することができる。この理由は、電流の流れる方向が頻繁に反転することに伴ってイオン等の電荷が液体中を激しく移動するようになり、最終的に、激しく移動する電荷が菌類に対して大きな運動量で衝突するためであると推察される。
【００４９】
なお、純水や超純水と称されている水や、飲料水として市販されているミネラル水等の不純物量が著しく少ない水は、電気抵抗が１×１０^６Ω・ｃｍ以上である絶縁体である。このように電気抵抗が高い液体に対して滅菌処理を施すには、図６に示す滅菌装置３０を使用すればよい。
【００５０】
この滅菌装置３０は、第１電極１４と第２電極１６との間に介装された陽イオン交換膜３２と、第１電極１４、第２電極１６のそれぞれに電気的に接続された第１給電体３４、第２給電体３６とを有し、このうち、第２給電体３６には通路３８が設けられている。
【００５１】
なお、第１電極１４および第２電極１６がリード線２２、２４を介して直流電源１８に電気的に接続されていることや、リード線２２、２４に定電流回路２５およびスイッチング回路２０が介装されていること、該スイッチング回路２０にオシレータが内蔵されていることについては、上記した滅菌装置１０と同様である。
【００５２】
陽イオン交換膜３２としては、プロトン（Ｈ^＋）を移動させることが可能なプロトン伝導体が選定される。そのような膜の好適な例としては、ナフィオン（商品名、デュポン社製）を挙げることができる。
【００５３】
この滅菌装置３０にてミネラル水の滅菌処理を行う際には、通路３８にミネラル水を流通させる。この状態で、上記に準拠して第１工程および第２工程を繰り返し遂行する。なお、第１電極１４および第２電極１６への通電は、第１給電体３４、第２給電体３６の各端面に設置された電極板を介して行われる。
【００５４】
この場合、第１工程では、図６に矢印Ａとして示すように、第１電極１４から第２電極１６へ指向して陽イオン交換膜３２内をプロトンが移動する。そして、移動してきたプロトンが第２電極１６で電子と結合して水素ガスが発生する以前に第２工程が開始される。その結果、矢印Ｂとして示すように、第２電極１６から第１電極１４へ指向して陽イオン交換膜３２内をプロトンが移動する。勿論、第１電極１４でプロトンと電子とが結合して水素ガスが発生する以前に第１工程が再開される。
【００５５】
このようにして滅菌処理を施す間、通電が所定時間行われたミネラル水につきサンプルを採取し、該サンプルから培養を行って４８時間後の菌類数の計測結果を図５に併せて示す。この図５から、絶縁体であるミネラル水であっても、０．５秒（５００ミリ秒）という短時間で菌類の大多数を死滅させることが可能であることが明らかである。
【００５６】
ミネラル水が通路３８に進入してから導出されるまでの時間、換言すれば、ミネラル水の進路での滞在時間は、０．５秒よりも長時間、例えば、１秒に設定すればよい。
【００５７】
このように、本実施の形態によれば、電気抵抗が高い液体に対しても滅菌処理を施すことができる。この場合においても電流の方向を頻繁に反転させるようにしているので、ミネラル水が電気分解を起こす以前に滅菌処理を終了させることができる。
【００５８】
しかも、この場合においても、１秒以内という短時間の間に滅菌処理を終了することができる。このため、滅菌処理に要する時間を短縮することができ、食材が流通されるに至るまでの時間を著しく短縮することができる。
【００５９】
なお、上記した実施の形態においては、超音波振動子２６を振動させるようにしているが、これに代替して、気体によるバブリングを行うようにしてもよい。
【００６０】
また、上記から諒解されるように、容器１２等の貯留部に貯留された液体に対して通電を行うようにしてもよいし、通路３８等の管中を流通される液体に対して通電を行うようにしてもよい。
【００６１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、電流の流れる方向を頻繁に反転させるようにしている。このため、イオン等の電荷が激しく移動するようになり、大きな運動量で菌類に衝突するようになる。これにより菌類を迅速に死滅させることができるので、滅菌処理に要する時間を著しく短縮することができる。この効果は、液体を振動させることによってさらに顕著となる。
【００６２】
しかも、この場合、塩素ガス等が発生することを回避することもできるので、滅菌処理された液体や食材に刺激臭が残留することや、食材に変色が生じることを回避することもできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施の形態に係る滅菌装置の概略構成図である。
【図２】第１工程および第２工程での各通電時間と、塩素ガスの発生量（溶存量）との関係を示す図表である。
【図３】第１工程および第２工程で通電される電流の波形を示すグラフである。
【図４】一般的な交流電流の波形を示すグラフである。
【図５】本実施の形態に係る滅菌処理が施された様々な液体を採取して培養した４８時間後の菌類数の計測結果を示す図表である。
【図６】電気抵抗が高い液体に対して滅菌処理を施すための滅菌装置の概略縦断面図である。
【符号の説明】
１０、３０…滅菌装置１２…容器
１４、１６…電極１８…直流電源
２０…スイッチング回路２５…定電流回路
２６…超音波振動子３２…陽イオン交換膜
３４、３６…給電体３８…通路

Claims

液体中に存在する菌類を滅菌する滅菌方法であって、
前記液体に接触する第１電極および第２電極の間に、前記第１電極から前記第２電極に指向して流れる電流を供給する第１工程と、
前記電流の方向を前記第２電極から前記第１電極に反転させて通電する第２工程と、
を有し、
前記第１工程および前記第２工程における通電時間をともに１秒以下とすることを特徴とする滅菌方法。
請求項１記載の滅菌方法において、前記液体は塩素イオンを含有する水であり、かつ前記第１工程および前記第２工程における通電時間がともに０．０１秒以下であることを特徴とする滅菌方法。
請求項１記載の滅菌方法において、前記液体が絶縁体であり、イオン交換膜を介装する前記第１電極と前記第２電極に電気的に接続された導電体に前記液体を流通または貯留して、前記第１工程および前記第２工程を遂行することを特徴とする滅菌方法。
請求項１〜３のいずれか１項に記載の滅菌方法において、前記電流は、矩形波として通電されることを特徴とする滅菌方法。
請求項１〜４のいずれか１項に記載の滅菌方法において、前記通電の際に前記液体を振動させることを特徴とする滅菌方法。
液体中に存在する菌類を滅菌するための滅菌装置であって、
前記液体に接触する第１電極および第２電極と、
前記第１電極と前記第２電極との間に流れる電流の方向を反転させる電流反転機構を具備する電流供給機構と、
を有することを特徴とする滅菌装置。
請求項６記載の滅菌装置において、前記第１電極と前記第２電極に介装されたイオン交換膜と、前記第１電極と前記第２電極に電気的に接続された導電体とをさらに有し、かつ前記導電体に前記液体を流通させる通路が設けられていることを特徴とする滅菌装置。
請求項６または７記載の滅菌装置において、前記電流供給機構は、直流電流を供給する直流電源と、前記電流反転機構としてのスイッチング回路とを有することを特徴とする滅菌装置。
請求項６〜８のいずれか１項に記載の滅菌装置において、前記液体を振動させる振動部材を有することを特徴とする滅菌装置。