JP2010195645A - オゾンハイドレートカプセル及びその利用方法 - Google Patents

Abstract

【課題】高いオゾン濃度を長期にわたって維持することができ、かつ、水気を嫌う製品にも適用可能なオゾンハイドレートカプセルを提供する。
【解決手段】オゾンを含むガスをゲストとし、水をホストとしてオゾンハイドレートを形成し、そのオゾンハイドレートを、液体を透過せずオゾンガスを透過するオゾン透過膜からなるカプセルに充填したものである。
【選択図】図１

Description

本発明は、食品、製薬、冷・温水系行楽施設、病院（医療機器など）、水処理系などの殺菌、滅菌などに用いるオゾンハイドレートカプセル及びその利用方法に関するものである。

従来、食品、製薬、冷・温水系行楽施設、病院（医療機器など）、水処理系などの殺菌、滅菌、消毒、消臭には、塩素殺菌剤（次亜塩素水）やエチレンオキシドなどの殺菌剤が一般的に用いられている。しかし、これら塩素殺菌剤やエチレンオキシドなどを用いた場合、殺菌後にこれら殺菌剤の成分が残留してしまうため、再度洗浄が必要であったり、殺菌対象物が変質する場合があるという問題があった。

そこで、近年、塩素殺菌剤など他の殺菌剤の代替としてオゾンが広く使用されるようになっている。オゾンは、自己分解して酸素となり無害化するため、殺菌後に残留することがなく、殺菌対象物が変質してしまうことも抑制できる。

オゾンの酸化力を利用した殺菌方法として、例えば、オゾンガスやオゾン水を用いた方法がある。

オゾンガスを用いる場合、オゾンガス発生器（オゾナイザ）を用いてオゾンガスを発生させ、発生させたオゾンガスにより殺菌・滅菌を行うのが一般的である。

オゾン水を用いる場合、オゾンガスを水に吹き込んで溶解させてオゾン水を製造し、そのオゾン水をそのまま洗浄液あるいは殺菌液として用いる方法が一般的である。近年では、膜を利用した高濃度オゾン水製造方法も提案されている。

しかし、オゾンガスやオゾン水を用いた方法では、オゾンがすぐに酸素に分解（２Ｏ₃→３Ｏ₂）してしまうため、製造したオゾンガスやオゾン水を搬送することができないという問題がある。そこで、近年、オゾン氷を用いる方法が提案されている。

オゾン氷は、オゾン水を冷却・凍結してシャーベット状にしたものであり、氷中に微細なオゾンガスの気泡を含むものである。オゾン氷を用いる場合、オゾン氷が融けることにより発生するオゾンガスにより殺菌・滅菌を行う。

なお、この出願の発明に関連する先行技術文献情報としては、次のものがある。

英国特許第９６１，１１５号明細書 特開２００６−１７６７０９号公報 特開２００６−２９０９９０号公報

しかしながら、オゾン氷を用いる場合、オゾン濃度が一般的に１〜５ｐｐｍ程度と低いという問題がある。

また、オゾン氷を用いる場合であっても、気泡中のオゾンが酸素に分解してしまうことは避けられず、オゾン濃度を長期にわたって維持できないという問題がある。

そこで、高いオゾン濃度を実現し、かつ、オゾン濃度を長期にわたって維持可能とするために、オゾン分子を水分子のかご状構造（ケージ）に閉じ込めたオゾンハイドレートの研究が行われている。

オゾンハイドレートでは、水分子のかご状構造毎に１つのオゾン分子を閉じ込めるため、全体として高いオゾン濃度を実現できる。また、ハイドレートのかご状構造（ケージ）の中では分子の移動が困難であるので、オゾンが酸素に分解してしまうことも抑制でき、オゾン濃度を長期にわたって維持できる。

しかしながら、オゾンハイドレートはオゾンガスと水とに分解するため、使用後に大量の水が残る。このため、水気を嫌う製品（例えば、ケーキ、刺身、フルーツなど）に対しては使用することができず、使用範囲が限定されるという問題がある。

そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、高いオゾン濃度を長期にわたって維持することができ、かつ、水気を嫌う製品にも適用可能なオゾンハイドレートカプセル及びその利用方法を提供することにある。

本発明は上記目的を達成するために創案されたものであり、請求項１の発明は、オゾンを含むガスをゲストとし、水をホストとしてオゾンハイドレートを形成し、そのオゾンハイドレートを、液体を透過せずオゾンガスを透過するオゾン透過膜からなるカプセルに充填したオゾンハイドレートカプセルである。

請求項２の発明は、オゾンガスを含む酸素ガスと水とを混合し、これを低温・高圧に保ってオゾン分子を水分子のかご状構造に閉じ込めて、前記オゾンハイドレートを形成する請求項１記載のオゾンハイドレートカプセルである。

請求項３の発明は、前記オゾン透過膜が、セラミックス脱水膜、あるいは中空糸脱水膜からなる請求項１または２記載のオゾンハイドレートカプセルである。

請求項４の発明は、請求項１または２記載のオゾンハイドレートカプセルを低温・高圧で貯蔵し、使用時に、前記オゾンハイドレートカプセルを殺菌対象物と共に常圧で容器に収容して、オゾンハイドレートを分解させ、発生したオゾンを前記カプセルを通して容器内に拡散させることで、前記殺菌対象物を殺菌するオゾンハイドレートカプセルの利用方法である。

請求項５の発明は、前記オゾンハイドレートカプセルを気密容器に収容し、高圧かつ−３０〜０℃の温度で貯蔵する請求項４記載のオゾンハイドレートカプセルの利用方法である。

本発明によれば、高いオゾン濃度を長期にわたって維持することができ、水気を嫌う製品にも適用可能となる。

本発明のオゾンハイドレートカプセルを製造する際のフロー図である。 本発明のオゾンハイドレートカプセルに用いるオゾンハイドレートを示す構造図である。

以下、本発明の好適な実施の形態を添付図面にしたがって説明する。

本実施形態に係るオゾンハイドレートカプセルは、オゾンを含むガスをゲストとし、水をホストとしてオゾンハイドレートを形成し、そのオゾンハイドレートを、液体を透過せずオゾンガスを透過するオゾン透過膜からなるカプセルに充填したものである。

図２に示すように、オゾンハイドレートｏｈは、水素結合によって形成される水分子２２（図２中の●、反対面は○）のかご状構造（ケージ）ｃの中に、１つのオゾン分子２３が包接された水和化合物の集合体である。図２では、一例として、構造Ｉ型（ｓＩ；ｃｕｂｉｃ）のオゾンハイドレートｏｈを示す。

カプセルに用いるオゾン透過膜としては、液体を透過せず気体（オゾンガス）のみを透過し、かつ、オゾンに耐性のあるものを用いるとよく、例えば、セラミックス脱水膜や中空糸脱水膜などを用いるとよい。

オゾン透過膜を透過するオゾンガスの流量は、オゾン透過膜の膜厚によって決まるため、オゾン透過膜の膜厚は、所望する殺菌期間に応じたオゾンガスの流量となるように調整するとよい。

本実施形態に係るオゾンハイドレートカプセルを製造する際のフロー図を図１に示す。

図１に示すように、まず、酸素ガスｏｘを原料として、オゾン発生器（オゾナイザ）によりオゾンガスｏｚを発生させ（ステップＳ１）、発生させたオゾンガスｏｚと水ｗとを混合する。本実施形態では、オゾンガスｏｚとして、純オゾンガスではなく、取り扱いやすいオゾンガスと酸素ガスの混合ガスを用いる。

オゾンガスｏｚと水ｗとを混合する際は、例えば、オゾンガスｏｚを水ｗ中でバブリングするとよい。これにより、オゾンガスの一部が水中に溶解してオゾン水ｏｗが得られる。

オゾンガスｏｚと水ｗとを混合した後、これらを冷却容器に入れ、低温・高圧に保ってオゾン分子をハイドレートに閉じ込めて、オゾンハイドレートｏｈを形成する（ステップＳ２）。このとき、冷却容器には、オゾンガスｏｚを水中に溶解させたオゾン水ｏｗだけではなく、水中に溶解しなかったオゾンガスｏｚも共に収容する。これにより、冷却容器を低温・高圧としてオゾンハイドレートｏｈを形成する際に、オゾンガスｏｚが順次水中に取り込まれ、濃度の高いオゾンハイドレートｏｈを得ることができる。

オゾンハイドレートｏｈを形成した後、ろ過などにより冷却容器から固体のオゾンハイドレートｏｈのみを取り出す（分離工程；ステップＳ３）。オゾンハイドレートｏｈを取り出した後の残りの気体（オゾンガスｏｚ）、液体（水ｗ、オゾン水ｏｗ）は、未反応物処理系統によりオゾンを分解（ステップＳ４）した後、原料（酸素ガスｏｘ、水ｗ）として再利用される。

オゾンハイドレートｏｈを分離した後、分離したオゾンハイドレートｏｈを、オゾン透過膜で成型したカプセルに充填すると、オゾンハイドレートカプセルｏｃが得られる（ステップＳ５）。このとき、カプセルに充填しやすいように、オゾンハイドレートｏｈを細かく砕き、シャーベット状にして充填するとよい。

分離したオゾンハイドレートｏｈは、オゾンハイドレートカプセルｏｃとして用いる他、通常のオゾンガス殺菌や、オゾン水やオゾン氷を製造する際のオゾンガス発生源として用いることも可能である。

以上により、オゾンハイドレートカプセルが得られる。

次に、オゾンハイドレートカプセルの利用方法について説明する。

オゾンハイドレートは、低温であっても、その温度に対応する平衡圧力よりも周囲のオゾン分圧が低ければ分解するという性質を持っている。従って、周囲にオゾンが存在しない状態で貯蔵するためには、平衡圧力がほぼ０となる極低温（例えば、液体窒素温度；−１９６℃）が必要となる。

本実施形態では、オゾンハイドレートを貯蔵する際は、気密容器にオゾンハイドレートを収容し、低温・高圧で貯蔵する。オゾンハイドレートを貯蔵する際の温度は、例えば、−３０〜０℃である。

周囲のオゾン分圧が小さいと、オゾンハイドレートよりも（オゾン＋水）の状態が安定となり、オゾンハイドレートが分解されてしまうが、上述のように、気密容器にオゾンハイドレートを収容することにより、オゾンハイドレートがある程度分解すると周囲のオゾン分圧が高くなり、オゾンハイドレートの分解を抑制することが可能となる。

気密容器内に拡散したオゾンは時間が経つと酸素に分解するが、平衡オゾン分圧は微々たるものであるため、オゾンが分解してオゾン分圧が下がる速度は非常に遅く、オゾンハイドレートの分解を長期にわたり抑制することができる。

オゾンハイドレートカプセルを使用する際には、オゾンハイドレートカプセルを殺菌対象物と共に常圧で容器に収容する。これにより、オゾンハイドレートが分解してオゾンガスが発生し、発生したオゾンガスがカプセルを通って、容器内に導入される。その結果、容器内にオゾンガスが拡散し、オゾンガスの酸化力により、殺菌対象物の殺菌・滅菌が行われる。また、オゾンハイドレートカプセルが冷熱源となり、容器内を冷却（殺菌対象物を冷蔵）することもできる。

水処理系などの殺菌、滅菌を行う際は、殺菌対象となる水にオゾンハイドレートカプセルを投入し、オゾンハイドレートカプセルから発生するオゾンにより水の殺菌、滅菌を行うとよい。

上述のように、オゾンハイドレートは、０℃以下の低温下でもオゾンガスを発生させることができるため、冷凍状態の殺菌対象物（例えば、食品など）を０℃以下の環境において殺菌、滅菌することも可能となる。

オゾンハイドレートが分解すると、殺菌後に水が残るが、この水はカプセル（オゾン透過膜）を透過しないためカプセル内に保持される。よって、オゾンハイドレートカプセルをドライな環境で用いることができ、水気を嫌う製品（例えば、ケーキ、刺身、フルーツなど）にも適用することが可能となる。

以上説明したように、本実施形態に係るオゾンハイドレートカプセルでは、オゾンをゲストとし、液体（本実施形態では水）をホストとしてオゾンハイドレートを形成し、そのオゾンハイドレートを、液体を透過せずオゾンガスを透過するオゾン透過膜からなるカプセルに充填している。

オゾンハイドレートを用いることにより、オゾン水やオゾン氷と比較して高いオゾン濃度を実現することができ、かつ、オゾンハイドレートをカプセルに充填することにより、使用後に残る水をカプセル内に保持できるため、水気を嫌う製品にも適用可能となる。

また、本実施形態に係るオゾンハイドレートカプセルの利用方法では、オゾンハイドレートカプセルを低温・高圧で貯蔵し、使用時に、オゾンハイドレートカプセルを殺菌対象物と共に常圧で容器に収容して、オゾンハイドレートを分解させ、発生したオゾンをカプセルを通して容器内に拡散させている。

これにより、常温で殺菌対象物を殺菌できるのみならず、低温で冷凍状態の殺菌対象物を殺菌することも可能となる。

さらに、本実施形態では、オゾンハイドレートカプセルを気密容器に収容し、高圧かつ−３０〜０℃の温度で貯蔵している。

これにより、オゾンハイドレートを長期にわたって低コストに貯蔵することが可能となる。よって、オゾン濃度が高い状態を維持しつつ輸送することが可能となる。

ｏｃ オゾンハイドレートカプセル
ｏｈ オゾンハイドレート
ｏｗ オゾン水
ｏｚ オゾンガス
ｏｘ 酸素ガス
ｗ 水

Claims (5)

1. オゾンを含むガスをゲストとし、水をホストとしてオゾンハイドレートを形成し、そのオゾンハイドレートを、液体を透過せずオゾンガスを透過するオゾン透過膜からなるカプセルに充填したことを特徴とするオゾンハイドレートカプセル。
2. オゾンガスを含む酸素ガスと水とを混合し、これを低温・高圧に保ってオゾン分子を水分子のかご状構造に閉じ込めて、前記オゾンハイドレートを形成する請求項１記載のオゾンハイドレートカプセル。
3. 前記オゾン透過膜が、セラミックス脱水膜、あるいは中空糸脱水膜からなる請求項１または２記載のオゾンハイドレートカプセル。
4. 請求項１または２記載のオゾンハイドレートカプセルを低温・高圧で貯蔵し、使用時に、前記オゾンハイドレートカプセルを殺菌対象物と共に常圧で容器に収容して、オゾンハイドレートを分解させ、発生したオゾンを前記カプセルを通して容器内に拡散させることで、前記殺菌対象物を殺菌することを特徴とするオゾンハイドレートカプセルの利用方法。
5. 前記オゾンハイドレートカプセルを気密容器に収容し、高圧かつ−３０〜０℃の温度で貯蔵する請求項４記載のオゾンハイドレートカプセルの利用方法。

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