JP2014000070A

JP2014000070A - 常温殺菌装置

Info

Publication number: JP2014000070A
Application number: JP2012154048A
Authority: JP
Inventors: Hirohisa Nakada; 裕久中田
Original assignee: BLUE OCEANS KK
Current assignee: BLUE OCEANS KK
Priority date: 2012-06-20
Filing date: 2012-06-20
Publication date: 2014-01-09

Abstract

【課題】飲料中で腐敗や変敗などの問題となる微生物を効果的に殺菌でき、飲料を容器に充填する充填機等に容易に組み込むことが出来る高電界殺菌装置がない。本発明は、効率良くマイクロ波高電界を飲料に照射でき充填機に容易に組み込むことが出来る高電界殺菌装置を提供する事を目的としたものである。
【解決手段】導電性を有する材質のシールド内にスリットを形成したアンテナ管を配置することで、コンパクトなマイクロ波高電界殺菌装置を実現する。
【選択図】図１

Description

本発明は、飲料水や果汁飲料等の飲料を殺菌するための殺菌装置に関し、特に、中でも飲料を連続的に供給しながら熱による品質を損なうことなく殺菌処理することが可能な常温殺菌装置に関する。

従来、果汁等の飲料における微生物の殺菌は、被処理物を加熱し殺菌を行うのが一般的である。しかし、香り成分の減少、色合いの劣化、ビタミンの減少等、食品成分の熱による劣化が発生し、また加熱装置や保温タンク等が必要であり、設備が大掛かりであり、加熱や保温のために、エネルギー消費が大きいなどの理由により、物理的ないし電気的殺菌方法への関心も高まり、高電圧パルスを用いる方法（特許文献１）が提案されている。

図５に、特許文献１のマイクロ波高電界パルス殺菌装置の概略を示す。この装置は、絶縁体製管１１の中間部を取り囲む大径の導体製共振空洞１２と、管１１の両端部をそれぞれ取り囲む小径の導体製導波管１３とをそれぞれ同軸心上に配して一体的に連結し、上記共振空洞１２と管１１の中間部との間に形成される空間部を、高電界印加領域１４とし、共振空洞１２の外周部所要個所に、マイクロ波発生装置１５からマイクロ波１６を導くためのマイクロ波入力部１７を設けた構成とし、マイクロ波１６により、管１１内を通して上記高電界印加領域１４に導かれた殺菌対象液体１０に対して、高電界パルスを印加し殺菌させるようにしたものである。

特開２０００−２６２２６１号公報

この装置により、飲料の高電界パルス殺菌は可能であるが、導体製共振空洞１２が大きく、ペットボトルやビン等に飲料を入れる充填装置に取付けが困難であり、また導体製共振空洞１２は、殺菌対象液体１０を輸送させる絶縁体製管１１と一対になるため、絶縁体製管１１を複数本有する量産対応の飲料充填装置には対応できず実用化できない。また、殺菌対象液体１０の種類により誘電率が異なるとマイクロ波の共振点がずれるので、殺菌対象液体１０の種類が異なれば、固定されている管１１が、高電界印加領域１４から外れることが予想され、管１１に対して均一に殺菌が行われない等、実用化に耐えられるものではない。

本発明は、飲料中で腐敗や変敗などの問題となる微生物を効果的に殺菌して、飲料の保存性を向上させ、微生物制御のために使用する添加物量の削減や加熱殺菌に伴う加熱劣化の防止や抑制、例えば有効成分（ビタミンやカテキン等）の分解などの防止や抑制ができ、飲料を容器に充填する充填機等に容易に組み込むことが出来るコンパクトな装置で、効率良くマイクロ波高電界を殺菌対象液体に照射できるように簡単に調整可能な機構を有するマイクロ波高電界殺菌装置を提供することである。

請求項１に係る発明は、導電性を有する材質のシールド内に１つ以上のスリットを形成したアンテナ管を配置し、該アンテナ管に殺菌対象液体を収容及び輸送させる絶縁体容器を挿入したことを特徴とする。

請求項２に係る発明は、請求項１記載のマイクロ波高電界殺菌装置において、シールド内にマイクロ波照射側と反対位置にプランジャーを配置することを特徴とする。

請求項３に係る発明は、請求項１乃至２記載のマイクロ波高電界殺菌装置において、該シールド内に該絶縁体容器を挿入した該アンテナ管を２本以上配置することを特徴とする。

請求項４に係る発明は、導電性を有する材質のシールド内にスロットアンテナを配置し、該スロット部に殺菌対象液体を収容及び輸送させる絶縁体容器を配置したことを特徴とする。

請求項５に係る発明は、請求項４記載のマイクロ波高電界殺菌装置において、シールド内にマイクロ波照射側と反対位置にプランジャーを配置することを特徴とするマイクロ波高電界殺菌装置。

本発明は、シールド内にスリットを有するアンテナ管を配置し、該アンテナ管に殺菌対象液体を収容及び輸送させる絶縁体容器を挿入することで、該殺菌対象液体を効率的に殺菌できるコンパクトなマイクロ波高電界殺菌装置を実現することができる。

本発明のマイクロ波高電界殺菌装置の概略図本発明のマイクロ波高電界殺菌装置におけるアンテナ部の概略図（ａ）アンテナ部の外観図、（ｂ）（ａ）のＸ−Ｘ断面図、（ｃ）スリットを２つ形成した時の断面図、（ｄ）スリットを３つ形成した時の断面図本発明のマイクロ波高電界殺菌装置における、複数のアンテナ部を設けた時の概略図スロットアンテナを用いた本発明の他の実施形態図（ａ）スロットアンテナを用いた本発明の概略図、（ｂ）（ａ）のＹ−Ｙ断面図従来の高電界パルス殺菌装置の概略図

図１に本発明のマイクロ波高電界殺菌装置の構造を示す。マイクロ波高電界殺菌装置は、プラスチック管や石英管などの非導電性のパイプ１、アルミ製パイプなどの導電性のアンテナ管２、導電性アンテナ管２に形成したスリット３、マイクロ波を閉じ込めるシールド手段としてステンレスやアルミなどの導電性を有するシールド６、同じ材質などの導電性を有するプランジャー７などで構成されている。

パイプ１には、充填タンク（不図示）などより所定流量の殺菌対象液体４が供給される。パイプ１を取り囲むアンテナ管２は、シールド６の中に収容されており、アンテナ管２はシールド６と電気的に接続されている。

シールド６内には、マイクロ波発生器（不図示）よりマイクロ波５が導入され、アンテナ管２にマイクロ波５が照射される。アンテナ管２のスリット３で、マイクロ波は定在波を形成し励起電界を生成する。該励起電界により、パイプ１内の殺菌対象液体４に高電界がかかり、その高電界により液体内に浮遊する大腸菌等の細菌細胞に修復不可能な細孔をあけ不可逆破壊を引き起こし菌を壊死させることができる。

シールド６は、マイクロ波５を閉じ込めることが可能なものであれば、特に、材質や形状が限定されるものではないが、マイクロ波５を効率的に反射するものとしてステンレス製の直方体や円柱のものを使用することが好ましいが、特に限定するものでは無い。また、シールド６に効率的にマイクロ波５を閉じ込めるためには、マイクロ波５が共振し易い形状とすることが好ましく、シールド６の一部の壁面を移動可能とするプランジャー７を設け、シールド６の容積や形状を可変調整可能としている。

このように、シールド６を利用し、アンテナ管２がシールド６を貫通するよう構成し、アンテナ管２のスリット３をシールド６内に配置している。これにより、シールド６を伝播するマイクロ波５のエネルギーを効率良くアンテナ管２に供給することが可能となる。なお、シールド６がアンテナ管２を収容する構造になるため、本発明の殺菌装置をコンパクト化すると共に、製造コストを抑制することも可能となる。

本発明の特徴は、アンテナ管２にスリット３を形成することである。図２に示すように、スリット３の長さＬは、照射するマイクロ波の波長λに対し、半波長の整数倍（ｎλ／２；ｎは１以上の整数）となるように設定されている。また、スリット３の幅Ｄは、特に限定されるものではないが、幅Ｄが狭くなるに従い、スリット３に発生する励起電界の強度が増加するが、高電界の領域が狭くなるので、アンテナ管２に挿入するパイプ１の太さ全域をカバーできる高電界域を発生できるようにスリット３の幅Ｄを決定すれば良い。

また、アンテナ管２に設けられるスリット３の数は、図２（ａ）に示すように、一つに限られるものではない。図２（ｂ）は、図２（ａ）の矢印Ｘ−Ｘにおける断面図を示しており、パイプ１に対しアンテナ管２は同心状に配置されており、アンテナ管２の断面形状は、スリット３の関係でＣ字形状となる。

図２（ｃ）及び（ｄ）は、アンテナ管２の応用例を示すための図２（ｂ）と同様の断面図であり、図２（ｃ）のようにスリット３，３’を２箇所に配置したり、図２（ｄ）のようにスリット３，３’，３”を３箇所に配置するように、複数のスリットをパイプ１の周囲に沿って配置することが可能である。
このように複数のスリットを形成することで、各スリットにおいて励起電界が形成でき、パイプ１を通過する飲料にスリットの数だけ高電界を重ね合わすことができることになる。

図２（ｃ）及び（ｄ）に示すように、スリット部分の幅Ｄとスリット間のアンテナ管壁の長さＲとの関係は、極めて重要であり、比Ｒ／Ｄは１以上、好ましくは２以上であることが励起電界を安定的に集中させる上では好ましい。これは、スリット間のアンテナ管壁は、接地電極として十分に機能する必要があるためである。また、マイクロ波の周波数に対し十分に接地電極として機能するためには、スリット間の長さＲ、スリット部分の長さＬ、アンテナ管の管壁の厚みｄ（不図示）、及びアンテナ管を形成する材料の電気抵抗率ρなども考慮する必要がある。また、これらの条件は、アンテナ管に照射されるマイクロ波の周波数νにも依存する。

また、スリット３の形状としては、スリット内に形成される励起電界の定在波において、電界が集中する箇所の電界強度を高めるような形状を採用することも可能である。具体的には、スリットの長さ方向の形状については、図２（ａ）に示す長方形のものに限らず、電界が集中する部分を形成するためスリット幅Ｄを局所的に狭く構成したり、スリットを形成する管壁の断面形状については、図２（ｂ）乃至（ｄ）のように略コ字状とするものに限らず、テーパー状のように、よりテーパー状の先端部分に電界が集中する形状が好ましい。

また、スリット３は、アンテナ管２の中央部に位置せず、アンテナ管２の端部に開口端を有するスリットとしても良い。また、パイプ１に向かって開口端を有するスリットを折れ曲げても良い。

図３は、シールド６内に複数のパイプ１を挿入したスリット３を有するアンテナ管２を配置したものである。本発明の特徴として、アンテナ管２に形成されたスリット３に生じる励起電界により発生する高電界は、シールド６内にスリット３を形成した複数のアンテナ管２を配置した場合でも、良好に高電界を生成・維持することが可能である。なお、パイプ１には、飲料タンク（不図示）より供給される殺菌対象液を分岐して供給する方法や、各パイプに対応して飲料タンクを配置することも可能である。

また、図３では、複数のアンテナ管を並列に配置しているが、シールド６内に収まる範囲内で殺菌対象液体を直列で流すようにパイプとアンテナ管を配置しても良い。

本発明の高電界殺菌発生装置では、アンテナ管２に供給するマイクロ波５の出力を調整することにより、発生する高電界の強度を調整することが可能であるが、連続的にマイクロ波高電界を照射すると、殺菌対象液体４をマイクロ波加熱してしまい、常温を維持できなくなる。このため、照射するマイクロ波を連続的に調整するために、パルス駆動を行うことも可能である。パルス駆動の周期Ｔは、ＯＮ期間ｔ１とＯＦＦ期間（休止期間）ｔ２からなり、パルスのデューティー比ｔ１／Ｔを調整することにより、プラズマの発生量を連続的に変化させることが可能となる。

ただし、高電界の消灯期間となる休止期間ｔ２は、長くなり過ぎると飲料の殺菌効果を無くす可能性があるため、安定的に殺菌するパルス駆動を実現するには、飲料が輸送する時間に、完全に殺菌できる高電界を照射時間とする事が望ましい。

次に、図４はスロットアンテナ２’を用いた本発明の実施の他の形態を示すものである。スロットアンテナ２’に密着させるように、平面に流下させる薄い長方形状漏斗ノズル９を配置し、スロット３’に生育された励起電界を、長方形状漏斗ノズル９の長方形状の部分に印加し殺菌するものである。

この時、長方形状漏斗ノズル９の長方形状の部分の厚み全域をカバーできる高電界域を発生できるようにスロット３’の幅を決定すれば良い。スロット３’の幅は、１ｍｍ〜１００ｍｍ程度であり、最適には、５ｍｍ〜３０ｍｍ程度である。また、長方形状漏斗ノズル９の長方形状の部分の厚みは、０．５ｍｍ〜５０ｍｍ程度であり、最適には１ｍｍ〜１５ｍｍ程度である。

図１で示す通り、本発明の以下のマイクロ波高電界殺菌装置を用いて高電界殺菌効果を確認した。内面が高さ５４ｍｍ、幅１０９ｍｍのアルミ製のシールドとして導波管６と、導波管６を貫通する内径６ｍｍ（外径８ｍｍ）のパイプ１、スリット幅５ｍｍ、スリット長５３ｍｍのスリット３を形成した外径１２ｍｍ、内径１０ｍｍのアンテナ管２で構成した。尚、パイプ１は外径５ｍｍ〜３０ｍｍ、アンテナ管２はパイプ１を挿入できる大きさの径であれば良い。また、スリット長さは導波管６の長辺より小さければ良く、スリット幅は１ｍｍ〜５０ｍｍ以内であれば良い。尚、導波管の大きさや形状もこれらに限定するものではない。

導波管６内には、マイクロ波の電界分布を調節するためのプランジャー７（アルミ板）が設置されており、プランジャーの位置調節機構（不図示）でプランジャー７の位置を調節できるようになっている。

本発明者等の行った実験の結果、２．４５ＧＨｚのマイクロ波電源の出力を１５００Ｗとし、印加時間を１０秒として、アンテナ管２内のパイプ１を輸送する殺菌対象液体にマイクロ波高電界を印加した。その結果、殺菌対象液の水温が４０℃以内で、大腸菌や一般細菌が死滅したことが確認された。尚、マイクロ波の波長やマイクロ波電源の出力やマイクロ波の印加時間はこれらに限定するものではない。

以上説明したように、本発明は、飲料の充填時に殺菌できることを示したので、飲料以外にも流動性食品や粉末食品をはじめとする加工食品や液体や粉末の医薬品等の殺菌にも適応できる。

１パイプ
２アンテナ管
３スリット
３’ スロット
４殺菌対象液体
５マイクロ波
６シールド
７プランジャー
８容器
９長方形状漏斗ノズル

Claims

導電性を有する材質のシールド内に１つ以上のスリットを形成したアンテナ管を配置し、該アンテナ管に殺菌対象液体を収容及び輸送させる絶縁体容器を挿入したことを特徴とするマイクロ波高電界殺菌装置。
請求項１記載のマイクロ波高電界殺菌装置において、シールド内にマイクロ波照射側と反対位置にプランジャーを配置することを特徴とするマイクロ波高電界殺菌装置。
請求項１乃至２記載のマイクロ波高電界殺菌装置において、該シールド内に該絶縁体容器を挿入した該アンテナ管を２本以上配置することを特徴とするマイクロ波高電界殺菌装置。
導電性を有する材質のシールド内にスロットアンテナを配置し、該スロット部に殺菌対象液体を収容及び輸送させる絶縁体容器を配置したことを特徴とするマイクロ波高電界殺菌装置。
請求項４記載のマイクロ波高電界殺菌装置において、シールド内にマイクロ波照射側と反対位置にプランジャーを配置することを特徴とするマイクロ波高電界殺菌装置。