JP2018029520A - Sterilization method using pulsed plasma and object to be sterilized - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a sterilization method using pulsed plasma capable of effectively sterilizing an object to be sterilized, such as food, packaged with a packaging container or the like in a packaged state, and even in a state where objects to be sterilized overlap with each other inside the packaging container, and to provide an object to be sterilized.SOLUTION: A method for sterilizing an object to be sterilized 3a, 3b in a packaging container 2a, 2b using pulsed plasma includes: a step of arranging the object to be sterilized 1 packaged with the packaging container 2a, 2b between a first electrode 6a and a second electrode 6b of a plasma generator; and a step of applying a pulse voltage between the first electrode 6a and the second electrode 6b of the plasma generator to generate pulsed plasma inside the packaging container 2a, 2b. A dielectric 4 is inserted into the object to be sterilized 3a, 3b, and a space 5 is formed between the object to be sterilized 3a, 3b and the dielectric 4. In the step of generating the pulsed plasma, an electric field having the magnitude capable of obtaining a sterilizing effect is generated in the space 5.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、パルスプラズマを用いた殺菌方法及び被殺菌物(殺菌対象物)に関する。特に、本発明は、包装容器などにより包装された食品等の被殺菌物を、包装されたままの状態で効果的に殺菌することが可能な、パルスプラズマを用いた殺菌方法及び被殺菌物に関する。   The present invention relates to a sterilization method using pulsed plasma and an object to be sterilized (object to be sterilized). In particular, the present invention relates to a sterilization method using pulsed plasma and an object to be sterilized, which can effectively sterilize an object to be sterilized such as food packaged in a packaging container. .

近年、食品の安全性に関して話題とされることが多いが、これは食の安全というものが我々の生活と密接な関係にあるためである。食の安全を確保するためには、食品の殺菌が不可欠であり、食中毒の被害を未然に防ぐことで、我々は安心して日々の生活を送ることができるといえる。食中毒の原因となる要因としては様々なものがあるが、主な原因は、細菌によるものであることが多い。
殺菌方法としては、様々なものが知られている。例えば、加熱殺菌は、食品に使用することができ、最も確実、容易かつ安価に殺菌を行うことが可能な方法である。しかしながら、この方法では、加熱により食品の風味や食感を変化させてしまう恐れがある。また、薬品などによる化学殺菌は、適用できる場面が限られ、薬品による食品の品質の変化が生じたり、殺菌剤の残留の問題が起きたりする恐れがあるばかりでなく、包装した後の食品の殺菌には適さないという問題もある。さらに、紫外線殺菌は、包装した後の食品であっても、包装が紫外線透過性のものであれば殺菌は可能であるものの、紫外線が照射されない部分は殺菌されないなど、効率の点で問題がある。
In recent years, there has been much talk about food safety, because food safety is closely related to our lives. In order to ensure food safety, sterilization of food is indispensable, and it can be said that we can live daily life with peace of mind by preventing damage from food poisoning. There are various factors that cause food poisoning, but the main cause is often caused by bacteria.
Various sterilization methods are known. For example, heat sterilization can be used for foods and is the most reliable, easy and inexpensive method for sterilization. However, in this method, there is a possibility that the flavor and texture of food are changed by heating. In addition, chemical sterilization with chemicals, etc. is limited in the scenes where it can be applied, which may cause changes in the quality of food due to chemicals and the problem of residual fungicides. There is also a problem that it is not suitable for sterilization. Furthermore, UV sterilization can be sterilized even if it is a packaged food if the package is UV transmissive, but there is a problem in terms of efficiency, such as the portion that is not irradiated with UV is not sterilized. .

これら従来の殺菌法の問題点を解決する方法として、パルスプラズマによる殺菌方法が検討されている。パルスプラズマ殺菌方法とは、パルスパワーまたは無声放電によりパルスストリーマ放電を起こすことで、殺菌力のある活性種や紫外線を発生させて、殺菌を行う方法である。発生した活性種が、菌の細胞膜や細胞壁に酸化作用を及ぼし、これらを分解することで、殺菌が行われる。また、発生した紫外線が細胞壁や細胞膜を浸透し、直接DNAに作用して菌の生理機能を破壊することでも、殺菌が行われる。パルスプラズマ殺菌方法では、これらのエネルギー現象が複合的に組み合わさることで、強力な殺菌効果が生み出されることが期待される。また、プラズマ殺菌法は加熱殺菌が効かない耐熱性の菌にも効果を及ぼすため、菌を選ばずに行うことのできる方法であるともいえる。さらに、プラズマ殺菌法において発生する活性種は、一時的に発生するのみであって、反応後は速やかに消滅するものであるため、残留活性種に伴う問題のための対策を講ずる必要もない。このため、パルスプラズマ殺菌方法は、食品の殺菌だけでなく、環境、バイオテクノロジー、リサイクル、材料、医療、ナノテクノロジーなど、様々な技術分野で使用可能な殺菌方法として期待されている。   As a method for solving these problems of conventional sterilization methods, a sterilization method using pulsed plasma has been studied. The pulse plasma sterilization method is a method in which a pulse streamer discharge is caused by pulse power or silent discharge to generate sterilizing active species and ultraviolet rays to perform sterilization. The generated active species oxidizes the cell membrane and cell wall of the fungus and decomposes them to sterilize them. The sterilization is also performed by the generated ultraviolet light penetrating the cell wall and cell membrane and directly acting on DNA to destroy the physiological function of the fungus. In the pulse plasma sterilization method, it is expected that a powerful sterilization effect is produced by combining these energy phenomena in a complex manner. In addition, the plasma sterilization method can be said to be a method that can be carried out without selecting bacteria, because it also has an effect on heat-resistant bacteria that cannot be heat-sterilized. Furthermore, the active species generated in the plasma sterilization method are only generated temporarily and disappear rapidly after the reaction, so that it is not necessary to take measures against problems associated with the residual active species. For this reason, the pulse plasma sterilization method is expected as a sterilization method that can be used not only in food sterilization but also in various technical fields such as environment, biotechnology, recycling, materials, medicine, and nanotechnology.

プラズマによる殺菌方法として、例えば特開2010−187648号公報(特許文献1)は、被殺菌物に対して空気プラズマを照射するプラズマ照射工程を行って、被殺菌物を殺菌する殺菌方法を開示しており、被殺菌物として食品を挙げている。   As a sterilization method using plasma, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2010-187648 (Patent Document 1) discloses a sterilization method for sterilizing an object to be sterilized by performing a plasma irradiation process for irradiating the object to be sterilized with air plasma. Foods are listed as sterilized items.

また、特表2013−510398号公報(特許文献2)は、プラズマ発生装置の使用であって、プラズマ発生装置が、第1の電極と、第1の電極の前に位置付けされた第2の電極構造と、第1の電極と第2の電極構造の間にはさまれた絶縁層とを備え、第2の電極構造が、ギャップ部分をその間に画定する複数の第2の電極部分を有し、ギャップ部分の幅がwであり、第2の電極部分各々が前表面を有し、さらにギャップ部分各々が前表面を有し、第2の電極部分の前表面とギャップ部分の前表面が一緒に包装容器処理表面を形成し、各第2の電極部分の前表面と隣接するギャップ部分の前表面との間の高差がhであり、さらに、hが最大でも1mmで、比w/hが少なくとも1であり、使用が、処理されるべき包装容器を包装容器処理表面に当てるステップと、装置を動作させてプラズマを発生させるステップを含み、発生したプラズマが、実質的に全て、処理される包装容器の中に位置付けされている、プラズマ発生装置の使用を開示している。   JP 2013-510398 A (Patent Document 2) discloses the use of a plasma generator, in which the plasma generator is positioned in front of the first electrode and the first electrode. A structure and an insulating layer sandwiched between the first electrode and the second electrode structure, the second electrode structure having a plurality of second electrode portions defining a gap portion therebetween The width of the gap portion is w, each of the second electrode portions has a front surface, each of the gap portions has a front surface, and the front surface of the second electrode portion and the front surface of the gap portion are The height difference between the front surface of each second electrode portion and the front surface of the adjacent gap portion is h, and h is at most 1 mm, and the ratio w / h Is at least 1, and the packaging container to be processed is the packaging container processing table And using the plasma generating device, wherein the generated plasma is positioned substantially entirely within the packaging container to be processed, comprising the steps of: Yes.

特開2010−187648号公報JP 2010-187648 A 特表2013−510398号公報Special table 2013-510398 gazette

しかしながら、従来のプラズマによる殺菌方法では、例えば包装容器などにより包装された食品等の被殺菌物を包装されたままの状態で殺菌した場合、包装容器の内部で被殺菌物同士が重なり合うような状態であったとしても、重なり合った部分について十分に殺菌することができているかといった点について、検討はなされていなかった。   However, in the conventional plasma sterilization method, for example, when sterilized foods and the like packaged in a packaging container or the like in a packaged state, the articles to be sterilized overlap each other inside the packaging container. However, no examination has been made as to whether or not the overlapping portions can be sufficiently sterilized.

本発明は、包装容器などにより包装された食品等の被殺菌物を、包装されたままの状態で、包装容器の内部で被殺菌物同士が重なり合うような状態であったとしても効果的に殺菌することが可能な、パルスプラズマを用いた殺菌方法及び被殺菌物を提供することを目的とするものである。   The present invention effectively sterilizes food to be sterilized, which is packaged in a packaging container, even if the sterilized material overlaps inside the packaging container in a packaged state. An object of the present invention is to provide a sterilization method using pulsed plasma and an object to be sterilized.

本発明者らは、包装容器内の被殺菌物をパルスプラズマを用いて殺菌する場合において、包装容器の内部で被殺菌物同士が重なり合うような状態である場合には、例えば被殺菌物の重なり部分に誘電体を挿入し、被殺菌物と誘電体との間に空間を形成して、この空間に、殺菌効果が得られる大きさの電界が発生し得るようにすることにより、上記課題を解決することができることを見出した。
いかなる理論にも拘束されるものではないが、食品等の被殺菌物、誘電体、及び空気という、誘電率の異なる3つの物質が交わるような部分を、形状として可能であれば鋭角的に形成することにより、この部分に電界を集中させる現象(トリプルジャンクション)を誘起させることができ、その結果、パルスプラズマが発生可能な大きな電界強度が得られ、殺菌効果を有効に向上させることができるものと考えられる。
In the case of sterilizing the objects to be sterilized in the packaging container using pulse plasma, the present inventors, for example, when the objects to be sterilized overlap each other inside the packaging container, By inserting a dielectric into the part and forming a space between the article to be sterilized and the dielectric, an electric field having a magnitude that can provide a sterilizing effect can be generated in this space. I found out that it can be solved.
Although not bound by any theory, if the shape is possible, a sharp corner is formed where three substances with different dielectric constants such as food to be sterilized, dielectric, and air intersect. This can induce a phenomenon (triple junction) that concentrates the electric field on this part. As a result, a large electric field intensity capable of generating pulsed plasma can be obtained, and the bactericidal effect can be improved effectively. it is conceivable that.

すなわち、本発明は、包装容器内の被殺菌物をパルスプラズマを用いて殺菌する方法であって、包装容器によって包装された被殺菌物を、プラズマ発生装置の第1の電極と第2の電極との間に配置する工程、及び、前記プラズマ発生装置の第1の電極と第2の電極との間にパルス電圧を印加して、前記包装容器の内部にパルスプラズマを発生させる工程、を含み、前記被殺菌物には、誘電体が挿入されており、前記被殺菌物と前記誘電体との間には、空間が形成され、前記パルスプラズマを発生させる工程において、前記空間に、殺菌効果が得られる大きさの電界を発生させることを特徴とする、前記殺菌方法である。
本発明の殺菌方法において、前記電界の大きさが、50kVを超えるのが望ましく、100kV以上であるのがさらに望ましい。
That is, the present invention is a method for sterilizing an object to be sterilized in a packaging container using pulse plasma, and the object to be sterilized packed by the packaging container is converted into the first electrode and the second electrode of the plasma generator. And a step of generating a pulsed plasma inside the packaging container by applying a pulse voltage between the first electrode and the second electrode of the plasma generating device. In addition, a dielectric is inserted in the article to be sterilized, and a space is formed between the article to be sterilized and the dielectric, and in the step of generating the pulse plasma, a sterilizing effect is produced in the space. The above-mentioned sterilization method is characterized by generating an electric field having such a magnitude that can be obtained.
In the sterilization method of the present invention, the electric field preferably has a magnitude exceeding 50 kV, more preferably 100 kV or more.

また、本発明の殺菌方法において、前記被殺菌物と前記誘電体との間に形成される前記空間において、前記被殺菌物に対向する前記誘電体の表面と前記誘電体に対向する前記被殺菌物の表面との間の距離として規定される前記空間の深さが、3mm以下であるのが望ましく、2mm未満であるのがさらに望ましい。
さらに、本発明の殺菌方法において、前記誘電体がポリイミド樹脂であるのが望ましい。
Further, in the sterilization method of the present invention, in the space formed between the article to be sterilized and the dielectric, the surface of the dielectric facing the article to be sterilized and the article to be sterilized facing the dielectric The depth of the space defined as the distance between the surface of the object is preferably 3 mm or less, more preferably less than 2 mm.
Furthermore, in the sterilization method of the present invention, it is desirable that the dielectric is a polyimide resin.

本発明はまた、包装容器によって包装された、パルスプラズマを用いて殺菌するための被殺菌物であって、前記被殺菌物には、誘電体が挿入されており、前記被殺菌物と前記誘電体との間には、空間が形成され、前記空間は、前記包装容器の内部にパルスプラズマを発生させることにより、殺菌効果が得られる大きさの電界を発生させるように構成されていることを特徴とする、前記包装された被殺菌物である。   The present invention also relates to an article to be sterilized, which is packaged by a packaging container and sterilized using pulsed plasma, and a dielectric is inserted into the article to be sterilized, and the article to be sterilized and the dielectric A space is formed between the body, and the space is configured to generate an electric field having a magnitude that can provide a sterilizing effect by generating pulsed plasma inside the packaging container. The packaged article to be sterilized is characterized.

本発明によれば、包装容器などにより包装された食品等の被殺菌物を、包装されたままの状態で、包装容器の内部で被殺菌物同士が重なり合うような状態であったとしても効果的に殺菌することができる。すなわち、本発明は、従来の殺菌方法に比べて、安全性などに関するリスクを伴うことなく、食中毒の防止や菌の繁殖の抑制、食品の長期保存などを可能にするなどの効果が期待されるものである。   According to the present invention, it is effective even if the items to be sterilized such as food packaged in the packaging container remain in the packaged state and the items to be sterilized overlap each other inside the packaging container. Can be sterilized. That is, the present invention is expected to have effects such as prevention of food poisoning, suppression of bacterial growth, and long-term storage of food without risk associated with safety, etc., compared to conventional sterilization methods. Is.

本発明の包装された被殺菌物の一形態の断面模式図である。It is a cross-sectional schematic diagram of one form of the packaged article to be sterilized according to the present invention. 本発明の殺菌方法に使用し得るプラズマ発生装置の一例の回路図である。It is a circuit diagram of an example of the plasma generator which can be used for the sterilization method of the present invention.

以下、本発明を実施するための形態について説明する。
本発明は、包装容器内の被殺菌物をパルスプラズマを用いて殺菌する方法である。
本発明の殺菌方法が対象とする被殺菌物は、典型的には食品、例えば肉、魚、野菜、果物などの生鮮食品や加工食品であるが、これに限られず、動物用飼料や医療用器具など、殺菌が必要とされるものを広く含む。
また、本発明の殺菌方法が対象とする菌としては、典型的なものとして大腸菌が想定されるが、大腸菌に限らず他の食中毒を引き起こす菌なども含まれる。
本発明では、これら被殺菌物は、包装容器内に包装されており、包装されたままの状態で、包装容器内部の被殺菌物を殺菌する。包装容器としては、殺菌対象物である被殺菌物を包装するために通常使用される容器であれば、特に制限はないが、包装容器の外側に配置する電極にパルス電圧を印加することにより、包装容器の内部にパルスプラズマを発生させることが可能であるものである必要がある。
パルスプラズマを発生させる具体的な方法ないし装置については後述するが、一般に使用されるものであれば特に制限はなく、様々な食品や容器の殺菌に使用されているものであれば、好適に使用することができる。
Hereinafter, modes for carrying out the present invention will be described.
The present invention is a method for sterilizing an object to be sterilized in a packaging container using pulsed plasma.
The object to be sterilized by the sterilization method of the present invention is typically food, for example, fresh food or processed food such as meat, fish, vegetables, fruits, etc., but is not limited thereto, animal feed and medical use. Widely includes instruments that need to be sterilized, such as instruments.
In addition, Escherichia coli is typically assumed as a bacterium to be targeted by the sterilization method of the present invention, but is not limited to Escherichia coli and includes other bacteria that cause food poisoning.
In the present invention, these objects to be sterilized are packaged in a packaging container, and the objects to be sterilized inside the packaging container are sterilized while being packaged. The packaging container is not particularly limited as long as it is a container that is normally used for packaging an object to be sterilized, but by applying a pulse voltage to an electrode disposed outside the packaging container, It is necessary to be able to generate pulsed plasma inside the packaging container.
A specific method or apparatus for generating pulsed plasma will be described later, but is not particularly limited as long as it is generally used, and is suitably used if it is used for sterilization of various foods and containers. can do.

本発明の殺菌方法は、包装容器によって包装された被殺菌物を、プラズマ発生装置の第1の電極と第2の電極との間に配置する工程と、プラズマ発生装置の第1の電極と第2の電極との間にパルス電圧を印加して、包装容器の内部にパルスプラズマを発生させる工程とを含む。
そして、本発明の殺菌方法は、被殺菌物に誘電体が挿入されているとともに、被殺菌物と誘電体との間に空間が形成され、パルスプラズマを発生させる工程において、この空間に、殺菌効果が得られる大きさの電界を発生させることを特徴としている。
The sterilization method of the present invention includes a step of disposing an object to be sterilized packaged in a packaging container between a first electrode and a second electrode of a plasma generator, a first electrode of the plasma generator, and a first electrode. And applying a pulse voltage between the two electrodes to generate a pulsed plasma inside the packaging container.
In the sterilization method of the present invention, a dielectric is inserted into the article to be sterilized, and a space is formed between the article to be sterilized and the dielectric, and in the step of generating pulsed plasma, sterilization is performed in this space. It is characterized by generating an electric field having a magnitude that can provide an effect.

図1は、本発明の包装された被殺菌物の一形態の断面模式図である。
包装された被殺菌物1は、包装容器の上部2aと下部2bとの間の容器の内部に、被殺菌物の第1の部分3aと第2の部分3bとが重なり合うように配置されている。そして、被殺菌物の第1の部分3aと第2の部分3bとの間には、誘電体4が挿入されている。さらに、被殺菌物の第2の部分3bには、空間5が形成されている。この空間5は、被殺菌物の第2の部分3bに対向する誘電体4の表面と、誘電体4に対向する被殺菌物の第2の部分3bの表面との間の距離として規定される深さdを有する。本発明では、このような包装された被殺菌物1を、プラズマ発生装置の第1の電極6aと第2の電極6bとの間に配置する。次いで、第1の電極6aと第2の電極6bとの間にパルス電圧を印加して、包装容器の上部2aと下部2bとの間の包装容器の内部に、パルスプラズマを発生させる。その際、本発明では、被殺菌物の第2の部分3bに形成された空間5に、殺菌効果が得られる大きさの電界を発生させる。
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of one embodiment of the packaged article to be sterilized according to the present invention.
The packaged article to be sterilized 1 is disposed inside the container between the upper part 2a and the lower part 2b of the packaging container so that the first part 3a and the second part 3b of the article to be sterilized overlap each other. . And the dielectric 4 is inserted between the 1st part 3a and the 2nd part 3b of to-be-sterilized material. Further, a space 5 is formed in the second portion 3b of the article to be sterilized. This space 5 is defined as the distance between the surface of the dielectric 4 facing the second part 3 b of the object to be sterilized and the surface of the second part 3 b of the object to be sterilized facing the dielectric 4. Has a depth d. In the present invention, such a packaged article 1 to be sterilized is disposed between the first electrode 6a and the second electrode 6b of the plasma generator. Next, a pulse voltage is applied between the first electrode 6a and the second electrode 6b to generate pulsed plasma inside the packaging container between the upper part 2a and the lower part 2b of the packaging container. In that case, in this invention, the electric field of the magnitude | size with which the sterilization effect is acquired is generated in the space 5 formed in the 2nd part 3b of the to-be-sterilized thing.

本発明の殺菌方法では、空間5における殺菌効果として、少なくとも菌の数が減少する(減菌)効果を担保するという観点から、上記電界の大きさが50kVを超えるのが望ましく、多割合の菌を殺菌するという観点から、上記電界の大きさが100kV以上であるのがさらに望ましい。
空間5に発生する電界の大きさは、静電界静磁界解析キットのような2次元静電解・静磁界計算ソフトを利用して、第1の電極6aと第2の電極6bとの間に印加するパルス電圧の大きさや、被殺菌物(3a,3b)及び誘電体4の誘電率などの必要なパラメータを入力することにより、算出することができる。
In the sterilization method of the present invention, as the sterilization effect in the space 5, it is desirable that the magnitude of the electric field exceeds 50 kV from the viewpoint of at least ensuring the effect of reducing the number of bacteria (sterilization). From the viewpoint of sterilizing, it is more desirable that the magnitude of the electric field is 100 kV or more.
The magnitude of the electric field generated in the space 5 is applied between the first electrode 6a and the second electrode 6b using a two-dimensional electrostatic solution / static magnetic field calculation software such as an electrostatic field static magnetic field analysis kit. It can be calculated by inputting necessary parameters such as the magnitude of the pulse voltage to be sterilized and the dielectric constants of the article to be sterilized (3a, 3b) and the dielectric 4.

本発明の殺菌方法では、上記空間5の深さdを、第1の電極6aと第2の電極6bとの間に印加するパルス電圧の大きさや、被殺菌物(3a,3b)及び誘電体4の誘電率などの値に応じて適宜決定することができる。本発明の一形態において、空間5における殺菌効果として、少なくとも菌の数が減少する(減菌)程度の電界を発生させて殺菌効果を担保するという観点から、上記空間5の深さdが3mm以下であるのが望ましく、多割合の菌を殺菌する程度の電界を発生させてさらなる殺菌効果を得るという観点から、上記空間5の深さdが2mm未満であるのがさらに望ましい。   In the sterilization method of the present invention, the depth d of the space 5 is determined based on the magnitude of the pulse voltage applied between the first electrode 6a and the second electrode 6b, the object to be sterilized (3a, 3b), and the dielectric. 4 can be appropriately determined according to a value such as a dielectric constant of 4. In one embodiment of the present invention, the depth d of the space 5 is 3 mm as a sterilizing effect in the space 5 from the viewpoint of ensuring an sterilizing effect by generating an electric field that reduces at least the number of bacteria (sterilization). Desirably, the depth d of the space 5 is more preferably less than 2 mm from the viewpoint of obtaining a further sterilizing effect by generating an electric field that sterilizes a large proportion of bacteria.

本発明の殺菌方法に使用する誘電体4としては、上記空間5に所望の電界を発生させることが可能なものであれば、特に制限はないが、誘電率が比較的低く、耐電圧が高い材料を使用するのが好ましい。また、誘電体4は、被殺菌物の第2の部分3bに形成された空間5が所望の形状及び寸法(特に深さ)を維持することができる程度の機械的特性(弾性率等)を有するものであるのが好ましい。誘電体4としては、耐久性に優れており、比較的薄く扱いやすいという観点から、ポリイミド樹脂を使用するのが望ましい。誘電体4の厚さは、使用する材料にもよるが、例えばポリイミド樹脂を使用する場合には、10μm〜150μm程度であるのが好ましい。   The dielectric 4 used in the sterilization method of the present invention is not particularly limited as long as it can generate a desired electric field in the space 5, but has a relatively low dielectric constant and a high withstand voltage. It is preferred to use materials. In addition, the dielectric 4 has mechanical characteristics (such as elastic modulus) such that the space 5 formed in the second portion 3b of the article to be sterilized can maintain a desired shape and dimensions (particularly depth). It is preferable to have it. As the dielectric 4, it is desirable to use a polyimide resin from the viewpoint of excellent durability and being relatively thin and easy to handle. Although the thickness of the dielectric 4 depends on the material used, for example, when a polyimide resin is used, it is preferably about 10 μm to 150 μm.

図2は、本発明の殺菌方法に使用し得るプラズマ発生装置の一例の回路図である。この装置はコンデンサ7、パルストランス8、トリガトロンギャップスイッチ9およびトリガ回路10で構成されている。
図2を参照して、プラズマ発生装置の動作は以下の通りである。直流高電圧から抵抗を介し、コンデンサ7に電荷を充電する。充電電圧は、回路構成等に応じて適宜決定することができるが、充電電圧が高いほど、高い殺菌効果が得られる。
充電後、トリガトロンギャップスイッチ9を動作させて、溜まった電荷をパルストランス8の一次側のコイルへ伝送する。パルストランス8の相互インダクスにより昇圧されたパルス電圧が放電リアクタの電極(6a,6b)に印加される。
FIG. 2 is a circuit diagram of an example of a plasma generator that can be used in the sterilization method of the present invention. This apparatus includes a capacitor 7, a pulse transformer 8, a trigger tron gap switch 9, and a trigger circuit 10.
Referring to FIG. 2, the operation of the plasma generator is as follows. The capacitor 7 is charged with a charge from a DC high voltage via a resistor. The charging voltage can be appropriately determined according to the circuit configuration and the like, but the higher the charging voltage, the higher the bactericidal effect.
After charging, the triggertron gap switch 9 is operated to transfer the accumulated charge to the primary coil of the pulse transformer 8. The pulse voltage boosted by the mutual inductance of the pulse transformer 8 is applied to the electrodes (6a, 6b) of the discharge reactor.

トリガ回路10を用いてトリガ放電を発生するためのパルス電圧をつくり、トリガギャップスイッチ9を用いてトリガ電極に数kVのパルス電圧を与えることで、数kHz以下の繰り返し周波数で高電圧・大電流のスイッチングを行うことが可能となる。
パルスの繰返し数は、10pps以上とするのが好ましい。また、印加回数が多いほど、高い殺菌効果が得られ、印加電圧にもよるが、少なくとも20ショット、好ましくは100ショット以上、さらに好ましくは1000ショット以上とするのが好ましい。
A pulse voltage for generating a trigger discharge is generated using the trigger circuit 10, and a pulse voltage of several kV is applied to the trigger electrode using the trigger gap switch 9, so that a high voltage and a large current are generated at a repetition frequency of several kHz or less. Switching can be performed.
The number of pulse repetitions is preferably 10 pps or more. Further, the higher the number of times of application, the higher the sterilizing effect is obtained. Depending on the applied voltage, at least 20 shots, preferably 100 shots or more, more preferably 1000 shots or more are preferable.

本発明の殺菌方法において、プラズマ発生装置の電極(6a,6b)としては、任意の形状を有するものを使用することができる。電極のサイズは、大きなものほど高い殺菌効果が得られる。   In the sterilization method of the present invention, an electrode having an arbitrary shape can be used as the electrodes (6a, 6b) of the plasma generator. The larger the electrode size, the higher the bactericidal effect.

以下に実施例により本発明をより具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。   The present invention will be described more specifically with reference to the following examples. However, the present invention is not limited to these examples.

(プラズマ発生装置)
図2のような回路図で示されるプラズマ発生装置を使用した。この装置はコンデンサ、パルストランス、トリガトロンギャップスイッチおよびトリガ回路で構成されている。
回路の動作は以下の通りである。直流高電圧から3MΩの抵抗を介し、容量2700pFのセラミックコンデンサ((株)村田製作所製N4700、耐圧30kV)に電荷が充電される。充電後、トリガトロンギャップスイッチを動作させて、溜まった電荷をパルストランスの一次側のコイルへ伝送する。そして、パルストランスの相互インダクスにより昇圧されたパルス電圧が包装食品を挟んだ電極に印加される。充電抵抗は、充電電圧が30kVのときに電源の許容電流10mAを超えないように3MΩとした。
パルストランスは、コアにフェライトコア(TDK(株)製PC40T、75×20×15)を用いて、充電コンデンサ側の一次巻線と二次巻線の巻き数比は1:6とした。
トリガ回路を用いてトリガ放電を発生するためのパルス電圧をつくり、トリガギャップスイッチを用いてトリガ電極に数kVのパルス電圧を与えることで、40pps以下の繰り返し数で高電圧・大電流のスイッチングを行うことを可能とした。
(Plasma generator)
The plasma generator shown in the circuit diagram of FIG. 2 was used. This device is composed of a capacitor, a pulse transformer, a trigger tron gap switch, and a trigger circuit.
The operation of the circuit is as follows. Charge is charged from a DC high voltage to a ceramic capacitor having a capacity of 2700 pF (N4700, Murata Manufacturing Co., Ltd., withstand voltage of 30 kV) through a resistance of 3 MΩ. After charging, the triggertron gap switch is operated to transfer the accumulated charge to the primary coil of the pulse transformer. The pulse voltage boosted by the mutual inductance of the pulse transformer is applied to the electrodes sandwiching the packaged food. The charging resistance was 3 MΩ so that the allowable current of the power source would not exceed 10 mA when the charging voltage was 30 kV.
The pulse transformer uses a ferrite core (PC40T manufactured by TDK Co., Ltd., 75 × 20 × 15) as the core, and the turns ratio of the primary winding and the secondary winding on the charging capacitor side is 1: 6.
Using a trigger circuit to generate a pulse voltage for generating a trigger discharge, and applying a pulse voltage of several kV to the trigger electrode using a trigger gap switch, high voltage and large current switching can be achieved with a repetition rate of 40 pps or less. Made it possible to do.

(殺菌効果の評価方法)
菌として、大腸菌(E. coli(Escherichia coli (Migula) Castellani and Chalmers):ATCC Number 11229)を使用した。大腸菌を使用する際は、18〜24時間程度培養を行ったものを菌液として使用した。このときの菌数は約2.5×109CFU/mlであった。
殺菌効果は、コロニーカウント法を用いて、パルスプラズマ処理後と処理前の生存菌数の測定を行うことにより評価した。すなわち、まず菌液を純水で106倍に希釈し、希釈した液を、模擬食品としてのニュートリエント寒天培地に100μl接種した。その後、菌液を接種したプラズマ処理前と処理後のニュートリエント寒天培地それぞれを、インキュベータ内で培養した。1つの菌に対して1つのコロニーができるので、寒天上に現れたコロニー数を数えることによって、生存菌数を決定した。
パルスプラズマ処理前の生存菌数に対する処理後の生存菌数の割合を、生存率(Survival ratio [%])として、殺菌効果の指標とした。
(Evaluation method of bactericidal effect)
As the fungus, E. coli (Escherichia coli (Migula) Castellani and Chalmers): ATCC Number 11229) was used. When using Escherichia coli, what was cultured for about 18 to 24 hours was used as the bacterial solution. The number of bacteria at this time was about 2.5 × 10 9 CFU / ml.
The bactericidal effect was evaluated by measuring the number of viable bacteria after the pulse plasma treatment and before the treatment using the colony count method. That is, first, the bacterial solution was diluted 10 6 times with pure water, and 100 μl of the diluted solution was inoculated on a nutrient agar medium as a simulated food. Thereafter, the nutrient agar medium before and after the plasma treatment inoculated with the bacterial solution were cultured in an incubator. Since one colony is formed for one bacterium, the number of surviving bacteria was determined by counting the number of colonies that appeared on the agar.
The ratio of the number of viable bacteria after the treatment to the number of viable bacteria before the pulse plasma treatment was used as a survival rate (Survival ratio [%]) as an index of the bactericidal effect.

(電界強度の算出方法)
(株)アドバンスト・サイエンス・ラボラトリー製の2次元静電解・静磁界計算ソフトである静電界静磁界解析キットSATE(Static-field Analysis Toolkit)のメッシュ作成ソフト(Mesh)及び静電場ソルバー(EStat)を用いて、模擬食品における電界分布計算及び電界強度計算を行った。
(Calculation method of electric field strength)
Electrostatic Static Magnetic Field Analysis Kit SATE (Static-field Analysis Toolkit) mesh creation software (Mesh) and electrostatic field solver (EStat) are two-dimensional electrostatic solution and static magnetic field calculation software manufactured by Advanced Science Laboratory. The electric field distribution calculation and electric field strength calculation in the simulated food were performed.

(実施例1)
模擬包装容器として、直径90mmのプラスチックシャーレ(アズワン(株)、材質:ポリスチレン)を用意した。このシャーレ内に、被殺菌物を想定した模擬食品として、ニュートリエント寒天培地(OXOID Ltd.製)を35ml(厚さ5.5mm)充填した。この寒天培地の中心付近に、直径32mm、深さ0.5mmの空間を形成した。
形成した空間に処理液を接種し、その上に誘電体として、厚さ12.5μm、直径85mmのポリイミドフィルム(東レ・デュポン(株)製カプトン(登録商標))を配置した。さらにその上に、直径60mm、厚さ3mmのニュートリエント寒天培地を配置した。
この模擬包装容器を、プラズマ発生装置の電極の間に配置し、電極間にパルス電圧を印加して、模擬包装容器の内部にパルスプラズマを発生させて、模擬食品の殺菌を行った。その際、プラズマ発生装置の充電電圧を16kV、パルスの繰返し数を40pps、印加回数を1000ショットとした。
殺菌効果を評価した結果、生存率は約10%であった。
また、この場合における空間の電界強度は、325kV/cm程度であると考えられる。
Example 1
A plastic petri dish (As One Co., Ltd., material: polystyrene) having a diameter of 90 mm was prepared as a simulated packaging container. In this petri dish, 35 ml (thickness 5.5 mm) of a nutrient agar medium (manufactured by OXOID Ltd.) was filled as a simulated food assuming an object to be sterilized. A space having a diameter of 32 mm and a depth of 0.5 mm was formed near the center of the agar medium.
A treatment liquid was inoculated into the formed space, and a polyimide film (Kapton (registered trademark) manufactured by Toray DuPont Co., Ltd.) having a thickness of 12.5 μm and a diameter of 85 mm was disposed thereon as a dielectric. Further thereon, a nutrient agar medium having a diameter of 60 mm and a thickness of 3 mm was arranged.
The simulated packaging container was placed between the electrodes of the plasma generator, and a pulse voltage was applied between the electrodes to generate pulsed plasma inside the simulated packaging container to sterilize the simulated food. At that time, the charging voltage of the plasma generator was 16 kV, the number of pulse repetitions was 40 pps, and the number of applications was 1000 shots.
As a result of evaluating the bactericidal effect, the survival rate was about 10%.
In this case, the electric field strength of the space is considered to be about 325 kV / cm.

(実施例2)
空間の深さを1mmとしたことを除き、実施例1と同様に模擬食品の殺菌を行った。
殺菌効果を評価した結果、生存率は約28%であった。
また、この場合における空間の電界強度は、175kV/cm程度であると考えられる。
(Example 2)
The simulated food was sterilized in the same manner as in Example 1 except that the depth of the space was 1 mm.
As a result of evaluating the bactericidal effect, the survival rate was about 28%.
In this case, the electric field strength of the space is considered to be about 175 kV / cm.

(実施例3)
空間の深さを1.5mmとしたことを除き、実施例1と同様に模擬食品の殺菌を行った。
殺菌効果を評価した結果、生存率は約48%であった。
また、この場合における空間の電界強度は、125kV/cm程度であると考えられる。
(Example 3)
The simulated food was sterilized in the same manner as in Example 1 except that the depth of the space was 1.5 mm.
As a result of evaluating the bactericidal effect, the survival rate was about 48%.
In this case, the electric field strength of the space is considered to be about 125 kV / cm.

(実施例4)
空間の深さを3mmとしたことを除き、実施例1と同様に模擬食品の殺菌を行った。
殺菌効果を評価した結果、生存率は約97%であった。
また、この場合における空間の電界強度は、70kV/cm程度であると考えられる。
Example 4
The simulated food was sterilized in the same manner as in Example 1 except that the depth of the space was 3 mm.
As a result of evaluating the bactericidal effect, the survival rate was about 97%.
In this case, the electric field strength of the space is considered to be about 70 kV / cm.

(比較例1)
空間の深さを4mmとしたことを除き、実施例1と同様に模擬食品の殺菌を行った。
殺菌効果を評価した結果、生存率は100%であり、殺菌効果は認められなかった。
また、この場合における空間の電界強度は、50kV/cm程度であると考えられる。
(Comparative Example 1)
The simulated food was sterilized in the same manner as in Example 1 except that the depth of the space was 4 mm.
As a result of evaluating the bactericidal effect, the survival rate was 100%, and the bactericidal effect was not recognized.
In this case, the electric field strength of the space is considered to be about 50 kV / cm.

(比較例2)
寒天培地に空間を形成しなかったことを除き、実施例1と同様に模擬食品の殺菌を行った。
殺菌効果を評価した結果、生存率は100%であり、殺菌効果は認められなかった。
(Comparative Example 2)
The simulated food was sterilized in the same manner as in Example 1 except that no space was formed in the agar medium.
As a result of evaluating the bactericidal effect, the survival rate was 100%, and the bactericidal effect was not recognized.

(比較例3)
上下2つの寒天培地の間にポリイミドフィルムを挿入しなかったことを除き、実施例1と同様に模擬食品の殺菌を行った。
殺菌効果を評価した結果、生存率は100%であり、殺菌効果は認められなかった。
(Comparative Example 3)
The simulated food was sterilized in the same manner as in Example 1 except that no polyimide film was inserted between the upper and lower two agar media.
As a result of evaluating the bactericidal effect, the survival rate was 100%, and the bactericidal effect was not recognized.

1 包装された被殺菌物
2a,2b 包装容器
3a,3b 被殺菌物
4 誘電体
5 空間
6a,6b 電極
7 コンデンサ
8 パルストランス
9 トリガトロンギャップスイッチ
10 トリガ回路
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Packaged object 2a, 2b Packaging container 3a, 3b Object to be sterilized 4 Dielectric 5 Space 6a, 6b Electrode 7 Capacitor 8 Pulse transformer 9 Triggertron gap switch 10 Trigger circuit

Claims (7)

包装容器内の被殺菌物をパルスプラズマを用いて殺菌する方法であって、
包装容器によって包装された被殺菌物を、プラズマ発生装置の第1の電極と第2の電極との間に配置する工程、及び、
前記プラズマ発生装置の第1の電極と第2の電極との間にパルス電圧を印加して、前記包装容器の内部にパルスプラズマを発生させる工程、
を含み、
前記被殺菌物には、誘電体が挿入されており、
前記被殺菌物と前記誘電体との間には、空間が形成され、
前記パルスプラズマを発生させる工程において、前記空間に、殺菌効果が得られる大きさの電界を発生させる、
ことを特徴とする、前記殺菌方法。
A method of sterilizing an object to be sterilized in a packaging container using pulse plasma,
Disposing the article to be sterilized packed by the packaging container between the first electrode and the second electrode of the plasma generator; and
Applying a pulse voltage between the first electrode and the second electrode of the plasma generator to generate a pulsed plasma inside the packaging container;
Including
A dielectric is inserted into the article to be sterilized,
A space is formed between the object to be sterilized and the dielectric,
In the step of generating the pulsed plasma, an electric field having a magnitude capable of obtaining a bactericidal effect is generated in the space.
The said sterilization method characterized by the above-mentioned.
前記電界の大きさが50kVを超えることを特徴とする、請求項1に記載の殺菌方法。   The sterilization method according to claim 1, wherein the magnitude of the electric field exceeds 50 kV. 前記電界の大きさが100kV以上であることを特徴とする、請求項2に記載の殺菌方法。   The sterilization method according to claim 2, wherein the magnitude of the electric field is 100 kV or more. 前記被殺菌物と前記誘電体との間に形成される前記空間において、前記被殺菌物に対向する前記誘電体の表面と前記誘電体に対向する前記被殺菌物の表面との間の距離として規定される前記空間の深さが、3mm以下であることを特徴とする、請求項1〜3のいずれか1項に記載の殺菌方法。   In the space formed between the object to be sterilized and the dielectric, the distance between the surface of the dielectric facing the object to be sterilized and the surface of the object to be sterilized facing the dielectric The sterilization method according to any one of claims 1 to 3, wherein a depth of the defined space is 3 mm or less. 前記空間の前記深さが、2mm未満であることを特徴とする、請求項4に記載の殺菌方法。   The sterilization method according to claim 4, wherein the depth of the space is less than 2 mm. 前記誘電体がポリイミド樹脂であることを特徴とする、請求項1〜5のいずれか1項に記載の殺菌方法。   The sterilization method according to any one of claims 1 to 5, wherein the dielectric is a polyimide resin. 包装容器によって包装された、パルスプラズマを用いて殺菌するための被殺菌物であって、
前記被殺菌物には、誘電体が挿入されており、
前記被殺菌物と前記誘電体との間には、空間が形成され、
前記空間は、前記包装容器の内部にパルスプラズマを発生させることにより、殺菌効果が得られる大きさの電界を発生させるように構成されている、
ことを特徴とする、前記包装された被殺菌物。
A product to be sterilized using a pulsed plasma packaged by a packaging container,
A dielectric is inserted into the article to be sterilized,
A space is formed between the object to be sterilized and the dielectric,
The space is configured to generate an electric field having a magnitude capable of obtaining a sterilizing effect by generating pulsed plasma inside the packaging container.
The packaged article to be sterilized is characterized by the above.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR20200124037A (en) 2019-04-23 2020-11-02 서울여자대학교 산학협력단 A novel method of sterilization of food based on cold plasma
KR20220095427A (en) 2020-12-30 2022-07-07 서울여자대학교 산학협력단 A novel method of sterilization of food based on cold plasma and ultrasound

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