JP2750931B2 - 高電圧パルスによる殺菌方法 - Google Patents

高電圧パルスによる殺菌方法

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Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は高電圧パルスによる殺菌方法に関し、さらに
詳しくは、高電圧パルスにより液体中に存在する微生物
を殺菌する方法に関する。
(従来の技術) 従来、溶液中に含まれる微生物、特に細菌類を死滅さ
せる方法として加熱滅菌法、放射線滅菌法等が用いられ
ている。しかし加熱滅菌法は、例えばボツリヌス菌のよ
うな胞子形成菌を死滅させる為に通常該菌を含む被処理
液を加圧下で121℃以上にするので、エネルギー消費が
大きく被処理物にも熱変性を与える可能性があった。ま
た放射線による滅菌法は放射線の漏れに対する遮蔽が必
要になり、又食品においては安全面に不安が残る等の問
題があった。
このような問題を解決する殺菌方法として高電圧パル
ス等を利用する殺菌方法が知られている。これらの方法
によれば被処理物に熱変性を与えることもなく簡易に溶
液の滅菌が可能である。
例えば液体中に存在する微生物の殺菌方法として特開
昭61−239880号公報に記載されたアルコール飲料の殺菌
方法が知られている。本方法は水中に10〜70KVの高電圧
を印加することにより高圧プラズマを発生して微生物を
死滅させるものである。該方法と同様な方法が牛乳の殺
菌方法にも応用されている(特開昭61−239946号公
報)。
また高電圧パルスを与えて水中の微生物を死滅させる
方法としては特開昭63−82666号公報記載の方法があ
る。該方法においては処理液と電極の間に高電圧パルス
を一定時間連続的に印加することにより微生物を死滅さ
せるものである。
さらに特開昭55−71437号公報には高圧電場による微
生物を死滅させる方法が開示されている。また、特開昭
62−151174号公報には高電圧パルスによる細胞破壊装置
が開示されている。
しかし、高電圧パルス等を利用するこれらの殺菌方法
は微生物を完全に死滅させるためには相当量の電気エネ
ルギーを必要とするので経済的に好ましいものではなか
った。
(発明が解決しようとする課題) 従って、本発明は以上のような問題点を解消した微生
物の殺菌方法を提供することを目的とし、特に大量の電
気エネルギーを利用せずに効率的に液体中の微生物を殺
菌する方法を提供することを目的とする。
(課題を解決するための手段) 本発明者は上記の課題を解決すべく鋭意検討した結
果、高電圧パルスを液体表面に印加した後に高電圧パル
スの印加を一旦休止し、再び高電圧パルスを印加する方
法、または該印加休止工程においてさらに超音波処理を
施す方法により、極めて効率的に溶液中の微生物を殺菌
できることを見出し本発明を完成するに至った。
すなわち本発明は、被処理液体表面に高電圧パルスを
印加して該液体中に含まれる微生物を殺菌する方法であ
って、 (a) 高電圧パルスを印加する工程、 (b) 高電圧パルスの印加を休止する工程、及び (c) 該印加休止後に高電圧パルスを印加する工程を
含むことを特徴とする殺菌方法、及び 被処理液体表面に高電圧パルスを印加して該液体中に
含まれる微生物を殺菌する方法であって、 (a) 高電圧パルスを印加する工程、 (b) 高電圧パルスの印加を休止する工程、及び (c) 該印加休止後に高電圧パルスを印加する工程を
含み、工程(b)において超音波処理を施すことを特徴
とする殺菌方法を提供するものである。
以下に本発明を詳細に説明する。
本発明の方法で処理される被処理液体としては例えば
上水等の飲料水、食品や医薬品における用水、医療機関
や生物実験室から排出される排水等を例示できる。これ
らの被処理液体の液温は特に制限されないが、通常5〜
40℃で高電圧パルス印加処理に付せばよい。
滅菌の対象となる微生物として芽胞菌、大腸菌等の細
菌類、カビ、酵母等の真菌類を例示することができる。
これらの微生物を1ml当たり100〜107個、好ましくは105
個以下で含む液体を本発明の方法で殺菌することができ
る。
高電圧パルスは被処理液体の印加中に常に一定条件で
印加する必要はなく、パルスの印加条件を種々に変化さ
せることも可能であるが、一般的には以下に示す条件を
満足する一定条件の高電圧パルスを印加することが好ま
しい。
高電圧パルスのパルス電圧は、空気中で放電が起こる
条件であればよい。電圧が高くなれば殺菌効果が高くな
る傾向があるが、余りに高電圧のパルスを使用すると装
置が大がかりで経済的にも不利益になるので、例えば、
電極と被処理液体表面との距離が5mm程度のときは5〜5
0KV、好ましくは20KVのパルス電圧を使用すればよい。
印加すべき高電圧パルス波形の一例を第5図に示す。
パルス波形は該方形波に限定されるものではなく、尖頭
波、正弦波等の種々のパルスを使用することもできる。
これらのパルス波形のうち方形波を使用することが好ま
しい。
高電圧パルスのパルス幅を第5図のパルス波形につい
て説明すると、パルス電圧が立ち上がるときにおける該
パルス電圧の最大値の半分の値V1から、引き続いて最大
値を経て立ち下がるときにおける最大値の半分の値V2
での時間Tとして定義される。パルス幅が大きくなると
殺菌効果が高くなるが、パルス幅が必要以上に大きくな
ると電気分解、過度の発熱等の不利益を生じるので、パ
ルス幅が0.01〜1000μs、好ましくは1μs高電圧パル
スを使用すればよい。
高電圧パルスの周波数を第5図のパルス波形について
説明すると、パルス電圧が立ち上がって最大値を与えて
から、再び立ち上がって最大値を与えるまでの周期が1
秒間に繰り返される回数として定義される。パルス周波
数が大きくなると殺菌効果は大きくなるが、余りに周波
数の大きいパルスを使用すると放電経路が定まらなくな
り放電が液体表面に充分に施されなくなるので、パルス
周波数が101〜105Hz、好ましくは103Hzの高電圧パルス
を使用すれば良い。
高電圧パルスを被処理液体に印加する電極としては、
例えばタングステン、ステンレス、白金、グラファイト
等の導電性部材で製造された種々の電極が使用でき、例
えば針状、板状、球状、線状等の種々の形状の電極が使
用できる。
該電極は、被処理液体の液体表面からの空中放電距離
が30mm以内、好ましくは約5mmとなるように液面上方に
配置されるが、必要に応じて電極の1部又は全部を被処
理液体中に浸漬して高電圧パルスの印加を行ってもよ
い。
本発明の滅菌方法は、上記のような高電圧パルスを被
処理液体表面に印加するにあたり、 (a) 高電圧パルスを印加する工程、 (b) 高電圧パルスの印加を休止する工程、及び (c) 該印加休止後に高電圧パルスを印加する工程を
含むことを特徴とする。
高電圧パルスを印加する工程では、上記の様な高電圧
パルスを被処理液体表面に印加する。この場合における
印加時間は、被処理液体に含まれる微生物の種類や量、
高電圧パルスの印加条件等により適宜決定すればよい。
高電圧パルスの印加を休止する工程では、上記の様な
高電圧パルスの印加後に、印加休止時間を設ける。該印
加休止時間は、殺菌の対象となる菌種、殺菌すべき被処
理液体に含まれる食塩等の溶質の種類、被処理液体の温
度等の種々の条件に応じて適宜決定すればよい。
該印加休止工程の後に行われる高電圧パルスの印加
は、印加休止工程前に使用した高電圧パルスと同条件の
高電圧パルスを使用してもよいが、必要により異なった
パルス幅、パルス周波数等を選択して高電圧パルスの印
加を行ってもよい。
本発明の第2の態様は、上記方法の工程(b)におい
て超音波処理を施すものである。本発明に使用される超
音波は周波数が16KHz以上、好ましくは20KHz以上の超音
波である。高電圧パルスの印加休止工程に被処理液体を
超音波処理するにあたり、上記の超音波を発生可能な超
音波発生装置ならばいかなる種類の装置も使用すること
ができる。
超音波処理の条件は特に限定されないが例えば最大出
力200ワットの超音波発生装置を使用して0.1の被処理
液体を周波数20KHzの超音波で処理する場合には、出力1
00W/時で3分間処理すればよい。工程(a)の高電圧パ
ルスの印加時間が長い場合には該超音波処理も長くする
ことが好ましい。また、工程(b)の印加休止時間の全
てにわたり該超音波処理を施してもよいが、該休止時間
の一部に超音波処理を施してもよい。尚、該超音波処理
を施した後は、できるだけ早く高電圧パルスの印加処理
を施すことが望ましい。
以上の方法を実施するにあたり、所望により高電圧パ
ルス印加工程と印加休止工程を繰り返して殺菌すること
もできる。この様な繰り返し処理により、放電処理によ
る過度の発熱を抑制することができ、被処理液体の温度
上昇を防止できる。
また、本発明の殺菌方法により処理した後に通常の加
熱殺菌処理や公知の滅菌処理に付することもできる。特
に、かなり高温で処理しなければ殺菌が困難な芽胞菌等
を殺菌する場合には、本発明の殺菌処理を施すことによ
り100℃よりも低い温度条件で該芽胞菌等を殺菌するこ
とができるので極めて有効である。
(発明の効果) 本発明の方法により、液体中の微生物を確実かつ経済
的に殺菌することができる。本発明の方法によれば、連
続的に高電圧パルスを印加して殺菌する公知の方法に比
して、短時間の放電、すなわち少量の電気エネルギーで
同等の殺菌効果を得ることができる。また放電時間が短
縮されるために被処理液体に発熱やpHの低下等を惹起す
ることがなく、安全に食品、薬剤等を含む被処理液体を
殺菌処理に付することができる。
以下に本発明を実施例によりさらに詳細に説明する
が、本発明はこれらの実施例に限定されることはない。
(実施例) 実施例1 バチルスズブチリスATCC6633を標準寒天培地を用いて
35℃で7日間培養し、培養した菌体のうち栄養菌体を90
℃、20分間の処理で死滅させた菌体を、脱イオン水100c
cに対して105個/ccとなる様に懸濁して被処理液を作成
した。
第1図に示す回路において、底部がステンレス製の被
処理液収容容器2に上記の被処理液100ccを充填し、該
液面から5mm離れた位置にステンレス製の針状電極1を
配置した。該電極1は電気回路4を経てパルス正出力部
5に接続されており、被処理液収容容器2の底面は電気
回路4を経てパルス負出力部6に接続され、さらにパル
ス負出力部はアース7で接地されている。
該液面に10分間高電圧パルスを印加し、次いで10分間
の印加休止時間を設けた後に、該液面に6分間にわたり
第5図に示す波形の高電圧パルスを印加した。上記高電
圧パルスの印加条件は、パルス電圧:20KV、出力極性:
正、パルス幅:1μs、周波数:1000Hzとした。
比較例1 印加休止時間を設けることなく15分間連続して高電圧
パルスを印加した以外は実施例1と同様の条件により殺
菌処理を行った。
実施例2 5分間高電圧パルスを印加した後に、15分間の印加休
止時間を設け、その後に5分間高電圧パルスを印加し、
さらに15分間の印加休止時間を設けた後に再び6分間高
電圧パルスを印加した以外は実施例1と同様の条件によ
り殺菌処理を行った。
実施例3 14分間高電圧パルスを印加した後に10分間の印加休止
時間を設け、その後に2分間高電圧パルスを印加した以
外は実施例1と同様の条件により殺菌処理を行った。
実施例4 10分間高電圧パルスを印加した後に30分間の印加休止
時間を設け、その後に6分間高電圧パルスを印加した以
外は実施例1と同様の条件により殺菌処理を行った。
実施例5 8分間高電圧パルスを印加した後に10分間の印加休止
時間を設け、その後に8分間高電圧パルスを印加した以
外は実施例1と同様の条件により殺菌処理を行った。
実施例6 6分間高電圧パルスを印加した後に5分間の印加休止
時間を設け、その後に10分間高電圧パルスを印加した以
外は実施例1と同様の条件により殺菌処理を行った。
以上の実施例及び比較例で得られた結果を第2図及び
第3図に示す。これらの結果から本発明の方法により少
量の電気エネルギーでもすぐれた殺菌効果が得られるこ
とが明らかである。
実施例7 バチルスズブチルスATCC6633を標準寒天培地を用いて
35℃で7日間培養した菌体のうち、栄養菌体を80℃、20
分の条件で死滅させた菌体を、1/15Mの第一リン酸カリ
ウムと1/15Mの第二リン酸ナトリウムを3:7(体積比)の
割合で混合したリン酸緩衝液100cc(pH7.0)に106個/cc
となる様に懸濁して被処理液体を作製した。
上記の被処理液100cc(pH7.0)の液面に実施例1の回
路を使用して15分間高電圧パルスを印加し、次いで3分
間の印加休止時間を設けた後に、該液面に15分間にわた
り第5図に示す波形の高電圧パルスを印加した。上記高
電圧パルスの印加条件は、パルス電圧:20KV、出力極
性:正、パルス幅:1μs、周波数:1000Hzとした。
該休止時間中に、トミー精工(株)製UR−200P型超音
波発生器を用いて出力100W/時、周波数20KHzの超音波処
理を3分間行った。
比較例2 実施例7の被処理液に実施例7の高電圧パルス印加条
件で30分間連続して高電圧パルスを印加した。
実施例8 20分間高電圧パルスを印加した後に3分間の印加休止
時間を設け、その後に10分間高電圧パルスを印加した以
外は実施例7と同様の条件により殺菌処理を行った。
実施例9 実施例7の様にして得た菌体を、脱イオン水100ccに1
06個/ccとなる様に懸濁した以外は実施例8と同様の殺
菌処理を行った。
比較例3 実施例9の被処理液に実施例7の高電圧パルス印加条
件で30分間連続して高電圧パルスを印加した。
実施例7〜9及び比較例2及び3で得られた結果を第
4図に示す。これらの結果から超音波処理を含む本発明
の方法により少量の電気エネルギーでもすぐれた殺菌効
果が得られることが明らかである。
(実施例10) 大腸菌ATCC11775を標準寒天培地を用いて35℃で2日
間培養し、得られた菌体を、脱イオン水20ccに対して10
7個/ccとなるように懸濁して被処理液を作成した。
第1図に示す回路において、底部がステンレス製の被
処理液収容容器2に上記の被処理液20ccを充填し、該液
面から5mm離れた位置にステンレス製の針状電極1を配
置した。該電極1は電気回路4を経てパルス正出力部5
に接続されており、被処理液収容容器2の底面は電気回
路4を経てパルス負出力部6に接続され、さらにパルス
負出力部はアース7で設置されている。
該液面に15秒間高電圧パルスを印加し、次いで10分間
の印加休止時間を設けた後に該液面に15秒間にわたり第
5図に示す波形の高電圧パルスを印加した。該高電圧パ
ルスの印加条件は、パルス電圧:20KV、出力極性:正、
パルス幅:1μs、周波数:100OHzとした。
(比較例4) 印加休止時間を設けることなく30秒間連続して高電圧
パルスを印加した以外は実施例10と同様の条件により殺
菌処理を行なった。
(実施例11) 30秒間高電圧パルスを印加した後に、10分間の印加休
止時間を設け、その後に30秒間高電圧パルスを印加した
以外は実施例10と同様の条件により殺菌処理を行なっ
た。
(比較例5) 印加休止時間を設けることなく60秒間連続して高電圧
パルスを印加した以外は実施例10と同様の条件により殺
菌処理を行なった。
実施例10、11および比較例4、5の結果を第6図に示
す。これらの結果から本発明の方法により大腸菌に対し
てもすぐれた殺菌効果が得られることが明らかである。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の方法を実施するための回路の一例を示
す図であり、第2図及び第3図はバチルスズブチリス菌
に対して本発明の殺菌方法を適用した場合の殺菌効果を
示す図であり、第4図はバチルスズブチリス菌に対して
超音波処理を含む本発明の殺菌方法を適用した場合の殺
菌効果を示す図であり、第5図は本発明の方法で使用す
る高電圧パルス波形の一例を示す図である。第6図は本
発明の殺菌方法を大腸菌に適用した場合の殺菌効果を示
す図である。 第1図中、1……電極、2……被処理液収容容器、3…
…被処理液、4……電気回路、 5……パルス正出力部、6……パルス負出力部、7……
アースを示す。

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】被処理液体の表面に高電圧パルスを印加し
    て該液体中に含まれている微生物を殺菌する方法であっ
    て、 (a)該表面の上方に配置された電極から、気体中で放
    電が起こる条件下で、高電圧パルスを被処理液体表面に
    印加する工程; (b)高電圧パルスの印加を休止する工程;及び (c)該休止工程(b)の後に高電圧パルスを印加する
    工程を含むことを特徴とする殺菌方法。
  2. 【請求項2】被処理液体の表面に高電圧パルスを印加し
    て該液体中に含まれている微生物を殺菌する方法であっ
    て、 (a)該表面の上方に配置された電極から、気体中で放
    電が起こる条件下で、高電圧パルスを被処理液体表面に
    印加する工程; (b)高電圧パルスの印加を休止し、超音波処理を施す
    工程;及び (c)該休止工程(b)の後に高電圧パルスを印加する
    工程を含むことを特徴とする殺菌方法。
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