JP4461358B2 - 殺菌方法 - Google Patents
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本発明の他の側面においては、殺菌対象物がコーヒーであることを特徴とする。
上記本発明の具体的な目的を達成する殺菌方法は、焙煎対象物を焙煎することにより殺菌を行う殺菌方法において、少なくとも焙煎時間と焙煎度を含み、焙煎機の温度記録等を参照して焙煎度等価の温度履歴曲線を作成する一方、殺菌対象菌の死滅速度式に基づき殺菌価を計算し、最小殺菌価となる温度履歴曲線を選択してこの曲線に基づく殺菌価が必要殺菌価を越えているか否かを判定し、この曲線に基づく殺菌価が必要殺菌価を越えているとき焙煎条件を決定することを特徴とするものである。
缶詰を中心とした加熱殺菌の長い歴史に基づく経験則として、Clostridium botulinumについては12D以上の、また、一般腐敗細菌であるBacillus subtilis等では、6D以上の殺菌効果があれば、食品としての安全性が確保されることが知られている。
指標菌B.stearothermophilus IAM11062保存株をSCD培地(タイゴ製薬:ポリペプトン17g/L、ポリペプトンS3g/L、CaHPO42.5g/L、ブドウ糖2.5g/L、NaCl 5g/L)10mlの入った試験管2本に白金耳で摂取し、55℃で48時間振とう培養を行った。培養液100μlを寒天平板培地(日本製薬:ポリペプトン 5g/L、極東製薬:肉エキス3g/L、MnSo4・4H2O 10mg/L、寒天15g/L、pH7.0)にコンラージ棒で塗布し、55℃で25日間培養して芽胞を形成させた。芽胞は無菌水に懸濁し、5℃で5000rpm20分間遠心分離した後上清を捨て、沈殿を再び無菌水に懸濁するという洗浄を3回行った。最終的に30mlの芽胞懸濁液を得た。芽胞懸濁液は85℃で15分間加熱処理した後−20℃で冷凍保存した。また希釈した芽胞懸濁液1mlをフイルム培地(一般細菌生菌数測定用ペトリフイルム、3M)に供し、55℃で48時間培養して測定したところ、その濃度は1.8×107芽胞/mlであった。
Biological Indicator(以下「B.I.」と略する)を電気オーブンにて90℃15分間予備加熱した後131℃、140℃、152℃、162℃でそれぞれ加熱し、所定時間後に取出した。10mlの無菌水および直径3mmのガラスビース15個が入った試験管にB.I.を入れ、濾紙の繊維がほぐれるまでボルテックスで1分間振とうさせた後、所定濃度まで希釈して1mlをベトリフイルムに供し、55℃24時間培養して生菌数を測定した。比較として未加熱処理B.I.の生菌数を測定した。
コーヒー豆は2002年度ガテマラ・アンテイグアを使用した。生豆を電気オーブンで140℃、160℃、180℃、200℃、220℃でそれぞれ加熱し所定時間後に3個ずつ取出した。この時、豆の表面と中心部に熱電対を接着し加熱中の温度を測定した。
コーヒー豆の焙煎度は褐変程度で表し、生豆と焙煎豆との色差ΔEを指標とした。ΔE測定点の決定は、生豆、浅煎り豆、深煎り豆をエポキシ樹脂に埋包した後、コーヒー豆の長手方向に対して垂直面が出るようにミクロトーム(2050SUPERCUT、(株)フアインテック)で切断し、コーヒー豆末端から0.5mm間隔おきの切断面を出して行った。加熱褐変程度の測定は、加熱処理した豆をエポキシ樹脂に埋包した後、コーヒー豆の長手方向に対して垂直面が出るようにミクロトームで切断しコーヒー豆の中心切断面を出して行った。
コーヒー豆切断面の撮影をデジタルカメラ(COOLPIX995, NIKON)を使用して行った。画像は色情報が省略されないTIFF-RGB形式で保存した。撮影するコーヒー豆切断面を同一平面に標準板(X20.403,Y17.879,Z3.163)を固定し、暗条件・一定光線の下で、絞り、シャッタースピードを調整しながらコーヒー豆切断面と標準板を同時に撮影した。標準板には厚さ2mmの市販ベークライトを用いた。
撮影された画像の各画素には、RGBの各値が8ビットずつ0から255までの値で収められている。画像データの色彩解析は、各ピクセルの座標とその色情報を読み出せる画像処理ソフトを用いて行った。この実験ではImage Pro Plus (Media Cybemetics Inc.製)を用いてsRGB色空間に表された色情報を得た。画像データをImage Pro Plusに取り込み、コーヒー豆が1マス0.25mm四方となるように画像上で分画して各画分のsRGB平均値を求めた。sR、sG、sBの値から
R’=sR/255
G’=sG/255
B’=sB/255
をガンマ変換して
R=R’2.2
G=G’2.2
B=B’2.2
を求めた。ITU−Recommendations BT 709-5:2002, Parameter values for the HDTV* standards for production and international programme exchangeに基づき、
X=(0.4124R+0.3576G+0.1805B)×100
Y=(0.2126R+0.7152G+0.0722B)×100
Z=(0.0193R+0.1192G+0.9504B)×100
から
L*=116(Y/Yn)1/3−16
a*=500{(X/Xn)1/3−(Y/Yn)1/3}
b*=200{(Y/Yn)1/3−(Z/Zn)1/3}
(ただしXn=95.05、Yn=100、Zn=108.9とした。)を求めた。
ΔE={(L* G−L* R)2+(a* G−a* R)2+(b* G−b* R)2}1/2
(ただし添字のGは生豆を、Rは焙煎豆を表す)
各温度におけるB.stearothermophilus IAM11062の乾熱時生残曲線を最小自乗法により求めた。その結果を図4に示す。得られたD値と乾熱時加熱温度との関係を最小自乗法により求めた。その結果を図5に示す。B.stearothermophilus IAM11062の死滅速度の温度依存性はアレニウス則に従い、その反応速度式は
LogD =6.6285×(103/T)−14.776 (式1)
で示された。従来の殺菌に用いられているZ値は160℃近傍で26.6℃であった。
焙煎豆0.5mm間隔切断面の測定点を豆の外周A1〜A8,内周C1〜C7、その中間B1〜B8に設定し、生豆とのΔEをそれぞれ求めた結果、浅煎り豆、深煎り豆とも切断面の中心に近い測定点A1、A8、B1、B2、B5、C1、C5でΔEが小さいことがわかった(図6)。また特に中心付近の切断面でこれらの測定点のΔEが小さくなる傾向が確認されたことから、コーヒー豆の3次元中心点は焙煎時の加熱速度が最も小さいことがわかった。したがって、焙煎豆の中心切断面の測定点C1をΔEの測定箇所に決定した。
各加熱温度において生豆とのΔEを測定した。その結果を図7に示す。測定の結果、加熱によって褐変程度は大きくなり、高温で加熱するほど褐変速度が速いことがわかった。また各加熱温度において、加熱時間が長くなるにつれ褐変速度は遅くなり、ΔEに飽和値があることが示唆された。加熱温度が高いほどΔEの飽和値は大きくなることが示された。各焙煎温度において、加熱時間が長くなるほどΔE増加の速度が減少することから、褐変前駆物質の存在を定義したとき、その消費速度は一次反応に従うことが示唆された。220℃で20分加熱した時ΔE=49.0であったが、油がしみ出すほどの深煎りで豆は非常によく膨らみサンプリング直後の香りは焦げ臭が強かった。
焙煎熱によってコーヒー豆の焙煎と殺菌の両方が行われるが、褐変速度と菌死滅速度の温度依存性の違いにより、焙煎度から直接的に菌の死滅速度を求めることは不可能である。また焙煎中にコーヒー豆中心部の温度を求めることも現実的ではない。したがって、本発明においては、焙煎度から熱履歴を測定し、得られた熱履歴から殺菌価を演算する手順で最低殺菌レベルを保証する方法を採用した。以下その理論的根拠を示す。
コーヒー豆の褐変は褐色色素が形成されることで進むが、褐色色素の性質や構造、生成経路に関する化学反応機構の詳細は未解明である。中林は焙煎豆の熱水抽出液をセフアデックスG−25カラムにかけ蒸留水で展開し、分子量の大きい方から黒褐色色素A、赤褐色色素B、黄褐色色素Cを得た。そしてクロロゲン酸による褐色色素の形成反応を中心に、カラメル化とメイラード反応を併せて焙煎豆の褐色色素の推定形成経路を図8に示すようにまとめている(中林敏郎他「コーヒー焙煎の化学と技術」1995、弘学出版株式会社、pp68−81)。ここで褐色色素A、B、Cはいずれも分子量が近似した多数の異なった成分の混合である。コーヒー豆の褐変反応において、褐変程度ΔEは褐色色素の蓄積量、即ち褐色色素A、B、Cの生成量の和と考えられる。これらの褐色色素はアミノ酸、ショ糖、クロロゲン酸を褐変前駆物質として複雑な反応経路を経て生成される。
「褐変反応」としてコーヒー褐変色素の形成反応全体を捉えた場合、その反応は一次反応として扱えると想定できる。褐変前駆物質残存量をΔE飽和値から褐色色素A、B、C生成量の和を減じた値と定義する時、褐変前駆物質消費速度は一次反応でアレニウス則に従うと仮定してこの仮定の検証を行い、褐変速度を求めた。
ΔEmax140と各加熱時間nにおけるΔE値ΔEnとの差は、褐変前駆物質残存率Srn%の値を表わしている(図9)。このようにいくつか仮定したΔEmax140に対して各加熱時間における褐変前駆物質残存率Srを求めた(図10)。各仮定値について最小自乗法により褐変前駆物質消費曲線を求め、この中で最も高い直線性を示した仮定値32をΔEmax140と決定した。得られた曲線は140℃加熱における褐変前駆物質曲線を示している。同様にして各加熱温度Tにおいて仮定ΔEmaxγを最適化し、褐変前駆物質消費曲線を得た(図11)。
Suγ=ΔEb−ΔEmaxγ (式2)
ΔEb:コーヒー豆を限りなく褐変させた時取り得る最大褐変程度
ΔEmaxγ:各加熱温度TにおけるΔE飽和値
より求められる。加熱温度との関係は
Log Su=−0.0047×T+3.3926 (式3)
で示された(図12)。
Log |Vs|= −3.2013×(103/T)+5.8448 (式4)
で示された。褐変前駆物質消費速度Vsを1/10にする温度Zsは焙煎温度180℃近傍で59.6℃であった。高温域の褐変前駆物質消費速度Vsが式4から求めた値よりも小さいのは、コーヒー豆周辺から豆中心部への伝熱の遅れによるものと考えられる。以上より、コーヒー豆の褐変反応はアレニウス則に従って扱えることがわかった。
与えられた焙煎豆の最低殺菌レベルを求めることで、焙煎による乾熱滅菌を保証する方法について検討した。ある焙煎豆熱履歴は焙煎時間、焙煎度、焙煎機の温度記録が既知の項目である。数学的には、これらの情報からコーヒー豆の褐変の反応速度式を用いて焙煎度等価な温度履歴曲線が無数に作成できる。それらのうち代表的なものについて指標菌の乾熱時死滅速度式より殺菌価を求め、最小殺菌価となる温度履歴曲線を特定した。最小殺菌価をもって所定殺菌価到達の判断を行い、最低殺菌レベルを保証した。方法を以下に示す。
Srn=Srnー1×Srt (式5)
LogSrt=Vsn×t (式6)
Srt:微小時間t分間に減少する褐変前駆物質残存率(%)
より求められる。この時n分後の褐変前駆物質残存量Scは
Scn=ΔEmax×Srn (式7)
により求められる。ここでΔEmaxは式2、3より求めたΔEmax240=55.6とした。これは、現実的な焙煎温度履歴において最終的にコーヒー豆の中心温度は240℃に達していると予想できるためである。n分後のΔEnは
ΔEn=k(Sc0−Scn) (式8)
により求められる。式8において、kは任意の定数であり、ここでは相対速度を取り扱っているので、1として差し支えない。仮定した焙煎温度を変化させてΔE30=45.0となるような温度履歴を逆算した。その結果を表1に示す。
表1 焙煎温度履歴の推定例
焙煎時間 焙煎温度 褐変前駆物質 褐変前駆物質 褐変前駆物質 焙煎度ΔE
(分) (℃) 消費速度Vs 残存率Sr(%) 残存量Sc
0 25.00 −1,27x10-5 100.0000 55.6000 0
0.1 25.61 −1,33x10-5 99.9997 55.5998 0.000170
0.2 26.22 −1,40x10-5 99.9994 55.5997 0.000350
0.3 26.83 −1,47x10-5 99.9990 55.5995 0.000538
: : : : : :
20.0 147.1 −1.78 87.0605 48.4056 7.19
20.1 147.7 −1.76 86.7161 48.2141 7.39
20.2 148.3 −1.75 86.3642 48.0185 7.58
: : : : : :
29.8 207.0 −0.150 80.4682 11.3803 44.2
29.9 207.6 −0.153 19.7618 10.9876 44.6
30.0 208.2 −0.156 19.0667 10.6011 45.0
T=a (式9)
a:焙煎温度定数(焙煎時間30分、ΔE=45.0のときa=155.9)
で示されることがわかった。菌死滅速度の温度依存性(Z=26.6℃)は褐変速度の温度依存性(Z=59.6℃)よりも大きく、焙煎温度が殺菌温度領域で変化すると、焙煎温度が一定の場合と比較して豆の褐変程度の差以上に殺菌価の差が広がるためである。
Claims (2)
- 焙煎対象物を焙煎することにより殺菌を行う殺菌方法において、焙煎時間、焙煎度および焙煎機の温度記録等により焙煎度等価の温度履歴曲線を作成する一方、殺菌対象菌の死滅速度式に基づき殺菌価を計算し、最小殺菌価となる温度履歴曲線を選択してこの曲線に基づく殺菌価が必要殺菌価を越えているか否かを判定し、この曲線に基づく殺菌価が必要殺菌価を越えているとき焙煎条件を決定することを特徴とする殺菌方法。
- 焙煎対象物がコーヒーであることを特徴とする請求項1記載の殺菌方法。
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