JP4499184B2 - 粉粒体の殺菌方法 - Google Patents

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Description

本発明は、加熱と急激な減圧によって微生物を内側から破壊し、被殺菌対象物の品質の劣化を最小限に抑え、かつ十分な殺菌を行うことができる粉粒体の殺菌方法に関する。また、本発明の粉粒体の殺菌方法は害虫及びその卵の殺虫殺卵処理にも応用できる。
小麦粉、米粉、胡椒などのスパイス、茶葉粉末、クロレラの粉粒体、化粧品粉末等の粉粒体の表面は大気中の落下細菌、カビ等の微生物により汚染されている。微生物の繁殖によりこれらの粉粒体の品質は経時的に劣化する。特に粉粒体を輸送する過程や加工工程中に高温多湿化などの微生物の増殖に好適な条件が整えば、微生物が爆発的に増殖して甚大な被害を招く可能性がある。
また、粉粒体はコクゾウムシ、ノシメマダライガ等の害虫やその卵により汚染されている場合もあり、粉粒体の品質の劣化の原因となっている。
そのような微生物、害虫等の有害な生物の繁殖を未然に防ぐための殺菌方法について種々の検討がなされ実用化されている。例えば、微生物の殺菌に関しては、ジュール加熱、誘導加熱、熱風、熱水、蒸気、過熱水蒸気や加圧水蒸気により粉粒体を間接的にあるいは直接的に加熱することにより殺菌（加熱殺菌）する方法が粉粒体の殺菌では一般的に用いられる。
加熱により殺菌するには微生物を所定の温度に所定時間曝して殺菌することとなるが、その所定温度と曝される所定時間の関係については多くの知見が蓄積されている。加熱殺菌は、食品工業においては、広く利用されているが、それは加熱殺菌が食品の殺菌方法として非常に安全であり、また多くの殺菌実績があり、所定の殺菌レベルを維持するためのノウハウ、データが蓄積しているためであると言える。
例えば、特許文献１の[０００９]には、温度約８０〜２００℃、常圧〜１０ｋｇ／ｃｍ２Ｇ程度（０．１〜１ＭＰaＧに相当）に加熱・加圧した空気で第１ノズルに向けて粉粒体を圧送する原料供給部（図１の符号２〜８）と、スチーム１３と空気１４を混合して第１絞りノズル９に送り込むスチーム供給部（図１の符号１４〜１７）を備えた装置が開示されている。原料供給部から供給された粉粒体とスチーム供給部から供給されたスチームと空気の混合気体は加熱処理装置１２で混合されて、加熱殺菌処理が行われると思われる。この加熱処理装置１２の出口には第２絞りノズルが配されることが記載されている（[００１０]）。
特許文献１の発明は本発明の装置構成の一例と一見、類似する。しかし、[０００９]には加熱処理装置１２中の温度は８０〜２００℃、圧力は常圧〜１０ｋｇ／ｃｍ２Ｇ、滞留時間は３〜６０秒である旨の記載がある。[００３４]に記載されている通り、加熱処理装置がストレート管であって、混合気体の流速が２０ｍ／秒、滞留時間が０．５〜２秒の場合、ストレート管の長さは１０〜４０ｍもの長さになってしまう。したがって、図８に示されるようなサイクロンを採用して、滞留時間を稼ぎつつ、装置をコンパクト化する必要がある。
実際に特許文献１の[００４０]の実施例では混合気体の流速１５ｍ／秒、滞留時間４秒であるが、ストレート管を採用すれば長さは６０ｍもの長さになってしまう。これは特許文献１の殺菌処理方法が加熱を主体としたものであり、少なくとも数秒の加熱時間を確保しなければ、微生物を殺菌するのに十分な熱履歴が得られなかったためであると思われる。
特許文献２には過熱水蒸気等の加圧加熱媒体流に粉粒物質を供給して混合させ、移送させる工程と、上記粉粒物質を混合させた加圧加熱媒体からなる移送媒体流を、下流側の旋回流発生加熱管内に移送する工程と、上記旋回流発生加熱管内で上記移送媒体をこの流れに沿って旋回させて前記粉流物質を螺旋状に流動させる工程とからなり、上記旋回流発生加熱管を間接加熱するようにしたことを特徴とする加熱処理方法が提案されている。この方法はカラム４記載の通り、粉粒体の加熱殺菌及び加熱変性を意図したものである。
特許文献２のカラム６には「直接加熱の条件は殺菌処理を目的とする場合、比較的低温が望ましく、飽和水蒸気処理の場合でゲージ圧力５ｋｇ／ｃｍ２以下、好ましくは０.５〜２.５ｋｇ／ｃｍ２、過熱水蒸気の場合ではゲージ圧力４ｋｇ／ｃｍ２以下、温度３００℃以下、好ましくは圧力０.１〜３ｋｇ／ｃｍ２、温度２５０℃以下で０.１〜３秒間原料と直接接触させて処理する」との記載があるが、実施例の処理時間の内、最短のものでも１９４℃の過熱水蒸気を用いて０.７秒（実施例１）を要している。これは特許文献１と比較して処理温度は高いものの、処理時間は大幅に短縮されていると言える。しかし、実施例で使用されている菌が耐熱性菌か否かの記述はなく、仮に耐熱性菌であった場合にはより長い処理時間が必要である可能性があり、さらなる処理時間の短縮、処理温度の低下により、被殺菌物の品質の劣化を少なくできる余地がある。
また、特許文献２のカラム４には「圧力の制御により加熱変性が円滑、効率的になされる」との記述が、カラム７には「排出装置としてノズルを用いた場合は、減圧が回転式バルブより短時間で行われるため、より大きな膨化が得られる」との記述があるものの、この膨化（減圧）が殺菌に関与しているという記載はなく、本方法は加熱による殺菌によるものである。特許文献２には具体的に「過熱水蒸気の加熱媒体で粉粒物質の加熱殺菌、あるいは該物質が穀物、食品等である場合には加熱変性を行わせて、以上を効率的に、そして装置、システムの小型化を企図しつつ行い得るようにした加熱処理方法及び装置を提供する」（カラム４の５行目）と記載されている。また「そして管は加熱手段で間接加熱されているため旋回流となって管内を流動する原料は管壁に沿って流れ、加熱され、原料は効率的に加熱されることになる。そして輸送気流は加圧されているため殺菌や熱変性がなされ、該気流は下流の絞りでその圧力を加熱処理に応じて制御されることになる」（カラム５の１０行目）と記載されている。これらの記載から、特許文献２は加熱を利用した殺菌であることは明らかである。
特許文献３は過熱水蒸気を駆動源とするエゼクタ３（図１）により粉粒体を吸引すると共に、圧縮混合し、加熱殺菌し、その後、粉粒体を過熱水蒸気から分離して回収する粉粒体の殺菌方法において、前記粉粒体と前記過熱水蒸気の両方を、過熱水蒸気を駆動源とするエゼクタ３に吸引することを特徴とする粉粒体の殺菌方法が提案されている。段落［００１６］には「材料と過熱水蒸気が吸引され、ノズル１７の吐出口から吐出する過熱水蒸気に同伴してデフューザ１９において、圧縮され混合されて加熱される。この際の熱伝導率が大きく、急速に加熱殺菌される。」との記述がある。この記述から、特許文献３もやはり蒸気の潜熱によって殺菌するものであると言える。
以上の特許文献１〜３の技術はいずれも粉粒体原料に付着している細菌やカビ等の微生物を粉粒体ごと加熱昇温して、微生物を構成している多糖類、タンパク質、脂質、核酸などを熱により変性させる加熱殺菌方法である。
しかし、このような従来の加熱による方法で十分な殺菌レベルを確保するためには、粉粒体原料自体も不必要に昇温されてしまい、原料のデンプンやタンパク質、脂質などが一部変性し、食品原料などとしての特性が変化し、商品価値が低下するという問題があった。理想的には、粉粒体の表層に存在する微生物のみを加熱し、粉粒体の内部が加熱されないような短い加熱時間とすることが望ましいが、そのような短時間の加熱では微生物が殺菌されるだけの十分な熱履歴が得られないため、加熱時間を短縮することができなかったのである。
したがって、従来の加熱による殺菌方法では、できるだけ粉粒体原料に対する熱履歴が最小となる殺菌条件を見つけ出し、使用目的に応じて加熱条件を調節して殺菌されていた。換言すると、殺菌レベルを高くしたいと考えても、粉粒体原料の熱による劣化や、酸素共存下での加熱による急激な酸化によって品質の劣化が著しくなるため、従来の加熱による殺菌方法では殺菌レベルを高くするには限界があったのである。
特に、芽胞子を形成する微生物（耐熱性菌）は強固な表面組織で覆われており、通常の栄養細胞の微生物に比べ、格段に強い殺菌条件でなければ殺菌できないため、確実な殺菌を期待する場合は、加熱時間を長く設定せざるを得ない。
そこで、耐熱性菌に対しては、放射線照射、紫外線照射、オゾン等による非加熱殺菌が検討されており、一部は実用化されている。この方法は、放射線、紫外線を照射することによりその電磁波が持つエネルギーによって組織などを破壊して殺菌するものである。一方、オゾンはその強力な酸化作用により菌組織を壊し殺菌する。しかし、これらの非加熱殺菌は、殺菌の確実性が低く、電磁波照射されない部分が生じるとその部分は殺菌されないという問題がある。オゾンの場合も微生物とオゾンが接触できなければ、その接触しない部分は殺菌されない。また放射線照射は、特に食品の場合、安全性に問題があり、日本など国によっては、この殺菌方法が許可されていないのが現状である。
一方、殺虫殺卵方法としては、特許文献４のような、減圧による殺虫殺卵方法がある。実施例によれば、被処理物を５〜６０気圧に加圧された密閉容器に３〜２０分程度入れておき、その状態から急速に又は緩慢に減圧することで、殺虫する方法であることが記載されている。この方法は、加圧状態を数分間維持するためにバッチ式にせざるを得ず、処理効率が上がらないという問題がある。また、実施例４のような６０気圧もの高圧に耐えうる装置でなければ当該方法を実施できず、装置が大型化してしまうという問題がある。
特開２０００‐２４０９１号（図１、[０００９]、[００１０]及び[００４０]） 特公平５‐５３号（請求項１、４及び５等） 特開２０００−１５７６１５（[００１６]） 特公平７−１１４６７４
本発明では加熱時間を必要最小限とすることで、加熱による粉粒体の品質の劣化を少なくし、かつ十分な殺菌効果を得ることのできる粉粒体の殺菌方法を提供することを目的とする。また、効率的な殺菌方法を提供することにより、防腐剤の添加等を不要とし、以て粉粒体原料のコストを低減することも本発明の目的である。
粉粒体原料は、食品、栄養補助食品、化粧品、医薬品など、多くの産業分野で利用されており、その利用方法は多岐にわたっている。そのため、粉粒体原料の微生物等による汚染が、最終加工製品の品質を左右することも多い。特に芽胞子が死滅していない粉粒体原料では、流通過程や家庭での保存などで、それが発芽し、製品の微生物汚染が進行してしまう。そのためメーカーが消費期限や賞味期限を短く設定したり、特殊な流通形態（チルド流通、冷凍流通など）にしたり、防腐剤を添加するなどして対応し、それが製品のコストアップ、効率的な原料利用や安全性を阻害しているという問題があった。一方で簡便に殺菌を行うことのできる蒸気加熱による殺菌方法によれば、デンプンのアルファ化、タンパク質の熱変性、ビタミンの分子構造の破壊、クロロフィル、ポリフェノール等の色素分子の破壊などの品質劣化を引き起こすとともに、上述のように耐熱性菌に対しては殺菌効果が小さく、耐熱性菌を完全に死滅させようとすると処理温度の上昇、処理時間の長時間化に伴う熱履歴によりデンプンのアルファ化などの品質の劣化が避けられないという問題があった。
本発明は加熱及び加圧条件とした加熱気流管に粉粒体を供給し、該加熱気流管中にて粉粒体と加熱凝縮性気体を０．００８〜２秒間、直接接触させながら粉粒体を移送する加熱・加圧工程と、該加熱気流管中より圧力が低い空間に該加熱凝縮性気体と粉粒体を瞬時に開放し、粉粒体に付着している微生物内の水分を急激に沸騰させて微生物の組織を破壊する瞬時減圧殺菌工程にて処理することを特徴とする粉粒体の殺菌方法により上記課題を解決する。
具体的には、まず、粉粒体原料と加熱凝縮性気体を加熱気流管中で満遍なく接触させつつ粉粒体原料を移送しながら粉粒体の表面に付着している微生物を昇温させる加熱・加圧工程により粉粒体の各粒の表面に付着している細菌やカビなどの微生物自体を昇温させる。ここでいう加熱凝縮性気体とは加圧水蒸気、飽和水蒸気、過熱水蒸気のことを指す。そのような凝縮性気体であれば、所定圧力における飽和水蒸気温度で水蒸気が凝縮し潜熱で微生物の表面に熱が伝わるため、粉粒体の表面に存在する微生物を極短時間で昇温することができる。例えば、圧力０．２ＭＰａＧ、温度１３３℃の加圧水蒸気を用いる場合には、加熱・加圧工程は粉粒体を０.００８〜２秒間、加圧水蒸気と直接接触させるだけで本発明の殺菌方法を行うのに十分な熱量が得られる。粉粒体の品質劣化を考慮し、加圧水蒸気と粉粒体の直接接触時間は０.０１〜２秒とするとより好ましい。さらに好ましくは０．０１〜１秒、特に好ましくは０．０１〜０．５秒とするとよい。このような極短時間であれば粉粒体表面は昇温するが内部はさほど昇温しない。これは例えば大腸菌は約０．７ミクロン、細菌であるバチルスの芽胞子が約２ミクロンの大きさであるのに比較して、粉粒体の大きさは、例えば、抹茶であれば、約３０ミクロン、小麦粉であれば、約１００ミクロンというように、微生物等に比べはるかに粉粒体粒径は大きいからである。このように加熱・加圧工程では粉粒体自体はさほど昇温せず原料組成の変性は極小となり、表面の微生物等だけが、所定圧力の飽和水蒸気温度で昇温している状態を作り出すことを目的とする。
前記の加熱・加圧工程に続いて加熱気流管中より圧力が低い空間に該加熱凝縮性気体と粉粒体を瞬時に開放する瞬時減圧殺菌工程に移行する。本工程では加熱・加圧工程によりその表面に付着している微生物だけが加熱され、加圧条件に曝されている粉粒体を減圧下に瞬時に開放することで、粉粒体に付着している微生物の内の水分を急激に沸騰させて微生物の組織を破壊し殺菌するものである。ここで該加熱気流管中より圧力が低い空間に該加熱凝縮性気体と粉粒体を瞬時に開放する手段としては、どのようなものを用いても構わないが、好ましいものの一例としては加熱気流管の下流に設けた減圧手段に加熱凝縮性気体と粉粒体を通過させることによって減圧操作を行う方法が挙げられる。そのような減圧手段としてはオリフィス、細管が挙げられる。細管等の減圧手段を用いた場合、該細管を通過する粉粒体と加熱凝縮性気体の混合気流の通過速度は大きくなりそこで大きな圧力損失が生じる。この結果、加熱気流管内部と、細管下流で圧力差が生まれるのである。この圧力差と、加熱・加圧工程により与えられた最小限の熱エネルギーとにより、微生物内の水分の急激な沸騰が達成される。本発明による瞬時減圧殺菌工程を適切に行うには、細管の通過時間（減圧時間）が例えば計算値で０．００００１〜０．１秒であることが好ましく、圧力差は０．０５〜０．７ＭＰａであることが好ましい。より好ましくは細管の通過時間については計算値で０.００００２〜０.１秒、圧力差については０．０５〜０．５ＭＰａである。さらに好ましくは細管の通過時間については０．００００２〜０．０１秒、圧力差については０．０７〜０．５ＭＰａである。
例えば、加熱気流管内が０．２ＭＰａＧで飽和水蒸気温度１３３℃、加熱気流管内の滞留時間が約０．１６秒であれば、粉粒体に付着した芽胞子内部の品温はほぼ１３３℃であり、一方、小麦粉であれば、その中心温度は数十℃程度にしか昇温していない計算となる。その後、０．０００２５秒（計算値）で細管を通過して大気圧下に放出すると瞬時に０．２ＭＰａの減圧が達成され、芽胞子内部の水は大気圧下では液体で存在することが出来ないので、急激に蒸発する。結果、芽胞子内部は大量の水蒸気で満たされ、その力が芽胞子の組織を崩壊せしめ芽胞子は死に至るのである。
本発明の細管とは流路方向にある程度の幅を有する点で、オリフィスと形状の点で区別される。また、細管やオリフィスの形状に依存するため一概には言えないが、機能面ではオリフィスは、縮流の影響で粉粒体が流れにくいので、細管に比べ処理量はあまり多くないが殺菌効果は優れる傾向がある。逆に細管は殺菌効果についてはオリフィスに劣るが、処理量についてはオリフィスに勝る傾向がある。従って、用途に応じ選択すればよい。
加熱・加圧工程では粉粒体の表面に付着している微生物のみが主に加熱され、粉粒体はほとんど加熱されないため、粉粒体は瞬時減圧殺菌工程を経ても膨張して弾けることがない。一方、微生物は加熱されているため瞬時減圧殺菌工程を経ることにより、瞬時に膨張して死滅する。
必要に応じて、瞬時減圧殺菌工程に続いて、冷却手段から供給される非凝縮性気体により粉粒体及び加熱凝縮性気体を冷却する冷却工程と、冷却された粉粒体と加熱凝縮性気体及び非凝縮性気体とを分離する分離工程で瞬時減圧殺菌工程において瞬時減圧殺菌された粉粒体を後処理してもよい。冷却工程は瞬時減圧殺菌工程を経て得られる瞬時減圧後の粉粒体を、加熱凝縮性気体と粉粒体を分離することなく、冷却手段から供給される非凝縮性気体と混合する工程であって、本発明の瞬時減圧殺菌工程による余熱により粉粒体の品質が劣化するのを防止することを目的とするものである。この冷却工程は粉粒体が加熱凝縮性気体によって移送開始されてから、非凝縮性気体との混合移送雰囲気が６５℃以下になるまでの時間が０.０５〜１秒となるようにすると、瞬時減圧殺菌後の余熱による粉粒体の品質劣化を最小限に留めることができるので好ましい。さらには０.０８〜１秒とするとより好ましい。
冷却手段としてはどのようなものを用いても構わないが、一例としてＨＥＰＡフィルター（High Efficiency Particulate Air Filter）ユニットを備えたブロアーであって、粉塵、浮遊細菌をフィルターし大量の無菌化された非凝縮性気体を供給することができるものが挙げられる。また、ここで言う非凝縮性気体は、室温の大気、冷却された大気等、粉粒体殺菌装置内への供給により粉粒体を冷却できるものであればどのようなものでも構わないが、余熱及び雰囲気中の酸素による減圧殺菌後の粉粒体の酸化を防ぐ目的で窒素ガス、アルゴンガス、炭酸ガス、へリウムガス等の非酸化性ガスを用いることが好ましい。
分離工程は冷却工程で冷却された粉粒体を加熱凝縮性気体と非凝縮性気体の混合気体と粉粒体に分離する工程である。分離はどのような方法によって行っても構わないが、例えば、サイクロンを用いてサイクロンの容器内で渦状の気流を発生させて、それにより発生する遠心力で粉粒体と混合気体を分離すればよい。瞬時減圧殺菌工程を経て得られる瞬時減圧殺菌後の粉粒体を、冷却工程を経ることなく、直ちにサイクロンで加熱凝縮性気体と粉粒体を分離すると、粉粒体はサイクロン内で旋回滞留し、その間の原料温度は１００℃程度あるため、原料の品質劣化がサイクロン内で進行するという問題が生じる。またサイクロンに投入された粉粒体については必ずしも先に投入された粉粒体が先に出てくるとは限らず、滞留時間の長くなった粉粒体については品質の劣化が著しい等の問題も生じる。そこで、本発明では瞬時減圧殺菌後の粉粒体を直ちに分離せず、その混合気流に冷却気体を混合して極短時間で急速冷却することにより、極短時間に６５℃以下に低下する。その後、サイクロンなどで分離することにより、粉粒体の品質劣化の問題を解決することができる。６５℃近辺はデンプンであればアルファ化、タンパク質であれば変性が生じる境の温度であり、この温度以下まで下げればそれらの変性は進行しなくなり、酸化の進行も著しく遅くなるのである。
粉粒体を加熱気流管に供給するには上述のような非酸化性ガスに粉粒体を浮遊させながら行うと好ましい。これは上述のように酸素共存下において、加熱気流管内で粉粒体が高温状態に曝されると著しい酸化反応により粉粒体の品質劣化が生じるためである。
本発明の粉粒体の殺菌方法によると熱履歴によるデンプンのアルファ化、タンパク質の熱変性などの品質劣化が極小の無菌粉粒体が得られる。ここでいう無菌粉粒体とは、１グラムの粉粒体に含まれる菌数が３００個（ｃｆｕ）以下である状態をいう。
また、本発明の粉粒体の殺菌方法は害虫及びその卵に対しても効果を有する。コクゾウムシ、ノシメマダライガ等の害虫及びその卵に対して本発明の殺菌方法及び装置は効果を発揮し、殺虫及び殺卵の条件は殺菌方法と同じである。
以上のように、本発明は粉粒体表面に付着した微生物、害虫、害虫の卵を必要最小限の時間で加熱し、その微生物等が付着した粉粒体を急激に減圧することで、瞬時減圧する方法であって、その方法は種々の装置により実現され得る。好ましい一実施形態としては原料供給部と、加熱凝縮性気体供給部と、該原料供給部と該加熱凝縮性気体供給部を繋ぎ合わせる接合部と、該接合部の下流に接続される加熱気流管と、該加熱気流管の下流に配される減圧手段と、該減圧手段がその途中に連結される冷却気流管と、該冷却気流管の上流に接続され冷却気流管に非凝縮性気体を送り込む冷却手段と、該冷却気流管の下流に接続される粉粒体分離装置とからなる粉粒体の殺菌装置が挙げられる。
装置の構成については発明の詳細な説明にて後述するが、本発明の粉粒体の殺菌方法によれば、粉粒体と加熱凝縮性気体を接触させる時間はごく短時間でよい。従って、装置構成としては加熱気流管を短いストレート管として構成することができる。具体的には管の内径、流速にもよるが加熱気流管の長さは１００〜５０００ｍｍ程度で十分な殺菌効果を得ることができる。
本発明の粉粒体の殺菌方法によれば、熱履歴による品質劣化を最小に留めて、迅速、簡便に粉粒体を殺菌することができる。本発明はタンパク質の熱変性、ビタミン、色素の破壊等が重大な問題となる粉粒体原料の市場において利用価値が高い。また、本発明の殺菌方法は粉粒体の品質を害することなく、害虫及びその卵を死滅させることができる。
瞬時減圧殺菌工程が終了した後すぐに粉粒体を冷却する冷却工程を行うことで、残存する余熱で分離工程中に粉粒体の品質が劣化することがなくなる。
粉粒体を加熱気流管に供給するに当たって、非酸化性ガスを使用することにより、加熱・加圧工程で粉粒体が酸化し、品質劣化が生じてしまうことを防ぐことができる。同様に冷却手段から供給される非凝縮性気体として非酸化性ガスを採用することにより、冷却工程、分離工程における酸化による品質劣化を最小限にすることができる。
本発明の瞬時減圧殺菌工程を採用することにより、熱履歴に依らず微生物等を死滅させることができる。これは、加熱気流管中での粉粒体と加熱凝縮性気体の接触時間を短くすることを意味し、本発明の殺菌殺虫殺卵方法を実施する装置の加熱気流管の長さを従来よりも短く設定することが可能になる。従って、従来のように滞留時間を稼ぐための加熱用のサイクロン等を設置する必要がなくなる。これにより装置構成をより簡素化して、メンテナンス性の向上、コスト低減を実現することができる。
本発明の粉粒体の殺菌方法の流れを示したフローチャートである。 本発明の粉粒体の殺菌方法を用いた殺菌装置の１実施例の構成を模式的に示した図である。
以下、本発明の実施例につき、具体的に説明する。図１は本発明の粉粒体の殺菌方法の流れを示したフローチャートである。図２は本発明の粉粒体の殺菌方法を用いた殺菌装置の一例の構成を模式的に示した図である。
本発明は図１に示されるように粉粒体１を加熱気流管に供給し、該加熱気流管中を加熱凝縮性気体によって加熱及び加圧条件下で該粉粒体を移送する加熱・加圧工程１１と、該加熱気流管中より圧力が低い空間に該加熱凝縮性気体と粉粒体を瞬時に開放し、粉粒体に付着している微生物等の水分を急激に沸騰させて微生物等の組織を破壊する瞬時減圧殺菌工程１２にて処理することを特徴とするが、必要に応じて、この２工程に加えて、冷却手段から供給される非凝縮性気体により粉粒体及び加熱凝縮性気体を冷却する冷却工程１３と、冷却された粉粒体と、加熱凝縮性気体及び非凝縮性気体とを分離する分離工程１４を行う。本発明の瞬時減圧処理は加熱・加圧工程１１と瞬時減圧殺菌工程１２にて達成され、無菌粉粒体２を得ることができるが、粉粒体と加熱凝縮性気体を分離する際に加熱・加圧工程１１の余熱により粉粒体の品質が劣化するため、冷却工程１３及び分離工程１４を組み合わせて行うとよい。
本発明の粉粒体の殺菌方法を実施するのに好適な殺菌装置の一実施例としては、例えば図２に示される装置が考えられる。なお、図２では原料供給部１０１と加熱凝集性気体供給部１０２を接合する接合部としてエゼクタ１０３を使用した。すなわち、原料供給部１０１と、加熱凝縮性気体供給部１０２と、該原料供給部１０１と該加熱凝縮性気体供給部１０２を繋ぎ合わせてなり加熱凝縮性気体供給部１０２から供給される加熱凝縮性気体を駆動力として粉粒体を吸引するエゼクタ１０３と、該エゼクタ１０３の下流に接続される加熱気流管１０４と、該加熱気流管１０４の下流に配される減圧手段１０５と、該減圧手段１０５から伸びる配管１０３０がその途中に連結される冷却気流管１０７と、該冷却気流管１０７の上流に接続される冷却手段１０６と、該冷却気流管１０７の下流に接続される粉粒体分離装置１０８とからなる粉粒体の殺菌装置である。
原料供給部１０１は、原料投入タンク１００１と、原料投入タンク１００１の下方に接続され原料投入タンク１００１に充填されている粉粒体を定量供給するスクリューフィーダ１００２と、スクリューフィーダ１００２の下方に配置されスクリューフィーダ１００２により定量供給される粉粒体を原料供給管１００６に供給するロータリーフィーダ１００４と、ロータリーフィーダ１００４の上流に配される非酸化性ガス供給部１０１４と、非酸化性ガス供給部１０１４とロータリーフィーダ１００４を接続する非酸化性ガス供給管１０１０と、ロータリーフィーダ１００４の下流に接続され非酸化性ガス供給部１０１４から供給される非酸化性ガスを搬送気体として粉粒体をエゼクタ１０３に吸引させる原料供給管１００６とからなる。
本実施例では非酸化性ガス供給部１０１４を有する粉粒体殺菌装置の構成を説明したが、非酸化性ガス供給部１０１４は必須ではなく、場合によっては省略しても構わない。
本実施例の加熱凝縮性気体供給部１０２は、ボイラ１０１９、減圧弁ユニット１０１５、過剰な水分を蒸気から分離させるドレンセパレータ１０１６と、蒸気コントロールバルブ１０１８、圧力センサー１０２０と、温度表示計１０２１とからなる。
また、本実施例に係る装置では断熱ジャケット１０１７を設けた。断熱ジャケット１０１７はエゼクタ１０３、加熱気流管１０４、減圧手段１０５、冷却気流管１０７、粉粒体分離装置１０８を覆う様にして設置される。
エゼクタ１０３は原料供給部１０１の原料供給管１００６と加熱凝縮性気体供給部１０２を気密に繋ぎ合わせる部分であって、加熱凝縮性気体供給部１０２から供給される加熱凝縮性気体を駆動源として原料供給管１００６中の粉粒体を吸引し、下流の加熱気流管１０４に粉粒体と加熱凝縮性気体を攪拌しながら送り込む。
加熱気流管１０４はエゼクタ１０３の下流に気密に接続する。例えば、圧力０．７５ＭＰａＧの加圧水蒸気を駆動源としてエゼクタ１０３に供給することにより原料供給管１００６から粉粒体を吸引し、粉粒体と加圧水蒸気とを加熱気流管１０４に供給する。加熱気流管１０４内の圧力は、粉粒体と加圧水蒸気の混合気流が減圧手段１０５を通過するときに発生する圧力損失分の圧力で維持されている。加熱気流管１０４内を圧力０．２ＭＰａＧ、温度１３３℃に維持する場合、加熱気流管１０４内の加圧水蒸気の流速を２５ｍ／秒とし、減圧手段１０５に細管を用い、その細管中の加圧水蒸気流速が計算値で３００ｍ／秒になるように細管断面を確保すると細管の前後で著しい圧力損失が発生し、瞬時減圧殺菌を実現することができる。本実施例では加熱気流管１０４の長さを４０００ｍｍ、内径３５．７ｍｍとした。この場合、加圧水蒸気と粉粒体の接触時間は０．１６秒と計算され、粉粒体表面に付着した微生物は１３３℃まで十分加熱される計算となり、粉粒体の平均粒径が数十ミクロン以上であれば粉粒体中心部の温度は数十℃程度までしか上昇せず、粉粒体への熱履歴は極少となる計算になる。細管の長さを１００ｍｍとすると、加圧水蒸気と粉粒体の混合流は細管を計算値０．０００３３秒で通過するが、細管前後の圧力差が０．２ＭＰａ発生しているため、瞬時に減圧されることになる。このとき粉粒体の表面に付着している菌の内部の温度が１３３℃になると計算され細管を通過した後は、ほぼ大気圧であるため菌内部の水は瞬時に沸騰し大量の水蒸気が菌内部に発生する。この瞬時に発生する大量の水蒸気の力で菌の組織が破壊され、菌は死滅する。
減圧手段１０５は加熱気流管１０４の下流に気密に接続する。減圧手段１０５としては０.０５〜０.５ＭＰａの減圧が瞬時（０.００００１〜０.１秒）に達成できればどのようなものを用いても構わないが、本実施例では内径１０．４ｍｍ、長さ１００ｍｍの細管を使用した。
冷却手段１０６は高密度フィルターを備えたフィルターユニット１０２３とブロアー１０２４からなり、粉塵、浮遊細菌をフィルターし大量の無菌化された非凝縮性気体を供給するものである。高密度フィルターとしてはＨＥＰＡフィルター（High Efficiency Particulate Air Filter）を使用した。また、フィルターユニットやブロアーなどの装置構成は目的を達成できるものであればどのようなものでも構わない。また、本実施例では非凝縮性気体として窒素ガスを使用した。窒素ガスは図示しない非酸化性ガス供給部から供給される。
冷却気流管１０７は冷却手段１０６のブロアー１０２４と、減圧手段１０５から伸びる配管１０３０とを繋ぎ合わせて、減圧手段１０５から供給される粉粒体と加熱凝縮性気体、及び冷却手段１０６から供給される非凝縮性気体を混合し、冷却しながら粉粒体分離装置１０８に送り込む。冷却気流管１０７の長さ及び内径は、所定の粉粒体温度まで下げることができるものであればよい（本実施例では長さ１０００ｍｍ、内径９７．６ｍｍ）。また、冷却気流管１０７と冷却手段１０６はＹ字形状のジョイントを用いて接続すると簡便に接続することができる。Ｙ字形状のジョイントを使用することで合流付近に負圧が生じ、そこに加熱凝縮性気体と粉粒体の混合気体が引き込まれ、冷却手段１０６から供給される非凝縮性気体と前記の加熱凝縮性気体と粉粒体の混合気体がぶつかって、温度差を有する二つの気流が効率よく混合される。
粉粒体分離装置１０８は冷却気流管１０７の下流に接続され、粉粒体と並びに加熱凝縮性気体及び非凝縮性気体の混合気体とを分離する装置である。粉粒体分離装置１０８としては、該混合気体と粉粒体が分離されればどのようなものを用いても構わないが、本実施例ではサイクロンを使用した。
上記の粉粒体の殺菌装置を基本構成として、表１に示される種々の条件に合わせて適宜装置構成を変更して殺菌を行い、殺菌処理の効果について評価を行った。殺菌処理後の粉粒体の品質評価はβ−アミラーゼ・プルナラーゼ法によるアルファ化度の測定、殺菌処理後の菌数（cfu: colony forming unit）及び粉粒体の外観を観察することにより行った。殺菌処理の条件については表１にまとめた通りである。表中の原料は殺菌処理に供した原料のことである。米粉＋耐熱性菌は、米粉１ｇ当たりに芽胞子（耐熱性菌）として明治製菓のＢＮ菌（Bacillus subtilis）を１×１０５個接種したものを指す。また、滞留時間とは加熱気流管内で粉粒体が加熱凝縮性気体と直接接触する時間のことである。また、処理時間とは、原料が加熱気流管に供給されて、６５℃以下に冷却され、サイクロンから排出されるまでの時間のことである。なお、米粉の殺菌前のデンプンのアルファ化度は１４．１％であった。
Figure 0004499184
表１の実施例１及び実施例２に示したように、加熱気流管内の温度１３３℃、滞留時間は０.０１〜０.１６秒で菌数は３００ｃｆｕ以下となり、処理後のデンプンのアルファ化度は１４.２〜１４.５％であった。デンプンのアルファ化度は処理前の１４.１％と比較してほぼ変化しておらず、本発明によると粉粒体の品質を維持しつつ、耐熱性菌に対して十分な殺菌効果が得ることができる。また、実施例８、９のように滞留時間を１．０秒や０．４８秒とした場合、デンプンのアルファ化度はやや高めであったが用途によっては許容できる範囲であった。さらに実施例１０のように加熱気流管内での滞留時間を０．００８秒とした場合、殺菌効果はやや減少したが、殺菌効果は認められた。
一方、比較例１のように滞留時間を短くした場合（０.００５秒）、十分な殺菌効果は得られなかった（２×１０３ｃｆｕ）。また、比較例２のように減圧手段にオリフィスを使用し、減圧時間を短くした場合（０.０００００５秒）、殺菌効果は十分得られるものの（３００ｃｆｕ以下）、オリフィスにより縮流が生じ粉粒体が通過し難く（オリフィス内径９ｍｍ）、他の殺菌条件での粉粒体の処理量と比較して処理量が小さくなり（１５ｋｇ／ｈ）、実用的とは言い難い。
また、実施例３のように加熱気流管内での滞留時間をやや長めに設定した場合（２秒）であっても、デンプンのアルファ化度はそれほど進行せず（１６.０％）、かつ耐熱性菌に対して十分な殺菌効果（３００ｃｆｕ以下）が得られた。一方、比較例３のように滞留時間を２秒を超えて設定すると（２.５秒）、耐熱性菌に対する殺菌効果は十分得られるものの、デンプンのアルファ化が進行（２１.０％）し、好ましくない。
また、減圧時間については比較例４に示されるように減圧手段としてロータリーバルブを採用した場合は減圧に多少の時間を要し（０.２秒）、十分な殺菌効果は得られなかった（３×１０３）。一方、実施例４のように減圧手段として細管を用いて減圧を行った場合、速やかに減圧が達成され（減圧時間は０.１秒）、耐熱性菌に対して十分な殺菌効果が得られた（３００ｃｆｕ以下）。
減圧手段により生じる圧力差については、実施例５の如く加熱気流管内の圧力を０.０５ＭＰａＧとして、加圧水蒸気で加熱した場合、加熱気流管内の温度は１１１℃まで上昇し、減圧手段により生じる圧力差は０.０５ＭＰａとなった。この条件においては耐熱性菌に対して十分な殺菌効果が得られることがわかる（３００ｃｆｕ以下）。一方、比較例５に示されるように加熱気流管内の圧力を０.０３ＭＰａＧとして、加圧水蒸気で加熱した場合、加熱気流管内の温度は１０７℃まで上昇し、減圧手段により生じる圧力差は０.０３ＭＰａとなった。この圧力差では耐熱性菌に対して十分な殺菌効果が得られなかった（１×１０３ｃｆｕ）。
さらに実施例６に示されるように加熱気流管内の圧力を０.５ＭＰａとして、加圧水蒸気で加熱した場合、加熱気流管内の温度は１５８℃まで上昇し、減圧手段により生じる圧力差は０.５ＭＰａとなった。この条件では耐熱性菌に対する殺菌効果は申し分なかったが（３００ｃｆｕ以下）、米粉が若干、膨化してしまった。一方、実施例７のように加熱気流管内の圧力を０.６ＭＰａとして、加圧水蒸気で加熱した場合、加熱気流管内の温度は１６４℃まで上昇し、減圧手段により生じる圧力差は０.６ＭＰａとなった。この条件においても耐熱性菌に対する殺菌効果は申し分なく（３００ｃｆｕ以下）、米粉の中には膨化により弾けてしまったものが見られたが、弾けたことにより粉粒体の粒径が小さくなり用途によってはむしろ好ましいものとなった。
本発明の粉粒体の殺菌装置を用いて米糠を殺菌し、殺菌処理前と、殺菌処理後の菌数（cfu: colony forming unit）について測定を行った。測定結果については表２にまとめた。表２の実施例１１からわかるように、本発明は米糠の殺菌処理においても有効であって、米糠に付着している一般生菌についても十分な殺菌能力を有する。
Figure 0004499184
次に、本発明の粉粒体の殺菌装置を用いて緑茶粉末を殺菌し、殺菌処理前と、殺菌処理後の菌数（cfu: colony forming unit）について測定を行うとともに、官能検査により殺菌処理後の品質について評価を行った。殺菌条件、測定結果については表３にまとめたとおりである。なお、殺菌はサイクロンからの粉粒体の排出温度が６４℃となるように加熱気流管内の滞留時間を調整して行った。
Figure 0004499184
実施例１２に示されるように処理時間を０.０５秒にして殺菌を行った場合、サイクロンから排出される粉粒体は６４℃にまで冷却され、殺菌処理後の粉粒体は風味・色合い共に変化せず、品質の劣化は生じず、かつ十分な殺菌効果が得られた（３００ｃｆｕ以下）。それに対して比較例６のように、処理時間（原料が加熱気流管に供給されてサイクロンから排出されるまでの時間）を０.０３秒とした場合、冷却時間が不十分となりサイクロンから排出される粉粒体の品温は６５℃以下に下がらなかった。
また、実施例１３に示される条件で、処理時間を１秒としたところ、加熱気流管内での滞留時間は０.９秒となり、十分な殺菌効果は得られたものの（３００ｃｆｕ以下）、風味・色合いに若干の変化が生じてしまった。しかし、商品性に問題の無い範囲の変化であった。一方、比較例７に示される条件にて、処理時間を１.５秒に設定して処理したところ、加熱気流管内での滞留時間は１.４秒となり、十分な殺菌効果は得られたものの（３００ｃｆｕ以下）、殺菌処理後の緑茶粉末は風味に変化が生じ、また色合いが若干淡くなるなどの変化が生じ、商品性に若干の問題が生じてしまった。
このように本発明によれば、種々の粉粒体原料について加熱による品質劣化を生じることなく、殺菌することができる。さらに本発明によれば、従来、殺菌が難しかった耐熱性菌についても連続殺菌処理を行うことができ、産業上の利用価値は極めて高い。
次にノシメマダラメイガ又はコクゾウムシが付くまで放置した米粉を上記の表１の実施例１〜１０、比較例１〜５と同じ条件で米粉を処理した。処理直後の米粉につき、ノシメマダライガ、コクゾウムシの生存の有無を確認した後、シャーレに処理後の米粉を入れてサージカルテープでシャーレを密閉し、３０℃のインキュベーターに１週間入れて、卵の孵化の有無を確かめた。結果は表４にまとめたとおりである。
Figure 0004499184
表４から明らかなように、本発明によれば、米粉に付いたノシメマダライガ、コクゾウムシ及びその卵を確実に死滅させることができることがわかる。ノシメマダライガ、コクゾウムシ以外にも小麦粉に付いたコクヌストモドキにも本発明の殺虫殺卵方法は効果があった。
１ 粉粒体
２ 無菌粉粒体
１１ 加熱・加圧工程
１２ 瞬時減圧殺菌工程
１３ 冷却工程
１４ 分離工程
１０１ 原料供給部
１０２ 加熱凝縮性気体供給部
１０３ エゼクタ
１０４ 加熱気流管
１０５ 減圧手段
１０６ 冷却手段
１０７ 冷却気流管
１０８ 粉粒体分離装置
１００１ 原料投入タンク
１００２ スクリューフィーダ
１００４ ロータリーフィーダ
１００６ 原料供給管
１００７ ローター
１００８ ホッパ
１００９ ローター凹溝
１０１０ 非酸化性ガス供給管
１０１１ モーター
１０１４ 非酸化性ガス供給部
１０１５ 減圧弁ユニット
１０１６ ドレンセパレータ
１０１７ 断熱ジャケット
１０１８ 蒸気コントロールバルブ
１０１９ ボイラ
１０２０ 圧力センサー
１０２１ 温度表示計
１０２３ フィルターユニット
１０２４ ブロアー
１０２５ 温度コントロールセンサー
１０２６ ローター回転軸
１０２７ 二股ジョイント
１０２８ 圧力コントロールセンサー
１０２９ 圧力表示計
１０３０ 配管
１０３１ 加熱凝縮性気体・粉粒体流入口
１０３２ 非凝縮性気体流入口
１０３３ 排出口

Claims (6)

  1. 加熱及び加圧条件とした加熱気流管に粉粒体を供給し、該加熱気流管中にて粉粒体と加熱凝縮性気体を０．００８〜２秒間、直接接触させながら粉粒体を移送する加熱・加圧工程と、
    該加熱気流管中より圧力が低い空間に該加熱凝縮性気体と粉粒体を瞬時に開放し、粉粒体に付着している微生物内の水分を急激に沸騰させて微生物の組織を破壊する瞬時減圧殺菌工程にて処理することを特徴とする粉粒体の殺菌方法。
  2. 瞬時減圧殺菌工程は加熱気流管の下流に設けた減圧手段に加熱凝縮性気体と粉粒体を通過させることによって減圧操作を行い、該減圧は０.００００１〜０.１秒で達成されることを特徴とする請求項１記載の粉粒体の殺菌方法。
  3. 瞬時減圧殺菌工程は加熱・加圧工程より０.０５〜０.７ＭＰａ圧力が低い空間に開放することを特徴とする請求項１又は２のいずれかに記載の粉粒体の殺菌方法。
  4. 請求項１記載の粉粒体の殺菌方法に加えて、冷却手段から供給される非凝縮性気体により粉粒体及び加熱凝縮性気体を冷却する冷却工程と、冷却された粉粒体と加熱凝縮性気体及び非凝縮性気体とを分離する分離工程にて処理することを特徴とする粉粒体の殺菌方法。
  5. 冷却工程は加熱凝縮性気体と粉粒体を分離することなく、冷却手段から供給される非凝縮性気体と混合する工程であって、粉粒体が加熱凝縮性気体によって移送開始されてから非凝縮性気体との混合移送雰囲気が６５℃以下になるまでの時間が０.０５〜１秒であることを特徴とする請求項４記載の粉粒体の殺菌方法。
  6. 粉粒体は非酸化性ガスにより加熱気流管に供給される請求項１又は４のいずれか記載の粉粒体の殺菌方法。
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