JP6049616B2

JP6049616B2 - 希薄過酸化水素含有ガスを利用した包装容器の殺菌方法

Info

Publication number: JP6049616B2
Application number: JP2013523813A
Authority: JP
Inventors: 泰昌伊藤; 陽次西尾
Original assignee: Shikoku Kakoki Co Ltd
Current assignee: Shikoku Kakoki Co Ltd
Priority date: 2011-07-08
Filing date: 2012-07-05
Publication date: 2016-12-21
Anticipated expiration: 2032-07-05
Also published as: EP2730512A1; JPWO2013008426A1; WO2013008426A1

Description

本発明は、希薄過酸化水素含有ガスを利用した省エネタイプの包装容器の殺菌方法や、殺菌システムに関する。

従来、牛乳や清涼飲料水等の液体食品を紙容器やプラスチック容器に充填するにあたって、製品の棚寿命を延ばす目的で、液体食品充填前の容器を過酸化水素等の殺菌剤を用いて殺菌することが広く行われている。例えば、過酸化水素のミストや高温の過酸化水素ガスを噴霧して容器表面に凝縮させ、その後のパージ工程で熱風により乾燥除去する方法がよく知られている（例えば、特許文献１参照）。また、より高い殺菌力を持たせるため過酸化水素と紫外線照射を併用する方法が知られている。例えば、紫外線照射波長が完全にまたは主として３２５ｎｍ以下、過酸化水素濃度１０重量％以下のもとで紫外線照射過酸化水素溶液微生物処理を行う方法（例えば、特許文献２参照）や、上部に開口を有する食品用包装容器の内部に過酸化水素含有溶液を付着させる殺菌剤付着工程と、過酸化水素が付着した該容器内部に紫外線を照射して殺菌するＵＶ殺菌工程と、過酸化水素が付着した該容器内部に除去用気体の不活性ガスを吹き付けて該容器内部から過酸化水素を除去する殺菌剤除去工程を備えた方法（例えば、特許文献３参照）や、濃度０．１〜５重量％の過酸化水素（Ｈ_２Ｏ_２）と紫外線とを組合せて包装材料を処理することで微生物付着量の非常に少ない包装容器を製造する方法（例えば、特許文献４参照）が知られている。

特開２００９−２８０２２２号公報特表昭５６−５０００５８号公報特開２００４−５９０１４号公報特表２０１０−５２１３７８号公報

過酸化水素のミストを噴霧した後に紫外線照射する場合は、容器に付着した過酸化水素を短時間で乾燥除去するためには高温エアーが必要となる上に、容器形状が複雑な場合は過酸化水素ミストの付着が不十分な箇所が存在し、殺菌不良を引き起こす。一方、過酸化水素を高温ガス化して噴霧した後に紫外線照射する場合は、過酸化水素ミスト噴霧の欠点を補うことができるが、過酸化水素を沸点以上に加熱する必要があるため、乾燥工程に加え、ガス化工程にも熱源が必要であり、装置コスト、ランニングコストが膨れ上がる。本発明の課題は、エネルギーコスト、イニシャルコストを考慮した省エネ対応で、高殺菌性能を有し、かつ安全なドライ殺菌システムとすることができる包装容器の殺菌方法を提供することにある。

本発明者らは、高殺菌性能を維持しつつ、省エネ対応の殺菌システムを構築すべく鋭意検討した。その結果、従来の過酸化水素殺菌システムにおける容器内表面に被着した過酸化水素をパージするための加熱工程をなくす、あるいは減じることが省エネ化を図るためには必須であるとの結論に達し、パージ工程の省エネ化について種々の実験を試みたが、残留過酸化水素の問題をクリアできなかった。そこで発想を転換して、パージ工程に加熱ガスを必要としない殺菌システムについて検討することとした。その結果、過酸化水素ミストや高温過酸化水素ガスの代わりに、常温の希薄な過酸化水素ガスを利用した場合の殺菌性能を調べることとした。そこで、入出口を設けたタンクに過酸化水素溶液を貯留し、エアーを気相に供給することで、希薄な過酸化水素を含んだ常温のガスが得られること；エアー源としてドライエアーを用いるとより効率よく希薄な過酸化水素含有ガスが得られること；過酸化水素溶液中にバブリングすることで気相中の過酸化水素含有効率は上がるが、システムが複雑になることや、エアー量が多いとパブリングにより細かいミストが飛散しやすくなり、包装容器内表面への被着の危険性が高くなること；希薄な過酸化水素含有ガス単独処理では殺菌性能が十分でなく、紫外線照射と併用することにより高殺菌性能が達成しうること、すなわち紫外線照射との併用が不可欠であること；従来の過酸化水素ミストや高温過酸化水素ガスを噴霧した後は残留を回避するために高温のエアーパージが必要であるが、このシステムでは容器内表面に過酸化水素の付着、凝縮が起こらないため、紫外線照射後のパージはカートンの容積分の常温のエアーを吹き付けるだけで問題ないこと；等の知見が得られた。本発明はかかる知見に基づき完成されるに至ったものである。

すなわち本発明は、（１）（ａ）温度１０〜６０℃、濃度１０〜２００ｐｐｍの過酸化水素含有ガスを、被殺菌対象包装容器内に噴出し、過酸化水素を包装容器内表面と接触させる工程；（ｂ）包装容器内表面に紫外線を照射する工程；及び（ｃ）包装容器内に温度１０〜６０℃の無菌エアーを噴出し、包装容器内の過酸化水素含有ガスをエアーと置換するパージ工程；の工程を備えたことを特徴とする包装容器の殺菌方法や、（２）工程（ａ）における過酸化水素含有ガスが、温度が１０℃〜４０℃、濃度３〜４０％の過酸化水素水を貯留したタンク内の気相部にエアーを供給して得られる不飽和ガスであることを特徴とする上記（１）記載の殺菌方法や、（３）不飽和ガスが、５０〜２００Ｌ／分でエアーを供給して得られることを特徴とする上記（２）記載の殺菌方法や、（４）工程（ｃ）における温度１０〜６０℃の無菌エアーが室温の無菌エアーであることを特徴とする上記（１）〜（３）のいずれか記載の殺菌方法に関する。

また本発明は、（５）希薄過酸化水素含有ガス噴出装置と紫外線照射装置と過酸化水素含有ガスパージ用無菌エアー導入装置を備えた包装容器の殺菌システムであって、前記希薄過酸化水素含有ガス噴出装置が、入出口が設けられた過酸化水素溶液の貯留タンクと、貯留タンクの入口に連通状態で連結されたエアー供給パイプと、該エアー供給パイプを介して貯留タンク内の気相部にエアーを送り込むためのコンプレッサーと、貯留タンクの出口に連通状態で連結された希薄過酸化水素含有ガス排出パイプと、該排出パイプに設けられた希薄過酸化水素含有ガス中の過酸化水素濃度測定デバイスと、前記排出パイプの端部に設けられた希薄過酸化水素含有ガスの噴出ノズルを有することを特徴とする殺菌システムや、（６）希薄過酸化水素含有ガス噴出装置が、貯留タンク内の液相部に設けられた過酸化水素溶液の温度測定用デバイス、及び／又は、希薄過酸化水素含有ガス排出パイプに設けられた過酸化水素含有ガスの温度測定デバイスを備えていることを特徴とする上記（５）記載の殺菌システムに関する。

本発明によると、エネルギーコスト、イニシャルコストを考慮した、高殺菌性能、安全、省エネタイプのドライ殺菌システムを提供することができる。また、本発明の包装容器の殺菌方法によると、紫外線に抵抗力を持ったカビに対しても十分な殺菌効果があることが判明した。

自然気化過酸化水素含有ガスと紫外線照射との併用による殺菌システムにおける希薄過酸化水素含有ガス噴出装置の概要を示す図である。過酸化水素溶液の温度が、過酸化水素含有ガス中の過酸化水素濃度に及ぼす影響について調べた結果を示す図である。本発明の殺菌システムにおける希薄過酸化水素含有ガス噴出装置における、エアーの供給開始時の過酸化水素含有ガス中の過酸化水素濃度の経時変化の結果を示す図である。本発明の殺菌システムにおける希薄過酸化水素含有ガス噴出装置における、エアーの供給中断後の過酸化水素含有ガス中の過酸化水素濃度の経時変化の結果を示す図である。本発明の殺菌システムにおける希薄過酸化水素含有ガス噴出装置における、エアーの供給中断後の過酸化水素含有ガス中の過酸化水素濃度の経時変化の結果を示す図である。本発明の殺菌システムにおける希薄過酸化水素含有ガス噴出装置における、エアーの供給中断後の過酸化水素含有ガス中の過酸化水素濃度の経時変化の結果を示す図である。本発明の殺菌システムにおける希薄過酸化水素含有ガス噴出装置における、エアーの供給開始時の過酸化水素含有ガス中の過酸化水素濃度の経時変化の結果を示す図である。（グラフ１と同様の測定を長時間実施した図）

本発明の包装容器の殺菌方法としては、温度１０〜６０℃、濃度１０〜２００ｐｐｍの過酸化水素含有ガスを、被殺菌対象包装容器内に噴出し、過酸化水素を包装容器内表面と接触させる工程（ａ）と、包装容器内表面に紫外線を照射する工程（ｂ）と、包装容器内に温度１０〜６０℃の無菌エアーを噴出し、包装容器内の過酸化水素含有ガスをエアーと置換するパージ工程（ｃ）とを備える方法であれば特に制限されず、また、本発明の包装容器の殺菌システムとしては、希薄過酸化水素含有ガス噴出装置と紫外線照射装置と過酸化水素含有ガスパージ用無菌エアー導入装置を備え、前記希薄過酸化水素含有ガス噴出装置が、入出口が設けられた過酸化水素溶液の貯留タンクと、貯留タンクの入口に連通状態で連結されたエアー供給パイプと、該エアー供給パイプを介して貯留タンク内の気相部にエアーを送り込むためのコンプレッサーと、貯留タンクの出口に連通状態で連結された希薄過酸化水素含有ガス排出パイプと、該排出パイプに設けられた希薄過酸化水素含有ガス中の過酸化水素濃度測定デバイスと、前記排出パイプの端部に設けられた希薄過酸化水素含有ガスの噴出ノズルを有するシステムであれば特に制限されず、上記包装容器には牛乳、ジュース等の液体食品が充填される。

本発明の包装容器の殺菌方法の工程（ａ）における過酸化水素含有ガスとしては、温度が１０℃〜４０℃、好ましくは室温であって、濃度３〜４０％、好ましくは濃度８〜３５％の過酸化水素水を貯留したタンク内の気相部に、エアー、好ましくは室温のエアーを、フィルターを介して５０〜２００Ｌ／分、好ましくは８０〜１２０Ｌ／分で供給して得られる不飽和ガス（不飽和過酸化水素ガス）であることが好ましい。この過酸化水素含有ガスはカートン等の容器内に噴出され、容器内表面と付着・凝縮しない状態で接触する。

本発明の包装容器の殺菌方法の工程（ｂ）における紫外線としては、約２００〜約２８０ｎｍの間の波長、好ましくは、約２６５ｎｍの核酸の最大感受性に近い殺菌力のある波長の短波紫外線、約２８０から約３２０ｎｍの間の波長の中波紫外線、約３２０から約４００ｎｍの間の波長の長波紫外線を挙げることができ、紫外線照射としては、低圧水銀ランプによる紫外線照射や高圧水銀ランプによる紫外線照射の他、紫外線を含むパルス光照射も含まれる。また、紫外線照射における反射板が集光タイプであることが好ましい。

本発明の包装容器の殺菌方法のパージ工程（ｃ）においては、カートン等の容器内の過酸化水素含有ガスが無菌エアーと置換され除去される。前記のように、工程（ａ）においてカートン等の容器内に噴出された過酸化水素含有ガスは、容器内表面に付着・凝縮していないので、本発明の包装容器の殺菌方法の工程（ｃ）におけるパージ用無菌エアーとしては、温度１０〜６０℃の無菌エアー、特に室温の無菌エアーで十分である。また、かかる無菌エアーの供給量としては、カートン等の容器の容積分でよい。

本発明の包装容器の殺菌システムにおける希薄過酸化水素含有ガス噴出装置には、貯留タンク内の液相部に設けられた過酸化水素溶液の温度測定用デバイスや、希薄過酸化水素含有ガス排出パイプに設けられた過酸化水素ガス濃度測定デバイスの他、希薄過酸化水素含有ガスの濃度や温度や噴出量を制御するため制御手段を備えていることが好ましい。過酸化水素ガス濃度測定デバイスとしては、例えば測定器名ドレーゲルポリトロン７０００（ガスセンサー；高濃度化酸化水素用ガスセンサー、測定レンジ；０〜７０００ｐｐｍ、表示分解能；５ｐｐｍ、最小表示；５ｐｐｍ、ドレーゲル社製）等を使用することもでき、前記制御手段にはパージ用無菌エアーの供給量を制御する機構を有するものが好ましい。

以下、実施例等により本発明を説明するが、本発明の技術的範囲はこれら実施例等により限定されるものではない。

［予備実験］
図１に、自然気化過酸化水素含有ガスと紫外線照射との併用による殺菌システムの概要を示す。この殺菌システムは、入出口が設けられた容量３Ｌの過酸化水素溶液の貯留タンク、貯留タンク内の気相部にエアーを送り込むコンプレッサー、貯留タンク内の液相部に設けられた過酸化水素溶液の温度測定用の熱電対（Ｔ１）、貯留タンクと噴出ノズル間の配管（貯留タンク側）に設けられた過酸化水素含有ガスの温度測定用の熱電対（Ｔ２）、貯留タンクと噴出ノズル間の配管（噴出ノズル側）に設けられた過酸化水素含有ガスの過酸化水素濃度測定用の以下の濃度測定器（ドレーゲル社製）を備えている。
測定器名；ドレーゲルポリトロン７０００
ガスセンサー；高濃度化酸化水素用ガスセンサー
測定レンジ；０〜７０００ｐｐｍ
表示分解能；５ｐｐｍ
最小表示；５ｐｐｍ
なお、貯留タンクヘの各濃度の過酸化水素溶液の投入量は１Ｌとした。かかる殺菌システムを用いて、以下の各種実験を行った。

まず、過酸化水素濃度と供給エアー量とが過酸化水素ガス濃度に及ぼす影響について調べた。結果を表１に示す。その結果、溶液の過酸化水素濃度が高くなるほど、また貯留タンク内の気相部へのエアーの供給量が少ないほど、高い濃度の過酸化水素含有ガスが得られることがわかった。そして、過酸化水素濃度１０％溶液が貯留されているタンクの気相部に１００ｍＬ／分で１９℃のエアーを供給したとき、過酸化水素ガス濃度３０〜３５ｐｐｍの過酸化水素含有ガスが得られることもわかった。

次に、過酸化水素溶液の温度（Ｔ１）が、過酸化水素含有ガス中の過酸化水素濃度に及ぼす影響について調べた。具体的には、各種温度の過酸化水素濃度１０％溶液が貯留されているタンクの気相部に１００ｍＬ／分で２１．４℃のエアーを供給したときの過酸化水素含有ガスのガス濃度を調べた。結果を表２に示す。その結果、過酸化水素溶液の温度が高くなるほど高い濃度の過酸化水素含有ガスが得られることがわかった。例えば、過酸化水素溶液の温度が２０℃のとき、過酸化水素ガス濃度３５ｐｐｍの過酸化水素含有ガスが得られることがわかった。

過酸化水素濃度１０％溶液と３５％溶液について同様な実験を行った。過酸化水素含有ガスのガス濃度の結果を表３（上）に示す。また、過酸化水素濃度１０％溶液の温度（Ｔ１）を細かく検討した。過酸化水素含有ガスのガス濃度の結果を図２に、過酸化水素含有ガスの温度（Ｔ２）と合わせた結果を表３（下）に示す。その結果、過酸化水素溶液の温度が高くなるほど、高い温度と高い濃度の過酸化水素含有ガスが得られることがわかった。

この種の殺菌システムが備えられた包装充填機は、毎日の洗浄・殺菌が必要とされる他、トラブル発生時にはその都度洗浄・殺菌が必要とされる。本発明の殺菌システムを実際の包装充填機に適用するに際しては、過酸化水素含有ガスのガス濃度の安定性が大きな問題になる。そこで、温度２０℃の過酸化水素濃度１０％溶液が貯留されているタンクの気相部に１００ｍＬ／分で室温のエアーの供給開始時や供給を中断したときの過酸化水素含有ガスのガス濃度の経時変化を調べて、ガス濃度の安定性を検証した。結果を図３〜図７に示す。その結果、本発明の殺菌システムの過酸化水素含有ガスのガス濃度の安定性に実稼働上の問題はないことが確認できた。

［カートン殺菌性能の検証］
以下の条件で、過酸化水素含有ガスと紫外線照射併用による殺菌を行った。指標菌としてはバチルス・ズブチリスの芽胞、又はアスペルギルス・ニガーの胞子を用い、カートン内面にそれぞれ１０^６個付着させた。
コンタクトタイム；１秒
ＵＶ照射時間；２．５秒（低圧ＵＶ）１．０秒（高圧ＵＶ）
ＵＶ照射器；岩崎電気製空冷式１００Ｗ×３灯１．６ＫＷ高圧水銀殺菌装置
ガス噴射；カートン２ピッチ送りの場合は、「２本ノズル」とした。
パージノズル；内径２３ｍｍ風量２００Ｌ／分の常温エアーパージ
カートン内面の殺菌性能の結果を表４〜表９に、口栓付きカートンの口栓部の殺菌性能の結果を表１０に、過酸化水素濃度とキルレートの関係を表１１にそれぞれ示す。その結果、過酸化水素濃度等の条件を適宜設定することにより、カートンサイズ１Ｌ，５００ｍＬ，２５０ｍＬ内表面や口栓付きカートンの口栓部において概ねキルレート３〜４（菌数が１／１０^３〜１／１０^４）以上を達成することができ、本発明の殺菌システムは高殺菌性能を有することが確認できた。

［過酸化水素の残留検証］
濃度３５％過酸化水素溶液の入った３Ｌ加圧タンクを加温（湯せん）して、強制的に高濃度の過酸化水素ガスを発生させ、内径２３ｍｍのパージ用ノズルを用い、風速１１ｍ／秒、風温は常温の条件下で、ガス噴出２秒⇒ホールド３．６秒⇒パージ１．２秒で実験して残留過酸化水素濃度を検証した。結果を表１２に示す。その結果、常温無菌エアーによるパージでも、高濃度の過酸化水素の残留量は許容値以下となった。

超過酷ガス濃度で過酸化水素の残留量を次の条件で再度検証した。３５％過酸化水素水をタンクに２００ｍＬ投入し、ウォーターバスで５０℃に加温した。供給エアーは１００Ｌ／分／ユニット／２ノズルとし、ヒーターで４０℃に温調して供給した。ガス噴出ノズル径を内径１０ｍｍとしたところ、過酸化水素含有ガスの温度は３２．０℃であった。また、パージ用ノズル径を内径２３ｍｍとし、無菌エアーの風量２００Ｌ／分／ノズル、風温１９．９℃のパージ条件下で、ガス噴出１．２秒⇒ホールド３．６秒⇒パージ１．２秒で実験して残留過酸化水素濃度を検証した。結果を表１３に示す。その結果、高濃度ガスの場合、強制的に加温して発生させたため、若干凝縮が起こっていたが、常温無菌エアーによるパージでも、高濃度の過酸化水素の残留量は許容値以下となった。一方、凝縮が起こるとパージなしでは残留濃度をクリアできない。

［タンクヘの過酸化水素水の投入量が蒸発量に及ぼす影響］
タンク内へ任意量の過酸化水素水を入れ、エアー供給量１００Ｌ／分でエアーを供給し、蒸発により減少した量を確認した。結果を表１４に示す。その結果、過酸化水素水のタンクヘの投入量に関わらず、１時間当たり２０〜２５ｇの範囲で過酸化水素が蒸発していることがわかる。

Claims

以下の（ａ）〜（ｃ）の工程を備えたことを特徴とする包装容器の殺菌方法。
（ａ）温度１０〜６０℃、濃度１０〜２００ｐｐｍの過酸化水素含有ガスを、被殺菌対象包装容器内に噴出し、過酸化水素を包装容器内表面と接触させる工程；
（ｂ）包装容器内表面に紫外線を照射する工程；
（ｃ）包装容器内に温度１０〜６０℃の無菌エアーを噴出し、包装容器内の過酸化水素含有ガスをエアーと置換するパージ工程；
工程（ａ）における過酸化水素含有ガスが、温度が１０℃〜４０℃、濃度３〜４０％の過酸化水素水を貯留したタンク内の気相部にエアーを供給して得られる不飽和ガスであることを特徴とする請求項１記載の殺菌方法。
不飽和ガスが、５０〜２００Ｌ／分でエアーを供給して得られることを特徴とする請求項２記載の殺菌方法。
工程（ｃ）における温度１０〜６０℃の無菌エアーが、室温の無菌エアーであることを特徴とする請求項１〜３のいずれか記載の殺菌方法。
希薄過酸化水素含有ガス噴出装置と紫外線照射装置と過酸化水素含有ガスパージ用無菌エアー導入装置を備えた包装容器の殺菌システムであって、前記希薄過酸化水素含有ガス噴出装置が、入出口が設けられた過酸化水素溶液の貯留タンクと、貯留タンクの入口に連通状態で連結されたエアー供給パイプと、該エアー供給パイプを介して貯留タンク内の気相部にエアーを送り込むためのコンプレッサーと、貯留タンクの出口に連通状態で連結された希薄過酸化水素含有ガス排出パイプと、該排出パイプに設けられた希薄過酸化水素含有ガス中の過酸化水素濃度測定デバイスと、前記排出パイプの端部に設けられた希薄過酸化水素含有ガスの噴出ノズルを有することを特徴とする殺菌システム。
希薄過酸化水素含有ガス噴出装置が、貯留タンク内の液相部に設けられた過酸化水素溶液の温度測定用デバイス、及び／又は、希薄過酸化水素含有ガス排出パイプに設けられた過酸化水素含有ガスの温度測定デバイスを備えていることを特徴とする請求項５記載の殺菌システム。