JP6350986B2 - 水耕栽培用培養液の殺菌方法及び殺菌装置 - Google Patents

Description

本発明は、水耕栽培用培養液の殺菌方法及び殺菌装置に関する。さらに詳述すると、本発明は、培養液を循環させて再利用する循環方式の水耕栽培施設に適用して好適な水耕栽培用培養液の殺菌方法及び殺菌装置、さらにはこの殺菌装置が組み込まれた水耕栽培施設に関する。

植物の水耕栽培における培養液の供給方式には、培養液を循環させて再利用する循環式と、掛け流しにして廃棄する非循環式とがある。従来は非循環式で培養液を供給することが多かったが、非循環式では培養液が大量に必要となることから、近年では環境保全や資源の有効利用を考慮して循環式への切り替えが求められている。

ところで、植物の水耕栽培においては、培養液に病原菌が混入すると、培養液を通じて病原菌が蔓延する虞がある。特に、培養液の供給方式を循環式とした場合には、培養液を通じて水耕栽培施設全体に病原菌が蔓延し、植物が壊滅的被害を受ける可能性が懸念される。

そこで、病原菌の混入を防ぐべく、植物の種子や水耕栽培施設内の装置等の消毒、エアシャワー等を利用した作業者の衣服の清浄化等が行われている。しかし、水耕栽培施設内への病原菌の混入を完全に防ぐことは困難である（非特許文献１を参照）。そのため、植物の水耕栽培においては、培養液に混入した病原菌を殺菌する技術が必須となる。

培養液に混入した病原菌を殺菌する技術としては、例えば、オゾンを利用した技術が知られている。具体的には、培養液にオゾンガスバブルを通気させて培養液の殺菌を行う方法が提案されている。また、水にオゾンガスを通気したオゾン水を水耕栽培の栽培床（栽培棚）に供給し、植物の根や資材の殺菌を行う方法も提案されている。さらには、これらを併用する殺菌方法等も提案されている（非特許文献２〜４を参照）。

森田儔、手塚信夫、"養液栽培における病害と対策"、農業および園芸、６１（１）、２２９−２３５ 草刈眞一、岡田清嗣、川端利昭、岡村昭、圓藤英雄、"オゾン水還流による養液栽培におけるＰｙｔｈｉｕｍ根腐病の防除"、大阪農技セ研報、３１、１５−２２ 松尾昌樹、"養液内病原菌のオゾン殺菌"、農業機械学会誌、５５（３）、１０５−１１１ 寺添斉、"オゾン殺菌装置による水耕栽培ホウレンソウ萎凋病の防除"、電力中央研究所報告、Ｕ０００２０

しかしながら、オゾンを利用した殺菌技術を水耕栽培施設において採用する場合、オゾンが大気中に高濃度に放出されて、クロロシス（白化）等といった植物の成長障害を引き起こす虞がある。

そこで、本発明は、オゾンを大気中に高濃度に放出させることなく、水耕栽培用の培養液を安定して殺菌することのできる方法及び装置を提供することを目的とする。

また、本発明は、オゾンを大気中に高濃度に放出させることなく、水耕栽培用の培養液を安定して殺菌することのできる装置が組み込まれた水耕栽培施設を提供することを目的とする。

かかる課題を解決するため、本願発明者等が鋭意検討を行った結果、ある新規な知見を得るに至った。即ち、病原菌としてフザリウム菌を含む水耕栽培用の培養液中にて、ヘリウム又はアルゴンを放電用ガスとして水中誘電体バリア放電により気泡内放電を生じさせることで、オゾンを実質的に発生させることなく、培養液を殺菌することが可能であることを知見するに至った。

本願発明者等は、上記知見から、少なくとも希ガスを含むガスを放電用ガスとして、この放電用ガスの気泡内放電を水耕栽培用の培養液中にて生じさせることで、水耕栽培用の培養液を殺菌できる可能性が導かれることを知見するに至った。また、少なくとも希ガスを含むガスを放電用ガスとして使用することによって、希ガスによるペニング効果が生じて、放電が起こり易くなるとともに安定しやすくなり、気泡内放電を利用した殺菌を安定して実施可能であることも知見するに至った。本願発明者等は、これらの知見に基づいてさらに種々検討を重ね、本発明を完成するに至った。

即ち、本発明の水耕栽培用培養液の殺菌装置は、水耕栽培用の培養液を貯留するタンクと、少なくとも希ガスを含むガスを放電用ガスとし、この放電用ガスの気泡内放電を培養液中にて生じさせる放電発生装置とを有し、放電発生装置は、誘電体と、誘電体の一方の面からこれに対向する面に向けて貫通する少なくとも１つの放電用ガス通過孔と、誘電体の一方の面の、少なくとも放電用ガス通過孔の開口部の周囲に設けられた第一の電極と、誘電体に埋め込まれて放電用ガス通過孔の近傍に配置され且つ培養液と電気的に接触していない、一方の電極と対をなす第二の電極と、誘電体の対向する面側の放電用ガス通過孔の開口部に向けて放電用ガスを供給する放電用ガス供給手段と、第一の電極に高電圧パルスを印加する電源と、第一の電極と電源とを接続する第一の配線と、第二の電極を接地させ且つ培養液と電気的に接触していない第二の配線とを有し、タンクの底面の少なくとも一部には貫通部が設けられ、放電発生装置の誘電体の一方の面によってタンクの貫通部が塞がれていると共に、放電発生装置の第一の電極及び誘電体の一方の面側の放電用ガス通過孔の開口部がタンク内の培養液と接触可能な位置に配置されているものとしている。

ここで、本発明の水耕栽培用培養液の殺菌装置において、希ガスは、ヘリウム及び／又はアルゴンであることが好ましい。

次に、本発明の水耕栽培施設は、本発明の殺菌装置が培養液の循環路に設けられているものとしている。

本発明によれば、オゾンを大気中に高濃度に放出させることなく、水耕栽培用の培養液を安定して殺菌することが可能となる。

本発明の水耕栽培用培養液の殺菌装置の実施形態の一例を示す図である。 本発明の水耕栽培用培養液の殺菌装置を構成する放電発生装置の実施形態の一例を示す図である。 本発明の水耕栽培用培養液の殺菌装置の実施形態の他の例を示す図である。 本発明の水耕栽培用培養液の殺菌装置が組み込まれた水耕栽培施設の実施形態の一例を示す図である。 本発明の殺菌装置により、各種放電用ガスを使用して滅菌蒸留水中のフザリウム菌に対する殺菌効果を検討した結果を示す図である。 本発明の殺菌装置により、各種放電用ガスを使用して水耕栽培用培養液中のフザリウム菌に対する殺菌効果を検討した結果を示す図である。 本発明の殺菌装置により、各種放電用ガスを使用して滅菌蒸留水を処理した際のｐＨ変化を示す図である。 実施例２において、第二の放電方式にて試液を処理するために使用した放電発生装置の全体構成を示す図である。 実施例２において、第一の放電方式による殺菌効果と第二の放電方式の殺菌効果を比較した図である。 各種放電用ガスを用いた際のオゾンの発生の有無について検討した結果を示す図である。 実施例４において使用した実験装置の全体構成図である。 実施例４における、滅菌蒸留水を使用した場合の気泡内放電による殺菌効果とオゾンによる殺菌効果の比較検討結果を示す図である。 実施例４における、水耕栽培用培養液を使用した場合の気泡内放電による殺菌効果とオゾンによる殺菌効果の比較検討結果を示す図である。 本発明の殺菌装置により、滅菌蒸留水と水耕栽培用培養液を殺菌した場合の液温上昇について検討した結果を示す図である。

以下、本発明を実施するための形態について、図面に基づいて詳細に説明する。

図１及び図２に、本発明の水耕栽培用培養液の殺菌方法及び殺菌装置の実施形態の一例を示す。

水耕栽培用培養液の殺菌方法は、少なくとも希ガスを含むガスを放電用ガスとし、水耕栽培用の培養液３中にて放電用ガスの気泡内放電を生じさせるようにしている。

水耕栽培用培養液の殺菌装置１は、上記水耕栽培用培養液の殺菌方法を実施するためのものとして、水耕栽培用の培養液３を貯留するタンク１０と、少なくとも希ガスを含むガスを放電用ガスとし、この放電用ガスの気泡内放電を培養液３中にて生じさせる放電発生装置２０とを有するものとしている。

タンク１０は、水耕栽培用の培養液３を貯留する絶縁性の容器である。例えば、循環式の水耕栽培施設においては、栽培床において使用された培養液を流入させて殺菌し、必要に応じて培養液の構成成分を追加添加等した後、栽培床に再び供給する。

放電発生装置２０は、少なくとも希ガスを含むガスを放電用ガスとし、この放電用ガスの気泡内放電を培養液３中にて生じさせることが可能な装置を、特に制限無く使用することができる。

放電用ガスは、少なくとも希ガスを含むガスであればよく、希ガスのみからなるガス、又は実質的に希ガスのみからなるガス（つまり、意図しない不純物と希ガスのみからなるガス）を用いることが好適であるが、植物の成長障害を引き起こさない範囲で殺菌効果を発揮する他のガスを一種以上併用してもよい。例えば、「他のガス」として酸素を用いる場合、酸素の気泡内放電によって生じるオゾンによる殺菌効果が期待される。また、使用する希ガスの量を減らしてコストダウンを図る効果も期待できる。但し、酸素を多く含めすぎると、オゾンが高濃度に発生してクロロシス（白化）等といった植物の成長障害を引き起こす虞がある。したがって、「他のガス」として酸素を用いる場合には、このような植物の成長障害を引き起こさない範囲で放電用ガスに酸素を含むように調整する。また、「他のガス」として空気を用いるようにしてもよい。この場合にも、空気に含まれる酸素の気泡内放電によって生じるオゾンによる殺菌効果が期待される。また、使用する希ガスの量を減らしてコストダウンを図る効果も期待できる。但し、空気を多く含めすぎると、酸素の場合と同様に、オゾンが高濃度に発生してクロロシス（白化）等といった植物の成長障害を引き起こす虞がある。また、空気に含まれる窒素が殺菌を阻害する虞もある。したがって、「他のガス」として空気を用いる場合には、このような植物の成長障害を引き起こさない範囲で且つ窒素による殺菌阻害が大きく引き起こされない範囲で（好ましくは、窒素による殺菌阻害が引き起こされない範囲で）、放電用ガスに空気を含むように調整する。尚、上記の点を考慮しつつ、「他のガス」として酸素と空気を併用するようにしてもよい。また、植物の成長障害を引き起こさない範囲で且つ殺菌効果が大きく阻害されることのない範囲（好ましくは、殺菌効果が阻害されることのない範囲）で、殺菌以外の他の効果を期待して他のガスを併用するようにしてもよい。さらには、植物の成長障害が引き起こさない範囲で殺菌効果を発揮する他のガスを一種以上併用しつつ、殺菌効果が大きく阻害されることのない範囲（好ましくは、殺菌効果が阻害されることのない範囲）で、殺菌以外の他の効果を期待して他のガスを一種以上併用するようにしてもよい。例えば、上記の酸素及び／又は空気に加えて、殺菌以外の他の効果を期待してさらに他のガスを一種以上併用するようにしてもよい。

尚、植物のクロロシス（白化）が生じるオゾンレベルについては、例えば、「光化学オキシダントの植物への影響（小川和雄著、地球環境研究、Ｖｏｌ．９、２００７）」等に詳細に記載されており、このような文献にて報告されているオゾンレベルを考慮して、放電用ガス中の酸素や空気の含有量を設定すればよい。

また、希ガスについては、放射性元素であるラドン（Ｒｎ）以外、即ち、ヘリウム（Ｈｅ）、ネオン（Ｎｅ）、アルゴン（Ａｒ）、クリプトン（Ｋｒ）及びキセノン（Ｘｅ）からなる群から選択される一種以上を用いることができるが、ヘリウム及び／又はアルゴンを使用することが好適である。そして、殺菌効果の観点からいえば、ヘリウムの使用が特に好適であるといえる。希ガスには、ペニング効果により放電開始電圧を低下させる効果がある。したがって、希ガスを含むガスを放電用ガスとすることで、希ガスを含まないガスを放電用ガスとした場合と比較して、同じ電圧でプラズマ密度をより高める効果が生じる。または、希ガスを含むガスを放電用ガスとすることで、希ガスを含まないガスを放電用ガスとした場合のプラズマ密度を、より低い電圧で達成することができる。つまり、希ガスを含むガスを放電用ガスとすることで、希ガスを含まないガスを放電用ガスとした場合と比較して、投入エネルギーに対するプラズマ発生率が向上し、優れた殺菌効果が奏され得る。

ここで、本実施形態では、放電発生装置２０として、以下の構成を有するものを使用するようにしている。即ち、誘電体２１と、誘電体２１の一方の面からこれに対向する面に向けて貫通する少なくとも１つの放電用ガス通過孔２２と、誘電体２１の一方の面の、放電用ガス通過孔２２の開口部近傍に設けられた第一の電極２３と、誘電体２１に埋め込まれて放電用ガス通過孔２２の近傍に配置され且つ培養液３と電気的に接触していない、一方の電極２３と対をなす第二の電極２４と、誘電体２１の対向する面側の放電用ガス通過孔２２の開口部に向けて放電用ガスを供給する放電用ガス供給手段２７と、第一の電極２３に高電圧パルスを印加する電源２５と、第一の電極２３と電源２５とを接続する第一の配線２３ａと、第二の電極２４を接地させ且つ培養液３と電気的に接触していない第二の配線２４ａとを有するものとしている。

そして、本実施形態において、この放電発生装置２０は、タンク１０の下方に配置される。詳細には、タンク１０の底面の少なくとも一部に貫通部１１が設けられ、放電発生装置２０の誘電体の一方の面によってタンク１０の貫通部１１が塞がれていると共に、放電発生装置２０の第一の電極２３及び誘電体２１の一方の面側の放電用ガス通過孔２２の開口部がタンク１０内の培養液３と接触可能な位置に配置されている。

本実施形態では、第一の電極２３は誘電体２１の表面に配置し、第二の電極２４は誘電体２１で覆うことで、電極間で直接放電をさせないにする、いわゆる「誘電体バリア放電」を採用するようにしている。

誘電体２１は、例えばアルミナ等のセラミックや石英ガラス製で板状のものを使用することができる。但し、培養液３中にて気泡内放電を発生させることができるものであれば、このような材質や形状には限定されない。尚、誘電体２１の厚み（ｄ）については、放電に対して殆ど影響を与えないことが本願発明者等の実験により確認されていることから、誘電体バリア放電において用いられる常識的な厚みを有する誘電体を用いればよい。

放電用ガス貫通孔２２は、誘電体２１の一方の面からこれに対向する面に向けて貫通するようにして少なくとも１つ設けられている。孔径や孔数については、培養液３中にて放電用ガスの気泡内放電を安定して発生させることができる限り、特に限定されるものではないが、孔径を小さくするほど、また、孔数を少なくするほど、エネルギーが集中して強い放電が起こり易くなる。逆に、孔径を大きくするほど、また、孔数を多くするほど、放電が緩やかなものとなり易い。したがって、投入するエネルギー（電圧）と放電用ガス流量とを考慮して、所望の放電が安定して生じるように、孔径と孔数を適宜設定すればよい。具体例を挙げると、孔径は０．５〜３ｍｍ、好適には１ｍｍである。また、孔数は１〜３個である。

第一の電極２３は、第二の電極２４と対をなす電極であり、誘電体２１の一方の面の、少なくとも放電用ガス通過孔２２の開口部の周囲に設けられる。本実施形態では、第一の電極２３のうち放電用ガス貫通孔２２の開口部と接する部分はくりぬいて、第一の電極２３を誘電体２１の一方の面のほぼ全域に設けるようにしている。そして、第一の電極２３の一部をタンク１０の外側にはみ出させて、第一の配線２３ａを培養液３に接触させることなく、第一の配線２３ａによって第一の電極２３と電源２５を接続するようにしている。但し、第一の電極２３の形態は、これに限定されるものではない。

第二の電極２４は、第一の電極２３と対をなす電極であり、誘電体２１に埋め込まれている。換言すれば、第二の電極２４は誘電体２１に覆われている。本実施形態では、第二の電極２４をＵ字形状のパイプとし、このパイプの２つの直線部分がそれぞれ放電用ガス通過孔２２の間を通過するように誘電体２１に埋め込まれている。これにより、第二の電極２４が放電用ガス通過孔２２の近傍に配置される。また、パイプの屈曲部は誘電体２１から露出させておき、この露出部が培養液３に接触しないようにして、第二の電極２４と培養液３が電気的に接触するのを防ぐと共に、第二の電極２４を第二の配線２４ａと接続しやすいものとしている。但し、第二の電極２４の形態は、これに限定されるものではない。

放電用ガス供給手段２７は、誘電体２１の対向する面側の放電用ガス通過孔２２の開口部に向けて放電用ガスを供給するためのものである。具体的には、放電用ガスを流通させる配管２８と、放電用ガスを滞留させる滞留スペース２９とを備えるものとしている。放電用ガスは、図示省略しているが、例えばマスフローコントローラー等で構成ガス成分のそれぞれの流量が制御され、構成ガス成分の割合が所望の割合となるように調整されて供給される。放電用ガス配管２８を通過した放電用ガスは放電用ガス滞留スペース２９に滞留する。これにより、放電用ガス滞留スペース２９の圧力が徐々に上昇し、最終的に放電用ガス通過孔２２から培養液３に向けて放電用ガスが供給されるようになる。

第一の電極２３には、電源２５によりパルス高電圧が印加される。パルス高電圧の条件については、安定した放電が生じる限り、特に限定されるものではないが、具体例を挙げると、パルス幅は１〜１００μｓ（好適には２０μｓ程度）であり、パルス周期は２０〜１０００μｓ（好適には２００μｓ程度）であり、印加電圧は３〜２０Ｖ（好適には１０ｋＶ程度）である。本発明では、少なくとも希ガスを含むガスを放電用ガスとしていることから、低電圧での放電及び高プラズマ密度の達成が可能であり、印加電圧を低くできることから、電源設計上も有利である。

第二の電極２４は、第二の配線２４ａにより接地される。尚、第二の配線２４は、培養液３と接触することなく、タンク１０の外側にて第二の電極２４の露出部と接続されて接地されているので、培養液３との電気的な接触が起こらない。

以上の構成により、第一の電極２３と第二の電極２４との間に電圧を印加し、且つ放電用ガスを供給することによって、放電用ガス通過孔２２の沿面（内周）から気液界面（放電用ガスと培養液３の接触面）に向けて放電が起こり（図３を参照）、放電用ガスの気泡内放電が培養液３中にて生じる。尚、第二の電極２４を培養液３に接触させることなく、第一の電極２３のみを培養液３と接触させることによって、培養液３が誘電体と電極の両方の役割を果たすようになり、安定した放電が生じて、培養液３中により多くのラジカルが生成され易くなるものと推察される。また、放電が生じている気泡が、培養液３の最下層から液面に浮上することになるので、放電が生じている気泡が培養液３に接触する面積が大きくなり、培養液３中により多くのラジカルが生成され易くなるものと推察される。

尚、以上の構成を採用することによって、放電処理時にタンク１０内の培養液３の温度が上昇するのを抑えることができるという効果も奏される。したがって、殺菌処理後に培養液３を冷却する処理等を行うことなく、水耕栽培用の栽培床に培養液３を戻すことができる。また、放電処理時にタンク１０内の培養液３のｐＨの変動も起こりにくいという効果も奏される。したがって、培養液３のｐＨ変動によって植物の生育への悪影響等が引き起こされる虞がない。さらに、放電発生装置２０を培養液３中に配置していないので、作業性の向上やメンテナンスが容易となる利点もある。また、放電発生装置２０の構成部品の汚れや腐食等も生じ難いものとできる。

本発明の殺菌装置は、水耕栽培施設の循環路に設けられることによって、水耕栽培施設において培養液に混入した病原菌の蔓延を防ぐことができる。例えば、図４に示す水耕栽培施設５０のように、栽培床５５から排出された培養液３は、フィルタ５３を通過した後、循環路５１（５１ａ）を通って殺菌装置１のタンク１０に設けられた培養液流入部から流入する。殺菌装置１に流入した培養液３は殺菌処理された後、必要に応じて培養液３の構成成分が追加添加等された後、タンク１０に設けられた培養液排出部から排出され、循環路５１（５１ｂ）を通って再び栽培床５５に供給される。培養液３の循環は、例えば送液ポンプ（図示省略）等により行われる。

尚、殺菌処理後の培養液３中には、放電用ガスの気泡内放電によって生じたラジカル等が残存している場合がある。栽培床の植物の根面や資材等に病原菌が付着している場合、このラジカル等によって、栽培床の植物の根面や資材等の付着している病原菌を殺菌する効果も期待できる。

上述の実施形態は本発明の好適な形態の一例ではあるが、これに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々変形実施可能である。例えば、上述の実施形態では、放電発生装置２０をタンク１０の下方に設置し、放電発生装置２０を培養液３中に配置しないようにしていたが、放電発生装置２０を培養液３中に配置するようにしてもよい。この場合にも安定して放電用ガスの気泡内放電を生じさせて培養液３の殺菌を行うことができる。但し、第二の電極２４及び第二の配線２４ａを培養液３と電気的に接触させると、放電時に培養液３の温度が上昇すると共に、意図しない場所に放電が生じることがあるので、第二の電極２４及び第二の配線２４を培養液３と電気的に接触させない構成とする（例えば、絶縁処理等を施す）ことが好ましい。

また、上述の実施形態では、循環式の水耕栽培施設に殺菌装置を適用した例について説明したが、掛け流し式の水耕栽培施設に本発明の殺菌方法及び殺菌装置を利用するようにしてもよい。例えば、栽培床に供給する前の培養液を念のため殺菌しておくために本発明の殺菌方法及び装置を利用するようにしてもよい。また、培養液を廃棄する前に、環境中に病原菌を拡散させるのを防ぐために、本発明の殺菌方法及び装置を利用するようにしてもよい。勿論、循環式の水耕栽培施設においても、栽培床に供給する前の培養液を念のため殺菌しておくために本発明の殺菌方法及び装置を利用するようにしてもよいし、培養液を廃棄する前に、環境中に病原菌を拡散させるのを防ぐために、本発明の殺菌方法及び装置を利用するようにしてもよい。また、栽培床で直接培養液を殺菌処理するために、本発明の殺菌方法を利用するようにしてもよい。つまり、循環式の水耕栽培施設においても、循環路以外において本発明の殺菌方法及び殺菌装置を利用するようにしてもよい。

さらに、上述の実施形態では、少なくとも希ガスを含むガスを放電用ガスとし、この放電用ガスの気泡内放電を水耕栽培用の培養液３中にて生じさせることで、培養液３の殺菌処理を行うようにしていたが、培養液３あるいは水（滅菌水等）に対して同様の処理を行い、液中にラジカル等が残存している間に凍結させた氷を培養液に添加して殺菌を行うようにしてもよい。

以下に本発明の実施例を説明するが、本発明はこれら実施例に限られるものではない。

［実施例１］
ホウレンソウの水耕栽培において多大な被害を与え得る萎凋病の病原菌であるフザリウム（Ｆｕｓａｒｉｕｍ）菌に対する殺菌効果を検討した。

図１及び図２に示す殺菌装置１を用い、放電用ガスの種類を変化させて実験を行った。以下に、本実施例における固定パラメータと変化パラメータを示す。

＜固定パラメータ＞
・パルス幅：２０μｓ
・パルス周期：２００μｓ
・印加電圧：１６ｋＶ
・試液量：２０ｍＬ
・放電用ガス流量：５００ｍＬ／ｍｉｎ

＜変化パラメータ＞
・放電用ガス種：空気（Ａｉｒ）、酸素（Ｏ_２）、窒素（Ｎ_２）、ヘリウム（Ｈｅ）、アルゴン（Ａｒ）
・希釈溶液 ：滅菌蒸留水、水耕栽培用培養液（園芸試験場標準処方）

尚、殺菌装置１の誘電体２１の厚み（ｄ）は、５ｍｍとした。また、放電用ガス通過孔の数は１つとし、孔径は直径１ｍｍとした。第一の電極２３は銅テープとし、第二の電極２４はＳＵＳ製のチューブとした。

また、本実施例において、殺菌効果の評価は、フザリウム菌の生菌数をカウントすることにより行った。具体的には、フザリウム菌胞子を滅菌蒸留水又は水耕栽培用培養液で希釈したものを試液として殺菌装置１に供して殺菌処理した後、試液を０．５ｍＬ回収して培地に摂取した。そして２日間培養を実施した後にコロニー数をカウントして生菌数を求めた。

滅菌蒸留水を試液とした場合の実験結果を図５に示す。いずれの放電用ガス種においても殺菌効果が確認された。また、空気、酸素、ヘリウム及びアルゴンについてはいずれも２０分以内に生菌が検出されなくなり、空気、酸素及びヘリウムについてはいずれも１０分以内の生菌数が検出されなくなるという極めて優れた殺菌効果が奏されることが明らかとなった。

次に、培養液を試液とした場合の実験結果を図６に示す。滅菌蒸留水を試液とした場合とは異なり、窒素を放電用ガスとした場合には殺菌が起こらなくなり、空気を放電用ガスとした場合には殺菌効果が途中で止まってしまうことが明らかとなった。これらの実験結果から、培養液を試液とした場合には、窒素が殺菌に悪影響を与え得ることが示唆された。一方で、酸素、ヘリウム及びアルゴンについては、十分な殺菌効果が確認された。

以上の結果から、放電用ガスとして、酸素、ヘリウム及びアルゴンの少なくともいずれかを使用することによって、水耕栽培用培養液を殺菌することが可能であることが明らかとなった。

次に、図１及び図２に示す殺菌装置１を用い、放電用ガスをＡｒとして、上記と同様の条件で滅菌蒸留水と水耕栽培用培養液に対し放電処理を行い、ｐＨの変化を確認した。ｐＨ測定は、ＴＯＡＤＫＫ社ポータブルイオン・ｐＨ計ＩＭ−２２Ｐを使用して実施した。結果を図７に示す。滅菌蒸留水についてはｐＨが低下し、ｐＨ４．３前後で定常化する傾向が見られた。これに対し、水耕栽培用培養液については、ｐＨがほとんど変化しないことが明らかとなった。この結果から、本発明により水耕栽培用培養液を殺菌処理した場合、水耕栽培用培養液のｐＨが低下して、栽培対象植物に悪影響を及ぼすようなことがないことが明らかとなった。

［実施例２］
以下の２つの放電方式について、殺菌効果を比較検討した。

第一の放電方式は、実施例１と同様とした。放電用ガスはヘリウムガスとした。他の条件はすべて実施例１と同様とした。第一の放電方式は、試液（本実施例ではフザリウム菌胞子を含む滅菌蒸留水）中にヘリウムガスの気泡内放電を生じさせる方式である。

第二の放電方式は、ヘリウムガスのプラズマを試液の液面に吹き付ける方式とした。具体的には、図８に示す吹き付け型の放電発生装置１００を用いた。この放電発生装置１００は、第一の電極１０２及び第二の電極１０３として２つの銅テープをガラス管１０１の外周に巻き付け、その上からカプトンテープを巻き付けて絶縁し、ガラス管１０１の上部からヘリウムを供給（２０００ｍＬ／ｍｉｎ）し、第一の電極１０２と第二の電極１０３の間に電圧を印加して、ガラス管１０１の内部で放電を起こさせて、ヘリウムガスのプラズマを試液の液面に吹き付けるようにしたものである。

実験結果を図９に示す。第一の放電方式では殺菌効果が確認されたのに対し、第二の放電方式では殺菌効果が確認されなかった。この結果から、ヘリウムガスのプラズマを液面に吹き付けるだけでは殺菌効果が得られず、液中にてヘリウムガスの気泡内放電を生じさせることが殺菌を行う上で有効であることが明らかとなった。

［実施例３］
各種放電用ガスを用いた際のオゾンの発生について検討した。

放電用ガス流量を５００ｍＬ／ｍｉｎとした以外は、実施例１と同様の殺菌装置及び条件にて、実験を行った。オゾン濃度は、Ａｅｒｏｑｕａｌ Ｌｉｍｉｔｅｄ社製 Ｓｅｒｉｅｓ３００Ｈａｎｄｈｅｌｄ Ｍｏｎｉｔｏｒにより測定した。

結果を図１０に示す。空気又は酸素を放電用ガスとした場合には、オゾンの発生が確認されたのに対し、ヘリウム、アルゴン又は窒素を放電用ガスとした場合にはオゾンが検出されなかった。したがって、ヘリウムとアルゴンについては、培養液の殺菌を行うことを可能としながらも、オゾンを発生させることのない放電用ガスであることが明らかとなった。

［実施例４］
放電用ガスとして空気を用いた場合の殺菌効果について検討を行った。具体的には、放電用ガスを空気とした実施例１の実験結果Ａと、図１１に示す実験装置によりタンク１０内での空気の気泡内放電により生じたガス（オゾン）をタンク１０に積層したタンク３０内に導入し、フザリウム菌胞子を滅菌蒸留水又は水耕栽培用培養液で希釈したものを試液として２０ｍＬ収容し、当該ガス（オゾン）による殺菌効果を検討した実験結果Ｂとを比較検討した。

実験結果を図１２及び図１３に示す。滅菌蒸留水を用いた図１２の実験結果においては、実験結果ＡとＢで差は見られなかった。これに対し、水耕栽培用培養液を用いた図１３の実験結果においては、実験結果Ｂでは生菌が検出されないレベルまで殺菌できていることが確認されたのに対し、実験結果Ａでは殺菌が途中で止まってしまった。この結果から、放電用ガスを空気とすることで十分に殺菌可能なレベルでオゾンが発生する反面、空気に含まれる窒素による何らかの作用によって殺菌が阻害されることが明らかとなった。この結果から、放電用ガスの窒素濃度はできるだけ低くすることが望ましいことが明らかとなった。

［実施例５］
放電用ガスとしてアルゴンを用い、実施例１と同様の条件で、滅菌蒸留水と水耕栽培用培養液に対して放電処理を行い、液温の変化を測定した。また、比較検討のために、放電発生装置２０を液中に収容し、第二の電極２４を液と接触させた状態で同様の検討を行った。その結果、放電発生装置２０を液中に収容し、第二の電極２４を液と接触させた状態で放電を行った場合には、気泡内放電は液中にて発生したものの、滅菌蒸留水と水耕栽培用培養液のいずれにおいても沸騰が起こるレベルで液温の上昇が起こることが明らかとなった。これに対し、実施例１と同様の条件で放電処理を行った場合には、図１４に示すように、滅菌蒸留水と水耕栽培用培養液のいずれも初期には温度上昇が起こったものの、時間の経過と共に温度はほぼ一定となり、水耕栽培用培養液に関しては、液温が４０℃未満に抑えられることが明らかとなった。以上の結果から、対をなす二つの電極のうち、一方の電極（接地電極）は水耕栽培用培養液に接触させることなく放電を行うことが、培養液中にて気泡内放電を安定して生じさせながら、液温の上昇を抑制する上で重要であることが明らかとなった。

１ 殺菌装置
３ 水耕栽培用培養液
１０ タンク
１１ （タンクの）貫通部
２０ 放電発生装置
２１ 誘電体
２２ 放電用ガス通過孔
２３ 第一の電極
２３ａ 第一の配線
２４ 第二の電極
２４ａ 第二の配線
２５ 電源
２７ 放電用ガス供給手段
２８ 放電用ガス配管
２９ 放電用ガス滞留スペース

Claims (3)

1. 水耕栽培用の培養液を貯留するタンクと、
   少なくとも希ガスを含むガスを放電用ガスとし、前記放電用ガスの気泡内放電を前記培養液中にて生じさせる放電発生装置とを有し、
   前記放電発生装置は、
   誘電体と、
   前記誘電体の一方の面からこれに対向する面に向けて貫通する少なくとも１つの放電用ガス通過孔と、
   前記誘電体の前記一方の面の、少なくとも前記放電用ガス通過孔の開口部の周囲に設けられた第一の電極と、
   前記誘電体に埋め込まれて前記放電用ガス通過孔の近傍に配置され且つ前記培養液と電気的に接触していない、前記一方の電極と対をなす第二の電極と、
   前記誘電体の前記対向する面側の前記放電用ガス通過孔の開口部に向けて前記放電用ガスを供給する放電用ガス供給手段と、
   前記第一の電極に高電圧パルスを印加する電源と、
   前記第一の電極と前記電源とを接続する第一の配線と、
   前記第二の電極を接地させ且つ前記培養液と電気的に接触していない第二の配線と
   を有し、
   前記タンクの底面の少なくとも一部には貫通部が設けられ、
   前記放電発生装置の前記誘電体の前記一方の面によって前記タンクの前記貫通部が塞がれていると共に、前記放電発生装置の前記第一の電極及び前記誘電体の前記一方の面側の前記放電用ガス通過孔の開口部が前記タンク内の前記培養液と接触可能な位置に配置されている、
   ことを特徴とする水耕栽培用培養液の殺菌装置。
2. 前記希ガスは、ヘリウム及び／又はアルゴンである、請求項１記載の殺菌装置。
3. 請求項１または２に記載の殺菌装置が培養液の循環路に設けられていることを特徴とする水耕栽培施設。

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