JP6857005B2

JP6857005B2 - 殺菌方法

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Publication number: JP6857005B2
Application number: JP2016202128A
Authority: JP
Inventors: 東山　堅一; 堅一東山; 健太冨永; 裕二平山; 和希芳原
Original assignee: Suntory Holdings Ltd
Current assignee: Suntory Holdings Ltd
Priority date: 2016-10-13
Filing date: 2016-10-13
Publication date: 2021-04-14
Anticipated expiration: 2036-10-13
Also published as: JP2018061721A

Description

本発明は、殺菌方法に関する。より詳しくは、プラズマから生成した活性酸素を照射して殺菌処理を行う殺菌方法に関する。

食品又は飲料（飲食品）等の容器は、その内外面の殺菌が求められる。従来の殺菌方法として過酸化水素水や薬剤を用いる方法が知られているが、それらが残留するなど問題があることから、代替する技術の開発が検討されている。

例えば、特許文献１には、流体中に放電を用いてプラズマ噴流を発生させ、対象物の表面に該プラズマ噴流を接触させて、プラズマ噴流から表面へのエネルギー伝達によって殺菌(消毒)を行う方法が開示されている。ここでのプラズマ噴流は、酸素を含む作動ガス、好ましくは空気内での空中放電によって発生させている。

特表２００９−５１９７９９号公報

一般に、スーパーオキシドラジカル（・Ｏ_２ ⁻）、過酸化水素（Ｈ_２Ｏ_２）、ヒドロキシラジカル（ＨＯ・）等の活性酸素種（ＲｅａｃｔｉｖｅＯｘｙｇｅｎＳｐｅｃｉｅｓ、ＲＯＳ）は、その強い酸化作用により優れた殺菌作用を奏するが、これらは空気中においては主に酸素分子や水分から生成されている。具体的には、例えば、ヒドロキシラジカルは、水分子にプラズマ電子が反応することにより得られる。

一方、特許文献１の殺菌方法では、その効果を高めるためには、消毒物質をプラズマ噴流発生元の作動ガス内に混合する方法が開示されているに過ぎず（特許文献１の[0025]参照）、プラズマ噴流そのものに影響する条件については不明であり、更なる技術が求められている。

本発明の課題は、殺菌効果に優れる殺菌方法を提供することにある。

本発明は、活性酸素を絶対湿度１４．１〜２５．０ｇ／ｍ^３の環境下で照射して殺菌することを特徴とする、殺菌方法に関する。

本発明の殺菌方法は殺菌効果に優れるという優れた効果を奏する。また、流体による殺菌のため、従来の殺菌に用いられた薬剤等の残留がないことから、工程の簡略化につながり、生産性を格段に向上することができる。

図１は、本発明で用いた殺菌装置の一態様を示す概略図である。図２は、試験例１で用いた樹脂キャップへの菌付け箇所を示す図である。

本発明の殺菌方法は、活性酸素を絶対湿度が１４．１〜２５．０ｇ／ｍ^３の環境下を充足する雰囲気下で照射することに特徴を有する。本発明で用いられる活性酸素は、好ましくは、プラズマと水蒸気を反応させて発生させているが、反応しなかった水蒸気はそのまま殺菌対象物と接触し、その際に温度が低下して当該対象物表面において結露を発生することになる。この結露にはヒドロキシラジカル等の活性酸素が含まれることから、本発明者らは、結露を維持することが重要であると考えて検討を行った結果、前記特定の絶対湿度下で活性酸素を照射することで、結露量が多くなって活性酸素の保持が増え、ひいては殺菌作用が顕著に増大すると推定される。ただし、これらの推測は、本発明を限定するものではない。なお、本発明において、「殺菌」とは、微生物の生体を破壊又は殺菌対象表面から除去することを意味し、例えば、消毒、滅菌、又は除菌することを含むものである。なお、本発明における、絶対湿度とは、大気中に含まれる水蒸気の密度（容積あたりの質量）のことであり、「ｇ／ｍ^３」で示される。

本発明における活性酸素は、好ましくは、プラズマを用いて発生させるが、当該プラズマは公知の方法により発生させたものを用いることができる。例えば、本発明においては、交流電流を用いて発生させたプラズマを用いる例として、以下の構成を有する殺菌装置を用いた例を図１に基づいて説明する。なお、図１に記載の殺菌装置は、本発明の一態様に過ぎず本発明を限定するものではない。

図１に示すように、本発明で用いられる殺菌装置は、交流電流の供給ユニット１、昇圧ユニット２、ガス供給ユニット３、ノズル４、ノズルの冷却ユニット５、ノズルへの水蒸気供給ユニット６、水蒸気供給ユニットへの水供給ユニット７、照射台８の各ユニットを備えて構成される。

交流電流の供給ユニット１は、プラズマ放電の荷電発生源である。供給される交流電流としては、特に制限はなく、例えば、周波数が１０〜１５ｋＨｚ、電圧が２００〜５００Ｖ程度のものが例示され、公知技術に従って適宜設定することができる。また、交流電流のアンペア数も特に制限はなく、供給装置の仕様によって適宜調整することができ、例えば、１１Ａの交流電流が用いられる。本発明においては、交流電流の代わりに直流電流を用いることも可能であるが、電圧を調節する観点から、交流電流の方が好ましい。

昇圧ユニット２は、交流電流の供給ユニット１と接続しており、ユニット１から供給された交流電流の電圧を昇圧する装置である。昇圧可能な装置であれば特に問題なく使用できる。また、ユニット１と一体化したものであってもよい。昇圧後の電圧としては、特に制限はなく、例えば、１０〜３０ｋＶ程度である。

ガス供給ユニット３は、ノズル４及び水蒸気供給ユニット６のそれぞれへ各種ガスを供給する装置であり、公知のガス供給装置を用いることができる。

具体的には、ノズル４へは、プラズマ発生のためのキャリアガスを供給する。キャリアガスとしては、空気、酸素、窒素、アルゴン、ヘリウム、及びこれらの混合物を用いることができ、なかでも、空気と酸素の２種類を用いることが好ましい。キャリアガスの供給量は、ノズル４の大きさ、形状等によって一概には設定されない。例えば、空気を６Ｌ／ｍｉｎで、酸素を３Ｌ／ｍｉｎで供給する態様が例示される。

また、水蒸気供給ユニット６へは、プラズマから活性酸素を生成する際に必要な水蒸気と混合するための空気を供給する。水蒸気に空気を混合して含水気体として用いることで、プラズマと水蒸気との混合が促進され、効率よく水蒸気からヒドロキシラジカルを生成することができる。水蒸気供給ユニット６への空気供給量はノズル４への含水気体供給量と同じであり、例えば、３Ｌ／ｍｉｎで供給する態様が例示される。なお、ここでの空気とは、相対湿度が２０℃において０〜１０体積％程度のもののことを言う。

ノズル４は、プラズマを発生して活性酸素を照射する装置であり、活性酸素照射ユニットともいう。装置には、内部電極及び外部電極が設けられており、両電極間に昇圧ユニット２からの昇圧された電圧をかけることで電界を発生させることが可能になる。また、内部電極にはコイルが接続されていてもよく、より大きな電界を形成することが可能となる。コイルの形状や大きさ等は当業者の技術常識に従って調整することができる。

また、装置には、ガス供給口及び活性酸素照射口が設けられており、ガス供給口は活性酸素照射口が存在する端部とは反対側の端部に存在する。そして、ガス供給口にはガス供給ユニット３からの配管が接続されており、前記のようにして発生させた電界内をキャリアガスが通り抜けることで、プラズマが生成される。このようにして生成されたプラズマは、流体でもあることからプラズマ噴流と記載することもある。一方、活性酸素照射口は、管状構造又は出口に向かって先細になる円錐構造を有するものであって、出口に至るまでの何れかの部分に水蒸気供給ユニット６から含水気体を供給するための配管が接続されており、前記生成されたプラズマと反応して活性酸素が生成され、活性酸素照射口の出口から照射されることになる。

ノズル４は、前記パーツを有するのであればその形状や大きさは特に限定されず、例えば、筒状構造の上端部にガス供給口が配置され、下端部に当該装置の径より小さい径を有する管状構造の活性酸素照射口が配置された構造が例示される。当該筒状構造は層状構造を形成していてもよく、例えば、キャリアガスが通り抜ける管の周囲に、コイルが形成され、必要により、該コイルの周囲に絶縁材料の層が更に形成される構造が例示される。管は通電素材であれば特に限定はなく、当該技術分野において公知のものを用いることができる。また、絶縁材料も特に限定はなく、当該技術分野において公知のものを用いることができる。

ノズルの冷却ユニット５は、ノズル４に冷却水を供給する装置であり、公知の冷却水供給装置を用いることができる。ノズル４は高電圧がかかることによって発熱するため、冷却することが好ましい。冷却水は、温度が例えば５℃程度のものを用いることが好ましく、ノズル４と冷却ユニット５の間を循環させてもよい。冷却水の流量は、ノズル４の表面温度が２５℃以下となるように適宜調整することができる。なお、ノズル４の表面温度は接触式温度計を用いて測定することができる。

ノズルへの水蒸気供給ユニット６は、ノズル４に含水気体を供給する装置であり、前記したようにノズル４の活性酸素照射口に接続されている。含水気体を供給するにあたっては、先ず、水供給ユニット７から供給された水を内蔵された電熱線により加熱して水蒸気を生成し、その後、ガス供給ユニット３から供給された空気と混合したものを、含水気体としてノズル４に供給している。ここで、水供給ユニット７は水蒸気供給ユニット６と一体化したものであってもよい。電熱線の加熱温度は供給される水の量によって適宜調整することができ、例えば、３００℃が例示される。また、水供給ユニット７から供給される水の量は、活性酸素の生成に必要な水蒸気量に応じて調節することが可能であるが、本発明においては、活性酸素含有気体に飽和水蒸気量以上の水分を含有させる観点から、０．５ｍＬ／ｍｉｎ以上が好ましく、１．０ｍＬ／ｍｉｎ以上がより好ましい。また、上限は特に設定されないが、６ｍＬ／ｍｉｎ以下が好ましく、５ｍＬ／ｍｉｎ以下がより好ましい。かくして得られた水蒸気をガス供給ユニット３から供給された空気と体積比（水蒸気／空気）で０．２〜２．５程度で混合して、ノズル４の活性酸素照射口に供給する。水蒸気と空気の混合体積比は、例えば、上記した水の供給量を変動させることで変更することが可能であり、水供給量を増加すると含水気体に含ませる水蒸気量を増加させることが可能となる。ノズル４において生成されるプラズマ噴流と水蒸気供給ユニット６から供給される含水気体の混合体積比〔プラズマ噴流／含水気体〕としては、０．８〜２．６が例示される。

殺菌対象物を載置する照射台８は、殺菌対象物を載置できれば特に限定はないが、ヒドロキシラジカルを高温により分解しない観点から、当該対象物を常温（４０℃）以下に載置できることが好ましい。

なお、本発明で用いられる殺菌装置は前記ユニット以外に、他のユニットを更に有するものであってもよい。他のユニットとしては、活性酸素の拡散を防止する遮蔽壁等が例示される。

本発明においては、活性酸素を照射する雰囲気の絶対湿度が下限は１４．１ｇ／ｍ^３以上であればよいが、好ましくは１４．６ｇ／ｍ^３以上であり、また、上限は２５．０ｇ／ｍ^３以下であるが、好ましくは２０．０ｇ／ｍ^３以下、より好ましくは１８．０ｇ／ｍ^３以下となるのであれば、その制御方法は特に限定されない。例えば、前記ユニットのうち少なくともノズル４と照射台８を内部に含む作業室内の絶対湿度を、エアコン等の空調設備を用いて制御することができる。なお、作業室内の温度は特に設定されず、例えば、２〜４０℃である。

かくして、特定の絶対湿度条件下において活性酸素が照射されることになって、ヒドロキシラジカルがより保持されることになり、ひいては優れた殺菌活性を示すことが可能になる。また、活性酸素が流体であることから、三次元的な構造のものでも殺菌することが可能であり、エッジや角に残渣が残らないという優れた効果が奏される。

照射される活性酸素は、ノズル４内での放電や水蒸気供給ユニット６からの含水気体によって温かいものであり、温度は５０〜８０℃程度である。これにより、照射された対象物の熱負荷は小さいものと考えられる。なお、活性酸素の温度とは、活性酸素照射口の出口における活性酸素の温度を熱電対温度計を用いて測定した温度のことである。

また、活性酸素と殺菌対象物表面との温度差は、ラジカルの反応性を高める観点から、例えば、１０℃以上が好ましく、２５〜４０℃がより好ましい。ここで、殺菌対象物表面の温度とは、殺菌対象物を接触式温度計にて測定した温度のことである。

照射スピードは、ガスの供給量及び活性酸素照射口の形状によって調節することが可能であり、例えば、５００００ｍｍ／ｓｅｃが例示される。照射時間は、対象物によって一概には設定されず、例えば、０．０５〜１秒が例示される。

また、活性酸素照射口と殺菌対象物表面との距離は、例えば、５〜５０ｍｍが好ましい。

本発明の殺菌方法は、殺菌を要する対象物に活性酸素を照射するために使用される。対象物としては、例えば、飲食品の容器、容器の口部を封鎖するキャップ、医療器具、野菜や肉などの飲食品等が例示される。

本発明はまた、活性酸素を照射する殺菌装置を提供する。ここで、活性酸素を照射する装置としては、本発明の殺菌方法に好適に用いられる装置が挙げられる。

具体的には、活性酸素を照射する活性酸素照射ユニットと、該活性酸素照射ユニットからの活性酸素が絶対湿度が１４．１〜２５．０ｇ／ｍ^３、好ましくは１４．１〜２０．０ｇ／ｍ^３、より好ましくは１４．６〜２０．０ｇ／ｍ^３、更に好ましくは１４．６〜１８．０ｇ／ｍ^３の環境下で殺菌対象物に照射されるよう湿度を調整するユニットを含んでなる殺菌装置が挙げられる。活性酸素の発生条件や仕様、湿度の調整方法、設置方法は、本発明の殺菌方法の項に準ずる。

以下、実施例を示して本発明を具体的に説明するが、本発明は下記実施例に制限されるものではない。

試験例１
殺菌における絶対湿度の影響を検討した。

＜菌液の調製及び菌付けキャップ作製＞
芽胞菌Ｂａｃｉｌｌｕｓａｔｒｏｐｈａｅｕｓの菌液を用いて、各種濃度（２×１０^３〜２×１０^８ＣＦＵ／ｍＬ濃度範囲において３水準）の菌液を調製した。得られた菌液を図２に示すように、樹脂キャップ（素材ポリエチレン）１個あたり１μＬ×９ｓｐｏｔで菌付けを行った（各濃度ｎ＝５）。なお、菌付けした樹脂キャップは２４時間滅菌シャーレ内に静置して乾燥したものを用いた。

＜活性酸素の照射＞
図１に示す殺菌装置を用いて、表１に示す絶対湿度の環境下で、活性酸素を菌付けした樹脂キャップの上方３０ｍｍの距離から１個あたり０．５秒間照射し、照射後のキャップは滅菌シャーレに回収した。なお、殺菌装置の使用条件は下記の通りであり、殺菌装置を設置したチャンバー内環境は、ヒーターにて温度を制御し、絶対湿度は表１になるよう設定した。
（殺菌装置の使用条件）
交流電流の供給ユニット１：周波数１４ｋＨｚ、電圧３００Ｖ、電流１１Ａ
昇圧ユニット２：昇圧後の電圧２０ｋＶ
ガス供給ユニット３：空気供給量６Ｌ／ｍｉｎ、酸素供給量３Ｌ／ｍｉｎ（以上、ノズル４へ）、空気供給量３Ｌ／ｍｉｎ（水蒸気供給ユニット６へ）
ノズル４：活性酸素照射温度５１℃、照射スピード５００００ｍｍ／ｓｅｃ
冷却ユニット５：冷却水５℃
水蒸気供給ユニット６：電熱線３００℃、含水気体供給量４．５Ｌ／ｍｉｎ（プラズマ噴流／含水気体供給量（体積比）＝９／４．５）
水供給ユニット７：水供給量０．２ｍＬ／ｍｉｎ

＜殺菌活性値の測定＞
樹脂キャップを滅菌シャーレから取出し、５ｍＬのＴＳＡ液体培地（ＢＤＦａｌｃｏｎ社製）を注入し、微生物の増殖に好適な３５℃で３日間培養した。培養後、微生物増殖により培地が濁ったキャップ個数を陽性としてカウントし、最確数法（ＭＰＮ法）により殺菌活性値ＬＲＶ（ＬｏｇＲｅｄｕｃｔｉｏｎＶａｌｕｅ）を算出した。結果を表２に示す。なお、殺菌活性を示す「Ｄ」値とは、キャップ１個当たりの菌数を常用対数で表し（ＬＯＧ値）、処理前の菌数（ＬＯＧ値）から処理後の菌数（ＬＯＧ値）を減算した値のことであり、数が大きい程殺菌活性が高く、４．５Ｄ以上であれば食品容器の殺菌処理として問題ないことを示す。

表１より、絶対湿度が１４．１〜２５．０ｇ／ｍ^３の条件を充足する場合に特に優れた殺菌効果が得られることが示唆される。

本発明の殺菌方法は、優れた殺菌活性を示すものであり、例えば、飲食品の容器、容器の口部を封鎖するキャップ、医療器具、野菜や肉などの飲食品等の殺菌に好適に用いられる。

１交流電流の供給ユニット
２昇圧ユニット
３ガス供給ユニット
４ノズル
５冷却ユニット
６水蒸気供給ユニット
７水供給ユニット
８照射台

Claims

殺菌対象物に対し活性酸素照射口の出口から活性酸素を絶対湿度１４．１〜２５．０ｇ／ｍ^３の環境下で照射して殺菌することを特徴とする、殺菌方法であって、前記活性酸素が、交流電流により生成されたプラズマと水蒸気供給ユニットから供給される含水気体との反応により生成されたものであり、前記絶対湿度が空調設備で制御されるものである、殺菌方法。