JP7409981B2 - 飲料用の水の除菌システム及び除菌方法 - Google Patents

Description

本願は、飲料用の水の除菌システム及び除菌方法に関する。

従来、水等の液体を除菌又は殺菌するための様々な方法が提案されている。例えば、特許文献１は、製品液（例えば、飲料）を殺菌して、製品液をプラスチック容器に充填するためのシステムを開示している。このシステムは、製品液を殺菌するための殺菌装置と、殺菌装置を通った製品液を一時的に蓄えるためのアセプティックタンクと、製品液をプラスチック容器に充填するための充填機と、を備えている。殺菌装置では、ＵＨＴ（Ultra High Temperature）殺菌によって製品液が殺菌される。一般的に、ＵＨＴ殺菌では、例えば１２０℃以上の超高温が使用される。飲料用以外の水の製造に関する文献としては、特許文献２が、医薬品等に使用される精製水の製造方法及び製造装置を開示している。この製造装置は、逆浸透膜（ＲＯ膜）及び電気再生式イオン交換装置（ＥＤＩ装置）を有する脱イオン装置を使用する。ＲＯ膜の前には、ＲＯ膜の目詰まりを防ぐ保安フィルタとして精密ろ過膜（ＭＦ膜）が配置される。ＭＦ膜、ＲＯ膜及びＥＤＩ装置を通される水は、熱交換器によって５０℃以上に加熱される。

特開２０１７－２１４１３４号公報 特許第５３３６９２６号公報

飲料用の水の殺菌にあたり、特許文献１のＵＨＴ殺菌では、液体を超高温で加熱するためにより多くのエネルギーを使用する必要があり、多くの二酸化炭素の放出に繋がり得る。また、特許文献２は、精製水の製造に関するが、飲料用の水の製造には適さない又は過剰であるかもしれない。

本発明は、上記のような課題を考慮して、二酸化炭素の排出量を低減することができる、飲料用の水の除菌システム及び除菌方法を提供することを目的とする。

本開示の一態様は、無菌充填システムにおいて飲料用の水を除菌するためのシステムであって、水を５５℃以上１００℃未満の所定の温度に加熱するための加熱装置と、加熱装置によって加熱された水を除菌するためのフィルタと、を備える、除菌システムである。

本開示の一態様に係る除菌システムでは、水の除菌にフィルタが使用される。しかしながら、例えば、フィルタが長期に使用される場合、フィルタにバイオフィルムが発生して、フィルタ自体が汚染源となり、下流に菌が流れてしまったり、目詰まりが発生するなどといった不具合が考えられ得る。本発明者は、研究の結果、５５℃以上１００℃未満の所定の温度以上に加熱された水をフィルタに通すことによって、長期にわたってフィルタにおけるバイオフィルムの発生を抑制することができ、水を一定の期間除菌し続けることができることを見出した。この場合、水は１００℃未満に加熱されるので、ＵＨＴ殺菌に比して、二酸化炭素の排出量を低減することができる。

除菌システムは、フィルタによって除菌された水を、所定の時間保温するための保持手段を更に備えてもよい。この場合、フィルタの下流において水がしばらくの間、高温（５５℃以上１００℃未満）に維持されるので、フィルタの下流にある水を更に殺菌することができる。

本開示の他の態様は、無菌充填システムにおいて飲料用の水を除菌するための方法であって、水を５５℃以上１００℃未満の所定の温度に加熱することと、加熱された水をフィルタに通して、水を除菌することと、を含む、除菌方法である。この除菌方法によれば、上記と同様な理由によって、二酸化炭素の排出量を低減することができる。

除菌方法は、フィルタによって除菌された水を、所定の時間保温することを更に含んでもよい。この場合、上記と同様な理由によって、フィルタの下流にある水を更に殺菌することができる。

本開示によれば、二酸化炭素の排出量を低減することができる、飲料用の水の除菌システム及び除菌方法を提供することが可能である。

一実施形態に係る飲料用の水の除菌システムを示す概略図である。 菌の培養試験の結果を示す。 一実施形態に係る飲料用の水の除菌方法を示すフローチャートである。

以下、添付図面を参照して、実施形態に係る水の除菌システム及び除菌方法を説明する。

図１は、一実施形態に係る飲料用の水の除菌システム５０を示す概略図である。本実施形態では、除菌システム５０が、プラスチックボトル（例えば、ペットボトル）に充填される水（例えば、天然水）の無菌充填システム１００に適用されている。なお、本開示の除菌システムは、天然水以外の様々な飲料用の水の除菌に適用されることができる（例えば、清涼飲料用の希釈水等）。また、プラスチックボトルとは、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリプロピレン（ＰＰ）及びポリエチレン（ＰＥ）のようなプラスチックから構成されるボトルを意味し得、ペットボトルに限定されないことに留意されたい。また、水が充填される容器は、プラスチックボトルに限定されず、缶又は瓶等の他の容器であってもよい。無菌充填システム１００では、水源１（例えば、井戸）から得られた水が、除菌等の１つ又は複数の工程を通過して、充填機１２においてペットボトルに充填される。このような無菌充填システム１００は、水源１と、原水タンク２と、プレフィルタ３と、活性炭フィルタ４と、除菌システム５０と、充填機１２と、制御装置１３と、を備えている。無菌充填システム１００は、他の構成要素を更に備えていてもよい。

水源１から得られた水（原水）は、原水タンク２に蓄えられる。原水タンク２からの水は、プレフィルタ３を通る。プレフィルタ３は、例えば、水から不純物を取り除く。なお、無菌充填システム１００は、１つ又は複数のプレフィルタを他の箇所に更に備えてもよい。水は、活性炭フィルタ４を更に通る。活性炭フィルタ４は、例えば、水からプレフィルタ３では除去されなかった不純物（例えば、有機物）を除去する、及び／又は、水を脱臭する。水は、除菌システム５０を通り除菌される（詳しくは後述）。除菌された水は、続いて、充填機１２において、プラスチックボトルに充填される。

制御装置１３は、無菌充填システム１００のいくつかの構成要素と通信可能に接続されており、これらのいくつかを制御するように構成されている。制御装置１３は、例えば、ＰＣ、ノートＰＣ、タブレット型ＰＣ等の様々なコンピュータであることができる。制御装置１３は、例えば、プロセッサ、記憶装置、表示装置、入力装置、インターフェース等の構成要素を含むことができる。なお、制御装置１３は、除菌システム５０の一部として、除菌システム５０に組み込まれていてもよい。

続いて、除菌システム５０について説明する。

本発明者は、水の殺菌又は除菌によって排出される二酸化炭素の排出量を低減するために、フィルタを使用することを着想した。しかしながら、例えば、フィルタが長期に使用される場合、フィルタにバイオフィルム（菌の塊）が発生して、フィルタの下流に菌が流れてしまうことが考えられ得る。本発明者は、研究の結果、ＵＨＴ殺菌よりも低いある程度の温度まで加熱された水をフィルタに通すことによって、長期にわたってフィルタにおけるバイオフィルムの発生を抑制することができ、水を一定の期間除菌し続けることができることを見出した。

図２は、菌の培養試験の結果を示す。本発明者は、フィルタにおけるバイオフィルムの形成を抑制するために、どの程度の温度まで水が加熱される必要があるかを調べるために実験を行った。具体的には、図２に示される菌株Ａ～Ｄが、試験管中の培地及び水に加えられて、図２に示される温度にて１週間～３週間、静置培養された。菌株Ａ～Ｄは、比較的高温下でも増殖可能であることが知られている。なお、水は除菌システム５０を通過して除菌システム５０に滞留しないが、特定の位置にある「フィルタ」でのバイオフィルムの形成に着目するので、試験管中の培地及び水を用いて評価を行うことができる。培地は、酵母エキス２ｇ、可溶性デンプン１０ｇ、及び、イオン交換水１０００ｍｌを混合し、１Ｎ ＨＣＬ又は１Ｎ ＮａＯＨを用いて混合物のｐＨを７．３－７．５に調整し、さらに、混合物を高圧蒸気滅菌（１２１℃で２０分）することによって準備された。水には、日本のサントリー食品インターナショナル株式会社から入手可能な南アルプスの天然水（登録商標）が使用された。各菌株について、菌数を評価した。菌株Ａは寒天培地での生育が不能であることから、菌株Ａについては外観（濁り）にて菌の増殖が判定された（＋は増殖を示し、－は増殖が無いことを示す）。

菌株Ａ～Ｄの培地及び水での７０℃及び８０℃の結果を参照すると、培地及び水の双方において増殖は確認されなかった。上記のように、菌株Ａ～Ｄは比較的高温下でも増殖可能であることが知られているため、７０℃まで水を加熱すれば、水中で増殖可能な菌のほぼ全てを死滅させることができ、バイオフィルムの形成を確実に抑制することができると考えられる。

また、菌株Ａについて５５℃の結果を参照すると、菌の増殖が促進される培地では増殖が確認された一方で、水では増殖が確認されなかった。したがって、菌株Ａは、水においては５５℃まで加熱されれば増殖を抑制することができることがわかる。したがって、５５℃まで水を加熱すれば、菌株Ａの増殖を抑制することができ、バイオフィルムの形成も抑制することができることがわかる。

同様に、菌株Ｂについて５５℃の結果を参照すると、菌の増殖が促進される培地では増殖が確認された一方で、水では菌数維持又は死滅が確認された。なお、少なくとも菌が「増殖」しなければ（すなわち、菌数維持されれば）、バイオフィルムの形成を抑制することができ、これらの菌はフィルムで確実に除去することができる。したがって、菌株Ｂは、水においては５５℃まで加熱されれば増殖を抑制することができることがわかる。また、菌株Ｂについて水での５５℃の結果を参照すると、２週間は菌数が維持されている一方で、３週間では死滅が確認された。このことからも、菌株Ｂは、水においては５５℃付近が増殖を抑制することができる温度であることがわかる。したがって、５５℃まで水を加熱すれば、菌株Ｂの増殖を抑制することができ、バイオフィルムの形成も抑制することができることがわかる。

菌株Ｃ，Ｄについては、図２に示されるように、菌株Ｃ，Ｄの生育至適温度は菌株Ａ，Ｂの生育至適温度よりも低いことから、菌株Ｃ，Ｄについては、高めの温度に設定すれば一層増殖を抑制可能であると考えられる。したがって、菌株Ｃ，Ｄも、５５℃まで水を加熱すれば、増殖を充分抑制することができると考えられる。以上のことから、５５℃まで水を加熱すれば、水中で増殖可能な菌のほぼ全てについて増殖を抑制することができ、バイオフィルムの形成を抑制することができると考えられる。この場合、飲料用の水を除菌する目的としては、逆浸透膜（ＲＯ膜）及びＥＤＩ（Electro DeIonization）装置等の過剰な装置を用いることなく、水の加熱及び菌を除去することができる程度の孔径を有するフィルタを用いることによって、水を充分に除菌し得る。

加熱温度の上限に関して、上記のように、７０℃及び８０℃では、菌株Ａ～Ｄの全てについて培地及び水の双方において増殖は確認されなかった。また、以下に示されるように、加熱装置７としては、例えばボイラが使用される。水の加熱温度を１００℃以上にすると、そのためにより高圧の蒸気を生成するために、より多くの燃料が必要とされる。したがって、水の加熱温度は、１００℃未満であることが好ましい。

図１を参照して、上記のような知見に基づく本開示の除菌システム５０は、バランスタンク５と、ポンプ６と、加熱装置７と、フィルタ８と、ホールディングチューブユニット（ＨＴＵ、保持手段）９と、冷却装置１０と、アセプティックタンク（ＡＣＴ）１１と、を有している。除菌システム５０は、他の構成要素を更に備えていてもよい（例えば、所定の位置（例えば、加熱装置７、フィルタ８、ＨＴＵ９及び／又はこれらの間）に配置された温度センサ等）。

バランスタンク５は、活性炭フィルタ４を通った水を蓄える。ポンプ６は、バランスタンク５から所望の量の水を加熱装置７へと送る。ポンプ６は、制御装置１３によって制御されてもよい。なお、無菌充填システム１００は、１つ又は複数のポンプを他の箇所に更に備えてもよい。

加熱装置７は、水を５５℃以上１００℃未満の所定の温度（例えば、６０℃以上８０℃以下、好ましくは７０℃以上８０℃以下）に、所定の時間加熱する。加熱装置７における加熱温度は、例えば、加熱装置７における加熱時間に応じて決定されてもよい（又は、加熱装置７における加熱時間が、加熱装置７における加熱温度に応じて決定されてもよい）。加熱装置７における加熱時間が長い場合、加熱温度は低くてもよく、加熱時間が短い場合、加熱温度は高い必要がある。加熱装置７における加熱温度は、例えば、ＨＴＵ９における保温時間に応じて決定されてもよい（又は、ＨＴＵ９における保温時間が、加熱装置７における加熱温度に応じて決定されてもよい）。ＨＴＵ９における保温時間が長い場合、加熱装置７における加熱温度は低くてもよく、ＨＴＵ９における保温時間が短い場合又はＨＴＵ９が無い場合、加熱装置７における加熱温度は高い必要がある。加熱装置７における加熱時間は、例えば、数十ミリ秒、数百ミリ秒、数秒、十数秒、数十秒、又は、数分であることができる。加熱装置７は、例えば、ボイラ（例えば、ガス炊きボイラ）であることができる。加熱装置７は、他のタイプの加熱装置であってもよい（例えば、電熱ヒータ、ヒートポンプ等）。例えば、加熱装置７における水の温度は、制御装置１３によって閉ループ制御されてもよい。

フィルタ８は、水から菌を除去する。フィルタ８は、例えば、メンブレンフィルタであってもよい。菌を除去するためには、フィルタ８の孔径（ろ過精度）は、０．４５μｍ以下（例えば、０．１μｍ以上０．４５μｍ以下）である必要がある。

ＨＴＵ９は、フィルタ８によって除菌された水を所定の温度に所定の時間保持する。ＨＴＵ９は、例えば、蛇行する配管と、この配管を加熱するための熱交換器と、を含むことができる。フィルタ８の孔径よりも小さい菌がある場合には、これらの菌はＨＴＵ９において殺菌され得る。例えば、ＨＴＵ９における加熱温度は、加熱装置７における加熱温度と同じであってもよく、又は、異なってもよい（例えば、５５℃以上１００℃未満の所定の温度（例えば、６０℃以上８０℃以下、好ましくは７０℃以上８０℃以下）。ＨＴＵ９における保温時間は、例えば、数十ミリ秒、数百ミリ秒、数秒、十数秒、数十秒、又は、数分であることができる（例えば、２分以内、好ましくは９０秒以内、さらに好ましくは６０秒以内）。例えば、ＨＴＵ９における水の温度は、制御装置１３によって閉ループ制御されてもよい。

所望の量の水が冷却装置１０を通過し、アセプティックタンク１１へ送られる。水は、冷却装置１０において例えば常温まで冷却される。冷却装置１０は、例えば、熱交換器であることができ、配管を通る液体（例えば、冷水又は常温水）によって、アセプティックタンク１１に送られる水を冷却することができる。

続いて、除菌システム５０の動作（除菌方法）について説明する。

図３は、一実施形態に係る飲料用の水の除菌方法を示すフローチャートである。図３の動作に先立って、原水タンク２～活性炭フィルタ４を通った水が、バランスタンク５に蓄えられる。バランスタンク５内の水をポンプ６によって加熱装置７に送り、加熱装置７によって水を５５℃以上１００℃未満の所定の温度に所定の時間加熱する（ステップＳ１００）。続いて、加熱された水をフィルタ８に通す（ステップＳ１０２）。これによって、水が除菌される。続いて、ＨＴＵ９において、除菌された水を所定の温度に所定の時間保温する（ステップＳ１０４）。これによって、水が更に殺菌され、一連の動作は終了する。その後、水は、冷却装置１０において冷却された後に、ＡＣＴ１１に一時的に蓄えられ、充填機１２によってプラスチックボトルに充填される。充填機１２によってプラスチックボトルに充填される水は、原水に含まれフィルタ８によって除去されない成分（例えば、ミネラル成分等）を含むことができる。

以上のような実施形態に係る除菌システム５０及び除菌方法では、水の除菌にフィルタ８が使用される。この際に、加熱装置７において５５℃以上１００℃未満の所定の温度以上に加熱された水をフィルタ８に通すことによって、長期にわたってフィルタ８におけるバイオフィルムの発生を抑制することができ、水を一定の期間除菌し続けることができる。この際に、水は１００℃未満に加熱されるので、ＵＨＴ殺菌に比して、二酸化炭素の排出量を低減することができる。

また、上記の実施形態では、除菌システム５０は、フィルタ８によって除菌された水を、所定の時間保温するためのＨＴＵを更に備えている。したがって、フィルタ８の下流において水がしばらくの間、高温（５５℃以上１００℃未満）に維持されるので、フィルタ８の下流にある水を更に殺菌することができる。

水の除菌システム及び除菌方法の実施形態について説明したが、本発明は上記の実施形態に限定されない。当業者であれば、上記の実施形態の様々な変形が可能であることを理解するだろう。

例えば、上記の実施形態では、除菌システム５０は、ＨＴＵ９を備えている。しかしながら、他の実施形態では、加熱装置７及びフィルタ８によって水を充分に除菌できる場合には、除菌システム５０は、ＨＴＵ９を備えていなくてもよい。

７ 加熱装置
８ フィルタ
９ ホールディングチューブユニット（保持手段）
５０ 除菌システム

Claims (2)

1. 無菌充填システムにおいて飲料用の水を除菌するためのシステムであって、
   水を６０℃以上８０℃以下の所定の温度に加熱するための加熱装置と、
   前記加熱装置によって加熱された前記水を除菌するためのフィルタと、
   前記フィルタによって除菌された前記水を、６０秒以内の時間で保温するための保持手段と、
   を備える、除菌システム。
2. 無菌充填システムにおいて飲料用の水を除菌するための方法であって、
   水を６０℃以上８０℃以下の所定の温度に加熱することと、
   加熱された前記水をフィルタに通して、前記水を除菌することと、
   前記フィルタによって除菌された前記水を、６０秒以内の時間で保温することと、
   を含む、除菌方法。

Images