(57)【要約】      （修正有）【課題】包装容器などにより包装された食品等の被殺菌物を、包装されたままの状態で、包装容器の内部で被殺菌物同士が重なり合うような状態であったとしても効果的に殺菌することが可能な、パルスプラズマを用いた殺菌方法及び被殺菌物の提供。【解決手段】包装容器２ａ、ｂ内の被殺菌物３ａ、ｂをパルスプラズマを用いて殺菌する方法であって、包装容器２ａ、ｂによって包装された被殺菌物１を、プラズマ発生装置の第１の電極６ａと第２の電極６ｂとの間に配置する工程、及び、プラズマ発生装置の第１の電極６ａと第２の電極６ｂとの間にパルス電圧を印加して、包装容器２ａ、ｂの内部にパルスプラズマを発生させる工程を含み、被殺菌物３ａ、ｂには、誘電体４が挿入されており、被殺菌物３ａ、ｂと誘電体４との間には、空間５が形成され、パルスプラズマを発生させる工程において、空間５に、殺菌効果が得られる大きさの電界を発生させる、殺菌方法。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
包装容器内の被殺菌物をパルスプラズマを用いて殺菌する方法であって、
包装容器によって包装された被殺菌物を、プラズマ発生装置の第１の電極と第２の電極との間に配置する工程、及び、
前記プラズマ発生装置の第１の電極と第２の電極との間にパルス電圧を印加して、前記包装容器の内部にパルスプラズマを発生させる工程、
を含み、
前記被殺菌物には、誘電体が挿入されており、
前記被殺菌物と前記誘電体との間には、空間が形成され、
前記パルスプラズマを発生させる工程において、前記空間に、殺菌効果が得られる大きさの電界を発生させる、
ことを特徴とする、前記殺菌方法。
【請求項２】
前記電界の大きさが５０ｋＶを超えることを特徴とする、請求項１に記載の殺菌方法。
【請求項３】
前記電界の大きさが１００ｋＶ以上であることを特徴とする、請求項２に記載の殺菌方法。
【請求項４】
前記被殺菌物と前記誘電体との間に形成される前記空間において、前記被殺菌物に対向する前記誘電体の表面と前記誘電体に対向する前記被殺菌物の表面との間の距離として規定される前記空間の深さが、３ｍｍ以下であることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載の殺菌方法。
【請求項５】
前記空間の前記深さが、２ｍｍ未満であることを特徴とする、請求項４に記載の殺菌方法。
【請求項６】
前記誘電体がポリイミド樹脂であることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか１項に記載の殺菌方法。
【請求項７】
包装容器によって包装された、パルスプラズマを用いて殺菌するための被殺菌物であって、
前記被殺菌物には、誘電体が挿入されており、
前記被殺菌物と前記誘電体との間には、空間が形成され、
前記空間は、前記包装容器の内部にパルスプラズマを発生させることにより、殺菌効果が得られる大きさの電界を発生させるように構成されている、
ことを特徴とする、前記包装された被殺菌物。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、パルスプラズマを用いた殺菌方法及び被殺菌物（殺菌対象物）に関する。特に、本発明は、包装容器などにより包装された食品等の被殺菌物を、包装されたままの状態で効果的に殺菌することが可能な、パルスプラズマを用いた殺菌方法及び被殺菌物に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、食品の安全性に関して話題とされることが多いが、これは食の安全というものが我々の生活と密接な関係にあるためである。食の安全を確保するためには、食品の殺菌が不可欠であり、食中毒の被害を未然に防ぐことで、我々は安心して日々の生活を送ることができるといえる。食中毒の原因となる要因としては様々なものがあるが、主な原因は、細菌によるものであることが多い。
殺菌方法としては、様々なものが知られている。例えば、加熱殺菌は、食品に使用することができ、最も確実、容易かつ安価に殺菌を行うことが可能な方法である。しかしながら、この方法では、加熱により食品の風味や食感を変化させてしまう恐れがある。また、薬品などによる化学殺菌は、適用できる場面が限られ、薬品による食品の品質の変化が生じたり、殺菌剤の残留の問題が起きたりする恐れがあるばかりでなく、包装した後の食品の殺菌には適さないという問題もある。さらに、紫外線殺菌は、包装した後の食品であっても、包装が紫外線透過性のものであれば殺菌は可能であるものの、紫外線が照射されない部分は殺菌されないなど、効率の点で問題がある。
【０００３】
これら従来の殺菌法の問題点を解決する方法として、パルスプラズマによる殺菌方法が検討されている。パルスプラズマ殺菌方法とは、パルスパワーまたは無声放電によりパルスストリーマ放電を起こすことで、殺菌力のある活性種や紫外線を発生させて、殺菌を行う方法である。発生した活性種が、菌の細胞膜や細胞壁に酸化作用を及ぼし、これらを分解することで、殺菌が行われる。また、発生した紫外線が細胞壁や細胞膜を浸透し、直接DNAに作用して菌の生理機能を破壊することでも、殺菌が行われる。パルスプラズマ殺菌方法では、これらのエネルギー現象が複合的に組み合わさることで、強力な殺菌効果が生み出されることが期待される。また、プラズマ殺菌法は加熱殺菌が効かない耐熱性の菌にも効果を及ぼすため、菌を選ばずに行うことのできる方法であるともいえる。さらに、プラズマ殺菌法において発生する活性種は、一時的に発生するのみであって、反応後は速やかに消滅するものであるため、残留活性種に伴う問題のための対策を講ずる必要もない。このため、パルスプラズマ殺菌方法は、食品の殺菌だけでなく、環境、バイオテクノロジー、リサイクル、材料、医療、ナノテクノロジーなど、様々な技術分野で使用可能な殺菌方法として期待されている。
【０００４】
プラズマによる殺菌方法として、例えば特開２０１０−１８７６４８号公報（特許文献１）は、被殺菌物に対して空気プラズマを照射するプラズマ照射工程を行って、被殺菌物を殺菌する殺菌方法を開示しており、被殺菌物として食品を挙げている。
【０００５】
また、特表２０１３−５１０３９８号公報（特許文献２）は、プラズマ発生装置の使用であって、プラズマ発生装置が、第１の電極と、第１の電極の前に位置付けされた第２の電極構造と、第１の電極と第２の電極構造の間にはさまれた絶縁層とを備え、第２の電極構造が、ギャップ部分をその間に画定する複数の第２の電極部分を有し、ギャップ部分の幅がｗであり、第２の電極部分各々が前表面を有し、さらにギャップ部分各々が前表面を有し、第２の電極部分の前表面とギャップ部分の前表面が一緒に包装容器処理表面を形成し、各第２の電極部分の前表面と隣接するギャップ部分の前表面との間の高差がｈであり、さらに、ｈが最大でも１ｍｍで、比ｗ／ｈが少なくとも１であり、使用が、処理されるべき包装容器を包装容器処理表面に当てるステップと、装置を動作させてプラズマを発生させるステップを含み、発生したプラズマが、実質的に全て、処理される包装容器の中に位置付けされている、プラズマ発生装置の使用を開示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１０−１８７６４８号公報
【特許文献２】特表２０１３−５１０３９８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、従来のプラズマによる殺菌方法では、例えば包装容器などにより包装された食品等の被殺菌物を包装されたままの状態で殺菌した場合、包装容器の内部で被殺菌物同士が重なり合うような状態であったとしても、重なり合った部分について十分に殺菌することができているかといった点について、検討はなされていなかった。
【０００８】
本発明は、包装容器などにより包装された食品等の被殺菌物を、包装されたままの状態で、包装容器の内部で被殺菌物同士が重なり合うような状態であったとしても効果的に殺菌することが可能な、パルスプラズマを用いた殺菌方法及び被殺菌物を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明者らは、包装容器内の被殺菌物をパルスプラズマを用いて殺菌する場合において、包装容器の内部で被殺菌物同士が重なり合うような状態である場合には、例えば被殺菌物の重なり部分に誘電体を挿入し、被殺菌物と誘電体との間に空間を形成して、この空間に、殺菌効果が得られる大きさの電界が発生し得るようにすることにより、上記課題を解決することができることを見出した。
いかなる理論にも拘束されるものではないが、食品等の被殺菌物、誘電体、及び空気という、誘電率の異なる３つの物質が交わるような部分を、形状として可能であれば鋭角的に形成することにより、この部分に電界を集中させる現象（トリプルジャンクション）を誘起させることができ、その結果、パルスプラズマが発生可能な大きな電界強度が得られ、殺菌効果を有効に向上させることができるものと考えられる。
【００１０】
すなわち、本発明は、包装容器内の被殺菌物をパルスプラズマを用いて殺菌する方法であって、包装容器によって包装された被殺菌物を、プラズマ発生装置の第１の電極と第２の電極との間に配置する工程、及び、前記プラズマ発生装置の第１の電極と第２の電極との間にパルス電圧を印加して、前記包装容器の内部にパルスプラズマを発生させる工程、を含み、前記被殺菌物には、誘電体が挿入されており、前記被殺菌物と前記誘電体との間には、空間が形成され、前記パルスプラズマを発生させる工程において、前記空間に、殺菌効果が得られる大きさの電界を発生させることを特徴とする、前記殺菌方法である。
本発明の殺菌方法において、前記電界の大きさが、５０ｋＶを超えるのが望ましく、１００ｋＶ以上であるのがさらに望ましい。
【００１１】
また、本発明の殺菌方法において、前記被殺菌物と前記誘電体との間に形成される前記空間において、前記被殺菌物に対向する前記誘電体の表面と前記誘電体に対向する前記被殺菌物の表面との間の距離として規定される前記空間の深さが、３ｍｍ以下であるのが望ましく、２ｍｍ未満であるのがさらに望ましい。
さらに、本発明の殺菌方法において、前記誘電体がポリイミド樹脂であるのが望ましい。
【００１２】
本発明はまた、包装容器によって包装された、パルスプラズマを用いて殺菌するための被殺菌物であって、前記被殺菌物には、誘電体が挿入されており、前記被殺菌物と前記誘電体との間には、空間が形成され、前記空間は、前記包装容器の内部にパルスプラズマを発生させることにより、殺菌効果が得られる大きさの電界を発生させるように構成されていることを特徴とする、前記包装された被殺菌物である。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、包装容器などにより包装された食品等の被殺菌物を、包装されたままの状態で、包装容器の内部で被殺菌物同士が重なり合うような状態であったとしても効果的に殺菌することができる。すなわち、本発明は、従来の殺菌方法に比べて、安全性などに関するリスクを伴うことなく、食中毒の防止や菌の繁殖の抑制、食品の長期保存などを可能にするなどの効果が期待されるものである。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の包装された被殺菌物の一形態の断面模式図である。
【図２】本発明の殺菌方法に使用し得るプラズマ発生装置の一例の回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明を実施するための形態について説明する。
本発明は、包装容器内の被殺菌物をパルスプラズマを用いて殺菌する方法である。
本発明の殺菌方法が対象とする被殺菌物は、典型的には食品、例えば肉、魚、野菜、果物などの生鮮食品や加工食品であるが、これに限られず、動物用飼料や医療用器具など、殺菌が必要とされるものを広く含む。
また、本発明の殺菌方法が対象とする菌としては、典型的なものとして大腸菌が想定されるが、大腸菌に限らず他の食中毒を引き起こす菌なども含まれる。
本発明では、これら被殺菌物は、包装容器内に包装されており、包装されたままの状態で、包装容器内部の被殺菌物を殺菌する。包装容器としては、殺菌対象物である被殺菌物を包装するために通常使用される容器であれば、特に制限はないが、包装容器の外側に配置する電極にパルス電圧を印加することにより、包装容器の内部にパルスプラズマを発生させることが可能であるものである必要がある。
パルスプラズマを発生させる具体的な方法ないし装置については後述するが、一般に使用されるものであれば特に制限はなく、様々な食品や容器の殺菌に使用されているものであれば、好適に使用することができる。
【００１６】
本発明の殺菌方法は、包装容器によって包装された被殺菌物を、プラズマ発生装置の第１の電極と第２の電極との間に配置する工程と、プラズマ発生装置の第１の電極と第２の電極との間にパルス電圧を印加して、包装容器の内部にパルスプラズマを発生させる工程とを含む。
そして、本発明の殺菌方法は、被殺菌物に誘電体が挿入されているとともに、被殺菌物と誘電体との間に空間が形成され、パルスプラズマを発生させる工程において、この空間に、殺菌効果が得られる大きさの電界を発生させることを特徴としている。
【００１７】
図１は、本発明の包装された被殺菌物の一形態の断面模式図である。
包装された被殺菌物１は、包装容器の上部２ａと下部２ｂとの間の容器の内部に、被殺菌物の第１の部分３ａと第２の部分３ｂとが重なり合うように配置されている。そして、被殺菌物の第１の部分３ａと第２の部分３ｂとの間には、誘電体４が挿入されている。さらに、被殺菌物の第２の部分３ｂには、空間５が形成されている。この空間５は、被殺菌物の第２の部分３ｂに対向する誘電体４の表面と、誘電体４に対向する被殺菌物の第２の部分３ｂの表面との間の距離として規定される深さｄを有する。本発明では、このような包装された被殺菌物１を、プラズマ発生装置の第１の電極６ａと第２の電極６ｂとの間に配置する。次いで、第１の電極６ａと第２の電極６ｂとの間にパルス電圧を印加して、包装容器の上部２ａと下部２ｂとの間の包装容器の内部に、パルスプラズマを発生させる。その際、本発明では、被殺菌物の第２の部分３ｂに形成された空間５に、殺菌効果が得られる大きさの電界を発生させる。
【００１８】
本発明の殺菌方法では、空間５における殺菌効果として、少なくとも菌の数が減少する（減菌）効果を担保するという観点から、上記電界の大きさが５０ｋＶを超えるのが望ましく、多割合の菌を殺菌するという観点から、上記電界の大きさが１００ｋＶ以上であるのがさらに望ましい。
空間５に発生する電界の大きさは、静電界静磁界解析キットのような２次元静電解・静磁界計算ソフトを利用して、第１の電極６ａと第２の電極６ｂとの間に印加するパルス電圧の大きさや、被殺菌物（３ａ，３ｂ）及び誘電体４の誘電率などの必要なパラメータを入力することにより、算出することができる。
【００１９】
本発明の殺菌方法では、上記空間５の深さｄを、第１の電極６ａと第２の電極６ｂとの間に印加するパルス電圧の大きさや、被殺菌物（３ａ，３ｂ）及び誘電体４の誘電率などの値に応じて適宜決定することができる。本発明の一形態において、空間５における殺菌効果として、少なくとも菌の数が減少する（減菌）程度の電界を発生させて殺菌効果を担保するという観点から、上記空間５の深さｄが３ｍｍ以下であるのが望ましく、多割合の菌を殺菌する程度の電界を発生させてさらなる殺菌効果を得るという観点から、上記空間５の深さｄが２ｍｍ未満であるのがさらに望ましい。
【００２０】
本発明の殺菌方法に使用する誘電体４としては、上記空間５に所望の電界を発生させることが可能なものであれば、特に制限はないが、誘電率が比較的低く、耐電圧が高い材料を使用するのが好ましい。また、誘電体４は、被殺菌物の第２の部分３ｂに形成された空間５が所望の形状及び寸法（特に深さ）を維持することができる程度の機械的特性（弾性率等）を有するものであるのが好ましい。誘電体４としては、耐久性に優れており、比較的薄く扱いやすいという観点から、ポリイミド樹脂を使用するのが望ましい。誘電体４の厚さは、使用する材料にもよるが、例えばポリイミド樹脂を使用する場合には、１０μｍ〜１５０μｍ程度であるのが好ましい。
【００２１】
図２は、本発明の殺菌方法に使用し得るプラズマ発生装置の一例の回路図である。この装置はコンデンサ７、パルストランス８、トリガトロンギャップスイッチ９およびトリガ回路１０で構成されている。
図２を参照して、プラズマ発生装置の動作は以下の通りである。直流高電圧から抵抗を介し、コンデンサ７に電荷を充電する。充電電圧は、回路構成等に応じて適宜決定することができるが、充電電圧が高いほど、高い殺菌効果が得られる。
充電後、トリガトロンギャップスイッチ９を動作させて、溜まった電荷をパルストランス８の一次側のコイルへ伝送する。パルストランス８の相互インダクスにより昇圧されたパルス電圧が放電リアクタの電極（６ａ，６ｂ）に印加される。
【００２２】
トリガ回路１０を用いてトリガ放電を発生するためのパルス電圧をつくり、トリガギャップスイッチ９を用いてトリガ電極に数ｋＶのパルス電圧を与えることで、数ｋＨｚ以下の繰り返し周波数で高電圧・大電流のスイッチングを行うことが可能となる。
パルスの繰返し数は、１０ｐｐｓ以上とするのが好ましい。また、印加回数が多いほど、高い殺菌効果が得られ、印加電圧にもよるが、少なくとも２０ショット、好ましくは１００ショット以上、さらに好ましくは１０００ショット以上とするのが好ましい。
【００２３】
本発明の殺菌方法において、プラズマ発生装置の電極（６ａ，６ｂ）としては、任意の形状を有するものを使用することができる。電極のサイズは、大きなものほど高い殺菌効果が得られる。
【実施例】
【００２４】
以下に実施例により本発明をより具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
【００２５】
（プラズマ発生装置）
図２のような回路図で示されるプラズマ発生装置を使用した。この装置はコンデンサ、パルストランス、トリガトロンギャップスイッチおよびトリガ回路で構成されている。
回路の動作は以下の通りである。直流高電圧から３ＭΩの抵抗を介し、容量２７００ｐＦのセラミックコンデンサ（（株）村田製作所製Ｎ４７００、耐圧３０ｋＶ）に電荷が充電される。充電後、トリガトロンギャップスイッチを動作させて、溜まった電荷をパルストランスの一次側のコイルへ伝送する。そして、パルストランスの相互インダクスにより昇圧されたパルス電圧が包装食品を挟んだ電極に印加される。充電抵抗は、充電電圧が３０ｋＶのときに電源の許容電流１０ｍＡを超えないように３ＭΩとした。
パルストランスは、コアにフェライトコア（ＴＤＫ（株）製ＰＣ４０Ｔ、７５×２０×１５）を用いて、充電コンデンサ側の一次巻線と二次巻線の巻き数比は１：６とした。
トリガ回路を用いてトリガ放電を発生するためのパルス電圧をつくり、トリガギャップスイッチを用いてトリガ電極に数ｋＶのパルス電圧を与えることで、４０ｐｐｓ以下の繰り返し数で高電圧・大電流のスイッチングを行うことを可能とした。
【００２６】
（殺菌効果の評価方法）
菌として、大腸菌（E. coli(Escherichia coli (Migula) Castellani and Chalmers)：ATCC  Number 11229）を使用した。大腸菌を使用する際は、１８〜２４時間程度培養を行ったものを菌液として使用した。このときの菌数は約２．５×１０9ＣＦＵ／ｍｌであった。
殺菌効果は、コロニーカウント法を用いて、パルスプラズマ処理後と処理前の生存菌数の測定を行うことにより評価した。すなわち、まず菌液を純水で１０6倍に希釈し、希釈した液を、模擬食品としてのニュートリエント寒天培地に１００μｌ接種した。その後、菌液を接種したプラズマ処理前と処理後のニュートリエント寒天培地それぞれを、インキュベータ内で培養した。１つの菌に対して１つのコロニーができるので、寒天上に現れたコロニー数を数えることによって、生存菌数を決定した。
パルスプラズマ処理前の生存菌数に対する処理後の生存菌数の割合を、生存率（Survival ratio [%]）として、殺菌効果の指標とした。
【００２７】
（電界強度の算出方法）
（株）アドバンスト・サイエンス・ラボラトリー製の２次元静電解・静磁界計算ソフトである静電界静磁界解析キットＳＡＴＥ（Static-field Analysis Toolkit）のメッシュ作成ソフト（Mesh）及び静電場ソルバー（EStat）を用いて、模擬食品における電界分布計算及び電界強度計算を行った。
【００２８】
（実施例１）
模擬包装容器として、直径９０ｍｍのプラスチックシャーレ（アズワン（株）、材質：ポリスチレン）を用意した。このシャーレ内に、被殺菌物を想定した模擬食品として、ニュートリエント寒天培地（OXOID Ltd.製）を３５ｍｌ（厚さ５．５ｍｍ）充填した。この寒天培地の中心付近に、直径３２ｍｍ、深さ０．５ｍｍの空間を形成した。
形成した空間に処理液を接種し、その上に誘電体として、厚さ１２．５μｍ、直径８５ｍｍのポリイミドフィルム（東レ・デュポン（株）製カプトン（登録商標））を配置した。さらにその上に、直径６０ｍｍ、厚さ３ｍｍのニュートリエント寒天培地を配置した。
この模擬包装容器を、プラズマ発生装置の電極の間に配置し、電極間にパルス電圧を印加して、模擬包装容器の内部にパルスプラズマを発生させて、模擬食品の殺菌を行った。その際、プラズマ発生装置の充電電圧を１６ｋＶ、パルスの繰返し数を４０ｐｐｓ、印加回数を１０００ショットとした。
殺菌効果を評価した結果、生存率は約１０％であった。
また、この場合における空間の電界強度は、３２５ｋＶ／ｃｍ程度であると考えられる。
【００２９】
（実施例２）
空間の深さを１ｍｍとしたことを除き、実施例１と同様に模擬食品の殺菌を行った。
殺菌効果を評価した結果、生存率は約２８％であった。
また、この場合における空間の電界強度は、１７５ｋＶ／ｃｍ程度であると考えられる。
【００３０】
（実施例３）
空間の深さを１．５ｍｍとしたことを除き、実施例１と同様に模擬食品の殺菌を行った。
殺菌効果を評価した結果、生存率は約４８％であった。
また、この場合における空間の電界強度は、１２５ｋＶ／ｃｍ程度であると考えられる。
【００３１】
（実施例４）
空間の深さを３ｍｍとしたことを除き、実施例１と同様に模擬食品の殺菌を行った。
殺菌効果を評価した結果、生存率は約９７％であった。
また、この場合における空間の電界強度は、７０ｋＶ／ｃｍ程度であると考えられる。
【００３２】
（比較例１）
空間の深さを４ｍｍとしたことを除き、実施例１と同様に模擬食品の殺菌を行った。
殺菌効果を評価した結果、生存率は１００％であり、殺菌効果は認められなかった。
また、この場合における空間の電界強度は、５０ｋＶ／ｃｍ程度であると考えられる。
【００３３】
（比較例２）
寒天培地に空間を形成しなかったことを除き、実施例１と同様に模擬食品の殺菌を行った。
殺菌効果を評価した結果、生存率は１００％であり、殺菌効果は認められなかった。
【００３４】
（比較例３）
上下２つの寒天培地の間にポリイミドフィルムを挿入しなかったことを除き、実施例１と同様に模擬食品の殺菌を行った。
殺菌効果を評価した結果、生存率は１００％であり、殺菌効果は認められなかった。
【符号の説明】
【００３５】
１  包装された被殺菌物
２ａ，２ｂ  包装容器
３ａ，３ｂ  被殺菌物
４  誘電体
５  空間
６ａ，６ｂ  電極
７  コンデンサ
８  パルストランス
９  トリガトロンギャップスイッチ
１０  トリガ回路
【図１】
2018029520.tif 000003
【図２】
2018029520.tif 000004