(57)【要約】【課題】電気伝導度や粘度によらずに種々の流動性食品材料に広く適用可能とし、かつ対象となる食品材料や殺菌すべき菌の種類などに応じて最適な殺菌条件を設定することが可能な交流高電界殺菌方法を提供する。【解決手段】流動性食品材料を、一対の電極が対向配置された流路内を連続的に通過させながら、電極間に交流高電圧を加えることによって、流動性食品材料を殺菌する交流高電界殺菌方法において、前記電極間に加える交流高電圧として矩形波交流を用い、かつその矩形波交流として、ある１サイクルの矩形波パルスと次の１サイクルの矩形波パルスとの間に、前記１サイクルの矩形波パルスの時間幅ＴＯよりも大きい時間幅の休止期間（パルス間休止期間）ＴＰを置いた矩形波交流を用いる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
流動性食品材料を、一対の電極が対向配置された流路内を連続的に通過させながら、電極間に交流高電圧を加えることによって、流動性食品材料を殺菌する交流高電界殺菌方法において、
前記電極間に加える交流高電圧として矩形波交流を用い、かつその矩形波交流として、ある１サイクルの矩形波パルスと次の１サイクルの矩形波パルスとの間に、前記１サイクルの矩形波パルスの時間幅ＴＯよりも大きい時間幅ＴＰの休止期間を置いた矩形波交流を用いることを特徴とすることを特徴とする流動性食品材料の交流高電界殺菌方法。
【請求項２】
請求項１に記載の流動性食品材料の交流高電界殺菌方法において、
流動性食品材料が前記電極間を通過する時間に応じて、前記矩形波交流における前記休止期間の時間幅ＴＰと、１サイクルの矩形パルス（単位パルス）の時間幅ＴＯとのうち、少なくとも一方を調整することを特徴とする流動性食品材料の交流高電界殺菌方法。
【請求項３】
請求項２に記載の流動性食品材料の交流高電界殺菌方法において、
流動性食品材料が前記電極間を通過する時間のほか、更に電極間の間隔の単位長さ当たりの印加電圧と、食品材料の電気伝導度と、交流高電圧が印加される直前の食品材料の温度とに応じて、前記矩形波交流における前記休止期間の時間幅ＴＰと１サイクルの矩形パルス（単位パルス）の時間幅ＴＯとのうちの少なくとも一方を調整することを特徴とすることを特徴とする流動性食品材料の交流高電界殺菌方法。
【請求項４】
請求項１〜請求項３のいずれかの請求項に記載の流動性食品材料の交流高電界殺菌方法において、
流動性食品材料が前記電極間を通過する時間と、電極間の間隔の単位長さ当たりの印加電圧と、食品材料の電気伝導度と、交流高電圧が印加される直前の食品材料の温度とに応じて、温度上昇幅が予め定めた範囲を超えないように、前記矩形波交流における前記休止期間の時間幅ＴＰと、前記矩形波交流における１サイクルの矩形パルスの時間幅ＴＯとを決定することを特徴とする流動性食品材料の交流高電界殺菌方法。
【請求項５】
請求項１〜請求項４のいずれかの請求項に記載の流動性食品材料の交流高電界殺菌方法において、
２５℃での電気伝導度が、０．０１Ｓ／ｃｍ以上の流動性食品材料を殺菌対象とすることを特徴とする流動性食品材料の交流高電界殺菌方法。
【請求項６】
請求項１〜請求項５のいずれかの請求項に記載の流動性食品材料の交流高電界殺菌方法において、
前記一対の電極が対向配置された流路内に流動性食品材料を導入する前の段階で、流動性食品材料を予め予熱しておくことを特徴とする流動性食品材料の交流高電界殺菌方法。
【請求項７】
請求項６に記載の流動性食品材料の交流高電界殺菌方法において、
前記一対の電極が対向配置された流路内に流動性食品材料を導入する際の流動性食品材料の温度が４０〜７０℃の範囲内となるように予熱しておくことを特徴とする流動性食品材料の交流高電界殺菌方法。
【請求項８】
請求項６もしくは請求項７に記載の流動性食品材料の交流高電界殺菌方法において、
前記予熱を通電加熱によって行うことを特徴とする流動性食品材料の交流高電界殺菌方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、飲料や液体食品材料、あるいはゲル状食品材料、固液混合食品材料など、流動性を有する食品材料に交流高電圧を加えて、食品材料中の菌を殺菌するための交流高電界殺菌方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
最近では、ポンプなどによる加圧もしくは吸引によって流路内を連続的に移動させ得る程度の流動性食品材料、例えばジュースや乳飲料、あるいはスープ、その他、固体食品と液体とが混合した固液混合食品などを、流路内において電気的に殺菌するための方法が、種々提案、開発され、その一部は既に実用化されている。
【０００３】
例えば食品材料に直接通電して、食品材料の有する電気抵抗により発熱させる通電加熱（ジュール加熱）方式を利用し、殺菌や調理などのために食品材料を加熱する方法が実用化され、さらに管路内に流動性食品材料を連続的に流しながらその管路内の流動性食品材料を通電加熱により連続的に加熱する装置が、例えば特許文献１、特許文献２などにおいて提案され、実用化されている。
【０００４】
このようなジュール加熱方式における殺菌は、食品材料中の菌が高温で死滅しやすいという、温度による殺菌作用を利用したものである。したがって、確実な殺菌効果を得ようとすれば、対象とする菌が確実に死滅するような温度に加熱保持する必要がある。例えば大腸菌の場合は７５℃×１分と同等以上の条件で加熱保持する必要があり、また枯草菌の場合は１２５℃×８分同等以上に条件で加熱保持する必要があり、そのため電力消費量もある程度大きくならざるを得ず、また加熱流路の長さをある程度長くせざるを得ない。加えて、上記のような温度による殺菌効果を確実に得るためには、高温にある程度の時間保持しなければならず、そのためライン長が長くなって、装置の大型化を招く問題もある。
【０００５】
そこで、ジュール加熱方式に代えて、あるいはジュール加熱方式と組み合わせて殺菌を行う方式として、食品材料に高電界を加える方式、すなわち交流高電界殺菌方式が提案されている（例えば特許文献３）。この交流高電界殺菌方式は、狭い電極間の間隙に流動性食品材料を連続的に流すとともに、その電極間に交流高電圧、例えば電極間の間隔に対して、４００Ｖ／ｃｍ〜３０００Ｖ／ｃｍ程度の交流電圧を印加して、交流高電界を生成し、細菌の細胞に対する高電界による破壊効果により、食品材料中の菌を死滅させようとするものである。
【０００６】
図１には、交流高電界殺菌方法を実施するための装置の構成の一例、とりわけ流動性食品材料に交流高電界を加える部分の構成の一例を概略的に示す。
【０００７】
図１において、チタンなどの耐食性、耐熱性が優れた導電性の金属からなる一対の平板状の電極２１Ａ、２１Ｂが、間隔を置いて平行に対向するように配設されている。これらの電極２１Ａ、２１Ｂの相互間の周辺部分には、樹脂などの絶縁材料からなるスペーサ２３が介在され、このスペーサ２３によって電極２１Ａ、２１Ｂ間の隙間の流路２５が区画されている。一方の電極２１Ａにおける流路２５の一端部に相当する箇所には、流入口２７Ａが形成され、他方の電極２１Ｂにおける流路２５の他端部に相当する箇所には、流出口２７Ｂが形成されている。流入口２７Ａには、外部から流動性食品材料を供給するための供給管２９Ａが接続され、流出口２７Ｂには、外部へ流動性食品材料を導くための排出管２９Ｂが接続されている。
供給管２９Ａには、図示しない流動性食品材料供給源から、ポンプなどの加圧手段によって、流動性食品材料が連続的に供給されるようになっている。
一方、電極２１Ａ、２１Ｂは、電源装置３３に接続されており、この電源装置３３から電極間距離１ｃｍあたり１０ｋＶ程度以上、望ましくは数十ｋＶ以上の交流高電圧が加えられるようになっている。
【０００８】
図１に示す交流高電界殺菌装置２０において、電極２１Ａ、２１Ｂ間の隙間の流路２５を流動性食品材料が通過する際には、電極２１Ａ、２１Ｂ間で食品材料に高電圧のパルスが加えられ、その高電圧パルスによって食品材料中に含まれる菌の細胞膜が穿孔され、菌が死滅して殺菌がなされる。
【０００９】
なお図１に示す例では、電極としては、互いに対向する一対の電極２１Ａ、２１Ｂのみが設けられているが、実際の交流高電界殺菌装置では、二対以上の電極を直列状に配列して、流動性食品材料が順次各対の電極間を通過するように構成されることが多い。
【００１０】
ところで前述のような交流高電界による殺菌効果を得るためには、ある程度以上の高い電圧を食品材料に加えなければならないが、電気伝導度が高い（電気抵抗が小さい）食品材料に高電圧を加えれば、過度の温度上昇を招くとともに、無駄に電力を消費する問題がある。
【００１１】
すなわち電気伝導度が高い食品材料に高電圧を加えれば、電圧が一定であれば、Ｅ＝Ｉ・Ｒの関係から、食品材料に相対的に大きな電流が流れ、そのため食品材料に与えられる電力（Ｗ＝Ｉ・Ｅ）も大きくなり、その結果、熱エネルギ発生量（Ｑ）も大きくなって、として食品材料の温度を大きく上昇させ、過度の温度上昇を招く。
【００１２】
ここで、過度の温度上昇は、食品材料にも悪影響を与える。すなわち、食品材料の温度が過度に高くなれば、栄養成分や風味成分が破壊されたり、変性したりして、食品としての品質や香りが大きく損なわれてしまうおそれが強い。また過度の温度上昇によって電極表面に対する焦げつき（凝着）が生じやすくなり、電極表面が荒れて食品材料の円滑な流れが阻害されたり、電極寿命が短くなったりすることが多くなる。また流動性食品材料が過度に温度上昇した場合に沸騰が生じないようにするためには、流動性食品材料に加える圧力を大きくしなければならず、そのため装置的な問題も生じてしまう。
【００１３】
しかるに、実際の食品材料は、塩分などのイオン成分を多く含み、イオン濃度が高いものが多い。そのため交流高電界殺菌に付す食品材料としても、電気伝導度が高い（電気抵抗が小さい）ものが多い。とりわけ、醤油あるいは各種出し汁、マヨネーズ、味噌、ドレッシングなどは電気伝導度（シーメンス毎メートル）が１０Ｓ／ｍ以上に達するのが通常であり、このような食品材料には、前述のような問題から、実際上は交流高電界殺菌を適用することは困難と考えられる。
【００１４】
また交流高電界による殺菌効果を確実に得るためには、食品材料がある程度の温度域、例えば５０〜１００℃程度、更に菌種によっては１００〜１５０℃程度に達している状態で高電圧が加えられることが望ましい。そのため実際に交流高電界殺菌方法を実施するに当たっては、交流高電圧を加える前の段階で、通電加熱（ジュール加熱）や熱交換加熱（二重管などを用いた高温蒸気などの熱媒体による加熱）などによって、上記の温度域に達するまで予熱し、それに引き続いて交流高電圧を加えることが考えられている。このように予熱を行えば、交流高電圧を加える前の段階で温度による効果で対象の菌を弱らせておき、その弱らせた菌に高電界を加えることによって、菌を確実に死滅させることが可能となり、その結果、殺菌効果がよりいっそう確実に得られると考えられる。
【００１５】
しかしながら、予熱してから交流高電圧を加えた場合、予熱温度から交流高電界による温度上昇が加わるため、食品材料の温度が著しく高くなってしまう。そのため、ジュース類や茶飲料などの比較的電気伝導度が低い流動性食品材料の場合、過熱によって食品材料の変質あるいは劣化が生じやすいため、実際上は交流高電界殺菌を適用することは不適切であると考えられている。
【００１６】
結局、電気伝導度が極めて低い特殊な食品材料を除き、市場に出回る多くの食品材料については、交流高電界殺菌を適用することができないか、または仮に適用できたとしても、種々の問題が生じざるを得ず、そのため実際の食品製造産業においては、交流高電界殺菌方法はほとんど実用化されていないのが実情である。
【００１７】
前述のような問題を解決する方法としては、殺菌対象となる食品材料の電気伝導度を低下させて交流高電界殺菌を施す方法が考えられる。すなわち、殺菌対象となる食品材料を予め希釈しておくなどの方法によって、電気伝導度を低下させた状態で交流高電界を加えれば、温度上昇を抑えることは可能である。しかしながら、実際の食品材料では、食味などの点から、希釈するにも限界があり、したがって電気伝導度を下げて温度上昇を抑える方法は、実用的ではない。
【００１８】
また一方、高電界を加える電極間を通過する食品材料の流速を高速化して、高電界に曝される時間を短くすることにより、温度上昇を抑えることは可能である。しかしながら、各種食品材料のうちでも、マヨネーズや味噌などの粘度の高い食品材料においては、流速を高めるためには著しく高い圧力を加えなければならず、装置的な問題が生じるから、実際上、ある程度以上は流速を高めて高電界に曝される時間を短くすることが困難である。またマヨネーズや味噌などの粘度の高い食品材料については、高い圧力を加えて流速を高めようとしても、流路の壁面（電極の表面）に対しての食品材料の粘性抵抗により、いわゆる層流が生じて電極表面における食品材料の流速が小さくなり、そのため電極表面付近の流速は高くならないのが通常である。そのため、電極表面付近では、過度に温度上昇が生じて、前述のような問題が生じてしまう。したがって食品材材料に高い圧力を加えて流速を高める手法も、根本的な解決とはならない。
【００１９】
ここで、マヨネーズや味噌ほど高粘度ではなくても、ある程度の粘性を有していれば、流路の壁面（電極の表面）に対しての食品材料の粘性抵抗によって層流が必然的に生じるから、高圧力を加えても、電極表面付近の流速は流路中心部に比較して遅くなり、そのため、電極表面付近では、過度に温度上昇が生じてしまう傾向が大きい。したがって、交流高電界殺菌方法が適用可能な流動性食品材料は、電気伝導度が小さくしかも層流が生じない程度に粘度が低い食品材料に限られ、したがって食品製造産業における実用上の適用も制約されざるを得なかったのである。
【００２０】
なお交流高電界殺菌方式を発展させた殺菌方式としては、高電圧パルス殺菌方式がある（例えば特許文献４、特許文献５など参照）。
高電圧パルス殺菌方式は、食品材料に印加する電圧波形として、特に高電圧のパルス波形を用い、高電界による殺菌効果に加え、そのパルス電圧の急峻な立ち上がり、立下りによって菌の細胞膜を穿孔して細胞を効果的に破壊して、菌を死滅させようとするものである。このような高電圧パルス殺菌方式においても、前述の交流高電界殺菌方式と同様に、電気伝導度の大きい食品材料では温度上昇が過度に大きくなるという問題や、高粘度の食品材料には適用し難いなどの問題があり、そのため、交流高電界殺菌方式と同様に、実用化は進んでいない。
【００２１】
またこの種の高電圧パルス殺菌方式を実施する場合の電源としては、食品材料に印加するパルスを発生するために大容量のコンデンサ（キャパシタ）を用い、コンデンサに電荷をチャージして、放電する過程を繰り返すことによってパルスを得ることが考えられている（例えば特許文献５参照）。しかしながら、コンデンサを使用した電源装置は、実際上は実験室的な規模での実施に限られ、飲料メーカ、食品メーカなどにおいて産業用量産規模で、実際に大量の流動性食品材料を効率的に処理することは困難であり、また電気伝導度や熱容量、粘度、あるいは含まれると予想される菌種などが異なる種々の食品材料を処理するラインには適していないとされ、このことも実用化が遅れる一因となっている。
【００２２】
すなわち、コンデンサによってパルスを発生する場合、コンデンサに対するチャージ時間によってパルスの周波数が決まってしまうから、パルス周波数を自由にコントロールすることができず、またコンデンサの容量とチャージ時間によってコンデンサに蓄えられる電力量も決まってしまい、放電時に出力される電圧も決まってしまうため、殺菌のために与える電力量、電圧を自由に調整することができないなどの問題があり、そのため対象となる食品材料や殺菌すべき菌の種類などに応じて最適な条件を設定することが困難であると考えられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００２３】
【特許文献１】特開２００６−３２０４０２号公報
【特許文献２】特開２００１−１６９７３３号公報
【特許文献３】特許第２９６４０３７号公報
【特許文献４】特開２００７−２２９３１９号公報
【特許文献５】特開２００９−１４２７６８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２４】
本発明は以上の事情を背景としてなされたもので、従来の交流高電界殺菌方式や高電圧パルス殺菌方式における基本的な問題点、すなわち電気伝導度が大きい食品材料の場合に温度上昇が過度に大きくなるという問題、また粘度が高い食品材料には適用しがたいという問題を解決し、電気伝導度や粘度によらずに種々の食品材料に広く適用可能とし、かつ対象となる食品材料や殺菌すべき菌の種類などに応じて最適な殺菌条件を設定することが可能な交流高電界殺菌方法を提供することを課題としている。
【課題を解決するための手段】
【００２５】
上述の課題を解決するため、本発明者等は、交流高電界殺菌のために流動性食品材料に加える高周波交流として、矩形波交流を用い、かつその矩形波交流として、特に、ある１サイクルの矩形パルスと次の１サイクルの矩形パルスとの間に、前記１サイクルの矩形パルスの時間幅よりも大きい時間幅の休止期間を置いた矩形波交流を用いることによって、流動性食品材料の電気伝導度が大きい場合でも、充分な殺菌効果を得ながら流動性食品材料の過度の温度上昇を抑制することが可能であり、また高粘度の流動性食品材料についても、適用可能となること、さらに、上記の休止期間の時間幅や１サイクルの矩形パルスの時間幅を調整することによって、流動性食品材料の種類に応じた（すなわち電気伝導度や粘度等に応じた）、また殺菌対象となる菌の種類に応じた最適な殺菌を行い得ることを見い出し、本発明をなすに至った。
【００２６】
すなわち、交流高電界殺菌のために加える高周波交流として、矩形波交流を用いて、高電圧パルス殺菌方式を適用しようとする場合の電源装置としては、前述のようなコンデンサへのチャージ／放電を繰り返す電源装置に代えて、高周波発振器からの高周波信号によって整流回路からの直流をインバータ回路によってチョッピングして連続パルス状の矩形波交流を得ることが考えられる。このような矩形波交流をそのまま用いただけでは、既に述べたような諸問題、例えば電気伝導度の大きい流動性食品材料における過度の温度上昇の問題や高粘度の流動性食品材料の場合の問題点等を解決することはできない。
【００２７】
しかるに、高周波発振器からの高周波信号によって整流回路からの直流をインバータ回路によってそのままチョッピングするなどして（すなわち高周波発振器からの高周波信号の周期にしたがってそのままチョッピングして）、高周波信号の周波数、周期のままの矩形波交流を得るのではなく、矩形波交流の単位パルス（１サイクルのパルス）を、数サイクルずつ周期的に間引くなどの手法により、１サイクルの矩形単位パルスの間に、１サイクルの単位パルスの時間幅よりも格段に長い休止期間を設けた矩形波交流を生じさせ、その休止期間を有する矩形波交流（断続パルス波形の矩形波交流）を流動性食品材料に加えることによって、前述の問題を招くことなく、殺菌を行い得ることを見い出し、本発明をなすに至った。
【００２８】
具体的には、本発明の基本的な態様（第１の態様）の交流高電界殺菌方法は、
流動性食品材料を、一対の電極が対向配置された流路内を連続的に通過させながら、電極間に交流高電圧を加えることによって、流動性食品材料を殺菌する交流高電界殺菌方法において、
前記電極間に加える交流高電圧として矩形波交流を用い、かつその矩形波交流として、ある１サイクルの矩形波パルスと次の１サイクルの矩形波パルスとの間に、前記１サイクルの矩形波パルスの時間幅よりも大きい時間幅の休止期間（パルス間休止期間ＴＰ）を置いた矩形波交流を用いることを特徴とするものである。
【００２９】
このような第１の態様の交流高電界殺菌方法においては、流動性食品材料に加える矩形波交流として、連続パルス状のものではなく、各１サイクルの矩形波パルス（単位パルス）の間に、１サイクルの矩形波パルスの時間幅ＴＯよりも大きい時間幅の休止期間ＴＰを置いた波形のものを用いることによって、休止期間を置かない連続パルス状の矩形波交流を用いる場合と比較し、同じ電力量でも高いパルス電圧を容易に稼いで、高い殺菌効果を得ることができる。これは、逆に言えば、与える電力量を小さくしても、実用上充分な殺菌効果が得られる程度の電圧が得られることを意味する。食品材料に与えられる電力量が小さくなれば、それに伴って食品材料の発熱量も小さくなるから、食品材料の過度の温度上昇を抑制することが可能となる。そのため、過度の温度上昇を防止するために流動性食品材料の電気伝導度を下げるという、実用上好ましくない手法を適用する必要がなくなり、醤油などの電気伝導度の高い流動性食品材料についても、電気伝導度を下げるための希釈等を行うことなく、そのまま交流高電界殺菌を適用することが可能となる。また過度の温度上昇を抑制するために、高電圧を印加するための一対の電極間の流速を大きくする必要もなくなる。その結果、マヨネーズや味噌などの高粘度の食品材料の場合でも、大きな圧力を加える必要がなくなり、高圧を加えるための設備的な制約も解消される。また、高粘度の食品材料について流速を大きくしたに発生しやすい層流に起因する電極表面付近での食品材料の過熱も回避することができる。したがってこれらの結果として、高粘度の食品材料についても適用可能となった。
【００３０】
さらに、上記の休止期間を設けた矩形波交流における休止期間ＴＰの時間幅を調整することによって、流動性食品材料が電極間を通過する間（流路の入側から出側までの間）に、食品材料に加える単位パルスの数を調整することができる。電極間を通過する間に流動性食品材料に与えられる電力量は、加えられる単位パルスの数に比例するから、加えられる単位パルスの数を調整することは、電極間を通過する流動性食品材料の発熱量を調整することを意味し、ひいては電極間を通過する間に上昇する温度の幅を調整することを意味する。結局、矩形波交流における休止期間の時間幅を調整することによって、温度上昇幅を調整することができるのである。換言すれば、休止期間の調整によって、殺菌に必要な電圧を確保しながら、過剰な温度上昇を招かないように、温度上昇幅を小さく抑えることが可能となる。
【００３１】
また、上記の矩形波交流における各単位パルスの時間幅（ＴＯ）も、電極間を通過する流動性食品材料に加える電力量に比例する。したがって、矩形波交流における各単位パルスの時間幅ＴＯを調整することによっても、温度上昇幅を調整することができ、したがって殺菌に必要な電圧を確保しながら、過剰な温度上昇を招かないように、温度上昇幅を小さく抑えることが可能となる。
【００３２】
また本発明の第２の態様の交流高電界殺菌方法は、前記第１の態様の交流高電界殺菌方法において、
流動性食品材料が前記電極間を通過する時間に応じて、前記矩形波交流における前記休止期間の時間幅ＴＰと、１サイクルの矩形パルス（単位パルス）の時間幅ＴＯとのうち、少なくとも一方を調整することを特徴とするものである。
【００３３】
流動性食品材料が電極間を通過する時間に応じて、電極間に加えられる矩形波交流における休止期間の時間幅ＴＰを調整することによって、流動性食品材料が電極間を通過する間に、食品材料に加える単位パルスの数を調整することができる。前記第１の態様に関して説明したように、電極間を通過する間に流動性食品材料に与えられる電力量は、その間に加えられる単位パルスの数に比例するから、加えられる単位パルスの数を調整すれば、矩形波交流の印加による流動性食品材料の発熱量を調整することができ、ひいては電極間を通過する間に上昇する温度の幅を調整することができる。また１サイクルの矩形パルス（単位パルス）の時間幅（長さ）ＴＯによっても、電極間を通過する間に流動性食品材料に与えられる電力量は変化するから、単位パルスの時間幅ＴＯを調整すれば、矩形波交流の印加による流動性食品材料の発熱量を調整することができ、ひいては電極間を通過する間に上昇する温度の幅を調整することができる。
したがって休止期間の時間幅ＴＰと、単位パルスの時間幅ＴＯとのうちの少なくとも一方を調整することによって、温度上昇幅を調整することができるのである。そこで、例えば、休止期間及び／又は単位パルスの時間幅の調整によって、確実な殺菌を実現できるような程度の十分な電圧を確保しながら、過剰な温度上昇を招かないように、温度上昇幅を小さく抑えることが可能となる。
【００３４】
さらに本発明の第３の態様の交流高電界殺菌方法は、前記第２の態様の交流高電界殺菌方法において、
流動性食品材料が前記電極間を通過する時間のほか、更に電極間の間隔の単位長さ当たりの印加電圧と、食品材料の電気伝導度と、交流高電圧が印加される直前の食品材料の温度とに応じて、前記矩形波交流における前記休止期間の時間幅（ＴＰ）と１サイクルの矩形パルス（単位パルス）の時間幅（ＴＯ）とのうちの少なくとも一方を調整することを特徴とするものである。
【００３５】
このような第３の態様の交流高電界殺菌方法では、対象となる流動性食品材料の種類、電気伝導度、粘度、あるいは殺菌すべき菌種などに応じて、最適な殺菌条件を設定することができる。
【００３６】
さらに本発明の第４の態様の交流高電界殺菌方法は、前記第１〜第３のいずれかの態様の交流高電界殺菌方法において、
流動性食品材料が前記電極間を通過する時間と、電極間の間隔の単位長さ当たりの印加電圧と、食品材料の電気伝導度と、交流高電圧が印加される直前の食品材料の温度とに応じて、温度上昇幅が予め定めた範囲を超えないように、前記矩形波交流における前記休止期間の時間幅Ｔｐと、前記矩形波交流における１サイクルの矩形パルス（単位パルス）の時間幅ＴＯを決定することを特徴とするものである。
【００３７】
さらに本発明の第５の態様の交流高電界殺菌方法は、前記第１〜第４のいずれかの態様の交流高電界殺菌方法において、
２５℃での電気伝導度が、０．０１Ｓ／ｃｍ以上の流動性食品材料を殺菌対象とすることを特徴とするものである。
【００３８】
さらに本発明の第６の態様の交流高電界殺菌方法は、前記第１〜第５のいずれかの態様の交流高電界殺菌方法において、
前記一対の電極が対向配置された流路内に流動性食品材料を導入する前の段階で、流動性食品材料を予め予熱しておくことを特徴とするものである。
【００３９】
このような第６の態様の交流高電界殺菌方法によれば、予熱によって食品材料中の菌を、予めある程度弱らせておくことができるため、矩形波交流印加による交流高電界殺菌の効果を高めて、確実かつ安定した殺菌が可能となる。また同時に、矩形波交流印加による流動性食品材料の温度上昇幅を小さい幅に抑えて、過度の温度上昇を確実に防止することができる。
【００４０】
さらに本発明の第７の態様の交流高電界殺菌方法は、前記第６の態様の交流高電界殺菌方法において、
前記一対の電極が対向配置された流路内に流動性食品材料を導入する際の流動性食品材料の温度が４０〜７０℃の範囲内となるように予熱しておくことを特徴とするものである。
【００４１】
このように、予め動性食品材料の温度が４０〜７０℃の範囲内となるように予熱しておくことによって、交流高電界による殺菌効果を充分に発揮させることができる。
【００４２】
さらに本発明の第８の態様の交流高電界殺菌方法は、前記第６もしくは第７の態様の交流高電界殺菌方法において、
前記予熱を通電加熱によって行うことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００４３】
本発明の交流高電界殺菌方法によれば、流動性食品材料を交流高電界殺菌するにあたり、食品材料に加える高周波交流として、連続パルス状のものではなく、各１サイクルの矩形波パルス（単位パルス）の間に、１サイクルの矩形波パルスの時間幅よりも大きい時間幅の休止期間を置いた波形のものを用いることによって、休止期間を置かない連続パルス状の矩形波交流を用いる場合と比較し、同じ電力量でも高いパルス電圧を容易に稼いで、高い殺菌効果を得ることができ、また同時に、食品材料に与える電力量を小さくしても、実用上充分な殺菌効果が得られる程度の電圧が得られことから、食品材料に与える電力量を小さくすることによって、食品材料の過度の温度上昇を抑制することが可能となる。そのため、電気伝導度が大きい食品材料についても、交流高電界殺菌をおこなうことが可能となり、また電極間を通過する際の食品材料の流速を大きくする必要もないため、高粘度の食品材料についても、層流に起因して電極表面で過度の温度上昇を招くこともないため、高粘度の食品材料についても交流高電界殺菌を適用することができる。したがって、食品メーカや飲料メーカなどにおいて、電気伝導度や粘度によって制約されることなく、広く種々の流動性料について交流高電界殺菌を実際的に適用可能となるという、顕著な効果が得られる。
また、矩形波交流における休止期間の時間幅や各単位パルスの時間幅を調整することによって、食品材料に与える電力量、ひいては食品材料の温度上昇幅を調整することができ、そのため食品材料の種類や殺菌すべき菌種等に応じて、適切に温度上昇幅を抑えながら、充分な殺菌効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】交流高電界殺菌方法を実施するための装置の設備的な構成の一例を原理的に示す略解図である。
【図２】本発明の交流高電界殺菌方法を実施する際に使用される矩形波交流ＳＡの電圧波形の一例を模式的に示す波形図である。
【図３】本発明の交流高電界殺菌方法を実施する際に使用される矩形波交流ＳＢの電圧波形の別の例を模式的に示す波形図である。
【図４】従来、交流高電界殺菌方法を実施する際に使用することが考えられている矩形波交流ＳＣの電圧波形の一例を模式的に示す波形図である。
【図５】従来、交流高電界殺菌方法を実施する際に使用することが考えられている矩形波交流ＳＤの電圧波形の一例を模式的に示す波形図である。
【図６】図２に示す矩形波交流ＳＡについて、図４に示す矩形波交流ＳＣとの関係を示す模式図である。
【図７】図３に示す矩形波交流ＳＢについて、図５に示す矩形波交流ＳＤとの関係を示す模式図である。
【図８】本発明の交流高電界殺菌方法を実施する際に使用される電源装置の一例を示すブロック図である。
【図９】図８に示される電源装置における基準高周波信号及び出力電圧の一例を模式的に示す波形図である。
【図１０】図８に示される電源装置におけるゲート信号発生回路（インバータ制御信号発生回路）の一例を示すブロック図である。
【図１１】ジュール加熱装置と交流高電界殺菌装置とを組み合わせた殺菌装置に、図８に示される電源装置を適用した例を示す略解図である。
【図１２】各実施例及び各比較例による殺菌効果を示すためのグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００４５】
以下に、本発明の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。
【００４６】
本発明の交流高電界殺菌方法は、原理的には、例えば前述の図１に示した装置２０を用いて実施される。
すなわち、図示しない流動性食品材料供給源から、加圧バルブやポンプなどの加圧手段によって、供給管２９Ａを経て醤油などの流動性食品材料が流路２５内に連続的に供給され、一対の平板状の電極２１Ａ、２１Ｂ間において、流動性食品材料に電源装置３３から交流高電圧が印加される。なお流路２５に導入される流動性食品材料は、予め通電加熱（ジュール加熱）方式や、高温水蒸気などの加熱媒体を用いた例えば二重管加熱方式などの外部加熱（熱交換加熱）方式などによって、予め所定温度まで予熱されていることが望ましいが、その予熱に関しては、後に改めて説明する。
【００４７】
ここで、上記の交流高電圧としては、本発明では矩形波交流を用い、かつその矩形波交流として、ある１サイクルの矩形パルスと次の１サイクルの矩形パルスとの間に、前記１サイクルの矩形パルスの時間幅よりも大きい時間幅の休止期間を置いた矩形波交流を用いる。その矩形波交流の電圧波形の一例を、矩形波交流ＳＡとして図２に模式的に示し、別の例を、矩形波交流ＳＢとして図３に模式的に示す。また比較のため、従来交流高電界殺菌に矩形波交流を適用する場合に考えられている一般的な矩形波交流の電圧波形の一例を、図４に矩形波交流ＳＣとして模式的に示し、同様に従来交流高電界殺菌に矩形波交流を適用する場合に考えられている矩形波交流の電圧波形の別の例を、図５に矩形波交流ＳＤとして模式的に示す。
【００４８】
従来の一般的な矩形波交流ＳＣは、図４に示しているように、所定の周波数の高周波のパルス（単位パルス）が連続して繰り返されるものである。すなわちこの矩形波交流ＳＣは、印加電圧幅をＶとし、基準電位Ｖ０から正側への半波分の立ち上がり（Ｖ０＋Ｖ／２）側のパルスＰＵとそれに続く基準電位Ｖ０から負側への半波分の立ち下がり（Ｖ０−Ｖ／２）側のパルスＰＤとを１サイクルのパルス、すなわち一つの単位パルスＰ０とすれば、その単位パルスＰ０が連続して繰り返されるものである。
【００４９】
また、図５に示した従来の別の矩形波交流ＳＤは、立ち上がり側の半波分のパルスＰＵと次の立下り側の半波分のパルスＰＤとの間、及び立下り側の半波分のパルスＰＤと次の立ち上がり側の半波分のパルスＰＵとの間のそれぞれに、短時間の微小休止期間Ｔｍを置き、基準電位Ｖ０から正側への立ち上がりタイミングから次の基準電位Ｖ０から正側への立ち上がりタイミングまでを一つの単位パルスＰ０とし、その単位パルスＰ０が連続して繰り返されるものである。
【００５０】
なおここで、矩形波交流ＳＤにおける一つの単位パルスＰ０内における微小休止期間Ｔｍは、高周波高電圧パルスを発生するためのＩＧＢＴ（絶縁ゲートバイポーラトランジスタ）などの半導体素子（スイッチング素子）の安全性を確保するために設けられるものであり、必ずしも必要ないが、高電圧の全波パルスを発生するために一対のＩＧＢＴなどのスイッチング素子を組み合わせて用いる場合には、このような微小休止期間（以下この休止期間を“単位パルス内微小休止期間”と称する）Ｔｍを設けて、ＩＧＢＴなどのスイッチング素子の破壊を防止する設計とされることが通常である。なおまた、この場合の単位パルス内微小休止期間Ｔｍの長さ（時間幅）は、通常は２μｍから５μｍ程度であって、一つの単位パルス（１サイクルのパルス）Ｐ０の時間幅ＴＯよりも格段に短い。
【００５１】
一方、本発明で使用する矩形波交流ＳＡは、例えば図２に示しているように、印加電圧幅をＶとし、基準電位Ｖ０から正側への半波分の立ち上がり（Ｖ０＋Ｖ／２）側のパルスＰＵとそれに続く基準電位Ｖ０から負側への半波分の立ち下がり（Ｖ０−Ｖ／２）側のパルスＰＤとを１サイクルのパルス、すなわち一つの単位パルスＰ０とすれば、各単位パルスＰ０の間に、単位パルスＰ０の時間幅ＴＯよりも格段に長い休止期間ＴＰを置いた波形とされている。この休止期間ＴＰについては、前述の単位パルス内微小休止期間Ｔｍと区別するため、以下では、パルス間休止期間ＴＰと称することがある。
【００５２】
この場合、各単位パルスＰ０の間（パルス間休止期間ＴＰ）においては、基準電位Ｖ０に維持される。したがってこのパルス間休止期間ＴＰでは、流動性食品材料を挟む一対の電極間の電位差はゼロになる。
【００５３】
ここで、図２では単位パルス内微小休止期間Ｔｍを設けていない矩形波交流ＳＡの例について示したが、前述のように高電圧の全波パルスを発生するために一対のＩＧＢＴを組み合わせて用いる場合には、ＩＧＢＴなどのスイッチング素子の破壊を防止するため、各単位パルスＰ０内に微小休止期間（単位パルス内微小休止期間）Ｔｍを設けることが望ましく、その場合の例が図３に示した矩形波交流ＳＢである。なおこの場合、各単位パルス（１サイクルのパルス）Ｐ０には、立ち上がり側の半波分のパルスＰＵと立下り側の半波分のパルスＰＤとの間の微小休止期間Ｔｍのみならず、立下り側の半波分のパルスＰＤが基準電位Ｖ０に到達した後の微小期間Ｔｍ´（＝Ｔｍ）をも含めることとしている。したがって図３の例における各単位パルス（１サイクルのパルス）Ｐ０の時間幅ＴＯは、正側への半波分の立ち上がり側パルスＰＵの時間幅ＴＵと、負側への半波分の立ち下がり側パルスＰＤの時間幅ＴＤ（＝ＴＵ）と、単位パルス内微小休止期間Ｔｍの２倍との合計となっている。
【００５４】
ここで、図２もしくは図３に示すような矩形波交流ＳＡ又は矩形波交流ＳＢを生成させるためには、後に改めて図８を参照して説明するように、高周波発振器からの高周波信号によって整流回路からの直流をインバータ回路によってそのままチョッピング（すなわち高周波発振器からの高周波信号の周期にしたがってそのままチョッピング）するのではなく、周期的に複数サイクルを間引きながらチョッピングすることによって、前述のようなパルス間休止期間ＴＰを周期的に設けた矩形波交流を得ることが望ましい。
【００５５】
この場合、パルス間休止期間ＴＰの時間幅が、ベースとなる高周波信号の１サイクルの時間幅のｎ倍であるとすれば、パルス間休止期間ＴＰを設けた矩形波交流の周波数は、ベースとなる高周波信号の周波数ｆに対して、ｆ／（ｎ＋１）となる。言い換えれば、間引かずに高周波発振器からの高周波信号の周期にしたがってそのままチョッピングして形成した矩形波交流（図４の矩形波交流ＳＣもしくは図５の矩形波交流ＳＤ）に対して、連続するn個の単位パルスＰ０を間引いて一つのパルス間休止期間ＴＰを形成すると仮定すれば、図４の矩形波交流ＳＣもしくは図５の矩形波交流ＳＤの周波数ｆに対して、ｆ／（ｎ＋１）の周波数の矩形波交流が得られることになる。
その関係を、図６もしくは図７に示す。なお図６、図７において鎖線は間引いた単位パルスを示す。また実線が間引いた状態での矩形波交流を示す。
【００５６】
図６もしくは図７に示しているように、連続する（ｎ＋１）個の単位パルスＰ０、Ｐ１〜Ｐｎにおける２番目以降のｎ個の単位パルスＰ１〜Ｐｎを間引けば、単位パルスＰ０の時間幅ＴＯのｎ倍の時間幅のパルス間休止期間ＴＰを有する矩形波交流、すなわちベースの高周波信号の周波数ｆに対してｆ／（ｎ＋１）の周波数の矩形波交流が得られることになる。
【００５７】
ここで、図６もしくは図７から明らかなように、電圧（単位パルスの波高値）が一定であれば、間引いた単位パルスＰ１〜Ｐｎの分だけ、電力量は少なくなる。すなわち、同じ電圧を確保するための電力が、間引いた単位パルスＰ１〜Ｐｎの分だけ少なくなり、食品材料に加えられる電力も少なくなって、その分、食品材料の温度上昇が抑えられることになる。また逆に言えば、少ない電力量で、電圧（単位パルスの波高値）を高くし、これによって、消費電力の増大や大きな温度上昇を招くことなく、交流高電界殺菌の効果を高めることができる。
【００５８】
上述のようにパルス間休止期間ＴＰを設けている場合、そのパルス間休止期間ＴＰの長さによって、流動性食品材料が電極間を通過する間（流路の入側から出側までの間）に、食品材料に加える単位パルスの数が変化するから、流動性食品材料が電極間を通過する時間の長さに応じて、最適な数だけパルスが与えられるように、パルス間休止期間ＴＰの長さを設定することが望ましい。ここで、流動性食品材料が電極間を通過する時間の長さは、電極間を通過する流動性食品材料の流速と、電極における食品材料流れ方向の長さ（電極間流路長さ）によって決まるから、実際上は、流速と電極間流路長さとに応じて、パルス間休止期間ＴＰの長さを決定すればよい。
結局、流速と電極間流路長さとに応じてパルス間休止期間ＴＰの長さを調整することによって、流動性食品材料が電極間を通過する間において食品材料に印加される単位パルスの数が調整され、ひいては流動性食品材料が電極間を通過する間に食品材料に与えられる電力量が調整されるから、温度上昇幅を適切に調整（抑制）して、過度な温度上昇が生じないように設定することができる。
【００５９】
またここで、単位パルスの時間幅も、その単位パルスが食品材料に加えられた際の、食品材料に与えられる電力量に比例するから、パルス間休止期間ＴＰの長さの調整（流動性食品材料が電極間を通過する間に食品材料に印加される単位パルスの数の調整）と併せて、あるいはパルス間休止期間ＴＰの長さの調整とは別に、単位パルスの時間幅を調整することによって、流動性食品材料の温度の上昇幅を調整することができ、ひいては温度上昇幅を適切に調整（抑制）して、過度な温度上昇が生じないように設定することができる。
【００６０】
ここで、食品材料に与えられる電力量には、食品材料の電気伝導度、及び印加電圧（矩形波交流の電圧）も関係（比例）するから、実際上は、電気伝導度及び矩形波交流の電圧を考慮に入れて、パルス間休止期間ＴＰの長さ及び／又は単位パルスの時間幅を調整することによって温度上昇幅を適切に設定（抑制）する。また温度上昇幅が同じであっても、食品材料の初期温度（矩形波交流印加用の電極間の入り口）によって矩形波交流印加直後の到達温度は異なるから、実際上は、初期温度を調整することによって、到達温度を調整することが望ましい。そのためには、矩形波交流印加前に流動性食品材料を所定温度まで予熱し、その予熱温度を初期温度（矩形波交流印加のための電極間の入り口温度）として矩形波交流の印加を開始すればよい。またこのように、矩形波交流印加前に流動性食品材料を所定温度まで予熱しておけば、既に述べたように、矩形波交流印加前に予め温度により効果によって菌を弱らせておくができるから、矩形波交流印加による殺菌効果を確実化することができる。
【００６１】
このように予熱する場合の予熱手段としては、食品材料に直接電流を流して、食品材料の電気抵抗によって発熱（ジュール発熱）させる通電加熱（ジュール加熱）方式や、高温水蒸気などの加熱媒体と熱交換させて食品材料を温度上昇させる例えば二重管加熱方式などの外部加熱（熱交換加熱）方式など、任意の手段を適用することができる。また予熱を行う場合、流動性食品材料の予熱と矩形波交流印加による交流高電界殺菌を、連続して一連続で行い得るように、予熱段階でも流動性食品を所定の流路内を流しながら加熱し、引き続いて流動性食品材料を矩形波交流印加のための電極間の流路に連続的に導くようにすることが望まれ、通電加熱、熱交換加熱のいずれでも、そのような連続加熱を行うことができる。
【００６２】
上記のように予熱手段は、基本的には限定されないが、次に述べるように、通電加熱方式を適用することが最も好ましい。
すなわち、本発明の交流高電界殺菌方法を実施するに当たって、所期の殺菌効果を確実に得るためには、矩形波交流印加開始の初期温度（したがって予熱する場合の予熱到達温度）を正確に制御することが望まれる。その観点からすれば、熱交換方式の予熱では、到達温度を正確に制御することが困難であることが多く、これに対して通電加熱方式では、熱交換方式よりも容易かつ正確に到達温度を制御することができる。また通電加熱方式では、熱交換加熱よりも短時間で食品材料を昇温させることができるから、流動性食品材料を連続的に流しながら予熱する場合においては、熱交換加熱方式よりもライン長（加熱のための流路長さ）を短くして、設備の小型化、能率向上を図ることができる。したがって本発明の交流高電界殺菌方法を実施するに当たっての予熱方式としては、通電加熱が最適である。
【００６３】
本発明の交流高電界殺菌方法を実施するにあたって、実際に適用される矩形波交流における単位パルスの時間幅の具体的な値は特に限定されないが、通常は、１〜５０μsec程度とすることが好ましく、またパルス間休止期間ＴＰの長さは、要は単位パルスの時間幅よりも長ければよく、特に限定されないが、通常は４００〜６４００μsec程度とすることが好ましい。さらに、単位パルスの時間幅に対するパルス間休止期間ＴＰの長さ（時間幅）の比は１以上であればよいが、通常は８〜４００倍程度とすることが好ましい。
【００６４】
矩形波交流の印加にあたっての目標とする温度上昇幅は、初期温度および菌種によって異なるが、例えば大腸菌を殺菌対象とする場合、予熱により初期温度を４０〜６０℃程度℃として、温度上昇幅を５〜３５℃程度とし、また例えば枯草菌を殺菌対象とする場合、予熱により初期温度を４０〜７０℃程度℃として、温度上昇幅を５０〜８０℃程度とすることが好ましい。
【００６５】
本発明の方法が適用される流動性食品材料の電気伝導度は特に限定されないが、本発明の殺菌方法は、電気伝導度が高い流動性食品材料に対して特に有効である。逆に言えば、電気伝導度が極端に低い流動性食品材料に対しては効果が小さい。したがってその観点から、本発明の方法は、電気伝導度が０．０１Ｓ／ｍ以上の流動性食品材料に対して適用すること、より好ましくは電気伝導度が０．１Ｓ／ｍ以上の流動性食品材料に対して適用することが好適である。
【００６６】
適用される流動性食品材料の粘度に関しては、本発明の方法では、粘度の低い流動性食品材料に対して有効であることはもちろん、高粘度の流動性食品材料についても適用可能である。すなわち、既に述べたように、温度上昇幅には矩形波交流印加のための電極間での流速も関係し、流速が小さければ、電極間を通過する間に加えられる電力も大きくなって、温度上昇幅も大きくなり、過度の温度上昇を招く恐れが強い。一方、マヨネーズや味噌、ジャムなどの高粘度の流動性食品材料の場合、高圧力を加えなければ、流速を確保することが困難であるが、このような高粘度の流動性食品材料では、高圧力を加えれば、層流が顕著に生じてしまって電極表面付近の流速は、大きくならずに極端に小さいままとなり、その結果電極表面付近で食品材料が過加熱されてしまう。しかしながら、パルス休止期間を設けた矩形波交流を用いれば、そのパルス休止期間の長さの調整によって電極間通過時に与えられる単位パルスの数を調整することによって食品材料に加える電力量を抑制することができるため、特に食品材料の圧力を高める必要性は少なく、そのため上述のような層流の発生の問題を回避しつつ、温度上昇幅を小さく抑制することができる。したがって例えば粘度が１〜１０ｍＰａ／ｓ程度の比較的低粘度の流動性食品材料（醤油、清涼飲料など）ばかりでなく、粘度が１０〜１０００ｍＰａ／ｓ程度の中粘度の流動性食品材料（トマトジュース、中農ソースなど）、更には粘度が１０００〜１００００ｍＰａ／ｓ以上の高粘度の食品材料（マヨネーズ、味噌、ジャム等）についても適用することができる。
【００６７】
矩形波交流として印加する電圧（パルス電圧）は、単位電極間距離当たり、通常は３〜２０ｋＶ／ｃｍ程度、代表的には１０ｋＶ／ｃｍ程度とすればよいが、本発明の場合、パルス内休止期間を設けることによって、与える電力量は同じでも電圧を高くすることができるから、少ない電力量で高電圧を加えて、温度上昇幅を抑えつつ、高い殺菌効果を得ることができる。
【００６８】
矩形波交流の周波数については、前述のように周波数ｆの連続パルスの矩形波交流の単位パルスを、連続してｎ個間引いて、パルス間休止期間を生成する場合、すなわちパルス間休止期間を有するｆ／（ｎ＋１）の周波数の矩形波を得る場合には、ベースの周波数ｆが、１０〜４００ｋＨｚ程度であることが好ましい。
【００６９】
なお、以上の説明では、本発明の方法について、流動性食品材料を通電加熱や熱交換加熱などによって予め予熱して菌を弱らせておき、その状態で矩形波交流を印加することによって、交流高電界による殺菌効果により滅菌するか、又は予熱せずに直接矩形波交流を印加して、交流高電界の殺菌効果により滅菌するものとして説明したが、場合によっては、他の殺菌方法、例えば温度による殺菌効果を狙った殺菌方法によって一旦殺菌処理を施した食品材料について、更に殺菌の安全率を高めるために本発明の方法を適用することもできる。すなわち、流動性食品材料を通電加熱や熱交換加熱によって、菌が死滅すると考えられる条件（温度及び時間）で加熱し（したがって温度による殺菌効果を狙った殺菌方法を実施し）、その後に、殺菌をより確実化して食品の安全性をより高めるために本発明の方法を適用（すなわち休止期間を有する矩形波交流を印可）することもできる。その場合には、矩形波交流の印加は、ごく短時間だけ（言い換えれば１個もしくは数個の単位パルスの印加だけ）行って、矩形波交流の印加による温度上昇幅を１℃あるいは数℃以下のごくわずかの温度幅とすればよい。
【００７０】
本発明の方法を実施するに当たって使用される電源装置、即ちパルス間休止期間を有する矩形波交流を発生するための電源装置の構成は特に限定されないが、基本的には、次の（１）〜（５）のいずれかの態様を有する構成とすることが好ましい。
【００７１】
（１）  商用交流を整流して直流とするための整流器と、
整流器によって得られた直流電流をチョッピングして、高周波矩形パルス電流を発生させるインバータ回路と、
前記発振器からの基準高周波信号が加えられてその基準高周波信号をベースとして前記インバータ回路の動作を制御するためのインバータ制御信号を発生するインバータ制御信号発生回路と、
前記インバータ回路の出力の高周波矩形パルス電流の電圧を変圧して、前記電極間に加える高電圧パルスを得るための出力トランスと
を有し、
前記インバータ回路が、前記基準高周波信号の１サイクルに対応する１サイクルの矩形パルスに引き続き、所定の休止期間を置いてから次の１サイクルの矩形パルスが発生するという断続パルス電流を出力するように、前記インバータ制御信号発生回路によって制御されるように構成された電源装置。
【００７２】
このような（１）の態様の電源装置においては、高周波発振器からの高周波信号によって整流回路からの直流をインバータ回路によってそのままチョッピングして（すなわち高周波発振器からの高周波信号の周期にしたがってそのままチョッピングして）、高周波信号の周波数、周期のままの矩形波交流を得るのではなく、数パルスずつ間引いた矩形波パルス、すなわち単位パルス間にパルス幅よりも格段に長いパルス間休止期間を設けた断続パルスを生成させることができる。なおこの場合、コンデンサのチャージ・放電よって交流高電圧を生成させる場合と比較すれば、一つの単位パルスによって与えられる電力量を格段に大きく設定し得ること、また電力量、電圧、周波数の調整が容易となること、さらに波形もパルス殺菌に適したものとなる。
【００７３】
（２）  前記（１）の電源装置において、前記インバータ回路が、前記休止期間の長さが調整可能となるように、前記インバータ制御信号発生回路によって制御される構成された電源装置。
【００７４】
このような（２）の態様による電源装置では、処理すべき流動性食品材料の種類や、温度、流速などに応じて、断続パルスのパルス間休止期間を適切に制御することが可能となる。
【００７５】
（３）  前記（２）の電源装置において、前記休止期間の長さを、外部からの操作によって調整し得るように構成した電源装置。
【００７６】
このような（３）の態様の電源装置では、外部からの手指による操作によって、簡単かつ容易に断続パルスのパルス間休止期間を調整することができる。
【００７７】
（４）  前記（１）〜（３）のいずれかの電源装置において、前記インバータ回路を、休止期間を設けずに基準高周波信号の周期にしたがって連続パルス電流を出力する第１の状態と、前記休止期間を設けながら断続パルス電流を出力する第２の状態とに切り替え可能となるように、前記インバータ制御信号発生回路によって制御される構成した電源装置。
【００７８】
このような（４）の態様の電源装置では、連続パルスを出力する第１の状態と、パルス休止期間を設けながら断続パルスを出力する第２の状態とに切り替えることができるため、同じ電源装置を、交流高電界殺菌装置と、ジュール加熱装置とに使い分けすることができる。すなわち、断続パルスを出力する第２の状態では、交流高電界殺菌装置の電源として好適に使用することができ、一方、連続パルスを出力する第１の状態では、ジュール加熱装置の電源として好適に使用することができる。
【００７９】
（５）  前記（４）の電源装置において、前記第１の状態と第２の状態を、外部からの操作によって切り替え得るように構成した電源装置。
【００８０】
このような（５）の態様の電源装置では、外部からの手指による操作によって、簡単かつ容易に断続パルス発生状態（第２の状態）と、連続パルス発生状態（第１の状態）とに切り替えることができる。
【００８１】
上述のような（１）〜（５）の構成を備えた具体的な電源装置３３の一例を、図８に示す。なおこの図８に示す電源装置３３は、交流高電界殺菌装置の電源として使用し得るだけではなく、通電加熱装置（ジュール加熱装置）の電源としても使用可能な装置として構成している。すなわち、外部からの簡単な操作によって、交流高電界殺菌装置の電源として使用する場合と、通電加熱装置の電源として使用する場合とに切り替えられる構成とした電源装置の例である。
【００８２】
図８において、電源装置３３は、外部の商用交流から、交流高電界殺菌装置２０における電極２１Ａ、２１Ｂ間に印加するための高周波パルス電圧を発生するための電源ユニット３５と、その電源ユニット３５を制御するための制御ユニット３７と、その制御ユニット３７を外部から操作するための操作ユニット３９とからなる構成とされている。
【００８３】
そこでまず前記電源ユニット３５について説明すれば、電源ユニット３５は、商用交流電流を整流するための整流器として、例えばサイリスタ（ＳＣＲ）を有するサイリスタスタック４３を備えている。このサイリスタスタック４３の入力側には、商用交流電源端子４１が、メインブレーカ４５及びコンダクタ（電磁接触器）４７を介して接続されている。コンダクタ４７は、制御ユニット３７内の後述するプログラマブルコントローラ４９からの開閉信号Ｓ１にしたがって開閉されるように構成されている。
【００８４】
サイリスタスタック４３は、制御ユニット３７内の後述するサイリスタ制御部５０からのサイリスタ制御信号Ｓ２によって制御されるようになっている。またサイリスタスタック４３の出力側には、直流電流をチョッピングし、高周波パルス電流（高周波パルス電圧）を生起させるためのインバータユニット５１内のインバータ回路５３が接続されている。
【００８５】
インバータ回路５３は、例えば絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）で代表される、高速で直流大電流をチョッピング可能なスイッチング素子を備えたものである。このインバータ回路５３は、ＩＧＢＴなどのスイッチング素子のゲートに加えられる電圧（ゲート電圧）が、ゲート駆動回路５５によって制御されて、直流電流入力に対するスイッチング（チョッピング）が制御される。そして、パルス間休止期間ＴＰを有しかつ単位パルス間休止期間に時間幅が可変の矩形波交流（以下これを便宜上、断続パルスと記す）、もしくは単位パルス間休止期間ＴＰを持たずに単位パルスが連続する矩形波交流（これを便宜上、連続パルスと記す）を発生する。
なおゲート駆動回路５５は、制御ユニット３７内の後述するインバータ制御部５７のインバータ制御信号発生回路、例えばゲート信号発生回路５８からのゲート制御信号（インバータ制御信号に相当する）Ｓ３によって制御される。
【００８６】
さらにインバータユニット５１内のインバータ回路５３の出力側は、出力トランス５９の一次側巻線５９Ａに接続されている。またインバータ回路５３と出力トランス５９の一次側巻線５９Ａとの間の電流経路には、その間を流れる電流を検出するための電流センサ６０が介挿されている。そして出力トランス５９の二次側巻線５９Ｂは、高電圧パルス殺菌装置２０における電極２１Ａ、２１Ｂに接続されている。
【００８７】
次に制御ユニット３７及び操作ユニット３９について説明する。
制御ユニット３７は、基本的には、プログラマブルコントローラ４９と、サイリスタ制御部５０と、インバータ制御部５７を有している。また操作ユニット３９は、主操作部６１と、パルス制御操作部６３を有している。
【００８８】
操作ユニット３９の主操作部６１は、ダイヤルやテンキー、押しボタンスイッチなどの入力手段やタイマー、更には各種表示手段、警報手段などを備えたものであって、電源装置３３全体のＯＮ／ＯＦＦや、出力電流及び／または出力などの設定、あるいはそれらの表示などを行うものである。また操作ユニット３９のパルス制御操作部６３は、電源装置３３から出力される高電圧矩形パルスの状態の設定（連続パルス／断続パルスの切り替え、および断続パルスの場合の休止期間の長さの調整）を行うためのものである。
【００８９】
制御ユニット３７のプログラマブルコントローラ４９は、主操作部６１からの信号を受けて、主として、サイリスタ制御部５０の動作を制御してサイリスタスタック４３の出力電流値（直流）を制御するとともに、電源ユニット３５のコンダクタ４７をＯＮ／ＯＦＦ制御するためのものである。なおこのプログラマブルコントローラ４９には、外部センサ７５、例えば高電圧パルス殺菌装置の本体における食品材料流路の出側温度を検出するための温度センサ７５なども接続されており、このような温度センサからの信号によっても、サイリスタスタック４３の出力電流値を制御し得るように構成されている。
【００９０】
一方、インバータ制御部５７は、高周波発振器６５と、インバータ制御信号発生回路としてのゲート信号発生回路５８と、過電流検出器６７と、インターロック回路６９とを有している。
高周波発振器６５は、例えば５ｋＨｚ〜５０ｋＨｚ程度の高周波信号を発生するためのものであり、本例では発振周波数が可変となるように、自励発振器が使用されている。もちろん場合によっては、水晶振動子などを用いた他励発振器を使用することも可能である。
【００９１】
ゲート信号発生回路（インバータ制御信号発生回路）５８は、高周波発振器６５からの高周波信号を利用して、ＩＧＢＴなどのスイッチング素子のスイッチング動作を制御するためのインバータ制御信号としてのゲート制御信号Ｓ３を発生するためのものである。ここで、ゲート信号発生回路５８は、後に改めて詳細に説明するように、高周波発振器６５からの高周波信号の周波数で連続するゲート制御信号を発生する第１の状態と、高周波発振器６５からの高周波信号を間引きして休止期間を設けた断続的なゲート制御信号を発生する第２の状態とに切り替えられるように構成されている。さらに、休止期間を設けた断続的ゲート制御信号を発生する第２の状態において、その休止期間の長さを調整可能に構成されている。
【００９２】
そしてゲート信号発生回路５８からは、上記の第１の状態と第２の状態に切り替えるための切り替え操作手段として、例えばＯＮ／ＯＦＦスイッチ７１が引き出されて、そのＯＮ／ＯＦＦスイッチ７１が、前述の操作ユニット３９内のパルス制御操作部６３に配設されている。ここで、ＯＮ／ＯＦＦスイッチ７１は、例えばＯＮ状態では、休止期間を設ける第２の状態（断続パルス状態）となり、ＯＦＦ状態では休止期間を設けない第１の状態（連続パルス状態）となるように設定される。
【００９３】
また同じくゲート信号発生回路５８からは、上記の第２の状態における休止期間の長さを調整するための休止期間調整操作手段として、例えば可変抵抗器７３が引き出されて、その可変抵抗器７３が、前述の操作ユニット３９内のパルス制御操作部６３に配設されている。なおここでは休止期間調整操作手段を可変抵抗器７３としているが、ゲート信号発生回路５８の回路構成によっては、可変インダクタンス、あるいは可変キャパシタンスなどを用いることもある。またここでは、休止期間を連続的に変化させるものとしているが、段階的に変化させる構成としてもよいことはもちろんである。
【００９４】
過電流検出器６７は、前述の電源ユニット３５における電流センサ６０で検出したインバータ回路５３の出力電流が、予め定めたレベルを超える過電流となった時にこれを検出するためのものである。インターロック回路６９は、インバータ回路５３の動作を停止させて、矩形パルスを発生しない状態に制御するためのもので、過電流検出器６７によって過電流が検出されたときに、停止信号Ｓ４をゲート信号発生回路５８に送り、ゲート信号を発生させない状態となるように制御して、インバータ回路５３の動作を停止させるように構成されている。
【００９５】
以上のような構成の電源装置３３において、主操作部６１の図示しない電源スイッチをＯＮ状態とすれば、プログラマブルコントローラ４９からコンダクタ（電磁接触器）４７に電源ＯＮ信号（Ｓ１）が与えられ、コンダクタ４７がＯＮ状態となり、商用交流電源端子４１からの例えば３相２００Ｖの商用交流電流が、メインブレーカ４５およびコンダクタ４７を経て、サイリスタスタック４３に与えられる。
【００９６】
サイリスタスタック４３では、商用交流電流を整流して直流電流とする。ここで、サイリスタスタック４３は、その出力電流値が、主操作部６１において設定した値に制御される。すなわち、主操作部６１に設定した電流値にしたがってプログラマブルコントローラ４９からサイリスタ制御部５０に電流設定値信号が送られ、その電流設定値信号によってサイリスタ制御部５０がサイリスタスタック４３を制御する。
【００９７】
サイリスタスタック４３から出力された直流電流は、インバータユニット５１のインバータ回路５３に供給される。このインバータ回路５３では、ＩＧＢＴなどのスイッチング素子に、ゲート駆動回路５５からゲート電圧が与えられ、そのゲート電圧に応じてサイリスタスタック４３の直流電流をスイッチング（チョッピング）し、これによって矩形波パルス出力電流が得られる。インバータ回路５３からの矩形波パルス出力電流は、電流センサ６０を経て出力トランス５９の一次側巻線５９Ａに送られる。そしてこの出力トランス５９において昇圧されて、二次側巻線５９Ｂから、所要の高電圧の矩形波パルス出力が得られ、その高電圧矩形波パルスが、交流高電界殺菌装置２０の電極２１Ａ、２１Ｂ間に与えられる。
【００９８】
ここで、インバータユニット５１のゲート駆動回路５５は、インバータ制御部５７のゲート信号発生回路５８からのゲート信号によって制御されて、ＩＧＢＴなどのスイッチング素子に対するゲート電圧を発生する。ゲート信号発生回路５８は、基本的には、高周波発振器６５から与えられる基準高周波信号によって制御されるが、それだけではなく、操作ユニット７１のパルス制御操作部６３に設定したパルス状態制御（連続パルス発生の第１の状態と断続パルス発生の第２の状態との切り替え、及び断続パルス発生の第２の状態における休止期間の設定）に応じて、ゲート信号発生状態が制御される。
【００９９】
例えばパルス制御操作部６３のＯＮ／ＯＦＦスイッチ７１がＯＦＦ状態では、ゲート信号発生回路５８は、休止期間を設けない連続パルスのゲート信号を発生する第１の状態となる。この場合は、ゲート駆動回路５５は、高周波発振器６５からの基準高周波信号に従った周波数、周期で連続的に変化するゲート電圧を発生し、これによって、インバータユニット５１のＩＧＢＴなどのスイッチング素子は、サイリスタスタック４３からの直流電流を、高周波発振器６５からの基準高周波信号に従った周波数、周期で連続的にスイッチングし、連続矩形波電流（矩形波交流）を出力させる。そしてこの連続矩形波電流が出力トランス５９によって昇圧されて、出力トランス５９から、基準高周波信号に従った周波数、周期の高電圧矩形波交流が出力される。
【０１００】
例えば高周波発振器６５からの基準高周波信号Ｓａを、図９の（ａ）に示し、上述のような第１の状態における出力トランス５９からの出力Ｓｂを、図９の（ｂ）に示す。この場合、出力トランス５９からの出力Ｓｂは、基準高周波信号Ｓａと同一の周波数で連続的に変化する矩形波となる。なお、このような連続矩形波（矩形波交流）を発生する状態（第１の状態）は、高電圧パルス殺菌装置ではなく、ジュール加熱装置に好適である。
【０１０１】
一方、例えばパルス制御操作部６３のＯＮ／ＯＦＦスイッチ７１がＯＮ状態では、ゲート信号発生回路５８は、休止期間を設けた断続パルスのゲート信号を発生する第２の状態となる。すなわち、高周波発振器６５から供給される基準高周波信号Ｓａを間引きして、例えば基準高周波信号の１サイクルのパルス発生期間の後、数サイクル分の休止期間が続き、その後に再び１サイクル分のパルス発生期間が続き、さらに数サイクル分の休止期間が続く、という断続パルスのゲート信号を発生する状態となる。これによって、インバータユニット５１のＩＧＢＴなどのスイッチング素子は、サイリスタスタック４３からの直流電流を、断続パルスのゲート信号に従ってスイッチングし、断続矩形波パルス電流を出力させる。そしてこの断続矩形波パルス電流が出力トランス５９によって昇圧されて、出力トランス５９から、高電圧断続矩形波パルスが出力される。
【０１０２】
上述のような第２の状態における出力トランス５９からの出力Ｓｃを、図９の（ｃ）に示す。この場合、出力トランス５９からの出力Ｓｃは、図９の（ａ）に示される基準高周波信号Ｓａの周波数、周期のままではなく、例えば基準高周波信号Ｓａの１サイクルのパルス発生期間ＴＡ（単位パルスＰ０の時間幅ＴＯに相当）の後、数サイクル分（図示の例では２パルス分）の休止期間ＴＢ（パルス間休止期間ＴＰに相当）が続き、その後に再び１サイクル分のパルス発生期間ＴＡが続き、さらに数サイクル分の休止期間ＴＢが続く、という断続パルスとなる。言い換えれば、図９の（ｂ）に示される連続矩形波Ｓｂの単位パルスを、数パルス分（数サイクル分）間引きした断続パルスとなる。
このような断続パルスを発生する状態（第２の状態）は、交流高電界殺菌に好適である。
【０１０３】
ここで、上記のような第２の状態（断続パルス出力状態）では、パルス制御操作部６３の休止期間調整操作手段、例えば可変抵抗器７３を調整することによって、パルス休止期間ＴＰの長さを調整することができる。したがって、例えば、高電圧パルス殺菌装置の電極間を流れる流動性食品材料の種類やその流動性食品材料に含まれると予想される菌の種類、更には流速、あるいは流動性食品材料の初期温度（電極間への入り口温度）などに応じて、適切なパルス休止期間ＴＰの長さを設定することができる。一方、断続パルス（休止期間を設けた矩形波交流）における単位パルスＰ０の時間幅ＴＯは、高周波発振器６５からの基準高周波信号の周波数ｆと反比例関係にあるから、高周波発振器６５の発振周波数を変えることによって、単位パルスＰ０の時間幅ＴＯを調整することができる。したがって、上述のようなパルス休止期間ＴＰの設定と同時、又は別に、単位パルスＰ０の時間幅ＴＯを適切な値に設定することができる。
【０１０４】
なお上述のように休止期間を設けた断続パルスを発生する場合（第２の状態）、サイリスタスタック４３へ供給される直流電流の実効値を小さくしても、サイリスタスタック４３の出力としては、休止期間を設けない連続パルス出力状態（第１の状態）と比較して、高い電圧値（パルス電圧高さ；パルス電圧波高値）を設定することができる。そのため、出力トランス５９からの出力Ｓｃとしても、そのパルス電圧高さを高くすることができる。
そしてまた、休止期間ＴＰの長さの調整によって、出力トランス５９からの出力Ｓｃのパルス電圧高さを調整することができる。
【０１０５】
なお、上記の第１の状態、第２の状態のいずれの場合においても、電流センサ６０によってインバータ回路５３の出力電流が検出され、その出力電流値が異常に大きくなった場合、すなわち過電流となった場合には、過電流検出器６７からの過電流検出信号がインターロック回路６９に加えられる。そしてインターロック回路６９からゲート信号発生回路５８にゲート信号停止信号Ｓ４が送られ、ゲート信号発生回路５８がゲート信号を発生しない状態となり、インバータ駆動回路５５も動作しなくなる。その結果、インバータ回路５３のＩＧＢＴなどのスイッチング素子にゲート電圧が与えられなくなり、インバータ回路５３の出力が停止される。
【０１０６】
図１０にはインバータ制御部５７のゲート信号発生回路５８をより具体化した例を示す。
図１０において、ゲート信号発生回路５８は、高周波発振器６５からの基準高周波信号を波形整形して、高周波パルス信号とするための波形整形回路７７と、その波形整形回路７７から出力される高周波パルス信号のパルスを間引くための間引き回路７９とを備えている。そして間引き回路７９には、その間引き動作をＯＮ／ＯＦＦ制御するためのＯＮ／ＯＦＦ制御回路８１と、間引き動作の間引き間隔（間引き幅）を制御するための間引き幅制御回路８３とが接続されている。上記のＯＮ／ＯＦＦ制御回路８１には、パルス制御操作部６３のＯＮ／ＯＦＦスイッチ７１が接続され、また間引き幅制御回路８３には、パルス制御操作部６３の休止期間調整操作手段としての可変抵抗器７３が接続されている。
【０１０７】
図１０に示すゲート信号発生回路５８においては、高周波発振器６５からの基準高周波信号が、波形整形回路７７によって波形整形されて、パルス信号とされる。そしてＯＮ／ＯＦＦスイッチ７１のＯＦＦ時においては、そのパルス信号（連続パルス）がそのまま間引き回路７９を通過して、ゲート信号Ｓ３としてゲート駆動回路５５に送られる。
一方、ＯＮ／ＯＦＦスイッチ７１のＯＮ時においては、波形整形回路７７によって波形整形されたパルス信号（連続パルス）が、間引き回路７９によって間引きされて、断続パルス信号となり、その断続パルス信号がゲート信号Ｓ３としてゲート駆動回路５５に送られる。このとき、休止期間調整操作手段としての可変抵抗器７３によって間引き幅制御回路８３に設定した間引き幅でパルスの間引き幅（パルス間休止期間Ｔｐに相当）が制御される。また高周波発振器６５の発振周波数を調整することによって、単位パルスＰ０の時間幅ＴＯが制御される。
【０１０８】
以上のように構成された実施例の電源装置３３は、既に述べたように、パルス制御操作部６３のＯＮ／ＯＦＦスイッチ７１をＯＮとした状態では、交流高電界殺菌装置の電源として好適に使用することができ、一方、パルス制御操作部６３のＯＮ／ＯＦＦスイッチ７１をＯＦＦとした状態では、ジュール加熱装置（通電加熱装置）の電源として好適に使用することができる。
【０１０９】
ところで、既に述べたように、本発明の交流高電界殺菌方法を実施するに当たっては、パルス間休止期間Ｔｐを有する矩形波交流（断続パルス）を流動性食品材料に加える前に、食品材料を所定の温度まで予熱しておくことが望ましい。その場合の予熱方法としては、通電加熱（ジュール加熱）や、熱交換方式など、任意の加熱方式を適用することができるが、前述のように通電加熱方式が最適である。そして図８に示した電源装置は、パルス間休止期間を有する矩形波交流（断続パルス）を発生する状態（交流高電界殺菌に好適な波形を発生する状態）と、パルス間休止期間を持たない矩形波交流（連続パルス）を発生する状態（通電加熱に好適な波形を発生する状態）とに簡単に切り替えることができるため、同じ構成の二つの電源装置を、一方は予熱のための通電加熱装置の電源として、また他方を交流高電界殺菌装置の電源として使用可能である。
【０１１０】
このように流動性食品材料を通電加熱によって予熱し、引き続いてパルス休止期間を有する矩形波交流を加えて交流高電界殺菌を行う場合において、予熱用の通電加熱装置の電源、及び交流高電界殺菌装置の電源として、それぞれ図８に示した電源装置３３を用いた場合の全体的な殺菌装置の一例を図１１に示す。なお図１１では、同じ構成の二つの電源装置３３として、一方には３３Ａの符号を付し、他方には３３Ｂの符号を付している。
【０１１１】
図１１において、ジュール加熱装置９１は、全体として、流動性食品材料が流れる流路９２を有する中空の管路（通電加熱用管路）９３を形成している。通電加熱用管路９３は、チタンなどの導電性材料からなる複数（図示の例では７個）の環状電極９４１〜９４７を、間隔を置いて配列するとともに、各環状電極９４１〜９４７の相互間、および両端側の環状電極９４１、９４７の外側に、樹脂などの電気絶縁性材料からなる中空円筒状の絶縁管体９５１〜９５８を配置し、さらに両端側の絶縁管体９５１、９５８の外側に、それぞれ環状のアース電極９６を配置し、それらの全体を図示しない結合手段によって結合してなるものである。
そしてこのようなジュール加熱装置９１における環状電極９４１〜９４７は、その一つ置きに電源装置３３Ｂの一方の出力端子、他方の出力端子に接続されている。ここで、電源装置３３Ｂとしては、前述の図８に示した電源装置３３と同様な構成のものが使用されている。但し、その電源装置３３Ｂは、パルス制御操作部６３のＯＮ／ＯＦＦスイッチ７１がＯＦＦとされた状態で使用される。
【０１１２】
ジュール加熱装置９１の通電加熱用管路９３の出口側は、適宜の配管を介して、交流高電界殺菌装置２０の入り口側に接続されている。
【０１１３】
交流高電界殺菌装置２０は、既に図１を参照して説明したように、チタンなどからなる一対の平板状の電極２１Ａ、２１Ｂが、間隔を置いて平行に対向するように配設して、電極２１Ａ、２１Ｂ間の隙間に、流動性食品材料流通用の流路２５を形成したものである。そしてこの交流高電界殺菌装置２０の電極２１Ａ、２１Ｂは、電源装置３３Ａの一方の出力端子、他方の出力端子に接続されている。ここで、電源装置３３Ａとしては、前述の図８に示した電源装置３３と同様な構成のものが使用されている。但し、その電源装置３３Ａは、パルス制御操作部６３のＯＮ／ＯＦＦスイッチ７１がＯＮとされた状態で使用される。
【０１１４】
このようなジュール加熱装置９１と交流高電界殺菌装置２０とを組み合わせた殺菌装置において、図示しない流動性食品材料供給源から、ポンプなどの加圧手段によって、ジュースなどの流動性食品材料がジュール加熱装置９１に連続的に供給され、その通電加熱用管路９３を食品材料が通過する間に、隣り合う環状電極９４１〜９４７間で食品材料に高周波矩形波交流の電流（連続パルス）が流れ、抵抗発熱（ジュール発熱）によって、食品材料が温度上昇する。そしてある程度温度上昇した流動性食品材料は、ジュール加熱装置９１の出口側から交流高電界殺菌装置２０に送り込まれ、交流高電界殺菌装置２０における電極２１Ａ、２１Ｂ間の隙間の流路２５において、パルス間休止期間Ｔｐを有する矩形波交流（断続パルス）が印加され、交流高電界殺菌がなされる。
【０１１５】
このようにジュール加熱装置９１によって食品材料をある程度温度上昇させてから、交流高電界殺菌装置２０によって高電圧パルス殺菌を行うことによって、既に述べたように、殺菌効果を高めることができると同時に、食品材料の過度の温度上昇を回避することができる。またこの場合、ジュール加熱装置９１の電源と交流高電界殺菌装置２０の電源に、同じ構成の電源装置を使用することができるため、電源装置に要するコストを低減することができる。
【０１１６】
なお、図８に示した電源装置３３においては、交流高電界殺菌と、ジュール加熱のいずれにも使用可能となるように、パルス制御操作部６３にＯＮ／ＯＦＦスイッチ７１を設けて、ゲート信号発生回路５８を、連続パルス発生状態（第１の状態）と断続パルス発生状態（第２の状態）とに切り替える構成としている。しかしながら、ジュール加熱殺菌装置に使用することは想定せず、交流高電界殺菌装置専用の電源とする場合には、パルス制御操作部６３にＯＮ／ＯＦＦスイッチ７１を設けなくてもよい。すなわちその場合には、ゲート信号発生回路５８を、上記のＯＮ／ＯＦＦスイッチ７１が常にＯＮ状態となっている場合と等価的な回路構成（すなわち断続パルス発生の第２の状態を維持する回路構成）として、ＯＮ／ＯＦＦスイッチ７１を省くことができる。
【０１１７】
次に、本発明の交流高電界殺菌方法によって殺菌対象の温度上昇を抑え得る効果について、実験及びモデル計算によって調べた結果を、実験例１及び比較計算例として示す。
【０１１８】
〔実験例１〕
流動性食品材料に相当する試験液として、電気伝導度（ジーメンス毎メートル；Ｓ／ｍ）を調整したリン酸バッファー液を使用し、図１に示すような装置を用いて、交流高電界殺菌方法を実施した。実験条件は次の通りである。
＜試験液条件＞
試験液：リン酸バッファー液
電気伝導度（２５℃での基準電気伝導度）：０．１Ｓ／ｍ（下記の電極間流路入り口温度７０℃に換算すれば０．１９Ｓ／ｍに相当）
粘度（２５℃での粘度）：１ｍＰａ／ｓ
初期温度（電極間流路入り口温度）：７０℃
流量：６０Ｌ／ｈ
＜電極条件＞
電極間距離：４ｍｍ
流路に沿った電極長さ：４ｍｍ
電極幅：６ｍｍ
電極間通過時間：５．７６ミリ秒
流量：６０Ｌ／ｈ
＜矩形波交流印加条件＞
印加電圧：３０００Ｖ（単位距離当たり電界強度：７５０Ｖ／ｃｍ）
電圧波形：図３に模式的に示したように、単位パルスＰ０間にパルス間休止期間ＴＰを有し、かつ単位パルス内微小休止期間Ｔｍ、Ｔｍ´を有する矩形波交流
但し、
単位パルス（１サイクルのパルス）Ｐ０の時間幅ＴＯ：５０μsec
単位パルス内微小休止期間Ｔｍ、Ｔｍ´：２μsec
パルス間休止期間ＴＰ：３２００μsec
（単位パルスＰ０内の半波パルスの時間幅ＴＵ、ＴＤ：２３μsec）
このような条件で試験液に交流高電界を加える実験を行ったところ、流路の出口温度は約７５℃となることが判明した。すなわち、温度上昇幅は約５℃であった。
【０１１９】
〔比較計算例〕
一方、印加する矩形波交流の電圧波形を、パルス間休止期間ＴＰの無い連続パルス状の矩形波交流に代えた場合の温度上昇幅を、計算によって求めた。矩形波交流印加条件は次の通りである。
印加電圧：３０００Ｖ（単位距離当たり電界強度：７００Ｖ／ｃｍ）
電圧波形：図５に模式的に示したように、単位パルスＰ０間にパルス間休止期間を持たず、単位パルス内微小休止期間Ｔｍ、Ｔｍ´を有する矩形波交流
但し、
単位パルス（１サイクルのパルス）Ｐ０の時間幅ＴＯ：５０μsec
単位パルス内微小休止期間Ｔｍ、Ｔｍ´：２μsec
パルス間休止期間ＴＰ：３２００μsec
（単位パルスＰ０内の半波パルスの時間幅ＴＵ、ＴＤ：２３μsec
ここで、パルス間休止期間を置かない点以外は、実験例１と同じ条件であり、上記のパルス間休止期間を持たない矩形波交流によって与えられる電力量から、温度上昇幅を計算によって求めた。
すなわち、流路入り口温度７０℃における電気伝導度０．１９Ｓ／ｍは、電気抵抗値にして８７７．２Ωに相当する。そこでＩ＝Ｅ／Ｒの関係から、３０００Ｖの印加電圧では電流値は３．４２Ａと推定される。さらに電力量Ｐ＝Ｉ／Ｅの関係から、与えられた電力量は、１０．２６ｋＷと推定される。さらにその電力が与えられた時の発熱量Ｑは、Ｑ（ｋｃａｌ）＝Ｐ（ｋＷ）・８６０の関係から、８８２３．６ｋｃａｌと推定される。そして試験液の比熱を１．０と置き、また試験液の比重を１．０と置けば、このときの昇温幅は、約１４７℃と推定される。したがって、試験液は初期温度（７０℃）から約１４７℃温度上昇して、２１７℃になると推定される。
【０１２０】
上記の計算例では、本発明実験例１と流速が同じであれば、本発明実験例１の場合の出口温度（約７５℃）よりも著しく高い温度となってしまうことが推測される。もちろん実際のラインにおいては、２１７℃という高温で試験液が沸騰しないようにするためには、極端に圧力を高くしなければならず、したがって比較計算例で示したような条件での操業は、実際上不可能である。
このような結果から、パルス間休止期間Ｔｐを設けた矩形波交流を用いることによって、温度上昇幅を小さく抑制して、過度な温度上昇を防止できることが確認された。
【０１２１】
さらに上記のような実験結果を踏まえて、本発明の交流高電界殺菌方法による効果を実証するために行った実施例、及び比較例を以下に示す。
【実施例】
【０１２２】
なお以下の各実施例では、電気伝導度を調整した試験液に大腸菌を投入して原液とし、その原液を、図１１に示したように、連続的に流路内を流しながら、先ず通電加熱（ジュール加熱）によって所定温度まで予熱し、続いて、交流高電界殺菌として、パルス間休止期間を有する矩形波交流を印加し、所定時間保持後、冷却し、直ちに大腸菌を培養し、菌数を測定した。
【０１２３】
また各比較例では、実施例と同様に、電気伝導度を調整した試験液に大腸菌を投入して原液とし、その原液を、連続的に流しながら通電加熱（ジュール加熱）により所定温度まで加熱して、所定時間保持することによって殺菌を行い、冷却後、直ちに大腸菌を培養して、菌数を測定した。すなわち各比較例は、いずれも交流高電界殺菌によらず、温度による殺菌効果のみを狙った例である。
【０１２４】
なおここで、比較例として、パルス間休止期間を設けない矩形波交流（図４の矩形波交流ＳＣもしくは図５の矩形波交流ＳＣ）を印加する実験を行わなかったのは、前述の比較計算例に示したように、パルス休止期間を設けない矩形波交流では温度上昇が著しく大きくなって、実質的に実験が困難となるからである。
【０１２５】
〔実施例１〕
前述のように、試験液を通電加熱（ジュール加熱）によって所定温度まで予熱し、続いて、交流高電界殺菌として、パルス間休止期間を有する矩形波交流を印加し、保持、冷却後、培養して大腸菌の菌数を測定する実験を行った。その具体的条件は次の通りである。
＜試験液条件＞
試験液：リン酸バッファー液
電気伝導度（２５℃での基準電気伝導度）：０．１Ｓ／ｍ
粘度（２５℃での粘度）：１ｍＰａ／ｓ
初期温度：１５℃
流量：６０Ｌ／ｈ
＜通電加熱による加熱条件（交流高電界殺菌前の余熱条件）＞
目標加熱温度：５５℃
保持：５５℃到達後、交流高電界印加まで３秒
＜交流高電界殺菌の電極条件＞
電極間距離：４ｍｍ
流路に沿った電極長さ：４ｍｍ
電極幅：６ｍｍ
電極間通過時間：５．７６ミリ秒
＜交流高電界殺菌の矩形波交流印加条件＞
電極間入り口温度（交流高電界殺菌の初期温度）：５５℃
電極間通過時間：５．７６ｍｓｅｃ
印加電圧：３０００Ｖ（単位距離当たり電界強度：７５０Ｖ／ｃｍ）
電圧波形：図３に模式的に示したように、単位パルスＰ０間にパルス間休止期間ＴＰを有し、かつ単位パルス内微小休止期間Ｔｍ、Ｔｍ´を有する矩形波交流
但し、
単位パルス（１サイクルのパルス）Ｐ０の時間幅ＴＯ：５０μsec
単位パルス内微小休止期間Ｔｍ、Ｔｍ´：５０μsec
パルス間休止期間ＴＰ：３２００μsec
（単位パルスＰ０内の半波パルスの時間幅ＴＵ、ＴＤ：２３μsec）
＜矩形波交流印加後の冷却条件＞
印加後（電極間通過後）、４秒で冷却開始
＜菌数測定条件＞
市販の大腸菌簡易検査キットを使用して、×１、×１０、×１００、×１０００、更に必要に応じて×１００００の希釈率で希釈したサンプルを培養し、各希釈サンプルの１ｍＬ当たりの菌数を測定した。
【０１２６】
以上のような条件で実験を行った実施例１において、矩形波交流印加直後（電極間通過直後）の試験液温度（到達温度）は、約６０℃となっていることが確認された。したがってこの実施例１における矩形波交流印加による温度上昇幅は、約５℃であった。なおこの実施例１では、矩形波交流印加後、４秒で冷却を開始しているから、６０℃での保持時間は約４秒である。
【０１２７】
〔実施例２〕
予熱のための通電加熱温度（したがって矩形波交流印加のための電極間入り口温度）を６０℃とした以外は、実施例１と同じプロセス、条件で実験を行った。
この実施例２において、矩形波交流印加直後（電極間通過直後）の試験液温度は、約６５℃となっていることが確認された。したがってこの実施例２における矩形波交流印加による温度上昇幅も、実施例１と同様に、約５℃であった。なおこの実施例２でも、矩形波交流印加後、４秒で冷却を開始しているから、６５℃での保持時間は約４秒である。
【０１２８】
〔実施例３〕
予熱のための通電加熱温度（したがって矩形波交流印加のための電極間入り口温度）を６５℃とした以外は、実施例１と同じプロセス、条件で実験を行った。
この実施例３において、矩形波交流印加直後（電極間通過直後）の試験液温度は、約７０℃となっていることが確認された。したがってこの実施例２における矩形波交流印加による温度上昇幅も、実施例１と同様に、約５℃であった。なおこの実施例３でも、矩形波交流印加後、４秒で冷却を開始しているから、７０℃での保持時間は約４秒である。
【０１２９】
〔比較例１〕
この比較例１では、各実施例と同様に電気伝導度（２５℃での基準電気伝導度）を０．１Ｓ／ｍに調整した１５℃の試験液（リン酸バッファー液）について、通電加熱の目標加熱温度を６０℃として、通電加熱のみにより殺菌を行ない、その後１５℃に冷却して、各実施例と同様にサンプルを希釈し、大腸菌の菌数の測定を行った。
なおこの比較例１において、通電加熱により６０℃に到達してから冷却を開始するまでの時間は約５秒である。したがってこの場合の６０℃での保持時間は約５秒である。
【０１３０】
〔比較例２〕
この比較例２では、通電加熱の目標加熱温度を６５℃とした点以外は、比較例１と同様に通電加熱のみによって殺菌を行った。
この比較例２において、通電加熱により６５℃に到達してから冷却を開始するまでの時間は約５秒である。したがってこの場合の６５℃での保持時間は約５秒である。
【０１３１】
〔比較例３〕
この比較例３では、通電加熱の目標加熱温度を７０℃とした点以外は、比較例１と同様に通電加熱のみによって殺菌を行った。
この比較例３において、通電加熱により７０℃に到達してから冷却を開始するまでの時間は約５秒である。したがってこの場合の７０℃での保持時間は約５秒である。
【０１３２】
以上のような実施例１〜３、及び比較例１〜３における、各希釈倍率での菌数測定結果を表１中に示す。また、殺菌前の原液についても菌数測定を行ったので、その結果も表１中に示す。さらに実施例１，２、及び比較例１，２の結果を、図１２にプロットして示す。
【０１３３】
【表１】
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【０１３４】
表１、図１２から明らかなように、同じ到達温度で比較すれば、通電加熱のみによって加熱殺菌した場合（比較例１、比較例２）よりも、通電加熱により予熱してパルス間休止期間を有する矩形波交流による交流高電界殺菌を行った場合（実施例１〜３）には、格段に菌数が減少していることが明らかである。
【０１３５】
すなわち比較例１は通電加熱により６０℃に加熱して５秒保持して殺菌した例であり、一方実施例１は、通電加熱により５５℃まで予熱してパルス間休止期間を有する矩形波交流による交流高電界殺菌を行ない、６０℃に到達して４秒保持した例であるが、実施例１では、比較例１と比べて菌数が格段に減少していることが確認された。
【０１３６】
また比較例２は通電加熱により６５℃に加熱して５秒保持して殺菌した例であり、一方実施例１は、通電加熱により６０℃まで予熱してパルス間休止期間を有する矩形波交流による交流高電界殺菌を行ない、６５℃に到達して４秒保持した例であるが、実施例２では、比較例２と比べて菌数が格段に減少していることが確認された。
【０１３７】
なおここで、各温度（到達温度；６０℃又は６５℃）での保持時間は、各比較例では５秒であるのに対して各実施例では４秒と短く、このことから各比較例よりも各実施例で菌数が減少した原因は、高温での保持による殺菌効果（温度による殺菌効果）ではなく、交流高電界印加による殺菌効果が充分に作用していると理解することができる。
【０１３８】
さらに、実験条件を変更して実施した実施例を以下に示す。
【０１３９】
〔実施例４〕
実施例４は、交流高電界殺菌の矩形波交流として、単位パルスＰ０間のパルス間休止期間ＴＰの条件を、実施例１〜３の場合よりも短くし、また通電加熱による加熱条件（予熱条件）を、目標加熱温度（したがって交流高電界殺菌の初期温度）を３段階に異ならせて実施した実施例である。各条件は次の通りである。
＜試験液条件＞
実施例１と同じ。
＜通電加熱による加熱条件（交流高電界殺菌前の余熱条件）＞
目標加熱温度：４０℃、４５℃、５０℃の３段階の異なる温度で実施した。
保持：上記の到達後、交流高電界印加まで３秒保持した。
＜交流高電界殺菌の電極条件＞
実施例１と同じ。
＜交流高電界殺菌の矩形波交流印加条件＞
電極間入り口温度（交流高電界殺菌の初期温度）：４０℃、４５℃、５０℃の３段階で実施した。
電極間通過時間：５．７６ｍｓｅｃ
印加電圧：３０００Ｖ（単位距離当たり電界強度：７５０Ｖ／ｃｍ）
電圧波形：図３に模式的に示したように、単位パルスＰ０間にパルス間休止期間ＴＰを有し、かつ単位パルス内微小休止期間Ｔｍ、Ｔｍ´を有する矩形波交流。但し、パルス間休止期間ＴＰは、実施例１よりも短い８００μｍとした。単位パルス（１サイクルのパルス）Ｐ０の時間幅ＴＯ、単位パルス内微小休止期間Ｔｍ、Ｔｍ´は実施例１と同じ。
＜矩形波交流印加後の冷却条件＞
実施例１と同じ。
＜菌数測定条件＞
実施例１と同じ。
【０１４０】
この実施例４では、矩形波交流印加前の予熱温度が４０℃、４５℃、５０℃の場合、矩形波交流印加直後（電極間通過直後）の試験液温度（到達温度）は、それぞれ６０℃、６５℃、７０℃となっていることが確認された。したがってこの実施例４における矩形波交流印加による温度上昇幅は、いずれの予熱温度でも約２０℃であった。このように温度上昇幅が実施例１〜３の場合よりも大きくなったのは、単位パルスＰ０間のパルス間休止期間ＴＰの条件を、実施例１〜３よりも短く設定することによって、電極間を通過する簡易おいて食品材料に加えられる単位パルスの数が増加することになったことに起因する。なお、実施例１と同様に菌数を調べた結果、実施例２もしくは実施例３とほぼ同様な結果が得られた。
【０１４１】
〔実施例５〕
実施例５は、交流高電界殺菌の矩形波交流として、単位パルスＰ０の時間幅ＴＯの条件を、実施例１とは変えた実施例である。すなわち、単位パルスＰ０の時間幅ＴＯを、実施例１〜３の５０μsecよりも短い２５μsecに変更した。そのほかの条件は、実施例２と同じである。
【０１４２】
この実施例５では、矩形波交流印加直後（電極間通過直後）の試験液温度は、約６２．５℃となっていることが確認された。したがってこの実施例５における矩形波交流印加による温度上昇幅は、約２．５℃であった。ここで、実施例５では、単位パルスＰ０の時間幅ＴＯを、実施例１〜３の５０μsecよりも短い２５μsecに変更することによって、電極間を通過する間に食品材料に加えられる電力量がほぼ半分となり、そのため温度上昇幅もほぼ半減されたと言える。なおまた実施例１と同様に菌数を調べた結果、実施例３とほぼ同様な結果が得られた。
【０１４３】
〔実施例６〕
実施例６は、試験液としてその電気伝導度を、実施例１の場合よりも高い０．２Ｓ／ｍに調整したものを用いた例である。そのほかの条件は、実施例１と同じである。
【０１４４】
この実施例６では、矩形波交流印加直後（電極間通過直後）の試験液温度は、約６５℃となっていることが確認された。したがってこの実施例６における矩形波交流印加による温度上昇幅は、約１０℃と実施例１よりも大きくなった。すなわち、電気伝導度が大きいため、同じ電圧でも食品材料に加えられる電力量が大きくなり、その結果温度上昇幅も大きくなった。なおまた、実施例１と同様に菌数を調べた結果、実施例２とほぼ同様な結果が得られた。
【０１４５】
〔実施例７〕
実施例７は、試験液として、その粘度が、実施例１の場合よりも高い１０２．５ｍＰａ／ｓに調整されたフルーツソースを用いた例である。なお電気伝導度は０．２Ｓ／ｍである。また流速は実施例１と同じとした。そのほかの条件も、実施例１と同じである。
【０１４６】
この実施例７では、矩形波交流印加直後（電極間通過直後）の試験液温度は、約６５℃となっていることが確認された。したがってこの実施例７における矩形波交流印加による温度上昇幅は、約１０℃であった。また実施例１と同様に菌数を調べた結果、実施例２とほぼ同様な結果が得られた。さらに、この実施例７では、実施例１よりも高粘度の試験液を用いているが、層流に起因する電極表面付近での過熱が特に生じないことが確認された。
【０１４７】
〔実施例８〕
実施例８は、通電加熱（ジュール加熱）による予熱を行わず、初期温度１５℃の試験液に直接矩形波交流を印加して、交流高電界殺菌を行った実施例である。すなわち、交流高電界殺菌の矩形波交流印加条件のうち、電極間入り口温度は１５℃である。なお試験液の流量は、実施例１の場合の１／１０の６Ｌ／ｈとした。その他の条件は実施例１と同じとした。
【０１４８】
この実施例８の場合、矩形波交流印加直後（電極間通過直後）の試験液温度は、約６５℃となっていることが確認された。したがってこの実施例８における矩形波交流印加による温度上昇幅は、約５０℃であった。また実施例１と同様に菌数を調べた結果、実施例１とほぼ同様な結果が得られた。
【０１４９】
以上、本発明の好ましい実施例について説明したが、前述の実施例は、あくまで本発明の要旨の範囲内の一つの例に過ぎず、本発明の要旨から逸脱しない範囲内で、構成の付加、省略、置換、およびその他の変更が可能である。すなわち本発明は、前述した説明によって限定されることはなく、添付の特許請求の範囲によってのみ限定され、その範囲内で適宜変更可能であることはもちろんである。
【符号の説明】
【０１５０】
２０・・・交流高電界殺菌装置
２１Ａ、２１Ｂ・・・電極
２５・・・流路
ＳＡ、ＳＢ・・・矩形波交流
Ｐ０・・・単位パルス（１サイクルの矩形波パルス）
ＴＯ・・・単位パルスの時間幅
ＴＰ・・・休止期間（の時間幅）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
2015159734.tif 000008
【図６】
2015159734.tif 000009
【図７】
2015159734.tif 000010
【図８】
2015159734.tif 000011
【図９】
2015159734.tif 000012
【図１０】
2015159734.tif 000013
【図１１】
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【図１２】
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