(57)【要約】【課題】  食品材料などの殺菌対象の温度上昇を抑えつつ短時間に殺菌できる装置を提供する。【解決手段】  通電ユニット２は上部絶縁体２１、中間絶縁体２２…及び下部絶縁体２３を積層して構成されている。そして、中間絶縁体２２の溝２４には電源装置に接続される板状チタニウム電極２７，２８をセットし、このチタニウム電極２７，２８を絶縁体間で挟持する。チタニウム電極２７，２８には電源装置４から交流電流とパルス電流が供給され、殺菌対象には交流波とパルス波が重畳された波形の電界が印加される。  【選択図】        図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
殺菌対象に対し、電界強度が１．０ｋＶ／ｃｍ以上、周波数が１ｋＨｚ以上の高周波パルス電界を印加する少なくとも一対の電極を備えたことを特徴とする殺菌装置。
【請求項２】
殺菌対象に対し、電界強度が１．０ｋＶ／ｃｍ以上のパルス電界と殺菌対象の温度を９０℃まで上昇させる交流電界とが重畳した電界を印加する少なくとも一対の電極を備えたことを特徴とする殺菌装置。
【請求項３】
殺菌対象が連続的に流れる流路と、この流路の入口側に配置され殺菌対象に交流電界を印加する少なくとも一対の電極と、前記流路の出口側に配置され殺菌対象にパルス電界を印加する少なくとも一対の電極とを備えたことを特徴とする殺菌装置。
【請求項４】
請求項１に記載の殺菌装置において、前記パルスのパルス幅は１μｓ以上、周波数は１ｋＨｚ以上であることを特徴とする殺菌装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、飲料水、ジュースやビール等の液体飲料或いは産業用水等の液体、更には固形食品などを殺菌するための装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、食品材料を殺菌するための方法としては、加熱する方法が広く適用されているが、その場合充分な殺菌効果が得られなかったり、逆に充分に殺菌しようとすれば食品材料中の有用な成分、たとえばビタミンＣ、香気成分等を損失してしまったりする問題があった。
【０００３】
そこで最近に至り、対向する狭い電極間の間隙に液体食品材料を連続的に流すとともに、その電極間に交流の高電圧を印加して、電極間に生成される交流電界により連続的に殺菌する方法、すなわち交流高電界殺菌法が、例えば特許文献１、特許文献２等によって提案されている。
【０００４】
この交流高電界殺菌法によれば、電極間を液体食品材料が通過する際に、液体食品材料が高温に加熱されると同時に、交流高電界による殺菌効果が得られ、そのため液体食品材料が高温となる時間が極めて短時間となり、効果的に殺菌することができると同時に、食品材料成分の損失を最小限に抑えることができる。
【０００５】
【特許文献１】特許第２８４８５９１号公報
【特許文献２】特許第２９６４０３７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
前述のような交流高電界殺菌法は、果汁、コーヒー、茶飲料等の電気伝導率の比較的低い材料や粘度の低い食品材料の殺菌に適しているが、調味液等の電気伝導率が高いものに高電界を印加した場合、過大な電流が材料に流れ、材料温度が必要以上に上昇するため、食品の品質低下が避けられない。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するため、請求項１に記載した殺菌装置は、殺菌対象に対し、電界強度が１．０ｋＶ／ｃｍ以上、周波数が１ｋＨｚ以上のパルス電界を印加する少なくとも一対の電極を備えた構成とした。上記のパルス電界を印加することで菌数が一桁以上低下することが確認できた。
【０００８】
殺菌対象が電気伝導率の高い場合には、パルス幅を１０μｓ以下、周波数を１０ｋＨｚ以下とすることで、殺菌対象が必要以上に高温になることを避けることができる。
【０００９】
また請求項２に記載の殺菌装置は、殺菌対象に対し、電界強度が１．０ｋＶ／ｃｍ以上のパルス電界と殺菌対象の温度を９０℃以上に加熱するために必要な交流電界とが重畳した電界を印加する少なくとも一対の電極を備えた構成とした。
【００１０】
上記殺菌装置の場合、交流電界によって殺菌対象にジュール熱が加えられて加熱が行われるため、１０ｋＶ／ｃｍ以下の電界強度のパルス電界によって物理的な殺菌が行われる。ここで、交流についてはジュール加熱で温度を上昇させるために利用しているため、対象の電気伝導率、流速により必要な電界が変化してしまうためパルス電界のように電界強度を特定することは困難であるが、枯草菌などの胞子を殺菌するためには、対象の温度を９０度以上とする必要がある。
【００１１】
従来において、枯草菌胞子のような耐熱性の高い微生物を電界効果だけで死滅させるためには４０ｋＶ／ｃｍ以上の電界を数十回印加しなければならなかった。しかしながら、材料の温度を上げておけば、１ｋＶ／ｃｍ程度の電界で十分な殺菌効果が期待できるので、周波数を高くできる。周波数を高くすれば、1)スパークが発生しにくい、2)電極の腐食が小さい、3)処理時間が短縮可能、4)トランスによる昇圧が容易、などのメリット有ります。特に3)の処理時間の短縮により、連続処理（大量処理）が可能となる等のメリットがある。
【００１２】
更に請求項３に記載の殺菌装置は、殺菌対象が連続的に流れる流路と、この流路の入口側に配置され殺菌対象に交流電界を印加する少なくとも一対の電極と、前記流路の出口側に配置され殺菌対象にパルス電界を印加する少なくとも一対の電極とを備えた構成とした。
【００１３】
上記構成とした場合、交流電界とパルス電界を同時ではなく個別に殺菌対象に印加することができ、殺菌対象の電気伝導率などに応じた制御が容易になる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明に係る殺菌装置によれば、殺菌対象の温度上昇を抑制しつつ効果的な殺菌が可能になる。したがって、交流電界による殺菌では高温になってしまっていた調味液などの電気伝導率が高い食品に対しても、効果的な殺菌を行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下に本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。図１は本発明に係る殺菌装置の全体図、図２は図１に示した殺菌装置の一部をなす通電ユニットの一部分解斜視図、図３は通電ユニットの縦断面図である。
【００１６】
殺菌装置は液状食品などの殺菌対象を貯留するタンク１と、このタンク１内の殺菌対象を通電ユニット２に送り込むポンプ３と、通電ユニット２の電極に電圧を供給する電源装置（アンプ）４と、通電ユニット２によって殺菌された殺菌対象を冷却する冷却用タンク５と、貯留タンク１内及び通電ユニット２出口での殺菌対象の温度を測定して記録する記録装置６と、前記電源装置４及び記録装置６を制御するコントローラ７を備えている。
【００１７】
前記通電ユニット２は上部絶縁体２１、中間絶縁体２２…及び下部絶縁体２３を積層して構成されている。これら上部絶縁体２１、中間絶縁体２２…及び下部絶縁体２３は何れもテフロンを材料とした板状をなしている。具体的な寸法を示せば、縦３０ｍｍ、横３０ｍｍ、厚さ３ｍｍとする。
【００１８】
図３及び図４に示すように、上部絶縁体２１の中央部には段付き穴２４が形成され、この段付き穴２４は前記ポンプ３からの配管に接続され、また中間絶縁体２２は複数枚用いられ、各中間絶縁体２２の上面には幅３ｍｍ、深さ０．５ｍｍの溝２４が形成され、更に溝２４の中間部即ち中間絶縁体２２の中央部には３ｍｍ×１ｍｍの流路２５が形成され、更に、下部絶縁体２３にも前記流路２５につながる流路２６が形成されている。
【００１９】
そして、中間絶縁体２２の溝２４には電源装置に接続される棒状チタニウム電極２７，２８をセットし、このチタニウム電極２７，２８を絶縁体間で挟持する。チタニウム電極２７，２８の形状は、例えば長さ２５ｍｍ、幅３ｍｍ、厚さ４ｍｍで両端の上下の角を丸く面取りしたものとする。また、チタニウム電極２７，２８の上下方向の間隔は６ｍｍ程度とし、更に対向する電極２７，２８の先端の隙間（ｄ）については、１ｍｍ以下とする。
【００２０】
チタニウム電極２７，２８には電源装置４から交流電流とパルス電流が供給され、殺菌対象には交流波とパルス波が重畳された波形の電界が印加される。図４に重畳された波形の一例を示す。この波形は１１１Ｖｒｍｓの交流と１８０Ｖのパルスが重畳されたものである。
【００２１】
尚、一対の電極の間隙（ｄ：ｍｍ）と印加ピーク電圧（Ｈ：ボルト）との関係は、１００≦Ｈ／ｄ≦１０００となる条件、好ましくは２００≦Ｈ／ｄ≦１６００となる条件で殺菌する。Ｈ／ｄが１００（ボルト／ｍｍ）未満では充分な殺菌効果を発揮できず、また印加電圧は高いほど殺菌効果が高いと考えられるが、１０００（ボルト／ｍｍ）以上にした場合には、スパークが発生しやすくなる他、例えば、ビール等を殺菌するとビールの温度が高くなってしまう。
【００２２】
また、パルス電界については電界強度を１．０ｋＶ／ｃｍ以上、パルス幅を１μｓ以上、周波数を１ｋＨｚ以上とすることが、前記同様殺菌対象の温度を必要以上に上げずに殺菌する上で好ましい。
【００２３】
次に具体的な実施例について説明するにあたり、各種液状食品および食塩水の電気伝導率を図５に示し、また処理温度を６５℃と７０℃とした場合の，印加電界と殺菌効果との関係を図６に示す。この図６からは、例えば大腸菌の場合、６５℃で処理する場合は非常に高い電圧を必要とし、７０℃で処理すれば、１０ｋＶ／ｃｍ程度の比較的実現しやすい電界で充分な殺菌効果が得られることが分かる。電界を高くすることは電源のコスト上昇以外に、スパークが発生し易くなる。したがって、交流を重畳して材料の温度を上昇させるのは極めて実用的である。
【００２４】
実施例１（高塩濃度のモデル液状食品における大腸菌の殺菌）
高塩濃度のモデル液状食品として０．６％濃度の滅菌した食塩水を用意し、２０℃に保ったものを１００ｍＬ／分の一定流速で図３の電極間を通過させる。電極の対向面は４ｍｍ×３ｍｍであり、電極間隔は０．５ｍｍに設定した。両電極に交流および交流とパルスの重畳したもの（図４参照）を加え、電極の出口温度が７０℃となるようにした。出口温度が安定したところで、３７℃、２４時間培養した大腸菌液１ｍＬを食塩水に添加し、２０秒後に電極出口からサンプルを取り、氷水で急冷した。図７に無処理の大腸菌液、各種電界を印加した処理液の大腸菌数をカウントした結果を示す。図７より同じ出口温度の場合、高い電界のパルスを重畳したほうが殺菌効率が高くなることが分かった。
【００２５】
図８は通電ユニットの別実施例を示す断面図であり、この実施例にあっては通電ユニット２の流路２５の入口側に交流電界用電極３１，３２を出口側にパルス電界用電極３３，３４を配置し、殺菌対象となる液状食品を、先ず交流電界によって加熱殺菌し、この後にパルス電界による電気ショックで殺菌を行うようにしている。
【００２６】
図９（ａ）及び（ｂ）は図８に示した殺菌装置によって加えられる電界の波形を示したグラフである。
【００２７】
図１０はパルス電界のみによって殺菌を行う殺菌装置の全体図であり、この殺菌装置は高周波パルス発生装置４０と通電ユニット４１とから構成され、通電ユニット４１は例えば固形食品などの殺菌対象を入れるボックス４２の両側に高周波パルス発生装置４０に接続される平行平板型電極４３，４４を配置し、ボックス４２内の殺菌対象にパルス電界を印加するようにしている。
上記の装置を用いた実施例２を以下に述べる。
【００２８】
実施例２（固形食品中の枯草菌胞子の殺菌）
固形食品を対象とするため、電極間隔を１０ｍｍに設定した平行平板電極（対向面は１０ｍｍ×２０ｍｍ）に、０．５％濃度の滅菌した食塩水および市販の無調整豆乳に枯草菌胞子を添加したもの２ｍｌを注入し、両電極に繰り返し周波数１０ｋＨｚの高電界パルスを印加した（図１１参照）。試料中心部に挿入した蛍光温度計により、試料温度が９５℃に到達した瞬間（３分〜１０秒）、パルスの印加を中止し、試料中の枯草菌胞子数をカウントした。図１２にパルス電界強度と食塩水中の残存枯草菌胞子数および図１３にパルス電界強度と豆乳中の残存枯草菌胞子数プロットした。この結果より、電界強度に比例して殺菌効率が高くなることが分かった。特に、食塩水に２０００Ｖ／ｃｍのパルス電界を印加した場合、１０秒で９５℃に達し、枯草菌胞子を１０６オーダー以上殺菌することが可能であった。
【産業上の利用可能性】
【００２９】
醤油や調味液の中には塩分を含むため、電気伝導率が高い食品材料が多い。それら食品材料の品質を維持しつつ、安全性を高めるために本発明の殺菌方法が有用である。また、固形食品に対しても高周波パルス電界による短時間殺菌が可能なことが分かった。本発明の殺菌方法は装置が簡便であり、かつ連続・大量処理が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明に係る殺菌装置の全体図
【図２】図１に示した殺菌装置の一部をなす通電ユニットの一部分解斜視図
【図３】通電ユニットの縦断面図
【図４】１１１Ｖｒｍｓの交流と１８０Ｖのパルスを重畳した波形を示すグラフ
【図５】各種液状食品および食塩水の電気伝導率を示すグラフ
【図６】処理温度が６５℃及び７０℃のときの印加電圧と殺菌効果との関係を示すグラフ
【図７】未処理、電圧１０５Ｖの交流（２１００Ｖ／ｃｍ）、電圧１００Ｖの交流にピーク電圧５０Ｖのパルスを重畳したもの（３０００Ｖ／ｃｍ）を印加したときの大腸菌の殺菌効果を示すグラフ
【図８】入口側に交流電界用電極、出口側にパルス電界用電極を配置した殺菌装置の通電ユニットの断面図
【図９】（ａ）は殺菌対象に加えられる交流電界の波形、（ｂ）は殺菌対象に加えられるパルス電界の波形
【図１０】固形材料に対応した平行平板電極による高電界パルス印加装置の全体図
【図１１】ピーク電界１．６ｋＶのパルス波形を示すグラフ
【図１２】０．５％の食塩水に枯草菌を加えたものを１Ｅ０としたとき、パルスの印加電界強度を変化させて印加して材料温度が９５℃となったものの枯草菌胞子数の減少量を対数で示すグラフ
【図１３】市販の豆乳に枯草菌を加えたものを１Ｅ０としたとき、パルスの印加電界強度を変化させて印加して材料温度が９５℃となったものの枯草菌胞子数の減少量を対数で示すグラフ
【符号の説明】
【００３１】
１…殺菌対象を貯留するタンク、２…通電ユニット、３…ポンプ、４…電源装置、５…冷却用タンク、６…記録装置、７…コントローラ、２１…上部絶縁体、２２…中間絶縁体、２３…下部絶縁体、２４…段付き穴、２５，２６…流路、２７，２８…電極、３１，３２…交流電界用電極、３３，３４…パルス電界用電極、４０…高周波パルス発生装置、４１…通電ユニット、４３，４４…平行平板型電極。
【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】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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