(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
所要間隔で対峙させた電界印加電極間に形成される高電界印加領域に殺菌対象液体を注入して配置し、該電界印加電極の対峙間隔を、高電界パルスが立ち上がり時間を１００ｐｓ〜２０ｎｓ未満、パルス幅を１００ｎｓ未満、立ち下がり時間を１００ｐｓ〜１００ｎｓ以下としてあるときに一方の電界印加電極から放電により放出された電子が移動して他方の電界印加電極に達しない距離として、上記高電界印加領域の殺菌対象液体に、立ち上がり時間を１００ｐｓ〜２０ｎｓ未満、パルス幅を１００ｎｓ未満、立ち下がり時間を１００ｐｓ〜１００ｎｓ以下とし、且つ電界強度を３０〜３００ｋＶ／ｃｍとした高電界パルスを印加して殺菌を行わせることを特徴とする高電界パルス殺菌方法。
【請求項２】
絶縁体製容器と該絶縁体製容器の外周に連結して一体的とした導体製共振空洞との間に形成される高電界印加領域に、少なくとも５０ＭＨｚ以上としてある周波数のマイクロ波を照射して、上記絶縁体製容器内を通して上記高電界印加領域に導かれた殺菌対象液体に対して、電界強度を３０〜３００ｋＶ／ｃｍとした高電界パルスを印加して殺菌を行わせることを特徴とする高電界パルス殺菌方法。
【請求項３】
殺菌対象液体を収容できるようにした空間部の両側に所要間隔で対峙させた一対の平板状の電界印加電極を配設して、該電界印加電極の対峙間隔を、高電界パルスが立ち上がり時間を１００ｐｓ〜２０ｎｓ未満、パルス幅を１００ｎｓ未満、立ち下がり時間を１００ｐｓ〜１００ｎｓ以下としてあるときに一方の電界印加電極から放電により放出された電子が移動して他方の電界印加電極に達しない距離として、該電界印加電極間を高電界印加領域とし、且つ上記高電界印加領域に注入されて配置された殺菌対象液体に対して、立ち上がり時間を１００ｐｓ〜２０ｎｓ未満、パルス幅を１００ｎｓ未満、立ち下がり時間を１００ｐｓ〜１００ｎｓ以下とし且つ電界強度を３０〜３００ｋＶ／ｃｍとした高電界パルスを印加させるための短パルス発生装置を備えてなることを特徴とする高電界パルス殺菌装置。
【請求項４】
一方向より流す殺菌対象液体を所定時間収容することができるようにしてある絶縁体製容器の外周に導体製共振空洞を一体的に連結して、該導体製共振空洞と絶縁体製容器との間に高電界印加領域を形成し、且つ該高電界印加領域に少なくとも５０ＭＨｚ以上としてある周波数のマイクロ波を照射して該高電界印加領域に導かれた殺菌対象液体に対して電界強度を３０〜３００ｋＶ／ｃｍとした高電界パルスを印加するためのマイクロ波発生装置を備えてなることを特徴とする高電界パルス殺菌装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、飲料などの液体を殺菌するために用いる高電界パルス殺菌方法及び装置に関するもので、特に、熱耐性菌の如き比較的頑強な芽胞菌の殺菌に有利な高電界パルス殺菌方法及び装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
飲料などの液体の殺菌方法の一つとして、対峙するよう配した一対の電極間に殺菌対象液体を配置し、上記両電極間に高電界パルスを、１００ｎｓ以上の比較的長いパルス波形の幅で印加し、該高電界パルスによって生じる衝撃波や電場を殺菌対象液体中の微生物に作用させることにより、該微生物の構成物であるＤＮＡや膜を破壊すべく物理的なダメージを与えて、上記殺菌対象液体の殺菌処理を行うようにする高電界パルス殺菌方法が、既に提案されている（特開昭６２−１５１１７４号、特開平１−９５７５１号参照）。
【０００３】
上記高電界パルス殺菌方法では、一般的に、印加される高電界パルスの電界強度と、菌の生存率との関係を図３に示す如く、同一パルス幅（たとえば１０μｓ）で且つ同一ショット数（たとえば１００ｓｈｏｔｓ）ならば、殺菌対象液体に印加する高電界パルスの電界強度が高くなるに従って、生菌率が低くなる、すなわち、殺菌効果が高くなることが確認されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上記従来の高電界パルス殺菌方法では、高電界パルスを発生させる際、１００ｎｓ以上となる比較的長いパルス幅の高電界パルスを生じさせるようにしていたため、殺菌効果を高めることを目的として高電界パルスの電界強度を高めようとすると、異常放電による絶縁破壊（放電全路破壊）を起こし易くなることから、電界強度をあまり高いものとすることができず、したがって、殺菌効果をあまり高いものとすることができず、熱耐性菌であるバチルスステアロサーモフィルスの如き比較的頑強な芽胞菌の殺菌を行うことができないという問題があり、又、殺菌処理を行う場合、微生物のみならず、殺菌対象液体自体の質に変化を生じさせ易く、更に、殺菌対象液体に温度上昇を引き起こし易いという問題もある。
【０００５】
そこで、本発明は、殺菌対象液体に変質や温度上昇を引き起こすことなく、上記の如き比較的頑強な芽胞菌の殺菌処理をも行うことのできる高電界パルス殺菌方法及び装置を提供しようとするものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記課題を解決するために、所要間隔で対峙させた電界印加電極間に形成される高電界印加領域に殺菌対象液体を注入して配置し、該電界印加電極の対峙間隔を、高電界パルスが立ち上がり時間を１００ｐｓ〜２０ｎｓ未満、パルス幅を１００ｎｓ未満、立ち下がり時間を１００ｐｓ〜１００ｎｓ以下としてあるときに一方の電界印加電極から放電により放出された電子が移動して他方の電界印加電極に達しない距離として、上記高電界印加領域の殺菌対象液体に、立ち上がり時間を１００ｐｓ〜２０ｎｓ未満、パルス幅を１００ｎｓ未満、立ち下がり時間を１００ｐｓ〜１００ｎｓ以下とし、且つ電界強度を３０〜３００ｋＶ／ｃｍとした高電界パルスを印加して殺菌を行わせる方法とし、又、殺菌対象液体を収容できるようにした空間部の両側に所要間隔で対峙させた一対の平板状の電界印加電極を配設して、該電界印加電極の対峙間隔を、高電界パルスが立ち上がり時間を１００ｐｓ〜２０ｎｓ未満、パルス幅を１００ｎｓ未満、立ち下がり時間を１００ｐｓ〜１００ｎｓ以下としてあるときに一方の電界印加電極から放電により放出された電子が移動して他方の電界印加電極に達しない距離として、該電界印加電極間を高電界印加領域とし、且つ上記高電界印加領域に注入されて配置された殺菌対象液体に対して、立ち上がり時間を１００ｐｓ〜２０ｎｓ未満、パルス幅を１００ｎｓ未満、立ち下がり時間を１００ｐｓ〜１００ｎｓ以下とし且つ電界強度を３０〜３００ｋＶ／ｃｍとした高電界パルスを印加させるための短パルス発生装置を備えてなる装置とする。
【０００７】
高電界印加領域に注入された殺菌対象液体に、高電界パルスが印加されるようになると、印加された高電界パルスにより生じる衝撃波や電場により、殺菌対象液体中の微生物には物理的ダメージが与えられて、殺菌されるようになる。この際、印加される高電界パルスは、異常放電による絶縁破壊に至る前の時間でパルスを終わらせることができて、絶縁破壊を引き起こす異常放電の発生を大幅に減少させることができ、絶縁破壊を引き起こすことなく印加する高電圧パルスの電界強度を高めることができる。
【０００８】
又、絶縁体製容器と該絶縁体製容器の外周に連結して一体的とした導体製共振空洞との間に形成される高電界印加領域に、少なくとも５０ＭＨｚ以上としてある周波数のマイクロ波を照射して、上記絶縁体製容器内を通して上記高電界印加領域に導かれた殺菌対象液体に対して、電界強度を３０〜３００ｋＶ／ｃｍとした高電界パルスを印加して殺菌を行わせる方法とし、又、一方向より流す殺菌対象液体を所定時間収容することができるようにしてある絶縁体製容器の外周に導体製共振空洞を一体的に連結して、該導体製共振空洞と絶縁体製容器との間に高電界印加領域を形成し、且つ該高電界印加領域に少なくとも５０ＭＨｚ以上としてある周波数のマイクロ波を照射して該高電界印加領域に導かれた殺菌対象液体に対して電界強度を３０〜３００ｋＶ／ｃｍとした高電界パルスを印加するためのマイクロ波発生装置を備えてなる装置とする。
【０００９】
マイクロ波発生装置により発生させたマイクロ波を高電界印加領域に照射すると、マイクロ波は電界と磁界を含んだ空間伝播波であることから高電界印加領域に高電界パルスが発生させられて、高電界印加領域内の殺菌対象液体に高電界パルスが印加され、殺菌対象液体中の微生物に対して物理的ダメージが与えられる。この際、マイクロ波における５０ＭＨｚ以上の周波数は、印加される高電界パルスにおいては最大で１０ｎｓ程度の短いパルス幅に相当するものとなることから、絶縁破壊を引き起こすことなしに印加する高電界パルスの電界強度を高めることができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
【００１１】
図１（イ）（ロ）は本発明の高電界パルス殺菌方法及び装置の実施の一形態を示すもので、所要の板厚、たとえば５ｍｍ厚としてある絶縁体製の平板３ａの中央部に殺菌対象液体を入れておくことができる大きさの貫通孔１を設けると共に、該貫通孔１の上端内面に開口するように上記平板３ａの上端より板厚中心部を延びる細孔２を穿設して、細孔２を通して貫通孔１部に殺菌対象液体を入れるようにした殺菌容器としてのスペーサ３を形成し、該スペーサ３の中央部分の両側面に、上記貫通孔１を両側から閉塞させるように平板状の電界印加電極４をそれぞれスペーサ３の両側面に接触させて対称的に配置して、上記貫通孔１の内周面と両電界印加電極４との間に形成される空間部を高電界印加領域５とし、更に、上記各電界印加電極４に、所要のパルス幅となり且つ所要強度の電圧パルスを発生させるための短パルス発生装置６を、配線７を介して接続した構成とし、上記スペーサ３の細孔２を通して高電圧印加領域５内に殺菌対象液体８を注入し、且つ上記短パルス発生装置６で発生させた電圧パルスを、配線７を通して各電界印加電極４に導くことにより、上記両電界印加電極４間に配置させた殺菌対象液体８に対して、立ち上がり時間を１００ｐｓ〜２０ｎｓ未満、パルス幅を１００ｎｓ未満、立ち下がり時間を１００ｐｓ〜１００ｎｓ以下とし、且つ電界強度を３０〜３００ｋＶ／ｃｍとした高電界パルスを印加させるようにする。
【００１２】
上記各電界印加電極４は、スペーサ３の貫通孔１の径より大きな径の円盤状とすると共に、反スペーサ３側の面の外周縁部に全周にわたって丸い突部４ａを形成したロゴウスキー電極構造として、両電界印加電極４間に均一な電界を発生させることができるようにしてある。
【００１３】
又、上記配線７としては、１ｍｍ厚程度までの銅板を用いるようにすると共に、各電界印加電極４と短パルス発生装置６との物理的及び３次元構造的な距離をできるだけ減らして接続するようにして、配線７におけるインダクタンス、キャパシタンス、純抵抗を減らして低インピーダンスとなるようにしてある。
【００１４】
なお、９は対向面部に設けた一対の支持装置１０によりスペーサ３と両電界印加電極４とを一体に挟持するための筐体である。
【００１５】
殺菌対象液体８の殺菌処理を行う場合には、先ず、殺菌対象液体８をスペーサ３の細孔２を通して貫通孔１部分の高電界印加領域５に注入した後、短パルス発生装置６により電圧パルスを発生させて、上記高電界印加領域５内における殺菌対象液体８に高電界パルスを印加させるようにする。これにより、印加された高電界パルスにより生じる衝撃波や電場により、上記殺菌対象液体８中の微生物のＤＮＡや細胞膜を破壊させるような物理的ダメージが与えられて、殺菌されるようになる。
【００１６】
上記において、印加される高電界パルスは、立ち上がり時間を１００ｐｓ〜２０ｎｓ未満、パルス幅を１００ｎｓ未満、立ち下がり時間を１００ｐｓ〜１００ｎｓ以下としてある。ここで、一般に５ｍｍのギャップ長を設けて配してある一対の並行平板電極において、数十ｎｓというのは、一方の平板電極から放電により放出された電子が移動して他方の平板電極に達するかどうかという領域の時間単位でしかないことから、本発明で用いる上記高電界パルスは、異常放電による絶縁破壊に至る前、すなわち、放電全路破壊を起こす前に、印加されるパルスを終わらせることができ、したがって、絶縁破壊を引き起こす異常放電が発生する虞を大幅に減少させることができることから、絶縁破壊を引き起こすことなしに印加する高電圧パルスの電界強度を高めることができる。
【００１７】
このように、従来に比してより電界強度の高い高電界パルスを殺菌対象液体８に印加することができることから、殺菌対象液体８中の微生物に付与する物理的ダメージの強度を高めることができて、従来の高電界パルス殺菌法では殺菌し得なかったバチルスステアロサーモフィルスの如き比較的頑強な芽胞菌の殺菌を行うことができ、又、高電界パルスの電界強度を高めることにより、パルス幅を短くしても高い殺菌効果を得ることができることから、従来と同等の殺菌効果を得るために要する、殺菌対象液体８に対して電界を印加している時間の総和を短くすることができて、非加熱的に殺菌処理を行うことができ、更に、高電界パルスのパルス幅を短くしていることから、殺菌対象液体８中の電子やイオンが移動する時間が短くなり、したがって該電子やイオンの動きや反応を制限することができて、殺菌対象液体８自体の変質を防止することできる。
【００１８】
因みに、殺菌対象液体８に印加する高電界パルスの電界強度を３０〜３００ｋＶ／ｃｍとしたのは、３００ｋＶ／ｃｍを空気中で超える場合には、たとえパルス幅を１００ｎｓ未満としても絶縁破壊を防ぐことが難しく、現状の技術では装置が実用的でないものとなり、一方、３０ｋＶ／ｃｍ以下の場合には、微生物に対して、殺菌に至る物理的ダメージを効果的に付与することができず、芽胞菌を殺菌できないからである。
【００１９】
次に、図２は本発明の実施の他の形態を示すもので、一方向より所定流速で流す殺菌対象液体８を所定時間収容することができるよう、所要長さとしてあるセラミックス、ガラス、プラスチック等の絶縁体製容器としての管１１の外周に、該管１１の中間部を取り囲む大径の導体製共振空洞１２と、管１１の両端部をそれぞれ取り囲む小径の導体製導波管１３とをそれぞれ同軸心上に配して一体的に連結し、上記共振空洞１２と管１１の中間部との間に形成される空間部を、高電界印加領域１４とし、更に、共振空洞１２の外周部所要個所に、マイクロ波発生装置１５からマイクロ波１６を導くためのマイクロ波入力部１７を設けた構成とし、マイクロ波発生装置１５にて発生させた少なくとも５０ＭＨｚ以上としてある周波数のマイクロ波１６をマイクロ波入力部１７より共振空洞１２内に導き、該マイクロ波１６により、管１１内を通して上記高電界印加領域１４に導かれた殺菌対象液体８に対して、電界強度を３０〜３００ｋＶ／ｃｍとした高電界パルスを印加させるようにする。
【００２０】
本実施の形態の装置を用いて殺菌処理を行う場合は、先ず、管１１に所定速度で殺菌対象液体８を流しながら、マイクロ波発生装置１５により発生させたマイクロ波１６を、マイクロ波入力部１７を介して共振空洞１２内に入力させるようにすると、マイクロ波１６は電界と磁界を含んだ空間伝播波であることから導波管１３及び共振空洞１２により集束させられて高電界印加領域１４に高電界パルスを発生させるようになり、したがって、高電界印加領域内で管１１内を流れる殺菌対象液体８に順次高電界パルスが印加されるようになり、これにより、上記実施の形態と同様に、殺菌対象液体８中の微生物に対しては物理的ダメージが与えられることから、殺菌対象液体８は連続的に殺菌処理されるようになる。
【００２１】
この際、マイクロ波１６における５０ＭＨｚ以上の周波数は、印加される高電界パルスにおいては最大で１０ｎｓ程度の短いパルス幅に相当するものとなることから、絶縁破壊を引き起こすことなしに印加する高電界パルスの電界強度を高めることができる。
【００２２】
したがって、本実施の形態によっても、上記実施の形態と同様な効果を得ることができる。
【００２３】
なお、本発明は上記実施の形態のみに限定されるものではなく、図１（イ）（ロ）の実施の形態において、高電界印加領域５はスペーサ３に設けた貫通孔１と、ロゴウスキー電極構造とした一対の電界印加電極４とにより形成するものとして示したが、所要間隔で対峙して、均一電界を生じさせるための一対の電界印加電極間に殺菌対象液体８を所定時間配置することができるようにすれば、高電界印加領域５は、自在に形成してよいこと、一対の電界印加電極４間の間隔は、所望する高電界パルスの電界強度と、短パルス発生装置で発生させる電圧パルスの電圧に応じて自在に決定してよいこと、又、図２の実施の形態において、高電界印加領域１４を形成するために、殺菌対象液体８を通す管１１の外周に、導波管１３と、連続した共振空洞１２とを設けてマイクロ波１６を集束させるようにしていたが、殺菌対象液体８を所定時間収容する絶縁体製容器にマイクロ波１６を集束させて照射することができれば、開放型共振空洞や進行波管を用いてもよく、更に、大部屋内にダイポールやパラボラなどのアンテナを設置して殺菌対象液体の収容容器に向けて直接マイクロ波１６を照射するようにしてもよいこと、高電界パルスのパルス幅や、電界強度、ショット数等をコントロールして微生物に作用させることにより、微生物活動を抑制する静菌的作用を発揮させ、これにより食品の長期保存や発酵、醸造の制御に適用することも可能であること、その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。
【００２４】
【実施例】
本発明者等の行った実験結果について説明する。
【００２５】
実施例１
図１に示す装置の高電界印加領域に、殺菌対象液体８のサンプルとして、バチルスステアロサーモフィルス（ＡＴＣＣ＃１２９８０）の培養液を注入し、電界印加電極に短パルス発生装置にて発生させた電圧パルスを流すことにより、上記サンプルに対して、立ち上がり時間を１ｎｓ、パルス幅を８０ｎｓ、立ち下がり時間を２ｎｓとし、且つ電界強度を１２０ｋＶ／ｃｍとした高電界パルスを、ショット数１００００ｓｈｏｔｓとして印加させた。
【００２６】
本実施例により、サンプル中のバチルスステアロサーモフィルスに対する殺菌効果が確認された。
【００２７】
【発明の効果】
以上述べた如く、本発明の高電界パルス殺菌方法及び装置によれば、所要間隔で対峙させた電界印加電極間に形成される高電界印加領域に殺菌対象液体を注入して配置し、該電界印加電極の対峙間隔を、高電界パルスが立ち上がり時間を１００ｐｓ〜２０ｎｓ未満、パルス幅を１００ｎｓ未満、立ち下がり時間を１００ｐｓ〜１００ｎｓ以下としてあるときに一方の電界印加電極から放電により放出された電子が移動して他方の電界印加電極に達しない距離として、該高電界印加領域の殺菌対象液体に、立ち上がり時間を１００ｐｓ〜２０ｎｓ未満、パルス幅を１００ｎｓ未満、立ち下がり時間を１００ｐｓ〜１００ｎｓ以下とし、且つ電界強度を３０〜３００ｋＶ／ｃｍとした高電界パルスを印加して殺菌を行わせる方法、及び、殺菌対象液体を収容できるようにした空間部の両側に所要間隔で対峙させた一対の平板状の電界印加電極を配設して、該電界印加電極の対峙間隔を、高電界パルスが立ち上がり時間を１００ｐｓ〜２０ｎｓ未満、パルス幅を１００ｎｓ未満、立ち下がり時間を１００ｐｓ〜１００ｎｓ以下としてあるときに一方の電界印加電極から放電により放出された電子が移動して他方の電界印加電極に達しない距離として、該電界印加電極間を高電界印加領域とし、且つ上記高電界印加領域に注入されて配置された殺菌対象液体に対して、立ち上がり時間を１００ｐｓ〜２０ｎｓ未満、パルス幅を１００ｎｓ未満、立ち下がり時間を１００ｐｓ〜１００ｎｓ以下とし且つ電界強度を３０〜３００ｋＶ／ｃｍとした高電界パルスを印加させるための短パルス発生装置を備えてなる装置としてあり、又、絶縁体製容器と該絶縁体製容器の外周に連結して一体的とした導体製共振空洞との間に形成される高電界印加領域に、少なくとも５０ＭＨｚ以上としてある周波数のマイクロ波を照射して、上記絶縁体製容器内を通して上記高電界印加領域に導かれた殺菌対象液体に対して、電界強度を３０〜３００ｋＶ／ｃｍとした高電界パルスを印加して殺菌を行わせる方法、及び、一方向より流す殺菌対象液体を所定時間収容することができるようにしてある絶縁体製容器の外周に導体製共振空洞を一体的に連結して、該導体製共振空洞と絶縁体製容器との間に高電界印加領域を形成し、且つ該高電界印加領域に少なくとも５０ＭＨｚ以上としてある周波数のマイクロ波を照射して該高電界印加領域に導かれた殺菌対象液体に対して電界強度を３０〜３００ｋＶ／ｃｍとした高電界パルスを印加するためのマイクロ波発生装置を備えてなる装置としてあるので、絶縁破壊を引き起こすことなしに印加する高電圧パルスの電界強度を高めることができ、これにより、従来に比してより電界強度の高い高電界パルスを殺菌対象液体に印加して、殺菌対象液体中の微生物に付与する物理的ダメージの強度を高めることができ、従来の高電界パルス殺菌法では殺菌し得なかった比較的頑強な芽胞菌の殺菌を行うことができ、又、高電界パルスの電界強度を高めることで、パルス幅を短くしても高い殺菌効果を得ることができることから、殺菌対象液体に対して電界を印加している時間の総和を従来に比して短くすることができて、殺菌処理を非加熱的なものとすることができ、更に、電子やイオンの動きや反応を制限することができて、殺菌対象液体自体の変質を防止することできるという優れた効果を発揮する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の高電界パルス殺菌方法及び装置の実施の一形態を示すもので、（イ）は概略切断正面図、（ロ）は（イ）のＡ−Ａ矢視図である。
【図２】本発明の他の実施の形態を示す一部切断概略斜視図である。
【図３】高電界パルス殺菌方法における印加される高電界パルスの電界強度と菌の生存率との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
４  電界印加電極
５  高電界印加領域
６  短パルス発生装置
８  殺菌対象液体
１１  管（絶縁体製容器）
１５  マイクロ波発生装置
１６  マイクロ波
【図１】
0004106800.tif 000002
【図２】
0004106800.tif 000003
【図３】
0004106800.tif 000004