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豆乳の交流高電界殺菌および無菌化豆腐に関する研究＜平成20年度＞

豆乳の交流高電界殺菌および無菌化豆腐に関する研究
植（独立行政法人農業・食品産業技術総合研究機構

1.

はじめに自然食品である豆腐は世界的なヘルシー志向の高まりとともに，日本ばかりではなく世界に広が村邦彦

食品総合研究所）とから，豆腐のゲル強度が低下するなどの品質低下が指摘されている 1）。そこで，現状では，芽胞を殺菌するような十分な加熱を行っていないのが実態である。って多くの人々に食され，その良さが評価されて植村らは交流高電界と呼ばれる殺菌方法を独自いる。栄養学など多くの学術分野における研究がに開発し，果汁などへの応用を進めてきた。大腸進み，豆腐は非常に良質なたんぱく食品であるこ菌や酵母等の微生物は 80℃以下 2），枯草菌等のとが立証され，最近の研究ではガン，高血圧，心芽胞は加圧条件下で 120℃の温度まで瞬間的に昇臓病，肥満等の予防・抑制にも役立つ機能性食品

温させることにより，液状食品中の微生物や酵素として注目されている。豆腐は日本全国の家庭やを効率的に殺菌できることが分かった 3 〜 5）。また，外食産業に幅広く浸透し，日常的に豆腐料理とし交流高電界技術は，従来の加熱殺菌に比べて，微て親しまれている。しかしながら，豆腐の賞費期生物の失活速度が非常に速く，加熱時間を短縮す限が，10℃で 4 日程度と非常に短いことが消費拡ることが可能であるため，原料の熱劣化が少ない大の足かせとなっている。賞費期限が短い原因と特徴を有する 6 〜 7）。ただし，豆乳等のたんぱく質しては，豆腐の原料となる大豆には土壌由来の微を含む液状食品に交流高電界技術を適用した場合，生物で耐熱性の高いものが付着している可能性が電極表面にたんぱく質がスケーリングし，加熱さあり，豆乳の製造過程では 100℃の温度で 5 分程れ続けることにより焦げが生じることが問題であ度の加熱処理を行っているが，耐熱性の高い芽胞った。そこで，本研究では電極表面と豆乳の間にはこの加熱工程を経ても残存しているものがある。 テフロンフィルムを挟み，豆乳と電極が直接接触
残存した芽胞は，室温に置かれた場合，大豆の豊しないようにするのと同時に，交流電源の周波数富な栄養源を得て，発芽，生育し，豆腐を腐敗しを短波帯とすることで，豆乳の連続的な通電加熱てしまう。豆腐の賞費期限を延長するためには，を可能とする新しい殺菌装置の開発を目指した。

豆腐の原料である豆乳中に含まれる芽胞を完全に印加する交流電源の周波数が短波帯で有ることか失活する必要がある。芽胞を滅菌した豆乳を用いら，短波帯交流電界処理（RF-AC）と呼ぶことて無菌豆腐が製造できれば，常温保存および賞費にする。

期限の大幅な延長が実現可能となる。しかしながRF-AC による食品加熱処理については数多くら，すべての芽胞を殺菌しようとして，高温，長の研究例がある。RF-AC は材料を均一に加熱す時間の加熱処理を行った場合，豆乳の栄養成分がるとともに，加熱のために電極が材料に密着する損傷したり，たんぱく質の変性が生じたりするこ必要がないことが特徴である。

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浦上財団研究報告書

2.

実験方法

2. 1モデル液

Vol.17（2009）

20℃の温度における電気伝導率が豆乳のそれに近い値を示す 0.2％食塩水を滅菌したものをモデル液として用いた。
2. 2

豆乳

市販の無添加豆乳（めいらく，豆腐もできる豆乳）を近くのスーパーで購入したものを供試材料として用いた。
2. 3

図１

電極部の縦断面および液体材料の流れ

枯草菌芽胞

枯 草 菌 Bacillus subtilis（PCI219） を 標 準 寒 天
平面培地に塗布し，37℃，10 日間インキュッベート後，形成された芽胞を顕微鏡で確認した。芽胞をかき取って，リンゲル液に懸濁し，80℃の恒温槽で 20 分の加熱処理を行って栄養細胞を殺菌した。遠心分離とすすぎを 3 回繰り返し，10％グリセリンを添加したリンゲル液に懸濁した芽胞液を実験に供するまで− 80℃で凍結保存した。
2. 4電極ユニット構造

図２RF-AC 処理装置概要

プランジャーポンプを用いて 240mL/min の一定

電極は，幅 6.0mm 長さ 80mm のチタニウム製速度で搬送し，電極ユニットに送った。電極ユニ電極を 5.0mm 離して対向させて配置した。電極

ットでは短波帯の周波数 28MHz, 最大電力 1kW間を豆乳が流れるように，テフロン製のブロックの交流を，整合回路を経て，平行平板電極（6 ×で流路を形成した。電極ユニットは，①電極表面

80 × 5 mm，幅，長さ，電極間距離）に印加した。

が剥き出しで，電極が液体材料に直接接触するも電 極 間 を 通 過 す る 豆 乳 は， 電 極 表 面 を 覆 っ たの，②電極表面を 50 nm 厚さのテフロンフィル

50 nm 膜厚のテフロンフィルムを介して，印加ムで覆ったものの二通りの電極を用意した（図 1）。 された短波帯電力により自己発熱する。電極の出2. 5

インピーダンス測定

口側の端から 20mm のパイプ中央部に挿入した

電極ユニット①，②に豆乳を満たし，恒温槽で光ファイバー温度計により，材料の最高到達温度25℃に保った状態でインピーダンスアナライザーを連続的に計測した。電極ユニットと冷却ユニッ（ ア ジ レ ン ト，4294A） を 用 い て 1MHz か ら

トまでの配管部で温度を保持した後，直ちに冷却

50MHz の周波数範囲の交流インピーダンスを測ユニットで 25℃に冷却した。処理された試料液定した。

体は出口の圧力調整弁で系内の圧力を 0.5MPa に

2. 6

短波帯交流高電界装置

RF-AC 装置は図 2 に示すような構成で，以下の方法で生豆乳の処理を行った。原液タンクから保つように減圧しながら排出した。
2. 7

菌数検査

RF-AC 処理および加熱処理した豆乳 50mL を豆乳の交流高電界殺菌および無菌化豆腐に関する研究

9試料とした。試料を適宜希釈し，1mL を標準寒天培地とともに混釈培養（37℃ ,48hour）し，コロニー数をカウントした。
2. 8豆腐の加工

50mL のビーカーに 5℃に冷やした豆乳 40mLと 0.4mL の天然にがりを加え，80℃の恒温槽に電極表面にテフロンフィルムを貼ったときの電気的等価回路

30 分間浸して加熱後，5℃で 12 時間冷却し豆腐

図４を作成した。

デンサーとみなせる為，周波数が高くなるほどイ

2. 9豆腐のゲル強度測定

ンピーダンスが低下する。両者の値は 32MHz の豆腐の破断強度はテンシプレッサー（山電，とき 60 Ωと同じ値となる。したがって，本電極

TPU-2CL）に８ mmz のプランジャーを用いての場合，32MHz の周波数の交流を用いた場合，プランジャーが貫入する際の最大圧力を計測した。 最も効率的な発熱が期待できる。このとき電極ユ生豆乳に枯草菌芽胞 Bacillus. subtilis（PCI219）を添加したものを殺菌用試料とした。
比較対象処理としては，試料液体 50mL を耐熱性プラスチック容器に入れ，100℃の沸騰水中で10 分間加熱後，氷水で冷却した。
3. 結
3. 1

果

インピーダンスの測定結果

ニットの等価回路は図 4 のようになり，両電極のコンデンサーを一つに統合した場合，３ MHz 〜30MHz の各要素の値は，R=70 Ω，C/2=67pF と計算される。
3. 2

短波帯周波数が枯草菌芽胞の殺菌に与える影響

0.3％濃度の滅菌食塩水に枯草菌芽胞を添加し，電源の周波数を３ MHz から 30MHz まで，電源

図 3 に，電極表面のテフロンフィルムの有無にの出力を０ W から１ kW まで変化させて RF-ACよるインピーダンス特性の測定結果を示す。図よ

処理し，得られたサンプルの菌数を測定した結果

り，テフロンフィルムがない場合は，測定周波数を図 5 に示す。図より，各周波数とも電極出口温にかかわらず，ほぼ一定のインピーダンス値とな度を 95℃以上まで上昇させた場合，枯草菌芽胞っている。電極表面に 50 nm のテフロンフィルの残存率の対数が出口温度に比例して低下するこムを貼った場合は，そのテフロンフィルムがコンとが分かった。ただし，７ MHz よりも周波数が低い場合は，出口温度が 105℃以上で殺菌効果が低下した。
3. 3

豆乳中の枯草菌芽胞の殺菌効果

エネルギー変換効率および殺菌効率の結果より，以下の実験では周波数として 28MHz の短波帯交流を用いることとした。豆乳中に枯草菌芽胞を添加し，100℃の温浴中に 10 分間浸したものと，28MHz の周波数の交流を印加して電極出口温度が 115℃となる条件で RF-AC 処理を行った。処図３

テフロンフィルム有無による豆乳のインピーダンス特性

理した豆乳中の枯草菌芽胞数を計測したところ，

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浦上財団研究報告書

図５

図６Vol.17（2009）

短波帯の周波数が食塩水中の枯草菌芽胞の殺菌に与える影響

RF-AC 処理および加熱処理による豆乳中の枯草菌芽胞の殺菌効果

図７

未処理，RF-AC 処理および加熱処理の豆乳から作製された豆腐のゲル強度

RF-AC 処理した豆乳中の枯草菌芽胞は初期菌数

表面へ付着することなく，豆乳を連続的に RF-に比べて 4 対数オーダー，加熱処理のものは 3 対AC 処理可能なことを確認した。豆乳中に添加し数オーダー失活した（図 6）。

た枯草菌芽胞は RF-AC 処理により，4 対数オー

3. 4

RF-AC 処理した豆乳による豆腐のゲル強ダー失活させることができた。また，RF-AC 処

度理した豆乳で作製した豆腐は，従来の加熱処理し未処理の豆乳，RF-AC 処理（115℃）および加た豆乳で作製した豆腐よりもゲル強度が高いこと

熱処理（100℃ , 10min）した豆乳 40mL を用いてが分かった。本研究結果より，RF-AC 処理によ３個ずつ豆腐を作製し，テンシプレッサーで陥入る高品質な無菌豆腐の作製が可能なことが示され強度を測定した結果を図 7 に示す。一般に，豆乳た。ただし，本装置の処理量は 240mL/min と小の加熱時間が長くなるほどゲル強度が低下するが， さいことから，実用的な技術とするためにスケー
RF-AC 処理を行った豆乳で作られた豆腐のゲルルアップを行うことが今後の課題である。

強度は，加熱処理をした豆乳で作られた豆腐よりも高いゲル強度を有することが分かった。
4. まとめ

電極表面をテフロンフィルムで覆い，短波帯の交流を用いることにより，大豆たんぱく質が電極謝

辞本研究を遂行するにあたり，多大な研究助成を賜りました財団法人浦上食品・食文化振興財団ならびに関係者各位に心より感謝を申し上げます。

豆乳の交流高電界殺菌および無菌化豆腐に関する研究
文献１） Tang, Chauan-He.（2007）Effect of thermal pretreatmentof raw soymilk on the gel strength and microstructure of
tofu induced by microbial transglutaminase. LWT-Food
Science and Technology, 40, 1403-1409.
２） Uemura, K. & Isobe, S.（2002）Developing a new
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203-207.
３） Uemura, K. & Isobe, S.（2003）Developing a new
apparatus for inactivating Bacillus subtilis spore in orange
juice with a high electric field AC under pressurized
conditions. J. Food Engineering., 56. 325-329.
４） 井上孝司，川原優美子，池田成一郎，土方祥一，五十部

11誠一郎，植村邦彦：交流高電界による各種微生物胞子の殺菌，日本食品工学会誌，Vol. 8，3，P123-130（2007）
５） 井上孝司，川原優美子，池田成一郎，五十部誠一郎，植村邦彦 : 交流高電界処理による柑橘果汁ペクチンエステラー ゼ の 失 活， 日 本 食 品 科 学 工 学 会 誌，Vol. 54，4，P195-199，（2007）
６） Uemura, K., Kobayashi, I. & Inoue, Takashi.：Inactivation of Alicyclobacillus acidoterrestris in orange juiceby high electric field alternating current. Food Science
Technology Research, 15, 3, 211-216（2009）７） Uemura, K., Kobayashi, I. & Inoue, Takashi.
Inactivation of Bacillus subtilis Spores in Orange Juice andthe Quality Change by High Electric Field AlternatingCurrent. Japan Agricultural Research Quarterly, 44, 1（inpress）（2010）

12URAKAMI FOUNDATION MEMOIRS

Vol.17（2009）

Inactivation of spores in soybean milk by radio-frequency alternating current

Kunihiko Uemura（National Food Research Institute, National Agriculture and Food Research Organization）

An apparatus to sterilize soybean milk using radio-frequency alternating current（RFAC）was developed. An electrode surface was covered with 50 n m-thick Teﬂon ﬁlm, and28MHz RF-AC was applied to soybean milk flowing through the electrode unit. A fourlogarithm order reduction of Bacillus subtilis spores was realized in the soybean milk by RFAC heating at up to 115℃ for 0.4s. Scaling of the electrode surface of the protein from thesoybean, which became a problem with high-electric-field AC（HEF-AC）. When theelectrode surface was covered with a Teﬂon ﬁlm, it did not produce this effect. Tofu wasproduced experimentally using RF-AC processed soybean milk and conventionally heatedsoybean milk. Comparative studies revealed that the tofu made by RF-AC processing had
higher gel strength than the tofu made by conventional heating.