浦上財団研究報告書 Vol.14（2006）90〈平成17年度〉

ガス加圧食品加工技術の開発―液状食品の酸素ガス加圧殺菌―
田村勝弘（徳島大学大学院ソシオテクノサイエンス研究部教授）

1. 緒言

生物が生きて行く上で不可欠の物質ではあるが，時には生存を脅かすやっかいな物質にもなりう

徳島県の名産であるスダチは生産されたその半る。特に，食品分野では，酸素は忌み嫌われる存量近くが搾汁され，スダチ酢，清涼飲料，ポン酢在であり，酸素酸化による食品の品質劣化を防ぐなど様々な食品の原料として利用されている。スため，その除去には様々な方策が採られている。

ダチ果汁はユズやレモンなどの香酸柑橘果汁に比以上のような話の組み立てでは，酸素のマイナス

べると，香気成分量が少ないため繊細で，加熱殺イメージが強くなるが，酸素の持つ特性をうまく菌処理による品質劣化の程度が著しく，通常，食制御することにより，殺菌技術として利用できな品加工原料としてのスダチ果汁は殺菌せずに冷いだろうか，ということで本研究を開始した。微蔵・冷凍の状態で流通している。一部のスダチ果

生物細胞に対する酸素の毒性を顕在化させるに汁は加熱殺菌して市販されているが，品質の面では，その濃度を著しく高める必要がある。すなわ

多くの問題を抱えている。非加熱殺菌の新しい技

ち，食品を酸素ガスで加圧する必要がある。食品術として一時期脚光を浴びた，液圧を利用するが酸化されないように短時間，酸素加圧処理を施「加圧殺菌法」をスダチ果汁の殺菌に用いたとこ

し，殺菌後，ただちに溶存酸素を除去できれば，ろ，確かに生果汁の風味を保った高品質の殺菌果

新規非加熱殺菌技術としての可能性があるといえ汁が得られた１〜３）。しかし，5000気圧（500MPa）る。

以上の非常に高い圧力下で殺菌処理するため，高液状食品と酸素の接触を防いだり，あるいは溶コストで大掛かりな装置が必要であり，また，バ存酸素を取り除くには，通常，容器のヘッドスペ

ッチ式で処理量が少ないこともあり実用化までにースの空気を窒素ガスで置換したり，食品中を窒は至らなかった。

素ガス通気する等の方法が採られる。しかし，こ酸素は空気の主成分の１つであり，われわれがれらの方法では脱気が不十分であったり，香気成日常的に接している気体であるから，その安全性分が消失するなど問題が多い。これに対し，本技に疑問をもつ人はいない。しかし，過剰酸素が生術では窒素ガスで液状食品を直接加圧して，強制体細胞に損傷を与えることは，よく知られた事実的に多量の窒素を溶解させたのち，急激に大気圧であり，また，最近よく話題となる一重項酸素，まで減圧（徐圧）する。この過程で，溶存していスーパーオキシドアニオンラジカル，ヒドロキシる少量の酸素は多量の窒素ガスに同伴して排出さラジカルなどの活性酸素は，細胞膜を攻撃し老化れるため，除去されることになる。加圧・徐圧のやガンなどの様々な疾病を引き起こす原因である操作をパルス状に数回繰り返すと，酸素はほとんと言われている。このように，酸素は，われわれど残らない。この処理法の利点は，効果的に酸素ガス加圧食品加工技術の開発

91を除くことができるのと同時に，酸素ガス加圧殺め，容器は恒温槽内で振盪した。圧力，温度，振菌に使用した装置，手順をそのまま利用できるこ盪速度，加圧時間を変え，酵母の生存率をコロニとである。すなわち，高圧ガスの供給をバルブ操ーカウント法で決定した。スダチ果汁はpHが2.4

作で酸素ガスから窒素ガスに切り替えることによと低いためバクテリア類は生存できず，酵母とカり，殺菌と同様な方法で脱気できる。

ビが問題となる。そこで，酵母菌数を指標とし以上で述べた研究の背景に基づき，酸素ガス加圧殺菌と窒素ガス加圧・徐圧を組み合わせ，スダチ果汁について殺菌と溶存酸素除去の実験を行った。
（１） 酸素ガス加圧殺菌における圧力と温度の影響
Fig. 2はスダチ果汁から分離した酵母（

た。


SYM-1）を懸濁したスダチ果汁に，20，2. 実験と結果

30，40および50℃ で，5.0MPaまたは10.0MPaの酸
2. 1 酸素ガス加圧殺菌

４）

素ガス加圧したときの生存率の変化を示してい基礎実験に使用した装置の概要をFig. 1に示る。各温度とも，酸素ガス圧力の上昇に伴い，よす。容量17m
の高圧容器（耐圧300気圧）に５m

り短い時間で生存率が減少した。また，酸素ガスのスダチ果汁を入れ，酸素ガスのボンベ圧を利用

圧力が一定の場合，温度を上げると，より短い時して加圧する。なるべく早く飽和状態にするた間で生存率が減少し，30℃，5.0MPaで15分間，40℃，10.0MPaで は ５ 分 間 以 内 に 酵 母（
SYM-1）を殺菌することができた。ここでは図示していないが，YPD培地中における，基準 酵 母 と し て 用 い た 

IFO10149の 酸 素 ガ ス 加 圧 殺 菌 結 果 と 比 較 す ると４），スダチ果汁中での殺菌作用は強く，pHと撹拌が殺菌に高い相乗効果を与えていることが分かった。さらに50℃ では加熱の影響が大きく現れ，１分間以内で殺菌できた。
（２） ビタミンＣ，−リモネン，色調への影響
スダチ果汁のようにpHの低い食品では，酸素ガス加圧により短時間で酵母を殺菌できることが分かった。しかし，酸素を使った殺菌は食品成分の酸化による品質の低下を考慮する必要がある。
そこで，ビタミンＣ，−リモネン，色調を品質のFig. 1 Schematic diagram of pressure device and high-pressurevessel.
1. Oxygen gas cylinder; 2. Nitrogen gas cylinder; 3. Pressure
control valve; 4. Pressure sensor; 5. Pressure display; 6.
Branch valve; 7. Decompression valve; 8. Stop valve; 9. Highpressure vessel; 10. Thermostat.

指標として調べた。
スダチ果汁に殺菌条件と同じ温度，圧力で酸素ガス加圧したときの，加圧前後の果汁中ビタミンＣ含量と残存率をTable 1に示す。また，食品衛

92

浦上財団研究報告書 Vol.14（2006）

Fig. 2 Effect of high-pressure oxygen gas on the survival rate of 



SYM-1 at various temperatures.


SYM-1 was inoculated in sudachi juice and pressurized up to 0.1 MPa（○）, 5.0 MPa（△）and 10.0MPa（□）with oxygen gas. N0 and N are the number of viable cells before and after pressurization, respectively.

生法に定められている清涼飲料水の殺菌条件とし10.0MPa，１分間ではビタミンＣは酸化されなかて ５），65℃，10分 間（pH4.0未 満 の も の）と，85った。

℃，30分間（pH4.0以上のもの）の加熱処理をしスダチ果汁に10.0MPaの酸素ガス圧力を20℃，て（大気圧下），果汁中ビタミンＣ含量の変化を比

30分間，30℃，15分間，40℃，５分間および50℃，較した。ビタミンＣ含量の変動は酵母の生存率変１分間加え，加圧前後で色調を比較したときの化と同様の傾向を示し，高温高圧になるに従い残ΔL*（明度），Δa*（彩度），Δb*（色調）および存率が減少した。これに対して，65℃，85℃ の加ΔE*（色差）をTable 2に示す。スダチ果汁は空熱殺菌条件では，ビタミンＣ含量はあまり減少し気中に放置すると，酸化により変色し，Δb*およなかった。これは，高温のため果汁中から酸素がびΔE*の絶対値が大きくなるが，酸素ガス殺菌の抜け出し，溶存酸素量が減少したことでビタミン条件下では値は小さく，色調にほとんど影響を及Ｃの酸化が抑制されたと考えられる。

ぼさなかった。

ビタミンＣの残存率を考慮すると，40℃ 以下のつぎに，色調の比較と同条件で酸素ガス加圧しように，加熱の影響が少なく溶存酸素の作用だけたスダチ果汁について，香気成分である−リモで殺菌する条件では，ビタミンＣに対しても酸素ネンの含有量を測定した。−リモネンの含有量の影響が強く，食品の殺菌として適した条件とはは，加圧前が0.105mg/100m
であったのに対し言えない。これに対して，加熱が酵母に影響を与て，加圧後はどの条件も0.100〜0.110mg/100m
のえる50℃ では，生菌数の急激な減少が起こり，酵範囲にあり，加圧前後で差はみられなかった。酸母 が 完 全 に 殺 菌 で き る5.0MPa，２分 間 ま た は

素ガス加圧殺菌は低温で処理できることから，加ガス加圧食品加工技術の開発
Table１

Effect of oxygen gas pressurization on vitamin C content in sudachi juicePressurization
conditions

Temp.
（℃）

93

Vitamin C（mg/100ml）

Residual ratio
（％）

（MPa）

（min）

Before

After

200.1
5
10

15
15
15

42.6

38.7
25.7
17.6

90.7
60.2
41.2

30

0.1
5
10

15
15
15

42.6

36.3
15.9
8.0

85.0
37.3
18.8

0.1

51015

42.6

38.2
36.3
35.4

89.5
85.0
82.9

55
10
15

42.6

27.6
8.7
＜5.0

64.8
20.3
−

10510
15

42.6

20.7
＜5.0
＜5.0

48.6
−
−

0.1

12
51048.3

45.044.6
43.6
43.0

93.2
92.3
90.9
88.9

512
510

37.2

23.4
31.2
11.2
＜5.0

86.3
83.9
30.0
−

1012
510

43.9

34.3
26.4
＜5.0
＜5.0

78.3
60.0
−−

0.1
0.1

1030

42.6
82.9

34.1
61.7

80.0
74.5

4050

65
85

Table２

Effect of oxygen gas pressurization on color of sudachi juice（10.0MPa）

Color tone

Value before
pressurization

20℃
30min

30℃
30min

40℃
30min

50℃
30min

ΔL*
Δa*
Δb*
ΔE*ab

（ 37.87）（ −3.43）（ 1.23）
（ − ）

−4.80
0.57
−1.46
4.98

−1.38
0.23−1.74
1.53

−4.27
0.51−1.23
4.44−4.02048
−1.33
4.26

熱殺菌で問題となる香りと色の変化が抑制されたと考えられる。
2. 2 窒素ガス加圧・除圧による溶存酸素除去６）
酸素ガス加圧殺菌に使用した装置（Fig. 1）の使用気体を酸素から窒素に切り替えることで，本実験を行った。
（１） 窒素ガス加圧によるスダチ果汁中溶存酸素の除去
Fig. 3は，20℃ および30℃ で，５MPaまたは10MPaの窒素ガス圧力をスダチ果汁に加えたと
きの，スダチ果汁中の溶存酸素量の変化を示してFig. 3 Effect of nitrogen gas pressurization on the amount ofdissolved oxygen in sudachi juice.
Sudachi juice was pressurized up to 5.0 MPa（○）and 10.0 MPa（△）
at 20℃, 5.0 MPa（□）and 10.0 MPa（◇）at 30℃ with nitrogen gas.

94

浦上財団研究報告書 Vol.14（2006）いる。加圧時間を長くすることで，スダチ果汁中の溶存酸素量はより減少し，30℃，10MPaでは10分後に１mg/以下まで低下した。窒素ガス加圧による溶存酸素量の変化は，圧力が同じならば温度による違いは少なく，同じ温度ならば圧力が高い方が減少することが分かった。
（２） 窒素ガス加圧と除圧の繰り返しの効果
スダチ果汁に30℃，10MPaの窒素ガス加圧を行うと，約10分間で溶存酸素量が１mg/以下まで減少し，その後はほとんど変化しなかった。この結果から，スダチ果汁中の溶存酸素量を１mg/Fig. 4 Effect of the repetition of pressurization and depressurization on the amount of dissolved oxygen in sudachi juice.
All sudachi juice was pressurized up to 10.0 MPa at 30 ℃ withnitrogen gas and then depressurized to atmospheric pressure. The
pressurization for 20 s（●）, 30 s（▲）,1 min（■）, 2.5 min（○）,5min（△）, 10 min（□）and 15 min（◇）was repeated 1 to 3 times.

以下まで減少させることを酸素除去の目標とし，さらに短時間で処理するため，窒素ガスの加圧とと，溶存酸素の窒素置換と同時に，スダチ果汁の除圧を繰り返したときの効果を調べた。

香りも失われる。そこで，加圧窒素ガスを利用しFig. 4は30℃，10MPaで20秒 間，30秒 間，１分間，2.5分間，５分間，10分間および15分間の加圧てスダチ果汁中の溶存酸素を除去したときの，香りへの影響を調べた。

後，大気圧（0.1MPa）まで圧力を戻す操作を１回

スダチ果汁を30℃，10MPaで20秒間×３（各20の処理とし，それを１〜３回繰り返したときの，秒間加圧，３回の加圧と除圧の繰り返し，以下同

スダチ果汁中の溶存酸素量の変化を示しているじ），30秒間×２，１分間×１，2.5分間×２，５（図中のプロットの数は処理の回数を示す）。加分間×１，×２，×３，10分間×１および15分間

圧と除圧の繰り返しに従い，スダチ果汁中の溶存×１，加圧と除圧を繰り返した場合の香りの変化

酸素量は減少し，20秒間を３回（計１分間）の処と，比較のためにスダチ果汁に窒素ガスの気泡を理では1.07mg/，30秒間を３回（計１分30秒間）大気圧下（0.1 MPa）
，30℃ で１，２，５および10の処理では0.84mg/となり，１mg/以下まで減

分間通過させたときの香りの変化をTable 3に示少させることができた。さらに，処理回数を増やす。５段階評価で，香りの点数の平均が４以上のすごとに溶存酸素量は減少し，図中に示していな

とき，スダチ果汁本来の香りを保持していると評

いが，20秒間を７回（計２分20秒間）繰り返す処

価でき，30℃，10MPaで20秒間×３，30秒間×２

理では0.02mg/となり，非常に低い濃度まで溶存および１分間×１の加圧と除圧を繰り返したスダ酸素を除去することができた。１回のみの窒素ガ

チ果汁では，香りを保持することができたと言え

ス加圧では，スダチ果汁中の溶存酸素量を１mg/る。５分間以上の窒素ガス加圧は香りの低下を引以下まで減少させるために，10分間以上の時間がき起こすため，加圧処理条件としては不適切であ必要であったことから，窒素ガスの加圧と除圧のる。また，大気圧下で窒素ガスを通気したスダチ

繰り返しは，処理時間と溶存酸素の除去量に関し果汁は，１分間の処理では香りを保持していたて，効果的であることが分かった。

が，通気後の溶存酸素量は4.5mg/
であり，酸素（３） スダチ果汁の香りへの影響除去効果を示さなかった。５分間以上窒素ガスでスダチ果汁中に大気圧下で窒素ガスを通気する

通気処理したスダチ果汁は，香りの評価が３以下

ガス加圧食品加工技術の開発

95

Table３ Effect of nitrogen gas pressurization on the flavor of sudachi juice
Treatment time

Dissolved oxygen（mg/l）

GradePressurization（30℃，10MPa）

20 sec×3
30 sec×2
1 min×1
2.5 min×2
5 min×1
5 min×2
5 min×3
10 min×1
15 min×1

1.07
1.33
2.26
0.85
1.62
0.93
0.69
0.97
0.89

4.2
4.0
4.2
3.8
3.2
3.2
3.23.4
3.4Blowing（30℃，0.1MPa）

1 min
2 min
5 min
10 min

4.56
3.52
2.13
1.61

4.2
3.8
3.2
2.6

であり，スダチ果汁本来の香りを全く保持してい謝なかった。今回行った大気圧下での窒素ガス通気

本研究に対し多大なご支援を賜りました財団法処理において，溶存酸素の除去と香りの保持の両人浦上食品・食文化振興財団に厚くお礼申し上げ方を満たす条件は得られなかった。

ます。

辞

食品の品質に影響を及ぼす要因の中で，微生物による腐敗（醗酵を含む）と酸素による酸化は重要課題である。これらを防止するために，酸素や窒素ガスで直接食品を加圧する方法は全く新しい文

献１） 田村勝弘，西竜也，井内晃，市川亮一：高圧力を利用した香酸柑橘果汁の品質保持技術，「高圧生物科学と高圧技術」，林力丸編，（さんえい出版，京都），pp. 69-76（1997）．

技術と考えられる７８, ）。さらに基礎研究を進め，近２） Iuchi, A., Hayashi, K., Tamura, K., Kono, T., Miyashita,

い将来，ガス加圧法の食品プラントへの応用が実M. and Chakraborty, S. K.: Technique of quality control for現できることを目指している。

Sudachi（ Hort. ex Shirai）juice by highpressure treatment, In High Pressure Biosience and3. まとめ

Biotechnology, eds. Hayashi, R. and Balny, C.（Elsevier,Amsterdam）,pp. 387-390（1996）.

加圧酸素ガスの殺菌作用を利用した新規非加熱殺菌技術を開発した。100気圧程度の酸素ガスで

３） 井内晃，市川亮一：高圧処理による高品質すだち果汁製品の開発，徳島県立工業技術センター研究報告，6，119132（1997）．

液状食品を加圧，殺菌したのち，ただちに，同じ４） 村本桂久，田村勝弘，荒尾俊明，谷脇孝典，鈴木良尚：

く100気圧程度の窒素ガス加圧と除圧の繰り返し

スダチ果汁の酸素ガス加圧殺菌，日本食品科学工学会誌，により，食品中の溶存酸素を短時間で効率よく取51，604-612（2004）．

り除く，食品酸化防止効果も含めた新しい技術を開発した。従来の5000気圧以上の液圧を利用する加圧殺菌技術に比べ，使用圧力が約1/50であるため，装置製作コストの削減，装置の大型化が容易になり，食品加工分野への高圧力利用の新たな展

５） 厚生省生活衛生局食品保健課監修：清涼飲料水の殺菌・除菌条件とその管理・測定，「HACCP：衛生管理計画の作成と実践−清涼飲料水実践編−」，（中央法規，東京），pp.
55-75（2000）．
６） 村本桂久，田村勝弘，谷脇孝典，高井信吾，鈴木良尚，
窒素ガス加圧によるスダチ果汁中の溶存酸素の除去，日本
食品科学工学会誌，52，178-182（2005）．

開が期待できる。窒素ガス加圧溶存酸素除去法

７） 田村勝弘，村本桂久：果汁の殺菌方法，特開2006-61053．

は，独立した技術としての利用も可能である。

８） 田村勝弘，村本桂久：低圧ガス加圧法による液体中の溶存酸素除去方法，特開2006-141319.

URAKAMI FOUNDATION MEMOIRS Vol.14（2006）

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Development of food processing technology by gas pressurization:
Sterilization of liquid food by compressed oxygen gas
Katsuhiro Tamura（Graduate School of Advance Technology and Science, The University of Tokushima）

We studied the lethal action of compressed oxygen gas on yeast cells and discussed its
application to the sterilization processing of sudachi juice. The yeast cells（
SYM-1）suspended in sudachi juice could be sterilized completely when treated under thefollowing conditions: 5.0 MPa for 15 min at 30ﾟC, 10.0 MPa for 5 min at 40ﾟC, and 5.0 MPa for ＜1 min at 50ﾟC. Sudachi juice was sterilized by the treatment at 50ﾟC without loss of vitamin Ccontent. The method sterilizing directly with oxygen gas is superior to the usual highpressure sterilization techniques which use pressures higher than 400 MPa, because ourprocessing is performed under lower pressures than 10 MPa and does not require heavyequipments and high costs to operate.
The removal of dissolved oxygen in sudachi juice by nitrogen gas pressurization wasexamined. The direct pressurization of sudachi juice with nitrogen gas decreased the amountof dissolved oxygen in it. When sudachi juice was compressed directly with nitrogen gas,
more oxygen could be eliminated by applying higher nitrogen gas pressure and by taking
more time.
Repetition of pressurization and depressurization with nitrogen gas could shorten thetime to remove oxygen: when the compression of 10 MPa at 30ﾟC for 30 seconds was repeated
3 times, the dissolved oxygen reduced to less than 1 mg/
. Furthermore, the amount ofdissolved oxygen could be decreased to 0.02 mg/ by the continuous repetition ofpressurization and depressurization treatment: 7 times × 20 seconds. As just described, therepetition of pressurization and depressurization of liquid food with nitrogen gas is very
effective to remove the dissolved oxygen in it.
On the basis of organoleptic test, it was found that the flavor of sudachi juice could beretained even if the compression and decompression was repeated under the following
conditions, pressure: 10 MPa, temperature: 30ﾟC, time: 1 min（20 s × 3, 30 s × 2, 1 min × 1）.
Since the compression treatment of sudachi juice with nitrogen gas can get rid of thedissolved oxygen with holding its flavor, this method can be applied to the long-termpreservation of sudachi juice without deterioration of its quality.