2016 Fiscal Year Research-status Report
高電圧パルス電界による食品の品質と安全性・安定性を担保した非加熱殺菌技術
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16K06867
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| Research Institution | Gunma University |
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Principal Investigator |
谷野 孝徳 群馬大学, 大学院理工学府, 助教 (50467669)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
大嶋 孝之 群馬大学, 大学院理工学府, 教授 (30251119)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | 高電圧パルス電界 / 殺菌 / 金属フリー / 損傷菌 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
食品への金属混入を防止するための金属フリーの高電圧パルス電界(HV-PEF)殺菌装置を開発する試みとして、まず電極素材としたこれまでの金属材料に代わり炭素材料を用いたHV-PEF殺菌装置の開発を実施した。炭素材料としてカーボンボード、カーボンメッシュを用い殺菌効果の検証を行った結果、カーボンボードに比べカーボンメッシュを電極材料とした場合に高い殺菌効果が得られた。これは表面が平滑なカーボンボードと異なりカーボンメッシュでは網目構造に由来した不均一な電界が生じることで局所的に発生する高電界により殺菌効果が促進されたものと考えられる。また、流通方式としてカーボンメッシュ電極面と平行または直行する流れを有する連続処理装置の開発し殺菌試験を実施した結果、電極表面の不均一電極場を必ず通過するカーボンメッシュを直行する流れを有する殺菌装置において高い殺菌効果が得らた。また材料の導電性に由来する発熱について金属電極を用いた場合と比較を実施した結果、炭素材料を用いた際には発熱量が幾分大きくなる傾向が確認されたものの、急激な温度上昇には至らず、HV-PEF殺菌の利点である非加熱での液体殺菌を炭素材料を電極材料として用いた場合でも実現可能であることが示唆され、冷却機構を取り入れた装置構造の開発も開始している。
HV-PEF殺菌における損傷菌の存在の調査を大腸菌と酵母を指標菌として実施した。HV-PEF殺菌後、損傷菌の回復を促進可能であるとされる低温培養および4℃における1~3日のインキュベーションを実施したが、生菌数に有意な変化は確認されず、HV-PEF殺菌では高圧殺菌で確認されるような損傷菌は生じないことが示された。これは殺菌処理を実施した食品の保存期間における安全性の担保の観点から重要な知見であり、これまで明らかとなっていなかったHV-PEF殺菌の優位性を示す新たな知見である。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
申請時の研究実施計画に示した年次計画の目標をほぼ達成した。
小テーマとして計画した「食品風味に影響を及ぼさない金属フリーの殺菌処理装置の開発」については初年度の目標であった炭素材料を電極として用いた殺菌効果の確認ならびに発熱量の調査を達成した。発熱の影響を最小限とするための冷却機構を導入した装置開発も開始しており、装置構造のプロトタイプは開発に着手しており詳細な条件検討を実施しているところである。次年度以降に予定しているセラミック製の装置を作成するためのセラミック3Dプリンターの発売が延期されてしまったため、セラミック製装置の3DCADによる試作や強度試験といった予備試験が実施できていない点が当初計画からは遅れてしまっているが、セラミックの代用としてガラスやシリコンなどの素材を用いて装置開発を実施し、装置開発の目処も立ってきている。
もう一つの小テーマとして計画した「損傷菌の存在の調査と殺菌技術の開発」については、大腸菌と酵母を指標菌として用いることで、グラム陰性菌ならびに真菌をを対象としたHV-PEF殺菌では損傷菌が生じないことを明らかにし目的を達成した。一方でグラム陽性菌を対象としたHV-PEF殺菌における損傷菌の存在の確認についての調査が未達成である。HV-PEF殺菌ではペプチドグリカン構造が強固なグラム陽性菌は殺菌されにくいため有意な殺菌効果が得られる殺菌条件の検討が課題となっているものの、現在実施している冷却機構を導入した処理液の昇温を押さえながら殺菌を実施可能な装置開発を勧めることで、グラム陽性菌に対しても有意な殺菌条件の確立が可能になるものと考えており、殺菌条件が確立次第、迅速に調査は終了できるものと考えている。
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| Strategy for Future Research Activity |
申請時の研究計画に従って研究を実施する。
小テーマとして計画している「損傷菌の存在の調査と殺菌技術の開発」については、昨年度の成果である炭素材料を電極素材として用いた研究成果に加え、装置材料についてもこれもまでのアクリル材料などからセラミック・ガラス・シリコンといった処理対象への臭いや成分の流出の懸念がない材料を用いた殺菌装置への転換を図る。この内セラミック材料についてはセラミック3Dプリンターの発売が本年度へ延期されてしまっていることから、発売開始時期を確認しつつ状況に合わせ実験計画に大きな問題を生じないように発売時期が遅くなる場合には装置材料としてガラス・シリコンを主要な材料として用いた金属フリー殺菌装置開発にへ移行する。これら材料を用いて作成した殺菌処理装置を用い、ミルク、清酒、果実・野菜のフレッシュジュースなどに殺菌処理を実施し官能試験を実施する。
もう一つの小テーマとして計画している「損傷菌の存在の調査と殺菌技術の開発」については、グラム陰性、真菌を対象としたHV-PEF殺菌では損傷菌が生じないこを確認しており、グラム陽性菌に対する調査を引き続き実施する。この過程で現在までにHV-PEF殺菌による十分な殺菌効果が得られていないグラム陰性菌を殺菌できる殺菌装置を、冷却機構の導入、微細流路の利用、不均一電界の効率的活用などを念頭において、金属フリーかつ装置材料成分の流出の心配のない条件において開発する。
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| Causes of Carryover |
研究申請時に購入を計画していたセラミック3Dプリンター（発売予定金額$10,000）の発売が延期されたため
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
セラミック3Dプリンターが発売され次第、購入する。また発売が更に延期され、セラミック材料を用いた実験計画が大幅に遅延する可能性が生じた場合には、セラミック3Dプリンターの購入を断念し、セラミックに変わりガラス等の他の材料を用いた装置制作に用いる材料を購入する費用、ならびに翌年以降に計画するHV-PEFによる処理液体中の有用成分変化の分析へ用いる分析機器の購入へと資金を充て、より精度が高く精密な実験を可能とする。
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Research Products
(2 results)
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[Presentation] HV-PEF sterilization using carbon electrode2016
Author(s)
Takanori TANINO, Makoto HIROSAWA, Takayuki OHSHIMA
Organizer
The 22nd Symposium of Young Asian Biological Engineer's Community
Place of Presentation
Phenix Seagaia Resort, Miyazaki, Japan
Year and Date
2016-10-27 – 2016-10-29
Int'l Joint Research
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