2017 Fiscal Year Research-status Report
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16K07758
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| Research Institution | Hiroshima Institute of Technology |
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Principal Investigator |
角川 幸治 広島工業大学, 生命学部, 教授 (60441507)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
田中 武 広島工業大学, 工学部, 教授 (10197444)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | プラズマベースイオン注入法 / 耐熱性芽胞 / 殺菌 / 自己点弧プラズマ / プラズマシミュレーション |
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| Outline of Annual Research Achievements |
プラズマベースイオン注入(PBII)法を用いた殺菌技術の食品への応用を目指し、フラットサワー型食中毒の原因となるGeobacillus stearothermophilusを用い、最適殺菌条件の検討を行った。検討の結果、ディレイ時間を50μS、パルス幅を20μS、印可電圧12kV、RF出力240VA、処理時間10分の条件で、6Dの殺菌効果を得た。次に、殺菌処理メカニズムの解明のため、PBII処理を行った芽胞の表面を、電子顕微鏡を用いて観察した。その結果、芽胞表面が切断されている像を確認することが出来た。このことから、イオンの物理的衝突が殺菌効果を引き起こしているのではないかと推測された。
次に、PBII法を用いた際のプラズマ生成法の検討を行うため、プラズマシミュレーションソフト(ペガサス社製PIC-MCCM)を用いて、PBII法を用いた際のプラズマのシミュレーションを行った。荷電粒子の移動は Particle-In-Cell(PIC)法でモデル化し, 荷電粒子と, 中性粒子の衝突現象はMonte Carlo collision(MCC)モデルでモデル化し、2 次元直交座標上で, 電極, アース, 誘導体の配置および荷電粒子自身の分布により決まるポテンシャル場の中の荷電粒子の運動を10-10[sec]程度の短い時間ステップで追跡していくことで、プラズマの挙動をシミュレートした。現在まで、ガス種を Ar, 電圧 100V, 周波数13.56MHz としてシミュレーションを行った。その結果、Ar+、 Ar2+、 Ar3+、Ar4+が放電増加と共に, 減少していることが観察され、プラズマイオンの量の変動が、放電開始後約20μsで起きていることが示唆された。これは、G. stearothermophilusの芽胞を用いて実施したパルス幅依存性試験の結果と良い相関を示していた。
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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
G. stearothermophilusの殺菌については、殺菌条件をより最適化することにより、昨年度の40分処理で5Dの殺菌効果を大幅に上回る10分処理で6Dの殺菌効果を得る事が出来た。また、殺菌メカニズムの解明については、電子顕微鏡観察によって、PBII法によって加速されたイオンが物理的に衝突することが原因ではないかと思われる観察結果を得ることが出来た。なお、文字数の関係上、研究実績の概要には記していないが、実食品を用いた予備実験も予定どおり開始した。当初の想定どおり、芽胞を対象としたモデル実験よりも殺菌効果は落ちてしまうものの、チャンバー内に添加した液体から発生させた自己点弧プラズマによって食品の殺菌効果を上昇させる事が出来ることが確認出来た。プラズマシミュレーションについても、実芽胞を用いた実験データと良く相関するデータが得られている。プラズマシミュレーションでは、様々なガス種についてシミュレーションが行えるため、今後の実食品を対象とした殺菌条件の最適化に応用出来る成果が得られつつあると考えている。
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| Strategy for Future Research Activity |
次年度については、引き続きG. stearotehrmophilusを用いた殺菌条件の最適化を行い、プラズマシミュレーションで特定された殺菌条件の検証も行う。その際、本年度に引き続き殺菌処理を行った芽胞の電子顕微鏡観察を行い、処理条件の変化が、芽胞に対してどのような影響を与えているのかを調査することで、PBII法による殺菌メカニズムの解明を行う。さらに、実食品を用いた殺菌実験も行い、実食品の殺菌に適した殺菌条件の特定を行うと共に、実食品に生息しているどの様な微生物がPBII法で殺菌可能であるか、同定を行って特定する。
またプラズマ生成法及びプラズマ制御法の研究については、(1)自己点弧プラズマの使用、(2)最適なパルス電圧、パルス幅を実験的に特定、(3)高圧パルス電圧印加周波数に対して、パルス数のみ依存する条件を実験的に特定、(4)プラズマの発光分光を計測し、食品に利用できるプラズマの確認、という流れで研究を行い、食品の殺菌に最適なプラズマ生成法及び制御法を特定していく予定である。
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