2021 Fiscal Year Research-status Report

複合ガスを用いたプラズマベースイオン注入法による高効率食品殺菌技術の開発

Research Project

Project/Area Number	19K05903
Research Institution	Hiroshima Institute of Technology
Principal Investigator	角川幸治広島工業大学, 生命学部, 教授 (60441507)
Co-Investigator(Kenkyū-buntansha)	田中武広島工業大学, 工学部, 教授 (10197444)
Project Period (FY)	2019-04-01 – 2023-03-31
Keywords	プラズマベースイオン注入法 / PBII法 / 殺菌
Outline of Annual Research Achievements	複合ガスを用いたプラズマベースイオン注入(PBII)法を用いた食品殺菌技術の開発に向けて、単独ガス及び複合ガスを用いた際の耐熱性芽胞菌(Geobacillus stearothermophilus)及び原核微生物の栄養細胞(Escherichia coli、Staphylococcus aureus)に対する最適殺菌条件の設定に向けた検討を行った。その結果、チャンバー内に導入するガス圧について、これまでの予想とは異なり、5Pa以下の圧力で処理した方が殺菌効果の向上が期待できることが分かった。また、栄養細胞については、グラム陰性菌であるEscherichia coliとグラム陽性菌であるStaphylococcus aureusの間で、細胞損傷の程度に違いが生じることが確認出来た。これは、細胞壁構造の違いによるものと考えられるが、より殺菌効果の高い複合ガスを用いた場合には、有意な差は無くなった。また、栄養細胞を用いた研究により、ガス種の違いによる殺菌メカニズムの違いを明らかにすることが出来た。すなわち、窒素ガスではイオンの衝突による物理的効果が主であり、酸素ガスを用いた場合は、イオンの衝突による物理的効果に加え、酸素ラジカル等が原因と思われる化学的反応の併用効果による細胞崩壊が確認出来た。また、複合ガスを用いた場合は、単一ガスを用いた時よりも大きな細胞の崩壊を確認出来た。なお、複合ガスを用いた処理では、プラズマを安定的に発生させる条件が、単独ガスの場合とは異なっていた。その為、複合ガスを用いた場合に安定的にプラズマを発生させるプラズマ制御法の検討を行い、殺菌効果が7Dとなる条件を見いだす事が出来た。また、設定条件によっては、サンプルの表面温度が100℃を越えてしまう条件もあることが判明し、非加熱殺菌を標榜する為には、更なるプラズマ制御パラメーターの精査が必要であると判明した。
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 3: Progress in research has been slightly delayed. Reason 令和3年度は、特に上半期について、令和2年度から続く新型コロナウイルス感染症の発生による研究環境の制限のため、研究を計画通り進める事が出来なかった。その為、令和2年度の研究の遅れを取り戻すまでにはならなかった。結果として、予定していた学会発表や投稿が行えなかった。しかし、下半期からは、順調に研究を実施出来るようになったため、令和4年度に学会発表及び投稿を行う予定である。具体的な進捗状況としては、令和3年度は、特にプラズマ制御パラメーターのうち、ディレイ時間とパルス幅に焦点を当てて検討を行った。その結果、設定条件によっては、短時間のうちにサンプル温度が100℃を超えてしまうことが判明した。当初の目的は、80℃以下の温度で処理することであるため、低温殺菌となる運転条件の特定を行った。なお、低温殺菌にこだわらなければ、短時間高温殺菌(UHT殺菌)が出来る可能性を見いだせたとも考えられる。これらについては、今後、別途検討を行っていきたい。次に、食品として豚バラ肉とキャベツを用いて、実際の食品を用いた際に、食品にどのような影響を与えるか予備調査を行った。その結果、Geobacillus stearothermophilusの芽胞と同様に、食品表面に微細な穴が空くことが確認出来た。つまり、PBII処理は、殺菌装置兼食品の前処理装置としても利用できる可能性があると判明した。
Strategy for Future Research Activity	令和2年度から引き続く新型コロナウイルス感染症の影響もあり、予定通りに研究を進めることが出来なかった。その為、令和3年度で研究終了予定であったが、研究期間について1年間の延長を認めて頂いた。現在、得られたデータを用いて国際会議での発表及び投稿の準備を行っている所であり、1年遅れではあるが、研究成果の公表を行っていく。なお、具体的な研究としては、PBII処理時のプラズマ制御パラメーターの更なる精査を行い、低温殺菌条件が可能なプラズマ処理条件の決定を行う。また、食品に対してPBII処理を行った際の、食品中の栄養成分の変化等を調査する。
Causes of Carryover	新型コロナウイルス感染症の影響によって、当初の計画どおりに研究を行う事が出来なかった。その為、予算執行に遅れが発生した。