| 研究課題/領域番号 |
17H03220
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| 研究機関 | 熊本大学 |
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研究代表者 |
勝木 淳 熊本大学, パルスパワー科学研究所, 教授 (80233758)
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| 研究分担者 |
上野 崇寿 大分工業高等専門学校, 電気電子工学科, 講師 (30508867)
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| 研究期間 (年度) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| キーワード | 超高電界パルス / 液体殺菌 / タンパク性液体食品 / エネルギー効率 / 温熱併用 / 高繰り返しパルスパワー / ＳｉＣパワーデバイス |
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| 研究実績の概要 |
本研究では、タンパク質を主成分とする液体食品を安全かつ高品質に殺菌するため、５０ｋ∨/ｃｍ級の超高電界パルスとタンパク質を変性させない温熱を組合せて、サルモネラ菌等を含む導電性液体を、高強度（減菌率６桁以上）、高エネルギー効率（２０ｋＪ/ｋｇ以下）かつ高速（１トン/時以上）に殺菌する方法を確立する。Ｈ２９年度は、次の４つの課題に取り組んだ。
（１）超高電界パルスおよび温熱の菌への作用と殺菌メカニズムの解明：蛍光試薬を用いた高速リアルタイム顕微観察から、３０ｋV／ｃｍを超える高電界パルス印加後に細胞内外でイオンやタンパク質などの物質の出入りが起こることを明らかにした。これはパルスが膜を傷害することを示唆する。
（２）菌を懸濁した液卵の殺菌および液卵成分の殺菌への影響：菌を懸濁した殺菌液卵の顕微鏡観察から、卵黄由来のリポタンパク等の粒状物質や卵白由来のゲル状物質が混在していること、これらが菌にまとわりついた状態で存在していることが明らかとなった。この状況を物理モデル化して菌内外の電界分布を有限要素法を用いて計算をしたところ、液卵由来物質が菌膜上の電界強度を著しく低下させることがわかった。電界を５０ｋV／ｃｍにすると液卵でも６桁の殺菌が可能である。
（３）グラム陰性菌を含む均質液体に対する殺菌をエネルギー効率２０ｋＪ/ｋｇで達成：グラム陰性菌を含む均質な導電性液体に対して、強電界パルスと前後の温熱処理の最適化によって、６桁の殺菌強度をエネルギー効率１９ｋＪ／ｋｇで達成した。
（４）ギャップスイッチを用いない高繰り返し高電圧矩形パルス電源の開発：ナノ秒級の立上がり時間を有する大容量パルス電源の製作を目的としてディスクリート型のＳｉＣデバイスの並列回路の動作試験を行った。１２個までのＳｉＣデバイスの並列動作を行い、ｋＡを超える電流を１００ナノ秒以下でスイッチング可能であること確認した。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
本研究の目的を達成するためにＨ２９年度に掲げた４つの課題のそれぞれの達成状況は以下のようである。
（１）超高電界パルスおよび温熱の菌への作用と殺菌メカニズムを解明： 本研究のオリジナルである強電界パルスと温熱を組み合わせた殺菌法において、強電界パルス、予備加熱、およびパルス後の保温について、それぞれの役割を基礎的実験に基づいて明らかにし、さらにこれらのシナジー効果について本研究オリジナルの仮説を提唱し、論文投稿した。
（２）菌を懸濁した液卵の殺菌および液卵成分の殺菌への影響を解明： これまで困難とされた液卵のパルス殺菌を実用的なエネルギー効率で達成しうることを世界で初めて実証した。結果を論文発表済みであり、論文閲覧数は発表後３ヶ月間で１００を超えるほど関心を集めている。
（３）殺菌メカニズムに基づいたプロセスの最適化により効率２０ｋＪ/ｋｇを達成： 本研究で提唱する方法は、従来のパルス殺菌に比べてエネルギー効率が極めて良い。すでに効率２０ｋＪ/ｋｇを達成しており、実用化の見通しが立ってきている。本研究成果は産業展示会等で紹介した。食品製造関連企業の関心が高く、平成３０年度に２つの共同研究を開始することが決まっている。
（４）ギャップスイッチを用いない高繰り返し高電圧矩形パルス電源の開発： 本研究の実用化のために不可欠な２０ｋV、２ｋAの大電力スイッチングのために、最先端ＳｉＣパワーデバイスの直並列試験を行った。試験によって目標とするパワーのスイッチングが可能であることを確認できたことは、本研究を実用化に向けて推進する上で極めて重要である。本課題についても論文発表済みである。
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| 今後の研究の推進方策 |
平成２９年度は計画にそっておおむね順調に進展した。平成３０年度もほぼ当初計画通りに進める予定である。
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