清凉饮料技术期刊 (THE SOFT DRINKS TECHNOLOGY)

号外(1998年3月) 「第7次研究发表会」演讲集

平成9年11月14日 于 东京有明国际展览场

 

机能水、药剂对于饮料制造厂环境微生物的杀菌效果

 

• 日本清凉饮料研究会 (SOCIETY OF SOFT DRINK TECHNOLOGISTS,JAPAN)
• 社团法人 全国清凉饮料工业会 (THE JAPAN SOFT DRINKS ASSOCIATION)
• 朝日饮料株式会社
  林 正明(Hayasi Masaaki)、渡部真由美(Watanabe Mayumi)、工藤 佑司(Kudou Yuuzi)、前川 哲(Maekawa Satoru)

 

 

序言

当制造饮料时为保证制品的安全性有许多种的杀菌、除菌工程。但是制造环境的条件也被认为是引发制品变异败坏的微生物的来源之一。

因此进行对被当作是为了减低环境的微生物之基础数据的机能水、药剂检讨：

在此所说的机能水是-强氧化水(强酸水)、次亚水(弱酸化水)、臭氧水(O₃)的总称。

强氧化水是利用食盐水在隔层的容器内进行电解而得到的酸性部的溶液。

次亚水则是在无隔层的容器内将含有盐酸的食盐水电解而得到的近乎中性的溶液。臭氧水则为将臭氧溶解于水中的溶液。

 

在此报告机能水及药剂对于被称为对热或药剂有高耐性的细菌芽胞及霉菌子囊胞子的杀菌效果所进行的检讨，与所获得的见解。

 

 

实验方法

1. 使用菌株：

供测试的微生物为本研究所保有的细菌芽胞或是霉菌的子囊胞子所做的评价，也就是说细菌是用：Bacillus circulans, Bacillus coagulans, Clostridium beijerinckii的芽胞，霉菌是用Talaromyces flavus, Neosartorya fischeri 的囊胞子

 

2. 机能水、药剂的调整：

使用的机能水制造装置的照片如投影片1所示。又，所使用的机能水特性如投影片2所示。也就是，分别利用

1. 强氧化水生成器调整为pH2.5，有效氯气20ppm的强氧化水。
2. 利用次亚水生成器调整为pH5.5，有效氯气20ppm、50ppm、80ppm的次亚水。
3. 利用臭氧发生器藉由气泡产生调整为0.5ppm、2ppm、10ppm的臭氧水。

另外，游离的残留氯气的存在比为投影片3所示。杀菌效果最高的状态为次亚氯酸，在次亚水的pH领域附近显示出最高的存在比。其次为强氧化水，次氯酸钠则是其中的大半的成分转为杀菌力弱的次亚氯酸离子。

〈投影片1〉

 

〈投影片2〉

 

〈投影片3〉

 

 

3. 机能水及药剂的杀菌效果试验：

投影片4显示了机能水及药剂的杀菌效果试验的流程：

在制作胞子悬浊液时，bacillus属是在5ppm MnSO₄中添加普通的洋菜。Clostridium属是在m-TGC中加入1.5%的洋菜做为细菌培养基。霉菌是在PDA培养基中分别使芽胞或是子囊胞子形成，在磷酸缓冲液(pH7.0)中悬浊成为胞子液(霉菌的悬浊是在磷酸缓冲液中添加0.05%的Tween80)。

在机能水或药剂中以1/100的比例加入胞子液，使其在设定的时间作用后，将此

处理液1ml加入N/100硫代硫酸钠溶液中，进行不活性化及稀释。若还需要稀释时用磷酸缓冲液进行分段稀释，将各稀释液分别混释培养。Bacillus属用标准洋菜、Clostridium属用m-TGC洋菜(洋菜浓度1.5%)、霉菌用PDA培养基混释培养后确认残存的胞子数。机能水、药剂作用的温度为常温，但是对于一部分的菌株的作用温度则改为50℃、60℃、70℃来进行实验。

〈投影片4〉

 

 

实验结果

1. 臭氧水的杀菌效果：

臭氧水的杀菌效果显示于投影片5～7。在B. circulans中2ppm以上的浓度即可迅速地扑灭杀死。但是在B. coagulans, N. fischeri中如果要有效地被扑灭杀死则需要提高到10ppm的浓度。

＜投影片5＞

 

臭氧水在10ppm时，显示了极有效的杀菌力。

其杀菌效力为D值(杀死扑灭90%的芽胞或是子囊胞子所需的时间)。

B. coagulans在10秒左右即可得到极为良好的结果。

另一方面，考虑到臭氧水的实用性时，高浓度的臭氧水的很难生成。

在开放系统的环境中半减期的时间短只有6分钟。也产生因为冲击而浓度减低、废臭氧的处理等以上问题。因此推论在工程的实用化上有必要更进一步深入检讨。

〈投影片6〉

 

〈投影片7〉

 

 

2. 强氧化水及次亚水的杀菌效果比较：

强氧化水为用食盐水作隔层的容器内进行电解而得到的强酸性溶液。

次亚水(弱酸化水)则是没有隔层的容器内将含有盐酸的食盐水电解时得到的中性溶液。两者的杀菌成分均为次亚氯酸。

进行两者的杀菌效果比较.其结果显示于投影片8～11。

在此使用的

1. 强氧化水为 pH2.5 有效氯20ppm。 2. 次亚水(弱酸化水)为pH5.5有效氯气50ppm。

 

 

〈投影片8〉

 

〈投影片9〉

 

〈投影片10〉

 

〈投影片11〉

 

 

(强氧化水、次亚水) 比较杀菌之效果：

一、 好氧性芽胞菌 芽胞(B. circulans及B. coagulans)方面：

使用强氧化水在10分钟左右，几乎都不被扑灭杀死。

使用次亚水(弱酸化水)则二者皆是逐渐朝向扑灭死亡。

 

二、厌氧性芽胞菌 C. beijerinckii方面：

强氧化水、次亚水(弱酸化水)均能起有效作用。

强氧化水的D值约为1.25分钟。

次亚水(弱酸化水)约为0.75分钟。

 

三、霉菌的子囊胞子(N. fischerii)方面：

强氧化水处理时间10分钟中几乎不被扑灭杀死。

次亚水(弱酸化水)则是在初期菌数下降后，不再变化。

 

---

这些细菌芽胞中耐性最强的B. coagulans对次亚水(弱酸化水)的D值约为1.4分钟。相对于此可推论，利用电解氧化水做为杀菌剂时，若是以芽胞菌或是子囊胞子为目标时，强氧化水几乎没有效果，使用次亚水(弱酸化水)会比较有效。

3. 次氯酸钠水、次亚水(弱酸化水)的杀菌效果：如投影片12～14所示。

在此所采用将：

次氯酸钠溶液稀释为PH6.0，含有效氯20ppm。

次亚水则是pH5.5，有效氯为50ppm。

一、芽胞菌B. circulans方面：

　次氯酸钠的D值约为2分钟即可杀菌。

　次亚水的D值为0.25分钟约为1/8的时间即可杀菌。

 

二、芽胞菌B. coagulans方面：

　次氯酸钠240秒钟也几乎不被扑灭杀死。

　次亚水(弱酸化水)则是在60秒钟以后逐渐被扑灭杀死。

 

三、霉菌子囊胞子T. flavus方面：

　次氯酸钠：外表上看来，一度菌数似乎减少，但是到10分钟为止子囊胞子还不被扑灭杀死，其后才逐渐被扑灭杀死。次亚水(弱酸化水)的D值约1.25分钟，即可将90%子囊胞子扑灭杀死。

 

〈投影片12〉

 

 

根据这些结果，若能在饮料制造现场，利用次亚水(弱酸化水)取代现在一般使用的次氯酸钠，让制造工厂环境的微生物可以朝向更加被清净化、改善的可能性。

 

〈投影片13〉

 

〈投影片14〉

 

 

4. 各杀菌剂的比较：

假设在制造现场使用机能水，杀菌剂时，它们的个别比较如下图所示：

杀菌力由臭氧水到次亚水的顺位而逐渐提高。

在安全性方面对人体的黏膜也可使用这一点来说电解氧化水(次亚水)最好。

以不会产生废弃臭氧或是强氧化水的强碱性水等副产物的点来看则为次亚水与次氯酸钠最佳。次亚水、次氯酸钠在安全性上可以比较长时间保存。而臭氧水在开放型的半减期约6分钟，因为外在冲击有减低浓度等之问题。在腐蚀性上次氯酸钠与次亚水约可视为同等。

综合以上判断，认为制造现场的使用以次亚水(弱酸化水)为佳。

 

〈投影片15〉

 

 

5. 次亚水(弱酸化水)的优点：

在投影片16～17整理出在饮料制造现场使用次亚水的优点及问题点：

就使用上的优点而言

1. 对芽胞或是囊胞子灭菌上是有效的。(胞子的控制比营养细胞更是重要课题)。
2. 对于人体的安全性.(皮肤或黏膜也可使用)。
3. 因为与有机物质一接触就立刻分解没有残存性。也就是在环境中使用时，比其他药剂杀菌剂都不容易产生耐性菌(长期使用杀菌剂耐性菌将增殖)。
4. 使用以次亚氯酸为主成分的电解水，可以安全地制造能够最有效发挥次亚氯酸的pH领域的溶液.(次氯酸钠添加酸的方法有危险)以上等等。

另一方面，次亚水的问题点为：在杀菌力方面比起臭氧水稍微差一点。因此为增强杀菌效果所采用的对策为 (1) 提高有效氯浓度。(2) 提高作用温度等方法。

 

 

〈投影片16〉

 

〈投影片17〉

 

 

6. 次亚水(弱酸化水)的杀菌效果(温度效果)：

将次亚水的pH维持在5.5，提高有效氯浓度至80ppm。

比较常温与提高温度至60℃时的杀菌效果的差异(处理时间)作评比：

 

〈投影片18〉

 

〈投影片19〉

 

 

以B. circulans,B. coagulans的芽苞菌，所做的实验结果如投影片18～19所示：

B. circulans常温时的D值为15.8秒钟。

将温度提高到60℃，D值变为约2.3秒钟。

B. coagulans在常温下处理时间在60秒钟以内几乎不会被扑灭杀死。而温度提升到60℃时，迅速地被杀菌。D值约为2.5秒钟。

因此提示了我们像这样藉由提高次亚水(弱酸化水)的温度而获得比臭氧水更好的杀菌效果是可期待的，并且在短时间内的杀菌是可能的。

 

 

7. 次亚水(弱酸化水)杀菌的最适浓度、温度的检讨：

上述的各项试验中利用比较难扑灭杀死的B. coagulans的芽苞来比较。

让次亚水的最有效作用的温度与浓度条件，也就是如图20所显示。

设定作用温度为50℃，60℃，70℃，有效氯浓度为20ppm，50ppm，80ppm随意地重复2次来推估D值，藉由二元排列来进行解析；

图21～22显示各要因的平均值的标绘图。

在图21中温度越高杀菌效果越好，但是有效氯浓度在50ppm以上则没有大的差别；在图22中可以看到有效氯浓度在50ppm以上时没有什么变化。

可是在20ppm时可以看到因为温度而产生的影响。(分散分析的实施结果显示在投图23)在作用温度、有效氯浓度，交互作用上都可看得到差异差距，由此可以推测这些要因影响杀菌的效果。

各要因的推断结果如图24所示，显示了作用温度在60℃时最有效果，有效氯浓度在80ppm时最有效果。由此可以推论使用次亚水(弱酸化水)的最适条件为60℃，80ppm。另外，若以推论值当作D值为3.8秒钟，由本图24可见，有效氯浓度50ppm与80ppm间几乎没有差异。且两者的分散分析的实施结果中，并没有因作用温度、有效氯浓度的改变而有明显的差异。所以可以推测次亚水(弱酸化水)杀菌最适条件为60℃ 50ppm以上。

根据以上内容推测次亚水在饮料制造现场中做为短时间将胞子扑灭杀死的杀菌剂是可以被期待的。

 

 

〈投影片20〉

 

〈投影片21〉

 

〈投影片22〉

 

〈投影片23〉

 

〈投影片24〉

 

 

结论：作用的温度为常温

1. 臭氧水的杀菌效果：

臭氧水的杀菌效果对B. circulans 以2ppm上的浓度即可迅速地扑灭杀死。但是在B. coagulans, N. fischeri中如果要有效地被扑灭杀死则需要提高到10ppm的浓度。

臭氧水在10ppm时，显示了极有效的杀菌力。

其杀菌效力为D值(杀死扑灭90%的芽胞或是囊胞子所需的时间) 在10秒左右。对灭绝B. coagulans即可得到极为良好的结果。

 

2. (强氧化水、次亚水) 比较杀菌之效果：

 

强氧化水: pH2.5，有效氯浓度: 20ppm
次亚水(弱酸化水): pH5.5，有效氯浓度: 50ppm

 

(1) 好氧性芽胞菌 (B. circulans及B. coagulans)方面：

使用强氧化水在10分钟左右，几乎都不被扑灭杀死。
使用次亚水(弱酸化水)则二者皆是逐渐朝向扑灭死亡。

 

(2) 厌氧性芽胞菌C. beijerinckii方面：

强氧化水、次亚水(弱酸化水)均能起有效作用。
强氧化水的D值约为1.25分钟。
次亚水(弱酸化水)约为0.75分钟。

 

(3) 霉菌的囊胞子(N. fischerii)方面：

强氧化水处理时间10分钟中几乎不被扑灭杀死。
次亚水(弱酸化水)则是在初期菌数下降后，不再变化。

---

这些细菌芽胞中耐性最强的B. coagulans对次亚水(弱酸化水)的D值约为1.4分钟。相对于此可推论，利用电解氧化水做为杀菌剂时，若是以芽胞菌或是子囊胞子为目标时，强氧化水几乎没有效果，使用次亚水(弱酸化水)会比较有效。

 

3. 次氯酸钠水、次亚水(弱酸化水)的杀菌效果：

次氯酸钠溶液稀释为PH6.0，含有效氯20ppm。
次亚水则是pH5.5，有效氯为50ppm。

 

(1) 细菌胞芽B. circulans方面：

次氯酸钠的D值约为2分钟即可杀菌。
次亚水(弱酸化水)的D值为15秒约为1/8的时间即可杀菌。

 

(2) 细菌胞芽B. coagulans方面：

次氯酸钠4分钟也几乎不被扑灭杀死。
次亚水(弱酸化水)则是在1分钟以后逐渐被扑灭杀死。

 

(3) 霉菌 囊胞子T. flavus方面：

次氯酸钠：外表上看来，一度菌数似乎减少，但是到10分钟为止囊胞子还不被扑灭杀死，其后才逐渐被扑灭杀死。
次亚水(弱酸化水)的D值约1.25分钟，即可将90%囊胞子扑灭杀死。

 

4. 次亚水(弱酸化水)的杀菌效果(温度效果)：

次亚水(弱酸化水)杀菌的最适浓度、温度的检讨：

利用比较难扑灭杀死的B. coagulans的芽苞来比较。

设定作用温度为50℃，60℃，70℃，有效氯浓度为20ppm，50ppm，80ppm

 

温度越高杀菌效果越好，但是有效氯浓度在50ppm以上则没有大的差别。

显示了作用温度在60℃，有效氯气浓度在80ppm时最有效果。

 

由此可以推论使用次亚水(弱酸化水)的最适条件为60℃，80ppm。若以推论值当作D值为3.8秒钟，有效氯气浓度50ppm与80ppm间几乎没有差异。

 

且两者并没有因作用温度、有效氯浓度的改变而有明显的差异。
所以可以推测次亚水(弱酸化水)杀菌最适条件为60℃ 50ppm以上。

 

根据以上内容推测次亚水在饮料制造现场中做为短时间将胞子菌扑灭杀死的杀菌剂是可以被期待的。