清涼飲料技術期刊 (THE SOFT DRINKS TECHNOLOGY)

號外(1998年3月) 「第7次研究發表會」演講集

平成9年11月14日 於 東京有明國際展覽場

 

機能水、藥劑對於飲料製造廠環境微生物的殺菌效果

 

• 日本清涼飲料研究會 (SOCIETY OF SOFT DRINK TECHNOLOGISTS,JAPAN)
• 社團法人 全國清涼飲料工業會 (THE JAPAN SOFT DRINKS ASSOCIATION)
• 朝日飲料株式會社
  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

當製造飲料時為保證製品的安全性有許多種的殺菌、除菌工程。但是製造環境的條件也被認為是引發製品變異敗壞的微生物的來源之一。

因此進行對被當作是為了減低環境的微生物之基礎資料的機能水、藥劑檢討：

在此所說的機能水是-強氧化水(強酸水)、次亞水(弱酸化水)、臭氧水(O₃)的總稱。

強氧化水是利用食鹽水在隔層的容器內進行電解而得到的酸性部的溶液。

次亞水則是在無隔層的容器內將含有鹽酸的食鹽水電解而得到的近乎中性的溶液。臭氧水則為將臭氧溶解於水中的溶液。

 

在此報告機能水及藥劑對於被稱為對熱或藥劑有高耐性的細菌芽胞及黴菌子囊胞子的殺菌效果所進行的檢討，與所獲得的見解。

 

 

實驗方法

1. 使用菌株：

供測試的微生物為本研究所保有的細菌芽胞或是黴菌的子囊胞子所做的評價，也就是說細菌是用：Bacillus circulans, Bacillus coagulans, Clostridium beijerinckii的芽胞，黴菌是用Talaromyces flavus, Neosartorya fischeri 的囊胞子

 

2. 機能水、藥劑的調整：

使用的機能水製造裝置的照片如投影片1所示。又，所使用的機能水特性如投影片2所示。也就是，分別利用

1. 強氧化水生成器調整為pH2.5，有效氯氣20ppm的強氧化水。
2. 利用次亞水生成器調整為pH5.5，有效氯氣20ppm、50ppm、80ppm的次亞水。
3. 利用臭氧發生器藉由氣泡產生調整為0.5ppm、2ppm、10ppm的臭氧水。

另外，游離的殘留氯氣的存在比為投影片3所示。殺菌效果最高的狀態為次亞氯酸，在次亞水的pH領域附近顯示出最高的存在比。其次為強氧化水，次氯酸鈉則是其中的大半的成分轉為殺菌力弱的次亞氯酸離子。

〈投影片1〉

 

〈投影片2〉

 

〈投影片3〉

 

 

3. 機能水及藥劑的殺菌效果試驗：

投影片4顯示了機能水及藥劑的殺菌效果試驗的流程：

在製作胞子懸濁液時，bacillus屬是在5ppm MnSO₄中添加普通的洋菜。Clostridium屬是在m-TGC中加入1.5%的洋菜做為細菌培養基。黴菌是在PDA培養基中分別使芽胞或是子囊胞子形成，在磷酸緩衝液(pH7.0)中懸濁成為胞子液(黴菌的懸濁是在磷酸緩衝液中添加0.05%的Tween80)。

在機能水或藥劑中以1/100的比例加入胞子液，使其在設定的時間作用後，將此

處理液1ml加入N/100硫代硫酸鈉溶液中，進行不活性化及稀釋。若還需要稀釋時用磷酸緩衝液進行分段稀釋，將各稀釋液分別混釋培養。Bacillus屬用標準洋菜、Clostridium屬用m-TGC洋菜(洋菜濃度1.5%)、黴菌用PDA培養基混釋培養後確認殘存的胞子數。機能水、藥劑作用的溫度為常溫，但是對於一部分的菌株的作用溫度則改為50℃、60℃、70℃來進行實驗。

〈投影片4〉

 

 

實驗結果

1. 臭氧水的殺菌效果：

臭氧水的殺菌效果顯示於投影片5～7。在B. circulans中2ppm以上的濃度即可迅速地撲滅殺死。但是在B. coagulans, N. fischeri中如果要有效地被撲滅殺死則需要提高到10ppm的濃度。

＜投影片5＞

 

臭氧水在10ppm時，顯示了極有效的殺菌力。

其殺菌效力為D值(殺死撲滅90%的芽胞或是子囊胞子所需的時間)。

B. coagulans在10秒左右即可得到極為良好的結果。

另一方面，考慮到臭氧水的實用性時，高濃度的臭氧水的很難生成。

在開放系統的環境中半減期的時間短只有6分鐘。也產生因為衝擊而濃度減低、廢臭氧的處理等以上問題。因此推論在工程的實用化上有必要更進一步深入檢討。

〈投影片6〉

 

〈投影片7〉

 

 

2. 強氧化水及次亞水的殺菌效果比較：

強氧化水為用食鹽水作隔層的容器內進行電解而得到的強酸性溶液。

次亞水(弱酸化水)則是沒有隔層的容器內將含有鹽酸的食鹽水電解時得到的中性溶液。兩者的殺菌成分均為次亞氯酸。

進行兩者的殺菌效果比較.其結果顯示於投影片8～11。

在此使用的

1. 強氧化水為 pH2.5 有效氯20ppm。 2. 次亞水(弱酸化水)為pH5.5有效氯氣50ppm。

 

 

〈投影片8〉

 

〈投影片9〉

 

〈投影片10〉

 

〈投影片11〉

 

 

(強氧化水、次亞水) 比較殺菌之效果：

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

使用強氧化水在10分鐘左右，幾乎都不被撲滅殺死。

使用次亞水(弱酸化水)則二者皆是逐漸朝向撲滅死亡。

 

二、厭氧性芽胞菌 C. beijerinckii方面：

強氧化水、次亞水(弱酸化水)均能起有效作用。

強氧化水的D值約為1.25分鐘。

次亞水(弱酸化水)約為0.75分鐘。

 

三、黴菌的子囊胞子(N. fischerii)方面：

強氧化水處理時間10分鐘中幾乎不被撲滅殺死。

次亞水(弱酸化水)則是在初期菌數下降後，不再變化。

 

---

這些細菌芽胞中耐性最強的B. coagulans對次亞水(弱酸化水)的D值約為1.4分鐘。相對於此可推論，利用電解氧化水做為殺菌劑時，若是以芽胞菌或是子囊胞子為目標時，強氧化水幾乎沒有效果，使用次亞水(弱酸化水)會比較有效。

3. 次氯酸鈉水、次亞水(弱酸化水)的殺菌效果：如投影片12～14所示。

在此所採用將：

次氯酸鈉溶液稀釋為PH6.0，含有效氯20ppm。

次亞水則是pH5.5，有效氯為50ppm。

一、芽胞菌B. circulans方面：

　次氯酸鈉的D值約為2分鐘即可殺菌。

　次亞水的D值為0.25分鐘約為1/8的時間即可殺菌。

 

二、芽胞菌B. coagulans方面：

　次氯酸鈉240秒鐘也幾乎不被撲滅殺死。

　次亞水(弱酸化水)則是在60秒鐘以後逐漸被撲滅殺死。

 

三、黴菌子囊胞子T. flavus方面：

　次氯酸鈉：外表上看來，一度菌數似乎減少，但是到10分鐘為止子囊胞子還不被撲滅殺死，其後才逐漸被撲滅殺死。次亞水(弱酸化水)的D值約1.25分鐘，即可將90%子囊胞子撲滅殺死。

 

〈投影片12〉

 

 

根據這些結果，若能在飲料製造現場，利用次亞水(弱酸化水)取代現在一般使用的次氯酸鈉，讓製造工廠環境的微生物可以朝向更加被清淨化、改善的可能性。

 

〈投影片13〉

 

〈投影片14〉

 

 

4. 各殺菌劑的比較：

假設在製造現場使用機能水，殺菌劑時，它們的個別比較如下圖所示：

殺菌力由臭氧水到次亞水的順位而逐漸提高。

在安全性方面對人體的黏膜也可使用這一點來說電解氧化水(次亞水)最好。

以不會產生廢棄臭氧或是強氧化水的強鹼性水等副產物的點來看則為次亞水與次氯酸鈉最佳。次亞水、次氯酸鈉在安全性上可以比較長時間保存。而臭氧水在開放型的半減期約6分鐘，因為外在衝擊有減低濃度等之問題。在腐蝕性上次氯酸鈉與次亞水約可視為同等。

綜合以上判斷，認為製造現場的使用以次亞水(弱酸化水)為佳。

 

〈投影片15〉

 

 

5. 次亞水(弱酸化水)的優點：

在投影片16～17整理出在飲料製造現場使用次亞水的優點及問題點：

就使用上的優點而言

1. 對芽胞或是囊胞子滅菌上是有效的。(胞子的控制比營養細胞更是重要課題)。
2. 對於人體的安全性.(皮膚或黏膜也可使用)。
3. 因為與有機物質一接觸就立刻分解沒有殘存性。也就是在環境中使用時，比其他藥劑殺菌劑都不容易產生耐性菌(長期使用殺菌劑耐性菌將增殖)。
4. 使用以次亞氯酸為主成分的電解水，可以安全地製造能夠最有效發揮次亞氯酸的pH領域的溶液.(次氯酸鈉添加酸的方法有危險)以上等等。

另一方面，次亞水的問題點為：在殺菌力方面比起臭氧水稍微差一點。因此為增強殺菌效果所採用的對策為 (1) 提高有效氯濃度。(2) 提高作用溫度等方法。

 

 

〈投影片16〉

 

〈投影片17〉

 

 

6. 次亞水(弱酸化水)的殺菌效果(溫度效果)：

將次亞水的pH維持在5.5，提高有效氯濃度至80ppm。

比較常溫與提高溫度至60℃時的殺菌效果的差異(處理時間)作評比：

 

〈投影片18〉

 

〈投影片19〉

 

 

以B. circulans,B. coagulans的芽苞菌，所做的實驗結果如投影片18～19所示：

B. circulans常溫時的D值為15.8秒鐘。

將溫度提高到60℃，D值變為約2.3秒鐘。

B. coagulans在常溫下處理時間在60秒鍾以內幾乎不會被撲滅殺死。而溫度提升到60℃時，迅速地被殺菌。D值約為2.5秒鐘。

因此提示了我們像這樣藉由提高次亞水(弱酸化水)的溫度而獲得比臭氧水更好的殺菌效果是可期待的，並且在短時間內的殺菌是可能的。

 

 

7. 次亞水(弱酸化水)殺菌的最適濃度、溫度的檢討：

上述的各項試驗中利用比較難撲滅殺死的B. coagulans的芽苞來比較。

讓次亞水的最有效作用的溫度與濃度條件，也就是如圖20所顯示。

設定作用溫度為50℃，60℃，70℃，有效氯濃度為20ppm，50ppm，80ppm隨意地重複2次來推估D值，藉由二元排列來進行解析；

圖21～22顯示各要因的平均值的標繪圖。

在圖21中溫度越高殺菌效果越好，但是有效氯濃度在50ppm以上則沒有大的差別；在圖22中可以看到有效氯濃度在50ppm以上時沒有什麼變化。

可是在20ppm時可以看到因為溫度而產生的影響。(分散分析的實施結果顯示在投圖23)在作用溫度、有效氯濃度，交互作用上都可看得到差異差距，由此可以推測這些要因影響殺菌的效果。

各要因的推斷結果如圖24所示，顯示了作用溫度在60℃時最有效果，有效氯濃度在80ppm時最有效果。由此可以推論使用次亞水(弱酸化水)的最適條件為60℃，80ppm。另外，若以推論值當作D值為3.8秒鐘，由本圖24可見，有效氯濃度50ppm與80ppm間幾乎沒有差異。且兩者的分散分析的實施結果中，並沒有因作用溫度、有效氯濃度的改變而有明顯的差異。所以可以推測次亞水(弱酸化水)殺菌最適條件為60℃ 50ppm以上。

根據以上內容推測次亞水在飲料製造現場中做為短時間將胞子撲滅殺死的殺菌劑是可以被期待的。

 

 

〈投影片20〉

 

〈投影片21〉

 

〈投影片22〉

 

〈投影片23〉

 

〈投影片24〉

 

 

結論：作用的溫度為常溫

1. 臭氧水的殺菌效果：

臭氧水的殺菌效果對B. circulans 以2ppm上的濃度即可迅速地撲滅殺死。但是在B. coagulans, N. fischeri中如果要有效地被撲滅殺死則需要提高到10ppm的濃度。

臭氧水在10ppm時，顯示了極有效的殺菌力。

其殺菌效力為D值(殺死撲滅90%的芽胞或是囊胞子所需的時間) 在10秒左右。對滅絕B. coagulans即可得到極為良好的結果。

 

2. (強氧化水、次亞水) 比較殺菌之效果：

 

強氧化水: pH2.5，有效氯濃度: 20ppm
次亞水(弱酸化水): pH5.5，有效氯濃度: 50ppm

 

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

使用強氧化水在10分鐘左右，幾乎都不被撲滅殺死。
使用次亞水(弱酸化水)則二者皆是逐漸朝向撲滅死亡。

 

(2) 厭氧性芽胞菌C. beijerinckii方面：

強氧化水、次亞水(弱酸化水)均能起有效作用。
強氧化水的D值約為1.25分鐘。
次亞水(弱酸化水)約為0.75分鐘。

 

(3) 黴菌的囊胞子(N. fischerii)方面：

強氧化水處理時間10分鐘中幾乎不被撲滅殺死。
次亞水(弱酸化水)則是在初期菌數下降後，不再變化。

---

這些細菌芽胞中耐性最強的B. coagulans對次亞水(弱酸化水)的D值約為1.4分鐘。相對於此可推論，利用電解氧化水做為殺菌劑時，若是以芽胞菌或是子囊胞子為目標時，強氧化水幾乎沒有效果，使用次亞水(弱酸化水)會比較有效。

 

3. 次氯酸鈉水、次亞水(弱酸化水)的殺菌效果：

次氯酸鈉溶液稀釋為PH6.0，含有效氯20ppm。
次亞水則是pH5.5，有效氯為50ppm。

 

(1) 細菌胞芽B. circulans方面：

次氯酸鈉的D值約為2分鐘即可殺菌。
次亞水(弱酸化水)的D值為15秒約為1/8的時間即可殺菌。

 

(2) 細菌胞芽B. coagulans方面：

次氯酸鈉4分鐘也幾乎不被撲滅殺死。
次亞水(弱酸化水)則是在1分鐘以後逐漸被撲滅殺死。

 

(3) 黴菌 囊胞子T. flavus方面：

次氯酸鈉：外表上看來，一度菌數似乎減少，但是到10分鐘為止囊胞子還不被撲滅殺死，其後才逐漸被撲滅殺死。
次亞水(弱酸化水)的D值約1.25分鐘，即可將90%囊胞子撲滅殺死。

 

4. 次亞水(弱酸化水)的殺菌效果(溫度效果)：

次亞水(弱酸化水)殺菌的最適濃度、溫度的檢討：

利用比較難撲滅殺死的B. coagulans的芽苞來比較。

設定作用溫度為50℃，60℃，70℃，有效氯濃度為20ppm，50ppm，80ppm

 

溫度越高殺菌效果越好，但是有效氯濃度在50ppm以上則沒有大的差別。

顯示了作用溫度在60℃，有效氯氣濃度在80ppm時最有效果。

 

由此可以推論使用次亞水(弱酸化水)的最適條件為60℃，80ppm。若以推論值當作D值為3.8秒鐘，有效氯氣濃度50ppm與80ppm間幾乎沒有差異。

 

且兩者並沒有因作用溫度、有效氯濃度的改變而有明顯的差異。
所以可以推測次亞水(弱酸化水)殺菌最適條件為60℃ 50ppm以上。

 

根據以上內容推測次亞水在飲料製造現場中做為短時間將胞子菌撲滅殺死的殺菌劑是可以被期待的。