清凉饮料技术资料-弱酸化水

清涼飲料技術資料清涼飲料技術資料 號外號外 1998 1998 年年 3 3 月月 第第 7 7 次研究發表會次研究發表會 演講集演講集 平成平成 9 9 年年 1111 月月 1414 日日 於於 東京有明國際展示場東京有明國際展示場 機能水 藥劑對於飲料製造環境的微生物的殺菌效果機能水 藥劑對於飲料製造環境的微生物的殺菌效果 SOCIETYSOCIETY OFOF SOFTSOFT DRINKDRINK TECHNOLOGISTS JAPANTECHNOLOGISTS JAPAN 日本清涼飲料研究會日本清涼飲料研究會 THETHE JAPANJAPAN SOFTSOFT DRINKSDRINKS ASSOCIATIONASSOCIATION 社團法人社團法人 全國清涼飲料工業會全國清涼飲料工業會 朝日飲料株式會社朝日飲料株式會社 林林 正明正明 Hayasi Hayasi Masaaki Masaaki 渡部真由美渡部真由美 Watanabe Watanabe Mayumi Mayumi 工藤工藤 祐司祐司 Kudou Kudou Yuuzi Yuuzi 前川前川 哲哲 Maekawa Maekawa Satoru Satoru 序序 言言 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 軟氧化水 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 軟氧化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 實驗方法實驗方法 1 1 使用菌株 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 的子囊胞子 2 2 機能水 藥劑的調整 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 利用軟氧化水生成器調整為 pH5 5 有效氯氣 20ppm 50ppm 80ppm 的軟氧化水 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 為次氯酸 在軟氧化水的 pH 領域附近顯示出最高的存在比 其次為強 氧化水 次亞氯酸鈉則是其中的大半的成分轉為殺菌力弱的次亞氯離子 投影片一 投影片二 投影片三 3 3 機能水及藥劑的殺菌效果試驗 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 MnSO 4 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 投影片四 1 1 臭氧水的殺菌效果 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 投影片五 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 也產生因為沖擊而 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 投影片六 投影片七 2 2 強氧化水及軟氧化水的殺菌效果比較 強氧化水及軟氧化水的殺菌效果比較 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 軟氧化水 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 軟氧化水 弱酸化水 為 pH5 5 有效氯氣 50ppm 投影片八 投影片九 投影片十 投影片十一 強氧化水 軟氧化水 比較殺菌之效果 一 一 好氣性芽胞菌芽胞好氣性芽胞菌芽胞 B B circulanscirculans 及及 B B coagulans coagulans 方面 方面 使用強氧化水在 10 分鐘左右 幾乎都不被撲滅殺死 使用軟氧化水 弱酸化水 則二者皆是逐漸朝向撲滅死亡 二 嫌氣性芽胞二 嫌氣性芽胞 C C beijerinckiibeijerinckii 方面方面 強氧化水 軟氧化水 弱酸化水 均能起有效作用 強氧化水的 D 值約為 1 25 分鐘 軟氧化水 弱酸化水 約為 0 75 分鐘 三 黴菌的子囊胞子三 黴菌的子囊胞子 N N fischerii fischerii 方面 方面 強氧化水處理時間 10 分鐘中幾乎不被撲滅殺死 軟氧化水 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 對軟氧化水 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 使用軟氧 化水 弱酸化水 會比較有效 3 次氯酸鈉水 軟氧化水次氯酸鈉水 軟氧化水 弱酸化水弱酸化水 的殺菌效果 如的殺菌效果 如 投影片投影片 1212 1414 所示所示 在此所採用將 次氯酸鈉溶液稀釋為 PH6 0 含有效氯 20ppm 軟氧化水則是 pH5 5 有效氯為 50ppm 一 細菌胞芽一 細菌胞芽 B B circulanscirculans 方面 方面 次氯酸鈉的 D 值約為 2 分鐘即可殺菌 軟氧化水的 D 值為 0 25 分鐘約為 1 8 的時間即可殺菌 二 細菌胞芽二 細菌胞芽 B B coagulanscoagulans 方面 方面 次氯酸鈉 240 秒鐘也幾乎不被撲滅殺死 軟氧化水 弱酸化水 則是在 60 秒鐘以後逐漸被撲滅殺死 三 黴菌子囊胞子三 黴菌子囊胞子 T T flavusflavus 方面 方面 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 軟氧化水 弱酸化水 的 D 值約 1 25 分鐘 即可將 90 子囊胞子撲 滅殺死 投影片十二 根據這些結果 若能在飲料製造現場 利用軟氧化水 弱酸化水 取代現 在一般使用的次氯酸鈉 讓製造環境的微生物可以朝向更加被清淨化 改善的可能性 投影片十三 投影片十四 各殺菌劑的比較 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 殺菌力由臭氧水到軟氧化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 則為軟氧化水與次氯酸鈉最佳 軟氧化水 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 為外在沖擊有減低濃度等之問題 在腐蝕性上次氯酸鈉與軟氧化 水約可視為同等 綜合以上判斷 認為製造現場的使用以軟氧化水 弱酸化 水 為佳 軟氧化水軟氧化水 弱酸化水弱酸化水 的優點 的優點 在投影片 16 17 整理出在飲料製造現場使用軟氧化水的優點及問題 點 就使用上的優點而言 1 對芽胞或是子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 揮次氯酸的 pH 領域的溶液 次氯酸鹽中添加酸的方法有危險 以 上等等 另一方面 軟氧化水的問題點為 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 軟氧化水的優點 對於藥劑無法生效的芽胞或是子囊胞子也有效 胞子的控制比營養細胞更是重要課題 對於人體的安全性 對皮膚或黏膜傷害極低 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 期使用殺菌劑的話耐性菌將增殖 用以次氯酸為主成分的電解水 可以安全地製造能夠最有 效發揮次氯酸的 pH 領域的溶液 次氯酸鹽中添加酸的方法 有危險 投影片十六 投影片十七 軟氧化水軟氧化水 弱酸化水弱酸化水 的殺菌效果的殺菌效果 溫度效果溫度效果 將軟氧化水的 pH 維持在 5 5 提高有效氯氣濃度至 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 投影片十八 投影片十九 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軟氧化水 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 軟氧化水軟氧化水 弱酸化水弱酸化水 殺菌的最適濃度 溫度的檢討 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 讓軟氧化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 有效氯氣濃度為 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 但是有效氯氣濃度在 50ppm 以上則 沒有大的差別 在圖 22 中可以看到有效氯氣濃度在 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 有效氯氣濃度 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 有效氯氣濃度在 80ppm 時最有效果 由此可以推論使用軟氧化水 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 有效氯氣濃度 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 有效氯氣濃度 的改變而有明顯的差異 所以可以推測軟氧化水 弱酸化水 殺菌最適條 件為 60 50ppm 以上 根據以上內容推測軟氧化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 投影片二十 投影片廿一 投影片廿二 投影片廿三 投影片廿四 結論 作用的溫度為常溫結論 作用的溫度為常溫 1 1 臭氧水的殺菌效果 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 的芽胞或是子囊胞子所需的時間 在 10 秒左右 對滅絕 B coagulans 即可得到極為良好的結果 2 2 強氧化水 軟氧化水強氧化水 軟氧化水 比較殺菌之效果 比較殺菌之效果 強氧化水 pH2 5 有效氯氣濃度 20ppm 軟氧化水 弱酸化水 pH5 5 有效氯氣濃度 50ppm 1 好氣性芽胞菌芽胞 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 使用軟氧化水 弱酸化水 則二者皆是逐漸朝向撲滅死亡 2 嫌氣性芽胞 C beijerinckii 方面 強氧化水 軟氧化水 弱酸化水 均能起有效作用 強氧化水的 D 值約為 1 25 分鐘 軟氧化水 弱酸化水 約為 0 75 分鐘 3 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 軟氧化水 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 對軟氧化水 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 使用軟氧 化水 弱酸化水 會比較有效 3 3 次氯酸鈉水 軟氧化水次氯酸鈉水 軟氧化水 弱酸化水弱酸化水 的殺菌效果 的殺菌效果 次氯酸鈉溶液稀釋為 PH6 0 含有效氯 20ppm 軟氧化水則是 pH5 5 有效氯為 50ppm 1 1 細菌胞芽細菌胞芽 B B circulanscirculans 方面 方面 次氯酸鈉的 D 值約