⃝シリーズ解説⃝ 果実とその加工品の話 第28回 果実の加工（４） 柑橘果汁の新殺菌法 い のうえ・た か し 筑波大学大学院生命環境 科学研究科（博士課程） 終了。ポッカサッポロフ ード＆ビバレッジ株式会 井上孝司・平光正典 大澤直樹・坂井田和裕 社 基 礎研 究グループ グループリーダー 博士（農学） び果汁の色調などは，加熱殺菌により変化・分解 ●１. はじめに● し，品質を低下させることが知られている。さら わが国で食品製造を行うには，昭和 22 年の法 に，お客様の嗜好として天然に近い搾りたての品 律第 223 号に制定された厚生労働省の定める「食 質を求める傾向にあり，非加熱果汁，ストレート 品衛生法」に準じて食品を製造する必要がある。 果汁や混濁果汁に対応した商品が望まれているの 本法律には食品の成分規格，製造基準，食品添加 が実状である。 物の規格基準が定められている。一例として，常 そこで，我々は 2003 年より独立行政法人農業・ 温流通が可能な清涼飲料水の殺菌基準の場合に 食品産業技術総合研究機構食品総合研究所と食品 は，内容液成分の pH により殺菌基準が定められ 衛生法の基準に適合し，耐熱性芽胞等を効率的に ており，pH 4.0 未満の飲料では，65 ℃，10 分 殺菌可能な技術開発を行った。具体的には，電気 間，pH 4.0 以上から 4.6 未満の飲料では 85 ℃， エネルギーを利用した食品自身を発熱させる内部 30 分間および pH 4.6 以上の低酸性飲料では， 加熱の中で比較的低い周波数を用いる交流電気を 121.1 ℃，４分間（F0=4.0）と同等以上の効力 用いて，熱的な効果に加えて電気的な殺菌効果も のある殺菌を行う様に定められている。 得られる新規の殺菌法である交流高電界殺菌法を また，1982 年にドイツで製造されたリンゴ透 開発し，当社の果汁製造ラインに本技術を用いた 明果汁で，異臭を伴った変敗事故が世界で初めて 殺菌装置を導入し 2014 年より商品の製造を開始 発生し，日本国内においても 1990 年に市販の酸 した。本稿では，開発した交流高電界殺菌法の特 性飲料缶詰から酸性飲料中で増殖し，異臭を産生 徴と開発の経緯および製造された果汁製品に及ぼ する芽胞細菌の報告 す影響を中心に紹介する。 １） がされた。これらの微生 物の形成する芽胞は，低い pH 域でも極めて高い 耐熱性を有するため，上記の様な食品衛生法に定 ●２．柑橘果汁中で増殖する耐熱性菌● められた殺菌基準では殺菌が困難である２）。 酸性飲料中で増殖可能な耐熱性菌としては，真 一方で，柑橘果汁中の成分としては，リモネン 菌と細菌の２種類存在する。その中で真菌は， 等のテルペン系炭化水素化合物等の香気成分やビ 耐 熱 性 カ ビ が 有 名 で あ り，Byssochlamys 属， タミン C，ポリフェノール等の健康機能成分およ Neosartorya 属，Talaromyces 属等である。また， 食品と容器 151 2015 VOL. 56 NO. 3 ⃝シリーズ解説⃝ 果実とその加工品の話 細菌では耐熱性好酸性菌（Thermo-Acidophilic から数分かかる。さらに，目的温度としても 110 Bacilli） が そ の 主 な 菌 種 で あ り， 略 し て ℃程度で数十秒間保持されて製造されるのが一般 的な製造方法である。 「TAB」 と も 呼 ば れ て い る。 特 に，TAB の 中 で Alicyclobacillus 属が清涼飲料中で問題となる菌 で あ る。Alicyclobacillus 属 細 菌 の 特 徴 と し て， ●４．交流高電界殺菌法● 生育温度が 20 ～ 70 ℃，生育する pH が２～６ 交流高電界殺菌法とは，電気抵抗を持つ食品 （至適 pH ４± １程度）とされている 。さらに， に一対の金属の電極を介して，その電極間に交流 耐熱性を有する芽胞を形成し，耐熱性が D90 ℃ 電源で電圧を印加すると食品内部を流れる電流と ≧ 10 分間とされている。D 値とは，「致死効果の それに逆らう電気抵抗により食品自身が自己発熱 ある一定温度で加熱したときに生菌数を 1/10 に することを利用したジュール加熱（オーミック加 減少させるために必要な時間」であり，D90 ℃≧ 熱）と高電界の印加によって微生物細胞内外の電 10 分間とは，90 ℃の加熱温度における生菌数を 位差でクーロン力が生じることを利用した電気穿 1/10 に減少させるために必要な時間が，10 分間 孔（エレクトロポーレーション）などによる微生 以上の加熱が必要となる。これは，食品衛生法で 物損傷の相乗効果によって，液状食品中の微生物 定められた基準では，全く殺菌することができな を 1 秒以内の極短時間で殺菌できる技術である。 い耐熱性である。また，Alicyclobacillus 属細菌 具体的には，ジュール加熱とは材料の両端に電 の中には，異臭としてオフフレーバーを発生させ 圧（V）を印加した場合に材料内部に生じた電気 る菌の存在も確認されており，本菌が果汁中に生 勾配を小さくしようとする力に従って電気を運ぶ 残するとオフフレーバーが発生し，問題となる。 キャリアーの移動がおこる。このときに食品では， このオフフレーバーは，果汁中に含まれるフェル キャリアーが＋，－イオンであることや食品に含 ラ酸からバニリン→バニリン酸を経てオフフレー まれる成分の構造や不純物などにより電気抵抗が バーの原因物質であるグアヤコールが TAB によ （R）が生じる。この電気抵抗により運動エネル り酵素的に産生されることが報告されている 。 ギーが熱エネルギー（P）に変換され，材料に流 また，国産果汁飲料試料の 4.3 ％，輸入果汁 れる電流（I）と R，V から下記により計算され ３） ４） る法則である。 試料の 11.7 ％から TAB が分離されており ，流 ５） 通・保管過程での変敗のリスクが懸念されている P ＝ I ２R ＝ V ２／ R のが実状である。 また，細胞の電気穿孔とは，細胞の種類や大き さにかかわらず，細胞一個当たり１V 以上の電位 ●３．果汁の一般的な殺菌法● 差が与えられた場合，細胞膜の絶縁破壊が生じ， 加熱殺菌装置は，①食品を充填して密封してか 細胞膜に局所的な電気機械的な不安定性のために ら行う容器内殺菌，②食品を流動させながら行う 穴が開く現象を指し，細胞が死滅することが報告 連続流動殺菌に大別される。柑橘果汁の殺菌は， されている６, ７）。第１図にジュール加熱および細 連続流動殺菌システムで殺菌される場合がほとん 胞の電気穿孔を示す。 どで，基本的には目的温度まで昇温する加熱用熱 なお，第２図に交流高電界の殺菌モデルを示し 交換機と昇温後に必要な時間だけ柑橘果汁を目的 た。 温度に保持するホールディングチューブと柑橘果 汁を急速に冷却する冷却用熱交換機とで構成され ●４．交流高電界の殺菌装置● る。ここで，柑橘果汁を昇温する熱媒体は，蒸気 交流高電界の殺菌装置の構成は，材料を連続的 や熱水が用いられ，昇温するまでの時間も数十秒 に送るポンプ部，高周波の交流を発生させる交流 食品と容器 152 2015 VOL. 56 NO. 3 柑橘果汁の新殺菌法 電 極 R 試 料 I I V V 電界 極 第２図 交流高電界の殺菌モデル （カラー図表をＨＰに掲載 C015） θ 細胞膜 第１図 ジュール加熱と電気穿孔 図上：ジュール加熱 , 図下：電気穿孔 電源部，交流電界を材料に印加する電 極部，発熱した被処理物を冷却する冷 却部，および処理系内を一定圧力に保 持する保圧部と必要に応じて材料の熱 劣化がおこらない程度まで予備加熱す る加熱部からなる（第 3 図）。 高周波としては，使用する電極を 腐食させない周波数として 20 KHz と し，電極材質としてチタニウム製の並 行平板電極を採用している。本技術の 特徴として，電極の通過時間（加熱時 間）が 1 秒以内と短時間であるため， 昇温速度が，実際には 1000 ℃ / 秒以 上となる。極めて短時間で処理が完了 し，昇温速度が速いことから，少しの 流速の変動や脈流の発生が処理温度の 第３図 交流高電界の殺菌システムと電極 図上：高電界システム，図下：電極構造 大きなブレに繋がる。そのため，脈流 を発生させない工程上の工夫と無脈流 度が高いほど殺菌効果が高くなり，材料中を流れ ポンプを選定している。 る電流変化は，印加電界強度のように殺菌効果に 影響を与えなかった。さらに第５図に処理温度の ●６．交流高電界法の殺菌特性● 違いによる殺菌効果を示す。印加電界強度を変化 させても，殺菌が開始される温度に変化が認めら 交 流 高 電 界 法 の 殺 菌 特 性 と し て，Bacillus れず，各温度での殺菌効果として印加電界強度が subtilis 胞子を用いて交流高電界の殺菌特性の解 高い方が高い殺菌効果を示すことが分かった。 明を行った 。その結果，第４図に示すように ８） また，TAB を対象とした従来の加熱殺菌と本 115 ℃の同じ温度で比較した場合，印加電界強 食品と容器 153 2015 VOL. 56 NO. 3 ⃝シリーズ解説⃝ 果実とその加工品の話 0 Log （生残菌数/初期菌数） Log (生残菌数/初期菌数) 0 -0.5 -1 -1.5 -2 0 5 10 15 -0.5 -1 -1.5 -2 20 0 1 2 3 電流 [A] 印加電界強度 （ｋV/cm) 4 5 6 第４図 交流高電界の電界および電流が及ぼす影響 図左：電界の影響，図右：電流の影響 高電界殺菌法との殺菌効果の比較を行った 0 結果を第６図に示す。従来加熱との殺菌 プロットしたアレニウス式により TAB の失活 速度を求めると約 30 倍交流高電界処理の 方が早い速度で失活することが分かった 。 ９） これは，従来の加熱のみの殺菌と比較して， -1 生残菌数 [Log(N/N0)] 効果を比較するために，絶対温度の逆数を -2 5.5kV/cm -3 -4 １/30 の時間で処理した場合でも同等の殺 10.7kV/c m -5 105 菌効果が得られることを意味している。 NaCl concentration: 0.01 % 上で重要な因子として，使用する電極の耐 算出した。 結果として，SEM による電極の表面に は腐食等が観察されず，チタニウム製の電 極の平滑性が損なわれなかったことから， ［log（n/NO）/s］ Ea = 177 kJ/mol 交流電解法 HEF-AC 0.1 Ea = 155 kJ/mol 従来加熱法 Conventiona 0.01 0.001 0.0025 食品の殺菌装置として十分に耐久性を有す る電極であることが分かった。 0.00255 0.0026 0.00265 0.0027 1/T [K-1] 第６図 交流高電界法と従来加熱の失活速度の比較 RzISO ＝Σ Rti ／５ Ra ＝１／Ｌ∫ L0 ｜ Z(x) ｜ｄｘ RzISO：ISO の 10 点高さパラメーター。評価長さ内で の５番目まで深い谷の平均と５番目までの高い山の 平均差として与えられる値。 Rti：基準値長さ内での最深谷から最高山の高さ Ra：平均線からのプロファイル変異量の算術的平均値 で与えられる値 L：評価長さ Z(x)：プロファイル 食品と容器 NaCl concentration: 0.1 % 1 失活速度 よび十点平均粗さ（μｍ）：RzISO により 125 10 27 時間通液処理した時の電極の SEM 画 表面の粗さを算術平均粗さ（μｍ）：Ra お 120 第５図 処理温度の違いが及ぼす影響 久性がある。そこで，オレンジ果汁を連続 図に示す。また，下記の示す式に従い電極 115 処理温度 [℃] また，飲料の製造ラインで実用化する 像および表面粗さを測定した結果を，第７ 110 154 2015 VOL. 56 NO. 3 柑橘果汁の新殺菌法 ３～７mm 13 ～ 17mm 23 ～ 27mm 未使用 第７図 電極の SEM 画像および表面粗さ測定の結果 図上：電極の表面画像，図下：表面粗さ測定 粗さ測定結果 算術平均粗さ 0.412 0.438 0.447 0.486 十点平均粗さ 2.506 2.639 2.732 2.803 イン構成である。 ●７．交流高電界の実用化と 新ラインの特徴● 生産アイテムは，120mL，300mL，450mL の ポッカレモン 100 を中心とする果汁製造ライン で 2014 年 2 月より発売を開始することができた 交流高電界殺菌技術を利用した新たな工場と して，2013 年 12 月に弊社の名古屋第 3 工場に， （第８図）。 毎時 5000L の処理能力を有する工場を竣工した。 第９図に本ラインの効果として，色差計による 本生産ラインの特徴としては，食品を品質劣化さ 褐変度の影響として YI 値，加熱臭の影響として せる要因である酸化・熱劣化を低減・抑制したラ HPLC によりヒドロキシメチルフラン量を定量し イン構成（ナチュラルレモンテイスト製法と命名） た結果および還元型ビタミン C 量を測定した結 になっている。具体的には，酸化劣化を防止する 果を第 10 図に示す。結果として，本ラインで製 造した商品は，従来の加熱殺菌のみによる殺菌法 ために，原料水および製造工程中のタンクや配管 中の酸素を可能な限り除去した調合工程と殺菌工 に比べて，熱による変色を約２/ ５に抑制し，加 程に交流高電界殺菌法を利用して熱劣化を防止す 熱臭の発生を約１/ ８，ビタミン C の減少を約１ ることで，お客様の要望であるフレッシュで搾り /10 に抑え，当社官能評価パネラーの試験によっ たての高品質な商品をお届けすることができるラ ても，爽やかなレモンの風味やレモンの果皮の風 味などの項目で有意に向上し，逆に，焦げた風味 やイモ臭などの項目で有意に抑制される等，成分 分析の結果を裏付ける結果が得られている。 ●８．交流高電界の新たな応用● 交流高電界法の新たな柑橘果汁の利用法とし て，混濁した柑橘果汁のパルプの安定性で問題と なるペクチンエステラーゼ 10）を効果的に失活で きることを見いだしている 11）。交流高電界，マ イクロ波加熱，温浴加熱で各 60 ℃での残存酵素 活性を第 11 図に示した。各処理方法の違いとし 第８図 交流高電界法を利用した商品 （カラー図表をＨＰに掲載 C016） 食品と容器 ては，60 ℃に到達するまでの処理時間と保持時 155 2015 VOL. 56 NO. 3 ⃝シリーズ解説⃝ 果実とその加工品の話 HMF（ppm） YI 値（褐変度合い） 褐変の影響 加熱臭の影響 調合液 従来技術 新ライン技術 調合液 従来技術 新ライン技術 第９図 処理方法の違いが及ぼすペクチンエステラーゼの影響 図左：褐変の影響（YI 値），図右：加熱臭の影響（HMF 量） かを検討した結果，交流高電界処理の特徴の一つ ビタミン C 含量（mg%） ビタミン C 含量の変化 である目的の温度まで到達する昇温速度が極めて 速いことが，ペクチンエステラーゼの失活に有効 に作用していることが分かった。 ●９．おわりに● 現行ライン 新ライン 我々は，柑橘果汁の微生物的な安全性を損なう ことが無く，果汁の品質劣化を可能な限り低減し 未経時 常温 6 ヶ月 常温 9 ヶ月 相当 相当 た殺菌装置の開発を行ってきた。また，交流高電 第10図 新ラインにおける還元型ビタミン C への影響 界法の新たな利用として，混濁果汁のパルプの安 間が異なり，交流高電界処理が最も熱履歴（処理 定性に影響を与える酵素の失活などへも応用でき 時間，保持時間）が少ないにもかかわらず，マイ る可能性を見いだしている。日本の清涼飲料では， クロ波加熱，温浴加熱と残存する酵素活性にほと 海外の産地で搾汁・殺菌・濃縮され，冷凍原料と んど違いが認められなかった。なぜ交流高電界法 して輸入される場合がほとんどであるため，本技 がペクチンエステラーゼを効率的に失活できるの 術を海外で活用することで高品質で安心・安全な 柑橘果汁原料などの開発へ繋げていきた い。また，果汁で問題となる TAB は果樹 園土壌から分離される土壌細菌 12）である ことからも，新たな柑橘果実の洗浄や殺菌 法の開発が望まれる。 第11図 処理方法の違いが及ぼすペクチンエステラーゼの影響 食品と容器 156 2015 VOL. 56 NO. 3 柑橘果汁の新殺菌法 参 考 文 献 １）丹羽源廣，廣田裕子，白須由治 輸入原料より検出さ heating of Japanese white radish. J. Food Science れた新規耐熱性好酸性菌 . 果汁協会報 No.405， and Technology，30，p461-414，(1990) p31-42（1991） ８）井上孝司，河原（青山）優美子，池田成一郎，土方祥 ２）Smit Y., Cameron M., Venter P., Witthuhn R. C. 一，五十部誠一郎，植村邦彦 交流高電界による各種 Alicyclobacillus spoilage and isolation-A review. 微生物胞子の殺菌 . 日本食品工学会誌，Vol.8，3， Food Microbiol., 28,p331-349(2011) p123-130，(2007) ３）社団法人 日本果汁協会 耐熱性好酸性菌統一検査法 ９）K. Uemura，I. Kobayashi，T. Inoue Inactivating ハンドブック（2005） of Alicyclobacillus acidoterrestris in Orange Juice ４）Rosazza, J.P.N., Z. Hung, L. Dostal, T. Volm, B. by high electric field alternating current. Food Sci. Roussoau Biocatalytic transformation of ferulic Technol. Res.，15 (3)，p211-216 (2009) acid: an abundant aromatic natural product. J. 10）三浦 洋ら，最新果汁・果実飲料辞典，（社）果汁協 Industrial Microbiology, 15,p457-471(1995) 会監修（朝倉書店）p46，92（1997） ５）古畑勝則，原 元宣，福山 正 果汁飲料から分離し 11）井上孝司，河原（青山）優美子，池田成一郎，五十 た耐熱性好酸性菌の分離状況 . 防菌防黴 ,33,p447-452 部誠一郎，植村邦彦 交流高電界処理による柑橘果汁 （2005） ペクチンエステラーゼの失活 . 日本食品科学工学会誌， ６）Zimmermann，U.，Benz，R. Dependence of the Vol.54，4，p195-199 electrical breakdown voltage on the charging time (2007) in Valonia utiricularis. J. Membrane Biology，53， 12）古畑勝則，原 元宣，後藤慶一，福山正文 日本の p33-43，(1980) 土 壌 に お け る 耐 熱 性 好 酸 性 菌 の 分 離 状 況 . 防 菌 防 ７）Imai， T.， Noguchi， A.， Uemura， K. Ohmic 黴 ,35,p73-79（2007） 別刷り合本をご利用下さい 食品加工における微生物・酵素の利用＜新食品編＞ 本書は既刊の「食品加工における微生物・酵素の利用＜伝統食品編＞」の姉妹編としてまとめたものである。 本新食品編ではアミノ酸，新甘味料，新たな機能性食品の生産や利用をはじめ，麹菌や酵母など発酵微生物の遺 伝子解析，育種など，ポストゲノム時代へ向けた新たな研究開発についても紹介した。 Ｂ５版／本文104ページ 定価1,500円 《内容》監修に当たって（春見隆文）／アミノ酸の生産と利用（森永 康）／シトルリン，オルニチン（柴崎 剛） ／醸造調味料とみりん（井村聡明）／エリスリトールの特性と用途開発（内田 実）／エリスリトールの発酵生産 と浸透圧ストレス応答（春見隆文）／乳酸菌による保健効果（阿部 申・小田宗宏）／脱酸素低温発酵法による新 たなヨーグルト製造法～伝統的なヨーグルトを科学することで誕生した新たな発酵方法～（堀内啓史）／食品とバ イオフィルム（古川壮一・荻原博和・森永 康）／麹菌の遺伝子資源・遺伝子解析（柏木 豊）／パン酵母のパン 生地中での働きと製品特徴および育種・開発（渡追 肇）／醸造用酵母の多様性－ワイン酵母を中心に－（後藤奈 美）／乳酸菌の育種と分類（鈴木チセ）／ポストゲノム時代の発酵産業―微生物の多様性と可能性（春見隆文） 缶 詰 技 術 研 究 会 電話 0 3（ 3 6 6 3 ）7 2 5 1 ファックス 0 3（ 3 6 6 3 ）7 2 5 3 食品と容器 157 2015 VOL. 56 NO. 3
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