『紫外線殺菌技術の基礎』

紫外線の適用分野を表1.に示す。

(1) 紫外線殺菌の原理
・紫外線による殺菌作用は、基本的には紫外線の光子が細胞の核酸(DNA)に吸収され、化学変化を起こし、遺伝子に損傷を与え修復機能を失わせることによると考えられている。

• 核酸とタンパク質の紫外線吸収曲線(図1.左)と相対殺菌効果曲線(図1.中央)を比較すると、核酸の吸収は260nm付近に最大値を示し、相対的殺菌効果曲線と近似の曲線を描く。
• また、大腸菌(図1.右)と黄色ブドウ球菌の致死作用スペクトルは非常に近似していることが報告されている。
• これらのことから、紫外線の標的はDNAであり、殺菌ランプから照射される紫外線(主波長235.7nm)が細胞内のDNAに吸収され、核酸を構成する5つの塩基(アデニン、シトシン、グアニン、チミン、ウラシル)が化学変化を起こし、2量体が形成され、核酸がその複製機能を失うことにより殺菌効果を示すと考えられている。

(2) 紫外線の波長

• 紫外線は電磁波の一種で、可視光線に対して紫色の外側にあるため「紫外線」と呼ばれている。一方長波長側の赤色の外側を「赤外線」と呼ぶ(図2.左に示す)。
• 紫外線は長波長側から「UV-A」、「UV-B」、「UV-C」と3に分類される。主な用途は表2.に示す。

(3) 紫外線ランプ

• 紫外線ランプの種類を表3.に、ランプ断面図を図3.にそれぞれ示す。

• 放電中において水銀蒸気と電子が衝突しエネルギが励起し、元の平衡状態に戻る時に放射とれる電磁波が253.7nmの波長であり、この波長が核酸の最大吸収波長と近似していたことから人工の殺菌線と呼ばれている。特に低圧紫外線ランプは放射エネルギのほとんどが235.7nmに集中しているため、殺菌ランプとしては最も高効率で、取り扱いも容易である。
• 紫外線ランプの殺菌ランプ材質は、紫外線透過ガラスあるいは石英ガラスを使用している。

(1) 使用方法

• 紫外線流水殺菌装置：
  a)主として製品に使用する原料水(製造用純水、製造用濾過水、製品冷却水等)の殺菌に使用する。殺菌の基準としては、食品衛生法、規格基準の中の「清涼飲料水の製造基準」を根拠とし、「85℃30分間加熱する方法又はこれと同等以上の効力を有する方法で殺菌個すること」が望ましい。
  b)その他補助的に、中間工程での菌の増殖防止(長い配管ライン中間での殺菌、熱殺菌前の枯草菌の芽胞の殺菌等)に使用される。これは補助的殺菌であることから、完全に殺菌することはなく、配管ラインの管理基準を設けて、定期的あるいは菌数が定めた定量的数値以上になったらサニテーションを行うなどの基準を設けておく。
  c)サンプリング方法や場所を事前に決めておく。サンプリングバルブは二次汚染のない確実なものを選定する。
  d)装置の選定にあたっては、それぞれの装置の実験結果や過去の実績から判断する。装置能力にどの程度の安全率を見込むかは一概には決められないが、通常は実験値の50％程度の能力に設定するのが適切と考えてよい。
• 浸漬型紫外線殺菌装置：
  a)配管ライン中間工程において、貯水タンク内を紫外線ランプにより常時照射しておくことで微生物の増殖(スライムの形成)を防止する。
  b)紫外線が満遍なく照射されるようにランプを配置する。
  c)ランプが水の外で空点灯にならないように配置する。
  d)ON/OFF制御など極力行わない(ランプの寿命が極端に短くなる)
• 紫外線タンク照射殺菌装置
  a)糖液や異性化糖などのタンク上部に設置し、タンク内の液面やタンク天面・壁面に常時紫外線を照射することにより、気液(空気と液の境目部分)、結露部分での微生物の増殖を防止する。
  b)糖タンクにおいて微生物が増殖するのはタンク内の結露部分や、それが滴下してできた糖表面の甘水部分である。この部分に紫外線を常時照射し、微生物の増殖を防止する。
  c)貯蔵タンクでの糖液への表面照射では、等の紫外線透過性が悪いので液内部の殺菌は難しい。
  d)装置には外照式と内照式があり、内照式の場合、破損などの安全性の面から紫外線透過樹脂製のものを使用している。
• 容器・包材殺菌装置：
  a)容器・包装の殺菌では、それら対象物の形状に合わせて紫外線照射量を設定しなければならない。
  b)外径サイズがΦ 28樹脂キャップの底面では平面の1/2以下の紫外線強度しか得られないため、平面で照射する場合の倍以上の照射量が必要となる。また、ウイングやねじ山などの関係から、ランプの配置(本数、外径サイズ、位置)にも配慮しなければならない。
  c)包材照射では、過照射による樹脂の変形を原因とするシール不良やにおい、着色などの問題もさけなければならない。
  d)特にキャップやPETボトルへの紫外線過照射は、トルクが変化しシール不良の原因になる。
  e)ランプのコードやコネクタなども、紫外線により劣化しない材質のものを使用しないと、製品への異物混入などの問題が生じる。
  f)ランプの熱による変形や、樹脂の軟化にも注意が必要である。
  g)樹脂粉やアルミ粉の装置への付着は、製品に混入する恐れがあるため、定期的なチェックとライン全体のクリーニングやメンテナンスが必要である。
• 製品への直接照射殺菌装置：
  a)主に卵やかまぼこ、はんぺんなどの練り製品等に使用されている。
  b)製品に匂いがついたり、変質しないように注意する必要がある。
  c)装置は分解洗浄しやすく、ランプ破損時の対策が施されているものでなければならない。ランプに保護石英などを使用した場合、これらの破損を検知するシステムを考慮しておく必要がある。
  d)ランプの特性上、消灯後、再点灯する場合、出力がピークになるまでにどれだけの時間が必要なのかを明確にする。特に、ランプ新品時と寿命では立上り時間が大きく変化するの、で、注意する必要がある。
• 製造装置、製造環境への照射殺菌装置：
  a)製造装置(スライサなどのカッタの刃やコンベヤの表面等)に紫外線を照射して、微生物の増殖を防止する。
  b)その他、キャップ搬送用エアの殺菌、キャップホッパなどの無菌保持や搬送用コンベヤの表面殺菌、洗浄装置などのボックスやトンネル内の無菌化、湿度調節機の加湿ボックス内部の無菌化に使用される。

【要点】

紫外線照射量(μw・sec/cm²) = 紫外線照射強度(μw/cm²)×照射時間(sec)

∴紫外線による殺菌は、照射強度が小さい場合は時間を、時間が短い場合は照射強度を増やせばよい。

紫外線殺菌装置の使用例と使用効果について表4.にまとめる。

【テスト諸元】

• 使用ランプ：SGL－1000T5 　4本
• 殺菌麺までの距離：15(mm)、30(mm)
• 照度：50,000(μw/cm²) 、25,000(μw/cm²)
• 環境温度、湿度：25(℃)、45(％)
• 使用菌：Aspergillus niger胞子
• 各条件：以下表に示す

【各条件】

【テスト結果】

代表的な微生物の紫外線耐性を表5.に示す。

　DNライティング(株)　紫外線ランプ総合カタログより応用例を引用