食品の加熱殺菌(パスツール殺菌)

100℃以下の殺菌(パスツール殺菌)

 食品の加熱殺菌を大別すると、パスツール殺菌とレトルト殺菌に分けられる。この記事ではパスツール殺菌について説明する。

 パスツール殺菌の名前は微生物学の創始者であるフランス人のパスツールの名前から来ている。パスツールが自然発生説を否定した実験で、白鳥型のフラスコの加熱殺菌に用いた温度帯が100℃以下であったため、この名前が付けられている。次の記事で説明するレトルト殺菌が100°C以上の殺菌なので、100°C以下での食品の殺菌をパスツール殺菌と呼ぶ。

 

パスツール殺菌の条件として、日本の食品衛生法上(通知)では、食品の中心温度63°C、30分以上と定められている。また、75°C 1分も、63°C30分と同等の加熱条件とされている。

なぜ、パスツール殺菌の加熱温度は63℃なの?

 なぜ63°Cが微生物のパスツール殺菌温度なのか?このことを理解するためには、まずはタンパク質の変性温度を理解しておく必要がある。タンパク質は温度を上げていけば立体構造に柔軟性が出てくる。このため、例えば酵素活性などは、温度が高いほど活性は上がっていく。しかし、これも限界があり、ちょうど60°ぐらいになった時にタンパク質の立体構造が緩みすぎてその構造が元に戻らなくなる。すなわちたんぱく質の熱変性である。この温度が大体60°C付近である。。タンパク質が変性すれば微生物もタンパク質でで構成されているので死滅する。従って60°C付近が微生物を殺菌するための加熱温度条件の最も低い適正温度帯ということになる。

 これ以上温度高くすればもっと殺菌効力は高まるのだが、タンパク質の熱変性が進行しすぎると味に影響が出てくる。例えばステーキなどを想定して見た場合、ステーキの真ん中の赤身がちょうど赤から白にギリギリで変わるぐらいがこの温度帯である。これ以上高い温度で長い時間、つまりステーキでヴェルダンにしてしまえば、殺菌としては完璧であるが、肉が固くなりすぎて、美味しいステーキにはならない。したがって、この63°Cという温度は タンパク質の変性が過度に進まない程度で、なおかつ微生物を殺菌する最低の温度帯と言える。

なぜ、パスツール殺菌の加熱時間は30分なの?

 では次になぜ30分なのか?その根拠は?厚生労働省などの資料をこのページ運営者が探した範囲では、明確に30分の根拠の記載があるものは見当たらなかった。そこで海外の状況からこの問題を考えてみることとする。
 米国の FDA では対象とする食品ごとに加熱温度や時間の設定が異なる。例えば、リステリア菌を標的とした  Ready to eat 食品での条件では、6 D 殺菌ということが定められている。

 ここで6 D の意味を理解するためにD値の説明をしておく。D値とは、微生物を殺菌して菌数が減っていく際に、元の菌数の1/10の菌数になるために必要な時間である。例えば63°でのD値が3分である場合、3分で107の菌量が106にまで低下するという意味である。

 ではなぜ米国のの FDA ではリステリア菌を標的とした Ready to eat 食品での殺菌を6 D 殺菌と定めているのだろうか?まず食中毒の発症菌量の観点から考えてみる。仮に加熱前の Ready to eat 食品に107/gのリステリア菌が存在していたとしても、6 D 殺菌をすれば101/gとなる。リステリア菌の最小発症菌量は105から106/gと考えられているので、これらの食品の殺菌直後では少なくとも最小発症菌量よりもはるかに低い数字となる。もちろんチルド流通の時間や温度管理不備などの流通での状況により菌数が増えるので、流通条件によってはワーストケースを想定すれば6 D殺菌よりもより高いD値での殺菌が必要となろう。この場合は、5℃で10日での賞味期限の場合を想定していうる。このようににパスツール殺菌における殺菌条件の D の数というのは殺菌前に存在している病原菌の数の現実的な想定の平均値および殺菌庫の温度条件や流通日数、賞味期限などを考慮して決定される。
 ちなみに、米国ではリステリア菌のゼロトレランスポリシーにより25 g あたりにリステリア菌が検出されてはならないとされているの。この観点で殺菌条件を考えるならば、例えば Ready to eat食品の加熱前に置いて 104/gのでリステリア菌が存在していた場合に6D殺菌をかければ10-2/gになる。つまり100 gあたりで検出限界以下ということになる。すなわちこの6D殺菌というのは加熱前の Ready to eat食品のリステリア菌菌数が最大でも 104/gを想定しているということになる。

以上を理解した上で、日本の食品衛生法における63°でのパスツール殺菌の30分という長さの意味を考えてみたい。リステリア菌の63°Cでの D 値は約2.8分である。 米国方式で6D殺菌で考えるならば、2.8分×6=17となり、17分間に相当する。したがって30分であるならば、リステリア菌で計算すれば11 D 殺菌に相当する。1 gあたりに病原菌が存在してもワーストケースでも107/gであるために、30分という加熱時間は十分すぎるほどの殺菌時間であることが分かる。なおリステリア菌以外はどうかという疑問も入るであろう。リステリア菌も他の病原菌もリーチはあまり変わらない。この点については後述する。

 

Z値とは?自分で同等の殺菌条件を計算する際に必要

 さてここで加熱殺菌を考える上で避けて通れない Z 直の説明をする 。 Z 値を学んでも使い道があるのか?と考える向きもあるかもしれない。しかし下記に述べるように 、Z 値が理解できていないと、食品の現場での殺菌条件を色々と変更していく際に、実用的な運用ができなくなる。是非とも理解していただきたい。ただしここではあまり難しく理論だけを説明するつもりはない。まず難しく定義で言えば Z値の定義は次のようになる 。

Z値とは:D 値を 10 倍に変更するのに必要な温度(摂氏または華氏)

この定義だけを何遍読み返しても、これがどこに役に立つのか分からないであろう。したがって実際の実例で説明をしてみたいと思う。

 今、工場で 山田さんが63°C30分の殺菌条件を、少し温度を上げて、短い時間殺菌をしたいと考えている。例えば71°Cに温度を上げた場合には、30分に相当する時間は何分などのだろうか?この答えを出すために必要なのは Z値 である。71°Cは63°Cより8°Cだけ温度が高い。ここで Z 値=8という数字を頭に入れておくと便利だ(一般的に100°C以下での Z 値は、5から8である。ここでは初心者コースなので、とりあえず100℃以下ではZ値=8とだけ理解しておくと良い)。したがってここでは Z 値8なので71°Cでは63°Cよりも8°C高いので、71°での殺菌の時間は30÷10=3分で済むということになる。これが Z 値の考え方である 。

Z値をつかって、63℃30分と75°C1分の関係を、計算で確かめる

 上に述べた例で、Z 値の意味が理解できたと思う。では次に Z 値を使ってもう少し実用的な計算をしてみよう。先ほどの例では、たまたま63°よりも8°高い温度の71°での計算を行ったので、単純に答えが出た。ここでは63と30分に相当する殺菌時間を任意の温度で計算してみよう。その計算の例として、次のような問題について考えてみよう。

 厚生労働省のパスツール殺菌では63°30分もしくは75°1分を推奨している。ではここでは63°30分と75°1分がそれぞれ同じ程度の殺菌レベルなのかにすてい、Z 値を使って計算で確かめてみよう。まず下記の式を理解する。

求める殺菌時間(分)=30分×10(63℃ー求めたい温度)/8°C

 Z値 の定義上、任意の温度での殺菌時間は、63°C、30分に比較して、どのようになるかについては、上記の式で求めることができる。例えば75°を上記の式に入れて計算してみれば、求める時間は 0.96分となる。従って厚生労働省が推奨している63°30分は、ほぼ75°では1分ということが理解できる。

 このように、上記の計算式を理解していれば自分たちの工場で本土を変えた場合に63と30分に相当する時間を計算することができる。

marumaru

微生物によってD値はどれくらい違うの?ー覚えておくと便利な数字3分

 ここまで説明してくると、読者の中にはD値とか Z 値というのは微生物の種類によって違うのでは?と疑問を持つ方も多いだろう。もちろん厳密に言えば微生物事によってD値や Z 値は違う。しかし、それは教科書的な話であって、この記事では皆様にも少し実践的な理解を伝えたいと思う。

 まず初めD値であるが、63°CでのD値を3分と覚えておくと良いだろう。上述したように63°という熱量は微生物の少なくとも栄養細胞タンパク質が変性する熱量なので、グラム陽性菌陰性菌にかかわらずmこの温度帯でのD値はだいたい3分程度になるわけである。一つ一つの細かな数字を覚えるよりも、63°Cでまずだいたい3分と理解しておくと実践的に役に立つ。

 次に Z 値であるがここでは初心者用なので詳細なことは割愛するが、これも微生物の種類によって若干の差は出てくる可能性はあるが、100°C以下の温度帯ではでは微生物の種類にかかわらず8℃で考えていけば良いと理解しとけば良い。ちなみに100°以上の温度帯では Z 値=10と覚えて送れば良い。具体的な例で言えば、次の記事で述べるレトルト殺菌、すなわち121°C4分に相当する殺菌は、例えば111°では、40分に相当するということである。

加熱殺菌や殺菌実験での留意事項

 最後に微生物の加熱殺菌を考える時に初心者がよく間違える点だけを指摘しておく。これまで述べてきた温度とか時間は、全て食品の中心温度ということになる。例えば肉を殺菌する場合に63°30分というのは肉の中に温度計を差.し込む。そしてそのど真ん中の部分が63°で30分に達した時の条件を言うわけである。肉を63と30分のお湯の中につけるという意味ではないことを理解しておく必要がある。

 同様に学生に実験をやってもらう時によく間違えるのは、例えばある温度条件で微生物の殺菌グラフを出す実験を指示をすると、学生によっては 微生物細胞の入った試験管を63°30分のウォーターバスに入れて、そこから測定をし始める学生がいる。これでは微生物の細胞の入った試験管の温度はその時点では63°にならない。瞬間にして63°30分に微生物細胞がさらされる実験条件を設定しなくてはならない。便利な方法は、例えば9.9ミリリットルの培養液をあらかじめ63°Cで加熱しておき、そこに0.1ml の微生物の培養液を入れるというやり方である。このようにすれば微生物の菌液は瞬時にして63°Cにさらされる。したがってこの時間を0タイムとして微生物の生存曲線を書くことができる。