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紫外線殺菌

2.紫外線による殺菌・不活化

図-2 DNAの吸収特性

図-2 DNAの吸収特性


図-3 殺菌作用の分光特性

図-3 殺菌作用の分光特性

前述したとおり紫外線による殺菌の構造については、古くから研究されその報告も多数あります。しかし、まだ解明されない部分も多く、現在では一般に次の説明がなされています。

細菌はその細胞の中に核を持ち、遺伝情報をつかさどるDNA(デオキシリボ核酸)がその中に存在しています。このDNAの光の吸収スペクトルは図-2のように、260nm波長付近に吸収帯を持っています。また、紫外線の菌類への殺菌効果の波長特性は図-3に示すとおりですが、この2つの図を比較するとわかるように、DNAの吸収スペクトルと殺菌効果の波長特性は、非常に近似しています。

そこで、紫外線を細菌に照射すれば、細菌細胞内のDNAに作用して、水和現象、ダイマー形成、分解などの光化学反応をひき起こし、その結果、菌類が死滅に至るものと考えられています。なかでもDNAのチミンのダイマー形成が一般的な説となされ、図-3に示すように、260nm付近の波長をもつ紫外線の殺菌効果が最も高いとされています。

一方、人工的に紫外線を発生させる低圧水銀ランプについてはそのエネルギー分布を図-4に示しました。石英製ランプは、殺菌灯ガラスに比べて短波長域をよく透過し、また、殺菌効果の高い260nm付近の254nm光を効率良く発光していることから、この低圧水銀ランプが殺菌ランプとも呼ばれることが理解できます。

以上で述べたように、紫外線による殺菌は、すべての菌類に対して有効ですが、菌の種類(大きさ、形状他)や環境などにより紫外線に対する菌の感受性は大幅に違ってきます。例として、代表的な菌を99.9%殺菌するために必要な照射線量を表-2に紹介します。また、紫外線照射による菌類の生存率は、一般に次の式により求めることができます。

S=P/P0=e-Et/Q

S 菌類の生存率
P0 紫外線照射前の菌数
P 紫外線照射後の菌数
E 有効な紫外線照度(mW/cm²)
t 照射時間(秒)
Q 生存率Sを1/e=36.8%とするために必要な紫外線照射線量

図-4 低圧水銀ランプの分光分布

図-4 低圧水銀ランプの分光分布


表-2 各種の微生物を死滅させるために必要な紫外線照射量
微生物99.9%不活化に必要な紫外線照射量文献
No.学名和名検体(mJ/cm²)
グラム陰性菌(Gram-negative strains)1Proteus vulgaris Hau.変形菌培地3.81
2Shigella dysenteriae赤痢菌(志賀菌)培地4.31
3Shigella paradysenteriae赤痢菌(駒込BⅢ菌)培地4.41
4Escherichia coli communis大腸菌培地5.41
5Escherichia coli NBRC 3972大腸菌培地9.810
6Vibrio choleraeコレラ菌10.24
7Legionella pneumophilaレジオネラ属菌7.54
8Pseudomonas aeruginosa緑膿菌16.54
9Salmonella typhiチフス菌7.54
10Salmonella paratyphiパラチフス菌9.64
11Salmonella typhimuriumネズミチフス菌244
グラム陽性菌(Gram-positive strains)12Streptococcus hemolyticus (Group A-Gr.13)溶血連鎖球菌(A群)培地7.51
13Streptococcus hemolyticus (Group D, C-6-D)溶血連鎖球菌(D群)培地10.61
14Streptococcus faecalis R.腸球菌培地14.91
15Staphylococcus albus白色ブドウ球菌培地9.11
16Staphylococcus aureus黄色ブドウ球菌培地9.31
17Staphylococcus aureus NBRC 12732黄色ブドウ球菌培地9.410
18Bacillus mesentericus fuscus馬鈴薯菌培地181
19Bacillus mesentericus fuscus (spores)馬鈴薯菌(芽胞)培地28.11
20Bacillus subtilis Sawamura枯草菌培地21.61
21Bacillus subtilis Sawamura (spores)枯草菌(芽胞)培地33.31
22Bacillus subtilis (spores)枯草菌(芽胞)364
23Bacillus subtilis (spores) NBRC 3134枯草菌(芽胞)培地20.39
24Bacillus anthracis炭疽菌13.54
25Bacillus anthracis (spores)炭疽菌(芽胞)163.54
26Mycobacterium tuberculosis結核菌184
酵母 (Yeasts)27Saccharomyces cerevisiae untergar. Munchenビール酵母培地18.91
28Saccharomyces Sake日本酒酵母培地19.61
29Zygosaccharomyces Barkeri生姜酒モロミ酵母培地21.11
30Willia anomalaウイリア属酵母培地37.81
31Pichia miyagiピチア属酵母培地38.41
ウイルス(Virus)32Adenovirus 40アデノウイルス蒸留水907
33Poliovirus 1ポリオウイルス蒸留水127
34Rotavirus SA-11ロタウイルス247
35Hepatitis AA型肝炎ウイルス117
36Feline calicivirusネコカリシウイルス地下水217
37Coxsackievirus A-9コクサッキーウイルス海水367
38Bacteriophage Qβ (E.coli phage)ファージQβPBS547
39Bacteriophage MS2 (E.coli phage)ファージMS2蒸留水427
40Influenzaインフルエンザウイルス6.63
原生動物(Protozoa)41Cryptosporidium parvum原虫 クリプトスポリジウム127
42Giardia lamblia原虫 ジアルジア117
43Microcystis aeruginosa PCC 7006アオコ120-180(増殖抑制)6
44Nematoda線虫232.9(99%)5
かび(Mold stores)学名胞子の色主な繁殖場所
45Oospora lactisクリーム, バター10.22
46Mucor racemosus灰白34.22
47Penicillium roquefortiチーズ26.42
48Penicillium expansumオリーブリンゴ, 果物22.22
49Penicillium digitatumオリーブミカン88.22
50Rhizopus nigricans果物, 野菜2222
51Aspergillus glaucus青緑土, 穀物, 乾草88.22
52Aspergillus flavus黄緑土, 穀物1202
53Aspergillus niger全食品2642
54Aspergillus brasiliensis NBRC 9455全食品分散液4178
55Aspergillus niger NBRC 10649全食品分散液2618
  • [文献]
  • 1.河端俊治, 原田常雄, 殺菌灯による水の消毒, 照明学会誌, 36(3), pp.89-96, 1952
  • 2.河本康太郎, 紫外線による空気殺菌法とその効果, 食品工業, pp.33-40, 1970
  • 3.Kaufman, J.E, IES Lighting Handbook 5th Ed., 1972
  • 4.Water Environment Federation, Wastewater Disinfection. Manual of Practice FD-10, 1996
  • 5.N.Masamoto, et al., Removal Methods of Nematoda contained in the effluent of activated carbon, 2001W.W.C. of Int.Wat.Assoc., 2001
  • 6.酒井宏治ら, 紫外線によるMicrocystis aeruginosaの増殖抑制及びミクロキスティンの放出抑制, 日本水環境学会シンポジウム, 2007
  • 7.平田強編, 紫外線照射-水の消毒への適応性, 技報堂出版, pp.101-116, 2008
  • 8.吉野潔, 黒カビ(Aspergillus niger)を光照射の指標微生物として使用する際の条件の検討, IWASAKI技報No.21, pp.14-19, 2009
  • 9.吉野潔, 坂井徳浩, 岩崎達行, 芽胞形成菌の紫外線感受性, IWASAKI技報No.22, pp.9-12, 2010
  • 10.吉野潔, 紫外線殺菌における指標微生物の紫外線感受性(その3), IWASAKI技報No.26, pp.8-14, 2012
  • [本表取り扱い上の注意]
  • 1) 本表中の値は、様々な試験条件下で実施していますので厳密な相互比較は困難であることはご了承ください。
  • 2) 本表掲載の紫外線照射量は、出典記載の値から計算して出した値もあります。

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