アクアガス技術は、生物系特定産業技術研究支援センター（当時名称）の平成15年度新規課題として生物系産業創出のための異分野融合研究支援事業に採択され、平成19年度まで5年間「アクアガスを用いた高品質汎用食材の新規調製技術の開発」での研究開発を実施した。この事業では、（独）食品総合研究所（当時）、（株）タイヨー製作所、女子栄養大学、（株）ローズコーポレーション、（有）梅田事務所の5機関でコンソーシアムを組織して実施し、事業終了後も、この5機関を核にしてアクアガス技術普及協議会を組織し、アクアガスの加熱システムの開発・改良、食品加工への用途開発を継続して推進してきた。その中で食品加工分野での認知度も上がり、新たな加熱媒体として技術面での評価（（社）日本缶詰協会（当時）、（社）日本食品科学工学会、（財）飯島記念食品科学振興財団（当時）の各技術賞受賞など）も受け、装置の普及についても少しずつ進んできている。
　アクアガス技術開発のプロジェクトの当初の達成目標は高品質の農産物の一次加工技術を確立することであった。カット野菜やカット冷凍野菜などの農産物を一次加工した食材が、利便性を求める消費者のニーズから増加している。これらの食材の鮮度保持に、機能性包材などが用いられているが、最近では生鮮食品の微生物汚染などへの対応や調理用の食材としての利用のための前処理として、これらの農産物の加工素材の殺菌処理や自己酵素の失活を行うブランチング処理などを行うことが注目されており、その技術としてアクアガスは従来から検討していた過熱水蒸気をベースに開発されたものである。
　過熱水蒸気は、比較的古くから乾燥装置の熱媒体として用いられている。水蒸気で乾燥することは、奇異に感じるかもしれないが、水蒸気密度が低く、高い温度に加熱された過熱水蒸気中へは水が蒸発してゆき、試料が乾燥される。試料を投入した直後では、試料の表面温度が低いために、過熱水蒸気中の水蒸気が表面に凝縮することで、潜熱により試料に大量の熱を与え、その後も過熱水蒸気からの熱が対流による伝熱と放射熱により与えられることで効率的な加熱が可能である。このような過熱水蒸気の特徴は従来の茹で処理や飽和水蒸気での殺菌や調理加工で欠点とされる吸水による素材の物性低下や水溶性成分の溶出などが生じにくいなどの特徴を持つ。ここではまず過熱水蒸気の特徴と食品加工（主に殺菌技術）への応用例について簡単に紹介し、その後に、我々が開発したアクアガスについて、その基礎特性と食品加工への応用事例について紹介する。

水蒸気は間接加熱の熱媒体としてもまた湿熱雰囲気の直接加熱として最も一般的な加熱媒体として古くから利用されてきた。この水蒸気は飽和水蒸気と呼ばれるもので，蒸発または沸騰によって発生した蒸気のことで，大気圧の場合は100℃で発生する蒸気である。この飽和水蒸気を二次加熱することで得られるのが過熱水蒸気である。ボイラーで発生された飽和水蒸気を二次加熱する方法として、①オイル燃焼方式、②ガス燃焼方式、③電気加熱方式などがある。また飽和水蒸気を経ないで、水を直接、誘導加熱等で高温に熱した熱交換体を通じて水蒸気化する方法や深夜電力等を利用して蓄熱した熱交換層を通じることで過熱水蒸気を発生する装置などがある。簡単に使用目的を述べると乾燥、減容化、熱反応（食品の調理加工・殺菌、有害物質の分解や脱臭）、抽出、炭化などであり、それぞれの用途に応じて常圧においては120℃程度から800℃程度までの温度帯で利用されている。
　過熱水蒸気の特徴を簡単に述べると以下のようになる。

香辛料などの殺菌は、過熱水蒸気の特徴を活かした殺菌方法と言える。香辛料などに多く含有される耐熱性胞子は殺菌に高い温度を必要とし、かつ、乾熱状態ではその耐性は湿熱状態よりも高いため、香辛料のような香りを保持することが不可欠な素材では効率的な殺菌が出来ない。また液中等の加熱処理では、その香り成分が溶出し、素材そのものの品質が劣化することで使用できないのが現状である。そこで、高い温度雰囲気を湿熱状態で発現させ、さらに水蒸気の対象物表面での凝縮による湿熱状態での迅速な温度上昇を生じさせるシステムは、短時間に効果的にこれらの耐熱性菌を減少させることに成功している^１）。一例を挙げると1.5気圧、140℃、4秒処理でのパプリカ（粒）の耐熱性菌（初発菌数：7.6×10³CFU/g）を検出限界未満に、また6気圧、184℃、10秒の処理で、黒こしょう（粒）の耐熱性菌（初発菌数：7.6×10⁵CFU/g）を4×10²CFU/gまで減少させている。これらの殺菌システムは香辛料をはじめ、穀類や乾燥農産物などの殺菌処理に用いられている。これらのシステムは、水蒸気密度を高くして、高温での短時間殺菌を行なうために加圧過熱水蒸気を用いている。
　また食品表面殺菌について水産乾製品が試料として検討されている^２）。水産乾製品は重要な水産食品の一つであり、あまり高い乾燥温度では、タンパク質の熱変性等で硬化し食感が損なわれ、低温での乾燥では微生物繁殖の恐れもある。さらに次亜塩素酸溶液などによる浸漬殺菌も一般的には実施されておらず、微生物の大部分は素材表面の複雑な形状からオゾン殺菌や紫外線殺菌などでは殺菌効果が十分ではなく、表面の色調の劣化や異臭の問題等もあり用途は限定的であるという。現状では乾燥工程や塩類および糖類の添加によって水分活性を低下させて微生物の繁殖を防いでいるが、殺菌効果は十分ではなく水産乾製品の効果的な殺菌技術が切望されていると検討の背景を述べている。過熱水蒸気での表面殺菌効果について検討したところ、サケ乾燥品やスルメからはKocuria属やStaphylococcus属の乾燥に強い菌種が検出され、過熱水蒸気温度120℃および180℃で1分以下の処理で十分な殺菌効果が得られたが加熱による硬化が起きた。スリットより過熱水蒸気を短時間照射するシステムを検討し、過熱水蒸気温度170℃および225℃で5cm/sのコンベアスピードでは菌数が2logCFU/g以上減少し、色や硬さにも影響が少ないことが報告されている。これらの検討結果をもとに、実用化が検討されているという。

青果物の処理とは異なるが、非加熱加工食品である漬け物（浅漬け）製造において、製造および保存中の微生物を制御することを目的に、白菜を試料とした場合の過熱水蒸気での微生物制御について検討されている^３）。この検討結果を要約する。
まず、白菜の付着微生物挙動については、5logCFU/g以上の一般細菌が常在しているが、それらの微生物は、中葉部よりは外葉部に、白菜の根もとよりは先に多く分布し、そのほとんどは表皮に付着し、組織内部からは認められなかった。この結果から、効果的な表面殺菌の実施により、白菜の付着微生物のほとんどを殺菌できることが期待される。殺菌処理を検討したところ、過熱水蒸気温度110～130℃で処理時間10秒での処理で付着するグラム陽性菌、グラム陰性菌および硝酸還元菌を2.5logCFU/g以下まで低減できたとしている。とくに過熱水蒸気温度130℃、10秒では付着微生物を4.4logCFU/g低減でき、乾熱処理や従来の洗浄殺菌剤処理（1.3～2.2logCFU/g）に比べ高い殺菌作用が認められたという。いずれの処理も白菜の物性や色調に大きな影響を与えなかった。これらの検討は、浅漬けでも微生物制御の一つの方策でもある添加食塩の低減などの面でも期待できる。次にアクアガスについて説明する。

食材を過熱水蒸気雰囲気に投入してからの過程は、乾燥特性から見ると、伊與田らが報告している①凝縮過程、②蒸発復元過程、③蒸発乾燥過程からなる「凝縮から蒸発への反転過程」^４）と見なされる。この経過での食材の重量変化を図１に示す。加熱初期では表面を水蒸気の凝縮による水層が存在し湿った状態で潜熱の形で熱が伝達されることであり、これが食材などの表面の短時間殺菌に利用できる。さらに、その後の処理工程で農産物を長期間貯蔵するのに不可欠な農産物中の自己酵素の失活などに必要な加熱処理を進める際にも、食材表面に形成された水層が蒸発している過程においては、食材重量の減耗を生じることなく、効率的な調理工程が設定できる。このような過熱水蒸気の特徴を食品加工に効率的に利用するシステムとして開発したのが、アクアガスの加熱システムである。その発生機構は、図２に示すように、常圧で、115℃前後に温度保持した加熱空間（チャンバー）中に、配管内で加圧・加熱した水を高速で噴霧し、115℃前後の微細水滴を含んだ過熱水蒸気雰囲気を発生させるものである。この微細水滴を含んだ過熱水蒸気雰囲気をアクアガス®と呼称している。 微細水滴の存在が同じ温度の過熱水蒸気より熱伝達の効率が良い理由として、図３に示すように微細水滴による食材表面の凝縮水層の攪乱効果があると考えている。この115℃の過熱水蒸気（気体状態）と約100℃前後の微細水滴（液体状態）の２相混合状態を安定的に調整することがアクアガスでの最も重要な制御機構である。
　このアクアガス状態のためには、熱水を噴霧するノズル形状と熱水の供給水量が重要な因子である。図４にノズル内外圧および温度から計算された理論水蒸気流量と実際に装置に供給された水量を示す。ノズル内圧が低い場合は供給水量と理論水蒸気流量は一致したが、ノズル内圧が上昇し水蒸気噴流が音速に達する（図ではノズル圧力が0.18MPa付近）と実測供給水量が理論水蒸気流量を上回ることが確認された。また給水量と理論水蒸気流量から計算された水/水蒸気の比は熱収支測定から得られた比と良く一致し、この結果から、ノズルの圧力と供給水量の調整により、アクアガス状態の設定が可能であると判断している。次に開発したアクアガス技術の応用事例を紹介する。

アクアガスおよび過熱水蒸気にてキュウリの加熱を行い殺菌効果について検討した結果を図５に示す。処理条件は温度115℃、処理時間30秒、60秒とした。アクアガスおよび過熱水蒸気ともに30秒間の加熱で一般生菌数を2logCFU/g以下に減少させることができ、また60秒間加熱された試料からは一般生菌は検出されなかった。加熱中の試料表面温度を測定したところ、アクアガスでは過熱水蒸気と比較して速やかな温度上昇が見られ、このためアクアガスは更に高い殺菌効果を示したものと考えられた。加熱処理後の試料の物性や色彩を測定した結果、図６に示すように物性の指標として破断応力を破断歪率で除した数値は、生のキュウリに近い値であり、30秒間加熱した試料についてはほぼ生野菜としての品質が保たれていると判断された。この結果は、図７に示すように野菜表面を迅速に湿った状態で殺菌温度まで上昇させ、さらに凝縮水層で微生物を洗い流すことで高い殺菌効果を与え、さらに直ちに冷却することで、内部まで品温が上がらずに、物性が保持されると考えている。
　生野菜に近い品質を残して、短時間処理で素材表面の微生物を殺菌する用途が適用できる素材としてはニンジン、キュウリ、キヌサヤ、ブロッコリー、カリフラワー、グリーンアスパラガスなどが挙げられる。これらの短時間加熱殺菌処理素材はサラダ、マリネ、カルパッチョなどが想定されて、後述するポテトサラダの結果は、短時間処理したニンジン、キュウリなどの利用例とその際の日持ち性向上を示すものである。アクアガスコンソーシアムにおいて、アクアガスの調理適用を進めてきた女子栄養大学では、調理の前処理としての短時間加熱処理での殺菌や解凍などについて、食材の品質の保持と殺菌効果を確認して、利用できる食材やそれを用いた調理レシピなどの提案を行っている。図８～９にその一例を示す。

ジャガイモは流通量の季節変動が大きく長期保存技術の開発が求められている。ジャガイモの品質低下に関わり耐熱性の高い酵素、ペルオキシダーゼに対する加熱失活効果について検討した。その結果、加熱の進行とともにジャガイモの表層部から温度が上昇しペルオキシダーゼの失活が進行し、25～30分間の加熱処理によりジャガイモ中のペルオキシダーゼがほぼ失活した。内部酵素の失活時間については差が認められなかったが、必要であった加熱処理時間でのジャガイモの表面の構造や処理後の重量変化（歩留まり）については、熱水処理、さらに過熱水蒸気処理よりも高い品質を認めた。葉菜類やカット処理した食材など、内部まで伝熱速度の速い形態であれば、より品質の劣化を抑えて、酵素失活が可能と考える。

これまでに試験研究型から厨房型、大型バッチ装置、さらに大量生産用連続処理装置の開発を進めている。ここでは、いつくかの装置（システム）について紹介する。試験研究型の特徴の一つとしては、給水量と加熱制御の組合せにより、飽和水蒸気、アクアガス、過熱水蒸気の各加熱媒体を連続的に変換することが可能である。厨房型装置は短時間加熱殺菌仕様としてスライドシャッター方式のトビラを採用していて、スライドトビラを引き出し、食材をセットする際、加熱室はシャッターにて外部と遮断され定常状態が保たれる。消費電力も10kW（3相200V）と省エネルギー化を実現している。また一般的なスチームコンベクションオーブンなどの厨房用加熱装置に比べて高価であることが課題であったが、スチームコンベクションオーブン等を製造販売している厨房機器メーカーが汎用性の高い厨房用の装置を製造販売している。また大型装置への対応としては、ボイラー蒸気を利用した熱交換機を開発し、大型化による消費熱量の省エネルギー化を実現している。

過熱水蒸気の特長を生かし、農産物の殺菌や調理加工中の加熱効率の向上と加熱処理中の目減り防止、品質保持の効果を改善したアクアガスについて紹介した。調理加工での活用については今後高齢者食や病院食などの安全性が高い食材や食品のニーズが高まる状況で、厨房機器のコスト低減化などの検討が進むことで今後さらに利用が進むことを期待している。

１.　食品工業に於ける加圧水蒸気と過熱水蒸気の利用、塚田　直、日本食品工業学会誌、Vol.31、1984、p.536-545

２.　阿部茂、宮下和夫、過熱水蒸気および高温空気による水産乾製品の表面殺菌、日本食品科学工学会誌､53､7,373-379（2006）

３.　小野和広ら、白菜付着微生物に対する過熱水蒸気の殺菌効果、日本食品科学工学会誌､53､3,172-178（2006）

４.　伊輿田浩志，西村伸也，野邑奉弘，過熱水蒸気乾燥における凝縮から蒸発への反転過程，日本機械学会誌論文集，Vol.63，No.8，p.170-176（1997）

５. 五月女格、坂本普子、竹中真紀子、小笠原幸雄、名達義剛、五十部誠一郎、微細水滴を含む過熱水蒸気の伝熱・乾燥特性、日本食品工業会誌、6（4）、229-236（2005）

６.　特許第4336244号、被加熱材料の加熱方法およびその装置、梅田圭司、名達義剛、宍戸弘、丸山量、小笠原幸雄、山本巧、五十部誠一郎、平成21年9月30日（2009）

７.　商標登録第4789539号、アクアガス、梅田事務所、平成16年8月24日（2004）

８.　五月女格、小関茂樹、鈴木啓太郎、五十部誠一郎、山中俊介、小笠原幸雄、名達義剛、微細水滴を含む過熱水蒸気処理による野菜の高品質殺菌処理、防菌防黴、33（10）、523-530 （2005）

９.　殿塚婦美子、長田早苗、谷　武子、根岸由紀子、奥崎政美、香川芳子、アクアガス加熱食材の基礎的調理加工特性に関する研究（第1報）ブロッコリーについて、日本食生活学会誌、16（3）、242-248（2005）

10. 五月女格、鈴木啓太郎、小関茂樹、坂本普子、竹中真紀子、小笠原幸雄、名達義剛、五十部誠一郎、微細水滴を含む過熱水蒸気によるジャガイモの一次加工処理、日本食品科学工学会誌、53（9）、451-458（2006）

11. 山中俊介、五月女格、津田升子、竹中真紀子、小笠原幸雄、名達義剛、五十部誠一郎、微細水滴を含んだ過熱水蒸気の殺菌効果の評価と食品調理加工への応用、防菌防黴、35（6）、 341-349（2007）

12. 殿塚婦美子、長田早苗、谷　武子、根岸由紀子、奥崎政美、香川芳子、アクアガス加熱食材の基礎的調理加工特性に関する研究（第2報）枝豆の加熱法・加熱時間による物性および色調について、日本食生活学会誌、18（3）、254-264（2007）

13. 長田早苗、殿塚婦美子、谷　武子、根岸由紀子、奥崎政美、香川芳子、アクアガス加熱食材の基礎的調理加工特性に関する研究（第3報）だいこんについて、日本食生活学会誌、18（3）、223-230（2007）

14. 殿塚婦美子、長田早苗、谷　武子、根岸由紀子、奥崎政美、香川芳子、アクアガス加熱食材の基礎的調理加工特性に関する研究（第4報）さといもについて、日本食生活学会誌、19（3）、214-223（2008）

15. 長田早苗、殿塚婦美子、谷　武子、根岸由紀子、奥崎政美、香川芳子、アクアガス加熱食材の基礎的調理加工特性に関する研究（第5報）にんじんについて、日本食生活学会誌、19（3）、239-246（2008）

16. Sotome,I., Takenaka,M., Koseki,S., Ogasawara,Y., Nadachi,Y., Okadome.H. and Isobe,S., Blanching of potato with superheated steam and hot water spray, LWT-Food Science and Technology, 42, 1035-1040（2009）

17. Sotome,I. and Isobe,S., Food processing and cooking with new heating system combining superheated steam and hot water spray, JARQ, 45（1）, 69-76（2011）

18. 五十部誠一郎、小笠原幸雄、根岸由紀子、殿塚婦美子、アクアガス（微細水滴含有過熱水蒸気）システムの開発と農産加工への応用、日本食品科学工学会誌、58（8）、351-358（2011）

19. 特許第4900779号、アクアガスを用いた農産物のフード供給システム、五十部誠一郎、小笠原幸雄、根岸由紀子、山中俊介、名達義剛、平成24年3月21日（2012）

五十部　誠一郎（イソベ　セイイチロウ）
日本大学教授（生産工学部マネジメント工学科）・博士（農学）

略歴：北海道大学大学院農学研究科農業工学専攻修士課程修了（1984）、農水省食品総合研究所配属（1995年）、科学技術庁在外研究員（米国テキサス州ヒューストン・ベイラ医科大学）（1992-1993年）、食品工学部製造工学室長、食品工学研究流域長、筑波大学大学院教授（連携大学院）を経て、2013年3月退職。2013年4月日本大学教授として採用。
研究分野：フードビジネスマネジメント（高効率・高付加価値化）、食品工学、食品科学等
関係学会・団体：日本食品科学工学会、日本食品工学会、日本フードサービス学会、日本機能水学会、日本防菌防黴学会、農業施設学会
業績：日本食品科学工学会平成24年度学会賞（技術賞）、平成23年度科学技術の分野の文部科学大臣表彰（科学技術賞研究部門）他