土壌中の全線虫・細菌を消毒するための高温蒸気の運転パラメータの最適化：ボックス・ベーンケン設計の適用

Optimizing Operating Parameters of High-Temperature Steam for Disinfecting Total Nematodes and Bacteria in Soil: Application of the Box-Behnken Design.

• Da-An Huh
• Woo Ri Chae
• Hong Lyuer Lim
• Joung Ho Kim
• Yoo Sin Kim
• Young-Whan Kim
• Kyong Whan Moon

抄録

化学物質が環境や人の健康に及ぼす悪影響から、農薬の普及に対する懸念が高まっている。これを受けて、土壌の化学的消毒に代わる方法の開発が世界的に研究されています。化学的方法に代わる蒸気滅菌の効率は技術の進歩とともに向上しており、韓国の農業改良普及公社は蒸気滅菌の使用を推奨している。しかし、高温蒸気消毒の効果や運転条件についての研究はほとんど行われていない。本研究では、Box-Behnkenデザインを用いて、土壌中の全線虫と全細菌の費用対効果と除去効率を最大化するための高温蒸気消毒機の最適運転条件を提示した。実験データを重回帰分析を用いて2次多項式に適合させ、各モデルの決定係数（R2）は0.9279, 0.9678, 0.9979であった。最適条件は，蒸気温度 150.56 ℃，運転速度 1.69 m/min，噴霧深さ 15.0 cm，対応する望ましい値 0.8367 であることがわかった．モデルでは，これらの条件により，線虫除去効率 93.99％，細菌除去効率 97.49％，油消費量 70.49 mL/m の反応が予測された．蒸気消毒装置の最適条件では、線虫と細菌の除去効率が最大となり、油の消費量は最小となった。本研究の結果は、高温蒸気を用いた効率的な土壌消毒の基礎データとして活用できる。

Concerns about the widespread use of pesticides have been growing due to the adverse effects of chemicals on the environment and human health. It has prompted worldwide research into the development of a replacement to chemical disinfection of soil. The efficiency of steam sterilization, an alternative to chemical methods, has improved as technology has advanced, and the Agricultural Research and Extension Service in Korea recommends the use of steam sterilization. However, few studies have been conducted on the effects and operating conditions of high-temperature steam disinfection. In this study, we present the optimum operating conditions of a high-steam disinfector, to maximize the cost-effectiveness and removal efficiency of total nematodes and total bacteria in soil using the Box-Behnken design. The experimental data were fitted to a second-order polynomial equation using multiple regression analysis, with coefficients of determination (R2) for each model of 0.9279, 0.9678, and 0.9979. The optimum conditions were found to be a steam temperature of 150.56 °C, running speed of 1.69 m/min, and spray depth of 15.0 cm, with a corresponding desirability value of 0.8367. In the model, these conditions cause the prediction of the following responses: nematode removal efficiency of 93.99%, bacteria removal efficiency of 97.49%, and oil consumption of 70.49 mL/m. At the optimum conditions for the steam disinfector, the removal efficiencies of nematodes and bacteria were maximized, and the oil consumption was minimized. The results of our study can be used as basic data for efficient soil disinfection using high-temperature steam.