作成： 1996/10/15 関口 正之
データ番号 ：010058
食品包装材料の放射線殺菌
目的 ：食品包装材料の殺菌と性能評価
放射線の種別 ：ガンマ線,電子
放射線源 ：ガンマ線照射装置(6000 Ci)、電子加速器(300keV,400keV)
線量（率） ：15-60kGy(5.6 kGy/hr)
利用施設名 ：食品総合研究所ガンマーセル(220型、AEC製)
照射条件 ：酸素濃度(0-21%)、温度(-200〜約60℃)
概要 ：
食品包装材料は、食品の包装前(無菌充填用)及び包装後(食品照射用)に照射される場合がある。食品包装材料における滅菌線量の設定方法と滅菌処理に伴う物理・化学的変化について述べた。特に、包装材料の放射線分解生成物に由来する異臭及び包装材料中の添加剤やその分解生成物の食品への移行は、食品の品質や商品性、安全性に影響を与えるため、その対策と現状について具体的事例により説明した。
詳細説明 ：
放射線照射を食品包装材料に使用する場合、無菌充填用包装材料の滅菌及び包装済食品の照射(食品照射)の2つのケースがある。いずれも、照射後の物理的変化や異臭の生成が小さく、添加剤や分解生成物の食品への移行や毒性物質の生成等の悪影響が許容範囲にあることが重要である。液体輸送や長期保存に使用されるバッグインボックス(外装が段ボール箱、内装がプラスチック袋からなる輸送用ワンウエイ容器)を無菌包装材料として無菌充填システムに組み込む際の滅菌方法を検討した。殺菌線量を算出するためバッグの付着菌数を測定した結果を図1に示す。
図1 Number of bacteria of unirradiated bags（原論文1より引用）
図から、殺菌前のバッグの36%で菌は検出されなかった。また、菌が検出されたバッグの73%は10個以下であり、最高でも100個以下であった。ロット間の菌数の変動も小さいことから、最高初菌数を100個と推定し、バッグ中のBacillus pumilusのテストピースの放射線抵抗性(D値：1.6kGy)から滅菌線量をログ式で求めた。その結果、空気中では13kGyとなった。しかし、初菌数はバッグの表面積により変動すること、ロットのばらつきを考慮して15kGyを滅菌線量としている。
照射によるバッグ材料のPE(ポリエチレン)-EVA(エチレン-酢酸ビニル共重合体)間、PE-PE間のヒートシール強度は、照射前にシールした場合は60kGyまで強度変化はなく、ポリエステル積層フィルムを照射後シールした場合のみ、60kGyでヒートシール強度の低下が認められた。滅菌線量では、いずれも十分な強度を保有している。また、 PEとEVAからなるバッグは照射により異臭の原因となる炭化水素、酢酸等の揮発性物質が発生し、同種のものでもグレード間で差が認められる。そのため、樹脂の製造や製膜方法、添加剤などが異なる9種類の低密度ポリエチレンについて、カルボン酸生成量(異臭の強さの指標)を比較した結果を表1に示す。
表1 各種低密度ポリエチレンフィルムのカルボン酸生成量の比較（原論文2より引用）
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酢 酸 プロピオン酸 n-酪 酸 n-吉 草 酸 計
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(μ/g) (%) (μg/g) (%) (μg/g) (%) (μg/g) (%) （μg/g)
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A 7.26 58.5 4.10 33.0 0.73 5.9 0.33 2.7 12.42
B 6.80 57.5 4.12 34.9 0.61 5.2 0.29 2.5 11.82
C 4.65 61.3 2.37 31.3 0.37 4.9 0.19 2.5 7.58
D 3.10 59.7 1.64 31.6 0.29 5.6 0.16 3.1 5.19
E 6.23 42.5 6.69 45.7 1.26 8.6 0.47 3.2 14.65
F-1 7.95 50.8 6.15 39.3 1.11 7.1 0.45 2.9 15.66
F-2 7.21 62.5 3.34 29.0 0.69 6.0 0.29 2.5 11.53
F-3 1.37 74.9 0.19 10.4 0.23 12.6 0.04 2.2 1.83
F-4 6.27 68.1 2.37 25.7 0.44 4.8 0.13 1.4 9.21
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表1より、添加剤無添加のフィルムのカルボン酸生成量は、樹脂の性質に大きく依存していた。抗酸化剤(BHT)添加フィルムのカルボン酸生成量は、無添加の約12%にすぎなかった。照射中の酸素濃度が5%以下あるいは照射温度が−75℃以下の場合、カルボン酸、アルデヒド、ケトンの生成量は減少し、また、電子線の方がガンマ線より照射に伴う揮発物質の生成は少なく、異臭抑制には材質酸化の低減化対策が重要である。
次に、照射による抗酸化剤の脂質性食品モデルへの移行について調べた結果を表2に示す。
表2 Effects of gamma irradiation on the migration of hindered phenol antioxidants(Irganox 1076, 1010, and butylhydroxytoluene) from plastic films into food simulants(10 d at 40℃ for water and the synthetic triglyceride HB307; 2 d at 20℃ for iso-octane).（原論文3より引用。 Reprinted with permission from Journal of Food Protection. Copyright(1993) held by the International Association of Milk, Food and Environmental Sanitarians, Ic., Des Moines, Iowa, U.S.A.）
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Polymerb Antioxidant Conc. Food Migrationc after absorbed dose of
(%) simulant (Unitd) 0kGy 10kGy 25kGy 50kGy
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PP 14C-I 1076 0.2 HB307 mg dm-2 1.0 0.7 0.5 0.2
14C-I 1076 0.1 HB307 % 12 10
I 1076 0.2 i-Octane mg dm-2 2.6 2.1 1.3 0.4
I 1010 0.2 i-Octane mg dm-2 0.8 0.3 <0.2 <0.2
14C-BHT 0.2 HB307 % 21 - 13 -
14C-I 1076 0.1 Water % 0.06 - 0.11 -
14C-BHT 0.2 Water % 0.25 - 0.95 -
EPC I 1076 - i-Octane mg dm-2 5.1 4.3 2.7 1.3
I 1076,
el.-irrad. - i-Octane mg dm-2 3.7 2.8 2.2 1.6
LDPE 14C-I 1076 0.05 HB307 % 49 - 44 -
14C-BHT 0.15 HB307 % 47 - 33 -
14C-I 1076 0.05 Water % 0.11 - 0.43 -
14C-BHT 0.15 Water % 0.53 - 4.6 -
HDPE 14C-I 1076 0.2 HB307 mg dm-2 1.3 1.0 0.7 0.3
14C-I 1076 0.1 HB307 % 18 - 15 -
14C-BHT 0.2 HB307 % 38 - 32 -
14C-I 1076 0.1 Water % 0.05 - 0.11 -
14C-BHT 0.2 Water % 0.28 - 1.05 -
HIPS 14C-BHT 0.2 HB307 % 0.28 - 0.24 -
14C-BHT 0.2 Water % 0.05 - 0.08 -
StPS 14C-I 1076 0.1 HB307 % 0.11 - 0.08 -
14C-I 1076 0.1 Water % 0.07 - 0.03 -
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この表より、LDPE、HDPE、PP中の抗酸化剤(BHT及びIrganox1076)の合成トリグリセライド(HB307)への移行は、25kGy照射で8〜28%減少し、線量の増加に伴い減少した。一方、イソオクタンへの移行量は、HB307より大きくなり、電子線とγ線照射で差は認められなかった。ポリオレフィンに添加したフェノール系酸化防止剤の蒸留水への移行量は、未照射に対し25kGyの照射で1.9〜8.7倍増加したが、HB307に比べ非常に小さかった。硬質PVC、PSフィルム中のBHTやIrganox1076などは、25kGy照射でHB307及び蒸留水への移行量に変化はなかった。
また、 PP中のIrgafos168及びその照射分解物トリス(2、4−ジ−t−ブチルフェノール)燐酸、Irganox1010は、10kGy照射後に食品モデルからは検出されなかった。しかし、Irganox1010の4つの照射分解物は、食品モデル中濃度がポリマー中より高く、食品への移行量は照射と共に増加した。このように、添加物及びその分解物の食品への移行量は、添加物の種類や量、食品の性状(脂質性や水溶性など)に影響を受けるので、個別に許容レベルの設定が必要である。
コメント ：
食品包装では、食品の保存期間の延長や、変質、吸湿の防止が重要な目的であり、これらは包装材料の湿気,水、酸素、ガス、紫外線、微生物などに対する物理的なバリアー性能と関連している。また、色々な性状の食品と接触するため香気透過性や耐アルカリ性、耐油脂性、耐熱耐寒性といった材料面での安定性や材料自身が無毒、無味、無臭であることが要求される。さらに、作業性や商品性の点からは機械適性、熱接合性、透明性、印刷適性といったことも重要である。放射線照射により包装材料を滅菌する場合、無菌充填用包装材料では、食品照射に比べ一般的に照射線量は高くなる。本研究では、バッグインボックス包装材料の微生物汚染の実態と滅菌条件の設定例を示し、得られた滅菌線量で材料の物性変化や異臭発生に及ぼす材料の構成、製造条件の影響を評価している。また、プラスチック包装材料中の添加物やその放射線分解物の食品への移行を脂質性食品モデルや蒸留水を用い評価し、照射した包装材料と食品の相互関係について食品に対する安全性という側面から検討を加えている。
原論文１ Data source 1：
バッグインボックス無菌包装システムの内袋殺菌方法について
角田 裕孝*、稲田 潤二**、東 敬子**
*大日本印刷(株)包装研究所、〒350-13 埼玉県狭山市上広瀬591-10、**農林水産省食品総合研究所、〒305 茨城県筑波郡谷田部町観音台2-1-2
包装研究、Vol.5、No.1, p19(1984)
原論文２ Data source 2：
プラスチック包装材料の放射線殺菌
徳岡 敬子、石谷 孝佑
農林水産省食品総合研究所、〒305 茨城県筑波郡谷田部町観音台2-1-2
Nippon Shokuhin Kogyo Gakkaishi, Vol.33, No.1, p70(1986)
原論文３ Data source 3：
Effect of Ionizing Radiation on Plastic Food Packaging Materials: A Review Part 1.Chemical and Physical Changes
R.Buchalla, C.Schuttler and K.W.Bogl
Irradaition of Food and Pharmaceuticals Laboratory, Institute for Social Medicine and Epidemiology, Federal Health Office(BGA), General-Pape-Str, 62-66, D-1000 Berlin 42, Germany,
J. Food. Protection,Vol.56, No.11, p998(1993)
参考資料１ Reference 1：
Effect of Ionizing Radiation on Plastic Food Packaging Materials: A Review Part 1.Chemical and Physical Changes
R.Buchalla, C.Schuttler and K.W.Bogl
Irradaition of Food and Pharmaceuticals Laboratory, Institute for Social Medicine and Epidemiology, Federal Health Office(BGA), General-Pape-Str, 62-66, D-1000 Berlin 42, Germany,
J. Food. Protection,Vol.56, No.11, p991(1993)
参考資料２ Reference 2：
Food packaging materials and radiation processing of food: a brief review
N. Chuaqui-Offermanns
Radiation Applications Research Branch, Whiteshell Nuclear Research Establishment, Atomic Energy of Canada Limited, Pinawa, Manitoba, Canada R0E 1L0,
Radiat. Phys. Chem., Vol.34, No.6, p1005(1989)
参考資料３ Reference 3：
Chemical Changes in Food Packaging Resulting from Ionizing Irradiation
D.W.Thayer
Eastern Regional Research Center, U.S.Department of Agriculture, Agricultural Research Service, Philadelphia, PA 19118
American Chemical Society Symp, Ser,, No.365, p181(1988)
参考資料４ Reference 4：
Searching for a strategy to gamma-sterilize portuguese cork stoppers - preliminary studies on bioburden, radioresistance and sterility assurance level
M.L.Botelho1, E.Almeida-Vara1, R.Tenreiro2, M.E.Andrade1
1.LNETI - Physics Department, P.O.Boc 21, 2686 Sacavem, Portugal, 2.FCL - Microbiology Group, R. Escola Politecnica, 1200 Lisboa, Portugal
Radiat. Phys. Chem., Vol.31,Nos 4-6, pp75(1988)
キーワード：包装材料、食品照射、放射線滅菌、無菌充填、照射臭、放射線分解、移行
packaging materials, food irradiation, radiation sterilization, aseptic filling, irradiation odor, radiation degradation, migration
分類コード：010401,010402