作成： 1997/10/11 河村 葉子
データ番号 ：020052
プラスチック包装材料の放射線殺菌
目的 ：プラスチック製食品包装材料の殺菌への放射線の利用とその問題点
放射線の種別 ：ガンマ線,電子
放射線源 ：60Co線源、電子加速器
照射条件 ：空気中、室温
応用分野 ：食品工業、殺菌、プラスチック
概要 ：
放射線の殺菌効果に対する微生物の種類、生理学的状態、濃度、照射時の温度、環境等の影響および放射線殺菌の利用状況とともに、食品用包装材料の放射線殺菌について、ガンマ線および電子線の利用例、照射による異臭の発生とその対応、包装材料の物性に与える影響等がのべられている。
詳細説明 ：
放射線の殺菌効果は微生物の種類、生理学的状態、濃度、照射時の温度、環境等により影響を受ける。微生物の種類では、グラム陽性菌はグラム陰性菌よりはるかに抵抗性が高く、また胞子形成菌は胞子を作らないものより抵抗性が高く、特に胞子は強い。また、真菌類では一般に酵母の方がカビより抵抗性が高い(表1)。また、同一菌株であっても、誘導期や安定期では抵抗性は高く、対数増殖期には急激に低下する。さらに、微生物の濃度が高いと放射線抵抗性が増加する。
表1 いろいろの微生物のD値（原論文1より引用）
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微生物 培地 D値
(kGy)
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Clostridium botulinum A 型 食品 4.0
Clostridium botulinum B型 緩衛液 3.3
Bacillus pumilus 緩衛液、嫌気下 3.0
Micrococcus radiodurans R1 ウシ肉 2.5
Clostridium welchii 肉 2.1〜2.4
Clostridium sporogenes 緩衛液 2.1
Clostridium botulinum E型 肉汁 2.0
Bacillus pumilus 緩衛液、乾燥、好気下 1.7
Bacillus stearothermophilus 緩衛液、好気下 1.0
Salmonella typhimurium 凍結卵 0.7
Streptococcus faecalis 肉汁 0.5
Salmonella typhimurium 緩衛液、好気下 0.2
Escherichia coli 肉汁 0.2
Pseudomonas sp. 緩衛液、好気下 0.04
Bacillus subtilis 緩衛液 2.0〜2.5
Aspergillus oryzae 緩衛液 0.43
Penicillium chrysogenum 緩衛液 0.40
Saccharomyces cerevisiae 緩衛液 0.20〜0.25
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照射環境の影響としては、極低温下では抵抗性が増大するが、加熱下では抵抗性が低下し殺菌効果が大きくなる。また、酸素濃度が高い方が殺菌効果も高く、窒素下では微生物の抵抗性が高まる。放射線殺菌は医療用品や飼料の殺菌に用いられている。
包装材料の放射線殺菌としては、バッグインボックスのガンマ線による殺菌が実用化されている。バッグインボックスの無菌包装用バッグは、ポリエチレンとエチレン・酢酸ビニル共重合体を重ね合わせ、四方をヒートシールした袋である。殺菌線量は、指標菌(Bacillus pumilus)のD値をもとに、15 kGyが適用されている。殺菌線量程度の照射であればヒートシール強度等の物性はほとんど変化しない。
電子線はガンマ線よりも透過力が小さいため、比較的薄いものや表面の殺菌に限られるが、線量率が極めて高く、安全性やコストの点でも優れている。小型の自己シールド型電子線照射装置(300〜550 keV)を使用して、プラスチック包装材料を殺菌したときの殺菌効果を調べた。包装材料としてはON/Al/MDPEの積層フィルム、厚さ134μmを1〜4枚使用し、その下にB.pumilusまたはB.subtilisを種々の濃度に塗布したシートを置き、300 keV、400 keVで20 kGyの電子線を照射した。
その結果、表2に示すように、400 keVで照射すると4枚透過(厚さ0.5 mm)が可能で完全殺菌できるが、300 keVでは透過枚数2枚(厚さ0.25 mm)まで完全殺菌できるが、3枚以上では殺菌不良が生ずることが明らかとなった。また、550 keVでは、厚さ1.2 mmまで可能であった。この実験で測定した吸収線量と殺菌効果との関係から、15 kGy程度の吸収線量があれば十分殺菌できると考えられる。
表2 軟包装材料における殺菌効果（原論文1より引用）
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包材1枚通過後 包材2枚通過後 包材3枚通過後 包材4通過後
の殺菌状態 の殺菌状態 の殺菌状態 の殺菌状態
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加速エネルギー 400keV 300keV 400keV 300keV 400keV 300keV 400keV 300keV
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シート付着菌数
101spores/cm2 ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ×
102spores/cm2 ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ×
103spores/cm2 ○ ○ ○ ○ ○ △ ○ ×
104spores/cm2 ○ ○ ○ ○ ○ △ ○ ×
105spores/cm2 ○ ○ ○ ○ ○ △ ○ ×
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○：生残菌0、△：一部生残菌有、×：殺菌不可
プラスチックに放射線を照射すると異臭が生じる。真空中でポリエチレンを照射すると、水素、炭酸ガスおよびC1〜C13の多数の脂肪族炭化水素を生成し、異臭成分は中鎖脂肪族炭化水素や数種の芳香族炭化水素が同定されている。一方、空気中で照射した場合には、酸化反応が起こり、脂肪族炭化水素のほか、アルデヒド、ケトン、カルボン酸が検出され、これらの化合物の異臭に対する寄与が大きいと考えられる。異臭の発生を少なくするための条件の検討を行った。9種類の低密度ポリエチレンを比較したところ、樹脂の性格によって生成量は異なり、BHTを添加すると無添加の12%に減少した(図3)。
また、酸素濃度を5%以下または照射温度を-75℃付近にして照射するとカルボン酸、アルデヒド等の生成が抑えられ、電子線の加速エネルギーを下げることでもカルボン酸の生成量は減少する。さらに、電子線照射の方がガンマ線照射よりカルボン酸等の生成は少なかった。
表3 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1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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(μg/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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ポリマーにガンマ線を照射すると、崩壊型ポリマーだけでなく、架橋型ポリマーでも酸素存在下では主鎖の切断がおこり、ポリマーの物理的強度が低下することもある。しかし、電子線では、50 kGy以上ではヒートシール強度が低下するが他の物性にはほとんど影響がなく、50 kGy未満ではいずれの物性もほとんど変化しないことが報告されている。また、20および60 kGy照射したところ、照射後ヒートシールすると60 kGyで強度にやや低下がみられたが、ヒートシール後の照射では影響はみられなかった。プラスチック包装材量の照射線量が15 kGy程度であることから、物性の低下はかなり抑えられるものと考えられる。
コメント ：
食品用プラスチック包装材料の放射線殺菌の効果と問題点が、明らかにされている。これらの研究を基に、無菌包装用包装材料の放射線滅菌は実用化が進んでいる。
原論文１ Data source 1：
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
日本食品工業学会誌、第33巻、第1号、70〜81 (1986)
原論文２ Data source 2：
プラスチック包材の放射線殺菌と無菌包装
徳岡 敬子
農林水産省食品総合研究所
食品工業、Vol. 29, No. 8, pp.18-25 (1986)
参考資料１ Reference 1：
IDENTIFICATION OF THE VOLATILES FROM LOW DENSITY POLYETHYLENE FILM IRRADIATED WITH AN ELECTRON BEAM
Keiko Azuma, Takashi Hirata, Hirotaka Tsunoda, Takasuke Ishitani, Yoshikazu Tanaka
National Food Research Institute
Agric. Biol. Chem., Vol. 47, No. 4, pp. 855-860 (1983)
参考資料２ Reference 2：
EFFECTS OF FILM VARIETY ON THE AMOUNTS OF CARBOXYLIC ACIDS FROM ELECTRON BEAM IRRADIATED POLYETHYLENE FILM
Keiko Azuma, Yoshikazu Tanaka, Hirotaka Tsunoda, Takashi Hirata, Takasuke Ishitani
National Food Research Institute
Agric. Biol. Chem., Vol. 48, No. 8, pp. 2003-2008 (1984)
参考資料３ Reference 3：
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、*農林水産省食品総合研究所
包装研究, Vol. 5, No. 1, 19-28 (1984)
キーワード：プラスチック、包装材料、放射線殺菌、無菌包装、異臭、揮発性物質、物性
plastic, packaging material, radiation sterilization, aseptic packaging, off-odor, volatiles, mechanical properties
分類コード：020406, 010401