電子線照射によるポリエチレンフィルムからの揮発性物質の生成

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作成： 1997/10/15 河村　葉子データ番号　　　：020053 電子線照射によるポリエチレンフィルムからの揮発性物質の生成目的　　　　　　：電子線照射によりポリエチレンフィルムから生成する揮発性物質の同定放射線の種別　　：電子放射線源　　　　：電子加速器(2.5 MeV, 0.25 mA) 線量（率）　　　：20 kGy 利用施設名　　　：食品総合研究所 Van de Graaff 電子加速器照射条件　　　　：大気中、室温応用分野　　　　：食品、医療用具、プラスチック、殺菌概要　　　　　　：　ポリエチレンフィルムの殺菌のため電子線照射を行うと異臭が生成する。その原因となる揮発性物質をGCおよびGC/MSにより同定した。主な揮発性物質としては、脂肪族炭化水素が約35%、アルデヒドとケトンを合わせると約26%、カルボン酸が約18%であった。また、少量のアルコール、トルエン、フェノールが検出された。検出された揮発性物質の混合物は、照射ポリエチレンの異臭と類似した臭いを示した。　詳細説明　　　　：　　電子線照射は無菌包装用包装材料の殺菌に対して、室温で処理、殺菌の信頼性、操作が安全で比較的簡単、線量のコントロールが容易など多くの利点を持っている。しかし、照射により、異臭の原因となる揮発性物質が生成することが問題となる。そこで、電子線照射により生成する揮発性物質を、ガスクロマトグラフ(GC)およびガスクロマトグラフ／質量分析計(GC/MS)により同定した。実験は、厚さ40μmのポリエチレンフィルムに、大気中室温で表面線量20 kGyの電子線を照射した。照射したポリエチレンフィルムを細切し,80℃で窒素を流してヘッドスペースをTenax-GCに吸着させた。次に、Tenax-GCを200℃に加熱して揮発性物質を脱着させ、GCまたはGC/MSに導入した。GCおよびGC/MSの測定条件を表1に、各条件で検出された揮発性物質を表2および表3に示した。表1　Conditions of Gas Chromatography and Gas Chromatography-Mass Spectrometry（原論文1より引用） --------------------------------------------------------- Analysis Ⅰ Analysis Ⅱ --------------------------------------------------------- Packing Porapak Q Ucon oil HB 2000 50～80mesh LB 550X Column 3.1m×3.2mmφ 　 80m×0.28mmφ Column 60℃(8min)→　　 60℃(16min)→ 　temperature 230℃ 4℃/min 140℃　4℃/min Carrier gas N2 50ml/min N2 0.43ml/min Detector FID FID --------------------------------------------------------- Mass spectrometry: ion source temperature.180℃; 　ionization voltage,20eV. 表2　Identification of Volatiles from Irradiated Low Density Polyethylene Film (Analysis I)（原論文1より引用） --------------------------------------------------------------- Peak Compounds Retention Peak area number time(min) (%) --------------------------------------------------------------- 1 Propane C₃H₈ 16.0 2 Acetaldehyde CH₃CHO 20.5 2.6 3 Ethanol C₂H₅OH 25.7 3.0 4 n-Butane C₄H₁₀ 27.7 5 Propanal C₂H₅CHO 31.5 4.5 6 Isopropanol C₃H₇OH 32.9 2.9 7 Acetie acid CH₃COOH 33.5 5.3 8 n-Propanol C₃H₇OH 35.7 1.3 9 n-Pentane C₅H₁₂ 36.9 0.8 10 Butanal C₃H₇CHO 40.0 11.2 Methylethylketone C₃H₈CO 11 Propionic acid C₂H₅COOH 42.0 2.6 12 C₆H₁₄,C₆H₁₂ 43.9 7.0 13 3-Pentanone C₄H₁₀CO Pantanal C₄H₉CHO 47.5 5.9 14 Butyric acid C₃H₇COOH 49.1 1.4 15 C₇H₁₆,C₇H₁₄ 50.9 9.5 16 Toluene C₆H₅CH₃ 52.5 1.9 17 2-Hexanone C₅H₁₂CO 53.7 8.1 3-Hexanone 18 C₈H₁₈ 57.7 11.5 19 C₈H₁₈,C₈H₁₆ 58.8 7.1 20 3-Heptanone C₆H₁₄CO 63. 5.6 21 C₉H₂₀ 69.5 5.8 22 C₉H₂₀,C₉H₁₈ 72.2 1.5 --------------------------------------------------------------- 表3　Identification of Volatiles from Irradiated Low Density Polyethylene Film (Analysis II)（原論文1より引用） ---------------------------------------------------------------- Peak Compounds Retention Peak area number time(min) (%) ---------------------------------------------------------------- 1 Propanal C₂H₅CHO 9.4 1.6 2 C₇H₁₆ 9.5 1.2 3 C₇H₁₆ 9.9 1.3 4 C₇H₁₆ 10.1 0.6 5 n-Heptane C₇H₁₆ 10.3 1.6 6 Butanal C₃H₇CHO 10.7 5.8 7 tert-Butanol C₄H₉OH 10.9 0.7 8 Methylethylketone C₃H₈CO 11.0 4.7 9 C₈H₁₈ 12.0 5.4 10 n-Octane C₈H₁₈ 12.9 2.4 11 Octene C₈H₁₆ 13.5 0.6 12 n-Pentanal C₄H₉CHO 14.0 3.9 13 3-Pentanone C₄H₁₀CO 14.0 14 C₉H₂₀ 14.7 0.4 15 C₉H₂₀ 15.8 0.7 16 3-Ethylhexane C₉H₂₀ 16.5 2.0 17 Toluene C₆H₅CH₃ 17.7 0.5 18 C₉H₁₈ 18.2 0.4 19 n-Nonane C₉H₂₀ 18.6 1.2 20 3-Hexanone C₅H₁₂CO 19.0 1.4 21 Nonene C₉H₁₈ 19.3 1.3 22 2-Hexanone C₅H₁₂CO 20.1 1.9 23 C₁₀H₂₂ 20.7 0.4 24 C₁₀H₂₂ 21.8 0.6 25 C₁₀H₂₂ 22.0 1.7 26 C₁₀H₂₂ 23.1 0.2 27 C₁₀H₂₂ 23.4 0.3 28 C₁₀H₂₂ 24.8 0.2 29 n-Decane C₁₀H₂₂ 25.5 1.0 30 C₁₀H₂₀ 25.9 0.4 31 3-Heptanone C₆H₁₄CO 26.2 3.1 32 C₁₁H₂₄ 28.3 0.4 33 Decene C₁₀H₂₀ 28.6 0.6 34 C₁₁H₂₄ 28.8 0.3 35 C₁₁H₂₄ 29.3 0.6 36 C₁₁H₂₄ 32.7 0.2 37 n-Undecane C₁₁H₂₄ 32.9 0.8 38 3-Octanone C₇H₁₆CO 33.5 0.7 39 C₇H₁₅OH 34.1 0.7 40 Acetic acid CH₃COOH 34.4 6.4 41 C₁₂H₂₆ 36.4 0.1 42 C₁₂H₂₆ 38.1 0.5 43 n-Dodecane C₁₂H₂₆ 38.9 0.5 44 Propionic acid C₂H₅COOH 39.7 5.0 45 n-Tridecane C₁₃H₂₈ 44.0 0.5 46 n-Butyric acid C₃H₇COOH 45.2 4.4 47 Isovaleric acid C₄H₉COOH 49.3 0.3 48 n-Valeric acid C₄H₉COOH 53.5 1.7 49 Phenol C₆H₅OH 62.1 ---------------------------------------------------------------- 　照射したポリエチレンフィルムからは100以上のピークが検出されたが、非照射フィルムからははるかに少ない揮発性物質しか検出されず、多くの揮発性物質が照射により生成していた。全揮発性物質のうち、脂肪族炭化水素がもっとも多く、ピークエリアで約35%に達した。飽和炭化水素はプロパン(C₃)からトリデカン(C₁₃)、不飽和炭化水素はヘキセン(C₆)からデセン(C₁₀)が同定された。また、キャピラリーカラムを用いたところ、多くの分岐した炭化水素が検出された。炭化水素の中ではn-オクタンとその異性体が最も多かった。　　　アルデヒド類では、アセトアルデヒド、プロパナール、ブタナール、ペンタナール、ケトン類ではメチルエチルケトン、3-ペンタノン、3-ヘキサノン、2-ヘキサノン、3-ヘプタノン、3-オクタノンが同定された。これらは、照射時に空気中の酸素との反応により生成したと考えられる。これらのアルデヒドとケトンは、全揮発性物質の約26%であった。これらの化合物のにおいの閾値はppbオーダーであり、照射によるポリエチレンの異臭に大きく寄与していると推定される。カルボン酸類は、酢酸、プロピオン酸、n-酪酸、n-吉草酸、イソ吉草酸が同定された。これらのカルボン酸は、全揮発性物質の約18%であり、アセトンやケトンと同様、異臭の原因物質である可能性が高い。　　一方、ポリエチレンの熱酸化分解では、不飽和カルボン酸が検出されたが、照射ポリエチレンからは検出されなかった。その他、トルエン、フェノール、エタノール、プロパノール等も微量であるが検出された。さらに、同定された化合物を混合したところ、照射ポリエチレンの異臭によく似たにおいを示した。しかし、アルデヒド類、ケトン類、カルボン酸類のいずれが抜けても、異なるにおいを示した。このように、照射によりポリエチレンから生成する異臭は、特定の化合物により生じるのではなく、今回同定された多くの揮発性物質の複合によることが明らかとなった。コメント　　　　：　ポリエチレンの照射において、異臭の発生は大きな問題である。異臭の成分を詳細に検討しており、異臭の除去対策に有用であると考える。原論文１ Data source 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１ Reference 1： EFFECTS OF FILM VARIETY ON THE AMOUNT OF CARBOXYLIC ACIDS FROM ELECTRON BEAM IRRADIATED POLYETHYLENE 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２ Reference 2： EFFECTS OF THE CONDITIONS FOR ELECTRON BEAM IRRADIATION ON THE AMOUNT OF VOLATILES FROM IRRADIATED POLYETHYLENE FILM Keiko Azuma, Hirotaka Tsunoda, Takashi Hirata, Takasuke Ishitani, Yoshikazu Tanaka National Food Research Institute Agric. Biol. Chem., Vol. 48, No. 8, pp.2009-2015 (1984) キーワード：電子線、ポリエチレン、揮発性物質、同定、におい、脂肪族炭化水素、アルデヒド、カルボン酸 electoron beam, polyethylene, volatiles, identification, odor, aliphatic hydrocarbons, aldehydes, caboxylic acids 分類コード：020406, 010401
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