著者の所属・活動拠点の国は、中国です。

掲載誌：Biomolecules

ライセンス: CC BY　対象: 公開論文　確認元: OpenAlex

研究の目的

食品の腐敗は、微生物の増殖、酵素反応、脂質の酸化などが重なって起こります。著者らは、低温保存、酸素を減らした包装、化学保存料といった従来の方法には欠点があると指摘しています。保存期間の延びが十分でないこと、エネルギー消費が大きいこと、保存料が残るおそれがあることです。そこで注目されているのが、物理的に食品を覆う機能と菌を抑える機能をあわせ持つ生分解性の包装材です。

研究チームは、植物由来で分解されるプラスチックであるポリ乳酸（PLA）に着目しました。PLAは膜にしやすく強度もあります。一方で、水をはじく性質のため有効成分を取り込みにくく、硬くて割れやすいという弱点があります。研究チームは、赤い色素で抗酸化作用をもつアスタキサンチン（AST）を、「ZIF-8」に保持させてPLAに混ぜたフィルムを作りました。ZIF-8は、亜鉛と有機分子からなる、微細な穴の多い結晶材料です。研究の目的は、このフィルムの構造と抗菌性を調べ、生の牛肉の鮮度をどこまで保てるかを確かめることです。

何を、どのように調べたか

フィルムは、PLAを溶媒に溶かした液にZIF-8（PLAの重さの1.0%）を加え、皿に流して乾かす方法で作りました。ASTはPLAの重さに対して1.0%、1.5%、2.0%、2.5%の4段階で加えました。比較用に、何も加えないPLAのフィルムと、ZIF-8だけを加えたフィルムも用意しました。乾燥は、温度35℃、湿度80%に保った装置の中で行いました。真空乾燥では溶媒が急に蒸発して泡や表面の穴が生じ、膜の質が落ちたためです。

フィルムの表面は電子顕微鏡で観察し、結晶構造や熱への強さなども分析しました。抗菌性は、黄色ブドウ球菌と大腸菌を広げた培地にフィルムの小片を貼って評価しました。24時間後、小片の周囲にできる菌の育たない範囲（阻止円）の大きさを測りました。

保存試験には、地元の市場で購入した牛ヒレ肉（計38kg）を使いました。比べたのは、フィルムで包まない群、PLAのみのフィルム、ZIF-8入りのフィルム、AST入り4種類のフィルムで包んだ群です。これらを7日間冷蔵して比べました。測ったのは、重さの減り方（水分の損失）、pH、色の変化、そして揮発性塩基窒素（TVB-N）です。TVB-Nは鮮度の指標で、微生物がたんぱく質を分解して生じるアンモニアなどの量を示します。

安全性は、中国の国家規格に従って調べました。酢酸水溶液や濃度の異なるエタノール水溶液を食品の代わりとして、フィルムに7日間接触させました。そのうえで、フィルムから溶け出す物質の総量と亜鉛イオンの量を測りました。

主な報告結果

牛肉の傷み具合を示すTVB-Nは、すべての群で保存日数とともに増えました。包まない群は最も速く増えました。牛肉が腐敗して食用に適さないとされる基準値（100gあたり15mg）を4日目に超え、7日目には約20mgに達しました。PLAのみの群も、保存終了時には基準値に近づきました。一方、AST入りフィルムでは増加が大きく抑えられ、ASTを1.5%と2.0%含む群は7日目でも100gあたり13mg未満でした。2.5%の群は7日目のTVB-Nが最も低く、新鮮な牛肉の許容範囲内にとどまりました。

色については、包まない群では1日目から変色が目立ちました。7日目の明るさを示す値は、2.5%の群では許容とされる31.4を上回っていましたが、包まない群では25.0を下回りました。保存開始時からの色の変化の総量も、2.5%の群は7日目まで6未満に抑えられました。赤みを示す値は、AST入りフィルムで包んだ肉のほうが、包まない群やPLAのみの群より常に高く保たれました。ASTが多いほど褐色化を防ぐ傾向もありました。

水分の損失は、包まない群がAST入りのすべての群より有意に大きくなりました。AST入りの群はいずれも7日間で3.0%未満に収まりました。ASTが多いほど減りが少なく、2.5%の群が最も少ない値でした。pHはどの群も3日目に最も低くなり、その後上昇しました。

フィルムの表面は、PLAのみでは比較的なめらかでした。ZIF-8を加えると、無数のくぼみが並ぶハチの巣状の多孔構造が現れました。ASTを2.0〜2.5%に増やすと、大きな不規則な隙間が消え、穴がそろって表面が緻密になりました。抗菌試験では、ASTの量が増えるほど阻止円が大きくなりました。ASTが2.0%を超えると弱い抗菌性が現れたと報告されています。

溶け出し試験では、AST入りのどのフィルムでも、すべての模擬食品で、溶け出す物質の総量と亜鉛イオン量が1平方デシメートルあたり10mg未満でした。これは、EUの食品接触材料の規則が定める上限を満たす値です。

この報告が示すこと

著者らの結論では、ZIF-8はASTを安定して保持するとともに、温度と湿度の調整と組み合わさってハチの巣状の均一な構造を生みます。この構造がフィルムの性能を支えているとしています。緻密になった膜が水分や酸素の通り抜けを抑え、ASTが抗酸化と抗菌の働きを加えます。その結果、微生物の増殖と肉の酸化による劣化がともに遅れた、という解釈です。

研究チームは、このフィルムを、環境に配慮した包装材を設計する方法の一つとして位置づけています。食品に接しても安全基準を満たす点も挙げています。この評価は、牛ヒレ肉を7日間冷蔵した条件での保存試験にもとづくものです。

原著論文の著者・所属：Sheng Liu（College of Food Science and Engineering, Shandong Agriculture and Engineering University, No. 866, Nongganyuan Road, Licheng District, Jinan 250100, China）、Shuran Xing（College of Food Science and Engineering, Shandong Agriculture and Engineering University, No. 866, Nongganyuan Road, Licheng District, Jinan 250100, China）、Feifei Wang（College of Food Science and Engineering, Shandong Agriculture and Engineering University, No. 866, Nongganyuan Road, Licheng District, Jinan 250100, China）、He Zhu（College of Food Science and Engineering, Shandong Agriculture and Engineering University, No. 866, Nongganyuan Road, Licheng District, Jinan 250100, China）、Xiaoyun Fu（School of Pharmacy, Jining Medical University, Jining 272000, China）、Yang Yu（College of Food Science and Engineering, Shandong Agriculture and Engineering University, No. 866, Nongganyuan Road, Licheng District, Jinan 250100, China）、Litao Wang（School of Pharmacy, Jining Medical University, Jining 272000, China）

※本記事は原著論文をもとに、日本語で要約・説明を加えた研究紹介です。 出典（原著論文）：Sheng Liu, Shuran Xing, Feifei Wang, et al. The Antioxidant and Antibacterial Properties of Honeycomb-Structured Polylactic Acid/Astaxanthin@ZIF-8 Bio-Composite Film Applied in Beef Preservation. Biomolecules（出版社：Multidisciplinary Digital Publishing Institute） 2026-08-13. DOI: 10.3390/biom16081184. 原著ライセンス：CC BY.