著者の所属・活動拠点の国は、ルーマニアです。

掲載誌：Foods

ライセンス: CC BY　対象: 公開論文　確認元: OpenAlex

研究の目的

石油由来のプラスチック包装は、細かく砕けてマイクロプラスチックとなり、土壌や水、生き物を汚染することが懸念されています。そのため、再生可能で自然に分解される素材を食品包装に使う研究が進んでいます。中でもセルロースは自然界で最も多い天然高分子です。木材や綿、農業残さなどから得られ、膜を作りやすく、透明性や酸素を通しにくい性質も備えています。ただし、セルロースそのものには微生物を抑える働きがなく、水分を通しやすいという弱点があります。

研究チームはこの弱点を補うため、カルボキシメチルセルロース（CMC）を土台にしました。CMCは水に分散させやすく加工しやすいセルロース誘導体です。そこに、抗菌作用をもつ酸化亜鉛（ZnO）のナノ粒子とシナモン精油を組み合わせて加えています。論文によると、どちらも「一般に安全と認められる」（GRAS）物質に分類されています。研究の目的は、この複合フィルムを作って性質を調べ、ナノ粒子と精油の配合比がフィルムの物理化学的性質、強度、水蒸気の通しにくさ、抗菌性にどう影響するかを明らかにすることでした。さらに、シナモンの香りと相性のよい食品の例としてパンを選び、保存への応用の可能性を確かめています。

どのように調べたか

著者らはまず、酢酸亜鉛を原料に化学合成した約20ナノメートルの酸化亜鉛ナノ粒子を用意しました。これとシナモン精油を、可塑剤のグリセリンや膜をつなぎ止める架橋剤のクエン酸とともにCMCの液に混ぜ、乾燥させてフィルムにしました。配合は2系列です。一つは酸化亜鉛の量を一定にして精油を1・2・3ミリリットルと増やす系列、もう一つは精油を一定にして酸化亜鉛を0.15・0.25・0.50グラムと増やす系列です。これらを、何も加えないCMCだけのフィルムと比べています。

調べた内容は多岐にわたります。赤外線を使った分析では、成分が膜に取り込まれているかと、その分布の均一さを確認しました。さらに、紫外線から可視光までの光の吸収、電子顕微鏡による表面の様子、加熱したときの重さの変化、水蒸気の通しやすさ、引っ張り強度などを測っています。抗菌性の評価には二つの方法を使いました。一つは、大腸菌と黄色ブドウ球菌を塗った寒天培地にフィルムの円板を置き、周囲に菌が育たない領域（阻止円）の直径を測る方法です。もう一つは、液体中の菌数の時間変化を数える方法です。加えて、保存料を含まないパンの小片をフィルムで包み、室温（約25度）でかびの発生を目で観察する予備試験も行いました。

主な結果

赤外線分析では、シナモン精油の主成分であるシンナムアルデヒドに由来する信号が複合フィルムに現れ、精油が膜に取り込まれていることが確認されました。精油や酸化亜鉛を増やすとフィルムはやや不透明になりましたが、下に置いたラベルが見える程度の透明さは保たれていました。CMCだけの膜はUV-AやUV-Bと呼ばれる紫外線を遮りませんでしたが、複合フィルムはどれも紫外線をよく吸収しました。紫外線は食品中の脂質やビタミンなどが酸化するきっかけになります。そのため著者らは、中身が見えつつ紫外線を遮る性質を重要な点として挙げています。なお、複合フィルムは可視光の青紫側も一部吸収するため、やや黄色みを帯びます。

電子顕微鏡で見ると、何も加えない膜は滑らかでした。酸化亜鉛を加えると表面が粗くなり、粒子の塊も見られました。精油が多いほど小さな孔のような構造が増えています。著者らは、精油の微小な液滴が粒子を残りの空間へ押しやり、偏りを生じさせると説明しています。亜鉛の分布が最も均一だったのは、酸化亜鉛が最も少ないフィルムでした。加熱試験では、酸化亜鉛を増やすと水分などの揮発成分の放出が遅れる傾向がありました。一方、精油を増やすと、より低い温度から重さが減りやすくなる傾向が報告されています。

論文の要旨によると、フィルムは良好なバリア性と向上した機械的強度を示しました。抗菌試験では、大腸菌と黄色ブドウ球菌の両方に強い効果がみられ、阻止円の直径は最大38ミリメートルに達しました。液体中の菌を数える試験では、4時間後には生きた菌の集落が検出されなかったとされています。パンの予備試験では、比較用のサンプルに7日目には目に見える傷みが現れました。これに対し、複合フィルムで包んだパンでは、28日間の保存後も目に見えるかびが確認されませんでした。

この研究が示すこと

この研究は、セルロース誘導体の膜に、食品添加物、香辛料由来の精油、合成した酸化亜鉛ナノ粒子を組み合わせることで、強い抗菌性と紫外線を遮る性質をあわせ持つ包装フィルムを作れることを示しました。配合比によって、透明さや表面の構造、揮発成分の放出されやすさが変わることも明らかになっています。パンでの結果は目視による予備的な試験ですが、こうした複合フィルムで包んだパンでは、かびの発生が観察期間中みられなかったことを示す報告といえます。

著者：Ludmila Motelică（National Research Center for Micro and Nanomaterials, Faculty of Chemical Engineering and Biotechnologies, National University of Science and Technology POLITEHNICA Bucharest, Splaiul Independentei 313, 060042 Bucharest, Romania）、Ovidiu Oprea（Academy of Romanian Scientists, Ilfov Street 3, 050044 Bucharest, Romania）、Roxana Doina Trusca（National Research Center for Micro and Nanomaterials, Faculty of Chemical Engineering and Biotechnologies, National University of Science and Technology POLITEHNICA Bucharest, Splaiul Independentei 313, 060042 Bucharest, Romania）、Anton Ficai（Academy of Romanian Scientists, Ilfov Street 3, 050044 Bucharest, Romania）、George PELIN（INCAS—National Institute for Aerospace Research “Elie Carafoli”, Bd. Iuliu Maniu 220, 061126 Bucharest, Romania）、Denisa Ficai（Faculty of Chemical Engineering and Biotechnologies, National University of Science and Technology POLITEHNICA Bucharest, Gh. Polizu 1–7, 011061 Bucharest, Romania）、Carmen Curuțiu（Faculty of Biology, University of Bucharest, 030018 Bucharest, Romania）

※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）：Ludmila Motelică, Ovidiu Oprea, Roxana Doina Trusca, et al. Enhanced Bread Shelf Life Using Carboxymethyl Cellulose Composite Films with Combined Antibacterial Activity of Zinc Oxide and Cinnamon Essential Oil. Foods 2026-10-14. DOI: 10.3390/foods15203641. 原著ライセンス：CC BY.