著者の所属・活動拠点の国は、スペインです。

掲載誌：Polymers

ライセンス: CC BY 4.0　対象: 公開論文　確認元: 論文PDF

研究の目的

研究チームは、植物由来で堆肥化できるプラスチックであるポリ乳酸（PLA）を一度加工し直した材料（再加工PLA、rPLA）に、農業廃棄物から作った充填材を加えたフィルムを開発し、その性質を調べました。

背景として、著者らは次の点を挙げています。PLAは工業生産の過程で端材やバリ（成形時のはみ出し）が多く出ます。これを再加工して使えば資源を循環させられますが、熱を繰り返し加えると劣化しやすくなります。また、PLAには熱への強さ、機械的な強さ、水蒸気を通しにくい性質（バリア性）が十分でないという弱点もあります。

一方、カリフラワーは栽培や加工の過程で外葉や茎が大量に出ます。その量は、生産の流れによって全体の約30〜50%にのぼると紹介されています。これらは抗酸化成分を多く含むにもかかわらず、多くが捨てられています。

そこで研究チームは、カリフラワーの茎を浸した液でコンブチャ（紅茶キノコとも呼ばれる発酵飲料）を発酵させ、菌がつくるセルロース（バクテリアセルロース、KBC）を得ることにしました。このKBCや茎の粉末をrPLAの補強材に使えるかを確かめることが、研究の目的です。

何を、どのように調べたか

まず、細菌と酵母の共生培養体（SCOBY）を使って発酵を行いました。SCOBYは、使用済みコーヒーかすで作ったコンブチャから得たものです。乾燥させたカリフラワーの茎を湯に浸して液を作り、砂糖を加えました。最終的な濃度は、カリフラワー固形分が1リットルあたり7グラム、砂糖が1リットルあたり150グラムです。この液2リットルを元のコンブチャ1リットルと混ぜ、約25℃で30日間発酵させてKBCを得ました。

次に、PLAを溶かして押し出す工程と、熱で押し固める工程を経てフィルムを作りました。比べたフィルムは次の6種類です。

・加工し直していないPLA ・rPLA ・rPLAにカリフラワーの茎の粉末（CS）を1重量%または3重量%加えたもの ・rPLAにKBCを1重量%または3重量%加えたもの

調べた項目は、分子の大きさ、熱を加えたときの分解や結晶化の挙動、断面の微細構造、引っ張り強さと伸び、水蒸気の通しやすさ、水のはじきやすさです。

さらに、抗酸化成分がどれだけ溶け出すかも調べました。フィルムを食品を模した液（50%エタノール水溶液）に40℃で10日間浸し、溶け出した成分の抗酸化力をDPPH法で測りました。DPPH法は、試験用の不安定な分子（ラジカル）をどれだけ打ち消せるかで抗酸化力を見る方法です。

最後に、国際規格に沿った実験室規模の堆肥化試験を行いました。58℃の人工堆肥にフィルムを埋め、21日間でどれだけ崩れていくかを調べました。

主な報告結果

カリフラワーの茎を浸した液での発酵は成功しました。最初に入れた菌膜は約48グラムから約54グラムに増え、新しいセルロースの膜もできました。30日後の湿った状態での総量は約388グラムで、最初の菌膜に比べて約812%の増加にあたります。液1リットルあたりでは約197グラムが得られました。ただし著者らは、これは水を含んだ重さであり、乾燥したセルロースの収量ではないと注記しています。

再加工の影響については、分子構造、熱的な性質、機械的な強さ、水蒸気バリア性、堆肥化での崩れやすさのいずれにも有意な影響はなかったと報告されています。

充填材を加えると、熱への安定性はどちらの充填材でも下がりました。下がり方はKBCのほうがCSより概して小さく、すべての複合材料はPLAの加工温度と想定される使用条件で安定していたとされています。

引っ張り試験では、どちらの充填材でも伸びが小さくなり、もろくなる傾向が見られました。破断するまでの伸びは、PLAの約5.0%に対し、充填材入りでは約1.9〜2.7%でした。

特にCSを3重量%加えたフィルムは引っ張り強さの低下が大きく、PLAの約62メガパスカル、rPLAの約59メガパスカルに対して約18メガパスカルでした。研究チームは、CSがセルロース以外の成分も含む不均一な材料であるため、PLAとのなじみが悪くなった可能性を挙げています。一方、KBCを3重量%加えたフィルムでは、変形のしにくさを示す弾性率が約2877メガパスカルで、rPLAの約2904メガパスカルと同程度でした。

堆肥化試験では、試験の途中で配合による差が見られましたが、差は次第に小さくなりました。21日後にはすべてのフィルムがほぼ完全に崩れ、小さな破片が残る程度でした。著者らは、CSやKBCを加えても堆肥化性は損なわれなかったとしています。なお、抗酸化力の具体的な測定値は、今回参照した抜粋には含まれていません。

この報告が示すこと

研究チームは、この研究が循環型経済の取り組みに貢献すると述べています。捨てられがちなカリフラワーの茎をセルロース生産の発酵材料として使えることが示され、工業生産で出るPLAの端材を加工し直して新しい材料に戻せる見通しも得られたためです。著者らは、これを将来の機能性食品包装に向けた有望な方法と位置づけています。

一方で、著者らは課題も挙げています。食品廃棄物は産地や季節、それまでの処理によって成分が変わるため、規模を大きくしたときに同じ結果が得られるかを確かめる必要があります。生産効率を定量的に評価するには、乾燥状態でのセルロースの収量や、炭素源の利用効率を求める必要があるとしています。

機械的な強さの低下を抑えるための配合の工夫も、今後の課題とされています。実際の食品包装として使うには、食品と接触した際の安全性、保存中に抗酸化機能が保たれるか、実際の食品を使った保存期間の試験などによる検証が必要だと述べられています。

原著論文の著者・所属：Daniela A. Cerro（Departamento de Ingeniería Química Industrial y del Medio Ambiente, Escuela Técnica Superior de Ingenieros Industriales, Universidad Politécnica de Madrid (ETSII-UPM), 28006 Madrid, Spain）、Pedro Pacios（Departamento de Ingeniería Química Industrial y del Medio Ambiente, Escuela Técnica Superior de Ingenieros Industriales, Universidad Politécnica de Madrid (ETSII-UPM), 28006 Madrid, Spain）、Ángel Agüero Rodríguez（Departamento de Ingeniería Química Industrial y del Medio Ambiente, Escuela Técnica Superior de Ingenieros Industriales, Universidad Politécnica de Madrid (ETSII-UPM), 28006 Madrid, Spain）、Eva Hernández-García（Departmental Section of Galenic Pharmacy and Food Technology, Veterinary Faculty, Complutense University of Madrid, Av. Puerta de Hierro, s/n, 28040 Madrid, Spain）、Marina P. Arrieta（Centro de Investigación en Materiales Estructurales (CIME), Universidad Politécnica de Madrid, C/Profesor Aranguren 3, 28040 Madrid, Spain; Departamento de Ingeniería Química Industrial y del Medio Ambiente, Escuela Técnica Superior de Ingenieros Industriales, Universidad Politécnica de Madrid (ETSII-UPM), 28006 Madrid, Spain; Grupo de Investigación, Polímeros, Caracterización y Aplicaciones (POLCA), 28006 Madrid, Spain）

※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）：Daniela A. Cerro, Pedro Pacios, Ángel Agüero Rodríguez, et al. Development of Antioxidant Composites Based on Reprocessed PLA Reinforced with Bacterial Cellulose Obtained from Kombucha Fermentation in an Infusion of Cauliflower Stems. Polymers（出版社：Multidisciplinary Digital Publishing Institute） 2026-09-30. DOI: 10.3390/polym18192390. 原著ライセンス：CC BY.