著者の所属・活動拠点の国は、中国です。

掲載誌：Polymers

ライセンス: CC BY　対象: 公開論文　確認元: OpenAlex

研究の目的

プラスチック包装は分解されにくく、環境問題の原因になっています。その代わりとして、生物由来の材料でつくる包装フィルムが研究されています。大豆から取り出したたんぱく質（分離大豆たんぱく質、SPI）のフィルムは、気体を通しにくく、紫外線を遮り、熱で貼り合わせやすいという長所があります。一方で、食品の酸化や細菌の増殖を抑える働きは弱いという課題があります。

研究チームは以前、植物由来の渋み成分であるタラタンニン（TT）と、セルロースの細い繊維にアルデヒド基という反応しやすい部分を付けたもの（DACNF）を使い、SPIの分子どうしをつなぐ「架橋」によってフィルムを強化しました。ただし、抗酸化性と抗菌性はまだ十分ではありませんでした。今回の研究では、この組み合わせに天然物質のフィチン酸（PA）を加えました。フィチン酸は毒性がなく、抗酸化作用と抗菌作用を持つとされています。研究チームは、フィチン酸によってフィルムの性能がどう変わるか、熱で貼り合わせて袋にする最適な条件は何か、実際の食品の包装に役立つかを調べました。

何を、どのように調べたか

研究チームは、SPIにグリセリンを加えた溶液に、TT（SPIの重さの8%）とDACNF（同10%）を混ぜました。さらにフィチン酸をSPIの重さの3%、6%、9%、12%、15%の5段階で加え、型に流して乾燥させてフィルムを作りました。比較用に、SPIだけのフィルム、TTだけを加えたフィルム（TSPI）、TTとDACNFを加えたフィルム（DTSPI）も用意しました。

測った項目は次のとおりです。分子どうしの結合の状態は赤外分光で、断面の様子は電子顕微鏡で調べました。ほかに、光の通しやすさ、引っ張ったときの強さと伸び、水蒸気と酸素の通しやすさを測りました。抗酸化性は、DPPHという試薬の「フリーラジカル」（酸化を引き起こす不安定な分子）をどれだけ消せるかで評価しました。抗菌性は、大腸菌と黄色ブドウ球菌を使い、フィルムと接触させた後に生き残った菌の数から評価しました。

熱による貼り合わせ（ヒートシール）については、加熱したときの熱の出入りを測る方法で、フィルムが溶ける温度を調べました。そのうえで135〜155℃の範囲で貼り合わせ、接着部分の強さを測りました。

実際の食品での試験では、フィルムで作った袋に牛脂を入れて保存しました。包装しない牛脂と、一般的なポリエチレンで包んだ牛脂を比較対象とし、脂の酸化の程度を表す過酸化物価を調べました。また、試験用の菌を付けた鶏肉を袋に入れ、3日ごとに一般生菌数（生きている菌の数）を測りました。

主な報告結果

抗菌性は、フィチン酸の量が増えるほど大腸菌と黄色ブドウ球菌の両方に対して高まりました。フィチン酸12%と15%のフィルムでは、黄色ブドウ球菌に対する抑制率が100%に達したと報告されています。SPIだけのフィルムには、抗菌性がほとんどありませんでした。

抗酸化性について、フリーラジカルを消す割合は、SPIだけのフィルムが17.3%、TSPIが42.8%でした。DTSPIでは少し下がりましたが、フィチン酸を増やすと上昇し、15%で最大の49.2%になりました。

牛脂の保存試験では、90日後の過酸化物価（牛脂100gあたり）が、包装なしで0.694g、ポリエチレンで0.035g、SPIだけのフィルムで0.015gでした。これに対し、DTSPIとフィチン酸15%のフィルム（PDTSPI-15）では約0.007〜0.008gと、最も低い値にとどまりました。鶏肉では、9日後の一般生菌数がSPIだけのフィルムで2.97、DTSPIで2.4、PDTSPI-15で2.17（いずれも1gあたりの菌数の対数値）でした。

光の遮断では、SPIだけのフィルムが可視光を80%近く通したのに対し、フィチン酸を加えたフィルムは波長460nm以下の光をほぼ通さず、可視光の透過率も40%未満になりました。フィチン酸が多いほど、フィルムの色は濃くなりました。

強度と伸びについて、DTSPIは引っ張り強さ5.30MPa、破断までの伸び89.50%でした。フィチン酸を3%から15%に増やすと、強さは5.69MPaから5.17MPaへ少し下がり、伸びは93.83%から101.15%へ増えました。研究チームは、フィチン酸が素材を柔らかくする可塑剤として働いたと考えています。そして、PDTSPI-15は強さと伸びのバランスがとれていると評価しました。

水蒸気と酸素の通しやすさは、DTSPIでSPIだけのフィルムより低くなり、フィチン酸3%のフィルムではさらに改善しました。しかし、フィチン酸をそれ以上増やすと、値はやや悪化に転じました。断面の観察でも、3%のフィルムが最も緻密でした。12%と15%のフィルムには、小さな穴が見られました。

ヒートシールでは、PDTSPI-15が約140.43℃で溶ける状態になりました。145℃で貼り合わせたとき、接着強度は最大の3.81N/15mmでした。この条件で貼り合わせた断面には、目立つすき間は見られませんでした。

この報告が示すこと

研究チームは、フィチン酸が主に水素結合によってほかの成分と結びつき、より安定した架橋構造をつくったと推定しています。新しい化学反応が起きたわけではないと考えています。そのうえで、すべて再生可能な資源からなるこのフィルムは、酸化と細菌による劣化を遅らせることができ、環境にやさしい食品包装材料として可能性があると結論づけました。

一方で研究チームは、酸素と水蒸気を遮る性能にはさらに改善が必要だと述べています。また、フィチン酸の量が多いほど抗菌性と抗酸化性は高まりましたが、断面の緻密さや気体を遮る性能は少量のときに最もよくなりました。成分の量によって、良くなる性質と悪くなる性質があることも、この報告から読み取れます。

原著論文の著者・所属：Hairu Wang（Key Laboratory of Bio-Based Material Science and Technology of Ministry of Education, Northeast Forestry University, Hexing Road 26, Harbin 150040, China）、Zihao Ren（Key Laboratory of Bio-Based Material Science and Technology of Ministry of Education, Northeast Forestry University, Hexing Road 26, Harbin 150040, China）、Xiling Cheng（Key Laboratory of Bio-Based Material Science and Technology of Ministry of Education, Northeast Forestry University, Hexing Road 26, Harbin 150040, China）、Ziyan Peng（Key Laboratory of Bio-Based Material Science and Technology of Ministry of Education, Northeast Forestry University, Hexing Road 26, Harbin 150040, China）、Lijuan Wang（Key Laboratory of Bio-Based Material Science and Technology of Ministry of Education, Northeast Forestry University, Hexing Road 26, Harbin 150040, 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）：Hairu Wang, Zihao Ren, Xiling Cheng, et al. Double-Crosslinked Soy Protein Isolate Film with Improved Antibacterial and Antioxidant Performances via Introducing Phytic Acid for Packaging Beef Tallow and Chicken. Polymers（出版社：Multidisciplinary Digital Publishing Institute） 2026-09-01. DOI: 10.3390/polym18172131. 原著ライセンス：CC BY.