著者の所属・活動拠点の国は、ブラジルです。

掲載誌：Journal of Polymers and the Environment

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分解に長い時間がかかり、環境汚染の大きな原因になっています。その代わりとして、植物などに由来する高分子（バイオポリマー）でつくる生分解性フィルムの研究が進んでいます。ただし、こうしたフィルムは従来のプラスチックに比べて強度が低く、水に溶けやすく、水蒸気を通しやすいという課題を抱えています。性質の異なる複数のバイオポリマーを混ぜれば、互いの長所を生かせる可能性があります。

研究チームは、ソフトキャンディーの製造で出る端材をこうしたフィルムの材料に加え、フィルムの性質がどう変わるかを調べました。食品工場の副産物を利用しながら、包装材料としての可能性を探ることが目的です。

何を、どのように調べたか

材料には、ブラジルの企業から提供された、スティック状のソフトキャンディー（ブルーベリー味）の端材を使いました。成形時の切り落としや製造ラインの立ち上げ時に出るもので、製造工程には戻されていなかったものです。メーカーが配合を開示しなかったため、着色料や香料、保存料などの中身は分からず、研究チームも端材の成分分析は行っていません。

フィルムの土台には三つのバイオポリマーを使いました。カルシウムなどのイオンと結びつくとゲル状に固まるアルギン酸ナトリウム、まとまりのよい膜をつくりやすいメチルセルロース、そしてチアシードから取り出した粘質物（チア粘質物）です。柔軟性を出すためにグリセリンも加えました。それぞれ単独でつくった比較用のフィルムと、これらにキャンディー端材を組み合わせた複数の混合フィルムを用意して比べました。

測定した項目は、厚さ、水分量、水に浸したときの膨らみやすさ（膨潤度）、水への溶けやすさ、色、引っ張り強さと伸びです。さらに、選んだ配合については、フィルム中の水がどれだけ自由に動けるかを示す水分活性、水蒸気の通しやすさ（水蒸気透過度）、表面の水のなじみやすさを示す接触角を測り、電子顕微鏡で表面と断面を観察し、加熱したときの熱の出入りを測る示差走査熱量測定（DSC）も行いました。測定は独立につくった試料で原則3回ずつ行い、統計的な検定で配合の違いを比べています。

主な報告結果

研究チームは、各配合の性質を総合的に見比べて、アルギン酸ナトリウム、メチルセルロース、キャンディー端材を50対50対100の割合で混ぜた「ブレンド5」を選びました。ブレンド5は水分量が7.66%と低い部類に入り、水への溶解度は19.75%で、混合フィルムの中で最も低い値でした。伸びは33.59%と大きく、引っ張り強さは5.91 MPaでした。膨潤度は80.60%と比較的高かったものの、水に浸しても形が崩れませんでした。配合によっては、膨潤度を測れないものもありました。著者らは、ブレンド5は数値上の最適解ではなく、測定した性質のバランスがよい代表例として選んだと説明しています。

キャンディー端材を加えた混合フィルムは、単独のバイオポリマーでつくったフィルムより厚くなりました。これは、端材の溶液に含まれる固形分が多いためと説明されています。最も厚かったのは、メチルセルロースと端材を組み合わせた配合でした。論文の結論では、端材の添加によって水分量と膨潤度が下がり、引っ張り強さはおおむね低下し、配合によっては伸びが増したとまとめられています。端材が青色だったため、加える量が多いほどフィルムは暗い色になりました。

水の吸いやすさと溶けやすさは、必ずしも一致しませんでした。たとえば別の配合（ブレンド3）は膨潤度が42.01%と最も低かったのに、水には完全に溶けました。著者らは、水を吸うことと膜が溶けることは別の現象だとしています。

ブレンド5の水分活性は、アルギン酸ナトリウム単独のフィルムと並んで最も低く、メチルセルロース単独のフィルムより低い値でした。水蒸気透過度は、メチルセルロース単独のフィルムが最も低く（4.32 g·mm/(kPa·日·m²)）、アルギン酸ナトリウム単独のフィルムが最も高く（14.64 g·mm/(kPa·日·m²)）、ブレンド5はその中間でした。顕微鏡で見ると、ブレンド5は目立つ穴やひび割れのない比較的均一な構造でした。一方、接触角は27.5度と小さく、水になじみやすい性質を示しました。

引っ張り強さ5.91 MPaは、生分解性プラスチックのPLA（約40〜66 MPa）やPHA（15〜39 MPa）より低い値です。著者らは、一部の多糖類系の生分解性材料で報告されている値の範囲に入る水準だと位置づけています。

DSCでは、どのフィルムでも低い温度域に、吸着した水や結びついた水が抜けることと一致する幅広い吸熱が見られ、さらに全フィルムで100 °Cを超える温度に熱を吸収する現象が観測されました。この現象が最も高い温度で起きたのはメチルセルロース単独のフィルムで（開始320.5 °C、ピーク343.4 °C、終了375.8 °C）、吸収した熱量も最大の448.6 J/gでした。ブレンド5では、低温側の水の放出に加えて、191.6〜223.0 °C（ピーク207.9 °C）にはっきりした吸熱現象があり、その熱量は38.0 J/gでした。比較用のフィルムと比べると、ブレンド5ではこの現象がより低い温度で起こり、吸収する熱量も小さくなっていました。著者らは、この現象が融解なのか分解なのかなどは特定していません。

この報告が示すこと

研究チームは、キャンディー工場の端材をバイオポリマーフィルムに加えるとフィルムの性質が変わり、配合の選び方によっては、今回測った性質のバランスがとれたフィルムが得られることを報告しました。製造で余った端材を包装材料の候補として生かす可能性を探った、初期段階の成果です。

一方で、著者らはこの結果を、包装材料としての可能性を示す予備的な評価にとどまるとしています。端材の成分は分析されておらず、どの成分が性質の変化に関わったかは特定できていません。材料同士の分子レベルの結びつきも直接は確かめていません。DSCの結果を、熱に弱くなったことの証拠と解釈しないよう注意を促しており、熱安定性の評価には別の分析が必要だとしています。強度は、高い強度が必要な用途にはまだ足りません。酸素の通しやすさ、生分解性、食品への成分の移行や食品に触れたときの安全性、保存中の安定性は調べられておらず、端材そのものが食品に触れる用途に安全か、規制に合うかも評価していません。食品包装として使えるかどうかは、こうした点を確かめた後でなければ判断できないとしています。

原著論文の著者・所属：Caroline Costa Peraza（School of Chemistry and Food, Federal University of Rio Grande, Av. Italy Km 8, Carreiros, Rio Grande, 96203-900, Brazil）、Rafaella Wailla Pereira（School of Chemistry and Food, Federal University of Rio Grande, Av. Italy Km 8, Carreiros, Rio Grande, 96203-900, Brazil）、Stefanny Atanes Pereira（School of Chemistry and Food, Federal University of Rio Grande, Av. Italy Km 8, Carreiros, Rio Grande, 96203-900, Brazil）、Taís Nunes Rosa（School of Chemistry and Food, Federal University of Rio Grande, Av. Italy Km 8, Carreiros, Rio Grande, 96203-900, Brazil）、Sibele Santos Fernandes（School of Chemistry and Food, Federal University of Rio Grande, Av. Italy Km 8, Carreiros, Rio Grande, 96203-900, Brazil）

※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）：Caroline Costa Peraza, Rafaella Wailla Pereira, Stefanny Atanes Pereira, et al. Valorization of Candy Industry Residues in Biopolymer Films: Development and Physicochemical Characterization. Journal of Polymers and the Environment（出版社：Springer Science+Business Media） 2026-11-11. DOI: 10.1007/s10924-026-04031-x. 原著ライセンス：CC BY.