著者の所属・活動拠点の国は、中国です。

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

収穫後の果物は、微生物による汚染や品質の劣化が早く、食品ロスや食品安全上の問題につながります。著者らはまず、広く使われている石油由来のプラスチック包装が自然に分解されず環境汚染の原因になること、また食品表面の微生物の増殖を抑える働きを持たないことを指摘しています。そこで、土の中で分解され、しかも腐敗の原因となる微生物を抑えられる「活性包装」の材料が必要だと述べています。

研究チームが材料の土台に選んだのは、カニやエビなど甲殻類の殻に由来する多糖類「キトサン」です。キトサンは膜を作りやすく、それ自体に抗菌性があります。ただし、キトサンだけのフィルムは強度が低く、水蒸気を通しやすく、長期間の抗菌効果も十分ではありません。これを補うため、植物の精油を混ぜる方法が検討されてきました。

この研究では、2種類の成分を組み合わせました。1つは、シナモンの精油の主成分で幅広い細菌に効くとされる「シンナムアルデヒド」です。もう1つは、中国南部で大量に出て捨てられることが多いザボン（ブンタン）の皮から取った精油です。ザボンの皮の精油にはリモネンなどの成分が含まれています。著者らは、これら2つの油を同時に含む乳液をキトサンのフィルムに取り込み、イチゴの収穫後の腐敗を抑える包装材を開発しようとしました。

研究チームは特に、フィルム全体の油の量を1%（体積比）未満に抑えながら、抗菌効果を保てるかに注目しました。あわせて、ザボンの柑橘系の香りでシンナムアルデヒドの刺激臭を和らげ、においの面でも受け入れやすくすることを狙いました。

何を、どのように調べたか

研究チームはまず、ザボンの皮の精油とシンナムアルデヒドを体積比1対1で混ぜた油を、水の中に細かな粒として分散させた乳液を作りました。乳液を安定させるために使ったのは、キトサンと、表面にカルボキシ基を持つ「セルロースナノ結晶」です。セルロースナノ結晶は、植物の繊維成分であるセルロースからできた、直径約20ナノメートルの非常に細かい棒状の粒子です。このような固体の微粒子が油と水の境目に集まって油の粒を安定させる乳液を「ピッカリングエマルション」と呼びます。

油と水の比率は1対25、1対50、1対100、1対150の4通りとし、超音波処理と高速かくはんで乳液を作りました。研究チームは、油の粒の大きさやそろい具合、顕微鏡で見た分散の様子、保存中の分離を比べました。

次に、この乳液をキトサンの溶液に加えてフィルムにしました。乳液の添加量は20%から50%まで変えています。この割合は加えた乳液の体積を表すもので、フィルムに含まれる精油の量そのものではありません。研究チームは、フィルムのもとになる液の粘り気や弾性、フィルムの化学構造、結晶構造、熱への強さ、光の透過と色、断面や表面の微細構造、水分量、水への溶けやすさなどを調べました。抗菌性の評価には、大腸菌、黄色ブドウ球菌、リステリア菌、腸炎ビブリオを用いました。

保存試験では、品種「丹東99」のイチゴを、作ったフィルムと、果物店やスーパーでよく使われる市販のポリ塩化ビニル（PVC）製ラップでそれぞれ包みました。イチゴは室内（27±4℃）に置き、毎日撮影して見た目の変化を記録しました。あわせて、腐った果実の割合、重さの減り方、硬さ、糖度の目安となる可溶性固形分を測りました。さらに、フィルムを深さ約5センチの土に21日間埋め、PVCラップと比べて分解の進み方を観察しました。

主な報告結果

研究チームによると、油と水の比率が1対50の乳液で、油の粒が凝集せず均一に分散し、最も安定していました。比率が1対25の乳液では、測定で求めた粒の大きさは最小（約1573ナノメートル）でした。しかし、薄めない状態で顕微鏡で見ると、粒が寄り集まって大きな塊になっていました。著者らは、測定前に1000倍に薄めたため塊がほぐれ、個々の粒の大きさが測られたと説明しています。一方、1対100では時間とともに油と水が分離し、21日間の保存後に外見の変化が見られました。

研究チームは、この乳液に強い抗菌活性があったと報告しています。また、乳液をキトサンに加えることで、フィルムの紫外線を遮る性質、機械的な強さ、熱への強さ、水への耐性が大きく改善したと結論づけています。一方で、乳液を加えるとフィルムは暗くなり、赤みと黄みが増しました。白の標準板との色の差（ΔE）は、51.32から58.48へ大きくなりました。

電子顕微鏡で観察すると、キトサンだけのフィルムは表面がなめらかで、断面も密で均一でした。乳液を加えると、断面に凹凸や微細な孔が現れました。添加量30%のフィルムは表面のなめらかさを保っていました。これに対し、40%と50%では表面に油の粒の凝集が見られ、断面には層状の孔や成分の分離が現れました。研究チームは、乳液の添加量は30〜40%が適していると判断しています。

イチゴの保存試験では、乳液を含むフィルム、特に添加量30%のものが、果実の腐敗、重さの減少、軟化、可溶性固形分の低下を遅らせました。その結果、市販のPVCラップやキトサンだけのフィルムよりも保存できる期間が延びたと報告されています。

土に埋めた試験では、PVCラップが21日後も形を保っていたのに対し、キトサンだけのフィルムはほぼ完全に分解し、わずかな破片が残るだけでした。乳液を含むフィルムは、添加量が多いほど分解が遅くなりました。添加量50%のフィルムは、21日後も形をおおむね保っていました。著者らは、乳液を含むフィルムはいずれも21日以内に大きな構造変化と部分的な分解を示したとし、分解性は良好だと評価しています。

この報告が示すこと

研究チームは、ザボンの皮の精油とシンナムアルデヒドを組み合わせた乳液をキトサンのフィルムに取り込むことで、果物の保存性を高め、土の中でも分解される包装材が得られると結論づけています。また、傷みやすい果物の保存において、石油由来プラスチックに代わる持続可能な選択肢になりうると述べています。土の中で分解が遅くなった理由について、著者らは3つの可能性を挙げています。乳液の成分がキトサンとより密な結合を作ったこと、油の成分がフィルム表面を水になじみにくくしたこと、そして抗菌成分が土の中の分解微生物の働きを一時的に抑えたことです。そのうえで、乳液の量を調整すれば分解の速さを変えられるとしています。

一方で、著者らは限界も示しています。保存試験はイチゴ1種類で、期間も5日間に限られていました。また、セルロースナノ結晶は乳液と一緒にフィルムへ入るため、今回の実験の設計では、その単独の寄与を切り分けることができません。キトサンとセルロースナノ結晶がそれぞれ乳液の安定化やフィルムの性質にどれだけ寄与しているか、さらにフィルムを作る過程やその後にシンナムアルデヒドが化学的にどう変化するかは、まだ明らかになっていません。

原著論文の著者・所属：Juan Li（Faculty of Food and Health, Zhangzhou City Vocational College, Zhangzhou 363000, China; National Engineering Research Center for Rice and Byproduct Deep Processing, School of Food Science and Engineering, Central South University of Forestry and Technology, Changsha 410004, China）、Qiao-Ling Chen（School of Biological Science and Technology, Minnan Normal University, Zhangzhou 363000, China）、Yong-Hua Hu（School of Biological Science and Technology, Minnan Normal University, Zhangzhou 363000, China）、Zhao Long（National Engineering Research Center for Rice and Byproduct Deep Processing, School of Food Science and Engineering, Central South University of Forestry and Technology, Changsha 410004, China）、Xiang-Jin Fu（National Engineering Research Center for Rice and Byproduct Deep Processing, School of Food Science and Engineering, Central South University of Forestry and Technology, Changsha 410004, 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）：Juan Li, Qiao-Ling Chen, Yong-Hua Hu, et al. Development of a Chitosan/Cellulose Nanocrystal-Stabilized Pickering Emulsion Film Containing Pomelo Peel Essential Oil and Cinnamaldehyde for Strawberry Preservation. Foods（出版社：Multidisciplinary Digital Publishing Institute） 2026-10-13. DOI: 10.3390/foods15203630. 原著ライセンス：CC BY.