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包装材料のガスバリア性

種々のバリア材料の開発が行われ、それらの包装材料について、各方面から報告されています。エチレンビニルアルコール共重合体(EVOH) を含む10種類の包装材料の保香性を13種類の香料、晴好品などを対象に比較評価し、EVOHやKOPVAなどガスバリア性の良好なフィルムほど保香性に優れていることが示されています。EVOHとポリプロピレンとを積層して2軸延伸した多層フィルム(バリアスターBS) を含む8種類の包材の保香性が、17種類の調味料、晴好品、芳香物質を対象に比較評価されており、バリアスターBSはPVDCコートOPP(KOP、KOPP)、PVDCコートセロハン(KPT)、PVDCコートナイロン(KON)と同程度に優れた保香性を示すことが報告されています。ポリアクリロニトリル(PAN)系フィルムを含む4種類のフィルムの保香性を6種類の芳香物質を対象に比較評価され、樟脳香、はっか香に対しては、4種類とも4週間以上のバリア性をもつが、ジャスミン香、木香、ばら香では差異があり、良好なものからPAN、EVOH、PET、KOPPの順になることが報告されています。各種フィルムの芳香性の評価は、官能検査によっても行われています。他の方法として、機器分析などを応用した特定香気成分のプラスチックに対する透過特性評価や収着特性評価があります。dーリモネンは、柑橘類の果皮油の大部分を占めるテルペン系炭化水素で、香気成分を代表する物質です。この物質の包材に対する透過性や収着性を評価することは、包材設計に重要であるため、多くの報告が寄せられています。

多層PETボトル

PETのパッシブバリア多層ボトルは、PET/EVOH系とPET/MXD6ナイロン系のボトルが実用化され、成形では、共射出(コインジェクション)によって、まず多層プリフォームが成形され、後工程には単層の場合と同様2軸延伸ブロ一成形法が使用されます。共射出法の場合、中間層は内外層の中に埋め込まれるため、特に接着層を設けなくても実用に耐えうるボトルが出来ています。パッシブバリアPET多層ボトルは、20世紀後半から使用されるようになり、特に酸素の影響を受けやすいビールやワインに顕著です。2種3層構成と2種5層構成のボトルがあり、主に欧州でビールボトルに適用されアクティブバリアボトルに代替しています。炭酸飲料用PETボトルの場合、ボトル内から炭酸ガスが外部へ透過することにより、飲料の炭酸ガス含有率が低下し、品質が低下することがあるため、肉厚ボトルを採用したり、前もってガス圧を高目に設定するなどの対応策が講じられています。またボトル軽量化対応策として、ハイブリッドボトルと呼ばれる、従来と異なるタイプのMXD6ナイロンをバリア層とする炭酸ガスバリアボトルが開発されました。PET/MXD6ナイロン系PETボトルは、従来から酸素バリアボトルとして採用されてきましたが、この多層ボトルには接着材層がなく、PET層とMXD6層の間の接着強度が低いことが知られています。従来のPET/MXD6ナイロン系PETボトルを炭酸飲料に適用した場合、炭酸ガスが内部からPET層を透過し、PETとMXD6ナイロン層の間に透過してきた炭酸ガスが蓄積され、ボトル開栓時一気に炭酸ガスが膨張し、デラミ(層間剥離)が発生してしまいます。このために従来のボトルが使用できませんでした。通常の多層ボトルの断面では、ナイロン層は連続しており、ハイブリッドボトルでは、ナイロン層を縦8本の筋状に分割してナイロン層を間欠的に配置することにより、デラミの発生を抑制する層構成としています。

鮮度保持包装技術

青果物の流通・販売には、現在、個包装が採用されるのが一般的となっています。個包装には、ポリエチレンやポリプロピレンのフィルム袋、ポリスチレントレイとラップフィルムの組合せ、有孔ポリエチレン袋、ネット包装などを使用するのが一般的となっています。また、輸送包装には段ボール箱が使用され、産地で予冷を行って消費地へ送る方式が多く採用されており、鮮度管理が行われています。しかし、1日でも長く鮮度が保持されれば、それだけ流通段階での余裕ができ、在庫管理も容易となります。また、生産時期と消費時期が異なっている作物では、長期間鮮度保持が可能であれば、非常に有効となります。このため、青果物の鮮度保持期間を延長する包材や包装技法が開発されています。青果物は、同じ生鮮食品であっても精肉や鮮魚と異なり、物質代謝を行って生命活動を維持しているため、青果物の鮮度保持技術は、精肉や鮮魚の場合とは大きく異なっています。青果物の活性の程度は、青果物の種類、品種、部位、発達段階や熟度などによって異なり、また、包装される量が異なれば、当然、全体の物質代謝量は異なってくるため、青果物の種類と量に応じて包装形態を採用する必要が生じてきます。

アクティブバリアボトルなど

湯殺菌やレトルト殺菌対応のトレイやパウチの開発が進められています。小さい角形カップは、ダイエット食品のトッピング用フルーツシロップ容器として使用されたことがあります。この製品は85℃-5分の湯殺菌が行われていました。レトルト食品は、一般に酸素の影響を非常に受けやすいため、レトルトパウチのほとんどはアルミ箔タイプのものが使用されています。特にフレーバーが微妙なおかゆ製品には、アクティブバリアパウチが使用されています。この種のレトルト用スタンディングパウチの製品として、白かゆや貝柱かゆなどがあります。他の酸素吸収フィルムを使ったレトルトパウチの製品としては、ホテルブランドのカレー、 シチュー、スープなどの各種レトルト食品があります。また、還元鉄系アクティブバリア容器には、 レトルトカップも開発されコンビニでホット販売されているカップスープ用の容器として当初採用されていましたが、その後、 ホットコーヒーの容器としても使用されているようです。高温になるほど酸化の反応速度が速くなるので、ホット販売される製品では、アクティブバリア機能は非常に有効であることがわかります。その他酸素吸収性キャップを適用する試みも、かなり以前から行われていました。最近では、ガスバリア性PETボトルに充填されたビールに酸素吸収性キャップを併用する例が多くなってきています。また、ポリエチレンナフタレート(PEN)のリターナブルビールボトルのキャップにも適用されています。酸素吸収剤としてはアスコルビン酸や亜硫酸ソーダが使用されています。また、広口びん用の製品では鉄系の酸素吸収キャップもあります。国内製罐メーカーが開発したポリエチレン・スチレン系樹脂・触媒系アクティブバリアボトルは、低カロリーマヨネーズの容器に使用されています。

アクティブバリア材適用の無菌包装

アクティブバリア材の適用として、無菌包装米飯にPPトレイと脱酸素剤を組み合わせた包装が従来採用されてきましたが、これに代わって、還元鉄系アクティブバリア容器を適用した製品が増加しています。このシステムは、袋入り脱酸素剤の誤用防止や電子レンジ適性の向上といった利点があり、米飯の無菌包装では、トレイ容器内の酸素濃度を内容品の充填直後から低レベルにするために、①無菌的に炊飯する工程で米飯内に含まれる溶存酸素を排除②高純度窒素を用いた無酸素充填システムによりトレイ内ヘッドスペースの酸素を排除③酸素吸収性のあるトレイにより外部から侵入する酸素を遮断し、容器内の残存酸素を吸収できる、という3点の配慮がなされています。無酸素充填包装を行う装置では、容器に内容品が充填され、まずヘッドスペースの空気は加熱水蒸気で置換されます。次のステップでは、高純度の窒素がフラッシュされ、ヘッドスペースの雰囲気は高純度窒素と少量の水蒸気となります。ついで蓋材が供給され、ヒートシールと冷却が行われます。内容品の温度が常温になった状態で、ヘッドスペースは少し減圧の状態となり、外観特性も良好です。また、減圧の状態を変位センサーで検査することにより、密封状態の管理を行うことも可能となります。このような装置で作られたトレイでは、酸素吸収層の外側にエパール(EVOH樹指)層が設けてあり、外部からの透過により酸素吸収層に到達する酸素の量を低減することにより、酸素吸収層が蓋から透過してきた内部の酸素を十分に捕捉できるような設計となっています。この容器とガスバリア材にEVOHを使用したPP系の容器の充填を行った後の容器内の酸素濃度変化は、容器内は長期間にわたって好気性微生物の増殖が不可能な酸素濃度レベルに保たれています。一方通常のガスバリア性プラスチック容器を用いた場合、容器内酸素濃度が上昇するため、微生物増殖の危険性が出てきます。このように、高純度窒素による充填時の窒素置換と容器の適用を組み合わせることにより、いろいろな特長をもつ無菌米飯包装システムが確立されました。

包装材生産の現場

包装材を生産する工程が、安全であるとは限りません。労働の安全、衛生に関しては、食品や包装材自体の安全性とは別に、規制しなければなりません。この流れが顕著に見られるのはヨーロッパです。既に90年代には、英国でBSIがOHSASを定めています。このアセスメントは日本でも採用され、労働の安全をマネジメントする重要性が徐々に認識されつつあります。しかしまだまだ不十分な点も多く、今後の改善が課題となっています。  具体例を挙げましょう。EUでは労働者が直接触ることになる機械の安全性を確保するべく、CEマークの取得を義務付けています。ですから日本の優れた包装材生産機器を輸出しても、CEマークが無ければ受け取ってもらえません。CEマークを付与してもらうためには、EU内で安全適合宣言する必要があり、そのためには代理店に依頼する他ありません。英語やフランス語でやり取りするため、語学にも通じていなければなりません。  包装材は優れたものであっても、事故が生じる可能性は否定できません。包装材の欠陥が原因で、消費者が何らかの損害を被った場合、PL法に基づいて対処する必要があります。PL法とは、製造業者の賠償責任を定めた法律で、消費者保護を目的としています。PL法が生まれた背景には、事故の原因が生産者側にあることを、消費者自身が立証しなければならない事態がありました。消費者は包装材や内容物に関しては情報弱者ですから、現実的には難しい立証を課すのはおかしいとの声が高まったためです。その結果、現在ではPL法に則り、生産者の無過失責任が認められるようになりました。つまり包装材の欠陥さえ事実であれば、賠償責任が発生するようになったのです。

殺菌による微生物制御方法の種類

食品の加熱条件と包装材料の関係として、対象食品というのは、低温殺菌では酸性食品のフルーツ類、シロップ類、みつ豆、ピクルス、発酵食品のみそ、漬物、酒などがあるそうです。
中温殺菌とはボイル殺菌だそうで、煮豆、佃煮、魚肉ハム、ソーセージ、かまぼこなどがあるそうです。
高温殺菌というのはレトルト殺菌で、カレー、おでん、焼売、ミートソース、スープ類などの調理食品があるそうです。
殺菌による微生物制御には、熱殺菌と冷殺菌の他に通電殺菌、紫外線殺菌、放射線殺菌、電子線殺菌、超高圧殺菌、光パルス殺菌などがあるそうです。
通電殺菌というのは、食品に直接電界や電流を印加してクーロン力の物理作用、電気化学反応により抗菌物質の毒性などを死滅させる方法があるそうです。
処理時間は0.1秒程度のために、食品の風味の損傷を少なく殺菌できるそうです。
紫外線殺菌というのは、UV―C(254nm)を照射して殺菌する方法だそうです。照射部分だけの殺菌になるそうです。細菌は低線量でも殺菌効果が高いそうですが、カビに対しては効果が劣るそうです。
放射線殺菌というのは、γ線のことで、日本では馬鈴薯の発芽防止以外は認められていないそうです。
けれども世界的には10kGyまでなら認められているそうです。現在は、食品包装用材料の滅菌に使われているそうです。
電子線殺菌というのは、80~300keVの低ネルギー域が使われているそうです。食品内部までの殺菌は困難となるそうです。けれど、包装材料の表面殺菌には充分に利用できるそうです。
超高圧殺菌、光パルス殺菌などはいまのところ一般的ではないそうです。
また、薬剤殺菌というのは、直接食品に使うことはできないそうですが、食品製造装置や包装材料などの殺菌に使用されているそうです。

食品の変化

食品の物理的変化というのを見ていきたいと思います。

水分移行による乾燥・吸湿・潮解があるかと思います。また揮発成分による香気逸脱、移り香などのオフフレーバー、そして振動や衝撃による破損や傷害もあるかと思います。

成分の結晶化によるブルーミング、物性変化、粉体のケーキングというのもあるそうです。

食品の変質は、環境の温度や湿度が大きく影響するそうですが、酵母や光線も大いに関与していると言われています。

食品が吸水すると、柔らかくなったり、食感が変化することも多いようです。

膨張したり、異臭を発生したり、腐敗にも繋がってしまうこともあると思います。

粉末や乾燥食品が水蒸気を吸湿すると、潮解・凝集・固化などが起こってしまい、変質に繋がってしまうと言われています。

クラッカーというのは、水分が5%を超えてしまうと、変化が生じてしまい軟化すると言われています。

また、粉末スープは、水分量が4%を超えると固まったり潮解という現象が起こるそうです。

吸湿変質の防止として、防湿包装、防水包装、乾燥剤入り包装・急速冷凍食品包装というもがあり、これらによって、水蒸気侵入防止ができるそうです。

乾燥食品包装には、防湿包装や乾燥剤入の包装がもっとも一般的であると考えてもよいのではないでしょうか。

乾燥することも食品を変質させてしまう要因のひとつとして考えらています。

乾燥することで、食品は香気成分が揮散して固くなってひび割れた現象を起こしてしまうそうです。食品ももろくなってしまうそうです。

乾燥による変質防止には、食品中の水分離脱を防ぐことが必要だと思います。 そのためには、水分や水蒸気をリークさせない防水包装、防湿包装、吸水性ポリマー塗工包装といった保水包装などが必要とされるでしょう。

風味の低下について

風味が低下したと感じるのは臭いに大いに関係すると言われています。

衛生管理や加熱殺菌など微生物や酵素が作用しないようにしなければならないそうです。

ガス置換包装、保存料の添加など適切な品質保持技法を選ぶことも大切だと思います。

乾燥品の風味の変化としては、保存中に油脂や色素、ビタミンなどの酸化や、還元糖とアミノ酸による褐変反応などで異臭が発生したりすることだです。

油菓子、ポテトチップス、緑茶、とろろ昆布、削り節などの乾燥食品は、包装により酸素や光線を遮断することが大切で、ガス置換包装や脱酸素剤封入包装や酸化防止剤の添加によって、酸化による風味の劣化を防止するそうです。

臭い移りをしないことも風味を低下させないためのひとつの方法だと思います。

包装自身や環境の臭いが食品に移るということがあるかと思います。包装自身の臭いはあまりいいものではないかと思いますし、風味は低下してしまいます。こうしたものの対策としては、においを通さない低臭の包材で食品を包装して、環境の異臭に気を配ることが大切だそうです。

臭いにことさら敏感でなくても、臭いだけで食欲がなくなってしまうこともあるのではないでしょうか。そういった場合には、食品を加熱することによって生成する香気成分というのは好ましい香りといえるかと思います。

食品自体にも好ましい匂いがあるものもあるかと思います。

わざわざ美味しそうな匂いを研究して食品に付けたりするのに、包装材料の匂いが移ってしまっては台無しです。

また、乾燥シイタケのように長期保存ができる食品を包装していると、包装材の匂いが移ったりすることもあるかと思います。

食品へのニオイ移りというのは長期間の保存に対しても気をつけなければならないと思います。 異臭の侵入を防ぎ、移り香のしないものが求められているでしょう。

液体紙容器について

現在の液体紙容器というのは、プラスチック積層品だそうです。

液体紙容器というのには低温流通用屋根型容器、常温流通用屋根型容器、レンガ型容器、直方体ストレート型容器、保存用カップ、バックイン・カートン、バックイン・ボックスがあるそうです。

低温流通用屋根型容器は高サイズの耐水性があるそうです。

低温でガス透過も少ないため、液体の浸透も低いということで、PE/紙/PEの3層で充分だそうです。

紙の端面には液が直接触れることになりますが、高サイズのために低浸透性であるそうです。ただ常温長時間で漏れが心配となるそうです。簡易口栓がつくそうです。

3層ということで安価にできると言われています。

ガスバリア性はないと言われていますが、常温流通用屋根型容器はガスバリア性があるそうです。ガス透過を防ぐために、遮断性のアルミ箔やセラミック蒸着品が用いられているというのを聞いたことがあります。

溶液面は、紙端面を折り返して直接接触しないような構造にしているそうです。

構成としてはPE/紙/PE/AL箔(または蒸着品)/PEか、胴ぶくれ防止にはPE/紙/PE/AL箔/PET/PEを用いるそうです。

6層になると高価になるのではないでしょうか。

専用包装機とシステム化している場合も多いそうです。

無菌包装も可能になると言われています。

直方体、レンガ型容器は、縦形ピロー包装機で製袋しながら充填、液中シールする形態となるそうです。

ヘッドスペースがないので長期保存に耐えるそうです。チルド用、常温用、無菌用に広く使用されるそうです。

無菌も可能だそうです。常温用となるとガスバリア性もあるそうです。

直方体ストレート型容器は、透明蒸着などガス遮断性のラミネート紙を平巻きするそうです。そして熱接着やテープ貼りで胴部を作るそうです。

保存用カップでは低温用は端面が液に接しますが、常温用は折返しのため接しないそうです。