生分解性プラスチック

リサイクリングのうち、生分解性プラスチックの使用は、生分解性プラスチックが微生物によって分解され、最終的に水と炭酸ガスに還元されるので、広い意味での生物学的なリサイクリングと考えられます。ところが生分解性プラスチックは、種類によって生分解する条件や速度が大きく異なっており、微生物による分解は容易には開始しない面もあります。従来、プラスチックは、石油を原料として製造されてきました。石油は限りのある資源であり、枯渇が懸念されているところです。そこで、再生可能な植物由来の有機資源(バイオマス)を原料とするプラスチックが注目されるようになってきたという経緯があります。このようなプラスチックは、バイオマスプラスチックと呼ばれ、特徴として次の2つが挙げられます。①カーボンニュートラルであること。つまり、バイオマスプラスチックを燃焼させると二酸化炭素が排出されますが、これに含まれる炭素は、そのバイオマスが成長過程で大気中から吸収した二酸化炭素を光合成によって固定化したものです。したがってバイオマスを使用しても全体として見れば、大気中の二酸化炭素量を増加させていないと考えられます。②バイオマスは再生可能な資源であること。バイオマスエネルギーの源は植物によって取り込まれた太陽エネルギーであり、これは再生可能エネルギーです。バイオプラスチックという用語は、バイオマスプラスチックおよびバイオマスやバイオマスを原料とするプラスチックを配合成分としてもつプラスチックに対して用いられています。また海外では、生分解性プラスチックは生分解反応がバイオプロセスであることから、生分解性プラスチックもバイオプラスチックの範曙とする見方が一般的になってきています。

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シリカコーテイング容器

PETフィルムへシリカ(SiOx) やアルミナ(Al203) をPVDの真空蒸着法やプラズマCVD法によりコーティングしたガスバリアフィルムが、PVDCコートガスバリアフィルムの代替として多用されています。PETボトルへのシリカ蒸着も以前から検討されており、T杜がPETボトルのSiOx内面蒸着技術を考案しました。この技術は、テトラブリック用ラミネート材のバリア材として開発されたSiOxコートフィルムの技術がベースとなっています。このコーティングプロセスでは、原料のHMDSOと酸素をPETボトル内に導入し、マイクロ波でプラズマ化しています。このボトルは内面コーティングであるため、特に炭酸ガスバリア性に有効なのは、PET樹脂の炭酸ガスに対する溶解度係数が大きく、炭酸飲料ではPET樹脂への炭酸ガスの吸着が問題となっているからです。このコーティングは、ビールボトルに採用された実績があります。他 K杜、C社、E大学、L社と共同してプラズマ法によるSiOxの外面蒸着技術の開発を行っています。K杜の発表によると、バリア性能はコーティングにより2倍となり、ビールのシェルフライフは6ヵ月に延長されたとのことです。さらに、プラスチック成形加工の研究機関として実績のあるドイツのA大学では、シリカのプラズマコーティングの研究を20世紀後半から続けています。このコーティング原理に基づき、ブロ一成形機メーカーのS社が別のシステムを実用化しております。このシステムによるコーテイングボトルは、フルーツジュースボトルに使われています。我が国でも、T社がシリカのプラズマコーティング技術を開発しています。この技術の被覆膜の特徴は、PETとの密着性や柔軟性に優れる有機ケイ素重合層とバリア性に優れる酸化ケイ素層から成る2層構造になっていることです。バリア特性は、未処理ボトルと比較して、酸素は約30倍、水蒸気は約10倍、炭酸ガスは約3倍と発表されています。また、PETボトルからのアセトアルデヒド(AA)溶出やボトルへの香気成分収着も非常に低く抑えられているようです。他社でも、シリカのプラズマコーテイングボトルの開発を行っており、これらのシリカコーティングPETボトルは、高級サラダオイルなどに適用されています。

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バーシール法

バーシール法によってヒートシールを行う場合、ヒートシール材(シーラント)に応じたヒートシール条件が選ばれますが、シーラントのヒートシール適性は、次のような特性によって評価されています。シール開始温度は、ヒートシールが可能な最低温度で、シーラントが単体フィルムの場合、シーラントの軟化点や融点と直接関係してきます。したがって、ワックスのシール開始温度は比較的低く、低密度ポリエチレン(LDPE) ではワックスより高くなり、無延伸ポリプロピレン(CPP) ではさらに高くなります。多層フィルムの場合、シール開始温度は、シーラントの融点だけでなくほかの層の熱伝導性にも関係します。プラスチックフィルムの熱伝導性は一般に悪いため、シーラントへの熱の伝達は速くありません。また、片側加熱のシーラーの場合、基材などのフィルム層の熱絶縁性のためにシールに必要な熱量は多くなります。フレキシブル包装に多く用いられるアルミ箔の熱伝導性は良好ですが、熱をシール範囲の横の方へ逃がしてしまうため、アルミ箔を含む多層フィルムの場合、シールを行うのに多くの熱量が必要となります。シール温度範囲は、一定のシール時間と圧力でヒートシールが可能な温度範囲です。シール開始温度が下限で、上限はシール部や材料の品質が低下せずに満足なシールが可能な最高温度です。シール温度範囲の下限はシーラントの融点に関係してきます。シール時間範囲は、一定のシール温度と圧力でヒートシール可能な時間の範囲で、シール温度が低い方が広くなります。シール時間の上限は、シーラントの分子配向とも関係しており、2軸延伸ポリプロピレン(OPP) は加熱により収縮が起こるため、シール時間範囲はCPPより狭くなります。その他に、シール時間の上限を決める因子としてシーラントの熱安定性があります。シール温度と熱分解温度が接近しているポリマー、たとえばポリ塩化ビニルなどのフィルムのヒートシールは困難です。ホットタック性は熱間シール性とも呼ばれ、ヒートシールバーを取り除いた直後のシール部の剥離に対する抵抗力を表す特性です。一般に、ホットメルトワックスのホットタック性は悪く、シーラントとして一般的なLDPEやエチレン酢酸ピニル共重合体(EVA) のホットタック性はワックスよりはるかに良好です。直鎖状低密度ポリエチレン(LLDPE)では、さらに良好となり、アイオノマーのホットタック性が最も優れています。この特性は、シールヘッドによって底が形成され、直後に内容品が充填される縦型ピロー包装機の操作において非常に重要です。シールヘッドが開いたとき、内容品の全重量がまだ熱いシール部にかかり、ホットタック性がないとシール部が抜けることになります。

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各種ヒートシール方式

バーシールを行う場合のシール条件としては、温度、時間、圧力の3つの条件が基本的なものです。シール温度を高くすると、シール時間を短縮することが可能ですが、シール材の軟化点や融点より極端に高温にすると種々の弊害が生じるため、高くなり過ぎないように注意する必要があります。シール時間は、作業能率の点からは短くする必要がありますが、シールの完全性の点では長くとる方が望ましいです。シール圧力は、シール材間の間隙をなくするために必要ですが、圧力を上げ過ぎると、シール部が変形したり、溶融したシール材がはみ出してシール強度が低下するため、適切な圧力に止めるべきでしょう。インパルスシール法は、電気絶縁性の耐熱材を介してニクロムリボンを被着フィルムに圧着したのちに、瞬間的に大電流を流してニクロムリボンを加熱し、この熱でヒートシールを行う方法です。このシール方法は、冷凍野菜用袋、水物用袋、真空包装などのシールに広く使われています。また、インパルスシールの変形として、ニクロムリボンの代わりにニクロム線を用い、通電加熱してシールを行うと同時に溶断するインパルス溶断シール方式もあります。高周波誘電シール方式は、誘電体に高周波電界を加えると誘電損失により発熱する原理を利用したシール方式です。誘電損失の低いポリエチレンなどには適さず、誘電損失の高いポリ塩化ビニルやポリ塩化ビニリデンなどのシールに適用されています。高周波誘導加熱は、導電体であるアルミ箔とポリエチレンやポリプロピレンなどのシーラントとのラミネート品のシールに適用が可能です。このシール方式では、アルミ箔が発熱し、熱伝導によりポリエチレンなどのシーラント層が加熱溶融されてシールが行われるため、バーシール方式に比べてシーラント層の温度上昇が急速であり、短時間シールが可能です。容器への蓋材のシールに一部適用されています。

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ヒートシール技法

フィルム包装には種々の形態がありますが、バッグやパウチなどの袋状の包材が一般的で、この場合、製袋や袋に内容品を充填密封する工程においてシール技法は重要となります。また、シートの熱成形や射出成形などによって得られた成形容器に内容品を充填密封する場合にも、フィルム状の蓋材を成形容器へヒートシールすることが行われています。シール技法には、機械的に結束する方法、溶剤による方法、接着剤や粘着剤を用いる方法などありますが、熱容着を利用するシール方法が最も一般的に適用されています。熱溶着によるシール方法には、大別して外部加熱による方法と内部加熱による方法があります。外部加熱による方法には、ヒートシールやインパルスシール、摩擦熱によるスピンウェルド法、炎による方法、レーザー、赤外線、ホットジェットを利用する方法などがあります。一方、内部加熱による方法には、高周波シールと超音波シールがあります。ヒートシール法は、加熱した金属を直接あるいは耐熱フィルムや緩衝材を介し重ね合わせて溶着物に圧接し、熱伝導によって溶着する方法です。このヒートシール方式には、熱板シール(バーシール)、回転ロールシール、ベルトシール(バンドシール)、溶断シールなどがあります。一般的に使用されているバーシール法は、製袋やパウチの密封に用いられ、横型ピロー包装機、縦型ビロー包装機、オーパーラップ包装機などの自動包装機に広く適用されています。

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包装材の歴史

日本では古代より優れた包装材が開発されてきました。例えば奈良時代には、年貢の輸送に瓶や箱、袋が使われましたが、それらは運搬を助けてくれました。竹で編んだものや櫃、木桶までありましたが、いずれも複雑な構造をした立派なものでした。江戸時代に入るとさらに発展し、木製の容器も一般的になりました。それに加えて金属やガラスが使われるようになったのは、明治時代以降のことになります。
 ところで昭和30年代以降になると、包装の革新が起こります。というのも、丁度スーパーマーケットが広がった時期に当たるからです。流通のあり方が一変して、包装材の需要が一気に高まりました。またこの時期はプラスチックも使われ始め、包装業界は一気に塗り替えられることになりました。もちろんそれまでの金属、ガラス、紙、木も使われ続けましたが、プラスチックへの依存度が日増しに高まっていったのです。消費者のライフスタイルも多様化する中で、それに応じた包装材の需要が高まることにもなりました。
 消費者としては、当然ながら安価で丈夫な包装材を求めます。また機能的で、安全でもある包装材を欲します。従って包装材メーカーとしてもそれらの需要に応えるべく、大きな社会的責任を負っています。法令順守はもちろんのこと、消費者保護という基本理念、環境対策、安全性、利便性、デザイン等、枚挙に暇がありません。包装材はそもそも内容物を保護しなければなりませんが、それだけでは消費者は満足しません。軽い包装材、持ちやすい包装材、安全な包装材、加工可能な包装材、デザイン性のある包装材が求められるのです。

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無菌・無菌化充填包装システム

我が国において無菌・無菌化充填包装システムが確立しているのは、牛乳、果汁飲料、茶飲料、ミネラルウォーター、米飯、豆腐などで、容器としては、紙容器、PETボトル、プラスチック成形容器が使用されています。内容品は加熱殺菌され、無菌に保たれた装置内で殺菌された包材に充填されます。飲料の無菌化包装には、紙容器とPETボトルが適用されています。牛乳、クリームなどの乳製品、コーヒー、スープなどの場合、カートン内部は過酸化水素水、スチーム、ホットエアで殺菌されます。ブリック型紙容器の殺菌は、ロール状態で過酸化水素水(30%、80℃)に浸漬することによって行われ、PETボトルの無菌充填システムでのボトル・キャップの殺菌は、一般に過酸化水素水と過酢酸の混合希釈液が使用されます。内容品は、pHの程度に応じた殺菌条件で加熱殺菌されます。包装米飯は当初レトルト米飯が開発され、透明レトルトパウチやPP系トレイの製品が多く消費されました。無菌米飯は電子レンジで簡単に加熱できることと、レトルト米飯よりも味の点でも優れているため、レトルト米飯に代わって主流となりました。脱酸素剤が封入された米飯パックやアクテイブバリアトレイが適用されたものは、常温販売されています。固形食品の無菌化包装システムは、バイオクリーンルーム、設備機械と食品の洗浄・殺菌システム、食品製造機械および無菌化包装機械より成り立っています。スライスハムの無菌化包装システムでは、バイオクリーンルーム、洗浄・殺菌装置と食肉加工品の加工機械や包装機械が一体化されています。スライスチーズや惣菜などは、バイオクリーンルーム内で無菌化包装とガス置換包装の両者が行われているものもあります。無菌化充填包装の代表的な用途例として、スライスチーズ、カニかまぼこ、スライスハム、ソーセージなどは冷蔵販売されています。その他、無菌充填包装として、乳製品では、コーヒー用ミルクが代表的な製品です。飲料では紙容器の無菌充填の製品が多く、PETボトル飲料も無菌充填品が多くなってきています。

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無菌包装システムについて

無菌包装システムというのは、殺菌剤で殺菌した容器に加熱殺菌された食品を無菌室の中で、充填・包装をするそうです。これは容器内の微生物をゼロにすることによって、常温で長期間、保存・流通を可能にすることができる包装だそうです。これをアセプティック包装ともいうそうです。
無菌包装は、人体に有害な菌のなかでも、もっとも耐熱性のあるボツリヌス菌を死滅させてから、無菌状態で充填・包装することで、缶詰と同じように長期保存ができるそうです。
おもに乳・乳飲料、コーヒー飲料、コーヒーミルク、茶飲料、果汁飲料、スープ類に用いられるそうです。
無殺菌の包装容器を包装機械内で過酸化水素、過酢酸などの薬剤を用いて殺菌して、あらかじめ殺菌された食品を無菌室で充填、熱封緘して製品を作るそうです。
この包装機械は、フィルムや容器を供給し薬剤殺菌をして、充填シールする一貫したインライン包装機械が多いそうです。これらは遠隔操作されているそうです。
また、無菌包装は充填前に殺菌するので、前殺菌法と言われているそうです。
レトルト殺菌は袋や缶に充填した後で殺菌するため、後殺菌法といわれるそうです。
紙容器(屋根形)……LL牛乳、乳飲料・コーヒー飲料など。
紙容器(ブリック形)……LL牛乳・コーヒー飲料など
プラスチック容器……成形・充填・封緘機で生産されたコーヒーミルクなど。
紙缶(円筒形)……乳飲料・コーヒー飲料・スープ類など。
カップ類……カップ供給式充填・包装機で生産されたデザートなど。
プラスチック袋類……乳製品・めんつゆなど。
BIB……業務用乳製品・スープなど。
延伸PETボトル……茶類・コーヒー飲料など。
延伸PETボトルは高温で成型されるということで、殺菌と同じ効果になるそうです。

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保存のための作業方法

畜肉スライスハム、惣菜類、生パン類、生切り餅など生に近い食品を製造して、包装するときにはクリーンルームで作業することになるそうです。

クリーンルームで作業するということは、工程としては低温状態で、初発菌数を少なく、人で作業を機械にかえるということだそうです。このことにより、シェルフライフを少しでも延長させる包装になるそうです。

バイオクリーンルームはHEPA(除菌)フィルターを使用して清浄度を高めた部屋で、清浄度に応じてクラス分けされるそうです。

医薬品におけるGMP対応包装もバイオクリーンルームで作業を行うそうです。

環境ガス制御をする方法として、真空包装や脱酸素剤封入包装があるそうです。

無酸素状態を作って、好気性の細菌・カビ・酵母などの繁殖を抑える効果があるそうです。

炭酸ガス置換包装は、真空包装と同じ効果があるそうです。また炭酸ガスによる制菌効果があるそうです。

昆虫やダニ類などの付着は、食品に付着していることじたいが大問題だと思います。

食品害虫というのは種類がとても多いそうです。虫の発育条件もさまざまということですが、たとえば増殖能力が高い一対のココクゾウムシは6ヶ月後に5億以上になるそうです。

ココクゾウムシは一般的に発育適温は25℃〜30℃だそうです。発育可能な最低条件は15℃〜20℃だそうです。

多くの害虫は、低水分穀類・ナッツ類、乾燥した動植物食品に付着して食害を及ぼすことが多いかと思います。

害虫から食品を守るために、発育不能温度(15℃以下)で保存する方法があるそうです。室内を低温にすることで発育不能になるそうです。 分子状酸素を排除する方法もあるそうです。真空包装、窒素ガス置換包装、炭酸ガス置換包装など低酸素状態にし、さらに脱酸素剤と併用して効果を上げていくそうです。

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食品の保存技術

食品のpHを酸性域にすると微生物は増殖できないそうです。

食品の保存を高めるためには酸性寄りにしてpHを調整して脱水して、水分活性を下げたらいいと言われています。

酸素については、酸素を好む好気性菌、酸素の有無にかかわらず繁殖する通性嫌気性菌、無酸素を好む嫌気性菌があるそうです。

滅菌(sterilization)というのは、人間に有害な菌を完全に死滅させる商業的無菌のことを指します。

医療品包装ではγ線滅菌やガス滅菌などが相当するそうです。

食品包装では、レトルト滅菌(約120℃で30分)と超高温滅菌(UHT)があるそうです。

耐熱芽胞菌のボツリヌス菌を死滅することを目的としているそうです。

殺菌(pasteurization)というのは、目的の菌を殺すことだそうです。これはすべての菌を殺すということではないそうです。

塩分・糖分・酢分・アルコールを含んだ食品、酸性食品、pH調整食品などは、通常ボイル(温湯)殺菌を行うそうです。

照射殺菌では、マイクロ波殺菌、遠赤外線殺菌(熱戦)、紫外線殺菌(UV)があるそうです。

冷凍食品包装というのはマイナス18℃以下の低温流通食品のことをいうそうです。

マイナス18℃以下というのは、すべての微生物が繁殖できない条件となるそうです。

とはいえ、微生物は死滅したわけではないそうです。静菌状態ということで、解凍時から菌が増殖するそうです。そのため冷凍処理時点の初発菌数を少なくするための清浄な処理条件が要求されるそうです。

解凍したら、早く消費するようにしてほしいということのようです。

冷蔵(cooling)は0〜2℃の温度帯だそうです。生鮮野菜、果実の貯蔵・流通用に使われているそうです。

氷温冷蔵(chilling)は、2℃からマイナス2℃の温度帯だそうです。 氷温冷蔵は、畜肉、鳥肉、魚介類、卵、乳の貯蔵、流通用に使われているそうです。

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