食品メーカーのための賞味期限完全ガイド

製品ごとの正確な賞味期限が把握できていなければ、まだ品質が保たれている期限切れ製品を廃棄してしまう可能性があります。あるいは、実際には品質が劣化しているにもかかわらず、期限が切れていない製品を販売してしまうかもしれません。製品にとって何の役にも立たない包装に過剰な費用をかけている可能性もあります。あるいは、より優れた包装によって得られるはずの大幅な賞味期限の延長を、自ら放棄しているかもしれません。要するに、手探りの状態で事業を行っているため、確かなことは分からないのです。

では、なぜ人々は賞味期限の試験をもっと行わないのでしょうか？

製品にとって何の役にも立たない過剰な包装に、無駄な費用をかけているかもしれません。

本格的な保存期間試験

一般的に、その理由は、本格的な保存期間試験を行うことが非常に困難な作業だからです。そこには、湿度、温度、そして製品の故障モードとの間の複雑な関係が絡んでいるからです。

カビ、微生物の繁殖、酸化、食感や風味の変化、ビタミンの劣化など、さまざまな要因によって、製品が安全でなくなったり、食べられなくなったりする可能性があります。多くの企業には、社内で本格的な保存期間試験を行う専門知識がなく、外部の検査機関に依頼すると費用がかさみます。

この種の保存期間試験に代わる、科学的に根拠のある手法があります。それは「水分活度による保存期間の簡略化」です。この手法を用いれば、小規模なスタートアップ企業であっても実施可能な実験から、製品の保存期間を予測するために必要なあらゆるデータを導き出すことができます。

保存期間と水分活性

水分活性は、どのようにして保存期間を簡素化するのでしょうか？

1. これにより、不要な要素が排除されます。製品の水活度を把握すれば、その製品においてどのような不具合が発生しやすいかが分かります。
2. これにより、予測が容易になります。水分活性計と、もう1つの測定方法（どの方法を選ぶかは、具体的な劣化モードによって異なります）を組み合わせることで、社内で簡単に実験を行い、保存期間を正確に予測することができます。
3. これにより、生産工程が標準化されます。水活度の基準値を設定することで、バッチごとに最適な保存期間を確保することができます。

保存期間に関するデータは、製品の不具合を未然に防ぎ、保存期間を予測・延長し、最も費用対効果の高い包装を選択するなど、貴重な知見をもたらします。

AQUALAB 3. 製品の水活性を正確に測定することで、賞味期限をより正確に予測することができます。

水分活性は保存期間をどのように予測するのでしょうか？

水分活性は、食品の保存期間を予測・管理するための重要な指標です。保存期間とは、製品が安全性を保ち、望ましい官能的、化学的、物理的、微生物学的特性を維持し、栄養表示の基準を満たし続けることができる期間のことです。保存期間には、水分活性、pH、酸化還元電位、酸素、保存料の使用、加工・保管条件など、多くの要因が影響します。食品や医薬品の水分活性を測定・管理することで、以下のことが可能になります：

• どの微生物が腐敗や感染の原因となり得るかを予測する
• 食品の化学的安定性を維持する
• 非酵素的な褐変反応および自発的な脂質酸化反応を最小限に抑える
• 酵素の活性を制御する
• 食品に含まれる栄養素やビタミンを長持ちさせる
• 食品の物理的特性を最適化する

賞味期限を縮める要因

保存期間に影響を与える主な要因は、微生物の特性、化学的変化、および物理的劣化の3つです。これらの要因はすべて、水分活性と関連しています。

微生物の増殖

カビや微生物の増殖は、保存期間にとって最も危険な脅威です。水分活度を制御することで、微生物の増殖を抑制または防止し、保存期間を延長できるほか、一部の製品については冷蔵なしで安全に保管できるようになります。明確に定義された表を用いることで、製品ごとの水分活度の基準値を設定し、これを保存期間試験に活用することができます。

表1. 一般的な微生物の多くの種における水分活性の増殖限界

では、この知識を製品開発、仕様策定、製造、包装の各段階でどのように活用すればよいのでしょうか？当社の最新ウェビナーをご覧いただき、以下の内容をご確認ください：

• 水分活性が微生物の増殖をどのように予測するか
• 業界に関連する特定の生物学的許容限度_（AW）を、仕様策定にどのように活用するか
• 必要な水分活度を達成するために、さまざまな製剤技術（保湿剤、フィルム、コーティングなど）をどのように活用するか
• 特定の課題に対処するために、ハードル技術の導入を検討すべき理由

化学的劣化

水分活性は、水が溶媒として作用したり、それ自体が反応物となったり、あるいは粘度を通じて反応物の移動度を変化させたりするため、劣化を招く化学反応速度に影響を及ぼします。 例えば、非酵素的褐変反応は水分活性の上昇に伴い増加し、0.6～0._{7 awで}最大値に達し、脂質酸化は約0.2～0.3_awで最小となる。水分吸着等温線から決定される単分子層水分含有量付近で、一般的に最適な化学的安定性が得られる。

図1. 製品の安定性や反応は、水分活度を用いて予測することができる。

身体機能の低下

湿度が高い環境や（比較的稀ですが）湿度が低い環境は、製品の水分活度に影響を与え、製品の食感や物理的特性に望ましくない変化をもたらし、賞味期限を短縮させる可能性があります。具体的な問題としては、乾燥食品のサクサク感が失われること、粉末製品の固まりや塊ができること、そして湿り気のある食品が硬くなったり噛み応えが強くなったりすることが挙げられます。製品に適した臨界水分活度を見極めるにはある程度の調査が必要ですが、水分活度を活用すれば、その作業がはるかに容易になります。

製品の最適な水分活度を把握しておくことで、固まりや塊の発生など、製品の物理的性質における望ましくない変化を防ぐことができます。

梱包、発送、保管

輸送や保管中の水分活性の変化は、賞味期限に大きな影響を及ぼす可能性があります。水分活性は温度に依存するため、輸送や保管時の温度は、パッケージ内の水分活性に影響を与える可能性があります。簡易的な賞味期限試験を行うことで、最適な包装を決定し、輸送や保管条件が製品の賞味期限に与える影響を評価することができます。

シンプルなテストを始めましょう

保存期間を最大限に延ばす方法に関する情報は食品科学の文献に記載されていますが、具体的な手順が詳しく書かれた資料を見つけるのは難しい場合があります。特定の製品の保存期間を試験するための計画を立てる際には、いくつか留意すべき点があります。

すべてを分析しようとしてはいけません

保存期間には多くの要因が関わっていますが、最も大きな影響を与えるのは水分活性と温度です。まずはこの2つの要因を管理することから始めましょう。

水分活性はどのように測定されるのでしょうか？

食品メーカーは、実験室や製造ラインで水分活性計を用いて水分活性を測定しています。AQUALABの機器なら、±0.003_awの精度 で、5分以内（平均測定時間：2.5分）に水分活性（_aw）を測定できます。AQUALABの機器は、市場で最も高速かつ高精度な水分活性計です。その仕組みについては、動画をご覧ください。

最も発生しやすい故障モードを特定してください

製品の保存期間は、通常、1つか2つの劣化要因によって左右されます。例えば、ポテトチップスの保存期間は、脂質酸化に伴う異臭によって短くなることがよくあります。簡略化された保存期間試験では、まずさまざまな水分活性および温度条件下での脂質酸化を追跡することから始めるべきです。脂質酸化の影響を考慮した後、食感など、その他の潜在的な制限要因について検討することができます。

保存期間を決定するための基本的な手順

水分活度を用いた保存期間試験の基本的な手順。

これらの手順を詳細なフローチャートにまとめると、次のようになります（拡大画像はこちら）：

図2. 保存期間試験のフローチャート

最適なプランをお選びください

製品に適した水分活性の範囲を決定したら、次は包装について検討する必要があります。時間の経過とともに製品の水分活性がどのように変化するかを左右する最も重要な要因は、包装材料の透過性、すなわちさまざまな条件下で湿気の移動をどれだけ防ぐことができるかという点です（Wong et al 1999 参照）。所望の保存期間に適した包装を見極めるには、包装の透過性と臨界水分活性という 2 つの単純な指標が必要です。

あなたにぴったりのWVTRを見つけよう

包装内を水が移動する原動力は、包装の内外における水分活性の状態の違いです。製造業者は、この水の移動速度を制御するために包装を使用します。水分は、水蒸気透過率（WVTR）として表される速度で包装を通過します。数学モデルにおいてWVTRを用いることで、所望の保存期間に適した最適な包装を決定することができます。

重要な水活性範囲を特定する

保存期間試験の主な目的の一つは、製品にとって最適な水分活性の範囲を特定することです。これは、それを超えると直ちに安全性や食感の問題を引き起こし、保存期間を短縮してしまう「臨界水分活性」である場合もあります。あるいは、利益を最大化し、味、食感、安全性に関する潜在的な問題を排除する「水分活性の最適値」である場合もあります。

製品の故障原因が主に物理的変化によるものである場合、動的露点等温線（DDI）曲線を用いて臨界水分活度を特定できる可能性があります。DDI曲線は、試料が水分を吸着・脱着する際の吸着特性の変化を測定するものです（図3参照）。

図3. テクスチャの変化と噴霧乾燥粉乳の等温線との関係。

DDI曲線を利用すれば、臨界水分活度の特定にかかる時間を大幅に短縮できます。DDI曲線は、製品のサンプルをAQUALAB Lab Servicesに送付して取得するか、または「VAPOR SORPTION ANALYZER」を使用して自社で作成することができます。

微生物による腐敗が保存期間の制限要因である場合、研究によって確立された基準値を用いて、臨界水分活性またはその範囲を特定することができます。水分活性と微生物増殖の関係を示すこの表には、問題となる多くの微生物が記載されています。

脂質酸化、メイラード反応、あるいはビタミン損失といった化学的要因が製品の主な劣化要因である場合、もう少し手間をかける必要があります。水分活性はこうした化学反応の多くと相関関係にありますが、具体的な製品においてその相関関係がどのようなものかを特定するには、実験を行う必要があります。

長期保存を実現するパッケージ

パッケージの透過性と臨界水分活度が判明すれば、それらの値を用いて予測モデリングを行うことができます。

予測モデリングは、多くの場合、一連の複雑な方程式を用いて行われます（詳細は「参考資料」のセクションに記載）が、もっと簡単な方法もあります。ソフトウェアプログラム「MOISTURE ANALYSIS TOOLKIT」を使えば、これらの計算を自動的に行うことができます。このツールキットは、基本的な入力データに基づいて保存期間を算出したり、理想的な包装仕様を設定したりするだけでなく、分析パラメータを変更してさまざまな包装オプションを検討することも可能です。

故障のメカニズムなどを徹底的に掘り下げる

さらに詳しく知りたいですか？以下に、上記の保存期間に関する簡略化されたフローチャート（図2）の手順について、包括的かつ詳細なガイドを掲載しています。各タブを開いて、それぞれのトピックについてご確認ください。

保存期間に関する詳細情報

この30分間のウェビナーでは、食品科学者のメアリー・ギャロウェイ氏とザカリー・カートライト氏が、保存期間に関する疑問の解決策について解説します。以下の内容を学びましょう：

• 問題や苦情を調査し、賞味期限が予想より早く切れてしまう原因を特定する
• レシピの変更が賞味期限にどのような影響を与えるかを予測する
• さまざまな原材料の選択肢による効果を比較する
• 特定の包装方法が、製品の保存期間の達成または延長に役立つかどうかを評価する

AQUALAB 4TEが他の水分活性計より優れている理由

AQUALAB 4TEは、試料を密閉容器内に封入し、ヘッドスペース内の空気の相対湿度が試料の水分活度と平衡状態に達するようにします。平衡状態になると、両者は等しくなり、ヘッドスペースの相対湿度を測定することで試料の水分活度を把握することができます。これが、水分活度を測定する方法に関する最も信頼性の高い答えとなります。

補助的な測定方法：湿度計、静電容量式センサー

初期の水分活性計と同様に、現代の測定器のほとんどは、試料の上部空間の湿度を測定するために、静電容量式または抵抗式の湿度センサーを採用しています。

これらの測定器は間接的な手法を採用しており、電気信号と相対湿度を関連付けて測定するため、既知の塩分標準液を用いて校正する必要があります。

これらのセンサーでは、試料とセンサーの温度が同じである場合にのみ、ERH値は試料の水活度と等しくなります。正確な測定を行うには、適切な温度管理または温度測定が必要です。静電容量式センサーは構造が単純であるため、比較的安価な水活度計によく用いられています。

4TE露点法は主要な手法である

水分活度の測定方法に関する問いに対する最適な手法は、p / p0 の比を用いる一次法である。

P0（飽和蒸気圧）は試料の温度のみに依存するため（添付のグラフに示す通り）、試料の温度を測定することでP0を測定することが可能です。P（試料中の水の蒸気圧）は、試料の上部にある密閉されたヘッドスペース内の水の蒸気圧を測定することで測定できます。 その蒸気圧を測定する最も正確な方法であり、第一原理に立ち返った方法としては、空気の露点を測定することが挙げられる。

図15. 試料の温度を測定することで、飽和蒸気圧を測定することができる（飽和蒸気圧は温度に依存する）。

一次法とは、直接測定であり、較正を必要としないことを指します

露点（または冷却鏡式露点）法の主な利点は、測定速度と精度の高さです。冷却鏡式露点センサーは、熱力学の基本原理に基づいた一次測定法です。冷却鏡式水分活性計は、通常約5分で高精度（±0._003aw）の測定を行います。測定は温度測定に基づいているため、校正は不要です。 ユーザーは、機器が正常に動作していることを確認するために、標準塩溶液を測定する必要があります。一部の用途では、この方法の迅速さにより、製造業者は製品の水分活度をライン上でモニタリングすることが可能になります。

その他のリソース

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