水分活性 102：微生物の増殖

食品メーカーは、製品の製造および包装において微生物の増殖を考慮しなければなりません。本ウェビナーでは、微生物の増殖に影響を与える要因、水分活性が微生物の増殖に及ぼす影響、法規制への準拠、一般的な食品病原菌、特定の水分活性の設定、およびハードル技術について解説します。

食品包装における微生物汚染は、製品の回収につながり、業務の遅延、訴訟費用、医療賠償請求、製品の回収・廃棄、医療費など、企業に数百万ドルの損失をもたらす可能性があります。また、評判の失墜、将来の売上減少、消費者の信頼喪失といったさらなる損失を招く恐れもあります。

FAT TOM：微生物の増殖に影響を与える6つの要因

微生物の増殖には、主に6つの要因が影響します。それは、栄養源、酸、時間、温度、酸素、そして水分です。（覚えやすい覚え方として、「FAT TOM」という語呂合わせがあります。）食品の栄養成分によって、どのような微生物が増殖するかが決まります。酸、つまりpH値も微生物の増殖に影響を与えます。カビは最も低いpH値でも増殖できますが、細菌は最も高いpH値で活発に増殖し、pHが4.6未満の環境では増殖できません。

微生物の増殖は指数関数的に進むため、危険な病原体を早期に発見することが極めて重要です。微生物の栄養源や酸素を遮断し、競合する種を導入することで、病原体の増殖を阻止することができます。病原体によって、繁殖に適した温度は異なります。食品衛生上の危険温度帯は、摂氏4度から60度（華氏40度から140度）の間です。高温・長時間処理を組み合わせることで、細菌を不活化することができます。

微生物の酸素要求性や酸化還元電位について考えてみましょう。好気性微生物（カビなど）は酸素を必要としますが、嫌気性病原体（ボツリヌス菌やセレウス菌）は増殖に酸素を必要としません。 一部の細菌（大腸菌や 黄色ブドウ球菌など）は通性好気性菌であり、環境に応じて好気性状態と嫌気性状態を切り替えることができる。一方、微好気性菌は、増殖するために少量の酸素を必要とする（カンピロバクター・ジェジュニなど）。

水分は、食品の水分活度を通じて病原体の増殖に影響を与えます。例えば、病原性細菌は水分活度が0.85以上の場合にのみ増殖しますが、カビや酵母による腐敗は水分活度が0.7以上で発生します。逆に、水分活度が0.6未満の場合、微生物の増殖は起こりません。

水分活性が微生物に与える影響

水分活性の違いは、エネルギーレベルの違いを意味します。水分活性が高いと、微生物内の水分は外へ出ようとするため、微生物内部のトリガー圧力が変化します。微生物は、自身のエネルギーを環境中の水分活性と均衡させようとします。

微生物は、水分活度を下げるために細胞膜を変化させ、それによってトリガー圧を維持します。水分活度を下げようと、アミノ酸や糖類を少量生成したり輸送したりすることもあります。しかし、それでも水分活度は環境条件に適合せず、微生物は停滞状態、すなわち休眠状態に入ります。

一般的な食品由来の病原体

食品由来の病原体は、食中毒と食源性感染症の2つに分類されます。食中毒とは、食品中に生成された毒素を摂取して体調を崩すことを指します。一方、食源性感染症とは、毒素が消化管内で増殖することを指します。（食中毒は食品内で発生し、感染症は腸内で発生します。）

黄色ブドウ球菌は、酸素の有無にかかわらず増殖し、水活度の限界値が最も低く、交差汚染も起こりやすい。したがって、食品加工機器から黄色ブドウ球菌が検出された場合は、衛生管理が不十分であることを示している。この病原菌の増殖は、洗浄、殺菌、適切な下処理、および交差汚染の最小化によって容易に防ぐことができる。

ボツリヌス菌は嫌気性菌であり、pH4.6未満の環境では増殖しません。わずか3分間煮沸するだけでボツリヌス菌を死滅させることができます。また、この菌は水活性の限界値が高くなっています。ボツリヌス菌は自然界（土壌、植物、水など）に存在するほか、不適切に缶詰にされた食品や低酸性食品（ビート、インゲン、ホイルで包んだ焼きジャガイモ、燻製魚、ハーブオイル、蜂蜜など）にも存在します。

サルモネラ属菌は、報告される病原体の中で最も多いものです。この微生物は食中毒の原因となり、夏場に多く見られます。サルモネラ属菌は、酸素が豊富な環境でも酸素が乏しい環境でも繁殖し、加熱調理によって死滅します。また、汚染された糞便、飲料水、人同士の接触、卵製品、生の果物や野菜、低温殺菌されていない乳製品、さらには小麦粉やピーナッツバターなどの製品からも検出されます。

リステリア菌は冷蔵温度でも増殖し、加熱や低温殺菌によって死滅させることができ、水分活性の限界値は0.92です。リステリア菌は、加熱処理されていない肉類、野菜、非加熱処理の牛乳、および一部のソフトチーズに存在します。低温・低酸素環境下では、リステリア菌が存在する場合、増殖することがあります。

大腸菌のほとんどの株は無害であり、腸管にとって不可欠な存在です。病原性株は、加熱調理や低温殺菌によって死滅させることができます。大腸菌は感染に必要な菌数が少なく、死滅させるのが困難です。

セレウス菌は嫌気性菌であり、潜伏期間が短い。この病原菌は、しばしば胃腸炎と混同される。

水分活度を低下させて微生物の増殖を防ぐ

水分活度を下げると、増殖可能な微生物の種類が変わります。製品を脱水することで、食品を保存し、水分活度を下げることができます。保湿剤を単独または組み合わせて添加することも、水分活度を下げる効果があります。ハードル技術とは、温度、水分活度、酸度、酸素濃度などを管理するなど、微生物の増殖に対する障壁を設ける手法です。