食品の保存をめぐる科学ー【食品科学の入口】 ‣ 暮らしの背後にある“仕組み”を読み解く

冷蔵庫から取り出した肉が異臭を放っていた、ご飯にカビが生えていた。こうした経験は誰にでもあるでしょう。食品の腐敗とは、微生物が食品成分を分解し、異臭や有害物質を生み出す現象です。つまり食品は自然に腐るのではなく、目に見えない微生物の活動によって変質しているのです。

腐敗を引き起こす主な微生物は、細菌、カビ、酵母の3種類です。細菌は肉や魚など高タンパク質食品で増殖しやすく、カビはパンや果物の表面で成長し、酵母は糖分の多い食品で発酵を起こします。これらの微生物は適切な条件が揃うと急速に増殖し、数時間で食品を変質させることもあります。

微生物増殖の4つの条件

微生物が活発に増殖するには、次の4つの条件が必要です。

第一に栄養源です。タンパク質や糖などの栄養が豊富な食品ほど微生物の格好の餌となります。第二に水分で、微生物が利用できる水がなければ増殖できません。第三に適温で、多くの細菌は20〜40℃で最も活発に活動します。第四に酸素で、菌の種類によって空気中の酸素を必要とする好気性菌と、酸素がない環境を好む嫌気性菌があります。

食品保存技術は、これらの条件のいずれかを奪うことで微生物の増殖を抑制しています。冷蔵は温度を下げ、乾燥は水分を奪い、真空包装は酸素を遮断します。

冷凍・冷蔵

温度管理は食品保存の最も基本的な方法です。しかし冷蔵と冷凍では大きく異なります。

冷蔵庫に入れれば安全という誤解は非常に多いのですが、実際には冷蔵は腐敗を完全に止めるのではなく遅らせるだけです。冷蔵庫内の温度は通常4℃前後に設定されており、この温度では微生物の増殖速度が大幅に低下します。

冷凍保存は-18℃以下で食品中の水分を凍らせることで、微生物の活動をほぼ完全に停止させます。この温度ではほとんどの微生物は増殖できず、酵素の活性もほぼ失われるため、長期保存が可能になります。

ただし冷凍にも注意点があります。水分が氷結晶になる際に細胞組織を破壊するため、解凍後の食感が変わることがあります。微生物は死滅するわけではなく活動を停止しているだけなので、解凍すると再び活動を始めます。

乾燥保存が食品を守る原理

食品の腐りやすさを考えるとき、単純に水分量だけを見るのは不十分です。重要なのは微生物が使える水がどれだけあるかという指標、水活性です。水活性は0.0から1.0の値で表され、1.0に近いほど微生物が増殖しやすくなります。

新鮮な生肉や魚の水活性は0.99と非常に高く、これが腐りやすい理由の一つです。パンの水活性は0.95で、数日でカビが生える程度です。一方、ジャムは水活性0.80と低く、常温保存が可能になります。クッキーは0.30、乾燥昆布は0.60以下と極めて低く、これらはほとんど腐りません。この水活性という概念は、なぜ砂糖漬けや塩漬けが保存に有効なのかを理解する鍵となります。

ジャムに大量の砂糖が含まれているのは、単に甘くするためだけではありません。砂糖は水分子と強く結びつくため、微生物が利用できる自由な水が減少します。結果として、水分は含まれていても微生物は増殖できず、常温でも長期保存が可能になります。これが砂糖漬けによる保存の原理です。同じ理由で、塩漬けも水活性を下げることで保存性を高めています。

乾物が常温で長期保存できるのは、水活性を極端に下げているからです。ただし乾燥は万能ではありません。酸化は進むため、特に油脂を含む食品は風味が落ちます。開封後に湿気を吸うと急速にカビが生えます。貯穀害虫がつきやすいという問題もあります。

フリーズドライ: 凍らせた状態で水分を抜くため、栄養素の破壊が少なく、風味が保たれやすく、お湯で戻すと元に近い状態に復元できます。インスタント食品などで広く使われています。

食品添加物の役割

食品添加物と聞くと体に悪いイメージを持つ人は多いでしょう。しかし添加物は食品を安全に保つための制御装置です。添加物がなければ、多くの食品は数日で腐敗し、食中毒のリスクが高まります。

食品添加物の主な役割は、腐敗防止として微生物の増殖を抑えること、酸化防止として油脂の酸化を防ぐこと、品質安定として分離や変色を防ぐこと、そして色や味や香りの維持により食品の魅力を保つことです。これらは食品の安全性を高め、無駄な廃棄を減らし、消費者に安定した品質の食品を届けるために不可欠です。

日本で使用が認められている食品添加物は、すべて厳格な審査を経ています。まず動物実験で安全性を確認し、使用できる食品と量が法律で規定され、定期的に再評価されています。また一日摂取許容量(ADI)が設定されており、通常の食事で摂取する量では健康への悪影響はないとされています。

ここで重要なのは、天然由来だから安全、人工だから危険という単純な図式は科学的ではないということです。重要なのは物質の由来ではなく、量と使い方です。水ですら大量に飲めば水中毒を起こします。適切な量を守ることが、安全性の鍵なのです。

保存料と酸化防止剤の違い

食品添加物の中でも、保存料と酸化防止剤は混同されがちですが、その役割は大きく異なります。

保存料の目的は細菌やカビの増殖を防ぐことです。代表的な保存料には以下があります。

ソルビン酸: カビや酵母に対して効果的で、チーズ、漬物、ジャムなどに使用されます。

安息香酸: 清涼飲料水やしょうゆに用いられ、細菌やカビの増殖を抑えます。

具体例として、かまぼこに保存料が使われていなければ2〜3日でピンク色に変色し、異臭を放ち、カビや細菌が増殖して食中毒リスクが高まります。ソルビン酸カリウムの使用量は食品衛生法で厳密に定められており、通常の食事で摂取する量では健康への悪影響はないとされています。

酸化防止剤の目的は脂質の酸化を防ぐことです。油脂の酸化は酸素との化学反応であり、この反応を抑制するのが酸化防止剤の役割です。

代表的な酸化防止剤にはビタミンC(アスコルビン酸)とビタミンE(トコフェロール)があります。ビタミンCは水溶性の酸化防止剤で、飲料や果物の変色防止に使用されます。ビタミンEは脂溶性で、油脂製品やマヨネーズに添加されます。両者とも自らが酸化されることで、食品成分の酸化を防ぐ働きをします。

油脂が空気中の酸素と反応すると、嫌な臭いが発生し、色が変わり、有害な過酸化物質が生成される可能性があります。ここで重要なのは、油は微生物によって腐るのではなく、化学反応によって劣化するという点です。

食品に関わる法規制と業務上の遵守事項

食品衛生法は、食品の安全性を確保するための最も基本的な法律です。1947年に制定され、飲食による危害の発生を防止することを目的としています。

食品事業者が守るべき主な事項は以下の通りです。まず、食品衛生責任者の設置が義務付けられています。飲食店や食品製造施設には、食品衛生に関する責任者を置く必要があります。次に、施設基準の遵守です。厨房の構造、設備、衛生管理について、都道府県が定める基準を満たす必要があります。

また、食品添加物の使用基準と残留農薬の基準値も厳格に定められています。使用できる添加物の種類と量が指定されており、農産物には残留農薬の基準値が設定されています。表示義務も重要で、原材料名、内容量、賞味期限、保存方法、製造者名などの記載が必要です。

JAS法(日本農林規格等に関する法律)は、食品の品質を保証し、適正な表示を確保するための法律です。JASマークは、農林水産大臣が制定した日本農林規格(JAS規格)に適合した製品に付けられる認証マークです。

食品事業者の衛生管理実務

食品事業に従事する人々は、日々以下のような衛生管理を実践しています。

個人衛生管理では、手洗いの徹底が基本です。作業開始前、トイレ後、食材を触った後、生肉を扱った後など、適切なタイミングで手洗いを行います。健康管理も重要で、下痢、嘔吐、発熱などの症状がある場合は食品に触れる作業を避けます。服装も清潔な作業着、帽子、マスク、必要に応じて手袋を着用します。

施設・設備の衛生管理では、清掃と消毒が不可欠です。調理台、まな板、包丁、シンクなどを定期的に清掃・消毒します。温度管理も重要で、冷蔵庫・冷凍庫の温度を毎日記録し、基準温度(冷蔵10℃以下、できれば5℃以下、冷凍-18℃以下)を維持します。害虫・害獣対策として、定期的な点検と駆除を実施します。

食材の取り扱いでは、受入検査で食材の温度、外観、臭い、賞味期限を確認します。交差汚染の防止のため、生肉・魚と加熱済み食品を分けて保管・調理します。加熱調理では中心温度75℃、1分以上(ノロウイルス対策では中心温度85〜90℃、90秒間以上)を確保します。

記録の保管も業務の重要な一部です。調理・製造記録、温度記録、清掃記録、食材の仕入れ記録などを保管し、問題発生時の原因究明と再発防止に役立てます。

HACCPの7原則

2021年6月から義務化されたHACCP(Hazard Analysis and Critical Control Point: 危害分析重要管理点)は、食品安全を確保するための体系的な手法です。7つの原則から構成されています。

原則1: 危害要因分析: 原材料から製造、流通、消費に至るまでのすべての段階で、食品の安全を脅かす危害要因(生物的、化学的、物理的)を特定・分析します。

原則2: 重要管理点(CCP)の決定: 危害要因を予防、除去、または許容レベルまで低減できる工程を特定します。例えば、加熱工程、冷却工程などです。

原則3: 管理基準の設定: 各CCPで管理すべき基準値を設定します。例えば、「中心温度75℃、1分以上」などです。

原則4: モニタリング方法の設定: CCPが管理基準を満たしているかを継続的に監視する方法を決定します。温度計での測定、時間の記録などです。

原則5: 改善措置の設定: 管理基準から逸脱した場合の対応手順を事前に決定します。製品の廃棄、再加熱などです。

原則6: 検証方法の設定: HACCPシステムが正しく機能しているかを確認する方法を設定します。定期的な微生物検査、記録の確認などです。

原則7: 記録と保存: すべてのモニタリング結果、改善措置、検証結果を記録し、保存します。

食物アレルギーと表示義務

食物アレルギーは、特定の食品に含まれるタンパク質に対して免疫系が過剰に反応する現象です。症状は軽度の皮膚の痒みから、重篤なアナフィラキシーショックまで多岐にわたります。

特定原材料８品目(表示義務)は、発症数が多く、重篤度が高いアレルゲンです。卵、乳(牛乳)、小麦、えび、かに、落花生(ピーナッツ)、そば、くるみ。これらを含む食品には必ず表示しなければなりません。

特定原材料に準ずるもの20品目(表示推奨)は、症例数や重篤度から表示が推奨されるアレルゲンです。アーモンド、あわび、いか、いくら、オレンジ、カシューナッツ、キウイフルーツ、牛肉、ごま、さけ、さば、大豆、鶏肉、バナナ、豚肉、まつたけ、もも、やまいも、りんご、ゼラチン。

コンタミネーション(交差混入)にも注意が必要です。同じ製造ラインで複数の製品を製造する場合、意図せずアレルゲンが混入する可能性があります。そのため「本製品製造工場では○○を含む製品を生産しています」といった注意喚起表示が行われています。

賞味期限・消費期限の科学的根拠

賞味期限と消費期限の設定は、科学的な試験に基づいて行われます。単なる推測ではなく、微生物学、化学、官能評価の知見を総合した結果です。

食品メーカーは、新製品を開発する際、以下の試験を実施して期限を決定します。

微生物試験では、一般生菌数、大腸菌群、病原菌の有無を経時的に測定します。食品衛生法で定められた基準値を超える前の期間を算出します。

理化学試験では、pH、水分活性、過酸化物価(油脂の酸化度)、ビタミン含量などを測定し、品質劣化の速度を評価します。

官能試験では、訓練された評価者が、外観、色、臭い、味、食感を評価し、許容できる品質レベルを維持できる期間を判定します。

これらの試験結果から、安全係数(通常0.7〜0.8)を掛けた期間を期限とします。例えば、試験で10日間品質が保たれることが確認できた場合、安全係数0.8を掛けて、賞味期限を8日とします。

消費期限は、定められた方法で保存した場合、腐敗や変質せず安全に食べられる期限です。弁当、サンドイッチ、生菓子、食肉、刺身など、品質が急速に劣化する食品に表示されます。微生物学的安全性が重視され、期限を過ぎたものは食べないことが推奨されます。期限は「年月日」で表示されます。

賞味期限は、定められた方法で保存した場合、品質が十分保たれ、おいしく食べられる期限です。スナック菓子、カップ麺、缶詰、レトルト食品、冷凍食品などに表示されます。品質(風味、食感)が重視され、期限を多少過ぎても直ちに食べられなくなるわけではありませんが、風味は劣化します。期限が3か月を超えるものは「年月」表示が認められています。

農林水産省と消費者庁は、「食品ロス削減のための賞味期限表示の大括り化」を推進しており、賞味期限を「年月日」から「年月」表示に変更する動きが広がっています。

食中毒の予防：原因菌と対策

食中毒は、細菌、ウイルス、寄生虫、化学物質、自然毒などによって引き起こされる健康被害です。日本では年間約1,000件の食中毒事件が発生し、約15,000人の患者が報告されています。適切な知識と予防策により、大部分は防ぐことができます。

カンピロバクターは、日本で最も患者数が多い食中毒原因菌です。鶏肉、特に生や加熱不十分な鶏肉から感染します。潜伏期間は2〜7日と長く、下痢、腹痛、発熱が主な症状です。予防策は、鶏肉の中心温度75℃、1分以上の加熱、生肉を扱った後の手洗い・調理器具の洗浄、生肉と他の食材の分離です。

サルモネラ属菌は、卵や鶏肉、牛肉などを介して感染します。潜伏期間は6〜48時間で、激しい腹痛、下痢、発熱、嘔吐が起こります。予防策は、卵は新鮮なものを選び、ひび割れた卵は使用しない、生卵を使った料理は早めに食べる、肉類は十分に加熱する、冷蔵保管を徹底することです。

腸管出血性大腸菌(O157など)は、少量の菌でも発症し、重症化すると溶血性尿毒症症候群(HUS)や脳症を引き起こす危険な食中毒菌です。激しい腹痛、水様性下痢、血便が特徴です。予防策は、挽肉は中心まで十分に加熱(75℃、1分以上)、生野菜はよく洗う、調理器具の使い分けと消毒、手洗いの徹底です。

黄色ブドウ球菌は、人の手指や鼻腔に常在する菌で、菌が産生する毒素が食中毒を引き起こします。おにぎり、弁当、サンドイッチなど、手で直接触れる食品が原因となります。激しい吐き気、嘔吐、下痢が起こります。毒素は熱に強く、加熱しても分解されないため、予防が重要です。予防策は、手洗いの徹底、使い捨て手袋の使用、調理後の食品は速やかに冷蔵することです。

ウェルシュ菌は、芽胞を形成し、100℃でも死滅しない耐熱性の食中毒菌です。カレー、シチュー、煮物など、大量調理した料理を室温で放置すると増殖します。下痢、腹痛が主な症状です。予防策は、調理後は速やかに食べる、大量に作った場合は小分けにして急速冷却、再加熱する場合はよくかき混ぜながら加熱することです。

ボツリヌス菌は、芽胞を形成し、酸素のない環境で増殖する嫌気性菌です。真空パック食品、瓶詰、缶詰、いずし（発酵食品）などが原因となります。神経毒を産生し、呼吸麻痺を引き起こす極めて危険な食中毒です。予防策は、真空パック食品でも冷蔵保管、膨張した缶詰・レトルトパックは絶対に食べない、自家製の瓶詰・びん詰は120℃、4分以上の加熱殺菌をすることです。

ノロウイルスは、冬季に多発するウイルス性食中毒の主要原因です。カキなどの二枚貝、感染者が調理した食品、感染者の吐瀉物・便を介した接触感染で広がります。激しい吐き気、嘔吐、下痢、腹痛、発熱が起こります。予防策は、二枚貝は中心温度85〜90℃、90秒間以上加熱、調理前・トイレ後の手洗いの徹底(石鹸と流水で30秒以上)、感染者は調理に従事しない、吐瀉物の適切な処理(次亜塩素酸ナトリウムで消毒)です。

フグ毒(テトロドトキシン)は、フグの卵巣、肝臓、皮膚などに含まれる猛毒です。予防策は、素人がフグをさばかないことです。毒キノコは、毎年死亡事故が発生しています。予防策は、確実に食用と判断できないキノコは絶対に食べないことです。

食中毒予防の3原則

食中毒予防には「つけない、増やさない、やっつける」の3原則が基本です。

つけない(清潔)：手洗い、調理器具の洗浄・消毒、生肉と他の食材の分離、交差汚染の防止。

増やさない(迅速・冷却)：食品の迅速な冷蔵・冷凍、調理後は速やかに食べる、室温放置は2時間以内。

やっつける(加熱)：中心温度75℃、1分以上の加熱(ノロウイルスは85〜90℃、90秒間以上)、調理器具の熱湯消毒。

食中毒が疑われる症状が出た場合は、自己判断で下痢止めを服用せず、速やかに医療機関を受診することが重要です。

調理による保存性の向上

調理は単に食品をおいしくするだけでなく、保存性を高める重要な役割を果たしています。人類は長い歴史の中で、さまざまな調理法を通じて食品の保存技術を発展させてきました。

火を入れることは、最も基本的な保存法の一つです。加熱により微生物が死滅し、酵素が不活性化されるため、食品の保存性が大幅に向上します。煮る、焼く、蒸すといった加熱調理では、中心温度75℃で1分以上加熱すれば、ほとんどの食中毒菌は死滅します。ただし、芽胞を形成する菌(ウェルシュ菌、ボツリヌス菌)は100℃でも死滅しないため、圧力鍋(120℃)での調理や、調理後の急速冷却が重要です。煮沸は最も確実な殺菌法の一つです。食器や器具を100℃の熱湯で5分以上煮沸すれば、ほとんどの微生物を死滅させることができます。

皮をむくという行為も、保存性向上に貢献しています。果物や野菜の皮には、微生物が付着していることが多く、皮をむくことで微生物数を減らすことができます。ただし、皮には食物繊維やビタミンが豊富に含まれているため、むきすぎには注意が必要です。切ることも保存性に影響します。切断面積が増えると、微生物の侵入経路が増え、酵素による褐変(リンゴが茶色くなるなど)が進みます。そのため、切った野菜や果物は、切らないものより早く劣化します。切ったらすぐに使うか、レモン汁をかける、塩水につけるなどの処理が有効です。

塩をまぶすと、浸透圧により食材から水分が抜け、水活性が低下し、微生物が増殖しにくくなります。魚に塩をして30分〜1時間置くことで、余分な水分と臭みが抜け、保存性が向上します。野菜の塩もみも同様の原理です。

発酵による保存

発酵は、有用な微生物を優先的に増殖させることで、腐敗菌の繁殖を抑制する高度な保存技術です。味噌・醤油では、麹菌、乳酸菌、酵母が複雑に作用し、長期保存可能な調味料を作り出します。発酵過程で生成される有機酸、アルコール、抗菌物質が保存性を高めます。漬物では、乳酸発酵により pH が下がり、腐敗菌の増殖が抑制されます。ぬか漬け、キムチ、ザワークラウトなどは、乳酸菌の働きで長期保存が可能になります。ヨーグルト・チーズでは、牛乳に乳酸菌を加えることで pH が下がり、凝固したタンパク質が微生物の侵入を防ぎます。チーズはさらに水分を減らし、塩を加えることで保存性を高めています。

調理と保存の実践的組み合わせ

現代の家庭では、調理と保存技術を組み合わせることで、食品ロスを減らし、効率的な食生活を実現できます。作り置き料理では、週末にまとめて調理し、冷蔵・冷凍保存することで、平日の調理時間を短縮できます。加熱調理後、粗熱を取ってから冷蔵庫に入れることで、微生物の増殖を最小限に抑えます。冷凍前の下処理として、野菜は茹でてから冷凍すると、酵素が不活性化され、変色・変質を防げます。肉・魚は小分けにして、空気を抜いて冷凍すると、酸化を防ぎ、使いやすくなります。

食品表示の読み方

食品表示の目的は、消費者が自分で判断するための情報を提供することです。2015年に施行された食品表示法により、加工食品には名称、原材料名、内容量、消費期限または賞味期限、保存方法、製造者情報、栄養成分表示の記載が義務付けられました。これらの情報を正しく読み解くことで、より適切な食品選択ができるようになります。

栄養成分表示では、エネルギー(kcal)、タンパク質(g)、脂質(g)、炭水化物(g)、食塩相当量(g)の5項目が必須です。必須項目以外に、飽和脂肪酸、食物繊維、糖質、糖類、ビタミン、ミネラルなども任意で表示できます。これらの表示がある場合は、より詳細な栄養情報が得られます。

これらは100gあたり、100mlあたり、または1食分あたりで表示されます。ここで重要なのは表示単位です。1袋あたりと100gあたりでは意味が大きく異なります。例えば、1袋200gのスナック菓子で「1袋あたり」と表示されていれば、その数値は200g分の栄養素です。複数の商品を比較する際は、必ず同じ単位で比べることが大切です。

原材料は使用量の多い順に記載されます。最初に記載されている原材料が最も多く含まれているということです。添加物は原材料と区別して記載され、スラッシュや改行で分けられています。

よくある誤解として、添加物の種類が多いから危険というものがありますが、実際は少量ずつ複数使う方が安全な場合もあります。単一の添加物を大量に使うより、複数を組み合わせて少量ずつ使う方が効果的かつ安全です。無添加と大きく書いてあっても他の部分でリスクがある場合もあります。

保健機能食品制度

日本には、食品の機能性を表示できる制度として、保健機能食品制度があります。これは3つのカテゴリーに分かれています。

特定保健用食品(トクホ): 個別の食品ごとに、有効性や安全性を審査し、消費者庁長官が許可した食品です。「コレステロールの吸収を抑える」「血圧が高めの方に」などの具体的な保健の用途を表示できます。審査に時間と費用がかかりますが、科学的根拠が最も厳格です。

栄養機能食品: すでに科学的根拠が確認された栄養成分(ビタミン、ミネラルなど)を一定量含む食品です。国の審査は不要ですが、基準を満たせば「カルシウムは骨や歯の形成に必要な栄養素です」などの表示ができます。

機能性表示食品: 事業者の責任で、科学的根拠に基づいた機能性を表示できる食品です。消費者庁への届出は必要ですが、個別の審査は受けません。「本品には○○が含まれるので、△△の機能があります」といった表示が可能です。

これらの制度により、消費者は自分の健康状態に応じた食品を選択できますが、あくまで「食品」であり「医薬品」ではないため、病気の治療効果を期待すべきではありません。

遺伝子組換え食品の表示

遺伝子組換え(GMO: Genetically Modified Organism)食品は、遺伝子組換え技術を用いて作られた農作物やその加工食品です。日本では、安全性が確認された遺伝子組換え農作物(大豆、とうもろこし、じゃがいも、菜種、綿実、アルファルファ、てんさい、パパイヤ)とその加工食品の流通が認められています。

表示義務は以下の通りです。遺伝子組換え農作物を主な原材料(原材料の重量に占める割合が上位3位以内、かつ5%以上)として使用した加工食品には、「遺伝子組換え」または「遺伝子組換え不分別」の表示が義務付けられています。

逆に、遺伝子組換えでない農作物を使用した場合は、「遺伝子組換えでない」と表示できます。2023年4月からは「不検出」(混入がない)の場合のみこの表示が認められるようになりました。なお、醤油や油など、最終製品に組み換えられたDNAやタンパク質が残らない加工食品は、表示義務の対象外です。遺伝子組換え食品については、食品安全委員会が科学的評価を行っており、承認されたものは安全性が確認されています。ただし、消費者の選択権を保障するため、表示制度が整備されています。