JP2007524850A - 食料品の腐敗を検出するための組成物及びそれに関連する方法 - Google Patents
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Abstract
食料品の腐敗を検出するための指示剤及びそれに関連する方法では、監視すべき食料品と流体連通を形成するための少なくとも１つの表面を有するマトリックスと、該マトリックスに物理的に関連付けられた（例えば、その内部に戴置されるか又はそれに結合された）、アミン感応性化合物とが利用され、前記アミン感応性化合物は、ベタレイン（又はその誘導体）、フラボノイド（又はその誘導体）又はこれらの組み合わせを含んで成るか又はこれらから構成される。
【選択図】なし
【選択図】なし
Description
この出願は、２００４年１月１３日付けの米国出願第６０／５３６，１１０号に優先権を主張するものであり、参照することで、その開示内容の全てをここに取り入れることとする。
本発明は、食料品の品質の監視に関し、詳細には、アミンや他の食料品の劣化生成物の存在下で、識別し得る色の変化をもたらす組成物に関する。
生鮮食料品の品質を監視することは、一連の食料品の製造、貯蔵、販売及び消費の全体にわたって、欠くことのできないタスクである。多くの食料製品は、不適切な取り扱い、汚染若しくは単なる経時劣化に起因して腐敗する。もし食肉のような生鮮食料品を例えば輸送時に過度の温度に曝すならば、それは普段より早く劣化し傷むことになり、腐敗は避けられない。今日では、食料品販売者は、典型的に、製品に消費期限を付しているが、これらの日付は実質的に概算日を表すものである。即ち、それらは、既知の劣化プロファイルに対応する平均的な（若しくは理想的な）「熱履歴（heat history）」を想定している。その場を除いては、食料品販売者は、一般的に、製品の品質を継続して監視することはない。
この理由としては、腐敗を検出するには複雑で高価な研究室グレードの設備が典型的に必要となること、そのような設備を稼働するには熟練した人手が必要であること、試験を実施するためには食料品に物理的に接触する必要性があること、並びにコストが挙げられる。継続的に食料品の品質を監視するには、試験を実施するために度々包装に穴を開ける必要があり、その都度、食料品を包装し直す必要がある。
本発明は、度重なる試験や元の食料品の包装を損傷する必要性なしに食料製品の品質を判定するための簡便且つ有効な手法を提供する。本発明は、細菌による蛋白質の分解によって生成された揮発性の塩基、特にアミン、に対しよく応答する。
好ましい実施形態では、本発明は、検出用発色団としてベタレイン（ベタニジン、ベータシアニン、及びベータキサンチンが含まれる）及び／又はフラボノイド（アントシアニン及びアントシアニジンが含まれる）などの天然に存在する化合物から構成若しくは抽出された１つ又は複数の指示剤を利用する。これらの化合物は、アミン化合物の存在下で変色し、この変色が食料品の品質の指標として用いられる。概して、本発明には、アミン感応性の、天然に存在する化合物（又は誘導体）を固定化し、それを、理想的には通常の食料品用包装に伴わせて監視すべき食料品に露出させるためのシステムが包含される。
幾つかの食料や飲料に関しては、当該食料品が腐敗する際に酸生成物が形成される。例えば、ミルク中のラクトースは酪酸へと変わり、ワイン中のエタノールは酢酸（ビネガー）へと変わる。アミンのような塩基を検出するのに用いられるものと同じ指示剤を、腐敗による酸生成物を検出するのに用いることができる。これは、それが存在する場合に変化の遷移ポイントを利用することによって、即ち、指示剤のｐＨを調節して、アミンに関し確認されるものとは逆の変化を確認することによって、達成することができる。こうして、当該指示剤システムは、食料品の品質に関する継続的な可視表示をもたらす。
幾つかの実施形態では、当該システムは、食料品に直には接触しない蒸気センサとして利用され、その場合には、前記天然に存在する化合物は固定化されていてもされていなくてもよい。
幾つかの実施形態では、指示剤を、例えばラベル形状にて若しくは栓の一部として（例えば、ミルクの場合）、又は包装自体の一部として（例えば、高分子ラップ若しくは容器内部に化学的に組み込んで）、包装に適用若しくは関連付ける。当該指示剤は、監視すべき食料品に直に接触若しくは流体連通しているか、又は蒸気センサとして用いられる。消費者は、当該指示剤の色を、食料品と共に供給された（そして理想的には、指示剤に隣接して配された）、色の変化とそれに対応する食料品の品質レベルを図解する参照チャートと比較することで、その食料品の品質を判断することができる。あるいはまた、検知したアミン濃度のより正確な読み取りをもたらすために、例えばカラー濃度計を用いて光度測定により指示剤の色を読み取ることができる。この後者の手法は、販売している食料品の品質を判定する際の人為的ミスのリスクを避けたい食料品販売者により採用され得る。カラー濃度計は、食料製品を日常的に取り扱い陳列する販売店従業員や仕入れ係によって持ち運ばれるシンプルな手持ち式ユニットの形状とし得る。
種々の他の読み取り情報が考えられ、例えば、変色指示剤をインクとして用いることで文字や記号を印刷することができる。当該インクは、透明若しくは白色の背景又はカラー背景上に印刷することができ、ここでカラー背景は非指示的（即ち、固定色）である。背景の色が指示剤の初期の色と一致する場合には、食料品の品質が悪化すると文字や記号が見えるようになる。読み取り情報の色はまた、視認性や美観の目的に沿うように改良することができる。
従って、第１の態様では、本発明は、食料品の腐敗を検出するための指示剤を構成する。当該指示剤は、監視すべき食料品と流体連通を形成するための少なくとも１つの表面を有するマトリックスと、該マトリックス内部に固定化された（例えば、戴置若しくは化学結合により）、アミン感応性化合物とを含んで成り、該アミン感応性化合物は、ベタレイン（又はその誘導体）、フラボノイド（又はその誘導体）、若しくはこれらの組み合わせを含んで成るか、又はそれらから構成される。幾つかの好ましいベタレインの実施形態では、指示剤は、ベタニンのエステルを含んで成るか、又はそれから構成される。幾つかの好ましいフラボノイドの実施形態では、指示剤は、アントシアニン若しくはその誘導体、アントシアニジン若しくはその誘導体、あるいはこれらの組み合わせを含んで成るか、又はそれらから構成される。
前記マトリックスは、疎水性の紙（例えば、シリコン処理された濾紙）、親水性の紙、疎水性コーティングを有する親水性紙、又は高分子マトリックスとし得る。指示剤化合物は、高分子マトリックス内部に載置したり、又は高分子主鎖に共有結合させることができる。幾つかの実施形態では、マトリックスは、透明なゼラチンから構成される。他の実施形態では、マトリックスは、指示剤の視認性を向上させるために着色されたゼラチンから構成される。
第２の態様では、本発明は、食料品の腐敗を検出するための指示剤を製造する方法を構成する。当該方法は、ベタレイン若しくはその誘導体及び／又はフラボノイド若しくはその誘導体を含む指示剤化合物を設けること、並びに当該化合物を、監視すべき食料品と流体連通を形成するための少なくとも１つの表面を有するマトリックスと関連付けることを包含する。色の変化があれば、それは、腐敗の程度を示す。
第３の態様では、本発明は、ベタレイン若しくはその誘導体又はフラボノイド若しくはその誘導体を含んで成るアミン感応性化合物が関連付けられているマトリックスを用いて、食料品の腐敗を検出する方法を構成する。当該方法は、マトリックスと監視すべき食料品とを流体連通させることを包含する。前記アミン感応性化合物は、食料品中に存在するか若しくは食料品により生成されたアミンあるいは酸に応答して変色し、その色の変化を観察ことで、食料品の腐敗の検出が容易となる。
本発明に関連して用いるのに適しているベタレインは、レッド−バイオレットベータシアニンであり、それは、花、果実及び幾つかの野菜、特筆すべきはビート、の中に天然に蓄えられている。有用な化合物としては、ベタニジン、ベタニン及びそれらの誘導体が挙げられる。これらは、以下の化学式を有する。
式中、ベタニジンについてはR'=R''=OHであり、ベタニンついてはR'=GlcO（ここでGlcOはグルコースを表す）且つR''=OHである。ここで、R'及びR''の素性は、本発明にとって重要ではなく、水素原子や他の置換基とし得る。
好ましい実施形態では、カルボキシ基はエステル化されている。例えば、ベタニンのエステル誘導体は、硫酸などの強酸の存在下において、アルコールとの反応により調製することができる。
（反応１）
好ましい実施形態では、R'及びR''は、OH、エステル、アルキル、アリール、混合アルキル−アリール基、又はGluOであり、R'''は、アルキル、アリール、又は混合アルキル−アリール基である。酸化により指示剤の活性が徐々に低下するのを防止するために、酸化傾向のある成分を有しないR'及びR''を利用するのが望ましい。幾つかの実施形態では、R'''は、炭素原子数１〜２０のアルキル基であり、直鎖、分岐鎖、環式、又はその組み合わせとし得る。他の実施形態では、R'''は、例えば、１、２若しくは３員の芳香族環をベースとするアリール化合物とし得る。
好ましい実施形態では、R'及びR''は、OH、エステル、アルキル、アリール、混合アルキル−アリール基、又はGluOであり、R'''は、アルキル、アリール、又は混合アルキル−アリール基である。酸化により指示剤の活性が徐々に低下するのを防止するために、酸化傾向のある成分を有しないR'及びR''を利用するのが望ましい。幾つかの実施形態では、R'''は、炭素原子数１〜２０のアルキル基であり、直鎖、分岐鎖、環式、又はその組み合わせとし得る。他の実施形態では、R'''は、例えば、１、２若しくは３員の芳香族環をベースとするアリール化合物とし得る。
或る実験では、ビートジュース、即ちベタニン源、をメタノールと反応させた。２５０mlの三角フラスコ中で、ビートジュース抽出物１０グラムとメタノール２００mlを２５℃にて撹拌した。その赤色溶液に、硫酸１mlを添加した。当該溶液を４〜６時間撹拌し、その間に、当該溶液は赤色から紫色へと変化した。当該変化は、１７３５cm-1におけるIRスペクトル吸光の発現を伴った。生じた溶液中にWhatman PS紙を浸し乾燥させると、１分間水道水に曝しすすいでも指示剤は残留した。
本発明に関連して用いるのに適しているフラボノイドは、レッド−バイオレット化合物であり、それは、花、果実及び幾つかの野菜、特筆すべきはキャベツ、の中に天然に蓄えられている。有用な化合物としては、アントシアニン、アントシアニジン及びそれらの誘導体が挙げられる。これらは以下の化学式を有する。
式中、R1はH、O-糖又はOHであり、R2はOH、O-糖又はOMeであり、R3はH又はOHであり、R4はH、O-糖、OH又はOMeであり、R5はH、OH又はOMeであり、R6はH、O-糖、OH、OMeである。（「糖」は、単糖、オリゴ糖、又は多糖化合物を意味し、例えば、グルコース、スクロース等、又はそれらの誘導体がある）。フラボノイド化合物をアシル化するとエステルを生成することができる。
ベタレイン又はフラボノイド指示剤分子は、本発明による有用な検知システムを作成するために、種々の方法にて配置することができる。一実施形態では、指示剤は、シリコン処理された濾紙のような、疎水性の繊維状マトリックス内部に戴置され、食料品に安全に接触するようにすることができる。極性化合物に曝すにもかかわらず、たとえ水溶性のベタレインやフラボノイドであっても、マトリックスから洗い流されたりしないことが確認された。実際に、処理された紙は、たとえ水洗後であっても指示活性を示す。戴置は、例えば、指示剤溶液中にマトリックスを浸し、次いで乾燥させることによって達成することができる。他の実施形態では、親水性の繊維状マトリックス、又は疎水性コーティングを備える親水性マトリックスが利用される。
他の手法では、指示剤分子を高分子マトリックス内部に組み込む。これは、反応前に、指示剤をプレポリマーに混ぜることによって極めて簡単に達成することができる。重合によって、指示剤分子が高分子マトリックス内部に組み込まれ、十分な表面露出及び／又は高分子透過性により、食料品から生成したアミンとの適切な相互作用（視認できる変色に導く）が促進される。例えば、ベタレイン又はフラボノイド指示剤は、ポリスチレン、ポリ塩化ビニリデン及びぽり塩化ビニルと混合することができる。当該高分子は、包装内に組み込んだり（例えば、食肉の周囲に巻かれ、透明なラップを介して視認できるリボンとして）、又は包装を画定する（例えば、ラップ自体として）ことさえできる。
或る実験では、スチレン５グラム、ラウリルペルオキシド０．２グラム、及びビートジュース抽出物０．１グラムをウォーターバス中で８５℃まで温め、定期的に混合した。数時間後、赤色高分子が凝固した。アミンやアンモニアの蒸気に曝すと、ベタニンの特徴的な色の変化が起こった。
あるいはまた、指示剤は、高分子主鎖自体に共有結合させることができる。例えば、反応１を利用することで、末端あるいは分散配置されているヒドロキシ官能基を有する高分子にベタニンを結合させることができる。同様に、アシル化を利用することで、フラボノイドを結合させることができる。
指示剤が呈する色の変化は、所望であれば、より良い視認性のために又は美観や商標を付与するために（例えば、会社の商標カラーに適合するように）、変更することができる。これは、対象とする範囲内ではｐＨの悪影響を受けない染料を指示剤に組み合わせたり、又は指示剤をカラーフィルムやゼラチンで覆うことによって達成することができる。当該指示剤を黄色染料と組み合わせることによって（例えば、繊維状マトリックス内部に組み込む前に、黄色染料をアントシアニン混合物に単に添加することによって）、視認される変化はオレンジからグリーンへとなり、より良いカラーコントラストをもたらすことができる。対象とする範囲内のｐＨ変化により染料が悪影響を受けない限り（例えば、染料が、その範囲内でｐＨに感応性でないか、又は例えばカラーコントラストという所望する最終効果を駄目にしない程度の色応答を呈する場合）、本書による使用に適しているであろう。あるいはまた、含侵された繊維状マトリックスを黄色フィルムで覆っても同様の効果がもたらされるであろう。
従って、上述のものが、食料品の腐敗を検知するための、便利よく実践され且つ万能な手法を表すものであることは理解されよう。ここで用いた用語並びに表現は、説明目的であり、限定目的で用いたものではなく、また、そのような用語及び表現の使用において、図示し説明した特徴並びにそれらの一部に関する等価物を除外する意はなく、特許請求する本発明の範囲内において種々の変更が可能であると考える。
Claims (30)
- 食料品の腐敗を検出するための指示剤であって、監視すべき食料品と流体連通を形成するための少なくとも１つの表面を有するマトリックスと、該マトリックス内部に固定化された、ベタレイン若しくはその誘導体あるいはフラボノイド若しくはその誘導体を含んで成るアミン感応性化合物とを含む、指示剤。
- 前記化合物が、ベタレイン若しくはその誘導体を含む、請求項１に記載の指示剤。
- 前記ベタレインが、ベタニンのエステルを含む、請求項１に記載の指示剤。
- 前記化合物が以下の化学式を有する、請求項３に記載の指示剤。
- R'''が、炭素原子数２０以下のアルキル基である、請求項４に記載の指示剤。
- 前記アルキル基が、直鎖、分岐鎖、環式又はその組み合わせである、請求項５に記載の指示剤。
- 前記化合物が、フラボノイド若しくはその誘導体を含む、請求項１に記載の指示剤。
- 前記フラボノイドが、アントシアニン若しくはその誘導体を含む、請求項７に記載の指示剤。
- 前記化合物が、アントシアニジン若しくはその誘導体を含む、請求項７に記載の指示剤。
- 前記化合物が、以下の化学式を有する、請求項７に記載の指示剤。
- 前記マトリックスが、疎水性若しくは親水性の紙、又は疎水性コーティングを備える親水性の紙である、請求項１に記載の指示剤。
- 前記疎水性の紙が、シリコン処理された濾紙である、請求項１１に記載の指示剤。
- 前記マトリックスが、高分子マトリックスである、請求項１に記載の指示剤。
- 前記化合物が、前記高分子マトリックス内部に戴置されている、請求項１３に記載の指示剤。
- 前記化合物が、前記高分子マトリックスの主鎖に結合している、請求項１３に記載の指示剤。
- 前記マトリックスに関連付けられた透明なゼラチンをさらに含む、請求項１に記載の指示剤。
- 前記マトリックスに関連付けられた着色されたゼラチンをさらに含み、それによってアミン濃度に応答して指示剤が呈する色の変化の視認性が向上する、請求項１に記載の指示剤。
- アミン濃度に応答して指示剤が呈する色の変化の視認性を向上させる第２の染料をさらに含む、請求項１に記載の指示剤。
- 食料品の腐敗を検出するための指示剤を製造する方法であって：
a. (i)ベタレイン若しくはその誘導体及び(ii)フラボノイド若しくはその誘導体のうちの少なくとも１つを含む指示剤化合物を設けるステップ；及び
b. 監視すべき食料品との流体連通を形成するための少なくとも１つの表面を有するマトリックスに前記化合物を関連付けるステップ、
を包含する、方法。 - 前記化合物が、ベタレイン若しくはその誘導体を含む、請求項１９に記載の方法。
- 前記ベタレインが、ベタニンのエステルを含む、請求項２０に記載の方法。
- 前記化合物が、アントシアニン若しくはその誘導体を含む、請求項１９に記載の方法。
- 前記化合物が、アントシアニジン若しくはその誘導体を含む、請求項１９に記載の方法。
- 前記マトリックスが、疎水性若しくは親水性の紙、又は疎水性コーティングを備える親水性の紙である、請求項１９に記載の方法。
- 前記マトリックスが、高分子マトリックスである、請求項１９に記載の方法。
- 前記関連付けるステップが、前記化合物を前記マトリックス内部に戴置させることを包含する、請求項１９に記載の方法。
- 前記関連付けるステップが、前記化合物を前記高分子マトリックスの主鎖に結合させることを包含する、請求項２５に記載の方法。
- ベタレイン若しくはその誘導体又はフラボノイド若しくはその誘導体を含むアミン感応性化合物が関連付けられているマトリックスを用いて食料品の腐敗を検出する方法であって、
a. 前記マトリックスと監視すべき食料品との間に流体連通を形成するステップであって、前記アミン感応性化合物が、前記食料品中に存在するか又は前記食料品により生成されたアミンに応答して変色する、ステップと、
b. 前記変色を観察して食料品の腐敗を検出するステップと、
を包含する、方法。 - 前記マトリックスが、それに関連付けられた着色されたゼラチンをさらに含み、それによってアミン濃度に応答して指示剤が呈する色の変化の視認性が向上する、請求項２８に記載の方法。
- 前記マトリックスが、アミン濃度に応答して前記アミン感応性化合物が呈する色の変化の視認性を向上させる第２の染料をさらに含む、請求項２８に記載の方法。
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