JP5363838B2 - インジケータデバイス - Google Patents
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- Measuring Temperature Or Quantity Of Heat (AREA)
Description
食品等の対象物では、流通過程および保存過程で、所望の温度から逸脱したことを検出することが望まれている。当該対象物の温度履歴を視覚的に監視するため、例えば、酵素反応に基づくインジケータデバイスが公知である(特許文献1)。
当該加水分解酵素は、酵素反応に水が必要となる。即ち、酵素反応の開始は水がトリガーとなる。従って、インジケータデバイスの周囲の雰囲気が乾燥する等によってインジケータデバイスに対して水分の供給が無い場合あるいは不足する場合は、酵素反応に適する温度に暴露されたとしても酵素反応が阻害される虞がある。そのため、温度履歴のモニタリングに際しては、インジケータデバイスにおける酵素反応の阻害を起こり難くすることが望まれる。
特に腐敗しやすい材料の包装であるインジケータデバイスの着色は、例えば基質の印刷直後に起るように構成されている(特許文献1、段落0124〜0126)。
例えば、対象物の温度履歴のモニタリングを、対象物を低温保管した直後から開始したい場合がある。この場合、基質の印刷直後から対象物の低温保管に至るまでにはある程度の時間が経過する。仮に、固定化酵素を固定化し基質を印刷した包材料又はラベルが、低温保管に至るまでに酵素反応に適する温度に暴露されれば、酵素反応が進行してしまうため、正確な温度履歴のモニタリングができない虞がある。
通常、チルド食品や腐敗しやすい食品等は、低温の空気存在下で保管する。仮にインジケータの周囲の雰囲気が乾燥している場合であっても、本構成であれば、酵素反応に必要な酸素を酸素透過手段から常に酵素反応部に取り入れることができる。そのため、当該インジケータデバイスが酵素反応に適する温度に暴露されれば、酵素反応は阻害され難くなる。よって、本構成では、インジケータデバイスにおける酵素反応を確実に進行させることができ、正確に温度履歴のモニタリングを行なうことができる。
また、本構成では、過酸化水素を収容した過酸化水素収容部を備える。
過酸化水素は分解することによって酸素が発生する。本構成であれば、過酸化水素収容部で発生した酸素を使用して酸化酵素の酵素反応を開始させることができる。
過酸化水素の分解によって発生する酸素量は、温度に依存する。よって、温度に応じた酸素量の下で酵素反応が進行するため、当該酵素反応で生成する反応生成物の量も温度依存的となり、正確に温度履歴のモニタリングを行なうことができる。
一方、例えば対象物を低温保管した直後から開始したい場合には、低温保管した直後に酸素透過防止手段を除去すると、その時点から酵素反応部に酵素を供することができる。従って、本構成では、所望のタイミングで温度履歴のモニタリングを開始することができるため、正確な温度履歴のモニタリングができる。
本発明のインジケータデバイスは、例えば2〜10℃程度の間の温度で貯蔵される食料・食品添加物・化学薬品・生体物質・医薬品・化粧品等、熱に敏感な対象物の温度履歴をモニターするために使用される。当該対象物としては、上述したものに限定されるものではなく、低温条件での保管が必要であり、低温保管しなかった場合には対象物の特性の劣化や腐敗を招くものであればよい。
そして、酸素の存在下によって酸化酵素と基質との酵素反応を進行させて生成した反応生成物の程度によって、対象物の正常な保管温度からの逸脱を検出できる。
酸化酵素として、例えばチロシンを酸化してメラニンを生成するチロシナーゼが好適である。チロシナーゼは小麦、リンゴ、ジャガイモ、マッシュルームなど、各種の植物に含まれる。基質は、使用する酸化酵素によって化学反応を触媒される物質であれば、どのような物質であっても使用できる。酸化酵素としてチロシナーゼを使用した場合は、当該基質はチロシンを使用する。
チロシナーゼのような銅を含むカテコールオキシダーゼ(EC1.10.3.1)は、モノフェノールモノオキシゲナーゼ(EC1.14.18.1)としての活性も持っている。また、入手が容易なチロシナーゼおよびチロシンを使用すると、容易に実施することができる。
酸化酵素をチロシナーゼ、基質をチロシンとして酵素反応が進行すると、反応生成物として黒褐色のメラニンが生成される。従って、本実施形態のインジケータデバイスは、酵素反応の結果、酵素反応部が黒褐色に変色するため、視覚的なモニタリングを容易に行なうことができる。着色は不可逆的であるため、一旦反応生成物が生成されると、インジケータデバイスが呈する色は、そのまま維持される。よって、一旦、対象物が高温に暴露されたことで、インジケータデバイスの酵素反応部が変色すれば、その後、仮に対象物が低温に暴露されたとしても、変色した状態が維持される。即ち、インジケータデバイスに温度履歴を表示し続けることができるため、対象物が高温に暴露された後は、常に使用者によって対象物の正常な保管温度からの逸脱を検出することができる。
酵素反応部は、酸化酵素および基質をその内部に収容する。
酸化酵素および基質は、適切な溶媒に溶解した後、吸水性紙等の適当な固相担体に滲み込ませて当該固相担体に担持或いは吸着させることができる。酸化酵素および基質の一方を固相担体に担持させた場合、例えば酸化酵素および基質の他方を酵素反応部の内壁に担持させるとよい。
酸化酵素および基質を、それぞれ異なる固相担体に担持させてもよい。この場合、酵素反応部の内部にて酵素反応が適切に進行するように、両固相担体を、密着させる或いは適切な溶媒に浸すなどの態様にしておく。
例えば、酸素透過手段をフィルム状のシートである酸素透過性包材とすれば袋状に製袋して、或いは、酸素透過手段を板状の酸素透過性包材とすれば容器状に成形して、酸化酵素および基質を収容する酵素反応部とする。本明細書では、酵素反応部の全面が酸素透過性を有する場合を例示する。
オレフィン系ポリマーのフィルムは、温度変化によってそれ自体が伸縮することから、透過する酸素量を温度依存的に制御できる。例えば、酸素透過手段の材質を選択するに際して、使用する酸化酵素の反応に適した温度範囲で酸素透過性が大きくなるようにすればよい。このとき、使用する酸化酵素が酵素反応に適した温度範囲に達すると、十分な量の酸素を酵素反応部に供給することができるため、正確な温度履歴のモニタリングができる。
酸素透過手段の酸素透過率は、酸素透過手段に設けられる微小孔の孔径で規定される。即ち、孔径を変更することによって酸素の透過量は変化する。そのため、当該酸素透過率の異なる酸素透過手段を使用することで、酵素反応の反応速度を制御することができる。
酸素の透過性を大きくしたい場合は、インジケータデバイスの使用直後あるいは使用中に、酸素透過手段に対して有孔処理を施すとよい。
このように構成されたインジケータデバイスは、食品等の対象物を収容する収容容器の外面に塗着、或いは、当該収容容器の内部に収容する。
尚、本明細書において、「低酸素状態或いは無酸素状態」とは、酸化酵素および基質が混在した状態でも、酵素反応が進行しない状態をいうものとする。
何れも態様であっても、酸素透過防止手段を備えた酸素透過手段は、使用前において酸化酵素と雰囲気中の酸素とを接触させない状態とすることができ、使用に際しては、所望のタイミングで容易に酸素透過性包材から離脱させることができる。
一方、例えば対象物を低温保管した直後から開始したい場合には、低温保管した直後に酸素透過防止手段を除去すると、その時点から酵素反応部に酵素を供することができる。従って、本構成では、所望のタイミングで温度履歴のモニタリングを開始することができる。
(1)上述したインジケータデバイスの実施形態では、酸素透過防止手段を備える場合について説明した。この構成では、使用前において酸化酵素と雰囲気中の酸素との接触を防止するものである。しかし、このような態様に限定されるものではない。
例えば、過酸化水素を収容した過酸化水素収容部を備える。過酸化水素は分解することによって酸素が発生する(2H2O2→2H2O+O2)。発生した酸素は、酸素透過性を有する酵素反応部の内部に進入して酸化酵素の酵素反応を開始させることができる。当該過酸化水素収容部は、酵素反応部の外側或いは内側に設けてもよい。
例えば使用前において、インジケータデバイスに二つの酵素反応部を設け、酸化酵素および基質を各別に隔離して収容できるように構成してもよい。この場合、酸化酵素および基質のそれぞれは適切な溶媒に溶解した状態とするのが好ましい。この場合、所望のタイミングで酸化酵素および基質が隔離した状態を解除して、それぞれの酵素反応部を連通できるように構成すれば、各別に収容してあった酸化酵素溶液と基質溶液とが混ざり合い、酵素反応を開始させることが可能となる。
例えば、酵素反応における最適温度の異なる酵素および基質の組み合わせを二種類混在させたとする。このとき、対象物が第1所定温度に暴露されたために酵素反応によって生成した反応生成物が呈する色と、対象物が第2所定温度に暴露されたために酵素反応によって生成した反応生成物が呈する色と、を異ならせることができる。
このように、対象物が暴露された温度に応じた色をインジケータデバイスによって提示させることが可能となり、より詳細に対象物の温度履歴をモニタリングすることができる。
本発明のインジケータデバイスにおいて、温度を種々変更したときに酵素反応速度がどのように変化するかを調べた。酵素・基質・酸素透過性包材などの条件は、実施例1と同様とした。
これより、酸化酵素としてチロシナーゼを使用した場合の最適温度は、20〜50℃とすることができる。
酸素濃度は0〜100%の範囲とし、5,10,25℃の場合に、酵素反応の飽和最大速度(Vmax)、平衡定数(Km)がどのように変化するかを調べた。サンプルのOD280に対する吸光度を測定して反応速度を求めた。結果を図2に示した。
温度と酸素濃度を種々変更したときに酵素反応速度がどのように変化するかを調べた。温度は5,10,25℃、酸素濃度は0〜21%の範囲とした。
例えば、条件Aの反応速度に比べて、25℃,酸素濃度0.10%の条件では反応速度は5.8%となり、酵素反応が条件Aと同程度の反応量になるのに要する所要時間は条件Aの反応時間の17倍の時間を要する。
酸素濃度0.05〜21%においては、低温域である5℃で反応速度は0.25〜8.74%、同様に低温域である10℃で反応速度は0.44〜20.3%であった。
尚、酸素濃度0%では、反応速度がゼロであることから、酵素反応は全く進行していないものと認められた。
これらの結果より、低温・低酸素濃度にすることで、酵素反応の進行度の遅延程度を推定することができた。従って、低温域であっても、酸化酵素(チロシナーゼ)を使用した酵素反応を利用することで、本発明のインジケータデバイスにより正確な温度履歴のモニタリングができるものと認められた。
一方、酵素反応部は、酸素透過性の大きいポリプロピレン/ポリエチレン積層フィルム(東洋製罐社製)を使用した。このフィルムは、酸素透過率が3500cc/m2/day/atmである。
過酸化水素収容部に過酸化水素水を充填し、二日放置した後、過酸化水素収容部を開封して溶存酸素濃度を測定した。溶存酸素濃度は溶存酸素計OM−14(堀場製作所製)によって測定した。結果を表2に示した。
尚、結果は示さないが、酸素透過率が30〜40cc/m2/day/atmのナイロン/ポリプロピレンフィルム(東洋製罐社製)を使用した場合も同様の結果が得られた。
Claims (6)
- 対象物を収容する収容容器の外面或いは内部に備えてあり、
酸化酵素と、前記酸化酵素の基質と、
前記酸化酵素および前記基質を内部に収容し、酸素透過性を有する酸素透過手段を設けた酵素反応部と、
過酸化水素を収容した過酸化水素収容部と、
を備え、
酸素の存在下によって前記酸化酵素と前記基質との酵素反応を進行させて生成した反応生成物の程度によって、前記対象物の正常な保管温度からの逸脱を検出できるインジケータデバイス。 - 前記酸素透過手段が、使用前において前記酸化酵素と雰囲気中の酸素とを接触させない酸素透過防止手段を備える請求項1に記載のインジケータデバイス。
- 前記酸化酵素がチロシナーゼ、前記基質がチロシンである請求項1または2に記載のインジケータデバイス。
- 前記酸素透過手段がオレフィン系ポリマーのフィルムで構成してある請求項1〜3の何れか一項に記載のインジケータデバイス。
- 前記チロシナーゼが0.01〜0.02mg/mL、前記チロシンが0.1〜1mMの濃度範囲としてある請求項3に記載のインジケータデバイス。
- 前記酸素透過手段の酸素透過率が30〜3500cc/m2/day/atmである請求項4に記載のインジケータデバイス。
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