機能性食品の成分含量が低下する原因は？包装材への収着と対策

機能性表示食品や特定保健用食品（トクホ）で、「保存試験をすると関与成分の含量が低下する」「処方を見直しても原因が分からない」といった課題はないでしょうか。
機能性関与成分の含量低下には、原料や製造工程によるばらつき、酸化・光・熱などによる分解、分析上の要因など、さまざまな原因が考えられます。加えて、見落とされやすい要因の一つが、内容物から包装材への成分の吸着・吸収（収着）です。

包装材への収着が起こると、成分自体が化学的に分解していなくても、内容物中の成分量が低下する場合があります。本記事では、特に脂溶性機能成分に着目し、包装材への収着の仕組み、含量低下との関係、評価方法、包装設計による対策について解説します。

機能性表示食品や特定保健用食品（トクホ）では、機能性表示食品における機能性関与成分や、特定保健用食品における関与成分が、製品の表示内容や品質管理に関わる重要な要素です。

そのため、製品開発では、製造時の配合量だけでなく、定められた保存条件の下で、賞味期限末期まで表示・規格に適合する含量を維持できるかどうかを確認することが重要です。[1][2]

製造直後の製品が規格値を満たしていたとしても、その状態が賞味期限まで維持されるとは限りません。
実際の製品は製造後に流通・保管され、消費者の手元に届くまで一定の時間を要します。その間に酸化や分解、さらには包装材との相互作用などによって成分含量が変化する可能性があります。

このため、機能性食品の開発では製造直後の分析結果だけではなく、保存試験を通じて長期的な含量推移を評価することが重要です。

食品表示基準では、賞味期限は「期待される全ての品質が十分に保持されると認められる期限」とされています。
機能性表示食品や特定保健用食品において、関与成分の含量は品質を構成する重要な要素の一つです。

仮に保存中の含量低下によって想定した摂取量が確保できなくなれば、製品設計時に期待した品質水準を維持できなくなる可能性があります。また、含量低下によって表示値や製品規格への適合性に影響する場合には、品質管理や表示の妥当性に関する確認が必要になります。

関与成分の含量が保存中に低下した場合、開発現場でまず疑われるのは酸化や分解などの化学的劣化です。
例えば、DHA・EPAのような不飽和脂肪酸では酸化反応が、カロテノイド類では光や熱による分解が問題となることがあります。また、水分や温度の影響による加水分解や熱分解も代表的な含量低下要因として知られています。

そのため、含量低下が確認された際には、酸素バリア性の向上や抗酸化剤の添加、遮光対策などが優先的に検討されます。
しかしこれらの対策を講じても十分な改善が得られない場合には、化学的劣化以外の要因も考える必要があります。

また、保存試験でHPLCやLC-MS/MSによる分析値の低下が確認されたとしても、それが必ずしも成分の化学的分解を意味するわけではありません。分析値の低下には、分析上の要因や、食品中の成分が包装材側へ移動することなど、複数の要因が関与する可能性があります。

含量低下の原因を特定するには、成分の化学的劣化だけでなく、包装材との相互作用を含めた複数の可能性から原因を切り分けることが重要です。

このうち収着は、内容物中の成分量を減少させる可能性があるため、関与成分の品質維持という観点から重要な現象と考えられています。

収着（Sorption）とは、食品中の成分が包装材に取り込まれる現象の総称です。
収着には大きく2つのメカニズムがあります。[3]

• 吸着（Adsorption）：成分が包装材表面に物理的・化学的に付着する現象
• 吸収（Absorption）：成分が包装材内部に拡散し、樹脂マトリクス中に取り込まれる現象

実際の食品包装では、成分が包装材表面に到達した後、その一部が表面にとどまり、さらに樹脂内部へ拡散する場合があります。そのため、吸着と吸収を厳密に分けることが難しい場合もあり、両者を含めて収着として捉えることが重要です。

図1. 包装材への成分の吸着・吸収（収着）の模式図

なお、収着の程度は、食品中の成分と包装材の組み合わせや、食品内容物の組成、保存条件などによって異なります。これらの影響因子については、次章で詳しく説明します。

収着が起こると、食品中に存在していた成分の一部が包装材表面に吸着したり、樹脂内部へ吸収されたりします。その結果、内容物中に残存する成分量が減少する場合があります。
通常、関与成分の定量分析は内容物を対象として行われます。そのため、包装材側へ移動した成分は内容物中の含量として評価されず、結果として分析値の低下として現れることがあります。

このような場合、分析値が低下していても、成分がすべて化学的に分解したとは限りません。
実際の原因を判断するには、分解生成物の分析や包装材側の確認など、複数の評価結果を組み合わせる必要があります。

食品包装には、ポリエチレン（PE）やポリプロピレン（PP）などのポリオレフィン樹脂が広く使用されています。その理由として、以下の特長が挙げられます。

• 成形性に優れ、ボトル、カップ、チューブ、フィルムなど多様な包装形態に対応できる
• 耐水性・耐薬品性に優れ、食品包装として豊富な使用実績がある
• 軽量で輸送効率に優れ、コスト面でも有利である

一方、PEやPPは低極性の樹脂です。この性質は、脂溶性・疎水性成分との相互作用を考える上でも重要です。

一般に、成分と包装材との親和性は、収着を左右する要因の一つです。PEやPPのような非極性の樹脂では、包装材との組み合わせによって、脂溶性・疎水性の成分が樹脂内部へ取り込まれる場合があります。
例えば、脂溶性ビタミン、DHA・EPAなどの脂肪酸、カロテノイド類などの疎水性成分では、包装材への収着が生じる可能性があります。
実際にビタミンD₂を添加した牛乳では、ポリエチレン製パウチで保存した際にビタミンD₂の残存量が低下し、その要因の一つとしてポリエチレンへの吸収が報告されています。[4]

このように、脂溶性機能成分では包装材との組み合わせによって収着が生じる可能性がありますが、その程度は内容物の組成や包装材、保存条件などによっても異なります。

では、実際の収着挙動にはどのような要因が影響するのでしょうか。主な影響要因として、以下が挙げられます。 

一般に、樹脂への成分の収着には、成分と樹脂の親和性や樹脂中での拡散が関係します。また、温度や接触時間などの保存条件によっても挙動が変化します。 

そのため、「脂溶性機能成分だから収着しやすい」「PEやPPだから収着しやすい」と一律に判断するのではなく、内容物の組成、包装材、包装形態、保存条件など、実際の製品条件を踏まえて評価することが重要です。

機能性表示食品や特定保健用食品でよく使われる脂溶性機能成分のうち、包装材との組み合わせによっては、収着挙動を確認を検討したい成分の例を以下に示します。

＊上記は収着が必ず生じる成分を示すものではなく、包装材との組み合わせによって収着挙動の確認を検討したい成分の例です。

 これらの成分は、油剤、乳化製剤、ソフトカプセル、ゼリー、ドリンクなど、さまざまな剤形で使用されます。剤形によって内容物の組成や包装材との接触状態も異なるため、収着の有無や程度は、実際の内容物と包装材の組み合わせで確認することが重要です。次章では、その評価方法について説明します。

関連：医薬部外品の有効成分含量低下については、「医薬部外品の有効成分が減る原因｜容器・包装への収着と対策」で詳しく解説しています。

保存試験で関与成分の含量低下が確認された場合、まず原料ロットや製造工程のばらつき、分析方法、酸化や加水分解など、成分そのものの不安定化を確認します。
これらの要因を確認しても含量低下の原因を十分に説明できない場合には、包装材との相互作用も原因候補の一つとして検討することが重要です。

特に、含量低下に包装材への収着が関与している場合には、内容物の組成を見直すだけでは十分な改善が得られない可能性があります。そのため、原因不明の含量低下が続く場合には、内容物と直接接触する包装材にも目を向ける必要があります。

包装材への収着が疑われる場合には、同じ内容物を材質や構造の異なる複数の包装材に充填し、保存後の含量推移を比較します。必要に応じて、ガラスなどの比較用容器、PE・PP・PET(ポリエチレンテレフタレート)の容器またはフィルム、多層構造の包装材などを候補にします。 

評価する際には、包装材の材質だけでなく、包装形態、内容物との接触面積、充填率、保存温度、保存期間などの条件を考慮することが重要です。包装材によって含量低下の程度に差が見られる場合には、包装材との相互作用が関与している可能性を検討する手掛かりになります。

一方で、包装材が変わると酸素や光などに対するバリア性能も変化する場合があります。そのため、含量の差を収着だけに結び付けるのではなく、酸化や光分解などの影響も併せて確認することが重要です。

包装材との比較試験だけでは原因を十分に切り分けられない場合には、包装材側へ収着した対象成分を確認することも、原因解析の手段の一つです。
例えば、保存後の包装材から対象成分を抽出して分析することで、内容物中で減少した成分が包装材側に存在するかを確認できます。
内容物中の含量推移や分解生成物の有無、包装材側での対象成分の検出結果などを組み合わせることで、化学的な分解による含量低下なのか、包装材への収着が関与しているのかを、より詳しく検討できます。

ただし、包装材側の分析結果は対象成分や樹脂、抽出条件などによっても変化するため、実際の評価では製品条件に応じた分析方法を検討することが重要です。

包装材は、単に内容物を入れて保護するためだけのものではありません。
品質設計の観点では、酸素、水蒸気、光などの外的要因から内容物を保護するだけでなく、内容物と直接接触する材料として、成分との相互作用にも配慮する必要があります。
特に、脂溶性機能成分など包装材との収着が懸念される成分を含む製品では、酸化安定性やバリア性能だけでなく、包装材への収着挙動も確認することが重要です。

このように、包装材も内容物の組成と同様に、製品の品質維持を左右する設計要素の一つです。

脂溶性機能成分の含量維持を目的とする場合、包装材には以下のような特性が求められます。

• 関与成分との過度な親和性を持たないこと
• 成分の拡散や収着が起こりにくいこと
• 長期保存中も安定した性能を維持できること
• 内容物に応じた酸素・水蒸気バリア性能を備えること
• 内容物との接触面で安定した性能を示すこと

ただし、すべての性能を一つの材料だけで満たせるとは限りません。多層包装では、バリア層、支持層、シール層、内容物と接触する最内層など、それぞれの役割を考慮して設計する必要があります。

包装材への収着が課題となる場合は、包装全体を変更するだけでなく、内容物と直接接触する最内層を見直す方法もあります。
例えば、多層包装では、内容物と接触する最内層に低収着性に着目した材料を採用することで、内容物と他の樹脂層との接触を抑える設計が考えられます。

また、包装形態や材料構成、内容物との接触面積、充填量などを見直すことも、成分の収着挙動に影響する可能性があります。これらの変更は、収着だけでなく、酸素・水蒸気・光のバリア性、成形性、シール性、コストなどにも影響するため、製品全体の要求性能を踏まえて検討する必要があります。

収着対策では、包装材だけでなく、内容物の組成との組み合わせも重要です。
例えば、以下のような内容物の組成や状態が収着挙動に影響する場合があります。

• 成分が油相と水相のどちらに存在するか
• 乳化・分散状態や粒子径
• 乳化剤・分散剤などの種類と濃度
• 油剤や共存成分の種類
• pHやイオン強度
• 成分の濃度や配合形態

そのため、含量低下が確認された場合には、内容物の組成変更または包装材変更のどちらかだけで解決しようとせず、内容物と包装材を組み合わせて比較評価を行うことが重要です。

成分の吸着・収着を抑える包装設計の選択肢の一つとして、内容物と接触する包装材料そのものを見直す方法があります。

低収着性に着目した材料の一例として、三菱ケミカルの「Zelas™ CP」があります。
Zelas™ CPは、非晶性ポリオレフィンをベースとした樹脂コンパウンドです。内容物との相互作用を抑えることが求められる医療分野などで検討されてきた材料特性を背景に、成分の収着低減が課題となるさまざまな用途への展開が検討されています。
食品包装においても、脂溶性機能成分などの含量維持を考える場合には、包装材への収着挙動を考慮することが重要になります。そこで、脂溶性成分の一例として酢酸トコフェロール（ビタミンE誘導体）を用い、容器の内層材として汎用されるLLDPE（直鎖低密度ポリエチレン）と Zelas™ CPの押出フィルムの収着量を比較評価しました。その結果、特定の試験条件下で、Zelas™ CPはLLDPEと比較して高い成分残存率を示しました。

図2. LLDPEとZelas™ CPにおける酢酸トコフェロール残存率の比較

試験条件： LLDPEおよびZelas™ CP（CP208）押出フィルム、対象成分：酢酸トコフェロール(ビタミンE誘導体)、
保存条件：50℃・2週間、評価方法：HPLCによる定量（当社評価）

このような低収着性に着目した材料は、機能性成分の含量維持を重視する食品分野においても、包装材料の候補の一つとなります。ただし、実際の採用にあたっては、対象となる食品や成分、内容物の組成、保存条件、包装仕様などに応じて、収着挙動を含む各種性能を確認する必要があります。

Zelas™ CPの詳しい材料特性や容器・包装への展開については、以下をご覧ください。 

Q1. 機能性食品の成分含量が保存中に低下する原因は何ですか？ 

成分の酸化、光や熱による分解、加水分解、原料や製造工程によるばらつきなど、さまざまな原因が考えられます。 
これらに加えて、食品中の成分が包装材表面に吸着したり、樹脂内部へ吸収されたりする「収着」によって、内容物中の成分量が低下する場合もあります。また、分析方法や試料の均一性などが測定結果に影響する可能性もあるため、複数の観点から原因を切り分けることが重要です。 

Q2. 包装材への成分の「吸着」と「収着」は何が違いますか？ 

吸着（Adsorption）は、成分が包装材の表面に付着する現象です。一方、成分が包装材内部へ拡散し、樹脂中に取り込まれる現象を吸収（Absorption）といいます。 
この吸着と吸収を合わせた現象を「収着（Sorption）」と呼びます。実際の食品包装では、成分が包装材表面に到達した後、その一部が樹脂内部へ拡散する場合があるため、両者を含めて収着として捉えることが重要です。 

Q3. PE・PP製の包装材では脂溶性機能成分が必ず収着しますか？ 

いいえ。脂溶性機能成分であっても、必ずPE・PPに収着するわけではありません。収着の程度は、成分の物性、内容物の組成、樹脂の種類や構造、包装形状、接触面積、保存温度、保存期間などによって変化します。実際の内容物と包装材の組み合わせで評価することが重要です。 

Q4. 包装材への収着が含量低下の原因かどうか、どのように確認できますか？ 

同じ内容物をガラス、PE、PPなど複数の包装材で保存し、成分含量の推移を比較します。包装材によって含量低下の程度に差があれば、包装材との相互作用が関与している可能性があります。必要に応じて、分解生成物や包装材側に収着した成分も分析し、原因を切り分けます。 

Q5. 包装材への成分の吸着・収着を抑えるにはどうすればよいですか？ 

対象成分や内容物の組成に適した包装材を選定し、実際の製品条件で比較評価することが重要です。多層容器では内容物と接触する最内層を見直したり、低収着性に着目した材料を検討したりする方法があります。収着だけでなく、バリア性、成形性、シール性なども含めて包装仕様を決定します。 

• コンパウンド製品の性質上、配合構成や使用原料の確認には一定のお時間を要する場合があります。各国規制への対応状況の照会・回答にあたっては、事前に十分なリードタイムをいただけますよう、ご理解をお願いいたします。
• 本記事の内容は、公開情報および当社が入手した市場・規制情報をもとに作成した一般的な解説であり、特定製品・用途に対する適合性や法令遵守を保証するものではありません。本文に基づくお客様の判断・行為の結果について、当社は一切の責任を負いかねます。実際の適用に際しては、必ず最新の法令・規格・公的ガイドラインをご確認のうえ、自社の責任において評価・判断を行っていただけるようお願い申し上げます。

保存中の成分含量低下や、包装材への成分の収着についてお悩みではありませんか。 

三菱ケミカルでは、対象成分、内容物の組成、保存条件、包装仕様を踏まえた材料選定や、包装材への収着の可能性を確認するための評価について、技術相談を承っています。 

[1] 機能性表示食品の届出等に関する手引き｜消費者庁https://www.caa.go.jp/policies/policy/food_labeling/foods_with_function_claims/notice/assets/food_labeling_cms205_251001_41.pdf

[2] 食品期限表示の設定のためのガイドライン｜消費者庁https://www.caa.go.jp/policies/policy/food_labeling/food_labeling_act/assets/food_labeling_cms201_250328_1029.pdf

[3] Sorption of Flavors into Food Packaging Materials.
Foods & Food Ingredients Journal of Japan, Vol.216, No.1, 041 (2011)

[4] Vitamin D Incorporation in Foods: Formulation Strategies, Stability, and Bioaccessibility as Affected by the Food Matrix
Foods, Vol.10, No.9, 1989 (2021)