開封した油やナッツが古いにおいになったり、肉や魚の風味が変わったり、色の鮮やかな食品が保存中にくすんだりすることがあります。こうした品質低下には、食品成分と酸素が関わる「酸化」が大きく影響しています。
食品が保存中に酸化する主な理由は、食品中の脂質、色素、ビタミン、たんぱく質などが酸素や活性の高い酸素種、ラジカルと反応し、時間とともに別の化合物へ変化するためです。酸化の進み方は、酸素の量だけでなく、光、温度、金属、食品の成分や構造、包装などにも左右されます。
食品の酸化とは何が起こること？
酸化とは、物質が電子を失う反応を含む化学変化です。食品では、空気中の酸素が関与する反応が代表的ですが、単純に「酸素と直接くっつく」だけではありません。
脂質の酸化では、まず不飽和脂肪酸などから水素が引き抜かれ、ラジカルと呼ばれる反応性の高い状態が生じます。そこへ酸素が加わると、過酸化ラジカルやヒドロペルオキシドなどが形成され、さらに別の脂質へ反応が連鎖していきます。
2025年の日本の総説でも、油脂の酸化は不飽和脂肪酸から水素が引き抜かれることから始まり、その後にさまざまなラジカル種が生成して酸化反応を進める複雑な連鎖反応として説明されています。
なぜ脂質は特に酸化しやすいのか？
食品中で酸化が問題になりやすい成分の一つが脂質です。特に、二重結合を多く持つ不飽和脂肪酸は酸化されやすい性質があります。
魚油に多いEPAやDHA、植物油に多いリノール酸などは、栄養上重要な脂肪酸ですが、構造上は酸化の影響を受けやすくなります。脂質が酸化すると、最初はヒドロペルオキシドなどが生成し、それらが分解してアルデヒド、ケトン、アルコール、酸など多数の二次生成物が生じます。
日本の食品科学研究でも、脂質の酸化生成物が食品の風味を損なうことが示されています。大豆では脂質酸化に由来するヘキサナールが豆臭へ関与し、魚では不飽和脂肪酸の酸化によって生じる多くのカルボニル化合物が独特のにおいへ関与します。
酸素が多いほど酸化しやすい？
酸素は食品の酸化を進める重要な要因です。包装の中や食品内部に酸素が存在すると、脂質酸化などの反応へ利用されます。
ただし、酸化速度は単純に「酸素濃度が2倍なら反応も2倍」という関係ではありません。食品中で酸素がどこに存在するか、どれだけ溶け込むか、食品の内部をどれだけ移動できるかなども影響します。
酸素と脂質酸化をまとめた海外レビューでも、食品油脂の酸化安定性には、酸素の種類、濃度、食品中での位置や移動が重要だと整理されています。
そのため食品包装では、容器内の酸素を減らすだけでなく、外部から酸素が入りにくい材料を使うことも品質保持に重要です。
光が当たると酸化が速くなることがある
食品を光の当たる場所へ置くと、酸化が速く進む場合があります。これは光によって励起された色素などが酸素へエネルギーを渡し、反応性の高い一重項酸素などを生じることがあるためです。
一重項酸素は通常の酸素より反応性が高く、脂質や色素などを酸化しやすくします。透明な容器に入った油や飲料が光の影響を受けやすいのは、このような光酸化が関係する場合があります。
日本のレトルト食品研究でも、光の下で保存した油性食品では品質劣化が促進され、その程度には包装材料の酸素透過性が関係していました。光と酸素が組み合わさることで、保存中の酸化が進みやすくなることがわかります。
温度が高いと酸化が進みやすいのはなぜ？
多くの化学反応は、温度が高くなると速く進みます。食品の酸化も例外ではありません。
温度が上がると分子運動が活発になり、酸化反応に必要な衝突や反応が起こりやすくなります。さらに、高温はヒドロペルオキシドなどの分解を促し、別のラジカルやにおい成分の生成につながることがあります。
そのため、同じ食品でも高温の倉庫や直射日光の当たる場所で保存すると、涼しい場所より酸化劣化が速くなる可能性があります。
ただし、温度の影響は食品の種類や包装、酸素量などによって異なります。低温にすれば酸化が完全に止まるわけではなく、冷蔵や冷凍中にもゆっくり進行することがあります。
鉄や銅などの金属が酸化を促すことがある
食品中に存在する鉄や銅などの金属イオンは、微量でも酸化反応を促進することがあります。
これらの金属は、脂質酸化で生成したヒドロペルオキシドの分解を促し、新たなラジカルを生み出す触媒として働く場合があります。その結果、酸化の連鎖反応が速くなります。
食品中の金属は、原料に自然に含まれている場合もあれば、加工設備や添加成分などに由来する場合もあります。食品開発では、金属イオンを捕まえるキレート剤や抗酸化成分を利用して酸化を抑えることがあります。
酸化すると味や香りはどう変わる？
脂質の酸化で生じるアルデヒドやケトンなどには、非常に低い濃度でも強いにおいを持つものがあります。
そのため、化学的な変化量が小さくても、人は「油臭い」「古い」「段ボールのよう」「青臭い」といった風味変化を感じる場合があります。
食品中の脂質酸化生成物による風味変化を扱った日本の総説では、多価不飽和脂肪酸の酸化によって生じる揮発性成分が、大豆や魚などの特徴的なにおいに大きく関与することが示されています。
つまり酸化は、見た目ではわかりにくい初期段階から、香りや味によって品質低下として感じられることがあります。
酸化は色や栄養価にも影響する
酸化の影響は脂質だけではありません。カロテノイドなどの色素、ビタミン、たんぱく質も酸化の影響を受けます。
カロテノイドは酸化されると色が薄くなったり、別の化合物へ分解されたりします。ビタミンCなど酸化されやすい栄養成分も、保存条件によって減少することがあります。
また、脂質酸化で生じたラジカルや酸化生成物は、共存するたんぱく質へ影響することがあります。近年のレビューでは、脂質酸化とたんぱく質酸化が相互に関係し、食品の物性や栄養価にも影響することが整理されています。
食品の酸化は「油がまずくなる現象」だけではなく、色、香り、食感、栄養価など複数の品質要素を変える反応なのです。
食品を切ったり砕いたりすると酸化しやすくなることがある
食品の構造も酸化速度へ影響します。
食品を切る、砕く、すりつぶすと表面積が増え、酸素と接触する部分が増えます。また、もともと細胞内で離れていた酵素、脂質、金属などが混ざり、酸化反応が起こりやすくなる場合があります。
ナッツやコーヒー豆を丸ごと保存する場合と、粉砕した状態で保存する場合に品質保持のしやすさが違うのは、こうした表面積や構造の違いも関係します。
食品の加工度が高いほど必ず酸化するわけではありませんが、粉砕や細切などで酸素との接触面積が増えることは、保存設計で考慮すべき要因です。
包装は酸化を抑える重要な手段
保存中の酸化を遅らせるには、食品と酸素の接触を減らすことが基本です。
酸素を通しにくい包装材料、真空包装、窒素置換、脱酸素剤などは、包装内の酸素量を減らしたり、外部からの酸素侵入を抑えたりするために使われます。
海外のレビューでも、脱酸素剤は包装食品の色、食感、香りを酸化劣化から守り、保存期間を延ばすために利用されていると整理されています。
また、光酸化を防ぐために遮光性のある容器を使うこともあります。酸素だけでなく光も制御することで、酸化しやすい食品の品質をより長く保ちやすくなります。
抗酸化物質は酸化の連鎖を止める
食品には、酸化を抑える抗酸化物質が利用されることがあります。
ビタミンEのような抗酸化成分は、脂質酸化の連鎖反応に関わるラジカルと反応し、それ以上の連鎖を止める方向へ働きます。食品にもともと含まれる抗酸化成分が酸化安定性へ影響する場合もあります。
ただし、抗酸化物質の効果はどの食品でも同じではありません。油だけの系なのか、水と油が混ざった乳化食品なのか、抗酸化成分がどこに分布するかなどによって効果は変わります。
そのため食品開発では、酸素量、包装、温度、光、食品構造と抗酸化成分を組み合わせて酸化を抑えます。
酸化は賞味期限を決める原因になることがある
微生物学的には安定した食品でも、酸化が進めば商品として受け入れられない品質になることがあります。
酸化と食品の保存期間を扱ったレビューでは、酸化は微生物的に安定した食品の賞味品質を終わらせる主要な要因の一つとされ、どの程度の酸化を消費者が許容できるかを考慮して保存期間を評価する必要があるとされています。
油脂食品、ナッツ、スナック、粉乳、乾燥食品などでは、微生物より先に酸化臭や風味変化が品質限界になる場合があります。
そのため賞味期限の設定では、微生物検査だけでなく、過酸化物価などの酸化指標や官能評価が使われることがあります。
冷蔵・冷凍しても酸化が完全に止まらないのはなぜ？
冷蔵や冷凍は酸化反応を遅らせるのに有効ですが、酸素が存在し、反応可能な成分が残っていれば、酸化が完全にゼロになるとは限りません。
冷凍食品でも、保存期間が長くなると脂質酸化によるにおいや色の変化が生じることがあります。特に包装が不十分で酸素が入りやすい場合や、保存温度が変動する場合には品質変化が進みやすくなります。
つまり低温保存と酸素管理は別々の役割を持ちます。温度を下げるだけでなく、密封や酸素バリア包装を組み合わせることが重要です。
まとめ
食品が保存中に酸化するのは、食品中の脂質、色素、ビタミン、たんぱく質などが、酸素やラジカル、活性酸素種と反応し、時間とともに別の化合物へ変化するためです。
酸化は、酸素だけでなく、光、温度、金属、食品の構造、保存時間、包装などによって速さが変わります。その結果、酸化臭、色の変化、食感や栄養価の低下などが起こり、賞味品質を左右します。
そのため食品保存では、低温、遮光、酸素バリア包装、真空・ガス置換、脱酸素剤、抗酸化成分などを組み合わせて酸化を遅らせます。酸化とは「空気に触れた瞬間に食品が悪くなる現象」ではなく、さまざまな条件に左右されながら時間とともに進む化学的な品質変化なのです。
参考資料
- 山本幸弘「油脂の酸化と抗酸化」オレオサイエンス
- 石谷孝佑ほか「レトルトパウチ食品の品質変化におよぼす包装材料の酸素透過性，貯蔵温度，光線の影響について」日本食品工業学会誌
- Johnson DR, Decker EA. The role of oxygen in lipid oxidation reactions: a review.
- Calligaris S, et al. Shelf-life Assessment of Food Undergoing Oxidation-A Review.
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