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浦上財団研究報告書

Vol.15（2007）〈平成18年度〉

放射線照射香辛料の照射履歴検査法の確立
鵜飼光子（北海道教育大学）

1.

緒定を行った。

言

2.

実験方法

されやすく，安全性の確保が重要である１〜２）。加2. 1

試工工程での殺菌処理について多くの検討がなされ胡椒は市販のものを用いた。胡椒は粉末状の白てきたが殺菌技術として放射線照射が近年注目さ胡椒，黒胡椒を用いた。いずれも函館市内で購入れている３〜６）。照射殺菌の安全性が国際的に認知したものである。購入後直ちに冷蔵保存し，実験されるようになり照射量の評価も行われている。に供した。

香辛料は収穫時及び保存時において微生物汚染料

照射食品の流通の拡大が予想されている７）。放射2. 2

線照射は食品の殺菌を効果的に行うことができる

試料は300mgを秤量後，ESR試料管（99.9％石が，放射線照射によるラジカルの発生が危惧されている。日本では殺菌を目的とした照射は許可されていない。

ESR測定英ガラス，英光社製）に封入した。
すべてのESR測定は，ESR分光器（JES-FE1XG，日本電子KK）を用いて行った。測定に用いたマ照射の有無を検知する方法

８,９）が検討されていイクロ波の周波数は，Xバンド（9.3GHz）である。

るが，電子スピン共鳴（electron spin resonance,共鳴磁場は，250と320mTとし掃引磁場は500とESR）法は照射食品の検知法に応用されている。

100mTを用いた。胡椒中の電子スピン緩和挙動

EU（European Union）では公定法としてすでにを検討するためにマイクロ波磁場を変化させ遂次

10）導入している 。ESRは操作が簡便であり，ラジ11）

カルの迅速な計測が可能である 。しかし，食品飽和曲線を求めた。ESR測定の検出温度は，すべて室温（20℃）である。の種類や保存条件などによって信号の検出が出来2. 3

ないこともあり，食品への応用は限られている。

試 料 の 照 射 は ガ ン マ 線 を 用 い 線 量 は10，30，12）

照射EU公定法では魚介類や肉類の骨組織 ，セルロー

50kGyとした。胡椒は日本原子力研究開発機構高スを含む乾燥野菜や乾燥果実類13,14）などが分析対崎研究所にて照射した。

象である。

3.

実験結果

い，セルロースに補足されたラジカル種をESR法

3. 1

ESR信号のスペクトル挙動により測定し，ESR信号が食品の種類のよって変Fig.1に黒胡椒試料のESR信号を示す。常圧下化するか否かについて検討した。さらにESRスペ

でも減圧下においてもスペクトルの挙動に有意クトルの飽和挙動について解析しラジカル種の同の差異は認められなかったので，本研究における本研究では香辛料として胡椒を試料として用放射線照射香辛料の照射履歴検査法の確立

105Fig. 1 ESR spectra of black pepper before and after gamma ray irradiation of 50kGy. The spectrum was recorded over the ﬁeld swept of500mT. The inserted spectrum shows twin peak signals（S1 and S2）induced in black pepper by gamma irradiation.

Fe3＋信号

ESR測定は常圧下で行っている。ESR信号は胡椒

3. 3の種類に関わらず，本質的に同一であった。得ら

g＝4.0の信号はFe3＋による遷移金属イオンに由れた黒胡椒のESR信号は３成分であった。第一に，来するが，食品類では希少なESR信号の検出であP１で示したｇ＝2.0における鋭く強い信号である。

る。

これは有機フリーラジカルによるものと推定でき3. 4る。第二にｇ＝2.0を中心とする六本線（P２）がFig.2にマイクロ波強度を変化させたときの黒観測された。これは，Mn2＋ イオンによる超微細胡椒のESRスペクトルを示した。マイクロ波強度構造線と同定できる。P３ で示したｇ＝4.0の信号を増加させるにしたがってA）で示したようにスはFe3＋ による遷移金属イオンによるものと推定ペクトルのg＝2.0近傍の信号が変化する。即ち，できる。

有機フリーラジカルと推定される一本線の信号強

遂次飽和挙動15）

Mn2＋イオンの超微細構造（hfc）

度がマイクロ波の増加にしたがって顕著に減少しMn2＋イオンのhfcを評価するため，二つの方法ている。これは飽和現象の典型的な例である。マを用いた。信号の頂点ないし最大傾斜点を採用しイクロ波強度を196mWにすると傾斜基線を呈した。いずれの方法によっても，各々の胡椒試料中た。マイクロ波強度の増大による酸素の影響であ

3. 2

2＋のMn イオンは，約7.4ｍTのhfc値を与えた。

ると思われる。この現象以外，信号全体の質的変化は見られなかった。

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浦上財団研究報告書

Vol.15（2007）

Fig.2B）P２ の信号の変化を示している。Fig.2
におけるP１ とP２ の各マイクロ波磁場におけるピーク強度の変化を比較するとP１がP２信号より，迅速に飽和することを示している。このことは，
P１ が有機フリーラジカル由来の信号であることを意味する。つまり，Mn2＋ イオンの超微細構造に起因する信号であるP２ よりもP１ が長い緩和時間を保持するからである。Fig.2CにMn2＋ イオンと有機フリーラジカル由来のピーク比（P１/P２）を示した。P１/P２は有機フリーラジカルの飽和にともない，マイクロ波強度の増加によって信号強度が顕著に減少する。即ちP１/P２比によって飽和現象が明瞭に示された。
3. 5照射による新規ラジカルの発現

Fig.1左上に照射胡椒のESR信号を示した。照射により，g＝2の有機フリーラジカルに対称な位置に2本のペアーピークを観測した。
4.

考

4. 1

市販胡椒でのESR信号のスペクトル挙動察

Fig.1に示したように，胡椒のESRのスペクトルの挙動から３成分を得た。シャープなP１，P２
及びP３ の３種類のシグナルの同時検出は食品のESR測定法においては新知見である。従来，胡椒ではP１とP３のピークの確認10）はなされているが，P１とP３の同時観測はなされていない。P３は赤唐辛子とシナモンやオールスパイスで検出16） さているに過ぎない。Ｐ３の胡椒での信号検出の報告はない。
4. 2CEN（Committee de Europe Normalization）のESR定量条件との比較

EU公 定 法 に お け るESR法12〜14） で は 異 な る 実
Fig. 2 Progressive saturation behaviors of an ESR signal P1 fromthe un-irradiated black pepper. A）P1, B）P2 signals and C)
a ratio of P1/P2 are plotted against the root of microwave
power.

験室間のESR測定の定量性を保障するために，Table 1で示したような一定のマイクロ波強度，例えば0.4mWでのESR計測を推奨している。しかし，マイクロ波磁場は胡椒試料の種類により，ま107

放射線照射香辛料の照射履歴検査法の確立
Table 1�Comparison between the new protocol and CEN protocol fixed for ESR of irradiated foods

Sample preparation
Magnetic field

New protoco

N1787 protocol（1996）

300mg

100mg

250±250mT
330±100mT

348 mT center ﬁeld

Center ﬁeld at 9.5 GHz microwave frequency（g〜2.00）
Microwave power

Variable
0〜196mW

0.4mW for pistachio nuts.
0.8mW for paprika powder

た含水量によっても変化を受け，同一試料であっペアーピークの遂次飽和挙動は異なっており17），てもESR信号が検出されない場合もありうる。

異なるラジカル種であると推察される。

従って，マイクロ波を一定の値に決めることは合理的でない。このことは，遂次飽和法による観測

文結果（実験結果の参照）よりも明らかになった。

１）伊藤

この点を改良すべく，本研究では，同一のESRスペクトル中でのMn2＋と有機ラジカルのピークの比を用いた。ピーク比（P１/P２）は同一のスペクトル上で定義されることになり，恒定常数（universal constant）としての取り扱いができる。
食品毎の種類の相互比較が可能となり，測定条件に左右されない厳密な指標を与えると決論した。
ピーク比（P１/P２）はマイクロ波磁場強度により変化する。P１/P２のうちの最大値を採用することにより絶対値尺度を設定できる。P１/P２の最大

献均，武久正昭，食品の放射線処理と殺菌，ファイ

ンケミカル，18-30（1982）
２）Frarkas, J., Radiation processing of dry food ingredients.
A review, Radiat. Phys. Chem. 25, 271 2 - 280（1985）.
３）Farkas, J., Irradiation of Dry Food Ingredients（CRC Press,Boca Raton, FL., 1988）.
４）Farkas, J., The Microbiological Quality and Safetyof food in Spices and herbs l（ed.13.Lund, B. M., BairdParker. A.C., Gould, G. W.）897-918（Aspen Publishers,Gaithersburg, MD, 2000）
５）Farkas, J., Kalman, B., Bencze- Bocs, J., Jauernig, A.,
Experiments for improving the quality of dried vegetables byionizing radiation（in Hungarian）（1-3）, 21-40（Kiserletugyi
Kozlemenyek, LXIII-E, Elelmiszeripar, 1970）.

値を与えるマイクロ波磁場強度をESR測定におけ

６）Muhamad, L. J., Ito, H., Watanabe, H., Tamura, N.,る最適強度として用いることを提唱するものであDistribution of Microorganisms in Spices and Theirる。
4. 3

Decontamination by Gamma- irradiation, Agaric. Biol.
Chem. 50（2）, 347-355（1986）.

照射によるラジカル種の変化と消長

Fig.1に示したように照射によりペアーピークが新規に発現した。照射の有無を検知する信号と

７）久米民和, 世界における食品照射の現状, RADIOISOTOPES,51, 522-532（2002）
８）等々力節子, 照射食品の検知法について, RADIOISOTOPES,49, 467-469（2002）

してに有用と考えられる。しかし，ペアーピーク

９） 宮 原は不安定であり，特に低磁場側の信号は減衰しや（2002）

すいために，高磁場側をシグナルを照射の有無の10）Rafﬁ J., Stocker P., Electron Paramagnetic Resonance

検知に応用している９）。黒胡椒では一ヶ月にわた

誠, 食 品 照 射 検 知 法 の 現 状, 食 品 照 射, 37, 29-47

Detection of Irradiated Foodstuffs, Appl. Magn. Reson., 10,357-373（1996）.

る長期冷蔵保存においてペアーピークが残ってい11）Stewart, E., M., Detection Methods for Irradiated Foods,ることを観測している（未発表）ので，ESRの測in Food Irradiation: Principles and Applications（Eds., R. A.

定条件を詳細に検討することで低磁場側のシグナ
ルも照射有無の検知に利用できると考えている。

Molns）, Chap. 14, 347-386（John Wiley & Sons, Inc., NewYork, 2001）.

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浦上財団研究報告書

Vol.15（2007）

12）EN 1786 Food stuffs-Detection of irradiated foodCommunittee for standardization, Brussels, Belgium（2000）.

containing bone - Method by ESR spectroscopy, European15）Poole, Jr. C. P., Electron Spin Resonance （Wiley-Comittee for standardization, Brussels, Belgium（1996）

Interscience, Canada, 1983）Chap.12

13）EN 1787 Food stuffs - Detection of irradiated food16）Uchiyama, S., Kawamura, Y., Saito, J., Identiﬁcation ofcontaining cellulose - Method by ESR spectroscopy,

γ-irradiated spices by electron spin resonance（ESR）

European Committee for standardization, Brussels,spectrometry, J. Food Hyg. Soc. Jpn. 31, 499-507（1990）.

Belgium（1996）
14）EN 1787 Food stuffs - Detection of irradiated foodcontaining cellulose by ESR spectroscopy, European17）M, Ukai, Y. Shimoyama, Free Radicals in IrradiatedPepper: An Electron Spin Resonance Study, Appl. Magn.
Reson. 24, 1-11（2003）.

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An Advanced Protocol for Detection of Irradiated Spices

An Advanced Protocol for Detection of Irradiated Spices
Mitsuko Ukai
（Department of Environmental Science Hokkaido University of Education）

The use of sterilization technologies such as electromagnetic irradiation and elementaryparticle rays enables the shelf life of food to be extended. Electron spin resonance（ESR）
spectroscopy has been applied to evaluate irradiation effects. It has been accepted as aninternational standard method for irradiated foods. We have already reported about decayof radicals in gamma ray irradiated pepper during thermal treatment（Ukai, 2004）. In
the present study, we will report on the relaxation behavior of free radicals in irradiatedpepper using ESR spectroscopy, thereby determining the existence of radiation-induced
free radicals. Using ESR, we found various free radicals in a pepper before and afterirradiation. The representative ESR spectrum of the pepper composed of a sextet centered
at g= 2.0, a singlet at the same g-value and a singlet at g = 4.0. This reﬂects the evidenceof three independent radicals in the pepper before irradiation. Upon gamma ray irradiation,a new pair of signals appeared. The progressive saturation behavior（PSB）at various
microwave power levels indicated quite different relaxation behaviors of those signals.
For the evaluation of radiation-induced radicals and irradiation effects we proposed a newprotocol using the PSB method. This would call for an advanced protocol for the detectionof irradiated foods.

References; Ukai, M., Shimoyama, Y., 2004. Radiation Physics and Chemistry 71, 177-180

Keywords: electron spin resonance（ESR）; gamma-ray irradiation; relaxation phenomena,
protocol