オゾン処理は生白米の物理化学的特性をどう変えるのか｜研究データで読み解く

貯蔵中の米は、害虫やカビによる品質低下が避けられない課題です。その対策として、残留しにくく反応性の高いオゾンが注目されてきました。ただしオゾンは強い酸化作用を持つため、殺菌・殺虫の効果と引き換えに、米そのものの性質を変える可能性があります。この記事では、オゾン処理が生白米の物理化学的特性に与える影響を検証したShahら（2013年）の研究をもとに、どの指標がどの条件で変化したのかを整理します。あわせて、結果を読み解くための前提や、実際の保管・処理に当てはめるときの注意点も加えています。

この研究が確認しようとしたこと

貯蔵米の害虫・カビ被害と推定損失

貯蔵米は、昆虫や菌類による汚染で品質が落ちます。マレーシア農業省（2009年）の報告では、品質低下による推定年間損失は貯蔵米全体の30〜42%に上るとされています。被害の規模が大きいため、効果的な防除方法が長く模索されてきました。

既存の燻蒸剤が抱える課題

現在、食品穀物用に登録されている燻蒸剤には、臭化メチルとホスフィンの2種類があります。しかし、これらを多用するうちに、耐性を示す害虫が現れるようになりました（Zettlerら, 1989ほか）。耐性が生じる一因は、これらの薬剤が作用後も長期間にわたって米に残留し続ける点にあります。

オゾンが代替として注目される理由

オゾンは殺菌剤として広く使われており、昆虫やカビにも強い影響を与えることが報告されています。微生物集団の90%を効果的に除去したとする報告もあります（Ishizakiら, 1986；Shahら, 2011）。オゾンの特徴は、噴霧後すぐに昆虫へ作用し、作用後はただちに酸素へ戻って残留しない点です。反応性が極めて強いことから、燻蒸剤の代替として食品流通や衛生分野で利用が進んできました。この研究は、こうした背景のもとで、オゾン処理が米の物理化学的特性に及ぼす影響を確認することを目的としています。

前提｜オゾンが米に物理化学的変化を起こす仕組みの考え方

オゾンの酸化作用と米の成分との関係

オゾンの作用を理解するうえで前提になるのが、強い酸化力です。オゾンは炭水化物、アミノ酸、不飽和脂肪酸といった化合物を酸化することが知られています（Langlaisら, 1991）。米はデンプンとタンパク質を主成分とするため、オゾンに触れるとこれらの成分が酸化され、性質が変わる可能性があります。この記事で扱う「物理化学的特性の変化」は、こうした酸化反応の結果として理解すると見通しが立ちやすくなります。

「殺菌・殺虫」と「品質の変化」は別の軸で考える

注意したいのは、オゾンの「殺菌・殺虫効果」と「米の品質への影響」は、別々の軸で評価すべきという点です。菌や害虫を抑える働きが確認されても、それが米の食味や見た目に影響しないとは限りません。逆に、品質への影響が小さくても、防除効果が十分とは限りません。研究では、この両面が分けて測定されています。

検証の設計と測定方法

オゾン処理の条件

オゾン処理は、室温20±3°C、湿度50%に制御された部屋の中で、気密性の高いリーベルグ凝縮器を用いて行われました。オゾンはコロナ放電式の発生器（Model OM-1, Top Ozone, マレーシア）で生成され、オゾン検出器（Aeroqual）と熱線風速計で濃度と流量が管理されています。処理に用いたオゾン濃度は0.1・0.2・0.3・0.4ppmの4水準、暴露時間は最長420分です。処理後のサンプルはポリエチレン袋で室温保存されました。

測定した項目と使用機器

研究では、次の指標が測定されています。それぞれ専用の機器が用いられており、結果を読むうえで測定方法が前提になります。

測定項目	主な使用機器・方法
pH	懸濁液をろ過後、pHメーターで測定
色（L*a*b*）	分光光度計（Ultrascan PRO Hunter Lab）
水分含量	デジタル穀物水分計（佐竹）
調理品質（吸水量）	80°Cで30分調理後の重量増加から算出
総固形分	調理水を乾燥させ固形分を秤量
生米・炊飯米の硬さ／粘着性	テクスチャアナライザー
粒子構造	走査電子顕微鏡（SEM）

オゾン濃度・暴露時間による物理化学的特性の変化

ここが研究の中心です。各指標は、オゾン濃度と暴露時間に応じて異なる変化を示しました。いずれも、この研究の条件下での結果である点に留意してください。

pHの変化と、菌の抑制との関係

オゾン処理をしていないコントロール米のpHは6.2±0.08でした。オゾン濃度が高くなるほどpHは下がる傾向を示し、0.1・0.2・0.3・0.4ppmでそれぞれ5.43・5.34・5.30・5.23でした。ただし、これらの低下はコントロールとの間に統計的な有意差が認められませんでした。pHが下がる背景には、オゾンによる米成分の酸化があると解釈されています。なお、pHが6未満になるとセレウス菌が繁殖しにくくなるため、菌数の低減につながる利点もあると報告されています（Brown, 2000ほか）。

水分含量の変化と、害虫抑制面の利点

水分含量は、オゾン濃度と暴露時間が増えるほど減少する傾向を示しました。コントロール米の含水率は13.40〜13.43%でしたが、420分処理後は0.1・0.2・0.3・0.4ppmでそれぞれ12.97・12.86・12.47・12.29%まで低下しています。水分が低く保たれることは、害虫の侵入を抑える観点では利点になります。Panら（2008年）は、ゾウムシの侵入を避けるため、通常保管時（13.5〜14%）より低い12〜13%に保つことを推奨しています。

色の変化と、その背景の仮説

色は、黄色度を示すb*値と明度を示すL*値で評価されました。

黄色度（b*）は、オゾン量が増えるほど上昇しました。コントロール米のb*値は10.6±0.25でしたが、360分処理後は0.1ppmで12.59、0.4ppmで13.74まで増加しています。研究では、この黄変はオゾン生成に伴って形成される酸性副産物が一因ではないかと推測されています（Mendezら, 2003）。ただし、米の黄変は収穫後の経過時間やタンパク質含有量など他の要因でも起こるため、さらなる検討が必要だとされています。

明度（L*）も、オゾン濃度が上がるほど上昇（白色度が増加）しました。コントロール米のL*値は平均69.4でしたが、たとえば0.4ppmでは初期67.41から420分後に78.02まで上昇しています。研究では、この白色度の上昇は、米粒内部に空隙を持つデンプン顆粒の構造変化が関係している可能性があるとしています。

調理品質（吸水量）の変化

調理品質は、米粒の水分保持量（吸水量）で評価され、値が高いほど高品質と扱われます。コントロール米の吸水量は米1gあたり1.42〜1.79gでしたが、420分処理後は1.76〜2.17g/gとなり、平均で17〜24%増加しました。とくに0.3ppmを超える条件では、統計的に有意な向上が認められています。この変化は、オゾン処理によってデンプンとタンパク質が断片化し、水と結びつく部位が増えたためと解釈されています。

総固形分の変化

調理水中に溶け出す総固形分も、オゾン濃度と暴露時間の増加とともに変化しました。米100gあたりの総固形物量は、0.1・0.2・0.3・0.4ppmでそれぞれ2.89・2.51・2.03・1.81（×10⁻³）gでした。0.3ppmを超える条件では有意差が確認されています。この変化には、調理中に米が分解しやすくなることが関係していると考えられており、炊飯後の伸びや膨張が大きくなる理由とも結び付けて説明されています。

生米・炊飯米の硬さと粘着性

生米の硬さは、米粒の水分が減るほど低下しました。炊飯米の硬さも、コントロール米より低くなっています。硬度の低下は、水分含有量12.65%の条件で、0.1・0.2・0.3・0.4ppmでそれぞれ64・63・33・48%でした。調理中の吸水量が大きいことが、柔らかい食感につながったと解釈されています。

一方、粘着性については、コントロール米とオゾン処理米の間に統計的な有意差は認められませんでした。研究では、オゾン処理が粘着性そのものには影響しないことを示すとされています。なお、最も高い0.4ppmの条件では炊飯米の粘着性が最も低くなったことも報告されています。

粒子構造（SEM観察）と特性間の相関

走査電子顕微鏡で観察すると、コントロール米では多角形のデンプン粒がはっきり確認できました。オゾン処理を加えると、この境界が不明瞭になり、顆粒サイズが小さくなる様子が見られました。粒度が小さくなると、水和に使える表面積が増えます。これは、吸水量や総固形分が増加した結果と整合します。

特性間の相関を整理すると、オゾン濃度は、b*値・L*値・調理品質・総固形分と正の相関を示し、米の硬度や水分含量とは負の相関を示しました。pHや炊飯米の粘着性とは、有意な相関が確認されていません。

この結果を実際の米の保管・処理に当てはめるときの前提

ラボ条件と実環境の違い

ここまでの数値は、特定の品種・湿度・機器・濃度・時間という限られた条件で得られた結果です。研究はマレーシアの高温多湿な環境で行われており、サンプルを理想的な水分含有量にそろえることが難しかったとも記されています。したがって、これらの数値を別の米や別の環境にそのまま当てはめることはできません。あくまで「この条件ではこう変化した」という参照として読むのが適切です。

オゾン機器の分類と使用条件という観点

実際にオゾンを米の処理へ応用する場合は、使う機器のタイプと使用条件を分けて考える必要があります。オゾン機器は、家庭用・業務用・業務用と家庭用の兼用などに分かれ、想定する使い方や環境が異なります。本記事で扱った研究は密閉容器内での処理であり、一般的な居室や食品保管庫での運用とは前提が異なります。機器ごとの濃度設定や使用方法は、製品の仕様や取扱説明書をもとに確認する姿勢が前提になります。なお、この研究は特定の製品の性能を比較したものではないため、製品の優劣を示すものではありません。

研究が示す「濃度と時間の管理が必要」という示唆

研究は、米への悪影響を最小限に抑えるために、オゾン濃度と暴露時間に制限を設ける必要があると結論づけています。濃度や時間を上げるほど殺菌・殺虫面の効果は期待できますが、同時に色や調理品質などの変化も大きくなるためです。つまり、効果と品質変化のバランスをとる条件設定が前提になります。

オゾン処理米から読み取れること｜変化する指標と変化しにくい指標

この研究からは、オゾン処理が生白米に与える影響を、次のように整理できます。

変化が大きかった指標は、色（L*・b*値）、pH、総固形分、調理品質でした。一方、炊飯米・未調理米の水分含有量、粘着性、硬度については、コントロール米と比べて有意な変化が認められませんでした。つまり、すべての指標が一律に変わるわけではなく、影響を受けやすい指標と受けにくい指標があります。

利点と留意点を両面で見ると、次のようになります。

• 利点：0.1〜0.4ppmの範囲で、未調理米・炊飯米のセレウス菌数を減らす効果が確認された。残留物を残さないという特徴もある。
• 留意点：色の黄変など、品質面の変化が伴う。これらは濃度と暴露時間が増えるほど大きくなる。

読者が自分のケースで判断する際は、次の観点を確認すると整理しやすくなります。

• 目的が殺菌・殺虫なのか、品質維持なのか（評価軸を分ける）
• どの程度の濃度・暴露時間を想定するのか（効果と品質変化のバランス）
• 対象の品種・保管環境・使用する機器の前提が、研究条件とどれだけ異なるか

オゾンは、残留しにくく反応性が高いという特徴から、米の防除における選択肢のひとつとして検討されてきました。ただし本研究が示すように、その作用は品質面の変化も伴います。条件によって結果が変わる以上、濃度と時間を管理し、目的に応じて見極めることが前提になります。