JP2006105646A - 卵の鮮度測定器およびその測定方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】 卵を破壊することなくハウユニットの低い卵を判別することができる卵の鮮度測定器とその測定方法を提供する。
【解決手段】 卵の鮮度測定器1は、テラヘルツ領域の電磁波LIを卵10に向けて照射する照射部2と、卵に照射されて卵白等の影響を受けた電磁波LOを検出する検出部4と、検出部4によって検出された電磁波の信号に基づいて卵白等の影響を受けた電磁波のスペクトルを求める演算部6と、演算部6において求められた電磁波のスペクトルに基づいて卵の鮮度を判定する判定部8とを備えている。テラヘルツ領域の電磁波を卵に照射して卵の影響を受けた電磁波の電場強度の時間変化を測定し、これをフーリエ変換することによって求められる卵白の影響を受けたスペクトルに基づいてハウユニットが低く鮮度が低い卵が判定される。
【選択図】 図1
【解決手段】 卵の鮮度測定器1は、テラヘルツ領域の電磁波LIを卵10に向けて照射する照射部2と、卵に照射されて卵白等の影響を受けた電磁波LOを検出する検出部4と、検出部4によって検出された電磁波の信号に基づいて卵白等の影響を受けた電磁波のスペクトルを求める演算部6と、演算部6において求められた電磁波のスペクトルに基づいて卵の鮮度を判定する判定部8とを備えている。テラヘルツ領域の電磁波を卵に照射して卵の影響を受けた電磁波の電場強度の時間変化を測定し、これをフーリエ変換することによって求められる卵白の影響を受けたスペクトルに基づいてハウユニットが低く鮮度が低い卵が判定される。
【選択図】 図1
Description
本発明は卵の鮮度測定器およびその測定方法に関し、特に、非破壊で卵の鮮度を測定する卵の鮮度測定器と、その測定方法とに関するものである。
市場で販売される卵には食品としての鮮度の高さが求められる。そのような卵の鮮度を判定する手法の一つとして、たとえば、特許文献1では、卵を割ってこれを所定の検査トレーに乗せ、トレー上の卵白の高さを測定することにより卵の鮮度を判定する手法が提案されている。この卵の鮮度の測定は、鮮度が低くなると卵黄を取巻く卵白が水様化することによって卵白の高さが低くなる性質を利用するものである。また、その他に、割卵して鮮度を判定する方法としては、鮮度が低くなると卵黄の高さが低くなる性質を利用する方法もある。
一方、卵を割卵せずに非破壊で卵の鮮度を判定する手法が提案されている。たとえば、特許文献2では、卵に短波長の可視光線または紫外線を照射し、自家蛍光を測定することにより卵の鮮度を判定する手法が提案されている。この卵の鮮度の判定は、卵殻に付着した特定の色素による自家蛍光の強度が産卵後の経過日数とともに減衰する傾向を有することを利用するものである。また、特許文献3では、ハロゲンランプの光を卵に照射して現出した気室の大きさを測定することによって卵の鮮度を判定する手法が提案されている。この卵の鮮度の判定は、卵内の気室が産卵後の経過日数とともに大きくなっていくことを利用するものである。
このように、従来の非破壊による卵の鮮度の判定においては、産卵後の経過時間によって変化する卵殻に付着した特定の色素の蛍光強度あるいは気室の大きさを測定することにより産卵後の日数を推定して卵の鮮度が判定される。
特開平9−178728号公報
特開平4−326060号公報
特開2001−17020号公報
しかしながら、従来の非破壊による卵の鮮度を判定する手法では次のような問題点があった。
卵の鮮度を数値で示すものとしてハウユニット(Haugh Unit:HU)がある。ハウユニットは、卵の卵白(濃厚卵白)の形態変化に卵の重量変化を組合わせて濃厚卵白の劣化度を表す指標として考えられた単位であり、所定の算出式によって算出される。ハウユニットは卵の濃厚卵白の高さが劣化とともに低くなっていくことに基づいて、卵の鮮度を判定するものである。
アメリカ合衆国農務省の規格では、ハウユニットが72以上がAA級(最高級品位)、60〜72未満がA級(高級品位)、31〜60未満がB級(中級品位)、31未満がC級(低級品位)とされる。このハウユニットは、産卵直後では90前後を示すが日数の経過とともにハウユニットは低下する。
養鶏場において産卵された卵の中には、産卵直後であってもハウユニットの低い卵が存在することがある。ところが、卵殻に付着した特定の色素の蛍光強度あるいは気室の大きさを測定することにより産卵後の日数を推定することによって卵の鮮度を判定する従来の鮮度の判定手法では、このような産卵直後のハウユニットの低い卵を判別して排除することができなかった。
本発明は上記問題点を解決するためになされたものであり、その目的は卵を破壊することなくハウユニットの低い卵を判別することができる卵の鮮度測定器を提供することであり、他の目的は、その測定方法を提供することである。
本発明に係る卵の鮮度測定器は、電磁波照射部と検出部と演算部と判定部とを備えている。電磁波照射部はテラヘルツ領域の電磁波を卵に向けて照射する。検出部は卵に照射されて卵内物質の影響を受けた電磁波を検出する。演算部は検出部によって検出された電磁波の信号に基づいて卵内物質の影響を受けた電磁波のスペクトルを求める。判定部は演算部において求められた卵内物質の影響を受けた電磁波のスペクトルに基づいて卵の鮮度を判定する。
この構成によれば、卵内物質の影響を受けた電磁波のスペクトルを求めることで、産卵直後から卵白が水様化した鮮度の低い卵を非破壊で確実に検知することができて、これを排除することができる。
また、電磁波照射部はパルス状の電磁波を間欠的に照射する機能を有し、演算部は、間欠的に照射されるパルス状の電磁波の照射タイミングに基づいて所定時間後の所定時間内に検出する電磁波を処理することにより、卵白と卵黄との境界において反射した電磁波の成分から卵殻と卵白との境界において反射した電磁波の成分を差し引く機能を有することが好ましい。
これにより、卵内物質の影響を受けた電磁波のスペクトルに対して、卵殻の影響を受けた電磁波のスペクトルの部分を差し引くことができて、より精度の高い卵の鮮度判定を行なうことができる。
より具体的に判定部としては、あらかじめ記憶された卵白の劣化の程度を数値化したハウユニットと卵内物質の影響を受けた電磁波のスペクトルとの関係のデータに基づいて卵の鮮度を判定する機能を有しているか、あるいは、求められた卵内物質の影響を受けた電磁波のスペクトルのデータに基づいて卵白の劣化の程度を示すハウユニットを算出する機能を有していてもよい。また、卵白の劣化は卵白の水様化と関係していることから、卵内物質は卵白であることが好ましい。
本発明に係る卵の鮮度測定方法は以下の工程を備えている。テラヘルツ領域の電磁波を卵に向けて照射する。卵に照射されて卵内物質の影響を受けた電磁波を検出する。検出された電磁波の信号に基づいて卵内物質の影響を受けた電磁波のスペクトルを求める。求められた卵内物質の影響を受けた電磁波のスペクトルに基づいて卵の鮮度を判定する。
この方法によれば、卵内物質の影響を受けた電磁波のスペクトルを求めることで、産卵直後から卵白が水様化した鮮度の低い卵を非破壊で確実に検知することができて、これを排除することができる。
また、電磁波を照射する照射工程は、パルス状の電磁波を間欠的に卵に照射する工程を含み、卵内物質の影響を受けた電磁波のスペクトルを求める工程は、間欠的に照射されるパルス状の電磁波の照射タイミングに基づいて所定時間後の所定時間内に受光する電磁波を処理することにより、卵白と卵黄との境界において反射した電磁波の成分から卵殻と卵白との境界において反射した電磁波の成分を差し引く工程を含むことが好ましい。
これにより、卵内物質の影響を受けた電磁波のスペクトルに対して、卵殻の影響を受けた電磁波のスペクトルの部分を差し引くことができて、より精度の高い卵の鮮度判定を行なうことができる。
より具体的に卵の鮮度を判定する判定工程は、あらかじめ記憶された卵白の劣化の程度を数値化したハウユニットと卵内物質の影響を受けた電磁波のスペクトルとの関係のデータに基づいて卵の鮮度を判定する工程を含むか、あるいは、求められた卵内物質の影響を受けた電磁波のスペクトルのデータに基づいて卵白の劣化の程度を示すハウユニットを算出する工程を含むようにしてもよい。また、卵白の劣化は卵白の水様化と関係していることから、卵内物質は卵白であることが好ましい。
まず、本発明の実施の形態に係る卵の鮮度測定器について説明する。本発明に係る卵の鮮度測定器では、テラヘルツ領域の電磁波を卵に照射して卵の影響を受けた電磁波の電場強度の時間変化が測定される。そして、これを時間から周波数へフーリエ変換することによって電磁波スペクトルが算出され、さらに、その電磁波スペクトルに基づいて卵白の吸光度スペクトルを求めることによって卵の鮮度が判定される。
図1に示すように、卵の鮮度測定器1は、テラヘルツ領域の電磁波LIを卵に向けて照射する照射部2と、卵に照射されて卵白等の影響を受けた電磁波LOを検出する検出部4とを備え、さらに、その検出部4によって検出された電磁波の信号に基づいて卵白等の影響を受けた電磁波のスペクトルを求める演算部6と、演算部6において求められた電磁波のスペクトルに基づいて卵の鮮度を判定する判定部8とを備えている。
次に、上述した卵の鮮度測定器1による測定方法について、図2に示すフローチャートに基づいて説明する。まず、ステップS1において時間応答データが取得される。この時間応答データは、ピコ秒オーダの極めて短い時間に対するものであるため、この卵の鮮度測定器1による鮮度の測定においては、公知のポンププローブ法が用いられる。これについて、詳細に説明する。図1に示す卵の鮮度測定器1内では、所定のパルスレーザ(図示せず)からパルス状の電磁波が、数十MHzにて繰り返し放射される。
放射された電磁波は、ビームスプリッタ(図示せず)によって、第1の電磁波(ポンプ光)と第2の電磁波(プローブ光)との2つの電磁波に分けられる。第1の電磁波は照射部2へ導かれて、テラヘルツ光源(図示せず)に対しテラヘルツ領域のパルス状の電磁波を発生させる。発生したパルス状の電磁波が卵10に照射されることになる。ここで、テラヘルツ領域の電磁波とは、周波数0.025THz〜10THzの領域の電磁波をいう。また、電磁波のパルス幅は、ピコ秒オーダの極めて短い時間とされる。
一方、第2の電磁波は、卵の影響を受けた電磁波を検出部4によって検出タイミングを計るために検出部4へ導かれる。このとき、第2の電磁波の光路長を、可動鏡(図示せず)の位置を変更することによって変化させて、第2の電磁波が検出部4に到達する時間をΔτだけ遅らせることにより、検出部4を動作させるタイミングがずらされることになる。なお、光路長としてたとえば約0.3mm変化させることにより、時間を約1ピコ秒遅らせることが可能である。
上記のように、第1の電磁波(ポンプ光)はテラヘルツ領域のパルス状の電磁波を発生させるためにテラヘルツ光源(図示せず)へ導かれ、一方、第2の電磁波(プローブ光)はテラヘルツ電磁波検出器(図示せず)を動作させるために検出部4に導かれる。パルスレーザから放射されるパルス状の電磁波の繰り返しは数十MHzであるので、照射部2からテラヘルツ領域のパルス状の電磁波は、数十MHzの繰り返しで卵に照射されることになる。こうすることで、卵の影響を受けたテラヘルツ領域の電磁波が、数十MHzの繰り返しでテラヘルツ電磁波検出器に到達することになる。
しかしながら、現在の光検出技術では、テラヘルツ電磁波検出器に繰り返し到達するテラヘルツ領域の1つのパルス状の電磁波の波形を瞬時にそのまま計測することは不可能である。そのため、この卵の鮮度測定器1では、同じ波形のテラヘルツ領域のパルス状の電磁波が数十MHzの繰り返しで到達することを利用し、第1の電磁波(ポンプ光)と第2の電磁波(プローブ光)の間に時間遅延装置(図示せず)を設けて遅延時間の大きさを変えながら、その遅延時間の位置におけるテラヘルツ領域のパルス状の電磁波の波形の高さを計測し、計測された各電磁波の高さをつなぎ合わせることによってテラヘルツ領域のパルス状の電磁波の全体の波形を計測することとしている。
すなわち、テラヘルツ光源を作動させる第1の電磁波に対して、テラヘルツパルス電磁波検出器を動作させるタイミングをΔτ秒だけ遅らせることにより、Δτ秒だけ遅れた時間におけるテラヘルツ領域のパルス状の電磁波の電場強度を測定することができる。上記のように、可動鏡を徐々に移動させることは、第2の電磁波(プローブ光)の光路長を変化させて計測タイミングの遅延時間Δτを徐々に変えていることになる。このようにして、テラヘルツ領域の電磁波の電場の時系列波形を測定することができて、卵に照射されて卵の影響を受けたテラヘルツ領域の電磁波の電場強度の時間変化の波形、すなわち、時間応答データが得られることになる。
ところで、卵の各部分の影響を受けた電磁波の成分としては、図3に示すように、大きく4つの電磁波成分L1〜L4が考えられる。まず、電磁波成分L1は、卵に電磁波LIが照射されて卵殻11の表面によって反射される電磁波の成分である。電磁波成分L2は、卵殻11を透過して卵殻11と卵白12との境界部分において反射される電磁波の成分である。電磁波成分L3は、卵白12を透過して卵白12と卵黄13との境界部分において反射される電磁波の成分である。そして、電磁波成分L4は、卵黄13を透過しさらに卵白12と卵殻11を透過した電磁波の成分である。
電磁波成分L1〜L4は卵においてそれぞれ反射した位置が違うために、照射部2から検出部4までそれぞれの電磁波が進む距離が異なり、電磁波成分L1〜L4の順に電磁波の進む距離は長くなる。これにより、測定されるパルス電磁波の電場強度の時間変化においては、電磁波成分L1〜L4の順にそれぞれに対応した変化が測定されることになる。
すなわち、図4に示すように、卵に照射されたパルス電磁波LIに対し、まず、電磁波成分L1に対応した電場強度の波形が測定され、次に、電磁波成分L2に対応した電場強度の波形が測定される。次に、電磁波成分L3に対応した電場強度の波形が測定され、そして、電磁波成分L4に対応した電場強度の波形が測定されることになる。このようにして、一連の電場強度の波形が時間応答データy(τ)として取得されることになる。
次のステップS2においては、時間応答データy(τ)の分割が行なわれる。すなわち、ステップS1において求められた時間応答データy(τ)が、電磁波成分L1〜L4にそれぞれ対応する電場の波形部分に基づいた時間応答データy1(τ)〜y4(τ)に分割される。次のステップS3においては、分割された時間応答データyi(τ)を時間から周波数へフーリエ変換することによって、周波数応答データYi(τ)が求められる。次のステップS4においては、吸光度スペクトルのデータが算出される。すなわち、周波数応答データYi(τ)を照射する電磁波LIの対応する周波数応答データ(基準データ)で除し、その値の対数が求められる。このようにして、電磁波成分L1〜L4にそれぞれ対応する吸光度スペクトルのデータが求められる。
次のステップS5においては、卵白の吸光度スペクトルのデータが算出される。これについて詳細に説明する。ハウユニットの低い卵では、卵白の水様化が進んで卵白を構成するたんぱく質の構造が変化していると考えられる。この卵白を構成するたんぱく質の構造の変化が、テラヘルツ領域の電磁波による吸光度スペクトルの変化として捉えられる。
4つの電磁波成分L1〜L4の成分のうち、卵白12を透過して卵白の影響を受けた電磁波成分には電磁波成分L3、L4がある。このうち、電磁波成分L4は卵黄も透過することで卵黄の影響も受けることになるため、電磁波成分L3だけを考慮する。その電磁波成分L3は卵殻を透過しているため、卵殻の影響も受けている。卵殻の影響は、卵殻を透過して卵殻と卵白との境界部分で反射した電磁波成分L2を考慮する。
そこで、電磁波成分L3に対応する吸光度スペクトルのデータから、卵殻の影響だけを受けた電磁波成分L2に対応する吸光度スペクトルのデータを差し引いて、卵白だけの吸光度スペクトルのデータが求められることになる。こうして求められた卵白だけの吸光度スペクトルのデータに基づいて、図5に示すように、卵白の吸光度スペクトルが求められる。
次のステップS6においては、卵白の吸光度スペクトルのデータに基づいてテラヘルツ領域を複数の周波数帯A,Bに分け、各周波数帯A,Bにおける卵白の吸光度の平均値が算出される。次のステップS7においては、各周波数帯別の吸光度の平均値から吸光度スペクトルの各部の凹凸や傾斜の程度など、グラフの形状を表わす諸量が計算され、これらの組合わせで吸光度スペクトルの形状の違い、つまり、スペクトル形状の違いを表わす特徴量が計算される。この特徴量は、ハウユニットと相関の高いものが選ばれており、特徴量の値からハウユニットが算出される。
ここで、卵白の吸光度スペクトルと卵のハウユニットの関係について説明する。図5には、4つの異なる卵の吸光度スペクトルT1〜T4が示されている。吸光度スペクトルT1は、産卵後2日目で、ハウユニットが84の卵の吸光度スペクトルである。吸光度スペクトルT2は、産卵後15日目で、ハウユニットが43の卵の吸光度スペクトルであり、吸光度スペクトルT3は、産卵後15日目で、ハウユニットが45の卵の吸光度スぺクトルである。そして、吸光度スペクトルT4は、産卵後9日目で、ハウユニットが42の卵の吸光度スペクトルである。
図5に示すように、ハウユニットが高い(ハウユニット:84)吸光度スペクトルT1と、ハウユニットが低い(ハウユニット:42〜45)吸光度スペクトルT2〜T4とを比較すると、周波数帯Bにおいて、ハウユニットの低い卵の吸光度が、ハウユニットが高い卵の吸光度よりも高い値を示す傾向があることがわかる。このことから、周波数帯Bにおける吸光度スペクトルの吸光度の平均値の違いからハウユニットの違いを推定することができることがわかる。さらに、図6に示すように、周波数帯Bにおける吸光度の平均値と、周波数帯Aにおける吸光度の平均値との差から吸光度スペクトルの傾斜を求めて、これに周波数帯Bにおける吸光度の平均値を乗算して求められた特徴量がハウユニットとより高い相関関係があることがわかる。
この知見に基づき、卵の鮮度測定器1では、卵白の吸光度スペクトルから算出されるスペクトル形状の違いを表わす特徴量とハウユニットとの関係が、データとしてあらかじめ記憶されている。これにより、卵白の吸光度スペクトルの吸光度から算出された特徴量とあらかじめ記憶されたデータに基づいて、測定に係る卵のハウユニットが算出される。
ステップS8においては、算出されたハウユニットが所定の値よりも高いか否かが判定される。算出されたハウユニットが所定の値よりも高い場合には、その測定に係る卵の卵白の水様化は進んでおらず鮮度が高い卵と判定される。一方、算出されたハウユニットが所定の値よりも低い場合には、ステップS9においてその測定に係る卵は卵白の水様化が認められる卵として排除されることになる。このようにして一連の卵の鮮度測定が終了する。なお、ステップS1からステップS5は演算部6で行なわれ、ステップS6からステップS9は判定部8で行なわれる。
上述した卵の鮮度測定器では、テラヘルツ領域のパルス電磁波を卵に照射して、卵の影響を受けた電磁波の電場強度の時間変化を測定し、その電場強度のうち卵白の影響を受けた部分の電場強度の変化に基づいて卵白の吸光度スペクトルが算出される。これにより、産卵直後の卵であっても、卵白が水様化したハウユニットの低い卵を非破壊で判定することができてこれを排除することができる。
なお、上述した卵の鮮度測定器では、測定に係る卵のハウユニットを求めてこれに基づいて卵の鮮度を判定したが、ハウユニットだけを求めるようにしてもよい。また、卵白の吸光度スペクトルの変化を捉えて卵の鮮度を判定するようにしたが、この他に、卵黄を透過した電磁波成分L4に基づいて卵黄の吸光度スペクトルの変化を捉えて卵の鮮度を判定することも可能である。また、卵白の吸光度スペクトルを求めるようにしたが、卵白の変化を検出することができるスペクトルであれば、吸光度スペクトルに限られず、たとえば透過スペクトルや反射スペクトルでもよい。
今回開示された実施の形態は例示であってこれに限られるものではない。本発明は上記で説明した範囲ではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲でのすべての変更が含まれることが意図される。
1 卵の鮮度測定器、2 照射部、4 検出部、6 演算部、8 判定部、10 卵、11 卵殻、12 卵白、13 卵黄。
Claims (10)
- テラヘルツ領域の電磁波を卵に向けて照射する電磁波照射部と、
卵に照射されて卵内物質の影響を受けた電磁波を検出する検出部と、
前記検出部によって検出された電磁波の信号に基づいて卵内物質の影響を受けた電磁波のスペクトルを求める演算部と、
前記演算部において求められた卵内物質の影響を受けた電磁波のスペクトルに基づいて卵の鮮度を判定する判定部と
を備えた、卵の鮮度測定器。 - 前記電磁波照射部は、間欠的にパルス状の電磁波を照射する機能を有し、
前記演算部は、間欠的に照射されるパルス状の電磁波の照射タイミングに基づいて所定時間後の所定時間内に受光する電磁波のみを処理することにより、卵白と卵黄との境界において反射した電磁波の成分から卵殻と卵白との境界において反射した電磁波の成分を差し引く機能を有する、請求項1記載の卵の鮮度測定器。 - 前記判定部は、あらかじめ記憶された卵白の劣化の程度を数値化したハウユニットと卵内物質の影響を受けた電磁波のスペクトルとの関係のデータに基づいて卵の鮮度を判定する機能を有する、請求項1または2に記載の卵の鮮度測定器。
- 前記判定部は、求められた卵内物質の影響を受けた電磁波のスペクトルのデータに基づいて卵白の劣化の程度を示すハウユニットを算出する機能を有する、請求項1または2に記載の卵の鮮度測定器。
- 前記卵内物質とは卵白である、請求項1〜4のいずれかに記載の卵の鮮度測定器。
- テラヘルツ領域の電磁波を卵に向けて照射する照射工程と、
卵に照射されて卵内物質の影響を受けた電磁波を検出する工程と、
検出された電磁波の信号に基づいて卵内物質の影響を受けた電磁波のスペクトルを求める工程と、
求められた卵内物質の影響を受けた電磁波のスペクトルに基づいて卵の鮮度を判定する判定工程と
を備えた、卵の鮮度測定方法。 - 前記照射工程は、パルス状の電磁波を間欠的に卵に照射する工程を含み、
前記卵内物質の影響を受けた電磁波のスペクトルを求める工程は、間欠的に照射されるパルス状の電磁波の照射タイミングに基づいて所定時間後の所定時間内に受光する電磁波のみを処理することにより、卵白と卵黄との境界において反射した電磁波の成分から卵殻と卵白との境界において反射した電磁波の成分を差し引く工程を含む、請求項6記載の卵の鮮度測定方法。 - 前記判定工程は、あらかじめ記憶された卵白の劣化の程度を数値化したハウユニットと卵内物質の影響を受けた電磁波のスペクトルとの関係のデータに基づいて卵の鮮度を判定する工程を含む、請求項6または7に記載の卵の鮮度測定方法。
- 前記判定工程は、求められた卵内物質の影響を受けた電磁波のスペクトルのデータに基づいて卵白の劣化の程度を示すハウユニットを算出する工程を含む、請求項6または7に記載の卵の鮮度測定方法。
- 前記卵内物質とは卵白である、請求項6〜9のいずれかに記載の卵の鮮度測定方法。
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