JP2007278830A - 食品成分を検出する装置および方法 - Google Patents

Abstract

【課題】食品中に含有される食物アレルゲン等の食品成分に代表される微量成分を、簡便な操作により低コストで精度良く検出することができる微量成分の検出装置および該検出装置を用いる微量成分の検出方法を提供する。
【解決手段】一対の電極３間に水晶板２が挟まれてなる水晶振動子１の一方または双方の電極に、食品成分に特異的に結合する物質が固定され、前記一対の電極３が、該電極３間に電圧を印加するための回路および周波数測定装置に電気的に接続されている食品成分の検出装置を用いて、前記電極３間に電圧を印加して前記水晶振動子１を振動させ、前記食品成分に特異的に結合する物質に、前記食品成分を含有している可能性のあるサンプルを接触させて、該サンプルの接触前後における該水晶振動子１の周波数変動を観測することにより、前記食品成分に特異的に結合する物質に結合された食品成分の質量を算出する。
【選択図】図１

Description

本発明は、食品中に含有される食物アレルゲン等の食品成分や、生体由来成分等の微量成分を、簡便な操作により低コストで精度良く検出することができる微量成分の検出装置および該検出装置を用いる微量成分の検出方法に関する。

近年、様々な化学物質と、これら化学物質が人体に摂取された場合に引き起こされる健康被害との因果関係が明らかにされてきている。それに伴って、健康被害を予防する観点から、食品成分として含有されている場合に健康被害を及ぼす可能性のある化学物質の食品中における含有量を規制する動きが広まっている。
このような食品成分として、例えば、食物アレルゲンを挙げることができる。

食物アレルゲンとは、食品中に含有されるアレルギー反応誘発物質の一種であり、食物アレルゲンの摂取により生体内で引き起こされる有害な免疫反応が食物アレルギーである。すなわち、食物アレルギーは主に、生体内において食物アレルゲンとＩｇＥ抗体とが反応して生じるＩ型アレルギーにより引き起こされる。そして食物アレルギーにより、皮膚炎、喘息、消化管障害、アナフィラキシーショック等の様々な症状が発現し、重篤な場合は生命の危険を伴う。
食生活あるいは住生活環境等の多様化に伴い、このような食物アレルギーが原因と考えられる症状を訴える患者数は、年々増加の一途をたどっており、大きな社会問題となっているのは周知の通りである。
そこで、これら食物アレルゲンを始めとする人体に有害な成分については、その食品中における含有量を検査して、その検査結果を食品に表示することが求められるようになってきており、表示が義務化されているものもある。
一方、食品成分以外にも、例えば、近年の予防医療の重要性から、健診の検査項目に挙げられる生体由来成分等の微量成分の検査も重要な位置を占めるようになってきている。

食品成分を例に挙げると、従来、食物アレルゲン等の検査方法であれば、抗原抗体反応を利用したＥＬＩＳＡ法、イムノクロマト法等種々の方法が用いられてきている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００３−１５５２９７号公報

しかしながら、特許文献１に記載の方法を始めとする従来の方法は、目的物を検出するために複数段階の精密な化学反応を行う必要があり、それぞれの反応を行う際も時間を要する上、複雑な分析機器を専用の測定環境下において操作する必要があり、実験操作が極めて煩雑であった。すなわち、相当の訓練を積んだ熟練者でなければ検査を行うことができず、このような熟練者をもってしても検査に時間を要し、検査装置自体も非常に高価であり、検査工程が高コストであるという問題点があった。このような従来の検査方法では、今後ますます増加していくであろう検査対象品目および検査項目のすべてに対応することは不可能である。

前記の従来の検査方法は、このように煩雑で高コストであるという問題点がある反面、その検出感度が極めて高く、極微量の成分の検出に向いた検査方法であると言える。しかし、食品中に含有される検出対象の成分はその含有量が比較的多く、仮に含有量が低いとしても、その成分を濃縮することで容易に検出することが可能である。すなわち、前記の従来の検査方法は、このような食品成分の検出に用いるには、そもそも過剰性能である点で適したものとは言えない訳である。そこで、従来の検査装置および検査方法ほどの高い検出感度を有さなくとも、各種食品成分を検出するために充分な感度を有し、簡便な操作で低コストで検査することができる装置および方法の開発が望まれている。

本発明は上記事情に鑑みて為されたものであり、食品中に含有される食物アレルゲン等の食品成分に代表される微量成分を、簡便な操作により低コストで精度良く検出することができる微量成分の検出装置および該検出装置を用いる微量成分の検出方法を提供することを課題とする。

上記課題を解決するため、
請求項１に記載の発明は、一対の電極間に板状圧電素子が挟まれてなる圧電素子の一方または双方の電極に、検出対象の微量成分に特異的に結合する物質が固定され、前記一対の電極が、該電極間に電圧を印加するための回路および周波数測定装置に電気的に接続されていることを特徴とする微量成分の検出装置である。
請求項２に記載の発明は、前記圧電素子が、一対の電極間に水晶板が挟まれてなる水晶振動子であることを特徴とする請求項１に記載の微量成分の検出装置である。
請求項３に記載の発明は、前記微量成分が食品成分であることを特徴とする請求項１または２に記載の微量成分の検出装置である。
請求項４に記載の発明は、前記微量成分が、食品中に含有される食物アレルゲンであり、前記微量成分に特異的に結合する物質が、該食物アレルゲンに対する抗体であることを特徴とする請求項１または２に記載の微量成分の検出装置である。
請求項５に記載の発明は、前記微量成分が生体由来成分であることを特徴とする請求項１または２に記載の微量成分の検出装置である。
請求項６に記載の発明は、前記食品が、卵類、乳類、肉類、魚類、貝類、甲殻類、軟体動物類、穀類、豆類、ナッツ類、果実類、野菜類、ビール酵母およびゼラチンから選ばれる一種以上、またはこれらから選ばれる一種以上を含む加工食品であることを特徴とする請求項３または４に記載の微量成分の検出装置である。
請求項７に記載の発明は、前記微量成分を、該微量成分に特異的に結合する物質から解離させて除去する手段が設けられていることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の微量成分の検出装置である。

請求項８に記載の発明は、請求項１〜７のいずれか一項に記載の微量成分の検出装置を用いて、前記電極間に電圧を印加して前記圧電素子を振動させ、前記微量成分に特異的に結合する物質に、前記微量成分を含有している可能性のあるサンプルを接触させて、該サンプルの接触前後における該圧電素子の周波数変動を観測することにより、前記微量成分に特異的に結合する物質に結合された微量成分の質量を算出することを特徴とする微量成分の検出方法である。
請求項９に記載の発明は、前記結合された微量成分を、前記微量成分に特異的に結合する物質から解離させて、前記検出装置から該微量成分を除去した後、新たに微量成分の検出を行うことを特徴とする請求項８に記載の微量成分の検出方法である。

本発明によれば、食品中に含有される食物アレルゲン等の食品成分に代表される微量成分を、熟練者によらずとも簡便な操作により短時間で精度良く検出することができる。また、検出装置自体も安価であり、繰返し使用が可能であって、検査工程も低コストで行うことができる。したがって、検査対象品目および検査項目の増加にも充分対応できるものである。

以下、本発明について、食品成分の検出を例に挙げて図面を参照しながら詳しく説明する。ただし、本発明は、以下に示す実施形態に何ら限定されるものではない。なお、本発明においてアレルゲンとは、アレルギー反応を引き起こす原因物質のことを指すものとする。

図１は、本発明の食品成分の検出装置の一例を示す図であり、図１（ａ）は容器中の液体に浸漬された状態の斜視図、（ｂ）は正面図であり、図１（ｃ）は、Ａ−Ａ線における断面図である。
符号２は水晶板であり、第一電極３ａおよび第二電極３ｂからなる一対の電極３に挟まれており、水晶振動子１が構成されている。そして、第一電極３ａには第一接続電極３１ａの一端が接続され、第二電極３ｂには第二接続電極３１ｂの一端が接続されている。さらに、水晶板２はその第一電極３ａ側の平面が外部に露出するように、また、第一電極３ａはその水晶板２との接触面と対向する面が外部に露出するように、それぞれ樹脂製のカートリッジ４に収納されている。また、第一接続電極３１ａおよび第二接続電極３１ｂは、これらの他端３１１ａおよび３１１ｂが外部に露出するように、カートリッジ４に収納されている。すなわち、カートリッジ４に、これら水晶板２、第一電極３ａ、第二電極３ｂ、第一接続電極３１ａおよび第二電極３ｂが収納されて、検出ユニット５が形成されている。そして、検出ユニット５は、本発明の検出装置内において着脱可能とされており、装着した場合には、第一接続電極３１ａの他端３１１ａおよび第二接続電極３１ｂの他端３１１ｂがそれぞれ、第一電極３ａおよび第二電極３ｂ間に電圧を印加するための回路（図示略）に電気的に接続される。さらに、第一電極３ａおよび第二電極３ｂ間に電圧が印加された時の水晶振動子１の振動の周波数を検知するための周波数測定装置（図示略）に、該回路は電気的に接続されている。このような構成とすることで、検出ユニット５を交換することにより水晶振動子１を容易に交換することができる。
なお、ここではこのように水晶振動子１等がカートリッジ４に収められているものを示しているが、本発明はこれに限定されず、カートリッジに収められていなくても良い。さらに、ここに示すように第一電極３ａおよび第二電極３ｂを、第一接続電極３１ａおよび第二接続電極３１ｂと接続せず、第一電極３ａおよび第二電極３ｂ間に電圧を印加するための回路に配線を介して直接接続しても良い。

第一電極３ａおよび第二電極３ｂはプレート状であり、その一方の面がそれぞれ、水晶板２と接触して設けられている。そして、第一電極３ａの水晶板２との接触面と対向する面には、水晶振動子１の外側へ向けて、食品成分に特異的に結合する物質（以下、特異的結合物質と略記する、図示略）が固定されている。特異的結合物質の第一電極３ａへの固定方法は、安定して固定できる方法であれば特に限定されない。例えば、該特異的結合物質を、共有結合を介して第一電極３ａへ固定しても良く、水素結合等の非共有結合を介して第一電極３ａへ固定しても良い。さらに、特異的結合物質と第一電極３ａとの間にリンカーを介しても良い。

非共有結合を介して固定する方法としては、例えば、電極の固定面および特異的結合物質のいずれか一方にビオチンを、残りの一方にアビジンを直接あるいは間接に結合させ、ビオチン−アビジン複合体を形成させることで、特異的結合物質を電極に固定する方法が挙げられる。例えば、電極の固定面にアビジンを結合させる場合には、電極の固定面上に３，３’−ジチオジプロピオン酸を従来公知の方法により固定し、Ｎ−ヒドロキシスクシンイミドおよび1−（３−ジメチルアミノプロピル）−３−エチルカルボジイミドハイドロクロライドによってカルボキシ基を活性化して、この活性化したカルボキシ基にアビジンを結合させれば良い。特異的結合物質にビオチンを結合させる場合には、従来公知の方法をそのまま適用できる。
特異的結合物質として抗体を用いて、このように非共有結合を介して電極に固定する場合には、例えば、文献「Ｙ．Ｏｋａｈａｔａ，ｅｔ ａｌ，Ａｎａｌ．Ｃｈｅｍ．，７０．１２８８（１９９８）」に記載の方法が好適である。

水晶振動子１としては、従来公知のものを用いることができるが、水晶振動子１の振動時の周波数は、水晶板２の構造およびサイズによって決まるので、目的に応じて必要とされる周波数を考慮して水晶板２の構造およびサイズを決めれば良い。
そして、食品成分の検出に好適な２７ＭＨｚ程度の高周波数で水晶振動子１を振動させることができれば、第一電極３ａおよび第二電極３ｂのサイズおよび形状は特に限定されない。例えば、食品成分として食物アレルゲン（以下、アレルゲンと略記することがある）を検出する場合には、水晶板２は直径８．７ｍｍ、厚さ６０μｍの円板状であることが好ましく、第一電極３ａおよび第二電極３ｂは直径２．５ｍｍ、厚さ１００〜１５０ｎｍの円板状であることが好ましい。

第一電極３ａおよび第二電極３ｂの材質は、導電性材料であれば良いが、耐腐食性金属である金、白金が好ましい。
また、特異的結合物質は、二酸化ケイ素（ＳｉＯ_２）を介して電極へ固定しても良い。すなわち、電極の固定面上に二酸化ケイ素を積層し、該二酸化ケイ素層上に特異的結合物質を固定すると、特異的結合物質を容易に固定できることがあるので、検出対象の食品成分および特異的結合物質の種類に応じて判断すれば良い。
電極の固定面上に二酸化ケイ素を積層する場合は、蒸着、スパッタリングあるいはＣＶＤといった従来公知の成膜手段を適用すれば良い。また、二酸化ケイ素層上に特異的結合物質を固定する方法は、電極上に特異的結合物質を固定する前述の方法を準用すれば良い。
二酸化ケイ素層の厚さは、本発明の効果を損なわない範囲であれば良いが、例えば、厚さ１５０ｎｍの金からなる電極を用いる場合には、１００ｎｍであることが好ましい。

特異的結合物質の第一電極３ａ上への固定量は特に限定されず、検出対象の食品成分の量に応じて適宜調整すれば良い。
また特異的結合物質は、例えば、水晶振動子１等がカートリッジ４に収納されていない場合等は、第一電極３ａおよび第二電極３ｂの双方に固定されていても良い。

第一電極３ａおよび第二電極３ｂから水晶板２に電圧が印加されると、水晶板２に変形が生じ、水晶板２の構造およびサイズによって決まる周波数で水晶振動子１が振動する。この時、第一電極３ａ上の特異的結合物質に食品成分が結合すると、その量に応じて、該水晶振動子１の振動の周波数が減少する。すなわち、例えば、１Ｈｚの周波数減少を伴う食品成分の結合量が既知であれば、食品成分の結合前後における水晶振動子１の周波数変動量から、食品成分の結合量が算出される。また、水晶振動子１の周波数は、水晶板２の構造およびサイズによって決まるので、水晶振動子１の周波数を変更したい場合には、異なる水晶板２を用いれば良い。

本発明において食品成分とは、食品中に含有される成分のうち、電極上に固定された特異的結合物質に特異的に結合可能なものすべてが対象となるが、具体的には、例えば、タンパク質、ペプチド、多糖類、オリゴ糖類、糖タンパク質、ＤＮＡ、ＲＮＡ、オリゴヌクレオチド、ヌクレオシド、ビタミン類、各種天然由来の化学物質、人工化学物質およびこれらの複合体等が挙げられる。これらの中でも、食物アレルゲン（以下、アレルゲンと略記することがある）が好適である。

なお、本実施形態では、検出対象が食品成分である場合について説明しているが、本発明でいう微量成分とは、測定サンプル中の含有量が、後述するように圧電素子の周波数変化量を観測可能とする少なくとも３０ｐｇ程度であり、前記特異的結合物質に結合可能な成分のことを指す。例えば、生体由来成分であれば、ＧＯＴ、ＧＰＴ、γ−ＧＴＰ、ＡＬＰ、ＬＡＰ、ビリルビン、ＺＴＴ、ＬＤＨ等の肝機能に関連する成分、中性脂肪、コレステロール等の脂質等、赤血球、白血球、血小板等の血液細胞およびヘモグロビン等の細胞内成分、血漿タンパク質等の血液成分等、尿中に含まれる尿糖、尿タンパク質等、ＨＢｓ、ＨＢｅ、ＨＣＶ等の肝炎ウイルス抗原・抗体等、一般的に検診の検査項目に挙げられるものを挙げることができるが、これらに限定されない。

また、特異的結合物質とは、前記のように食品中に含有される検出対象の成分に特異的に結合する物質のことを指す。具体的には、例えば、検出対象の食品成分が食物アレルゲンであれば、該アレルゲンに対する抗体のことを指す。
なお、本発明において特異的結合とは、特定の物質間で選択的に形成される、特異性の高い分子間力に基づく結合のことを指す。

本発明においては、特異的結合物質と食品成分との組み合わせは、これらの間に形成されている特異的結合が洗浄により解消されるものであることが好ましい。このような組み合わせとすることで、食品成分の検出工程終了後に洗浄工程を組み込めば、特異的結合物質は電極に固定されたままとし、検出された食品成分のみを本発明の検出装置から除去することができる。すなわち、検出装置を食品成分の検出可能な状態に繰返し再生することができるので、特異的結合物質が固定された水晶振動子を新たに作製することなく、食品成分の検出を繰返し行うことができる。
このようにすることで、より一層、検査工程の簡略化、時間短縮および低コスト化を実現することができるので、例えば、膨大なサンプルを迅速且つ低コストで検査することが求められるアレルゲンの検査に好適である。
洗浄は、具体的には、例えば、除去する食品成分の種類に応じた洗浄液を用意し、該洗浄液で水晶振動子から食品成分を洗い流せば良い。

本発明において、食品成分の検出に供する食品は特に限定されず、いずれも用いることができる。例えば、アレルゲンの含有量を確認するために検査が行われることの多い食品であれば、卵類、乳類、肉類、魚類、貝類、甲殻類、軟体動物類、穀類、豆類、ナッツ類、果実類、野菜類、ビール酵母およびゼラチン等を挙げることができ、これらから選ばれる一種以上、またはこれらから選ばれる一種以上を含む加工食品の検査に本発明は好適である。

より具体的には、例えば、卵類であれば、卵白、卵黄等、乳類であれば、牛乳、チーズ等、肉類であれば、牛肉、豚肉、鶏肉、羊肉等、魚類であれば、さば、あじ、いわし、まぐろ、さけ、たら、かれい、いくら等、貝類であれば、ムラサキガイ、あわび等、甲殻類であれば、カニ、エビ、ロブスター等、軟体動物類であれば、タコ、イカ等、穀類であれば、小麦、米、そば、ライ麦、大麦、オート麦、とうもろこし、きび、あわ、ひえ等、豆類であれば、大豆、えんどう、いんげん、カカオ等、ナッツ類であれば、ピーナッツ、ヘーゼルナッツ、ブラジルナッツ、アーモンド、ココナッツ、くるみ等、果実類であれば、リンゴ、バナナ、オレンジ、もも、キウイ、イチゴ、メロン、アボガド、グレープフルーツ、マンゴー、洋ナシ、ゴマ、マスタード等、野菜類であれば、トマト、ニンジン、ジャガイモ、ホウレンソウ、タマネギ、ニンニク、タケノコ、カボチャ、さつまいも、セロリ、パセリ、やまいも、まつたけ等を、それぞれ挙げることができる。

食品衛生法に基づいて、摂取した時の血圧低下、呼吸困難、意識障害等のアレルギー症状の症例数および重篤度から、食品中に含まれる場合には表示する義務がある特定原材料として、卵、乳、小麦、そば、ピーナッツの５品目、表示することが推奨されている特定原材料に準ずるものとして、あわび、イカ、いくら、エビ、オレンジ、カニ、キウイフルーツ、牛肉、くるみ、さけ、さば、大豆、鶏肉、豚肉、まつたけ、もも、やまいも、リンゴ、ゼラチン、バナナの２０品目が、それぞれ厚生労働省により指定されている。本発明は、これらを含む、上記のような食品中のアレルゲンの検出に好適である。

食品は、適宜前処理を行ってから食品成分の検出に供することが好ましく、例えば、破砕等の処理を行った後、緩衝液等を用いて該破砕物から検出対象の食品成分を抽出し、該抽出液の濃度を適宜調整してから食品成分の検出に供すると良い。

本発明においては、前記のような検出装置を用いて、以下のように食品成分の検出を行うことができる。
すなわち、第一電極３ａおよび第二電極３ｂ間に電圧を印加して水晶振動子１を振動させ、電極上の特異的結合物質に、検出対象の食品成分を含有している可能性のある食品サンプルを接触させて、該食品サンプルの接触前後における該水晶振動子１の周波数変動を観測することにより、前記特異的結合物質に結合された食品成分の質量を算出することができる。
食品サンプル中に検出対象の食品成分が含有されていれば、その含有量に比例した量の食品成分が水晶振動子１上の特異的結合物質に結合され、その結果、食品成分の結合量が検出限界以上の量であれば、その結合量が多いほど水晶振動子１の周波数が小さくなる。すなわち、該水晶振動子１の食品サンプル接触前の周波数と食品サンプル接触後の周波数から、周波数の減少量を算出することで、食品成分の結合量が算出されるので、該結合量から食品サンプル中の食品成分含有量を算出することができる。例えば、直径８．７ｍｍ、厚さ６０μｍの円板状の水晶板を、直径２．５ｍｍ、厚さ１００〜１５０ｎｍの円板状の電極で挟み込んだ構造の水晶振動子を用いて、基本周波数２７ＭＨｚにて発振し、食品成分の検出を行えば、食品成分の結合量３０ｐｇごとに水晶振動子の周波数は１Ｈｚ減少する。

水晶振動子１を振動させる際は、振動の周波数を高くするほど特異的結合物質に結合された食品成分の検出感度は向上する。本発明では、例えば、２７ＭＨｚ程度の高周波の振動により食品成分を充分な精度で検出することが可能であり、このような条件であれば、サンプル中の食品成分の濃度が、例えば、少なくとも１０μｇ／ｍＬ程度であれば該食品成分の検出は容易である。仮に、食品成分の量が検出限界以下であっても、サンプルを適宜濃縮して測定を行えば良い。したがって、本発明の検出装置は、食品成分の検出に充分な感度を有するものである。

本発明においては、検出対象である食品成分の特異的結合物質への結合量を直接測定することができるため、検出にあたっては検量線等の作成を行う必要がなく、簡便且つ迅速に食品成分の結合量を測定することができる。また、測定対象の食品が、加工食品等である場合には、あらかじめ検量線を作成しておくことで、該食品成分の検出量から、加工食品中における該食品成分が由来する食品の含有量も正確に算出することができる。

また、本発明の検出装置を用いて食品成分の検出を行う場合には、ＥＬＩＳＡ法等の従来の測定法で用いる装置とは異なり、検出を精度良く行うために本発明の検出装置を、必ずしも厳密に管理された専用の測定環境下に置く必要はない。

本発明の検出装置のうち、水晶振動子１は、液中および空気中のいずれに設置しても用いることができるが、食品成分の検出の際は、測定用サンプルとして溶液を用いることが一般的であるので、本発明においては、液中に水晶振動子１を設置して、緩衝液等の存在下で食品成分の検出を行うことが好ましい。液中で食品成分の検出を行う場合には、液中における水晶振動子１の設置の方向は特に限定されず、第一電極３ａの特異的結合物質が固定される面が液面に対して平行でも垂直でも良く、これらのいずれでなくても良い。ただし、本発明の水晶振動子１を洗浄して再生しながら用いる時に水晶振動子１洗浄時の液切れが良く、作業性が向上する利点があることから、第一電極３ａの特異的結合物質が固定される面が、液面に対して垂直である方が好ましい。

本発明においては、特異的結合物質と食品成分との組み合わせを、これらの間に形成されている特異的結合を洗浄により解消することができるものとすれば、前述のように、新たに電極に特異的結合物質を固定した水晶振動子を用意する必要が無く、本発明の検出装置を、洗浄を挟みながら食品成分の検出に繰返し用いることができる。
すなわち、特異的結合物質に結合された食品成分を、洗浄により該特異的結合物質から解離させて、検出装置から該食品成分を除去した後、新たに食品成分の検出を行えば良い。

食品成分の洗浄に用いる洗浄液は、食品成分および特異的結合物質の種類に応じて、適宜選定すれば良い。例えば、食品成分がアレルゲンで、特異的結合物質が該アレルゲンに対する抗体である場合には、これらアレルゲンと抗体との組み合わせに応じて、弱酸性あるいは弱アルカリ性の水溶液を洗浄液として用いると良い。弱酸性水溶液としては酢酸水溶液、クエン酸水溶液等を、弱アルカリ性水溶液としては水酸化ナトリウム水溶液、グリシン−水酸化ナトリウム水溶液、エタノールアミン水溶液等を挙げることができる。

図２は、本発明の検出装置中の水晶振動子を洗浄して再生しながら、食品成分の検出を繰返し行うために用いる自動測定装置２０の一例を示す模式図である。
符号２１は、図１に示すような水晶振動子を含むセンサーである。該センサー２１においては、水晶振動子が、検出ユニット５に収納された状態で測定容器２１１中の液体に浸漬され、検出ユニット５は、特異的結合物質が固定された電極面が液面に対して垂直となるように配置されている。そしてセンサー２１は、前記電極間に電圧を印加して前記水晶振動子を振動させるための発振回路２２に電気的に接続されており、さらに、発振回路２２には、水晶振動子の振動の周波数を測定するための周波数測定装置２３が電気的に接続されている。そして、該周波数測定装置２３には、外部機器として、測定された周波数の変化量から特異的結合物質に結合された食品成分の量等を自動的に算出および表示するコンピュータおよびディスプレイ２４が接続されている。

また、センサー２１に供給される測定用緩衝液２９１、測定後に食品成分を特異的結合物質から解離させて検出装置１０から除去するための洗浄液２９２は、それぞれ別々に容器に充填されており、これら各容器は、配管を通じて切替バルブ２６に接続され、該切替バルブ２６は配管を通じてポンプ２５に接続され、該ポンプ２５は配管を通じてセンサー２１に接続されている。すなわち、切替バルブ２６を操作することで、測定用緩衝液２９１および洗浄液２９２のいずれかが、センサー２１に供給可能とされている。また、センサー２１内においては配管末端に第一ノズル２１２が接続されており、該ノズル２１２を介して、例えば、洗浄液２９２を検出ユニット５に収納されている水晶振動子の電極面に対して約４５°の角度で、直接噴射できるようにされている。なお、第一ノズル２１２の角度は適宜調整可能なので、電極面に対する噴射角度も適宜調整可能であるし、例えば、測定用緩衝液２９１を電極表面に直接噴射せずに、測定容器２１１中に貯留させることもできる。

一方、検出対象の食品成分を含有している可能性のあるサンプル溶液２９３は、コック付きビュレット２７に充填されており、該コック付きビュレット２７は、配管を通じてセンサー２１に接続されている。そして、センサー２１内においては配管末端に第二ノズル２１３が接続されており、該ノズル２１３は前記第一ノズル２１２同様、角度が適宜調整可能であり、第二ノズル２１３を介して、サンプル溶液２９３を水晶振動子の電極表面に直接供給できるようにされている。なお、図２では、コック付きビュレット２７が三つ設けられている状態を示しているが、コック付きビュレット２７の数は、測定するサンプルの数に応じて適宜調整すれば良い。また、測定に用いるサンプル溶液２９３の個々の溶液量は少量で足りるので、図２に示したコック付きビュレット２７に代わり、より簡便な構造のサンプル溶液添加用器具を用いても良い。

測定容器２１１の底部には、貯留された液体を抜き出すための配管が接続されており、該配管は切替バルブ２６に接続され、該切替バルブ２６を切り替えることで、測定容器２１１内の液体を二つの経路に分けて抜き出して、それぞれ第一廃液２９４および第二廃液２９５として別々に容器に回収することができるようにされている。したがって、例えば、使用済みの測定用緩衝液２９１あるいはサンプル溶液２９３と、使用済みの洗浄液２９２とを別々に回収して、使用済みの測定用緩衝液２９１あるいはサンプル溶液２９３はそのまま廃棄して、洗浄液２９２は再利用しても良いし、この場合、一方の経路を、洗浄液２９２を充填している容器に接続して、洗浄液２９２を循環利用できるようにしても良い。
なお、ここでは図示を省略しているが、切替バルブ２６の操作は、該切替バルブ２６に接続されたコンピュータにより自動的に制御されるようにしておいても良い。

本自動測定装置２０では、サンプル溶液２９３中の食品成分の検出と、検出後の洗浄液２９２による食品成分の測定装置１０からの除去とを、自動で随時行うことができ、検出データから食品試料中の食品成分の含有量を自動的に算出できるようにされている。したがって測定に際しては、作業者は測定用緩衝液２９１、洗浄液２９２およびサンプル溶液２９３の調製および充填、測定条件の初期設定を行うだけで良い。本発明は、ＥＬＩＳＡ法等の従来の測定法よりも測定操作が簡便で、測定時間を大幅に短縮できるだけでなく、必要に応じて測定用緩衝液２９１、洗浄液２９２およびサンプル溶液２９３の供給および回収経路を気密性のある、外部から隔離した系とすることができるので、例えば、サンプル溶液２９３に人体に対して極めて有害な成分が含有されている場合等は、サンプル溶液２９３に対する作業者の暴露時間を大幅に低減することができ、作業者の安全性確保に有用である。

なお、ここでは圧電素子として水晶振動子を用いた例を示したが、本発明はこれに限定されず、例えば、ＡＰＭ（Ａｃｏｕｓｔｉｃ Ｐｌａｔｅ Ｍｏｄｅ Ｓｅｎｓｏｒ）デバイス、ＦＰＷ（Ｆｌｅｘｕｒａｌ Ｐｌａｔｅ−Ｗａｖｅ Ｓｅｎｓｏｒ）デバイス、ＳＡＷ（Ｓｕｒｆａｃｅ Ａｃｏｕｓｔｉｃ−Ｗａｖｅ Ｓｅｎｓｏｒ）デバイス等も用いることができる。すなわち、外部電圧を印加した時に固有の周波数で共振する板状圧電素子であれば、いずれも水晶板の代わりに用いることができる。

以下、本発明について、具体的実施例によりさらに詳しく説明する。ただし、本発明は、以下に示す実施例に何ら限定されるものではない。
（実施例１）
◎牛乳アレルゲンの検出および定量
バイオセンサー用セルに配置された直径８．７ｍｍ、厚さ６０μｍの円板状の水晶板を挟み込んでいる直径２．５ｍｍ、厚さ１５０ｎｍの円板状の金からなる電極部に、３，３’−ジチオジプロピオン酸を従来公知の方法により固定し、Ｎ−ヒドロキシスクシンイミドおよび1−（３−ジメチルアミノプロピル）−３−エチルカルボジイミドハイドロクロライドによってカルボキシ基を活性化して、Ｎｅｕｔｒａｖｉｄｉｎを結合させて、センサーセルを得た。
このように作製したセンサーセルを、ＰＢＳ緩衝液中において基本周波数２７ＭＨｚにて発振させ、次いで、従来公知の方法によりビオチン化した市販の抗牛乳アレルゲン抗体を電極上に固定し、該抗体の固定量を測定した。この時の水晶振動子の周波数変化の様子をグラフ化したものを図３に示す。なお、本実施例および以下に示す実施例では、いずれも基本周波数２７ＭＨｚにて発振しているため、センサーセルに３０ｐｇの重さのものが結合すると１Ｈｚだけ周波数が減少する。
図３から明らかなように、抗牛乳アレルゲン抗体を電極上に固定後、水晶振動子の周波数が約８００Ｈｚ減少していることが認められ、電極上に抗牛乳アレルゲン抗体が約２４ｎｇ固定されたことが確認された。抗体の分子量は１５０ｋＤａなので、これは０．１６ｐｍｏｌに相当する量である。

一方、食物アレルゲン検出キット（モリナガＦＡＳＰＥＫ特定原材料測定キット、株式会社森永生科学研究所製）を用いて、以下のような手順で食品からの食物アレルゲンの抽出を行った。すなわち、食品試料を、フードカッター等を用いて破砕してからＳＤＳ、２−メルカプトエタノールを含む抽出用緩衝液に混和し、浸透させた。その後、遠心分離を行い、上清をろ過して得られたろ液を、前記検出キットの希釈用緩衝液を用いて希釈して抽出液とした。
そして、抗牛乳アレルゲン抗体を固定したセンサーセルをＰＢＳ緩衝液中で基本周波数２７ＭＨｚにて発振させながら、前記抽出液をセンサーセル内に添加して抗牛乳アレルゲン抗体に接触させた。この時の水晶振動子の周波数変化の様子をグラフ化したものを図４に示す。

図４から明らかなように、抽出液添加後、水晶振動子の周波数が約１００Ｈｚ減少していることが認められ、電極上の抗牛乳アレルゲン抗体にアレルゲンが約３．０ｎｇ結合したことが確認された。アレルゲンの分子量は２３ｋＤａなので、これは０．１３ｐｍｏｌに相当する量である。
なお、ここでは示さないが、あらかじめ標品を用いて検量線を作成しておくことで、食品試料中に含有される牛乳の量も上記データから算出することができる。

（実施例２）
◎再生した検出装置を用いた牛乳アレルゲンの検出および定量
バイオセンサー用セルに配置された直径８．７ｍｍ、厚さ６０μｍの円板状の水晶板を挟み込んでいる直径２．５ｍｍ、厚さ１５０ｎｍの円板状の金からなる電極部に、３，３’−ジチオジプロピオン酸を従来公知の方法により固定し、Ｎ−ヒドロキシスクシンイミドおよび1−（３−ジメチルアミノプロピル）−３−エチルカルボジイミドハイドロクロライドによってカルボキシ基を活性化して、Ｎｅｕｔｒａｖｉｄｉｎを結合させ、さらに、従来公知の方法によりビオチン化した市販の抗牛乳アレルゲン抗体を電極上に固定して、センサーセルを得た。
そして、実施例１と同様の方法で食物アレルゲンの抽出を行い、抽出液を得た。
続いて、図２に示す測定装置のうち、検出装置内に前記センサーセルをセットして、ＰＢＳ緩衝液中において基本周波数２７ＭＨｚにて発振させ、前記抽出液をセンサーセル内に添加して抗牛乳アレルゲン抗体に接触させた。そして、周波数が約１００Ｈｚ減少していることから、電極上の抗牛乳アレルゲン抗体にアレルゲンが約３．０ｎｇ結合したことが確認された。
なお、ここでは示さないが、本実施例においても、実施例１と同様に、あらかじめ標品を用いて検量線を作成しておくことで、食品試料中に含有される牛乳の量も上記データから算出することができる。

続いて、洗浄液として０．１Ｍ酢酸水溶液をセンサーセル内に添加し、アレルゲンを抗牛乳アレルゲン抗体から解離させて、検出装置から除去することで、該検出装置の再生を行った。ここまでの水晶振動子の周波数変化の様子をグラフ化したものを図５に示す。図５から明らかなように、酢酸水溶液の添加後に水晶振動子の周波数が増加しており、確かにアレルゲンが抗牛乳アレルゲン抗体から解離したことが確認された。

続いて、再度ＰＢＳ緩衝液中においてセンサーセルを発振させ、前記と同様の方法で別の食品試料から別途調製した抽出液をセンサーセル内に添加したところ、周波数が再度減少したことから、再生後の検出装置を用いてアレルゲンの定量が可能であることが確認された。
このように、検出装置の再生および食品試料から得られた抽出液の測定を繰返し行うことで、複数の食品試料について連続してアレルゲン含有量および牛乳含有量を測定できることが確認された。

（比較例１）
牛乳を含有していないことが既知である食品試料を用いたこと以外は、実施例１と同様に水晶振動子の周波数を確認したところ、抽出液添加後も周波数の変化はほとんど認められなかった。この時の水晶振動子の周波数の様子をグラフ化したものを図４に示す。

以上のように、本発明の食品成分の検出装置は、食品中に含有される成分の検出に充分な感度を有するものであり、従来のＥＬＩＳＡ法等で用いる装置よりも簡便であり安価に製造することができるだけでなく、繰返し使用が可能である。さらに、特別な測定環境も必要とせず、熟練者によらずとも簡便な操作により短時間で精度良く食品成分を検出することができる。したがって、検査工程も低コストで行うことができる。また、必要に応じて自動化を進めることで、検査工程を簡略化できるだけでなく、例えば、測定用緩衝液、洗浄液およびサンプル溶液の供給および回収経路を気密性のある、外部から隔離した系とすれば、作業者のサンプルへの暴露時間を従来よりも大幅に短縮することが可能なので、作業者の安全性確保にも有用である。本発明の食品成分の検出装置および検出方法により、膨大な数のサンプルも迅速に測定することができるので、検査対象品目および検査項目の増加にも充分対応できるものである。

本発明により、食品中に含有される成分を簡便にかつ低コストで迅速に測定できるので、例えば、アレルゲン含有量の食品包装への表示が義務化されている特定原材料５品目、または、アレルゲン含有量の食品包装への表示が推奨されている特定原材料に準ずる２０品目に対するアレルゲン含有量の測定に好適であり、特に食品業界において有用なものである。またこれらアレルゲンの測定のみならず、生体由来成分等の微量成分、人体に有害な化学物質の検出全般にも好適であり、様々な分野に適用することができる。

本発明の食品成分の検出装置の一例を示す図であり、（ａ）は斜視図、（ｂ）は正面図、（ｃ）はＡ−Ａ線における断面図である。 本発明の食品成分の検出装置を自動化して用いる場合の自動測定装置の一例を示す模式図である。 実施例１において、抗牛乳アレルゲン抗体を電極上に固定した時の水晶振動子の周波数変化を示すグラフである。 実施例１において、アレルゲンを電極上の抗牛乳アレルゲン抗体に結合させた時の水晶振動子の周波数変化を示すグラフである。 実施例２において、アレルゲンを電極上の抗牛乳アレルゲン抗体に結合させてから解離させるまでの水晶振動子の周波数変化を示すグラフである。

符号の説明

１・・・水晶振動子、２・・・水晶板、３・・・電極、４・・・配線

Claims (9)

1. 一対の電極間に板状圧電素子が挟まれてなる圧電素子の一方または双方の電極に、検出対象の微量成分に特異的に結合する物質が固定され、前記一対の電極が、該電極間に電圧を印加するための回路および周波数測定装置に電気的に接続されていることを特徴とする微量成分の検出装置。
2. 前記圧電素子が、一対の電極間に水晶板が挟まれてなる水晶振動子であることを特徴とする請求項１に記載の微量成分の検出装置。
3. 前記微量成分が食品成分であることを特徴とする請求項１または２に記載の微量成分の検出装置。
4. 前記微量成分が、食品中に含有される食物アレルゲンであり、前記微量成分に特異的に結合する物質が、該食物アレルゲンに対する抗体であることを特徴とする請求項１または２に記載の微量成分の検出装置。
5. 前記微量成分が生体由来成分であることを特徴とする請求項１または２に記載の微量成分の検出装置。
6. 前記食品が、卵類、乳類、肉類、魚類、貝類、甲殻類、軟体動物類、穀類、豆類、ナッツ類、果実類、野菜類、ビール酵母およびゼラチンから選ばれる一種以上、またはこれらから選ばれる一種以上を含む加工食品であることを特徴とする請求項３または４に記載の微量成分の検出装置。
7. 前記微量成分を、微量成分に特異的に結合する物質から解離させて除去する手段が設けられていることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の微量成分の検出装置。
8. 請求項１〜７のいずれか一項に記載の微量成分の検出装置を用いて、前記電極間に電圧を印加して前記圧電素子を振動させ、前記微量成分に特異的に結合する物質に、前記微量成分を含有している可能性のあるサンプルを接触させて、該サンプルの接触前後における該圧電素子の周波数変動を観測することにより、前記微量成分に特異的に結合する物質に結合された微量成分の質量を算出することを特徴とする微量成分の検出方法。
9. 前記結合された微量成分を、前記微量成分に特異的に結合する物質から解離させて、前記検出装置から該微量成分を除去した後、新たに微量成分の検出を行うことを特徴とする請求項８に記載の微量成分の検出方法。
   

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