JP2016021956A - Atp量の測定装置及び測定方法並びに生菌数の測定装置及び測定方法 - Google Patents
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また、特許文献1には、上記方法を行うための装置が記載されている(例えば図13及び図14を参照)。この装置は、所定の光を投射する発光手段と、前記発光手段が発した光であって被測定物の表面に付着された微生物の数又は量に応じて変調された光を受光する受光手段と、前記受光手段による光の強度から被測定物の表面に付着している微生物の数又は量を演算する演算手段等を備える。すなわち、発光手段及び受光手段により、被測定物の表面に付着している微生物中に存在するATPの量に応じた分光特性を取得する。そして、演算手段により、該分光特性からATP量を求め、さらに被測定物の表面に付着している微生物の数又は量を推定する。
一方で、上述の実施例に係る装置は、発光手段である発光器と、受光手段である受光器とが同一部に設けられている。このため、この装置を食品と接する装置等の無機質(本明細書において、無機質とは、生物の性質を有さないものという意味であり、例えば、ステンレス鋼や、樹脂を含む有機化合物を含む。)に適用すると、発光器により発光されて被測定物で反射して受光器により受光される反射光が、鏡面反射(全反射)光となる。このような鏡面反射光によっては、菌数推定のためのATP量を精度よく測定することができない場合があった。
被測定物の表面に付着している微生物中に存在するATPの量を測定する測定装置であって、
前記被測定物に光を照射するための投光部と、
前記照射された光が、前記微生物が付着した前記被測定物の表面で反射した反射光を受光するための受光部と、
前記受光部で受光された反射光の分光スペクトルを得るための分光器と、
前記分光スペクトルとATPの量との相関関係に基づいて、前記被測定物の表面のATP量を算出するための算出部と、を備え、
前記投光部は、200〜450nmの波長帯の光を含む光を前記被測定物に照射するように構成され、
前記投光部及び前記受光部は、前記受光部で受光される前記反射光が拡散反射光となるように構成される。
すなわち、表面に微生物が付着した被測定物に照射した光の反射光の分光スペクトルから微生物中に存在するATP量を測定する際、反射光を鏡面反射光とすることで、分光スペクトルから得られる情報量が多いため、感度良くATP量を測定できると考えられていた。
しかしながら、実際には、上記反射光を拡散反射光として測定したところ、意外にも、鏡面反射光を用いて測定する場合に比べて、精度良くATP量を測定できることを見出した。
これは、鏡面反射光には、ATP量の測定に必要な情報以外の情報が多く含まれてしまい、本来の情報が隠れてしまう。その分、ATP量測定の精度に影響があると考えられる。
なお、本明細書において拡散反射光とは、被測定物の表面において、投光部から照射される光の入射角と異なる大きさの反射角を有する反射光のことをいう。また、鏡面反射光とは、前記入射角の大きさと前記反射角の大きさが等しい反射光のことをいう。
また、200〜450nmの波長帯の光を含む光を投光部により被測定物に照射するので、この波長帯において顕著な吸収ピークを有する生菌(微生物)由来のATPを精度よく測定することができる。
なお、被測定物の表面に付着している微生物中に存在するATP量を精度良く測定できるので、ATP量と高い相関関係を有することが既知である生菌(微生物)数も精度良く予測可能である。
照射する光の波長帯は、230〜400nmであることがより好ましい。
前記角度は、45°以上60°以下であることがより好ましい。
前記角度が上記範囲内であれば、拡散光の受光に適する。
この場合、食品に接触する設備、装置、器具、容器等によく用いられるステンレス鋼、フッ素樹脂又はウレタン樹脂等を材料とする被測定物について、その表面に付着した微生物中に存在するATPの測定をすることができ、測定物に付着した生菌を検出することができる。
被測定物に光を照射するための投光部と、前記照射された光が、微生物が付着した前記被測定物の表面で反射した反射光を受光するための受光部と、を備える装置を用いて前記被測定物の表面に付着している前記微生物中に存在するATPの量を測定する測定方法であって、
前記投光部により前記被測定物に光を照射して、前記照射された光が前記被測定物の表面で反射した反射光を前記受光部に受光させる照射受光ステップと、
前記受光部で受光した前記反射光を分光して前記反射光の分光スペクトルを得る分光ステップと、
前記分光スペクトルとATPの量との相関関係に基づいて、前記被測定物の表面のATP量を算出する算出ステップと、を備え、
前記照射受光ステップでは、200〜450nmの波長帯の光を含む光を前記被測定物に照射し、かつ、前記受光部で受光される前記反射光が拡散反射光となるように、前記光の照射及び前記反射光の受光を行う。
また、200〜450nmの波長帯の光を含む光を投光部により被測定物に照射するので、この波長帯において顕著な吸収ピークを有する生菌(微生物)由来のATPを精度よく測定することができる。
なお、被測定物の表面に付着している微生物中に存在するATP量を精度良く測定できるので、ATP量と高い相関関係を有することが既知である生菌(微生物)数も精度良く予測可能である。
さらに、タンパク質は生菌の栄養となるため、生菌数の増殖の指標になるので、上記方法をATP量の代わりにタンパク量に適用すると、生菌数も精度良く予測可能である。
前記角度は、45°以上60°以下であることがより好ましい。
この場合、食品に接触する設備、装置、器具、容器等によく用いられるステンレス鋼、フッ素樹脂又はウレタン樹脂等を材料とする被測定物について、その表面に付着した微生物中に存在するATPの測定をすることができ、測定物に付着した生菌を検出することができる。
図1に示すように、ATP量の測定装置1は、被測定物40に光を照射するための投光部2と、投光部2に照射された光が被測定物40の表面で反射した反射光を受光する受光部4と、分光器6と、算出部8と、を備える。
幾つかの実施形態では、前記照射受光ステップでは、前記投光部により照射される前記光と前記受光部で受光される前記反射光とがなす角度が0°より大きく90°未満となるように前記投光部により前記光を照射して前記受光部に前記反射光を受光させる。
前記角度は、45°以上60°以下であることがより好ましい。
このように、測定装置1をもとにして、照射角と反射角とがなす角度が0°より大きく90°未満とすることができ、拡散反射光を受光部4で受光するように構成されるので、拡散反射光から得られる分光スペクトルを用いて被測定物40に付着している付着物(微生物)42中に存在するATPを精度よく測定することができる。
また、被測定物40は、平滑面を有するものであることが好ましい。この場合、測定装置1では、投光部2により該平滑面に光を照射し、該平滑面に付着した付着物42(微生物)に存在するATPの量を測定してもよい。この平滑面は、平坦な面であっても、曲面であってもよい。
分光器6によって、受光部4で受光された反射光を測定し、反射光の分光スペクトルを取得する。
必要に応じて、反射率測定スペクトルを吸光度スペクトルに変換する(S6)
さらに、必要に応じて、吸光度スペクトルを二次微分スペクトルに変換する。(S8)
反射率測定スペクトルを吸光度スペクトルや二次微分スペクトルに変換することは、分光データの通常の処理方法であり、生波形において把握しにくいピークを明確にしたり、ノイズを除去したりするために行う。
なお、本明細書において、反射率測定スペクトル、吸光度スペクトル及び二次微分スペクトルを、まとめて分光スペクトルと称する。
そして、ATP量又は生菌数の数算出結果を表示する(S12)。
得られた分光スペクトルにおける特定波長の吸収率と、実際の定量データとの相関関係を把握し、分光データからATP量を精度良く予測できるかを確認した。
3種類の異なる材料からそれぞれ形成された、縦100mm×幅100mm×厚さ11mmの試料板を用意した。3種類の材料とは、SUS304、PTFE(ポリテトラフルオロエチレン)、及び熱可塑性ウレタン系樹脂のネオフレックススタート(三ツ星ベルト社製)である。
豚肉の切り身を各試料板に擦りつけ、100mg程度の豚肉を試料板に付着させて、実施例1〜3及び比較例1〜3の試料を作製した。各実施例に用いられた試料板の材料を表1に示す。なお、表1の“試料板材料”のカラムにおける“ウレタン樹脂”は、ネオフレックススタートを指す。
この際に用いた豚肉の切り身を保管しておき、5日間にわたって試料板に豚肉の付着を行って試料を作製し、その都度以下に述べる各種測定を行った。なお、豚肉に存在する生菌数は時間の経過に伴い増加する。
各実施例の試料について、図1に示す測定装置(以下において、図1に示す測定装置を装置1とする。)を用いて、照射光の波長域を200〜800nm、照射面積を35×50mmとして、光の照射及び受光を行った。各実施例について用いた測定装置、照射光と反射光のなす角度θについては表1に示す。なお、装置1を用いる場合には、投光部、受光部及び被測定物である試料の全体を遮蔽部としての外光遮蔽カバーで覆い、外部の光が測定系に侵入するのを防止した。
分光器を経て得られた生波形に対し、リファレンスとして取得した、ブランク(豚肉の付着していない試料板を用いて測定する)の波形データの減算及びSavitzky−Golay法での平滑化処理を行い、反射率スペクトルを取得した。図1に示す測定装置1を用いて得られる反射率スペクトルの一例を図4に示す。
各実施例の試料板及び装置1を用いて得られた反射率スペクトルについて、相対拡散反射率KM(クベルカムンク)吸光度に変換する処理を行い、吸光度スペクトルを得た。図1に示す測定装置1を用いて得られる吸光度スペクトルの一例を図5に示す。
次いで、吸光度スペクトルにSavitzky−Golay法での二次微分処理を施して、二次微分スペクトルを得た。図1に示す測定装置1を用いて得られる二次微分スペクトルの一例を図6に示す。
各実施例の試料板について、実際に付着していたATP等の量を以下のように測定した。
各実施例の試料板の豚肉が付着している面の4cm×4cmの範囲を、滅菌された超純水で予め湿らせた面棒を用いて拭き取った。この面棒の先端を殺菌済みのハサミで切り落とし、9ccの滅菌水の中に入れて十分に撹拌し、生菌懸濁液を調整した。
[ATP量の測定]
上述の生菌懸濁液の100μLについて、ルミノメータを用いて発光量を測定し、これによりATP量を得た。
[生菌数のカウント]
上述の生菌懸濁液の1mLを培養プレートに滴下し、35℃で48時間培養した後、光学顕微鏡で生菌数をカウントした。
各実施例において、反射率スペクトルを変換して得られた吸光度の二次微分値と、測定したATP量との相関係数と、波長との関係を求めた。
この一例として、実施例1(試料板としてSUS304を用い、照射光を拡散反射させた場合)におけるATP量と吸光度二次微分値の相関係数と、波長との関係を示すグラフを図7に示す。図7において、相関係数が1又は−1に近いほどATP量と吸光度二次微分値との間の相関性が高く、相関係数が0に近いほど両者の相関性が低いことを意味する。
図7より、例えば、実施例1の場合のATP量については、いくつかの波長域(例えば、225nm付近、260nm付近、315nm付近及び360nm付近等)において、相関係数が1又は−1に近く、ATP量と吸光度二次微分値との間の相関性が高いことが分かった。
なお、本明細書において、波長に関して「付近」とは、±5nmの範囲のことをいうものとする。
この相関関係に基づいて、吸光度二次微分値からATP量を算出する予測式を求めた。
上述のように求めた予測式に吸光度二次微分値を当てはめ、ATP量の予測値としたものと、ATP量の実測値(基準値)との関係をプロットしたグラフを作成した。
例として、実施例1について、200nm〜450nmの波長域における上記グラフを図8に示す。図8は、それぞれ、実施例1におけるATP量に関するグラフである。グラフ中に記載されるR2は、PLSR分析で算出されたR2決定係数である。R2決定係数は、予測式の精度の指標であり、1に近いほど精度が高い予測式であることを意味する。
各実施例について、図8に示したものを含め、PLSR分析より得られたR2決定係数を表1に示す。
また、測定されたATP量と生菌数との相関関係を示すグラフを、図9に示す。
表1から分かるように、試料板材料がSUS304である場合に、同一装置(装置1)を用いて、拡散反射光を用いて反射率スペクトルを取得した実施例1と、鏡面反射光を用いて反射率スペクトルを取得した比較例1とを比較すると、実施例1ではATP量に関するR2決定係数が0.79であり、比較例1での0.72に対して10%程度上回る結果となった。
同様に、試料板材料がPTFEである実施例2と比較例2の結果を比較すると、実施例2ではATP量に関するR2決定係数が0.88であり、比較例2での0.67に対して31%程度上回る結果となった。
また、試料板材料がウレタン樹脂である実施例3と比較例3の結果を比較すると、実施例3ではATP量に関するR2決定係数が0.78であり、比較例3での0.73に対して7%程度上回る結果となった。
これらのことから、拡散反射光を用いて反射率スペクトルを取得することにより、被測定物に付着したATP量及びタンパク質量を精度よく測定(予測)できることが確認された。
なお、ATP量と生菌数の関係については、図9のグラフにより、実測した生菌数とATPの量に高い相関性があることがわかる。このことから、被測定物の表面に付着した微生物(生菌)に存在するATP量が測定できれば、上記相関関係に基づいて、生菌数を精度よく算出できることが確認された。
2 投光部
4 受光部
6 分光器
8 算出部
10 発光器
12 光ファイバー
18 駆動部
20 発光制御部
22 制御用CPU
24 入力操作部
26 演算用CPU
28 メモリ
30 表示駆動部
32 表示部
40 被測定物
42 付着物
Claims (12)
- 被測定物の表面に付着している微生物中に存在するATPの量を測定する測定装置であって、
前記被測定物に光を照射するための投光部と、
前記照射された光が、前記微生物が付着した前記被測定物の表面で反射した反射光を受光するための受光部と、
前記受光部で受光された反射光の分光スペクトルを得るための分光器と、
前記分光スペクトルとATPの量との相関関係に基づいて、前記被測定物の表面のATP量を算出するための算出部と、を備え、
前記投光部は、200〜450nmの波長帯の光を含む光を前記被測定物に照射するように構成され、
前記投光部及び前記受光部は、前記受光部で受光される前記反射光が拡散反射光となるように構成されることを特徴とするATP量の測定装置。 - 前記投光部及び前記受光部は、前記投光部により照射される前記光と前記受光部で受光される前記反射光とがなす角度が0°より大きく90°未満であるように構成されることを特徴とする請求項1に記載のATP量の測定装置。
- 前記被測定物は、ステンレス鋼、フッ素樹脂及びウレタン系樹脂のうち少なくとも1種を材料とすることを特徴とする請求項1又は2に記載のATP量の測定装置。
- 被測定物に光を照射するための投光部と、前記照射された光が、微生物が付着した前記被測定物の表面で反射した反射光を受光するための受光部と、を備える装置を用いて前記被測定物の表面に付着している前記微生物中に存在するATPの量を測定する測定方法であって、
前記投光部により前記被測定物に光を照射して、前記照射された光が前記被測定物の表面で反射した反射光を前記受光部に受光させる照射受光ステップと、
前記受光部で受光した前記反射光を分光して前記反射光の分光スペクトルを得る分光ステップと、
前記分光スペクトルとATPの量との相関関係に基づいて、前記被測定物の表面のATP量を算出する算出ステップと、を備え、
前記照射受光ステップでは、200〜450nmの波長帯の光を含む光を前記被測定物に照射し、かつ、前記受光部で受光される前記反射光が拡散反射光となるように、前記光の照射及び前記反射光の受光を行うことを特徴とするATP量の測定方法。 - 前記照射受光ステップでは、前記投光部により照射される前記光と前記受光部で受光される前記反射光とがなす角度が0°より大きく90°未満となるように前記投光部により前記光を照射して前記受光部に前記反射光を受光させることを特徴とする請求項4に記載のATP量の測定方法。
- 前記被測定物は、ステンレス鋼、フッ素樹脂及びウレタン系樹脂のうち少なくとも1種を材料とすることを特徴とする請求項4又は5に記載のATP量の測定方法。
- 被測定物の表面に付着している微生物中に存在する生菌数の量を測定する測定装置であって、
前記被測定物に光を照射するための投光部と、
前記照射された光が、前記微生物が付着した前記被測定物の表面で反射した反射光を受光するための受光部と、
前記受光部で受光された反射光の分光スペクトルを得るための分光器と、
前記分光スペクトルとATPの量との相関関係に基づいて、前記被測定物の表面のATP量を算出するための算出部と、
前記算出されたATP量に基づいて、前記被測定物の表面の生菌数を算出するための生菌数算出部と、を備え、
前記投光部は、200〜450nmの波長帯の光を含む光を前記被測定物に照射するように構成され、
前記投光部及び前記受光部は、前記受光部で受光される前記反射光が拡散反射光となるように構成されることを特徴とする生菌数量の測定装置。 - 前記投光部及び前記受光部は、前記投光部により照射される前記光と前記受光部で受光される前記反射光とがなす角度が0°より大きく90°未満であるように構成されることを特徴とする請求項7に記載の生菌数の測定装置。
- 前記被測定物は、ステンレス鋼、フッ素樹脂及びウレタン系樹脂のうち少なくとも1種を材料とすることを特徴とする請求項7又は8に記載の生菌数の測定装置。
- 被測定物に光を照射するための投光部と、前記照射された光が、微生物が付着した前記被測定物の表面で反射した反射光を受光するための受光部と、を備える装置を用いて前記被測定物の表面に付着している前記微生物中に存在するATPの量を測定する測定方法であって、
前記投光部により前記被測定物に光を照射して、前記照射された光が前記被測定物の表面で反射した反射光を前記受光部に受光させる照射受光ステップと、
前記受光部で受光した前記反射光を分光して前記反射光の分光スペクトルを得る分光ステップと、
前記分光スペクトルとATPの量との相関関係に基づいて、前記被測定物の表面のATP量を算出する算出ステップと、
前記算出ステップで算出されたATP量に基づいて、前記被測定物の表面の生菌数を算出する生菌数算出ステップと、を備え、
前記照射受光ステップでは、200〜450nmの波長帯の光を含む光を前記被測定物に照射し、かつ、前記受光部で受光される前記反射光が拡散反射光となるように、前記光の照射及び前記反射光の受光を行うことを特徴とする生菌数の測定方法。 - 前記照射受光ステップでは、前記投光部により照射される前記光と前記受光部で受光される前記反射光とがなす角度が0°より大きく90°未満となるように前記投光部により前記光を照射して前記受光部に前記反射光を受光させることを特徴とする請求項10に記載の生菌数の測定方法。
- 前記被測定物は、ステンレス鋼、フッ素樹脂及びウレタン系樹脂のうち少なくとも1種を材料とすることを特徴とする請求項10又は11に記載の生菌数の測定方法。
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