JP3356507B2

JP3356507B2 - 味覚センサ

Info

Publication number: JP3356507B2
Application number: JP26982693A
Authority: JP
Inventors: 健司林; 潔都甲; 理江子東久保
Original assignee: Anritsu Corp
Current assignee: Anritsu Corp
Priority date: 1993-09-30
Filing date: 1993-09-30
Publication date: 2002-12-16
Anticipated expiration: 2017-12-16
Also published as: JPH07103934A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、人間の五感を代行で
きる人工的なセンサに係り、特に味覚を代行できるセン
サに関する。

【０００２】

【従来の技術】一部同一の出願人は、先に「味覚センサ
及びその製造方法」の発明につき特許出願をし（特願平
１−１９０８１９号；以下、第１の先願発明という）、
その明細書及び図面によって、ある種の高分子重合体の
表面マトリックス内に特定の分子配列をもって収納され
たいわゆる脂質性分子群が、基本味と呼ばれる塩味、酸
味、苦味、甘味に対して、感度を示すセンサとなること
を示した。しかも、この種のセンサは、人間の五感の一
つである味覚に代わり味を測定できるものであることを
示した。

【０００３】これを、少しく具体的に説明すると、第１
の先願発明では、例えば、高分子重合体として、ポリ塩
化ビニル（ＰＶＣ）を用い、それにフタル酸ジオクチル
（ＤＯＰ）のような可塑剤と脂質とを概ね２：３：１の
重量比で混合したものをテトラヒドロフラン（ＴＨＦ）
に溶融し、平底の容器に移して、均一に加熱された板上
で約３０°Ｃに２時間保持して、ＴＨＦを揮発させ、脂
質膜すなわち脂質がＰＶＣの表面マトリックス内に収納
された脂質性分子膜を得た。膜の厚さは約２００μｍで
ある。

【０００４】この脂質性分子膜を用いて、マルチチャン
ネルの味覚センサとしたものが図１９である。本図では
マルチチャンネルのアレイ電極のうち三つの感応部が示
されている。図示の例では、脂質膜を一辺が１０ｍｍの
正方形に切り、厚さ２ｍｍのアクリル板（基材）１に
１．５ｍｍφの孔をあけ、銀の丸棒を挿入し電極３とし
たものに、脂質膜２が緩衝層を介して電極３に接触する
ようにＰＶＣを１０％溶解したＴＨＦで接着した後、Ｔ
ＨＦを揮発させ、信号を取り出すためのリード線７を半
田付けして味覚センサとした。

【０００５】前記マルチチャンネルの味覚センサを用い
たアジの測定系を図２０に示す。味物質の水溶液を作
り、それを被測定溶液１３とし、ビーカーのような容器
１５に入れる。被測定溶液中に、前に述べたような、ア
クリル板（基材）上に脂質膜と電極とを配置して作った
味覚センサアレイ１６を入れた。使用前に、塩化カリウ
ム１m mole／l （ｍＭ）水溶液で電極電位を安定化し
た。図中、１７−１，……１７−８は各々の脂質膜を黒
点で示したものである。測定の基準となる電位を発生す
る電極として参照電極４を用意し、それを被測定溶液に
入れる。味覚センサアレイ１６と参照電極４とは所定の
距離を隔てて設置する。参照電極４の表面には、緩衝層
１８として、塩化カリウム１００ｍＭを寒天で固化した
もので覆ってある。

【０００６】脂質膜からの電気信号は、図では８チャン
ネルの信号となり、リード線７−１，……，７−８によ
ってそれぞれバッファ増幅器１９−１，……，１９−８
に導かれる。バッファ増幅器１９の各出力は、アナログ
スイッチ（８チャンネル）２０で選択されてＡ／Ｄ変換
器２１に加えられる。参照電極４からの電気信号もリー
ド線７を介してＡ／Ｄ変換器２１に加えられ、膜からの
電位との差をデジタル信号に変換する。このデジタル信
号はマイクロコンピュータ２２で適当に処理され、また
Ｘ−Ｙレコーダ２３で表示される。この例では、８チャ
ンネルの味覚センサが用いられ、各チャンネルは、人間
の味覚を再現できるような多くの味覚情報を得るため
に、それぞれ味に対して異なる応答特性を持つ表１に示
すような脂質性分子膜で構成されている。

【０００７】

【表１】

【０００８】また、一部同一の出願人は、「味覚センサ
およびその製造方法」（特願平３−０２０４５０号）及
び「センサ」（特願平３−１２２６３６号）の特許出願
も済ませた。これらの出願の明細書及び図面で先の出願
（特願平１−１９０８１９号）よりさらに人の味覚器官
に近い分子膜を示した。これらの味を検出できる膜を、
まとめて、以後味覚検出用膜という。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】生体の味物質に対する
応答には、ダイナミック応答（dynamic response、また
は、phasic response ）と、その後の持続的な静的応答
（static response 、または、tonic response）の２つ
がある。このダイナミック応答について、少し考察を加
える。下記文献１による図１７は、味物質を与えた後の
時間変化に対する味神経のインパルスの頻度を記録した
ものである。味物質には、塩化ナトリウムを用いてい
る。この図から、味物質による刺激を与えてから初期の
１〜２秒に神経応答が集中していることが分かる。この
ように、味に関する情報が時間的な変化、特に過渡応答
部分にも非常に有益な情報が含まれていることが分か
る。

【００１０】また、下記文献２による図１８は、ラット
の味細胞の受容器電位を示す。上方向の変化が脱分極
で、下方向の変化が過分極である。味刺激物質は、０．
５ＭＮａＣｌ，０．０２Ｍ塩酸キニーネ（Ｑ−ＨＣ
ｌ），０．０１ＭＨＣｌ，０．５Ｍショ糖である。受容
器電位はＡ，Ｂ，Ｃの３種に分類できる。この図に見ら
れるような受容器電位の初期の過渡応答部分が、味の識
別に強く関わっていることを示している。

【００１１】文献１：Ｈ．ＯＧＡＷＡ，Ｓ．ＹＡＳＨＩ
ＴＡ，Ｍ．ＳＡＴＯ；ＪｏｕｒｎａｌｏｆＮｅｕｒ
ｏＰｈｙｓｉｏｌｏｇｙ，ｖｏｌ．３７，ｐ．４４
３，（１９７４）文献２：Ｐ．ＳＡＴＯ，Ｍ．Ｂｅｉｄｌｅｒ；Ｃｏｍ
ｐ．Ｂｉｏｃｈｅｍ．Ｐｈｙｓｉｏｌｏｇｙ，ｖｏｌ．
７５Ａ，ｐ．１３１，（１９８３）

【００１２】しかし、従来のセンサは、有益な情報が含
まれているダイナミック応答（過渡応答）を測定するこ
とができなかった。過渡応答を測定できない原因とし
て、次の２点が考えられる。従来のセンサでは、測定する際の膜表面の急激な変
化（空中から被測定溶液に浸されるときの変化、被測定
溶液の流速の変化、等）による不要な衝撃の影響で膜表
面電位が安定せず、短時間に起こる味物質に対する膜の
ダイナミック応答（過渡応答）を検知することができな
い。

【００１３】従来のセンサでは、測定する際に開回
路から閉回路への変化が生じる。味覚検出用膜はハイイ
ンピーダンスなので、測定回路もハイインピーダンスに
ならざるを得ないから、開回路から閉回路へ変化したと
きの応答が遅い。従って、測定したい膜の過渡応答以外
に回路の過渡応答を含んでしまうこと、参照電極に過渡
応答が生ずること等から、正確な味物質に対する膜の過
渡応答を検出することが難しい。この発明の目的は、味物質に対する味覚検出用膜の過渡
応答を測定できる味覚センサを実現することである。

【００１４】

【課題を解決するための手段】この発明では、上記、
に着目して、下記の方法により、前述の課題を解決し
た。すなわち、味覚検出用膜に衝撃が与えられないよう
に味覚検出用膜表面の大部分を、被測定溶液での電位変
化が小さく、味物質が短時間で透過することが可能な多
孔質の材料で被覆する構造の味覚センサとした。さら
に、味覚検出用膜と参照電極とを電気化学的に導通させ
る溶液を保持する保持部材で接続し、測定装置に組み込
んだときに、常に閉回路となるようにした。

【００１５】

【作用】この発明の味覚センサを用いて測定を行うとき
は、予め前記多孔質の部材及び保持部材に基準液（例え
ば、ＫＣｌ１ｍＭ溶液）等を含ませておく。味覚検出用
膜表面の大部分を多孔質の材料で被覆したことにより、
味覚検出用膜が空中にさらされることや、被測定溶液の
流速の影響などが無くなる。つまり、膜表面への衝撃が
無くなり、味覚検出用膜の表面電位の安定が保たれる。
このため、味とは関係のない他の影響を受けず、味物質
によって起こる膜の過渡応答のみを測定することができ
る。

【００１６】また、味覚検出用膜と参照電極とを電気化
学的に導通させたことにより、測定前から閉回路の状態
であり、閉回路の状態を保ちつつ測定できることから、
ハイインピーダンスな回路の過渡応答や参照電極の過渡
応答が発生せず、より正確な味物質に対する味覚検出用
膜の過渡応答の測定が可能となる。

【００１７】

【実施例】以下、本発明の実施例を説明する。図１は本
発明の第一の実施例の味覚センサを示す図である。この
味覚センサに用いられている味覚検出用膜は、従来の技
術の項で述べたのと同じようにして得る。膜の組成は表
２に示す通りである。

【００１８】

【表２】

【００１９】味覚検出用電極３は、厚さ２ｍｍのアクリ
ル板（基材）１に直径１．５ｍｍの孔をあけ、この中に
銀の丸棒を挿入したものである。この味覚検出用電極３
の表面に接するように味覚検出用膜２を張り、さらに、
味覚検出用膜２をフィルム状の寒天（多孔質の部材）５
で覆ってある。この寒天フィルム５は、味物質の透過の
遅延を少なくするためと過渡応答を再現性良く得ること
ができるようにするために、厚さ約２０μｍと薄いもの
にしている。電極３からは測定系と接続するためのリー
ド線７を出している。

【００２０】図２は本発明の第二の実施例の味覚センサ
を示す図である。この味覚センサに用いられている味覚
検出用膜は第一の実施例と同じである。味覚検出用電極
３と参照電極４は、厚さ２ｍｍのアクリル板（基材）１
に直径１．５ｍｍの孔をあけ、この中に銀の丸棒を挿入
したものである。この味覚検出用電極３の表面に接する
ように味覚検出用膜２を張り、さらに、味覚検出用膜２
と参照電極４とが電気化学的に導通するようにフィルム
状の寒天（多孔質の部材５と保持部材６とを兼ねる）９
で覆ってある。この寒天フィルム９は第一の実施例と同
じく厚さ約２０μｍと薄いものにしている。各電極３，
４からは測定系と接続するためのリード線７，７を出し
ている。

【００２１】図３は、本発明の第二の実施例の味覚セン
サを組み込んだ膜電位の測定系を示す図である。測定系
は、味覚センサ８と高入力インピーダンスのアンプ１０
と、増幅された信号をＡ／Ｄ変換するデジタルボルトメ
ータ１１と、測定値を取り込むコンピュータ１２とで構
成されている。

【００２２】この測定系を用いて味物質に対する過渡応
答を測定した。まず、基準液としてのＫＣｌ１ｍＭ溶液
に前記味覚センサ８を約１２時間浸漬する。その後、味
覚検出用膜２の部位に被測定溶液１３を１滴（約０．０
２ｍｌ）滴下した際の電位変化を測定する。１回の測定
（１つの被測定溶液から１つの過渡応答が得られる）毎
に、被測定溶液が滴下された寒天フィルム９を基準液で
２度洗浄する。

【００２３】５基本味に対する応答、各種塩味物質に対
する応答をそれぞれ様々な濃度で測定した。使用した味
物質の種類とそれぞれの測定濃度範囲を表３に示す。各
味物質の測定濃度範囲は、人間にとって味として受容さ
れる範囲とした。また、塩味に関しては、塩化ナトリウ
ムの他に４つの味物質を用いた。

【００２４】

【表３】

【００２５】次に測定結果を示す。図７〜図９は、塩味
・酸味・うま味を呈する味物質をそれぞれ測定した過渡
応答の波形であり、濃度特性を示す。図中の各矢印はそ
の時点で各濃度の測定液を滴下したことを表す。この図
から、濃度が増すに連れて波形が大きくなることは明ら
かであり、過渡応答部分にも味の濃度に関する情報が含
まれていることが分かる。また、各味物質において、３
種の濃度に対する波形を拡大したものを、図１０〜図１
４に示す。５基本味それぞれに対して、特徴的なパター
ンが見られる。図１５に５基本味の波形パターンを示
す。

【００２６】各５基本味の波形パターンについて、簡単
に説明する。塩味（ＮａＣｌ）に関しては、比較的速い立ち上が
りに続いて１０秒程で定常値に落ちつく。〔図１５
（ａ）〕酸味（ＨＣｌ）に対しては、立ち上がり、定常に達
するまでの時間は共に短く、わずかなオーバーシュート
も見られる。〔図１５（ｂ）〕苦味（キニーネ）は、初期の正方向への変化とそれ
に続く負方向への電位の減少、さらに続く正方向への電
位変化が見られる。〔図１５（ｃ）〕甘味（ショ糖）については、わずか１秒間に、一度
負方向に電位が減少し、すぐ滴下した瞬間の電位に戻
る。それに続く負方向への電位の減少、さらに続く正方
向への電位変化が見られる。応答は小さいものの過渡的
な変化は、再現性良く観測できる。〔図１５（ｄ）〕うま味（ＭＳＧ）は大きく負へと変化する。〔図１
５（ｅ）〕このように、味物質による刺激後、膜電位の変化の仕方
が５基本味それぞれ異なっており、特に刺激を与えてか
ら初期の１〜２秒の膜電位の変化が著しい。これらの各
基本味の波形パターンの特徴から、パターン認識等によ
り味を判別することも考えられる。

【００２７】次に、塩味に関する測定結果を説明する。
この測定によって、得られた過渡応答の波形は、全て前
記塩味（ＮａＣｌ）の波形パターンと大変似通ったもの
である。この測定で得られたデータに、細かな変動を取
り除くため移動平均による平滑処理を行った後、次のよ
うな波形解析を行った。これを図１６に示す。静的応答値：応答の静的情報として、膜電位の初期値
と応答後の定常値の差を静的応答値とした。微分応答値：過渡的な情報として、応答波形の微分を
とり、刺激点での電位変化量の最大値を微分応答値とし
た。積分応答値：過渡的な情報として、刺激後１秒間の積
分をとり積分応答値とした。表４は、各味物質に対して、下記文献３による人間の官
能検査の値と、測定で得られたデータから前記静的応答
値・微分応答値・積分応答値、さらに各応答値と人間の
官能検査との相関係数をまとめたものである。

【００２８】文献３：Ｃ．Ｐｆａｆｆｍａｎ；Ｈａｎｄ
ｂｏｏｋｏｆＰｈｙｓｉｏｌｏｇｙ，ｓｅｃｔｉｏ
ｎ１ＮｅｕｒｏＰｈｙｓｉｏｌｏｇｙ，ｖｏｌ．
１，ｐ．５１７，（１９５９）ＡｍｅｒｉｃａｎＰｈｙｓｉｏｌｏｇｉｃａｌＳｏ
ｃｉｅｔｙＷａｓｈｉｎｇｔｏｎ，Ｄ．Ｃ．

【００２９】

【表４】

【００３０】この相関係数からわかるように、静的応答
値には、人間の官能との相関がほとんど無く、これに比
べて、はるかに微分応答値及び積分応答値は、人間の官
能と正の相関がある。図３の測定系による測定では、被
測定溶液１３は参照電極４から離れた味覚検出用膜３の
部位に滴下されるため、短時間では参照電極４の周囲の
イオン環境は変化しない。従って、簡易な参照電極で済
み、センサの実用化の上でも大きなメリットとなる。ま
た、過渡応答を情報とすることで、数秒という非常に短
時間の計測が可能となった。これによって、味覚検出用
膜への吸着などの汚染が緩和される。さらに、被測定溶
液を滴下して測定する方法であるため、被測定溶液の量
が非常に少量となった。上記の事実は、工業的にもコス
トの低減等につながる。

【００３１】図４は本発明の第三の実施例の味覚センサ
を示す図である。この実施例は参照電極４と複数の味覚
検出用電極３，３とを設けたマルチチャンネル型の味覚
センサである。味覚検出用膜は従来の技術の項で述べた
のと同じようにして得る。基材１としては厚さ３ｍｍの
アクリルの円筒（外径３０ｍｍφ）１を用いる。該円筒
１の一端には被測定溶液が円筒内に入らないようにアク
リル板の蓋１ａがしてある。該基材１に孔（３ｍｍφ）
をあけ、その孔に銀の丸棒（３ｍｍφ）を挿入して電極
３とする。味覚検出用電極３，３には電極の一端とその
周囲のアクリル面上に接着剤としてＴＨＦを滴下し、先
に用意した一辺が１０ｍｍの正方形の味覚検出用膜２
を、電極３を覆うようにして張りつける。そして、参照
電極４と各味覚検出用膜２とを寒天フィルム９で覆い、
全チャンネルと参照電極４が電気化学的に導通状態が保
てるようにしている。この寒天フィルム９は、第一の実
施例及び第二の実施例と同じである。電極３，４の他端
にはリード線７，７が半田付けされている。

【００３２】この味覚センサを用いての測定は、第二の
実施例のときのように被測定溶液を滴下するのではな
く、例えばビーカーのような容器にいれた被測定溶液に
味覚センサを浸すことで行う。このとき、参照電極４の
部位だけは被測定溶液に浸さないようにすれば、前述の
ように、簡易な参照電極を用いることができる。

【００３３】前述の第二の実施例及び第三の実施例にお
いては、味覚検出用膜２を覆う部材５と保持部材６とを
兼ねて寒天フィルムが用いられたが、この他に、ろ過
紙、多孔質セラミック、多孔質ガラス、多孔質テフロン
などを用いてもよい。また、図５に示すように、味覚検
出用膜２を覆う部材５と保持部材６とを別々の材料を組
み合わせたものとしたり、図６に示すように、味覚検出
用膜２を覆う部材５と参照電極４とをパイプ６でつなぐ
ようにしてもよい。これらは、使用時には基準液などの
溶液を含ませて、電気化学的導通状態を保つようにす
る。ここで、味覚検出用膜２を覆う部材５の覆う範囲に
ついて述べると、多孔質の部材５は膜全体を覆う必要は
なく、過渡応答の測定に影響しない程度の範囲を覆えば
よい。

【００３４】

【発明の効果】この発明の味覚センサによれば、測定時
に味覚検出用膜に衝撃が与えられないように味覚検出用
膜表面の大部分を、被測定溶液での電位変化が小さく、
味物質が短時間で透過することが可能な多孔質の材料で
被覆することとしたので、測定する際の膜表面の急激な
変化による不要な衝撃がなく、味物質に対する味覚検出
用膜の過渡応答を検知することができる。

【００３５】さらに、味覚検出用膜と参照電極とを電気
化学的に導通させることとし、測定装置に組み込んだと
きに、常に閉回路となるようにしたので、測定する際の
開回路から閉回路への切り替えがなく、従って、参照電
極での過渡応答がなく、また、ハイインピーダンスな回
路の過渡応答もなく、正確な味物質に対する味覚検出用
膜の過渡応答を検知することが可能となった。過渡応答
を測定できるようになったことで、静的応答とは異な
る、味のセンシングに関して非常に有益な情報を得るこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の味覚センサの第一の実施例を示す図
である。

【図２】この発明の味覚センサの第二の実施例を示す図
である。

【図３】第二の実施例の味覚センサを組み込んだ膜電位
の測定系を示す図である。

【図４】この発明の味覚センサの第三の実施例を示す図
である。

【図５】この発明の味覚センサの第四の実施例を示す図
である。

【図６】この発明の味覚センサの第五の実施例を示す図
であり、（ａ）は断面図、（ｂ）は平面図である。

【図７】塩味（ＮａＣｌ）に対する応答を示す図であ
る。

【図８】酸味（ＨＣｌ）に対する応答を示す図である。

【図９】うま味（ＭＳＧ）に対する応答を示す図であ
る。

【図１０】塩味（ＮａＣｌ）に対する応答を示す図であ
り、（ａ）はＮａＣｌの濃度が１０ｍＭ、（ｂ）は１０
０ｍＭ、（ｃ）は１Ｍの場合の応答を示す図である。

【図１１】酸味（ＨＣｌ）に対する応答を示す図であ
り、（ａ）はＨＣｌの濃度が１ｍＭ、（ｂ）は１０ｍ
Ｍ、（ｃ）は１００ｍＭの場合の応答を示す図である。

【図１２】苦味（キニーネ）に対する応答を示す図であ
り、（ａ）はキニーネの濃度が３０μＭ、（ｂ）は３０
０μＭ、（ｃ）は３ｍＭの場合の応答を示す図である。

【図１３】甘味（ショ糖）に対する応答を示す図であ
り、（ａ）はショ糖の濃度が１０ｍＭ、（ｂ）は１００
ｍＭ、（ｃ）は１Ｍの場合の応答を示す図である。

【図１４】うま味（ＭＳＧ）に対する応答を示す図であ
り、（ａ）はＭＳＧの濃度が１ｍＭ、（ｂ）は１０ｍ
Ｍ、（ｃ）は１００ｍＭの場合の応答を示す図である。

【図１５】５基本味の波形パターンを示す図であり、
（ａ）は塩味（ＮａＣｌ）、（ｂ）は酸味（ＨＣｌ）、
（ｃ）は苦味（キニーネ）、（ｄ）は甘味（ショ糖）、
（ｅ）はうま味（ＭＳＧ）の波形パターンを示す図であ
る。

【図１６】波形解析を説明するための図であり、（ａ）
は静的応答値及び積分応答値を、（ｂ）は微分応答値を
説明する図である。

【図１７】味物質を与えた後の時間変化に対する味神経
のインパルスの頻度を示す図である。

【図１８】ラットの味細胞の受容器電位を示す図であ
る。

【図１９】従来の味覚センサを示す図であり（ａ）は正
面図、（ｂ）は断面図である。

【図２０】従来の味覚センサを用いた味の測定系を示す
図である。

【符号の説明】

１基材２味覚検出用膜３味覚検出用電極４参照電極５多孔質の部材（寒天フィルム）６保持部材（寒天フィルム、パイプ）７リード線８味覚センサ９寒天フィルム１０アンプ１１デジタルボルトメータ１２コンピュータ１３被測定溶液１４ピペット１５容器１６味覚センサアレイ１７脂質膜１８緩衝層１９バッファ増幅器２０アナログスイッチ２１Ａ／Ｄ変換器２２マイクロコンピュータ２３Ｘ−Ｙレコーダ２４接地電位

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者東久保理江子東京都港区南麻布五丁目10番27号アンリツ株式会社内 (56)参考文献特開平４−324351（ＪＰ，Ａ) 特開平４−238263（ＪＰ，Ａ) 特開平３−54446（ＪＰ，Ａ) 特開平６−174688（ＪＰ，Ａ) 特開平４−64053（ＪＰ，Ａ) 特開平６−18471（ＪＰ，Ａ) 特開平６−174689（ＪＰ，Ａ) 特開平５−34311（ＪＰ，Ａ) 特開平３−163351（ＪＰ，Ａ) 特開平６−18479（ＪＰ，Ａ) 特開平４−303755（ＪＰ，Ａ) 特開平４−297863（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G01N 27/327 G01N 27/00 G01N 27/416

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】基材（１）と、該基材の表面の少なくと
も一部に設けられた味覚検出用膜（２）と、該味覚検出
用膜に接するように前記基材に設けられた電極（３）と
からなる味覚センサにおいて、前記味覚検出用膜の表面
に味物質が短時間で透過する多孔質の部材（５）を備え
たことを特徴とする味覚センサ。
【請求項２】基材（１）と、該基材の表面の少なくと
も一部に設けられた味覚検出用膜（２）と、該味覚検出
用膜に接するように前記基材に設けられた電極（３）
と、前記基材に設けられた参照電極（４）とからなる味
覚センサにおいて、前記味覚検出用膜の表面に設けられ
た味物質が短時間で透過する多孔質の部材（５）と、前
記味覚検出用膜と前記参照電極とを電気化学的に導通さ
せる溶液を保持する保持部材（６）とを備えたことを特
徴とする味覚センサ。