JP4674685B2

JP4674685B2 - インピーダンスセンシングによる鶏卵鮮度検出方法および装置

Info

Publication number: JP4674685B2
Application number: JP2004225122A
Authority: JP
Inventors: 克規信太
Original assignee: 有限会社ハイ・サーブ; 克規信太
Priority date: 2004-08-02
Filing date: 2004-08-02
Publication date: 2011-04-20
Anticipated expiration: 2024-08-02
Also published as: JP2006046982A

Description

本発明は、インピーダンスセンシング、特に静電容量センシングにより、鶏卵の鮮度を検出する方法と装置に関する。

鶏卵の鮮度については、最近、出荷日の偽装事件なども起こり、消費者の間からも、表示が義務付けられている「賞味期間」に対する信用性に疑問が投げかけられている現状がある。また、この「賞味期間」は、あくまで鶏卵の「味」を保障する目安になる出荷から一定を過ぎた期間であって、鶏卵の安全性を保障する期間ではなく、実際にはその期間を過ぎても食品としての利用は可能である。

このような背景から、鶏卵の鮮度を消費者が簡単、迅速に知ることが出来る方法および装置が求められている。
鶏卵の鮮度を知る方法として従来より、鶏卵を割って、中身を調べる、いわゆる破壊検査方法があるが、この方法では消費者が簡単、迅速に知るという目的には沿わない。したがって、この目的に合致させるには、非破壊検査方法でなくてはならない。
従来から知られている鶏卵の非破壊による鮮度検査方法としては、光を卵に透して判断する透光検卵法や、濃度10％の食塩水に入れて浮き沈みをみる比重測定法が知られている。しかしながら、これらの検査方法は一般に手数がかかり、簡単、迅速とはいえない。また、透光検卵法でもこれを自動的に行う方法も多数考え出され、実行されているが、光を使うために、検査を行うのは、ある程度以上暗い場所でないといけない、といった制約がある。

例えば、特開２００１−１７０２０号公報に示されている自動的な透光検卵法では、採卵後、日数が経過するにつれて、気室のサイズがだんだん大きくなるので、暗所で卵に光を斜め上方から当てることにより気室を見やすくして、ＣＣＤイメージセンサを用いた気室測定器などによって気室の寸法の測定を行うことにより、鮮度のランク付けをすることができることが記載されている。卵の賞味期限は、冷蔵庫に保管した場合、採卵から保管までの時間により季節によって異なるが、１７〜６０日であり、卵を生で美味しく食すには、採卵後約１０日以内に使うことが望ましいので、２週間後の気室のサイズが採卵後の気室の約１．５倍より未満の生食できる鮮度を最良、良に分類し、約１．５倍を超える大きさの気室は、安全を見込んで加熱して食するようにすることがよいことが記載されている。

また、特開Ｈ０６−３１７５２８号公報には、紫外線を発生させる光源を用いて、卵外殻に紫外線を照射し、卵殻最外部に存在する微量のプロトポルフィリンを励起して、発生する赤色の蛍光を受光素子にて受光し、その強度を測定する方法が記載されている。鶏卵が新鮮な場合は蛍光強度は強く、古くなって鮮度の落ちた卵では、蛍光強度は弱まるので、このことを利用して鶏卵の鮮度を判定すること、測定に際しては、ノイズを少なくするため、暗視野で行うことが望ましいことが記載されている。
上記の各従来技術においては、自動的な透光検卵法を採用しているが、いずれも照度を一定以上落とした雰囲気中で、検査判定を行わなければならないので、通常の明るい場所での使用ができないという欠点があった。

本発明の目的は、鶏卵を割らず、簡単、迅速にその鮮度を判別することにある。
更に、本発明の目的は、照度の高い明るい雰囲気においても、鶏卵の鮮度を判別できるようにすることにある。

上記課題を解決するために本発明においては、鶏卵の鮮度が変化してくると、それに伴い鶏卵の一部において、静電容量が変化する現象を検出して、鶏卵の鮮度の判定を行うようにした。
請求項１の発明は、鶏卵の中の気室が存在する部分で測定された静電容量と、該気室が存在しない部分で測定された静電容量との比が、所望に定めた値より大きい場合を鮮度良とし、小さい場合を鮮度不良とする、鶏卵の鮮度判定方法を特徴とする。
請求項２の発明は、比が、所望に定めた値より大きい場合を鮮度良とし、小さい場合を鮮度不良とする、前記鶏卵の鮮度判定方法を、該比と、前記気室が存在しない部分で測定された静電容量を変換した電圧との積によって決定された差動増幅器の基準電圧を用いて行うことを特徴とする請求項１記載の鶏卵の鮮度判定方法を特徴とする。
請求項３の発明は、請求項１〜２記載の鶏卵の鮮度判定方法を用いる鶏卵の鮮度判定装置を特徴とする。
請求項４の発明は、請求項３に記載の鶏卵の鮮度判定装置において、静電容量を測定する手段が、支持板の上に設けた電極と、その電極の上に設けた弾力性体であることを特徴とする。
図１は、本発明の基本構成を示す図であり、鶏卵１を凹部などを利用して、採卵から日数が経って生じて来る気室２が上部に来るように、縦方向に設置させる。３は、鶏卵１の気室２側の傾斜した上側面に接触配置される１対の電極であり、その１つは、判定回路７の１入力端、例えば後述する図５のＬＣＲ９を通して比較回路８の測定入力端子に接続される。４は、同じく鶏卵１の気室２と反対側の傾斜した上側面に接触配置される１対の電極であり、その１つは、判定回路７の比較入力端、例えば後述する図５のＬＣＲ１０を通して前記比較回路８の制御入力端子に接続される。１対の電極３の間に形成される存在する静電容量をＣ１とし、１対の電極４の間に形成される静電容量をＣ２とする。

採卵から日数が経つと、気室２がだんだん大きくなり、それに伴い、電極３の間の容量Ｃ２が小さくなって来る。理由は詳しくは後述するが、気室の中を閉めている空気の比誘電率が、卵の中の白身のそれよりはるかに小さいからである。一方、電極４の間の静電容量Ｃ１は、採卵から日数が経っても変化しない。そこで、鶏卵における気室がある側とその逆側とのインピーダンスの比、具体的には、静電容量Ｃ２と静電容量Ｃ１との比、Ｃ２／Ｃ１を判定回路7で検出して、その検出結果に従って鶏卵の鮮度の判定を行う。具体的には、例えば後述する「発明を実施するための最良の形態」における実施態様によれば、その値が0.86〜0.90より大きいときは、生食のできる、或いは加工のできる鮮度であると判定する。

図２は、鶏卵の採卵から日数が経つにつれて、気室の大きさが変化してゆく様子を示している。卵は気室を通して呼吸をしている。そして、日数が経つにつれて卵殻の表面にあいた小さな穴（気孔）から内部の水分が徐々に蒸発し、それに伴って気室が大きくなって行く。この場合、卵の中の卵白の比誘電率が8000ほどであるのに対して、空気のそれは約1であるから、比誘電率の影響を大きく受ける静電容量の値も大きく影響を受ける。すなわち、気室の側の静電容量であるＣ１は、採卵から日数が経って、気室の大きさが大きくなるにつれて、だんだん小さくなって行く。
一方、気室と逆側の静電容量であるＣ２は、採卵から日数が経っても殆ど変化はしない（卵白の比誘電率の値は、卵の鮮度の低下による影響は殆ど無いことが知られている）。よって、Ｃ２／Ｃ１の値を測定することにより、卵の鮮度を判定することができる。

次に、鶏卵における気室がある側とその逆側とのインピーダンスの比と鮮度との関系を数式的に検証する。
図３（ａ）は、鶏卵の外部および内部の各静電容量とそれらの間の互いの関係とを、模式的及び近似的な等価回路として表しており、この図にしたがって気室が無い場合とある場合との静電容量値の違いを以下のようにして求める。
Ｃ_ｘは卵の外側の卵殻の静電容量であり、その厚みと比誘電率とをｄ_ｘとε_ｘで表す。Ｃ_ｙは卵の中の卵白と気室とを合わせた部分の静電容量であり、その厚みと比誘電率とをｄ_ｙとε_ｙで表す。２箇所の卵殻の静電容量Ｃ_x、卵の中の静電容量Ｃ_yとの総合静電容量をＣと表す。

Ｃは、２つのＣ_xとＣ_yとの直列接続と看做されるので、次の式が成り立つ。

これより、

ここで、真空の誘電率をε_o、電極の面積をＳとすると、Ｃ_xとＣ_yは近似的に次のように表される。

ところで、卵殻は成分の大部分が炭酸カルシウムでできているために、比誘電率ε_xは1.58であり、一方、ε_yは、卵の中が空気の場合1、中が卵白の場合は約8000となる。そして、卵殻の厚さd_xを約0.3mm、電極間の距離（厚み）d_yを20mmという代表的な値を仮定し、かつ、

とすると、

もし、卵の中が空気の場合（ε_y＝1）、

なので、上式と前記（数１）とから、Ｃは以下のようになる。

一方、もし、卵の中が卵白の場合（ε_y=8000）、

なので、上式と前記（数２）とから、Ｃは以下のようになる。

以上から、もし、殆どを気室で占められている場合の、図１の気室側静電容量Ｃ1は、前記（数２）より、

であり、
一方、図１の逆側静電容量Ｃ2は、前記（数８）より、

である。

即ち、採卵時の卵の中に気室が無い状態の時のＣ１は52.3Aであるが、その後日数が経って、Ｃ１の測定領域が殆ど気室で占められる状態になると、Ｃ１は徐々に減って、約Aまで低下することが理解される。
このことを、更にＣ1／Ｃ2の変化で見ると、Ｃ1は採卵日当初、Ｃ1=52.3A=Ｃ2であり、これがＣ1=Aまで低下するので、Ｃ1／Ｃ2は１から1／52.3まで低下することになる。図３（ｂ）は、この様子を表したグラフである。
従来、鶏卵の鮮度をインピーダンスそのもの、或いは静電容量そのものの測定により判別することも試みられたが、その際に、図３（ａ）に示されているように、卵殻の静電容量が直列に挿入されるために、この卵殻の静電容量による影響が大きく、いわばこの卵殻の静電容量がマスクをする効果が生じ、このために卵の中のインピーダンス測定の精度が向上せず、うまく行かなかった。しかし、本発明のように、卵の中の気室部分に着目した場合には、マスク効果にもかかわらず、上述したような静電容量の大きな変化を捉えることが出来、これを鮮度の判定に利用することが出来る。
また、鶏卵のインピーダンス値を測定する場合は温度の影響が出るためＣ１とＣ２の値そのものは温度の違いで異なってくるが、Ｃ1／Ｃ２は温度の影響が相殺されるため、鮮度の判定に温度の影響を受けない、という利点もある。

本発明においては、鶏卵を割らずに、簡単、迅速にその鮮度を判別することできる。また、本発明においては、照度の高い明るい雰囲気においても、鶏卵の鮮度を判別をすることが出来る。更に、本発明においては、卵殻のマスク効果を抑えて、インピーダンス測定を利用した精度の高い鶏卵の鮮度判定を行うことが出来、また、温度の影響を受けずに卵の鮮度の判定を行うことができる。

図４は、図１に示した本発明に用いられる電極３，４とその周囲に配置される支持板５と弾力性導電体６の構成を示す。
判定回路７の各入力端にワイヤーで接続される電極３，４は、支持板６、代表的には縦幅25mm、横幅32mm、高さ5mmのアクリル板の中央上部に、蒸着、スパッタリング、接着その他の方法により、直径約7mmの円形状に設けられる。電極３，４の上には、弾力性導電体６、代表的には、矩形状の導電性のシリコンゴムを設けて、その先端部を鶏卵の傾斜した上側面に接触させる。鶏卵の曲面状の卵殻への接触面積を大きくするために、弾力性導電体は柔らかいものを用いたほうが良い。

図５は、図１に示した本発明における判定回路７の構成を示す。判定回路７は、主として、比較回路８と２つのＬＣＲ９，１０と鮮度表示部１１とから成る。比較回路８は、例えば、差動増幅回路などであり、測定入力端子と制御入力端子の２つの入力端子を有する。比較回路８の測定入力端子には、鶏卵１の気室側に配置される２つの電極３の内の1つがＬＣＲ９を通して接続される。比較回路８の制御入力端子１０には、鶏卵１の気室と逆側に配置される２つの電極４の内の1つがＬＣＲ１０を通して接続される。

ＬＣＲ９及び１０は、例えばブリッジ回路に代表されるような、インピーダンスの変化を、電圧値の変化に変換する回路である。したがって、電極３，４からの静電容量値の変化は、ＬＣＲ９，１０によって電圧値の変化に変換される。
比較回路８の中では、ＬＣＲ１０を通して制御入力端子に加わった逆側の電極４からの電圧値に基づいて基準電圧が作られる。さらに、ＬＣＲ９を通して測定入力端子９に加わった気室側の電極３からの電圧値は、この基準電圧と比較されて、その比較結果出力が鮮度表示部１１に加えられる。比較結果出力は、ハイレベルかローレベルのどちらかの直流レベル信号である。

鮮度判定部１１においては、入力されたハイレベルかローレベルかのどちらかの信号に応じて、鮮度の表示を行う。例えば、鮮度良（例えば生食が可の場合）の場合は緑色のＬＥＤ１２を点灯させ、また鮮度不良の場合は赤色のＬＥＤ１３を点灯させる。
鶏卵選別器のような多数の鶏卵の鮮度判定に利用する場合は、鶏卵ケースの蓋の部分と底の部分に多数の電極３，４を配置し、判定回路７では、Ｃ1／Ｃ２を巡回的に検出してそれぞれを記憶装置で一時記憶させるようにし、鮮度表示部においては、多数のＬＥＤを配置した装置、或いは液晶パネルのようなディスプレイ装置で一括表示させてもよい。
鶏卵の日数が経って来ると、気室２が拡大して来て、気室側の静電容量Ｃ１が減少して来るが、そのＣ１の減少が或る所まで進むまでを、鮮度良とし、それ以上に減少した場合を鮮度不良とする。

このような、気室側の静電容量Ｃ１の減少の程度を測定するために、それと気室と逆側の静電容量Ｃ２との比、Ｃ１／Ｃ２を測定して、この比の値が或る値より大きい場合を鮮度良とし、小さい場合を鮮度不良とする。後述する実施態様では、この比率は例えば０．８８の辺りが好ましいとしているが、例えば、Ｃ１／Ｃ２が０．８８より上であれば良であるし、Ｃ１／Ｃ２がそれより下であれば不良であると判定する。
このような、比率Ｃ１／Ｃ２の検出をどのようにして、前記比較回路８において行うか、について次に述べる。
好ましいＣ１／Ｃ２の比率の範囲の最低値をＲとし、図１の気室と逆側の電極４から入力され、比較回路８の制御入力端子へ加えられるＣ２の変換電圧をＡとすると、比較回路８の中で作られる基準電圧が“ＲＡ”となるように回路の工夫をすれば良い。そうすると、図１の気室側の電極３から入力され、比較回路８の測定入力端子へ加えられるＣ１の変換電圧、例えばＢは、“ＲＡ”に一致した時に、比較回路８からハイレベルかローレベルの信号が出ることになる。つまり、この時、Ｂ＝ＲＡであるから、
Ｂ／Ａ＝Ｒ、即ち、Ｃ１／Ｃ２＝Ｒとなり、Ｃ１／Ｃ２を所定の値、例えばＲ＝０．８８を閾値とする判定回路を実現できる。

比較回路８の中において、基準電圧が“ＲＡ”となるようにする回路の工夫は、どのような形でも行なえる。例えば、比較回路８を、一般に知られている差動増幅回路として、そのエミッタまたはソース回路を、複数の定抵抗と可変抵抗との組み合わせとして実現できるし、また、そのベースまたはゲート回路を同様な複数の定抵抗と可変抵抗との組み合わせとして実現しても良い。
図６（ａ）は、気室側の静電容量Ｃ１の実際の卵の日数による変化を測定したものであり、図６（ｂ）は、気室と逆側の静電容量Ｃ２の同じ卵の日数による変化を測定したものである。どちらも横軸は「賞味期限」後の日数であるが、鶏卵の「賞味期限」は採卵後2週間（本測定を行った時の期間）であるから、図に表示された日数に１４日を加えたものが実際の採卵後の日数である。図６（ｂ）のＣ２の場合は、変化が無いが、図６（ａ）のＣ１の場合は日数が経つにつれ徐々に減少している。

図７は、Ｃ１／Ｃ２の卵の日数による変化を示す。これも同じく、「賞味期限」後の日数なので、１４日を加えたものが実際の採卵後の日数である。卵を生で食べられる期間は２５度保存で約２０日以内（厚い時期と寒い時期とではこれと異なるが）とされていることを考慮すると、図７におけるＣ１／Ｃ２の比は、０．８８より大きい範囲において卵を生で食べられるとするのが好ましいといえる。したがって、卵を生で食べられるようにする場合の判定回路７は、Ｃ１／Ｃ２を０．８８より大きい範囲とするのが良い。
さらに、もっと新鮮な良い味で生の卵を食べられる、Ｃ１／Ｃ２の範囲を定めることもできる。この場合は、例えば、０．９より大きい範囲とすることも考えられる。
また、採卵から日数の経った卵でも、加工を行って食べることのできるＣ１／Ｃ２の範囲を定めることも考えられる。この場合は、もっと範囲を下げて、例えば０．８６より大きい範囲とすることもできる。

本発明によるインピーダンスセンシングによる鶏卵鮮度検出方法および装置は、多数の鶏卵を一度に判別処理する一般の鶏卵選別器として利用するなどの他に、鮮度判定が簡単、迅速、明るい場所で行えることを生かして、鶏卵を販売する場所において消費者に手軽に鮮度判定ができる装置として利用して貰うこともできる。また、一般家庭用の卵鮮度判定装置として利用することもできるであろう。

本発明の基本構成を示す図である。鶏卵中の気室が日数と共に大きくなって行く様子を示す図である。本発明の原理を数式を用いて示すための模式図とグラフである。電極とその回りの各配置を示す図である。本発明における判定回路の構成を示す図である。実際の鶏卵の気室側と逆側の各静電容量の日数変化を示すグラフである。実際の鶏卵の気室側と逆側の各静電容量の比の日数変化を示すグラフである。

符号の説明

１鶏卵
２気室
３電極
４電極
５弾力性導電体
６支持板
７判定回路
８比較回路
９ＬＣＲ
１０ＬＣＲ
１１鮮度表示部
１２緑色ＬＥＤ
１３赤色ＬＥＤ

Claims

鶏卵の中の気室が存在する部分で測定された静電容量と、該気室が存在しない部分で測定された静電容量との比が、所望に定める値より大きい場合を鮮度良とし、小さい場合を鮮度不良とする、鶏卵の鮮度判定方法。