JP5626982B2

JP5626982B2 - 青果物の品質判定方法

Info

Publication number: JP5626982B2
Application number: JP2010223712A
Authority: JP
Inventors: 山田　久也; 久也山田; 充洋小西
Original assignee: Yanmar Co Ltd
Current assignee: Yanmar Co Ltd
Priority date: 2010-10-01
Filing date: 2010-10-01
Publication date: 2014-11-19
Anticipated expiration: 2030-10-01
Also published as: JP2012078206A

Description

本願発明は、例えば梨、桃、柑橘類、リンゴ、メロンといった青果物を非破壊で検査する青果物の品質判定方法に関するものである。

一般に、梨、桃といった青果物の内部品質の判定項目としては、糖度計測や、熟度（未熟・適熟・過熟）判定が挙げられる。糖度については、青果物に光を照射し、青果物を透過した透過光を分析することによって、非破壊で計測する技術が知られている（例えば特許文献１等参照）。一方、熟度については、硬度計を用いて、青果物の表皮を破壊する際の硬度から判別することが多かった。

硬度計を用いて熟度を判別した青果物は商品価値がなくなり出荷不可能となるから、熟度に関してもできるだけ非破壊で判定するのが望ましい。この点、青果物に光を照射して、青果物を透過した透過光から吸光度を求め、クロロフィル（葉緑素）吸収帯である特定波長の吸光度に基づき、青果物の熟度を非破壊にて判定する技術がある（例えば特許文献２参照）。

特開平６−３００６８０号公報特開平１１−３３２３７８号公報

特許文献２の技術は、透過光を分光分析して得られる特定波長の吸光度と、青果物中のクロロフィルの量との間に相関関係があり、更に、クロロフィルの量と熟度との間にも相関関係が成立することを前提としている。すなわち、吸光度が小さくなるほどクロロフィルの量が少なくなることと、クロロフィルの量が少なくなるほど青果物が熟した状態になることとを利用したものである。しかし、特許文献２の技術において、吸光度とクロロフィルの量との関係、及び、クロロフィルの量と熟度との関係は、あくまで相対的（定性的）なものでしかなく、例えば吸光度からクロロフィル絶対量（青果物に含まれるクロロフィル自体の量）が直接求まるわけではない。このため、吸光度と熟度との相関関係として見た場合、当該相関関係は、青果物の品種や栽培条件といった諸条件に影響を受け易く、熟度の判定精度が低いという問題があった。

そこで、本願発明は、上記の問題を解消した青果物の品質判定方法を提供することを技術的課題とするものである。

請求項１の発明は青果物の品質判定方法に係るものであり、現場における複数個の青果物（Ａ）のサンプルの表皮から葉緑素計（２０）を用いて前記各サンプルのクロロフィル絶対量Ｃを計測し、クロロフィル吸収帯波長の吸光度の２次微分値（ｄ ^２Ｒ／ｄλ ^２）と前記クロロフィル絶対量（Ｃ）との関係を回帰分析して関係式（Ｙ）又はマップを取得する工程と、投光部（Ｃ）から光を対象青果物（Ａ）に照射し、その透過光又は反射光を受光部（４）で検出する検出工程と、前記透過光又は前記反射光を分光分析して、前記対象青果物（Ａ）におけるクロロフィル吸収帯波長の吸光度の２次微分値（ｄ^２Ｒ／ｄλ^２）を求める２次微分値演算工程と、前記２次微分値（ｄ^２Ｒ／ｄλ^２）を前記関係式（Ｙ）又は前記マップに当てはめて、前記対象青果物（Ａ）のクロロフィル絶対量（Ｃ）を推定する推定工程と、前記推定されたクロロフィル絶対量（Ｃ）の大小から前記対象青果物（Ａ）の熟度を判定する判定工程と、を備えているというものである。

本願の請求項に記載された発明によると、現場における複数個の青果物（Ａ）のサンプルの表皮から葉緑素計（２０）を用いて前記各サンプルのクロロフィル絶対量Ｃを計測し、クロロフィル吸収帯波長の吸光度の２次微分値（ｄ ^２Ｒ／ｄλ ^２）と前記クロロフィル絶対量（Ｃ）との関係を回帰分析して関係式（Ｙ）又はマップを取得する工程と、投光部（Ｃ）から光を対象青果物（Ａ）に照射し、その透過光又は反射光を受光部（４）で検出する検出工程と、前記透過光又は前記反射光を分光分析して、前記対象青果物（Ａ）におけるクロロフィル吸収帯波長の吸光度の２次微分値（ｄ ^２Ｒ／ｄλ ^２）を求める２次微分値演算工程と、前記２次微分値（ｄ ^２Ｒ／ｄλ ^２）を前記関係式（Ｙ）又は前記マップに当てはめて、前記対象青果物（Ａ）のクロロフィル絶対量（Ｃ）を推定する推定工程と、前記推定されたクロロフィル絶対量（Ｃ）の大小から前記対象青果物（Ａ）の熟度を判定する判定工程と、を備えているので、前記推定されたクロロフィル絶対量から、前記対象青果物の熟度を、非破壊にて定量的に判定できることになる。このため、前記対象青果物の品種や栽培条件といった諸条件に影響を受ける可能性が少なく、前記熟度の判定精度を格段に向上できるという効果を奏する。

青果物の品質判定装置を示す概略平面図である。判定手段であるコントローラの機能ブロック図である。サンプルにおける吸光度の２次微分値のグラフである。特定波長の吸光度の２次微分値と、青果物のクロロフィル絶対量との関係を示すグラフである。特定波長の吸光度の２次微分値と、青果物のクロロフィル絶対量との関係を回帰分析して得られる関係式のグラフである。葉緑素計を示す概略図である。熟度判定手順を示すフローチャートである。

以下に、本願発明を具体化した実施形態を図面に基づいて説明する。

まず始めに、図１及び図２を参照しながら、青果物Ａの品質判定装置１の構造について説明する。図１に示すように、青果物Ａの品質判定装置１は、青果物Ａを適宜ピッチの間隔で一列状に並べて搬送する搬送コンベヤライン２と、当該搬送コンベヤライン２を挟んだ上下箇所で相対向するように配置された投光部３及び受光部４と、搬送コンベヤライン２における投光部３との対峙箇所に青果物Ａが存在するか否かを検出する位置検出センサ５と、搬送コンベヤライン２の駆動を制御したり、投光部３、受光部４及び位置検出センサ５からの制御データに基づいて各種判定処理を実行したりする判定手段としてのコントローラ６とを備えている。

実施形態の品質判定装置１は、青果物Ａの内部品質の一例である熟度（未熟か適熟か過熟か）を光学的に判定するものである。すなわち、搬送コンベヤライン２の駆動にて投光部３の近傍に青果物Ａが到来したことを位置検出センサ５が感知したときに、投光部３から搬送コンベヤライン２上の青果物Ａに向けて光を照射し、当該青果物Ａを透過した透過光を受光部４で検出し、受光部４の構成要素である分光器７にて得られた結果（スペクトル情報）をコントローラ６に伝送し、コントローラ６にて熟度判定制御を実行するように構成されている。また、受光部４による透過光の検出結果からは、青果物Ａの糖度をも計測可能になっている。糖度計測の詳細は例えば特開２００５−４６７９４号公報等に開示されている。

投光部３は青果物Ａの熟度や糖度等を測定するための光（赤外光やレーザー光等）を青果物Ａに照射するものであり、具体的にはハロゲンランプ又はＬＥＤ等で構成される。受光部４には、青果物Ａを透過した透過光から特定波長の光を分光してスペクトル情報を計測する分光器７が設けられている。位置検出センサ５は光（赤外線）、超音波又は静電容量型等の近接センサである。

投光部３、受光部４及び位置検出センサ５は略箱状の筐体８にて覆われている。筐体８は、品質判定装置１の他の部材を固定する構造体であると共に、投光部３及び受光部４に外部の光が影響するのを防止する構造になっている。具体的には、筐体８のうち相対向する側面に、入口開口部８ａと出口開口部８ｂとがそれぞれ形成されており、これら開口部８ａ，８ｂを搬送コンベヤライン２が貫通している。搬送コンベヤライン２にて搬送される青果物Ａは、入口開口部８ａから筐体８内に進入し、出口開口部８ｂから筐体８外に排出される。なお、各開口部８ａ，８ｂの上縁部には複数の上下スリットを有するゴム製又は樹脂製の遮光シート（図示省略）が設けられており、外部からの光が筐体８内部に差し込むのを極力阻止している。

図２に示すように、コントローラ６は、判定処理等のための各種演算を実行するＣＰＵ９のほか、各種データを予め固定的に記憶させたＲＯＭ１０、制御プログラムや各種データを書換可能に記憶する記憶手段としてのＥＥＰＲＯＭ１１、制御プログラムや各種データを一時的に記憶するＲＡＭ１２、計時用のタイマ、及び入出力インターフェイス等を備えている（図２参照）。コントローラ７の入出力インターフェイスには、投光部３、受光部４（分光器７）及び位置検出センサ５のほか、搬送コンベヤライン２を駆動させるためのコンベヤ駆動回路１３、品質判定装置１全体の電源を入り切り操作するメインスイッチやキーボード等を有する入力器１４、並びに液晶モニタ等の表示器１５等がそれぞれ接続されている。

ところで、前述の通り、透過光を分光分析して得られる特定波長の吸光度と、青果物Ａ中のクロロフィル（葉緑素）の量との間、並びに、青果物Ａ中のクロロフィルの量と熟度との間には、定性的な相関関係が成立することは知られている。この場合、分光器７の検出結果に基づいて（分光分析して）得られる吸光度が小さくなるほど、青果物Ａ中のクロロフィルの量が少なくなり、クロロフィルの量が少なくなるほど青果物Ａは熟した状態と言える。

上記の点を踏まえて本願発明者たちは、非破壊での青果物Ａ（実施形態では梨）の熟度の判定精度をより高める目的で、複数個の青果物Ａのサンプルに関する吸光度を実験的に測定して、これら吸光度の２次微分値ｄ^２Ｒ／ｄλ^２を算出した。当該実験結果を図３に示している。図３では、横軸に波長（ｎｍ）を、縦軸に吸光度の２次微分値（−）を採っている。この場合、クロロフィル吸収帯に相当する特定波長（６７０〜６８０ｎｍ付近）において下向きに凸のピークが形成されている。そして、当該ピークにおける下向き凸の程度は、日数が経過するほど小さくなる（未熟から適熟・過熟と進むに連れてゼロに近づく）ことが分かった。これは、サンプル中のクロロフィルの量が減少しているものと考えられる。

次いで、本願発明者たちは、複数個の青果物Ａのサンプルに関する吸光度を実験的に測定して、これら吸光度の２次微分値ｄ^２Ｒ／ｄλ^２を求めると共に、各サンプルのクロロフィル絶対量Ｃを機器分析にて実験的に測定した。当該実験結果を基に、吸光度の２次微分値ｄ^２Ｒ／ｄλ^２とクロロフィル絶対量Ｃとの関係を回帰分析したものを、図４（ａ）（ｂ）に示している。図４（ａ）（ｂ）では、横軸にクロロフィル絶対量（ｍｇ／１００ｇ）を、縦軸に吸光度の２次微分値（−）を採っている。図４（ａ）と図４（ｂ）との違いは露出時間の違いである。図４（ａ）（ｂ）から分かるように、これらの回帰分析では、例えばＲ＝−０．７０程度の相関係数が得られており、特定波長の吸光度の２次微分値ｄ^２Ｒ／ｄλ^２とクロロフィル絶対量Ｃとの間には、比較的良好な相関関係が存在することが分かった。

以上のことから、本願発明者たちは、クロロフィル吸収帯に相当する特定波長（６７０〜６８０ｎｍ付近）の吸光度の２次微分値ｄ^２Ｒ／ｄλ^２と、青果物Ａのクロロフィル絶対量Ｃとの関係を予め回帰分析して得られる関係式Ｙ（図５（ａ）（ｂ）参照）を予め求めておき、判定対象の青果物Ａ（以下、対象青果物Ａという）において、分光器７の検出結果を基にした吸光度の２次微分値ｄ^２Ｒ／ｄλ^２（実測値）を関係式Ｙに当てはめることによって、対象青果物Ａのクロロフィル絶対量Ｃを推定し、当該推定されたクロロフィル絶対量Ｃから、対象青果物Ａの熟度（未熟か適熟か過熟か）を定量的に判定できるという知見を得たのである。

コントローラ６の記憶手段であるＥＥＰＲＯＭ１１には、図５（ａ）（ｂ）に示すような関係式Ｙが予め記憶されている。前述の通り、関係式Ｙは、実験等によって、クロロフィル吸収帯である特定波長（６７０〜６８０ｎｍ付近）の吸光度の２次微分値ｄ^２Ｒ／ｄλ^２と、青果物Ａのクロロフィル絶対量Ｃとの関係を予め回帰分析して求めている。この場合、複数個の青果物Ａのサンプルに関する吸光度を実験的に測定して、これら吸光度の２次微分値ｄ^２Ｒ／ｄλ^２を求めると共に、図６に示すような葉緑素計２０を用いて、各サンプルのクロロフィル絶対量Ｃ（ＳＰＡＤ値と言ってもよい）をその表皮から計測することによって、関係式Ｙが求められている。サンプル数は例えば３０〜４０個程度あれば足りる。葉緑素計２０は、２波長光学濃度差測定方式を採用した従来公知のものである。このため、各サンプルのクロロフィル絶対量Ｃを現場（例えば品質判定装置１が載置された作業場）で手軽に計測でき、サンプル測定による関係式Ｙ（回帰式）の取得が簡単にできることになる。なお、葉緑素計２０を用いてのクロロフィル絶対量Ｃ（ＳＰＡＤ値）の測定は、表皮の各部分でバラツキがあるため、実施形態ではサンプル（青果物Ａ）１つ当り複数箇所の測定を行い、その平均値をクロロフィル絶対量Ｃ（ＳＰＡＤ値）として求めている。

図５（ａ）（ｂ）に示す関係式Ｙは最小二乗法にて直線回帰したものであり、負の傾きを呈している。特定波長の吸光度の２次微分値ｄ^２Ｒ／ｄλ^２がゼロに近づくほど、クロロフィル絶対量Ｃ（ＳＰＡＤ値）が小さくなっている。そして、図５（ａ）（ｂ）の回帰分析では、例えばＲ＝−０．７０程度の相関係数が得られており、特定波長の吸光度の２次微分値ｄ^２Ｒ／ｄλ^２とクロロフィル絶対量Ｃとの間には、比較的良好な相関関係が存在している。つまり、関係式Ｙから、クロロフィル絶対量Ｃの推定、ひいては、対象青果物Ａの熟度（未熟か適熟か過熟か）の定量的な判定が可能であることが分かる。

なお、図５（ａ）（ｂ）に示す関係式Ｙは最小二乗法にて直線回帰するに限らず、曲線近似してもよい。図５（ａ）と図５（ｂ）との違いは、図４（ａ）（ｂ）と同様に、露出時間の違いである。特定波長の吸光度の２次微分値ｄ^２Ｒ／ｄλ^２とクロロフィル絶対量Ｃとの関係は、関係式Ｙに限らず、マップにて設定しても良いことは言うまでもない。関係式Ｙやマップは、青果物Ａの品種ごとに取得する必要があるのはもちろんだが、同種の青果物Ａであっても、例えば生産者（栽培条件）ごとに取得しておくのが望ましい。各生産者の圃場の相違が関係式Ｙ及びマップに及ぼす影響（誤差）をなくすためである。

次に、図７を参照しながら、前述の品質判定装置１を用いて、青果物Ａの熟度を判定する手順（熟度判定制御）の一例について説明する。図７のフローチャートに示す通り、青果物Ａの熟度判定手順は、検出工程（ステップＳ１）→２次微分値演算工程（ステップＳ２）→推定工程（ステップＳ３）→判定工程（ステップＳ４）という順序で行われる。

まず、ステップＳ１の検出工程では、搬送コンベヤライン２の駆動にて投光部３の近傍に青果物Ａが到来したことを位置検出センサ５が感知すると、投光部３から搬送コンベヤライン２上の対象青果物Ａに向けて光を照射する。そして、当該青果物Ａを透過した透過光を受光部４で検出し、受光部４の構成要素である分光器７にて得られた結果（スペクトル情報）をコントローラ６に伝送する。分光器７の検出結果はコントローラ６のＲＡＭ１２に記憶される。

次いで、ステップＳ２の２次微分値演算工程では、分光器７の検出結果に基づき吸光度を求め、当該吸光度を２次微分して、対象青果物Ａにおける特定波長（６７０〜６８０ｎｍ付近）の吸光度の２次微分値ｄ^２Ｒ／ｄλ^２を算出する。それから、ステップＳ３の推定工程において、ＥＥＰＲＯＭ１１に予め記憶させた関係式Ｙを読み出し、ステップＳ２で求めた特定波長の吸光度の２次微分値ｄ^２Ｒ／ｄλ^２を関係式Ｙに当てはめて、対象青果物Ａのクロロフィル絶対量Ｃを推定する。その後、ステップＳ３にて推定されたクロロフィル絶対量Ｃの大小に基づき、対象青果物Ａの熟度（未熟か適熟か過熟か）を判定するのである。熟度判定を終えた青果物Ａは、そのまま搬送コンベヤライン２に載って筐体８外に搬送され、次工程に送られる。

上記の記載並びに図１及び図２から明らかなように、投光部３から光を青果物Ａに照射し、その透過光を受光部４で検出することによって、クロロフィル吸収帯に相当する特定波長の吸光度を少なくとも求めるように構成されている青果物Ａの品質判定装置１であって、特定波長の吸光度の２次微分値ｄ^２Ｒ／ｄλ^２と青果物Ａのクロロフィル絶対量Ｃとの関係を予め回帰分析して得られた関係式Ｙ又はマップを記憶する記憶手段１１と、判定対象である対象青果物Ａに対する特定波長の吸光度の２次微分値ｄ^２Ｒ／ｄλ^２を前記関係式Ｙ又は前記マップに当てはめて、前記対象青果物Ａのクロロフィル絶対量Ｃを推定し、前記推定されたクロロフィル絶対量Ｃから、前記対象青果物Ａの熟度を判定する判定手段６と、を備えているので、前記推定されたクロロフィル絶対量Ｃから、前記対象青果物Ａの熟度を、非破壊にて定量的に判定できることになる。このため、前記対象青果物Ａの品種や栽培条件といった諸条件に影響を受ける可能性が少なく、前記熟度の判定精度を格段に向上できるという効果を奏する。

特に、前記関係式Ｙ又は前記マップを得るための青果物Ａのクロロフィル絶対量Ｃは、前記青果物Ａのサンプルの表皮から葉緑素計２０を用いて計測することによって求められるから、前記サンプルの前記クロロフィル絶対量Ｃを現場（例えば品質判定装置１が載置された作業場）で手軽に計測することが可能になる。このため、サンプル測定による前記関係式Ｙ又は前記マップの取得を簡単に行えるという効果を奏する。

更に、前記青果物Ａの品質判定装置１は、前記投光部３から光を対象青果物Ａに照射し、その透過光を受光部４で検出することによって、前記対象青果物４の糖度をも計測可能に構成されるので、例えば従来から存在する糖度判定用の品質判定装置１に、熟度判定の機能をそのまま適用する（盛り込む）ことも可能になる。このため、熟度判定と糖度判定との両方を行える品質判定装置１を安価に製造できるという効果を奏する。熟度判定の機能の後付けも簡単に行えるのである。

本願発明は、前述の実施形態に限らず、様々な態様に具体化できる。例えば前述の実施形態では、投光部３から青果物Ａに光を照射し、青果物Ａを透過した透過光を受光部４で検出する構成を採用しているが、これに限らず、青果物Ａを反射した反射光を受光部４で検出する構成を採用してもよい。この場合、反射光を受光可能な位置に受光部４を配置することになる。反射光を検出する構成であっても、前述の実施形態と同様の作用効果が得られるのは言うまでもない。また、本願発明における各部の構成は図示の実施形態に限られるものではなく、本願発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変更が可能である。

Ａ青果物
１品質判定装置
２搬送コンベヤライン
３投光部
４受光部
６コントローラ（判定手段）
７分光器
９ＣＰＵ
１０ＲＯＭ
１１ＥＥＰＲＯＭ（記憶手段）
２０葉緑素計

Claims

現場における複数個の青果物（Ａ）のサンプルの表皮から葉緑素計（２０）を用いて前記各サンプルのクロロフィル絶対量Ｃを計測し、クロロフィル吸収帯波長の吸光度の２次微分値（ｄ ^２Ｒ／ｄλ ^２）と前記クロロフィル絶対量（Ｃ）との関係を回帰分析して関係式（Ｙ）又はマップを取得する工程と、
投光部（Ｃ）から光を対象青果物（Ａ）に照射し、その透過光又は反射光を受光部（４）で検出する検出工程と、
前記透過光又は前記反射光を分光分析して、前記対象青果物（Ａ）におけるクロロフィル吸収帯波長の吸光度の２次微分値（ｄ^２Ｒ／ｄλ^２）を求める２次微分値演算工程と、
前記２次微分値（ｄ^２Ｒ／ｄλ^２）を前記関係式（Ｙ）又は前記マップに当てはめて、前記対象青果物（Ａ）のクロロフィル絶対量（Ｃ）を推定する推定工程と、
前記推定されたクロロフィル絶対量（Ｃ）の大小から前記対象青果物（Ａ）の熟度を判定する判定工程と、
を備えている、
青果物の品質判定方法。