JP5942067B2 - 超音波照射による発酵媒体の発酵状態の検知及び管理方法とその装置 - Google Patents
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Description
(1)発酵媒体の発酵状態を検知する方法であって、発酵槽内に設置した超音波照射ユニット内の超音波素子から該発酵槽内の発酵媒体に照射した超音波が、該超音波を反射する発酵槽内壁又は該発酵槽内に配設した反射体で反射して、その反射波を上記超音波素子で受信するまでに要する時間である超音波伝搬時間を、該超音波素子における受信信号の自己相関関数のピーク位置を求めることにより計測し、その超音波伝搬時間に基づき、あるいは、超音波伝搬時間に発酵媒体の温度の影響による補正を加えた値に基づき、発酵媒体の発酵状態を検知することを特徴とする方法。
(2)超音波の反射波の信号の自己相関関数のピークを求め、更にそのピーク位置を内挿することにより補間し、超音波伝搬時間を計測する、前記(1)に記載の方法。
(3)超音波素子の近傍に設置した温度センサにより発酵媒体の温度を計測し、該温度センサによる温度データを用いて、超音波伝搬時間に補正を加えることによって、温度の変動の影響を受けない計測を行う、前記(1)又は(2)に記載の方法。
(4)前記(1)から(3)のいずれかに記載の方法により発酵媒体の発酵状態を検知し、その結果に基づき、超音波照射の照射・非照射の切り替え及び/又は超音波の照射強度を制御することにより、発酵媒体の発酵状態を管理する方法。
(5)発酵媒体に超音波を照射して超音波伝搬時間を計測し、発酵状態を検知し、その後、発酵状態の検知結果に応じて、超音波の照射・非照射のいずれかを選択し、その後、超音波伝搬時間を計測し、上記のサイクルを続けて、発酵媒体の発酵速度を制御する、前記(1)から(4)のいずれかに記載の方法。
(6)発酵槽、該発酵槽内に回転自在に設置される超音波素子ユニット、該超音波素子ユニットを複数個連結して回転軸化した連結ユニット構造を有する超音波照射ユニットを備え、上記超音波照射ユニットによる超音波回転照射により、発酵槽内の発酵媒体に均一に超音波を照射するようにした装置。
(7)超音波照射ユニットに固定した反射板、及び/又は液面検知センサを有する、前記(6)に記載の装置。
(8)超音波素子ユニットを複数個連結して回転軸化した連結ユニット構造において、各超音波素子ユニットの超音波素子の面が任意の方向に位置して直列接続により連結している、前記(6)に記載の装置。
本発明は、発酵媒体の発酵状態を検知する方法を提供するものであり、発酵媒体の発酵状態を検知する方法であって、発酵槽内に設置した超音波照射ユニット内の超音波素子から該発酵槽内の発酵媒体に照射した超音波が、該超音波を反射する発酵槽内壁又は該発酵槽内に配設した反射体で反射して、その反射波の信号を上記超音波素子で受信するまでに要する時間である超音波伝搬時間を、該超音波素子における受信信号の自己相関関数のピーク位置を求めることにより計測し、その超音波伝搬時間に基づき、あるいは、超音波伝搬時間に発酵媒体の温度の影響による補正を加えた値に基づき、発酵媒体の発酵状態を検知すること、を特徴とするものである。
本発明において、超音波照射ユニットを構成する超音波照射部は、超音波素子ユニットが接続自在に構成されたユニット構造となっている。そして、該超音波素子ユニットは、発酵槽の大きさに合わせて、任意に直列接続することができ、ユニットとユニットの間隔、すなわち超音波素子の間隔は、スペーサ、例えば、図13の白色樹脂部の長さを変えることで、任意の間隔に設定することができる。
本発明では、発酵媒体中を超音波が伝搬するに要する時間を求めるが、それにより、発酵媒体の発酵状態、すなわち発酵に伴う弾性率や密度の変化などを検知することができる。具体的には、発酵槽内の発酵媒体において、超音波照射ユニット内の超音波素子から照射した超音波が、超音波を反射する物体、すなわち発酵槽の内壁や、任意の位置に配設した反射板などの反射体で反射して、その反射波を上記超音波素子で受信するまでに要する時間(超音波伝搬時間)を、該超音波素子における受信信号の自己相関関数のピーク位置を求めることにより計測することにより、発酵状態を検知することができる。なお、超音波素子と反射体との往復距離を、超音波伝搬時間で除すことにより、超音波の速度が求められることから、超音波伝搬時間を計測することは、超音波速度を計測することと同等である。
本発明では、発酵媒体の発酵状態の検知、すなわち超音波伝搬時間の計測をし、その結果に基づいて、超音波照射の照射・非照射のON・OFFを切り替えたり、超音波の照射強度を制御することができる。
超音波伝搬時間と発酵との関係をみると、図3に示されるように、発酵の指標値であるpHと、超音波伝搬時間もしくは音速の変化が類似していること、また、発酵が進むに従って、超音波伝搬時間が小さくなる(音速が速くなる)ことが分かる。このことは、超音波伝搬時間もしくは音速から発酵の進み具合を検知できることを示している。
式:補正値=超音波伝搬時間−3.53×10−8×(補正温度−2分前の温度)
補正係数は、超音波素子と温度センサの位置関係、発酵媒体の種類、発酵槽の形状や容量によって決まるので、これらが変化しない場合は、予め補正係数を求めておけばよい。また、発酵媒体の種類が定まらない場合など、予め補正係数を求められない場合でも、発酵の最中に、図8のような温度との関係を求めて、随時、補正係数を求めればよい。また、上式は1次式であるが、2次式や3次式を用いても良い。
(1)大容量の発酵媒体に対して、超音波を照射することができ、先行技術(特許文献6など)の効果(食用微生物の増殖・代謝の促進)を大容量の発酵媒体に対して得ることができる。
(2)本発明は、様々な容量の発酵槽に適用することができ、例えば、発酵槽の大きさに応じて、装置の構成を簡単に変更することができる。
(3)発酵槽内の発酵媒体の占める割合は任意であり、例えば、満タン状態でも良いし、あるいは半分以下の量でも良く、また、発酵の過程で発酵媒体の量が変化しても良く、発酵媒体の量に応じて、超音波素子のON・OFFを制御することにより、超音波素子の破損を防ぐことができる。
(4)発酵槽内の発酵媒体の広い範囲に超音波を照射することができ、これにより、広範に超音波照射の効果を及ぼすことができる。
(5)超音波を用いて、発酵食品の発酵の状況を検知することができ、それにより、発酵状態の管理を行うことができる。
(6)pH計などを用いずに、発酵媒体の発酵状態を検知することができ、pH計とは異なり、発酵媒体の弾性率(硬さ)や密度を直接評価することができる。
(7)pH計での計測時のように、計測毎の装置の洗浄や計測値の校正は不要であり、また、超音波素子を回転させることにより、発酵槽内の発酵状態の分布、例えば、発酵状態の偏りの有無などを知ることができる。
(8)先行技術とは異なり、水を用いた測定は不要であり、また、温度の変動があったとしても、正確な測定が可能である。
(9)発酵媒体の発酵状態を検知しながら、その結果に基づいて、超音波照射のON・OFFの切り替えや、超音波の強度を制御することにより、好適ないし最適な速度で発酵を進めることができる。
本実施例では、発酵媒体の温度が変動しない条件で発酵状態の検知を実施した。
乳酸菌(Lactobacillus plantarum LB−K−2株)をMRS培地10mLで30℃、15時間、静置培養して得られた乳酸菌培養液(109cells/mL程度)を生理食塩水にて希釈し、104cells/g程度となるように豆乳(株式会社東京めいらく製有機豆乳)に接種した。
発酵媒体の温度が変化しない条件で実施した実施例2の場合と同様に、豆乳に乳酸菌を接種して、恒温槽に静置した。ただし、発酵媒体の温度が約26.5℃を中心に約1℃の変動が生じるように、恒温槽の温度を一定時間ごとに変動させた。また、超音波素子と反射板との距離は約2.5cmとした。
式:超音波伝搬時間の温度補正値=超音波伝搬時間−3.34×10−8 ×(補正温度−超音波伝搬時間を取得した時刻の2分前の温度)
Claims (8)
- 発酵媒体の発酵状態を検知する方法であって、発酵槽内に設置した超音波照射ユニット内の超音波素子から該発酵槽内の発酵媒体に照射した超音波が、該超音波を反射する発酵槽内壁又は該発酵槽内に配設した反射体で反射して、その反射波を上記超音波素子で受信するまでに要する時間である超音波伝搬時間を、該超音波素子における受信信号の自己相関関数のピーク位置を求めることにより計測し、その超音波伝搬時間に基づき、あるいは、超音波伝搬時間に発酵媒体の温度の影響による補正を加えた値に基づき、発酵媒体の発酵状態を検知することを特徴とする方法。
- 超音波の反射波の信号の自己相関関数のピークを求め、更にそのピーク位置を内挿することにより補間し、超音波伝搬時間を計測する、請求項1に記載の方法。
- 超音波素子の近傍に設置した温度センサにより発酵媒体の温度を計測し、該温度センサによる温度データを用いて、超音波伝搬時間に補正を加えることによって、温度の変動の影響を受けない計測を行う、請求項1又は2に記載の方法。
- 請求項1から3のいずれかに記載の方法により発酵媒体の発酵状態を検知し、その結果に基づき、超音波照射の照射・非照射の切り替え及び/又は超音波の照射強度を制御することにより、発酵媒体の発酵状態を管理する方法。
- 発酵媒体に超音波を照射して超音波伝搬時間を計測し、発酵状態を検知し、その後、発酵状態の検知結果に応じて、超音波の照射・非照射のいずれかを選択し、その後、超音波伝搬時間を計測し、上記のサイクルを続けて、発酵媒体の発酵速度を制御する、請求項1から4のいずれかに記載の方法。
- 発酵槽、該発酵槽内に回転自在に設置される超音波素子ユニット、該超音波素子ユニットを複数個連結して回転軸化した連結ユニット構造を有する超音波照射ユニットを備え、上記超音波照射ユニットによる超音波回転照射により、発酵槽内の発酵媒体に均一に超音波を照射するようにした装置。
- 超音波照射ユニットに固定した反射板、及び/又は液面検知センサを有する、請求項6に記載の装置。
- 超音波素子ユニットを複数個連結して回転軸化した連結ユニット構造において、各超音波素子ユニットの超音波素子の面が任意の方向に位置して直列接続により連結している、請求項6に記載の装置。
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