JP6463906B2

JP6463906B2 - 鮮度計測装置及び鮮度計測方法

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Publication number: JP6463906B2
Application number: JP2014113780A
Authority: JP
Inventors: 謙次菊地; 望月　修; 修望月; 杏奈杉田
Original assignee: Toyo University
Current assignee: Toyo University
Priority date: 2014-06-02
Filing date: 2014-06-02
Publication date: 2019-02-06
Anticipated expiration: 2034-06-02
Also published as: JP2015227820A

Description

本発明は、食品の鮮度を計測する鮮度計測装置及び鮮度計測方法に関する。

食品は、その鮮度が重要であり、鮮度が落ちた食品を流通させたり、鮮度が落ちた食品を加工したりすることは好ましくない。そのため、食品の鮮度を計測する様々な方法が研究されている（例えば、特許文献１又は２参照）。

特許文献１に記載される方法は、計測対象の食品を薬剤である発色剤組成物とともに保存し、所定の保存時間が経過後にその薬剤に生じる変化から、食品の鮮度を推定する方法である。したがって、特許文献１に記載の方法では、鮮度の計測に特別な薬剤を使用する。

また、特許文献２に記載される方法は、計測対象の食品から筋肉を含む一部を切断して光を照射し、得られた分光反射スペクトルから筋肉素地反射曲線を用いて食品の鮮度を識別する方法である。したがって、特許文献２に記載の方法では、鮮度の計測に、切断等が必要になる。

特開２００５−３４５２６３号公報特開２００６−１７７９２３号公報

上述したように、従来の食品の鮮度の計測方法では、鮮度の測定に特別な薬剤を使用したり、食品を切断等する必要があり、容易に食品の鮮度を計測することが困難であった。

上記課題に鑑み、本発明は、容易に食品の鮮度を計測することのできる鮮度計測装置及び鮮度計測方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明は、透明部を有する食品の鮮度を計測する鮮度計測装置であって、食品の透明部に照射するレーザ光を発光する発光手段と、前記発光手段が照射したレーザー光の反射光を受光する受光手段と、前記受光手段が食品の保存開始時に取得した反射光から得られた電圧値と当該食品の保存開始から所定時間経過後に取得した反射光から得られた電圧値との差分と食品の種類毎に予め定められた値と当該食品の保存時間とを乗算して得られた値に新鮮な食品の予め定められた値を加算して得られた値に基づき当該食品の鮮度を特定する値を算出する算出手段とを備えることを特徴とする。

本発明によれば、食品の鮮度を容易に測定することができる。

実施形態に係る鮮度計測装置のブロック図である。図１の鮮度計測装置と計測対象の位置関係を説明する概略図である。第１実験例を説明するグラフである。第２実験例を説明するグラフである。第３実験例を説明するグラフである。変形例を説明する概略図である。

以下に、本発明の実施形態に係る鮮度計測装置及び鮮度計測方法について説明する。実施形態に係る鮮度計測装置は、透明部を有する食品の鮮度を計測する装置である。透明部は、例えば、生鮮魚類、家畜肉、家禽肉、獣肉等の眼球の水晶体や硝子体等の光が透過する部分である。なお、透明部は、完全に透明である必要はなく、光の一部が散乱する等の性質を持つ半透明程度であってもよい。以下の実施形態においては、計測対象の食品を魚とする例で説明する。また、以下の実施形態では、同一の構成については同一の符号を用いて説明を省略する。

図１に示すように、実施形態に係る鮮度計測装置１は、光を発光し、計測対象の透明部に照射する発光手段３０と、透明部を透過した光が非透明部で反射した反射光を受光する受光手段３１と、操作信号の入力等に利用される入力装置３２と、鮮度の計測結果の出力に利用される出力装置３３と、計測対象の保存時間を計時する計時手段１１と、受光手段３１が受光した反射光のデータを取得する取得手段１２と、計時手段１１が計時する保存時間と、取得手段１２が取得した反射光のデータとを用いて計測対象の鮮度を特定する値を算出する算出手段１３と、算出手段１３が算出した値から、計測対象のグループを分類する分類手段１４と、算出手段１３による算出結果及び分類手段１４による分類結果を出力装置３３に出力する出力手段１５とを備える。

この鮮度計測装置１は、例えば、図１に示すように、ＣＰＵ１０、記憶装置２０、入力装置３２、出力装置３３等を有するコンピュータであって、記憶装置２０に記憶される鮮度計測プログラムＰが実行されることで、ＣＰＵ１０が取得手段１２、算出手段１３、分類手段１４及び出力手段１５として処理を実行する。また、鮮度計測装置１は、１台のコンピュータによって形成される必要はなく、複数台の装置によって形成されてもよい。例えば、発光手段３０と受光手段３１とが外部で接続される構成でもよい。

図１に示すように、記憶装置２０は、鮮度計測プログラムＰの他、算出手段１３における算出に利用される算出用データＤ１と、対象物の用途の分類に利用される分類用データＤ２とを記憶する。

発光手段３０は、鮮度の計測時にレーザー光を発光し、計測対象に照射するレーザー装置である。この発光手段３０は、レーザクラスが「クラス１」以下であることが好ましい。

受光手段３１は、発光手段３０から照射されたレーザー光が計測対象で反射すると、その反射光を受光するフォトダイオードである。この受光手段３１は、周囲からの迷光を遮断し、反射光の波長のみを受光するように表面に光学バンドパスフィルターを有することが好ましい。

図２（ａ）に示すように、発光手段３０は、レーザー光Ｌ１を計測対象Ｘに照射する。計測対象Ｘの透明部ｘ１に入射したレーザー光Ｌ１は、計測対象Ｘの透明部ｘ１の奥にある非透明部ｘ２に反射し、反射光Ｌ２となる。受光手段３１は、この反射光Ｌ２を検出する。このとき、発光手段３０はレーザー光Ｌ１を計測対象Ｘの透明部に対して垂直ではなく、斜め方向から照射することで、図２（ａ）に示すように、受光手段３１によって反射光Ｌ２の受光が可能となる。

図２（ｂ）及び図２（ｃ）を用いて、計測対象Ｘに対するレーザー光Ｌ１の入射角度θと反射光Ｌ２の関係を説明する。図２（ｂ）は、透明部ｘ１が水晶体及び硝子体であるとき、発光手段３０の位置を調整して、照射点ｐ１に対して入射角度θが、１０°、３０°、６０°のレーザー光Ｌ１を照射する場合の例を示している。図２（ｂ）では、入射角度θが１０°、３０°、６０°の場合のレーザー光Ｌ１をそれぞれＬ１１、Ｌ１２、Ｌ１３とする。また、図２（ｂ）に示すように、仮に透明部ｘ１である水晶体及び硝子体の直径がＤであるとき、レーザー光Ｌ１が反射する反射点ｐ２から２Ｄの高さに、受光手段３１を配置することが好ましい。

図２（ｃ）は、同一の透明部ｘ１の同一点に、１０°〜７０°の間で複数の異なる入射角度を選択してレーザー光Ｌ１を入射させ、反射光Ｌ２を受光して得られた電圧を表すグラフである。図２（ｃ）の横軸は入射角度であり、縦軸は電圧である。図２（ｃ）によれば、入射角度により得られる電圧が異なることがわかる。したがって、鮮度計測装置１では、同一の計測対象Ｘについて継続して複数回、鮮度を計測する場合、同一の照射点ｐ１に同一の入射角度でレーザー光Ｌ１を入射させることが必要である。

計時手段１１は、計測対象Ｘの保存開始からの保存時間を計時する。

取得手段１２は、入力装置３２を介して鮮度の計測を開始する操作信号が入力されると、発光手段３０に制御信号を出力して発光を操作し、受光手段３１で受光された反射光Ｌ２のデータとして、反射光Ｌ２の輝度を特定する電圧値を取得する。

算出手段１３は、計時手段１１が計測する計測対象Ｘの保存時間と、取得手段１２が取得した反射光Ｌ２の輝度を特定する電圧を用いて、計測対象Ｘの鮮度を特定する値を算出する。ここで、算出手段１３は、記憶装置２０に記憶される算出用データＤ１を利用し、鮮度を特定する値としてＫ値（Ｋ）と、推定Ｋ値（Ｋ_e）を算出する。

Ｋ値（Ｋ）は、保存時間を利用して魚類の鮮度を数値化した値であって、式（１）により求められる。
Ｋ＝Ｅ_t×Ｘ_t＋Ｋ₀ …（１）

ここで、Ｅ_tは、ｔ℃の雰囲気中に対象の魚を保存した場合におけるＫ値の上昇率であって、魚の種類毎に予め定められる値である。Ｘ_tは、対象の魚がｔ℃に保存された時間、具体的には、計時手段１１で計時される時間である。Ｋ₀は、新鮮な魚のＫ値であって、予め定められる値である。ここで、Ｅ_tとＫ₀とは、予め定められる値であり、Ｘ_tに応じてＫ値を求めることができる。式（１）からわかるように、Ｋ値は、時間の経過に伴い、初期のＫ値から値が上昇する。なお、Ｋ値は、値が低いほど鮮度が良く、値が高くなると鮮度が悪くなる。

推定Ｋ値（Ｋ_e）は、反射光Ｌ２を特定する電圧の変化を利用して魚類の鮮度を数値化した値であって、式（２）により求められる。
Ｋ_e＝ｋ（Ｖ_t−Ｖ_t0）×Ｘ_t＋Ｋ₀ …（２）

式（２）において、ｋは、補正係数であり、魚の種類毎に予め定められる値である。Ｖ_tは、ｔ℃の雰囲気中に対象の魚を保存し、鮮度計測の時点において取得した反射光Ｌ２から得られた電圧値である。Ｖ_t0は、ｔ℃の雰囲気中において対象の魚の保存を開始した時点において取得した反射光Ｌ２から得られた電圧値である。ここで、Ｋ₀に加え、ｋは、予め定められる値であり、Ｖ_t0は、開始時に取得する値である。したがって、計測時に取得するＶ_tに応じて、推定Ｋ値を求めることができる。

算出用データＤ１は、式（１）及び式（２）に加え、各式で使用する所定の値（Ｅ_t、Ｋ₀、ｋ）を含むデータである。算出手段１３は、Ｋ値及び推定Ｋ値を算出する際、必要なデータを算出用データＤ１から抽出して利用する。

Ｋ値は、化学的には、ＡＴＰ（アデノシン三リン酸）、ＡＤＰ（アデノシン二リン酸）、ＡＭＰ（アデノシン一リン酸）、ＩＭＰ（イノシン酸）、Ｉｎｏ（イノシン）及び（ヒポキサンチン）により式（３）のように求められる値である。
Ｋ値（％）＝（Ino＋Hyp）/（ATP＋ADP＋AMP＋IMP＋Ino＋Hyp）×100 …（３）
これを、保存時間を利用することで、式（１）により求めることができる。

なお、鮮度を数値化した値として、「Ｋ値」の他、匂いの時間変化に関する値である「ＶＢＮ濃度」や腐敗の時間変化に関する値である「ヒスタミン濃度」等が考えられるが、Ｋ値が時間経過に応じた変化が大きいため、ここでＫ値を用いて説明した。しかし、鮮度を特定する値として、他の値を用いてもよい。また、魚以外の食品の鮮度を計測する場合、Ｋ値は利用できないため、他の値によって鮮度を計測する。

分類手段１４は、算出手段１３が算出したＫ値及び推定Ｋ値に対し、記憶装置２０に記憶される分類用データＤ２を利用し、計測対象Ｘに鮮度のグループを分類する。このグループは、鮮度に応じて設定されるものであり、例えば、計測対象Ｘが対応可能な用途に応じてグループを設定してもよい。

具体的には、単に、「鮮度クラス１」、「鮮度クラス２」、「鮮度クラス３」…等のようにグループを設定してもよい。また、生食が可能な鮮度である「生食」、加工食が好ましい鮮度である「加工食」、加工することが必須な鮮度である「要加工」、鮮度の判断が難しい「判断難」等のグループを設定してもよい。

分類用データＤ２は、魚の種別毎に、Ｋ値及び推定Ｋ値の範囲と、当該範囲の場合の鮮度のグループとを関連付けるデータである。分類手段１４は、分類用データＤ２から該当する用途を抽出し、計測対象Ｘのグループとして決定する。

出力手段１５は、算出手段１３の算出結果や分類手段１４の分類結果を出力装置３３に出力する。なお、算出結果や分類結果は、記憶装置２０に結果データとして記憶されてもよい。

なお、上述の説明では、算出手段１３がＫ値及び推定Ｋ値を算出するものとして説明した。しかし、これに限られず、算出用データＤ１が式（２）のみを有し、算出手段１３は推定Ｋ値のみを鮮度計測装置１が計測する計測対象Ｘの鮮度の計測結果としてもよい。また同様に、上述の説明では、分類手段１４がＫ値及び推定Ｋ値を利用して分類するものとして説明したが、推定Ｋ値のみを利用して、計測対象Ｘのグループを分類してもよい。

また、図示を用いた説明を省略するが、市場や加工工場等のラインでこの鮮度計測装置１を利用する場合、分類手段１４の分類結果に応じ、ロボットアーム等を用いて、計測対象Ｘを分類されたクラスのラインに移動させることも可能である。このように、鮮度計測装置１は、現在使用される生産ラインや加工ライン等に容易に組み込むことが可能である。

さらに、食品を保存する保存庫等に鮮度計測装置１を組み込み、保存庫内に保存される食品の鮮度を計測することもできる。これにより、保存庫の環境（温度、湿度、ｐＨ、イオン等）をフィードバック制御し、保存される食品の鮮度の劣化を防止することができる。

また、上述した説明では、食品の透明部として、水晶体等の例を用いたが、食品が脱皮状態の獣肉である場合のその表面が半透明体であるため、透明部となる。このような獣肉の場合、鮮度計測にはＫ値に代えてヒスタミン量等の物理量を利用する。

上述したように、鮮度計測装置１においては、計測対象Ｘの透明部に光を照射して取得した反射光のデータ及び計測対象Ｘの保存時間を利用することで、リアルタイムかつ容易にその鮮度を計測することができる。また、鮮度計測装置１では、薬剤等の使用も不要であるため、装置構成を簡易化し、小型化を図ることができる。さらに、鮮度計測装置１では、計測対象Ｘの切断等の処理も不要であるため、計測に必要な時間を短縮することができる。

《第１実験例》
図３は、鮮度計測装置１を利用し、実験用に生成された濃度（濁度）が異なる複数の透明材料にレーザー光Ｌ１を照射した際の反射光Ｌ２を計測した実験結果のグラフである。図３において、横軸は実験に使用した透明材料の濃度（濁度）であり、縦軸は反射光Ｌ２から求めた吸光度である。これにより、透明材料が濁るほど、透明材料に吸収されるレーザー光Ｌ１が多くなり、反射光Ｌ２は弱くなることがわかる。

図３に示す関係は、ランベルト・ベールの法則と一致する。ランベルト・ベールの法則は、式（４）によって表され、物質の濃度と光の吸収を特定するものである。
Ａ＝２αＬＣ …（４）
ここで、Ａは吸光度、αは吸光係数、Ｌは光路長、Ｃは試料濃度である。ランベルト・ベールの法則によると、αとＬの値は固定になるため、試料濃度Ｃが大きくなるほど、吸光度Ａも大きくなることがわかる。

この関係から鮮度計測装置１による鮮度の計測に当てはめると、透明部ｘ１の濃度（濁度）が大きくなる、すなわち、透明部ｘ１が濁るほど、透明部ｘ１に吸収されるレーザー光Ｌ１が多くなり、反射光Ｌ２は弱くなる。計測対象Ｘの透明部ｘ１である水晶体は、時間の経過に伴い濁る性質があるため、時間の経過に伴い、反射光Ｌ２は弱くなる。したがって、発光手段３０及び受光手段３１を利用してすることで、鮮度を計測できることが明らかである。

《第２実験例》
図４は、計測対象Ｘとしてカンパチの眼球を利用し、鮮度計測装置１によって透明部ｘ１である眼球の水晶体の白濁化の時間変化を計測した実験結果のグラフである。ここでは、真水中でカンパチの眼球を保存した場合（図４中のwater）、食塩水中でカンパチの眼球を保存した場合（図４中のsaline）、空気中でカンパチの眼球を保存した場合（図４中のair）のそれぞれの計測対象Ｘについて、レーザー光Ｌ１を照射し、反射光Ｌ２を計測した例である。図４において、横軸は各条件下で眼球を保存した時間（ｍｉｎ）であり、縦軸は計測された反射光Ｌ２の輝度値である。

図４の結果によると、周囲との物質授受の少ない空気中では白濁化の時間変化は小さく計測され、生体環境とは異なる真水中では白濁の時間変化が大きく計測された。これにより、計測対象Ｘとして眼球を利用し、その白濁化により鮮度が計測できることがわかる。また、図４の結果から、計測対象の周囲環境に依存して白濁化の進行が異なることもわかる。したがって、計測対象Ｘとなる魚の種類の他、周囲環境に応じて式（１）及び式（２）に使用する値（Ｅ_t、Ｋ₀、ｋ）を求める必要があることがわかる。

《第３実験例》
図５は、計測対象Ｘとしてニジマスの眼球を利用し、鮮度計測装置１によって推定Ｋ値を求めた実験例である。ここでは、ストレッチ包装したニジマスを１０°の冷蔵環境で保存し、この眼球にレーザー光Ｌ１を照射して得られた反射光Ｌ２から式（２）を用いて求めた推定Ｋ値（Ｋ１）と、式（３）の成分分析から求めたＫ値（Ｋ２）とを比較した一例である。図５において、横軸は時間（ｈ）であり、横軸はＫ値（％）及び推定Ｋ値（％）である。

図５の結果によると、式（３）を用いて求めたＫ値（Ｋ２）と、鮮度計測装置１を利用して計測した推定Ｋ値（Ｋ１）とは、計測開始から約２時間が経過するまでは、ほぼ同一の値となっている。また、推定Ｋ値（Ｋ２）は、計測開始から約２時間経過後には判定が困難になった。

通常、生可食限界Ｋ値は、２０％とされている。そのため、分類用データＤ２では、例えば、図５に示すように、求められるＫ値（推定Ｋ値）に応じて、「生食」、「加工食」、「要加工食」等のグループに分類するように、規定される。

《第１変形例》
図６（ａ）は、第１変形例に係る鮮度計測システム１Ａの一例である。鮮度計測システム１Ａは、複数の鮮度計測装置１を有し、同時に複数の計測対象Ｘを計測可能であることを特徴とする。また、図６（ａ）に示すように、複数の計測対象Ｘをベルトコンベア２上に載置するとともに、このような一列に並ぶ複数の計測対象Ｘの列をベルトコンベア２上に複数列有し、このベルトコンベア２を計測時間に応じて移動（紙面上で前後方向に移動）することで、複数の計測対象Ｘの鮮度を効率的に計測することができる。

なお、鮮度計測システム１Ａの各鮮度計測装置１は、それぞれが図１を用いて上述したＣＰＵ１０、記憶装置２０、入力装置３２及び出力装置３３を有する必要はない。各鮮度計測装置１は、少なくとも発光手段３０及び受光手段３１を有することで足り、各鮮度計測装置１に対して同一のＣＰＵ１０、記憶装置２０、入力装置３２、出力装置３３を使用することができる。

《第２変形例》
図６（ｂ）は、第２変形例に係る鮮度計測装置１Ｂの一例である。鮮度計測装置１Ｂは、例えば、カメラ機能を有する携帯電話機、スマートフォン、タブレット端末等の形態端末を利用したものである。鮮度計測装置１Ｂは、このような携帯端末のフラッシュ機能を発光手段３０とし、カメラ機能を受光手段３１として利用する。

例えば、鮮度計測装置１Ｂは、記憶装置２０に記憶される鮮度計測プログラムＰにより、鮮度計測装置１ＢのＣＰＵ１０が計時手段１１、取得手段１２、算出手段１３、分類手段１４及び出力手段１５としての処理を実行する。また例えば、鮮度計測装置１Ｂの記憶装置２０に鮮度計測プログラムＰが記憶されない場合、ネットワークを介して接続されるサーバ（図示せず）にアクセスし、受光手段３１が受光した反射光Ｌ２をサーバに送信することで、サーバにおいて、算出や分類の処理が実行されてもよい。これにより、鮮度の計測をより容易に実現することができる。

以上、実施形態及び変形例を用いて本発明を説明したが、本発明は本明細書中に説明した実施形態に限定されるものではない。本発明の範囲は、特許請求の範囲の記載及び特許請求の範囲の記載と均等の範囲により決定されるものである。

１，１Ｂ鮮度計測装置
１Ａ鮮度計測システム
１１計時手段
１２取得手段
１３算出手段
１４分類手段
１５出力手段
２０記憶装置
３０発光手段
３１受光手段
３２入力装置
３３出力装置
Ｄ１算出用データ
Ｄ２分類用データ
Ｐ鮮度計測プログラム
Ｘ計測対象

Claims

透明部を有する食品の鮮度を計測する鮮度計測装置であって、
食品の透明部に照射するレーザ光を発光する発光手段と、
前記発光手段が照射したレーザー光の反射光を受光する受光手段と、
前記受光手段が食品の保存開始時に取得した反射光から得られた電圧値と当該食品の保存開始から所定時間経過後に取得した反射光から得られた電圧値との差分と食品の種類毎に予め定められた値と当該食品の保存時間とを乗算して得られた値に新鮮な食品の予め定められた値を加算して得られた値に基づき当該食品の鮮度を特定する値を算出する算出手段と、
を備えることを特徴とする鮮度計測装置。
鮮度を特定する値の範囲と当該範囲の食品が分類されるグループの識別子とを関連付けた分類データを記憶する分類データ記憶部と、
前記算出手段が計測対象の食品について鮮度を特定する値を算出すると、前記分類データ記憶部から当該計測対象の食品が分類されるグループの識別子を抽出し、出力装置に出力する出力手段と、
を備えることを特徴とする請求項１に記載の鮮度計測装置。
透明部を有する食品の鮮度を計測する鮮度計測方法であって、
食品の透明部に照射するレーザー光を発光するステップと、
食品の透明部に照射したレーザー光の反射光を受光するステップと、
食品の保存開始時に取得した反射光から得られた電圧値と当該食品の保存開始から所定時間経過後に取得した反射光から得られた電圧値との差分と食品の種類毎に予め定められた値と当該食品の保存時間とを乗算して得られた値に新鮮な食品の予め定められた値を加算して得られた値に基づき当該食品の鮮度を特定する値を算出するステップと、
を有することを特徴とする鮮度計測方法。