JP7089104B1 - 粘弾性を有する対象物の物性を測定する物性測定方法および物性測定装置 - Google Patents
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Abstract
Description
特許文献1には、ゼリーの強度および表面張力を測定する方法が開示されている。
例えば、粘弾性を有するゼリー状の食品をスプーン等ですくい上げる際に、食品の物性に応じてすくい上げやすさが変化する。したがって、例えば、食品の開発にあたっては、食品のすくい上げやすさを評価することも必要となる。しかし、従来のゼリーの強度および表面張力を測定する方法に基づいて、粘弾性を有する対象物のすくい上げやすさを評価することは困難である。
そこで、1つの側面では、本発明は、粘弾性を有する対象物のすくい上げやすさを評価することができる対象物の物性の測定方法および測定装置を提供することを目的とする。
1つの側面では、
粘弾性を有する対象物の物性を測定する物性測定方法であって、
前記対象物内に設置されたプランジャの先端部を引き上げる際の前記対象物にかかる荷
重を、前記プランジャの先端部の移動距離と対応付けて取得する荷重取得ステップと、
前記荷重取得ステップにより取得された前記荷重に基づいて、前記対象物のすくい上げ
やすさに係る指標値を算出する指標値算出ステップを備え、
前記指標値算出ステップでは、前記荷重取得ステップにおいて取得される前記荷重の最大ピーク値と、前記荷重が前記最大ピーク値をとるときの前記プランジャの先端部の移動距離と、の比を前記指標値として算出する、物性測定方法が提供される。
以下、添付図面を参照して、本発明を実施するための形態(以下、「実施形態」と称する)について詳細に説明する。実施形態の説明の全体を通して同じ要素には同じ符号を付している。
図1は、一実施形態の物性測定方法を実行するための物性測定装置を示す図である。なお、図1において、後述する対象物10、容器11およびプランジャ20については、模式的に垂直面における断面を示している。
物性測定装置は、粘弾性を有する対象物10を含む試料を載置する試料台31と、粘弾性を有する対象物10の内部に下端部が挿入されたプランジャ20と、プランジャ20を上下方向に駆動する駆動機構32と、駆動機構32によって駆動されるプランジャ20に印加される下方向の荷重、すなわち、対象物10に印加される上方向の荷重を計測するセンサ33と、駆動機構32を制御するとともに、センサ33により計測される荷重の計測値を取得する制御部35と、制御部35による制御に必要なデータや、センサ33により計測される荷重の計測値を記憶する記憶部36と、を備える。記憶部36には、センサ33により計測される荷重の計測値が、プランジャ20(後述するプランジャ20の先端部21)の移動距離と対応付けられて記憶される。
図1では、容器11に入れられた対象物10の物性を測定する例を示しているが、対象物10が自立可能な場合には、試料台31の上に、直接対象物10を載置し、または皿などを介して対象物10を載置してもよい。容器11として任意の容器を使用できるが、例えば、実際の商品に用いられる容器でもよい。
図1に示すように、プランジャ20は、プランジャ20の下端部に設けられ、水平方向に延びる円板状の先端部21と、先端部21の中心に下端が取り付けられ、垂直に上方向に延びる円柱状の軸部22とを有する。先端部21の直径は、対象物10に応じて選択でき、例えば25mmとされる。先端部21の直径は、任意であるが、例えば、対象物10がゼリー状の食品である場合、対象物10をすくい上げるスプーン等の大きさに合わせて設定することができる。軸部22は駆動機構32により支持され、駆動機構32が軸部22を上下方向に駆動することにより、先端部21を含めたプランジャ20全体が上下方向に移動する。なお、プランジャ20またはプランジャ20を含む構成要素が、駆動機構32または物性測定装置本体に対して着脱可能とされていてもよい。
図2~図2Cは、物性測定方法が適用される対象物の状態等を示す図である。ここでは、対象物10がゼリー状の食品である場合を例示する。図2~図2Cでは、対象物10およびプランジャ20の状態を垂直面における模式的な断面について示している。容器11は図示されていないが、対象物10を容器11に入れた状態で、対象物10の物性を測定してもよい。
図2に示すように、円板状の先端部21が対象物10の内部に挿入された状態で、プランジャ20がセットされる。図2Aに示すように、先端部21を対象物10の内部に挿入する際に、先端部21の平面21aに沿った方向に先端部21を差し込むことにより、ゼリー状の対象物10の構造が過度に壊されることなく、図2の状態を得ることができる。また、このような方法で対象物10に先端部21を差し込むことにより、対象物10をスプーン等を用いてすくい上げる場合に近似した対象物10の状態を作り出すことができる。このため、スプーン等を用いて対象物10をすくい上げる場合の対象物10の状態をうまく模擬できる。すなわち、対象物10を実際にすくい上げる際のすくい上げやすさを適切に評価することが可能となる。
次に、駆動機構32によってプランジャ20を上方向に一定速度で駆動する。これにより、対象物10の内部に挿入された先端部21が上向きに引っ張られ、上方に移動する。また、プランジャ20が駆動されている間、センサ33により対象物10に印加される上方向の荷重が計測され、記憶部36には、センサ33による計測値が、プランジャ20(プランジャ20の先端部21)の移動距離と対応付けられて記憶される(荷重取得ステップ)。プランジャ20の駆動速度は、とくに限定されないが、1mm/sec以上、20mm/sec以下であれば、対象物の物性を示すグラフ(後述する図3および図3Aのグラフ)の波形が得られるので、この範囲とすることが望ましい。プランジャ20の駆動速度が極端に遅すぎたり速すぎたりすると、当該波形が得られなくなる。また、当該波形が得られる限り、プランジャ20の駆動速度は、一定でなくてもよい。さらに、プランジャ20の駆動方向、すなわち引っ張られる方向は、垂直上方向でなくてもよい。対象物10の物性が計測できるのであれば、プランジャ20の駆動方向は、例えば、斜め上方向や水平方向でもよい。プランジャ20の駆動方向が、垂直上方向でない場合、プランジャ20の駆動方向に一致するようにプランジャ20の軸部22の軸方向を設定することができる。ただし、プランジャ20の駆動方向が斜めになった場合は、プランジャ20が容器11にぶつかる等、測定を行うのに不具合が発生するおそれがあるため、プランジャ20の駆動方向を垂直方向とすることが好ましい。
図2に示す状態から、駆動機構32(図1)を介してプランジャ20を所定幅だけ上方に駆動すると、図2Bに示すように、対象物10に先端部21の位置から対象物10の上面まで連なるような亀裂(図2Bの亀裂12aおよび亀裂12bなど)が入り、対象物10における先端部21の上方の部分が先端部21によって持ち上げられる。ここで、図2Bは、比較的、対象物10がすくい上げやすい場合を模式的に示している。一方、図2Cは、比較的、対象物10がすくい上げにくい場合を示しており、この場合、図2Bと同様に、プランジャ20を所定幅だけ上方に駆動しても、対象物10に対象物10の上面まで連なるような亀裂が生ずることなく、あるいは僅かしか亀裂が生じない。
図3および図3Aは、対象物の物性の測定結果を示す図である。測定結果は、記憶部36に記憶される。図3および図3Aに示すグラフにおいて、縦軸は対象物に印加される上方向の荷重を、横軸はプランジャ20の駆動が開始されてからの時間、または先端部21の上方への移動距離を示している。また、図3および図3Aに示すグラフの原点は、プランジャ20が図2に示す位置にある状態に対応している。図3および図3Aは、制御部35による制御に従って、駆動機構32によりプランジャ20が図2に示す状態から一定速度、例えば、5mm/秒で上方向に駆動された場合を示している。したがって、先端部21の移動距離は、図3および図3Aにおける横軸の時間に対応している。
駆動機構32によるプランジャ20の駆動速度は、対象物10に応じて設定できる。対象物10がゼリー状の食品であって、スプーン等によるすくい上げやすさを評価したい場合には、スプーン等を持ち上げる速度に合致するように、プランジャ20の駆動速度を5mm/秒程度とすることが望ましい。
図3および図3Aにおいて、曲線51は、例えば、図2Bに示すような、比較的すくいやすい対象物10の場合を例示している。一方、曲線52は、図2Cに示すような、比較的すくいにくい対象物10の場合を例示している。
次に、指標値算出ステップについて例示する。図3において、曲線51は時間t1において上向きの荷重の最大ピーク値L1をとる。この場合、図3のグラフの原点と最大ピーク値L1をとる点を結ぶ線51Aの傾きを、対象物10のすくい上げやすさを示す1つの指標値として算出することができる。この指標値は、対象物10にかかる上向きの荷重の最大ピーク値L1と、当該荷重が最大ピーク値L1をとるときのプランジャ20の先端部21の移動距離(D1)と、の比(L1/D1)に対応する。この場合、指標値が高い方が、対象物10がよりすくい上げやすい物性を有すると評価することができる。他方、図3において、曲線52は時間t2(移動距離D2)において上向きの荷重のピーク値L2をとる。この場合、図3のグラフの原点とピーク値L2をとる点を結ぶ線52Aの傾き(L2/D2)は、同様に、対象物10のすくい上げやすさを示す1つの指標値となるが、線51Aの傾きよりも小さい。すなわち、曲線51が示す指標値(L1/D1)は、曲線52が示す指標値(L2/D2)よりも大きくなる。したがって、曲線51に示される対象物10は、曲線52に示される対象物10と比較して、すくいやすい物性を有すると評価できる。
例えば、スプーン等により曲線51に示される対象物10をすくった場合には、スプーン等を持ち上げた際に対象物10に素早く亀裂12a、12b(図2B)のような亀裂が入り、対象物10がスプーンに対応した大きさに分割されるように切れやすい。このため、対象物10は、スプーン等ですくい上げやすいものとなる。これに対し、例えば、スプーン等により曲線52に示される対象物10をすくった場合には、図2Cに示すように、スプーン等を持ち上げた際に対象物10が切れずに、スプーン等の上に覆いかぶさった状態が維持される。このため、対象物10は、スプーン等ですくい上げにくいものであると評価できる。
一方、図3Aにおいて、曲線51は、時間t1において上向きの荷重のピーク値L1をとった後、時間t3において、対象物10に印加される上方向の荷重が急激に低下している。また、曲線52は、時間t2において上向きの荷重のピーク値L2をとった後、時間t4において、対象物10に印加される上方向の荷重が低下している。このような、ピーク値をとった荷重が減少するまでに要する時間t3、t4、または時間t3、t4に対応する先端部21の移動距離D3、D4を、対象物10のすくい上げやすさを示す1つの指標値として算出することができる。この場合、指標値が小さいほど、対象物10はすくい上げやすい物性を有すると評価できる。図3Aに示すように、時間t3は時間t4よりも短時間となっており、時間t3に対応する先端部21の移動距離D3は、時間t4に対応する先端部21の移動距離D4よりも小さい。したがって、曲線51に示される対象物10は、曲線52に示される対象物10と比較して、すくい上げやすい物性を有すると評価できる。
この場合、例えば、スプーン等により曲線51に示される対象物10をすくったときに、図2Bに示すように、スプーンを持ち上げた際に対象物10が切れてスプーン等に対応した大きさに分割されるため、荷重が減少する状態となる。このため、対象物10は、スプーン等ですくい上げやすいものと評価できる。これに対し、例えば、スプーン等により曲線52に示される対象物10をすくい上げた場合には、図2Cに示すように、スプーン等を持ち上げた際に対象物10がなかなか切れずに、スプーン等の上に覆いかぶさって荷重が減少しない状態となる。このため、対象物10は、スプーン等ですくい上げにくいものと評価できる。
上記実施例では、プランジャ20の先端部21の形状として、図1における下方から視たときに円形のもの、すなわち、円板状のものを例示したが、その形状は任意である。例えば、図1における下方からプランジャ20の先端部21を視たときの形状が楕円や矩形であってもよい。また、例えば、スプーンでのすくい上げやすさを評価した場合には、実際のスプーンと同様の形状としてもよい。また、先端部21を支持する軸部22の取付位置も任意である。図1の例では、円板状の先端部21の中心に軸部22の下端が取り付けられる例を示しているが、先端部21の中心から外れた周辺部に軸部22の下端が取り付けられてもよい。
図4は、プランジャの他の形態を示す図である。図4の例では、円板状の先端部21Aの周辺部に軸部22の下端が取り付けられたプランジャ20Aの断面が示されている。図2Aに示す手順に代えて、図4に示すように、軸部22の下端が取り付けられた反対側から先端部21Aを対象物10に差し込むことが可能となる。この場合には、先端部21Aを対象物10に差し込んだときに、軸部22によって切断される領域が先端部21Aの中心軸付近(先端部21Aの平面21bが水平になったときにおける先端部21Aの中心軸付近)に及ぶことがなくなり、軸部22による対象物10の構造の破壊を抑制できる。また、実際のスプーンの先端を対象物10に差し込んだ場合と近似した状態を作り出すことができる。
上記実施例のように、プランジャ20の先端部21の形状として円板状のものを選択した場合、円板の直径は任意である。本発明者の実験によれば、少なくとも、直径25mm~45mmの範囲において、対象物10のすくい上げやすさを評価することが可能である。図4Aは、円板の直径が25mm、35mmおよび45mmの場合について、指標値を算出した結果を示すグラフを示している。このグラフの縦軸は、すくい上げやすさの指標値を示している。この指標値は、図3におけるグラフの原点と最大ピーク値L1をとる点を結ぶ線51Aの傾きに相当している。また、図4Aに示すグラフでは、対象物10として、寒天ゼリーを選択しており、それぞれの円板の直径において、対象物10の寒天の濃度を0.25%、0.38%および0.50%とした3種類の濃度に対する指標値を算出している。すなわち、図4Aにおいて、左方の3つの棒グラフの値が、円板の直径が25mmである場合の3種類の寒天の濃度における指標値を示している。同様に、中央の3つの棒グラフの値が、円板の直径が35mmである場合の3種類の寒天の濃度における指標値を示し、右方の3つの棒グラフの値が、円板の直径が45mmである場合の3種類の寒天の濃度における指標値を示している。なお、図4Aのグラフに示すエラーバーは、濃度0、38%および0.25%ではN=5であり、濃度0.5%ではN=2である。図4Aのグラフによれば、円板状のプランジャ20の先端部21の直径が25mm、35mmおよび45mmのいずれの場合でも、異なる濃度の寒天ゼリーに対するすくい上げやすさの指標値の順序は一定であり、濃度が0.5%>0.38%>0.25%の順となっている。したがって、少なくとも、当該直径が25mm~45mmの範囲では、対象物10のすくい上げやすさを適切に評価できることが示唆される。
対象物10として、例えば、増粘多糖類および水分を含有するゼリー状の食品が想定されるが、粘弾性を有する対象物はこれに限定されない。例えば、対象物10は、プリンや茶わん蒸しなどの他の食品であってもよい。また、対象物10として、食品以外の粘弾性を有するものを物性の評価対象とすることができる。
以上説明したように、本実施例によれば、対象物内に設置されたプランジャ20の先端部21を引き上げる際の対象物にかかる荷重を、プランジャ20の先端部21の移動距離と対応付けて取得し、取得された荷重に基づいて、対象物のすくい上げやすさに係る指標値を算出するので、対象物のすくい上げやすさを適切に評価することができる。また、荷重の最大ピーク値と、荷重が最大ピーク値をとるときのプランジャ20の先端部21の移動距離との比を指標値として算出することにより、素早く亀裂が入って所定の大きさに分割されうるような物性を対象物10が有しているか否かが判断できるため、対象物10のすくい上げやすさを適切に評価することができる。また、荷重が最大ピーク値をとった後、減少するまでのプランジャ20の先端部21の移動距離を指標値として算出することにより、対象物10が切れて適当な大きさに分割される物性を有するか否かが判断できるため、対象物10のすくい上げやすさを適切に評価することができる。
20 プランジャ
21 先端部
32 駆動機構
33 センサ
36 記憶部
Claims (4)
- 粘弾性を有する対象物の物性を測定する物性測定方法であって、
前記対象物内に設置されたプランジャの先端部を引っ張る際の前記対象物にかかる荷重を、前記プランジャの先端部の移動距離と対応付けて取得する荷重取得ステップと、
前記荷重取得ステップにより取得された前記荷重に基づいて、前記対象物のすくい上げ
やすさに係る指標値を算出する指標値算出ステップを備え、
前記指標値算出ステップでは、前記荷重取得ステップにおいて取得される前記荷重の最大ピーク値と、前記荷重が前記最大ピーク値をとるときの前記プランジャの先端部の移動距離と、の比を前記指標値として算出する、物性測定方法。 - 前記指標値算出ステップでは、前記荷重取得ステップにおいて取得される、前記荷重が最大ピーク値をとった後、減少するまでの前記プランジャの先端部の移動距離を前記指標値として算出する、請求項1に記載の物性測定方法。
- 前記指標値算出ステップでは、前記プランジャの前記先端部を一定速度で引き上げる、
請求項1~2のいずれか1項に記載の物性測定方法。 - 粘弾性を有する対象物の物性を測定する物性測定装置であって、
前記対象物内に設置されたプランジャの先端部を引っ張る方向に駆動する駆動機構と、
前記駆動機構を介して前記プランジャの先端部が駆動されている際の前記対象物にかかる荷重を計測するセンサと、
前記センサにより計測された前記荷重を前記プランジャの先端部の移動距離と対応付けて記憶する記憶部を備え、
前記プランジャの先端部の形状が円板状の物性測定装置。
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