JPH0376702B2 - - Google Patents
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Description
産業上の利用分野
本発明は、種々の液体物質及び半固体状物質の
経時的物性変化を、これら物質の状態を破壊する
ことなく、連続的に測定する方法に関する。 従来の技術とその問題点 従来、液体及び半固体状物質の物性値、例えば
粘性率の測定法としては、円筒や球体等を被測定
試料中で回転させる方法や試料中に球体を自由落
下させる方法等が行われている。 しかし、これらの方法では試料が半固体状であ
る場合には、測定に際して試料自体が破壊される
という本質的な欠点がある。例えば、加工処理の
過程で粘性が変化する加工食品では液体または半
固体のいずれの場合でもその粘性挙動の制御に細
心の注意を払う必要があるが、そのために粘性率
の測定に際して加工食品自体の内部構造が破壊さ
れることが多い。したがつて、このような内部構
造を破壊しながら測定した結果を解析して得られ
た物性値（例えば粘性率）は、上記破壊を全く伴
わないかまたは破壊速度の全く異なる加工食品の
粘性の変化の予測には役立たないことになる。 また、動粘性率の測定は毛細管動粘度計を用い
る方法により行われているが、この方法はいわば
静的な方法であるため動粘性率が経時的に変化す
る系では正確な測定ができず、測定可能な値の範
囲も精々１桁程度である。加うるに、被測定物質
の予想される動粘性率の値に応じて多数の毛細管
粘度計を用意する必要がある。 一方、物性測定の対象が生物組織などのように
その性状が経時的に変化する物質である場合、上
述したような破壊を伴う測定方法では該物質の或
る時点での物性状態を察知し得るにすぎず、その
経時的変化を予測することは到底不可能である。
すなわち、これらの物質の物性変化は実時間でか
つ連続的に測定しなければならないからである。
さらに、例えば、血栓の形成は剖検によるほか
に、電磁流量計を生体内に外科的に埋め込んで血
流量の変化から間接的に検出する試みもなされて
いたが、血栓形成の初期段階を感知することは検
出感度が不充分なため実際上困難であつた。 本発明者らは、さきにチーズ並びにヨーグルト
等の製造工程において原料乳の凝固状態を測定す
る方法として、乳の凝固工程において乳中に金属
細線を装入し、該金属細線に電流を断続的もしく
は連続的に通電しながら、凝固乳を外力により変
形させたりまたは切断破壊することなく、金属細
線の温度上昇巾を経時的に測定することにより、
乳の凝固状態の変化を判定する方法を開発した
（特開昭59−217162号公報）。 しかし、この方法では乳の凝固状態を測定し得
るけれども、物性変化が非常に大きな系もしくは
温度変化に非常に敏感な系、例えば生体系の物性
変化の測定に上記方法を適用する場合、上記金属
細線への通電による温度上昇に伴う被測定物質の
熱的破壊を生ずるという欠点があるため、上述し
た生体系の物性変化を測定するには実用的でな
い。なお、上記方法で乳の凝固を測定する場合で
も、通電による金属細線の過度の過熱による凝固
乳の離水現象がみられることがある。 問題点を解決するための手段 本発明は、上述したような現状に鑑みてなされ
たものであつて、乳のみならず、上記生体系も包
含する広範囲な種類の液体または半固体状物質の
物性変化を、これら物質本来の状態を力学的及び
熱的に破壊することなく、実時間でかつ連続的に
測定し得る方法を提供することを目的とする。 すなわち、本発明は、液体または半固体状物質
中に金属細線を装入し、金属細線の温度と上記物
質の温度との差が一定値を保つように、金属細線
に連続的もしくは断続的に電流を通じてその際の
電流値を測定し、該電流の測定値に基づいて上記
金属細線の表面における熱伝達率を算出すること
によつて、液体または半固体状物質の物性変化を
測定することにある。 発明の構成 以下に本発明を詳細に説明する。 本発明において物性変化を測定する対象物とし
ては、チーズ、ヨーグルト、豆腐、ゼリー、プリ
ン等のようなゲル状食品及び血液のような生体液
等が挙げられ、さらに、外部から観測できない場
合に注入した接着性樹脂（例えばエポキシ樹脂）
の固化状態、クリームのホイツプ状態、アイスミ
ツクスのホイツプ及び固化状態、クリームの搬送
パイプ中における固化状態等の判定にも本発明を
適用し得る。 本発明は、上述したような液体または半固体状
物質中に装入して固定した金属細線周囲における
自由対流熱伝達挙動、すなわち金属細線表面にお
ける熱伝達率α（Ｗ／m2・Ｋ）を直接測定するこ
とによつて、例えば粘性率η（Pa・ｓ）と密度ρ
（Kg／m3）の比で定義される動粘性率ν（m2／ｓ）
のような物性値が求められるという原理に基づい
ている。 一般に、物理量は密度で除することによつて温
度の影響が小さくなるので、温度依存性が大きい
粘性率に比べて動粘性率の温度依存性は相対的に
小さくなり、物性変化を一層的確かつ正当に把握
し得るようになる。 本発明では、被測定物質である液体または半固
体状物質とかかる物質中に装入した金属細線との
温度差から、金属細線表面における熱伝達率及び
上記物質の動粘性率を下記のようにして算出す
る。ここで用いる金属細線は0.03〜２mmの径を有
するものであつて、特に白金細線が好ましい。ま
た、操作上絶縁状態にすることが必要なときは、
細線の径の1/10以下の極めて薄い絶縁性被膜を施
したもの用いる。 まず、金属細線表面における熱伝達率αは、時
間（ｔ）に対する温度（θ）の変化率（∂θ／∂t）が ゼロの場合、フーリエの熱伝動方程式 （∂θ／∂t）＝a∂2θ 〔式中、ａは温度伝導率（m2／ｓ）を示す〕 の円柱座標系における解析解から下記式(1)が求め
られる。 α＝Ｗ・ｄ／４（θs−θ∝） (1) 〔式中、Ｗは金属細線における単位体積当りの発
熱量（Ｗ／m3）、ｄは金属細線の直径（ｍ）、θsは
金属細線表面の温度（Ｋ）、θ∝は流体の実測温
度（Ｋ）をそれぞれ示す〕 また、熱伝導率αは、金属細線表面と液体また
は半固体状物質との温度差Δθ（物理単位Ｋ）の間
に次式の関係がある。 α＝Ｑ／SΔθ ここで、金属細線の長さ（ｍ）をｌで示すと、 金属細線の発熱量Ｑ＝π（ｄ／２）2l・Ｗ 金属細線の表面積Ｓ≒πdlであるので、下記式
(2)で表わすことができ、上記式(1)と同一の関係に
ある。 α＝Ｗ・ｄ／4Δθ (2) したがつて、上記式(2)からＷ及びｄが既知であ
れば上記温度差Δθから熱伝達率が算出できる。 一方、金属細線、例えば白金細線をその物性値
について信頼し得る値が知られている蒸留水中に
固定して装入し、白金細線に種々の値の直流定電
流を通じて蒸留水と加熱された白金細線との温度
差Δθを測定すると、熱伝達率の無次元量である
ヌツセルト（Nusselt）数Nuと動粘性率の無次元
量であるグラスホツフ（Grashof）数Grとの関係
式、すなわち上記白金細線周囲における自由対流
熱伝達現象を一般的に下記式で表わされる。 Nu＝C1GrC2 (3) （式中C1とC2は定数を示す） Nu及びGrはまた下記式で表わされる。 Nu＝αd／λ (4) Gr＝d3gβΔθ／ν2 (5) 〔式中、λは流体の熱伝導率（Ｗ／mK）、ｇは
重力加速度（ｍ／s2）、βは体積膨張率（１／
Ｋ）、νは動粘性率（m2／ｓ）をそれぞれ示す〕 一方、金属細線の温度θw（℃）は下記式で表わ
される。 θw＝（Ｒ／R0−１）／αw (6) 〔式中、Ｒは金属細線の電気抵抗（Ω）、R0は金
属細線の０℃における電気抵抗（Ω）、αwは同細
線の電気抵抗の温度係数（１／Ｋ）をそれぞれ示
す〕 また、前記Ｗは下記式で表わされる。 Ｗ＝Ri2／π（ｄ／２）2l (7) 〔式中、ｉは金属細線の電流値を示す〕 したがつて、被測定物質の動粘性率νは上記式
(2)〜(7)より下記式で表わされる。 ν2＝d3gβ［R0（１＋αw・θw）i2／C1
πλdl］-1/C2Δθ1+1/C2(8) 上記式(8)において、ｄ、ｇ、R0、αw、ｌは一
定値でり、β、λは実質的に一定であり、近似的
に、動粘性率νはｉとΔθのみの関数として次式
(9)で表わされる。 ν2≒C3i-2/C2Δθ1∂∂＝（ｉ、Δθ） (9) （式中、C3は定数を示す） 上述した関係から、センサーとしての金属細線
と測定対象物質である液体または半固体状試料と
の温度差Δθが一定値に保持されていれば、上記
試料のβとλを常法により予め測定しておくこと
により、金属細線に通じた電流の値ｉを測定する
のみで前記式(9)から試料の動粘性率を直ちに求め
ることができる。 なお、金属細線の温度θwは該細線の両端にか
かる電圧Ｖを測定し、前記式(6)から導かれる下記
式により算出することができるので、 θw＝（Ｖ／iR0−１）／αw (10) たとえ、C3の値、すなわちβやλの値が未知
であつても、温度差Δθが一定であれば、前記式
(8)からν*＝ν／ν0とすれば ν*＝（ｉ／i0）-1/C2 （11） （式中、i0は金属細線における電流の初期値(A)を
示す） と表わされるので、動粘性率の相対変化ν*（−）
を求めることもできる。 発明の作用および効果 以上述べたように、液体や半固体状物質中に装
入した金属細線に、上記物質の温度と金属細線の
温度との差Δθが一定値を保つように電流を通じ
て加熱し、その電流値を測定することにより、こ
れら物質の物性変化を金属細線表面の熱伝達率の
変化として直接的に検知し得るようになる。すな
わち、上記物質の内部構造を力学的にも、また熱
的にも実質的に破壊することなく、実時間でかつ
連続的にその物性変化を経時的に測定できる。 したがつて、上記金属細線をセンサーとして、
例えば製造工程で動粘性の変化が品質上重要であ
るチーズ、ヨーグルト、豆腐、ゼリー、プリン等
のゲル状食品の自動化製造工程に本発明の測定方
法を適用することにより、これら食品の液体状態
から半固体状態への変化（例えば凝固速度）を経
時的に的確に把握し得るようになる。 これらのゲル状食品の製造においては、従来経
験的に適当なゲル化条件を設定し、それを製造上
の指標としていた。これに対し、自由対流熱伝達
の相似則を本発明による手順に従つて適用するこ
とにより、いわば状態量である熱伝達率から物理
量である動粘性率が算出し得るので、科学的に裏
付けられた最適のゲル化条件を設定できるように
なる。 さらに、本発明に従つて、上記熱伝達率の値の
変化自体を血液のような生体液の物性変化を検知
することも可能である。例えば血管内壁の“よご
れ”、すなわち血栓が形成されるとその表面状態
が変化し、その結果、熱伝達率が変化するからで
ある。特に、血栓形成のごとく初期にみられる血
小板細胞の付着の発生という肉眼的に確認し得な
い程度のよごれでも充分に検出できるようにな
る。 この場合、測定はin vitroのみでなくin vivo
でも被測定物質を非破壊的に実時間でかつ連続的
に行い得るので、従来のように対象生物固体を死
亡後もしくは屠殺後、剖検することなく、血管内
壁における血栓の形成状態を観測し得るようにな
る。 したがつて、本発明による測定方法は、人工血
管、人工心臓及びその材料の研究開発上有用であ
るといえる。 また、本発明は、上述したもののほかに、油脂
やバターの融点による分別、脂肪球の状態等の判
別、更には生体液も包含する各種液体及び半固体
状物質の内部構造の変化等も簡易な操作で連続的
にしかも的確に測定することが可能である。 以下に実施例を示して本発明を具体的に説明す
る。 実施例 １ 本例は脱脂乳の凝固工程における粘性上の変化
を測定した結果を示したものである。 金属細線１として直径0.1mm、長さ106mmの白金
細線（R0＝1.36965Ω、αw＝3.8166×10-31／Ｋ）
を内径50mmのステンレス製円筒形容器２内の軸芯
に固定した第１図に図示のセンサー３を、温度
4.4〜51.9℃の蒸留水中に浸漬し、0.5〜1.0Aの直
流定電流を流してヌツセルト数Nu及びグラスホ
ツフ数Grを測定した。その結果、高度に有意な
回帰式Nu＝1.21Gr0.221が得られ、前記式(3)にお
ける定数C1＝1.21及びC2＝0.221が得られた。 また、全固形分10％の還元脱脂乳（30℃、PH
6.59）中に、上記センサー３を固定して0.7Aの直
流定電流を流したところ、白金細線の温度は通電
開始後、直ちに平衡値36.94℃を示し、温度差Δθ
＝6.94Kを得た。さらに、常法によつて測定した
上記脱脂乳の体積膨張率β＝4.32×10-41／Ｋ及
び熱伝導率λ＝0.596W／mKから前記式(8)の係数
C3＝9.54×10-19を求め、式(9)にΔθ＝6.94K、ｉ＝
0.7A、C2＝0.221を代入して還元脱脂乳の動粘性
率νの計算値（1.04±0.31）×10-6m2／ｓとを得
た。この値は、別途毛細管粘度計を用いて求めた
実測値1.368×10-6m2／ｓと良く一致した。 次に、全固形分10％の還元脱脂乳中に上記セン
サー３を装入して固定し、脱脂乳試料に
40units／Kg及び200units／Kgの凝乳酵素レンネ
ツト〔EC3.4.23.4、純度約95％であつてlunit（約
17μｇ）は10の生乳（30℃）を１分間で凝固さ
せる活性を有する〕をそれぞれ添加し、30℃で２
時間それぞれ凝固処理し、上記白金細線と脱脂乳
試料の温度差Δθを6.94K（i0＝0.7A）に保持する
のに要した電流値ｉを測定し、この測定値を用い
て前記式（11）から凝固中の脱脂乳の動粘性率の
相対変化ν*の変化量を求め、その凝固変化を連続
的に判定した。 その結果、動粘性率の相対変化の値は添付の第
２図に示すように、それぞれ約5.5倍及び6.5倍に
増加したことが確認された。 本実施例から理解されるように、本発明による
と、凝固乳に外力を加えて変形させたりあるいは
凝固乳を切断破壊する必要がなく、更には白金細
線の通電による過度の加熱に伴う凝固乳の離水現
象もみられないので、乳の凝固中の粘性挙動を正
確かつ連続的に測定することが可能となる。 なお、第３図は上記センサー３を用いて凝固乳
の電流値を測定する装置を示している。図中、４
は試料としての脱脂乳、５は該試料を収容した恒
音槽、６は電流測定装置、７は制御装置、８は電
源、９は表示装置をそれぞれ示す。また、上記温
度差Δθは、別に白金抵抗温度計を用いて連続測
定した脱脂乳試料の温度と、前記式(10)より算出し
た白金細線の温度から求めた。 実施例 ２ 全固形分12.0±0.4％、脂肪率3.5±0.1％の生乳
に、乳酸菌スターター（酸度0.87、PH4.53）0.5wt
％、レンネツト0.0035wt％（約5units／Kg乳）を
添加して、31℃の温度で凝固させながら、実施例
１におけると同一のセンサーを用いて実施例１に
記載した同様な手順に従つて、凝固乳の比動粘性
率ν*を測定し、その際、熟練者の官能的な判定に
基づく凝固乳の最適な切断時期（凝固乳の最適な
粘性状態）と上記測定に基づく比動粘性率との関
係を４回にわたつて繰り返し調べた。 その結果、上記官能的に最適と判定されたカー
ド（凝固乳）の切断時期はレンネツト添加から約
60分後でり、その時の比動粘性率ν*の値は再現性
が良く、約9.2を示した。 したがつて、乳にレンネツト添加して凝固させ
る過程において、乳のν*値を本発明の方法に従つ
て連続的に測定し、その初期値１から次第に増加
して9.2に達した時点で凝固乳を切断することに
より、熟練者による官能的判定に依存することな
く、最適時期における凝固乳の切断を実施し得る
ようになつた。 因みに、凝固乳の切断時期によりその水分含量
は有意に変化するものであつて、例えばグリーン
チーズではその切断時期によりその水分含量は下
記表に示すように変化する。
経時的物性変化を、これら物質の状態を破壊する
ことなく、連続的に測定する方法に関する。 従来の技術とその問題点 従来、液体及び半固体状物質の物性値、例えば
粘性率の測定法としては、円筒や球体等を被測定
試料中で回転させる方法や試料中に球体を自由落
下させる方法等が行われている。 しかし、これらの方法では試料が半固体状であ
る場合には、測定に際して試料自体が破壊される
という本質的な欠点がある。例えば、加工処理の
過程で粘性が変化する加工食品では液体または半
固体のいずれの場合でもその粘性挙動の制御に細
心の注意を払う必要があるが、そのために粘性率
の測定に際して加工食品自体の内部構造が破壊さ
れることが多い。したがつて、このような内部構
造を破壊しながら測定した結果を解析して得られ
た物性値（例えば粘性率）は、上記破壊を全く伴
わないかまたは破壊速度の全く異なる加工食品の
粘性の変化の予測には役立たないことになる。 また、動粘性率の測定は毛細管動粘度計を用い
る方法により行われているが、この方法はいわば
静的な方法であるため動粘性率が経時的に変化す
る系では正確な測定ができず、測定可能な値の範
囲も精々１桁程度である。加うるに、被測定物質
の予想される動粘性率の値に応じて多数の毛細管
粘度計を用意する必要がある。 一方、物性測定の対象が生物組織などのように
その性状が経時的に変化する物質である場合、上
述したような破壊を伴う測定方法では該物質の或
る時点での物性状態を察知し得るにすぎず、その
経時的変化を予測することは到底不可能である。
すなわち、これらの物質の物性変化は実時間でか
つ連続的に測定しなければならないからである。
さらに、例えば、血栓の形成は剖検によるほか
に、電磁流量計を生体内に外科的に埋め込んで血
流量の変化から間接的に検出する試みもなされて
いたが、血栓形成の初期段階を感知することは検
出感度が不充分なため実際上困難であつた。 本発明者らは、さきにチーズ並びにヨーグルト
等の製造工程において原料乳の凝固状態を測定す
る方法として、乳の凝固工程において乳中に金属
細線を装入し、該金属細線に電流を断続的もしく
は連続的に通電しながら、凝固乳を外力により変
形させたりまたは切断破壊することなく、金属細
線の温度上昇巾を経時的に測定することにより、
乳の凝固状態の変化を判定する方法を開発した
（特開昭59−217162号公報）。 しかし、この方法では乳の凝固状態を測定し得
るけれども、物性変化が非常に大きな系もしくは
温度変化に非常に敏感な系、例えば生体系の物性
変化の測定に上記方法を適用する場合、上記金属
細線への通電による温度上昇に伴う被測定物質の
熱的破壊を生ずるという欠点があるため、上述し
た生体系の物性変化を測定するには実用的でな
い。なお、上記方法で乳の凝固を測定する場合で
も、通電による金属細線の過度の過熱による凝固
乳の離水現象がみられることがある。 問題点を解決するための手段 本発明は、上述したような現状に鑑みてなされ
たものであつて、乳のみならず、上記生体系も包
含する広範囲な種類の液体または半固体状物質の
物性変化を、これら物質本来の状態を力学的及び
熱的に破壊することなく、実時間でかつ連続的に
測定し得る方法を提供することを目的とする。 すなわち、本発明は、液体または半固体状物質
中に金属細線を装入し、金属細線の温度と上記物
質の温度との差が一定値を保つように、金属細線
に連続的もしくは断続的に電流を通じてその際の
電流値を測定し、該電流の測定値に基づいて上記
金属細線の表面における熱伝達率を算出すること
によつて、液体または半固体状物質の物性変化を
測定することにある。 発明の構成 以下に本発明を詳細に説明する。 本発明において物性変化を測定する対象物とし
ては、チーズ、ヨーグルト、豆腐、ゼリー、プリ
ン等のようなゲル状食品及び血液のような生体液
等が挙げられ、さらに、外部から観測できない場
合に注入した接着性樹脂（例えばエポキシ樹脂）
の固化状態、クリームのホイツプ状態、アイスミ
ツクスのホイツプ及び固化状態、クリームの搬送
パイプ中における固化状態等の判定にも本発明を
適用し得る。 本発明は、上述したような液体または半固体状
物質中に装入して固定した金属細線周囲における
自由対流熱伝達挙動、すなわち金属細線表面にお
ける熱伝達率α（Ｗ／m2・Ｋ）を直接測定するこ
とによつて、例えば粘性率η（Pa・ｓ）と密度ρ
（Kg／m3）の比で定義される動粘性率ν（m2／ｓ）
のような物性値が求められるという原理に基づい
ている。 一般に、物理量は密度で除することによつて温
度の影響が小さくなるので、温度依存性が大きい
粘性率に比べて動粘性率の温度依存性は相対的に
小さくなり、物性変化を一層的確かつ正当に把握
し得るようになる。 本発明では、被測定物質である液体または半固
体状物質とかかる物質中に装入した金属細線との
温度差から、金属細線表面における熱伝達率及び
上記物質の動粘性率を下記のようにして算出す
る。ここで用いる金属細線は0.03〜２mmの径を有
するものであつて、特に白金細線が好ましい。ま
た、操作上絶縁状態にすることが必要なときは、
細線の径の1/10以下の極めて薄い絶縁性被膜を施
したもの用いる。 まず、金属細線表面における熱伝達率αは、時
間（ｔ）に対する温度（θ）の変化率（∂θ／∂t）が ゼロの場合、フーリエの熱伝動方程式 （∂θ／∂t）＝a∂2θ 〔式中、ａは温度伝導率（m2／ｓ）を示す〕 の円柱座標系における解析解から下記式(1)が求め
られる。 α＝Ｗ・ｄ／４（θs−θ∝） (1) 〔式中、Ｗは金属細線における単位体積当りの発
熱量（Ｗ／m3）、ｄは金属細線の直径（ｍ）、θsは
金属細線表面の温度（Ｋ）、θ∝は流体の実測温
度（Ｋ）をそれぞれ示す〕 また、熱伝導率αは、金属細線表面と液体また
は半固体状物質との温度差Δθ（物理単位Ｋ）の間
に次式の関係がある。 α＝Ｑ／SΔθ ここで、金属細線の長さ（ｍ）をｌで示すと、 金属細線の発熱量Ｑ＝π（ｄ／２）2l・Ｗ 金属細線の表面積Ｓ≒πdlであるので、下記式
(2)で表わすことができ、上記式(1)と同一の関係に
ある。 α＝Ｗ・ｄ／4Δθ (2) したがつて、上記式(2)からＷ及びｄが既知であ
れば上記温度差Δθから熱伝達率が算出できる。 一方、金属細線、例えば白金細線をその物性値
について信頼し得る値が知られている蒸留水中に
固定して装入し、白金細線に種々の値の直流定電
流を通じて蒸留水と加熱された白金細線との温度
差Δθを測定すると、熱伝達率の無次元量である
ヌツセルト（Nusselt）数Nuと動粘性率の無次元
量であるグラスホツフ（Grashof）数Grとの関係
式、すなわち上記白金細線周囲における自由対流
熱伝達現象を一般的に下記式で表わされる。 Nu＝C1GrC2 (3) （式中C1とC2は定数を示す） Nu及びGrはまた下記式で表わされる。 Nu＝αd／λ (4) Gr＝d3gβΔθ／ν2 (5) 〔式中、λは流体の熱伝導率（Ｗ／mK）、ｇは
重力加速度（ｍ／s2）、βは体積膨張率（１／
Ｋ）、νは動粘性率（m2／ｓ）をそれぞれ示す〕 一方、金属細線の温度θw（℃）は下記式で表わ
される。 θw＝（Ｒ／R0−１）／αw (6) 〔式中、Ｒは金属細線の電気抵抗（Ω）、R0は金
属細線の０℃における電気抵抗（Ω）、αwは同細
線の電気抵抗の温度係数（１／Ｋ）をそれぞれ示
す〕 また、前記Ｗは下記式で表わされる。 Ｗ＝Ri2／π（ｄ／２）2l (7) 〔式中、ｉは金属細線の電流値を示す〕 したがつて、被測定物質の動粘性率νは上記式
(2)〜(7)より下記式で表わされる。 ν2＝d3gβ［R0（１＋αw・θw）i2／C1
πλdl］-1/C2Δθ1+1/C2(8) 上記式(8)において、ｄ、ｇ、R0、αw、ｌは一
定値でり、β、λは実質的に一定であり、近似的
に、動粘性率νはｉとΔθのみの関数として次式
(9)で表わされる。 ν2≒C3i-2/C2Δθ1∂∂＝（ｉ、Δθ） (9) （式中、C3は定数を示す） 上述した関係から、センサーとしての金属細線
と測定対象物質である液体または半固体状試料と
の温度差Δθが一定値に保持されていれば、上記
試料のβとλを常法により予め測定しておくこと
により、金属細線に通じた電流の値ｉを測定する
のみで前記式(9)から試料の動粘性率を直ちに求め
ることができる。 なお、金属細線の温度θwは該細線の両端にか
かる電圧Ｖを測定し、前記式(6)から導かれる下記
式により算出することができるので、 θw＝（Ｖ／iR0−１）／αw (10) たとえ、C3の値、すなわちβやλの値が未知
であつても、温度差Δθが一定であれば、前記式
(8)からν*＝ν／ν0とすれば ν*＝（ｉ／i0）-1/C2 （11） （式中、i0は金属細線における電流の初期値(A)を
示す） と表わされるので、動粘性率の相対変化ν*（−）
を求めることもできる。 発明の作用および効果 以上述べたように、液体や半固体状物質中に装
入した金属細線に、上記物質の温度と金属細線の
温度との差Δθが一定値を保つように電流を通じ
て加熱し、その電流値を測定することにより、こ
れら物質の物性変化を金属細線表面の熱伝達率の
変化として直接的に検知し得るようになる。すな
わち、上記物質の内部構造を力学的にも、また熱
的にも実質的に破壊することなく、実時間でかつ
連続的にその物性変化を経時的に測定できる。 したがつて、上記金属細線をセンサーとして、
例えば製造工程で動粘性の変化が品質上重要であ
るチーズ、ヨーグルト、豆腐、ゼリー、プリン等
のゲル状食品の自動化製造工程に本発明の測定方
法を適用することにより、これら食品の液体状態
から半固体状態への変化（例えば凝固速度）を経
時的に的確に把握し得るようになる。 これらのゲル状食品の製造においては、従来経
験的に適当なゲル化条件を設定し、それを製造上
の指標としていた。これに対し、自由対流熱伝達
の相似則を本発明による手順に従つて適用するこ
とにより、いわば状態量である熱伝達率から物理
量である動粘性率が算出し得るので、科学的に裏
付けられた最適のゲル化条件を設定できるように
なる。 さらに、本発明に従つて、上記熱伝達率の値の
変化自体を血液のような生体液の物性変化を検知
することも可能である。例えば血管内壁の“よご
れ”、すなわち血栓が形成されるとその表面状態
が変化し、その結果、熱伝達率が変化するからで
ある。特に、血栓形成のごとく初期にみられる血
小板細胞の付着の発生という肉眼的に確認し得な
い程度のよごれでも充分に検出できるようにな
る。 この場合、測定はin vitroのみでなくin vivo
でも被測定物質を非破壊的に実時間でかつ連続的
に行い得るので、従来のように対象生物固体を死
亡後もしくは屠殺後、剖検することなく、血管内
壁における血栓の形成状態を観測し得るようにな
る。 したがつて、本発明による測定方法は、人工血
管、人工心臓及びその材料の研究開発上有用であ
るといえる。 また、本発明は、上述したもののほかに、油脂
やバターの融点による分別、脂肪球の状態等の判
別、更には生体液も包含する各種液体及び半固体
状物質の内部構造の変化等も簡易な操作で連続的
にしかも的確に測定することが可能である。 以下に実施例を示して本発明を具体的に説明す
る。 実施例 １ 本例は脱脂乳の凝固工程における粘性上の変化
を測定した結果を示したものである。 金属細線１として直径0.1mm、長さ106mmの白金
細線（R0＝1.36965Ω、αw＝3.8166×10-31／Ｋ）
を内径50mmのステンレス製円筒形容器２内の軸芯
に固定した第１図に図示のセンサー３を、温度
4.4〜51.9℃の蒸留水中に浸漬し、0.5〜1.0Aの直
流定電流を流してヌツセルト数Nu及びグラスホ
ツフ数Grを測定した。その結果、高度に有意な
回帰式Nu＝1.21Gr0.221が得られ、前記式(3)にお
ける定数C1＝1.21及びC2＝0.221が得られた。 また、全固形分10％の還元脱脂乳（30℃、PH
6.59）中に、上記センサー３を固定して0.7Aの直
流定電流を流したところ、白金細線の温度は通電
開始後、直ちに平衡値36.94℃を示し、温度差Δθ
＝6.94Kを得た。さらに、常法によつて測定した
上記脱脂乳の体積膨張率β＝4.32×10-41／Ｋ及
び熱伝導率λ＝0.596W／mKから前記式(8)の係数
C3＝9.54×10-19を求め、式(9)にΔθ＝6.94K、ｉ＝
0.7A、C2＝0.221を代入して還元脱脂乳の動粘性
率νの計算値（1.04±0.31）×10-6m2／ｓとを得
た。この値は、別途毛細管粘度計を用いて求めた
実測値1.368×10-6m2／ｓと良く一致した。 次に、全固形分10％の還元脱脂乳中に上記セン
サー３を装入して固定し、脱脂乳試料に
40units／Kg及び200units／Kgの凝乳酵素レンネ
ツト〔EC3.4.23.4、純度約95％であつてlunit（約
17μｇ）は10の生乳（30℃）を１分間で凝固さ
せる活性を有する〕をそれぞれ添加し、30℃で２
時間それぞれ凝固処理し、上記白金細線と脱脂乳
試料の温度差Δθを6.94K（i0＝0.7A）に保持する
のに要した電流値ｉを測定し、この測定値を用い
て前記式（11）から凝固中の脱脂乳の動粘性率の
相対変化ν*の変化量を求め、その凝固変化を連続
的に判定した。 その結果、動粘性率の相対変化の値は添付の第
２図に示すように、それぞれ約5.5倍及び6.5倍に
増加したことが確認された。 本実施例から理解されるように、本発明による
と、凝固乳に外力を加えて変形させたりあるいは
凝固乳を切断破壊する必要がなく、更には白金細
線の通電による過度の加熱に伴う凝固乳の離水現
象もみられないので、乳の凝固中の粘性挙動を正
確かつ連続的に測定することが可能となる。 なお、第３図は上記センサー３を用いて凝固乳
の電流値を測定する装置を示している。図中、４
は試料としての脱脂乳、５は該試料を収容した恒
音槽、６は電流測定装置、７は制御装置、８は電
源、９は表示装置をそれぞれ示す。また、上記温
度差Δθは、別に白金抵抗温度計を用いて連続測
定した脱脂乳試料の温度と、前記式(10)より算出し
た白金細線の温度から求めた。 実施例 ２ 全固形分12.0±0.4％、脂肪率3.5±0.1％の生乳
に、乳酸菌スターター（酸度0.87、PH4.53）0.5wt
％、レンネツト0.0035wt％（約5units／Kg乳）を
添加して、31℃の温度で凝固させながら、実施例
１におけると同一のセンサーを用いて実施例１に
記載した同様な手順に従つて、凝固乳の比動粘性
率ν*を測定し、その際、熟練者の官能的な判定に
基づく凝固乳の最適な切断時期（凝固乳の最適な
粘性状態）と上記測定に基づく比動粘性率との関
係を４回にわたつて繰り返し調べた。 その結果、上記官能的に最適と判定されたカー
ド（凝固乳）の切断時期はレンネツト添加から約
60分後でり、その時の比動粘性率ν*の値は再現性
が良く、約9.2を示した。 したがつて、乳にレンネツト添加して凝固させ
る過程において、乳のν*値を本発明の方法に従つ
て連続的に測定し、その初期値１から次第に増加
して9.2に達した時点で凝固乳を切断することに
より、熟練者による官能的判定に依存することな
く、最適時期における凝固乳の切断を実施し得る
ようになつた。 因みに、凝固乳の切断時期によりその水分含量
は有意に変化するものであつて、例えばグリーン
チーズではその切断時期によりその水分含量は下
記表に示すように変化する。
【表】
一般に、グリーンチーズ中の水分が多過ぎる
と、熟成中に雑菌が成長したり、熟成速度が速く
なり過ぎ、また、反対に水分量が少な過ぎると、
熟成の進行が阻害される。いずれの場合も、チー
ズの最終品質が劣化するものであるから、凝固乳
の最適な切断時期を検出することは、常に一定か
つ高い品質のチーズを製造するうえで極めて重要
なことである。 したがつて、本発明の方法を適用することによ
り、高品質なチーズを安定に製造することが可能
となり、さらに、従来用いられている上部が開放
されているチーズパツトに変えて、密閉された大
型パツトを用いて工程を自動化することも可能と
なる。
と、熟成中に雑菌が成長したり、熟成速度が速く
なり過ぎ、また、反対に水分量が少な過ぎると、
熟成の進行が阻害される。いずれの場合も、チー
ズの最終品質が劣化するものであるから、凝固乳
の最適な切断時期を検出することは、常に一定か
つ高い品質のチーズを製造するうえで極めて重要
なことである。 したがつて、本発明の方法を適用することによ
り、高品質なチーズを安定に製造することが可能
となり、さらに、従来用いられている上部が開放
されているチーズパツトに変えて、密閉された大
型パツトを用いて工程を自動化することも可能と
なる。
第１図は本発明で用いる金属細線を組み込んだ
センサーを示し、第２図は本発明により求められ
る脱脂乳の動粘性率の相対変化とレンネツト処理
時間との関係を示し、第３図は本発明で用いた測
定装置の概略図を示したものである。 （符号の説明）、１……金属細線、２……ステ
ンレス製円筒、３……センサー、４……試料、５
……恒温槽、６……電流測定装置。
センサーを示し、第２図は本発明により求められ
る脱脂乳の動粘性率の相対変化とレンネツト処理
時間との関係を示し、第３図は本発明で用いた測
定装置の概略図を示したものである。 （符号の説明）、１……金属細線、２……ステ
ンレス製円筒、３……センサー、４……試料、５
……恒温槽、６……電流測定装置。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 液体または半固体状物質中に金属細線を装入
し、金属細線の温度と上記物質の温度との差が一
定値を保つように、金属細線に連続的もしくは断
続的に電流を通じてその際の電流値を測定し、該
電流の測定値に基づいて上記金属細線の表面にお
ける熱伝達率を算出することを特徴とする液体ま
たは半固体状物質の物性変化の測定方法。 ２ 半固体状物質がゲル形態の食品であつて、そ
の物性変化として動粘性率の変化を測定する特許
請求の範囲第１項記載の測定方法。 ３ 金属細線が白金細線である特許請求の範囲第
１項又は第２項記載の測定方法。 ４ 金属細線が絶縁性の薄膜で被覆されている特
許請求の範囲第１項乃至第３項のいずれか１つに
記載の測定方法。 ５ 電流が直流である特許請求の範囲第１項乃至
第４項のいずれか１つに記載の測定方法。
Priority Applications (6)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59007334A JPS60152943A (ja) | 1984-01-20 | 1984-01-20 | 液体または半固体状物質の物性変化の測定方法 |
| DK016785A DK165306C (da) | 1984-01-20 | 1985-01-14 | Fremgangsmaade til maaling af aendringer i en fysisk egenskab for vaesker og halvfaste materialer |
| EP85300348A EP0150111B1 (en) | 1984-01-20 | 1985-01-18 | Method for measuring changes in a physical property of liquid and semisolid materials |
| DE8585300348T DE3570759D1 (en) | 1984-01-20 | 1985-01-18 | Method for measuring changes in a physical property of liquid and semisolid materials |
| US06/693,012 US4578988A (en) | 1984-01-20 | 1985-01-18 | Method for measuring changes in a physical property of liquid and semisolid materials |
| AU45904/85A AU583838B2 (en) | 1984-01-20 | 1985-08-08 | Method for measuring changes in a physical property of liquid and semisolid materials |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59007334A JPS60152943A (ja) | 1984-01-20 | 1984-01-20 | 液体または半固体状物質の物性変化の測定方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS60152943A JPS60152943A (ja) | 1985-08-12 |
| JPH0376702B2 true JPH0376702B2 (ja) | 1991-12-06 |
Family
ID=11663048
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP59007334A Granted JPS60152943A (ja) | 1984-01-20 | 1984-01-20 | 液体または半固体状物質の物性変化の測定方法 |
Country Status (6)
| Country | Link |
|---|---|
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| EP (1) | EP0150111B1 (ja) |
| JP (1) | JPS60152943A (ja) |
| AU (1) | AU583838B2 (ja) |
| DE (1) | DE3570759D1 (ja) |
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Families Citing this family (22)
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|---|---|---|---|---|
| JPS6256849A (ja) * | 1985-09-06 | 1987-03-12 | Snow Brand Milk Prod Co Ltd | 通電加熱法に用いられるセンサ− |
| JPS62185146A (ja) * | 1986-02-12 | 1987-08-13 | Snow Brand Milk Prod Co Ltd | 流体の状態の計測方法 |
| JPS63115043A (ja) * | 1986-10-31 | 1988-05-19 | Nec Corp | 非定常細線法による熱拡散率測定法 |
| JPS63115042A (ja) * | 1986-10-31 | 1988-05-19 | Nec Corp | 熱拡散率測定法 |
| JPH0690162B2 (ja) * | 1987-03-04 | 1994-11-14 | 雪印乳業株式会社 | 通電加熱法に用いられるセンサ− |
| US4995731A (en) * | 1987-03-03 | 1991-02-26 | Snow Brand Milk Products Co., Ltd. | Method for measuring heat transfer coefficient and sensor including heat transfer element and thermal insulation element |
| JPS63214654A (ja) * | 1987-03-03 | 1988-09-07 | Snow Brand Milk Prod Co Ltd | 熱伝達率の測定方法 |
| JPH0623700B2 (ja) * | 1987-03-06 | 1994-03-30 | 雪印乳業株式会社 | 通電加熱法に用いられるセンサ−の表面温度の測定方法 |
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