JPWO2005114136A1

JPWO2005114136A1 - 食品の食感測定装置

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Publication number: JPWO2005114136A1
Application number: JP2006513669A
Authority: JP
Inventors: 櫻井　直樹; 直樹櫻井
Original assignee: Hiroshima University NUC
Current assignee: Hiroshima University NUC
Priority date: 2004-05-21
Filing date: 2005-02-18
Publication date: 2008-03-27
Anticipated expiration: 2025-02-18
Also published as: US7802477B2; US20080092674A1; JP4280836B2; WO2005114136A1

Abstract

〔解決手段〕測定すべき食品に所定の挿入速度でプローブを挿入し、その際に発生する振動を圧電素子で取得する。次いで、前記振動を表示し、得られた信号強度から、前記プローブの前記挿入速度に基づく単位時間当たりのパルス数を算出し、前記食品の食感を前記パルス数で定量的に規定する。

Description

本発明は、食品の食感測定方法及び食品の食感測定装置に関する。

人は、味、香りおよび色といった多くの要素を基準として食物や農産物の嗜好的判断を行うが、その中で食感は、特に重要な要素である。このような食感は、食物の力学特性（弾性や粘性）に由来している。従って、食物の弾性や粘性を測定すれば、このような食感を定量化することが考えられる。麺類やパスタなどでは、麺などの被試験体を押し圧治具で一定距離押し圧した後、被試験体が押し圧治具に与える応力（反発力）を零にする位置まで押し圧治具を戻したときの距離と押し圧加重の関係から被試験体が有する反発エネルギーを計算し、習慣的に使われていた「ねばり」や「腰の強さ」という食感を定量的に測定している（例えば特許文献１を参照。）。

ところが、食感には、「ねばり」や「腰」だけでなく、様々な種類がある。例えば農産物において、新鮮なキウリやセロリなどを咀嚼した際の「シャキシャキ」とした食感や、食べ頃になったセイヨウナシの「トロリ」とした食感は、我々の嗜好を大いにそそるものである。これらの食感は、従来のレオメーターなどの機械力学的な測定では表現できず、もっぱら人による官能検査により評価されている。

また、近年、クッキーやスナック菓子などの乾いた多孔質性をもつ食品において、「パリパリ感」であるクリスプネス(Crispness)を測定するために、これらの食品の破断曲線を測定し、その周波数領解析を行うことで所定の周波数領域での破断エネルギーを求め、それをクリスプネスの指標として定量化している（例えば特許文献２参照。）。

特開平１１−１９０６８８号公報（第２−３頁、第１図）

特開２００１−１３３３７４号公報（第２−４頁、第３図）

官能検査を利用して正確に食品の評価を行うためには、熟練した技術を持つ複数の試験者を必要とする。ワインや煙草といった高度な嗜好を要求される商品では、このような熟練した試験者が養成されているが、セロリやキウリなどの安価な農産物では、このような熟練者の養成は行われておらず、都度、非熟練の試験者を募り、予め定めた官能検査表に基づき、食感判定をしている。そのため、判定結果のばらつきが大きく、しかも官能試験の際の試験者は同一ではない場合が多いため、過去の測定結果と現在の測定結果とを正確に比較することは困難である。

また、特許文献２に記載されているような被試験体を破壊するときに生じる破断曲線を用いる方法では、測定対象物は水分含有量が数％以下の乾いた多孔性食品に限られ、キウリやレタスなど水分を多く含む食材に適用した場合には、破断曲線がその食感と必ずしも有意な相関が得られないと言う問題を有する。

本発明は、水分含有量の多少に拘らず、食品の「シャキシャキ感」などの食感を正確に定量化することを目的とする。

上記目的を達成すべく、本発明は、
測定すべき食品に所定の挿入速度でプローブを挿入し、その際に発生する振動を取得する工程と、
前記振動の信号強度から、前記プローブの前記挿入速度に基づく単位時間当たりのパルス数を算出し、前記食品の食感を前記パルス数で定量的に規定する工程と、
を具えることを特徴とする、食品の食感測定方法に関する。

また、本発明は、
測定すべき食品に所定の挿入速度で挿入し、所定の振動を発生させるためのプローブと、
前記振動を取得するための振動取得手段とを具え、
前記振動の信号強度から、前記プローブの前記挿入速度に基づく単位時間当たりのパルス数を算出し、前記食品の食感を前記パルス数で定量的に規定するように構成したことを特徴とする、食品の食感測定装置に関する。

本発明者らは、食品に対してプローブを挿入した際に得られる振動の信号強度において、所定の時間間隔で複数のパルスが形成され、このようなパルスは前記プローブを指などで触った際にも生じることから、前記パルスは、前記プローブが前記食品中の何らかの物質に接触した際に形成されるものであることを見出した。すなわち、前記パルスは、前記プローブを前記食品に対して挿入する間に、前記プローブが前記食品中の細胞や繊維に次々の接触し、破壊した結果得られるものであることを見出した。

一方、前記パルスの出現頻度は、食品の種類やプローブの形状及び大きさなどによって異なるが、使用するプローブを特定し、食品毎のパルスの出現頻度、すなわちパルス数を計測するようにすれば、前記食品の食感は前記食品の細胞及び繊維などの大きさや、これらの密度などにおおまかに比例することから、前記パルス数によって食品毎の食感を定量できることを見出した。

このように、本発明によれば、食品の食感と相関のある前記食品の細胞及び繊維などの大きさや密度などを、前記食品に対してプローブを挿入することによって得た振動の信号強度のパルス数から計測し、前記食品の食感を定量するようにしている。したがって、前記食品の水分含有量の多少に拘らず、前記食品の「シャキシャキ感」などの食感を正確に定量化することができる。

本発明の食品の食感測定装置の一例を示す構成図である。本発明の食品の食感測定方法において得る振動の信号強度の一例を示すグラフである。本発明の食品の食感測定方法において得る振動の、電源ノイズを含む信号強度の一例を示すグラフである。図３に示す信号強度からフィルタリング処理によって電源ノイズを除去した後の信号強度の一例を示すグラフである。本発明の食品の食感測定方法において得る積分信号の一例を示すグラフである。本発明の方法及び装置によって得た食感値と、評価者の食感値との相関を示すグラフである。

以下、本発明の詳細、並びにその他の特徴及び利点について、最良の形態に基づいて詳細に説明する。

図１は、本発明の食品の食感測定装置の一例を示す構成図である。図１に示す食品の食感測定装置１０は、注射器１１と、この注射器１１の内管１１Ａの先端部に設けられた、側面に溝部１２Ａを有するプローブ１２と、注射器１１及びプローブ１２間に設けられた圧電素子１３とを具えている。また、注射器１１の後方には水槽１５が設けられており、水槽１５中の水をポンプ１６を介して注射器１１内に送り込み、注射器１１の内管１１Ａを外管１１Ｂに対して前記水の圧力によって下降させ、プローブ１２を食品Ｓ中に挿入できるように構成されている。また、プローブ１２の食品Ｓに対する挿入によって得た振動に対して、以下に詳述するような解析処理を行うためのコンピュータ１４が設けられている。

なお、プローブ１２の形状は、円柱又は多角形の断面を有する角柱などから構成することができる。その他、プローブ１２は、円錐、三角錐、及び四角錘などの部材から構成することもできる。また、その大きさは、以下に示す食感測定方法において、食感を測定すべき食品の種類などに応じて十分な大きさの振動が得られ、パルス数の計測を実行あらしめて、前記食品の食感を正確に測定できるように設定する。

また、プローブ１２の側面に設けた溝部１２Ａは、前記同様に、食感を測定すべき食品の種類などに応じて十分な大きさの振動が得られ、パルス数の計測を実行あらしめて、前記食品の食感を正確に測定できるように設けられているものであり、図示のように側面の全体に設けることもできるが、前記側面の一部に設けることもできるし、前記溝部を全く設けないようにすることもできる。

但し、水分量の多い食品の食感を測定するに際しては、プローブ１２の側面に溝部を設けないと、十分な大きさの振動を得ることができずに、正確な食感の測定ができない場合があるので、このような場合において、プローブ１２の側面の少なくとも一部に溝部を設けることが好ましい。

次に、図１に示す装置１０を用いた食品の食感測定方法について説明する。最初に、水槽１５からポンプ１６によって注射器１１内に水を送り込み、先端部においてプローブ１２が取り付けられた内管１１Ａを下降させ、食品Ｓ中に挿入させる。このときの挿入速度は特に限定されるものではないが、好ましくは１０ｍｍ／分〜２４０００ｍｍ／分に設定する。この場合、食品Ｓ中の水分の多少に拘わらず、十分な大きさの振動を得ることができ、正確なパルス数の計測を経て十分正確な食感の測定を行うことができるようになる。なお、前記２４０００ｍｍ／分なる上限値は、おおよそ人間の噛む速度の上限に対応するものである。

プローブ１２を食品Ｓ中に挿入させると、プローブ１２が食品Ｓ中の細胞や繊維などと接触し、あるいはそれらを破壊することによって、プローブ１２が振動するようになる。本発明においては、このような振動を圧電素子１３によって取得し、電気信号に変換した後、コンピュータ１４に送信する。

コンピュータ１４においては、前記振動に関する前記電気信号から、前記振動を図２に示すように表示する。なお、図２は、前記振動の信号強度の一部を抽出して示している。図２に示した振動の信号強度においては、丸で囲った減衰振動が上述したプローブ１２の食品Ｓ中への挿入による前記細胞及び前記繊維などとの一回の接触又は破壊などによって生じた振動に相当する。

一方、食品Ｓの食感は食品Ｓの細胞及び繊維などの大きさや、これらの密度などにおおまかに比例することから、前記減衰振動を１パルスとし、前記振動の前記信号強度における単位時間当たりのパルス数を計測することにより、食品Ｓの食感を前記パルス数によって定量することができるようになる。

但し、同じような食感であっても、食品の種類によって得られるパルス数が異なる場合があるので、好ましくは食品毎に食感とパルス数との相関をとり、この相関に基づいて、食品毎にパルス数から食感を定量することが好ましい。

なお、実際の食感測定においては、圧電素子１３からの前記電気信号中には、食品Ｓの食感に関する情報以外の情報が重畳している場合があるので、前記電気信号をコンピュータ１４中に取り込む際には、フィルタリング処理をし、前記食感に関する情報のみを上述したように表示することが好ましい。このフィルタリング処理によれば、図３に示すような電源ノイズが重畳された信号強度から、前記電源ノイズを除去した図４に示すような食感に関する情報のみを得るようにすることができる。

また、食品Ｓの種類、並びにプローブ１２の形状及び大きさなどによって、食品Ｓの前記食感に関する情報の周波数帯域が異なるようになるので、前記フィルタリング処理においては、前記食感に関する情報のみをフィルタリングするようにする。

パルス数を計測するための基準となる前記単位時間は特に限定されるものではないが、好ましくは、１００μｍ／プローブ１２の挿入速度以上とする。例えば水分を多量に含む果実などの食品においては、細胞の平均的な大きさが約１００μｍであるので、前記大きさをプローブ１２の挿入速度で除した時間よりも前記単位時間が短い場合は、プローブ１２が食品中の細胞などに接触し、あるいは破壊したりせずに、結果として食感を規定すべき図２に示すような振動の信号強度における前記減衰振動を計測できない場合がある。

しかしながら、上述したように、プローブ１２の好ましい挿入速度が１０ｍｍ／分〜２４０００ｍｍ／分であり、この場合１００μｍ／プローブ１２の挿入速度＝２．５×１０^−４〜０．６秒となることから、本発明においては、特に単位時間を１秒とし、１秒間における前記パルス数を計測するようにすれば、食品の食感を前記パルス数で十分に定量できるようになる。

なお、本発明の好ましい態様においては、図２に示すような振動の信号強度から減衰振動としてのパルス数を直接的に計測することもできるが、以下に示すような解析処理を施した後、パルス数を計測するようにすることもできる。

最初に、図２に示す信号強度を、その振幅強度において二乗するとともに、得られた信号強度を前記減衰振動の時間幅で積分し、図５に示すような時間対積分信号のグラフを得る。図５では前記減衰振動に起因したピークの他に、前記減衰振動以外の振動に起因したピークも出現するので、図５に示すように、所定の閾値を設定することによって、前記減衰振動に起因したピークのみを選別するようにし、このピーク数を計測することによって、前記減衰振動に関する前記パルスの数を計測できるようになる。したがって、前記ピーク数を計測することによって食品Ｓの食感を定量できるようになる。

なお、前記減衰振動に起因した前記ピークの大きさは、プローブ１２が食品中の細胞や繊維などと接触又は破壊した際に要したエネルギーに相当する。したがって、前記減衰振動に起因した複数のピークを得、これらを平均化することによって、前記食品の硬さを定量することができるようになる。また、食品の種類によって、同じような硬さであっても得られるピークエネルギーに差が生じるので、好ましくは食品毎に食感とピークエネルギーとの相関をとり、この相関に基づいて、食品毎にピークエネルギーから食品の硬さを定量することが好ましい。

上述した本発明の食感測定装置及び食感測定方法を用いて、カキの食感試験を実施した。なお、プローブの挿入時間は５秒とし、前半の２．５秒間及び後半の２．５秒間の２回に分けて食感試験を実施した。また、プローブの挿入によって生じた減衰振動に起因したパルス数の計測は、上述した好ましい態様に従って、積分信号のピーク数を計測することによって代用した。さらに、前記食感試験における前記カキの食感、具体的にはシャキシャキ感の定量化を正当化づけるべく、実際の試験者による食感、すなわちシャキシャキ感との相関を採った。

試験者による食感の評価は、男女３人づつが試験に使用したカキのプローブ挿入部分を食べ、その硬さによって１レベルから５レベルまでにスコア化した。なお、レベル数が増大するにつれて、前記カキの硬さが増大することを意味しており、シャキシャキ感が増大することを示している。

図６は、本発明にカキの食感試験と評価者による食感試験との相関を示すグラフである。プローブ挿入の前半及び後半いずれの場合においても、本発明による食感試験と評価者による食感試験とは高い相関を示していることが分かる。すなわち、カキのシャキシャキ感に関する食感は、本発明に従って、前記プローブをカキ中に挿入することによって得た減衰振動に起因したパルス数を計測することによって、定量化できることが判明した。

なお、本実施例においては特に明示していないが、メロンなどの極めて水分を多量に含む食品の食感に対しても、プローブ挿入による振動に起因したパルス数を計測することによって、定量化できることが判明した。

以上、具体例を挙げながら発明の実施の形態に基づいて本発明を詳細に説明してきたが、本発明は上記内容に限定されるものではなく、本発明の範疇を逸脱しない限りにおいてあらゆる変形や変更が可能である。

Claims

測定すべき食品に所定の挿入速度でプローブを挿入し、その際に発生する振動を取得する工程と、
前記振動の信号強度から、前記プローブの前記挿入速度に基づく単位時間当たりのパルス数を算出し、前記食品の食感を前記パルス数で定量的に規定する工程と、
を具えることを特徴とする、食品の食感測定方法。
前記単位時間は、１００μｍ／前記挿入速度以上の大きさに設定することを特徴とする、請求項１に記載の食品の食感測定方法。
前記単位時間は１秒であることを特徴とする、請求項２に記載の食品の食感測定方法。
前記プローブの前記挿入速度は、１０ｍｍ／分〜２４０００ｍｍ／分であることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一に記載の食品の食感測定方法。
前記パルス数の算出は、前記信号強度を二乗するとともに、得られた信号強度を前記振動の時間幅で積分し、時間対積分信号のグラフを得る工程と、
前記積分信号に対して所定の閾値を設定し、前記積分信号の、前記閾値を超えるピーク数を算出し、このピーク数をもって前記パルス数とする工程と、
を具えることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一に記載の食品の食感測定方法。
前記振動の前記信号強度は、前記プローブの挿入によって得た振動を所定の周波数帯域でフィルタリングして得ることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか一に記載の食品の食感測定方法。
前記振動の前記信号強度は、前記プローブに隣接して設けた機械的電気信号変換素子によって取得することを特徴とする、請求項１〜６のいずれか一に記載の食品の食感測定方法。
前記積分信号における、前記閾値を超える前記ピークのエネルギー値から、前記食品の硬さを定量する工程を具えることを特徴とする、請求項５〜７のいずれか一に記載の食品の食感測定方法。
前記プローブは、円柱または多角形の断面を持つ角柱であり、その側面の一部あるいは全てに、溝部を有することを特徴とする、請求項１〜８のいずれか一に記載の食品の食感測定方法。
前記プローブは、円柱または多角形の断面を持つ角柱であり、その側面において溝部を全く有しないことを特徴とする、請求項１〜９のいずれか一に記載の食品の食感測定装置。
前記食品の食感は、前記食品のシャキシャキ感であることを特徴とする、請求項１〜１０のいずれか一に記載の食品の食感測定方法。
測定すべき食品に所定の挿入速度で挿入し、所定の振動を発生させるためのプローブと、
前記振動を取得するための振動取得手段とを具え、
前記振動の信号強度から、前記プローブの前記挿入速度に基づく単位時間当たりのパルス数を算出し、前記食品の食感を前記パルス数で定量的に規定するように構成したことを特徴とする、食品の食感測定装置。
前記単位時間は、１００μｍ／前記挿入速度以上の大きさに設定したことを特徴とする、請求項１２に記載の食品の食感測定装置。
前記単位時間は１秒に設定したことを特徴とする、請求項１３に記載の食品の食感測定装置。
前記プローブの前記挿入速度は、１０ｍｍ／分〜２４０００ｍｍ／分としたことを特徴とする、請求項１２〜１４のいずれか一に記載の食品の食感測定装置。
前記パルス数の算出は、前記信号強度を二乗するとともに、得られた信号強度を前記振動の時間幅で積分し、時間対積分信号のグラフを得、前記積分信号に対して所定の閾値を設定し、前記積分信号の、前記閾値を超えるピーク数を算出し、このピーク数をもって前記パルス数とすることを特徴とする、請求項１２〜１５のいずれか一に記載の食品の食感測定装置。
前記振動の前記信号強度は、前記プローブの挿入によって得た振動を所定の周波数帯域でフィルタリングして得るようにしたことを特徴とする、請求項１２〜１６のいずれか一に記載の食品の食感測定装置。
前記振動取得手段は、前記プローブに隣接して設けた機械的電気信号変換素子であることを特徴とする、請求項１２〜１７のいずれか一に記載の食品の食感測定装置。
前記積分信号における、前記閾値を超える前記ピークのエネルギー値から、前記食品の硬さを定量するようにしたことを特徴とする、請求項１２〜１８のいずれか一に記載の食品の食感測定装置。
前記プローブは、円柱または多角形の断面を持つ角柱であり、その側面の一部あるいは全てに、溝部を有することを特徴とする、請求項１２〜１９のいずれか一に記載の食品の食感測定装置。
前記プローブは、円柱または多角形の断面を持つ角柱であり、その側面において溝部を全く有しないことを特徴とする、請求項１２〜１９のいずれか一に記載の食品の食感測定装置。
前記食品の食感は、前記食品のシャキシャキ感であることを特徴とする、請求項１２〜２１のいずれか一に記載の食品の食感測定装置。