TW201719166A - 推斷進食與下嚥時之食物團塊動作或是口感的測量裝置及方法 - Google Patents

推斷進食與下嚥時之食物團塊動作或是口感的測量裝置及方法 Download PDF

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Abstract

本發明之課題，是在於可以精度良好、且簡易地對模擬各式各樣食品在下嚥時之食物團塊的動態物性進行測量、評估、定量之裝置的開發、以及從使用上述裝置取得動態物性來推斷口感的推斷方法。本發明之裝置，是用以模擬地重現食物團塊的下嚥狀態，並測量作為模擬性食物團塊之試料的運動及形狀的測量裝置，係具備：具有傾斜面的傾斜板、將試料供給至傾斜面上的供給部(a)、用以檢測從供給部(a)朝向傾斜面上被供給之試料的供給感測器(c)、用以檢測流下在傾斜面上之預定地點之試料的到達感測器(d、f)、用以記錄各感測器之輸出的資料自動記錄器(i)、用以從傾斜面的上方對流下在傾斜面上的試料進行攝像而產生上面影像的上面攝像機(h)、用以從傾斜面的側面對流下在傾斜面上的試料進行攝像而產生側面影像的側面攝像機(g)、以及對使用資料自動記錄器(i)的輸出、側面影像、和上面影像之至少一個來表示流下在傾斜面上之試料狀態的狀態參數進行演算的演算部。

Description

推斷進食與下嚥時之食物團塊動作或是口感的測量裝置及方法
本發明，是關於測量用以推斷進食或下嚥時之食物團塊動作或口感之特性的裝置。又，本發明，是關於利用裝置所實現的擬似下嚥現象而取得動態特性的方法。
日本人的死因第三名是肺炎，高齡者的肺炎有90%以上被認為是誤嚥性的肺炎。高齡者在罹患肺炎時，入院的期間會變長，體力等急速地下降，而有虛弱(feailty；於高齡下肌力或者活力衰弱的狀態)或肌肉減少症(sarcopenia；加齡性肌肉減弱的現象)等之風險。為了健康壽命的延伸或是抑制醫療費用，對於下嚥時之身體的機制以及下嚥時之食物團塊的動作正倍受關注。
所謂下嚥，是指將已取食於口腔內的食品(包含飲料)，經由咽頭與食道送入胃中的反射運動。於下嚥時，口腔、咽頭、喉頭、食道的肌肉，是於短時間內以既定的順序活動來遂行複雜的運動。
至今作為模擬下嚥時之食物團塊動作之技術，被揭示有使用電腦的下嚥動態模擬器(專利文獻1、2)。專利文獻1，是揭示出由口腔模型、器官特性設定部、器官運動設定部、食品物性設定部、運動部、物性決定部、以及控制部所成的下嚥模擬裝置。
在電腦上，可以模擬下嚥動態與食物團塊動作。並可以抽取出下嚥時之食物團塊流下速度、加速度、剪切速率、剪應力、食物的黏度、施加於身體器官的力、以及能量等。不僅是任意的時間、位置之資料的抽取，也可以抽取出下嚥動作中之物理量的經時變化，並可以做視覺性的可視化或定量化。
專利文獻2，揭示一種下嚥模擬裝置，是由：頭頸部的模型部、器官運動設定部、經口攝取品物性設定部、將擬似經口攝取品口導入於口腔內的導入部、運動解析部、物性決定部、以及控制部所構成。
在電腦上，可以模擬下嚥動態與食物團塊動作。並可以抽取出下嚥時之食物團塊流下速度、加速度、剪切速率、剪應力、食物的黏度、施加於身體器官的力、以及能量等。不僅是任意的時間、位置之資料的抽取，也可以抽取出下嚥動作中之物理量的經時變化，並可以做視覺性的可視化或定量化。
又，作為模擬下嚥時之食物團塊動作的技術，是使用由粉末蒸鍍法所製作之實物大的口腔咽頭模型，而能夠測量擬似食品的滑落速度、滑落樣態、滑落路 徑。揭示出根據下嚥造影相片，計算出速度的方法(請參照非專利文獻1)。
再者，作為考量到食品與壁面之撥水性(或濕潤性)的測量，揭示有以微小液滴為對象之物理量的測量方法(專利文獻3、4)。專利文獻3，是揭示有評估濕潤性的裝置，該裝置是由：從上面照射試料的光源、及從上對試料攝影後的上側映像資料傳送至電腦本體的上面測量用攝像機、及從側面所照射的光源與從橫向攝影後的側面映像資料傳送至電腦本體的攝像機、及液體試料、可調整對固體試料的滴著位置的試料台、以及演算處理映像資料的電腦本體所成。從側面捕捉液滴，除了可以測量並算出接觸角、液徑、液高、與液量之外，與側面同時地從上面所捕捉的攝影資料，可以評估由液滴的真圓度、濕潤面積所推定的撥水性。
專利文獻4，是揭示液滴移動動作的測量方法，該方法是液滴在固定表面移動時，從側面觀察移動方向時，液滴外周與固體表面相交兩側的2點之中，以攝像機對移動方向側之1點的加速度進行測量。可以測量依動態滑落法所形成的動態接觸角，並可觀察到移動距離、速度、加速度、以及上表面，而能夠從液滴內部之流動的速度分布，可以測量出剪切速率、剪應力。
先前技術文獻 專利文獻
專利文獻1：國際專利公開2013/146436
專利文獻2：日本特開2013-202119號公報
專利文獻3：日本特開2011-064586號公報
專利文獻4：日本特開2006-078477號公報
非專利文獻
非專利文獻1：飯田他，日本攝食與下嚥復健學會雜誌，13, 3, p. 215-224, 2009
發明者們為了模擬下嚥時之食物團塊的動作，開發了使用電腦的下嚥動態模擬器(請參照專利文獻1、2)。在下嚥動態模擬器中，與下嚥造影等的醫療影像相比較，已確認具有非常高的精度。因此，由該模擬器所計算出的各種物理量(速度、加速度、壓力、力、剪應力等)、食物團塊形狀以及流下路徑，被認為有較高的正確性。但另一方面，在實際的下嚥中，由於是配合食品物性進行動作，所以在以下嚥動態模擬器解析食品的物性時，有必要依照食品物性來作成下嚥模型。由於在作成下嚥模型上需要花費很多的時間和工夫，以現在的技術於1年只能作成數個模型。因此，以現在的技術要依各式各樣的每一種食品以及配合患者的身體形狀進行詳細的電腦模擬是不實際的。
在此，被思及如非專利文獻1所揭示，使用藉由粉末蒸鍍法所製作之具有正確的口腔咽頭形狀的固定模型(不會動的石膏模型)，來測量擬似食物團塊的滑落速度、滑落形狀、或滑落軌跡。但是，該方法中，必須從時間上、及空間上解析度較低的醫療影像(時間解析能力：1/10sec~1/30sec左右，空間解析能力：0.5mm~1mm左右)來測量速度等，所以會有精度上的問題。又，從電腦模擬的結果，可得知下嚥現象是與壁面的撥水性(或濕潤性)有極大的關係，不過在非專利文獻1的方法中，要改變壁面的物性是有其困難性。並且，在該方法中並無法抽取出速度與滑落形狀、滑落軌跡的資訊，要測量其他力學上的物理量是有其困難性。
作為考量到食品與壁面的撥水性(或濕潤性)之測量方法者，一般而言，有以微小液滴為對象的專利文獻3、4的方法。說得上為此兩種測量方法所共通的問題，是依液滴直徑的大小所測量之物理量的值有所不同此點。也就是，由於實際上食物團塊的尺度(豪米尺度：mL單位等級的食物團塊)與測量的尺度(微米尺度：μL單位等級的液滴)為差異1000倍以上，所以以此類泛用的計測機器所測量取得的各種特性會與實際上食物團塊下嚥的特性不符。
在整理個別性的技術問題時，專利文獻3之計測機器的情形時，對於μL單位等級的微小液滴，是由側面測得液滴，除了測量並計算出：接觸角、液徑、液 高、液量之外，同時從所攝影的上表面取得液滴的真圓度、以及能夠藉由濕潤面積進行撥水性的評估。亦即，具有可多面性觀測液滴之撥水(濕潤)性的優點。但是，此技術之情形，只不過是對固定的板上的現象進行的觀察，對於豪米尺度之食物團塊的動態移動時的測量是有所困難的。
另外，於專利文獻4之計測機器的情形時，對於微小液滴，是能夠從藉由動態滑落法所取得的動態接觸角測量、移動距離、速度、加速度、液滴內部流動的速度分布測量出剪切速率及剪應力。但是，該計測機器的情形時，基本上是從側面方向進行測量，對於豪米尺度的食物團塊，從無假想成要從不同的2方向進行同時測量。
因此，作為本發明之課題，是對於可以對應具有各式各樣的食品物性、以及壁面特性值的材料，從時間、空間解析能力的面向而言要有非常高的精度，且接近實際上食飲量等級之豪米尺度的食物團塊，開發出一種測量裝置，對上述食物團塊，能夠從多方向將其動態進行移動時之力學上的物理量及特性值，進行多面性的測量、評估、數值化；亦即，在模擬進食或者下嚥的現象(狀態)的基礎上，定量性地評估(推斷)食物團塊的動作或口感的測量裝置及測量方法。
本案發明者，發現到在呈傾斜的板上設置模 擬身體表面的材料，並於其上，供給預定量的試料，以複數個感測器及複數台攝像機多面性地拍攝在傾斜板上所流下或是滑落之試料的動作，可以高精度、定量性並妥當地評估擬似下嚥現象而使本發明完成。
亦即，本發明的測量裝置，是用以模擬地重現食物團塊的下嚥狀態，並測量作為食物團塊之試料的運動及形狀的測量裝置，其特徵為具備：傾斜構件，其係具有傾斜面、及供給部，其係用以將上述試料供給至上述傾斜面上、及供給感測器，其係用以檢測出從上述供給部朝向上述傾斜面上所供給的上述試料、及到達感測器，其係用以檢測出流下或是滑落在上述傾斜面上之預定地點的上述試料、及時點記錄部，其係用以記錄由上述供給感測器及上述到達感測器所檢測出之上述試料的檢測時點、及上面攝像機，其係用以從上述傾斜面的上方對流下或是滑落在上述傾斜面上的上述試料進行攝像而產生上面影像、及側面攝像機，其係用以從上述傾斜面的側面對流下或是滑落在上述傾斜面上的上述試料進行攝像而產生側面影像、以及演算部，其係用以對使用上述時點記錄部的輸出、上述側面影像、以及上述上面影像之至少一個來表示流下或是滑落在上述傾斜面上之上述試料狀態的狀態參數進行演算。
依據本發明，對於各式各樣的食品，可以提 供一種對進食與下嚥時之食物團塊動作(動態物性)精度良好地進行定量性測量或者評估的裝置。其所測量到的物性值，可以當成使用電腦進行下嚥動態的模擬中所必要的初期資料。而且，可以利用在一面對比動態物性與下嚥動態的模擬，並一面以客觀性地評估或者確認下嚥動態之模擬的計算結果的妥當性。並且，可以利用在用以一面對比動態物性與感官評估，並一面以客觀性地評估或者確認感官評估之解析結果的妥當性。又，使上述動態特性與感官評估連結一起的話，可以對過去僅仰賴感官評估的口感更加客觀地進行評估。再者，從動態物性可以推斷易於適合進食與下嚥困難者(高齡者等)的口感等，並可以活用在為此所必要之食品的設計(開發、改良)上。
a‧‧‧供給部(柱塞泵或湯匙)
b‧‧‧壓力感測器
c‧‧‧供給感測器
d~f‧‧‧到達感測器
g‧‧‧側面攝像機
h‧‧‧上面攝像機
i‧‧‧資料自動記錄器
j‧‧‧壓力降低時間
k‧‧‧吐出負壓時間
l‧‧‧到達注嘴的時間
m‧‧‧上部到達時間
n‧‧‧中部到達時間
o‧‧‧下部到達時間
p‧‧‧吐出結束時間
第1圖，是顯示進食與下嚥之特性的測量裝置的概略圖。
第2圖，是顯示測量資料的一例(顯示有：上部到達感測器、中部到達感測器、下部到達感測器、注嘴前端感測器、壓力值)。
第3圖(a)~第3圖(e)，是顯示流下傾斜板時之水食物團塊前端形狀的側面影像。
第4圖(a)~第4圖(e)，是顯示流下傾斜板時之黏稠度調整食品的食物團塊前端形狀的側面影像。
第5圖，是顯示食物團塊(水)之擴散面積的經時變化。
第6圖，是顯示食物團塊(黏稠度調整食品)之擴散面積的經時變化。
第7圖，是顯示濃度不同的試料中之流下速度的比較。
第8圖(a)~第8圖(d)，是顯示不同的試料濃度中之試料的流下形狀。
第9圖(a)~第9圖(d)，是顯示不同的試料濃度中之試料在流下時的擴散面積的比較圖。
第10圖，是顯示薄黏度的流動曲線。
第11圖，是顯示濃黏稠度的流動曲線。
第12圖，是顯示種類不同的黏稠度調整食品在不同濃度中的流下時間。
第13圖，是顯示種類不同的黏稠度調整食品在不同濃度中的流下速度。
第14圖(a)~第14圖(d)，是顯示呈現流下時之食物團塊前端形狀(薄黏度)的側面影像。
第15圖(a)~第15圖(d)，是顯示呈現流下時之食物團塊前端形狀(濃黏稠度)的側面影像。
第16圖(a)~第16圖(d)，是顯示不同的試料在流下傾斜板時之豪米尺度的動態接觸角的側面影像。
第17圖(a)~第17圖(d)，是顯示食物團塊到達上部感測器之瞬間的擴散面積(傾斜板的上部區域)的上 面影像。
第18圖(a)~第18圖(d)，是顯示食物團塊到達中部感測器之瞬間的擴散面積(傾斜板的中部區域)的上面影像。
第19圖(a)~第19圖(d)，是顯示食物團塊到達下部感測器之瞬間的擴散面積(傾斜板的下部區域)的上面影像。
第20圖，是顯示在不同試料中的擴散面積(依不同測量區域別)。
第21圖，是顯示從位在上部觀察區域中的流下軌跡所取得的最大長度的比較圖。
第22圖，是顯示從位在上部觀察區域中的流下軌跡所取得的最大寬度的比較圖。
第23圖，是顯示壁面剪應力的不同。
第24圖，是顯示對壁面施力的不同。
第25圖，是顯示在壁面所消耗能量的比較圖。
第26圖，是顯示試料從注嘴吐出之後到達上部到達確認感測器的檢測位置為止之表示到達時間的圖。
第27圖，是顯示從比上部到達確認感測器的檢測位置更上游的傾斜面流下之表示試料的擴散面積的圖。
第28圖，是顯示從比上部到達確認感測器的檢測位置更上游的傾斜面流下之表示試料的擴散面積速度的圖。
第29圖，是顯示在上部到達確認感測器的檢測位置與中間部到達確認感測器的檢測位置之間的傾斜面上所流 下之表示試料的區間速度的圖。
第30圖，是顯示在上部到達確認感測器的檢測位置與中間部到達確認感測器的檢測位置之間的傾斜面上所流下之表示試料的擴散面積的圖。
第31圖，是顯示在上部到達確認感測器的檢測位置與中間部到達確認感測器的檢測位置之間的傾斜面上所流下之表示試料的擴散面積速度的圖。
第32圖，是顯示在中間部到達確認感測器的檢測位置與下部到達確認感測器的檢測位置之間的傾斜面上所流下之表示試料的區間速度的圖。
第33圖，是顯示在中間部到達確認感測器的檢測位置與下部到達確認感測器的檢測位置之間的傾斜面上所流下之表示試料的擴散面積的圖。
第34圖，是顯示在上部到達確認感測器的檢測位置與下部到達確認感測器的檢測位置之間的傾斜面上所流下之表示試料的區間速度的圖。
第35圖，是顯示試料之接觸角的圖。
第36圖，是顯示試料之厚度的圖。
第37圖，是顯示試料之剪切速率的圖。
第38圖，是顯示試料之黏度的圖。
第39圖，是顯示由以往的評估法對不同種類之發酵乳食品之試料的評估對映。
第40圖，是顯示試料對傾斜面之表示剪應力的圖。
第41圖，是顯示試料對傾斜面之表示力的圖。
第42圖，是顯示試料對傾斜面之作功量的圖。
第43圖，是顯示試料對傾斜面之作功率的圖。
第44圖，是顯示試料對傾斜面之附著性的圖。
第45圖，是顯示將試料的作功率與附著性予以組合後的對映。
第46圖，是顯示將試料的擴散面積與擴散速度予以組合後的對映。
第47圖，是顯示表示試料的流下速度的圖。
第48圖(a)，是顯示在矽膠的傾斜面上所流下之表示試料的側面影像；第48圖(b)，是顯示在親水性PVA的傾斜面上所流下之表示試料的側面影像。
第49圖，是顯示進食與下嚥之特性的計測裝置的概略圖。
於第1圖，是顯示本實施形態的測量裝置。本測量裝置，是為了模擬性地重現食物團塊的下嚥狀態，並測量作為模擬性食物團塊之試料的運動及形狀的測量裝置。如同圖所示，本測量裝置，係具備：具有150mm×100mm之傾斜面的傾斜部板，及將試料供給至傾斜面上的供給部(a)、及用以檢測從供給部(a)朝向傾斜面上所供給之試料的供給感測器(c)、及用以檢測在傾斜面上的預定地點進行流下或是滑落之試料的到達感測器(d)、(e)、(f)、及作為記錄由供給感測器(c) 和到達感測器(d)、(e)、(f)所測得之試料的檢測時點的時點記錄部並記錄各感測器(c)、(d)、(e)、(f)之輸出的資料自動記錄器(i)、及從傾斜面的上方對在傾斜面上所流下或是滑落的試料進行攝像而產生上面(俯視)影像的上面攝像機(h)、及從傾斜面的側方對在傾斜面上所流下或是滑落的試料進行攝像而產生側面影像的的側面攝像機(g)、以及使用資料自動記錄器的輸出、側面影像、和上面影像之至少一種，利用代表在傾斜面上所流下或是滑落之試料狀態的狀態參數進行演算的演算部(電腦，圖示省略)。
供給部(a)，是由：配置在傾斜面之上方的注嘴、以及將預定量的試料供給至注嘴的柱塞泵(a)所構成。注嘴的前端，雖是被配置在傾斜面的上部，離傾斜面25mm的上方，不過對於注嘴是可以任意地設定位置或高度。又，於注嘴，安裝有檢測注嘴內壓力的壓力感測器(b)。
到達感測器，是由：上部到達確認感測器(上部感測器)(d)、及下部到達確認感測器(下部感測器)(f)、及中間部到達確認感測器(中間感測器)(e)所構。
上部到達確認感測器(d)，是用以檢測在傾斜面上的第1地點所流下或是滑落的試料。第1地點，是位在離傾斜板的上緣往下50mm的位置。下部到達確認感測器(f)，是用以檢測在傾斜面上的第2地點所流下或是滑 落的試料。
第2地點，是位在離第1預定感測器沿著傾斜面的最大傾斜角度方向距離有40mm的位置。並且，上面攝像機(h)，是以上部到達確認感測器(d)的輸出作為觸發訊號，對試料進行攝像。
中間部到達確認感測器(e)，是用以檢測在第1地點與第2地點之間的第3地點所流下或是落下的上述試料。第3地點，是位在離第1地點往下20mm的位置，為第1地點與第2地點的正中間點。並且，側面攝像機(g)，是以中間部到達確認感測器(e)的輸出作為觸發訊號，對試料進行攝像。
此等各感測器(d)、(e)、(f)，是光學性檢測上述試料的光學感測器。
在本實施形態之推斷動態食物團塊的動作及/或是口感的測量裝置(以下，亦稱本發明的裝置)中，對於食物團塊的各種動態特性是同時且同步地進行測量。亦即，本發明，是一面對有關動態食物團塊各測量值將時間、位置、形狀予以連結，並一面定量性地進行測量或評估的裝置。本發明的裝置，盡管於短時間藉由簡易操作，就可以測量或者評估食物團塊的動態物性，但仍具有測量精度及妥適性極高的優點。
於本實施形態中，所謂食物團塊，是指作成人易於吞入之形狀的食品(包含飲料)的團塊、或者是指以本發明的裝置進行測量時之1次分的形狀或量。
於傾斜面上所供給的試料，是以具有與一次經口攝取之食物團塊的體積同等之1ml以上50ml以下的體積為佳。且試料，是以具有1m(g)以上50m(g)以下的質量為佳。
於本實施形態中，所謂口感，是指食品進食時所感受的五感之中，包含牙齒或舌頭在口腔內、或者伴隨咀嚼動作之身體器官的感覺(觸覺)。
於本實施形態中，傾斜板的傾斜面，由於是模擬下嚥時的口腔、咽頭、喉頭，依所欲取得的資訊，傾斜面的角度是可以適當地變更。傾斜面，例如，相對於設置面為30°~80°，較佳為30°~70°，再較佳為40°~65°，最佳為傾斜45°~60°。
傾斜板的形狀，可以依試料(食物團塊)的形狀或量適當地選擇。例如，可舉出圓柱、橢圓柱、長方體、由3次元印表機等所製作之複雜的人體的身體器官的形狀等。若從易於平行地設置感測器的觀點而言，以長方體為佳。
傾斜板的大小，可以依試料(食物團塊)的形狀或量適當地選擇。例如，可以例示以直徑5cm~30cm，高度0.2cm~2cm、或縱向(長度)5cm~30cm，橫向(寬度)2cm~10cm，厚度0.2cm~2cm的長方體等。
傾斜板之傾斜面的材料，以模擬下嚥時的口腔、咽頭、喉頭等之身體表面的物性之方式，適當地選擇 即可。例如，可以選擇合成樹脂(矽膠、氨基甲酸乙酯、環氧樹脂、碘聚合物)或者天然物(天然橡膠)等之一種類以上。傾斜板，亦可以將合成樹脂或天然橡膠等以預定量的比率調配，利用加熱、UV處理、冷卻、電漿氣體處理、塗層處理等之加工或3D印表機等製作。又，傾斜板，為了安定的測量、材料形狀的變更、或者為了設置容易，亦可以由2層以上的不同材料所構成。
又，傾斜板的傾斜面，亦可以藉由利用聚乙烯醇(PVA)之擬似身體材料(親水性PVA)來形成。作為親水性PVA者，例如，可以利用日本特開2007-31634號公報所記載的水性膠體組成物。該水性膠體組成物，是被規定要包含鹼化度為97mol%以上且聚合度為500~3000的第一PVA、以及鹼化度為70~90mol%且聚合度500~3000的第二PVA，且含水率為70~95重量%。又，作為親水性PVA者，亦可以使用將水、PVA、以及二甲基亞碸予以混合所形成者。
於本實施形態中，供給試料的供給部(a)，是指能夠將食物團塊(試料)一定量地保持於食具或者軟管等之形態者即可。對於果凍、布丁等之食品為固形物之情形時，只要以食具可以裝盛一次分的大小即可。供給部(a)，是以耐得住食物團塊(試料)的量、食物團塊(試料)的溫度、pH等之條件的材料來構成。例如，可舉出合成樹脂的湯匙。再者，本發明之一樣態中，在將試料設置於食具等之上時，從精度(重現性)的觀點而言， 利用伺服驅動裝置來使食具動作，並以一定的時間或速度將試料滑落為佳。
於本實施形態中，試料為比果凍、布丁等之固形物還軟之膠狀或者液狀的食品或飲料的話，以能夠正確且以相同速度排出(吐出)1次分的量之方式，來將供給部設成具有可正確且以相同速度排出(吐出)1次分的量的構造或形狀為佳。例如，將預定量的試料置入於燒杯，使用高性能柱塞泵浦，例如HIBAR公司：型號2BC10J23，對於泵浦的控制，可以使用以空氣壓進行柱塞調整的控制器，例如HIBAR公司：型號UNIMATIC CP50。置入於燒杯等容器的試料，由泵浦自行吸取，通過注嘴而排出(吐出)於傾斜板上。
要將容器內之試料的溫度保持一定時，亦可以安裝恆溫槽或是攪拌機等。也可以在到達注嘴為止的中間部分進行保溫或加溫。
於本實施形態中，所謂供給感測器(c)，也就是供給部的排出確認感測器(c)，是用以檢測從供給部朝向傾斜面狀所供給之試料的感測器，換言之，是用以偵知食物團塊(試料)所排出之時間的感測器。供給部的排出確認感測器(c)，只要能夠經時地測量力、壓力、振動、光等的物理量即可。也可以利用光電管等之光學性的感測器。例如，吐出的確認用雷射感測器，可以使用株式會社Keyence：感測器型號LV-NH42、放大器(Amp)型號LV-N11MN等。排出確認感測器(c)之輸出值等的 資料，是以自動、或是手動方式傳送給資料解析用的電腦。
於本實施形態中，所謂供給部的壓力感測器(b)，是用以偵知食物團塊(試料)被排出之時間的感測器。供給部的壓力感測器(b)，只要能夠經時地測量位於供給部之食物團塊(試料)的壓力即可。壓力感測器(b)是要能夠檢測出食品之mL等級的微小壓力的感測器即可，例如，感測器，可以例舉株式會社Keyence的(A)P-10S，放大器(Amp)為株式會社Keyence的(A)P-V80。壓力感測器(b)之輸出值等的資料，是以自動、或是手動方式傳送給資料解析用的電腦為佳。
於本實施形態中，用以拍攝食物團塊(試料)形狀的攝像機，是具備有：以攝像元件(CCD等)經由透鏡捕捉(拍攝)被拍攝物(試料)的動作，進行影像處理後，依每一經過時間記錄下記錄影像的功能。為了捕捉食物團塊(試料)的經時性變化的面積或形狀，從上面拍攝試料的上面攝像機(h)，是具備能夠攝影動畫或者靜止畫的功能。要掌握試料的動作之情形時，進行動畫的攝影較佳。較理想的是，上面攝像機(h)為能夠高速且高密度(時間解析能力：1/250sec以上、空間解析能力：100μm以下)攝影動畫的數位攝像機為佳。例如，上面攝像機(h)，可以例舉株式會社Keyence的VW-600。又，食物團塊(試料)的動畫，不僅是為了以目視來確認，亦利用在將擴散軌跡的變化換算成擴散面積，來定量食物團 塊(試料)的擴散面積。具體上，食物團塊(試料)的影像，是使用影像處理軟體二值化後，求取試料在滑落時或是流下時的擴散面積。作為影像處理軟體者，例如，可以例舉National Institutes of Health：Image J或者Mathworks,Matlab。
又，從側面拍攝食物團塊(試料)的側面攝像機(g)中，可以是能攝影動畫及靜止畫之任一方或是兩方。側面攝像機(g)為攝影動畫之情形時，為了使傾斜板的食物團塊動作與動畫同步化，以具備可偵得食物團塊通過的感測器為佳。側面攝像機(g)為攝影靜止畫之情形時，為了拍攝食物團塊的前端，以在傾斜板之一處設置觸發器為佳。從緊緻縮小裝置的觀點，以及實驗資料小容量化的觀點而言，從側面拍攝食物團塊(試料)的側面攝像機(g)以靜止畫為佳。攝影靜止畫的側面攝像機(g)，例如，可例舉株式會社Keyence的CV-3500等。利用影像處理軟體將食物團塊(試料)的動畫或是靜止畫二值化，而能夠測得試料的擴散面積。作為影像處理軟體者，例如，可以例舉National Institutes of Health：Image J或者Mathworks,Matlab。此等食物團塊(試料)的影像，可使用在用以測量食物團塊(試料)滑落時或是流下時之食物團塊(試料)的厚度或者動態接觸等。
從上面拍攝食物團塊(試料)的上面攝像機(h)，是可以與傾斜板連動而動作。亦即，當改變傾斜板的角度之情形時，攝像機亦追隨該角度而改變角度。該 上面攝像機(h)以常時保持設置在傾斜板的平面的垂直上方為理想。由側面拍攝食物團塊(試料)的側面攝像機(g)亦同樣地，必須設置成追隨傾斜板的角度，相對於傾斜板的傾斜方向常時保持設置於直角方向。例如，食物團塊(試料)的影像，在使用影像處理軟體予以二值化後，可使用在用以測量試料在滑落時或是流下時的擴散面積。
影像資料或2次化後的資料，是以自動、或是手動方式傳送給資料解析用的電腦。
於本實施形態中，所謂作為時機(時點)記錄部的資料自動記錄器(i)，是用以經時性地記錄：拍攝到食物團塊(試料)之動態動作時的電壓、電流、壓力、溫度、應變、加速度、脈衝等的軟體、系統。例如，可以例舉株式會社Keyence的多種輸入資料收集系統NR-系列等。
上述資料自動記錄器(i)，是作為以自動、或是手動方式將資料傳送給資料解析用電腦的系統。
於本實施形態中，於流下時或是滑落時之食物團塊(試料)的特性值，是面積、長度、寬度、速度、角度、接觸角的厚度、中心的厚度。從此等特性值的測量，利用電腦自動地演算：剪切速率、壁面剪應力、壁面剪切力、施加於壁面(傾斜面)的力、在壁面所消耗的能量。具體上，剪切速率，是用中心的厚度除以平均速度所求得。壁面剪切力，是由黏度乘以平均速度，再除以中心 的厚度所求得。壁面剪應力，是壁面剪切力乘以面積所求得。在壁面所消耗的能量，壁面剪切力乘以平均速度所求得。
又，黏度，例如可以是藉由流變計(動態黏彈性測量裝置)來進行測量。
作為本實施形態之模擬性食物團塊的試料，為食品(半製品、最終製品、最終製品的調整品)，亦包含飲料。作為飲料者，可舉出：水、碳酸飲料、酒、清涼飲料、果汁飲料、湯等，但並不限定於此等。作為食品者，可舉出：穀類、芋類、種子果實類、豆類、乳製品、蛋類、肉類、魚介類、蔬菜類、水果類等、各種食品添加物(例如，黃原膠等)、以及將此等加以調合、溶解、乾燥、加熱、調理、發酵、混合等之後的加工食品、或是將加工食品予以還元、調理、稀釋後的飲食品等，但並不限定於此等。
於本實施形態中，食品的物性，可利用從與同一飲食品在官能上的口感之相關關係，來作為口感的推斷方法。例如，可舉出：在傾斜板的上部的面積推移與殘留於口中之感覺的相關關係；食物團塊的擴散寬度與口中的沾黏感的相關關係；吐出時的壓力與入口的重量的相關關係；從吐出開始至上部感測器為止的時間與往喉嚨滑下之難易度的相關關係；力(黏度乘以通過時間再除以附著面積)與吞入難易度的相關關係；動力(力乘以速度)與通過喉嚨的相關關係，到達上部感測器為止的擴大速度或 者食物團塊到達上部感測器為止之附著面積的推移與在口中擴展之感覺的相關關係；使食物團塊通過後的殘留面積或時間與殘留黏在口中感覺的相關關係；對象區域之食物團塊附著面積的推移與吞嚥順利性的相關關係等。
本實施形態的測量裝置，是將試料(食物團塊)的動態物性測量1次以上。含有會滑落之固形物的試料(食物團塊)、或是在流下中會分離成2層以上的試料(食物團塊)，為了提昇測量的精度，以測量2次以上為佳。
於本專利說明書中，將數值的範圍標示以「X~Y」之情形時，是指數值的範圍，包含作為該範圍兩端之數值的X及Y者。
實施例
以下，示以實施例或實驗例，來更進一步具體地說明本發明，不過本發明的範圍，並不受此等實施例或實驗例之記載而有任何的限定。
〔實施例1〕
於第1圖所示的測量本實施例中，於供給試料所使用的泵浦(a)，是使用高性能柱塞泵(HIBAR公司：型號2BC10J23)，對於泵浦的控制，可以使用以空氣壓進行柱塞調整的控制器，例如HIBAR公司：型號UNIMATIC CP50。置入於燒杯等容器的試料(水)，是由泵浦(a) 自行吸取，通過注嘴而吐出於傾斜板上。
在泵浦(a)與注嘴之間設置有微小壓差壓力感測器(b)(株式會社Keyence的感測器：AP-10S，放大器(Amp)：AP-V80)。並比較設置於注嘴前端近旁的吐出確認用雷射感測器(c)(株式會社Keyence的感測器：LV-NH42，放大器(Amp)：LV-N11MN)的輸出值之後，測出吐出時間。由於不僅測量吐出泵浦的吐出量，亦測量吐出時間，所以能夠確認吐出時間(吐出流量)。
其次，使注嘴前端設置在寬度100mm、高度150mm之傾斜板(角度與材料是能夠任意變更，通常使用角度45°~60°，材料為矽膠或者氨基甲酸乙酯)的垂直上方25mm的高度處。試料(水)為不會溢出傾斜板地流下。
於離傾斜板的端面50mm的位置，配置有上部到達確認感測器(d)(株式會社Keyence的感測器：LV-NH100，放大器(Amp)：LV-N11MN)，於離上部感測器20mm的下游側，配置有中間部到達確認的感測器(e)(株式會社Keyence的感測器：LV-NH42，放大器(Amp)：LV-N11MN)，再者，離上部到達確認感測器40mm的下游側配置有下部到達確認感測器(f)(株式會社Keyence的感測器：LV-NH100，放大器(Amp)：LV-N11MN)。由於感測器(d)、(e)、(f)之間的距離為已知，所以藉由波形變化來檢測食物團塊到達的時點，可以計算出位於各別區間的流下速度或者加速度。所有的 波形，皆由資料自動記錄器(株式會社Keyence型號NR-500)所記憶。又，感測器(d)及(f)，雖是設置於傾斜板側面的穿透型感測器，而感測器(e)(株式會社Keyence：CV-3500)是設置於傾斜板斜上方的反射型感測器。感測器(e)，兼作為設置於側面之側面攝像機(g)(株式會社Keyence：CV-3500)的觸發器。該側面攝像機(g)，是從側面對流下時之食物團塊的形狀進行攝影，並且藉由測量食物團塊的前端的角度，而可以計算出豪米尺度的動態接觸角。
又，於傾斜板的上方，以常時與傾斜板呈90°的角度，設置高速且高精度攝像機(株式會社Keyence：W-600)作為上面攝像機(h)，來測量流下現象的整體(例如，形狀的時間性變化或者到達時間)。該動畫用攝像機(h)的觸發器為感測器(d)，影像處理裝置，是從感測器(d)被觸發前100msec來攝影影像。亦即，試料從注嘴吐出，到達傾斜板的瞬間亦能夠以高速度攝像機(h)錄影。使用影像處理軟體(National Institutes of Health：Image J、或者Mathworks,Matlab)將此等影像二值化，算出流下時的擴散面積。將來自所有感測器的輸出值、影像資料等自動地輸入於資料解析用的電腦。
〔實驗例1〕
於第1圖所示的測量裝置中，作為最上游之液體的供給部分的精度(量、時間)是與測量資料的精度有著直接 關係。因此，對於供給裝置的精度可以確認。
供給所用的泵浦(a)，是使用了高性能柱塞泵(HIBAR社：型號2BC10J23)。對於泵浦(a)的控制，是使用以空氣壓進行柱塞調整的控制器(HIBAR公司：型號UNIMATIC CP50)。
於泵浦(a)設置注嘴，使水、還有黏稠度調整食品(株式會社明治：(註冊商標)SP 2重量%)以預定量(5mL)吐出複數次(N=10)，確認了該吐出量的妥適性與精度。若平均值為5±0.5(g)則評估為具有妥適性。相對誤差(以下簡稱誤差)只要未滿10%，便評估為測量的精度高。
將各試料之吐出量的測量值、平均值、標準偏差、誤差的結果顯示於第1表。水的話，平均值5.05(g)、標準偏差0.058(g)、誤差1.1%。黏稠度調整食品的話，平均值5.00(g)，標準偏差0.081(g)、誤差1.6%。對於任一試料的吐出量皆具妥適性、精度高。因此，於本發明的裝置中，食物團塊(試料)的供給系統，是無關於食物團塊(試料)的黏度高低，而可以妥當地精度高地吐出(供給)。
〔實驗例2〕
於第1圖所示的測量裝置中，確認了將試料供給至傾斜板時之各種測量值的妥當性或者精度。於第2圖，顯示出從本測量裝置所取得之典型的測量波形。第2圖之圖的橫軸，是表示時間，左側的縱軸，是表示各感測器(c)、(d)、(e)、及(f)的輸出，右側的縱軸，是表示壓力感測器(b)的輸出。圖中的虛線I，是表示上部感測器(d)的輸出，一點鏈線II，是表示中部感測器(e)的輸出，點線III，是表示下部感測器(f)的輸出，曲線Ⅳ，是表示注嘴前端的排出確認感測器(c)的輸出。又，圖中的曲線V，是表示注嘴之壓力感測器(b)的輸出。各別的感測器的輸出波形有較大變化的時點，是表示食物團塊到達時間。確認了食物團塊(試料)的速度、吐出量的精度，並且檢討了食物團塊(試料)之速度的妥當性。
使用實施例1的裝置，測量了將試料供給至傾斜板時的壓力降低時間(j)、吐出負壓時間(k)、到 達注嘴的時間(l)、至上部感測器為止的到達時間(以下亦簡稱上部到達時間)(m)、至中部感測器為止的到達時間(以下亦簡稱中部到達時間)(n)、至下部感測器為止的到達時間(以下亦簡稱下部到達時間)(o)、以及吐出結束時間(p)。從測量結果，算出從上部感測器至中部感測器為止的速度(以下亦簡稱上部-中部的速度)、及從中部感測器至下部感測器為止的速度(以下亦簡稱中部-下部的速度)、及從上部感測器至下部感測器為止的速度(以下亦簡稱上部-下部的速度)，確認了吐出時間的精度。於第2圖，是顯示出從實施例所取得之典型的測量所得波形的概略圖。各感測器的輸出波形有較大變化的時點，可以判斷為食物團塊到達的時刻。
試料，為水及黏稠度調整食品(株式會社 明治： (註冊商標)SP 2重量%)對此以反覆次數：N=5進行了實驗。測量各感測器所偵得之食物團塊(試料)的到達時間，算出食物團塊的平均速度(速度)。上部-中部的速度、中部-下部的速度、上部-下部的速度之精度，以誤差只要未滿10%為良好進行了判定。
其結果，水或是黏稠度調整食品的上部-中部的速度、中部-下部的速度、上部-下部的速度的誤差，皆為未滿5%。上部-下部的速度的誤差，皆為未滿2%。可稱吐出時之速度的精度很高。水或是黏稠度調整食品的吐出時間的誤差，皆為未滿2%的誤差。也就是說，本發明之裝置的試料供給的精度、供給量、供給時 間、還有供給流量各方面，可稱反覆精度很高。
另外，有報告指出健康成人於1次下嚥的量為5ml左右，下嚥時的速度為1.7±0.7m/s。在實施例的結果中，使5ml水流下時際之上部-下部的速度平均值為1.49秒。亦即，實際的下嚥與本發明之裝置所測量的速度為同等值，從供給量、速度方面而言作為擬似下嚥，可稱具有妥當性。
〔實驗例3〕
於第1圖所示的測量裝置中，確認了食物團塊前端之形狀的重現性或者測量時點的精度。
裝置，是使用了實施例1。於傾斜板的側面，設置了用以測量流下時之食物團塊形狀、以及接觸角的靜止畫攝影用的攝像機(株式會社Keyence：CV-3500)。 對於靜止畫之攝影的觸發時點，定性地比較檢討了反覆的攝影精度(時點)、以及食物團塊前端的形狀。試料，是與實施例2同樣地，試料是使用水還有黏稠度調整食品(株式會社 明治：(註冊商標)SP 2重量%)，以攝影反覆次數：N=5進行了實驗。於第3圖、第4圖，是顯示出被攝影之食物團塊前端形狀。食物團塊的長度，是指由靜止畫中從食品的前端至末端為止的長度。
如第3圖所示，可得知水食物團塊在流下時之食物團塊形態其前端由細部，食物團塊整體變寬地擴散於板上的樣子。第3圖(a)~第3圖(e)中之白箭頭(Run1~Run5)的長度(從左端面至箭頭前端為止的距離)，所有幾乎大致相同。亦即，得知在5次的反覆攝影中，幾乎是在相同時點偵得食物團塊的前端。以往，水是伴隨多數的飛沫，要檢測出擴散於大範圍的水的前端是非常的困難，但藉由感測器的種類、感度、還有適當地進行位置的調整，而使反覆精度較高的攝影成為可能。因此， 可稱是可以精度較高地檢測出食物團塊的前端。
如第4圖所示，可以觀察到黏稠度調整食品在流下時的前端形狀較圓，成為團塊而流下的樣子。試料(0.2%重量的黏稠度調整食品)之食物團塊的前端為橢圓形狀，相較於水，具有厚度的形狀。黏稠度調整食品之食物團塊的長度(第4圖(a)~第4圖(e)中的白箭頭(Run1~Run5))，皆為大致相同的長度(從端面至箭頭前端的距離)。亦即，得知本測量系統5次的反覆攝影中，幾乎是在相同時點偵得食物團塊的前端。因此，可說不論黏度的高低，本測量系統是可以精度良好地檢測出食物團塊的前端。
〔實驗例4〕
於第1圖所示的測量裝置中，以與傾斜板的傾斜方向常時保持在垂直位置之方式所設置的高速且高精度攝像機(g)(動畫用，株式會社Keyence：VW-600)，是可以經時地拍攝食物團塊流下時的形狀變化。
再者，在本測量系統中，不僅藉由目視來確認擴散軌跡的變化，更可以將之換算成擴散面積以數值化方式取得。並確認了食物團塊(試料)之擴散面積的精度，來作為其檢驗方式。
使用實施例1的裝置，將試料供給至傾斜板時由上部攝像機(h)以動畫攝影了食物團塊(試料)。試料，是與實施例2同樣地，使用了水及黏稠度調整食品(株式會社 明治：(註冊商標)SP 2重 量%)。使各試料分別吐出5ml，以攝影反覆次數：N=5進行了實驗。食物團塊(試料)的動畫，以Image J予以二值化。二值化的順序如下。首先，開啟所攝影的動畫檔案，修正角度後，抽出對象區域，然後填補影像。其次，將上述處理後的影像與該影像(32bit)stack分解後，將影像(32bit)中的食物團塊變換為黑色，在調整對比等之後，以設定尺度(Set Scale)方式設定食物團塊的長度，再利用粒子解析的方法測量出擴散面積。於第5圖，是顯示傾斜板上的食物團塊(水)在流下時之擴散面積的經時變化。又，於第6圖，是顯示傾斜板上的食物團塊(黏度調製食品)在流下時之擴散面積的經時變化。
如第5圖(w1~w5)所示，在5次的反覆實驗中，流下初期的擴散面積、或是面積的增加傾向，幾乎沒有變化。又，最大擴散面積的值，在反覆實驗中顯示出幾乎相同的數值。
如第6圖(tm1~tm5)所示，在5次的反覆實驗中，流下初期的擴散面積、或是面積的增加傾向為一致。又，最大擴散面積的值，在反覆實驗中顯示出幾乎相同的數值。
亦即，於本測量裝置，在黏度不同的兩種試料中，對於最大擴散面積、還有到達最大擴散面積的時間，可說是在非常高的反覆精度下的測量精度極高。
〔實驗例5〕
於第1圖所示的測量裝置中，確認了濃度不同之黏稠 度調整劑的動態特性(流下速度、食物團塊的前端形狀、擴散面積等之流下的特性)的精度或者妥當性。
裝置是使用了實施例1的裝置。試料，為水、並將黏度調整劑(明治公司：(註冊商標)SP)分別調整為0.5重量%、1.0重量%、2.0重量%。反覆次數以N=5進行了實驗，測量各感測器之間的試料速度以及試料的吐出時間，將平均值、標準偏差、誤差歸納整理於第3表。5次所測量之動態物性的誤差只要未滿10%便判斷其精度高。結果是任一濃度的試料(食物團塊)誤差皆為未滿10%。又，將上部-下部的速度顯示於第7圖。於流下時的側面中之各試料在流下時的食物團塊形狀顯示於第8圖(a)~第8圖(d)。又，在流下時之各試料的食物團塊中，依每一區域(整體、上部、中部、下部)，將經時的擴張面積顯示於第9圖(a)~第9圖(d)。
如第3表所示，對於水、0.5重量%的黏稠度調整食品、1.0重量%的黏稠度調整食品、2.0重量%的黏稠度調整食品，在上部-下部感測器之間的速度的誤差、吐出時間的誤差，任一者皆未滿7%。因此，本發明的裝置，可以說是可以精度極高地測量食物團塊的速度。
如第7圖所示，水與黏稠度調整食品，其流下速度極大的不同，0.5重量%的黏稠度調整食品的流下速度，相較於水的流下速度大約為其一半。又，可以見到隨著黏稠度調整食品之濃度(黏度)的增加，流下速度是減少的。換言之，流下速度隨著黏度的增加而降低此一實 際的現象，與本發明之裝置的物性的測量值及演算值並沒有矛盾。亦即，對於以本發明之裝置所測量到之食物團塊的動態物性，可說是具有妥當性。
如第8圖所示，水，其食物團塊前端的厚度極薄，可觀察到在傾斜板上擴散開來的樣子。又，可以確認到黏稠度調整食品的濃度越上昇則食物團塊(試料)前端的厚度就變得越厚，且其厚度從流下食物團塊的前端持續朝向後方。
如第9圖(a)~第9圖(d)所示，水的擴散面積，在傾斜板上整體、上部、中部、下部，都是比其他的試料還大。又，在黏稠度調整食品之間進行比較時，隨著黏稠度調整食品的濃度上昇其擴散面積會變小，最大擴散面積與觀測結束時之擴散面積的差會變小。黏稠度調整食品的濃度與擴散面積的關係，在黏稠度調整食品的濃度與食物團塊前端的形狀亦有同樣的關係。此等傾向由於從第8圖(a)~第8圖(d)之流下食物團塊前端的形狀可以確認到，故由本測量系統所取得的結果，可以得知雖為不同測量方法的資料，但仍具有相互關連性。
如此地本裝置(系統)從速度、食物團塊的前端形狀、擴散面積等方面來看，是可以精度良好地測量濃度不同樣本的不同流下特性，可以沒有矛盾地說明與實際上所發生的現象。因此，可說是妥當地評估了實際之試料(食物團塊)的動作。
〔實驗例6〕
以第1圖所示的測量裝置，確認了各種增黏劑的流下特性。
試料，是使用了4種類的增黏劑(Danisco Japan公司的黃原膠：XG、琥珀醯聚糖(succinoglycan)：SG、瓜爾膠(Guar Gum)：GG、纖維素：CMC)。增黏劑的濃度顯示於第4表。此等試料濃度是以在100[1/s]的黏度大致相同(薄黏稠度大約60mPa．s，濃黏稠度大約250mPa．s)之方式進行了調整。使各試料每次5ml各吐出5次，計算出所攝影之食物團塊(試料)的動態物性，並且測量出形狀(動態接觸角(接觸角)、擴散面積、流下軌跡的尺寸)。接觸角的測量，是使用了泛用影像處理軟體Image J(NIH)的Contact angle plug in。流下軌跡之中，最大長度，是在與流下方向平行的方向，測量了最長的長邊。最大寬度，是在與流下方向垂直相交的方向，測量了最長之短邊方向的長度。
將薄黏稠度、濃黏稠度之各別的試料的流動曲線(剪切速率-黏度曲線)顯示於第10圖、第11圖。將食物團塊(試料)的流速時間與流下速度顯示於第12圖、第13圖。
薄黏稠度時，如前所述地，即使各試料是一定的剪切速率與黏度，流下時間以及流下速度在各試料仍有差異。濃黏稠度之情形時，也是與薄黏稠度同樣地，流下時間及流下速度在各試料會有差異。即便是調整至預定的剪切速率與黏度的試料，各增黏劑的食物團塊(試料)會以不同的剪切速率流下。亦即，可以得知各增黏劑是具有固有的特性而流下。
又，從側面將食物團塊(試料)前端的形狀顯示於第14圖(a)~第14圖(d)、第15圖(a)~第15圖(d)。如第14圖(a)~第14圖(d)所示，薄黏稠度之前端的形狀，CMC(0.25重量%)相較於其他的黏稠度調整食品，其前端的厚度較薄，並在傾斜板上擴散開來。另一方面，如第15圖(a)~第15圖(d)所示，濃黏稠度之前端的形狀，在目視下並無法發現與其他的樣本有大的差異。
在此，如第16圖(a)~第16圖(d)所示地，以本測量系統測量了在豪米尺度下的動態接觸角。濃黏稠度的接觸角，XG為149.2°(第16圖(a))、SG為147.2°(第16圖(b))、GG為145.8°(第16圖(c))、CMC為143.4°(第16圖(d))。因此，在本 發明的裝置中，是以動態接觸角來定量性地評估出在目視中無法確認到之各試料間的形狀差異。
其次，將各食物團塊(試料)的流下軌跡予以二次值處理後，確認了擴散面積。濃黏稠度的擴散面積，是分開將上部區域(到達上部感測器時)顯示於第17圖(a)~第17圖(d)，將中部區域(到達中部感測器時)顯示於第18圖(a)~第18圖(d)，將下部區域(到達下部感測器時)顯示於第19圖(a)~第19圖(d)。
如第17圖(a)~第17圖(d)所示地，以目視可以確認到SG與GG的擴散面積相較於XG與CMC的擴散面積為較小若干。第18圖(a)~第18圖(d)、第19圖(a)~第19圖(d)，是與第17圖(a)~第17圖(d)相同樣地，以目視可以確認到SG與GG的擴散面積相較於XG及CMC的擴散面積為較小若干。
不僅只有目視，亦將此等擴散面積的變化顯示於第20圖。在目視下即使具有微妙差異時藉由擴散面積的數值化，可以明確地理解到該差異。擴散面積是依CMC0.7重量%、XG1.5重量%、GG0.75重量%、SG 1.2重量%的順序變小。此傾向在任一觀測區域中皆相同。
將流下軌跡所測量的最大長度顯示於第21圖，將最大寬度顯示於第22圖。如第21圖所示，XG與CMC的最大長度是比SG與GG還長。如第22圖所示，XG與CMC的最大寬度是比SG與GG明顯還長。不過， 在黏度-滑動速度的關係曲線(流動曲線)中，XG與SG是具有相同特性。亦即，流動曲線的特性值與流下特性並不一定是一致。此乃即使對被認為流動曲線大致相同的試料進行感官檢查時，也未必會有相同的評估(對映(mapping))，此可定性地說明口感之實際現象的原因。
將由本裝置所測量之動態特性值(工學性指標)的例子顯示如第5表。在專利文獻3中，從液滴內部流動的速度分布只能測量出剪切速率、剪應力，而在本測量方法中，能夠測量施加於壁面的力，甚至施加於壁面的能量消耗，此點是與專利文獻3有著極大的不同。力以及能量的測量方法是(F)[N]：力=τ×Sm
W[W]：能量=(F)×U
在此，U[m/S]：上下感測器之間的通過速度、δ[m]：從側面測量所取得之食物團塊的厚度、γ[1/s]：剪切速率=U/δ、μ[Pa．s]：黏度、τ[N/m2]：剪應力=μ×U/δ、Sm[m2]：中間部的擴散面積。
於第23圖，顯示有各試料的位在壁面的剪應力。對於各試料的剪應力，顯示出具有與第11圖所示之流動曲線相同的傾向(依類別分開)。XG與SG，在流動曲線上是落在相同曲線，但GG、CMC，則是偏離於該曲線。各試料的剪應力亦可看到有如此傾向。
於第24圖，是比較了各試料施加於壁面的 力。各試料的力，是與剪應力的傾向相反，顯示出與第11圖所示之流動曲線的特徵不同的傾向。
於第25圖，是顯示在壁面所消耗之能量的比較結果。與第24圖之力同樣地施加於壁面的能量，是與第11圖之流動曲線的特徵有許多差異。
在第1圖所示的本測量裝置中，從各種測量值可以算出：剪切速率、壁面的剪應力、施加於壁面的力、在壁面所消耗的能量等。藉此，可以客觀明確地得知食品固有的流下特性。藉由本測量裝置，可以客觀明確地得知在先前技術中無法客觀定量地測量之食品固有的流下特性。
〔實驗例7〕
以第1圖所示的測量裝置，確認了各種發酵乳製品的流下特性。不過，在本實驗例中，是利用比矽膠更近似口腔內面的聚乙烯醇此種擬似身體材料(親水性PVA)來形成傾斜板的傾斜面。
試料，是使用了3種類的發酵乳製品(試料(A)、試料(B)、及試料(C))。3種類的發酵乳製品的無脂乳固形成分、乳脂肪成分、蛋白質、脂質、碳水化物之組 成如第6表所示。
於第26圖~第28圖，是顯示在傾斜面的上游部之試料(A)~(C)的運動的測量結果。
第26圖，是顯示試料(A)~(C)從注嘴吐出後，到達上部到達確認感測器的檢測位置為止的到達時間。如同圖所示，顯示出試料(B)，是具有比其餘的試料(A)及(C)更短的到達時間。
第27圖，是顯示在比上部到達確認感測器的檢測位置更上游的傾斜面所流下之試料(A)~(C)的擴散面積。如同圖所示，顯示出試料(B)，是具有比其餘的試料(A)及(C)更大的擴散面積。
第28圖，是顯示在比上部到達確認感測器的檢測位置更上游的傾斜面所流下的試料(A)~(C)的擴散面積速度。如同圖所示，顯示出試料(B)，是具有比其餘的試料(A)及(C)更大的擴散面積速度。
其次，於第29圖~第31圖，是顯示在傾斜面的中流部之試料(A)~(C)的運動的測量結果。
第29圖，是顯示在上部到達確認感測器的檢測位置 與中間部到達確認感測器的檢測位置之間的傾斜面上所流下之試料(A)~(C)的區間速度。如同圖所示，顯示出試料(A)與試料(B)為大致同等的區間速度，試料(C)是比試料(A)及(B)還慢的區間速度。
第30圖，是顯示在上部到達確認感測器的檢測位置與中間部到達確認感測器的檢測位置之間的傾斜面上所流下之試料(A)~(C)的擴散面積。如同圖所示，顯示出試料(B)，即便在傾斜面的中流部，仍具有比其餘的試料(A)及(C)更大的擴散面積。
第31圖，是顯示在上部到達確認感測器的檢測位置與中間部到達確認感測器的檢測位置之間的傾斜面上所流下之試料(A)~(C)的擴散面積速度。如同圖所示，顯示出試料(B)，即便在傾斜面的中流部，仍具有比其餘的試料(A)及(C)更大的擴散面積速度。
其次，於第32圖及第32圖，是顯示在傾斜面的中流部之試料(A)~(C)的運動的測量結果。
第32圖，是顯示在中間部到達確認感測器的檢測位置與下部到達確認感測器的檢測位置之間的傾斜面上所流下之試料(A)~(C)的區間速度。如同圖所示，顯示出試料(A)與試料(B)為大致同等的區間速度，試料(C)是比試料(A)及(B)還小的區間速度。
第33圖，是顯示在中間部到達確認感測器的檢測位置與下部到達確認感測器的檢測位置之間的傾斜面上所流下之試料(A)~(C)的擴散面積。如同圖所 示，顯示出試料(B)，即便在傾斜面的中流部，仍具有比其餘的試料(A)及(C)更大的擴散面積。
其次，於第34圖，是顯示在傾斜面整體之試料(A)~(C)的運動的測量結果。
第34圖，是顯示在上部到達確認感測器的檢測位置與下部到達確認感測器的檢測位置之間的傾斜面上所流下之試料(A)~(C)的區間速度。如同圖所示，顯示出試料(B)，在傾斜面之整體中，具有比其餘的試料(A)及(C)更大的區間速度。
其次，於第35圖及第36圖，是顯示依據側面影像之試料(A)~(C)的形狀的測量結果。
第35圖，是顯示試料(A)~(C)的接觸角。如同圖所示，試料(A)顯示出較大的接觸角，試料(B)顯示出較小的接觸角。
第36圖，是顯示試料(A)~(C)的厚度。如同圖所示，試料(A)顯示出較大的厚度，試料(B)顯示出較小的厚度。
其次，於第37圖，是顯示試料(A)~(C)的流下速度除以厚度所算出的剪切速率。如同圖所示，顯示出試料(B)，具有比其餘的試料(A)及(C)更大的剪切速率。
其次，於第38圖，是顯示試料(A)~(C)的假想值。如同圖所示，顯示出試料(C)，具有比其餘的試料(A)及(B)更大的黏度，並顯示出試料(A)與 試料(B)為大致同等的黏度。又，黏度，並不是由第1圖所示的測量裝置所測量，而是由流變計所測量。
在此，於第39圖，是顯示藉由以往的評估法進行試料(A)~(C)的評估圖。同圖之map的橫軸是以對數表示剪切速率，縱軸是以對數表示黏度。圖中的實線I、虛線II、及實線III，分別對應試料(A)、(B)、及(C)。
人在下嚥食物團塊時的剪切速率被認為是50~150S-1。第39圖中，於該範圍標示陰影。在該範圍中，由於試料(A)與試料(B)顯示大致同等的黏度，所以試料(A)的實線I與試料(B)的虛線II重疊。因此，在以往的評估法中，要區別試料(A)與試料(B)是有所困難。
然而，由於人，亦使用黏度以外的資訊來評估食物團塊的口感，所以在感官評估中，可明顯得知試料(A)與試料(B)的口感明確有所不同。
在此，在本實驗例中，如以下說明，是對表示在傾斜面上所流下或是滑落之試料狀態的狀態參數(指標)進行演算，進行試料(A)~(C)的評估。使用本測量裝置的測量結果及演算結果，藉由將複數個力學的指標予以組合地對映(mapping)，而能夠具客觀性且正確地評估試料的口感。
因此，於第40圖~第44圖，是顯示試料(A)~(C)之各種的狀態參數的演算結果。
第40圖，是顯示試料(A)~(C)對傾斜面的剪應 力。如同圖所示，顯示出試料(C)有較大的剪應力，並顯示出試料(A)有較小的剪應力。
第41圖，是顯示試料(A)~(C)對傾斜面的力。如同圖所示，顯示出試料(C)具有較大的力，並顯示出試料(A)具有較小的力。
第42圖，是顯示試料(A)~(C)對傾斜面的作功量(施加於傾斜面的消耗能量)。如同圖所示，顯示出試料(C)有較大的作功量，並顯示出試料(A)有較小的作功量。
第43圖，是顯示試料(A)~(C)對傾斜面的作功率。如同圖所示，是顯示出試料(A)，具有比其餘的試料(B)及(C)更小的作功率，並顯示出試料(B)與試料(C)為大致同等的作功率。
第44圖，是顯示試料(A)~(C)對傾斜面的附著性。在此，所謂附著性，是指傾斜面之每單位面積在傾斜面的消耗能量。如同圖所示，顯示出試料(C)具較大的附著性，並顯示出試料(A)具較小的附著性。
於第45圖，是顯示將第43圖所示之試料(A)~(C)的作功率與第44圖所示之試料(A)~(C)的附著性予以組合後進行對映。如第45圖所示，試料(A)的繪區(plot)是與試料(B)的繪區的間隔離得很開。因此，藉由該對映，可以明確地區別出在第39圖中區別困難的試料(A)與試料(B)。
將作功率與附著性予以組合後進行對映，被認為是與 入口感覺此類的口感具有關連性。
其次，於第46圖，是顯示將第27圖所示之試料(A)~(C)的擴散面積，與第28圖所示之試料(A)~(C)的擴散面積速度予以組合後進行對映。如第46圖所示，試料(A)的繪區與試料(B)的繪區的間隔離得很開。因此，藉由該對映，可以明確地區別出在第39圖中區別困難的試料(A)與試料(B)。
將擴散面積與擴散面積速度予以組合後進行對映，被認為是與溶於口中或者吞嚥順利性之類的口感具有關連性。
〔實驗例8〕
是以第1圖所示的測量裝置，對傾斜板之傾斜面的材料的影響，以藉由由矽膠所形成的傾斜面、以及藉由利用更近似口腔內面的聚乙烯醇此種擬似身體材料(親水性PVA)所形成的傾斜面，進行了確認。試料，是使用了2重量%水溶液(註冊商標)。又，將傾斜面對水平面的傾斜角度設定為45°。
於第47圖，是顯示試料之流下速度的柱狀圖。於同圖中，是顯示出：試料被上部到達確認感測器(d)檢測出後到被中間部感測器(e)檢測出為止之試料在傾斜面上游部的流下速度、及試料被中間部到達確認感測器(e)檢測出後到被下部到達確認感測器(f)檢測出為止之試料在傾斜面下游部的流下速度、以及試料被上部 到達檢測感測器(d)檢測出後到被下部到達檢測感測器(f)檢測出為止之試料在傾斜面之傾斜面整體中的流下速度。如第47圖所示，在傾斜面的上游部、下游部、以及整體之任一者，相較於在矽膠的傾斜面上的流下速度，在親水性PVA之傾斜面上的流下速度，被認為較慢20%~30%。又，確認到與傾斜面的材料無關，上游部的流下速度，有比下游部的流下速度還慢的傾向。
於第48圖(a)及第48圖(b)，是顯示正在流下之試料前端形狀的側面影像。如第48圖(a)所示，在矽膠的傾斜面上所流下之試料的前端形狀具有接近橢圓形的形狀。相對於此，如第48圖(b)所示，在親水性PVA的傾斜面所流下之試料的前端形狀，具有接近半橢圓形的形狀，且高度較低，並具有較大的動態接觸角。藉此，表示試料在親水性PVA的傾斜面上，要比在矽膠的傾斜面上，更容易擴散於傾斜面上。
〔實施例2〕
於第49圖，是顯示本發明之實施例2的測量裝置。本測量裝置的構成，是除了供給部之外，是與第1圖所示之實施例1的測量裝置相同。因此，在此省略供給部以外之構成要素的詳細說明。本測量裝置的供給部，是能夠翻轉地配置在傾斜面的上方，並具備具有預定容量的上部開口容器。在此，上部開口容器，為塑膠製的湯匙(a)。湯匙之凹窪部分的大小，為20mm×28mm×3mm。
在本實施例中，使已放入試料的湯匙(a)翻轉，將試料往傾斜面上供給。湯匙的翻轉動作，是藉由動力確認感測器(b)所檢測出。乳品飲料作為試料被供給，並測量了試料的流下速度及擴散面積。試料的供給進行了5次，並確認了誤差。
5次測量後的結果是：在傾斜面的上游部，流下速度為0.748±0.022m/s，誤差為3%；在傾斜面的下游部，流下速度為0.8258±0.010m/s，誤差為5%；在傾斜面整體，流下速度為0.7514±0.014m/s，誤差為2%。又，擴散面積為1391±63(任意單位)，誤差為5%。
又，以別種類的乳品飲料作為試料，4次測量後的結果是：在傾斜面的上游部，流下速度為0.7125±0.011m/s，誤差為2%；在傾斜面的下游部，流下速度為0.8050±0.014m/s，誤差為2%；在傾斜面整體，流下速度為0.7514±0.010m/s，誤差為2%。又，擴散面積為1358±21(任意單位)，誤差為2%。
如此地，即使以湯匙供給試料，試料的流下速度及擴散面積之各別的誤差在5%以下，可以確認到是具有重現性。
又，即使是黏度較低的乳品飲料，亦可以確認到測量結果的重現性很高。
又，在本實施形態中，雖是說明了將每單位面積的能量與作功率予以組合後對映的例子，以及將擴散面積與擴散面積速度予以組合後對映的例子，但對可使用 於對映之狀態參數的組合，並不限定於此等，是可以將由本測量裝置所演算之各種的狀態參數加以組合而對映者。
又，使用於對映的參數，並不限定於由本測量裝置所演算的狀態參數，是可以將由本測量裝置以外的裝置所測量之已知的參數與在本測量裝置所演算的狀態參數予以組合而對映。例如，亦可以將黏度、密度、比重、或是硬度等之表示試料物性的已知參數(物性值)，與由本測量裝置所演算的狀態參數予以組合而對映。
本發明，亦可以具備其次之<1>~<7>的樣態。
<1>一種推斷動態食物團塊動作及/或是口感的測量裝置，是包含有：供給試料的傾斜板、及將試料供給至上述傾斜板的供給部、及用以確認試料被供給到上述傾斜板的感測器、及用以確認試料已到達上述傾斜板之中途的感測器、及將試料流下及/或是滑落在傾斜板的形狀，從上面對上述傾斜板上之試料的形狀進行攝影的攝像機、及從側面對試料流動及/或是滑落在上述傾斜板的形狀進行攝影的攝像機、及用以確認試料從供給部排出的感測器、及利用各感測器所確認之時間或速度的資料自動記錄器、以及對利用各攝像機所攝影的影像資料進行演算或者處理的電腦。
<2>如<1>之樣態所記載之推斷動態食物團塊動作及/或是口感的測量裝置，其中，於上述供給部具有壓力感 測器。
<3>如<1>或<2>之樣態所記載之推斷動態食物團塊動作及/或是口感的測量裝置，其中，上述傾斜板的表面為模擬口腔內的材料。
<4>如<1>~<3>中之任一樣態所記載之推斷動態食物團塊動作及/或是口感的測量裝置，其中，上述傾斜板上的到達確認感測器為光電管等之光學性感測器。
<5>如<1>~<4>中之任一樣態所記載之推斷動態食物團塊動作及/或是口感的測量裝置，其中，由上述傾斜板上之光電管等光學性感測器所構成的到達確認感測器2個以上以及於其間設置靜止畫攝影用的感測器。
<6>如<1>~<5>中之任一樣態所記載之推斷動態食物團塊動作及/或是口感的測量裝置，其中，上述試料的排出量為1ml以上。
<7>一種測量方法，是使用<1>~<6>中之任一樣態所記載的裝置，對試料的動態物性之中的速度、加速度、壓力、力、剪切速率、壁面剪應力、壁面剪切力、在壁面所消耗的能量、動態接觸角、流下面積、滑落面積、流下軌跡、滑落軌跡、試料流下時的中心厚度、滑落時的中心厚度之一個以上進行演算的方法。
產業上的可利用性
藉由食物團塊的物性值或者特性值(撥水性等)的不同，可以對進食與下嚥時之食物團塊動作賦予的 影響進行定量的評估，藉此，可以推斷出對進食與下嚥困難者(高齡者等)最佳之食品的物性或者形態，並依此設計食品。此時，若能夠抑制高齡者等的誤嚥，將與延長日本人的健康壽命有著密切關係，其結果是，可以降低健康保險醫療費用等，對社會有極大的貢獻。又，若與使用電腦之下嚥動態的模擬方式等相對比的話，可以更佳簡便且客觀地分類出食物團塊的特徵。
本專利說明書係將作為本願優先權主張之日本申請案的專利說明書的內容全部援用於此。
a‧‧‧供給部
b‧‧‧壓力感測器
c‧‧‧供給感測器
d~f‧‧‧到達感測器
g‧‧‧側面攝像機
h‧‧‧上面攝像機
i‧‧‧資料自動記錄器

Claims (15)

  1. 一種測量裝置，是用以模擬地重現食物團塊的下嚥狀態，並測量作為食物團塊之試料的運動及形狀的測量裝置，其特徵為具備：傾斜構件，其係具有傾斜面、及供給部，其係用以將上述試料供給至上述傾斜面上、及供給感測器，其係用以檢測出從上述供給部朝向上述傾斜面上所供給的上述試料、及到達感測器，其係用以檢測出流下或是滑落在上述傾斜面上之預定地點的上述試料、及時點記錄部，其係用以記錄由上述供給感測器及上述到達感測器所檢測出之上述試料的檢測時點、及上面攝像機，其係用以從上述傾斜面的上方對流下或是滑落在上述傾斜面上的上述試料進行攝像而產生上面影像、及側面攝像機，其係用以從上述傾斜面的側面對流下或是滑落在上述傾斜面上的上述試料進行攝像而產生側面影像、以及演算部，其係用以對使用上述時點記錄部的輸出、上述側面影像、以及上述上面影像之至少一個來表示流下或是滑落在上述傾斜面上之上述試料狀態的狀態參數進行演算。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的測量裝置，其中， 上述試料，是具有1ml以上，50ml以下的體積。
  3. 如申請專利範圍第1或2項所述的測量裝置，其中，上述傾斜面，是由模擬口腔與咽頭內之身體表面的狀態的材料所形成。
  4. 如申請專利範圍第1項所述的測量裝置，其中，上述供給部，係具備：配置於上述傾斜面之上方的注嘴、以及用以將預定量的上述試料供給至上述注嘴的柱塞泵。
  5. 如申請專利範圍第4項所述的測量裝置，其中，上述供給部，更進一步地具備用以檢測上述注嘴內之壓力的壓力感測器。
  6. 如申請專利範圍第1項所述的測量裝置，其中，上述供給部，是具備：能夠翻轉地配置於上述傾斜面之上方且具有預定容量的上部開口容器。
  7. 如申請專利範圍第1項所述的測量裝置，其中，上述到達感測器，是以光學性檢測出上述試料的光學感測器。
  8. 如申請專利範圍第1項所述的測量裝置，其中，上述到達感測器，是包含上部感測器及下部感測器，該上部感測器，是用以檢測出流下或是滑落在上述傾斜面上之第1地點的上述試料；該下部感測器，是用以檢測出流下或是滑落在上述傾斜面上之第2地點的上述試料，該第2地點是沿著上述傾 斜面的最大傾斜角度方向從上述第1預定感測器間隔有一預定距離。
  9. 如申請專利範圍第8項所述的測量裝置，其中，上述到達感測器，更進一步地包含中間感測器，該中間感測器是用以檢測出流下或是滑落在上述傾斜面上之上述第1地點與上述第2地點之間的第3地點的上述試料。
  10. 如申請專利範圍第1項所述的測量裝置，其中，上述側面攝像機，是以上述中間感測器的輸出作為觸發訊號來對上述試料進行攝像。
  11. 如申請專利範圍第1項所述的測量裝置，其中，上述上面攝像機，是以上述到達感測器的輸出作為觸發訊號來對上述試料進行攝像。
  12. 如申請專利範圍第1項所述的測量裝置，其中，上述演算部，是以流下或是滑落在上述傾斜面上之上述試料的速度、加速度、厚度、上述傾斜面上的擴散面積、以及上述傾斜面上的軌跡，和上述試料對上述傾斜面的動態接觸角、壓力、力、剪切速率、以及剪應力，和在上述傾斜面所消耗的作功量或作功率、力積之中的一個以上的參數，作為上述狀態參數來進行計算。
  13. 如申請專利範圍第1項所述的測量裝置，其中，上述演算部，是以上述傾斜面的每單位面積之在上述傾斜面所消耗的能量，以及上述試料在上述傾斜面上的擴散面積速度之中的一方或是雙方，作為上述狀態參數來進 行計算。
  14. 一種測量方法，是使用申請專利範圍第1~13項中之任一項所述的測量裝置，用以模擬地重現食物團塊的下嚥狀態，並測量作為模擬性食物團塊之試料的運動及形狀的測量方法，其特徵為：使用上述供給感測器的輸出、上述到達感測器的輸出、上述側面影像、以及上面影像之至少一種，來演算：表示流下或是滑落在上述傾斜面上之上述試料狀態的狀態參數。
  15. 如申請專利範圍第14項所述的測量方法，其中，將複數個上述狀態參數予以組合、或是將表示上述試料之物性的已知參數與1個以上的上述狀態參數予以組合，並進行對映(mapping)。
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