JPH08313461A - 果実の糖度評価方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 果実の糖度を非破壊的に且つ迅速に評価する
ことのできる有用な方法を提供する。 【構成】 核磁気共鳴法によって、果実に含まれる水分
子の水素原子核の縦緩和時間（Ｔ１）および横緩和時間
（Ｔ２）を測定し、これら縦緩和時間（Ｔ１）および横
緩和時間（Ｔ２）に基づいて果実中の糖度を評価する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、西瓜、メロン等の様
に、外から果肉の熟成度が判別できない果実の糖度を非
破壊的に且つ迅速に評価する方法に関し、殊に本発明方
法は、果実生産業者の出荷ラインや青果流通販売業者の
入荷検査ライン等で適用され、果実の等級分類および熟
成度判定による製品の出荷タイミングの適正化を図る上
で有用な糖度評価方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】西瓜、メロン等の様に、外から果肉の熟
成度が判別できない果実では、その出荷タイミングの判
断は、従来から人間の経験と勘に頼って行われているの
が一般的である。例えば、西瓜においては、その外皮を
こつこつと叩いてその音で判定したり、蔕の部分の柔ら
かさで判定する等の方法が採用されている。しかしなが
ら、これらの判定方法では、個人的な能力に依存すると
共に、大量の果実を扱う出入荷ラインにおいては複数の
人間が作業をするので、その個人差によって商品の判定
にばらつきが生じ、需要者側からの不満が発生すること
が多い。

【０００３】特に、西瓜やメロン等の様に比較的高価な
果実では、消費者は単品買いすることが多く、商品に対
するイメージはたまたま購入した商品で決定されてしま
う傾向にある。上記の様な比較的高価な果実では、需要
者側から価格相応の味が当然に要求されるが、不味い果
実を需要者が購入してしまった場合には、それがたとえ
確率的に極めて低いものであっても、商品全体のイメー
ジは悪化してしまい、生産者に対する信用をなくすばか
りか、販売競争力も失ってしまうことになる。更に、近
年の様に生産者が独自ブランドを付けて、商品への付加
価値を付けることが好まれる状況下では、商品のイメー
ジ悪化は生産者に決定的な打撃を与えかねない。こうし
たことから、近年では、各種の測定技術を応用した果実
の各種評価法が検討されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】これまで検討されてい
る評価方法は、光学的な原理を利用した方法が主流を占
めており、その代表的な方法としては、林檎に近赤外光
を照射し、その反射スペクトルから林檎の糖度と酸味を
判定する方法が提案されている。しかしながらこの方法
では、林檎の様に外皮が比較的薄くて近赤外光が果肉に
届く果実においては、良好な判定結果が得られるのであ
るが、西瓜やメロン等の様に外皮が比較的厚い果実には
適用できないという欠点がある。またこの方法では、外
皮付近の糖度しか測定できず、果実の熟成度を判定する
上で重要な内部の糖度は評価できないという欠点もあ
る。

【０００５】また光学的な原理を利用した他の方法とし
て、果実に穴を開けて果肉を取り出し、これを搾った果
汁の屈折率を光学的に測定する方法が提案されている。
この方法は、水の中に溶けている溶質の量が増えると溶
液全体の誘電率が増大し、これによって光の屈折率が大
きくなることを利用したものである。しかしながら、こ
の方法では、果実の切断作業に時間を要し、且つオンラ
インでの適用が困難なこと、および評価しようとする果
実を破壊する必要がある等の問題があった。特に、果実
を破壊することは、高価な果実においては最も嫌われる
点である。

【０００６】一方、非破壊的に果汁の状態を調査する手
段として、従来から化学分析の分野で適用されている核
磁気共鳴分光法（ＭＲＳ法）が注目される様になってき
ている。この方法は、例えば特開昭５９ー１３６６４３
号に示されている様に、果汁に含まれるぶどう糖や果糖
等の分子中の水素原子の核磁気共鳴周波数が、分子の種
類によって全て異なること、および各分子の濃度に比例
した核磁気共鳴信号が得られること等を利用して、果汁
中の糖の種類と割合を測定するものである。

【０００７】この方法は、搾り取られた果汁の成分々子
の様に、その中の分子が比較的自由に運動できる試料に
対しては、良好な結果が得られる。しかしながら、果肉
中に分散した果汁成分の様に、分子が細胞の間隙等の小
さな領域に閉じ込められて分子運動が阻害されている試
料では、核磁気共鳴信号の半値幅が広がる為に、各成分
の信号を分離することが困難になり、現実に果汁成分比
を求めることはできない。本発明はこうした状況の下に
なされたものであって、その目的は、果実の糖度を非破
壊的に且つ迅速に評価するための有用な方法を提供する
ことにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成し得た本
発明とは、核磁気共鳴法によって、果汁に含まれる水分
子中の水素原子核の縦緩和時間（Ｔ１）および横緩和時
間（Ｔ２）を測定し、これら縦緩和時間（Ｔ１）および
横緩和時間（Ｔ２）に基づいて果実の糖度を評価する点
に要旨を有する果実の糖度評価方法である。

【０００９】

【作用】本発明者らは、前記課題を解決するため、果汁
に含まれる水分子中の水素原子核について、核磁気共鳴
法によって測定される、縦緩和時間（Ｔ１）、横緩和時
間（Ｔ２）の夫々と、光学的な方法によって測定される
果汁の糖度との相関々係について検討した。その結果、
両者とも果汁の糖度に対して負の相関を持つことが確か
められたが、その相関係数（ｒ）は一般に低く（｜ｒ｜
≦０．８）、糖度予測値の精度の面であまり実用的とは
言えなかった。

【００１０】ところが更に、これら２つの時間と糖度の
重相関分析を行なった結果、得られる重相関係数が、Ｔ
１、Ｔ２のどちらか一方と糖度間の単相関係数を上回っ
て、０．９を超えることを見出し、糖度予測値の精度の
面でもこの方法が十分実用的であることが立証され、本
発明を完成した。

【００１１】本発明によって上記の様な効果が得られた
理由については、その全てを解明した訳ではないが、お
そらく次の様な理由によるものと考えられる。即ち、果
汁中に含まれる水素原子核のスピンは静磁場中で磁場の
方向に揃っており、これを９０°（例えば水平方向）勾
配させた後、水平方向の磁化の大きさが３６．８％にな
るまでの時間を横緩和時間（Ｔ２）、静磁場方向の磁化
が９０°勾配させる以前の７３．２％にまで回復するま
での時間を縦緩和時間（Ｔ１）と呼ぶのであるが、これ
ら２つの緩和時間のうち、横緩和時間（Ｔ２）は測定対
照分子の運動が遅くなるにつれて小さくなり、縦緩和時
間（Ｔ１）は測定対照分子の運動のうち、測定に用いる
電波の周波数と同じ周波数の成分が増加するにつれて小
さくなることが、核磁気共鳴に関する様々な本に書かれ
ている（例えば、「医学・生物学のためのＮＭＲ（生体
系への応用）」、D.G.Gardian 著、西村書店 第６
章）。

【００１２】ここで、これら２つの緩和時間は全く独立
ではないということに注意しておく必要がある。なぜな
ら、９０°勾配した磁化が縦方向にその向きを戻してゆ
く過程が速ければ（即ち、Ｔ１が小さければ）、磁化の
水平方向成分が小さくなる過程も速くなる（即ち、Ｔ２
も小さくなる）ことが容易に理解できるからである。

【００１３】果汁中の糖成分分子の比率が増加するにつ
れ、糖成分分子の周囲に引き付けられて自由に運動でき
なくなる水分子の比率が増加すると、上記理由によっ
て、水平方向の磁化の大きさが小さくなる速度が増し、
また同時に、分子運動の周波数スペクトルが変化するた
め、静磁場方向の磁化が大きくなる速度（即ちＴ１）も
変化すると考えられる。

【００１４】一般にＡ、Ｂという互いに関連し合う２つ
の変数が、Ｃという３番目の変数に同時に関連している
場合、ＡもしくはＢの一方のみから予測されるＣの値よ
り、（Ａ、Ｂ）の組み合わせから予測されるＣの値の方
がより信頼できることは容易に理解できることであり、
この様な理由によって、Ｔ１、Ｔ２の２つの値から糖度
を予測する方が精度が増したものと考えられる。

【００１５】ところで本発明では、核磁気共鳴法によっ
て縦緩和時間、横緩和時間を測定する対照を、果汁中の
水分子に含まれる水素原子核としたが、これは測定時間
の短縮を図るためである。即ち、一般に有機化合物の分
析において、測定対象を¹³Ｃとすることがよく行なわれ
るが、十分な精度で分析するためには¹³Ｃからの核磁気
共鳴信号は小さすぎ、信号の加算のために長時間を要し
てしまうためである。

【００１６】また本発明では、同じ水素原子核でも、水
分子に属するものに限定したが、これも上記と同じ理由
からである。即ち、水は果汁成分中で最大の比率を有す
るので、そこから得られる核磁気共鳴信号は他のどの成
分からのものより大きくなり、測定時間を最短にできる
のである。なお測定対象を水分子中の水素原子核と限定
することによって、他の糖成分等からの信号を相対的に
無視することができ、測定システムを簡略化できると言
う利点もある。

【００１７】以下本発明を実施例によって更に詳細に説
明するが、下記実施例は本発明を限定する性質のもので
はなく、前・後記の趣旨に徴して設計変更することはい
ずれも本発明の技術的範囲に含まれるものである。例え
ば、下記実施例では、西瓜の糖度を評価する場合につい
て示したけれども、本発明で対象とする果実は西瓜に限
らず、メロン等にも適用できるものである。

【００１８】

【実施例】図１は、本発明方法を実施するために構成さ
れるＭＲＩ装置例のブロック図、図２は、該装置を適用
したときのタイミングチャートである。尚ここでは、ボ
アの中心軸をｚ軸、この直線に直交する鉛直上向き方向
をｙ軸、同じく水平方向をｘ軸に選んで説明を進める。

【００１９】図１において、１は超電導磁石によって構
成され静磁場を形成する主コイル、２はｚ軸方向、ｙ軸
方向、ｘ軸方向の夫々の方向に磁場勾配を形成するため
の３つの勾配磁場コイル、３は９０度パルスの送信およ
びスピンエコー信号の検出を行なうプローブコイルを夫
々示す。また前記プローブコイル３に関連して、信号の
送受を効率良く行なうためのマッチングネットワーク
４、微小なスピンエコー信号を増幅させるためのプリア
ンプ５、大振幅の９０度パルスが入るのを防ぐためのデ
ュプレクサ６が夫々設けられている。受信機７では、プ
リアンプ５からの信号を更に増幅して位相検波を行なっ
て、制御信号処理用コンピュータ８に送出する。前記３
つの勾配磁場コイル２は、３台の勾配増幅器９を介し
て、前記制御信号処理用コンピュータ８によって制御さ
れ、図２に示したタイミングチャートに従って所定の磁
場勾配を発生する。送信用増幅器１０、シンセサイザー
１１、変調器１２および波形発生回路１３は、選択性９
０度パルスを作るためのものである。

【００２０】本発明者らは、上記ＭＲＩ装置を用い、前
記主コイル１のボアのほぼ中央に西瓜１５を置き、縦緩
和時間（Ｔ１）および横緩和時間（Ｔ２）を測定した。
このとき、西瓜１５の内部の評価領域を限定するために
ＳＴＥＡＭ法と呼ばれる方法を採用した。この手順は下
記に示す通りである。

【００２１】西瓜１５はｚ軸方向の静磁場中に置かれて
いるので、西瓜１５の果汁の水素原子核スピンが形成す
るマクロな磁気モーメントは、はじめはｚ軸に平行な軸
の回りに歳差運動をしている。まずｚ軸方向のスライス
領域を限定するために、ｚ軸方向の勾配磁場を印加しな
がら、制御信号処理用コンピュータ８の指示を受けて、
シンセサイザー１１、変調器１２、波形発生回路１３お
よび送信用増幅器１０によって作られる選択性９０度パ
ルスを印加する。この操作で、ｚ軸に直交する特定スラ
イス面のスピンのみが９０度向きを変える。続けて同様
の操作を、ｘ軸方向およびｙ軸方向についても行なえ
ば、３つの直交するスライスが重なる立方体の領域のス
ピンのみが２７０度回転し、３つのうち２つのスライス
が重なる領域のスピンは１８０度回転することになる。

【００２２】こうして３つの軸に対する選択操作を行な
った後、時間Ｔｅが経過すれば、スティミュレーテッド
エコー（Stimulated Echo)と呼ばれるエコー信号を得る
ことができる。このとき、１８０度回転した領域では横
磁化が存在しないので、理想的には磁気共鳴信号は発生
しないことになる。従って、外部で観測された前記ステ
ィミュレーテッドエコー信号は、３つの直交するスライ
スが重なる立方体の領域からのもののみであり、この領
域が糖度を評価したい領域に一致する様にスライス選択
を行なえば、特定の領域のみの評価を行なうことができ
る。但し、実際には、２つの９０度パルスの時間間隔
や、１８０度パルスの不完全性によって、スティミュレ
ーテッドエコー信号以外のエコー信号が多数発生するの
で、これを防止する為に、図２における時間Ｔｅ，Ｔｍ
の部分に、任意強度の磁場勾配を加えた。尚上記シーケ
ンスで得られるスティミュレーテッドエコー信号の強度
をＩとすれば、Ｉは下記（１）式の如く記載できる。 Ｉ∝ｅｘｐ（−Ｔｅ／Ｔ２）＊ｅｘｐ（−Ｔｍ／Ｔ１） ＊［１−ｅｘｐ（−Ｔｒ／Ｔ１）］ …（１）

【００２３】本発明者らは、１つの西瓜に対し、ｘ軸方
向、ｙ軸方向、ｚ軸方向の夫々に、１０×１０×１０
（ｍｍ）のほぼ中央の領域を選択し、時間Ｔｒ，Ｔｅを
変えながら、スティミュレーテッドエコー信号の取得を
行ない、上記（１）から縦緩和時間（Ｔ１）および横緩
和時間（Ｔ２）を測定した。

【００２４】上記の方法で測定した縦緩和時間（Ｔ１）
および横緩和時間（Ｔ２）と、これら緩和時間（Ｔ１、
Ｔ２）を測定した後に西瓜１５の評価領域を切り出した
ものから果汁を搾り取って、光学式糖度計で測定した糖
度（指示値）との関係を、図３に示す。また９８個のサ
ンプルの測定結果から、重回帰直線を求めると、下記
（２）式が得られた。更に、同様にして９８個のサンプ
ルを用い、本発明方法によって予測される糖度（予測
値）と、実際に搾り取った果汁から光学式糖度計で測定
した糖度（観測値）の関係を図４に示す。図４におい
て、重相関係数Ｒを求めたところ、−０．９１２であ
り、十分な相関関係が認められた。 ｚ＝２６．２６−０．００７^* Ｔ１−０．０３１^* Ｔ２ …（２） （但し、ｚは糖度を表す。また図３中では、Ｔ１，Ｔ２
は夫々ｘ，ｙで表している）

【００２５】これに対し、縦緩和時間（Ｔ１）または横
緩和時間（Ｔ２）のどちらか一方と、糖度との単相関係
数を求めると、夫々−０．８４５および−０．８３８で
あり、本発明方法によって求められる重相関係数Ｒの方
が明らかに高く、従って得られる回帰式から予測される
糖度の精度が高められていることがわかる。

【００２６】現在、実用化されている前記の近赤外反射
スペクトル法での相関係数Ｒは、｜Ｒ｜＝０．８〜０．
９程度であり、これと比べても本発明方法は十分実用的
であることが立証された。また評価に必要な時間も１分
／１個以下であり、出荷ラインで西瓜のオンライン糖度
評価が実施できる速度が得られていた。

【００２７】尚本発明方法において、縦緩和時間（Ｔ
１）および横緩和時間（Ｔ２）を測定する手段として
は、上記に示した様にＴｒを変化させる手段に限らず、
時間Ｔｍを変化させる様にしても良い。即ち、この場合
には、時間ＴｍおよびＴｅを変化させながら、スティミ
ュレーテッドエコー信号の取得を行なうことになる。こ
の様な手段を採用すれば、不要に長い繰り返し時間Ｔｒ
を用いる必要がなく、Ｔｒを固定値にできるので、上記
した実施例よりも、Ｔ１およびＴ２を測定する為のデー
タ取得時間を短くできるという利点があり、それによっ
て評価時間を例えば３０秒／１個に短縮することができ
る。

【００２８】

【発明の効果】本発明は以上のように構成されており、
果実の糖度を非破壊的に且つ迅速に評価できる方法が実
現できた。またこの方法によれば、果実の中心部分も含
めて果実全体の糖度を評価できるという利点もある。更
に、この方法は、果実生産業者の出荷ラインや青果流通
販売業者の入荷検査ライン等で適用されると、果実の等
級分類および熟成度判定による製品の出荷タイミングの
適正化を図る上で極めて有用であり、その効果が大いに
期待される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明方法を実施するために構成されるＭＲＩ
装置例のブロック図である。

【図２】図１に示した装置を適用したときのタイミング
チャートである。

【図３】西瓜について本発明方法で測定した縦緩和時間
（Ｔ１）および横緩和時間（Ｔ２）と、光学式糖度計で
測定した糖度との関係を示すグラフである。

【図４】西瓜について本発明方法によって予測される糖
度（予測値）と、実際に搾り取った果汁から光学式糖度
計で測定した糖度（観測値）の関係を示すグラフであ
る。

【符号の説明】

１ 主コイル ２ 勾配磁場コイル ３ プローブコイル ４ マッチングネットワーク ５ プリアンプ ６ デュプレクサ ７ 受信機 ８ 制御信号処理用コンピュータ ９ 勾配増幅器 １０ 送信用増幅器 １１ シンセサイザー １２ 変調器 １３ 波形発生回路 １５ 西瓜

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 鈴木 基文 静岡県浜松市篠ヶ瀬町630番地 株式会社 マキ製作所内 (72)発明者 三木 孝史 兵庫県神戸市西区高塚台１丁目５番５号 株式会社神戸製鋼所神戸総合技術研究所内 (72)発明者 林 征治 兵庫県神戸市西区高塚台１丁目５番５号 株式会社神戸製鋼所神戸総合技術研究所内 (72)発明者 斉藤 一功 兵庫県神戸市西区高塚台１丁目５番５号 株式会社神戸製鋼所神戸総合技術研究所内 (72)発明者 西澤 節 兵庫県神戸市西区高塚台１丁目５番５号 株式会社神戸製鋼所神戸総合技術研究所内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 核磁気共鳴法によって、果汁に含まれる
   水分子中の水素原子核の縦緩和時間（Ｔ１）および横緩
   和時間（Ｔ２）を測定し、これら縦緩和時間（Ｔ１）お
   よび横緩和時間（Ｔ２）に基づいて果実の糖度を評価す
   ることを特徴とする果実の糖度評価方法。