JP6808289B2 - 品質状態測定装置 - Google Patents

Description

本発明は、被測定物の品質状態を測定する品質状態測定装置に関する。

従来、魚の鮮度や食肉の熟成度等の品質状態を測定するための方法が知られている。例えば、下記の特許文献１では、畜肉試料に異なる周波数の交流電圧を印加して、インピーダンス比または差を測定し、当該測定の結果等に基づいて、畜肉試料の熟成度を判定する熟成度判定方法が記載されている。

また、下記の特許文献２では、魚や食肉等の動物組織において、細胞膜の存在が影響する周波数での複素反射率（インピーダンス）と、細胞膜の存在が影響しない周波数での複素反射率を複数回測定し、当該測定の結果等に基づいて、動物組織の鮮度を計測する鮮度計測方法が記載されている。

特開２００９−７９９６６号公報 特公平６−９０１６５号公報

しかしながら、特許文献１に記載の熟成度判定方法では、例えば、インピーダンス比と評価基準（熟成度指標）との相関関係データを畜肉試料の種類ごとにデータ処理部に事前に記録しておく必要がある。

また、特許文献２に記載の鮮度計測方法では、締められた後から鮮度が急速に低下する魚においても、複素反射率の測定を複数回行わなければならない。

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、被測定物の品質状態を、被測定物の種類または個体差によらず、容易に測定することができる品質状態測定装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明の一態様に係る品質状態測定装置は、魚肉および食肉を含む被測定物のインピーダンスを得るための電圧を測定するインピーダンス測定部と、前記インピーダンスに基づいて前記被測定物の品質を示す品質指標の値を演算する演算部と、を備え、前記インピーダンス測定部は、所定の周波数および所定の定電流値を有する定電流信号を出力する定電流回路と、前記定電流回路から出力される定電流信号を測定対象に流し、当該定電流信号に基づいて前記被測定物に印加される電圧を検出するために、当該被測定物の表面に接触させる少なくとも１つの陽極側電極および少なくとも１つの陰極側電極と、を備え、前記インピーダンス測定部は、前記定電流回路から前記陽極側電極と前記陰極側電極との間に、所定の定電流値を有し、互いに異なる周波数を有する少なくとも３つの定電流を流すことにより、各定電流に応じて前記陽極側電極と前記陰極側電極との間に印加される少なくとも３つの電圧値を検出し、前記演算部は、前記少なくとも３つの電圧値のうちの２つの電圧値である第１の電圧組み合わせから当該２つの電圧値の差である第１の差を算出し、前記少なくとも３つの電圧値のうちの前記第１の電圧組み合わせとは異なる２つの電圧値である第２の電圧組み合わせから当該２つの電圧値の差である第２の差を算出し、前記第２の差に対する前記第１の差の比である第１の比を算出し、前記第１の比を前記品質指標の値として出力するものである。

本発明の発明者らは、鋭意研究の末、品質指標として、異なる周波数によるインピーダンス変化を２種類用いて、これらの比を取ることにより、当該比を、インピーダンスが品質状態変化に応じて変化する特性を変えることなく有し、被測定物の種類や個体差によらない品質指標とすることができるという知見を得た。このような知見に基づいて、本発明の発明者らは、上記構成の品質状態測定装置を想到するに至った。

上記構成によれば、測定時の周波数が互いに異なる少なくとも３つの電圧値から２種類の電圧値の差が算出され、これらの比である第１の比が品質指標の値として出力される。したがって、食品の品質状態を、時間経過を伴うことなく、被測定物の種類または個体差によらず高精度に測定することができる。

前記第１の電圧組み合わせのうちのより周波数が高い定電流に基づく電圧値は、前記第２の電圧組み合わせのうちのより周波数が高い定電流に基づく電圧値と共通の値であってもよい。これによれば、時間経過によるインピーダンス変化の比較的小さい、高い周波数に基づく電圧値を基準として、時間経過によるインピーダンス変化の比較的大きい、より低い周波数に基づく電圧値との差を比べることができる。したがって、被測定物の品質状態をより高精度に反映した値として、品質指標を被測定物の品質状態測定に採用することができる。

前記第１の電圧組み合わせを得るための２つの電流値のうちのより周波数が低い定電流は、前記第２の電圧組み合わせを得るための２つの電流値のうちのより周波数が低い定電流より低い周波数を有してもよい。これによれば、第１の比の分子となる第１の差における周波数差が第１の比の分母となる第２の差における周波数差よりも小さくなる。したがって、インピーダンス変化に基づく第１の比を、第２の差に基づく周波数範囲における第１の差に基づく周波数範囲が占める割合として求めることができる。これにより、被測定物の品質状態をより高精度に反映した値として、品質指標を被測定物の品質状態測定に採用することができる。

前記品質状態測定装置は、前記品質指標の値に基づいて被測定物の品質判定を行う品質判定部を備えてもよい。これにより、品質状態を高精度に表す品質指標を用いて被測定物の品質判定を高精度に行うことができる。

前記演算部は、前記第１の比を算出するための前記第１の電圧組み合わせおよび前記第２の電圧組み合わせのうちの少なくとも何れか一方の組み合わせが異なる第２の比を算出し、前記第１の比および前記第２の比に基づいた前記品質指標の値を算出してもよい。周波数範囲が異なる２つの比を用いて品質指標の値を算出することにより、ノイズ等の影響を低減することができ、被測定物の品質状態をより高精度に反映した値として、品質指標を被測定物の品質状態測定に採用することができる。

前記第２の比を算出するための少なくとも３つの電圧値のうちの最も周波数が高い定電流に基づく電圧値は、前記第１の比を算出するための少なくとも３つの電圧値には含まれず、前記第１の比を算出するための少なくとも３つの電圧値のうちの最も周波数が低い定電流に基づく電圧値は、前記第２の比を算出するための少なくとも３つの電圧値には含まれないようにしてもよい。２つの比を、周波数範囲が異なるように設定しつつ、幅広い範囲とすることができ、被測定物の品質状態をより高精度に反映した値として、品質指標を被測定物の品質状態測定に採用することができる。

前記品質状態測定装置は、前記品質指標の値に基づいて被測定物の品質判定を行う品質判定部を備え、前記品質判定部は、前記第１の比および前記第２の比の和が複数の判定範囲の何れに属するかに応じて前記品質判定を行ってもよい。周波数範囲が異なる２つの比を用いて品質指標の値を算出することにより、ノイズ等の影響を低減することができ、品質判定を、より高精度に行うことができる。

前記品質判定部は、前記第１の比および前記第２の比のそれぞれの値の組み合わせが所定の条件を満たす場合、前記和が属する前記複数の判定範囲に拘わらず、異常が生じたと判定してもよい。２つの比が同じ傾向を示していない場合に、異常が生じたと判定することができ、品質判定においてノイズ等の影響を低減し、誤判定を防止することができる。

本発明によれば、被測定物の品質状態を、被測定物の種類または個体差によらず、容易に測定することができる。

図１は、本発明の一実施の形態における品質状態測定装置の外観を示す斜視図である。 図２は、図１に示す品質状態測定装置の内部構成例を示すブロック図である。 図３は、図１に示す品質状態測定装置における品質判定処理の流れの一例を示すフローチャートである。

以下、本発明の実施の形態における品質状態測定装置の具体的な構成例について、図面を参照しながら説明する。なお、以下では全ての図面を通じて同一または相当する要素には同一の参照符号を付して、その重複する説明を省略する場合がある。

また、以下の具体的な説明は、本発明における品質状態測定装置の特徴を例示しているに過ぎない。例えば、上記品質状態測定装置を特定した用語と同じ用語または相当する用語に適宜の参照符号を付して以下の具体例を説明する場合、当該具体的な構成要素は、これに対応する上記品質状態測定装置の構成要素の一例である。したがって、上記品質状態測定装置の特徴は、以下の具体的な説明によって限定されない。

図１に示すように、品質状態測定装置１は、電極部３、把持部４、幅広部６、表示部７を備えている。

電極部３は、少なくとも１つの陽極側電極３ｐおよび少なくとも１つの陰極側電極３ｎが下方に突出するように構成されている。

具体的には、電極部３は、２つの陽極側電極３ｐ１，３ｐ２および２つの陰極側電極３ｎ１，３ｎ２を有している。また、電極部３は、被測定物に対向する所定の対向面Ｐを有し、陽極側電極３ｐおよび陰極側電極３ｎは、当該対向面Ｐから外方に向けて突出するようにそれぞれ取り付けられている。

把持部４は、電極部３の対向面Ｐと反対側に延出するように構成されている。また、把持部４は、操作入力部８を備えている。

操作入力部８は、電源ボタン１０、設定変更ボタン１１、決定ボタン１２から構成されている。電源ボタン１０は、品質状態測定装置１の電源を入り切り等する際に操作される。設定変更ボタン１１は、品質状態測定装置１における各種設定等を変更する際に操作される。決定ボタン１２は、設定変更ボタン１１で設定変更した内容を決定等する際に操作される。

幅広部６は、把持部４を挟んで電極部３の反対側に設けられている。また、幅広部６は、表示部７を備えている。

表示部７は、測定結果を表示する表示面Ｓ７と、測定を開始するための測定開始ボタン９とを備えている。測定開始ボタン９は、表示面Ｓ７の下方（操作入力部８側）に設けられている。ここで、表示部７は、把持部４を挟んで電極部３の反対側に位置する幅広部６に設けられているため、電極部３を被測定物に接触させた状態における表示面Ｓ７の視認がし易い構成となっている。

品質状態測定装置１における魚の品質指標測定方法について説明する。まず、ユーザーが電源ボタン１０を押し、電源投入後、設定変更ボタン１１を適宜押圧操作して、所望の設定内容を選択し、当該選択状態で決定ボタン１２を押すことにより、選択した設定内容を決定する。

そして、ユーザーが把持部４を把持し、被測定物である魚に電極３ｐ，３ｎを接触させた状態で測定開始ボタン９を押すと、品質状態測定装置１は、一方の陽極側電極３ｐ（陽極側電極３ｐ１）と一方の陰極側電極３ｎ（陰極側電極３ｎ１）との間（電流極間）に所定の定電流を流し、他方の陽極側電極３ｐ（陽極側電極３ｐ２）と他方の陰極側電極３ｎ（陰極側電極３ｎ２）との間（電圧極間）に印加される電圧を検出する。なお、電流極間（陽極側電極３ｐ１と陰極側電極３ｎ１の間）に流れる定電流は、決定された設定内容に応じて設定され得る。

図２に示すように、品質状態測定装置１の内部には、例えば、インピーダンス測定部４０、演算部４１、記憶部４２、通信部４３、および電源部４４等が収納されている。

演算部４１は、マイクロコントローラなどのＣＰＵを含み、各種の演算を行い、各回路への命令信号を出力するように構成されている。

記憶部４２は、ＥＥＰＲＯＭなどにより構成されている。記憶部４２には、例えば、品質状態測定装置１における各種設定内容などが記憶されている。また、記憶部４２には、演算部４１による演算結果等が記憶される。

通信部４３は、例えば、無線通信機能を有する。このため、通信部４３は、演算部４１による演算結果を外部の機器（パーソナルコンピュータやサーバ装置など）に送信することも可能である。なお、通信部４３は、ＵＳＢ接続などの有線による通信機能を有していてもよい。

インピーダンス測定部４０は、電極部３に接触した被測定物のインピーダンスを得るための電圧を測定するように構成されている。具体的には、インピーダンス測定部４０は、定電流回路４５、正弦波形生成回路４６、電圧検出回路１３、基準抵抗回路３５、スイッチ回路３６等から構成されている。

定電流回路４５は、所定の周波数および所定の定電流値を有する定電流信号を出力する。正弦波形生成回路４６は、演算部４１からのトリガ信号に基づいて、定電流信号の基準となり、所定の周波数を有する正弦波形から成る信号を生成する。

具体的には、定電流回路４５には、演算部４１から設定された定電流値を示す電流値信号が入力される。また、定電流回路４５は、正弦波形生成回路４６から出力された正弦波形信号の有する周波数で、かつ、演算部４１で設定された定電流値となるような定電流信号を電流極間（陽極側電極３ｐ１と陰極側電極３ｎ１の間）に流すように構成されている。

また、定電流回路４５は、フィードバック抵抗が被測定物のインピーダンスＲｆおよび電流極（陽極側電極３ｐ１，陰極側電極３ｎ１）の接触抵抗の合計値となる反転増幅回路として構成されている。具体的には、定電流回路４５は、正弦波形生成回路４６の出力が一端に入力される可変抵抗素子１７と、可変抵抗素子１７の他端と反転入力端子とが接続されるオペアンプ１８とを備えている。

オペアンプ１８の非反転入力端子は、接地電圧となっている。オペアンプ１８の出力端子は、陽極側電流極３ｐ１に接続されている。また、オペアンプ１８の反転入力端子には、陰極側電流極３ｎ１も接続されている。

定電流回路４５は、正弦波形生成回路４６から出力され、所定の周波数で可変抵抗素子１７に入力される電圧Ｖｉｎに基づいて、可変抵抗素子１７を流れる電流Ｉｉｎとオペアンプ１８の出力電流Ｉｏｕｔが等しくなるようにオペアンプ１８の出力電圧Ｖｏｕｔを調整する。したがって、測定インピーダンス値が大きいほど（被測定物のインピーダンスが大きいほど）出力電圧Ｖｏｕｔが大きくなる。

このようにして、定電流回路４５から出力された所定の周波数を有する定電流は、電流極（陽極側電極３ｐ１，陰極側電極３ｎ１）を介して被測定物に流れる。こうして被測定物に流れる定電流によって被測定物に印加される電圧を検出することで、被測定物のインピーダンスを測定することができる。

電圧検出回路１３は、上記定電流信号に基づいて被測定物である魚に印加される電圧、つまり、電圧極間（陽極側電極３ｐ２と陰極側電極３ｎ２の間）の電圧を検出するように構成されている。具体的には、電圧検出回路１３は、ＡＣ／ＤＣ変換部１９、ゲイン設定回路３１、Ａ／Ｄ変換器２０を備えている。

ＡＣ／ＤＣ変換部１９は、陽極側電極３ｐ２と陰極側電極３ｎ２との間に印加される電圧の差を直流電圧に変換する。ゲイン設定回路３１は、ＡＣ／ＤＣ変換部１９の出力を設定されたゲインに基づいて増幅する。ゲイン設定回路３１のゲインは、演算部４１からの制御信号に基づいて設定可能に構成されている。Ａ／Ｄ変換器２０は、ゲイン設定回路３１の出力電圧をΔΣ変調によりデジタル化する。

なお、本実施の形態においては、上記のように電圧極３ｐ２，３ｎ２間の電圧の差を求めているが、電圧極３ｐ２，３ｎ２間の電圧の比を求めることとしてもよい。

また、本実施の形態におけるＡＣ／ＤＣ変換部１９は、図示しないが、電圧極３ｐ２，３ｎ２間の差分電圧を出力する差動増幅器と、差動増幅器の出力を整流する整流回路と、整流回路の出力電圧を平滑化する平滑回路と、を備える。平滑回路の出力電圧は、ＡＣ／ＤＣ変換部１９の出力電圧となり、ゲイン設定回路３１に入力される。

基準抵抗回路３５は、陽極側電極３ｐ２と陰極側電極３ｎ２との間に、抵抗値が既知である複数の基準抵抗のそれぞれ接続可能となるように構成されている。

スイッチ回路３６は、電極部３に被測定物を接触させた際に、定電流回路４５および電圧検出回路１３に接続する抵抗を、電圧極間（陽極側電極３ｐ２と陰極側電極３ｎ２の間）のインピーダンスＲｆと基準抵抗回路３５における基準抵抗との間で切り替えるように構成されている。なお、スイッチ回路３６における切り替えは、演算部４１からの制御信号に基づいて行われる。

このようにして電圧検出回路１３で検出され、デジタル化された検出電圧は、演算部４１に入力される。演算部４１は、設定された定電流値と検出電圧とから被測定物のインピーダンスを算出する。この際、演算部４１は、検出電圧と、電極間に基準抵抗回路３５の複数の基準抵抗をそれぞれ接続した際に得られる複数の基準電圧とを相関することにより被測定物のインピーダンスを算出する。

例えば、基準抵抗回路３５は、被測定物のための複数の基準抵抗（第１の基準抵抗群）として、３０Ω、２００Ω、９００Ωの３つの基準抵抗を有している。このような複数の基準抵抗およびこれらを電極間に接続した場合の電圧に基づいて、検出電圧に対するインピーダンスの相関関係を決定している。なお、直線性を有する相関関係を得るために、基準抵抗回路３５は、第１の基準抵抗群として例えば３つ以上の基準抵抗を備える。

被測定物のインピーダンス測定に際し、インピーダンス測定部４０は、陽極側電極３ｐ２（電圧極）と陰極側電極３ｎ２（電圧極）との間に被測定物を接続した際に、定電流回路４５から陽極側電極３ｐ１（電流極）と陰極側電極３ｎ１（電流極）との間に所定の周波数（例えば５ｋＨｚ）および所定の定電流値を有する第１の定電流を流すことにより、第１の定電流に応じて陽極側電極３ｐ２（電圧極）および陰極側電極３ｎ２（電圧極）との間に印加される第１電圧Ｖ１を検出する。

また、インピーダンス測定部４０は、定電流回路４５から陽極側電極３ｐ１（電流極）および陰極側電極３ｎ１（電流極）との間に第１の定電流と同じ定電流値で第１の定電流より高い周波数（例えば、２０ｋＨｚ）を有する第２の定電流を流すことにより、第２の定電流に応じて陽極側電極３ｐ２（電圧極）および陰極側電極３ｎ２（電圧極）との間に印加される第２電圧Ｖ２を検出する。

さらに、インピーダンス測定部４０は、定電流回路４５から陽極側電極３ｐ１（電流極）および陰極側電極３ｎ１（電流極）との間に第２の定電流と同じ定電流値で第２の定電流より高い周波数（例えば、５０ｋＨｚ）を有する第３の定電流を流すことにより、第３の定電流に応じて陽極側電極３ｐ２（電圧極）および陰極側電極３ｎ２（電圧極）との間に印加される第３電圧Ｖ３を検出する。

具体的には、電圧検出回路１３のＡＣ／ＤＣ変換部１９の出力が第１電圧Ｖ１〜第３電圧Ｖ３となる。第１電圧Ｖ１〜第３電圧Ｖ３は、それぞれ、ゲイン設定回路３１において設定されたゲインで増幅される。上述のように、演算部４１は、ゲイン設定回路３１によって増幅された第１電圧Ｖ１〜第３電圧Ｖ３から第１インピーダンス〜第３インピーダンスを算出することも可能であるが、下記品質指標を得るためには必ずしもインピーダンスの値自体は必要ではない。

ここで、演算部４１は、第１電圧Ｖ１から第３電圧Ｖ３を差し引いた第１の差Ｄ１（＝Ｖ１−Ｖ３）を算出するとともに、第２電圧Ｖ２から第３電圧Ｖ３を差し引いた第２の差Ｄ２（＝Ｖ２−Ｖ３）を算出する。すなわち、演算部４１は、インピーダンス測定部４０で検出された３つの電圧値Ｖ１〜Ｖ３のうちの２つの電圧値から第１の差Ｄ１および第２の差Ｄ２を算出する。

以下では、第１の差Ｄ１を算出するための２つの電圧値Ｖ１，Ｖ３を「第１の電圧組み合わせ」と称し、第２の差Ｄ２を算出するための２つの電圧値Ｖ２，Ｖ３を「第２の電圧組み合わせ」と称する。なお、第１の差Ｄ１と第２の差Ｄ２とは、組み合わせられる２つの電圧値の何れか一方が互いに異なる電圧値となっている。

さらに、演算部４１は、第１の差Ｄ１に対する第２の差Ｄ２の比である第１の比Ｒ１（＝Ｄ２／Ｄ１＝（Ｖ２−Ｖ３）／（Ｖ１−Ｖ３））を算出する。この第１の比Ｒ１が被測定物の品質指標の１つとして採用される。

上記のように、例えば魚肉等の被測定物に交流電流を流すとインピーダンスを測定することができる。被測定物内を流れる電流経路において、水分が多いと電流が流れ易くインピーダンスが低くなる。一方、被測定物内を流れる電流経路において、水分が少ない（脂肪が多い）と電流が流れ難くインピーダンスが高くなる。

また、同じ電流値でも周波数が変わると測定されるインピーダンスの値が変化する。これは、周波数が低い場合には、被測定物の細胞の外（細胞と細胞との間）を電流が流れ、周波数が高いほど被測定物の細胞内にも電流が流れるためである。この結果、周波数が低いほど、水分の多い細胞の外を電流が流れるため、インピーダンスが低くなり、周波数が高いほど、細胞内に電流が流れるため、インピーダンスが高くなる。

魚肉等の被測定物の細胞膜は、リン脂質を主成分とする脂質二重層の絶縁体であるが、親水性のある細胞表面に電解液が付着していることから、細胞は、電気的にはコンデンサとして機能し、交流電流が流れた場合に、極性の変化に合わせて充放電を繰り返す。コンデンサとして機能する細胞の容量リアクタンス成分は、周波数が低いほど大きくなる。したがって、被測定物に流れる電流の周波数が高いほどインピーダンスが高くなる。

また、被測定物の鮮度が低下すると、細胞の静電容量が低下し、容量リアクタンス成分が大きくなる。したがって、被測定物の鮮度が低下すると、被測定物の肉質の軟化に伴って細胞内外を流れる電流に対するインピーダンスが低下すると言える。

被測定物の死後、時間の経過に従って、被測定物の肉質が軟化するのは、複数の筋細胞同士を結合している筋内膜が時間の経過にしたがって崩壊し、筋細胞間に隙間が生じるからであることを示す報告がある（安藤正史「魚類筋肉の死後における軟化機構に関する研究」、日本水産学会誌、６２−４、ｐｐ．５５５−５５８（１９９６））。また、被測定物を冷凍することによっても、筋細胞から結合組織がはがれて細胞間の隙間が大きくなることも報告されている（橋本加奈子、川島時英、吉野暢之、白井隆明、瀧口明秀「冷凍前の鮮度がゴマサバ冷凍品のドリップと氷結晶生成に及ぼす影響について」、日本水産学会誌、８１（１）、ｐｐ．１２４−１２９（２０１５））。

このため、時間経過によって細胞間の隙間が大きくなると細胞外を流れる電流によって測定されるインピーダンスは低下すると言える。また、筋内膜の崩壊により筋肉構造自体が脆弱化し、および／または保水性が低下することにより、細胞内を流れる電流によって測定されるインピーダンスも時間経過とともに低下すると言える。

しかし、被測定物の個体差または魚種等の相違により、インピーダンス値は依存するため、経時的な変化を見ることなく一回測定されるインピーダンスそのものだけでは画一化した鮮度評価を行うことができない。

そこで、本発明の発明者らは被測定物の個体差等に影響されない品質指標を確立するために鋭意研究を行った。まず、本発明の発明者らは、複数の周波数で測定されたインピーダンスの差に着目した。例えば、５ｋＨｚ、２０ｋＨｚ、５０ｋＨｚ、および１００ｋＨｚの４つの異なる周波数を有する定電流を用いて同じ被測定物のインピーダンスを測定した場合、５ｋＨｚと２０ｋＨｚとの間、２０ｋＨｚと５０ｋＨｚとの間、５０ｋＨｚと１００ｋＨｚとの間はそれぞれインピーダンスの変化の傾向が類似することが分かった。これは、被測定物内を流れる電流経路が互いに近いためと推察される。

さらに、本発明の発明者らは、この近接する周波数におけるインピーダンス差が時間経過とともに小さくなるという知見を得た。ただし、近接する周波数におけるインピーダンス差を鮮度の指標とすることは、インピーダンスそのものを指標とする場合に比べて固体間または魚種間の差を小さくすることはできるが、その差は依然として存在してしまう。

そこで、本発明の発明者らは、さらに鋭意研究を行った結果、品質指標として、異なる周波数によるインピーダンス変化を２種類用いて、これらの比を取ることにより、当該比を、インピーダンスが品質状態変化に応じて変化する特性を変えることなく有し、被測定物の種類や個体差によらない品質指標とすることができるという知見を得た。

このような知見に基づいて、本発明の発明者らは、上記構成の品質状態品質状態測定装置１を想到するに至った。上記構成によれば、測定時の周波数が互いに異なる少なくとも３つの電圧値Ｖ１〜Ｖ３から２種類の電圧値の差Ｄ１，Ｄ２が算出され、これらの比である第１の比Ｒ１が品質指標の値として出力される。したがって、食品の品質状態を、時間経過を伴うことなく、被測定物の種類または個体差によらず高精度に測定することができる。

例えば、本実施の形態において、互いに異なる周波数を有する３つの定電流として、５ｋＨｚ、２０ｋＨｚおよび５０ｋＨｚの周波数を有する３つの定電流が用いられる。すなわち、第１電圧Ｖ１が５ｋＨｚの周波数を有する第１の定電流から得られた電圧であり、第２電圧Ｖ２が２０ｋＨｚの周波数を有する第２の定電流から得られた電圧であり、第３電圧Ｖ３が５０ｋＨｚの周波数を有する第３の定電流から得られた電圧である。

上記例において、第１の差Ｄ１（＝Ｖ１−Ｖ３）を算出するための第１の電圧組み合わせのうちのより周波数が高い定電流に基づく電圧値は、第２の差Ｄ２（＝Ｖ２−Ｖ３）を算出するための第２の電圧組み合わせのうちのより周波数が高い定電流に基づく電圧値と共通の値（５０ｋＨｚの周波数を有する第３の定電流に基づく第３電圧Ｖ３）である。

これによれば、時間経過によるインピーダンス変化の比較的小さい、高い周波数に基づく電圧値を基準として、時間経過によるインピーダンス変化の比較的大きい、より低い周波数に基づく電圧値との差を比べることができる。したがって、被測定物の品質状態をより高精度に反映した値として、品質指標を被測定物の品質状態測定に採用することができる。

さらに、第１の電圧組み合わせを得るための２つの電流値のうちのより周波数が低い定電流（第１電圧Ｖ１を得るための周波数５ｋＨｚを有する第１の定電流）は、第２の電圧組み合わせを得るための２つの電流値のうちのより周波数が低い定電流（第２電圧Ｖ２を得るための周波数２０ｋＨｚを有する第２の定電流）より低い周波数を有している。

これによれば、第１の比Ｒ１の分子となる第２の差Ｄ２における周波数差が第１の比Ｒ１の分母となる第１の差Ｄ１における周波数差よりも小さくなる。したがって、インピーダンス変化に基づく第１の比Ｒ１を、第１の差Ｄ１に基づく周波数範囲（５ｋＨｚ−５０ｋＨｚ）における第２の差Ｄ２に基づく周波数範囲（２０ｋＨｚ−５０ｋＨｚ）が占める割合として求めることができる。これにより、被測定物の品質状態をより高精度に反映した値として、品質指標を被測定物の品質状態測定に採用することができる。

以下に、被測定物として３種の魚について第１の比Ｒ１を求めた例を示す。以下の表は、ゴマサバ、ニジマス、ブリの致死当日、１日後、および２日後における、第１の差Ｄ１、第２の差Ｄ２、第１の比Ｄ１を示している。なお、これらは、それぞれ複数（ゴマサバ１０尾、ニジマス２０尾、ブリ６尾）の個体の平均値を取ったものである。

上記表に示すように、鮮度が高い状態であると思われる致死当日を比較すると、３つの魚種で第１の差Ｄ１同士、第２の差Ｄ２同士は、かなり差が生じるが、第１の比Ｒ１は、何れの魚種も概ね０．３５前後となり、魚種による差が小さくなっていることが分かる。また、鮮度の低下速度が速いゴマサバでは、時間が経過すると急速に第１の比Ｒ１が増加している一方、鮮度低下速度の遅いブリでは、２日程度の時間経過では第１の比Ｒ１の変化はほとんどなく鮮度が維持されていることが分かる。

このように、第１の比Ｒ１を品質指標とすることで、魚種によらず同じ基準で品質状態の判定を行うことができる。より具体的には、第１の比Ｒ１が小さいほど鮮度が高く、大きいほど鮮度が低い指標とすることができる。

このため、本実施の形態において、品質状態測定装置１は、品質指標の値に基づいて被測定物の品質判定を行う品質判定部４７を備えている。

本実施の形態において、品質判定部４７は、演算部４１の機能ブロックとして構成される。これにより、品質状態を高精度に表す第１の比Ｒ１を含む品質指標を用いて被測定物の品質判定を高精度に行うことができる。

なお、品質判定部４７は、品質状態測定装置１内において演算部４１に接続された演算部４１とは別のマイクロコントローラ等により構成されてもよい。また、品質判定部４７は、演算部４１により算出された品質指標の値が入力される、品質状態測定装置１の外部のコンピュータにより構成されてもよい。

なお、上記の表において、例えばブリは、致死当日に比べて１日後の第１の比Ｒ１が低くなっているが、これは死後硬直の影響でインピーダンスが高くなっていることが原因と思われる。死後硬直前後の鮮度は、鮮度を判定する上では、問題とならない（新鮮であると判定できる）ため、致死当日直後において第１の比Ｒ１が小さくなることは第１の比Ｒ１を用いて鮮度を判定することに影響はない。なお、本実施の形態によれば、第１の比Ｒ１を用いて被測定物が死後硬直の状態にあるか否かを判定することも可能である。

以下に、品質判定の一例を示す。本実施の形態において、演算部４１は、第１の比Ｒ１を算出するための第１の電圧組み合わせおよび第２の電圧組み合わせのうちの少なくとも何れか一方の組み合わせが異なる第２の比Ｒ２を算出し、第１の比Ｒ１および第２の比Ｒ２に基づいた品質指標の値を算出する。

さらに、本実施の形態において、第２の比Ｒ２を算出するための少なくとも３つの電圧値（Ｖ２〜Ｖ４）のうちの最も周波数が高い定電流に基づく電圧値（第４電圧Ｖ４）は、第１の比Ｒ１を算出するための少なくとも３つの電圧値（Ｖ１〜Ｖ３）には含まれず、第１の比Ｒ１を算出するための少なくとも３つの電圧値（Ｖ１〜Ｖ３）のうちの最も周波数が低い定電流に基づく電圧値（第１電圧Ｖ１）は、第２の比Ｒ２を算出するための少なくとも３つの電圧値（Ｖ２〜Ｖ４）には含まれない。

例えば、第２の比Ｒ２の算出には、第１の比Ｒ１を得るためにも使用した第２の電流値（２０ｋＨｚ）および第３の電流値（５０ｋＨｚ）と、それより高い周波数を有する第４の電流値（１００ｋＨｚ）が用いられる。すなわち、本実施の形態において、インピーダンス測定部４０は、第１電圧Ｖ１〜第３電圧Ｖ３に加えて、第４の電流値に基づく第４電圧Ｖ４をも測定する。

このため、図３に示すように、本実施の形態において、インピーダンス測定部４０は、上記４つの電流値を被測定体に流し、それらに応じた４つの電圧値（Ｖ１〜Ｖ４）を検出する。演算部４１は、当該４つの電圧値（Ｖ１〜Ｖ４）を取得する（ステップＳ１）。演算部４１は、第１電圧Ｖ１〜第３電圧Ｖ３から第１の比Ｒ１＝（Ｖ２−Ｖ３）／（Ｖ１−Ｖ３）を算出する（ステップＳ２）。

さらに、演算部４１は、上記第２の電流値から第４の電流値に基づく３つの電圧値（Ｖ２〜Ｖ４）のうちの第３の電圧組み合わせ（第２電圧Ｖ２および第４電圧Ｖ４）から第３の差（Ｖ２−Ｖ４）を演算する。さらに、演算部４１は、３つの電圧値（Ｖ２〜Ｖ４）のうちの第４の電圧組み合わせ（第３電圧Ｖ３および第４電圧Ｖ４）から第４の差（Ｖ３−Ｖ４）を演算する。そして、演算部４１は、第２の比Ｒ２（＝Ｄ４／Ｄ３＝（Ｖ３−Ｖ４）／（Ｖ２−Ｖ４））を演算する（ステップＳ３）。

第２の比Ｒ２においても、第３の差Ｄ３（＝Ｖ２−Ｖ４）を算出するための第３の電圧組み合わせのうちのより周波数が高い定電流に基づく電圧値は、第４の差Ｄ４（＝Ｖ３−Ｖ４）を算出するための第４の電圧組み合わせのうちのより周波数が高い定電流に基づく電圧値と共通の値（１００ｋＨｚの周波数を有する第４の定電流に基づく第４電圧Ｖ４）である。

また、第３の電圧組み合わせを得るための２つの電流値のうちのより周波数が低い定電流（第２電圧Ｖ２を得るための周波数２０ｋＨｚを有する第２の定電流）は、第４の電圧組み合わせを得るための２つの電流値のうちのより周波数が低い定電流（第３電圧Ｖ３を得るための周波数５０ｋＨｚを有する第３の定電流）より低い周波数を有している。

演算部４１は、品質指標の値として例えば第１の比Ｒ１および第２の比Ｒ２の和Ｃ（＝Ｒ１＋Ｒ２）を算出する（ステップＳ４）。

このように、周波数範囲が異なる２つの比Ｒ１，Ｒ２を用いて品質指標の値Ｃを算出することにより、ノイズ等の影響を低減しつつ分解能を上げることができ、被測定物の品質状態をより高精度に反映した値として、品質指標を被測定物の品質状態測定に採用することができる。

また、２つの比Ｒ１，Ｒ２において、一方の比Ｒ１を得るための最小の周波数を有する定電流に基づく電圧値を他方の比Ｒ２には用いず、他方の比Ｒ２を得るための最大の周波数を有する定電流に基づく電圧値を一方の比Ｒ１には用いないこととすることにより、２つの比Ｒ１，Ｒ２を、周波数範囲が異なるように設定しつつ、幅広い範囲とすることができ、被測定物の品質状態をより高精度に反映した値として、品質指標を被測定物の品質状態測定に採用することができる。

品質判定部４７は、第１の比Ｒ１および第２の比Ｒ２の和である品質指標の値Ｃが複数の判定範囲（例えば３つの範囲Ｊ１〜Ｊ３）の何れに属するかに応じて品質判定を行う（ステップＳ６）。

例えば、第１の範囲Ｊ１として品質指標の値Ｃが第１基準値（例えば０．８５）未満である範囲が設定され、第２の範囲Ｊ２として品質指標の値Ｃが第１基準値以上第２基準値（例えば０．９５）未満である範囲が設定され、第３の範囲Ｊ３として品質指標の値Ｃが第２基準値以上である範囲が設定される。

前述の通り、第１の比Ｒ１は、値が低いほど鮮度が高く、第２の比Ｒ２も同様の傾向を示す。したがって、品質指標の値Ｃが第１の範囲Ｊ１にある場合（Ｃ＜０．８５）、被測定物（魚肉）は、致死後すぐの身が締まった新鮮な状態にあり、品質指標の値Ｃが第２の範囲Ｊ２にある場合（０．８５≦Ｃ＜０．９５）、被測定物は、死後硬直が解け食べやすい状態にあり、品質指標の値Ｃが第３の範囲Ｊ３にある場合（０．９５≦Ｃ）、被測定物は身が軟化した状態にある等と判定することができる。

上記の例では何れの範囲も食用に適する状態として判定したが、第３の範囲Ｊ３を第３基準値以上第４基準値未満である範囲とし、第４基準値以上の第４の範囲Ｊ４を食用に適さない状態として設定してもよい。

品質判定部４７は、判定結果を表示部７に表示する（ステップＳ７）。この際、表示部７に表示される判定結果は、品質指標の値Ｃが属する範囲Ｊ１〜Ｊ３が表示されるのみでもよいし、これに加えて、好適な料理（刺身、てんぷら、煮物等）が表示されてもよい。また、演算部４１が、測定された電圧値（インピーダンス値）から被測定物の脂肪率等を算出し、当該脂肪率等が判定結果に合わせて表示部７に表示されてもよい。

以下に、被測定物として複数種の魚について品質指標の値を求めた例を示す。以下の表は、各魚種の致死当日、１日後、および２日後における、第１の比Ｒ１、第２の比Ｒ２、品質指標の値Ｃおよびそれに基づく判定結果（品質指標の値Ｃが属する範囲）を示している。なお、これらは、それぞれ複数の個体の平均値を取ったものである。

このように、複数の魚種についても同じ基準で品質状態の判定を行うことができる。また、周波数範囲が異なる２つの比Ｒ１，Ｒ２を用いて品質指標の値Ｃを算出することにより、ノイズ等の影響を低減することができ、品質判定を、より高精度に行うことができる。

なお、品質判定部４７は、第１の比Ｒ１および第２の比Ｒ２のそれぞれの値の組み合わせが所定の条件を満たす場合、品質指標の値Ｃが属する複数の判定範囲Ｊ１〜Ｊ３に拘わらず、異常が生じたと判定する。図３に示すように、本実施の形態において、品質判定部４７は、判定範囲Ｊ１〜Ｊ３に基づく品質判定を行う前（ステップＳ６の前）に、第１の比Ｒ１および第２の比Ｒ２のそれぞれの値から第１の比Ｒ１と第２の比Ｒ２との組み合わせが正常な組み合わせであるか（言い換えると所定の条件を満たすかどうか）を判定する（ステップＳ５）。

例えば、品質判定部４７は、第１の比Ｒ１と第２の比Ｒ２との差が０．１以上ある場合に、異常が生じたと判定する。例えば、所定の条件は、Ｒ１≦０．３５かつ０．４５≦Ｒ２、Ｒ１≦０．４０かつ０．５０≦Ｒ２、０．４５≦Ｒ１かつＲ２≦０．３０、または、０．５０≦Ｒ１かつＲ２≦０．３５の何れかを満たすことに設定される。

品質判定部４７は、第１の比Ｒ１と第２の比Ｒ２との組み合わせが上記所定の条件を満たす（正常な組み合わせではない）と判定した場合（ステップＳ５でＮｏ）、異常が生じたと判定し、表示部７にその旨表示する（ステップＳ８）。品質判定部４７は、上記所定の条件を満たさない（正常な組み合わせである）と判定した場合（ステップＳ５でＹｅｓ）、上述した判定範囲Ｊ１〜Ｊ３に基づく品質判定を行う（ステップＳ６）。

このように、２つの比Ｒ１，Ｒ２が同じ傾向を示していない場合に、異常が生じたと判定することができ、品質判定においてノイズ等の影響を低減し、誤判定を防止することができる。

なお、このような場合は、異常が生じた場合以外にも被測定物が解凍品であることが原因である可能性もあるため、品質判定部４７は、このような場合において解凍品であるとの判定または再測定を促す判定としてもよい。

以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲内で種々の改良、変更、修正が可能である。

例えば、品質状態測定装置１の外観形状および内部構成は、上記測定、演算および判定が行える限り限定されない。例えば、電極部を２つの電極で構成し、当該２つの電極が電流極と電圧極とを兼ねるように構成してもよいし、４つの電流極と４つの電圧極との組み合わせ等、電流極および電圧極をそれぞれ３つ以上備え、測定時に使用する電極を適宜選択してもよい。

上記実施の形態において、インピーダンス（電圧値）の測定に用いた定電流の周波数として、５ｋＨｚ、２０ｋＨｚ、５０ｋＨｚ、１００ｋＨｚを採用したが、これに限られない。定電流の周波数は、例えば１００Ｈｚから１ＭＨｚまでの間、好ましくは２ｋＨｚから５００ｋＨｚまでの間の所定の周波数を選択可能である。

また、第１の比Ｒ１を得るための周波数の最小値（第１の定電流の周波数）は、被測定物の細胞の容量性を確認可能な２ｋＨｚから５ｋＨｚまでの間が好ましく、第２の比Ｒ２を得るための周波数の最大値（第４の定電流の周波数）は、被測定物の細胞膜を調べるために好適な１００ｋＨｚから５００ｋＨｚまでの間が好ましい範囲として例示できる。

また、上記実施の形態において、第１の比Ｒ１および第２の比Ｒ２をそれぞれ３つの定電流から得られた３つの電圧値から算出する例を示したが、これに限られない。例えば、第１の比Ｒ１および／または第２の比Ｒ２をそれぞれ４つの定電流から得られた４つの電圧値から算出してもよい。例えば、第１の比Ｒ１をＲ１＝（Ｖ２−Ｖ３）／（Ｖ１−Ｖ４）として算出し、第２の比Ｒ２をＲ２＝（Ｖ３−Ｖ４）／（Ｖ２−Ｖ５）として算出してもよい。ここで、Ｖ５は、第４の定電流が有する周波数より高い周波数を有する第５の定電流から得られた第５電圧である。

また、第１の比Ｒ１の算出に用いられる電圧値と第２の比Ｒ２の算出に用いられる電圧値との間で重複する電圧値がなくてもよい（すべて異なる電圧値から各比Ｒ１，Ｒ２が算出されてもよい）。

また、品質状態測定装置１が品質判定部４７を備える場合、判定に用いる品質指標は、第１の比Ｒ１および第２の比Ｒ２の和Ｃに限られない。例えば、品質指標として第１の比Ｒ１および第２の比Ｒ２の何れか一方のみを用いてもよいし、第１の比Ｒ１および／または第２の比Ｒ２をパラメータとして含む所定の算定式を用いてもよい。

また、上記実施の形態において、主に被測定物として魚肉を例示したが、他の動物の食肉およびそれらの加工品等を被測定物としてもよい。被測定物の種類（魚肉、鶏肉、牛肉、豚肉等の異同）に応じて使用する定電流（電流値および周波数）、判定基準等を変えてもよい。

＜付記＞
上記実施形態から把握できる技術的思想について、以下に追記する。
（Ａ）
少なくとも１つの陽極側電極および少なくとも１つの陰極側電極と、
前記少なくとも１つの陽極側電極と前記少なくとも１つの陰極側電極との間に印加される電圧に基づいて各種演算を行う演算部と、
を有し、
前記少なくとも１つの陽極側電極と前記少なくとも１つの陰極側電極とを動物組織に接触させて、互いに異なる周波数を有する少なくとも３つの定電流を当該少なくとも１つの陽極側電極と当該少なくとも１つの陰極側電極との間に流すことにより、前記少なくとも３つの定電流の各々に応じて前記少なくとも１つの陽極側電極と前記少なくとも１つの陰極側電極との間に印加される少なくとも３つの電圧値を検出し、
前記少なくとも３つの電圧値のうちの２つの電圧値である第１の電圧組み合わせから当該２つの電圧値の差である第１の差と、前記少なくとも３つの電圧値のうちの前記第１の電圧組み合わせとは異なる２つの電圧値である第２の電圧組み合わせから当該２つの電圧値の差である第２の差と、前記第１の差に対する前記第２の差の比である第１の比とを前記演算部により算出し、
前記第１の比を前記品質指標の値として出力することを特徴とする品質状態測定装置。

（Ｂ）
前記第１の電圧組み合わせのうちのより周波数が高い定電流に基づく電圧値は、前記第２の電圧組み合わせのうちのより周波数が高い定電流に基づく電圧値と共通の値である、（Ａ）に記載の品質状態測定装置。

（Ｃ）
前記第１の電圧組み合わせを得るための２つの電流値のうちのより周波数が低い定電流は、前記第２の電圧組み合わせを得るための２つの電流値のうちのより周波数が低い定電流より低い周波数を有することを特徴とする（Ａ）または（Ｂ）に記載の品質状態測定装置。

（Ｄ）
前記品質指標の値に基づいて被測定物の品質判定を行う品質判定部を備えた、（Ａ）から（Ｃ）の何れかに記載の品質状態判定装置。

（Ｅ）
前記演算部は、前記第１の比を算出するための前記第１の電圧組み合わせおよび前記第２の電圧組み合わせのうちの少なくとも何れか一方の組み合わせが異なる第２の比を算出し、前記第１の比および前記第２の比に基づいた前記品質指標の値を算出することを特徴とする（Ａ）〜（Ｄ）のいずれか１つに記載の品質状態測定装置。

（Ｆ）
前記第２の比を算出するための少なくとも３つの電圧値のうちの最も周波数が高い定電流に基づく電圧値は、前記第１の比を算出するための少なくとも３つの電圧値には含まれず、前記第１の比を算出するための少なくとも３つの電圧値のうちの最も周波数が低い定電流に基づく電圧値は、前記第２の比を算出するための少なくとも３つの電圧値には含まれないことを特徴とする（Ｅ）に記載の品質状態測定装置。

（Ｇ）
前記品質指標の値に基づいて被測定物の品質判定を行う品質判定部を備え、前記品質判定部は、前記第１の比および前記第２の比の和が複数の判定範囲の何れに属するかに応じて前記品質判定を行うことを特徴とする（Ｅ）または（Ｆ）に記載の品質状態測定装置。

（Ｈ）
前記品質判定部は、前記第１の比および前記第２の比のそれぞれの値の組み合わせが所定の条件を満たす場合、前記和が属する前記複数の判定範囲に拘わらず、異常が生じたと判定することを特徴とする（Ｇ）に記載の品質状態測定装置。

本発明は、被測定物の品質状態を、時間経過を伴うことなく、被測定物の種類または個体差によらず高精度に測定することができる品質状態測定装置を提供するために有用である。

１ 品質状態測定装置
３ｐ，３ｐ１，３ｐ２ 陽極側電極
３ｎ，３ｎ１，３ｎ２ 陰極側電極
４０ インピーダンス測定部
４１ 演算部
４５ 定電流回路
４７ 品質判定部

Claims (8)

1. 魚肉および食肉を含む被測定物のインピーダンスを得るための電圧を測定するインピーダンス測定部と、
   前記インピーダンスに基づいて前記被測定物の品質を示す品質指標の値を演算する演算部と、を備え、
   前記インピーダンス測定部は、
   所定の周波数および所定の定電流値を有する定電流信号を出力する定電流回路と、
   前記定電流回路から出力される定電流信号を測定対象に流し、当該定電流信号に基づいて前記被測定物に印加される電圧を検出するために、当該被測定物の表面に接触させる少なくとも１つの陽極側電極および少なくとも１つの陰極側電極と、を備え、
   前記インピーダンス測定部は、
   前記定電流回路から前記陽極側電極と前記陰極側電極との間に、所定の定電流値を有し、互いに異なる周波数を有する少なくとも３つの定電流を流すことにより、各定電流に応じて前記陽極側電極と前記陰極側電極との間に印加される少なくとも３つの電圧値を検出し、
   前記演算部は、
   前記少なくとも３つの電圧値のうちの２つの電圧値である第１の電圧組み合わせから当該２つの電圧値の差である第１の差を算出し、
   前記少なくとも３つの電圧値のうちの前記第１の電圧組み合わせとは異なる２つの電圧値である第２の電圧組み合わせから当該２つの電圧値の差である第２の差を算出し、
   前記第１の差に対する前記第２の差の比である第１の比を算出し、
   前記第１の比を前記品質指標の値として出力する、品質状態測定装置。
2. 前記第１の電圧組み合わせのうちのより周波数が高い定電流に基づく電圧値は、前記第２の電圧組み合わせのうちのより周波数が高い定電流に基づく電圧値と共通の値である、請求項１に記載の品質状態測定装置。
3. 前記第１の電圧組み合わせを得るための２つの電流値のうちのより周波数が低い定電流は、前記第２の電圧組み合わせを得るための２つの電流値のうちのより周波数が低い定電流より低い周波数を有する、請求項１または２に記載の品質状態測定装置。
4. 前記品質指標の値に基づいて被測定物の品質判定を行う品質判定部を備えた、請求項１から３の何れか一項に記載の品質状態測定装置。
5. 前記演算部は、
   前記第１の比を算出するための前記第１の電圧組み合わせおよび前記第２の電圧組み合わせのうちの少なくとも何れか一方の組み合わせが異なる第２の比を算出し、
   前記第１の比および前記第２の比に基づいた前記品質指標の値を算出する、請求項１から４のいずれか一項に記載の品質状態測定装置。
6. 前記第２の比を算出するための少なくとも３つの電圧値のうちの最も周波数が高い定電流に基づく電圧値は、前記第１の比を算出するための少なくとも３つの電圧値には含まれず、
   前記第１の比を算出するための少なくとも３つの電圧値のうちの最も周波数が低い定電流に基づく電圧値は、前記第２の比を算出するための少なくとも３つの電圧値には含まれない、請求項５に記載の品質状態測定装置。
7. 前記品質指標の値に基づいて被測定物の品質判定を行う品質判定部を備え、
   前記品質判定部は、前記第１の比および前記第２の比の和が複数の判定範囲の何れに属するかに応じて前記品質判定を行う、請求項５または６に記載の品質状態測定装置。
8. 前記品質判定部は、前記第１の比および前記第２の比のそれぞれの値の組み合わせが所定の条件を満たす場合、前記和が属する前記複数の判定範囲に拘わらず、異常が生じたと判定する、請求項７に記載の品質状態測定装置。

Images