Development of technique and nondestructive measuring instrument to evaluate vegetables and fruits maturity based on fluorescence measurement

2021 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 18K05913
• Research Institution: Kisarazu National College of Technology
• Principal Investigator: 福地 健一 木更津工業高等専門学校, 基礎学系, 教授 (00218942)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 嘉数 祐子 (大野祐子) 木更津工業高等専門学校, 基礎学系, 准教授 (30455117)
• Project Period (FY): 2018-04-01 – 2022-03-31
• Keywords: 蛍光スペクトル / 熟度 / 非破壊計測 / 果実

Outline of Annual Research Achievements

昨年度までに，620 nmの光で励起して果実内部から放出されるクロロフィル蛍光を測定して685 nmと740 nmのスペクトル強度比（F685/F740）を求め，その対数を指標（Fluorescence Maturity Index, FMI）として果実の熟度を非破壊で評価する手法の開発に成功した。特に，トマトでは果皮色に変化が表れる数日前からFMIが変化すること，キウイフルーツでは追熟温度によりFMI変化の様子が大きく異なりFMIと糖酸比及び果実硬度との間に良い相関があることなどを突き止め，本手法を利用して，果実の出荷時期や食べ頃の判定が可能であることを明らかにした。
ところで，これまで蛍光計測に用いていたキセノン光源及びマルチチャンネル分光器は，比較的大型であり容易に持ち運ぶことが困難であることから，測定は，実験室内のみであった。そこで本年度は，屋外計測に向けた小型装置の開発に取り組んだ。
まず，新たな励起光源として，出力波長が約620 nmであるLEDヘッドを採用し，従来のキセノン光源との特性比較を行った。試料と光照射ヘッド間の距離を5 cmとした場合，照射面積はキセノン光源と同等（16 mm×16 mm）であるにも関わらず，LEDヘッドの最大照射強度（出力100 ％時）は1平方メートルあたり1350 Wであり，キセノン光源の約10倍を確保できることが確認できた。このLEDヘッドを用いてトマトを励起し，室内蛍光灯照射下においてミニ分光器で蛍光を測定したところ，従来装置と同様に，追熟に伴うFMIの変化が観察可能であった。また，装置全体の消費電力は約50 Wであり，リチウムイオン電池式のポータブル電源（質量6.0 kg，容量630 Wh）で，1時間以上動作させることが可能であった。以上のことから，本装置を用いることで，屋外においても果実の熟度評価が可能になると考えられる。

Remarks

学会発表の準備をしていたが，コロナ禍で中止となった。