スペクトロミクスによる食品の鮮度・熟成モニタリング

2014 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 14J04913
• Research Institution: National Agriculture and Food Research Organization
• Principal Investigator: 粉川 美踏 独立行政法人農業・食品産業技術総合研究機構, 食品総合研究所 食品分析研究領域, 特別研究員(PD)
• Project Period (FY): 2014-04-25 – 2017-03-31
• Keywords: 蛍光指紋 / 近赤外分光法 / レーザー散乱分光法 / 熟成 / 鮮度 / 国際情報交換：ベルギー

Outline of Annual Research Achievements

研究実施計画に沿い、本年度は食品の熟成度モニタリングデータの取得、および複数の光計測手法を組み合わせるスペクトロミクス手法の開発を行った。主に２種類の食品、チーズおよび牛肉のモニタリングを行った。
課題１：蛍光指紋・近赤外吸収スペクトルによるチーズの熟成工程モニタリング
チーズは保蔵期間中に乳酸菌と凝固酵素の作用によりタンパク質や脂質の分解、遊離アミノ酸・遊離脂肪酸の増加、脂質の酸化など、様々な化学・物理変化が起こる食品である。本研究ではこの変化を蛍光指紋・近赤外吸収スペクトル・紫外可視吸収スペクトルを用いてモニタリングすることを目的とした。試料には熟成期間が7日から329日にわたる国産チェダーチーズを用いた。複数のスペクトル情報を統合し、共通する情報を抽出する正準相関分析を用いたところ、蛍光指紋のみ、もしくは近赤外吸収スペクトルのみで主成分分析を行ったときは熟成に関する情報を引き出すことができなかったのに対し、蛍光指紋と近赤外吸収を組み合わせた正準相関分析ではチーズの種類の違いおよび熟成期間の違いが明確に見られた。
課題２：近赤外吸収・散乱による牛肉の計測
牛肉は屠殺後に数週間の熟成工程を経ることにより、タンパク質や脂質の分解が進み、肉質や風味が向上することが知られている。一方、光の吸収と散乱はそれぞれ試料の化学的特性、物理的特性との関連性が強い現象であり、牛肉の熟成工程に対して適用することにより化学的変化と物理的変化を同時にモニタリングすることが可能になる。試料の吸光係数および散乱係数を同時に計測できる二重積分球を用いて牛肉の経時変化をモニタリングした結果、散乱係数と肉の柔らかさに相関が高いことがわかった。

Current Status of Research Progress

1: Research has progressed more than it was originally planned.

Reason

研究実施計画では初年度には、（１）スペクトロミクス手法に用いる計測装置（分光光度計および蛍光分光光度計）を選定し、条件設定を行うこと、（２）一定時間ごとにすべての計測装置による網羅的光計測および熟成度指標計測（レファレンスとなる化学・物理計測）を行う予定であった。この計画に対し、本年度はチーズと牛肉の二種類の食品についてデータを取得することができた。チーズは蛍光指紋・近赤外吸収・紫外可視吸収スペクトルを取得し、牛肉は近赤外吸収および散乱を計測した。さらに、チーズの熟成データに関しては、２年目に行う予定であった熟成度推定モデルの構築を達成しており、投稿論文１報としてまとめた。

Strategy for Future Research Activity

現在、同一試料につき複数の光学データを取得済みであり、今後はこれら複数のデータを統合し、試料の定性的・定量的性質を推定するモデルを構築する。異なる性質のデータを統合する手法の開発が鍵になるため、メタボロミクス分野等で用いられている手法も参照しながら新しい手法を開発する予定である。
現在、計測を長期間に渡って継続的に行う際、計測装置側の変化（光源の劣化、定期検査によるパラメータの変化）が問題になっている。この問題に対し、標準試料を用意して定期的に計測を行うことにより、装置側の変化を補正する予定である。

Research Products

• [Journal Article] Fluorescence fingerprint as an instrumental assessment of the sensory quality of tomato juices (2016)
  • Author(s): Trivittayasil, V., Tsuta, M., Imamura, Y., Sato, T., Obata, A., Otomo, H., Kokawa, M., Sugiyama, J., Fujita, K., Yoshimura, M.
  • Journal Title: Journal of the Science of Food and Agriculture Volume: 96 Pages: 1167-1174
  • DOI: 10.1002/jsfa.7199
• [Journal Article] Development of a quantification method of the gluten matrix in bread dough by fluorescence microscopy and image analysis (2015)
  • Author(s): Maeda, T., Kokawa, M., Nango, N., Miura, M., Araki, T., Yamada, M., Takeya, K., Sagara, Y.
  • Journal Title: Food and Bioprocess Technology Volume: 8 Pages: 1349-1354
  • DOI: 10.1007/s11947-015-1497-9
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Visualization of gluten, starch and butter in pie pastry by fluorescence fingerprint imaging (2014)
  • Author(s): Kokawa, M., Yokoya, N., Ashida, H., Sugiyama, J., Tsuta, M., Yoshimura, M., Fujita, K., Shibata, M.
  • Journal Title: Food and Bioprocess Technology Volume: - Pages: -
  • DOI: 10.1007/s11947-014-1410-y
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Method of determining the optimal dilution ratio for fluorescence fingerprint of food constituents (2014)
  • Author(s): Trivittayasil, V., Tsuta, M., Kokawa, M., Yoshimura, M., Sugiyama, J., Fujita, K., Shibata, M.
  • Journal Title: Bioscience, Biotechnology, and Biochemistry Volume: 79(4) Pages: 652-657
  • DOI: 10.1080/09168451.2014.988678
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] フローサイトメトリーと多変量解析による緑茶飲料中の一般生菌数推定 (2014)
  • Author(s): 蔦瑞樹，佐々木康彦，竹内郁雄，中本英樹，石川淳，川崎晋，杉山純一，藤田かおり，吉村正俊，柴田真理朗，粉川美踏
  • Journal Title: 日本食品工学会誌 Volume: 15(3) Pages: 157-164
  • DOI: 10.11301/jsfe.15.157
  • Peer Reviewed
• [Presentation] 高速せん断処理により作製した高アミロース米ゲルの物性と澱粉鎖長構造との関係解明 (2015)
  • Author(s): 藤田 かおり, 藤田 直子, 保坂 優子, 柴田 真理朗, 粉川 美踏, 蔦 瑞樹, Trivittayasil V., 杉山 純一
  • Organizer: 日本作物学会第239回講演会
  • Place of Presentation: 日本大学、神奈川県、藤沢市
  • Year and Date: 2015-03-27
• [Presentation] 高速せん断加工によりゲル化した米の添加が食パンの比容積と物性に及ぼす影響 (2015)
  • Author(s): 藤田 かおり, 平野 由香里, 鈴木 洋子, 柴田 真理朗, 粉川 美踏, 松山 信吾, 杉山 純一, Trivittayasil V., 蔦 瑞樹
  • Organizer: 日本作物学会第239回講演会
  • Place of Presentation: 日本大学、神奈川県、藤沢市
  • Year and Date: 2015-03-27
• [Presentation] 分光法融合による泡盛の多面的かつ迅速な品質評価法に関する基礎的研究 (2015)
  • Author(s): 蔦 瑞樹, 平良 英三, 塚原 正俊, 塚原 恵子, 粉川 美踏, トリヴィッタヤシル ヴィパヴィ, 吉村 正俊, 藤田 かおり, 杉山 純一
  • Organizer: 日本農芸化学会2015年度大会
  • Place of Presentation: 岡山大学、岡山県、岡山市
  • Year and Date: 2015-03-26
• [Presentation] 蛍光指紋による青果物の活性酸素消去能推定に関する基礎的検討 (2015)
  • Author(s): 蔦 瑞樹, トリヴィッタヤシル ヴィパヴィ, 亀谷 宏美, 今村 義則, 関山 恭代, 杉山 純一, 藤田 かおり, 吉村 正俊, 粉川 美踏
  • Organizer: 第12回表示起源分析技術研究懇談会講演会
  • Place of Presentation: 東京電機大学、東京都、足立区
  • Year and Date: 2015-01-23
• [Presentation] Spectral unmixing of fluorescence fingerprint imagery for visualization of constituents in pie pastry (2014)
  • Author(s): Yokoya, N., Kokawa, M., Sugiyama, J.
  • Organizer: IEEE Conference on Image Processing (ICIP 2014)
  • Place of Presentation: パリ、フランス
  • Year and Date: 2014-10-28
• [Presentation] The optimization of dilution ratio for fluorescence fingerprint measurement of biological materials (2014)
  • Author(s): rivittayasil V., Tsuta M., Kokawa M., Yoshimura M., Sugiyama J., Fujita K., Shibata M.
  • Organizer: 日本食品科学工学会第61回大会
  • Place of Presentation: 中村学園大学、福岡県、福岡市
  • Year and Date: 2014-08-30
• [Presentation] 蛍光指紋によるチーズの熟成度指標の推定 (2014)
  • Author(s): 粉川 美踏, 池上 翔馬, 千葉 啓, 小石原 洋, 杉山 純一, 蔦 瑞樹, 吉村 正俊, 藤田 かおり, 柴田 真理朗
  • Organizer: 日本食品科学工学会第61回大会
  • Place of Presentation: 中村学園大学、福岡県、福岡市
  • Year and Date: 2014-08-30
• [Presentation] 高速せん断加工条件が高アミロース米ゲルの動的粘弾性に及ぼす影響 (2014)
  • Author(s): 柴田 真理朗, 杉山 純一, 藤田 かおり, 粉川 美踏, 平野 由香里, 松山 信悟, Trivittayasil V., 蔦 瑞樹, 荒木 徹也
  • Organizer: 日本食品科学工学会第61回大会
  • Place of Presentation: 中村学園大学、福岡県、福岡市
  • Year and Date: 2014-08-29
• [Presentation] 高速せん断加工による米ゲルと米粉の２相系混合ゲルの物性制御 (2014)
  • Author(s): 松山 信悟, 柴田 真理朗, 藤田 かおり, 杉山 純一, 蔦 瑞樹, 粉川 美踏, 平野 由香里, 荒木 徹也, 鍋谷 浩志
  • Organizer: 日本食品科学工学会第61回大会
  • Place of Presentation: 中村学園大学、福岡県、福岡市
  • Year and Date: 2014-08-29
• [Presentation] 高速せん断加工による中・高アミロース米のゲル添加による食パンの比容積と物性への影響 (2014)
  • Author(s): 藤田 かおり, 平野 由香里, 柴田 真理朗, 鈴木 洋子, 杉山 純一, 蔦 瑞樹, 松山 信悟, 粉川 美踏, 奥西 智哉
  • Organizer: 日本食品科学工学会第61回大会
  • Place of Presentation: 中村学園大学、福岡県、福岡市
  • Year and Date: 2014-08-29
• [Presentation] 米ゲルの物性が米ゲルパンに及ぼす影響 (2014)
  • Author(s): 平野 由香里, 柴田 真理朗, 藤田 かおり, 杉山 純一, 蔦 瑞樹, 粉川 美踏, 松山 信悟, 荒木 徹也
  • Organizer: 日本食品科学工学会第61回大会
  • Place of Presentation: 中村学園大学、福岡県、福岡市
  • Year and Date: 2014-08-29
• [Presentation] 高速せん断加工による米ゲル動的粘弾性と加工条件の応答曲面モデリング (2014)
  • Author(s): 柴田 真理朗, 杉山 純一, 藤田 かおり，平野 由香里，松山 信悟，粉川 美踏，荒木 徹也
  • Organizer: 日本食品工学会第15回（2014年度）年次大会
  • Place of Presentation: つくば国際会議場、茨城県、つくば市
  • Year and Date: 2014-08-09
• [Presentation] 高アミロース米のダイレクトGel転換による製パン技術の最適化 (2014)
  • Author(s): 平野 由香里, 杉山 純一，柴田 真理朗, 藤田 かおり, 蔦 瑞樹, 吉村 正俊，粉川 美踏, 松山 信悟, 荒木 徹也
  • Organizer: 日本食品工学会第15回（2014年度）年次大会
  • Place of Presentation: つくば国際会議場、茨城県、つくば市
  • Year and Date: 2014-08-07
• [Presentation] Visualization of gluten, starch and butter in pie pastry by fluorescence fingerprint imaging (2014)
  • Author(s): Kokawa, M., Yokoya, N., Ashida, H., Sugiyama, J., Tsuta, M., Yoshimura, M., Fujita, K., Shibata, M.
  • Organizer: 2014 Applications of Computer Image Analysis And Spectroscopy in Agriculture
  • Place of Presentation: モントリオール、カナダ
  • Year and Date: 2014-07-12
• [Presentation] Fluorescence-fingerprint spectroscopy system for multipoint and temperature-controlled measurement (2014)
  • Author(s): Yoshimura, M., Mala, D. M., Kawasaki, S., Sugiyama, J., Tsuta, M., Kokawa, M., Fujita, K. and Shibata, M.
  • Organizer: 2014 Applications of Computer Image Analysis And Spectroscopy in Agriculture
  • Place of Presentation: モントリオール、カナダ
  • Year and Date: 2014-07-12
• [Presentation] 多点計測および温度制御可能な蛍光指紋測定システムの構築 (2014)
  • Author(s): 吉村 正俊, Mala Dheni M., 川崎 晋, 杉山 純一, 蔦 瑞樹, 藤田 かおり, 粉川 美踏, 柴田 真理朗
  • Organizer: 第73回農業食料工学会（平成26年度）年次大会
  • Place of Presentation: 琉球大学、沖縄県、中頭郡
  • Year and Date: 2014-05-18
• [Presentation] 蛍光指紋による青果物の活性酸素消去能推定に向けた基礎的検討 (2014)
  • Author(s): 今村 義則, 荒木 徹也, 蔦 瑞樹, 亀谷 宏美, 関山 恭代, 杉山 純一, 藤田 かおり, 柴田 真理朗, 吉村 正俊, 粉川 美踏
  • Organizer: 第73回農業食料工学会（平成26年度）年次大会
  • Place of Presentation: 琉球大学、沖縄県、中頭郡
  • Year and Date: 2014-05-18
• [Presentation] 蛍光指紋イメージングおよびスペクトル分解によるパイ生地中グルテン・澱粉・バターの可視化 (2014)
  • Author(s): 粉川 美踏, 横矢 直人, 芦田 祐子, 杉山 純一, 蔦 瑞樹, 吉村 正俊, 藤田 かおり, 柴田 真理朗
  • Organizer: 第73回農業食料工学会（平成26年度）年次大会
  • Place of Presentation: 琉球大学、沖縄県、中頭郡
  • Year and Date: 2014-05-18
• [Patent(Industrial Property Rights)] チーズの熟成度指標推定方法、チーズの熟成度指標推定装置、コンピュータが実行可能なプログラム、ナチュラルチーズ、プロセスチーズ、及びプロセスチーズの製造方法 (2014)
  • Inventor(s): 杉山純一、蔦瑞樹、粉川美踏、小石原洋、水野礼、千葉啓、池上翔馬
  • Industrial Property Rights Holder: 独立行政法人 農業・食品産業技術総合研究機構、森永乳業株式会社
  • Industrial Property Rights Type: 特許
  • Industrial Property Number: 特願2014-172020
  • Filing Date: 2014-08-29