(57)【要約】【課題】果実の糖度測定に近赤外光・赤外光の吸収特性を利用する場合、メロンやスイカなどの厚い表皮を持つ果実では、表皮の吸収が大きくなり、糖度測定の精度が落ちる場合がある。また、果実による旋光角測定により糖度測定を行う場合、果実中に複数の糖が存在し、それぞれの旋光能が異なるので、糖の存在比率により旋光角と糖度との関係が変化する。【解決手段】果実の育成初期と育成後半時期に果実長と旋光角を測定することにより、糖度を求める。旋光度測定の過程で、個々の果実について、大きさおよび糖度による育成状況のデータが蓄積されるので、個別の果実の糖度推定だけでなく、収穫時期や出荷時期の判定・予測等の育成管理も可能となる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
植物の実に光を照射し、前記光の前記果実による透過光の旋光角を測定する旋光角測定部と、
前記実の直径を測定する実長測定部を備え、
前記実の交配後の第１の測定時と、前記第１の測定時後の第２の測定時に測定された旋光角および直径に基づき糖度を推定することを特徴とする糖度計。
【請求項２】
請求項１記載の糖度計であって、
前記糖度の推定方法は、交配後の第３の測定時における植物の実の直径と旋光度と糖度と、前記第３の測定時後の第４の測定時おける前記植物の実の直径と旋光度と糖度を説明変数とした重回帰解析式により推定することを特徴とする糖度計。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明が属する技術分野】
本発明は、果実の糖度を非破壊で測定する糖度計に関する。
【０００２】
【従来の技術】
メロン、スイカ、リンゴ等の果実類では、収穫された果実の糖度を測定・推定することが重要となっている。収穫した果実の糖度を推定する方法として、ある数量の果実からなるロットからサンプルとなる果実を抜き取り、サンプルの果実の糖度を内部の果汁を抽出して測定し（破壊測定）、ロット内にある他の果実の糖度を推定する方法がある。しかし、果実の糖度は同一ロットであっても必ずしも均一ではなく、サンプル抽出による破壊測定は、効率面や精度面で問題があり、出荷時期や品質の判定手段として最適なものではない。
【０００３】
一方、果実の性状を変化させずに糖度を測定・推定する非破壊測定の方法としては、近赤外光や赤外光を果実に照射し、果実による反射または吸収を測定する方法、核磁気共鳴による緩和時間を測定する方法、超音波の伝搬速度を測定する方法、等の測定法が知られている。非破壊測定では、果実の性状を変化させずに測定することができるので、サンプル測定ではなく全数測定が可能となる。
【０００４】
果実の糖度の非破壊測定方法として、被測定果実に照射した光が果実中の糖度により偏光面が回転（旋光）する現象を利用し、被測定果実の糖度を推定する方法がある（例えば特許文献１）。糖の旋光現象により糖度を測定する方法は、血液の糖度測定等に広く用いられており、旋光角は糖の濃度と糖の旋光能（単位長さ、単位濃度あたりの旋光角）に比例し、光の波長に反比例するので、旋光角を測定することにより糖度を推定することができる。
【０００５】
【特許文献１】
特開平７−３１８４２９号公報
上記の糖度測定・推定は果実を収穫した後に行われるものであるが、果実の固有振動数を測定する装置を携帯できる形状とし、収穫時期および食べ頃時期を表示することにより、収穫された果実だけではなく、着果状態（栽培中）の果実の熟度を判定する装置が知られている（例えば特許文献２）。
【０００６】
【特許文献２】
特開平９−２７４０２２号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
果実の糖度測定に近赤外光・赤外光の吸収特性を利用する場合、果実に照射する光の波長は、吸収特性の変化を観測するのに適した波長を選択する必要があるが、吸収特性を観測するための照射光の波長は必ずしも表皮の吸収が小さい波長ではない。このため、メロンやスイカなどの厚い表皮を持つ果実では、表皮の吸収が大きくなり、糖度の推定を正しく行うことができない場合がある。
【０００８】
また、核磁気共鳴による緩和時間を測定する方法では、超音波の伝搬速度を測定する方法では、装置規模やコストの大きなものとなる。
【０００９】
旋光角により糖度を測定する方法を果実に用いる場合、旋光能が異なる複数の糖が存在することが問題となる。すなわち、一般に、青果物にはブドウ糖・ショ糖・果糖が含まれ、旋光能がそれぞれ異なるため、旋光角の測定だけでは糖度を直接求めることができないことが問題となる。
【００１０】
血液中に含まれる糖のほとんどはブドウ糖であるので、旋光角とブドウ糖の旋光能より血液中のブドウ糖濃度をほぼ正確に測定できるのに対し、果実の旋光角はブドウ糖・ショ糖・果糖それぞれによる旋光角を加えたものであり、果糖による旋光角は負であるので、果実の糖度を表すショ糖の濃度は直接に推定することができない。
【００１１】
また、着果状態である個々の果実の出荷時期判定をするだけでなく、栽培している果実を総合的に管理することができる装置が望まれている。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記課題を解決するものであって、植物の実に光を照射し、前記光の前記果実による透過光の旋光角を測定する旋光角測定部と、前記実の直径を測定する実長測定部を備えた糖度計であって、前記実の交配後の第１の測定時と、前記第１の測定時後の第２の測定時に測定された旋光角および直径に基づき糖度を推定することを特徴とする。
【００１３】
これにより、果実に複数の糖が存在する場合でも、果実の旋光角および果実長を測定することにより糖度を推定することができる。
【００１４】
また、前記糖度の推定方法は、交配後の第３の測定時における植物の実の直径と旋光度と糖度と、前記第３の測定時後の第４の測定時おける前記植物の実の直径と旋光度と糖度を説明変数とした重回帰解析式により推定することを特徴とするものであってもよい。
【００１５】
重回帰解析式による糖度の推定を用いることにより、より正確に糖度を推定することができる。
【００１６】
【実施例】
まず、本発明による糖度計の測定原理について説明する。
【００１７】
図２はメロンにおける糖度および糖含有量の交配後日数に対する変化を示したものである。（出典：  吉田、第１０回多変量解析・信頼性解析セッション  事例発表４）  果実に含まれる糖は交配後日数の経過と共に増加するが、ショ糖濃度と、ブドウ糖および果糖濃度の日数経過に対する変化状況が異なる。図２において、横軸はメロンの交配後の日数を、縦軸は糖度（Ｂｒｉｘ％）を示したものである。Ｂｒｉｘ％とは糖度を表す単位であり、ショ糖を水に溶解したときの重量％により糖度を表すものである。例えば１００ｇ中に１０ｇのショ糖が溶けている液はＢｒｉｘ１０％となる。
【００１８】
図２において、△はブドウ糖、●は果糖、□はショ糖、○は全糖の濃度変化を表している。全糖とは糖度に対応する糖の量であり、ここでは、ブドウ糖、果糖、ショ糖の和である。メロンの交配後、日数が経過するにつれて全糖の濃度（糖度）は増加するが、日数経過につれて濃度が増加するのはショ糖のみであり、果糖およびブドウ糖の濃度はほとんど変化しない。
【００１９】
一方、ブドウ糖、果糖、ショ糖の旋光能（単位長さ、単位濃度あたりの旋光角）はそれぞれ５．３度、−１３．５〜−９．２度、６．７度（溶液長さ１ｃｍ、波長５８９ｎｍ）とそれぞれ異なり、特に、果糖の旋光能は負の値となっている。果糖はα型およびβ型の異性体を持ち、異性体の存在比率により上記旋光能の値に幅ができている。
【００２０】
果実の糖度、すなわち全糖の量は交配後の日数が経過するにつれて増加するが、全糖に対するショ糖、ブドウ糖、果糖の構成比率も日数経過に伴い変化する。果実の旋光角は、ショ糖、ブドウ糖、果糖のそれぞれの旋光角の和であるので、旋光角と糖度の関係も日数経過に伴い変化し、一回の旋光角測定から精度良く糖度を推定することは難しい。
【００２１】
図２に示されるように、メロンの交配後日数経過に伴う全糖の濃度（糖度）の増加は、主にショ糖の増加によるものであり、果糖およびブドウ糖の濃度はほとんど変化しない。本発明は、この性質を利用して、果実の育成初期と育成後半時期、すなわち、図２横軸の交配後日数の浅い時期と交配後日数が経過した時期の２回、旋光度を測定することにより、育成後半時期での糖度を推定するものである。
【００２２】
次に本発明の実施例について説明する。
【００２３】
図１は、本発明による糖度計の構成を示した図である。本発明による糖度計１は、旋光角測定部２、果実長測定部３、表示・入力部４、制御部５、データ記憶部６より構成され、果実１０の糖度を推定する。
【００２４】
旋光角測定部２は、果実１０による透過光の旋光角を測定するものであり、レーザダイオード（ＬＤ；Ｌａｓｅｒ  Ｄｉｏｄｅ）２１、偏光板２２、フォトダイオード（ＰＤ；Ｐｈｏｔｏ  Ｄｉｏｄｅ）２３、偏光角測定部２４を備える。ＬＤ２１は旋光角測定を行う波長の光を出力するＬＤであり、アーム３０の上に取り付けられている。偏光板２２は偏光角測定部２４により制御される回転角可変の偏光板であり、ＰＤ２３は果実１０の透過光の偏光板２２通過後の光を入力し、入力強度に応じた信号を偏光角測定部２４に出力するＰＤである。
【００２５】
果実長測定部３は果実１０の大きさを測定するものであり、アーム３０の伸縮部の長さＬを測定する測長回路３１を備え、測定された果実の大きさは制御部５に出力される。
【００２６】
表示・入力部４は、測定する果実を識別するための入力や、測定状況の表示を行うものであり、表示・入力部４より入力された情報は制御部５に伝えられ、また、制御部５からの信号により表示・入力部４の表示が行われる。
【００２７】
制御部５は、旋光角測定部２、果実長測定部３、表示・入力部４からの情報により、果実ごとの糖度を推定するものであり、データ記憶部６は制御部５の指示により、データの保存および読み出しを行うものである。
【００２８】
次に、本発明による糖度計の動作について説明する。
【００２９】
本発明は、果実の育成初期と育成後半時期の２回に旋光度を測定し、育成後半時期での糖度を推定するものであり、果実ごとの旋光角、長さより糖度を推定するものである。
【００３０】
まず、果実の旋光角および長さの測定について説明する。図１において、ＬＤ２１の出力光が果実１０に直接入射するようにアーム３０を果実１０に合わせる。これにより、アーム３０の伸縮部の長さＬが、ＬＤ２１より出力された光が果実１０を透過する長さとなる。
【００３１】
ＬＤ２１の出力光は果実１０を透過し、偏光板２２を通じてＰＤ２３に入射する。ＬＤ２１の偏光面はほぼ単一方向に揃っており、果実１０を透過する過程で糖により偏光面が回転（旋光）するので、ＰＤ２３の受光強度が最大となる偏光板２２の回転位置は、ＬＤ２１の偏光面から果実１０の旋光角の分回転した位置となる。偏光角測定部２４により、偏光板２２の回転角を変化させ、ＰＤ２３の受光強度が最大となる位置を探索することにより、果実１０による旋光角が求まる。求められた旋光角は、制御部５に伝えられる。
【００３２】
また、アーム３０を果実１０に合わせているので、測長回路３１によりアーム３０の伸縮部の長さＬを測定することにより、ＬＤ２１より出力された光が果実１０を透過する長さが求まる。求められた長さは、制御部５に伝えられる。
【００３３】
制御部５は、旋光角測定部２および果実長測定部３からのデータを処理し、必要に応じてデータ記憶部６に保存する。
【００３４】
育成初期に長さおよび旋光角が求められており、育成後半時期に果実の旋光角および長さを測定した場合、制御部５は演算により果実の糖度を推定し、表示・入力部４に出力する。以下にその原理を説明する。
【００３５】
ブドウ糖（ｇｌｕｃｏｓｅ）、果糖（ｆｒｕｃｔｏｓｅ）、ショ糖（ｓｕｃｒｏｓｅ）の旋光能をそれぞれαｇ、αｆ、αｓ、育成初期および育成後半時期の旋光角測定値をそれぞれΘｏ、Θｘ、育成初期および育成後半時期の果実長測定値をそれぞれＬｏ、Ｌｘとする。上述したように、果糖の旋光能αｆは負の値である。また、図２に示されるように、育成初期のショ糖濃度はほぼ零であり、またブドウ糖濃度および果糖濃度は育成初期および育成後半時期で変化しないので、育成後半時期のショ糖濃度をＣｓ、育成初期および育成後半時期のブドウ糖濃度および果糖濃度をそれぞれＣｇ、Ｃｆとする。また、ショ糖・ブドウ糖・果糖の濃度を加えた全糖濃度をＣｔとする。
【００３６】
育成初期は、図２よりブドウ糖と果糖の濃度はほぼ等しく、（Ｃｇ＝Ｃｆ）ショ糖濃度がほぼ零であるので、旋光角、果実長、旋光能と、濃度との関係は、
Θｏ＝（αｇ＋αｆ）Ｃｇ×Ｌｏ    （１）
となる。
【００３７】
一方、育成後半時期における旋光角、果実長、旋光能と、濃度との関係は、
Θｘ＝（αｇ＋αｆ）×Ｃｇ×Ｌｘ＋αｓ×Ｃｓ×Ｌｘ    （２）
となる。
【００３８】
果糖の旋光能αｆの絶対値は、ブドウ糖の旋光能αｇよりも大きいので、αｇ＋αｆは負の値であり、育成初期の旋光角Θｏは負である。交配後の日数が経過し、果実が熟成するに伴い、図２に示されるようにショ糖濃度Ｃｓが増加するので、旋光角Θｘは育成とともに増加してゆく。
【００３９】
（２）式および（１）式より、
Θｘ＝Θｏ×Ｌｘ／Ｌｏ＋αｓ×Ｃｓ×Ｌｘ    （３）
となり、この式からＣｓを求めると、
Ｃｓ＝（Θｘ−Θｏ×Ｌｘ／Ｌｏ）／αｓ／Ｌｘ    （４）
となる。
【００４０】
果実の糖度は、ショ糖・ブドウ糖・果糖の濃度を全て加えた全糖濃度Ｃｔ（＝Ｃｓ＋Ｃｇ＋Ｃｆ）で求まり、図２に示されているように、ブドウ糖濃度Ｃｇおよび果糖濃度Ｃｆは、育成初期から変化がなく一定とみなせるので、統計的に事前に測定した値を用いることができる。例えば、図２に示されるグラフより、ＣｇおよびＣｆの値として２％を用いと、糖度に関連する量である全糖濃度Ｃｔは、（４）で求まるショ糖濃度Ｃｓと合わせて、
Ｃｔ＝Ｃｓ＋４  （％）
として求まる。
【００４１】
また、上記（１）〜（４）式の関係と、実際の果実の糖度測定値により、全糖濃度Ｃｔを目的変数とし、育成初期の果実直径Ｌｏ、旋光角Θｏ、育成後半時期の果実直径Ｌｘ、旋光角Θｘを説明変数として重回帰解析式を作成することにより、より精度の高い糖度推定が可能である。
【００４２】
上述のように、本発明による糖度計は、果実に含まれる糖の育成過程における濃度変化の特徴を利用して、育成初期および育成後半時期に果実の旋光角および大きさを測定することにより、糖度を推定するものである。
【００４３】
上記の実施例では、旋光角測定部２として、偏光板２２の角度を変化させることにより、透過光の旋光角を測定するものであったが、旋光角を測定できる他の構成、例えば、特許文献１に記載されているウォラトンプリズムを用いた構成でもよい。
【００４４】
また、果実長測定部３は果実１０の大きさを測定するものであり、アーム３０が果実１０に合わさった時の、アーム３０の伸縮部の長さＬを測定できればよいので、アーム３０は作業者が手で動かしてもよいし、センサ等によりアームの伸縮部の長さを調整するようにしてもよい。測長回路３１として、超音波等のセンサを用いてもよい。
【００４５】
表示・入力部４は、測定する果実を識別するための入力や、測定状況の表示を行うものであるが、アーム３０に付された目盛りを用いて作業者が果実１０の大きさを測定し、表示・入力部４より入力してもよい。
【００４６】
本発明による糖度計は、収穫後の果実ではなく、着果状態の果実の旋光角および大きさを測定し、糖度の推定を行うものであるので、糖度が不十分である場合でも収穫時期を待つことができる。また、旋光度測定の過程で、個々の果実について、大きさおよび糖度による育成状況のデータが蓄積されるので、個別の果実の糖度推定だけでなく、収穫時期や出荷時期の判定・予測等の育成管理を行うことができる。
【００４７】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明による糖度計によれば、メロンやスイカ等の厚い表皮を持つ果実に対しても、表皮の吸収の影響を受けずに糖度を測定することができる。
【００４８】
使用する機器は小型のものであるので、携帯が可能な大きさであり、収穫後の果実だけでなく、着果状態の果実に対して測定を行うことができ、個々の果実の育成状況のデータが蓄積されるので、収穫時期や出荷時期の判定・予測等の育成管理を行うことができる。
【００４９】
また、複数回の測定を行うことにより、複数の糖による旋光の結果（旋光角）から、糖度を求めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による糖度計を示す図
【図２】メロンの交配後日数と糖含有量との関係を示す図
【符号の説明】
１    糖度計
２    旋光角測定部２
３    果実長測定部３
５    制御部
４    表示・入力部
１０    果実
２１    レーザダイオード
２２    偏光板
２３    フォトダイオード
２４    偏光角測定部
３０    アーム
３１    測長回路
【図１】
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【図２】
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