(57)【要約】【課題】  本発明は、食品のＤＮＡ構造、変性蛋白質、あるいはバクテリアやウィルスの持つ特定波長の電磁波を照射することによる検査装置および方法を提供する。【解決手段】  食品の構成要素に固有の０．１〜１０ＴＨｚの範囲の周波数の電磁波を照射しうる可変波長電磁波発生手段と、前記周波数の電磁波の検出手段を持ち、前記電磁波を少なくとも所定の形状に加工された食品試料の一部に照射し、透過あるいは反射強度を測定する。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
食品の構成要素に固有の０．１〜１０ＴＨｚの範囲の周波数の電磁波を照射しうる可変波長電磁波発生手段と、前記周波数の電磁波の検出手段を持ち、前記電磁波を少なくとも所定の形状に加工された食品試料の一部に照射し、透過あるいは反射強度を測定することを特徴とする食品検査装置および検査方法。
【請求項２】
前記電磁波として少なくとも２つの波長成分を用いることを特徴とする食品検査装置および検査方法。
【請求項３】
前記食品試料が測定前および測定中に温度制御され、該資料中の水分が凍結されていることを特徴とする食品検査装置および検査方法。
【請求項４】
前記食品試料が、基板の凹部を利用し所定膜厚に制御されたことを特徴とする食品検査装置および検査方法。
【請求項５】
前記食品試料が、内面が金属で覆われたチューブ状になっていることを特徴とする食品検査装置および検査方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は、食品に電磁波を照射し検査を行う装置および方法に関する。
【背景技術】
【０００２】  近年、その応用が注目されているテラヘルツ光（１ＴＨｚ＝１０１２Ｈｚ）は、光の周波数と電波の周波数の境界に当たる。光の周波数はおよそ３０−１０００ＴＨｚであるのに対して、マイクロ波やミリ波などの電波の周波数は０．１ＴＨｚ以下の周波数を持っている。この周波数のギャップを埋めるのがＴＨｚ波帯である。テラヘルツ発生においては、その原理的方法に基づきテラヘルツ時間領域分光法（ＴＨｚ  Ｔｉｍｅ−Ｄｏｍａｉｎ  Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ；ＴＨｚ−ＴＤＳ）、テラヘルツパラメトリック発振器（ＴＨｚ  Ｐａｒａｍｅｔｒｉｃ  Ｏｓｃｉｌａｔｏｒ；ＴＨｚ−ＴＰＯ）、ＧａＰ等の半導体結晶を用いたテラヘルツ差周波発生（ＴＨｚ  Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ  ＦｒｅｑｕｅｎｃｙＧｅｎｅｒａｔｉｏｎ；ＴＨｚ−ＤＦＧ）、あるいはｐ型ゲルマニウムレーザや量子カスケードレーザなどの半導体デバイスを用いたテラヘルツ光発生方法が実現されている。【０００３】  多くの食品等は自然界に存在するバクテリアやウィルスの存在により腐敗や、変質あるいはある種のバクテリアやウィルスの異常増殖が生じる。また貝毒などに代表される海水中のプランクトンのなかには有害な毒素を作る種類がいて、これらの作る毒が貝に蓄積され、これを摂取する人間が中毒を起こすという事例が多く発生している。【０００４】  また農作物では遺伝子組み替えにより、害虫や寒さ等に強い品種改良が行われているものの、遺伝子組み替え食品を摂取した際の人体への影響が懸念され、現在では遺伝子組み替え食品は明記して差別化することが義務付けられている。一方、その管理は生産者側のに任されていたり、生産地の隣接等のために遺伝子組み替えを用いていない食品に遺伝子組み替え食品が混合してしまう事件が多発している。【０００５】  さらに、牛海綿状脳症（ＢＳＥ）に感染した肉牛からのプリオン蛋白質の混入に関しても現在は検査体制が整備されているものの、世界的規模で迅速かつ簡便に検査する方法および測定装置が求められているのが現状である。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】  上述したような食品に関する調査は、スクリーニング検査（免疫生化学検査）およびさらに詳細な確認検査（免疫組織化学検査）などが行われるために結果がでるまでに数日かかる。これらの検査は時間を要するため、あるいは専門家・資格者による熟練と種々の試薬を取り扱える環境が常に要求されることから、生産者が生産地で検査を行うことができなかった。以上の問題を鑑み、専門家の手によらず、自動測定により直接食品の遺伝子情報や、蛋白質分析、あるいはバクテリアやウィルスの検出を簡便かつ迅速に行う必要がある。【０００７】  本願発明は、上記の従来技術の欠点を除くためになされたものであって、食品のＤＮＡ構造、変性蛋白質、あるいはバクテリアやウィルスの持つ特定波長の電磁波を照射し、それらの存在を瞬時に検査できる装置および方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】  上記問題を解決するために、本発明の特徴は、ＤＮＡ構造、変性蛋白質、あるいはバクテリアやウィルスの構造に対応する固有振動数に等しい周波数の電磁波を照射するため、電磁波照射端と電磁波発生装置を備える電磁波発生装置を持ち、試料に含まれる水の吸収による信号の減衰を抑えるために試料を冷凍し測定するための冷凍装置、また試料を１０μｍ程度に薄くした状態で測定するための試料薄膜化装置を備え持つ。試料表面での反射、または試料透過した信号を検出するための検出器も具備されている。または電磁波を導波管に導き、導波管中に試料を挿入して吸収特性を測定することもできる。【０００９】  ＤＮＡを構成する塩基であるアデニン、グアニン、シトシン、チミンはそれぞれ異なる固有振動の電磁波吸収特性を示すことがわかっており、これまでの我々の分析によれば０．１〜１０ＴＨｚに特徴的な吸収帯がある。またこれらの塩基のつながりで構成されたＤＮＡでも特徴的な吸収が例えば３ＴＨｚ付近に見られている。このように食品を構成するＤＮＡは遺伝子組み替えした大豆、とうもろこしなどでは、遺伝子組み替え操作をしていないものと吸収特性が異なる。またその周波数帯はほぼ０．１〜１０ＴＨｚにあり、それぞれの構造因子に関連した特徴的ないわゆる指紋スペクトラムである。一方、この帯域はこれまで食品の検査に用いられたことは無かったので、この帯域を利用することにより新たな検出方法および装置を実現でき、簡便かつ迅速な検査が可能となる。
【発明の効果】
【００１０】  本発明の電磁波の照射を利用した食品検査装置および方法は、食品のＤＮＡ構造、変性蛋白質、あるいは食品等で増殖するバクテリアやウィルスの構造に対応する固有振動数に等しい周波数の電磁波を照射し、その吸収特性から物質を同定することができるので、品種混合、品種表示のいつわり、遺伝子組み替え食品の検出、異常蛋白質の検出、毒素の検出、さらには食品の腐敗やバクテリアやウィルスの検出が迅速かつ簡便に行うことを可能にする。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】  図１に示すように、被測定試料に所定の周波数のテラヘルツ電磁波を照射しその透過特性を測定することにより、食品のＤＮＡ構造、変性蛋白質、あるいは付着したバクテリアやウィルス構造を特定できる。図３に示すように被測定試料に所定の周波数のテラヘルツ電磁波を照射しその反射特性を測定することにより、食品のＤＮＡ構造、変性蛋白質、あるいは付着したバクテリアやウィルス構造を特定できる。
【実施例１】
【００１２】  本発明による食品等に関する検査システムの概略図を図１に示した。可変波長電磁波発生装置１としては、ＧａＰ結晶を用いた差周波テラヘルツ波発生装置が用いられ、波長が１．０μｍより長波長のレーザ光による２つのポンプ光を用いることで第１および第２のポンプ光の差周波テラヘルツ電磁波を０．１５ＴＨｚから７ＴＨｚの範囲で発生させることができる。【００１３】  またＧａＰ結晶に代わりＬｉＮｂＯ３結晶を用いると、差周波発生やパラメトリックオシレーションにより０．７ＴＨｚから２．５ＴＨｚのテラヘルツ電磁波を得ることができる。さらには、可変波長電磁波発生装置１として、ガンダイオード、タンネットダイオード、あるいはｐ型ゲルマニウムレーザや量子カスケードレーザなどの電子デバイスを用いることもできる。【００１４】  可変波長電磁波発生装置１より発生したテラヘルツ電磁波は、電磁波照射端２より自由空間に放射されるが、この電磁波は光学レンズ３等によって集光される。レンズの材質としては、テラヘルツ電磁波が透過する材料である必要があり、石英、ポリエチレン、あるいは透過性の樹脂材料が用いられる。【００１５】  被測定試料６は通常、パウダー状に粉砕され乾燥後テフロンあるいはポリエチレンのパウダーと混合しペレット状に加工される。ペレットの大きさは、約１０ｍｍφであり、厚さは０．１ｍｍ〜５ｍｍである。検出器４としては、広い波長感度特性をもつ焦電検知器や、ボロメータなどが用いられる。【００１６】  図２に穀物のテラヘルツ帯スペクトラムを示した。このようにテラヘルツ帯に特徴的な吸収（ν１およびν３）が検出されるが、吸収特性のないバックグラウンドに相当するν２との関係等から穀物の品種を特定できる。【００１７】  例えば吸収強度の関係から、Ｉν１／Ｉν２がある一定の範囲でＩν３／Ｉν２の蚊大きさを判定することにより、品種Ａと品種Ｂの違いの判別、あるいは品種Ａと品種Ｂの混合率を測定できる。穀物の種類などによって特徴的な吸収帯はそれぞれ異なるが、このように複数のピークの強度を検出することで、同類の穀物であっても品種の違いを判別できる特徴がある。【００１８】  この方法は、米の品種や、新米と古米の判別、さらには産地の違いまで判別することが可能である。また、大豆、小豆、とうもろこし等の遺伝子組み替え品種の判別にも利用できる。穀物のみならず肉類および魚介類に関しても、蛋白質の構造の違いを検出できるので、品種の違いおよび産地の違いなども判別できる。特に蛋白質の変性の検出に高感度が期待されることから、牛海綿状脳症（ＢＳＥ）に感染した肉牛からのプリオン蛋白質を精度よく特定できるものと考えられる。【００１９】  また貝毒などに代表される海水中のプランクトンのなかには有害な毒素を作る種類がいて、これらの作る毒が貝に蓄積され、これを摂取する人間が中毒を起こすという事例が多く発生しているが、貝毒を含む貝と含まない貝の判別にもこの方法は有効である。さらには食品の腐敗、あるいはバクテリアやウィルスによる汚染にも同方法を適用できる。【００２０】  図１に示したように被測定試料に上記のような検体を用いれば、各試料を自動測定し、異常物質の混入に関して検知し、信号処理部５により警報を発し異常検体を特定することが可能となる。
【実施例２】
【００２１】  図３に示したのは被測定試料の反射を検出することを特徴とする、テラヘルツ電磁波検査システムである。被測定試料６は通常、乾燥により水分を除去するが、水分を多く含んだ試料をそのまま測定しようとする場合には、テラヘルツ電磁波は水分によって大きく減衰されるため透過特性を測定できない。このため被測定試料６の表面で反射した光を検出器４へ導き、テラヘルツ帯に特徴的な吸収を検出する。
【実施例３】
【００２２】  図４に本測定に用いる被測定試料の形状を示した。基板６３および６６はテラヘルツ電磁波に対して透明な材料である石英、ポリエチレン、テフロンあるいは、シクロオレフィンポリマー系の特殊樹脂などが用いられる。被測定試料６０は所定の大きさに加工され、基板６３上に設置され最後に樹脂カバー６２でコートされる。試料が飛散しない場合に限り、カバー６２を用いない場合もある。被測定試料６０は基板６６条に例えば１０μｍの凹部を持ち、凹部の深さにより被測定試料６０の厚みが決まるように工夫された構造をもっている。【００２３】  図５に本構造の作製プロセスを示した。（１）に示すように基板６６にエッチング等により凹部を設ける。凹部は予め任意の深さに決定される。次に試料供給装置５０よりペースト化した液状試料５１を供給するが、凹部を埋める量より過剰に供給する必要がある。（３）に示すように極薄の平板状のへら５５にて表面を一定の力で走査することにより一定厚みの被測定試料６０を形成でき、必要に応じてカバー６２を設置する。これによって所定の膜厚を形成できるので、水分を多く含む試料などでテラヘルツ電磁波の透過率が極端に落ちる場合も、試料の薄膜化によって物質特有の吸収特性を測定できる。また本試料作成法によれば、試料の厚みを常に一定にできるので定量評価に適している。定量評価に関しては、試料の膜厚に応じてテラヘルツ電磁波の吸収量が変化するので、試料厚みを一定にすることが必要である。
【実施例４】
【００２４】  図４に示したように、導波管６９を用いた試料では、例えば石英管内径０．１ｍｍ〜１ｍｍφで長さ１ｃｍ程度の内面に金をコーティングしたものを用い、内部に被測定試料６０を封入し、必要に応じて樹脂のカバー６８を両端に置くことで安定した試料セルを作製できる。この試料セルは導波管の効果により、テラヘルツ電磁波は集光してセル内を通過するので、微量の試料の測定を行える特徴がある。【００２５】  図６に示したのは、本願発明による自動化測定システムである。試料供給装置７３により、所定の形状の被測定試料７０が供給される。試料は試料搬送装置７１を介して試料回転ステージ７２に自動装着され、測定制御装置７５により順次測定される。測定後は、試料搬送装置７１を介して試料回収装置７４で回収される。とくに試料が水分を含む場合、水分を凍らせることでテラヘルツ電磁波の透過量が増加し、物質特有の吸収特性を測定できるようになることがわかっており、低温恒温槽７０を設置して測定前に被測定試料７０に含まれる水分を凍結させることも可能である。本システムにおいて図３と同様の構成によるテラヘルツ電磁波反射法による測定も可能である。
【産業上の利用可能性】
【００２６】  以上により、本発明によれば食品のＤＮＡ構造、変性蛋白質、あるいは食品等で増殖するバクテリアやウィルスの構造に対応する固有振動数に等しい周波数の電磁波を照射し、その吸収特性から物質を同定することができるので、最近問題となっている品種混合、品種表示のいつわり、遺伝子組み替え食品の検出、ＢＳＥプリオン蛋白質の検出、貝毒の検出、さらには食品の腐敗やバクテリアやウィルスの検出などが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】  テラヘルツ帯電磁波透過法による食品等分析装置の概略図である。
【図２】  穀物のテラヘルツ電磁波吸収スペクトラム例である。
【図３】  テラヘルツ帯電磁波反射法による食品等分析装置の概略図である。
【図４】  テラヘルツ帯電磁波透過法に用いる被測定試料の形状を示す概略図である。
【図５】  一定の厚さを持つ被測定試料の形成方法である。
【図６】  温度制御機能を備えたテラヘルツ帯電磁波透過法または反射法自動測定システムである。
【符号の説明】
【００２８】１…可変波長電磁波発生装置
２…電磁波照射端
３…レンズ
４…検出器
５…信号処理部
６、６０、７０…被測定試料
７…試料送り装置
９…ミラー
６３、６６…基板
６２、６８…カバー
６９…導波路
５０、７３…試料供給装置
５１…液状試料
５２…成型された液状試料
５５…へら
７１…試料搬送装置
７２…試料回転ステージ
７４…試料回収装置
７５…測定制御装置
７７…低温恒温槽
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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