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研究室紹介

九州大学大学院農学研究院環境農学部門
生産環境科学講座農産食料流通工学研究室
キーワード：フードチェーン，マルチフィジックスシミュレーション，可食コーティング，バイオスペックル
Food chain, Multi-physics simulation, Edible coating, Biospeckle

教授 田中

1. はじめ史彦 Fumihiko TANAKAに助教 田中

良奈 Fumina TANAKA

もなじみが深く，本誌にも「温度による比熱変化に対応した－5 ～ 300 ℃湿り空気線図」1）など数多くの業績を残

九州大学農学部は，1919（大正 8）年に九州帝国大学農されています．我が研究室の歩みはコールドチェーン技学部として福岡県粕屋郡箱崎町（現・福岡市東区箱崎）術の教育研究とともにあり，この伝統は半世紀以上が過に設置され，2018（平成 30）年に伊都キャンパス（同市西ぎた今も変わりありません．国内外を問わず，農産物お区元岡）に移転の後，2019（令和元）年に創立百周年を迎よび食品の安全かつ高品質流通を支えるための基礎からえました．当研究室は，新キャンパスに自然をモチーフ応用に至る幅広い研究を展開しています．本稿では，以として建築されたウエスト 5 号館（図１）の最上階に居を下にいくつかの研究事例を紹介させていただきます．

構え，眼下には長閑な田園風景が広がる新環境の中でこ

2. 青果物の物性を非破壊計測するためのフレームワークの構築れまでの伝統を引き継ぎつつ教育研究に従事しています．
当研究室の歴史は当時の科学技術庁資源調査会（現・文部科学省科学技術・学術審議会資源調査分科会）が，い青果物の低温貯蔵ではその熱特性を知ることが重要でわゆる「コールドチェーン勧告」を出した 1965（昭和 40）す．特に，低温貯蔵や CA（Controlled Atmosphere）貯年に遡ります．この勧告は我が国の低温流通におけるイ

蔵，MA（Modified Atmosphere）包装では，果実の熱伝ンフラ整備を推し進める原動力となり，食品産業の発展導率や内部での気体の拡散係数がわからない状態では適に大きく寄与しました．これに呼応するかの如く，中馬豊切な環境制御が行えない場合があります．そこで本研究先生（九州大学，本研究室初代教授）と石橋貞人先生（当室では，青果物の三次元構造解析とマルチフィジックス

時鹿児島大学，後に本研究室第二代教授）は九州の北とシミュレーションにより非破壊的にこれらの物性値の三南に農産物低温流通の教育研究拠点となる新講座をそれ次元分布を推定するフレームワークを作成しました．

ぞれ設立し，九州におけるポストハーベスト工学研究の図２にその概要を示します．この研究では，解像度の異礎が築かれました．第三代教授の村田敏先生は本学会でなる二つの X 線 CT 装置と熱・ガス移動シミュレーショ

図１

九州大学ウエスト 5 号館（農学部）（上：南側，下：北側）

図２

マルチスケール解析による果実内物性値可視化
フレームワーク
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図４

図３

イチゴ果実表面の SEM 画像（a：対象区，b：アロエベラジェル＋バジル精油コー
ティング処理区，矢印は気孔）

カキ果実の CT 値（a）データに基づく空隙率（b），熱伝導率（c），水分（d）の可視化ン技術を用いて，果実内部の空隙率，熱伝導率，気体の拡散係数（溶存を含む），水分分布を可視化することを目的 と し て い ま す． 高 解 像 度 X 線 CT 画 像 を 基 に コ ン
ピュータ上で三次元再構築した細胞組織の立体像の平均
CT 値を算出するとともに，画像解析と数値シミュレー
ションによって空隙率や熱伝導率などを決定し，空間のControl

図５

GelatinGelatin+5%

Gelatin+25%Gelatin+50%

FSO

FSO

FSO

ゼラチン＋カエル皮膚油脂コーティング処理した
カキ果実の抑菌効果比較

平均 CT 値から諸物性値を推算するモデル式を提案，これを基に低解像度 X 線 CT 画像から CT 値を橋渡しとし高湿（4 ℃－85 ％ RH）下で 12 日間貯蔵した結果，対照区て果実内全体の諸物性値分布を非破壊的に三次元で可では商品価値を失うとされる 5 ％の目減りを超える 5.5 ％視化する手法を確立しました（図３） ．現在，果実内の減量が確認されましたが，コーティング区では 3.4 ％での呼吸を制御するために，酸素や二酸化炭素などの細と蒸散を抑えることができました．また，呼吸速度も半胞質への溶存を含む拡散と内部ガス環境を知るための研分以下に抑制でき，そのほかにも硬さやクエン酸含有量，究を鋭意遂行中です．

可溶性固形物含量，灰色かび病の原因菌となる Botrytis

2-4）

3. 青果物の日持ち期間を延ばす生物由来機能性
可食コーティング剤の開発

cinerea の成長抑制など有意な結果が得られています 5）．
図５は Botrytis cinerea 菌株をカキ果実赤道面に植菌後，カエル皮膚から取り出した油脂（FSO）をゼラチン

青果物は収穫後も生命活動を継続し，呼吸による内容ベースのコーティング溶液にゼラチン質量比 0 ～ 50 ％で成分の消費や成熟による老化，蒸散による目減り，微生添加したものをコーティングし，室温（25 ℃）で 9 日間物の増殖による腐敗，光による変色，輸送中の振動や打培養したときの外観の比較ですが，対象区と抑菌効果の撃による外傷など，様々な要因によってその品質が変化無いゼラチンのみのコーティング区では菌が（内部で）します．青果物の貯蔵・輸送では各種包装材が使用され繁殖し，外観品質が著しく低下することが観察できまますが，その多くは石油由来のプラスチック材で廃棄時す．一方，FSO を添加した区では色つやも良く，植菌しにおける環境負荷の問題があります．この代替となる資ない果実で呼吸速度を測定した実験では FSO 濃度が高材として生物由来機能性可食コーティング剤の開発を目くなるほど呼吸量が抑えられることを明らかにしていま指しています．ゼラチンやキトサン，多糖類など生物由

す 6,7）．このほかにもアロエベラジェル－バジル精油

来高分子を骨格とし，これにエッセンシャルオイルなどコーティング処理でマッシュルームの褐変が抑制できるの抗菌効果等の機能性を持つ成分や架橋を形成する成分

こと 8），キトサン－椿油コーティング処理でモモの腐敗を必要量添加し，エマルジョン化を制御することで目的を抑制できること 9），クエン酸添加によるコーンスターに合ったコーティング剤の開発が可能です．

チ－ヒマワリ油コーティング構造の制御 10），ナノ金属

図４はアロエベラジェルに微量の界面活性剤とバジルオイル 1 mL L－1 を加えてエマルジョン化し，イチゴ果実をコーティング処理したときの SEM 画像です．コー
ティング処理をしない対照区では矢印で示すように気孔が鮮明に観察されますが，コーティング処理したイチゴでは気孔や毛茸が確認しづらいことがわかります．低温26

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粒子添加による抗菌作用の向上 11）などを明らかにしており，実用化に向けた準備も整いつつあります．

4. グローバルな青果物輸送を可能にする
高鮮度輸送システムの開発
少子化に伴い国内食市場が縮小する一方で，アジアな

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543どでは中間所得層の台頭により食市場は拡大することがてブロックチェーンシステムの導入が提唱されていま見込まれるため，日本産農産物や食品の輸出をなお一層す．私たちは食品がどのように手元に届いているのか驚促進することが期待されています．この達成のためにはくほど知りません．ましてや手元に届いた食品がどのよ

技術的な支援が不可欠です．農産物を大量かつ安価に輸うな環境にさらされ，本来の味をどれほど失っているか出するためには船舶による輸送が必要ですが，消費地にを想像することはたやすくありません．ブロックチェー

着くまでに長い期間を要するため，ある意味では貯蔵をンの強みはクラウド分散管理による偽装の防止と複雑な想定した対策が必要となります．このため本研究室で流通ルートの遡及と追跡にありますが，同時に多くの環は，収穫された農産物に表在する初発菌を電磁波殺菌

境データを記録・紐づけすることも可能です．ただし，し，日持ち期間を延長する技術 12）やナノミスト調湿に環境データを記録するのみでは芸がなく，これを加工しよる濡れの無いコンテナ輸送技術

13），検疫の問題から害て初めて情報が生きてきますし，そこから新たな付加価虫を低温炭酸ガスで殺虫する技術

14）などを開発し，農産値が生まれます．導入コストやデータ入力の煩雑さなど物の輸出促進を支えてきました．近年は，バイオスペッがあるため簡単には普及しないかと思いますが，世界共クル観察と AI 画像解析により日持ち性の高い個体のみ通のプラットホームとしての期待は大きいものがありまを選別し，国外向けに仕分けを行う技術の開発や長距離す．さて，フードシミュレータですが，たとえば算出さ輸送を想定した青果物の品質を予測するフードシミュ

れた総呼吸量に基づく品質劣化の予測モデルや温湿度なレータの開発，産地広域連携クラウドシステムの開発にど外的要因と青果物自体の健全性に由来する内的要因をより最適集荷・輸出パッケージの作成・需給マッチング考慮した蒸散予測モデルの開発などを行っています．こなどを可能にするソフト技術，混載輸送を可能にする多のうち，青果物からの蒸散を予測するモデルでは，キュ温度帯コンテナ（混載輸送コンテナ）の開発など，JSPS

ウリ果実の貯蔵期間で表皮からの蒸散抵抗が変化するこや SIP などの外部資金助成の下，産官学の連携により多とを考慮した上で，シンガポールへの空輸および船舶輸

くの高鮮度保持輸送に資する研究開発を推進しています．

送時の温湿度の時系列データからそれぞれの目減りを推このうち，まず，バイオスペックル AI 解析による日算し，高い予測精度を得ています．この結果，空輸では持ち性の評価に関する研究では，カキ果実の日持ちを約6 日（集荷からバイヤーまで），船舶輸送では 19 日かか70 ％の確率で予測することに成功しています（図６）．こる輸送期間で，空輸は船舶輸送に比べ 2 倍～ 4.5 倍の目の確率は低いと感じられるかもしれませんが，長距離輸減りの発生があることを予測しています．これは，空輸

送でロス率が 20 ％ある場合，判別率 70 ％を超えればロでは低温管理がなされないためです．本シミュレータのス率が 10 ポイント低下するということになりますので，開発は緒に就いたばかりですが，将来的には品質や安全既に一定の成果が挙げられています．今後はさらにその度を簡単な点数で表すなど，高鮮度輸送の強力な支援精度を上げ，最終的にはロス率ゼロに限りなく近づくこツールになると期待しています．とを夢見ています．

最後に，社会実装に向け準備中の産地広域連携クラ

次に，長距離輸送を想定した青果物の品質を予測するウドシステムの開発と農産物の混載輸送を可能にする混

フードシミュレータの開発では，青果物が輸送される環載輸送コンテナの開発につきましては別紙面をご準備い

境によってどのような品質変化を起こすかについて，品ただきましたので 15），ここでは混載輸送コンテナの外観

質劣化を予測するプログラムの開発に着手しています．

（図７）のみ掲載させていただき，詳細はそちらに譲ります．

現在，食の安全を確保する手法としてトレーサビリティシステムが導入されていますが，これを超える試みとし

図７
図６ バイオスペックルによる青果物の活性計測

農産物の混載輸送可能な多温度帯コンテナ（混載輸送コンテナ）の外観
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5. おわりTanaka and F. Tanaka：J. Food Meas. Charact., 15,に1907-1915（2021）．

本研究室では，ポストハーベスト工学に関する幅広い教育研究を推進しています．ホームページには研究室の沿革や研究テーマ，論文一覧などを掲載しておりますので，QR コードからアクセスください．共同研究や社会人博士を含む大学院への進学を希望される方がいらっ
しゃいましたら是非ご連絡願います．
謝辞

本稿で紹介した研究成果の一部は，JSPS 科研費基盤研究（A）JP21H04748 ならびに若手研究 JP19K15791 の助成により遂行したものです．ここに記して感謝の意を表します．

11）A. A. Wardana, F. Tanaka and F. Tanaka：Key Eng.
Mater., 862, 83-87（2020）．
12）D. Hamanaka, N. Norimura, N. Baba, K. Mano, M.
Kakiuchi, F. Tanaka and T. Uchino：Food Control, 22（3-4）,375-380（2011）．
13）H. V. Duong, S. Tong, F. Tanaka, E. Yasunaga, D.
Hamanaka, N. Hiruma and T. Uchino：J. Food Eng.,
106（4）,325-330（2011）．
14）法村奈保子，江嶋亜祐子，塚﨑守啓，馬場紀子，中山孝，武田在満，服部良隆，田中史彦，内野敏剛：福岡
農林試研報，2，58-63（2016）．
15）田 中 史 彦， 田 中 良 奈： 冷 凍，96（1128），522-526（2021）．

文

献研究室ホームページ QR コード1） 村田敏：冷凍，78（914），982-984（2003）．
2） F. Tanaka, K. Imamura, F. Tanaka and T. Uchino：J.
Food Eng., 221, 151-157（2018）．
3） P. Karmoker, W. Obatake, F. Tanaka and F. Tanaka：
Environ. Control. Biol., 56（4）,177-185（2018）．
4） P. Karmoker, W. Obatake, F. Tanaka and F. Tanaka：

田中

Eng. Agric. Environ. Food, 12（4）,505-510（2019）．
5） L. Mohammadi, A. Ramezanian, F. Tanaka and F.

史彦

Fumihiko TANAKA

九州大学大学院博士後期課程修了

Tanaka：J. Food Meas. Charact., 15, 353-362（2021）．

九州大学大学院農学研究院
Kyushu University教授

6） P. Kingwascharapong, S. Karnjanapratum, F. Tanaka
and F. Tanaka：Food Sci. Technol. Res., 26（1）, 47-52（2020a）．
7） P. Kingwascharapong, A. Koga, S. Karnjanapratum,
F. Tanaka and F. Tanaka：Sci. Hortic., 260, Article

田中108864（2020b）．

九州大学大学院修士課程修了

8） L. Mohammadi, H. H. Khankahdani, F. Tanaka and F.

良奈

Fumina TANAKA

九州大学大学院農学研究院
Kyushu University助教

Tanaka：Environ. Control. Biol., 59（2）,87-98（2021b）．
9） V. T. Tran, P. Kingwascharapong, F. Tanaka and F.
Tanaka：Sci. Hortic., 288, Article 110314（2021）．
10）M. H. Wardak, P. Kingwascharapong, S. Aryan, F.

原稿受理

2021 年 8 月 24 日20213828

冷凍 2021 年 12 月号第 96 巻第 1128 号

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