レトルト殺菌中のパウチ詰め食品の加工程度の非破壊・連続計測 ～電気物性を利用した未開封物性測定技術の開発～

7＜平成 26 年度助成＞

レトルト殺菌中のパウチ詰め食品の加工程度の非破壊・連続計測～電気物性を利用した未開封物性測定技術の開発～
羽倉義雄（広島大学大学院生物圏科学研究科）

緒言
レトルト殺菌工程では、包装容器内で食品素材実験方法
1.

実験試料の調理と殺菌を同時に行っている。しかし現状で試料には国産豚肉ロースを使用した。この豚は、殺菌工程を主要な管理要点としており、調理肉の脂肪部分を取り除き、縦 40 mm ×横 40 mm

工程はあまり注目されていない。具体的には、目×厚さ 7 mm に成形した。透明なレトルトパウチ標とする殺菌条件（Ｆ値：温度と時間を用いた殺（カウパック株式会社、NCF2-6）の中央部に成形菌指標）を予め設定し、その殺菌条件を満たすたした豚肉を入れ、卓上型真空包装機（TOSEI 社、めの温度制御（レトルト殺菌装置の温度プログラHVP-282）を用いて真空脱気密封（脱気 60 秒、真ムの設定）のみを管理要点とし、殺菌操作を行っ空率 99.9%、シール加熱 2 秒、冷却 4 秒）を行い、ている。ところが、同じＦ値となるように殺菌操これを実験試料とした。

作を行っても、温度プログラム（昇温速度、加熱2.

レトルト殺菌装置および殺菌工程途中でのホールド温度・時間、冷却速度）により、シミュレーターレトルト殺菌装置（東洋製罐株

食材のテクスチャーやその状態が大きく異なるこ式会社、H-60-C60-S・W-SHW-P-SD・R-AR-T）をとが経験的に知られている。その一方で、殺菌操使用した。熱水殺菌シャワー冷却方式により、レ

作中の「食材の加工程度の変化（食材が軟らかくトルトパウチ入りの豚肉のレトルト殺菌を行った。

なる過程）」をレトルト殺菌装置内で連続的に計測

レトルト殺菌は昇温工程，殺菌工程，冷却工程にする技術は確立されていない。過不足のない加熱

主に分けられる。本研究では、初期加熱 5 分（100 ℃

殺菌条件下で、良質な（美味しく、適切な食感をへの昇温）、予熱 3 分（103 ℃への昇温）、二次加維持した）レトルト食品を製造するためには、レ熱 2 分（121 ℃への昇温）、121 ℃で 40 分間の殺菌、トルト殺菌操作中の食材のテクスチャーを連続的冷却の順に殺菌操作を行った。レトルト殺菌装に把握する必要がある。そこで本研究課題では、

置を起動してから 10 分後に、パウチ内の温度は電気物性（電気インピーダンスの測定周波数依存121 ℃に達した。

性）を用い、レトルトパウチに密封され、かつ、3.

インピーダンス測定

レトルト殺菌装置内に設置された食材の殺菌操作

2 枚のステンレス製電極板（縦 180 mm ×横 120

中の「加工程度」の変化を未開封かつ連続的に計mm ×厚さ 2 mm）の四隅をフッ素樹脂製のスペー測する技術の確立を目指した。

サーで固定し、電極板間距離 10 mm の平行平板電極とした。この平行平板電極をレトルト殺菌装置内に設置し、同軸ケーブルを介して LCR メータ（HIOKI 製 IM3536）と接続した。レトルト殺菌装8

浦上財団研究報告書

Vol.24（2017）

置には、F 値を計測するための熱電対温度計用のし、直ちに流水で冷却した。レトルトパウチからケーブル孔が設置されている。このケーブル孔を豚肉を取り出し、小型材料試験機（島津製作所

利用して、4 本の同軸ケーブルをレトルト殺菌装

EZ-SX-500N）を用いて、約 25 ℃の実験室内で貫置外に引き出し、インピーダンス測定を行った。

入試験を行った。直径 2 mm の円柱状プランジャー

本研究では、レトルト殺菌時の加熱媒体としてを使用し、60 mm/min の貫入速度で測定を行っ熱水を用いた。この熱水が直接電極に接触すると、た。得られた荷重 - 変位曲線から材料試験機用のインピーダンス測定に影響を及ぼす。そこで、ス解析ソフトウェア（島津製作所、TRAPEZIUM X）

テンレス製の角型バットを平行平板電極に被せ、を用いて、破断エネルギーを算出した。3 個の試熱水と電極との接触を防いだ。平行平板電極間に料について、それぞれ異なる 5 ヶ所で貫入試験を試料（レトルトパウチに封入した豚肉）を挿入し、行い、合計 15 ヶ所の破断エネルギーの平均値を殺菌加熱時間（0, 10, 15, 20, 30, 50 分）ごとの試料測定値とした。の複素インピーダンス（レジスタンス：Z ’、リアクタンス：Z”）の周波数依存性を LCR メータにより測定した。測定周波数は 1 kHz ～ 100 kHz の間の結果および考察
菌操作に伴うインピーダンスの変化1.

200 点とした。得られた試料のインピーダンスをレトルト殺菌装置を用い、50 分間の加熱殺菌操

Cole-Cole plot により評価した。Cole-Cole plot と作を行い、加熱に伴う試料のインピーダンスの変は複素平面上で横軸にインピーダンスの実数成分化を測定した。測定では、レトルト殺菌装置を起（レジスタンス：Z ’）、縦軸に虚数成分（リアクタン動した時点を加熱時間 0 分とした。また、レトルス：Z”）をプロットしたものである。

ト殺菌装置が所定の殺菌温度（121 ℃）に達した時

4.

硬さ測定

点をレトルト殺菌時間 0 分（加熱時間 10 分）としインピーダンス測定と同じレトルトパウチに封た。レトルト殺菌に伴うレトルトパウチ入り豚肉入した豚肉試料を 3 個用意し、レトルト殺菌装置内の Cole-Cole plot の一例を図 1 に示した。さらに各で殺菌操作を行った。各加熱時間（0，10，15，20，

Cole-Cole plot の高周波数側の円弧のピークトップ

30，50 分）の試料をレトルト殺菌装置内から取り出値（リアクタンス：Z”）と加熱時間との関係を図 2 に

1.00E+04

8.00E+03°Ėõ:4.82kHz

Z''(Ω)

6.00E+03

Z'' : 3794Ω

4.00E+03

2.00E+03

0.00E+00

Z'(Ω)

加熱時間 10分における豚肉の Cole-Cole-plot
図11 ĠûƉ
·10 6#DŶŕ7
Cole-Cole-plotレトルト殺菌中のパウチ詰め食品の加工程度の非破壊・連続計測 ～電気物性を利用した未開封物性測定技術の開発～

9示した。円弧のピークトップ値（Z ”）の減少と加一時的に硬くなる。その後の連続的な加熱により、熱時間との間に高い相関性が認められた。この円結合組織が徐々に脆弱化し、豚肉が加熱時間とと弧の収縮は豚肉の筋肉組織の熱による損傷に由来もに脆く軟らかくなったと考えられる。

し、豚肉の加熱程度を示していると考えられる。

3. インピーダンス（リアクタンス）と硬さとの関係

レトルト殺菌による豚肉の細胞膜が熱損傷を受ける様子をインピーダンス測定によって確認するこ

次に豚肉の硬さの変化とインピーダンスの変化とができた。との関係を検討した。生体材料や高分子材料のイ殺菌操作に伴う硬さの変化

ンピーダンスには温度依存性がある。本研究にレトルト殺菌に伴う豚肉の硬さ（破断エネル

おけるレトルト殺菌の条件では、加熱開始からギー）の変化を図 3 に示した。加熱時間 10 分まで10 分まで昇温を行い、10 分以降 121 ℃の一定温は豚肉の破断エネルギーが増加し、10 分以降は度で殺菌を行い、その後冷却工程に入る。そのた減少した。加熱に伴い、硬さが一時的に増加した

め、加熱時間 0 〜 10 分では、試料のインピーダ後、減少傾向を示した原因として次のことが考え

ンスは温度変化による影響を受けていると考えらられる。加熱により豚肉の筋肉タンパクが凝集し、れる。そこで、温度変化による影響を受けない殺6.00E+03

5.00E+03

Z''(Ω)

4.00E+03

3.00E+03

2.00E+03

1.00E+03

0.00E+00
020406080

100120140

ĠûƉ(min)·2

図2

Cole-Cole plot 7ƛ°Ėõ7Ü7auO\Zd(Z’’)4ĠûƉ47ƊCole-Cole plot の高周波数側の円弧のピークトップ値 (Z”) と加熱時間との関係

0.012

0.01ĳ÷L^nNu(Nm/mm2)

2.

0.008

0.006

0.004

0.002

00204060

80

100120ĠûƉ(min)Ġ6Ŷŕ7ĳ÷L^nNu7¿¢(n=15))( n =15図·3 3 加熱に伴う豚肉の破断エネルギーの変化

140

10

浦上財団研究報告書

Vol.24（2017）0.012

ĳ÷L^nNu(Nm/mm2)0.01

R² = 0.91806

0.008

0.006

0.004

0.002

0
0.00E+00

1.00E+03

2.00E+03

3.00E+03

4.00E+03

Z''(Ω)

4 Ŷŕ7Ĵ&(ĳ÷L^nNu)4Cole-Coleplot 7ƛ°Ėõ7Ü7破断エネルギー）と Cole-Cole plotの高周波数側の円弧のピークトップ値(Z”) との関係
図 4 豚肉の硬さ（·auO\Zd(Z’’)47Ɗ

菌時間 0 分から 40 分（加熱時間 10 分から 50 分）まレトルト殺菌に伴うレトルトパウチ入り豚肉の硬でのインピーダンスと硬さの変化について検討をさの変化を容器外部から非破壊・連続的に計測す行った。図 4 にはレトルト殺菌時間が異なる豚肉る方法の開発を目指した。その結果、レトルトの硬さ（破断エネルギー）と Cole-Cole plot の円弧殺菌に伴う豚肉の硬さの変化と Cole-Cole plot ののピークトップ値（リアクタンス：Z ”）との関係を円弧のピークトップ値（リアクタンス：Z ”）の間に示した。豚肉の硬さの低下に伴い、リアクタンス良好な相関（R 2 = 0.9488）があることが明らかと（Z”）も減少している。両者の間には高い相関性なった。このことから、レトルト食品として多く（R = 0.9488）が認められた。このことから、レ用いられる豚肉の硬さを電気インピーダンス法にトルト殺菌に伴う豚肉の硬さの変化を電気インより、容器外部から非破壊・連続的に評価できるピーダンス法により（Cole-Cole plot の円弧のピー可能性を示すことができた。

2

クトップ値（リアクタンス：Z ”）を測定することにより）、包装容器外部から非破壊・連続的に評価できることが示唆された。
結言本研究では、電気インピーダンス法を用いて、謝

辞本研究は公益財団法人 浦上食品・食文化振興財団の研究助成によりなされたものである。ここに記して厚く感謝の意を表する。

The non-destructive and continuous measurement of the foods in the retort pouch during sterilization process
11― Development of a new measurement technique for the physical properties of food in unopened pouch using electrical properties ―The non-destructive and continuous measurement of the foodsin the retort pouch during sterilization process― Development of a new measurement technique for the physicalproperties of food in unopened pouch using electrical properties ―Yoshio Hagura
Graduate School of Biosphere Science, Hiroshima University
The objective of this study was to measure the changes in hardness of pork inunopened retort pouch for retort sterilization using electrical impedance. Pork loin (width40 mm × depth 40 mm × height 7 mm) which removed the fat part was vacuum-sealed in
the retort pouch. The pork loin in the retort pouch was used as a sample. Parallel plateelectrodes were installed in a retort sterilizer and was connected to the LCR meter througha coaxial cable. The sample was inserted between the parallel plate electrodes, andsterilization operation was conducted by using the retort sterilizer (121 ℃, 40 minutes).
The retort sterilization was mainly divided into three processes: the heating process, thesterilization process and the cooling process. In this study, we carried out the sterilization
operation in the following order: 5 minutes for raising the temperature to 100 ℃ (initialheating); 3 minutes for raising the temperature to 103 ℃ (preheating); 2 minutes for raising
the temperature to 121 ℃ (secondary heating); 40 minutes for the sterilization at 121 ℃.
Ten minutes after starting the sterilization operation, the temperature of the sample reached
121 ℃. Using the LCR meter, we measured frequency dependence of impedance of thesample at arbitrary intervals after start of the heating: 0,10,15,20,30 and 50 minutes. The
measurement frequency was ranged from 1 kHz to 100 kHz. The frequency dependence ofimpedance of the sample was evaluated using a Cole-Cole plot (the complex plane plot ofreactance Z ” vs resistance Z’).
Three samples were separately prepared for a hardness measurement of the porkloin. The samples had been placed in the retort sterilizer and carried out the sterilization
operation at the following heating times (in minutes): 0，10，15，20，30 and 50. After thesterilization operation, the samples were cooled by running water. Then, the pork loins
were removed from the retort pouches and subjected to the penetration tests by a universal
testing machine with a cylindrical plunger (φ2 mm) at the penetration speed of 60 mm/mm.
Based on the load-displacement curves obtained from the penetration tests, we calculated
the “fracture energy”.
In the Cole-Cole plot of the raw pork loins before retort sterilization, a large arc
appeared on the high-frequency side. Furthermore, a portion of the arc caused by thecontact of the pork loin and the pouch, appeared on the low frequency side. With increasing
in sterilization time, the arc on the high-frequency side became smaller. A peak top value(reactance Z ”) of the arc on high-frequency side was noticed. The fracture energy of pork
increased from the heating start until 10 minutes of heating time, and 10 minutes after, it
decreased. There was a good correlation (R2 = 0.9488) between the hardness of the sample
and the peak-top value of the arch of Cole-Cole plot. It was possible to show that thechanges in the hardness of the pork loin in the pouch for retort sterilization can be nondestructively and continuously evaluated by the electric impedance method.