平成23年度 [2011] №56
宮崎県工業技術センター・宮崎県食品開発センター研究報告

SolidWorksの APIを利用した展開図作成機能の開発＊
外山

真也＊１

Study on the Program for the Sheet Metal Development with SolidWorks API

Masaya TOYAMA

本研究は, 三次元CADを利用した展開図作成の省力化を目的としたものである. 平成11年から15年において, 動的計画法による展開図作成機能を利用して ｢TOMCAD｣ や ｢SolidWorks｣ 上で動作可能な展開図作
成コマンドを開発し, 県内企業からの展開図作成に関する技術指導や相談の対応を実施してきた. しかし,SolidWorks2008年版では, このコマンドが全く機能せず, 大幅な改善が必要であることがわかった. そこで,各種機能の改善と操作性の向上を考慮して新たな機能を開発し, 比較的単純な形状に関しては展開図が求められるようになった. さらに, 複雑な形状や断面が閉じてない形状において展開図が重なる場合, 展開図を分割して生成する方法について検討し, 開発できたので報告する.
キーワード：CAD, 動的計画法, 展開図, 合理化, 省力化

１

はじめに

これまでに, 遺伝的アルゴリズムや動的計画法を

筒状板金構造物における最適な展開図生成手法について検討し, 動的計画法を用いた手法により, 最適な展開図を求める手法を確立した.

用いて最適解を求められることを報告している.
板金加工を業務とする企業においては, ダクトなどの管状構造物の展開図作成は非常に重要な工程となっているが, そこで扱われる構造物の形状は多種多様である. 一方, 現存する展開図用CADシステ
ムでは, これらの多様な板金構造物の展開図には対応できていないのが現状である１). また, 展開図に関する研究報告も, 曲げ部分を伸ばして平坦化するという個別の技術的手法に関する報告が見受けられるにすぎない２).
そこで, 多種多様な形状の構造物に対する展開図の生成を単一のアルゴリズムで実現する手法の確立

上断面形状の点群

下
断
面
形
状
の
点
群

1
2
3
4
5
6
････
m

1
1
0
0
0
0
0
0

2
1
1
0
0
0
0
0
0

3
0
1
1
1
0
0
0
0

4
0
0
0
1
1
1
0
0

に向けて検討した.
5
0
0
0
0
0
1
1
0

････
0
0
0
0
0
0
････
0

n
0
0
0
0
0
0
1
1

これまでの研究では, まず, ①加工の容易さ (曲げ加工線 (結線) 長を短くすること)３) , ②側面形状の滑らかさ (側面の向きの変化率を均一にすること)５) などを評価基準とした評価関数を導入し, 動的計画法４)５)を活用して最適な展開図が生成できることを示した.
この手法による展開図作成機能を開発して三次元＊＊生産システムの高能率化・高精度化に関する研究 (第三報)
機械電子部

CAD (SolidWorks) に実装し, 実用化することを目指している.
1

の２を利用した展開図作成機能の開発によるコマンドの開発

開図を作成する段階で, 展開した三角形平面を配置

前記した加工の容易さと側面形状の滑らかさを評する方向によって重なりが発生し, もしくは新たな価した関数を組み込んで展開図作成コマンドを開発

三角形平面を配置する余地がないことに起因していし, SolidWorks (2010年版) に実装した. 開発はることが分かった.

Microsoft Visual Studio 2008 C#を利用した. Solid

この展開図が重なっている事例を図４および５にWorksはAPI (Application Program Interface) を示す. 図４におけるモデルにおいて, 上側の輪郭図

有し, そのAPIを利用することでユーザー固有のコ

形と, 下側の輪郭図形を指定して, 求められた展開

マンドを開発することが可能であり, その機能を利図を図５に示す. このとき, 図４における上側の輪用して開発を進めた. 前回までに, 単純な形状モデ

郭図形においては, 凸角部分があるために展開図にルを作成し, そのモデルエッジを選択指定して, 展

おいて, 重なりを生じた.

開図を作成することを実現した. さらに, 二つの自由曲線をスケッチ上で描き, それらの曲線を選択指

そこで, そのような場合には, 分割して展開図を作成する手法を検討した.

定して展開図を作成する機能を開発した (図２および３を参照).

２−１

分割位置の設定と検索方法

分割位置を指定するために, それぞれの断面形状
ところが, 複雑な形状の場合は, 適正な展開図が上に点を配置し, 二つの断面形状において指定され求められない場合がある. これは展開図を求めよう

た二つの点を結ぶ線分として指定するようにした.

とするモデル形状に凹凸があり, 結線状態は適正な

そのようにすることで, 二つの断面形状の対となる結果が得られているが, その結線状態の結果から展

二つの点の関係を明確にした.

2

のその分割点を指定したモデル形状を図６に, 作成された展開図を図７及び８に示す.

２−２を利用した展開図作成機能の開発

自由曲線での分割位置の検索方法

次に, 自由曲線で作成されたモデル形状の場合を閉じている形状において, 分割点の指定は２か所

図９に, 求められた展開図を図10から13に示す. こ以上が必要となる. その指定された分割点に対応しのモデルは, ４つの曲面を輪郭曲線部分で張り合わて, 断面形状を分割し, 結線状態を求めている. こ

せて作られた立体である. ここでは, その曲面の一のような形状の場合に, 分割点は直線または円弧形

つを指定して展開図を作成する試みを行った. この状の端点となるので, API関数を利用して, 各図形

場合は, 指定される断面形状が閉じてない状態であ形状の端点を求めることは容易であった.

る. この形状において, 分割点を３カ所ずつ指定し,展開図を求めた.

3

のを利用した展開図作成機能の開発て作成した形状の場合は, モデル上で指定した分割点の座標とAPI関数を利用して求めた点群データにおける分割点の座標は, 必ずしも一致しなかった.
そこで, このような場合は, APIで得られた図形
形状の点群データと, 分割点として指定したデータとの距離を調べ, 最近接点を分割点として割り当てて結線状態を調べるようにした.
３

まとめ
今回の開発により単純な形状のモデルだけでなく,複雑な形状の場合でも, 分割位置を指定することで,適正な展開図を作成することが可能になった.
今後, 様々な展開図の作成に活用していきたい.
また, 求められた展開図を組み合わせて作成した平面図を図14に示す.
この形状において, 分割点を指定しない条件で求められた展開図を図15に示す. このように分割点を指定しない場合は, ねじれを発生し, 適正な展開図が求められなかった.
図９に示すような自由曲線 (Spline等) を利用し

４

参考文献

１) 繁山 俊雄：板金製缶 展開板取りの実際, 理工学社, (1973)２) 松永省吾：システム工学入門, 東京電機大学出版局, 71-91 (1987)
３) 外山眞也他：遺伝的アルゴリズムを用いた板金構造物の展開図作成手法, OR学会, 44-3, 230250 (2001)
４) 外山眞也他：動的計画法を用いた板金構造物の展開図作成のための結線決定法, 日本応用数理学会, 12-1, 45-66 (2002)
５) 外山眞也, 冨田重行：動的計画法を用いた最適
板金展開図の自動設計システム, 日本機械学会論文集 (C編), 69-679, 256-262 (2003)

4平成23年度 [2011] №56
宮崎県工業技術センター・宮崎県食品開発センター研究報告

エンドミル表面温度の工具寿命に及ぼす影響に関する研究＊
竹山

隆仁＊１・長友良行＊１・塚田美由紀＊２・佐藤征亜＊３・荒武

崇幸＊１

Study on Effect of Surface Temperature in End-milling on Tool Life

Takahito TAKEYAMA, Yoshiyuki NAGATOMO, Miyuki TSUKADA, Masatsugu SATO
and Takayuki ARATAKE

本研究は, エンドミルによる切削加工中の刃先温度を測定する技術を確立し, 刃先温度と工具摩耗との相関を把握することで, 工具の長寿命化と加工品質の向上を目的として取り組んだ. 刃先温度測定方法として,①ファイバ式放射温度計による測定, ②エンドミルに埋め込み固定した熱電対による測定, ③低融点合金による推定の３種類を試みた. また, 刃先温度を考慮した切削方法についても検討した.
キーワード：エンドミル, 工具寿命, 温度測定, 低融点合金

１

はじめに
エンドミルとは先端と外周に切れ刃を有する回転切削工具である. 切削加工において使用頻度の高い

２

実験方法

２−１

温度測定方法２−１−１

ファイバ式放射温度計による測定

エンドミルの摩耗は, 加工精度・加工表面性状・コ今回使用したファイバ式放射温度計 (㈱チノー,ストに影響を与える. この工具摩耗に関しては, 物

IR-FAI) は物体の赤外線放射を測定し温度に換算

理的接触以外の要因として熱の影響が考えられる.

する温度計であり, 計測される値は計測範囲φ5の本研究は, エンドミル加工中の刃先温度を測定する

平均値である. 放射温度計では物質固有の放射率を技術を確立し, 刃先温度と工具摩耗との相関を把握設定する必要がある. 測定対象のエンドミルの放射することによる工具の長寿命化と加工品質の向上を

率は, 表面に熱電対を貼りつけたエンドミルを300目的として取り組んだ.

℃まで乾燥炉内で加熱したあと取り出し, 熱電対の本研究では, エンドミル加工中の刃先温度を測定

温度とファイバ式放射温度計の温度が一致する放射するために, ①ファイバ式放射温度計による測定,を計測しながら決定した. 図１にファイバ式放射温②エンドミルに埋め込み固定した熱電対による測定,

度計および熱電対を取付けたエンドミルによる実験③低融点合金を被削材に埋め込んで共削りすること

装置構成を示す. 前報と同様にエンドミルをマシニ

による推定, の３種類の方法を試み, それぞれの方

ングセンタ (㈱牧野フライス製作所, V55) のテー法で刃先温度を計測し得られた結果を考察した. また, 工具の長寿命化を主眼に, 刃先温度を考慮した切削方法についても検討したので報告する.

＊
＊１
＊２
＊３

エンドミル表面温度の工具寿命に及ぼす影響に関する研究 (第３報)
機械電子部
宮崎県県土整備部
財団法人宮崎県機械技術振興協会

5エンドミル表面温度の工具寿命に及ぼす影響に関する研究

ブル上に設置し, 主軸側に被削材を取り付けた. 被先が被削材に食い込み, 低融点合金に接触するまで削材として炭素鋼S45Cを使用した.

と, 低融点合金に接触した時点の熱の移動を図３の２−１−２ように考えた.

熱電対による測定

図２に示す様に, エンドミル刃底の切り刃には影

ここで, 初期温度を, 接触前の高まった刃先

響しない箇所から外周逃げ面に貫通する穴を開け,

温度を, 接触点での双方の温度を刃先近傍に線径0.2 mmのK熱電対をセラミック接献１では温度が着剤により固定した. 熱電対はエンドミルの刃先か２が接触した時の熱伝導問題として, 接触面の温度

ら直線距離にして約２ mmに位置している. 熱電を求めている. この考え方を図３の状況に解釈しな

対のリード線をアナライジングレコーダー (横河電

おして, エンドミル刃先が被削材に食い込み, 低融機㈱, AR1000) に接続し温度を記録した.

点合金に接触するまでの時間を , エンドミル刃先,とする. 文の２つの半無限物体１,と低融点合金に接触している時間をとし, 接触表面での熱の出入りを表すと式(1)が得られる. 式
中のρは密度, Ｃ は比熱, λは熱伝導率を示し,各々の添字は, １がＵアロイ, ２がエンドミルの材
質ハイスを示す.

式(１)から刃先温度Ｔsは式(２)で求まる.

２−１−３

低融点合金の利用

低融点合金として一般に市販されているＵアロイ

式(２)おけるｔ1とｔ2の比率については, 切削をを使用した. 以下, 低融点合金をUアロイと記す.

途中で中断し, Ｕアロイの溶融がどの時点で始まっ

ＵアロイをSUS304と共削りし, エンドミルと接触ているかを観察して求めた. また, 計算で求めた刃した箇所でＵアロイの溶融状況を確認し, そこから先温度が, 実際の刃先温度を表現しているかどうか

エンドミル刃先温度の推定を試みた. エンドミルでの目安を得るために, 赤外線サーモグラフｨ (NECの加工は断続切削であり, １回転中実際に切削してAvio赤外線テクノロジー㈱, H2630) で加工の状況

いる時間は短時間である. ごく短時間の熱伝導の場

を30フレーム/秒で観察した.

合, ｢温度が伝わる領域は薄く, 物体の大きさが有１)

実際に図３のような状態で熱が移動するかは, 被限であっても半無限物体として扱える｣ とされる .

削材に残ったＵアロイの溶融状態を観察することでそのため, 熱は表面で留まり, 内部までは伝わらな判断した. 使用したＵアロイは融点が200℃以下の

い. そこで, エンドミル形状は三次元だが, 接触箇

範囲で, 47℃のものから191℃まである. その熱物

所での熱の移動を一次元として考え, エンドミル刃性で詳細に提示されているものとしてはＵアロイ78とＵアロイ138しかない. 切削実験では, Ｕアロイ
No64, 70, 78, 91, 102.5, 109, 124, 138, 142を使用した. 被削材はSUS304とし, 幅12 mm, 高さ
30 mm, 長さ70 mmのブロックを用いた. このブロックの30 mm×70 mm面に, 幅２ mm, 深さ６mmの溝を, エンドミル送り方向に対し, 傾斜を付けて掘り込み, 溶融したＵアロイを流し込み凝固させ, 被削試料とした.

6

エンドミル表面温度の工具寿命に及ぼす影響に関する研究

２−２

刃先温度を考慮した切削方法

した切削条件では刃先から熱電対を埋め込んでいる

それぞれの刃先温度測定法で得られた知見を元に,位置までの距離が遠く, 熱が十分に伝わらないこと

刃先温度に注目して, 工具寿命が長くなる切削方法がわかる. 熱電対をできるだけ刃先近傍に設置すれを検討した. 検討する場合の被削材として, ステンば, 刃先温度と連動する変化が計測できると考えら

レス鋼SUS304を用いた.

れるが, 本研究での熱電対埋め込み位置は刃先から２ mmの位置であるため, 刃先温度を計測できな

３

結果および考察３−１

かったことがわかった.

ファイバ式放射温度計による測定

ファイバ式放射温度計による測定温度例を図４に示す. 前報では炭素鋼S45Cについて, 切削距離８mまで使用した工具による温度測定実験を報告した.
今回切削距離16 mまで使用しさらに摩耗が進んだ状態の工具による切削実験を行った.
横軸に切削距離をとり, 切削距離に応じた刃先温度をプロットしている. 測定された温度から求めた
近似直線を破線で追加した. 併せて, エンドミルの逃げ面摩耗幅も記載した. 一般的に工具寿命として扱われる摩耗幅と同程度である, 逃げ面摩耗幅が0.3 mmを超えたあたりで刃先切削温度が急激に上
昇した.

３−３

低融点合金の利用

３−３−１

熱の移動

エンドミルの刃先と被削材の接触跡として,
SUS304とＵアロイの境界に幅約0.07〜0.3 mmの溶融域がある. 図６に一例を示す. その溶融域以外のＵアロイ面は融けていない. このことから, 図３のモデルのように, 熱を持った刃先がＵアロイに接触し, 短時間で同一温度になったと考えられる.

３−２

熱電対による測定

熱電対による測定温度例を図５に示す. 測定された温度は他の測定方法で得られた刃先温度に比較して低い. これは, エンドミル刃先で発生した熱がごく短時間の熱伝導であり, 熱が表面で留まり, 内部

３−３−２

時間比率

までは伝わらないことに原因があると考えられる.

切削を途中で中断し, Ｕアロイの溶融がどの時点

CAEによる熱状態解析から推定してみると, 実験で始まっているかを観察した結果例を図７に示す.
7エンドミル表面温度の工具寿命に及ぼす影響に関する研究

エンドミルの刃先が被削材に食い込んでＵアロイにる状況を, サーモグラフィにより観察した. エンド

接触するまでの状況を観察すると, ほぼ t1： t2 ＝ミルのような多面体で, 部分によって光沢が異なり,

１ ： １ と思われ, そこから式(３)が得られる.

回転しているものの場合の放射率は明確ではないが,
文献２) より光沢を持った鉄の放射率0.15〜0.20を選択した. 観察画像から, １フレームずつ, 切屑の部
分を避け, エンドミル側面についての最高温度を計測した結果を図９, 10に示す. 同じ観察画像でも,放射率の違いにより最高温度は異なることがわかる.
放射率が0.17程度において, 刃先温度が計算で求まった205℃に近い値となると推定でき, 放射率も文献で示された範囲内にある. このことから, 式(３)で求まる刃先温度が, 実際の刃先温度と大きく外れて

３−３−３

温度推定

いないのではないかと思われる.

異なった溶融温度のＵアロイを埋め込んだSUS304
を表１の切削条件で削った場合のＵアロイとSUS304の境界部分を図８に示す.

工具
回転数(min−１)
送り速度(㎜／min)
側面切込量(㎜)

直径20㎜ハイスエンドミル
1000
200
0.2

この状況では, Ｕアロイ142は溶融しておらず,
Ｕアロイ138より低い融点のＵアロイが溶融している.
そこで, 表２に示すＵアロイ138の物性値を使って式(3)で計算すると, この場合のエンドミル刃先
温度Tsは約205℃となる.
３−４
密度
熱伝導率
比熱

8570㎏/
20.1 W/(mK)167 J/(㎏K)

刃先温度を考慮した切削方法

３−４−１

刃先温度を上げない場合

刃先温度を上げないためには, クーラントの使用が考えられるが, そのほかに切れ味の良い状態で切削することも挙げられる. 刃先の磨き具合やコーティ計算で求めた刃先温度の検証として, Ｕアロイ138

ングにより摩擦係数が低い場合, 刃先温度は低く抑を埋め込んだSUS304を, 表１の条件で切削加工す

えられると考えられる. そこで, SUS304材にＵア

8

エンドミル表面温度の工具寿命に及ぼす影響に関する研究

ロイを埋め込み, 新品のエンドミルと逃げ面磨耗が0.05 mm発生したエンドミルによる同一切削条件

工具

直径20 ㎜ハイスエンドミル(表１) での切削面を図11, 12に示す. 摩耗した状

回転数(min−１)

1000

送り速度(㎜／min)

144, 200, 1000

側面切込量(㎜)0.2態の工具ではＵアロイが溶融しており, 刃先温度が高いことが確認できる.

３−４−２

高送り切削

刃先温度は送り速度と共に上昇していくが, 荒加
工では, 単位加工時間当たりの切削量を増やし加工能率を上げたい場合がある. このとき送り速度を上げて, 単位時間当たりの刃先と被削材間接触回数を減らすことで逃げ面磨耗が抑えられることもある. 表３の切削条件でSUS304を削ったときの刃先温度変化をサーモグラフィで計測した結果は図13, 14のとおりである. 送り速度が200 mm/minの場合, 刃先最高温
度は180℃程度だが, 送り速度が1000 mm/minの場
合, 刃先最高温度は250℃程度となる. この切削条
件で, 逃げ面の磨耗進行状況を観察することにより
図15の結果を得た. この図から, 刃先の剛性を考慮しながら高送り切削を行うことも, 高くなった刃先
温度の工具寿命への影響を抑える効果があることがわかる.
9

エンドミル表面温度の工具寿命に及ぼす影響に関する研究

４

まとめ
エンドミル加工中の刃先温度を測定するために３種類の方法を試み, 次の結果を得た.
・ファイバ式放射温度計により切削距離と刃先温度の関係を求めたところ, 逃げ面摩耗が0.3 mmに達したところで温度が急激に上昇した.
・熱電対では刃先温度が計測できず, その原因はエンドミル刃先で発生した熱が表面で留まり, 内部
までは伝わらないためと考えられる.
・低融点合金を被削材に埋め込んで共削りし, その溶融状況から計算式を用いて刃先温度を推定することを試みた. 本研究では低融点合金 (Ｕアロイ)を用いたが, 被削材より融点の低い熱物性の明確な金属であれば, 同様な使い方ができるのではな
いかと思われる.
・工具の長寿命化を主眼に, 刃先温度を考慮した切削方法についても検討し, 刃先状態による切削温度の違いや, 高送り切削での切削温度について確
認した.
５

参考文献

１) 庄司正弘：伝熱工学, 東京大学出版会, 59-63(2009)
２) 槌田昭, 山崎慎一郎, 秋山光庸：伝熱工学演習,
学献社, 282 (1974)10平成23年度 [2011] №56
宮崎県工業技術センター・宮崎県食品開発センター研究報告

CAEによるエンドミルの熱状態解析に関する研究＊
長友良行＊１・塚田美由紀＊２・佐藤征亜＊３・竹山隆仁＊１・外山真也＊１

Study on Thermal Condition for Cutting Tool with CAE

Yoshiyuki NAGATOMO, Miyuki TSUKADA, Masatsugu SATO, Takahito TAKEYAMA
and Masaya TOYAMACAE技術では, 実験で把握しにくい現象をシミュレーションできるため, 開発工程での試作段階などにおけるリードタイムの短縮, コストの低減を目的として様々な分野で活用されてきている. 本研究では, エン
ドミル切削加工において刃先で短時間に発生する熱の移動現象解明を, 汎用CAEプログラムであるCosmos
Works (現：SolidWorks Simulation) を用いて行った. 解析は, エンドミルを固定した状態で, 刃先に実際の切削時と同じように断続したパルス状の入熱状態を設定することにより行った. その結果, 切削速度が上昇するにつれて摩擦熱などが発生し, さらに発生した熱がエンドミル本体に浸透しにくくなる現象と重なって刃先温度が上昇するということが考察できた.
キーワード：エンドミル, CAE, 刃先温度

１

はじめに
エンドミル形状をモデリングし, 刃先からの入熱をパルス状としてCAE解析を実施した. 解析を実施する中で, 同じ入熱量に対して, エンドミル回転数によって, 刃先に発生する最高温度が異なる現象が発生した. この原因を考察した結果, エンドミル
による断続切削が短時間での熱の流入現象であることから, 急激に表面温度が上昇しても, 短時間では,表面から内部に伝わりきれず, ある深さに熱が溜まったためと考えられるので報告する.
２

実験方法

密度

8100㎏/

熱伝導率[℃][W/(mK)]

モデル形状は, 図１に示すように, ねじれの無い

20

19.3

直刃形状エンドミルとした. 材質は高速度工具鋼

100

22.2

(ハイス) とし, 物性値と解析条件を表１と２に示

200

23.6

400

26.2

500

27.2

[℃]

[J/(㎏K)]20

460.24300

585.76500

669.44

700

836.8

２−１

解析モデル

す.
比熱
＊
＊１
＊２
＊３

によるエンドミルの熱状態解析に関する研究
(第３報)
機械電子部
宮崎県県土整備部
財団法人宮崎県機械技術振興協会

11

によるエンドミルの熱状態解析に関する研究

入熱量 [W]
対流

熱伝達率 [W/(㎡K)]

0.5〜10100 / 200 / 250

輻射率

0.3

初期温度 [℃]20２−２

入熱・放熱条件設定

エンドミルによる断続切削においては, 刃先から入ってくる熱量も断続的である. 本研究では, エンドミルによる側面切削で, エンドミル直径を20 mm, 回転数を100min−１と1000min−１ , 側面切込量を0.2 mmと想定した. エンドミルの一刃が一回転する間の入熱時間は100min−１の場合0.02秒, 1000min−１の場合
0.002秒として解析した. その入熱パターンは, 矩形状をしたパルス状のパターンとして計算を行った.
ただし, 単純な矩形状では, CAE解析ソフトウェ
アの特性上, 同時間に２つの入熱量を定義することになるため, 立上りと立下り時に傾斜を持った台形状のパルスで入熱パターンを定義した. 解析ステッ
プ時間は入熱時間に合わせて, 0.02秒と0.002秒とした.

３

結果および考察

３−１

解析結果

入熱条件を表３として解析すると, １パルスの入熱量は100min−１, 1000min−１とも0.02Jと同じであるにもかかわらず, エンドミルに発生する最高温度は,100min−１の場合約65℃, 1000min−１ 場合, 約160℃となった. その発生温度状況を図３, ４に示す.
この状況は他の回転数でも同じ傾向で､ それを図５に示す. 最初の１パルス目における刃先最高温度
は､ 回転数が高いほど高くなっていることがわかる.

12

回転数(min−１)１パルス
時間 (秒)

単位時間当
たりに加えた熱量 (W)

１パルスで
加えた熱量
(J)

1000

0.002

10

0.02

100

0.02

1

0.02

によるエンドミルの熱状態解析に関する研究

３−２

現象の他モデルでの検証

ス) と設定した場合, 図７に示す様に, 上昇した刃

３−１での現象を, モデル形状を変えて検証した.

先の表面温度が内部に伝わり, まだ上昇していない内モデルは, 図６に示すように□0.5 mmの断面で,部の初期温度Ｔoに達するまでの距離は, 100 min−１

長さ10 mmの直方体とした. １パルスの入熱量をの場合1.5 mm, 1000 min−１の場合, 0.5 mm程度に0.02Jとし, □0.5 mmの端面から入熱した. 回転数

なる.

−１

に相当する入熱時間は100 min−１1000 minの場合0.02秒,の場合0.002秒とした. その結果, 入熱

時間が0.002秒の方が, 最高温度が高かった. この解析は, COSMOS Worksだけでなく他の有限要素法解析ソフト (Pro/EやSCRYU/Tetra) で解いても同じ結果になった.

以上のことから, エンドミルの切削速度が上昇するのに伴って, 逃げ面やすくい面で摩擦熱などが発生し, さらに熱がエンドミル本体内部に浸透しにく
くなることによって, 表面の薄い層に熱がこもるという現象も重なり, 刃先温度が上昇していることが考えられる.
３−３

考察

発生温度が異なる原因について次の様に考察した.

４

まとめ

伝熱工学では, ごく短時間の熱伝導を問題にする場本研究では, 乾式状態でのCAE解析を行った.

合には, ｢温度が伝わる領域は薄く, 物体の大きさ

エンドミルによる切削は断続切削であるため, 刃先が有限であっても半無限物体として扱える｣ とされは, 加熱と冷却を繰り返しながら徐々に温度を上昇ている. エンドミルでは実際の切削時間が0.02秒やさせていく. そこに, 今回考察したように, 短時間

0.002秒という短時間での熱の流入現象であること

では熱がエンドミル内部に浸透できず, さらに刃先から, CAE解析結果の温度差は, 急激に表面温度に熱が溜まり刃先の温度は上昇していく. このことが上昇しても, 短時間では, 表面から内部に伝わりは, 実加工では観察されにくい現象で, CAEでのきれず, ある深さに熱が溜まったためと考えられる.

解析を実施したからこそ考察できたことだと考える.

このことを１次元熱伝導として表現してみると, 初

そのため, 刃先の熱対策を行う際に, 摩擦熱や切屑期温度Ｔo の一様な状態にあった半無限物体の表面

内部のせん断変形熱で刃先の温度が上がることに加にｑｓの熱流速が与えられた場合, 表面からｘの距

え, 今まで考察されていなかった温度がエンドミル

離における温度Ｔは(１)式で表される.

内部に浸透する深さの影響を考慮することが必要ではないかと考える.
５

α：温度伝導率, ｔ：時間, erfc( )：誤差関数
λ：熱伝導率参考文献

１) 庄司正弘：伝熱工学, 東京大学出版会, 59-63(2009)(１)式より, エンドミル材質を高速度工具鋼 (ハイ13平成23年度 [2011] №56
宮崎県工業技術センター・宮崎県食品開発センター研究報告

身体機能をサポートする生活支援技術に関する研究＊布施

泰史＊１・塚田美由紀＊２

Study on the Life Support Technology Which Supports Body Function

Yasufumi FUSE and Miyuki TSUKADA

本研究では, 介護現場における介護従事者の動作介助を中心とした体の動作に着目し, ベッドから車いす等への移乗において介護する側 (以下, 介護者) の手にかかる荷重を定量化するとともに, 力のかかる範囲
やかけ方など一連の動作を計測するセンシング技術について検討した. さらに, グローブセンサを試作し,介護者の手にかかる力を連続的に計測できるシステムを開発した.
加えて, バーチャルヒューマンモデルを用いたコンピュータシミュレーション技術により, 介護姿勢における腰部負担量について予測計算できる可能性を確かめた.
キーワード：動作介助, グローブセンサ, バーチャルヒューマンモデル, Jackソフト

１

はじめに

における腰部負担量の変化に関する人体モデルを用

介護や看護業務では, 日常的に体位変換や動作介助など前屈みや中腰姿勢で介護される側 (以下, 要

いたシミュレーション技術を確立することを目的とする.

介護者) を持ち上げる作業が多く, 腰, 膝, 肩などに大きな負担がかかる. 特にベッドや車いすへの移

２

実験方法

乗介助, 入浴介助では多大な労力が必要である. 厚

介護姿勢をセンシングする上でセンサを介護者側,

生労働省のデータによると2014年に要介護者は, 約

要介護者側どちらに取り付けるかは非常に重要な要600〜640万人になると予想され, 介護者側の人員は,素である. 昨年度の報告２)では, 要介護者側の背部約140〜160万人必要になると予測されている.

に加わる力計測にエアバック式空気圧センサを用いまた近年, 介護者の腰痛が報告されており, 同省た実験を行った. その結果, 介助時の同センサへの１)の ｢職場における腰痛発生状況の分析について｣

連続圧迫により, 空気圧変動幅が予想よりも大きいによると業種別では保健衛生業が最も多く, 中でもことがわかり, 測定精度に信頼性を欠くという知見

特別養護老人ホームを含む施設関係が腰痛発生のリを得た. このような経過から今回は, 介護を行う介スクが高いと考えられる. 介護者にとって要介護者

護者側の手に装着する専用グローブ (以下, グローを持ち上げる作業は, 一定時間体を前屈みの姿勢にブセンサ) を考案した. 加えて, バーチャルヒュー

保ち, 一日あたり在宅においては数回, 施設等におマンモデル (仮想人間モデル) を用いたシミュレー

いては数十回この作業を繰り返すことなどから非常ションによる作業性評価手法により, 代表的な介護に苦痛を伴う.

姿勢の腰部負担量の変化を予測計算した.

そこで本研究では, 介護者の手にかかる力を連続的に計測できるシステムを開発すること, 介護姿勢

２−１

グローブセンサの試作開発

グローブセンサを設計するにあたって, 介助する
動きを妨げず, 指などへの圧迫を軽減する構造を検

＊
＊１
＊２

身体機能をサポートする生活支援技術の研究 (第３報)
機械電子部
宮崎県県土整備部討した. グローブ素材は, フィット感を高めるために伸縮性のあるラバー材を用いた. 各指に取り付けるセンサには, 曲げなどの影響を考慮し柔軟性のあ15身体機能をサポートする生活支援技術に関する研究

る薄膜系フィルム材を採用した. このセンサは, 感

３実験およびシミュレーション

圧抵抗素子 (FSR感圧センサ：INTERLINK製)

３−１

介護者を抱きかかえる力に関する実験と呼ばれ, 応答特性が高く比較的安価で入手し易い.

筆者らは, グローブセンサの測定精度を確かめる

その特徴は, 荷重を加えると内部の抵抗値が減少すため図１のシステムを１組の被験者 (介護者・要介る特性を持った高分子圧電フィルムの一種である.

護者) に装着し, 基本的な介護姿勢であるベッドか

実験では, 丸型センサ (φ19 mm) を親指からら車椅子への動作介助を行った.

小指までの五指用として用い, 角型センサ (square

図２に介護者が要介護者を抱きかかえる力を連続

45 mm) を手のひらや手首用として用いた. 図１的に測定した結果を示す. 縦軸は手にかかる荷重,に試作したグローブセンサを示す. 丸型および角型

横軸は経過時間を示しており, 時間の経過とともにセンサ１個あたりの測定感度は約０〜100 Nで, 各持ち上げ荷重の変化が読み取れる. 経過時間３秒かセンサの検出エリアを図中に示す. 丸型センサの親ら抱き起こしが始まり, 一端持ち直しを行い要介護

指は①, 人差し指は②, 中指は③, 薬指は④, 小指者が起き上がるにしたがい全荷重約200 N (約20kg)

は⑤とし, それぞれ指先の力を検出する. さらに,で両手荷重が最大となる. その後, 持ち上げ力は減角型センサの手のひらを⑥, 手首を⑦とし, 各セン

少し要介護者がベッドサイドに端座位の姿勢 (背中サから発信された信号は, 下図のシステムで演算処

は垂直方向) をとったところで, 持ち上げ力はゼロ

理される. 図１の無線制御装置内には, あらかじめを示した. この時点で抱き起こし完了となり, 最後

プログラムされたPICマイコンが内蔵され, グローに座位姿勢の調整を加えた. 抱き起こしに要した時

ブセンサからの信号をA/D変換し, RS232Cを用い間は約５秒であった.

たんざ

いて無線でコンピュータに転送する. コンピュータ側

本実験は, グローブセンサからリアルタイムに出では, Visual Basic6.0で設計した専用ソフトによ力される荷重データが, 連続的に演算処理できるこり, デジタル信号をリアルタイムに処理し, 荷重値とを研究室ベースの実験で確かめた. その結果, デーとして換算することができる.

タの欠落もなく約200msecごとに荷重量の算出が可能となった.

３−２

介護姿勢と人体モデルに関するシミュレーション

介護者の腰痛が各方面から指摘されていることから, 介護姿勢における腰部負担量の変化を人体モデ
ルを用いたシミュレーションで実験した.
厚生労働省の ｢職場における腰痛予防対策指針｣３)によると, 重量物の取り扱い重量で男性の場合自身の体重のおおむね40％以下, 女性の場合24％以下に16身体機能をサポートする生活支援技術に関する研究することが推奨されている. 今回, 宮崎県高齢者総値とする. 解析では, 前述の厚生労働省指針を参考

合支援センターの介護専門職 (女性) にベッドまわに両手の持ち上げ荷重14kgとグローブセンサを用りの動作介助を実演 (図３) してもらい, そのときいた実験 (図２) の最大荷重20㎏で計算した. 図４の姿勢を人体モデルで再現し, 腰部を中心に負担量は, 片手に７㎏もしくは10㎏ ((a) 外力の設定/両を計算した.

手：14㎏もしくは20㎏) の外力と前傾角度 ((b)

介護者の基本情報は, 身長157㎝, 体重57㎏, 介がい

最大50 ) を姿勢条件とし, その際の椎間板圧迫力

たんざい

助姿勢は臥位から端座位までの動作介助である. 前を図５に予測計算した.

述の厚生労働省の ｢職場における腰痛予防対策指針｣

NIOSH (米国労働安全衛生研究所) のガイドラの重量物の取り扱いによると, 本被験者の持ち上げ

イン５)によると, 椎間板圧迫力の値が3,400Nを超え荷重は, 約14㎏以下が望ましいことになる. ここで,ると腰痛発生率が高くなり, 作業が危険であると判コンピュータによる人体モデルで動作介助姿勢を作断される. 両手荷重20㎏の場合は, 椎間板圧迫力の成し (図４), 腰部にかかる負担量をシミュレーショ

値が約3,542NとなりNIOSHの許容値を超えている.

ン解析した. なお, 人体モデルでの解析には, 機構

一方, 両手荷重14㎏の場合は, 椎間板圧迫力は約４)

解析ツール ｢Jack｣ (SIEMENS製) を使用した.

2,960Nで, 同基準の許容値以下と考えられる.

３−２−２ 腰や胴体のひねりに関する予測計算
重量物を持ち上げる作業では, 体を左右にひねる動作を伴うケースがある. 介護の場面では, 体全体でひねる場合と上半身のみでひねる場合がある.
今回, 100Nの作業箱を持つという想定を(a) 腰
３−２−１ 手に加わる外力の変化と予測計算
腰痛発生のメカニズムに基づき, 腰痛多発部位(第４腰椎〜第５腰椎：L4/L5)の椎間板にかかる圧から右回転した姿勢 (図６), (b) 腰固定, 胴体のみ右回転した姿勢 (図７) の２パターンで椎間板圧迫力を予測計算した.

迫力を予測計算できる. 椎間板圧迫力は, 姿勢と重力および外力から算出される. 図２の実験結果から
両手にかかる全荷重が最大200Ｎ (約20kg) であったことから, この値をシミュレーション解析の参考
17身体機能をサポートする生活支援技術に関する研究

４

まとめ

４−１

介護者を抱きかかえる力に関する実験

今回, 動作介助における持ち上げ荷重を計測するシステムを開発した. 試作したグローブセンサを用いることにより, 手の指先や手のひら, 手首など手にかかる荷重値を連続的に求めることが可能となった. また, システム構成としてもグローブセンサと解析用コンピュータ間を無線化することが可能となったので, 実験の自由度も高まり, より実用性が向上
した.
４−２

介護姿勢と人体モデルに関するシミュレーション

基本介護姿勢を人体モデルで作成し, パラメータを設定することで椎間板に加わる圧迫力 (許容値3,400N) から腰部負担量の予測計算が可能である
ことを示した. また, 体のひねりによる椎間板圧迫力の計算においては, 腰固定で胴体のみの回転では椎間板圧迫力が許容値を超えることが判明した. よって, 腰から上半身全体を回転することの必要性が示唆された. このように人体モデルを用いた作業性評
価を事前に予測計算することで, 作業負担の少ない
適正な介助方法を把握することが可能となった.
今後はこれらの研究結果を基に, ソフトウェアの充実を図り, 介護初任者向けの動作介助教育システ
ムへと展開する予定である.
５

参考文献

１) 厚生労働省基発第206001号(2008)：職場における腰痛発生状況の分析について
２) 布施泰史：身体機能をサポートする生活支援
技術に関する研究, 宮崎県工業技術センター・
食品開発センター研究報告, 55, 51-53(2011)３) 厚生労働省基発第547号(1994)
４) Jack Engineering Animation：
http://www.plm.automation.siemens.com/ja̲jp/
products/tecnomatix/assembly̲planning/jack/
図８に(a), (b)姿勢のシミュレーション結果を示
す.

#lightview-close(a) 腰回転した姿勢での椎間板圧迫力は, 約５ ) NIOSH ： Work practices guide for manual

3,286Nで許容値3,400N以下であった. 一方, (b)lifting , Technical Report , DHHS (NIOSH)

腰固定, 胴体回転の圧迫力は, 約3,556Nで許容値

Publication, No.81-122, Cincinnati, Ohio (1981)

を超える結果となった. このような動作を長時間続けると腰痛の可能性は非常に高くなると考えられる.
18平成23年度 [2011] №56
宮崎県工業技術センター・宮崎県食品開発センター研究報告

電磁波を用いた物質内部の異常点等の計測技術に関する研究＊肥後一彦＊１・小田誠＊１・鳥原亮＊１Study on Technology of Abnormal Point Measurement in Inside of Material
Using Electromagnetic Radiation

Kazuhiko HIGO Makoto ODA and Ryo TORIHARA

本研究では, 物質にミリ波を照射しその透過波または反射波を計測する方式 (アクティブ方式) にて, 木材の非破壊検査 (腐朽, 節, 空洞, 水分などの内部欠陥検出など) のための装置を開発することを目的としている. 本報では, 透過方式の装置を用いて, 製材したばかりの木材を測定サンプルとして, 木材を天然乾燥した場合の木材含水率とミリ波透過率の関係を実験で求めた結果について報告する.
キーワード：ミリ波, アクティブ方式, 木材, 透過率, 含水率１

はじめに
ミリ波とは, 波長が１ mmから10 mm (周波数30GHz〜300 GHz) の電波のことである. ミリ波は携帯電話等で使われているマイクロ波などの電波と比べて, 空間分解能が高いため, 小型・軽量のシステムを実現できる. また, 可視光線, 赤外線に比べて, 物質の透過性が良く, あらゆる分野の非破壊検査に応用できる可能性がある. 本研究では, Ka帯(26.5 GHz〜40 GHz) のミリ波を利用した木材の非破壊検査(腐朽, 節, 空洞､ 水分などの内部欠陥検出など)を行うための装置の開発に取り組んでいる.
本報では, 透過方式の装置を用いて, ミリ波で木材の含水率を推定するための基礎実験として, 製材
したばかりの木材を測定サンプルとし, 木材を天然乾燥した場合の木材含水率とミリ波透過率の関係を実験で求めた結果について報告する.
２

実験方法

２−１

実験装置

実験は, 図１の構成図および図２の外観写真で示したミリ波の透過方式の装置にて行った. 図１のよ＊
＊１電磁波を用いた物質内部の異常点等の計測技術に関する研究 (第３報)
機械電子部

19

電磁波を用いた物質内部の異常点等の計測技術に関する研究

うに, 発信側の装置と受信側の装置を測定サンプルは計れない. そこで, さらに, ミリ波計測用の材のを挟んで対向に置く. 発信側には35 GHz (波長約両端から質量計測用の２枚 (厚さ30 mm, 幅100

8.7 mm) の単波長発信器としてガンダイオードおmm, 長さ300 mm) を切り出し, ２枚の質量を測よびガンダイオードの出力を減衰するための減衰器定した上で, 便宜上, その平均を測定サンプルの質を配置し, さらにその後段に測定サンプルにミリ波量と定めた.

を照射するためのアンテナを取り付けた. アンテナ

質量は, 最初に測定を行ったスギ材については,の先端には, 片凸レンズ (測定サンプル側が平型で,質量計を用いてマニュアルで経時変化を計測した.

もう片側が非球面のレンズ) を取り付け, なるべくその後に測定を行ったヒノキ材については, 質量も測定サンプルの広い範囲にミリ波を照射するようにパソコンで自動計測できるよう前述の自作プログラした.

ムを改造し, ミリ波透過率計測と同時に１時間ごと

受信側のアンテナにも片凸レンズ (測定サンプルに自動計測を行った.

側が平型で, もう片側が非球面のレンズ) が取り付

測定サンプルはさらに測定終了後, 105 Cの乾燥

けられており, 測定サンプルを透過してきたミリ波

機内で乾燥し, 恒量となった時の質量を計測し, 全を当該アンテナにて受信する. 受信側のアンテナの乾重量とした. その全乾重量の数値をもとに, 各時

後段には, 微弱なミリ波でも受信できるよう増幅器間に質量計で測定した質量から各時間の含水率に換が内蔵されたKa帯 (26.5 GHz〜40 GHz) のミリ

算した.

波に受信感度を持つ受信器を配置し, これにより,測定サンプルを透過してきたミリ波の強度を計測す

なお, 実験は, 外気温の影響を取り除くために,22℃の恒温室にて行った.

る.
受信器はAD変換ボードが内蔵されたミリ波透過３

実験結果及び考察

率計測用のパソコンに接続されており, 受信器からスギ材及びヒノキ材における含水率とミリ波透過の出力信号がAD変換され, 当該パソコンに取り込

率の経時変化の測定結果をそれぞれ図３, ４に示す.

まれる. なお, 計測はVisual Basicで作成した自作

また, 含水率とミリ波透過率の関係を求め, その結プログラムを用いて, １時間ごとに自動計測できる

果を図５に示す.

ようにした.

図によると, スギ材およびヒノキ材のいずれの場合においても, 測定サンプルの含水率が20〜30%付

２−２

木材を天然乾燥した場合の木材含水率及びミリ波透過率の経時変化の測定

近まで天然乾燥が進んだ後, ミリ波透過率が急激に測定サンプルとして, スギ材, ヒノキ材について

一般的に, 含水率28%近辺が繊維飽和点と呼ばれ製材したばかりの材 (厚さ30 mm, 幅100 mm, 長ており (繊維飽和点となる含水率は, 樹種, 個体間さ2000 mm) を用意した. その材からミリ波透過によって異なる.)１), この繊維飽和点を境目にして,率計測用の１枚を300 mmの長さで切り出し, 実験

木材内部の水の存在箇所が異なるとされている２).

装置にセットし, セット直後からの経時変化を１時

また, 繊維飽和点を下回る含水率から木材の収縮や間ごとに自動計測した.

ヤング係数の上昇が始まるため, 木材乾燥において上昇していることがわかる.

なお, ミリ波透過率は, 予め, 測定サンプルが置

繊維飽和点の把握は重要な意味を持つ. 今回の結果

いていない状態でのミリ波透過量を測定しておき,は, この含水率近辺を境目として, 急激にミリ波透測定サンプルを置いた場合の透過量との比率で換算過率が上昇した可能性があることを示すものである.

した.

県内の木材業者は, 木材のランクごとに定められまた, 測定サンプルの含水率を求めるには, 質量た含水率以下まで乾燥したと思われる時期を経験にを別途測定する必要があるが, 実験装置には測定サより判断し, 木材を出荷しているとのことである.

ンプルを連続してセットした状態にしておく必要がそこで, 天然乾燥現場においてミリ波透過率を長期あるため, ミリ波透過率計測用の材の質量そのもの的に測定し, 透過率が急激に上昇した時点を基準と20

電磁波を用いた物質内部の異常点等の計測技術に関する研究

して, 含水率を推定できるようになれば, 出荷時期
をある程度判断できるようになる可能性もある.
４

まとめ
透過方式の装置を用いて, ミリ波で木材の含水率を推定するための基礎実験として, 製材したばかりの木材を測定サンプルとし, 木材を天然乾燥した場
合の木材含水率とミリ波透過率の関係を実験で求めた. その結果, 木材の含水率が20〜30%近辺のいわゆる繊維飽和点付近まで乾燥が進んだ後, ミリ波透過率が急激に上昇することがわかった.
したがって, ミリ波透過率を測定することにより,木材の出荷時期を判断できるようになる可能性を示すことができた.
なお, 本研究を進めるに際して, 実験協力頂きました宮崎県木材利用技術センターに感謝申し上げま
す.
５

参考文献

１) 高橋徹ら編： 木材科学講座３

物理 , 海青社(1992)
２) 岡野健ら編： 木材科学ハンドブック , 朝倉書店 (2006)21

平成23年度 [2011] №56
宮崎県工業技術センター・宮崎県食品開発センター研究報告

超短パルスレーダによるチョウザメの雌雄判別に関する研究＊小田誠＊１・間瀬淳＊２・伊藤直樹＊２・肥後一彦＊１・鳥原亮＊１

Study of Male and Female Distinction Method of Sturgeon using Ultrashort Pulse Radar

Makoto ODA Atsushi MASE Naoki ITO

Kazuhiko HIGO and Ryo TORIHARA

マイクロ波帯域において魚の精巣と卵巣の誘電率に違いがあることに着目し, チョウザメの非侵襲雌雄判
別方法を検討した. パルス幅130 psのインパルス発生器を用いた超短パルスレーダによる測定方法を提案し,その有効性を示した.
キーワード：反射計, 非侵襲, 超短パルスレーダ, アンテナ, 雌雄判別

１

はじめに

し, その反射波を受信・解析することにより行う方

宮崎県の水産業関係者は, チョウザメ産地化と県法であり反射計と呼ばれるが, 一般的な反射計では,

産キャビアのブランド化を目指している. 一方, 宮

精巣・卵巣に照射した電波の反射波が, 魚表面での崎県水産試験場がチョウザメ稚魚の大量生産技術を

反射波に埋もれてしまうので, 精度に限界がある.

確立したこともあって, 養殖業へ新規参入する県内

そこで本報告では, 九州大学の間瀬教授等が乳がん

水産業者等が増加している. キャビアの生産効率を検出を目的として開発してきた, パルス幅がピコ秒あげるためには, チョウザメが若い段階で, 雌雄をのインパルス (フーリエ周波数成分：〜マイクロ波

判別し, 雌のみを確保することが望まれる. しかし,領域) を光源として用いる超短パルスレーダをチョ

外見での雌雄判別は難しく (図１), 生殖腺の一部

ウザメの非侵襲雌雄判別測定のために改良し, 非侵を採取して (図２), 顕微鏡等により雌雄を判別す

襲雌雄判別を試みた. 超短パルスレーダでは, 反射ることが必要であるため手間がかかるうえに, 採取波が検出器に達する時間差をもとにして, 精巣・卵後へい死する確率が高い. 効率的なキャビア生産の巣での反射波と魚表面での反射波を分離することがためには, 簡便で安全な雌雄判別装置の開発が必要できる.

である. これまでにチョウザメ以外の魚について,
近赤外線や超音波などを用い, 非侵襲で雌雄を判別する手法の開発が鋭意試みられてきたが, それぞれ欠点があり, いまだ確固たる雌雄判別手法は開発されていない. マイクロ波やミリ波などの電波を用いた方式は, ①近赤外線方式に比べ光源の透過性が高く, ②超音波方式に比べ波長が短い光源を用いているため分解能が高い, などの特長により雌雄判別が可能になると考えられる.
通常, 電波による計測法は, 電波を測定物に照射

＊
＊１
＊２

電磁波を用いた生体等の非侵襲計測技術に関する研究
(第３報)
機械電子部
九州大学 産学連携センター

23

超短パルスレーダによるチョウザメの雌雄判別に関する研究

２

実験装置・方法

２−１

誘電率測定方法

反射計は, 誘電率の不連続面における反射波を測定し, 誘電率の違いにより生ずる反射波の差異から,測定物の状態を推定する. 誘電率が同じであれば,反射波に差異は生じない. そこで, まずマイクロ波・
ミリ波帯域におけるチョウザメの精巣と卵巣の誘電率を測定した. 複素誘電率は, 終端開放の同軸プロー
ブを用い, 500 MHz-50 GHz における複素反射係数をネットワークアナライザで測定することにより求めた. 誘電率には温度依存性があるため, 測定にあたっては試料の温度を一定 (20℃) にした.
２−２

超短パルスレーダ装置

２−３

アンテナの設計･試作と評価方法

パルス幅130 psのインパルス出力のフーリエ周波
１),２)

本研究の測定システムを図３に示す. システ

数成分は1-8 GHzである. 測定の高空間分解特性をムは, 超短パルス (インパルス) 発生装置, 送受信実現するためには, 周波数特性が広帯域であるインアンテナ, 信号収集装置およびデータ処理装置で構

パルスを効率よく放射および受信するアンテナが重成される. 超短パルス発生器には, パルス幅130 ps

要である. そこで, 周波数3 GHzから8 GHzにわの出力をもつインパルス発生器 (AVTECH ：たって①反射特性 (S11 ) が-10 dB以下, ②伝送特AVH-S-1) を使用し, そのインパルス信号をアン性 (S21 ) が平坦なピークをもち, ③ゲインがS21 とテナに給電した. これをアンテナから被測定物に照同様な平坦なピークを有するアンテナが必要である.

射する. 媒質の表面や誘電率の不連続面で反射されそこで, 平面基板アンテナを選択し, 設計・試作及た信号は, 受信アンテナで受信・検波・再度パルス

び評価を進めた. 本研究では, ビバルディアンテナ

化される. インパルス発生器からアンテナまでの伝(図４ (ａ)), ボウタイアンテナ (図４ (ｂ)), 八木

送線路には, 周波数0-18 GHzの帯域をもつ低損失

宇田アンテナ (図４ (ｃ)) などの設計・試作を進同軸ケーブルを利用した.

め, 評価を行った. アンテナのSパラメータ (①S11,②S21 ) は, 同一アンテナを対向させ, ネットワー
クアナライザを用いて測定した. また, ③ゲイン
(無指向性アンテナと比較した利得) も測定し, それぞれの周波数特性をグラフにした.

24

超短パルスレーダによるチョウザメの雌雄判別に関する研究転させた. 測定には雌雄が判明している３組のチョ
ウザメ (７歳魚) を使用し, この枠にチョウザメの胸ひれから腹ひれの間の体幹部体側 (この部分に精巣・卵巣がある) をはめて測定を行った. 今回使用
した7歳魚チョウザメの体幅は, 約70 mm程度であったので, 枠の幅を70 mmとした. これにより, 魚の中心を測定台の中央に配置できる. またアンテナ
先端から試料表面までの距離を一定にできる.

３

測定結果

３−１

誘電率測定結果

図６に複素誘電率の測定結果を示す. 参考として
精巣と卵巣に成長していないチョウザメの生殖腺と魚肉の誘電率も表示する. 測定結果から, 低誘電率の生殖腺が, 誘電率の大きい精巣と卵巣に発達することがわかる. また, DC-10 GHzにおいて精巣と卵巣の誘電率の差が比較的大きく, 魚肉の誘電率とも差があることから, 精巣・卵巣の区別は可能であると考えられる.

２−４

チョウザメ測定方法

測定システムは, 送受信アンテナが独立したバイ
スタティック構造を採用しており, 受信アンテナで検出した反射信号をサンプリングオシロスコープで収集した. 送受信アンテナを隣り合わせに並べて治具に取り付け, 自動回転ステージ (シグマ光機社製
SGSP-120YAW) に固定した. 実験は, 図５に示すように, 発泡スチロールの枠にチョウザメを置き,送受信アンテナを魚の胸ひれから腹ひれの間で０から180 まで, 背びれの上を通るように５ ずつ回
25

超短パルスレーダによるチョウザメの雌雄判別に関する研究

なお, 誘電率 (虚部) も同時に測定したが, 同様だっ

測定を10回行った. それぞれの結果の中から一例をたので, ここでは省略する.

示す. 画像の濃淡は受信信号の振幅の大きさを, 横

３−２

軸は受信信号の遅れ時間を表している.

アンテナ特性測定結果

試作したアンテナの中で最もチョウザメの雌雄判別に適していると考えられる, ボウタイアンテナの評価
結果を図７に示す. 測定は, 電波暗室内で行った.
グラフの横軸は周波数, 縦軸は強度を表している.

S11 は､ 送信側アンテナ単独で接続した同軸ケー
ブルにおける入射波と反射波のパワー比である. これは, 低い周波数から8 GHz程度にわたって-10 dB
以下が維持されていることが望ましい. S21 は, 同一アンテナを対向させて送信アンテナから放射されるマイクロ波パワーを受信アンテナで受け測定するもので, 上記周波数領域で平坦なピークをもつことが期待される. ゲインは, S21 と同様な該当周波数
帯域で平坦なピークを有することが望ましい. ボウ
タイアンテナは, ５〜８GHzで, これらの条件をほぼ満足していることがわかる.
３−３

チョウザメ精巣・卵巣の測定結果

図８ (ａ) (ｂ) (ｃ) に７歳魚のチョウザメの雄と雌を測定したデータからチョウザメの精巣・卵巣があるアンテナ位置0-40 でのデータを抽出し, 画像化した結果を示す. それぞれ (ａ) は１組目,(ｂ) は２組目, (ｃ) は３組目である. 実験に使用した３組のチョウザメは, 全て７歳魚であったが,大きさにはかなりのバラツキがあって, １組目は,
雄2805 g, 雌1905 g (小さめの魚) であり, 測定を７回行った. ２組目は, 雄3685 g, 雌4860 g (大きめの魚) であり, 測定を５回行った. ３組目は, 雄
2355 g, 雌3395 g (小さめと大きめの魚) であり,
26

超短パルスレーダによるチョウザメの雌雄判別に関する研究

雌雄判別を実現するためには, 性別, 体重, 年齢,
測定強度でデータベースを作成する必要がある.
５

まとめアンテナの開発を行ったうえで, マイクロ波帯域のフーリエ周波数成分をもつ超短パルスを用いたチョ
ウザメの雌雄判別システムを試作した.
チョウザメの雌雄判別を非侵襲で行うことのできる技術は現在のところ見あたらない. 超短パルス技
術は, 従来の反射計に比べ, 試料表面での反射信号と試料内部での反射信号を分離できること, また,フーリエ周波数成分が透過性の高いマイクロ波帯であることを特長としている.
実際のチョウザメを使用した検証実験を行った結果, 精巣と卵巣の測定結果に違いがあらわれ, 本方式によるチョウザメの雌雄判別の可能性を示すこと
ができた.
６

参考文献

１) 竹村素直, 間瀬淳, 近木祐一郎：電子情報通信学会大会講演論文集, 2006, C-2-97 (2006).
図８ (ａ) (ｂ) (ｃ) では, チョウザメの精巣・

２) 高市信也, 近木祐一郎, 間瀬淳：電気関係学会

卵巣があるアンテナ位置0-40 での超短パルスの反九 州 支 部 連 合 大 会 講 演 論 文 集 , 60 , 08-2P-07

射強度は, 雄の方が強くなった. しかし, 表示した

(2007)

２組目の結果は, １組目と３組目に比べコントラス

３) 高市信也, 間瀬淳, 近木祐一郎, 北條仁士,

トが低くなっている. また, 同じ組の測定結果でもKIM Kang Wook：電子情報通信学会大会講演

測定電圧が異なることがあった. これは, 発振器の論文集, 2009-エレクトロニクス1, 146 (2009)

出力が変動 (温度ドリフト) するためと思われる.

４) 高市信也, 間瀬淳, 近木祐一郎：電気学会全国

このため１回の測定は, 雄雌, ほぼ同時刻に行った.

大会講演論文集, 2008-1, 153 (2008)

チョウザメの精巣・卵巣は, 胸ひれから腹ひれの間の体幹部体側 (脇腹) にあり, 低誘電率の生殖腺の中に精巣または卵巣を持つ. また, 精巣の誘電率
は卵巣の誘電率よりも大きいことから, 精巣での反射は卵巣での反射よりも強くなると考えられ, 測定結果と一致する. 測定は, 異なる３組のチョウザメに対して, 合計22回行ったが, 同様な結果を19回得ることができた.
４

考察
発振器の出力は変動 (温度ドリフト) するため,測定の再現性向上には, 発振器の安定化対策が必要
である.
27

平成23年度 [2011] №56
宮崎県工業技術センター・宮崎県食品開発センター研究報告

ＯｐｅｎＣＶを利用した画像処理ソフトの開発＊外山真也＊１・竹山隆仁＊１・比良貴浩＊２Development of Image-Processing Software for Position Check using Open CV

Masaya TOYAMA, Takahito TAKEYAMA and Takahiro HIRA

株式会社ホンダロックでは, 主に自動車用途のドアミラーやキーレスエントリーシステム等を生産している. 現在生産されている自動車にはドアミラーにカメラを搭載している車種があり, カメラ取り付け時の位置ズレ検査工程において, 良否判定の省力化を検討することとなり, 共同研究を実施した.
キーワード：画像処理, 位置検査, OpenCV, C#, ソフトウェア

１

はじめに株式会社ホンダロックでは, 主に自動車用途のドアミラーやキーレスエントリーシステム等を生産している. 現在生産されている自動車には車庫入れ等の視覚支援を目的としたカメラをドアミラーにも搭載している車種がある. そのため生産ラインではカ
メラ取り付け時の位置ズレ検査工程がある. そこでは, 液晶モニターにドアミラーカメラを接続し検査対象物を撮影し, それが合格範囲から逸脱していな
いかの良否判定を画像処理にて行っている.
現行の検査機概要を図1に, 取込み画像を図２に示す. また本検査工程における問題点を以下に示す.
１) 高額
２) 開発メーカー廃業などによる検査機の改善や複製機の製作が容易ではない
３) 開発ソフトのブラックボックス化
上記問題点の対策として市販画像処理機器への代替が考えられるが, 市販されているOMRON社や
COGNEX社等の画像処理製品には, 車載カメラから画像を取込み画像処理検査できるものは見当たら
なかった.

＊
＊１
＊２

共同研究
機械電子部
株式会社 ホンダロック

29

ＯｐｅｎＣＶを利用した画像処理ソフトの開発

そこで, オープンソースの画像処理ライブラリであるOpenCVを利用し, ドアミラーカメラ位置ズレ
検査用画像処理ソフトの開発を行うことにした.
２

開発方法
当初, OpenCVを利用したソフト開発においては,提供されている関数にどのような機能があるかわからず, またその機能の意味が不明な点が多く, 開発に苦慮した. また, サンプルプログラムのほとんど
はC++言語によるものであり, それらを参考にして開発することとした.
そして, C++言語のプログラムに, C#で開発した関数を利用して, 領域内判定などの機能を開発し,それらを組み合わせて開発を進めた.
ドアミラーカメラ検査画像処理の開発手順を以下
に示す.
２−１

ドアミラーカメラ検査画像処理開発における課題

本研究開発に必要な課題を以下に示す.
１) 合格エリア内におけるターゲット有無検査アルゴリズムを構築すること.
２) 合格エリア表示機能を有すること.
３) 合格エリアは魚眼歪により台形形状となるため,
合格エリアを任意に設定可能であること.
４) 画像処理により安定的な検査ができること.
５) 検査工数は現状以下であること.
２−２

ドアミラーカメラ検査画像処理のアルゴリ
ズム

上記課題を満たす画像処理検査を実現するためのフローチャートを図３に示す.
概要としては取込み画像における検査ターゲットを２値化し, エッジ検出を行ってからターゲットのコーナー位置を検出する. このターゲットが合格エ得られたエッジから４隅のコーナー位置座標検出

リア内にあるか否かを検証し合否判定する.

には, ハリスのコーナー検出アルゴリズムを用いた.

２−３

ハリスのコーナー検出処理を行ったテスト画像を,Cannyのエッジ検出とハリスのコーナー検出によるターゲット検出

取込み画像からの検査ターゲットのエッジ検出には,Cannyのエッジ検出アルゴリズムを用いた. Canny検出処理を行ったサンプル画像の例を図４に示す.

30

図５に示す.

ＯｐｅｎＣＶを利用した画像処理ソフトの開発

また, 今回の画像処理検査システム開発により,OpenCVを利用した画像処理の技術的手法についてある程度習得することができた. 今後さらに, 画像
２−４

良否判定原理処理に関連した開発にも利用したいと考えている.

検査ターゲットの合格エリアからの逸脱検査については, まず検出されたコーナー座標値が, 合格エ５

謝辞

リアの最大・最小値の範囲内に存在するかどうかのこの研究開発は, 宮崎大学においてOpenCVを利判定を行い, 次に合格エリアの成す線分とコーナー用した開発を進められている椎屋和久氏, 森圭史朗の位置関係から判定した.

氏らの助言及び協力を得て開発することができた.
ここに謝意を記す.

３

結果および考察
今回の開発において, ドアミラーカメラ検査画像

処理プログラムを作成できた. 開発したプログラムの画像を図６に示す.
この開発において, メインのプログラムはMicrosoft
Visual Studio 2010 C++ Expressで開発した. ま

６

参考文献

１) 北山洋幸：OpenCVで始める簡単動画プログラ
ミング, 株式会社カットシステム
２) 北山洋幸：技術者のためのVisualC++実践プ
ログラミング技法, 技術評論社

た, 領域判定においては, 求められた角点における

３) DonisMarshal株式会社トップスタジオ訳：プ

垂直線および水平線と, 判定領域を示す直線との交ログラミングVisual C#2005, 日経BPソフトプ

点計算などの関数をC#で開発し, これらの関数をレス含むライブラリを利用した. このプログラムは, それらの複数のソフトを利用して開発した.
４

まとめ
現段階ではWindowsPC上でのソフトであるため,設備を制御するPLC (シーケンサ) とPCの両方が必要となりコスト的な課題がある. 今後, 組込みボー
ドにLINUXなどのOS環境を構築し, 本ソフトウェ
アをインストールすることで安価な検査システムの構築を図りたいと考えている.
31平成23年度 [2011] №56
宮崎県工業技術センター・宮崎県食品開発センター研究報告

冷間鍛造成形時の破断の解析に関する研究＊外山真也＊１・河野通成＊２・山田

若雄＊２

Study on Damage of Slug Shape in the Cold Forging

Masaya TOYAMA, Michinari KAWANO and Wakao YAMADA

株式会社ニチワでは, 冷間鍛造成形により溶接ナットをはじめ, カラー (筒状の部品) や複合ギアなどの各種自動車部品を製造している. 今回, 筒型形状の部品を鍛造成形する工程において破断を生じ, 鍛造工程の変更, 金型の修正などを余儀なくされた.
今後, このような事態を回避すべく, 工程設計段階において, 破断を予知できないかを検討することとなった. そのため, 共同研究において破断原因の究明と, 解析段階における破断の評価を検討した.
キーワード：冷間鍛造, CAD/CAM, CAE, 有限要素法, 塑性変形１

はじめに
株式会社ニチワでは, 冷間鍛造成形により溶接ナットをはじめ, カラー (筒状の部品) や複合ギアなどの各種自動車部品を製造している. 今回, 比較的単純な筒型形状の部品を鍛造成形する工程において破断を生じ, 鍛造工程の変更, 金型の修正などを余儀なくされた. その破断を生じた部品の概略寸法および破断状況を図１に示す. この部品の左側先端部よ断の発生を予知できる基準や指標を示すための試み

り13 mmの部分において破断した.

を行ったので報告する.

今後, このような事態を回避すべく, 工程設計段
階において, 破断を予知できないかを検討すること
となった.

２

有限要素解析
破断を生じた鍛造工程での金型とスラグ形状モデ

もし, 鍛造工程設計の段階で破断を予知できれば,ルをCADで作成し, 有限要素解析を実施した. 解工程の変更による金型の設計･製作のコスト, 納期

析において延性破壊条件式にOyaneの式を設定した.

への影響を低減できる.

Oyaneの式を式(１)に示す. ここでσは相当応力

さらに, 通常４〜６工程で実施されている鍛造工程の低減や, 金型の維持管理などのコストの低減を(MPa), σmは平均応力 (MPa) である. 定数 αは0.320に設定して解析を行った.

目指して解析手法を検討することとした.
本報告では, 塑性変形有限要素解析 (Deform)
を用いて鍛造成形工程でのダメージ (延性破壊条件
式により求められる値) を解析することにより, 破ここでダメージ Df が塑性変形解析ソフトDeformにおいて求められる. このダメージの数値が1.0以

＊
＊１
＊２

共同研究 ｢冷間鍛造成形工程における材料破断に関す
る研究｣
機械電子部
株式会社 ニチワ

上になると破断が生じるとされる.
また, 今回の解析においては下方の金型はスライド型となっている. マシンストロークは370 mm, 成33

冷間鍛造成形時の破断の解析に関する研究

形ストローク23.05 mm, 成形速度0.67ショット/sec,
スライド量７ mm, バネ定数27.2 N/ mm, 初期荷重136 N, バネ数８本, 摩擦係数0.08を設定している.
解析はDeform-3D Version6.1を使用した. また,改善した金型のモデルも作成し, 解析を実施した.
各解析結果について以下に示す.
２−１ 破断を生じたモデルの解析
破断を生じたモデルでの解析結果を図２から４に示す. 図２は, 成形ストローク9.85 mmにおいてス
ラグの上部テーパー部が成形される初期段階でダメー
ジが2.21と大きくなってきている. ここで破断が始まったと考えている.
また, 図３は, 成形ストローク13.0 mmにおいてスラグ上部のテーパー形状部分の成形がある程度進行し, ダメージは3.59を示し, 抵抗も大きくなってきている段階である. 図４は最終段階であり, ダメー
ジは最大となり11.9にまで達している. 図５に成形ストローク13.0 mmにおいて, ダメージが大きくなってきている部分を示す.

２−２ 改善モデルの解析
破断位置はテーパー部であり, その部分の成形時にダメージが急激に上昇することがわかったので,そのテーパー部の角度θ (図１) を変更改善した金型モデルでの解析結果を図６から８に示す. 図６は,改善前のモデルで破断が始まったと考えられる成形
ストローク9.5 mm付近であるが, ダメージは0.124程度である. また図７は改善前のモデルで破断が始
まりダメージが大きくなった付近であるが, ここでもダメージは0.364程度である. この解析結果においては, ダメージが最大でも0.544程度であり, 破断したモデルよりもかなり低減されていることがわ
かった.

34

冷間鍛造成形時の破断の解析に関する研究

３

結果および考察
ここに示したパイプの鍛造成形工程は, 通常６回の冷間鍛造工程を経て成形されるものである. このような比較的単純な形状の場合は, 熟練技術者によりレイアウト設計がなされ, その設計指示に基づき金型の設計及び製作が進められる.
今回の事例は, そのような比較的単純な形状において, 安易に考えたために, 一種のマンネリ化した状況において発生したトラブル事例であると考える.
また, このような失敗を防ぐためには, 工程設計段
階において, 有限要素解析を実施し確認することは言うまでもないが, すべての工程について有限要素解析を実施することは容易ではない. この事例においても, 解析時間は最低でも6時間を要し, モデル
によっては10日間を要している場合も少なくない.
そこで, 頻度の高い類似形状については, 鍛造工
程設計レイアウトの標準モデルの作成を検討している.
今回の塑性変形有限要素解析において, 破断を生じたモデルからの改善点は, 図１における外形のテーパー形状部分の角度θを30度程度から20度以下に変更しただけである. しかし, わずかな変更改善の結果, ダメージの数値を大きく低減することが可能であることがわかった.
４

まとめ
今回示した塑性変形解析は, 事例の一つであるため, すべての破断の解析に対して適用できるといえるものではないが, 技術として蓄積し, 判断材料の基準を明確にしていきたいと考えている.
この破断事例は, 設計段階では破断が生じることを予測できず, 鍛造試験段階になって判明した. そ35

冷間鍛造成形時の破断の解析に関する研究のため, 金型の修正などの対応で苦慮した. この研
究は, その対策として塑性変形解析において破断を予測できるかどうかを検証するために実施した.
今回の塑性変形有限要素解析において, 冷間鍛造
成形時に生じた破断の状況を推測することができた.
解析においては破断の状態を示すことは容易ではな
いが, ダメージの数値を詳細に調べることにより予知することが可能であると考える.

５

参考文献

１) 佐藤征亜, 木之下広幸, 外山真也ほか：前方後方押し出しによる複合ギア成形, 日本機械学会論文(C編)., 76-770, (2010-10)２) Masaya TOYAMA, Hiroyuki KINOSHITA
etc：Influence of Slug Shape on Metal Flowin Simultaneous Forward-Backward Extrusionof Compounds Gear, 602-603, The9-th International Conference on Technology of Plasticity(ICTP2008)
３) 社団法人日本塑性加工学会：鍛造, 株式会社コロナ

36

平成23年度 [2011] №56
宮崎県工業技術センター・宮崎県食品開発センター研究報告

超小型水力エネルギー回収装置に関する研究＊
平栄蔵＊１・田中康夫＊２・日吉健二＊３

Development of Micro Hydraulic Energy Recovery Unit

Eizo HIRA, Yasuo TANAKA and Kenji HIYOSHI

本県は温暖・多雨で, 中小河川が多く, 農業用水路が整備されている. また, 淡水魚等の養殖場も多い.
そこで, 農業用水路や淡水魚等養殖場から流下する未利用の水力エネルギー (具体的には落差１m程度, 水
路幅0.5 m程度の開水路で, 電気出力に換算して100〜500 W程度の動力源) を回収して揚水ポンプの動力源,
養殖場のエアレーション用圧縮空気源, 通学路の照明用電源等へ活用する研究が開始された. 本報では, 農林水産省の研究資金を受けて実施された産学官共同研究開発事業 ｢超小型水力エネルギー回収装置の開発｣
において, 工業技術センターが担当した円弧羽根付軸流プロペラ, 渦巻きケーシングおよび空気吸込防止コーンに関する実験結果等について概要を報告する.
キーワード：開水路, 軽量・簡易構造, 軸流プロペラ, 渦巻きケーシング, 空気吸込防止コーン

１

はじめに

ること, の３点について検討した.

本研究開発は, 平成22年度〜23年度の農林水産省

図１は, 上から見た取水口と渦巻きケーシングの｢新たな農林水産政策を推進する実用技術開発事業

形状を示す. 流水は開水路から渦巻きケーシングへ(超小型水力エネルギー回収装置を用いた農業及び流入し, さらに渦巻きケーシングに沿って旋回しな

水産施設等の省エネルギー化現場実証実験)｣ としがら中心部の下降管に流下する.

て実施され, 工業技術センターと田中製作所は水力

図２は図１を横方向から見た図である. 渦巻きケー

エネルギーの回収装置の開発を担当した. 本研究でシングにより強い旋回流が発生すると下降管中心に開発する装置は落差１m程度, 水路幅0.5 m程度の強い水中渦が発生する. この水中渦は水面から空気

小規模の農業用水路や淡水魚等養殖場などから流下

泡を下降管へ吸い込む作用をする. 下降管内の気泡する水のエネルギーを回収して, 揚水ポンプ, 空気

は, 下流へ流れる水の流れに逆らって, 上昇・浮上

圧縮機, 発電機の動力源として活用する. 本装置は,開水路等への設置と撤去を容易化し, かつ製造コストを削減するために簡易構造・軽量化することとした. その方法として, ①水の流れを制御する案内羽根の代わりに渦巻きケーシングを用い, 取水した流水に強い旋回流を発生させて, 下降管へ流下させること, ②強い旋回流により発生する空気の吸込みを防止する簡易な仕組みを装着すること, ③下降管に設置した軸流プロペラは製作が容易な薄板構造とす
＊
＊１
＊２
＊３

農林水産省 ｢新たな農林水産政策を推進する実用技術
開発事業｣
機械電子部
田中製作所
宮崎大学農学部37

超小型水力エネルギー回収装置に関する研究するため, 下降流の速度および旋回流が減速・阻止される. こうなると, 下降管内の途中に設置した軸流プロペラを駆動するエネルギーが減少して, 水車
効率が悪化する. これを防止するために, 図２に示した円錐状のコーンを水没させて水中に設置する.
下降管に設置した軸流プロペラは, 可能な限り下降管の上部に設置して, 渦巻きケーシングで発生した旋回流を受けとめ, 水力エネルギーを回転エネル
ギーへと変換する.

３

結果および考察３−１

円弧羽根付軸流プロペラに関する実験

図４に試作した軸流プロペラの形状を示す. プロ
ペラの軸に厚み2 mmの円弧羽根を４枚または６枚を溶接した. プロペラ軸への羽根の取り付け角度は30度または40度とした. 羽根の円弧比は図に示すよ
うにB/Aと定義した. 実験で, B/Aを, ５, 10, 15％の３種類とした.
図５に試作した軸流プロペラを示す. また､ 図６に軸流プロペラに関する実験データの一部を示す.
横軸に１分間あたり回転数を, 縦軸に水車効率を示
す.
実験は, 円弧比が5, 10, 15％の３種類, 羽根取本報では, 工業技術センターと田中製作所が担当

付角度が30度または40度の２種類, 羽根枚数が４枚した ｢超小型水力エネルギー回収装置を構成する渦または６枚の２種類の計12個のプロペラを作り, 水

巻きケーシング, 空気吸込防止コーンおよび軸流プ

車効率を求めた. 本図は12個のプロペラの中から,

ロペラの形状・寸法に関する試作・実験｣ の概要を

もっとも高効率の３個を示す. 最高効率を示すのは報告する. なお, 実験データ収集のための実験等は
宮崎大学農学部が担当した.
２

実験方法
図３に実験装置の概要を示す. 実験は宮崎大学農学部農林水理学実験室内に設置された水循環系と発生動力測定装置などから構成した実験装置に, 新たに試作した渦巻きケーシング等を設置して, 流水の落差, 水量等を変えた場合の発生動力等を測定した.

38

超小型水力エネルギー回収装置に関する研究

シングの改善を目指して, 平成23年度は流路を縮小したケーシングを用い, 水車効率に与える影響について実験を行った.
図７は渦巻きケーシングを上から見た図である.
渦巻きケーシングは中心部の下降管へ流れ込む水の流れを最適化するために, 流路を通過する流速が一定となるように流路の幅を決める手法である. 平成
23年度は, 前年度の基本線の流路幅を0.7倍に縮小
して水車効率を実験した. その結果を図８に示す.
本図より, △印の0.7縮小形は, 最高効率の回転数付近で, □印の既存形をわずかに上回ることがわかる. すなわち, 下降管へ水が流下する場合の水流は○印の羽根枚数６枚, 円弧比10％, 取付角度30度で縮流の流れであり, 流れの損失は大差がないと考えあるが, 広範囲の回転数に対応するのは□印の4枚られる.

羽根, 円弧比10％, 羽根取付角度30度の場合と考えられる.
広範囲の回転数に対して効率の高い組み合わせは,①円弧比は10≧15≧５%, ②羽根取付角度は30≧40
度, ③羽根枚数４≧６枚の傾向があると考えられる.

３−２

渦巻きケーシングに関する実験

開水路から水流を取り込む取水経路に渦巻きケー
シングを設置することにより, 強い旋回流を作り,
軸流プロペラに付与して水車効率を改善することが可能である. この観点から, 平成22年度作製したケー39

超小型水力エネルギー回収装置に関する研究

３−３

空気吸込防止コーンに関する実験

図12は空気吸込防止コーンの設置による水車効率

渦巻きケーシングを用いて, 強い旋回流を発生さの改善実験の結果を示す. 本図より, 水車の回転数

せ, その旋回流を軸流プロペラへ付与して水車効率の全域にわたり, □印の円錐コーンが優れているこの向上を促すが, その目的とは裏腹に, 水面から空とがわかる. 円錐コーンにより水中旋回流が安定し,気泡を吸い込む空気吸込み渦が発生する. すなわち

空気吸込渦の発生を抑制したものと考えられる.

下降管内の気泡は浮上するため, 水の下降流れが阻止され､ 結果的に水車効率は激減する. この現象をもっとも簡易に防止する目的で, 以下の空気吸込防
止コーンに関する実験を行った.
図９は前年度設置した円錐形コーン, 図10は半球形コーン, 図11は双曲線形コーンである.
実験は, これらのコーンを下降管と水面の中間に水没させて設置する. これにより, 空気渦が水面へ到達する作用を防止する.

４まとめ農業用水路等の開水路への設置を想定した超小型

水力エネルギー回収装置を構成する円弧羽根付軸流プロペラ, 渦巻きケーシング, 空気吸込防止コーン
に関する実験を行った. そして, 以下の知見を得た.
１) 円弧羽根付軸流プロペラの最適な形状は, ①円
弧比は10≧15≧５％, ②羽根取付角度は30≧40度,③羽根枚数４≧６枚と考えられた.
２) 渦巻きケーシングの形状については, 下降管への水流は縮流であり, 本実験範囲では大差がなかった.
３) ３種類の空気吸込防止コーンについては, 円錐形コーンがもっとも優れていた.

40

平成23年度 [2011] №56
宮崎県工業技術センター・宮崎県食品開発センター研究報告

リン酸水溶液を電解液とした陽極酸化アルミナ多孔膜生成条件の検討
黒木泰至＊１・福島

洋一＊２

The Reviewing of a Condition Creating Anodic Porous Alumina Membrane by the Electrolysis
Liquid of the Phosphoric Acid Solution

Hiroyuki KUROKI and Youichi FUKUSHIMA

筆者らは, 膜透過法での分散素子として利用するため, シュウ酸水溶液を電解液として均一な貫通孔を有する陽極酸化アルミナ多孔膜の作製を試み, 生成条件を明らかにするとともに, 作製した陽極酸化アルミナ
多孔膜の孔はすべて水の透過に寄与していることを確認した. シュウ酸水溶液で作製できる陽極酸化アルミ
ナ多孔体の細孔径の上限はおおよそ100 nm程度で, それ以上の細孔径を得るには電解液としてリン酸水溶液が適していると言われている. そこで, 膜透過法の分散素子としての使用範囲の拡大を狙って, リン酸水溶液による陽極酸化アルミナ多孔膜の生成条件を検討した. その結果, 条件を概ね明らかにすることができたが, 膜が脆弱で壊れやすく, 良好な膜の生成には至らなかった.
キーワード：陽極酸化, アルミナ多孔体, アルミナ多孔膜, リン酸電解液

１

はじめに

に形成されるバリア層 (緻密なアルミナの皮膜) を

アルミニウム (Al) を陽極酸化すると, 図１に電流回復法で薄化した後, 逆電剥離でアルミニウム

示すように, 均一なナノサイズの孔が規則的に配列板からアルミナ多孔体を剥離して, 陽極酸化アルミした構造を持つ陽極酸化アルミナ多孔体 (以下, ア

ナ多孔膜 (以下, アルミナ多孔膜) を作製し, バリ

ルミナ多孔体) が生成する. アルミナ多孔体の生成

ア層側をエッチングで貫通孔化する一連の作製条件に使用される電解液は硫酸 (H２ SO４ ) 水溶液が最を明らかにし, さらに, 孔はすべて水の透過に寄与も一般的で, ほかにシュウ酸 ((COOH)２) 水溶液

していることを確認した. しかし, シュウ酸水溶液

やリン酸 (H３ PO４ ) 水溶液が使われており, 各電で作製できるアルミナ多孔膜の細孔径の上限はおお解液で得られるアルミナ多孔体の持つ細孔径は, 硫

よそ100 nm程度であった.

酸水溶液, シュウ酸水溶液, リン酸水溶液の順に大
１)

２)３)

きくなると言われている . 筆者らは既報

そこで, 本報では, 必要とされるもっと大きな細で0.4孔, 例えば200 nm程度の細孔径を有するアルミナ

Mシュウ酸水溶液を使い, 作製したアルミナ多孔体

多孔膜を得るため, リン酸水溶液を電解液としたア
ルミナ多孔膜の生成方法を検討し, いくつかの知見が得られたので報告する.
２

実験方法

２−１

サンプルの作製

膜透過法の分散素子としての使用を想定した, 直
径25 mmの円形アルミナ多孔膜を作製するため,
既報２)で良好なアルミナ多孔膜の生成が確認された
＊１
＊２

材料開発部
元 財団法人宮崎県産業支援財団

純度99.99%のアルミニウム板 (昭和電工㈱製, 厚さ500 μm) に, 図２に示すサンプルの輪郭を描き,
41

リン酸水溶液を電解液とした陽極酸化アルミナ多孔膜生成条件の検討

ハサミを用いて切り出し, エッジ

t =0.28 × DI ×T

をヤスリで平滑にして, サンプル

t：アルミナ多孔体の厚さ (μm)

を作製した.

DI：電流密度 (A/dm２)

２−２

T：電解時間 (min)

前処理
２)

２−４

既報 に基づき, サンプルをア(１)

最適なリン酸水溶液濃度

セトンに浸漬し, ５分間超音波処

２−３で明らかにした, 良好なアルミナ多孔体が理で脱脂した後, 混酸 (H3PO375

生成する電流密度で, リン酸水溶液濃度0.05 M,

vol%+H2SO420 vol%+HNO３ 5 vol

0.1 M, 0.3 M, 0.5 Mの条件でアルミナ多孔体を試%) に20分間浸漬して, 蒸留水で作し, 良好なアルミナ多孔体が生成するリン酸水溶

洗浄後, さらに５％水酸化ナトリ

液濃度を検討した.

ウム水溶液に10分間浸漬して表面２−５の酸化物を除去した後, 蒸留水で洗浄し, 乾燥させバリア層の薄化および逆電剥離

２−３および２−４で良好なアルミナ多孔体が生たものを以後の実験に供した.

成された電流密度, リン酸水溶液濃度および厚さが２−３

90 μmとなる電解時間で試作したアルミナ多孔体

最適な電流密度

図３にアルミニウムの陽極酸化装置の概念を示す.

を用い, 既報２)で明らかにした, シュウ酸水溶液を

電解槽は容量１Lの冷却容器を, 電解液には0.3 M電解液として作製したアルミナ多孔体からアルミナ

リン酸水溶液を使用した. 電源は直流安定化電源

多孔膜を調製するバリア層の薄化および逆電剥離条(㈱TEXIO, PA250-0.42B) を使用し, サンプルを件の適用可能性について検討した.

陽極, W70×L100×t0.3 mmのアルミニウム板を

２−６

化学エッチング法による貫通孔化

２)陰極とした. また, 陽極酸化中は, 電解液濃度を均

既報 に基づき２％水酸化ナトリウム水溶液をエッ一にするため, スターラーで電解液を撹拌するととチング液として, 逆電剥離で得られたアルミナ多孔

もに, アルミナ多孔体表面の溶解を防止するため,膜の表面の溶解を極力抑え, 裏面を均一にエッチン

電解液温度を20℃以下に維持した.

グできる最適なエッチング時間を検討した.
２−７

アルミナ多孔体等の評価

FE-SEM (㈱日立ハイテクノロジーズ, S-4800)を用いて, 作製したアルミナ多孔体やアルミナ多孔
膜の微細構造の観察と細孔径の計測等を行なった.
３

結果および考察

３−１

最適な電流密度

電流密度0.51 A/dm２ で半透明の均一なアルミナ多孔体が得られたが, 1.02 A/dm２, 1.53 A/dm２,
2.04 A/dm２ では焼けと思われる灰色変色部が発生
この装置を使い, 電流50 mA (電流密度0.51 A/
２２dm ), 100 mA (電流密度1.02 A/dm ), 150 mA
２

した. 焼けは高電流密度で陽極酸化すると発生することが一般的に知られており, 0.3 Mリン酸水溶液(電流密度1.53 A/dm ), 200 mA (電流密度 2.04を電解液とした場合, 電流密度0.51 A/dm２ 程度のA/dm２) の条件で, 既報２)で明らかにしたアルミナ

比較的低い電流密度がアルミナ多孔体の生成に適し多孔体の厚さと電流密度, 電解時間の関係式(１)かていると思われた. 図４に電流密度0.51 A/dm２ とらアルミナ多孔体の厚さが90 μmとなる電解時間

2.04 A/dm２ で得られたアルミナ多孔体の外観を示

でアルミナ多孔体を試作し, 良好なアルミナ多孔体

す.

が生成する電流密度を検討した.

42

リン酸水溶液を電解液とした陽極酸化アルミナ多孔膜生成条件の検討

電流密度0.51 A/dm２, リン酸水溶液濃度0.5 M,
電解時間630分で試作したアルミナ多孔体のバリア層を, 既報２)の条件で薄化し, 逆電剥離でアルミナ多孔膜の作製を試みたところ, 図６のとおり剥離できたが, 膜は脆弱で良好な膜の生成には至らなかった. また, 膜厚は, 目標の90 μm よりも薄い63μmであったが, これは, 後に述べるようにリン酸
水溶液によるアルミナの溶解が原因と考えられた.
３−４

化学エッチング法による貫通孔化

２％水酸化ナトリウム水溶液によるエッチング前のアルミナ多孔膜の表面 (以下, 表面) およびバリ
３−２

最適なリン酸水溶液濃度２

ア層側 (以下, 裏面) のSEM観察像を図７に, エッ

電流密度0.51 A/dm でアルミナ多孔体を試作しチング２分間のSEM観察像を図８に, エッチングたところ, 原因はよく分からないが, リン酸水溶液

３分間のSEM観察像を図９に, エッチング５分間

濃度0.05 M, 0.1 Mでは陽極酸化開始後10分程度ののSEM観察像を図10に示す. エッチング前のアル比較的早い時点で一部変色, 剥離する現象が生じた.

ミナ多孔膜表面は, 電解液のリン酸水溶液によるア

0.3 M, 0.5 Mでは発生しなかった. 図５にリン酸

ルミナの溶解が原因と思われる孔壁の薄化が認めら

水溶液0.1 Mと0.5 Mで得られたアルミナ多孔体のれた. 細孔径は300 nm程度で, 裏面は小さな孔が外観を示す.

一部に認められたものの, ほとんど開孔していなかった. エッチング２分間でも裏面の開孔は不十分であった. エッチング３分間の裏面には, バリア層薄化の際発生した小さな孔の壁と思われる網状の構造体の後ろに円形のアルミナ多孔膜本体の孔らしきものが確認できた. エッチング５分間の裏面はエッチング
３分間の裏面に比較して網状の構造体の溶解が進んでいるが, 表面の孔壁の薄化, 崩壊も進行していた.
以上のことから, ２％水酸化ナトリウム水溶液のエッ
チング時間は, ３分が最適であった.
４

まとめ

１) 0.3 Mリン酸水溶液を電解液とした場合, 電流３−３バリア層の薄化および逆電剥離

密度1.02 A/dm２ 以上の条件で, 焼けと思われる
灰色変色部が発生した.
２) リン酸水溶液濃度0.5 M, 電流密度0.51 A/dm２
で変色部の無いアルミナ多孔体が得られた.
３) 既報２)で明らかにした, バリア層の薄化および逆電剥離条件でアルミナ多孔膜の作製を試みたが,リン酸水溶液を電解液として作製したアルミナ多孔膜は, シュウ酸水溶液を電解液として作製したアルミナ多孔膜に比べ脆弱で, 壊れやすく, 実用に耐えられる良好な膜は得られなかった.
４) リン酸水溶液濃度0.5 M, 電流密度0.51 A/dm２43リン酸水溶液を電解液とした陽極酸化アルミナ多孔膜生成条件の検討

44

リン酸水溶液を電解液とした陽極酸化アルミナ多孔膜生成条件の検討で作製したアルミナ多孔膜の表面はリン酸水溶液
によるエッチングと思われる孔壁の薄化が認められた.
５) ２％水酸化ナトリウム水溶液による化学エッチ
ングでのアルミナ多孔膜裏面の貫通孔化には, エッ
チング時間３分が最適であった.
リン酸水溶液を電解液とした変色部の無いアルミ
ナ多孔体の生成条件を明らかにし, バリア層の薄化
および逆電剥離でアルミナ多孔膜を得ることができたが, ①電流密度を低く抑えたため, 製膜速度が遅い (生産性が悪い), ②リン酸水溶液によるエッチ
ングで孔壁の薄化が起こるため, 細孔径の制御が困
難, ③膜が脆弱なため剥離の際に割れやすいといった課題が残った.
今後は, 細孔径200 nmのアルミナ多孔膜の製造に適し, しかも, これら課題を解決できる新たな電解液の探索を行いたいと考えている.
５

参考文献

１) 小野幸子；金属のアノード酸化皮膜の機能化部
会 (ARS) 第76会例会講演予稿集, 19-24 (2010)２) 福島洋一, 清水正高, 久木崎雅人, 黒木泰至：
宮崎県工業技術センター・食品開発センター研究
報告, 55, 21-28 (2010)３) 福島洋一, 清水正高, 久木崎雅人, 黒木泰至：
宮崎県工業技術センター・食品開発センター研究
報告, 55, 29-34 (2010)45

平成23年度 [2011] №56
宮崎県工業技術センター・宮崎県食品開発センター研究報告

疎水性液体中において起泡力および泡安定度に寄与する
界面活性剤の探索
田中

智博＊１・大津美沙＊２・清水正高＊３・黒木泰至＊１

Search of surfactants contributing to bubble-generating and foam stability in a hydrophobic liquid

Tomohiro TANAKA, Misa OHTSU, Masataka SHIMIZU and Hiroyuki KUROKISPG膜 (シラス多孔質ガラス膜) を用いたナノ／マイクロバブル生成技術を, 高分子系多孔質材の調製に利用するため, 疎水性液体中において比較的起泡力が高いとされる13種類の界面活性剤を大豆油に添加したものについて, 起泡力試験および泡安定度試験を実施した. その結果, 一部の界面活性剤については起泡力を確認することができたが, 泡安定度は良好でないことが確認できた. また, 大豆油において比較的高い起
泡力および泡安定度が確認された界面活性剤を炭化水素系の疎水性液体に添加したものについても同様に試験したが, 起泡力および泡安定度とも確認できなかった.
キーワード：疎水性液体, 界面活性剤, 起泡力, 泡安定度, SPG膜
１

はじめに

SPG膜を用いて気体を吹き込む方法により, 界面SPG膜を用いたナノ／マイクロバブル生成技術
は, 均一な孔径を有するSPG膜に気体を透過させ活性剤の起泡力および泡安定度を評価したので報告する.

て液体に吹き込むことで単分散の微細気泡を生成する技術１)であり, 気泡の微細化により液中滞留時間２や液体中へのガス溶解速度の向上が図られる. この

２−１

実験方法
使用した界面活性剤および疎水性液体

特長を生かして, 高い酸素濃度が求められる微生物

今回供試した界面活性剤は表１にある13種類で,や細胞の培養等のバイオテクノロジー分野, オゾン

疎水性液体は, 比較的粘度が高く, 良好な泡安定度

バブルによる排水処理等の環境浄化分野等の研究がが期待できる大豆油 (和光純薬工業㈱) を使用した.

２)３), 多孔質材の調製等の ｢ものづさらに, 良好な結果が得られた界面活性剤について

くり｣ への応用に関しては, ほとんど研究が行われは, 炭化水素系の疎水性液体である灯油, 軽油, n-ていない.

ヘキサン (和光純薬工業㈱), 流動パラフィン (和行われているがまた, SPG膜によるナノ／マイクロバブル生成

光純薬工業㈱) およびスチレンモノマー (和光純薬

技術を多孔質材調製に利用するには, 高い気泡濃度

工業㈱) を用いて同様の実験を行った.

と原材料が硬化するまでの気泡の安定性が必要であ２−２ることから, 気泡の発生と安定性に寄与する界面活性剤を探索することが必要である.

界面活性剤を添加した疎水性液体の起泡力
および泡安定度試験

起泡力および泡安定度試験 (以下 ｢起泡力等試験｣

そこで本報では, 多孔質材の原材料として疎水系という.) は, JIS K2518 (石油製品−潤滑油−泡樹脂材料を想定し, 疎水性液体中で比較的起泡力が立ち試験方法) を参考とし, 図１の装置を用い, 特高いとされる界面活性剤を溶解した疎水性液体にに断りのない限り室温にて行った.
容量１Lのメスシリンダー (ポリプロピレン製.

＊１
＊２
＊３

材料開発部
元 財団法人宮崎県産業支援財団
材料開発部 (現 企画・デザイン部)

以下同じ.) に, 界面活性剤濃度を5 wt％に調製した大豆油300 mlを入れ, 先端に孔径20 μmのSPG
47

疎水性液体中において起泡力および泡安定度に寄与する界面活性剤の探索

ける泡安定度が比較的良好であった界面活性剤につ名称

組成

アデカソール CO

ヤシ油脂肪酸ジエタノールアミド

アデカソール COA

製造者

いては, さらに30分経過後および60分経過後における泡安定度を確認し, その中から起泡力および泡安㈱ＡＤＥＫＡ

定度が比較的良好な結果が得られた界面活性剤１種

アデカエコロイヤル
MSA-2000

不明

TGI-20

トリイソステアリン酸
ポリオキシエチレン(20)
グリセリル

OTP-75

スルホコハク酸ジ(2-エチルヘキシル)
ナトリウム

ECTD-3NEX

ポリオキシエチレン
トリデシルエーテル
酢酸ナトリウム

HCO-40ポリオキシエチレン
硬化ヒマシ油HCO-60ポリオキシエチレン
硬化ヒマシ油と変え, 空気を100 ml/minで２分間バブリングし

ER-290ショ糖エルカ酸エステル 三菱化学フーズ㈱た場合の起泡力等試験 (界面活性剤濃度および温度類を選び, 条件を変えての起泡力および泡安定度を確認するため, 以下の試験を追加して行った.
①容量２Lのメスシリンダーに, 界面活性剤濃度を5 wt％に調整した大豆油を400 ml入れ, 空気のバ
ブリング量を700 ml (100 ml/min×7分間) に増加させた場合の起泡力等試験 (バブリング量増加に
日光ケミカルズ㈱よる起泡力等試験)②容量１Lのメスシリンダーに, 界面活性剤の濃度を1 wt％, 5 wt％, 10 wt％とした大豆油300 mlを入れ, それぞれの温度を室温 (約20 C), 50 C, 70℃

SAMPLE A

不明

SAMPLE B不明

SAMPLE C不明

SAMPLE D

不明の違いによる起泡力等試験)
太陽化学㈱③容量１Lのメスシリンダーに, 界面活性剤の濃度を5 wt％に調整した疎水性液体の灯油, 軽油, nヘキサン, 流動パラフィンおよびスチレンモノマー
を300 ml入れ, 空気を100 ml/minで２分間バブリ
ングした場合の起泡力等試験 (疎水性液体の種類の違いによる起泡力等試験)
３

結果および考察３−１

13 種類の界面活性剤の起泡力等試験

表１に示した界面活性剤のうち太陽化学㈱製のSAMPLE A, SAMPLE CおよびSAMPLE Dについては, 大豆油に溶解後, 大豆油が室温で固化したことから, 起泡力等試験は行わなかった.

膜を装着したガス導入管を挿入した. エアポンプの流量を100 ml/minに設定し, SPG膜を介して空気を２分間バブリングし, 生成した気泡及び泡沫部分を含む全体積から液体部分の体積を引いた値 (以下｢泡の体積｣ という.) を10 ml単位で読み取り, その値を起泡力として評価した.
さらに, バブリング終了10分後に再度10 ml単位
で泡の体積を読み取り, 泡安定度として評価した.
試験は各３回ずつ行い, それらの平均値で評価した.
上記の試験の結果, 起泡力および10分経過後にお48

疎水性液体中において起泡力および泡安定度に寄与する界面活性剤の探索

残りの10種類の界面活性剤について起泡力等試験を行い, 得られた結果を図２に示す.

これら３種類の界面活性剤のうち, ER-290の組
成はショ糖エルカ酸エステルであることが分かって10種類の界面活性剤のうち, アデカエコロイヤル

いるが, MSA-2000およびSAMPLE Bは具体的なMSA-2000, ER-290およびSAMPLE Bの３種類に組成が不明であるため, 組成と起泡力および泡安定

ついては, 他の界面活性剤と比較して起泡力および度との関係については確認することができなかった.

泡安定度の双方とも確認できた.

そこで, 以後の試験については, 最も起泡力が高

通常, 界面活性剤の溶解した水を連続相とし,く, 組成が判明しているER-290を使用し, バブリ

空気のバブリングにより気泡を発生させると, 分散

ング量, 界面活性剤濃度, 液体の温度および種類を相となる気泡中の界面活性剤の分子配向は水側に親変えて, 起泡力等試験を行った.

水基, ガス側に疎水基となる. 今回, 界面活性剤の３−３

溶解した油に空気をバブリングして気泡を発生させる方法による起泡力等試験において, 試験に供した

バブリング量増加による起泡力等試験

バブリング空気量を700 mlに増やした条件での起泡力等試験の結果を図４に示す.

界面活性剤で起泡力および泡安定度ともに良好でないものが多かった理由としては, 連続相となる油と分散相の空気がともに疎水性であり, 気泡表面での界面活性剤の分子配向が不安定となったことが一因と考えられる.
３−２

泡安定度が比較的良好であった3種類の界面活性剤の起泡力等試験

起泡力および泡安定度が確認されたアデカエコロ
イヤルMSA-2000, ER-290およびSAMPLE Bの３種類については, 起泡力及び10分経過後の泡安定度のほかに, 起泡直後からどれだけ泡の安定状態が継続するかを確認するために, 30分経過後および60分

バブリング量を増やすことで相対的に泡の体積が経過後の泡安定度についても評価を行った. その結

増加したことから, 30分経過時点においても泡が存果を図３に示す.

在していたが, 60分経過後は既に泡は消失していた.
従って, バブリング量増加による泡安定度の確保は困難であると思われた.
３−４

界面活性剤濃度および溶媒温度の違いによる起泡力等試験

界面活性剤濃度および界面活性剤を添加した溶媒の温度を変えた条件下において行った起泡力等試験の結果を図５に示す.
通常, 油中の界面活性剤は臨界ミセル濃度以上では逆ミセルを形成すると考えられるが, ER-290の濃度が1 wt％の場合は, 5 wt％および10 wt％の場
合よりも起泡力および泡安定度がともに低いことか
ら, 濃度が1 wt％では臨界ミセル濃度に達していなかったために, 発生した気泡量が少なくなったと
ER-290は起泡力および10分経過後の泡安定度が高く､ 60分経過後の泡安定度が最も高かったのは
SAMPLE Bであった.

推察された.
一方, 温度を変化させた場合の起泡力及び泡安定度とも室温の場合が最も高く, 50℃および70℃では49疎水性液体中において起泡力および泡安定度に寄与する界面活性剤の探索度に優れた界面活性剤の探索を実施した.
本報においては, その端緒として, 大豆油その他の疎水性液体を, 多孔質体を構成する連続相とみなして, 空隙となる分散相として空気を用い, 疎水性液体に添加した界面活性剤の起泡力等試験を実施し,以下の知見を得ることができた.
１) 大豆油中で起泡力が確認された界面活性剤は存在したが, 泡安定度は良好でなかった. また, 液温が上昇するに従い, 起泡力および泡安定度が悪くなった.
２) 界面活性剤を炭化水素系の疎水性液体に添加した場合, 起泡力及び泡安定度は確認されなかった.
以上により, SPG膜によるナノ／マイクロバブ

起泡力はほとんどなく, 泡安定度はなかった｡
これは, 温度が高くなると臨界ミセル濃度が増大４)する傾向があることから , この現象により気泡がル生成技術を用いて, 疎水性の原材料を用いた多孔質体の調製可能性は低いことが確認できた.

生成されなかったと推察された.
３−５

今後は, 親水性の原材料で多孔質体を調製するこ

溶媒の種類の違いによる起泡力等試験とを目指して, 最適な界面活性剤の選抜試験を行う.

さらに, ER-290を添加する疎水性液体の種類を５変えて行った起泡力等試験の結果を表２に示す.

参考文献

１) 久木崎雅人, 中島忠夫：宮崎県工業技術センター・
食品開発センター研究報告, 48, 13-16 (2003)
泡の体積(ml) バブリング

終了直後

バブリング
終了10分後バブリング
終了30分後バブリング
終了60分後

大豆油

203

133

0

0

灯油

0

0

0

0

３) 久木崎雅人, 鳥越清, 和田翼, 大榮薫, 大島達

溶媒の種類

２) 奥村大成, 小島秀藏, 田原直樹：日揮ジャーナル, 1-1, 1-6 (2011)

軽油

0

0

0

0

也, 馬場由成：宮崎県工業技術センター・食品開

ヘキサン

0

0

0

0

発センター研究報告, 52, 17-19 (2007)

流動パラフィン

0

0

0

0

スチレンモノマー

0

0

0

0

４) 吉田時行, 遠藤新一, 大垣忠義, 山中樹好共編：
新版界面活性剤ハンドブック,

その結果, 大豆油以外は起泡しなかった. これは,大豆油以外は粘度が低いことが泡安定度の低下に作５)用し, それが起泡力に影響している可能性があること (大豆油の粘度が64 mPa･s (20℃)に対して, 灯油2.4 mPa･s (20℃), スチレンモノマー0.69
mPa･s (25℃)等), ER-290のHLB値が約２と低いために, 特に炭化水素系の疎水性液体では, 界面活性剤そのものの消泡作用により気泡が安定しなかったことが原因と推察された６).
４

まとめ
今回, SPG膜を用いたナノ／マイクロバブル生

成技術を利用した多孔質材調製等の ｢ものづくり｣に関する技術の開発を目指し, 起泡力および泡安定50

工学図書, 137

(1987)
５) 吉田時行, 遠藤新一, 大垣忠義, 山中樹好共編：
新版界面活性剤ハンドブック,

工学図書, 159

(1987)
６) 近藤正敏, 田嶋和夫共著：界面化学, 丸善,
161 (2001)

平成23年度 [2011] №56
宮崎県工業技術センター・宮崎県食品開発センター研究報告

廃油の微生物分解に関する研究＊
下池正彦＊１・小玉誠＊１・落合克紀＊１・久木雅人＊１

Study on the Biodegradation of Waste Oil

Masahiko SHIMOIKE, Makoto KODAMA, Katsunori OCHIAI and Masato KUKIZAKI

食料品製造事業所や飲食店などに設置されているグリストラップに蓄積する廃油の処理を目的として, 微生物分解法による廃油処理装置 (有効容量 120 L) を試作し, 植物油脂ならびに飲食店廃油の分解実証試験を実施した. その結果, 処理基材に対して約 9 wt%の油脂に相当する飲食店廃油を２週間でほぼ完全に分解することができた. また, 試験期間中の微生物叢の推移をPCR-DGGE (変性剤濃度勾配ゲル電気泳動) 法により解析した結果, 微生物叢に大きな変化は見られなかった.
キーワード：グリストラップ, 廃油, 微生物分解, PCR-DGGE

１

はじめに

処理に頼らざるを得ず, 処理費用の負担が課題となっ当県には豊富な農畜水産資源を生かした食料品製ている. 本研究では, 微生物分解処理に着目し, 廃造事業所や飲食店が数多く存在する. これらの事業

油を発生現場で適正かつ効率的に処理するための研所から発生する排水は油脂を多く含む傾向にあり,

究開発を行った. 前報３)では 200 mL の小規模な実自然環境への配慮ならびに浄化槽・下水配管設備の験系において廃油の処理条件に関する検討を行って機能維持の観点から排水中の油脂を分離・貯留するおり, 本報では, その結果をもとに試作した有効容ためのグリストラップの設置が必要となる. グリス

量 120 L の処理装置における植物油脂ならびに飲トラップは排水の流れを減速し, 水と油の比重差に

食店廃油の分解実証試験について報告する.

よって油を浮上分離する設備であり, 油脂に富む汚泥 (以下, 廃油と称す.) が日々蓄積する. この蓄

２

実験方法

積した廃油はグリストラップの機能低下を引き起こ

２−１

処理装置

すとともに, 悪臭や害虫の発生源となるため, 設置

実験に使用した処理装置の外観を図１ (a) に示す.

者はこれを定期的に回収し産業廃棄物として適正に有効容量は120 Lで, 金属製のドラムをモーターで回処理しなければならない.

転させることにより, 小規模の動力でのかくはんを実

近年, 蓄積する廃油を処理する目的でグリストラッ

現し, 従来の同規模のコンポスト装置と比較して低プへのオゾン曝気や油脂分解微生物と曝気を組み合コスト化を図った. 処理槽の内壁には4枚のかくはん

わせた処理等が試みられている. しかし, 曝気によ羽が設置されており (図１(b)), ドラムが傾斜した

るかくはん作用によって油の浮上分離が阻害され油状態で回転させることにより槽内のかくはんを行うこ

脂が流出するとの理由から, 一部自治体ではこれらとができる. 処理槽の底部には通気用の配管が設置

１,２)の処理を行わないよう指導している.

されており, 油脂の好気性分解に必要な空気がブロ

このように, グリストラップで発生する廃油は発アーから供給される. また, 処理槽の投入口にはパン

生現場で処理することが難しいため, 焼却等の委託

チング板２枚で構成された上蓋 (図１(c)) を取り付けることができ, パンチング板の間には必要に応じて＊＊１

廃油のコンポスト化における処理条件の検討 (第２報)
資源環境部

断熱材や脱臭剤等を挟み込むことができる.

51廃油の微生物分解に関する研究(県内農家より購入) を１週間ごとに投入した. かくはんは１日２分間とし, かくはんと同時に水を加え含水率が 50〜60%の範囲になるように調整した.
通気は 4 L/minで連続的に行い, 1 kWのハロゲンランプによる加温条件下で試験を実施した. 定期的にサンプリングを行い, ヘキサン抽出法による油脂含量の測定を行うとともに, PCR-DGGE法による微生物叢の解析を行った. なお, 油脂含量は処理基材がオガクズ, 水分, 油脂 (ヘキサン抽出物) の３
成分からなると仮定し, オガクズの単位乾燥重量あたりの油脂量として算定した. また, 油脂分解率は
油脂含量の減少量から算出した. 油脂分解の評価は,
前報３)では１週間を基準としたが, 本報では油脂がほぼ完全に分解するのに約２週間を要したため, この期間で評価した.
２−４

飲食店廃油の分解実証試験

飲食店のグリストラップに蓄積した廃油を用いて分解試験を行った. 使用した廃油は油脂 74%, 水
分26%であり, 5 kg の廃油 (約 9 wt%の油脂に相当) を２週間ごとに投入した. その他の条件は植物
油脂の分解試験と同じであった.
２−２処理基材の調製

県内の油脂製造工場の土壌を植物油脂含有液体培
地 で 集 積 培 養 す る こ と に よ り 得 ら れ た Bacillus

３

結果および考察３−１

処理基材中の微生物叢の推移

licheniformis を優占種とする培養液を初期微生物

処理基材の調製におけるPCR-DGGEプロファイ

源として使用した. この培養液をオガクズと等量混

ルを図２に示す. 液体集積培養で得られた培養液を合し, 白絞油 (日清オイリオグループ㈱, 大豆−な

オガクズと混合した直後に見られるバンドAは培養

たね調合油) および栄養成分としてニュートリエン

液中の優占種である Bacillus licheniformis に対応

トブロス (Difco社) を加え, 50℃の恒温器内で馴するものであり, その他, オガクズに由来する微生化のための培養を行った. 馴化後のオガクズ 10 L

物のバンドが確認された. これを, まず, 恒温器にを未処理のオガクズ 110 Lと混合し, 含水率を約よる培養を行ったところ, 14日目以降においてバン

50%に調整したものを処理装置に投入した. そして,ドAは確認されなくなった. いわゆる油脂分解微生

1 kWのハロゲンランプによる加温のもと, 白絞油およ物としての効果を期待して培養液をオガクズに加えびニュートリエントブロスを加え微生物の増殖を促したが, 培養液中の優占種はオガクズ中で優占種となた. 最終的な処理基材の重量は約 40 kgであった.

らなかった. それ以降, 培養の進行とともに出現す

処理基材の調製における微生物叢の推移を確認するたるバンドの数が減少しており, 油脂を含むオガクズ

め, 定期的にサンプリングを行い, 16S rRNA遺伝子

中で生存可能な微生物が集積されたものと考えられを対象とするPCR-DGGE解析を行った.

る. 次に, 恒温器における馴化後のオガクズを未処

２−３

理のオガクズと混合し, 処理装置によって培養を継植物油脂の分解実証試験

植物油脂として白絞油を用いて分解試験を行った.

続した. これにより微生物叢はさらに大きく変化し処理基材に対して約 5 wt%に相当する 2 kgの白絞

た. 恒温器は常に 50℃で閉鎖系に準ずる環境と考

油を２週間ごとに, 栄養成分として 400 gの米ぬかえられるのに対して, 処理装置では昇温速度が緩や52

廃油の微生物分解に関する研究かであり, 他菌の混入が起こりやすい開放系の環境である. このような環境の変化に対して, 恒温器内で優占種であった微生物は順応できなかったものと考えられる. 以上のことから, 特定の微生物を長期的に優占種として維持する油脂分解用処理基材を調製するためには, 純粋培養や最適条件による培養などの一般的な微生物学的手法を用いることよりも,実際の処理環境に酷似した条件において長期的に培養することが重要であると考えられた. 液体集積培
養で得られた微生物を活用した処理基材を調製することはできなかったが, 結果的に, 処理装置において構築された微生物叢が, 実際の処理環境に順応した油脂分解に関与する微生物からなると考え, この処理基材を用いて以後の試験を行った.

温度は 40℃程度までしか上昇せず, 微生物活動に伴う熱の発生は植物油脂の資化によるところが大きいと推察される.
次に, 処理槽内の油脂分解率の経時変化を図４に示す. 処理基材に白絞油を 2 kg 投入し, 分解試験を開始すると, 徐々に油脂が分解された. ２回の投入ともに14日後には投入前の油脂含量に戻ることから, 本装置は, 処理基材に対して約 5 wt% の油脂添加のときに, 約２週間で分解可能であった.
図５に植物油脂の分解におけるPCR-DGGEプロ

３−２

植物油脂の分解

植物油脂の分解における処理槽中心部の温度変化を図３に示す. 初日および14日目に白絞油と米ぬかを投入したところ, 温度は速やかに上昇し, 24時間
後には約 60℃に達した. その後, 定期的に見られる急激な温度低下は, 温度センサを処理槽から抜いたことと, かくはんを行ったことの双方に起因する.
７日目および21日目に米ぬかのみを投入したところ
53

廃油の微生物分解に関する研究

ファイルを示す. 時間経過とともに消滅, 出現する
バンドも一部見られるが, ４週間の分解試験を通して微生物叢に大きな変化は見られなかった. このような安定した微生物叢の推移が, ２回の油脂の投入において安定した油脂分解を実現できた理由であると考えられる.

砕する機構を付属することで更なる分解率の向上が期待できる.
次に, 処理槽内の油脂分解率の経時変化を図７に示す. 植物油脂と同様, 廃油を投入した場合も油脂
分解率は徐々に減少した. １回目の投入では, 14日
後の油脂分解率は投入した廃油の約 80% の分解にとどまったが, ２回目は投入量に相当する廃油が完全に分解され, 蓄積量の増加は見られなかった. 実
験に使用した廃油は流動性がなく, 植物油脂に比べ３−３

飲食店廃油の分解

飲食店廃油の分解における処理槽中心部の温度変化を図６に示す. 実験に使用した廃油はグリストラッ
プに約２か月蓄積したものであり, 流動性がほとん
どない状態であった. そのため, 廃油を処理槽に投入してかくはんを行っても均一に分散せず, オガク
ズを巻き込んで塊状となる廃油が複数存在した. 廃油投入後の温度上昇は植物油脂の場合に比べて低いが, その原因は廃油が均一に分散しなかったためと考えられる. このような塊状の廃油は時間とともに
ほぐれやすくなり, 定期的なかくはんによって最終的には槽内に分散した.
一方, 21日目以降に温度が 50℃付近まで上昇しているが, これは, ２回目の廃油投入後にかくはん
を一度しか行わず, 塊状に存在していた廃油が21日
目のかくはんによって槽内に分散したためと考えられる. 以上のことから処理装置内に塊状の廃油を破54て極めて低質なものであったが, 本試験ではほぼ完廃油の微生物分解に関する研究

全に分解することができた. 以上の結果から, 廃油

４まとめ処理については, 基材に対して約 9 wt% の油脂にグリストラップに蓄積する廃油処理を目的として,相当する廃油を２週間間隔で連続投入可能であるこ

有効容量 120 L の処理装置を試作し, 植物油脂ととが示唆された.

廃油の分解実証試験を実施し, 次のことが明らかと

植物油脂の分解とそれに引き続く廃油の分解におけるPCR-DGGEプロファイルを図８に示す. 処理

なった.
(1) 基材に対して約 5 wt% の植物油脂を添加した

装置内の微生物叢は一連の実証試験を通して大きくとき２週間で分解された.

変化することはなく, 特に多様な微生物が生存する(2) 基材に対して約 9 wt% の油脂に相当する飲食

廃油を投入した場合でも微生物叢は安定であった.

店廃油を添加したとき２週間で分解された.

DGGEプロファイルから処理基材には多くの微生(3) 実証試験を通して微生物叢の大きな変化は見ら物が存在することが確認され, 多様な微生物が共存れず, 特に多種多様な微生物が生存している廃して油脂分解が行われていると考えられる. 廃油に油を投入しても, 微生物叢はほとんど変化しな由来する外来菌の導入に対しても, この多様な微生かった.

物が集団として抵抗性を示したものと推察される.
このことから, 本処理装置において長期的に安定し５た油脂分解が可能であると示唆された. また, この

１) 堺市上下水道局

ようなDGGEプロファイルは安定した堆肥化処理
４)の過程においても確認されるものである .
以上の結果から, 試作した処理装置は廃油を安定

参考文献
http : //water.city.sakai.lg.jp/gesuidou/file/gesui̲siyou01.pdf

２) 近江八幡市下水道課

して処理することができ, グリストラップに蓄積すhttp : //www.city.omihachiman.shiga.jp/cmsfiles/

る廃油の処理を実現できる可能性が高いと考えられ

contents/0000004/4348/tirashi.pdf

る. 今後, 飲食店などに処理装置を設置して長期間

３) 落合克紀, 小玉誠, 溝添暁子, 里岡嘉宏, 久木の実証試験を行うとともに, 装置や操作法を改良し

崎雅人：宮崎県工業技術センター・食品開発セていく必要があると考えられる.

ンター研究報告, 55, 1-5 (2012)４) 春田伸, 五十嵐泰夫：環境バイオテクノロジー
学会誌, 4-1, 29-39 (2004)55

平成23年度 [2011] №56
宮崎県工業技術センター・宮崎県食品開発センター研究報告

マイクロバブルを用いた微生物培養に関する研究
久木

雅人＊１・小玉誠＊１・奥村大成＊２・田原直樹＊２・小島秀藏＊２

Study on Microbial Culture Using Microbubbles

Masato KUKIZAKI, Makoto KODAMA,
Taisei OKUMURA, Naoki TAHARA and Shuzo KOJIMA

抗体医薬品や酵素生産の分野では, 微生物や細胞を高密度で培養することにより, これらを大量に効率良く生産できる培養装置 (バイオリアクター) の開発が求められている. 本研究では, 工業技術センターが開発したシラス多孔質ガラス (SPG) 膜を用いて, 酸素を内包するマイクロバブルを培養液に供給し, 酸素溶
解速度の測定と微生物増殖の評価を行った. その結果, 従来の散気管よりも培養液に対する酸素供給や微生物増殖の速度が増大した. この結果から, SPG膜は高い酸素供給性能を必要とする高密度の微生物培養に適した散気管として利用できる可能性が高いと考えられる.
キーワード：マイクロバブル, 微生物培養, シラス多孔質ガラス膜, スパージャー, 酸素溶解速度

１

はじめに

して, マイクロバブルを培養液に発生させ, 酸素をワクチン等の抗体医薬品は主に, 鶏卵を用いて製培養液に溶解させる方法がある. マイクロバブルは造されている. 例えばインフルエンザワクチンの製径が小さいので, ガスと液との接触面積が大きく,造では, 孵化鶏卵にワクチン株を接種し, 増殖した気泡の液中滞留時間が長い特徴がある.

ウイルスを精製・不活性化して高純度のワクチンがマイクロバブルの生成法は, ガスと液に強力なせ作られ, これを安定して供給するため, 高品質の孵

ん断力を加えて気泡を生成する方法と, 細孔にガス化鶏卵を大量に準備する必要がある. しかしながら,を吹き込み, 気泡を生成する方法に大別される. 前

ひとたび, 鳥インフルエンザなどのパンデミック

者は, 液を激しくかくはんしなければ微細気泡を生(大流行) が発生すると, 雛から卵の準備までに長成できないため, 培養液のかくはんにより細胞が損期間を要するため, パンデミックに対応できなくな傷を受ける問題がある. 一方, 散気管の細孔から気る可能性が高い. このような鶏卵を用いたワクチン

泡を生成する方法では, 大きな細孔から優先的に気製造法では煩雑な手間と, 製造に長期の時間を要す

泡が生成し, 均一で微細な気泡を大量に生成するこるといった課題を抱えているのが現状である. このとは難しい. 工業技術センターでは, 均一で微細なようなパンデミックに対応できる迅速で効率的なワ細孔を有するシラス多孔質ガラス (SPG)１) を散気

クチン製造するため, 鶏卵法から細胞培養によるワ管として用いることで, サイズの揃ったマイクロバ

クチン製造法への転換が求められている. 細胞培養

ブルを生成する技術を開発した２). この技術では,法では無菌的な環境の培養槽内において, ウイルス

膜の細孔を介してガスを液相に加圧することによりが増殖できる細胞を大量に, しかも短期間で培養す

細孔径に対応したサイズのマイクロバブルを生成することが必要であり, 細胞の増殖に必要な酸素を効ることができる. また, バブルのサイズは SPG

率よく供給しなければならない. このための手段と膜の孔径を調節することでコントロールが可能である. 一方, 微生物や動物細胞の培養については, 培

＊１
＊２

資源環境部
日揮株式会社

養液への効率的な酸素溶解技術と, 細胞へのダメー
ジを極力抑制するためマイルドな条件下で微細気泡
57

マイクロバブルを用いた微生物培養に関する研究を生成する技術の双方が求められており, 本技術は相への酸素溶解速度を示す値であり, 培養槽設計に細胞培養や微生物培養に極めて適した気泡生成法でおいて通気かくはん効果を定量的に評価するためにあると予想される.

用いられている. また, 比較のために, 一般的な散本研究では, 抗体医薬品を効率よく生産できる培気管として用いられているオリフィススパージャー

養装置 (バイオリアクター) の開発を目的として,(図２(b)) の K L a を比較対象として測定した. 培

SPG 膜を用いたマイクロバブル生成技術を微生物養液に溶解した酸素濃度は溶存酸素濃度計を用いての培養に適用するための基礎的な検討を行った. す

経時的に計測し, K L a を次式により求めた.

なわち, SPG 膜を用いて酸素を内包するマイクロ
バブルを培養液に供給したときの酸素の溶解速度を測定するとともに, 大腸菌を用いて菌体増殖速度を調べ, 一般的に用いられているオリフィススパージャー

ここで C *, C ini およびC は, それぞれ飽和溶存酸の結果と比較評価したので報告する.

素濃度(mg/L), 初期溶存酸素濃度(mg/L)および
時間 t (h)における溶存酸素濃度(mg/L)である.

２

実験方法

２−１

培養液中への酸素溶解速度の測定

図１に実験装置の概念図を示す. 酵母の培養に用いる培養液 2 L に通気速度 150 mL/min の条件で,
図２(a)に示す管状SPG膜 (SPGテクノ(株)製) のモジュールに空気を供給し, マイクロバブルを生成させた. 培養液の液温は30℃一定とし, かくはんを行った. かくはんの回転数は 150〜650 rpmの範囲で変化させた.

SPG膜の平均孔径は約 1 μmで,膜の内側から外側にマイクロバブルを生成させた.
培養液は一般に用いられている酵母用の液体培地を用いた.
培養液中への酸素供給の性能評価の指標として総括酸素移動容量係数( K L a )を用いた. K L a は, 液

２−２

培養液中の菌体増殖速度の測定

マイクロバブルの微生物培養への適用性を評価するため, SPG 膜を用いたマイクロバブル生成法と,一般に用いられているオリフィススパージャーを用いたバブル生成法による培養の比較試験を行った.
実験では大腸菌( Escherichia coli. )を用いて, 2 Lの培養液に通気速度 150 mL/min の条件でバブルを生成し, このときの菌体増殖速度を求めた. 培養
液の液温は30℃で, かくはんの回転数は 350 rpm
58マイクロバブルを用いた微生物培養に関する研究一定とし, 菌体濃度を濁度法 (波長 600 nm) によ

示す. SPG膜を用いた場合は, 増殖速度および菌り求めた. なお, 大腸菌を選択した理由は, 大腸菌

体の最終到達濃度のいずれもオリフィススパージャー

が溶存酸素濃度に依存して菌体の増殖量が変化するを用いたときより高い値が得られた. なお, SPG

通性嫌気性菌であるためである.

膜から生成したマイクロバブルによる大腸菌の増殖阻害は認められなかった.

３

結果および考察３−１

培養液中への酸素溶解速度の評価

図３に, SPG 膜およびオリフィススパージャーを用いたときの総括酸素移動容量係数の測定結果を示す. 図からSPG 膜を用いた酸素供給性能は, 培
養液のかくはん回転数にかかわらず, オリフィスス
パージャーを用いた場合より優れることがわかった.
また, かくはん回転数が小さいほど, オリフィスス
パージャーとSPG 膜の酸素供給速度の差が増大し,
SPG膜の方が最大で約10倍高い値となった. この
結果はバブルのサイズを反映したものと考えられる.
すなわち, SPG膜からはマイクロバブルが生成するのに対して, オリフィススパージャーでは粗大な気泡が発生するため, 前者の方が気/液界面積が増大し, 酸素溶解速度が高くなると推察される.

４

まとめ細胞培養法による抗体医薬品等の製造装置を開発することを目的に, SPG膜により生成したマイク
ロバブルを用いて培養液中への酸素供給能や菌体の増殖速度を評価し, 一般に用いられているオリフィ
ススパージャーを用いた場合と比較した. その結果,
SPG膜を用いたとき微生物に損傷を与えない低か
くはんの条件下で, 高い酸素供給能と菌体増殖能の双方を有することを明らかにした. 本研究の結果から, SPG膜は微生物を高密度で培養できる散気管と考えられた. 今後, 動物細胞を用いた試験を行い,装置開発に取り組む予定である.
５

参考文献

１) M. Kukizaki, J. Membr. Sci., 360, 426-435３−２

培養液中の菌体増殖速度の評価

マイクロバブルを用いた微生物培養の適用可能性を検討するため, 大腸菌の増殖速度を測定した. 図(2010)
２) M. Kukizaki et al., Colloids and Surfaces A ,296, 174−181 (2007)

４に SPG膜およびオリフィススパージャーを用いたときの大腸菌培養における菌体濃度の経時変化を
59

平成23年度 [2011] №56
宮崎県工業技術センター・宮崎県食品開発センター研究報告

米粉パンの膨らみに及ぼすグルテン添加量の影響とグルテンフリー米粉パンの試作＊高橋克嘉＊１・柚木崎

千鶴子＊１

Effects of Gluten Addition on Secific Volume of Rice Breadand Trial Manufacture of Gluten-Free Rice Bread

Katsuyoshi TAKAHASHI and Chizuko YUKIZAKI

米粉の利用普及拡大に向け, 製パン時の最適なグルテン添加量について検討を行った. ２種のグルテンについて最適な添加量を求めたところ, 両方ともグルテンのタンパク質の量が米粉ミックス全体の11％となる量である可能性が示唆された. また, グルテンを用いないグルテンフリー製パンについても検討を行った.
パンの膨らみは加水量により変化し, 80％の加水量が最も膨らみが良くなった. また, 製パン性の向上を目
指し, 増粘剤の添加についても検討を行った. 増粘剤の添加により比容積は増加したが, パン内層の上部に空隙が発生した. ただ, 一部増粘剤を添加したものは, その気泡が細かく, 壁が薄くなっており, パンの内層を改善する効果があると期待された.
キーワード：米粉, 米粉パン, グルテン, グルテンフリー
１

はじめにグルテンを使用し, 適正なグルテン添加量について

現在, 食糧自給率の向上や, 水田利用率増加を目検討を行ったので報告する.

的として, 炊飯以外の米利用が広く求められている.

また, グルテンは小麦タンパク質であるため, グ

炊飯以外への米利用としては, 米を ｢米粉｣ に加工ルテンを配合した米粉パンは, 米粉がメインでありし利用する研究が広く行われている. 米粉利用法のながらも小麦アレルギーの人は食することができな一つとして ｢米粉パン｣ がある. 米粉パンに関して

い. このため, グルテンを用いずに製パンを行う技

様々な研究が行われており, その品質や膨らみは使術の開発が重要となっている. そこで, グルテンを用する米粉の特性により大きく変化することが分かっ

用いないグルテンフリー米粉パンについても検討をてきている. そして米粉の特性は, 原料である米の行ったので報告する.

品種や, 製粉方法等により異なる. 当センターでは,
通常は乾式で使用される衝撃式粉砕機でも, 水分調

２

整して粉砕することにより, 製パンに適した米粉が

２−１

１)

製造可能であることを見いだしている .

実験方法
試験試料

グルテン添加試験に用いた米粉は, 平成23年度宮米粉でパンを製造する場合, 米粉には小麦粉と違っ

崎県産米をミヤベイ直販(株)にて気流式粉砕した米てグルテンが存在しないため, 同じ製法では小麦粉

粉 (水分12.55％, 平均粒径48.3 μm, 損傷澱粉率と同様のパンを製造することが難しい. そこで, 大4.2％) を使用した. グルテンは, シトギグルテン

部分の米粉パンは小麦から抽出されたグルテンを添

ミックス ((株)丸菱製) (以下, グルテンA) およ

加して製パンが行われている. 本研究では, ２種のび小麦グルテン (日本製粉(株)製) (以下, グルテンB) を使用した.

＊＊１

県産米粉の加工適性向上に関する研究 (第３報)
食品開発部

グルテンフリー製パンに用いた米粉は, 平成23年度宮崎県産米を当センターにて湿式粉砕 (20分吸水
61

米粉パンの膨らみに及ぼすグルテン添加量の影響とグルテンフリー米粉パンの試作

後60分静置した米を, 衝撃式粉砕機を用いて0.2mm

るようヘラで成形した. 35℃, RH80%に設定したスクリーンで粉砕) した米粉 (水分12.75％, 平均

ホイロ (北沢産業(株)製, BPB-12) で65分発酵を

粒径91 μm, 損傷澱粉率2.2％) を使用した. 増粘行い, デッキ式オーブン ((株)ワールド精機製,剤としては, グアガム (伊那食品工業(株)製, GR-

FE-21DT) で200℃, 25分焼成した.

10), タラガム (伊那食品工業(株)製, タラガムA),
ローカストビーンガム (伊那食品工業(株)製, L-15),
原料
米粉ミックス
米粉 (水分 13%換算)
増粘剤
食塩
砂糖
ドライイースト
菜種油
水

キサンタンガム (伊那食品工業(株)製, V-10K),
カラギナン (伊那食品工業(株)製, E-150), ペク
チン (伊那食品工業(株)製, JP-12) を使用した.
２−２

製パン試験

グルテンを添加する米粉パンは, 表１に示す原料及び配合により, 直捏生地法２)にて試作した. 油脂を除く原料をミキサー ((株)愛工舎製作所製, KM-

ベーカーズ％
100(100〜99)
(0〜1)
1.8
6
1.5
6
75〜100800) を用いて１速３分, ２速２分のミキシング後,油脂を添加し１速３分, ２速２〜３分ミキシングし

２−３

各種物性測定試験

た. 生地は420 gに分割し, 10分間ベンチタイムをタンパク質含量はケルダール分析装置 (スーパー取った. 約1 cmの厚さに麺棒でのばした後, ワン

ケル1500, ACTAC製) で測定し, タンパク換算係

ローフ型に整形して, パン型 (スルトン加工１斤型,

数5.95を用いて換算した.

内寸L180×W80×H90 mm) に詰め, 38℃, RH80

パン容積は, 一定容器内にパンを静置し, 空隙を%に設定したホイロ (北沢産業(株)製, BPB-12)

菜種で充填することで容器内に占めるパンの体積をで60分発酵を行った後, 電気オーブン ((株)ワール

計算する方法 (菜種置換法) で測定し, 比容積 (パド精機製, FE-21DT) で20分焼成した (上火205℃,

ン容積(mL) /パン重量(g)) を算出した. パン硬下火200℃).

度は, 厚さ２cmにスライスし, クラムの中央部を４×４cmにカットした試料をレオメーター((株)サン科学製, CR-200DS) の試料台に設置し, 直径
原料
米粉ミックス
米粉 (水分 13%換算)
グルテン
食塩
砂糖
ドライイースト
脱脂粉乳
ショートニングバター
水ベーカーズ％
100(85〜80)(15〜20)
1.8
6
1.5
5
3
3
74

２cmの円盤形プランジャーを圧縮速度2.0 mm/sで作動させ, 試料厚みに対する圧縮率が25%の時点の応力とした. パンの観察は, デジタルカメラによる撮影及び走査型電子顕微鏡 ((株)日立製作所製, S510) を用いて, 加速電圧15 kV, 倍率500倍で観察を行った.
３

結果および考察３−１

グルテンによる製パン性の違い

グルテンフリーの米粉パンは, 表２に示す原料及試験に用いた２種のグルテンの水分量は, グルテび配合により試作した. 水, 食塩, 砂糖及び増粘剤

ンAが7.83％, 日本製粉のグルテンBが7.65％であっをミキサー ((株)愛工舎製作所製, KM-800) を用た. タンパク質含量は, グルテンAが59.5％, グル

いて２速２分ミキシングした後, 米粉及びドライイー

テンBが65.3％であった (水分13％換算). グルテン

ストを添加して１速２分ミキシングした. さらに菜Aは麦芽糖を配合しているのでタンパク質含量が低

種油を添加して１速２分, ２速２分ミキシングした.

い結果になっていると思われる. グルテンAを, グ

生地は450 gをパン型 (スルトン加工１斤型, 内寸

ルテンBと同じタンパク量で配合しようとした場合,

L180×W80×H90 mm) に入れ, 表面が平らにな

１％以上多く配合する必要がある.

62

米粉パンの膨らみに及ぼすグルテン添加量の影響とグルテンフリー米粉パンの試作

グルテン量
(％)
15
16
17
18
19
20

比容積
(mL/g)
2.66
3.02
3.08
3.19
3.25
3.21

硬度
(kPa)
3.0
2.2
2.1
1.9
1.6
1.7

パン高さ
(cm)
9.5
10.5
10.9
11.3
11.7
11.7

グルテン量
(％)
15
16
17
18
19
20

比容積
(mL/g)
2.82
2.93
3.05
3.11
3.05
3.06

硬度
(kPa)
2.8
2.2
1.9
2.4
1.9
2.2

パン高さ
(cm)
10.4
10.5
11.1
11.2
11.6
11.5

以前, 当センターの福山ら３)は乾式製粉の米粉をンの形状を見ると, 18％からわずかにケービング用いた場合の米粉パンにはグルテン添加量22％が最(パンの腰折れ) が発生し, 19, 20％と, くぼみがさ適であると報告している. これは, 米粉100に対しらに大きくなった. 総合的に判断すると, 18〜19％ての添加割合であり, 米粉とグルテンをミックスしが膨らみも良くケービングも少ない配合割合である

た米粉ミックスを100としたときのグルテン配合割と考えられた.

４)

合としては約18％となる. また, 谷ら は, 15, 20,

グルテンBの場合, 15％配合でもある程度の膨らみ

30％のグルテン配合割合では20％が最も良好であるがあった (表４). これは, グルテンAと比べタンパと報告している. このことから, グルテン配合割合

ク質含量が高く, 同じ配合割合でも米粉ミックス中を15〜20％と変化させ, 最適な配合割合を検討した.

のグルテン割合が高くなるためと考えられる. 比容積

グルテンAの場合, 配合割合15％が, 明らかに比は, グルテンAの場合と同様に, 添加量の増加と共に容積が小さくなった (表３). これは, 今回水分量増加する傾向が見られた. しかし, グルテンAの場合13％換算でグルテン量を決定したため, 水分を計算

よりもさらにケービングが激しく, 19, 20％では逆にせずに添加する場合と比べグルテン量が減少 (150 g

比容積が減少する傾向が見られた. グルテンBの場合→141.6 g) し, 元々タンパク質含量の少ないグルテ

は, 配合割合は17％が良いと考えられた.

ンAではグルテンの不足が顕著に表れたためと考えら両者の最適と思われる配合割合は, グルテンAがれる. 比容積はグルテン量の増加と共に増大する傾18〜19％, グルテンBが17％となった. これは福山向が見られ, 19〜20％で最大となった. しかし, パらの報告と近い値となっている. ２種のグルテンは63

米粉パンの膨らみに及ぼすグルテン添加量の影響とグルテンフリー米粉パンの試作

タンパク質含量が違うので, 両者を米粉ミックスとクス中にグルテンタンパク質として11％となるようして配合した場合の, 米粉ミックス全体に占めるグに配合するのが製パンに最も適しているのではない

ルテンのタンパク質含量という点から比較を行った.

かと考えられた. グルテンが少ないと, うまくグル

それぞれのグルテンの最適配合割合 (18〜19％(A),テンによる膜を形成しきれずに膨らまず, 逆にグル17％(B)) で比較すると, 両者ともに米粉ミックス

テンが多すぎると構造を支える澱粉が足りず, 一時中に占めるグルテンのタンパク質含量は約11％とい的に膨らむが構造を支えきれずにケービングが発生

う結果になった (表５). このことから, 米粉ミッすると考えられる.

タンパク量含量 (％)
9.8
10.5
グルテン A
16.5
17.6
15.0
16.0
グルテン B※米粉ミックスを 100 とした場合の割合 (％)

加水量
(%)
75

比容積
(mL/g)
2.04

パン硬度
(kPa)
5.68

80

2.44

85

11.1
18.7
17.0

11.8
19.8
18.0

12.4
20.9
19.0

13
21.9
20.0

く, パンの硬度も一番小さい結果となった (表６).
パン高さ

断面から気泡の状態を観察したところ, 80％は小さ

5.7

な気泡が均一に存在していたのに対し, 加水量の多

2.34

6.7

いものは壁の厚い大きな気泡で構成されていた (図

2.12

2.77

6.3

90

1.84

3.95

5.7

100

1.47

13.50

3.5

３−２

加水量による製パン性の違い

２). これは水の増加により生地の粘性が低下し,焼成時の急激な膨張に対して気泡を保持することが出来ず, 気泡が壊れて大きな空隙となったためと考えられた. また, 中央部が凹んだのは, 壁面が比較

グルテンフリーの米粉パン試作に当たって, まず
最適な加水量について検討を行った. 加水量は75〜100％と変化させた. 発酵時の生地の様子を観察す
ると, 加水量が75〜90％と増加するにつれ, 生地の膨張は増加する傾向が見られた. 100％のものは,発生するガスが生地上面から大きく抜け出ている様子が観察され, 発酵による膨らみは他と比べ大幅に小さくなった. これは生地の粘性が低く, 発酵により発生する気泡を保持できていないためと考えられた. 焼成を行うと, 75％, 80％のものはわずかに縮小しつつもその形状が保持されたが, 85％, 90％のものは縮小が大きく, 中央部分が大きく凹んだ (図２). 比容積を比較すると, 加水量80％が最も大き
64

添加量
(％)
グアガム
0.5
1.0
タラガム
0.5
1.0
ローカストビーンガム
0.5
1.0
キサンタンガム
0.5
1.0
カラギナン
0.5
1.0
ペクチン
0.5
1.0
増粘剤

比容積 パン硬度 パン高さ(㎝)
(ml/g) (kPa)
2.70
1.84
8.5
2.47
1.97
7.5
2.75
1.97
8.3
2.53
1.95
7.3
2.59
2.08
7.0
2.81
1.43
8.5
2.44
1.89
7.5
2.61
1.46
8.5
1.77
8.57
5.1
1.46
16.34
4.3
2.59
2.23
6.9
2.56
1.66
7.5

米粉パンの膨らみに及ぼすグルテン添加量の影響とグルテンフリー米粉パンの試作

的早く焼成され形状が保持されたのに対し, 中央部

たが, 内層の改善が期待された.

は焼成されるまでに時間がかかり, その間ガスが抜け続けたためと考えられた. 以上から, 加水量80％

５

参考文献

が最適であると判断された.

１) 高橋克嘉, 奥西智哉, 鈴木啓太郎, 柚木崎千鶴
子, 鈴木保宏, 日本食品科学工学会誌, 58-2, 5561 (2011)２) 内田迪夫, パンの種類と製法, ｢製パンプロセ
スの科学｣ 第１版, 光琳. 13-14 (1991)
３) 福山明子, 日高照利, 十川隆博, 工藤哲三,
宮崎県工業技術センター・宮崎県食品開発センター
研究報告, 49, 89-93 (2005)４) 谷洋子, 佐藤真実, 内田千晶, 仁愛大学研究紀要, 2, 11-20 (2010)

３−３

増粘剤による製パン性の違い

増粘剤の添加試験は, 最もふくらみの良かった加
水量80％にて実施した. 添加した６種の増粘剤のうち, カラギナンのみは大幅に膨らみが低下した (表７). カラギナンを添加すると生地の硬さが大幅に増加し, その状態は加水量が少ない生地の状態に類似していた. このことから, カラギナンに水が吸着され, 生地の水が足りない状態になり膨らみが悪くなったと考えられた. その他の増粘剤は, 比
容積が増加したが, その断面を見てみると, 上部に空洞ができていた (図３). そのため, 実質的な比容積増加は少ないと判断された. ただ, グアガム,
タラガム, ペクチンを添加したものは, その気泡が細かく, 壁が薄くなっており, パンの内層を改善する効果が期待された.
４

まとめ

１) 米粉パンにおけるグルテンの最適な添加量は,グルテンのタンパク質量が米粉ミックス全体の11%となる量である可能性が示唆された.
２) 米粉のみによる製パンでは, 80％の加水量が最適であった.
３) 増粘剤の添加による膨らみの増加はわずかであっ65

平成23年度 [2011] №56
宮崎県工業技術センター・宮崎県食品開発センター研究報告

漬物の加熱殺菌条件と品質評価に及ぼす影響＊野上

麻美子＊１・柚木崎

千鶴子＊１・福山

明子＊１

Effect of the Pickles Quality by Condition of the Heat for Sterilization

Mamiko NOGAMI, Chizuko YUKIZAKI and Akiko FUKUYAMA

本研究では, 宮崎県干したくあん・漬物研究会会員企業を訪問し, 加熱殺菌時の漬物の中心部温度を確認した. また, たくあんの特徴である ｢歯切れ｣ 等について, 加熱殺菌の条件を変え, 品質評価を行った. いずれの企業も ｢漬物の衛生規範｣ で規定されている ｢65℃で10分間(中心部)｣ の加熱殺菌条件がクリアされており, 加熱殺菌による品質管理がしっかり成されていた. また, 加熱処理直後のたくあんの評価について
は, 干しおよび塩押しのいずれも未加熱のものと比較して, 評価が低くなり, 特に84℃以上, 27分以上の加熱では肉質, 香味に影響する傾向が見られた. また, 塩押しについては外見の評価も低くなった.
キーワード：たくあん, 加熱殺菌, 中心部温度, 官能評価, 細菌検査

１

はじめに

定している温度および時間に応じて殺菌を行い, 設

当県は干したくあんに代表されるように, 全国的

定時間到達後は直ちに冷却槽に入れる. 冷却後は水に漬物生産の盛んな県である. その生産性の高さを滴を落とす工程を経て製品としている.

維持・向上させていくには, 徹底した品質管理が欠２−２

かせない. 例えば, 変敗の面においては, その原因

各社加熱殺菌槽および加熱殺菌時における漬物の中心部温度測定となる微生物の繁殖をできるだけ抑える必要があり,

各漬物企業の製造ラインにおいて漬物の中心部に対策法に加熱殺菌がある

１)２). 漬物の加熱殺菌条件

無線記憶式温度計(TMI-ORION社PicoVACQ)を差

は ｢漬物の衛生規範｣ で ｢65℃で10分間(中心部),

込んだ後, 真空包装した. また, このサンプルの包またはこれと同等以上の効力を有する方法｣ と規定

装表面にも同型温度計を取付け, これを加熱殺菌槽

されている

３)４)

. そこで, 宮崎県干したくあん・漬に入れ, 冷却工程を経たサンプルから温度計を取出物研究会会員企業を訪問し, 加熱殺菌時の漬物の中

し, 温度の推移を確認した.

心部温度を確認した. また, たくあんの特徴である

２−３

加熱殺菌条件の異なるたくあんの官能評価｢歯切れ｣ 等について加熱殺菌の条件を変え品質評

２−２の結果を参考に加熱温度, 時間を変えた３価を行うとともに, 内容量が多いため中心部へ熱がつの加熱殺菌条件( ｢81℃, 24分｣, ｢84℃, 27分｣,

伝わりにくい業務用漬物についてその製造工程を追っ｢87℃, 29分｣ )を設定し, 各条件で処理したたくあて細菌検査を行った.

ん(干し・塩押し)の官能評価を行った. 評価は加熱殺菌直後と加熱殺菌から約３ヶ月(冷蔵保存)経過後

２

実験方法

２−１

漬物の加熱殺菌工程の２回行い, 外見, 香味, 肉質について３点方式(３：良い, ２：普通, １：劣る)で行った. また, 加熱処

加熱殺菌の工程を含む漬物製造においては, 味付

理約３ヶ月後については肉質の評価とＦ値 (※) とけ (調味漬) 後の漬物を包材に入れ, 真空包装を行の相関を見た. (※) Ｆ値：このＦ値は基準温度65℃,

う. その後これを加熱殺菌槽に入れ, 予め各社で設

Ｚ値＝５℃における殺菌時間を表している.

＊＊１

干したくあんの機能性と品質向上に関する研究
食品開発部

67

漬物の加熱殺菌条件と品質評価に及ぼす影響

２−４

業務用きざみ干したくあんの細菌検査

27分以上の加熱は肉質, 香味に影響する傾向が見ら

業務用きざみ干したくあん (２kg ) 製造工程にれた. また, 塩押しについては外見の評価も低くなっ

おいて, 干したくあんを刻む前, 刻んだ後および真た.

空包装後の加熱殺菌85℃にて20分経過後, 30分経過
後, 40分経過後の５つのサンプルについて一般生菌
数, 大腸菌群, 真菌数の確認を行った.
３

３：良い

種類

結果および考察３−１

各社の加熱殺菌状況

２：普通

１：劣る

加熱殺菌条件

肉質

香味

外見

総合

加熱前(未加熱)

2.2

2.0

2.2

6.3

81℃／24分

2.1

1.8

1.9

5.8

84℃／27分

1.8

1.6

1.9

5.3

干し
たくあん

１) 加熱殺菌槽の実測温度

87℃／29分

1.7

1.5

1.8

5.1

漬物の種類によっては内容量や形状が異なるため,

加熱前(未加熱)

2.1

2.1

2.1

6.2

漬物の種類ごとに実測温度を見ていくと, たくあん

81℃／24分

2.0

1.9

1.9

5.8

84℃／27分

1.6

1.7

1.6

4.9

87℃／29分

1.5

1.6

1.3

4.4

では平均80.9〜86.8℃で､ 殺菌時間は23〜29分であっ

塩押し
たくあん

た. また, １〜２kg入りの業務用たくあんについては, 82.1〜85.0℃で, 35〜43分と一本物のたくあ
んよりも時間を掛けて加熱殺菌が行われている傾向

２) 加熱処理後約３ヶ月経過 (冷蔵保管) したたくが見られた. その他らっきょうや割干し大根等, 中

あんの評価

心部へ温度の伝わりやすい形状の漬物では80℃未満

干しおよび塩押したくあんのいずれも全評価項目の77.3〜79.7℃で20〜21分の殺菌状況であった.

で ｢87℃, 29分｣ の処理区が最も低くなった.

２) 漬物中心部の実測温度
いずれの企業も中心部65℃, 10分間の条件をクリ３：良いアしていた. また, 加熱殺菌前の品温が高いほど,中心部が65℃に到達するまでの時間が早い傾向が見種類

られ, 漬物の内容量や太さ等も熱の伝わり方に影響

干し
たくあん

することが確認できた.

塩押し
たくあん

３−２

加熱殺菌条件の異なるたくあんの官能評価

１) 加熱処理直後のたくあんの評価
干しおよび塩押したくあんのいずれも未加熱のものと比較して, 評価が低くなった. 特に84℃以上,
68

２：普通

１：劣る

加熱殺菌条件

肉質

香味

外見

総合

81℃／24分

2.5

2.4

2.6

7.5

84℃／27分

2.4

2.3

2.4

7.1

87℃／29分

2.0

2.1

2.2

6.3

81℃／24分

2.5

2.4

2.4

7.4

84℃／27分

2.2

2.3

2.4

6.8

87℃／29分

1.5

2.0

1.8

5.3

漬物の加熱殺菌条件と品質評価に及ぼす影響

特に肉質についてはＦ値が増加するに従い直線的

比較的熱に弱いカビや酵母は死滅したと考えられた.

に評価が下がる傾向が見られ, この直線の傾きから大腸菌群は全てにおいて陰性であった.

干しよりも塩押したくあんの方がＦ値の増加に伴う
４

肉質への影響が大きいことが分かった.

まとめ

なお, 各社漬物の中心部実測温度からＦ値を求め

当県の漬物メーカー (宮崎県干したくあん・漬物

たところ, 干したくあんでは8768.7〜23800.9分, 塩研究会会員企業) の加熱殺菌の状況と加熱殺菌条件

押したくあんでは2659.1〜24745.6分であった. このによる品質への影響について以下のことが分かった.

ことから, 各社, 加熱殺菌条件の違いにより, それ

１) いずれの企業も ｢漬物の衛生規範｣ で規定されぞれの漬物の肉質に特徴が現れている可能性があるている ｢65℃で10分間 (中心部)｣ の加熱殺菌条件

ことが示唆された.

がクリアされており, 加熱殺菌による品質管理がしっ
かり成されていた.

Ｆ値※ (分)漬物の種類

２) 加熱処理直後のたくあんの官能評価については,

A社

8768.7

干したくあん干しおよび塩押しのいずれも未加熱のものと比較しB社

8214.0

その他て, 評価が低くなった. 特に84℃以上, 27分以上のC社

2958.1

塩押したくあん

加熱条件では肉質, 香味に影響する傾向が見られた.

D社

22299.8

塩押したくあんまた､ 塩押しについては外見の評価も低くなった.

E社

6804.7

塩押したくあんF社

12861.1

業務用G社

24745.6

塩押したくあんH社

56614.9

業務用I社

113012.1

その他

J社

3223.9その他

するに従い直線的に評価が下がる傾向が見られ, こK社

2659.1

塩押したくあんの直線の傾きから干したくあんよりも塩押したくあL社

1529.4

業務用んの方がＦ値の増加に伴う肉質への影響が大きいこ

M社

23800.9

干したくあん

とが分かった.

企業名

３) 加熱処理後, 冷蔵にて約３ヶ月保管したたくあんについては, 干しおよび塩押しのいずれも肉質,
香味, 外見の全評価項目で ｢87℃, 29分｣ の処理区が最も低くなった. 特に肉質についてはＦ値が増加(※)Ｆ値：基準温度65℃, Ｚ値＝5℃における殺菌時間を表している.

４) 業務用きざみ干したくあんの細菌検査において,

３−３

業務用きざみ干したくあんの細菌検査のは300 CFU/g以下であり, 実測値を見ると加熱

一般生菌数については, 加熱殺菌したものはいず

時間が長くなるに従いその値が少なくなった. また,れも300 CFU/g以下であったが, 実測値を見ると真菌数については85℃, 20分以上の処理区で実測値

20分, 30分, 40分の順で少なくなった.

が ｢０｣ で, 比較的熱に弱いカビや酵母はこの処理

真菌数については, 加熱殺菌したものはいずれも一般生菌数については, 85℃, 20分以上加熱したもにより死滅したと考えられた.

｢０｣ であった. 85℃, 20分以上加熱したことで,
５

参考文献

１) 太田英明, 他
真菌数
大腸菌群(CFU/g)

サンプル

一般生菌数
(CFU/g)

刻み前 (未加熱)

1.9×10３

陰性

6.8×10３

刻み後 (未加熱)

1.0×10４

陰性

1.2×10４

真空包装2kg(85℃／20分後)＜300(実測6.5×10)

陰性

＜300
(実測0)

真空包装2kg(85℃／30分後)＜300(実測3.5×10)

陰性

＜300
(実測0)

＜300
真空包装2kg(85℃／40分後) (実測1.0×10)

陰性

＜300
(実測0)

編：食品鮮度・食べ頃事典, サイエンスフォーラム, 326-336(2002)
２) 食品産業戦略研究所 編：食品の腐敗変敗防止
対策ハンドブック, サイエンスフォーラム, 137140, 236-243(1996)
３) 厚生省 通知：漬物の衛生規範, 環食第214号,
昭和56年９月24日
４)河端俊治, 他

共編：実務食品衛生, 中央法規出版, 276-277(1987)69

平成23年度 [2011] №56
宮崎県工業技術センター・宮崎県食品開発センター研究報告

規格外マンゴーの選果方法の検討
石井明子＊１・福山

明子＊１・寺三季＊１・柚木崎

千鶴子＊１

Examination of the Fruit-Sorting Method of a Substandard Mango

Akiko ISHII, Akiko FUKUYAMA, Miki TERASAKI and Chizuko YUKIZAKI

加工向け果実として青果用規格外マンゴーが利用される際の品質のバラツキを低減することを目的に, 簡
易に果実選別を行う方法として果皮色による選果方法の検討を行った. その結果, 果実赤道部において, 平
均糖度が低くなるに伴い果皮の黄色味を示すｂ値が高くなる傾向が見られ, 糖含量も同等の傾向が見られた.
品質指標として用いられる糖度においては, 赤味をほとんど示さず黄色味を強く示す果実を選別・排除することで, おおよその目安として糖度12％以上の果実の選果が可能であると考えられた.
キーワード：マンゴー, 一次加工, 選果

１

２

はじめに
本県では温暖な気象条件を活かした果樹の産地化

実験方法

２−１

供試材料

が図られており, なかでもマンゴーは, 贈答用果実

試験には, 宮崎県産マンゴー規格外品 (アーウィとして定着し計画的に産地拡大が図られている. 栽

ン種) を８月に一次加工業者より購入し, 果実赤道

培面積の増加に伴い加工向け果実の出荷量も増加し部の果皮色の程度により目視でA区 (赤色の色調がており, 平成21年産加工向け果実の出荷量は全体出

強いもの), B区 (中間の色調のもの), C区 (黄色１)

荷量の約2.4％ (20㌧) と15年産と比較すると約２の色調が強いもの) の３区に選別を行った (図１).

倍の出荷量となっている. 宮崎県産農水産物を利用

果実は, 即日急速冷凍し−20℃の冷凍庫で保存した

した一次加工品に関する調査結果によるとマンゴーものを使用し, 試験区毎に６個体を供試した.

はピューレなどの一次加工品としてのニーズも高い

２−２

品目であり, 県内でも加工向け果実を利用したピュー

果皮色の測定各試料果実赤道部の果皮色を分光測色計 ((株)コCM-508d) を用いてL＊ a＊ b＊ 表

レ等の製造が行われている. 一次加工品を利用する

ニカミノルタ社製

実需者からは, 青果に近い品質を求める声２)が高く

色系により明度, 色度を測定した.

なってきているが, 主に加工向け果実として利用さ２−３

れる規格外品の品質基準は明確に定められておらず,

１) Brix示度の測定

糖度条件や外観的要因, 大きさなど様々な要因によ

成分分析

果実搾汁液を屈折糖度計 ((株)アタゴ社製

り選別されたものが利用される. このため, 品質のRX5000) により測定した.

バラツキが大きく一次加工品の品質安定が困難な場

２) 糖含量の測定面が見られている. そこで, 簡易に果実選別を行う

糖含量の測定は, フードプロセッサーで粉砕した方法として, 果皮色による選果方法について検討を

果肉5 gに適量の蒸留水を加え摩砕後, 遠心分離行ったので報告する.

(3000 rpm, 10 min) し上澄みを採取した. 上澄み
採取後の果肉に蒸留水を加え同様に処理し合わせた
後, 蒸留水で100 mlに定容し0.45 μmフィルターで

＊

食品開発部

ろ過した. 抽出液は蒸留水で適宜希釈を行い, 高速
液体クロマトグラフ (JASCO LC-2000 Series) を71

規格外マンゴーの選果方法の検討

用いて測定した. 分析条件は次のとおりである. カ３

結果および考察ラム：Shodex Asahipak NH２P-50 4E (4.6 mm×

３−１
＊

＊

果皮色
＊

250 mm), 移動層：75％アセトニトリル溶液, 流L a b 表色系では, L値 (明度：100(明るい)⇔量：1 mL/min, カラム温度：40℃, 検出器：示差０(暗い), a値 (色相：＋(赤方向)⇔−(緑方向),屈折計.

b値 (色相：＋(黄方向)⇔−(青方向)で色調を表す

３) 有機酸の測定が３) , A区では, 黄色味を示すb値より赤味を示す

有機酸の測定は, 糖含量の測定と同様に抽出したa値が高く果実の赤味が強いことを示した. 一方,

試料をHPLC有機酸分析システム ((株)島津製作所

B区, C区はa値よりb値が高く果実は黄色味が強い

製 LC-10A) を用いて測定した. 分析条件は次のとことを示した. なかでも, C区はB区よりもb値が高おりである. カラム：Shim-pack SCR-102H (8 mm

くより黄色味が強いことを示した. また, 明るさを×300 mm), 移動相：5 mMp-トルエンスルホン酸,

示すL値はC区が一番高く, 果実のなかで明るい色

緩衝液： 5 mM p-トルエンスルホン酸, 20 mM Bis

調を示す結果となった (図２).

-tris, 100 μm EDTA, 流速0.8 mL/min,カラム温
度：40℃, 検出機：電気伝導度検出計.

３−２

成分分析

１) Brix示度
A区のBrix値は12.6〜16.6％ (平均値14.9％), B区11.5〜16.8 (平均値14.2％), C区10.5〜13.2％ (平均値11.7％) と, A区, B区, C区の順で低くなった.
果皮色は, 黄色味が強く赤味の弱い果実がよりBrix
値が低い傾向が見られた (図３).

72

規格外マンゴーの選果方法の検討

２)

糖含量

１) 加工向け果実として利用される果実のうち果実

果実の糖は果糖, ブドウ糖, ショ糖で構成され,赤道部が黄色味を強く示し赤味の弱い果実ほど,

A区12.6〜16.6 g/100 gFW(平均値13.1 g/100 gFW),

Brix値, 糖含量は低い傾向にあることがわかった.

B区11.5〜16.6 g/100 gFW (平均値12.3 g/100 gFW),

２) 有機酸含量は, 果皮色による一定の傾向は見らC区10.5〜13.2 g/100 gFW (平均値9.9 g/100 gFW)れなかった.

含まれていた. なかでもショ糖は52.8％〜67.1％と果皮色による選果方法として, 果実赤道部が赤味

最も多く, 次に果糖であった. ブドウ糖は少量であっをほとんど示さず黄色味を強く示す果実を選別, 排た. 全糖含量はBrix値と同様にA区, B区, C区の除することで, おおよその目安として糖度12％以上

順で低くなり, 果皮色の黄色味が強く赤味の弱い果の果実の選果が可能であると考えられた.

実がより糖含量が低い傾向が見られた (図４).
５

参考文献

１) 農林水産省, 特産果樹生産動態等調査(2009)２) 福山明子, 柚木崎千鶴子, 後藤一寿：宮崎県工業技術センター・宮崎県食品開発センター研究報
告, 56, (2011)
３) 色を読む話, コニカミノルタオプティクス株式会社

３) 有機酸含量
有機酸はクエン酸, リンゴ酸, コハク酸で構成され,
A区0.18〜0.29 g/100 gFW (平均値0.26 g/100 gFW),
B区0.21〜0.65 g/100 gFW (平均値0.41 g/100 gFW),
C区0.22〜0.44 g/100 gFW (平均値0.31 g/100 gFW)
含まれていた. 有機酸はクエン酸が73.9％〜82.0％と最も多く, コハク酸は少量であった. 有機酸含量
はB区, C区, A区の順で低くなり, 果皮色による一定の傾向は見られなかった (図５).
４

まとめ

73

日向夏果皮におけるブランチング処理に伴う品質変化
福山明子＊１・石井明子＊１・寺三季＊１・松浦靖＊１・柚木崎

千鶴子＊１

Changes in Quality Associated with Blanching of the Peel of Citrus Tamurana Hort

Akiko FUKUYAMA, Akiko ISHII Miki TERASAKI Yasushi MATSUURA and Chizuko YUKIZAKI

当県の特産柑橘である日向夏果皮のブランチング処理後における総ビタミンC (V.C) 含量, 糖および有機
酸含量, ヘスペリジン含量を測定した. その結果, 総V.C含量は70℃で最も保持された. また, 急速冷凍することで総V.C含量が保持された. 糖, 有機酸含量は70℃〜80℃でのブランチング処理で保持でき, ヘスペ
リジン含量は, 処理温度における減少率は小さかった.
以上より, 70℃でブランチング処理後, 急速冷凍し凍結保存することである程度成分を保持した日向夏果
皮の製造が可能であることが明らかになった.
キーワード：日向夏, 果皮, ブランチング, 冷凍

１

はじめに

P型) で処理し得られた果汁を試験に供した. また,

日向夏は当県の代表的な特産柑橘であり､ 収穫量

果皮はブランチング (70℃, 80℃, 90℃) を５分間は全国１位である (平成21年産). 加工用としての行い, 水切り後, 凍結処理 (急速冷凍, 緩慢冷凍)

出荷量は約４割を占めているが, 近年栽培面積も増した. また一部を凍結乾燥粉末とし, -20℃で保存加しており, さらなる加工用としての用途開発も急

した.

１)

務である. また, 宮崎県食品関連企業実態調査 に

２−２

総

含量測定

おいて, カットした日向夏果皮に実需者ニーズがあ総V.C含量の測定は池ヶ谷４)らの方法を用いた.

ることが明らかになった. 日向夏は他の柑橘類と同凍結した試料を粉砕し, 秤量後, 直ちに5％メタリ様に抗酸化成分であるV.C含量が比較的高く, 多種

ン酸を加え粉砕した. 定容後0.45 μmフィルターで類のフラボノイドが含まれており, 中でも果皮中のろ過し, 高速液体クロマトグラフィ (HPLC) 分析

２)

ヘスペリジン含量が高いことが報告されている .

に供し, 還元型V.C (AsA アスコルビン酸) の特

また内果皮 (アルベド) 部分に糖分が含まれている

異吸収波長242 nmで検出測定した. 別に抽出液中３)ことも特徴の一つである . そこで今回, カットしの酸化型V.C (DAsA

デヒドロアスコルビン酸)

た日向夏果皮の栄養成分や機能性成分等を指標としはジチオスレイトール (DTT) 溶液で還元してAsAて, それらを保持するためのブランチング条件およとして測定し総V.Cとし, 先のAsA測定値を差し引

び凍結方法を検討したので報告する.

いてDAsA値を算出した. 表１にHPLCの条件を示
した.

２

実験方法

２−１

使用原料および前処理試験に用いた日向夏は､ 宮崎中央農業協同組合より購入した. 洗浄後, 1/2カットし剥皮した果実をパルパーフィッシャー ((株) 橋本缶詰研究所, HC-

装置
検出器
カラム
カラム温度
移動相
流量

日本分光高速液体クロマトグラフ
MD-980 紫外 (242nm)
Inertsil ODS-3 ( 4.6㎜×250㎜)
30℃
１%メタリン酸
1.0 mL/min

75

日向夏果皮におけるブランチング処理に伴う品質変化

２−３

糖および有機酸含量測定

凍結した試料を粉砕し, 秤量後定容した. 0.45

総V.C
(mg/100g)

糖類(g/100g FW)

有機酸(mg/100gFW)

μmフィルターでろ過し, HPLC分析に供した. 表

部位２, 表３にHPLCの条件を示した.

果汁

16.6

2.3

1.8

4.9

1141.1

158.3

果皮

29.2

5.6

6.2

2.8

158.2

188.8

アルべド

6.7

2.0

2.3

1.1

98.8

35.0

フラべド

22.5

3.6

3.9

1.6

59.4

153.8

装置
検出器
カラム
カラム温度
移動相
流量

日本分光高速液体クロマトグラフ
示差屈折率カラム
Asahi- pak NH2P-50 (4.6㎜×250㎜)
30℃
75％アセトニトリル溶液
1.0 mL/min

３−２

総

果糖

ブドウ糖 ショ糖

クエン酸 リンゴ酸

含量

ブランチング処理をしていない生果皮を対照としてブランチング処理区 (70℃, 80℃, 90℃) の総
V.C含量について検討した. 処理温度が高くなるほ

装置
検出器
カラム
カラム温度
移動相
流量

島津高速液体クロマトグラフ
電気伝導度
Shim-pack SCR-102H (8mm×300mm)
40℃
p-トルエンスルホン酸
0.8mL/min

ど総V.C含量が低くなる傾向がみられた. (図１).
しかし乾物あたりの総V.C含量は減少していないことから (図２) 処理温度が高いほど水分含量が増えたためだと考えられる (表６).
またブランチング処理したAsAの割合は90%〜97%
であり大部分を占めていた.

２−４

ヘスペリジン含量測定

凍 結 乾 燥 粉 末 100 mgをメタノール： dimethyl
sulfoxide (DMSO)=１：１で３回抽出し, 抽出液をあわせて定容後, 0.45 μmフィルターでろ過しHPLC
分析に供した. 表４にHPLCの条件を示した５).

装置
検出器
カラム
カラム温度
移動相
流量
グラジェント３

日本分光高速液体クロマトグラフ
フォトダイオードアレイ
Mightsil RP-18 (4.6㎜× 250㎜)
40℃
A 液：10 mM リン酸溶液
B 液：メタノール
0.75ml/min
B 液20％(２分)→45％(43分)→50％(５分)→20％(５分)→20％(５分)結果および考察３−１

日向夏の成分

日向夏の成分を表５に示した. 総V.Cは果皮に多く含まれており, 特にフラべド (外果皮) において多かった. また, 糖は果糖, ブドウ糖, ショ糖で構成されており, 果汁ではショ糖の割合が高. 果皮ではアルべド (内果皮) において, 果糖, ブドウ糖の割合が高かった. 有機酸はクエン酸とリンゴ酸で構成されており, 果汁に多く含まれていた.
76

日向夏果皮におけるブランチング処理に伴う品質変化

試験区

生

水分(％)

77.6

70℃５分

80℃５分

90℃５分

82.8

82.9

84.8

また, 乾物あたりの総V.C含量はいずれの試験区
で対照区より高くなった. これは組織を切断放置した際, 総V.C含量が増加することが認められていることから６), 切断に伴うV.C含量の増加であることが推察された.
次に, 上記果皮を凍結処理 (急速冷凍, 緩慢冷凍)後, -20℃で１年間保存し総V.C含量について検討した. その結果を図３, ４に示す. 凍結前の総V.C含量を100とすると, 緩慢冷凍における１年保存後の総V.C含量は生果皮では約29％まで減少し, DAsAの割合が高かった. これは非加熱のため冷凍中も酵素反応が維持していると思われる７). また, ブラン
チング処理温度が低いほど残存している総V.C含量が高い傾向がみられたが, この要因は不明である.
急速冷凍は氷結晶での組織破壊による品質劣化を防止できる凍結法７)とされているが, 今回の試験においても１年保存後の総V.C含量はいずれもほとんど減少していなかった.
以上の結果から総V.C含量を冷凍保存中にも保持するには70℃でブランチング処理後, 急速冷凍する
ことが良いと思われた.
３−３糖および有機酸含量

ブランチング処理をしていない生果皮を対照としてブランチング処理 (70℃, 80℃, 90℃) 区の糖含量について検討した. その結果を図５に示す.
ブランチング処理するといずれの区でも糖含量が減少する傾向であった. これは糖は水の温度が高いと溶解度が上がるため８), 果皮中の糖がブランチン
グ処理で水へ溶出したためだと推察される.

77

日向夏果皮におけるブランチング処理に伴う品質変化

３−４

ヘスペリジン含量

ブランチング処理をしていない生果皮を対照としてブランチング処理 (70℃, 80℃, 90℃) 区のヘ
スペリジン含量について検討した. その結果を図７に示す. 対照区よりブランチング処理区はいずれもヘスペリジン含量が減少したが減少率は６％〜13％程度だった. これはヘスペリジンは水にほとんど溶解しないためだと推察された９).

４

まとめ
日向夏果皮における総V.C, 糖, 有機酸, ヘスペ

リジン含量を指標として, 各成分を保持するためのブランチング処理方法および凍結方法について検討した結果, 以下の知見が得られた.
１) 総V.C含量はブランチング処理が70℃で最も保持された. また, 冷凍保存する場合, 急速冷凍することで総V.C含量が保持できることが明らかになった.
２) 糖, 有機酸含量はブランチング処理温度が高いほど減少する傾向があった. 特に有機酸含量は90℃
同様にブランチング処理区の有機酸含量について検討した結果を図６に示す. ブランチング処理する

処理で減少していたため70℃〜80℃でのブランチ
ング処理が適していることが示唆された.

といずれの区でも有機酸含量が減少し, 特に90℃処

３) 機能性成分であるヘスペリジン含量は, 70℃〜

理区で減少していた. これは有機酸が糖と同様に水90℃でブランチング処理しても減少率が小さかっの温度が高いと水への溶解度が上がるためだと思わた.

れるが, 特にクエン酸は温度依存的に減少していた.

以上より, 70℃でブランチング処理後, 急速冷凍

以上の結果より, 糖および有機酸含量を保持する

し凍結保存することで, ある程度成分保持が可能でには70℃〜80℃でのブランチング処理が良いと思われた.
78あることがわかった.

日向夏果皮におけるブランチング処理に伴う品質変化

５

参考文献

１) 県工業支援課, 食品開発センター：宮崎県食品関連企業実態調査結果, 45 (2012)２) 牧田好高, 地域特産物の生理機能・活用便覧,
206- 207 (2004)
３) 吉倉幸博：地域特産物の生理機能・活用便覧,
サイエンスフォーラム, 468 (2004)
４) 池ヶ谷賢次郎, 高柳博次, 阿南豊正, 茶業報告,
71５) 市ノ木山浩道,園芸学会雑誌別冊, 第73巻, ２号,
P109６) 大羽和子, 調理科学と酵素
７) 亀田喜美治：最新冷凍食品辞典､ 朝倉書店,
3(2004)８) 山口美代子, 樋上順子, 園田学園女子大学論文
集30, (1995)
９) 藤田忠, 川瀬篤史, 西島七恵, 増田めぐみ, 松田秀秋, 岩城正宏, 生薬学雑誌62 (１) 8-14,79平成23年度 [2011] №56
宮崎県工業技術センター・宮崎県食品開発センター研究報告

過熱蒸気を用いたブルーベリー葉の乾燥＊松浦靖＊１･甲斐

孝憲＊２・亀長浩蔵＊２・國武久登＊３･柚木崎

千鶴子＊１

Drying of Blueberry Leaves by Super-Heated Steam Treatment

Yasushi MATSUURA, Takanori KAI, Kouzou KAMENAGA,
Hisato KUNITAKE and Chizuko YUKIZAKI

過熱蒸気を用いてブルーベリー葉を乾燥し, 加工による品質や機能性成分変化を検討した.
ブルーベリー葉を120, 150および180℃に設定した過熱蒸気処理装置で１, ３, ５および７分間加熱した結果, 150℃以上の過熱蒸気処理では, 水分含量5%以下の乾燥葉原料を５分以内で加工できた. しかし, 180℃の過熱蒸気処理では, ５分間以上加熱することで葉が焦げ始め, 品質が低下するばかりでなく, ポリフェノー
ル, プロアントシアニジン含量, またそれらに同調して抗酸化活性も低下する傾向にあった. これらの結果
より, 150℃の過熱蒸気でブルーベリー葉を５分間加熱することで, 機能性成分を保持した乾燥葉原料を短時間で加工できることがわかった.
キーワード：ブルーベリー葉, 過熱蒸気, 乾燥

１

はじめに

の酸化を抑制し, 機能性成分を高く保持する特徴を
１)

ブルーベリー葉は抗酸化作用, 脂肪肝抑制作用 ,持つ６) . Zanoeloらは, マテ茶葉を過熱蒸気と加熱

血圧上昇抑制効果２) , 抗C型肝炎ウイルス作用３) 等

空気を用いて乾燥し, 乾燥マテ茶葉の総フェノールの生理機能を有する農作物として見出され, 当県に含量について検討した結果, 過熱蒸気乾燥葉は熱風

おいて産地化が進められている. ブルーベリー葉は乾燥葉に比べ総フェノール含量が高かった７)ことを目的に応じて茶葉や抽出エキス末原料に加工され,報告している. また, この実験において過熱蒸気乾様々な加工食品に利用されている. 一般的に緑茶な

燥は熱風乾燥に比べエネルギー要求量が少なかった

どの不発酵茶は, 茶葉内の成分変化を抑制し保存性

ことも報告している. この蒸しと乾燥工程を同時にを高めるため, 蒸し, 乾燥工程を経て乾燥葉原料と進行可能な過熱蒸気の利用は, 機能性を訴求したブ

４)

して貯蔵される . ブルーベリー葉エキス末原料もルーベリー葉エキス末原料の加工にも応用でき, 工同様に蒸し, 乾燥工程を経て製造されている.

程の簡素化, 省力化が期待できる.

近年では, 食品の乾燥における加熱媒体として過５)

そこで本研究では, 過熱蒸気を用いてブルーベリー

熱蒸気が注目され, 農産物のブランチング加工 や葉を乾燥し, 加工による品質や機能性成分の変化を乾燥などに利用されている. 過熱蒸気は, 加熱初期検討したので報告する.

において食品表面の凝縮による潜熱の伝達と水蒸気自体の熱容量により迅速な表面加熱が行われる. ま

２

実験方法

た, 低酸素雰囲気での加熱が可能であるため, 食品

２−１

供試材料

宮崎大学農学部フィールドで栽培されたラビット
＊
＊１
＊２
＊３

農林畜水産物の機能性を活かした研究：ブルーベリー
葉及び果実の機能性を活かした食品開発
食品開発部
株式会社なな葉コーポレーション
宮崎大学農学部

アイブルーベリー葉を2011年11月に収穫し, -20℃の冷凍庫で保存したものを使用した.
２−２

乾燥葉の調製

ブルーベリー葉の乾燥は, ネットコンベア式の過81過熱蒸気を用いたブルーベリー葉の乾燥

価マニュアル集 (第II集)10)に準じて行った.

熱蒸気処理装置 (SO-2000, 清本鐵工(株)) を用い,
L 730 × W 400 × H 230 mmの処理室内を通過さ試料溶液は, 75 mM リン酸カリウム緩衝液 (pHせて行った. 過熱蒸気はコンベア上下の噴出口より

7.4) で適宜希釈し, 測定に供した. 希釈した試料供給し, 加熱温度を120, 150および180℃に設定し,溶液はTrolox溶液とともに96穴マイクロプレート

処理時間は１, ３, ５および７分とした. なお, 各(#3072, Becton Dickinson) に20 μL, 次に75 mM

種条件で得た乾燥葉を評価するため, 真空凍結乾燥

リン酸カリウム緩衝液に溶かした94.4 nMフル

装置 (Dura-Top MP & Dura Dry MP , FTS

オレセイン溶液を200 μL加え, 蛍光マイクロSYSTEM) を用いて乾燥葉を調製し, 対照試料とプレートリーダ (Synergy MX, Bio Tek) で蛍した.

光強度を測定した. その後, 75 mM リン酸カ２−３

乾燥葉粉末の調製

リ ウ ム 緩 衝 液 に 溶 か し た 31.7 mM 2,2 -Azobis

超遠心粉砕機 (ZM200, Retsch Co., Ltd) で粉(2-amidinopropane)-Di-hydrochloride (AAPH)

砕し, 0.5 mmスクリーンを通して乾燥葉粉末を得

溶液を75 μL加えて振とう撹拌後, ２分間隔でた.

90分間, マイクロプレート下部から経時的に蛍光

２−４

乾燥葉粉末からの抽出液の調製強度を測定した. 試料存在下での蛍光強度の曲線

湯量5 gに対して試料25 mgを使用し, 95℃に設

下面積 (AUC：Area Under the Curve) と非定したヒートブロックで５分おきに撹拌しながら15存在下 (ブランク) でのAUCとの差 (net AUC)

分間抽出を行った. 抽出後は, 0.45 μmフィルターを求め, Trolox標準溶液で作製した検量線を用いでろ過し, 試料溶液を得た.

てH-ORAC値を算出し, 乾燥葉粉末1 gあたりの２−５Trolox相当量で表した.

乾燥葉の品質評価

１) 水分含量の測定
常圧加熱乾燥法により, 100℃で１時間乾燥し,３

水分含量を求めた.

３−１

２)

明度, 色度の測定

乾燥葉の品質評価

各加熱温度で過熱蒸気処理を行ったブルーベリー

トリプルナイロン (NY-1, MICS化学(株)) に入

葉の水分含量の変化を図１に示した. 加熱処理前のれ た 乾 燥 葉 粉 末 試 料 を 分 光 測 色 計 (CM-508d,

葉の水分含量は57.3%であった. 120℃処理では, 加MINOLTA Co., Ltd) で測定し, ハンター表色

熱時間の経過に伴い, 水分含量は徐々に減少したが,

＊

＊

＊

系 (L a b ) で表示した.
２−６

乾燥葉の機能性評価

１) ポリフェノールの測定
Folin-Ciocalteu法８) を用いてポリフェノール含量を測定し, 乾燥葉粉末1 gあたりの没食子酸相
当量で表した.
２) プロアントシアニジンの測定
Li ら の 方 法９) に 準 じ , 試 料 溶 液 に 0.1％ pdimethylamino-cinnamaldehyde (DMAC) 溶液を加え, 20分間静置した後, 640 nmの吸光度を測定した. 標準溶液には(+)-カテキンを用い,作製した検量線によりプロアントシアニジン含量を求め, 乾燥葉粉末1 gあたりのカテキン相当量で表した.
３) 抗酸化活性の測定
ORAC法による抗酸化活性測定は, 食品機能性評
82

結果および考察過熱蒸気を用いたブルーベリー葉の乾燥

７分後の水分含量は19%であり乾燥不十分であった.

り品質低下が懸念された.

そこで, 更に加熱を続けた結果, 水分含量は減少し,

３−２

乾燥葉の機能性評価

10分後には水分含量7.9%まで低下した (データ未掲

各加熱温度で過熱蒸気処理を行ったブルーベリー

載). 一方, 150, 180℃処理の場合, 水分含量は一葉のポリフェノール, プロアントシアニジン含量お気に減少し, ３分後には7.2%, 2.6%となった. 150

よび抗酸化活性値を表２に示す. 120℃, 150℃処理℃処理では更に加熱を続けると, 水分含量は５分後

では加熱時間の経過にかかわらずポリフェノール含に2.7%となり５%を下回った. 古谷らは, 煎茶の貯量は高く保持されていた. しかし, 180℃で５分,

蔵において水分５%以上では変質が激しく, 品質が７分間処理した乾燥葉のポリフェノール含量は, 凍11)低下すること を報告している. ブルーベリー乾燥

結乾燥葉の91.8%, 91.3%であり, わずかに低値を示

葉の水分含量も５%以下を目標としており, 150℃

した. プロアントシアニジン含量は, 全ての加熱温

以上の過熱蒸気処理では, 効率的な熱伝達により５度において, 時間の経過に伴い低下した. しかし,分以内で水分含量５%以下の乾燥葉を加工できた.

その低下割合は加熱温度により異なり, 各加熱温度

次に, 各加熱温度で過熱蒸気処理を行ったブルー

における７分後のプロアントシアニジン保持率を対ベリー葉の色調の変化を表１に示した. ブルーベリー

照の凍結乾燥葉と比較すると, 92.8%, 91.4%, 57.3

＊

＊

＊

葉は加熱処理により, a 値は増加, b 値およびL 値%であり, 特に180℃処理ではプロアントシアニジは減少する傾向を示し, 処理時間の経過に伴い, そンが大きく減少した. 一方, 抗酸化活性の指標であの変化割合は増大した. 中でも180℃処理では明度,

るH-ORAC値は, ポリフェノール含量と同調して＊

色 度 の 変 化 が 大 き く , 明 度 を 示 す L 値 は 54.38,

変動し, 加熱温度180℃でわずかに活性が低下した.

52.20, 48.91, 46.68と変化し, 明るさが減少した.

過熱蒸気は凝縮による潜熱の伝達と水蒸気自体の＊一方色度では, a 値は3.29, 5.06, 6.27, 6.48と増加し,＊熱容量により迅速な表面加熱が行われるため, ポリ

緑色から赤色が強くなった. また, b 値は22.97,

フェノールオキシダーゼ (PPO) を失活させ, ブ

21.47, 17.87, 14.78と減少し, 黄色から青色が強く

ルーベリー葉に含まれるポリフェノール化合物の酸なった. これより, 180℃処理では処理時間の経過化抑制が期待できる. 仲島らは, ヤーコン葉を30秒＊＊に伴い, a 値, b 値, L 値は茶色が示す値に近付

間蒸し処理した結果, PPO活性は不検出となり,

く傾向にあった. なお, 180℃で５, ７分間処理しポリフェノールの損失を抑えることができた13)と報た乾燥葉では, 官能評価において焦げ臭が認められ告している. 今回行った120℃処理ではポリフェノーたことから, 葉が焦げ始めていることが伺えた (デール, プロアントシアニジン含量ともに高く保持されタ未掲載). これより, 乾燥が急激に進行する逆転ていたことから, 過熱蒸気処理でも短時間でPPO

12)

温度

＊

以上の過熱蒸気処理では, 焦げの発生によを失活させ, ポリフェノール化合物の酸化を抑制し
83

過熱蒸気を用いたブルーベリー葉の乾燥たことが推察される. しかし, 詳細の解明にはさら４

まとめなる検討が必要である. 一方で, 各加熱温度でのプ

本実験では, 過熱蒸気を用いてブルーベリー葉をロアントシアニジン含量は時間の経過とともに低下

乾燥し, 加工による品質や機能性成分変化を検討しし, その低下割合は過熱温度が高くなるほど大きくた結果, 次のことがわかった.

なった. 樋口らは, 栗渋皮を200℃でロースト処理

１) 150℃以上の過熱蒸気処理では, 水分含量５%以した結果, 処理時間の増加とともにプロアントシア

下の乾燥葉原料を５分以内の短時間で加工できた.

14)

ニジンが減少する ことを報告している. これより,

２) 180℃の過熱蒸気処理では, ５分以上の加熱で逆転温度以上の過熱蒸気処理ではプロアントシアニ

葉が焦げ始め, 品質が低下する傾向にあった.

ジンが分解し易く, ブルーベリー葉エキス末原料の

３) 180℃の過熱蒸気処理では, 機能性成分である機能性低下に繋がることが示唆された. しかし, ポ

プロアントシアニジン含量が低下する傾向にあっリフェノールはプロアントシアニジンに比べ保持率た.

が高く, それに伴い抗酸化性も高い結果となった.

以上より, 過熱蒸気を用いてブルーベリー葉抽出

コーヒーは多糖類やタンパク質などが熱分解によりエキス末原料を加工する際は, 150℃で５分間加熱

カルボニル化合物やアミノ化合物になり, ポリフェすることで, 品質および機能性成分を保持した乾燥

ノール化合物も加わってアミノカルボニル反応など

葉原料を短時間で加工できることがわかった.

を起こすものと推定され, その反応化合物は抗酸化成分である15)ことがわかっている. ブルーベリー葉

５もコーヒー焙煎と同様に, 高温加熱ではアミノカル１ ) N.Inoue, K.Nagao, S.Nomura, B.Shirouchi,

参考文献

ボニル反応などより新たな化合物が生成し, 抗酸化M.Inafuku,

性を示すためにポリフェノールおよび抗酸化が保持

S.Nishizono, T.Tanaka, and T.Yanagita, Biosci.

されたものと推察された.

Biotech. Biochem., 75, 2304-2308 (2011).

これらの結果を踏まえると, 過熱蒸気を用いたブ

H.Hirabaru,

N.Nakahara,２ ) H.Sakaida, K.Nagao, K.Higa, B.Shirouchi,

ルーベリー葉の乾燥は, 品質と機能性成分を保持しN.Inoue,つつ, 加工時間を短縮できる可能性を含んでいる.

Biosci. Biotech. Biochem., 71, 2335-2337 (2007).

実用化に向けて, 熱風乾燥による従来法との生産コ

３) M.Takeshita, Y.Ishida, E.Akamatsu, Y.Ohmori,

ストを比較検討していきたい.

F.Hidaka,

T.Kai,

and

T.Yanagita,

M.Sudoh, H.Uto, H.Tsubouchi, and H.Kataoka, J

Biol Chem., 284, 21165-21176 (2009).
４) 村松敬一郎：茶の科学, 朝倉書店, 52-56 (1991).
84

過熱蒸気を用いたブルーベリー葉の乾燥

５) 佐藤昭一, 眞正清司, 入来浩幸, 浅井淳也：茶業研究報告, 106, 81-90 (2008).
６) 宮武和孝：電学誌, 128-2, 97-100 (2008).
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E.L., J Food Process Eng, 29-3, 253-268 (2006).
８) 須田郁夫：食品機能研究法,

218-221 (2000).

９) Li.Y.G., Tarner.G., and Larkin.P., J Sci Food

Agric., 70-1, 89-101 (1996).
10) 沖智之, 竹林純, 山崎光司：食品機能性評価
マニュアル集 (第II集), 79-86 (2008).
11) 古谷弘三, 原利男, 久保田悦郎：茶業研究報告,
18, 42-46 (1961).
12) 伊與田浩志, 野邑奉弘：食品工業, 48-14, 20-28(2005).
13) 仲島日出男, 樋口誠一, 常見崇史, 茂木八千代,
矢嶋みづほ, 川田由香, 三浦理代：埼玉県産業技術総合センター研究報告, 4, (2006).
14) 樋口誠一, 仲島日出男：日食科工第59回大会講演要旨集, 131, 北海道 (2012).
15) 本間清一：日栄食誌, 58-2, 85-98 (2005).

85

平成23年度 [2011] №56
宮崎県工業技術センター・宮崎県食品開発センター研究報告

液体大麦麹のクエン酸生成に関する研究
越智

洋＊２・山本英樹＊１・高山清子＊１・水谷政美＊１

Study on Citric Acid Productivity by Liquid Barley

Hiroshi OCHI, Hideki YAMAMOTO, Kiyoko TAKAYAMA and Masami MIZUTANI

液体大麦麹のクエン酸生成に適した培養条件について検討を行った. 原料大麦の精麦度, 原料状態, 培養
方法及び培養時間のクエン酸生成に及ぼす影響を調べた. 精麦度では, 低精麦度で麹酸度が高く, クエン酸
生成が多くなり, 原料状態では, 原麦を粒のまま用いた際に麹酸度が高く, 培養方法では, 振とう器による旋回方式の培養で麹酸度が高くなることがわかった. また, 培養時間は72時間が最も酸度が高くなった.
キーワード：大麦, 液体, 麹, クエン酸

１

はじめに
焼酎麹の固体培養は, 醸造に必要な多種類の酵素

やクエン酸を大量に生成できる培養法である.一方,入れ, マグネチックスターラーにより培養液を撹拌しながら48, 68, 90時間培養を行った.
２−３

振とう器による液体大麦麹培養

液体培養は, 培養制御や品質管理が容易で, 効率的

大麦2.5 gと水50 mlを200 mlの三角フラスコにな生産に適した培養方法であるが, 麹に用いる原料

入れ, オートクレーブ滅菌後, 種麹菌の胞子を2.0

によっては, 酵素やクエン酸の生産性の低下が課題

×10６ 個/mlになるように接種した. その後, 37℃となっている.この課題を解決し, 固体培養と同様の振とう培養器に入れ, 旋回方式で培養液を撹拌しの酵素やクエン酸の生産性を有する液体培養が確立ながら48, 72, 96時間培養を行った.

できれば, 様々な産業分野での応用が可能となる.

２−４

今回クエン酸の生産性の向上条件について検討したので報告する.

液体大麦麹培養液の麹酸度測定

酸度は国税庁所定分析法１) に従い, 0.1 N水酸化ナトリウムで滴定した. なお, 酸度は大麦と水の量を考慮して, 固体麹として換算して示した.

２

実験方法

２−１

２−５

供試験種麹と原料振とう器による液体大麦麹培養液の有機酸
分析

種麹は市販されている焼酎用白麹菌を, 大麦は精

麹酸度測定の結果から精麦度65,85及び原麦につ

麦度65, 70, 75, 80, 85, 90原麦7種類を試験に用いた.

いて, 24, 48, 72, 96時間培養を行い, 有機酸組成

大麦はミルで粉砕したものと粒のままのもの２種類

を調べた.

を試験に用いた.
２−２

有機酸の測定は, 培養液を10倍希釈し, 0.45 μm

マグネチックスターラーによる液体大麦麹
培養フィルターでろ過後, 有機酸分析システム (LC-20AD：

大麦2.5 gと水50 mlを100 mlの三角フラスコに入りである. カラム：Shim-packSCR-102H (φ8 mm

れ, オートクレーブ滅菌後, 種麹菌の胞子を2.0××300 mm, ２本直列) 移動相：5mM p-トルエンス

６

10 個/mlになるように接種した. 35℃の恒温器に

島津製作所) を用いて測定した. 分析条件は次のとお

ルホン酸, 緩衝液：5 mM p-トルエンスルホン酸,
20 mM Bis-tris, 100 μM EDTA, 流速0.8 mL/＊１＊２

応用微生物部
現 衛生環境研究所

min, カラム温度：40℃, 検出器：電気伝導度検出器.
87

液体大麦麹のクエン酸生成に関する研究

３

結果および考察３−１

液体培養麹と固体培養麹の顕微鏡写真

最も高い粉砕した精麦度70で90時間培養したものがpHが最も低く3.0であった.

通常の固体培養麹では, 図１のような菌糸の先端に胞子形成が確認されるが, 液体培養麦麹では胞子形成が観察されなかった (図２).

酸度

大麦粒子

大麦粉砕物

精麦度 48 時間 68 時間 90 時間 48 時間 68 時間 90 時間
65

2.2

3.4

3.9

2.6

3.4

8.4

70

5.2

2.8

3.9

7.1

8.6

12.9

75

2.2

3.9

4.1

3.0

3.3

6.4

80

3.5

2.8

4.0

3.1

1.0

9.0

85

1.7

3.9

5.3

3.4

5.0

0.2

90

1.8

3.4

5.8

2.6

6.7

11.9

原麦

9.3

7.5

3.6

1.9

6.0

8.8

pH

大麦粒子

大麦粉砕物

精麦度 48 時間 68 時間 90 時間 48 時間 68 時間 90 時間
65

4.2

3.9

4.0

4.5

3.7

3.1

70

3.5

4.2

3.9

3.4

3.2

3.0

75

4.3

4.0

4.0

4.1

4.1

3.4

80

4.2

4.4

4.1

4.0

5.2

3.7

85

4.5

4.1

4.1

4.1

4.1

6.8

90

4.4

4.0

4.0

4.5

3.6

3.5

原麦

4.2

4.2

4.0

4.9

4.0

3.7

３−３

振とう器による液体大麦麹培養液の麹酸度とpH酸度は, ほとんどの試験区で72時間培養の時が最も高く, 48時間から72時間付近にかけて最大となり,それ以降低くなると考えられた. 粒のままの72時間
培養の原麦が最も酸度が高く17.2であった. 粒のま３−２

マグネチックスターラーによる液体大麦麹
培養液の麹酸度とpHまでは, いずれの培養時間でも原麦が最も酸度が高

酸度は, 培養時間が長いほど高い傾向が見られた

麦度の違いによる酸度の差は小さいものであった.

(表１). 粒のままの場合, 48, 68時間培養では原麦

精麦度の違いで比較すると粒のままの原麦がほかとが, 90時間培養では精麦度90が最も酸度が高く, 原

比較して飛躍的に酸度が高かった. 原麦は他の精麦麦を除くと精麦度が低い方が酸度が高い傾向が見ら度と比較して窒素分が多いため, 麹菌の増殖が早く,れた. 粉砕では, いずれの培養時間でも精麦度70が多くのクエン酸を生成したと考えられた (表３).

かった. 粉砕したものでは, 各培養時間における精最も酸度が高く, 精麦度70の90時間培養において最pHと酸度の相関はほとんど認められなかった

大で酸度12.9であった. また, 90時間培養したもの(表３, ４). また, 試験区間におけるpHの差はほは, 精麦度85を除き, 粒のままより酸度が高かった.

とんどなかった.

pHと酸度の相関はほとんどなかった (表１, ２).

酸度と比較してpHの変化が小さい原因としては,粒のままのpHは3.5〜4.5の範囲であった. 粉砕では,大麦中のたんぱくが麹菌の生産するプロテアーゼにpH 3.0〜6.8と粒のままより幅がみられた. 酸度がよりアミノ酸になり, 麹培養液の緩衝能が高まり

88

液体大麦麹のクエン酸生成に関する研究

pHの低下が抑えられたことが考えられた.

が有機酸含量が高かった. 原麦の48, 72, 96時間培

培養液中の麹菌の菌糸の状態は, 原麦の粒のまま養では, 特に粒のままと粉砕のクエン酸含量の差がを除いて, どの試験区でも菌糸が長く, 菌体量は多大きく, 約４倍〜10倍であった. 粒のままの原麦のかったが, 原麦の粒のままは, 菌糸が短く, 菌体量72時間培養麹は, 麹酸度と同様に有機酸量が1,850

もやや少なかった (図３).

mg/lと最も多く (図４, ５), 実用的な液体麹の製麹が可能であると考えられた.

酸度

大麦粒子

大麦粉砕物

精麦度 48 時間 72 時間 96 時間 48 時間 72 時間 96 時間
65

3.9

4.7

3.7

3.9

4.6

3.3

70

3.9

4.3

3.7

3.9

4.6

3.4

75

4.5

4.3

3.9

4.3

5.0

3.7

80

4.3

5.2

3.3

4.3

5.2

3.2

85

4.5

4.7

3.0

3.9

4.7

3.0

90

4.3

4.4

2.6

3.9

3.9

2.7

原麦

13.8

17.2

9.3

3.4

3.0

2.2

pH

大麦粒子

大麦粉砕物

精麦度 48 時間 72 時間 96 時間 48 時間 72 時間 96 時間
65

3.2

3.3

3.3

3.2

3.3

3.7

70

3.2

3.3

3.6

3.2

3.4

3.7

75

3.2

3.3

3.6

3.2

3.4

3.7

80

3.3

3.4

3.7

3.4

3.5

4.1

85

3.3

3.5

4.0

3.4

3.6

4.2

90

3.4

3.7

4.1

3.5

3.8

4.2

原麦

3.1

3.1

3.5

3.5

4.0

4.4

４

まとめ
液体大麦麹の培養において以下の結果を得た.

①

同じ精麦度でも原料の状態の違いでクエン酸生成量に差があった.

②

原麦を粒のまま用い72時間培養した際に, 最も多くクエン酸を生成した.

③

粒のままと粉砕で比較したとき, 原麦においてクエン酸生成の差が最も大きかった.

３−４

振とう器による液体大麦麹培養液の有機酸
組成

大麦麹培養液の有機酸は, クエン酸とリンゴ酸の④ 有機酸にはクエン酸とリンゴ酸が含まれており,クエン酸がそのほとんどを占めていた.
⑤

液体大麦麹の培養で, 焼酎製造に必要なクエン酸の生成が可能であることが示唆された.

２種類であった. 粒のままの精麦度85の96時間培養と原麦の24時間培養を除いて, 有機酸に占めるクエン酸量が約70％以上を占めていた.
粒のままと粉砕を比較すると, 精麦度65, 85の72
時間培養と原麦の24時間培養を除き, 粒のままの方

５

参考文献

１) 第四回改正国税庁所定分析法注解, 221-222(2003)
89平成23年度 [2011] №56
宮崎県工業技術センター・宮崎県食品開発センター研究報告

乳酸菌を利用した食品廃棄物のリサイクルに関する研究＊森永

樹＊１・山田和史＊２・高山清子＊２・山本英樹＊２・越智洋＊３・水谷政美＊２Research on Recycling of Food Waste using Lactic Acid Bacteria

Itsuki MORINAGA, Kazufumi YAMADA, Kiyoko TAKAYAMA, Hideki YAMAMOTO,
Hiroshi OCHI and Masami MIZUTANI

腐敗しやすい食品廃棄物であるおから, 甘藷等の保存性を高め飼料としてリサイクルすることを目的として,乳酸発酵試験を行った. 乳酸菌は, 当センターで焼酎もろみから分離した１) Lactobacillus plantarum
DM1および Pediococcus acidilactici LM2等を用い, 必要に応じて市販のサイレージ用乳酸菌製剤も使用した. その結果, おから,甘藷,トマトの乳酸発酵に適した乳酸菌を見出すことができた.
キーワード：乳酸菌, 酵素, おから, 甘藷, トマト

１

はじめに

した際生じたものを−20℃で保存した.

これまでにおから等の腐敗しやすい食品廃棄物を乳酸発酵により保存性を高め, 飼料化する方法につ２)

いて検討してきた .

また, トマトは, 畜産試験場川南支場から提供されたものを使用した.
２−２

米ぬか乳酸菌製剤の保存試験

今回, これまでに開発してきた乳酸菌を利用した

米ぬか40 gを滅菌 (121℃で20分) し, 100℃で30技術を応用し, 米ぬかを基材とした乳酸菌製剤の保分乾燥させ, MRS培地で前培養した乳酸菌培養液

存試験やおから, 甘藷等の食品廃棄物に適した乳酸( L.plantarum DM1, P.acidilactici LM2) 20 mlをそ菌の検討を行った. また, 生成する有機酸やアミノ

れぞれ加え, 40℃で２時間熱風乾燥を行い, 米ぬか酸についての検討も行ったので, その結果について

乳酸菌製剤を作製した３). 乾燥後の水分量は, 赤外報告する.

線水分計 (㈱ケット科学研究所, FD-600) で110℃
で60分乾燥して測定した. 作製した乳酸菌製剤を,

２

実験方法

２−１

供試試料

４℃と−20℃でそれぞれ保存し, １週間, １, ３,
５, ６, ８, 10ヶ月後に製剤中の乳酸菌数を測定し乳酸菌は, 焼酎もろみから分離した L.plantarum

た. 生菌数の測定は, 製剤1 gに9 mlの生理食塩水

DM1, P.acidilactici LM2, L.rhamnosus, 独立行を加え, 適宜希釈したものを1 mlずつシャーレに分政 法 人 理 化 学 研 究 所 か ら 入 手 し た L.amylovorus

注し, BCP加プレートカウント寒天培地 (日水製JCM2010を, 市販のサイレージ用乳酸菌製剤は､薬㈱) を加え, 嫌気状態で37℃, 72時間培養後, 生

雪印種苗 ㈱ 製のアクレモコンク, LPコンクスプレー,

育したコロニーを計数した.

サイロSPスプレーを用いた.
米ぬかやおからは県内業者から提供を受けたものを使用した. 焼酎粕は, 当センターで芋焼酎を試作

２−３

おからの乳酸発酵試験

２−３−１

乳酸発酵の検討

乳酸菌として, L.plantarum DM1, P.acidilactici＊＊＊＊

食品廃棄物のリサイクルに関する研究(第２報)
宮崎県産業支援財団 (現 宮崎大学医学部)
応用微生物部
応用微生物部 (現 衛生環境研究所)

LM2, L.rhamnosus を用いて, おからの乳酸発酵試験を行った. おから50 g (未殺菌, または121℃
で20分滅菌) に, 乳酸菌前培養液1 ml, 水5 mlをそ91

乳酸菌を利用した食品廃棄物のリサイクルに関する研究

れぞれ加え, 袋に入れよく混合して団子状にまとめ,験 に 供 し た . 乳 酸 菌 と し て L.plantarum DM1 ,

30℃で発酵試験を行った. ５日後, それぞれ10 gを

P.acidilactici LM2, Lb.rhamnosus の３種, 乳酸菌

測り取り蒸留水を加え50 mlに定容し, ろ液のpH,製剤として, アクレモコンク, LPコンクスプレー,

有機酸を測定した｡

サイロSPスプレーの３種を用いた.

有機酸分析は, ろ液を20倍希釈し, 0.45 μmのメ

トマト150 mlに乳酸菌前培養液1.5 mlまたは乳酸

ンブランフィルターでろ過後, 高速液体クロマトグラ菌製剤0.1 gをそれぞれ加え, 30℃で培養し, ５日

フ (LC-20AD：島津製作所) を用いて測定した. 分

後に, pH, 有機酸を測定した. トマトの糖分析に

析条件は次のとおりとした. カラム：Shim-packSCR-

は, 高速液体クロマトグラフ (LC-2000Plus, 検出

102H (φ8 mm×300 mm, ２本直列), 移動相：5器：示差屈折計, 日本分光㈱) を使用した.

mM p-トルエンスルホン酸, 緩衝液：5 mM p-トルエ
ンスルホン酸, 20 mM Bis-tris, 100 μM EDTA,

３

流速0.8 mL/min, カラム温度：40℃, 検出器：電３−１

気伝導度検出器.
２−３−２

プロテアーゼ系酵素製剤を併用した乳酸発酵試験結果および考察
米ぬか乳酸菌製剤の保存試験

40℃で熱風乾燥を2時間行った米ぬか乳酸菌製剤
中 の 水 分 量 は , L.plantarumDM1 で 17.0% ,P.acidilactici LM2で23.0%であった.

おから50 gを高温高圧滅菌 (121℃で20分) し,また, 初発の乳酸菌数は, L.plantarum DM1が３ 種 の 乳 酸 菌 L.plantarum DM1 , P.acidilactici

1.3×1011 CFU/g, P.acidilactici LM2が1.5×1010

LM2, L.rhamnosus の前培養液1 ml, 蒸留水1 ml,

CFU/gであった. 10ヶ月間 (300日) 保存した時の蛋白質分解酵素0.01 gを加え, 30℃で乳酸発酵試験

乳酸菌数の経時変化を図１に示した. −20℃で10ヶを行い, ５日後に10 gを分取し, pH, 有機酸, ア

月保存した後の乳酸菌数は, それぞれ､ 5.8×1010

ミノ酸を測定した.

CFU/g, 3.9×1010 CFU/gであり, ４℃で保存した

蛋白質分解酵素としては, パンチダーゼMP, ユ

場合は, 乳酸菌数が減少したが, −20℃では, ほと

ニアーゼ30 (いずれもヤクルト薬品㈱製) をそれぞんど減少しておらず, 乳酸菌製剤を安定して保存でれ使用した.

きることが分かった.

アミノ酸の測定は, ろ液を0.02 N HClで10倍希釈
し0.2 μmのメンブランフィルターでろ過後, 高速
アミノ酸分析(L-8900, 日立製作所製)を用いてニン
ヒドリン発色法により測定した.
２−４

甘藷の乳酸発酵試験

さいの目カッター (DC-202, 榎村鐵工所製) を用いて, 5 mm角のさいの目にした甘藷 (黄金千貫)
50 g に 乳 酸 菌 と し て , L. amylovorus JCM2010,

L.plantarum DM1, P.acidilactici LM2をそれぞれ
1 mlと蒸留水50 mlを加え, 乳酸発酵を行った. 甘藷は, 生又は蒸したものをそれぞれ用い, １週間乳酸発酵させた後, pHと有機酸の測定を行った. ま

３−２た, さいの目にカットした生甘藷25 gに芋焼酎粕50

３−２−１mlを加え, 1週間乳酸発酵試験を行った後, pHとおからの乳酸発酵
乳酸発酵の検討

おからを滅菌した場合, P.acidilactici LM2と有機酸を測定した.

L.plantarum DM1で5,200 mg/L以上の乳酸が生成２−５

されており､ L.plantarum DM1と L.rhamnosus でトマトの乳酸発酵試験

大玉トマトおよびミニトマト10 kgをそれぞれ破は, 酢酸が3,000 mg/L程度生成されていた (図２).

砕機 (ART-23､ PILLAN社製) で潰し乳酸発酵試

未殺菌の場合では, 乳酸の生成には大きな差は見ら92

乳酸菌を利用した食品廃棄物のリサイクルに関する研究れなかった. 未殺菌のおからで乳酸生成量が滅菌し単位：㎎/100ｇ

たものより多くなったのは, おからにもともと存在

総量

Glu GABA Orn

乳酸菌のみ

45

3.1

4.7

12

0

パンチダーゼ

1700

220

5.2

129

1.9

ユニアーゼ

400

36

9.7

41

0

乳酸菌のみ

39

0.4

4.8

0.2

18

パンチダーゼ

840

110

22

1.0

82

ユニアーゼ

1000

150

26

6.3

100

乳酸菌のみ

68

14

4.6

3.2

14

生成量を図３に示した. パンチダーゼMPを添加しL.rhamnosus パンチダーゼ

860

100

7.1

0.6

94

た場合, すべての乳酸菌において乳酸量が増加して

ユニアーゼ

330

25

11

3.2

31

水のみ

56

9.1

4.7

0.6

13

パンチダーゼ

910

47

8.9

13

81

ユニアーゼ

200

12

6.0

0.4

29

する乳酸菌 ( Lactobacillus fermentum ：遺伝子解析により同定) の影響と考えられた.
３−２−２

プロテアーゼ系酵素製剤を併用した乳酸発酵試験

P.acidilactici
LM2

L.plantarum
DM1

酵素製剤を添加した乳酸発酵試験５日目の有機酸

いた. 表１に示したとおり, P.acidilactici LM2にパンチダーゼMPを添加した場合, 遊離アミノ酸総

乳酸菌
無添加

Arg

量が５日後に乳酸菌のみの約38倍, オルニチンが約10倍になっており, 酵素の添加がアミノ酸生成に有効であると考えられた.

３−３

甘藷の乳酸発酵試験

甘藷を使用した乳酸発酵試験を行った結果を図４,５に示す. 生の甘藷および蒸した甘藷の両方で乳酸が生成した. いずれの乳酸菌でも蒸した甘藷より生の方が乳酸の生成量が多く, 生の甘藷のデンプンを資化し乳酸を生成することが確認された. なお, 生の甘藷では無添加のものでも乳酸を生成しており,甘藷に付着していた乳酸菌の影響と考えられた.

93

乳酸菌を利用した食品廃棄物のリサイクルに関する研究

３−４

トマトの乳酸発酵試験

４

まとめ

トマトには, 果糖, ブドウ糖がそれぞれ１〜２%① 米ぬか乳酸菌製剤は, −20℃で10ヶ月間保存が含まれており, 大玉トマトよりミニトマトの方が糖可能であることが確認され, 安価な製剤として使用

含量は, 1.5倍ほど多い(表２).

することができると考えられた｡

L.plantarum DM1 ,② おからの乳酸発酵では, プロテアーゼ系酵素製

L.rhamnuosus , LPコンクスプレーがpH3.3と低かっ剤の添加が遊離アミノ酸の生成に有効であることがた. 図６, ７に示したように, 大玉トマトでは,確認された.

L.plantarum DM1および L.rhamnuosus の乳酸生成③ プロテアーゼ系酵素製剤パンチダーゼMPの併量が多く, ミニトマトでは, アクレモコンク,

用により, P.acidilactici LM2では､ 遊離アミノ酸

L.plantarum DM1, LPコンクスプレーで乳酸生成量が増加し, 特にオルニチンが乳酸菌単独の場合よ量が多かった. どちらのトマトでも乳酸の生成量がり約10倍に増加した.

多い L.plantarum DM1がトマトの乳酸発酵に適し④ 生の甘藷やトマトが乳酸発酵できることが確認ていると考えられた.

され, 食品廃棄物の飼料化の可能性が広がることが５ 日 後 の pH は ,示唆された.
濃度 (％)

ミニトマト

大玉トマト

果糖

2.05

1.43

ブドウ糖

1.73

1.18

５

参考文献

１) 竹下淳子, 工藤哲三, 山本英樹, 水谷政美, 柏田雅徳：宮崎県工業技術センター・食品開発セン
ター研究報告, 49, 119 (2004)
２) 森永樹, 水谷政美, 高山清子, 山本英樹, 越智洋, 工藤哲三：宮崎県工業技術センター・食品開発センター研究報告, 55, 95 (2010)３) 水谷政美, 森永樹, 高山清子, 山本英樹, 越智洋, 工藤哲三：宮崎県工業技術センター・食品開発センター研究報告, 54, 97 (2009)94

再録
農林業問題研究 48 1
地域農林経済学会

170 175 2012 06 25

食品産業における一次加工品のニーズと一次加工業者の課題−宮崎県食品関連企業実態調査結果から−
福 山
柚木崎
後 藤

明 子 (宮崎県食品開発センター)
千鶴子 (宮崎県食品開発センター)
一 寿 (九州沖縄農業研究センター)

Needs of the primary artifact and Problem of the primary processor in the food industry
Miyazaki Prefecture Food Industry Survey Results
Akiko Fukuyama (Miyazaki Prefectural Food R&D Center)
Chizuko Yukizaki (Miyazaki Prefectural Food R&D Center)
Kazuhisa Goto (NARO Kyushu Okinawa Agricultural Research Center)In the midst of a sluggish manufacturing value
added to the national food, in order to revitalize
the food industry is important to understand theneeds of real demand food industry. In this report
we will conduct a survey on the needs and challenges of primary fabricators of primary processing products were verified.
As a result, the actual demand for the food industry has the strongest potential needs primaryprocessed products’ quality and convenience, andthen" functional nutrients Show "," domestic or
Miyazaki Prefecture ".
In addition, the potential needs of the most intense primary fabricators "functional nutrients
Show," followed by "cost reduction", "respond todiverse lot," "high added value" to make valueadded products and strong desire to enhance thetechnology

１ はじめにそのような中, 食品産業実需者ニーズを解析し試全国的にも食料品製造業の付加価値額が伸び悩ん

験研究に役立てる研究も行われており, 後藤他 [２]でいる中, 本県食料品製造業の付加価値額は近年増堤・後藤 [３] らは青果物・一次加工品の食品産

加傾向である. 本県は全国有数な農業県で農業産出

業実需者ニーズを明らかにし, 食品産業の支援に活１)

額は全国第５位 (2009) であることからも両産業用している.

は本県経済の基幹産業となっている. 今後, さらな

そこで本報告では, 一次加工品に対する食品産業

る付加価値額の増加および農水産物の需要拡大を図

実需者ニーズに加えて, ニーズに対応するための一るためには, 食品産業実需者ニーズの把握は重要で次加工業者の課題についても明らかにする.

ある.
近年, 農商工連携が進む中で, 矢吹 [１] は ｢川２. 調査の対象と方法

上｣ である生産者および ｢川中｣ の一次加工業者は,

今回実施したアンケート調査では, 宮崎県内の食｢川下｣ の最終加工業者・小売業者・飲食店のニー

品産業実需者及び一次加工業者に対して事前にヒアズに対して疎いことをあげており, 農産物の需要拡リング調査を実施し, 調査項目の検討を行った上で大, 付加価値額増加のためには食品産業実需者ニー調査票を設計し対象事業者へ郵送調査を行った. 調ズの把握が極めて重要である.

査対象は, 県内外の中食産業, 外食産業, 一次加工95

福山ほか：食品産業における一次加工品のニーズと一次加工業者の課題：宮崎県食品関連企業実態調査結果から業者を除く製造業及び県内の一次加工業者である.
調査時期は, 平成23年１月であり, 配布数は
1,478部 (回収率は25％) である. 調査票の主な構成は以下のとおりである｡

使用割合

中食
(n=10)

・属性項目
・一次加工品の利用状況及とニーズ
・宮崎県産一次加工品の利用上の問題点

一次加工業(n=15)

一次加工業を除く製造業(n=57)

合計(n=103)

度数 比率 度数 比率 度数 比率 度数 比率 度数 比率
１割未満
１割以上３割未満
３割以上５割未満
５割以上８割未満
８割以上９割未満
９割以上
すべて (10 割)
わからない) 食品産業実需者

外食(n=21)

2
2
4
0
1
1
0
0

20%
20%
40%
0%
10%
10%
0%
0%

38%
38%
14%
10%
0%
0%
0%
0%

8
8
3
2
0
0
0
0

47%
27%
7%
7%
7%
0%
7%
0%

7
4
1
1
1
0
1
0

39%
23%
9%
11%
2%
5%
9%
4%

22
13
5
6
1
3
5
2

39
27
13
9
3
4
6
2

38%
26%
13%
9%
2%
5%
6%
2%

など

) 一次加工業者
・属性項目

２) 購入して利用している一次加工品の形態

・一次加工品の製造状況

購入して利用している一次加工品の形態を, 表３

・一次加工品を製造する際の問題点などに示す. 全体では ｢冷凍｣ 50%が最も多く, ｢ピューなお, 一次加工業者の中には二次加工品等を製造

レ／ペースト｣ 31% ｢乾燥粉末｣ 24%が続いた. 中するために, 原料として一次加工品を利用している

食及び外食では冷凍 (カット野菜, カット果物, 果

事業所もあるため, 一次加工品の利用に関する調査

皮のみも含む)｣ が多く利用されていた. 一次加工結果中では一次加工業と表記して区分している.

業者が利用している形態では ｢乾燥｣ が最も多く,｢塩蔵｣, ｢濃縮果汁｣ が続いた. 一次加工業者を除

３.

結果と考察

く製造業では, ｢ピューレ／ペースト｣, ｢乾燥粉末｣,(１) 調査結果の概要｢濃縮果汁｣, ｢ストレート果汁｣ が続き, 業種別でアンケート調査結果の概要を表１に示す. 業種別

最も多くの形態が利用されていた.

では一次加工業者を除く製造業が最も多く, 次いで一次加工業者, 外食, 中食となっている. 従業員規
模別の全体では10名未満が54%と多く, 10名以上100名未満が37%, 100名以上の大規模事業所は９%

形態

であった.

従業員規模

中食
(n=10)

外食(n=14)

一次加工業(n=12)

一次加工業
を除く製造
業 (n=38)

合計(n=74)

度数 比率 度数 比率 度数 比率 度数 比率 度数 比率

中食

外食

一次加工業

一次加工業を除く製造業

合計

事業数 (％) 事業数 (％) 事業数 (％) 事業数 (％) 事業数 (％)
0〜10名
10名〜100名
100名以上

12
17
2

38.7
54.8
6.5

14
13
6

42.4
39.4
18.2

26
31
7

40.6
48.4
10.9

108
48
13

63.9
28.4
7.7

160
109
28

53.9
36.7
9.4

合計

31

100.0

33

100.0

64

100.0

169

100.0

297

100.0

(２) 一次加工品について

冷凍 (カット野菜､ カット
果物､ 果皮のみも含む)
ピューレ /ペースト
乾燥粉末
冷蔵 (カット野菜､ カット
果物､ 果皮のみも含む)
乾燥
濃縮果汁
ストレート果汁
皮むき
缶詰
塩蔵
シロップ漬け
ジャム
水煮
レトルト
その他

10 100％25 179％

0

0％

2

5％

37

50％

0
0
6

0％
0％
60％

2
1
3

14％
7％
21％

1
1
2

8％
8％
17％

20
16
5

53％
42％
13％

23
18
16

31％
24％
22％

5
0
2
0
0
0
0
0
1
0
0

50％
0％
20％
0％
0％
0％
0％
0％
10％
0％
0％

1
0
1
3
3
0
0
0
0
0
0

7％
0％
7％
21％
21％
0％
0％
0％
0％
0％
0％

7
3
0
0
0
5
0
0
0
0
0

58％
25％
0％
0％
0％
42％
0％
0％
0％
0％
0％

3
9
9
4
4
1
6
5
0
1
4

8％
24％
24％
11％
11％
3％
16％
13％
0％
3％
11％

16
12
12
7
7
6
6
5
1
1
4

22％
16％
16％
9％
9％
8％
8％
7％
1％
1％
5％

注：１)複数回答
２)比率は回答事業所数に対する割合

１) 一次加工品の利用割合示す. 全体では ｢３割未満｣ が64%を占め ｢５割以３) 利用している一次加工品の原料に宮崎県産品が占める割合上｣ は30％で, 一次加工品の利用割合は低い. しか次に, 利用している一次加工品の原料に宮崎県産

し業種別では一次加工業者を除く製造業では ｢５割品が占める割合を表4に示す. 全体では ｢１割未満｣

以上｣ が26%を占め, 業種間で最も利用割合が高かっ

34%が最も多く, 次いで ｢10割｣ が18%, ｢１割以た.

上３割未満｣ 17%だった.

購入原料のうち一次加工品が占める割合を表２に96

福山ほか：食品産業における一次加工品のニーズと一次加工業者の課題：宮崎県食品関連企業実態調査結果から

５)
中食(n=10)

使用割合

一次加工業(n=15)

外食(n=21)

一次加工業を除く製造業

利用したい一次加工品を表６に示す. 全体では合計
(n=103)

度数 比率 度数 比率 度数 比率 度数 比率 度数 比率
1 割未満
1 割以上 3 割未満
3 割以上 5 割未満
5 割以上 8 割未満
8 割以上 9 割未満
9 割以上
すべて (10 割)

2
2
3
1
0
1
1

20%
30%
30%
10%
0%
10%
10%

56%
19%
6%
19%
0%
0%
0%

9
3
1
3
0
0
0

3 23.1%
2 15.4%0 0.0%
1 7.7%
1 7.7%
1 7.7%
5 38.5%

14
7
2
8
3
1
9

32%
16%
5%
18%
7%
2%
20%

34%
17%
7%
16%
5%
4%
18%

28
14
6
13
4
3
15

一次加工品に対するニーズ｢ピューレ／ペースト｣ 37%が最も多く, ｢乾燥｣｢冷凍 (カット野菜, 果物, 果皮の実も含む)｣ ｢冷蔵 (カット野菜, 果物, 果皮のみも含む)｣ が同数で20％と続いた. 中食では ｢冷蔵 (カット野菜, 果物, 果皮の実も含む)｣, 外食では ｢冷凍 (カット野菜, 果物, 果皮の実も含む)｣ が最も多かった. 一

中食では ｢３割以上５割未満｣, 外食では ｢１割未満｣,

一次加工業者では ｢10割｣,

一次加工業者

次加工業者と一次加工業者を除く製造業では ｢ピューレ／ペースト｣ が最も多かった.

を除く製造業では ｢１割未満｣ が最も多かった. このことから, 一次加工業者は生産地と直結していることが示唆される.
形態

中食
(n=7)

外食
(n=7)

一次加工業
(n=8)

一次加工業
を除く製造
業 (n=37)

合計(n=59)

度数 比率 度数 比率 度数 比率 度数 比率 度数 比率４) 宮崎県産一次加工品の問題点
宮崎県産一次加工品の問題点を表５に示す. 全体
では, ｢価格が高い｣ 40%が最も多く, ｢品質が一定でない｣ 36%, ｢産地情報等の情報不足｣, ｢産地側との交渉が煩雑｣ 31%が続いた. 事前に行ったヒアリング調査時に, 宮崎県産農産物の産地情報や一次加工品の製造状況の情報が入手しづらいという意見が寄せられ, 情報だけでなく情報収集の手段さえもわからない実情があることが明らかになった. 中食,
外食, 一次加工業者を除く製造業では ｢価格が高い｣

ピューレ/ペースト
冷蔵 (カット野菜､ カット
果物､ 果皮のみも含む)
冷凍 (カット野菜､ カット
果物､ 果皮のみも含む)
乾燥
乾燥粉末
ジャム
シロップ漬け濃縮果汁
皮むき
ストレート果汁
塩蔵
水煮
缶詰
その他

1 14%
4 57%

1 14%
1 14%

6 75%
1 13%

14 38%
6 16%

22 37%
12 20%

1 14%

6 86%

3 38%

2

5%

12 20%

1 14%
0 0%
0 0%
1 14%
0 0%
0 0%
0 0%
0 0%
2 29%
0 0%
0 0%

0
0
0
1
0
0
0
0
1
1
1

50%
50%
0%
0%
0%
13%
0%
38%
0%
0%
0%

7
6
7
5
7
2
3
0
0
1
3

19%
16%
19%
14%
19%
5%
8%
0%
0%
3%
8%

12
10
7
7
7
3
3
3
3
2
4

0%
0%
0%
14%
0%
0%
0%
0%
14%
14%
14%

4
4
0
0
0
1
0
3
0
0
0

20%
17%
12%
12%
12%
5%
5%
5%
5%
3%
7%

注：１)複数回答
２)比率は回答事業所数に対する割合が最も多かった. 一次加工業者では ｢品質が一定でない｣ ｢通年での仕入れが難しい｣ ｢数量調節が難し
い｣ が多く, 仕入れに関する問題が多かった.

次に, 一次加工品に対するニーズを５件法 (５：非常にそう思う〜１：全くそう思わない.) で評価してもらった結果を表７に示す. 全体では ｢安定して仕入れられるか関心がある｣ が4.13で最も高く,

形態

中食(n=16)

一次加工業
合計
外食
一次加工業
を除く製造業(n=25) (n=26)(n=95)(n=162)

度数 比率 度数 比率 度数 比率 度数 比率 度数 比率
価格が高い
品質が一定でない
産地情報等の情報不足
産地側との交渉が煩雑
通年での仕入れが難しい
数量調節が難しい
量 (ロット) があわない
流通ルートが複雑
特にない
天候不順のリスクを一方的に負わされる
相手先の事務処理能力が低い
品質が悪い
契約違反が多い
その他
注：１)複数回答
２)比率は回答事業所数に対する割合

8
5
5
5
5
4
5
2
2
3
0
2
0
0

50
31
31
31
31
25
31
13
13
19
0
13
0
0

14
10
6
6
7
4
6
3
4
2
0
0
1

56
40
24
24
28
16
0
24
12
16
8
0
0
4

6
8
6
6
8
8
4
0
5
5
2
2
2
3

23
31
23
23
31
31
15
0
19
19
8
8
8
12

37
36
33
33
26
21
20
20
13
8
4
3
0
1

39
38
35
35
27
22
21
21
14
8
4
3
0
1

65
59
50
50
46
37
29
28
23
20
8
7
2
5

40
36
31
31
28
23
18
17
14
12
5
4
1
3

次いで ｢味・風味などがよい一次加工品に関心がある｣ が4.00, ｢産地情報・品種特性がわかる一次加工品に関心がある｣, ｢宮崎県産で製造された一次加工品に関心がる｣ が3.95だった. 外食では他の業種より平均点が高い項目が多かった. 具体的には,｢国内で製造された一次加工品に関心がある｣ ｢産地情報・品種特性がわかる一次加工品に関心がある｣｢特別栽培農産物を原料とした一次加工品に関心がある｣ が他の業種より高く, 原料も含めた製造情報に関心があることがうかがえる. また, ｢一次加工品の栄養成分の表示に関心がある｣ ｢一次加工品の抗酸化力の表示に関心がある｣ ｢栄養価が高い一次加工品に関心がある｣ も同様に高く, 一次加工品に
97

福山ほか：食品産業における一次加工品のニーズと一次加工業者の課題：宮崎県食品関連企業実態調査結果から

対して栄養価や表示に対する関心が他の業種より高因子負荷量
利便性・ 栄養成分・ 国産・
宮崎県産
高品質
機能性
ニーズ 表示ニーズ ニーズ

いことがうかがえる. さらに, ｢味・風味などがよい一次加工品に関心がある ｢使いやすい量・形態が変数あるか関心がある｣ ｢保存性の高い一次加工品に関【17】保存性の高い (品質が劣化しにくい) 一次
加工品に関心がある

1.064

.122

-.393

心がある｣ も同様に関心が高く, 味だけでなく利便【10】安定して仕入れられるか関心がある

.924

-.111

.013

【６】簡単に仕入れられる一次加工品 (調達しやすい) に関心がある

.914

-.137

.014

【７】使いやすい量・形態があるか関心がある

.900

-.090

.061

【13】味・風味などがよい一次加工品に関心がある

.619

.221

.072

【９】産地情報・品種情報がわかる一次加工品に
関心がある

.618

.104

.139

【15】一次加工品の抗酸化力の表示に関心がある

-.106

1.060

-.088

【16】栄養価が高い一次加工品に関心がある

.197

924

-.211

【14】一次加工品の栄養成分の表示に関心がある

.032

.895

-.047

【12】特別栽培農産物 (減農薬・減化学肥料栽培)を原料とした一次加工品に関心がある

-.066

.761

.105

【４】健康機能性が高い一次加工品に関心がある(ビタミンＣが多く含まれる等)

-.194

.701

.286

【２】宮崎県内で製造された一次加工品に関心が
ある

.127

-.165

.890

【３】一次加工品が国産 (県産) であれば価格が高くても利用する

-.269

.023

.830

【１】国内で製造された一次加工品に関心がある

.189

-.012

.590

【５】農薬等の生産履歴がはっきりわかる原料をつかった一次加工品に関心がある
固有値
累積寄与率%

-.003

.396

404

9.123
60.8

1.248
69.1

934
75.4

性も重視していることがわかる. 一次加工業者では｢宮崎県内で製造された一次加工品に関心がある｣や ｢農薬等の生産履歴がはっきりわかる原料を使った一次加工品に関心がある｣ ｢食品添加物を使用していない一次加工品に関心がある｣ が他の業種より高く, また ｢宮崎県内の一次加工業者との直接取引に関心がある｣ も高いことから県内で製造された一次加工品の直接取引を望んでいることがうかがえる.

項目

中食 外食

一次 一次加工業を除く 合計
加工業 製造業【10】安定して仕入れられるか関心がある

4.15 4.22

4.24

4.07 4.13【13】味・風味などがよい一次加工品に関心がある

3.70 4.22

4.04

3.99 4.00【９】産地情報・品種特性がわかる一次加工品に関心がある3.85 4.04

3.96

3.95 3.95【２】宮崎県内で製造された一次加工品に関心がある

3.90 3.93

4.04

3.94 3.95【４】の負荷量が高く, ｢栄養成分・機能性表示ニー【７】使いやすい量・形態があるか関心がある

3.80 4.07

3.92

3.93 3.94

ズ｣ とした. 第３因子は【２】【３】【１】【５】【８】食品添加物を使用していない一次加工品に関心がある3.80 3.89

3.92

3.88 3.88の負荷量が高く, 抽出された３つの因子の中ではニー【５】農薬等の生産履歴がはっきりわかる原料を使った一次加工品に関心がある

3.70 3.78

4.28

3.83 3.87

ズへの影響力が最も小さな因子であり ｢国産 (県産)【17】保存性の高い一次加工品に関心がある

3.75 4.04

3.77

3.85 3.86

ニーズ｣ とした. これらの結果から, 食品産業実需【６】簡単に仕入れられる一次加工品に関心がある

3.90 3.85

3.79

3.76 3.80

者は, 利便性があり高品質な一次加工品に潜在的に【１】国内で製造された一次加工品に関心がある

3.55 3.89

3.84

3.78 3.78【14】一次加工品の栄養成分の表示に関心がある

3.15 3.78

3.65

3.50 3.53

最も関心が高く, 栄養成分や抗酸化力といった健康【16】栄養価が高い一次加工品に関心がある

3.35 3.63

3.60

3.50 3.51

機能性がある一次加工品にも関心が高いことが明ら【11】宮崎県内の一次加工業者との直接取引に関心がある

3.30 3.30

3.88

3.51 3.50【12】特別栽培農産物を原料とした一次加工品に関心がある

3.25 3.59

3.54

3.47 3.47

次加工品が国産 (県産) であれば価格が高くても利【４】健康機能性が高い一次加工品に関心がある

3.35 3.48

3.58

3.47 3.47用する｣ の負荷量が高いことから, 第１及び第２因【15】一次加工品の抗酸化力の表示に関心がある

2.95 3.48

3.44

3.41 3.37【３】一次加工品が国産 (県産) であれば価格が高くても利用する

2.85 2.89

2.96

3.07 3.00注：１) 各項目に対する同感度に対する５段階評価(５：非常にそう思う〜１：全く思わない) の平
均評価得点

そこで, 一次加工品に対する潜在的ニーズを明らかにするため, この結果を用いて因子分析(主因注：１) 因子抽出法：主因子法

２) 回転：プロマックス回転かになった. また第３因子における項目【３】｢一子の潜在的ニーズが満たされれば, 国産あるいは宮崎県産一次加工品の許容価格は高くなり, 利用する可能性があることを示唆している.
(３) 一次加工品の製造について
１) 製造している一次加工品の形態

スクリープロットによる因子数決定, プロ

次に, 宮崎県内の一次加工業者が製造している一マックス回転 )を行った. その結果を表８に示す.

次加工品の形態を表９に示にした. ｢冷凍 (カット

第１因子は【17】【７】【６】【10】【13】【９】野菜, 果物, 果皮のみも含む)｣ が47%と最も多く,の負荷量が高く, 抽出された因子の中でニーズへの｢塩蔵｣ 36% ｢ピューレ／ペースト｣ 35%が続いた.

影響力が最も大きな因子であり ｢利便性・高品質ニー

また ｢乾燥粉末｣ ｢乾燥｣ も割合が高かった. 一方ズ｣ とした. 第２因子は【15】【16】【14】【12】｢水煮｣ ｢素揚げ｣ ｢レトルト｣ はいずれも低かった.

子法,

98

福山ほか：食品産業における一次加工品のニーズと一次加工業者の課題：宮崎県食品関連企業実態調査結果から

食品産業実需者が利用したい一次加工品の形態が平均4.49であり, 付加価値のある製品を作るため(表６) と比較してみると, 塩蔵を除く上位の６つに技術を高めたい意向がうかがえる.

の形態 は同じであるため, 条件が合えば食品産業
実需者ニーズに対応した一次加工品の製造が可能だ
項と考えられる.

形態

度数

目

平均得点

【１】製造技術を向上することに関心がある

4.59【12】保存性が高い加工法に関心がある

4.56【３】製造コストに関することに関心がある

4.52

比率

【８】味・風味などが良い一次加工品を製造することに関心がある

4.49

41

47.10%【６】付加価値のある製品を製造することに関心がある

4.37

塩蔵

31

35.60%【２】設備の稼働率をあげることに関心がある

4.31

ピューレ /ペースト

30

34.50%【11】栄養価を保持する加工法に関心がある

4.11

乾燥粉末

23

26.40%【４】市場ニーズに応じたロットを製造することに関心がある

乾燥2225.30%【５】物流コストに関することに関心がある

3.98

冷凍 (カット野菜､ カット果物､ 果皮のみも含む)4

冷蔵 (カット野菜､ カット果物､ 果皮のみも含む)

1719.50%【７】同業者との情報交換に関心がある

3.97

ジャム

12

13.80%【９】一次加工品の栄養成分の表示に関心がある

3.74

シロップ漬け910.30%【10】一次加工品の抗酸化力の表示に関心がある

3.58

ストレート果汁

8

9.20%

皮むき

6

6.90%

缶詰

6

6.90%

濃縮果汁

2

2.30%

一次加工品に対するニーズ同様, 一次加工業者の

水煮

1

1.10%

潜在的ニーズを探るため, 先の結果を用いて因子分

素揚げ

1

1.10%

レトルト

1

1.10%

その他

25

28.70%

注：１) 複数回答
２) 比率は回答事業所数に対する割合

n=87注：１) 各項目に対する同感度に対する５段階評価(５：非常にそう思う〜１：全く思わない) の平均評価得点

析 (主因子法, 固有値１以上の条件で因子を抽出,
プロマックス回転) を行った. その結果を表11に示す. 第１因子は【10】【９】【11】の負荷量が高く,抽出された因子の中でニーズへの影響力が最も大き

２) 製造できなかった一次加工品の有無な因子であり ｢栄養成分・機能性表示ニーズ｣ とし要望があったにもかかわらず, 製造できなかった

た. 第２因子は【２】【３】【１】の負荷量が高く,経験があるかは ｢要望を受けたことがない｣ 39%が｢コスト低下ニーズ｣ とした. 第３因子は【４】最も多いが, ｢製造できないものがある｣ が26%を【５】の負荷量が高く, ｢多様なロットへの対応ニー占めており, ニーズに対応できない経験があることズ｣ とした. 第４因子は【12】【８】【６】【７】が明らかになった. その理由として｢設備・器機の負荷量が高く, 抽出された因子の中でニーズへのが対応できなかった｣, ｢価格の折り合いがつかない｣

影響力が最も小さな因子であり ｢高付加価値化ニー

78%が最も多く, ｢技術的理由｣ 72%が続いた. まズ｣ とした. これらの結果から, 一次加工業者の最た, ｢県産の原料に関する情報がなかった｣ も多くも強いニーズとして栄養成分・機能性の表示, 次いを占めていた. 機器設備が不十分といったハード面でコスト低減, 多様なロットへの対応, 付加価値のにおける問題と, 技術不足および情報不足といったある一次加工品の製造の順に潜在的ニーズがあるこ

ソフト面における問題が表れた結果だった.

とが明らかになった. また, 栄養成分・機能性表示

３) 一次加工業者のニーズ

ニーズは実需者および一次加工業者の共通潜在ニー

一次加工業者のニーズ調査を実施し, その結果をズであることが明らかになった. しかし機能性成分

表10に示す. ｢製造技術を向上することに関心があの表示は化学的根拠の必要性や, 関係法令を遵守する｣ が4.59と最も多く, 次いで ｢保存性が高い加る必要があり [４] 単独で実施するのが困難な事業工法に関心がある｣ が平均4.56, ｢製造コストに関することに関心がある｣, ｢味・風味などが良い一所もあると考えられるため, 試験研究機関が一体となって取り組む必要性がある.

次加工品を製造することに関心がある｣ が平均4.52,｢付加価値のある製品を製造することに関心がある｣99

福山ほか：食品産業における一次加工品のニーズと一次加工業者の課題：宮崎県食品関連企業実態調査結果から第５に, 一次加工業者の最も強い潜在ニーズは栄
養成分・機能性の表示, 次いでコスト低減, 多様な

因子負荷量
変数

因子
1

因子
2

因子
3

【10】一次加工品の抗酸化力の表示に関心がある【９】一次加工品の栄養成分の表示に関心がある【11】栄養価を保持する加工法に関心がある【２】設備の稼働率をあげることに関心がある【３】製造コストに関することに関心がある【１】製造技術を向上することに関心がある【４】市場ニーズに応じたロットを製造することに関心がある【５】物流コストに関することに関心がある【12】保存性が高い (品質が劣化しにくい) 加工法に関心がある【８】味・風味などが良い一次加工品を製造することに関心がある【６】付加価値のある製品を製造することに関心がある【７】同業者同士との情報交換に関心がある

1.040
.690
.624
.089
-.165
004
116
051
114
347
106
-.158

-.023
-.108
.110
.911
.627
.544
.052
-.031
-.115
.214
.164
.015

.105 -.249.137 .160-.079 .325-.107 -.127.329 .027.029
138.758 -.085.751
233-.025 .794-.182 .438
.284 .431.206 .401

固有値

4.251 1.688 1.464 1.213

累積寄与率%

35.4

49.5

61.7

因子
4

71.8

因子抽出法：主因子法 回転法：Kaiser の正規化を伴うプロマロックス法

ロットへの対応, 付加価値のある一次加工品の製造であることが明らかになった. 中でも, 栄養成分・
機能性表示ニーズは食品産業実需者の潜在ニーズとも一致する結果であった.
本研究で食品産業実需者ニーズに加え, ニーズに対応するための一次加工業者の課題について把握できたことは, 一次加工業者の今後の支援に役立つものである.
今後は生産者, 一次加工業者, 食品産業実需者の互いの情報交換を行う方法やニーズに対応できる一次加工業者の育成を調査研究の課題としたい.

４

まとめ
本報告では食品産業における一次加工品のニーズ

注) 1)農林水産省大臣官房統計部 ｢農林水産統計｣
よりと一次加工業者のニーズ及び課題をアンケート調査
により検証した.
その結果, 次の５点が明らかになった.

引用・参考文献

第１に一次加工業者を除く製造業26%が原料とし[１] 矢吹雄平,て一次加工品を50%以上利用しており, 産業廃棄物処理の問題や経営の合理化などの理由から, 今後も利用は増加すると見込まれる.
第２に, 利用したい一次加工品の形態は業種全体
では ｢ピューレ／ペースト｣ が最も多く, 他に ｢乾地域マーケティング論 , 有斐閣,

2010, p160
[２] 後藤一寿・堤えみ・豆塚木美・野間口壽子(2006) ｢食品産業の求める青果物・一次加工品ニー
ズの分析−熊本県食品産業ニーズ調査結果から−｣
農業経営研究p74〜p78

燥｣ ｢冷凍 (カット野菜, 果物, 果皮の実も含む)｣[３] 堤えみ・後藤一寿 (2009) ｢食品産業における｢冷蔵(カット野菜, 果物, 果皮のみも含む)｣ が多

青果物の一次加工品利用に関する意識-熊本県産

い. これらは県内一次加工業者でも多く製造されて農産物活用のためのニーズ調査結果より-｣いる形態のため, 安定供給等の条件が合えば食品産と環境 p127〜132

業実需者ニーズに対応した一次加工品の製造が可能だと考えられる.
また, 一次加工品に対する実需者ニーズは業種によって異なることが確認できた.
第３に, 宮崎県産一次加工品の課題として価格の高さがあげられるが, 実需者の潜在ニーズである利便性や高品質, 栄養成分・機能性の表示ニーズを満たせば､ 宮崎県産一次加工品に対する許容価格が高くなることが期待できる.
第４に, 26%の一次加工業者が食品産業実需者ニーズに対応できない経験があることが明らかになった.
その理由として機器設備が不十分といったハード面における問題と, 技術不足および情報不足といったソフト面の問題があげられた.
100

食農[４] 高田裕也 ｢農産物の機能性を活かした新食品・新素材事業化の推進−新需要創造対策−｣,
時報

NO.62 (2011) p12〜p17

豆類

再録

Isolation and Characterization of Shochu
Yeasts with Superior Brewing Ability
from Shochu Mashes
H. Yamamoto1,2,*, S. Morimura2, M. Mizutani1, K. Yamada1, H. Ochi1, K. Takayama1,
T. Kudo1, H. Ohta2 and K. Kida2
ABSTRACTJ. Inst. Brew. 117(4), 627–633, 2011
Seven yeasts with superior ability in terms of alcohol fermentation and aromatic ingredient generation were isolated from 272
wild yeasts obtained from shochu mashes of shochu breweries.
These seven yeasts were examined for their fermentation ability
with rice and sweet potato using small scale of fermentation
tests. Moreover, their thermotolerance was evaluated by growth
tests and fermentation tests with barley koji. Among the isolatedseven yeasts, the shochu yeast “MF062” was superior in thecharacteristics of fast fermentation, high alcohol production,
aromatic ingredient generation and thermotolerance. It wasnamed the “Heisei Miyazaki Yeast”. From the results of analysesof physiological and genetic characteristics of MF062, it was
shown to be a Saccharomyces cerevisiae, but it showed different
characteristics from the industrial yeasts used in shochu production. Using a sweet potato shochu brewing test, with 60 kg of
raw materials and yeast MF062, it was confirmed that a highalcohol production yield and a high quality shochu could beobtained.
Key words: Fermentation, Saccharomyces cerevisiae, screening,
shochu yeast, thermotolerance.

INTRODUCTION
In shochu production, it is important that shochu
mashes are fermented well and alcohol production yields
are high. Therefore excellent shochu yeasts that havestrong alcohol fermentation power, appropriate resistanceagainst citric acid and thermotolerance are needed. Shochu yeasts also need to generate a good flavor to produce
high quality shochu. At present, there are many kinds ofbrewer’s yeasts which have been used for shochu production. Some of these are the following: Miyazaki Yeasts,
Kagoshima Yeasts, Kumamoto Yeasts, Awamori Yeasts

1 Miyazaki

Prefectural Food Research and Development Center,
16500-2 Higasikaminaka, Sadowaracho, Miyazaki City, Miyazaki
880-0303, Japan.
2 Graduate School of Science and Technology, Kumamoto University, 2-39-1 Kurokami, Kumamoto City, Kumamoto 860-8555,
Japan.
* Corresponding author. E-mail: hideyama@iri.pref.miyazaki.jp
Publication no. G-2012-0207-1178© 2011 The Institute of Brewing & Distillingand Kyokai Yeasts. These are sold to shochu breweries byprefectural research institutions, alcoholic beverage associations, and the Brewing Society of Japan.
Recently, shipments of shochu are increasing and consumer preferences have been diversified. Diversification
with good qualities of shochu is mainly supported byquality of raw materials at first, and then by various kindsof microorganisms such as yeasts. Thirdly, manufacturingmethods such as fermentation, distillation, storage, refinement, and blend are also important. From these backgrounds, it has become necessary to make selections ofvarious shochu yeasts for shochu production to support
the diversity of tastes of consumers and also to utilize thefeatures of the raw materials well. This tendency for shochu production is the same as sake brewing, and new
yeasts have been developed for the purpose of supporting
diversification of sake. Oba et al.9,10,11 bred nine yeast
strains, which could produce 2–3 times higher malic acidcompared with the parent strains. These yeast strains wereused for brewing sake at an industrial scale and showed
their usefulness for sake production with a fruity taste.
Komuro et al.3 isolated yeasts which characteristically
produced organic acid. Enriched medium with koji juice
was used to separate sake yeasts from flowers, with theaddition of the antibiotic ‘yeastcidin’ produced by Aspergillus oryzae. Sasaki et al.13 studied floral yeasts whichwere isolated from “Kanhi cherry blossoms” and “flowersof peaches” in Tochigi Agricultural High School, and produced characteristic sake with them. Ohashi et al.12 tried
to isolate the useful yeasts, which could produce sakewith a sweet and sour taste, low alcohol, and a fruity flavour from flowers called “Naranoyaezakura”. As for shochu yeasts, Tanimura et al.14 isolated the shochu yeast
from the coastal area in Miyazaki Prefecture called
Hyuga-nada. The salt and alcohol tolerance of the yeast
was high, and the fermentation of mash was conductedvery well. The isolated yeasts could produce shochu witha brilliant aroma and sweetness. Although researchers
have tried to isolate new types of shochu yeasts as described above, the variations in the shochu yeasts are stillless than those of the sake yeasts.
There is a high possibility that wild yeasts isolated
from shochu mashes could have the good characteristics
that are required for shochu production. In this research,isolated yeasts from shochu mashes in Miyazaki Prefecture were evaluated from the point of brewing ability.
VOL. 117, NO. 4, 2011

627

101

Their characteristics were examined and the selected
yeasts were tested for fermentation ability in sweet potatoshochu brewing.

MATERIALS AND METHODS
Tested yeasts
The 272 wild yeast strains, which were isolated fromshochu mashes in shochu breweries in Miyazaki Prefecture and were stored in Miyazaki Prefectural Food Research and Development Center, were used in this research. Moreover eight industrial yeasts were used ascontrols. One of them was the Miyazaki yeast (MK021),
which was stored in the Centre, and the others were theindustrial brewer’s yeasts A-G stored in other agencies.
Selection of yeasts with excellent brewing
ability by fermentation tests
Yeasts were first prepared by pre-cultivation for 24 h at
28°C with MYGP medium (0.3% malt extract, 0.3% yeast
extract, 0.5% peptone, 1% glucose, pH 4.0). Then, 70 mL
of water was poured into 40 g dry rice koji (MKS, Tokushima Seikiku Corporation) for shochu brewing with the
100 µL of pre-cultivated yeasts to make mashes. These
were fermented for 7 days at 28°C. As an index of fermentation progress, the weight of the mashes was measured regularly. Aromas of matured mashes at the 8th day,immediately after the end of the fermentation examination, were also measured and evaluated.
Evaluation of thermotolerance of yeasts bygrowth tests
The seven isolated yeasts were used in these tests. The
eight industrial yeasts, namely A-G and Miyazaki Yeast(MK021), were used as the controls. First, each of theyeasts was shaken for 24 h at 28°C with 5 mL MYGP
medium. The 100 µL of the pre-cultivated yeasts wasadded to 10 mL MYGP medium in L-shape tubes. These
were cultivated for 120 h at 20, 28 or 38°C by shaking ina Biophotorecorder (Advantec TN-2612, Osaka, Japan).
Optical density at 660 nm (OD660) was measured regularly
and the growth rate of the yeasts (h–1) was calculated.
Moreover, cell number and viable cell percentage of theyeasts were measured by methylene blue staining5 after
120 h cultivation and reported as the viable yeast cell percentage.
Evaluation of thermotolerance of yeasts byfermentation tests using barley koji
The seven isolated yeasts and the eight industrial
yeasts as the control were used in these tests. Each of theyeasts was shaken for 24 h at 28°C with 5 mL MYGP

medium. Barley koji was made with A. kawachii as seedstrain in a general way. Then 60 mL of water was poured
into 50 g barley koji, and the 100 µL of pre-cultured yeast
was added to the mashes. These were fermented for 9days at 20, 28 and 38°C. As an index of fermentation,weight of the mashes was measured with the passage oftime. The alcohol content of the matured mashes wasmeasured immediately after 9 days of fermentation.
Small scale fermentation tests for rice andsweet potato shochu production
Table I shows the proportion of raw materials for small
scale shochu brewing. Koji was made with polished riceand A. kawachii as the seed strain. The seven isolated
yeasts or the Miyazaki Yeast (MK021) as the control wereused as seed mashes. Each of the yeasts was shaken for 24
h at 28°C with MYGP medium. Then the cultivated yeasts
and water were added to rice koji. These were fermented
for 4 days in rice shochu production and for 6 days insweet potato shochu production. At this time, the initial
yeast concentration was 1 × 105 cells/mL. Rice as themain material and water were added to the seed mashes.
These were fermented for 13 days as the main mashes inrice shochu production. In case of sweet potato shochu
production, steamed and shattered sweet potatoes andwater were added to the seed mashes. These were fermented for 14 days as the main mashes. Rice and sweet
potato shochu were obtained by atmospheric distillation
with these matured mashes.
Fermentation tests for sweet potato shochu
production
Sweet potato shochu was produced by the selectedsuperior yeast MF062 or the Miyazaki Yeast (MK021) as
the control according to the proportion of raw materials
shown in Table I. Each of the yeasts was cultured statically for 2 days at 28°C with 5 mL MYGP medium. Then
100 µL of pre-cultivated yeast was added to 50 mL of
MYGP medium. Each of the yeasts was incubated for 2days at 28°C. The koji was made with polished rice and A.
kawachii as the seed strain. Then yeasts and water wereadded to rice koji as mentioned above. These were fermented for 6 days as seed mashes. The initial concentration of yeasts was 1 × 105 cells/mL. Moreover, sweet
potatoes as the main raw material and water were added
to the seed mashes and these were fermented for 14 days
as the main mashes. Sweet potato shochu was obtained byatmospheric distillation with these matured mashes. Sensory tests of the sweet potato shochu were performed andshochu was evaluated by a three point method (1: Excellent, 2: Good, 3: Poor) from the viewpoint of flavor, attractive taste, sweetness, roundness, dryness taste, aroma,
sweet potato like characteristics, rough taste, etc.

Table I. Proportion of raw materials for shochu brewing tests.
Small scale rice shochu brewing

Small scale sweet potato shochu brewing

Sweet potato shochu brewing test

Raw materials

Seed mash

Main mash

Total

Seed mash

Main mash

Total

Seed mash

Main mash

Total

Koji rice (kg)
Rice (kg)Sweet potato (kg)
Water (L)

0.5
0.6

1
1.95

0.5
1
2.55

0.5
0.6

2.5
1.5

0.5
2.5
2.1

10
12

50
27

10
50
39

628

102

JOURNAL OF THE INSTITUTE OF BREWINGCharacteristics of the yeasts
To judge the difference between MF062 and the industrial yeasts, their morphological characteristics were observed. MF062 and the eight industrial brewer’s yeasts(A-G and MK021) were cultured statically for 2 days at
28°C with MYGP medium, and their forms were observed by use of both an optical microscope and a scanning electron microscope. MF062 and the eight industrial
yeasts were also cultivated for 2 days at 28°C on MYGP
agar plates (1.5% agar) and the forms of their colonies
were observed.
They were cultivated for 7 days at 25°C with potassium acetate medium plates (1% potassium acetate, 0.1%
yeast extract, 0.05% glucose, 2% agar at pH 6.5), andtheir sporulation was observed by optical microscopic
observation2.
Sugar fermentation of MF062 or the eight industrial
yeasts was evaluated as follows. One loop of yeast was
inoculated into the YP liquid medium (0.5% yeast extract
and 1% peptone), which contained one of the following
sugars at 2% (glucose, galactose, sucrose, maltose, lactose, raffinose, trehalose, melibiose), and coloured with
bromothymol blue (BTB) solution. These were incubatedfor 2 days at 25°C. Yeasts were deemed to have sugar fermentation ability when the carbon dioxide gas accumulated in the Durham tube and the color of medium containing BTB changed to yellow from yellowish green4.
Assimilation tests of each element such as sugar, alcohol, amino acid, and organic acid salt were performed
using agar plates. Agar plates, which included one kind ofelement whose concentration was 2% for the assimilation
tests, were first prepared with yeast nitrogen base (where
the element for assimilation was a carbon source of sugaretc.) or yeast carbon base (when the element for assimilation was a source other than a carbon source such as ammonium sulphate, ethyl amine, L-lysine, potassium nitrate, sodium nitrite, cadaverine) of Bacto Inc. Yeast cells
were inoculated onto these plates by platinum loop andwere cultured for 4 days at 30°C. It was judged “+” incase where growth of yeasts could be observed, “–” where
no growth could be observed, “±” where growth of yeasts
could not be judged4.
The 2,3,5-trimethyltetrazolium chloride (TTC) dye-affinity test, using glucose as a carbon source (hereinafter,
we call “Glucose-TTC dye-affinity test”), was carried out.
The colonies of MF062 or the eight industrial yeasts werediluted to grow about 200 cells on a plate. Then, the cells
were inoculated on substratum medium plates (2.0% glucose, 2.5% agar, 0.1% yeast extract, 0.2% peptone, 0.1%
KH2PO4, 0.04% MgSO4·7H2O, pH 6.5) and were incubated at 30°C for 2 days. After dissolving the upper medium containing glucose as the carbon source (0.5% glucose, 0.05% TTC, 1.0% agar, pH 6.5), they were allowed
to cool to about 45°C and were gently layered on thecolonies formed on the substratum medium plates. These
were left for 2–3 h at 30°C, and the coloration of the colonies was observed1. Moreover, TTC dye-affinity tests byusing maltose, D-methyl-D-glucoside (D-MG) or galactose instead of glucose as the carbon source in the samemanner above mentioned were conducted. Hereinafter wecalled these “non-Glucose-TTC dye-affinity test” and thecoloration of the colonies was observed7.

For detection of acid phosphatase activity, the colonies
of MF062 or the eight industrial yeasts were prepared in
the same way as for TTC staining. The upper medium soft
agar (0.025% D-naphthyl sodium acid phosphate, 0.025%
Fast Blue Salt B, 1.5% agar in 0.005M acetic acid buffer
solution (pH 4)) was prepared and was cooled to about
45°C. Then the soft agar was gently layered on the colonies formed on the substratum medium plates. These wereleft for 30–60 min at room temperature. Yeasts that hadacid phosphatase activity had colonies that stained dark
red6.
DNA samples were prepared according to the protocol
using CHEF Genomic DNA Plug Kits (Bio-Rad Laboratories, Richmond, Calif.)), and the pulse field gel electrophoreses was performed with the Bio-Rad CHEF-DR II
system .
The sequence of rRNA gene D2 region was analyzed.
The DNA was extracted from yeasts and was purified
with the kit “Gentle-kun” (for yeasts) (Takara Bio Inc.,
Shiga, Japan). PCR amplification and refinement processing for obtained samples was conducted according to theprotocol of MicroSeq D2 LSU rDNA Fungal Sequencing Kit (Applied Biosystems, CA, USA). The sequence
analysis was conducted with ABI PRISM 310 Genetic
Analyzer (Applied Biosystems, CA, USA) and 323 bp of
sequence was determined. The homology search of theobtained sequence was performed using database of MicroSeq D2 Fungal Database v. 0050 c (Applied Biosystems, CA, USA).
Analytical method
The analyses of pH and acidity of shochu mashes were
performed according to Official Analytical Method of the
National Tax Administration Agency of Japan8. The alcohol content of the samples obtained by filtration of shochu
mashes with the No. 2 filter paper was measured by Hewlett Packard 5890 SERIES II gas chromatograph (DBWAX; I.D. 0.53 mm × 30 m, 1 µm of film, 55ĺ170°C(4°C/min), FID detector). By adding 10 mL hexane and 1
g sodium chlorides to 10 mL mashes, the aromatic ingredients were extracted in hexane fractions. Aromatic ingredients content was also measured by Hewlett Packard
5890 SERIES II gas chromatograph with temperatureshift program of 55ĺ225°C (4°C/min). Organic acid content was measured by organic acid analysis system LC10A (Shimadzu Corp., Japan) with ion-exclusion chromatography using conductivity detector CCD-6A. A series of
two SCR-102 columns was used for separation and mobile phase was 5 mM p-toluenesulfonic acid.

RESULTS AND DISCUSSION
Selection of yeasts with superior brewing
abilities by fermentation tests
The fermentation tests of shochu with dry koji werecarried out by using the 272 wild yeasts and the eight industrial yeasts. Alcohol content, pH and acidity of matured mashes after fermentation for 7 days are shown in
Table II. The seven wild yeasts, MF059, MF062, MF068,
MF165, MF182, MF197 and MF224, showed good fermentation ability equal to or more than the industrial
VOL. 117, NO. 4, 2011

629

103

yeasts. The pH, acidity and aromatic ingredients content
with the seven wild yeasts were similar to those of theeight industrial yeasts. The shochu of the seven wild
yeasts had no aroma of aldehyde, ethyl acetate, acetic acidetc., which become off flavors when excessively included
in shochu. It was confirmed that the shochu made by theseven wild yeasts had a brilliant and sweet good fragrance. Therefore, these seven wild yeasts were examined
in detail regarding their brewing characteristics.
Small scale fermentation tests for shochu
production
At first, small scale fermentation tests of rice shochu
using the seven isolated yeasts or Miyazaki yeast (MK021)
were performed. MK021 has been used widely in thealcoholic beverages factories in Miyazaki Prefecture. The
alcohol content, pH and acidity of the matured main
mashes of rice shochu with MF059, MF062, MF197 andMF224 were equal to those with MK021. However, thevalues of MF068, MF165 and MF182 were lower than theothers. There were no differences between the sevenisolated yeasts and MK021 regarding pH and acidity. Bymeasuring the aromatic ingredient content, it wasobserved that the n-propyl alcohol concentration of theseven isolated yeasts was lower than that of MK021, butthat the i-butyl alcohol concentration was higher.
Therefore, the i-amyl alcohol / n-propyl alcohol (A/P),
and i-butyl alcohol / n-propyl alcohol (B/P) ratios of theseven isolated yeasts were higher and i-amyl alcohol / ibutyl alcohol (A/B) ratios were lower than that of MK021.
These differences indicated that the seven isolated yeastsand MK021 were different in terms of their metabolism.

Table II. General components of shochu mashes fermented by isolated
and industrial yeasts using shochu dry rice-koji.
Strains
MF059
MF062
MF068
MF165
MF182
MF197
MF224
A
B
C
D
E
F
G
MK021

Isolated yeasts

Industrial yeasts

Alcohol (%)

pH

Acidity

19.4
19.8
19.9
19.2
19.9
19.3
19.7
16.8
16.6
18.0
17.5
18.9
19.0
17.9
19.0

3.8
3.8
3.8
3.8
3.8
3.8
3.9
3.7
3.6
3.7
3.7
3.7
3.7
3.7
3.8

14.7
14.7
15.9
14.2
14.6
14.8
14.2
15.5
15.9
16.4
16.3
15.5
16.1
15.2
14.6

Small scale fermentation tests of sweet potato shochu
were also carried out similar to those of rice shochu. The
pH values with the seven isolated yeasts were the same asthat with MK021 as shown in Table III. The acidity valuesof MF062, MF165 and MF197 were a little higher thanthat of MK021. The alcohol content and pure alcohol acquirement quantity of the mashes with the seven isolated
yeasts were higher than those with MK021. The acetic
acid and lactic acid contents of the mashes with the sevenisolated yeasts were almost equal to those with MK021.
Table IV shows the results of the aromatic ingredients
content of the sweet potato shochu. Ethyl acetate, whichbecomes an off flavor when excessive levels are present inshochu, was lower than that with MK021 with the sevenisolated yeasts. The n-propyl alcohol concentration withthe seven isolated yeasts was lower than that with
MK021, and the i-butyl alcohol concentration of shochuwith the seven isolated yeasts was higher than that with
MK021, except for MF224. As for the main alcohol ratios, the A/P and B/P ratios of the selected yeasts werehigher than those of MK021, and A/B ratios of the selected yeasts were lower than that of MK021. This tendency was the same as the results of the fermentation testsof rice shochu. These results showed that there were differences in the main aromatic ingredients between theselected yeasts and MK021.
Growth tests of yeasts
According to the measurement of the specific growth
rates of the yeasts at 20, 28, and 38°C, the values of selected MF062 and the industrial yeast C at 38°C werehigher than those at 28°C as shown in Table V. At 28°C,
the specific growth rates of the selected yeasts were0.292–0.340 h–1 and those of the industrial yeasts were0.303–0.352 h–1. At 20°C, the specific growth rates of theselected yeasts were 0.159–0.200 h–1 and those of the industrial yeasts were 0.158–0.203 h–1. There were few dif-

Table III. General components of sweet potato shochu mashes brewed
on a small scale.
StrainspH

Acidity

Alcohol(%(v/v))Amount of absolute acquired
alcohol (L/t(raw materials))

MF059
MF062
MF068
MF165
MF182
MF197
MF224
MK021

4.4
4.3
4.3
4.4
4.4
4.4
4.4
4.4

5.2
5.5
5.2
5.4
5.1
5.6
5.0
5.2

13.8
13.8
13.6
13.8
13.7
13.6
13.5
13.4

203
203
198
202
201
202
199
197

Table IV. Volatile components of sweet potato shochu brewed on a small scale.
mg/L
Strains

Ethyl acetate

n-Propyl alcohol

i-Butyl alcohol

i-Amyl alcoholȕ-Phenyl ethyl acetate

ȕ-Phenyl ethyl alcohol

MF059
MF062
MF068
MF165
MF182
MF197
MF224
MK021

2
3
4
7
2
3
2
8

139
125
128
153
127
127
135
208

217
255
231
238
213
212
179
199

577
566
532
591
573
619
500
597

4.8
5.8
5.1
5.1
4.3
3.8
4.6
4.3

79
81
67
76
80
84
69
68

630

104

JOURNAL OF THE INSTITUTE OF BREWING

ferences between the selected yeasts and the industrial
yeasts at 28°C and 20°C. On the other hand, the specificgrowth rate of the selected yeast MF197 at 38°C was verylow (0.034 h–1). It was thought to be difficult for that yeast
to grow at the high temperature. As for the specific growth
rates of the other yeasts at 38°C, those of the selected
yeasts were 0.241–0.329 h–1 and those of the industrial
yeasts were 0.205–0.328 h–1. At 38°C, the differences inthe specific growth rates were more remarkable than at 20
and 28°C. At 38°C, the specific growth rate of the selected yeast MF062 was 0.329 h–1, which was the highest.
Next to that it, the value of the industrial yeast C was
0.328 h–1. It was confirmed that the characteristics ofgrowth of the selected yeast MF062 at the high temperature was excellent. The viable cell percentage of all yeasts
after 120 h cultivation was equal to or more than 95% at
20°C and 28°C, and there were no differences between
yeast strains. The viable cell percentage of all of the industrial yeasts after 120 h cultivation fell below 90% at
38°C. That of the selected yeast MF062 showed 93.2%
viability, which was the highest confirming that the seTable V. Specific growth rate of isolated and industrial yeasts at 20°C,
28°C and 38°C on growth tests.
–1

Specific growth rate (h )Strains

20°C

28°C

38°C

MF059
MF062
MF068
MF165
MF182
MF197
MF224
A
B
C
D
E
F
G
MK021

0.185
0.180
0.159
0.198
0.178
0.192
0.200
0.190
0.164
0.200
0.166
0.188
0.185
0.158
0.203

0.313
0.312
0.292
0.314
0.312
0.334
0.340
0.315
0.314
0.322
0.352
0.317
0.331
0.303
0.335

0.284
0.329
0.241
0.269
0.241
0.034
0.298
0.205
0.223
0.328
0.261
0.267
0.298
0.268
0.291

lected yeast MF062 had a high thermotolerance among
the tested yeast strains.
Thermotolerance by fermentation tests withbarley koji
At 28°C, the carbon dioxide gas loss in weight had increased smoothly during fermentation. At 20°C, the increases of the carbon dioxide gas loss in weight at earlystages were slow compared with 28°C. The increases in thesecond half of the fermentation were smooth. At 38°C, theincreases of the carbon dioxide gas loss in weight weresmooth until the 4th day after which they hardly increased.
The carbon dioxide gas loss in weight from the early stagesby the selected yeast MF062 at 38°C was higher than thatof the control MK021. The alcohol content of the matured
mashes after 9 days of fermentation with any yeast was
sufficiently high at 20 and 28°C, and low at 38°C. The alcohol content of the matured mashes at 38°C is shown in
Fig. 1. The alcohol content of the matured mashes with theselected yeast MF062 was 11.6% (v/v) at 38°C, which was
the highest of the yeasts. Generally, fermentation involves acompetition of growth and nutrient consumption between
the yeasts and the contaminating bacteria. Therefore, it isimportant for the yeasts to grow fast and to start the alcohol
fermentation early thus avoiding pollution by lactobacillus,a cause of poor mashes. It was thought that the alcohol fermentation of shochu mashes could be performed preferablywith the selected yeast MF062, because the beginning of
the alcohol fermentation was early and alcohol production
was high. From these results, it was confirmed that the alcohol fermentation could be conducted efficiently in thehigh temperature area with the selected yeast MF062. The
yeast MF062, which had excellent brewing aptitude, wasnamed the “Heisei Miyazaki Yeast (MF062)”, and was thus
researched further.
Physiological characteristics of MF062
From the results of the scanning electron microscopeobservation of MF062, the sizes of the vegetative cells

Fig. 1. Alcohol concentration after 9 days of fermentation using shochu barley koji at 38°C. White bars, isolated yeasts; grey bars,
industrial yeasts; black bar, Miyazaki yeast (industrial yeast of Miyazaki Prefecture).
VOL. 117, NO. 4, 2011

631

105

were about 4–8 µm, and the shapes were oval and growth
was by budding. By liquid cultures of yeasts for 2 days at
28°C with MYGP medium, no differences of the shapes
were observed between MF062 and the eight industrial
yeasts. On the agar plates, the colonies of MF062, whose
diameter were 2–3 mm, were white and opaque; their surfaces were lustrous and smooth. They were convex andtheir brims were smooth circular forms. The forms of thecolonies of the eight industrial yeasts were the same as
those of MF062. Spore forming tests of the yeasts by optical microscopic observation were performed. All theyeasts except for the industrial yeast A formed spores. In
the sugar fermentation tests, there were differences between MF062 and the industrial yeast A. However, thefermentation ability of MF062 was the same as that of theother seven industrial yeasts. None of the yeasts produced
films. In the assimilation tests of carbon sources, except
for the industrial yeast A, the assimilation of MF062 was
the same as those of the other seven industrial yeasts. All
the superior yeasts for sake brewing such as Kyokai No.
6, No. 7, No. 9, and No. 10 stained red by TTC, whilewild yeasts stained pink. As the dye-affinities of yeasts
were changed by the kinds of sugar sources, the yeasts
could be distinguished in detail. As shown in Table VI, thecolonies of MF062 stained red with the Glucose-TTC
dye-affinity tests, but stained pink by the non-GlucoseTTC dye-affinity tests. All the colonies of the eight industrial yeasts stained red with the Glucose-TTC dye-affinity
tests like those of MF062. On the other hand, as for the
non-Glucose-TTC dye-affinity tests, only the colonies of

the industrial yeast A stained pink with all the carbon
sources (maltose, D-methyl-D-glucoside, galactose) similar to MF062. Those of the other seven industrial yeasts
stained a different color. The results of the acid phosphatase activity are shown in Table VI. The colonies ofMF062 appeared dark red and their acid phosphatase wasactive. Among the eight industrial yeasts, the colonies of
B, C, D and F appeared dark red similar to MF062, but
the acid phosphatase of A, E, G and MK021 was not active.
Genetic analyses of MF062
The pulse-field gel electrophoresis photographs of
MF062 and the industrial yeasts are shown in Fig. 2. For
the chromosomes of about 225–365 kb size, three band
Table VI. TTC staining with different carbohydrate media and acidaphosphatase activity of selected MF062 and industrial yeasts .
TTC-staining
Strains

GlucoseMaltose

D-MG

Galactose

Acidphosphatase

MF062
A
B
C
D
E
F
G
MK021

R
R
R
R
R
R
R
R
R

P
P
P
P
P
P
P
R
R

P
P
W
W
W
W
W
R
P

P
P
P
R
P
P
P
R
R

+
–
+
+
+
–
+
–
–

a Abbreviations: R, red; P, pink; W, white; +, positive; –, negative.

Fig. 2. Pulse field gel electrophoresis of selected yeast MF062 and the industrial yeasts.
632

106

JOURNAL OF THE INSTITUTE OF BREWING

patterns with regular intervals can be seen on MF062. At
this point, MF062 appears different from the industrial
yeasts. Chromosomes of ~750 kb size were seen on all theindustrial yeasts, but these were not seen on MF062. Theband patterns of MF062 were different from those of theindustrial yeasts. Sequences in the rRNA genes D2 area of
MF062 were also analyzed. A BLAST homology search
was conducted. MF062 coincided with the well known
yeast Saccharomyces cerevisiae by 100%. It was confirmed that the characteristics of MF062 were maintainedin 20 series of subcultures.
Brewing tests for sweet potato shochu production
The alcohol content of the mashes of sweet potato shochu in brewing tests were measured and the changes with
MF062 and MK021 were almost the same (Fig. 3) and theabsolute alcohol acquirement quantities in the matured
mashes were about 200 L per one ton of raw-material
confirming that MF062 had good fermentation power andhigh alcohol productivity with sweet potato shochu brewing. Sensory tests of the sweet potato shochu were performed by four shochu technical experts. Tastes were
evaluated by a three point method with 1 (very good), 2(good) and 3 (bad). The average score of shochu with
MK021 was 2.0, whereas that with MF062 was 1.3, an
excellent evaluation (Table VII). The quality of shochu
produced with MF062 was very good, the shochu did nothave a rough taste and had a sweetness, maturity, gooddryness, and good aroma. Since yeasts are stressed fromthe strong alcohol in the latter period of shochu mashes,
they tend to die easily. Off-flavors occur by autolysis ofyeasts and the quality of the shochu worsens. High stress
tolerance and the survival ratio of strain MF062 during
the second half of shochu mashes could lead to few generations of off-flavors due to stress and yeast death. The
shochu made by MF062 received a high organoleptic
evaluation.
Table VII. Results of sensory tests of sweet potato shochua.
Strains

Sensory
evaluation

MK021

2.0

MF062

1.3

Comments
good flavor, good taste, mellow, characteristicof raw materials
sweetness (3), mellow (3), clear (2), aromatic(2), good taste, light, characteristic of raw
materials, potato like, pure taste

a Evaluations were performed using a 3 point scale: 1 (very good), 2(good), 3 (bad). Values are the average of 4 panellists.

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(Manuscript accepted for publication December 2011)VOL. 117, NO. 4, 2011

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