鮎、牡蠣の香りの水晶振動子を用いた定性評価に関する基礎研究71＜平成 26 年度助成＞

鮎、牡蠣の香りの水晶振動子を用いた定性評価に関する基礎研究一橋和義 1）, 2）・永井伊作 3）・倉橋

みどり1）

1）

東京大学生物生産工学研究センター、2）東洋大学総合情報学部、3）岡山大学大学院自然科学研究科

イントロダクション

いた新たな計測方法を用いて新たな香り成分を探索した。そして、見つかった複数の香り成分に関

本研究の目的は、香りがその食材の価値を大して、試作した感応膜への吸着状態を測定し、香きく決める水産物である鮎と牡蠣の香り成分

りセンサの開発に役立つデータ収集を行った。まを 探 索 し、 そ の 香 り を QCM（Quartz Crystal

た感覚が豊かな共感覚者を被験者とした牡蠣の香Microbalance）と呼ばれる水晶振動子を用いた香りの印象評価を行った。

り計測装置を作成して数値化しようとするもので水産物食材の良否に大きくかかわる香りを、QCM を用いて数値化し比較できることを示したある。
もし、鮎や牡蠣の香りを手軽にその生息環境でことで、本研究成果が実用的な QCM 香りセンサ

計測、評価できれば、その商品価値やまた香りにの開発にチャレンジできることを明らかにした。

よる彼らの餌の状態や水質などの生息環境をその以下、鮎と牡蠣の香り成分の探索と開発した香り場で評価できるであろう。

計測装置を用いた計測結果を報告する。

香りや匂い成分の分析手段として、ガスクロマ
トグラフ質量分析計（GC - MS）を用いる一般的な方法があるが、この計測器は高価なだけでなく、

1. ガスクロマトグラフィー質量分析法（GC-MS）を用いた鮎の香りの生息流域、河川による評価対象とする香りの存在する現場に持ち込んで手軽全国清流利き鮎大会に入賞歴のある河川の鮎とに測定する用途には適さない。別の手法に基づく養殖鮎の香り成分探索を行った。静岡県狩野川中

機器として、QCM を用いた質量測定に基づく香流域、狩野川上流域、岐阜県馬瀬川中上流域で1）り計測装置がある 。この装置は、香り分析を行友釣りにより捕獲された縄張りアユを試料としたう場所を GC - MS より柔軟に選択でき、また対象計測の例を示す。鮎は鮮度を保ったまま冷凍保存とする香り成分に特化した感応膜を開発すること（−20 ～−30 ℃）され、研究室に移送後分析時まで効率的な香り測定を行うことができる。そこで、で冷凍保存（−60 ℃）された。計測時に解凍し、各本研究では、鮎と牡蠣の香り成分の探索とともに、アユの表皮 1.0 g を 20 ml のバイアル瓶に入れて密水晶振動子を用いた香り計測システムを開発し、封し、バイアル瓶に不活性化チューブを刺し、試料鮎と牡蠣の香りに特化した感応膜を開発するため濃縮用の吸着剤入りの注射針を装着したガス採集の環境を構築した。

器でバイアル瓶から気体 100 ml を採取し、試料を鮎と牡蠣の香り成分の探索については、例えば鮎濃縮した後、GC - MS を用いて香り成分を分析した。

では 2,6-nonadienal（キュウリ様臭）、3,6-nonadien-注入口温度：250℃、キャリアガス：He、イオン化法：1-ol（スイカ、メロン様臭）などが主な成分としてEI 法、GC 昇 温 条 件：40 ℃（5 min 保 持 ）→ 10 ℃/報告されているが 2 ）、本研究では、GC - MS を用min → 250 ℃（9 min 保持）として計測を行った。

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浦上財団研究報告書

Vol.23（2016）

結果として、狩野川、馬瀬川の鮎から検出さ特有の limonene やスパイスの成分のβ-myrcene

れた揮発成分として 21 本のピークが確認されたが検出された（Table 1）。その他、利き鮎大会に（Fig.1）。それぞれの鮎で確認されたピークを ラ入賞した他の河川の鮎の香りや養殖鮎の香りの分

イブラリ検索により成分を推定し Table 1 にまと析結果を参照し、方法 3 で用いる香り成分の選択めた。ピークは確認されたが不明 2 成分も含まれを行った。ている。各成分の番号は、Fig. 1 のピークの番号に対応する。
2,6-nonadienal や 3,6-nonadien-1-ol な ど の 鮎 特

2. 牡蠣の香りの色による評価と SD 法によるアンケートと GC-MS による比較

有の香り成分が検出され、特に馬瀬川のアユは他何らかの共感覚（ある感覚刺激が実際に他の感のものに比べこれらの成分のほか、かんきつ類に覚を誘発する現象）をもつ 11 人（男性 2 名、女性

Fig. 1 狩野川中流、狩野川上流、馬瀬川中上流の鮎の香りの成分のトータルイオンクロマトグラムによる比較
縦軸：相対強度、横軸：時間（分）、矢印の 1 ～ 21の番号は Table 1 のピーク番号に対応する。
左図が 0 ～ 10 分で現れた揮発成分のピーク、右図は10 ～ 20 分で現れた揮発成分のピークである。

Table 1 狩野川、馬瀬川の鮎の香り成分の比較：他のサンプルで推定した保持時間にトータルイオンクロマトグラフ上に同様のピークが確認できなかった成分：文献で報告されている香りの評価＊＊＊

鮎、牡蠣の香りの水晶振動子を用いた定性評価に関する基礎研究

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8 名、年代：10 ～ 40 代）の被験者に対して、産地の異なる 5 種類の真牡蠣の香りをブラインドで嗅いでいただき、イメージされる色彩と 13 項目（好き – 嫌い、まずい – おいしい、暗い – 明るい、小さい – 大きい、女性的 – 男性的、柔らかい – 硬い、丸い – 角張った、賢い – 馬鹿な、醜い – 美しい、心地よい – 不快な、滑らかな – ざらついた、高い – 低い、品のある – 下品な）からなる SD 法アンケートに答えていただき得られた得点の平均値と標準偏差をグラフにまとめた（Fig. 2-1）。また、各牡蠣の香りを嗅いだ後にマンセル色彩表により答えられた色にもっとも近いものを表計算ソフトの色で置き換え 8 名分の香りに対する色彩イメージを得た（Table 2）。さらに、アンケート項目で統計的な有意差の確認された項目を有する牡蠣について GC - MS による香り成分の計測を行い成分の違いを示した（Fig. 2-2）。牡蠣をまるごと複数個ホモジナイズして試料を得た点と、温度条件（試料を加熱し香り成分を吸着材に回収、注入口温度
260 ℃、40 ℃（3 min 保持 ) → 4℃ /min → 140 ℃→10 ℃/min → 280 ℃（3 min 保持））が鮎の場合の計測法とは異なる。
3.

水晶振動子を用いた香り計測システムの開発

3-1

装置の特徴

複数ある水晶振動子間で測定の差が生じないよ
うに、すべての振動子の配置が構造的に同一であるセンサチャンバを設計した。また、チャンバ内の温度、湿度、圧力も併せて測定・記録することで、香り測定値への影響を考察できる装置とした。
3-2

装置の概要

QCM 法は水晶振動子の電極両面に特定の香り成分に反応する感応膜をキャストしたものを用いて、香り分子の吸着量に応じた周波数の減少から香りの量を評価する手法である。本装置ではセンサチャンバ内に収めた 8 つの水晶振動子（基本周波数 9MHz）の周波数変化を 8 チャンネルの周波

Fig. 2-1 牡蠣の香りの印象評
棒グラフは各項目の得点の平均値とエラーバーは標準偏差を示す。
項目の上下は縦軸方向の数字の大きさ＋－に対応させて表記してい る。SD 法 に よ る ア ン ケ ー ト 結 果（ 各 項 目 で N = 6 ～ 8）に つ いて Kruscal-Wallis の 順 位 検 定 法（ 自 由 度 4、N = 6 ～ 8、有 意 水 準0.05）を用いて統計的検定を行った結果、各項目で 5 種類の牡蠣による印象の評価に有意差は確認されなかった（Fig.2-1）。「賢さ」について反対傾向にある ② と ③ の牡蠣について U 検定を用いて検定を行った結果、統計的な有意差が確認された（＊：N = 7, p<0.05）。共感覚者は五感の刺激に対して性格、人格といった強いイメージを持つことがある。

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浦上財団研究報告書

Table 2Vol.23（2016）

共感覚者の牡蠣の香りの色彩イメージ異なる 5 種類の産地の牡蠣について 8 名の共感覚者（女性）がそれぞれの香りから想起される色を回答した。（匂い –＞色）
：匂いに色を知覚できる共感覚者である。A は 1 日目のグループ、B は 2 日目のグループを示す。－：回答が得られなかったものを示す。② と ③ の牡蠣は比較的薄い色で ② のほうが明るい色彩が多い傾向にある。産地 ① の牡蠣は全体的にくすんだ色で表現され、④ と ⑤ は濃い色で比較的暗めの色が多いが様々な色が見られた。被験者 A2 と B3 は匂いを色として知覚する共感覚者であり、②、⑤は緑系統の色、③は薄い青～薄い紫、④は薄い灰色など共通点が見られた。

Fig. 2-2

産地③（赤色）と ②（青色）の真牡蠣の香り成分の GC-MS による比較

横軸：時間（分）、縦軸：相対値：③ の牡蠣は ② よりも1-Octen-3-ol（マツタケ様臭）が強く、② の牡蠣は③よりも 2,6-Nonadienal（キュウリ様臭）、3,6-Nonadien-1-ol（スイカ、メロン様臭）が強い。これらの成分の微妙なバランスにより香りの印象が異なると考えられる。

数カウンタにより測定する。感応膜の素材としてを開くことでシリカゲルとフィルタを通過した外様々な物質を試すときに、複数チャンネルでの測気によりチャンバ内および QCM のクリーニングが定は感応膜開発の効率を上げる。Fig. 3-1 に開発行えるため、実験を繰り返すことが容易に行える。

した計測装置の外観、Fig. 3-2（a）に装置を構成す3-3

センサチャンバる機器を示す。装置はセンサチャンバを中心に、すべての QCM が同時かつ同一条件でセンシン内部循環用ポンプPB、クリーニング用ポンプPAグするため、QCM が同心円状に配置された円筒が接続される構造を持つ。試料は循環流路に設け型のセンサチャンバ（容積 167ml ）を設計した。こられた注入口にマイクロシリンジを刺して注入すのセンサチャンバの内部を Fig. 3-2（b）に示す。まる。香りを測定する際は 2 つのバルブV1 およびた、チャンバ内における気体の流れを Fig. 3-2（c）

V2 を閉じて循環状態で行う。測定後は両バルブに示す。香りを含んだ気体はチャンバのカバー上

鮎、牡蠣の香りの水晶振動子を用いた定性評価に関する基礎研究(a) 計測装回路および周辺機器

75（b) 恒温槽に納められた計測装置

Fig. 3-1

香り計測装置の外観(a) 機器の接続(b) 同心円状に配置された 8 つの QCM
Fig. 3-2（c) チャンバ内気体の流れ
香り計測装置の構造

部中央から流入後、内部の円板により全方向へ拡の回路構成を Fig. 3-3 に示す。QCM 毎に発振回路散させられ、各 QCM と一斉に接触する。QCM 周が接続され、その信号はフォトカプラを経由して囲を通過した後、気体は再び 1 つに集められチャ周波数カウンタへ入力される。発振回路にはフォンバ下部より流出し、流路を循環した後、再び流トカプラや周波数カウンタの電源とは別の独立し入口に戻ってくる。流出口の両側に温度・湿度セた電源が供給されるため、ノイズ等の影響を受けンサ（SHT-25）および圧力センサ（LPS331AP）がない安定した発振が確保される。周波数カウンタ配置される。これらのセンサにより、温度に関しには設計者が所望のデジタル回路を組み込めるて分解能 0.01 ℃、精度± 0.2 ℃、湿度に関して分FPGA（Field Programmable Gate Array）が使用

解能 0.04 % RH、精度± 1.8 % RH、気圧に関してされており、市販の周波数カウンタを複数台並べ

分解能 0.000244hPa、精度± 0.1hPa の計測が 0.5s

るよりはるかに省スペースかつ低コストである。

周期で行われる。

FPGA のためのクロックには温度補償水晶発振器

3-4周波数カウンタおよびソフトウェア（KSS DTCXO-15A, 40MHz, 安定度± 0.3 ×10 -6 % /

QCM の振動数変化は 8 チャンネル周波数カウ−30 ～ 80 ℃）を用いて安定した計測を確保した。

ンタ回路により計測される。この周波数カウンタ

この FPGA は各 QCM の振動数を分解能 1Hz、0.5s

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浦上財団研究報告書

Fig. 3-3Vol.23（2016）

周波数カウンタの構成周期で計測し、マイコン（RX63N）へ送信する。

3-5

香り成分の評価実験

マイコンは振動数の計測値を温湿度センサおよび鮎、 牡 蠣 の 香 り 成 分 で 以 下 の 重 要 な も の圧力センサの計測値とともに PC へ送信する。PC（Table 3 参照）を選択した後、これらの成分を上では開発した専用ソフトウェアにより計測値の吸着しそうな有機化合物 7 種類を感応膜として画面へのグラフ描画およびファイルへの保存が行水晶振動子に塗布し、それぞれのチャンネルにわれる。ソフトウェアの実行画面例を Fig. 3-4 にセットした（1CH ; polyethylene glycol 200、2CH ;示す。このソフトウェアは装置の接続がなくてもdioctyl. Phthalate、3 CH ; diisononyl phthalate、データファイルの読み込みおよびグラフ表示は可4 CH ; diisodecyl phthalate、5 CH ; diisodecyl能であり、グラフの報告書への貼り付けも容易に

4-cyclohexene-1, 2-dicarboxylate、6CH ; cholesterol、行える。

7CH ; ethyl cellulose、8CH ; Control：感応膜なし）。

Fig. 3-4

ソフトウェアの実行画面例

鮎、牡蠣の香りの水晶振動子を用いた定性評価に関する基礎研究

Table 377

各香り成分に対する 7 チャンネルの周波数変化の最大または最小値

CH の列の単位：Hz 左端の列は香り成分 右端は分子量：g7CH はすべての香り成分を程度の差はあるが吸着しやすい。6 CH は限られた香り成分に吸着するが吸着性が乏しい。
amyl acetate (Start), (End): 基準の香り物質として、実験の開始時と終了時に計測した。

各香り成分を順に測定システム内の循環路に注入えられる感応膜の開発の可能性が示された。またし、周波数変化のデータを取得した結果、7 種類香り吸着剤の使用による低濃度の香り成分の分析の感応膜はそれぞれ香り成分、濃度を捉え、そのの可能性も示された。

特徴ある曲線を描いた（Fig. 3-5）。なお、Table 3は選択した香り成分について標品の原液 1μL を計測機器に注入したときの各チャンネルの振動数の最大変化値を示す。

まとめ

本研究において、鮎および牡蠣の複数の香り成分の化学構造を特定し、これらの成分を選択的に7 種類の感応膜は、選定した香り成分に対して吸着する複数の香り感応膜をもつ QCM 作成した。

異なる吸着量を示す周波数変化を生じさせておこれらの QCM に香り成分をかざすとき、複数のり、装置自体は精度良く機能していると考えられ

QCM はそれぞれの香り成分に対して選択的に吸る。また感応膜に関しては、ethyl cellulose が選着し、異なる振動数変化値を示した。得られた複択したすべての香り成分に対する吸着性が良いこ数の変化値を総合処理し、良質の香りを持つ鮎おとから、今後 cellulose の化学修飾や他の分子とのよび牡蠣がどのような生息環境で得られるか、ま複合化により、目的とする香り成分を効果的に捉たこれらの水産物の養殖においてどのような餌をFig. 3-5

各香り提示条件における各チャンネルの水晶振動子の周波数変化

横軸；時間（sec） 縦軸；周波数変化（Hz）
特に Amyl Acetate については濃度依存的に周波数が下がっている。グラフは香り物質が吸着して振動子の周波数が下がる＋側にその周波数分増加するように描かれている。特に 7chの ethyl cellulose は周波数変化が大きく、また安定した挙動を示していることがわかる。
ベースラインが下がっているものは感応膜が脱落していっていると考えられる。これらから装置が極めて上手く作動していることが分かった。

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Vol.23（2016）

与えるべきかなどの示唆を与えることができる。

東 洋 大 学 の 皆 様、Danielle Marie Huffman 様、したがって、今後、さらに選択的な香り感応膜をJames Davidson 様、斎藤アリーナ様、斎藤 環様、探し、より高感度の実用的な QCM 香りセンサの公益財団法人浦上食品・食文化振興財団の皆様、製作にチャレンジしてゆきたい。また、他の分野その他多くの方々にお世話になりました。この場への応用も考えてゆきたい。

を借り、厚く御礼申し上げます。

謝文

辞
材料科学技術振興財団の皆様、岡山大学の廣田和弘名誉教授、柴田光宣技術専門職員、仁科勇太准教授、また馬瀬川漁協の皆様、原島宏至先生及び原島先生のスタッフの皆様、東京大学の皆様、被験者になってくださった共感覚を持つ皆様、

献

1) 永井伊作，藤田慎二，廣田和弘：多チャンネル水晶振動子においセンサ自動計測システム，Aroma Research,
5(1), pp.62-67, 2004.
2) 平野敏行，章超樺：淡水魚の香気 — アユの香りはどのようにして生成されるか—，化学と生物，31，7，pp.426428, 1993．

Basic research about the stability estimation of the fragrances of oysters and ayu fishes using QCM (Quartz Crystal Microbalance)

Basic research about the stability estimation of the fragrances ofoysters and ayu fishes using QCM (Quartz Crystal Microbalance)
Kazuyoshi Ichihashi 1), 2), Isaku Nagai 3), Midori Kurahashi 1)
1)
Biotechnology Research Center, The University of Tokyo
2)
Faculty of Information Sciences and Arts, Toyo University
3)
Graduate School of Natural Science and Technology, Okayama University
Abstract
The purpose of this study was to identify fragrances of good-quality oysters and ayu
fishes using gas chromatography mass spectroscopy (GC-MS) analysis, and to develop
a basic mechanism of measuring device using QCM (Quartz Crystal Microbalance) tomeasure and estimate the fragrance of oysters and Ayu fishes easily.
We investigated chemical compositions of the fragrance of Ayu fish (Plecoglossusaltivelis). Ayu fish were caught in the upper and the upper-middle area of the Kano
River in Shizuoka Prefecture and in the upper-middle area of the Maze River in Gifu
Prefecture, Japan. We analyzed the fragrance of these Ayu fishes using gas chromatography
mass spectrometry (GC-MS) and compared the fragrance composition among samples.
2,6-Nonadienal and 3,6-nonadien-1-ol, which are signature fragrance compositions of Ayu,
were identified in all samples. Peak levels of these compositions were higher in samples
from the Maze River. In particular, limonene and β-myrcene were identified only insamples from the Maze River.
We identified fragrance of good-quality oysters in combination with color imagination,
semantical difference questionnaires and GC-MS analysis. By sensing of color elicitedby fragrance and Semantic Differential (SD) method, eleven subjects with synesthesia
estimated fragrance of five kinds of oysters (Crassostrea gigas) from five different
production areas in Japan were carried out. Statistical difference was represented between
two production areas in the point of “clever-unaware impression” in the SD method. The
fragrance of these two kinds of oysters were analyzed using GC-MS. Especially, peaklevels of 1-octen-3-ol, 2,6-nonadienal and 3,6-nonadien-1-ol were different between theseoysters. The color perception between these oysters was similar. In conclusion, intensity
balance of 1-octen-3-ol, 2,6-nonadienal and 3,6-nonadien-1-ol is one of the very importantfactors for the estimation of the odor of oysters relating to elevated perception.
Considering these experiments conducted by us and previous researches, elevenchemical materials including limonene, 2,6-nonadien-1-ol, 6-nonen-1-ol, 1-octen-3ol, 3,6-nonadien-1-ol, 2,6-nonadienal, 2-methylbutanal, 2-nonenal, myrcene, 3-nonen1-ol and 2-octen-1-ol were selected as important fragrance chemical compositions ofoyster and Ayu. We originally developed a fragrance measuring device using QCM.
Seven kinds of 1-propanol solutions including polyethylene glycol 200, dioctyl phthalate,diisononyl phthalate, diisodecyl phthalate, diisodecyl 4-cyclohexene-1, 2-dicarboxylate,cholesterol and ethyl cellulose were applied as sensitive membrane to both surface of
QCM in each. One QCM was control QCM with no sensitive membrane. Temperature andrelative humidity in a sensor chamber were monitored simultaneously in the experiment.
Frequency change responses of each QCM were measured in each injection of 1µl materialof eleven important fragrance compositions of oyster and Ayu to the device. Response
curves were represented on PC monitor by originally developed software. Each injectionof fragrance material showed characteristic curve and response level. We could ensure thatthe measuring device worked very well and we could achieve to develop basic system offragrance measuring device using QCM. Especially, ethyl cellulose showed rich response
to all fragrance materials. We consider that making various type of chemical modificationand complex compound of ethyl cellulose bring us more effective sensitive membrane. We
need further research to achieve practical use.

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