平成7年度 研究報告 大分県産業科学技術センタ喩

味認識に関する研究′j、幡睦意中秋本恭喜
機械電子部

Research on Discrimination of Taste腿utsurlO王・iOBATÅ鯵YasukiÅKI賊OTO
Mechanics ＆Electronics Division

要旨
PVC（ポリ塩化ビニル）脂質混入膜マルチセンサを用いて，味認識に関する研究を行った．味を測定する対象物は液体に限定した．基本的な測定方法は，市販されているpHセンサやイオンセンサと同じように，膜電位を測定する。
このマルチセンサの特徴は，PVC膜に混入する脂質の種類や配合比を変化させることで，8種類のセンサを用意し，その応答結果をパターン認識することで，味の認識を行うことである．
このセンサの膜に含まれている脂質が電離することによって，脂質膜が帯電する．その帯電を利用して，測定対象物の電解物質を検出することができる．基本的な味物質を測定した結果，食塩（塩味），塩酸（酸味），グルタミン酸（うま味）には，応答を示し，8種類のセンサの応答パターンより，各味物質の識別が可能であることがわかった．しょ糖（甘み）には応答が鈍かった。これは，しょ跨が非電解物質であるためと考えられる6 また，センサの経時変化を調べた結果，膜からの脂質の溶けだしが見られた。このため，各センサの測定溶液が混合しないようにする必要がある．
ここでは，味認識に関する技術的解説を含めて，味覚センサの原理，センサの作成方法，測定方法等を検討した結果について述べる。

1．はじめに5感といえば，視覚，聴覚，触覚，味覚，喚覚である。
このうち，視覚，聴覚，触覚にあたるセンサは，すでに幅広く実用化されている．しかし，味覚，臭覚に関するセンサは，最近その研究開発が行われ始めたのが現状である．
視覚，聴覚，触覚は，光，音，圧力といった単一の物理量を計測すれば良い。これに対して，味覚，嗅覚は，多種類0膜に含まれる正イオンの化学物質の検出を行う必要がある．このため，1つのセ㊤正イオンンサでこれらをうまく測定することをもできなかった。さ○負イオンらに，これらの詳しいメカニズムも，最近ようやく予定説なるものがでてきている．
ここでは，PVC（ポリ塩化ビニル）に人工脂質を混入させて作成したセンサ（以下脂質膜センサと称する）を使用して，液状の対象物の膜電位を測定した．そして，用いる脂質の種類や配合比を変化させることで，8種類のセンサを用意し，その応答結果をパターン認識することで，各味物質の認識を行った．
2．実験方法
2．1測定原理
図1は脂質膜センサでの膜電位の発生原理を示している．脂質膜は混入する脂質の種類によって大きく＋膜。

位置
図1 膜電位発生の原理−31−平成7年度 研究報告 大分県産業科学技術センター

ー膜の2種類に分類される．図は代表的な＋膜（脂質材にトリオクチルメチルアンモニウムクロライドを使用している）の場合を示している．
図に示すように，溶液中に電解物質があると，膜表面は＋に帯電しているために，水溶液中の負イオンを膜近傍に引きつけることになる．このため，左右で電解物質の濃度差があると，膜の両側で電位差が発生する．一勝の場合は正イオンを引きつけるため電位が反転する。この嬢電位を測定することで，濃度差を測定することができる．人間は，この濃度差を味の強弱として捕らえている．このため，漠電位を測定することで，間接的に味の強弱を検出することができる．

28 2 膜電位の測定

図2は膜電位の測定系を示している．液終には100mM KCl（塩化カリウム）寒天，測定電極にはAg／Agcl電極（銀一塩化銀電極）を使用した．電極に接する溶液はKCl溶液を使用した．この電極と溶液での反応式

図2 膜電位の測定系

は以下のとおりである．

AgCl＋e￣ → Ag＋Cl￣とができる．

この電極の特徴は，電極での反応でガスが発生しない，脂質材（すべて，液体）温度の変化によるヒステリシスが生じないことである。電ジオクチルフォスフェート（2C8POOH）

気化学の分野では，膜電位を測定するのに幅広く使用されオレイン酸（OA）ている電極である．このほか代表的な電極としては，カロn∵−デシルアルコール（DA）

メル電極や酸化水銀電極などがある．

オレイルアミン（N）

実際の測定では，基準液電位を測定したのちに，測定液電位を測定し，その2つの測定値の差（相対電位）を測定

トリオクチルメチルアンモニウムクロライド（TOMA）液の測定値として扱う．実験では，基準液として1mM

2．3．2 作成方法

KC＝容液を使用した。

（1） THFの容器を水につけて，常温に戻す．
（2）専用のガラス製のビュペットで各試験管にTHF

2．3 脂賞丹稟センサの作成方法
脂質膜は，PVC（ポリ塩化ビニル）に人工脂質材を混入することで作成する．その作成方法を以下に記する．

を18mlいれる．
（3）PVCを800mg量り，T壬iFの入った試験管に素早くいれて，かき混ぜる．この際，白い塊が発生しない

2．3．1使用する薬品ようにする。もし，塊が発生した場合は，超音波に約15溶媒 テトラヒドロフラン（THF）〜20分間かけて，十分に溶かす．最後に試験管を透かし通常，冷蔵庫で保存しているので，使用前に水道水で常温に戻す。（30分〜40分）

THFは専用のガラスビュペットを使用するようにすてみて確かめる−（4〉 脂質を溶かす，TOMÅは特に粘度が高いため，ビュペットでゆっくりる。かなり強い溶剤なので，一般のビニールやサランラッと吸い上げるようにする．ビュペットで取り出しても，チプ，ビュペットのチップは溶けるので注意が必要である。

ップの内側に付いているので，数回に分けて側面の液をい

通常はガラス，アルミホイルのみを使用する．アルミホイれるようにする。

ルは蒸発を避けるためのキャップ代わりに使用する。

（5）各試験管にDOPPを1mi入れて，よくかき混ぜ膜剤 PVC（ポリ塩化ビニル）粉末を使用する．

る。（約30分間置く）

可塑剤 ジオクテルフェニルフォスフォネート（DOPP）（6）試験管内の溶液をシャーレ（90＊20）に入れる．

可塑剤を入れることでPVC膜が柔らかくなる。基本的に，可塑剤の量で，PVC膜の固さをコントロールするこ…32−

基本的に膜厚はPVCの量とシャーレの大きさによって決まる．

平成7年度 研究報告 大分県産業科学技術センター（7）常温より5℃高い温度で乾燥を行う．（約2h放置）

これは，THFが水に溶けやすいので，THFが空気中の水蒸気を吸うのをさけるためである．本実験では，市販のホットプレートを使用した。以上の条件で作成した膜厚は約200〃m程度であった．
2．3．3 PVC膜に混入する脂質の量混入する脂質の種類や配合比を変化させることで，8種類の脂質混入膜を作成するキ（4）のPVC800mgあたりに，各膜に対して混入する脂質の量は表1に示している．

2．4 測定システム
電位測定には，横河電気7562デジタルマルチメータ
ンピュータにより，各チャンネルを自動的に切り替えるこ
ンネルをオペアンプと接続して，インピーダンス変換を行い，切り替えによる影響を少なくした．

婁締高晋とで測定を行った。膜が比較的高抵抗であるため，各チャA已を使用した．測定チャンネルは8チャンネルあるので，コ3．実験結果
3．1経時変化センサの安定性を調べるために，センサ作成後，1，3，0．0010．01 0．1 1 10 100

5，7日後に測定を行い，経時変化を調べた．測定液は塩濃度（mM）酸を用いた．濃度は0．001mMから30mMまで変化−→○−1日後−∈トー3日後させた．基準液は1mM KCl溶液を使用した．まず，一−ぜ「−5日後ベトー7日後1mM KClでの膜電位を測定した．次に，溶液を撹拝

図3 N膜の経時変化しながら，所定の濃度になるように塩酸を加えて膜電位のO nU・41エ変化を測定した。つまり，各測定値は1mM KClからの相対電位である。なお，8種類のセンサは同じ溶液に浸けて測定を行った．測定後にはセンサの乾燥を防ぐために，す。1日後はN膜，C膜ともそれぞれ，電位の応答が＋膜，8している。）N膜の結果は3，5，7日後と特性が変化し0一膜特有の性質を示している．（ぞれぞれ，逆の応答を示

ハ‖＞
2l0l

＋膜としてN膜，一膜としてC嬢の結果を図3，4に示A∈ 憩囲夜空1mM KC＝容液の中で保存した。て応答方向が−膜的な性質を示した．また，7日後のN膜，したと考えられる．一方，C膜はN膜ほど脂質の溶けだしは，ほぼ同じような応答を示しており，膜の特性が安定し濃度（mM）
一一○−1口徳一∈トー3日後☆5日後㊦7日後
2が少なかったと解釈できる．N膜の5日後，7日後の結果

0．0010．01 0．1 1 10 100

4〇に溶けだした一膜の脂質が再付着して，一膜的な応答を示

6 0

これは，N膜，C膜の簾中の脂質が溶けだしたためと考えられる．N膜の場合は膜からの溶けだしと共に，溶液中0C膜の結果は，比較的同じような傾向を示している．

図4 C膜の経時変化てきたと考えられる．このため，センサは作成後1週間程度基準液に浸けて，膜の特性の安定化を図る必要がある．

それぞれ混入しないように，注意が必要である．最終的にこのような影響を避けるため，各センサの測定溶液が，は，脂質の溶けだしが少ないセンサの開発が必要である．
−33−

平成7年虔 研究報告 大分県産業科学技術センター

3．2 基本味物質への応答
基本味物質として，食塩（塩味），塩酸（酸味），グルタミン酸（うま味），しょ糖（甘み）を測定した．8チャ
ンネルの測定結果をパターン認識することによって，食塩，塩酸，グルタミン酸を区別できることがわかった。ただし，しょ糖に対する各センサの応答は鈍かった。センサの原理からも分かるように，各センサが電解物質に強く応答を示すため，非電解物質であるしょ糖には，応答を示さなかったのではないかと考えられる．膜電位の変化は主として，電解物質によるが，実際には，吸着や膜への浸透による電気特性の変化によっても発生する。今後，吸着や浸透の影響のみを検出するセンサができれば，甘さのみを検出することも可能になると考える．
3．3 実際の食品の測定
実際の食品を測定する場合，測定の再現性を高めるため

1mM KCl（基準液）

図5 基準液の選定に以下のことが重要となる．
a）基準液の選定．
b）測定方法の工夫．

する必要がある．ビール，牛乳を測定する電極は，常にビc）センサの管理．

ール，牛乳（ビールや牛乳の場合は，基準液がビール，牛3，3．1基準液の選定乳となる）に冷蔵庫内で浸しておいて，定期的に液の交換

基本的な指針としては，相対電位値を10mV以下にするように基準液を選定する必要がある．
このため，ビール，牛乳等の測定では，あるメーカーのをする必要がある
測定する食品によって，センサの管理方法も異なってくる。このあたりは，やや試行錯誤的な要素も含まれている．

製品を基準液として使用している．これは，仮に1mMKC＝容液を基準液に使用した場合，相対電位が大きくな4．緒言り，再現性が悪くなるためである．図5にその模式図を示

脂質膜混入型PVCマルチセンサを用いて味認識に関している．

する研究を行った結果，以下のことがわかった。

3．3．2 測定方法のエ夫

1．基本的な味物質は8種類のセンサの応答パターンより，電極電位の再現性，安定性は重要である∴本来，電位（ポテンシオメトリック）測定は高インピーダンスの測定であ各味物質の識別が可能であることがわかった．ただし，非電解物質であるしょ糖への応答は鈍かった．

るため，電気的誘導を拾いやすい．さらに，PVC膜表面2。センサの経時変化を調べた結果，膜からの脂質の溶けの電位を測定するために，汚れの吸着，脂質分子の脱離なだしとみられる現象があった．このため，各センサの測定どにより電位が変動しやすい。これらの問題に対処するた

溶液は混合しないようにする必要がある．

めに，測定サイクル中に基準液に電極を数回浸して膜表面

3由実際の食品を測定する場合は，測定の再現性を高めるを洗浄し，その後試料液に浸し，すぐに電位変化を測定すために，基準液の選定，測定方法の工夫，センサの管理をる過渡的測定法により，再現性，安定性の向上を図ってい十分にする必要がある．

る．その面では，測定前後のプロセスの影響を受けるということになる．このため9測定前後のプロセスを測定サン

本研究は平成7年度業務遂行研修にて，九州大学工学部プルに最適な条件に設定する必要がある．

都甲研究室において研修を行った内容に基づいている．

3。3．3 センサの管理

ここで，研修を受け入れてくださった都甲先生ならびに研センサは少なくなくとも，7日前から基準液に浸して，十分センサを基準液に馴染ませておく必要がある．これは経時変化の結果からも分かるように，脂質の溶けだし等による影響をなくすためである．また，基準液がPVC膜内に浸透するため，これによる電気的な特性の変化も少なく−34一究室の方々に謝辞を申し上げます．