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Selection and development of algorithms based on surface fluorescence compounds of fish for non-destructively monitoring freshness during storage

OMWANGE, KEN ABAMBA 京都大学 DOI:10.14989/doctor.k24245

2022.09.26

概要

魚は優れた栄養価と良質なタンパク源として注目され、近年消費量が増加している。しかし鮮度の低下が早く、傷みやすい食材であることから、生食として利用するには注意が必要となる。魚の鮮度評価には様々な方法が提案されているが、破壊試験であることや分析に手間がかかるといった課題が残されている。一方、近年目覚ましい進歩を遂げている照明や画像計測技術により、様々な場面でマシンビジョン技術の応用が進んでいる。また、魚の鮮度低下に伴う代謝過程において、種々の物質が分解、生成されており、それらの変化を簡便に計測するには、蛍光法が有効であるとの着想から、本研究では非破壊で魚の鮮度を評価する技術を目指し、魚の貯蔵段階における紫外励起・可視蛍光による鮮度評価技術の開発を行った。

本論文は6章で構成され、第1章では研究の背景と既存の鮮度評価技術の概要を説明し、現状の課題を抽出した上で、本研究の目的について述べている。第2章では、本論文で用いた材料情報や各実験で用いた実験装置を解説するとともに、測定条件や統計的解析方法について論じている。本実験で使用したウグイ(Tribolodon hakonensis)は、和歌山県で養殖された10か月齢の養殖魚で、大きさは160±15㎜のものを用い、実験における鮮度保存時の庫内温度は4±1℃に設定した。

先行研究によって眼球の抽出液が鮮度評価指標となり得ることが分かっていることや本研究の目的が、蛍光による非破壊鮮度評価技術の開発であることをふまえると、魚の眼や体表面をはじめとする各部位の分光特性の把握が必須となる。そこで画像計測に先立ち、第3章では眼球および鱗を含む体表面の励起蛍光スペクトルを取得し、既存の鮮度評価法として知られているK値との相関を調べた。Front-face蛍光測定法の光学配置で励起波長域200~585nm、蛍光波長域220~600nmにおいて励起蛍光マトリックスを測定し、K値との相関を部分最小二乗回帰(PLSR)で調査した。その結果、2つの励起・蛍光のペアを比較することで鮮度を推定することが可能であり、その励起波長は、眼球では275と355nm、体表では280と355nmの励起で生じる蛍光強度変化が有効であることが明らかとなった。また、部位ごとではなく魚全体を非破壊で評価する場合には、280と350nmの2波長の励起で良好な予測精度(r2=0.96)が得られる事を示した。

第4章では前章での知見と入手性から、紫外照明として365nmのLEDを用いた蛍光イメージングシステムを構築し、虹彩や瞳孔を含む魚眼に着目した紫外励起・可視蛍光画像による鮮度評価方法を検討した。4±1℃の環境下で保存し、52時間に渡って鮮度変化をモニタリングした結果、鮮度の低下と共に、眼の色相や彩度に変化が見られた。この結果は、同じ保存条件の破壊試験により眼球から抽出した眼液の蛍光分光測定の結果でも裏付けられたため、眼球の中で鮮度低下に伴う化学反応によって蛍光画像の色の変化として現れていると考察した。また、本手法は簡便な鮮度評価方法として有用で、鮮度による迅速な魚の等級付けに利用できるとの結論を得た。

第5章では魚全体の画像を取得する際に、照明光の波長を変え(白色、365、395、280nm)て画像を取得し、それらと鮮度との関係を調査した。特に、背側、腹側、虹彩、瞳孔に着目してそれぞれの画像を解析し、多波長照明による画像を組み合わせて解析したところ、前章の眼のみに着目した評価方法よりも僅かに優れた結果を得た。それは体表面の鱗の構造変化に由来するものと考えられた。

第6章では各章をまとめると共に、本論文を総括し、紫外励起による可視蛍光画像は非破壊で魚の鮮度をモニタリング可能との結論を得た。同時に、眼と鱗を含む表面からの蛍光変化に着目すれば、2つの励起波長(280と350nm)で貯蔵中の魚の鮮度の劣化を監視するのに十分であると結論付けている。このように、本研究は迅速な魚の鮮度評価を行えるため食の安全・安心に貢献でき、本知見に基づくオンラインモニタリングや小型センサが開発されれば、流通過程だけでなく冷蔵庫内の鮮度モニタリングも可能となることから家庭内で発生する食品ロスの低減にも貢献できるとまとめている。

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