食品の力学的物性とテクスチャーの感性計測法

誌名誌名 日本食品科学工学会誌

ISSNISSN 1341027X

著者著者 相良, 泰行

巻/号巻/号 56巻10号

掲載ページ掲載ページ p. 501-512

発行年月発行年月 2009年10月

農林水産省 農林水産技術会議事務局筑波産学連携支援センターTsukuba Business-Academia Cooperation Support Center, Agriculture, Forestry and Fisheries Research CouncilSecretariat

¥}ノ

宅

Sム

〆，tιI

、、、 Nippon Shokuhin Kagaku Kogaku Kaishi Vol. 56， No. 10， 501 ~512 (2009) (京急言見〕 501

総説

食品の力学的物性とテクスチャーの感性計測法

相良泰行宮

(社)食感性コミュニケーションズ

Kansei Measuring Methods for Mechanical Properties and Texture of Foods

Yasuyuki Sagara @

Food Kansei Communications， Corp. (FKC)

1. はじめに

知覚器官の中で視覚や聴覚のメカニズムに関する研究

は，デジタノレカメラの「画像処理技術Jやサラウンドシス

テムなどを実現している「音響工学Jの急速な発達に典型

的に観られるように，味覚・暁覚・触覚に比べて格段に先

行してきた1)また，近年「おいしさJと密接不可分の関係

にある味覚と暁覚に関する科学の進罷に伴い，これらのメ

カニズムを模撤したセンサ一類が開発されて，その利用が

進展している. しかし，触覚，特に口腔内の触覚について

は，研究の壁史は長いものの，大幅に遅れており，現在で

も「古くて新しい研究諜題Jとして認識されている.

食品の阻噛や鴨下の過躍で，口腔内の触覚により知覚さ

れる「食感j，すなわち， Iテクスチャ -jと総称される感

覚についても，その正確なメカニズムの解明は困難な状況

にある.その主な原因はテクスチャーが口腔内で竣雑に経

時的に変化する食物と口腔内触覚との相互作用により知覚

される総合的感覚であることに起因している.たとえば，

ヒトの摂食時前後には唾液の分泌が開始され，口腔内食物

の化学的変化が始まるが，これと同時に，阻暢や膜下を司

る器官の運動・作用により食物のサイズや内部組織・講造

などの形態，すなわち物理的変化も開始される.他方，摂

食の過程では，日腔内触覚の知覚特性も味覚や嘆覚などと

のコミュニケーションにより変化すると考えられる.

このように口腔内で同時に変化する食物と触覚のダイナ

ミックな相互関係からテクスチャーを解明することは極め

て困難であるが，食品の品質評価や設計には不可欠な特性

である.そこで，食品の素材や製品の属性として力学的特

性を計測し，同時にテクスチャーを対象にした宮能評価に

より鐸られた「官能値」との杷関関係を探索して，薪食品

〒101-0061東京都千代田区三崎町 2…8…7大庄ビル 3階

自連絡先 (Correspondingauthor)， sagara@foodkans巴i.or.jp

の開発に役立てる方法が試みられてきた. 例えば， I裂き

チーズj，Iグミ菓子j，I腰の強い麺類Jおよび「蟹足カマ

ボコJや「人造イクラ」などのコピー食品の開発に用いら

れた計測・評価法がその典型例である.

他方，小麦粉を主要な原料とするパン生地類の粘弾性

は， Iアミログラフ」や「ファリノグラフJなどの専用機器

によって測定され， これらの機器を利用する方法が諜準測

定法に相当する方法として世界的に用いられている.これ

はパン生地の粘弾性特性測定結果が機器の種類と方法によ

り異なるために，ノマン生地に特化した専用機器を開発した

メーカーの機器類が世界的に利用されるようになり，小麦

粉関連業界の実用的要望を満たす諜準的計担IJ法として汎舟

した例である.このような諜準化のプロセスは主に世界

的な小麦粉の取引を客観的なデータに基づき行う必要性か

ら進展してきたと考えられるが，このような計測法が確立

されている食品材料の例は希である.また， この計測法は

生地の物性を計測する方法であり，生地の物性から焼成後

のパンのテクスチャーを評価する操準法ではないことに留

意すべきである.すなわち，テクスチャーの計測には

の食味計Jや「味覚センサ-jの計測システムと同様な「感

性計側、法jが必要である.

現在のところ，テクスチャーに関連する食品の力学的特

性は，工業材料の試験法である「一軸圧縮・引張試験Jと

「クリープ試験j，もしくはこれらの操作法を変化させた方

法により測定されている. しかし， これらの方法では各種

の形状をしたプランジャーを用いて，その在復動や口腔内

の租噛をまねた操作法で食品に力を加え，または被壊して

得られるカと歪みの関係を示す由糠から，テクスチャーと

の関連を類推している.このために，持じ食品を対象とし

ながらその測定法はまちまちであり，得られた結果も当然

異なる.このような現状から脱却するためには，食品を構

成する成分の三三次元的構造と強度を組織または分子レベル

表 l 標準的原料配合割合

日本食品科学工学会誌第 56巻第 10号 2009年 10月 2 ) 502

一般に食品の力学物性は品質設計・評価と管理，特にテ

クスチャーとの関係において重要と考えられ，数多くの研

究がなされてきた.その中でも本稿で対象とした食パンに

ついては，クラムの硬さ測定に関する研究が数多く報告さ

れている. しかし，硬さの定義や測定条件が報告者によっ

て異なるため，必ずしも一般性を持つ測定結果が得られて

いるとは限らない.また，粘弾性特性については， レオロ いて，その要点を概説する.

原料

小麦粉(12.5%タンパク質)

*-

ー

νや一

0

8

2

0

2

6

2

3

《

，

一

nUρり

一taA

イーストHhi

フ'kl

ス一

糠

イ

塩

砂

脱脂粉乳

ショートニング

でモデリングし，このモデルによりテクスチャーとの関連

性を定量化する手法の開発が望ましいと考えられる.

本稿では，食品の力学物性と官能評価スコアとの関連性

解析に基づき，機器計測によりテクスチャーを評価する，

いわゆる「感性計測システムJを構築するために必要な標

準的力学物性測定法について検討した事関を紹介する.具

体的には供試材料として食パンを用い，圧縮破断試験やク

1)ープ試験により力学物性や粘弾性を計測する場合に留意

すべき要件を整理して提唱する.また，機器によるテクス

チャ一計測の現状から「感性計測」を確立するための方法

について述べる.

2. 食パンクラムの粘弾性特性2)-6)

ジーの理論に基づいて研究した例は数少なく，食パンの力

学的特性は系統的に把謹されていない現状にある.

筆者らは食パンの弾性，破壊特性および粘弾性などを明

らかにすることを目的とし， コントロールした製パン条件

下で作製した試料を対象として，一連の圧縮破壊試験を行

い，圧縮力一変形率曲線に基づく力学的性質とその保存中

における経時変化を明らかにした.次に，成形方法， ロー

フの比容積，焼成温度および焼減率などの製パン条件や保

存温疫条件および含水率やクラストの有無などの試料の状

態などとクラムの力学的特性を明らかにした.また.変形速

度，プランジャーサイズと形状なと、の測定条件について，

食感性工学の手法が連用可能な標準的測定法を確立する観

点に立って検討を仔った.さらに，クラム在縮曲線の比例

韻域におけるクリープ試験曲線に 3~4 嬰素粘弾性モデル

を適用して粘弾性係数の値を求めた. これらの値は官能備

との相関分析によりテクスチャーを評価する計測システム

の構築に有用となる.次節以降にはこれらの研究成果につ

Flour.Water，Yeast，Yeast food， etc.

Mixer : Low speed 2 min & middle speed 2 min

Fermentation (280

C， RH80%， 4.5h) Mixer : Low speed 2 min， middle speed 2 min

adding shortening， low speed 2 min and minddle speed 6 min

Floor time (280

C， RH80%， 25 min)

Moulder

最終醗酵二二工二二焼成二コ=二冷却=二じ二保存

380

C， RH84%， about 40 min

Oven・2300

C

Room temperature (1.5h)

200

C

~1 中種法による食パン製造プロセス

lli'詰

図 2 3種類の食パン生地成形法

3. 製パン法とff.縮試験装置

製パン法には大規模生産プラントで標準的に用いられて

いる中種法を採用し，得られた角形食パンを供試材料とし

た.表 1に小麦粉を 100%とした場合の原料配合割合を，

図 lには製パンプロセスの流れ図を示す.この中で，生地

の成形には棒状 (One-loaf)， N状 (N-shape)およびツイ

ス卜状 (Twist)成形の 3種類の方法を採用した(図 2).

圧縮試験に供したローフのサイズは 16X8X8cm(小型，

生地費量 260g)と21X9X9cm(中型，生地質量 430g)の

2種類とし，標準焼成条件を焼成温度 2300

C，焼減率(生地

の初期質量に対する焼成中の水分霊量減少率)10%とし

てロット当たり 6~12 本のローフを焼成した.焼成後

のローフを1.5h放冷後， ポリエチレン袋に包んで 200

Cの

恒温室に保存し，物性測定に供した.

図3に2種類のサンプル，すなわちクラム・スライスお

よびブロックの採取部位とその在縮法を示す.焼成した

( 3 ) 相良:食品の力学的物性とテクスチャーの感性計出法 503

昌

ω∞

/ 圧縮方向

(a)スライス

圧縮の3方向X;長軸方向y;短軸方向

Z;垂直軸方向

ロ自

にJ00

AACC

標準法¥

試料(スライス) 支持台

フ。ランジャー

(上昇，下降)

図 3 サンプルの採取部位と圧縮法

50 r スライス厚さ 2cm保存~悶: 24h

40トE W 出旦l

b30

-R

「|L斗〆 1初期不吋耳;比例段階フロッピー10 国;コラプス ~I\皆ディスクc~ N;庄密段階

図5は直荏 55mmの円形プランジャーを用いて，圧縮 られる.

速度 5mm/sでブロック状クラムを圧縮して得られる典型

的な正縮力…変形率曲線を示す. この曲線の初期部分 ab

(1)は載荷車後の不安定な状態を示し，この部分の曲線は

サンプルとプランジャーの両表覇間の接触状態により影響

クロスヘッド

ロードセル AlD変換器アンフ

関 4 圧縮試験装置

ローフの比容積は約 3.7X 10-3 m3/kgであり，市販のもの

とほぼ同様である.クラムの気孔率はクラムの容積をノギ

スで測定後，円筒状の容器に入れてピストンにより気孔率

が0%となるまで圧縮し，正縮前後の容積差から算出し

た.ポアソン比はクラム・ブ、ロックの圧縮による変形量を

読み取り顕微鏡で測定することにより算出した.合水率は

試料を 650Cで 6h謁整後， 1050C 3 hの炉乾法で測定した

混最基準含水率 (%w.b.) に相当する.圧縮試験には関4

に示す，一般にレオメーターと称されている汎用測定装置

を用い，変形速度を 5mm/sに設定して在縮力をロードセ

ルで検出した.

4. 圧縮力一変形率曲線

100

図 5 ブロック状サンプルの圧縮一変形率掛線

を受ける.すなわち，両表面の平行度およびサンフ。ル表面

の凹凸などによる部分的接触破壊などにより影響を受けて

いることが観察される.この期間を過ぎて比例設階 bc

(ll) に至ると(変形率 4~12%)，試料は弾性的挙動を示

す.変形率が約 40%に至る次の匿関 cd(班)では，曲線の

勾配が比例段階に比べて小さくなり，クラムに含まれる空

隙を構成する国栢の網状マト 1)クスが変形して次第に破壊

されるため， このjg間をコラプス段階と称することにして

いる.変形率がさらに大きくなると庄密段階白 (IV)1こ歪

り， ここでは空隙が消滅して組織が高密度化され， これを

圧密するために必要な圧縮力は急激に増大する.これらの

挙動は口腔内でクラムを 1回だけ噛んだとき， すなわち l

バイト (bite)の町、力歪みの関係を表しているものと考え

5. 弾性係数

5. 1 比例限界

比例限界，等価ヤング率および等価ポアソン比などの弾

504 日本食品科学工学会誌第 56巻第 10号 2009年 10月 ( 4 )

7.5

~ 6.0 0.. o F吋

x 4.5

霊3.0

豆ムコ

-'-¥ 1.5

。

小型ロープクラム・ブロック棒状成形

24 48 72 96

.......x剥l方向圧縮

..… .y松方向圧縮篠一一Z軸方向庄和主

120 144 168 192 216 240

保存時間 (h)

図 6 クラムの保存中における比例限界の変化

200 バ型、ロープクラム・ブロック

~ 160~ 棒状成形.-<

と120

下*ご80与F

書l! 40

。24 48 72 96 120 144 168 192 216 240

保存待問 (h)

図 7 クラムの保存中における等価ヤング率の変化

性に関するパラメーターは，前部の方法によって得られた圧

縮力…変形率曲線(関 5)のステージ立において求めた.比

例限界には同曲線の勾配が変化し始める C点を採用した.

図6に正縮の 3方向(図 3)をパラメーターとし，保存中

における棒状成形クラムの比例限界のの庄縮方向別経時

変化を示す.国中のプロットは 4闘のサンプルに対する実

測舗の平均値，誼線はその回帰直線である.比例限界は保

存時間の経過に伴って次第に大きい値をとるが，圧縮方向

によっても異なり，ローフの長手 (X)，左右 (Y)および

上下 (2)方向の11損に大きい値を示すことが分かる.また，

N状成形のローフから得られたサンプルについても，棒状

成形のものと間諜の傾向が観られた.全体的にみて，これ

らのサンプルの比例限界は (0.3~4.5) X 103 Paの程度であ

ることが分かった.

これらの結果から焼成後の保再時間が長くなると，同

じ変形をクラムに生じさせるのに必要な圧縮力は次第に大

きくなり，すなわち触覚では食パンが硬く感じられ，また，

焼成直後のローフに生ずる力学的異方性は，保存期簡を通じ

て存続し，保存期間に依存して顕著になることが分かった.

5. 2 等価ヤング率

棒状成形ローフから得られたサンプルの等価ヤング率E

0.5

0.4

三入 0.3h

ト

'1寺

~ 0.2 忠世

0.1

。

0.22 ; 0.06 0.22 ; 0.07

0.18 ; 0.06

平均値.標準偏差 0.14; 0.07

ν" νX¥'ν'"' νYXν".νzx

図 8 6種類の等価ポアソン比

の経時変化を図 7に示した.図中のプロットは 4個の実測

値の平均値で，直線はその一次回帰誼線である.ただし，

この計算ではサンフ。ル中に圧縮方向の応力のみが存在する

ものと仮定した.また，圧縮時のサンフ。ル撞断面の面種変

化の割合は初期語積の 2%前後と推定され，等価応力の変

も2%前後に過ぎず，等価ヤング率に与える影響は小さ

いと考えられたため，この変形量を無視した.

図7に示したように，等価ヤング率は保存期間の経過に

つれて増大し，その備の大きさも Z方向， Y方向， X方向の

11損序であることが分かった.また， N状成形ローフの等価

ヤング率も棒状成形のものと同様な傾向を示すが，比較的

広い範囲の値を示すことが認められた.

本研究では大きさの異なる 2種類のローフについて，等

価ヤング率 (0.5~15) X 104 Paを得たが，この値は Muller7l

らの報告値 2X 104 Paと良時に一致し，また工業材料の

フォーム・ラパーの 104Paに相当した.

5.3 等価ポアソン比

焼成後 48h経過したクラムの等価ポアソン比の値を図

8に示す.この図では，縦軸に等価ポアソン比の値を，横軸

方向にポアソン比の種類を示している.図中の数値は実測

値の平均値 (mean) と標準偏差龍 (SD)を示している.

各々の等価ポアソン比の測定値は 0.03~0.31 の範囲に分布

した. これらのデータに対する分散分析の結果， これら 6

種類のポアソン比の間には， 1%以下の危険率で有意差が

あることが確認され， ここでもクラムが異方性体であるこ

とが確認された.

Muller7lは弾性範囲内の圧縮において，食パンのような

組織では圧縮方向に対する藍角方向の変形が観られず，ポ

アソン比も 0.0であると報告している. しかし，本研究で

はクラムが圧縮方向に直交する方向，つまりローフの撞断

面方向に諺張することを定量的に確認しており，精密には

食パンローフの等価ポアソン比は 0.0とはなりえないとい

える.

505

斗 よ9

O絡状⑧ツイスト~;lç

塁審 N状

仁中~-~味\も

よ8

i

4 5 6 7 位霞(スライス番号)

10.0

m

c

n叫d

m

m

x

t

4

m

J

.，フし叱イ

間

一

ル

ラ

時ロ

mス

存型1Mm

保中位n必

」lll

ト

ト

FU

ハU

Z

υ

巧

d

にd

n

L

(Z)宍羽田吋出~

相良:食品の力学的物性とテクスチャーの感性計測法

ム3

一一回帰直線霊童/fi測定データ

Eb=6.91 +484， r=0.966

¥fゴ

焼成温度2300

C

空隙準84%

破壊エネルギー

( 5 )

25

ハ

り

に

υ

n

U

R

υ

ηノ“

噌

B

ム

弓

gム

(ω仏的

{

)

H

×

)

初

出

国

!

日

(円

E¥門NOH

×)

i砕」「峠

H務ぎ

O l 216 192 168 96 120 144

保存時間 (h)

72 48 24 10

されるように，焼成後 12hまでの硬さと破壊エネルギー

は， それ以後の 3.5倍以上の増加速度で急増する.硬さを

例にとれば，焼成後 12h以内の硬化量は全保存期間にお

ける硬化量の 1/5にも栢当する.

これらの結果から，食パンの粘弾性を計測するタイミン

グは保存条件に著しく依存することを念頭におき，目的に

応じた最適なタイミングを決定する必要かあることが分

かった.関 10の麺類の破断曲線に示すように，パン以外で

も麺類の粘弾性特性は保存中に変化するが，特に「ざるソ

の「コシ」は茄で上げて水洗冷却した後，約1.0h以内

に急速に低下する.図 10に示した種類の計測タイミングは

明確ではないが，大規模工場で生産され，コンビニなどに

配送されているソパでは小麦粉の含有率を高くして「コ

を維持する方法が採られている. しかし，小麦粉を主

原料とする食パンの粘弾性は焼成直後から急速に変化する

ため，このような方法には疑問が残る.

6. 2 成形方法

悶2に示した 3種類の生地成形法がローフの硬さに及ぼ

す影響を腿定した結果，いずれの成形法を用いても，

フは焼成後の経過時閣の増大につれて硬くなり，その長手

方向に沿って硬さの分布が認められた. 図 11は48h保存

した中型ローフについて，横軸にスライス番号(閤 3)をと

り，成形法ごとにローフ長手方向の硬さ(圧縮力)分布を

示した例である.棒状およびツイスト状成形のローフは N

状成形に比べて硬い傾向にあり，また，中央部が両端部よ

り硬い傾向を示すことが分かった.

他方，クラム中心部の気孔率はローフ長手方向にほぼ一

定の値 (84%)を示した. この結果より，スライスの硬さ

は形成法により形成されるポアの形状や分布にも依存する

傾向が実iliJされた.ポアの形状や分布を含むローフ組繊の

幾侍学的構造とE更さなどの力学的パラメーターの関係につ

いては，機器測定結果とテクスチャーの相互関連性を明ら

かにする上で貴重な情報を提供するものと考えられ，今後，

両者間のデータ解析モデルに関する研究の進農が期待され

ローフ内硬さの生地形成法依存性図 11硬さと破壊エネルギーの経時変化

田もろさの点

国 9

150

120

bJl

~ 90 1倒ミ客

室60

100 80 40 60 歪(%)

30

口一

麺類の破断曲線((株)山震提供)

硬さに影響を及ぼす製パン要因

6. 1 ローフ保存期間への依存性

本稿では厚さ 2cmのスライス(図 3-a)をサンプルとし

て，変形率 25%における等価応力を硬さ (Firmness: F)，

この硬さの定義点に達するまでに必要なエネルギーを破壊

エネルギー (Breakingenergy : E) とそれぞれ定義した.

この定義は Baker8)らの提案でもあるが， 筆者らの計測結

果からも，すべてのサンプルについて，変形率 25%の点は

例外なく圧織力一変形率曲線のコラプス段階にあることが

確認された. したがって， ここで採用した硬さの定義点は

テクスチャーと関連する指操として採用することになると

考えられる.

~9 に硬さ F と破壊エネルギ-E のローフ保存中におけ

る経時変化を示した.なお， この国以降，圏中のプロット

は10個以上の実測値の平均値であり，その回帰農線を示

している.この留に示されるように，硬さと破壊エネルギー

は，いずれも焼成後 12hまでとそれ以後との 2本の回帰

直線で近似された. また，回帰車線式の時間 tの係数に示

図 10

6

20

日本食品科学工学会誌第 56巻第 10号 2009年 10月

20

506 ( 6 )

ローフ 生地

上じ容積 重量

宅~I 0-3.1X10-3m3/kg ; 300g --;; AVI .…… 3.7X10-3m3/kg; 260g e:: I 111...... 4.3XlO-3m3/kg; 220g ~ 二 o ~ 一 L ~戸川面

.-:::::;!竺/'Jr

l 圃-~'*--箆

包ヅダダ〆〆3戸戸〆9卦〆，凶ρ

5子，〆......-.. 戸，寸--¥ F=42t什+3500，r=0.969 世 F=36t+2300，r=0.922

X 10

初密

5

O 24 48 72 96 120 144 168 192 216

保存時間 (h)

図 12 ローフの比容積が硬さに及ぼす影響

ている9)10)

6. 3 ローフ比容積

開ーの焼き型(16X8X8cm)に詰める生地の量を，標準

量 (260g)とその前後 (220g， 300 g)の3設階に変えて異

なる比容積のローフを焼成し，保存期間中のローフ比容積

と硬さ Fの関係を測定して図 12に示した.この結果は

Axfordらも述べているように円比容積の大きいローフ

は軟らかく，硬化速度も遅くなる傾向を示した.

製パン工場の現場では，発酵により形成されたロープ内

気孔数は，その後の工程でもほとんど変化せず，生地質量

当りの気孔数はほぼ一定に保たれると経験的に言われてい

る. したがって，比容積の小さいローフを得るために，焼

き型に生地を多く詰めると，焼成後のローフに含まれる気

孔サイズは小さくなり，その数は多くなる.気孔を構成す

る網状の同形分マトリクスは，外力を受ける際に気子しの変

形に対する抵抗力および複元力を増すように働く. このた

め，気孔サイズが小さく，その数が増えるとローフ全体と

しての強度は大きくなり，さらに保存中の硬化も速くなる

傾向を示すことが予測される. この予測を定量的に実証す

るためには， グルテンを含む固形分マトリクスの 3次元計

測法の開発が望まれている.

6.4 焼成温度と焼減率

焼減率を 10%に設定した条件下において，焼成温度を

標準焼成温度の 2300

Cを中心に， 1800

Cおよび 3000

Cと変

化させて焼成温震がクラムの硬さに及ぼす影響を調べた

が，クラム硬さの焼成温度依存性は認められなかった. こ

れは焼成温度がオーブンの雰囲気混度であり， この温度が

変化しでも，その影響は主にクラストの形成と着色速度に

設定される. これは通常，焼成中を通じてクラムの湛度は

約 1000

Cに保たれるためである. したがって， クラム構造

の形成はクラストを除いた生地内部温度，すなわちクラム

自身のクッキング混度と時間に依存するものと考えられて

いる 12)

図 13は標準焼成温度 (2300C)の条件下で，焼減率 10%

。一一焼減率 12% @…・焼減率 10%

15 F=50t+3800， r=0.932

\~γ〆〆~芳:芳重宍1t仁仁仁.-ご三.... 三ゴつ--

ι.......- 、F=42t+3500，r=0.969

'" Cl.; 閃

o ..... X 10

相一国市

5

。24 48 72 96 120 144 168 192 216

保存時間 (h)

図 13 焼減率が硬さに及!ます影響

20

(吋仏門()-[

相一隆

24 48 72 96 120 144 168 192 216

保存時間 (h)

図 14 保存混度が硬さに及ぽす影響

および 12%で焼成したローフの硬さ Fを保存中の経時変

化として示したものである.両ローフ聞において，焼成直

後の硬さに顕著な差異は認められないが，保存時間の経過

に伴い焼減率 12%のローフは 10%のものに比べて徐々に

硬くなり，硬化速度も大きくなる傾向を示した. これはク

ラムの硬さが焼減率にも依存すること，すなわち，保存中

の力学的特性は，組織の構造だけでなく，焼減率によって

決定されるローフの含水率に依存することを示している.

したがって，焼成工程の焼減率は焼成後のクラムの含水率

だけでなく，保存中の硬さを調整するための操作要因とし

ても重要であるといえる.

6. 5 保存温度条件

焼成したローフを 50

C， 130

Cおよび 200

Cの温度条件下で

保存し，老化に伴うクラム硬さ Fを測定し，その経時変化

を図 14に示した.保存初日の内に，クラムの硬さには保存

温度の影響により顕著な差異が生じ，これ以後も保存温震

条件に依存する一定速震で硬化が進行することが分かる.

とりわけ焼成後 12h以内の硬化速度は 200

Cの 147Pa/h，

130Cの230Pa/hおよび 50

Cの416Pa/hとなり，保存温度

条件が室温からj令蔵温度へ低下するのに伴い， li更化速度は

( 7 ) 相良:食品の力学的物性とテクスチャーの感性計測法

20

507

よク/底部

国 15 保存中の含水率測定用試片の採取部佼

50 ⑤ fめ

品芋ゃ一平キ拾をさ胡I

やでな譲住ごとご土ア)rr

伊 芳子2定)取

ぷコ》

て40詰ミ

: 35

G

30 rr クラム

ill;クラスト

引0

9μ 24 48 72 96 120 144 168 192

保存時間 (h)

図 16 含水率分布の保存中経持変化

急激に速くなることが分かった. このことは，焼成直後の

ローフを取り巻く環境温度条件が，ローフの冷却・老化に

伴うクラムの硬化速度をコントロールする重要な因子であ

ることを示している.

一般にクラム硬化の主要因は澱粉の結晶化速度にあると

考えられている.澱粉の結晶は保存温度の低下に伴って速

くなり，特に混震 2~40C，含水率 30~60% の条件下で顕著

に促進される 13)

6. 6 保存中の含水率分布

6.6.1 合水率変化の様相

ローフの保梓期間中にスライスの断面から 10倍の試片

をサンプリングして(図 15)得られた合水率分布の経時変

化を図 16に示した.図中の各プロットは試片 3値の測定

結果の平均値を示し，また，番号は図 15に示した試片番号

に相当する.

含水率変化の特徴は 3つのグループデータから把握され

g ¥、

~ 15 o ~ベ

×

<e J 10 bp'サ。」【ヘX '1キ . .::. ~ 5ト硬さ柑態 I F=一2.34X10"M + 1.12 X 10"， を答 r口一0，992

10 44 46

合水率(%、.v.b.)

図 17 硬さと破断エネルギーの含水率依存性

42 48 50

る.グループ Iはクラムの中心部(試片番号③④⑤⑧)の

含水率で，焼成直後 46，5%と高い値を示したが，保存期間

の経過に伴って低下し， 168 h後には 43.5%に減少した.

グループ立はクラム周辺部(試片番号②⑥⑨)の含水率

で，それらの初期地はグループ Iとほぼ等しいが， 1某梓中

の減少率が大きくなり， 165 h後には 41%まで低下した.

クソレープ取はクラスト部分(試片番号①⑦⑮) の含水率

で， この部分の含水率は前に述べた両グルーフ。の変化傾向

とは異なる.すなわち，焼成直後の合水率約 30%が保存中

に増加する傾向を示した.

他方，保存中におけるローフ質量の経時変化を測定した

結果から， ローフ質量は焼成後の経過時開にほぼ比例して

減少し，焼成直後 230gであったものが 168時間後は 220g

前後になり，約 4%の減少率を示した.これらの結果から，

ローフ保存中に水分はクラム中心部からクラスと方向に移

動し，その一部はクラストに吸収され，残りはクラスト外

に蒸散するものと推定される.

6. 6. 2 硬さおよび、破壊エネルギーへの影響

国 17にグラム中心部(図 18の試験片番号③④⑤⑧)

の平均含水率M と硬さ Fならび、に破壊エネルギ-Ebとの

関係を示した.この図に示すように，硬さと破壊エネルギー

は共に含水率の減少に伴って減少し，合水率が破壊特性に

影響を及ぼす重要な要因であることが実証された. これら

の結果より，ローフは保存中の老化によって硬化するが，

これを促進させる因子が保存温度と合水率の減少にあるこ

とが分かった.特に，クラムの圧縮試験に際しては，サン

フ。ル含水率の同時測定を実施することが肝要であると考え

られた.

7. 硬さに影響を及ぼす測定条件

7. 1 変形速度

食品を対象とした圧縮破壊試験では，変形速度を 0，3~

8.3mm/sの範屈に設定する例が多い.たとえば，クラムの

変形速度を増大させた場合に計測される圧縮力は，変形速

度の増大に伴って大きくなる傾向が確認されている.本研

5

日本食品科学工学会誌第 56巻第 10号 2009年 10月 ( 8 ) 508

4

-変形速度 10mm/s

一一変形速度 5mm/s

.変形速度 2.5mm/s

---'" .，-...-"・-'J-ad

，...-~ ~.~・.-

〆'-' 〆

ノ〆

/ /

/ 〆

/ ， /

"

保存時間;48h

。、un

L

(Z)

宍護出

l

。10 15 20

変形率(%)

図 18 正線変形速度が硬さに及ぼす影響

5 25

20

~15

'" Cl..; 。っo

支10

U々

~ 明 5

o 24 48 72 96 120 144 168 192 216 貯蔵期間 (hr)

図 19 クラムの硬さに及ぼすプランジャサイズの影響

究では，変形速度を 2.5mm/s， 5.0 mm/sおよび 10.0mm/s

に設定して変形速度がクラムの硬さに及ぼす影響を調べ，

その結果を園 18に示した.変形速置 5.0mm/sと10.0mm/s

の開には，変形率に依存するEE縮力の変化は認められない

が， 2.5 mm/sでは圧縮力が変形率の全領域に渡って高い

値を示す傾向が確認された.また，変形速度を 5.0mm/s

から 10.0mm/sの範囲で一定値に設定すると，サンプルの

変形率 15%以上の領域で，圧縮率と圧縮力の間にほぼ一

定の比例関係が得られることが分かった. ここに示したプ

ランジャーの変形速度条件と測定結果の関係は，クラムの

諜準的在縮壊試験法を確立するのに有用と考えられる.

7. 2 プランジャーのサイズ

AACC13)の標準法によると，クラムの硬さ測定には，ス

ライスサンプルの断面よりも小さいプランジャーが用いら

れる(図 3).本研究では，新面 80X80mmのサンフ。ルに対

して使用する円盤状プランジャーの直径を 16mmから 55

mmの範囲で変化させて，硬さのプランジャーサイズ依存

性を明らかにした(図 19).この図に示されるように，プラ

ンジャーの直径が小さくなるにつれて，クラムの硬さは大

きい数値を示した.特lこ，直径が 30mmから 16mmに変

わると，測定値は 2措程度増大した.これと同様に， Baker

2.5 -一一-rt36プランジャー

0……32mmX32mmプランジャーぴ3

ぞ2.0戸、ゲヲ

o ，ー.;

2s 1.5

! 1.0 白、'片

品0.5言語

等圧縮面積のプランジャーを使用

ハHv

nud

ハwdnHυ 一一

VA

whυ

…¥

一一'hU

E

のノ臼η

i

nwJV ハU一一r

-O

，

F円

υη4d a-

ぴ

け

ハUO白

、、d句

。¥一一門的

0・

0 0

・0

30 o 24 48 72 96 120 144 168 192 216

保存時間 (h)

図 20 破断エネルギーのフ。ランジャ…形状依存性

らは直径 11mmから 23mmのプランジャーを用いてクラ

ム・スライスを在縮した結果，その硬さの測定値が直径の

減少に伴って増大することを指抱している8)

クラスト近傍のクラム組織は中心部のそれとは異なり，

破壊特性も異なるため，プランジャーの最大藍径はクラム

組織の構造が均一な領域に制限される.これらの点を考慮

すると，再現性の高い測定結果を得るためのプランジャー

表面積はサンプル表面積の 8~20% に相当する範囲にある.

7. 3 プランジャーの形状

文献探索によると，従来，クラム硬さの測定には直径 30

mmの円盤状プランジャーまたは一辺 32mmの角型プラ

ンジャーが用いられている. これらのプランジャーの形状

差による測定結果への影響を調べるために，同一接触面積

cl 000mm2) の円盤状フ。ランジャー(直接 30mm)と角型

プランジャー(一辺 32mm)による破壊エネルギー測定結

果を比較して図 20に示した.

角型による測定値は円盤状による測定値よりも小さい値

を示し，クラムの鰐状マトリクス構造の変形・破壊挙動が

プランジャー形状に依存することが確認された. これは，

例えば角型プランジャーでは，その角部分における応力の

集中や接触面下の不均一な応力分布が生じ，せん断による

破断も生じ易くなるためと考えられる.

7.4 クラストを含むスライス周辺部

AACC13lの標準法(関与a)では，圧縮中のサンフ。ル内部

に多様な応力が発生しているものと考えられる.それらは

(1)プランジャー誼下の圧縮応力， (2)プランジャー縁部の

せん断力， (3)プランジャー詞辺部から外周のクラスト方向

に向かう引張応力， (4)サンプノレとプランジャーおよび支持

テーブルとの接触面における摩擦力などであり，実際には

これらの合力が測定されるものと考えられる.

ここでは，角型(一辺 32mm)プランジャーで，スライ

スサンフ。ルを圧縮する方法(図 3-a)と，プランジャー接触

面と問寸法のクラム・フQ ロックを圧縮する方法(図 21)を

比較して，クラストを含むクラム周辺部が測定結果に及ぼ

( 9 ) 相良:食品の力学的物性とテクスチャーの感性計測法 509

2.5

待1.0」白ヘ.~十

H 0.5 轡告"'""云

44ライス伽×削一クラム・ブロック (32mmx 32mm)

ブPランジャ-Eb=6.20t+530 ; r=0.966

支持計g{~~~羽一間 I ...---e

、-----.¥----- ‘・・・0・H ・・・0」戸----¥ ...0 ・・・・ J

e ・・0・・・。.....0 ____ Eb=3.37t+261 ; r=0.986

ぞ2.0・-....， o .-<

x 1.5

。

図 21 クラスト部が破断エネルギ…に及ぼす影響

す影響を調べた.図 21は保存中のローフから採寂したサ

ンブ。ルの破壊エネルギーの経時変化を示したもので，クラ

ストを含む潤辺部を切り除いたフーロックの測定績は標準法

によるスライスの約 2/3であった.すなわち，スライスを

圧縮する場合，測定値の 1/3がクラストを含む周辺部の影

響と判断された.

8. 粘弾性特性の計測・評価法

8.1 クリープ試験装置と測定条件

食パンクラムのクリーフ。試験の原理を説明するために試

作したクリープ試験装寵を図 22に示す.一般には図 4に

示した圧縮試験装置がクリーフ。試験を実施する機能を有し

ており，汎用装罷として広く利用されている.筆者らの試

作装置では，関中に示した分銅によりサンフ。ルに静荷重を

加えて一定の変形量を与え，その圧縮変形量の変化を作動

トランス (Transducer)で検出し， A/D変換器 (A/Dcon-

verter) を介してパーソナルコンビューターに収録する.

この装謹の摩諜力は主に作動トランスの心棒によるもの

で，約1.5g程度である.

クリープ試験には，乾燥によるサンプルの変形が生じな

いような環境下において，クラム・ブロック(関与b)を供

試し，比例領域におけるクリーフ。の全歪を 6~12%，焼成

後の経過時間によって静荷重(応力)を 300~2500Pa の範

囲に選び，また，載荷時間を 100sに設定した.さらに，サ

ンフ。ルの接触破壊や成形精度，すなわち，試料表面の平均

度による影響を軽減するために，初期荷重 5gを載荷した.

8. 2 クリープ曲線

上述した載荷・変形率設定条件により得られた典型的な

クリープ曲線を図 23に示す.この閣に示すように，クラム

のクリープ曲線には瞬間変形部 (ab)，遅延変形部 (bc)，

および定常流動部 (cd)が含まれる.サンフ。ルは瞬間変形

部でフックの法則に従う弾性的挙動を示し，定常流動部で

は，ニュートン流体と同様に時間に比例する歪の増大を示

し，残りの遅延変形部では，弾性と粘性の複合作用による

216

芳ンf日

基盤

図 22 試作したクリープ試験装置

0.125 :試料:食パンクラム 試料厚さ・ 40mm

一定荷重・ 50g初期荷重・ 5g

d

0.100

中14

に]υ

円

iAU

• ハり

川間J

V侍川

測定曲線EO; 5.9 x 10'Pa El; 1.4X104Pa η1; 8.7X104Pa's 可2;3.0X106Pa's

0.050トbEl

η1

0.025

。a

o 20 40 60 80 100 120 140

u寺問 (S)

図 23 クリープ曲線と 4要素粘弾性モデル

挙動を示す. この測定例では，全変形量に占める各部の変

形最の割合は，瞬間変形部約 64%，遅延変形部約 24%，定

常流動部約 12%程震となっている.これらの割合安他の

食品と比べた結果，例えば瞬間変形部はゼリー食品の約

50%などに比べて大きな割合を占めることが分かった.

8. 3 粘弾性モデル

クラムのクリープ挙動を鴎 23に示すような 4要素フォー

クトモデルで表現することを試みた.Eo， Elはスプリン夕、、

の弾性係数を， η1，T/2はダッシュポットの粘性係数を表す.

一定芯力を σ0，制定時開を θとすると，クリープ歪 Eは次

式で与えられる.

E=ELBELl'-mfLl+fio Eo El l 、 τkvJ T/2

ここで， τkvは遅延時間であり，T/l/Elで定義される. ク

1)一プ曲線にこの式を当てはめて近似し各要素の係数を

決定する方法には，遂次残差法や簡易グラフィック法など

があるが，現在では市販されているクリープメーターに付

属する解析ソフトを利用することが可能である.図 23に

は遂次残差法で決定した粘弾性係数の値とこのモデルによ

る理論蔀線と実験曲線を比較して示した.その結果，この

510 日本食品科学工学会誌第 56巻第 10号 2009年 10月 ( 10 )

モデルにより，クリープ実験曲線が良好に再現され，全て

の他の試料に対しでも，歪の平均相対誤差を 3%以下にお

さめることが可能であった.このようにクラムのクリープ

曲線解析モデルには 4要素フォークトモデルを用いること

が有効であることを明らかにした.

9. 力学的特性計測j法の留意点

これまでのべたように，食パンの力学的特性は，生地成

形法，ローフ比容積，焼成温度，焼減率などの製パン条件

および保存温箆条件などの影響を受ける. このため，[E縮

変形速産，プランジャーのサイズや形状，サンプルの含水

率などが測定結果に及ぼす影響について考麗する必要があ

る. ここでは，食パンクラムの力学的特性を圧縮試験とク

リープ試験により計測する場合の標準的計測法を確立する

上で，留意すべき点を以下に列挙した.ただし，サンプル

100% R

'" g U

海 60%

門門由可{

30%

15%

変形蚤 (mm) Dr

R:破断， L:大変形 M:中変形 S:小変形

図 24 反復庄絡によるテクスチャ解析曲線

(+) 荷重(gf)

には中種法により焼成したローフのスライスおよびブロッ

クサンプルを供試した.

1) 供試サンフ。ルの壊滅率とローフの比容積および保存

温度条件と焼成後の経過時間に伴う含水率分布を把

握し，サンプル採取箇所を選択する.特に，サンプ

ルはクラストを含む層辺部位を除いた均質な構造を

有する部分とする.

2) 在縮力一変形率曲線の弾性領域から，力学物性とし

て，比例限界，等師ヤング率および等価ポアソン比

の値を求める方法を提唱したが，これらの結果から

クラムは力学的に異方体であることに留意し，生地

の形成法により庄結方向を決定する.

3) 圧縮試験では円盤状プランジャーを選択し接触面

請がサンフ。ル表面積の 8~20% となるように配慮す

る.また，変形速度を 5~10mm/s の範囲で一定値

に設定し，変形率が 25%に達した時点の等価応力

を硬さとする.

4) 硬さと破壊エネルギーは焼成後の保存温度条件に依

存する.また，両者は保存時間に比例して増大する

が，特に，焼成後 12h以内で急速に硬化するため，

測定のタイミングは目的に応じて設定する.

5) クリープ試験から得られる曲線は 4要素フォークト

粘弾性モデルにより良好に近似可能である.

このように，食品の力学物性の機器測定の方法論は力学

やレオロジーの基礎理論に立脚して検討し，合理的方法を

壊準測定法として確立することが重要である.

10. テクスチャ一計測法の現状

テクスチャーの機器計測法には，試料の繰り返し圧縮ま

たは圧縮引張試験によって得られる曲線から推算する方

法が採られている.図 24は試料の圧縮試験の破壊点に至

るまでの範囲において，数回に渡り載荷を中断して得られ

る曲線を，図 25には繰り返し圧縮一引張試験によって得ら

れる曲線とテクスチャーとの対芯関係を示す.また，図 24

A1， A2， A3 : i副賞

かたさ:ha もろさ:hb ガム性:(かたさ)x(凝集性)

凝集性:A2/A1 付着性:A3

図 25 反復庄縮ー引張試験によるテクスチャ解析崩線

511 相良・食品の力学的物性とテクスチャーの感性計測法¥3ノ

tEi

--ム/4¥

RC

O

EMC

く>j-¥--J/ O

WC/P

かたい

大文字-手作り豆腐小文字・ライン製造充填豆腐

日ンセソ

こ

ズ

・

ぼ

一肉腐ま

チ白山笠か

傘

@O@

各種食品のテクスチャマップ

索する必用がある.本誌次号にはこの関連性解析にニュー

ラルネットワークモテ、ルを適馬した事例について紹介する.

新商品のテクスチャー設計に当たって，機器測定のデー

タのみを利用して検討することは危険である.その理由は

本稿で述べたように，機器測定によって得られる力学的パ

ラメーターのデータが，消費者を対象とした官能評価によ

るテクスチャーのスコアと一対ーに対応しない場合が多い

ことである.例えば著者らの経験によれば，日本人の大多

数は酸っぱL、食品を硬く，甘い食品を柔らかく感じるよう

である.このように，サンプルを構成する化学成分もテク

スチャーの評価に影響を与える.

筆者は今後機器鵬定の結果とテクスチャーの棺互関連性

を定量化してゆく技術開発が進展し，例えば， I食感性モデ

ルJを口腔内の知覚器官に適用する新しいテクスチャー感

性計測法が開発されることを期待している 1)9)10)

献

強良泰rr，食感性工学のパラダイムと展望，日食工誌， 56， 309-316 (2009)，

王 益幣，森嶋 1専， I毅濯康久，相良泰行，芋生主主司，食パンのレオロジに関する基礎的研究(第 l報) -クラムの圧縮性と粘弾性係数，農機誌， 54 (1)， 73-80 (1992)

王益幣，森嶋博， i~li尾康久，相良泰行，苧生憲司，食パンのレオロジに関する基礎的研究(第 2報) -かたさおよ

おわりに~感性計測法への展開~

文

11.

2)

3)

図 26

に示した曲線から推算された各種食品のテクスチャーマッ

プを関 26に示すω.この方法は力学的特性値の測定，知覚

量の因子分析および 3次元グラフ表示の手JII員から成り立っ

ている.図 26に採用された 3軸は国子分析により採用さ

れたものである.それぞれのテクスチャーは「かたさ」と

「くずれにくさ」および「弾性力」を基準にして1X1.lIJされ，

テクスチャーの違いがマップの位置として表現されてい

る. このようなマップを作成することにより，消費者の好

むテクスチャーの動向を把揮し，その動向に添った食品の

開発を行うことが可能となる.すなわち，宮能評価に必要

な時間と労力を大幅に削減し，定量的データに基づくプロ

ダクトマネージメン卜が可能となる. このように，機器腿

定と因子分析の組み合わせは，今後とも感性情報処理の手

段として有望視される.

現在，多様な食品のテクスチャーを対象とした機器計測

法が提案され，機器に付篇した解析ソフトウェアとして利

用されている. しかし， これらの測定法から得られた「官

能値Jは別途実施した官能評価により得られるスコアとは

必ずしも一致しない場合が多い.これは口腔内の触覚で知

覚される食物のダイナミックな物理化学的変化の要因であ

るテクスチャーを工業材料試験で汎南的に用いられている

方法で抽出して計測することは困難であることに起因して

いる. この問題を解決するためには，現存する機器計測に

よりサンプルの物理化学的特性を可能な限り計測し，官能

評舗に用いたテクスチャー関連評価スコアとの関連性を探

512 日本食品科学工学会誌第 56巻第 10号 2009年 10月 ( 12 )

び製パン条件の影響農機誌， 54 (2)， 75-82 (1992).

4) 王益幣，森嶋博，瀕尾康久，相良泰行，芋生憲司，食パ

ンのレオロジに関する墓礎的研究(第 3報)~ローフの保

存中における含水率変化及び没。定条件が圧縮破壊特性に及

ぼす影響，農機誌， 54 (3)， 69-76 (1992).

5) 王益幣，森嶋博，瀬尾康久，相良泰行，苧生:憲司，食パ

ンのレオロジに関する基礎的研究(第4報) ~クラムのク

ワープ試験と粘弾性モデル農機誌， 54 (4)， 89…96 (1992)

6) 呉計春.森~II!鳥博，瀬尾康久，相良泰行，応力緩和試験と3要素粘弾性モテ、ルによる食パンのレオロジー的評価，日食

工誌， 43， 1285-1292 (2009).

7) Muller， H.G.， '‘An Introduction to Food Rheology"， 1-16

(1973).

8) Baker， A.E. and Do巴rry，W.T.， Cel官αlFoods World， 31 (2)，

193-195 (1986)

9) 食感性モデルによる「おいしさJの評価法， El食工誌， 56，

317-325 (2009).

10) 相良泰行，青果物選l:JIJシステムと食感性計測のニーズ， 日

食工誌， 56， 373-383 (2009).

11) Axford， v司T.E.，Colweel， K.H.， Cornford， S.J. and Elton， G.

E.H.， J. Sci. Food Agric.， 19， 95-101 (1968).

12) 呉計春.森嶋 1専，瀬尾康久，相良泰行，食パン焼成プロ

セスにおける熱及び物質移動特性，日食工誌， 43， 1117-1123

(2009).

13) American AssoCIation of C巴realChemists (AACC)，“Cereal

Laboratory Methods"， AACC Method， 74 (10) (1961)

14) 森友彦，物性測定とテクスチャー，食品と開発， 31 (2)，

8-11 (1996).

(平成 21年 8月24日受理)