食品検査装置及び食品検査方法
【課題】微小な被検査試料を検査することができる小型の食品検査装置を得る。
【解決手段】この食品検査装置１０においては、絶縁性の基板１１上に、３つの電極（作用極１２、参照極１３、対極１４）が形成される。基板１１上で、これらの電極の間は絶縁層１５で絶縁されている。また、これらの電極をその底面に具備するような形態をもつ反応槽２０が基板１１上に形成されるように、樹脂材料で構成された絶縁性の側壁層１６が形成されている。反応槽２０には液体（反応液１００）が溜められる構成とされ、その底面に露出した作用極１２、参照極１３、対極１４によってこの反応液１００中の酵素反応および電気化学反応が調べられる。
【解決手段】この食品検査装置１０においては、絶縁性の基板１１上に、３つの電極（作用極１２、参照極１３、対極１４）が形成される。基板１１上で、これらの電極の間は絶縁層１５で絶縁されている。また、これらの電極をその底面に具備するような形態をもつ反応槽２０が基板１１上に形成されるように、樹脂材料で構成された絶縁性の側壁層１６が形成されている。反応槽２０には液体（反応液１００）が溜められる構成とされ、その底面に露出した作用極１２、参照極１３、対極１４によってこの反応液１００中の酵素反応および電気化学反応が調べられる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、食品の鮮度を検査する、携帯が可能な食品検査装置の構成に関する。また、この食品検査装置を用いた食品検査方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
食品の鮮度は外観だけからだけでは判定することが困難な場合が多い。このため、測定が可能な何らかの物理量で食品の鮮度を規定し、この物理量を測定する方法が用いられている。例えば、米の鮮度を示す指標としては、脂肪酸の発生量や含まれる酵素の活性がある。前者は米が古くなった場合には増大するため、脂肪酸を抽出した液のｐＨを測定することによって判定をすることができる。後者は米が古くなった場合には低下するため、酵素活性を測定することでやはり同様に判定が可能である。
【０００３】
いずれの判定方法においても、短時間で適切な判定結果を出せることが要求される。例えば、特許文献１には、脂肪酸の発生量を用いて米の鮮度を測定する方法が記載されている。この方法においては、複数の米粒を独立して収納できるフィルター付発色反応プレート中に複数の米粒を収納し、異なるｐＨによって発色する複数種のｐＨ試薬溶液をそれぞれに対して投入、攪拌後に発色を測定する。これにより、脂肪酸の発生量をｐＨ変化として認識することができ、米の鮮度を客観的な物理量として測定することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−４３０９７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記の技術によって米の鮮度を測定できるものの、これに用いられる測定装置（検査装置）は大型となり、携帯して使用することは一般的には困難である。このため、検査装置が設置された場所に被検査試料（米）を持ち込み、ここで上記の測定を行うことが行われている。
【０００６】
しかしながら、検査の効率を高めるためには、検査装置を携帯して被検査試料が保管された場所に行き、その場で検査を行うことが有効である。また、被検査試料を移動させている間にも鮮度は劣化するため、より正確な測定を行うためにも、任意の場所で検査が行えることが好ましい。こうした用途に際しては、小型で携帯が容易な検査装置が有効である。また、こうした検査を専門家でない消費者が行えるようにするためにもこうした携帯型の検査装置は有効である。
【０００７】
また、米は、複数の銘柄が混合されたブレンド米として流通している場合も多い。こうした場合には、銘柄によって鮮度が異なる場合もあるため、米を一粒単位で検査できることが要求される。すなわち、微小な被検査試料を検査することができることも要求される。
【０００８】
ところが、こうした微小な被検査試料を検査できる携帯型の検査装置は得られていなかった。この点においては、米に限らず、鮮度が重要である他の食品についても同様である。すなわち、微小な被検査試料を検査することができる小型の食品検査装置を得ることは困難であった。
【０００９】
本発明は、かかる問題点に鑑みてなされたものであり、上記問題点を解決する発明を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、上記課題を解決すべく、以下に掲げる構成とした。
本発明の食品検査装置は、被検査対象となる食品が反応液中において発生させる電気化学反応を、少なくとも作用極と参照極を具備する電気化学センサを用いて調べることによって前記食品の検査を行う食品検査装置であって、絶縁性の基板と、当該基板上に形成された前記作用極及び前記参照極と、樹脂材料で構成され、前記反応液を収容する反応槽が前記作用極及び前記参照極の上に形成されるように、前記作用極及び前記参照極が形成された前記基板上の領域を取り囲んで前記基板上に形成された側壁層と、を具備することを特徴とする。
本発明の食品検査装置は、前記反応槽が形成された領域における前記基板上に、対極が形成されたことを特徴とする。
本発明の食品検査装置は、前記基板がガラスで構成されたことを特徴とする。
本発明の食品検査装置は、前記側壁層がポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）で構成されたことを特徴とする。
本発明の食品検査装置において、前記食品は米であり、前記反応液は、過酸化水素を含むことを特徴とする。
本発明の食品検査装置において、前記反応液はヒドロキノンを含むことを特徴とする。
本発明の食品検査方法は、前記食品検査装置を用い、前記作用極に流れる電流の時間変動率によって、前記食品の鮮度を判定することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明は以上のように構成されているので、微小な被検査試料を検査することができる小型の食品検査装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の第１の実施の形態となる食品検査装置の構成の概略を示す上面図（ａ）、断面図（ｂ）である。
【図２】本発明の第１の実施の形態となる食品検査装置において、被検査粉（米粒の粉砕粉）を含む３種類の溶液が用いられた際のサイクリックボルタンメトリー測定を行った際の特性である。
【図３】上記の食品検査装置において、試料１〜３を用い、作用極電位を−０．３Ｖに固定した際に流れる電流の時間変化を測定した結果である。
【図４】上記の食品検査装置において、試料１〜３を用い、作用極電位を−０．３Ｖに固定した際に流れる電流の時間変化率を比較した結果である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
（第１の実施の形態：食品検査装置）
以下、本発明の第１の実施の形態に係る食品検査装置の構成について説明する。図１は、この食品検査装置１０の構成を示す上面図（ａ）、そのＡ−Ａ方向の断面図（ｂ）である。この食品検査装置１０においては、基板上に小さな反応槽が設けられ、その中に被検査試料（米）がそのままの米粒である状態か、あるいは米粒が粉砕された被検査粉として、反応液と混合されて投入される。この反応液中における酵素反応および電気化学反応が、反応槽の底面にある電極を用いた電気化学センサを用いて評価され、被検査試料の鮮度の指数となる酵素活性が電気的に測定される。
【００１４】
この食品検査装置１０においては、絶縁性の基板１１上に、３つの電極（作用極１２、参照極１３、対極１４）が形成される。基板１１上で、これらの電極の間は絶縁層１５で絶縁されている。また、これらの電極をその底面に具備するような形態をもつ反応槽２０が基板１１上に形成されるように、樹脂材料で構成された絶縁性の側壁層１６が形成されている。
【００１５】
反応槽２０には液体（反応液１００）が溜められる構成とされ、その底面に露出した作用極１２、参照極１３、対極１４によってこの反応液１００中の酵素反応および電気化学反応が調べられる。反応槽２０は例えばその底面に平行な断面が楕円形となる形状であり、この楕円形の大きさは、例えば長軸が７ｍｍで短軸が５ｍｍ程度とする。食品検査装置１０全体は携帯が可能な程度に小型とされるが、反応槽２０の大きさは、被検査試料となる米粒そのものか、それが粉砕された被検査粉２００や反応液１００をこの中に充分に収容できる程度とすることが好ましい。なお、図１（ａ：上面図）では、反応液１００、被検査粉２００の記載は省略されている。
【００１６】
基板１１としては、絶縁性の支持基板となりえ、かつ安価な材料として、ガラス基板が特に好ましく用いられる。この上に、図１に示された形態で３つの電極がパターニングされて形成される。なお、図１（ａ：上面図）では基板１１の記載は省略されている。
【００１７】
作用極１２、対極１４は、反応液１００中の電極活物質と電子の授受のみを行い化学反応を生じない材料、例えば金で構成される。これらは、例えば基板１１上に蒸着等によって形成された後に、所定のパターンのマスクを形成した後にエッチングすることにより図１に示された形状にパターニングされて形成される。なお、これらの電極材料と基板１１との間の密着性を高めるために、他の金属層が基板１１との間に挿入されていてもよい。作用極１２、対極１４の材料として白金を用いることもできる。
【００１８】
参照極１３は、基準となる電位を作用極１２に与える電極であり、反応液１００中において外的要因で電位変動が生じにくい材料として周知の銀／塩化銀（銀の周囲に塩化銀が形成された構成の電極）が特に好ましく用いられる。このパターニングも、作用極１２等と同様に行われる。なお、作用極１２、参照極１３、対極１４の材料、構成については、通常の電気化学測定に用いられるものと同様である。検査時には、作用極１２と参照極１３の間に電位が印加され、発生した電流値が測定される。
【００１９】
絶縁層１５の材料としては、ガラス基板上に塗布成膜することができ、反応液との間で価格反応を生じず、パターニングが容易であるポリイミドが特に好ましく用いられる。絶縁層１５は、図１に示された形態で反応槽２０の底面で３つの電極が露出するようにパターニングされる。このパターニングは、例えば感光性ポリイミドを用いた場合には、フォトリソグラフィによって容易に行うことができる。基板１１上に作用極１２、参照極１３、対極１４がパターニングされて形成された後に、絶縁層１５を全面に形成し、その後に絶縁層１５のパターニングを行い、図１の形態とすることができる。すなわち、作用極１２、参照極１３、対極１４が絶縁層１５から露出した形態とすることができる。
【００２０】
側壁層１６は、反応液１００等と反応を生じず、基板１１上で図１の構成を実現することが容易な材料として、例えばシリコーンゴムの１種であるポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）が特に好ましく用いられる。この場合、側壁層１６を形成するためには、ＰＤＭＳ前駆体をポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）の鋳型に投入し硬化処理を施すことによって、図１の形態の側壁層１６、反応槽２０を得ることができる。すなわち、底面で作用極１２、参照極１３、対極１４が絶縁層１５から露出し、側壁層１６で取り囲まれた反応槽２０を基板１１上で得ることができる。この反応槽２０中に反応液１００を収容することができる。
【００２１】
３つの電極（作用極１２、参照極１３、対極１４）は、図１（ａ）における側壁層１６の外側（図１（ａ）中の上側）まで延伸しており、基板１１の端部でポテンショスタットに接続される。これにより、反応液１００中で参照極１３の電位が一定となるように制御された条件下で、参照極１３と作用極１２との間の電位差が制御され、作用極１２に流れる電流が検出される。すなわち、作用極１２、参照極１３、対極１４を用いて反応液１００中の酵素反応および電気化学反応を調べることができる。
【００２２】
（第２の実施の形態：食品検査方法）
以上の構成の食品検査装置１０を用いて、実際に米の鮮度を検査する方法（食品検査方法）について以下に説明する。
【００２３】
米の鮮度を調べるためには、含まれる脂肪酸の量や、米粒に含まれる各種の酵素活性を調べることが有効である。特に、酵素活性は、収穫後の経時変化（鮮度の低下）に従って低下することが知られている。米粒に含まれる酵素としては、カタラーゼ、ペルオキシダーゼ、α−アミラーゼ、β−アミラーゼ、リパーゼ、ジアスターゼ、ウレアーゼ、リダクターゼ等が知られている。また、これらの酵素は主に米粒の胚や糠に多く含まれ、米粒が粉体化された場合には、活性は低下することが知られている。こうした状況下で、特にペルオキシダーゼの活性は、米の鮮度と直結する指標として使用できることが知られている。このため、以下ではペルオキシダーゼの酵素活性を調べるために上記の食品検査装置１０を用いる場合について説明する。
【００２４】
ペルオキシダーゼが触媒として作用する化学反応は、過酸化水素が分解される化学反応である。すなわち、ある化合物ＡＨ２と過酸化水素が存在する場合に、以下の（１）、（２）式の反応における触媒として機能する。このため、この酸化還元反応が発生している度合いを電気化学的に調べれば、ペルオキシダーゼの酵素活性が測定できる。
【００２５】
【化１】
【化２】
【００２６】
過酸化水素とヒドロキノンが反応液１００に含まれる場合、米粒に含まれるペルオキシダーゼによって、ヒドロキノンが酸化された酸化誘導体としてベンゾキノンが形成され、前記の（１）、（２）式の反応が進む。具体的には、以下の（３）、（４）、（５）式の反応が生ずる。すなわち、この反応液１００を用いて、ペルオキシダーゼの活性を電気化学的に測定することができる。
【００２７】
【化３】
【化４】
【化５】
【００２８】
ここでは、被検査試料となる米粒は粉砕されて被検査粉２００とされた後に、０．１ＭのＫＣｌが混合されたリン酸緩衝液（ＰＨ７．０）と混合された。反応槽２０中に被検査粉２００を含む液を入れた状態で上記の作用極１２、参照極１３、対極１４を用いたサイクリックボルタンメトリー測定が行われた。すなわち、参照極１３の電位が一定となるような条件下で作用極１２の参照極１３に対する電位が走査され、作用極１２を流れる電流が検出された。
【００２９】
ここで、上記の反応液１００の有効性を調べるために、反応槽２０中に（ａ）上記の緩衝液に被検査粉２００が混合された液、（ｂ）この液に更にヒドロキノンが混合された場合、（ｃ）この液に更にヒドロキノンと過酸化水素が混合された場合（上記の反応液１００が使用された場合）、の３種類の場合についてサイクリックボルタンメトリー測定を行った結果が図２である。この特性において検出されるピークは、発生している酸化還元反応に特徴的な位置に現れる。
【００３０】
ここで、−０．３Ｖと０Ｖ付近のピークは、ヒドロキノン／ベンゾキノンの酸化還元（（４）（５）式の化学反応に対応）に対応する。これらのピークは、（ａ）では小さく、（ｂ）、（ｃ）では大きく、特に（ｃ）で大きくなっている。これは、米粒に含まれるペルオキシダーゼによって、（３）〜（５）式の反応が進んでおり、この反応に伴う作用極１２における電子の授受が観測できていることを示す。すなわち、この食品検査装置１０において、反応液１００として（ｃ）を用いて、（３）〜（５）の反応が進んでいることを確認することができる。これにより、米粒に含まれるペルオキシダーゼの活性を測定することができる。
【００３１】
鮮度の異なる３種類の米粒を粉砕して混合した反応液１００（（ｃ）の構成の液体）を反応槽２０に投入し、作用極１２に流れる電流を比較した。ここで、３種類の米粒の収穫時期と、粉砕後の期間について表１に示す。試料１〜３の順に鮮度が高い（酵素活性が高い）設定となっている。
【００３２】
【表１】
【００３３】
試料１〜３から作成した被検査粉を上記の反応液１００と混合して用い、作用極１２の電位を前記のピークの一つである−０．３Ｖに固定した場合の電流値の時間変動を測定した結果を図３に示す。この結果より、試料１の場合の時間変動が最も大きく、試料３の場合の時間変動が最も小さいことが明確である。これは、試料１の酵素活性が最も高いことに対応する。図４は、試料１〜３におけるこの電流変化率ｄＩ／ｄｔ（経過時間３０〜６０ｓ後）を比較した結果である。電流変化率ｄＩ／ｄｔを酵素活性（鮮度）の指数として用いることができることが明らかであり、上記の食品検査装置１０を用いてこの測定が可能である。
【００３４】
ここで、上記の通り、この食品検査装置１０は携帯が容易な程度に小型である。測定時には、これを動作させるためのポテンショスタット（電源、電流計等）が必要であるが、これらも携帯が可能な程度の大きさである。また、上記の測定においては米粒を粉砕して被検査粉２００としたが、米粒を粉砕することは小さな治具を用いて行うことができる。あるいは、粉砕していない米粒そのものを反応液１００中の被検査試料とすることも可能である。更に、上記において使用した薬液は、反応液１００の量が反応槽２０の容積に対応して少量である。また、これらの薬液には少なくとも大きな毒性はないため、これらの携帯も容易である。以上より、この食品検査装置１０を携帯して様々は場所で米の鮮度を容易に検査することができる。更に、上記の通り、米を一粒単位で検査することも可能である。
【００３５】
また、この食品検査装置１０は、図１に示されたような単純な構造をもち、安価なガラス基板を用いて容易に製造することができる。このため、これを低コストで容易に製造することができる。
【００３６】
なお、上記の例では、米の鮮度を検査（測定）する場合に、その指標としてペルオキシダーゼの活性を評価する場合について記載した。しかしながら、鮮度の劣化に従ってその活性が低下する酵素であり、反応生成物に電極活物質が含まれれば、他の酵素を用いた場合でも、同様の検査を行うことができることは明らかである。この場合、反応槽２０中に入れる反応液１００は、この酵素が作用する化学反応を生じさせるように適宜設定される。
【００３７】
更に、米の鮮度測定に限らず、各種の生鮮食品の鮮度も同様に測定することができる。例えば、豚肉の場合には、鮮度に関連するのは核酸関連物質であり、このうち、ヒポキサンチンをこの食品検査装置で直接測定する対象とすれば、豚肉の鮮度も簡易に調べることが可能である。このように、鮮度に関連する化学物質の反応液中での電気化学反応を調べることにより、同様の検査を行うことが可能である。こうした場合においても、同様の効果を奏することは明らかである。
【００３８】
また、反応槽やこれを構成する側壁層の構成も、被検査試料や反応液に応じて適宜設定することが可能である。また、作用極、対極、参照極を構成する材料も、これに応じて適宜設定することが可能である。また、作用極、対極、参照極を用いた３電極方式によって精度の高い測定結果を得ることが可能であるが、上記の実施例のように酵素反応の生成物を作用極上で還元させて検出する場合には、作用極と参照極（又は対極）のみを用いることも可能である。この場合、食品検査装置の構成がより単純となる。
【符号の説明】
【００３９】
１０ 食品検査装置
１１ 基板
１２ 作用極
１３ 参照極
１４ 対極
１５ 絶縁層
１６ 側壁層
２０ 反応槽
１００ 反応液
２００ 被検査粉
【技術分野】
【０００１】
本発明は、食品の鮮度を検査する、携帯が可能な食品検査装置の構成に関する。また、この食品検査装置を用いた食品検査方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
食品の鮮度は外観だけからだけでは判定することが困難な場合が多い。このため、測定が可能な何らかの物理量で食品の鮮度を規定し、この物理量を測定する方法が用いられている。例えば、米の鮮度を示す指標としては、脂肪酸の発生量や含まれる酵素の活性がある。前者は米が古くなった場合には増大するため、脂肪酸を抽出した液のｐＨを測定することによって判定をすることができる。後者は米が古くなった場合には低下するため、酵素活性を測定することでやはり同様に判定が可能である。
【０００３】
いずれの判定方法においても、短時間で適切な判定結果を出せることが要求される。例えば、特許文献１には、脂肪酸の発生量を用いて米の鮮度を測定する方法が記載されている。この方法においては、複数の米粒を独立して収納できるフィルター付発色反応プレート中に複数の米粒を収納し、異なるｐＨによって発色する複数種のｐＨ試薬溶液をそれぞれに対して投入、攪拌後に発色を測定する。これにより、脂肪酸の発生量をｐＨ変化として認識することができ、米の鮮度を客観的な物理量として測定することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−４３０９７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記の技術によって米の鮮度を測定できるものの、これに用いられる測定装置（検査装置）は大型となり、携帯して使用することは一般的には困難である。このため、検査装置が設置された場所に被検査試料（米）を持ち込み、ここで上記の測定を行うことが行われている。
【０００６】
しかしながら、検査の効率を高めるためには、検査装置を携帯して被検査試料が保管された場所に行き、その場で検査を行うことが有効である。また、被検査試料を移動させている間にも鮮度は劣化するため、より正確な測定を行うためにも、任意の場所で検査が行えることが好ましい。こうした用途に際しては、小型で携帯が容易な検査装置が有効である。また、こうした検査を専門家でない消費者が行えるようにするためにもこうした携帯型の検査装置は有効である。
【０００７】
また、米は、複数の銘柄が混合されたブレンド米として流通している場合も多い。こうした場合には、銘柄によって鮮度が異なる場合もあるため、米を一粒単位で検査できることが要求される。すなわち、微小な被検査試料を検査することができることも要求される。
【０００８】
ところが、こうした微小な被検査試料を検査できる携帯型の検査装置は得られていなかった。この点においては、米に限らず、鮮度が重要である他の食品についても同様である。すなわち、微小な被検査試料を検査することができる小型の食品検査装置を得ることは困難であった。
【０００９】
本発明は、かかる問題点に鑑みてなされたものであり、上記問題点を解決する発明を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、上記課題を解決すべく、以下に掲げる構成とした。
本発明の食品検査装置は、被検査対象となる食品が反応液中において発生させる電気化学反応を、少なくとも作用極と参照極を具備する電気化学センサを用いて調べることによって前記食品の検査を行う食品検査装置であって、絶縁性の基板と、当該基板上に形成された前記作用極及び前記参照極と、樹脂材料で構成され、前記反応液を収容する反応槽が前記作用極及び前記参照極の上に形成されるように、前記作用極及び前記参照極が形成された前記基板上の領域を取り囲んで前記基板上に形成された側壁層と、を具備することを特徴とする。
本発明の食品検査装置は、前記反応槽が形成された領域における前記基板上に、対極が形成されたことを特徴とする。
本発明の食品検査装置は、前記基板がガラスで構成されたことを特徴とする。
本発明の食品検査装置は、前記側壁層がポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）で構成されたことを特徴とする。
本発明の食品検査装置において、前記食品は米であり、前記反応液は、過酸化水素を含むことを特徴とする。
本発明の食品検査装置において、前記反応液はヒドロキノンを含むことを特徴とする。
本発明の食品検査方法は、前記食品検査装置を用い、前記作用極に流れる電流の時間変動率によって、前記食品の鮮度を判定することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明は以上のように構成されているので、微小な被検査試料を検査することができる小型の食品検査装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の第１の実施の形態となる食品検査装置の構成の概略を示す上面図（ａ）、断面図（ｂ）である。
【図２】本発明の第１の実施の形態となる食品検査装置において、被検査粉（米粒の粉砕粉）を含む３種類の溶液が用いられた際のサイクリックボルタンメトリー測定を行った際の特性である。
【図３】上記の食品検査装置において、試料１〜３を用い、作用極電位を−０．３Ｖに固定した際に流れる電流の時間変化を測定した結果である。
【図４】上記の食品検査装置において、試料１〜３を用い、作用極電位を−０．３Ｖに固定した際に流れる電流の時間変化率を比較した結果である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
（第１の実施の形態：食品検査装置）
以下、本発明の第１の実施の形態に係る食品検査装置の構成について説明する。図１は、この食品検査装置１０の構成を示す上面図（ａ）、そのＡ−Ａ方向の断面図（ｂ）である。この食品検査装置１０においては、基板上に小さな反応槽が設けられ、その中に被検査試料（米）がそのままの米粒である状態か、あるいは米粒が粉砕された被検査粉として、反応液と混合されて投入される。この反応液中における酵素反応および電気化学反応が、反応槽の底面にある電極を用いた電気化学センサを用いて評価され、被検査試料の鮮度の指数となる酵素活性が電気的に測定される。
【００１４】
この食品検査装置１０においては、絶縁性の基板１１上に、３つの電極（作用極１２、参照極１３、対極１４）が形成される。基板１１上で、これらの電極の間は絶縁層１５で絶縁されている。また、これらの電極をその底面に具備するような形態をもつ反応槽２０が基板１１上に形成されるように、樹脂材料で構成された絶縁性の側壁層１６が形成されている。
【００１５】
反応槽２０には液体（反応液１００）が溜められる構成とされ、その底面に露出した作用極１２、参照極１３、対極１４によってこの反応液１００中の酵素反応および電気化学反応が調べられる。反応槽２０は例えばその底面に平行な断面が楕円形となる形状であり、この楕円形の大きさは、例えば長軸が７ｍｍで短軸が５ｍｍ程度とする。食品検査装置１０全体は携帯が可能な程度に小型とされるが、反応槽２０の大きさは、被検査試料となる米粒そのものか、それが粉砕された被検査粉２００や反応液１００をこの中に充分に収容できる程度とすることが好ましい。なお、図１（ａ：上面図）では、反応液１００、被検査粉２００の記載は省略されている。
【００１６】
基板１１としては、絶縁性の支持基板となりえ、かつ安価な材料として、ガラス基板が特に好ましく用いられる。この上に、図１に示された形態で３つの電極がパターニングされて形成される。なお、図１（ａ：上面図）では基板１１の記載は省略されている。
【００１７】
作用極１２、対極１４は、反応液１００中の電極活物質と電子の授受のみを行い化学反応を生じない材料、例えば金で構成される。これらは、例えば基板１１上に蒸着等によって形成された後に、所定のパターンのマスクを形成した後にエッチングすることにより図１に示された形状にパターニングされて形成される。なお、これらの電極材料と基板１１との間の密着性を高めるために、他の金属層が基板１１との間に挿入されていてもよい。作用極１２、対極１４の材料として白金を用いることもできる。
【００１８】
参照極１３は、基準となる電位を作用極１２に与える電極であり、反応液１００中において外的要因で電位変動が生じにくい材料として周知の銀／塩化銀（銀の周囲に塩化銀が形成された構成の電極）が特に好ましく用いられる。このパターニングも、作用極１２等と同様に行われる。なお、作用極１２、参照極１３、対極１４の材料、構成については、通常の電気化学測定に用いられるものと同様である。検査時には、作用極１２と参照極１３の間に電位が印加され、発生した電流値が測定される。
【００１９】
絶縁層１５の材料としては、ガラス基板上に塗布成膜することができ、反応液との間で価格反応を生じず、パターニングが容易であるポリイミドが特に好ましく用いられる。絶縁層１５は、図１に示された形態で反応槽２０の底面で３つの電極が露出するようにパターニングされる。このパターニングは、例えば感光性ポリイミドを用いた場合には、フォトリソグラフィによって容易に行うことができる。基板１１上に作用極１２、参照極１３、対極１４がパターニングされて形成された後に、絶縁層１５を全面に形成し、その後に絶縁層１５のパターニングを行い、図１の形態とすることができる。すなわち、作用極１２、参照極１３、対極１４が絶縁層１５から露出した形態とすることができる。
【００２０】
側壁層１６は、反応液１００等と反応を生じず、基板１１上で図１の構成を実現することが容易な材料として、例えばシリコーンゴムの１種であるポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）が特に好ましく用いられる。この場合、側壁層１６を形成するためには、ＰＤＭＳ前駆体をポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）の鋳型に投入し硬化処理を施すことによって、図１の形態の側壁層１６、反応槽２０を得ることができる。すなわち、底面で作用極１２、参照極１３、対極１４が絶縁層１５から露出し、側壁層１６で取り囲まれた反応槽２０を基板１１上で得ることができる。この反応槽２０中に反応液１００を収容することができる。
【００２１】
３つの電極（作用極１２、参照極１３、対極１４）は、図１（ａ）における側壁層１６の外側（図１（ａ）中の上側）まで延伸しており、基板１１の端部でポテンショスタットに接続される。これにより、反応液１００中で参照極１３の電位が一定となるように制御された条件下で、参照極１３と作用極１２との間の電位差が制御され、作用極１２に流れる電流が検出される。すなわち、作用極１２、参照極１３、対極１４を用いて反応液１００中の酵素反応および電気化学反応を調べることができる。
【００２２】
（第２の実施の形態：食品検査方法）
以上の構成の食品検査装置１０を用いて、実際に米の鮮度を検査する方法（食品検査方法）について以下に説明する。
【００２３】
米の鮮度を調べるためには、含まれる脂肪酸の量や、米粒に含まれる各種の酵素活性を調べることが有効である。特に、酵素活性は、収穫後の経時変化（鮮度の低下）に従って低下することが知られている。米粒に含まれる酵素としては、カタラーゼ、ペルオキシダーゼ、α−アミラーゼ、β−アミラーゼ、リパーゼ、ジアスターゼ、ウレアーゼ、リダクターゼ等が知られている。また、これらの酵素は主に米粒の胚や糠に多く含まれ、米粒が粉体化された場合には、活性は低下することが知られている。こうした状況下で、特にペルオキシダーゼの活性は、米の鮮度と直結する指標として使用できることが知られている。このため、以下ではペルオキシダーゼの酵素活性を調べるために上記の食品検査装置１０を用いる場合について説明する。
【００２４】
ペルオキシダーゼが触媒として作用する化学反応は、過酸化水素が分解される化学反応である。すなわち、ある化合物ＡＨ２と過酸化水素が存在する場合に、以下の（１）、（２）式の反応における触媒として機能する。このため、この酸化還元反応が発生している度合いを電気化学的に調べれば、ペルオキシダーゼの酵素活性が測定できる。
【００２５】
【化１】
【化２】
【００２６】
過酸化水素とヒドロキノンが反応液１００に含まれる場合、米粒に含まれるペルオキシダーゼによって、ヒドロキノンが酸化された酸化誘導体としてベンゾキノンが形成され、前記の（１）、（２）式の反応が進む。具体的には、以下の（３）、（４）、（５）式の反応が生ずる。すなわち、この反応液１００を用いて、ペルオキシダーゼの活性を電気化学的に測定することができる。
【００２７】
【化３】
【化４】
【化５】
【００２８】
ここでは、被検査試料となる米粒は粉砕されて被検査粉２００とされた後に、０．１ＭのＫＣｌが混合されたリン酸緩衝液（ＰＨ７．０）と混合された。反応槽２０中に被検査粉２００を含む液を入れた状態で上記の作用極１２、参照極１３、対極１４を用いたサイクリックボルタンメトリー測定が行われた。すなわち、参照極１３の電位が一定となるような条件下で作用極１２の参照極１３に対する電位が走査され、作用極１２を流れる電流が検出された。
【００２９】
ここで、上記の反応液１００の有効性を調べるために、反応槽２０中に（ａ）上記の緩衝液に被検査粉２００が混合された液、（ｂ）この液に更にヒドロキノンが混合された場合、（ｃ）この液に更にヒドロキノンと過酸化水素が混合された場合（上記の反応液１００が使用された場合）、の３種類の場合についてサイクリックボルタンメトリー測定を行った結果が図２である。この特性において検出されるピークは、発生している酸化還元反応に特徴的な位置に現れる。
【００３０】
ここで、−０．３Ｖと０Ｖ付近のピークは、ヒドロキノン／ベンゾキノンの酸化還元（（４）（５）式の化学反応に対応）に対応する。これらのピークは、（ａ）では小さく、（ｂ）、（ｃ）では大きく、特に（ｃ）で大きくなっている。これは、米粒に含まれるペルオキシダーゼによって、（３）〜（５）式の反応が進んでおり、この反応に伴う作用極１２における電子の授受が観測できていることを示す。すなわち、この食品検査装置１０において、反応液１００として（ｃ）を用いて、（３）〜（５）の反応が進んでいることを確認することができる。これにより、米粒に含まれるペルオキシダーゼの活性を測定することができる。
【００３１】
鮮度の異なる３種類の米粒を粉砕して混合した反応液１００（（ｃ）の構成の液体）を反応槽２０に投入し、作用極１２に流れる電流を比較した。ここで、３種類の米粒の収穫時期と、粉砕後の期間について表１に示す。試料１〜３の順に鮮度が高い（酵素活性が高い）設定となっている。
【００３２】
【表１】
【００３３】
試料１〜３から作成した被検査粉を上記の反応液１００と混合して用い、作用極１２の電位を前記のピークの一つである−０．３Ｖに固定した場合の電流値の時間変動を測定した結果を図３に示す。この結果より、試料１の場合の時間変動が最も大きく、試料３の場合の時間変動が最も小さいことが明確である。これは、試料１の酵素活性が最も高いことに対応する。図４は、試料１〜３におけるこの電流変化率ｄＩ／ｄｔ（経過時間３０〜６０ｓ後）を比較した結果である。電流変化率ｄＩ／ｄｔを酵素活性（鮮度）の指数として用いることができることが明らかであり、上記の食品検査装置１０を用いてこの測定が可能である。
【００３４】
ここで、上記の通り、この食品検査装置１０は携帯が容易な程度に小型である。測定時には、これを動作させるためのポテンショスタット（電源、電流計等）が必要であるが、これらも携帯が可能な程度の大きさである。また、上記の測定においては米粒を粉砕して被検査粉２００としたが、米粒を粉砕することは小さな治具を用いて行うことができる。あるいは、粉砕していない米粒そのものを反応液１００中の被検査試料とすることも可能である。更に、上記において使用した薬液は、反応液１００の量が反応槽２０の容積に対応して少量である。また、これらの薬液には少なくとも大きな毒性はないため、これらの携帯も容易である。以上より、この食品検査装置１０を携帯して様々は場所で米の鮮度を容易に検査することができる。更に、上記の通り、米を一粒単位で検査することも可能である。
【００３５】
また、この食品検査装置１０は、図１に示されたような単純な構造をもち、安価なガラス基板を用いて容易に製造することができる。このため、これを低コストで容易に製造することができる。
【００３６】
なお、上記の例では、米の鮮度を検査（測定）する場合に、その指標としてペルオキシダーゼの活性を評価する場合について記載した。しかしながら、鮮度の劣化に従ってその活性が低下する酵素であり、反応生成物に電極活物質が含まれれば、他の酵素を用いた場合でも、同様の検査を行うことができることは明らかである。この場合、反応槽２０中に入れる反応液１００は、この酵素が作用する化学反応を生じさせるように適宜設定される。
【００３７】
更に、米の鮮度測定に限らず、各種の生鮮食品の鮮度も同様に測定することができる。例えば、豚肉の場合には、鮮度に関連するのは核酸関連物質であり、このうち、ヒポキサンチンをこの食品検査装置で直接測定する対象とすれば、豚肉の鮮度も簡易に調べることが可能である。このように、鮮度に関連する化学物質の反応液中での電気化学反応を調べることにより、同様の検査を行うことが可能である。こうした場合においても、同様の効果を奏することは明らかである。
【００３８】
また、反応槽やこれを構成する側壁層の構成も、被検査試料や反応液に応じて適宜設定することが可能である。また、作用極、対極、参照極を構成する材料も、これに応じて適宜設定することが可能である。また、作用極、対極、参照極を用いた３電極方式によって精度の高い測定結果を得ることが可能であるが、上記の実施例のように酵素反応の生成物を作用極上で還元させて検出する場合には、作用極と参照極（又は対極）のみを用いることも可能である。この場合、食品検査装置の構成がより単純となる。
【符号の説明】
【００３９】
１０ 食品検査装置
１１ 基板
１２ 作用極
１３ 参照極
１４ 対極
１５ 絶縁層
１６ 側壁層
２０ 反応槽
１００ 反応液
２００ 被検査粉
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検査対象となる食品が反応液中において発生させる電気化学反応を、少なくとも作用極と参照極を具備する電気化学センサを用いて調べることによって前記食品の検査を行う食品検査装置であって、
絶縁性の基板と、
当該基板上に形成された前記作用極及び前記参照極と、
樹脂材料で構成され、前記反応液を収容する反応槽が前記作用極及び前記参照極の上に形成されるように、前記作用極及び前記参照極が形成された前記基板上の領域を取り囲んで前記基板上に形成された側壁層と、
を具備することを特徴とする食品検査装置。
【請求項２】
前記反応槽が形成された領域における前記基板上に、対極が形成されたことを特徴とする請求項１に記載の食品検査装置。
【請求項３】
前記基板がガラスで構成されたことを特徴とする請求項１又は２に記載の食品検査装置。
【請求項４】
前記側壁層がポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）で構成されたことを特徴とする請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載の食品検査装置。
【請求項５】
前記食品は米であり、前記反応液は、過酸化水素を含むことを特徴とする請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載の食品検査装置。
【請求項６】
前記反応液はヒドロキノンを含むことを特徴とする請求項５に記載の食品検査装置。
【請求項７】
請求項１から請求項６までのいずれか１項に記載の食品検査装置を用い、
前記作用極に流れる電流の時間変動率によって、前記食品の鮮度を判定することを特徴とする食品検査方法。
【請求項１】
被検査対象となる食品が反応液中において発生させる電気化学反応を、少なくとも作用極と参照極を具備する電気化学センサを用いて調べることによって前記食品の検査を行う食品検査装置であって、
絶縁性の基板と、
当該基板上に形成された前記作用極及び前記参照極と、
樹脂材料で構成され、前記反応液を収容する反応槽が前記作用極及び前記参照極の上に形成されるように、前記作用極及び前記参照極が形成された前記基板上の領域を取り囲んで前記基板上に形成された側壁層と、
を具備することを特徴とする食品検査装置。
【請求項２】
前記反応槽が形成された領域における前記基板上に、対極が形成されたことを特徴とする請求項１に記載の食品検査装置。
【請求項３】
前記基板がガラスで構成されたことを特徴とする請求項１又は２に記載の食品検査装置。
【請求項４】
前記側壁層がポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）で構成されたことを特徴とする請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載の食品検査装置。
【請求項５】
前記食品は米であり、前記反応液は、過酸化水素を含むことを特徴とする請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載の食品検査装置。
【請求項６】
前記反応液はヒドロキノンを含むことを特徴とする請求項５に記載の食品検査装置。
【請求項７】
請求項１から請求項６までのいずれか１項に記載の食品検査装置を用い、
前記作用極に流れる電流の時間変動率によって、前記食品の鮮度を判定することを特徴とする食品検査方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２０１２−２４２２７４（Ｐ２０１２−２４２２７４Ａ）
【公開日】平成２４年１２月１０日（２０１２．１２．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１１３５７１（Ｐ２０１１−１１３５７１）
【出願日】平成２３年５月２０日（２０１１．５．２０）
【出願人】（５０４１７１１３４）国立大学法人 筑波大学 (510)
【公開日】平成２４年１２月１０日（２０１２．１２．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年５月２０日（２０１１．５．２０）
【出願人】（５０４１７１１３４）国立大学法人 筑波大学 (510)
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