有用タンパク質の機能解明
4. 不均質な食品の圧縮試験における応力分布の解析
ゴムでピークが現れた上下歯が接触する時より前に，試料が破壊されピークが出 現する。さらに，体温による温度変化や唾液吸収による水分量変化のために，著 しく物性が変化するため，さらに複雑な圧力分布が観察される5）。
他の口腔内圧測定法は，義歯に小型圧力計を装着するなど，被験者毎に製作し たセンサを用いる場合が多いのに対し，本法では食品を載せたセンサを被験者の 口腔内に入れて圧力の測定を行う。そのため，被験者を選ばないだけでなく，同 じ被験者で噛む歯の位置を変えて測定ができるという特長がある。口腔内で測ら れた圧力は，機器測定で得られる応力と同じ次元をもつ。力学物性測定装置で既 知の荷重を与え，センサをキャリブレーションすれば，ヒトの咀嚼計測値と機器 測定値との直接比較ができ，最適なテクスチャーの食品を提示しやすい。
積が得られない。また，生ニンジンは約 40% 歪で破壊されるが，それ以降，ば らばらの破片が観察される。
多点シートセンサでは，多数の感圧点で検出した応力の空間分布が示される。こ のデータから，全応力を加えて，通常の機器で求められる荷重値が求められる14）。 図 8 Ａは 10% 歪毎に，荷重値をプロットしたもので，通常の機器で得られる荷 重曲線と等価である。また，感圧点数から，プローブと試料との接触面積がわか
図 8．圧縮試験中における荷重，接触面積，および実効応力の変化 実効応力は実測した荷重値を接触面積で除して求めた。クラッカーの実効応力 における塗りつぶした記号は，破壊点を示す。生ニンジンと羊羹の破壊は，圧縮 歪がそれぞれ 40% 前後，50% 前後で起こる。食パンは明確な破壊点を示さない。
600 700 800 900
Ｎ）
羊羹 食パン クラッカー 生ニンジン
A
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900
荷重（Ｎ）
羊羹 食パン クラッカー 生ニンジン
A
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900
0 20 40 60 80 100
荷重（Ｎ）
Strain （％）
羊羹 食パン クラッカー 生ニンジン
3 4 5
面積比
A
B
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900
0 20 40 60 80 100
荷重（Ｎ）
Strain （％）
羊羹 食パン クラッカー 生ニンジン
0 1 2 3 4 5
0 2 0 4 0 6 0 8 0 1 0 0
接触面積比
1 0
A
B
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900
0 20 40 60 80 100
荷重（Ｎ）
Strain （％）
羊羹 食パン クラッカー 生ニンジン
0 1 2 3 4 5
0 2 0 4 0 6 0 8 0 1 0 0
接触面積比
Strain （%）
0.6 0.8 1.0
応力（MPa）
C A
B
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900
0 20 40 60 80 100
荷重（Ｎ）
Strain （％）
羊羹 食パン クラッカー 生ニンジン
0 1 2 3 4 5
0 2 0 4 0 6 0 8 0 1 0 0
接触面積比
Strain （%）
0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0
0 20 40 60 80 100
実効応力（MPa）
C A
B
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900
0 20 40 60 80 100
荷重（Ｎ）
Strain （％）
羊羹 食パン クラッカー 生ニンジン
0 1 2 3 4 5
0 2 0 4 0 6 0 8 0 1 0 0
接触面積比
Strain （%）
0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0
0 20 40 60 80 100
実効応力（MPa）
圧縮歪 （%）
C A
B
る。図 8 Ｂは，初期の試料直径から計算した初期断面積に対して，実測した接触 面積の比をプロットしたものである。セル状構造をもった試料では，接触面積が 小さく，クラッカーでは 70％，食パンでは 80％以上まで圧縮しないと，計算値 には達しない。一方，羊羹等，密な構造をもつ試料では，圧縮された分だけ，直 角方向に試料が流れ，断面積が徐々に増していく。荷重を接触面積で割ると，試 料が受ける平均的な応力が実測でき，これを実効応力と呼ぶことにする（図 8 Ｃ）。どの試料においても，接触面積が一定ではないので，実効応力曲線は荷重 曲線とは異なる形を示した。極めて不均質な構造をもつ故に，変形初期に局所的 な破壊が起こるクラッカーでは，小数の点に応力が集中するために，荷重値が低 いにもかかわらず，実効応力値は高くなる。これは，テクスチャー感覚で言え ば，指や舌で試料を破壊させない程度に押したとき，クラッカーは生ニンジン同 様に硬いと感じることに対応していると思われる。指の面積全体に試料は当たら なくても，触れている少数の点の応力が高いからである。一方，極めて高い歪で は，どの試料でも荷重値は急上昇するが，実効応力の上昇度は，接触面積も増加 するために，緩やかである。この大小関係は，歯で食物を噛む場合の歯ごたえに 対応するものと考えられる。
キュウリ等の青果物は複数の組織から構成され，各組織の力学物性の差から，
特徴的な 2 次元的分布パターンが観察される。図 9 は，一般的なキュウリ 4 品種
図 9．異なる品種のキュウリを圧縮したときの 2 次元応力分布 破断点はいずれの品種も約 30% であった15）。右側は圧縮する前の試料断面。
について，厚さ 10mm の輪切試料を試験機で圧縮する過程での応力分布を示し たものである15）。圧縮中の破断に至るまでの各時点において，外側の果皮部で 最も応力が高く，中央の子実部で低く，その間に位置する果肉部は中間的な応力 を示した。輪切全体にかかる荷重の総和は，図 9 の 4 品種のいずれでも有意な差 がなかったが，応力分布のパターンは品種によって異なり，低応力の領域が大き い 2 品種（Ａ，Ｂ）と小さい 2 品種（Ｃ，Ｄ）とに分かれた。 品種間のテクスチャー 差は，試食した専門家パネルは判別できたが，一般消費者では判らないレベルで あった。このことから，専門家は官能評価時に，各組織の平面的分布を分析して いたことが示唆される。