果実の熟度判定に関する音波共振法の応用(第3報) : 共振曲線に及ぼす品温の影響

佐大農当選

4

9

:

1~ 1O

(

1

9

8

0

)

果実の熟度判定に関する音波共振法の応用

(

第

3

報

〉

共振出線

ζ

l

及ぼす品温の影響

小 島 孝 之

(関芸工学研究室) 昭和55年5月

1

7

日 受 理

The Application of Sonic Techniques t

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the Evaluation of Maturity

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.

絡 霞 生鮮果菜類の共振曲線を測定し，それらの間有振動数と物性・熟度等との関係を調査して，い くつかの知見を報告してきた1吋 その悶，同一品積，間程度の熟度と推定される産物の共振出 線において，時期的

ζ

l

若干の変動があるような現象がみられた.もし，変動があるとすれば，そ の原因として (1)河一品滋の果菜類においても，季節によりその果肉物性に若干の差異がある (2) 測定する来菜類の品温すなわち環境担皮 lとより共振曲線が影響されることのニ点が考えられ る. もし， (2) の原因 lとより，共振曲線が影響されているとすれば，共振臆波数を利用する物性判 断には大きな誤差を伴なうことになる.

2 佐焚大学農学芸記報 第

4

9

号

(

1

9

8

0

)

本報では，この点について若干の実験的調査を行なったのでその結よ誌を報告する. 材料および方法 供試材料は市販のリンゴ(品積は宮土，陸奥)，ナシ(晩三官)およびトマト(来光)である. 実験装置は

F

i

g

.1

にその概略函を示す. すなわち，温度が任意に設定できる仮溢槽と その中に入れたスピーカボックス， ピック アップ(リオン製.

PV-llA

，加速度型)，そ して振動そ与えるオシレータ，アンプ，試料 の振動を検出する加速度計，オシロスコープ およびカウンタなどから機成されている. Const.temp. box ↑豆温構内には吸

f

f

材としてフォームラパを 厚く張りつけた. '1互協槽は強制通風式で，機 内温度は

OOC

，

1

0

，

2

0

，

3

0

，および

4

0

0

_C

_の

₅

段階に設定した.測定する試料は怪視機内ζl 入れ，試料混度がほぼ設定湿度に達したのち

共振実験を路始した. _{Fig. 1. Schematic diagram of measuremcnt instru} 実験値i乙正確さおよび再現性を期すために 温度は

OOC

から順次

1

0

，

2

0

，

3

0

，

4

0

0

_C

_へと変 ment. 化させ測定したのち，さらに

4

0

0

_C

_から逆

_!

_C

_，

₃

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₂

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_，

₁

₀

_，

_OOC

_{へと温度を下げながら伺様の測定を} 行なった. 試料の冷却あるいは加混i湾関は，槽内温度が一定してから

8

0

分以上とした. さらに加えて，…

2

0

0

C

K

凍結したリンゴについてもその共振曲線を求めてみた. 実 験 結 果

Fig.2

は

i

n

絞のワンゴ，

4

f

簡についての共振曲線を示す.これらの結果から明らかなように， 共振曲線はその試料の品識にかなり影響を受けている. 共振強度についてみれば，

1

5

0

0

狂

z

から

1

6

0

0Hz

附近を境にして，これより低周波数域側にお いては品視が高くなるほど振動応答が大きくなった.

1600Hz

以上の

?

i

b

い潟波数域では逆に品織 が低くなるほど応答が大きくなった. 共振腐波数についてみれば，共振強度の場合と悶様ζ 品温 ll とより，若干の変動がみられるが， 共振強度の場合ほど明確ではない. 主な共振点における周波数のずれに対する品識の影響をまとめると Tab.1~4 のようであった. たとえば， Tab.1 における第 1 次共振周波数のずれをみると，それぞれの試料で 7~llHz の大 きさであった.このずれは，第2次，第

3

次……の共振点ではさらに大きくなる傾向があった. 同様に品混と共振強度の関係を

T

a

b

.

5~8!乙示した.

Fig.3

は同じくリンゴ陸奥に対する共振泊線である.富士の場合と同傾向であるが，変異点は

1

3

0

0

Hz~

1

5

0

0

Hz

の禄;域にあった. これらの周波数帯域より低域の周波数では品温が高くなる ほど振動応答が大きく，逆にそれより高域の周波数では品温が低いほど振動応答が大きくなった.

Fig.4

はナシ(晩三吉〉の可食段階のものについての共振曲線である.ナシの場合は，サンゴ

小島:果実の熟度判定lζ 関する音波共振法の応用(第 3報) ₃

。

d つ u [ 。 } ぷ 泊 三 = 品 目 ︿ (xlO-') No.l

。

(xlO-')

•

•

•

•

•

・ NO.4

3141

。

_。

Fig.2. 1、ab.1 Effect o[ fruit temperature on the resonance frequency， F 1 Hz

No.1 No.2 No.3 No.4 Mean

OOC 816 809 774 761 790 10 812 802 770 755 785 20 811 795 770 757 783 30 809 792 767 757 781 40 806 798 766 762 783 1'=ー0.829，B口 一0.18，A口 798 (F=ロBT十八) Tab. 2 Effect of fruit temperature on the second resonant frequency， 1'2 Hz

No.1 No.2 No.3 No.4 Mean T.

。

OC _{1258 1239 1239 1244 1245} 10 1243 1229 1235 1235 1237 20 1242 1234 1234 1235 1236 30 1248 1249 1239 1236 1243 40 1230 1255 1221 1235 1'=-0.493， B=-0.14， A=1242， (F=BT十A)

4 佐賀大学農学芸誌報 第49号 (1980)

Tab. 3 Effect offruit temperature on the third resonant frequency

，

F3 E王z

No.1 No.2 No.3 No.4 Mean

OOC 1445 1408 1413 1360 1407 10 1436 1412 1403 1365 1404 20 1422 1418 1397 1356 1398 30 1416 1431 1392 1367 1402 40 1379 1451 1367 1399 r= -0.775

，

B= -0.18

，

A = 1405.6

，

(Fコ;BT+A) Tab.4 Effect offruit temperature on the seventh resonant frequency

，

F7 Hz

No.l No.2 No.3 No.4 Mean

。

OC 2745 2680 2742 2708 2719 10 2749 2675 2731 2719 2719 20 2767 2688 2731 2735 2730 30 2783 2773 2793 2766 2779 40 2771 2745 2832 2811 2970 r=0.929

，

B=2.02

，

Aロ2707. (F=BT十A) Tab. 5 Effect of fruit temperature on the resonant amplitude of F 1 (10

→

G) 2 3 4 Mean Temperature

T.-¥---。

OC 206 188 174 188 189 10 209 198 191 195 198 20 211 198 204 202 204 30 218 192 223 223 218 40 231 200 217 242 223 rロ0.991

，

B出 0.88

，

A = 188.8 (Y口 B T十A) Tab. 6 Effect of fruit temperature on the second resonant amplitude

，

F 2 (10-4G) 2 3 4 Mean :ure

T.¥----。

OC _{141 132 120 128 130} 10 151 138 131 138 140 20 162 145 189 150 162 30 186 157 150 165 165 40 199 157 160 172 r=0.963

，

B= 1.09

，

A = 132

，

(Y口 BT+A)

5 小島:来突の熟度判定ζl関する音波共振法の応用(第3報) (10→G) Effect of fruit temperature on the third resonant amplitude， F 3 Tab.7 Mean

。

OC 10 20 30 40 155 160 171 210 241 4 115 125 151 202 3 177 188 192 228 251 2 136 144 160 189 210 192 182 181 219 261 No. (Y=B-T+A) A口 143

，

B=2.22， r=0.951

，

(10→G) Effect of fruit temperature on the 7山 resonantamplitude

，

F7 Tab.8 Mean

。

OC 10 20 30 40 341 302 234 182 129 4 278 236 173 129 80 3 360 350 292 206 150 2 420 340 260 186 132 306 280 251 207 154 Sample No. Mark Temperature

。

一

。

O.C x-x 10 @ー・ 20 A - A 30 Cl- a 40 5→W Sample， Apple (Mutsu) Weight 444.2 g Diameter 10.2 cm Height 9.4cm Density 0.820 g/ cm'

4

込

ミ

(Y口 B-T十 A) F

，

F. Aニ 346.4， B口 一5.44， r口 …0.998

，

つ ' M t i [ O ] ( ? C M X ) d 叩

_E

z

a

g

︿ 口 。 刊 誌 包 芯 UU ︿

。

_。

Fig.3. の場合と異なって，いくつかのピーク (共振点)が重なり合った形が多くなり，第

l

共振点 (F

_t

) と ~2 共振点(九〕の谷間，および 1200Hz 陥・近の谷濁を除けば明確な谷間は出現しなかっ た.全体的にみると，共綴曲線は品温が潟くなるほど振動応答が大となったが，やはりザンゴの 場合にみられたように高域潟波数では品温が高くなるほど振動応答は小さくなった.その変異点 は1200Hz前後の潟波数域であった.

F

i

g

.

5

はトマト(東光)の巣頂部が採色した適熟采についての同様の測定例である.音波の果 実

l

乙対する駆動方向は

S-N

(Apex)，すなわち果軸方向である.この場合は 1100Hz前後のとこ

6 佐賀大学農学芸定報 第 49聖子 (1980) 12 10 ~8

。

( 的 ;:: 6 X 官 官 〈 i 2

。

。

500 1500 2000 Frequency， [Hz] Fig. 4. Effect01'temperature on the resonance curvcs of the ]apanesc pear (cultivar Okusankichi). 7r 6 5

。

C 併:;イ x 吉

E

3 2

。

O FI _F

_，

民

T'omato， riped， halfpinky Weight 133.9 g Diameter 6.3 cm Height 5.7 cm Density 1.01 g/cm3 S→N 2000 Frequency， [Hz] 4000 Fig. 5. Effect of temperatu沈 onthe resonance curves ofthe tomato (cultivar Tohkoh).

ろで逆転し， ζれより低い周波数域では品混が高いほど応答が大きく， "苛い周波数域では品温が 低いほど応答が大きくなった. トマトの場合は，全体的に品温による共振周波数のずれは小さかった.なかでもトマトの共振 点F1は品温差によるずれが最も小さく，振動応答においても最も安定していた.

Fig.6

は， リンゴ(宮支〉を

-20

0

_CI

_{と凍結した;場合の共振曲線である.凍結前のリンゴでは，} 観察される共振周波数は高いところで4，OOOHzから 5，OOOHzまでであったが，凍結した場合は

小島:糸災の熟度判定ζl関する菅波共銀法の応用(第3級) ₇ さらにそれより商い周波数域での共振が現われ，振動応答も強くなった.とくに， 9，000Hz附近 で0.1G という強い共振現象を観察した. 10 {

。

5 10 15 に -υ ? C H ) 6 日

u g

出 品

g

︿ Frequency， (x10')[日z] Fig. 6. Resonance curve of a frozen apple (cultivar Fuji)・ 考 察 品視の遠いにより河ーの試料でも共振曲線のパターンにかなりの変化が現われた.たとえば， 共振の強さはある振動周波数を境にしてこれより低域側の共振点では品滋が上昇するとともに強 くなり， ζれより高域側の共振点では逆

l

乙品

f

患の上昇とともに弱まった. この変異点は本実験ζl用いた来突においても異なり，リンゴの場合は富士で1500から 1600Hz 附近，陸奥で'1300から 1500Hz附近， トマトの場合で 1100Hz附近にみられた. また，共振周波数ζlも品混の影響による務干のずれが観察された.しかしながら，これらの結 糸を総合的にみた場合，品握の変化に対して比較的安定的な共振点が発見された.すなわち，リ ンゴ(議士)の場合は第

2

番自の共振点

F

2，その他のものでは最も低い周波数で、起る基本振動の ]ろがそれぞれ品温の変化l乙対して最も変動が小さく，余り品溢の変化lζ影響されないことを示 した.

1

、

a

b

.

9A，

B

'

ζ

は， リンゴ(滋士)の

k

iT

i

i

!

lT

と共振潤波数

F

の関係，品混と共振応答強度の 関係をそれぞれ共採点;ごとにまとめて示した.これによると，品温は共振周波数l乙対するより， 共振応答に対してより大きく影響していることがわかる.

Tab. 9A Regression analysis summarγ

，

-

fruit temperature and the shi仕of resonant frequency - Sample

，

apple (cultivar F吋i) F B A r 0.18 788.00 -0.829* 2 -0.14 1242.00 -0.493 3 -0.18 1405.60 -0.775 7 2.02 2707.00 0.929* F=BT-トA

!lf~ 49号 (1980) 佐賀大学農学奨報 8 fruit tcmpcrature and rcsonant Regression analysir summary

，

amplitudc Tab.9B I 0.88 188.00 0.991傘 * 2 1.09 132.00 0.963* 3 2.22 143.00 0.951 * 7 -5.44 346.00 -0.998* F=BT斗A A B F 富士の場合， 1500 Hz-1600 Hzより低い潤波数域では品湿の上昇とともに共振周波数は低域 へ移行し， 1500-1600 Hzより高い周波数域では共振点 (F7)が高域へ移行している. しかしな がら，これらの現象の中で有意の相関が認められたのは九の一0.829と

F

7

の0.929のみであっ

7

こ. 共振強度は品混が上昇するにつれて，変異点より低域側の周波数では応答がよく，共振が強く 現われたが，高;域側の潤波数では逆

K

I

Z

答が弱くなった. 陸奥の場合も，

T

a

b

.

1

0

A

，

B

r

c.示すように応答強度については箆士の場合とほぼ同じ傾向で あったが，共振周波数については品温の影響が小さく，不明瞭になった. Effect of fruit temperature on the resonance frequency and the

amplitude -apple， cultivar

Mutsu-OOC Tab.IOA 40 F2 628 212 672 155 963 189 2061 52 30 629 200 675 140 957 140 2055 103 20 630 181 675 127 963 118 2083 167 10 628 168 676 121 956 108 2073 203 625 Hz 612gal 674 134 950 103 2067 222 F Y F Y F Y F Y

-F F₁ F8 Tab. 10B F _r 0.592 0.987** 一0.521 0.737 0.783 0.919キ * -0.315 -0.982** 630.1 158.2 675.4 123.2 952.4 90.8 2071.4 237.4 B Fs 0.07 1.32 -0.05 0.61 0.27 2.04 -0.22 -4.40 F Y F Y F Y F Y F I P A 2 F

Tab.11はナシ(晩三官)の品混とその共振周波数，共振強度およびそれらの相関をまとめた ものである.ナシの場合は， 1200 Hz附・近を境にして， ζれより低い周波数域では，共振周波数 のずれと共振強度に対する品湿の影響は.iEの相関となって表われ，

F

l

を除く他の共振点ではい ずれも有意であった.また， 1200Hzより高域の

F

7

の共振点では，共振周波数および共振強度 l ζ対する品温の影響は負の籾関となって表われた，有志位が認められたのは共振強度ζl対しての 9 小島:祭実の熟度判定ζl関する音波共振法の応用(第3報) みであった. Tab.12のトマトの場合は 1100Hz 1¥付近を境lとして，これより低いj羽波数域では品混と共振強 度は正の相関 (F1，F2， F3)，これより高い周波数域では負の相関(九， F5)を示した. しかし，品 温と共振j認波数はF3，および F5を除けば有意な相関ではなかった. F3ではぷ視の上昇とともに 共振周波数が低域へ移行する負の相関を， _{Fsでは正の相関を示した. しかし， トマトの場合も}

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l

f乙対する品温の影響は小さく，

F

1が最も安定的であることを示した. Effcct of fruit tcmperaturc on the rcsonancc frequency and the amplitude て

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pcar (cultivar Okusankchi)ー Tab. II 0.100* 0.050** I F4 0.633 0.889* 0.971* 0.965* 0.996*本 0.956* 0.844撒 * 0.998** 0.893皐 0.980本 * 0.993** 0.949** -0.477 -0.986** 40 355 54 577 80 683 102 808 103 920 83 1007 78 1410 11 30 369 51 540 75 666 106 783 83 981 62 986 55 1540 12 20 361 43 529 66 648 94 764 70 845 50 966 46 1520 17 ハ リ ー 353 32 510 60 638 79 763 50 842 42 934 40 1550 21 OOC 345 Hz 38gal 499 60 621 57 767 30 845 32 921 34 1490 25 F Y F Y F Y F Y F Y F Y F Y 2 F 5 F 6 F F F 7 F Effcct of the tempcrature on the resonance frequency ancl thc amplitude -ton国 o(cultivar Tohkoh)一 Tab.12 也 事 一 本 * * * * * 一 本 家 * * * * * n u n u 一 Q u n U 田 h J 勺 ， ATQ り つ ん ワ h 勾 JnU 0 5 一 1 9 9 8 5 9 3 4 5 8 1 i n u 一 qJQUFOQυQUQJFORuqdQd n u n v 一 円 UAUAUAUAUnununU ハ U ハ U 一 一 一 一 一 一 一 1 1 4 5 5 3 5 4 3 6 0 一 21nbρbF 与 の 3PO ワ 陶 0 3 0 o ' A 一 4 F b 7 4 ‘ 勺 J 一 1 i の / 何 一 5 4 1 2 9 5 6 0 2 3 一 日 U ρ む勺， W35R3QU 究 d 4 h l 一 4 A ハ b 向 j o a 同 / 一 宮 i ワ 白 一 1 2 A 4 品 作 f c り 日 y 開 k J ・ i'I4AOO 一 0 6 6 4 5 4 A 0 4 A n u -一 4 ゐ p b m J 4 A 勺 ， 一 i 2 一 0 3 Q d p O 阿/の 3F3QU ウ Jnono 一 0 5 7 Q J Q り の JAYATQU ワ 何 一 ペ 件 A p h v m t ' A 仙 A h h u 一 2 i Q 4

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ー は 一 Hmv ⋮ Q U P D つ ム ハ υKVQMQdnunu--一 0 5 7 3 8 2 4 4 8 3 一 4 A 戸 む 円 J 4 A F O ⋮ 噌 s & み 得 η ノ 一 F Y F Y ド F A Y F Y F Y 40 30 20 ハ リ ー ()OC 3 4 2 5

10 イ左

1

"1大学j箆学芸記報 tf~ 49 -~ラ (1980) 以上のように，ある周波数を境にして共綴強度および共綴周波数に対する品

f

誌の影響は逆に作 用することがわかった. また， -20oCで凍結したリンゴ(富士)に対する同様の共振実験は，凍結誌にはみられなかっ た非常に硲域の周波数で共採点が多数，しかもかなり強い応答で検出された.この;場合，品温が 低くなるとI印式の共桜強度が大となる傾向は凍結前の尖験で観測された結果の延長として考えら れる.すなわち，栄尖の綴織内水分，溶液が凍結国化し，もはや氷の球体に近い状態となりp非 常に尚いヤング率をもった球体の共振様相をf乏したものと考えられる. 摘 要 ぷ

1

院が果実の共振

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線

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乙及ぼす影響を調べ 以下のことを明らかにした. 1) 共振強度は品温が潟くなるにしたがい，ある周波数を境lとしてこれより低域の腐波数では 大きくなり，これより高域の周波数では小さくなる. 2) 共振周波数l乙対する品混の影響もかなりみられたが，共振点によってはその共振周波数と 品温との簡には有意な相関がみられないほどである.

3

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共振周波数において最も品慌の影響が小さい共振点はリンゴ(寓士)の場合は第

2

共振ぷ の九，その他の来災では賀~H~振点の Fl である. 4) 凍結果実の共振副総は生来では全く

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足われなかった非常に高い周波数域に強い共振が現わ れ，氷結のためヤング率などの物性が全く呉なっていることが予想された. 謝 辞 三本実験に御協力いただいた方楽 祭主i(IJi，JL

1

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1大学大学院)Iこ記して議f:iまを去する. 引 用 文 献 1) 小島学之・邸中政信 (1976) 泉突然皮判定 lζ関する昔波共振法の!ぶ

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i.佐賀大波数 41，21-29 2) ……一一一 .rft潟 J~:!: (1

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説法による泉災野菜の然皮評価(第 1報) 炭 機

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会九州支部誌26， 1-9 3) 一一 (1978)

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泌共振もとによる然災型

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菜の然皮，'iY-似第 2半世) 佐賀大民議 45，15叩26 4) 一一一一(1979) 栄 突 の 然 倒 悦 lζ関する背主主}U!l法の応J自(Il) 1lr.-t~ 大幾重さ 47， 1-10