魚肉の鮮度を匂いで判定するセンシング技術を開発産総研と北海道立工業技術センター

産業技術総合研究所（以下、産総研）は2023年8月21日、同研究所と北海道立工業技術センターの共同研究グループが、魚肉の鮮度を匂いで判定するセンシング技術を開発したと発表した。

すしや刺身といった魚の生食が世界的に広まってきており、水産物が日本から海外にチルド状態で空輸されている。一方で、海外では魚の生食に精通した職人が少なく、生食用と加熱用の区別が難しいため、日系の店舗が取り扱うケースが多い。

日本の水産物の輸出量の拡大には、品質の客観的な指標や測定方法が必要となる。生鮮水産物の鮮度指標としてはK値が提案されているが、K値の導出のための化学測定には特殊な技能や一定の時間を要する。このため、簡便に鮮度を判定できるセンシング技術の開発が求められている。

同研究グループは今回、魚肉の匂いを定量的に分析した結果に基づき、鮮度指標ガスを調製して、ポータブル測定器の学習データ取得に用いた。

北海道立工業技術センターにて、魚肉の入荷直後、生食（0℃の保管で入荷から5日後）、加熱調理で可食（0℃の保管で入荷から11日後）、腐敗（30℃の保管で入荷から1日後）と4つの鮮度状態に対して、魚肉の匂い成分を含む空気を吸着剤「TENAX TA」に吸引してサンプリングした。

産総研では、ガスクロマトグラフ質量分析計（GC/MS）を用いて吸着剤の匂い成分を分析した。養殖ブリのフィレの4つの鮮度状態からは、合計27成分の化学物質を検出している。

魚肉の匂いを再現するために、数十種のガス成分を魚肉の匂いと同じ濃度比で混合するのはコスト上難しい。半導体式センサーは、同族の化学物質には類似するセンサー応答を示す特徴を有するため、各族の代表的な成分4種類で濃度比を調製して指標ガスとした。

試作したセンサー素子は、一般的な市販の半導体センサーと同じく直径を10mmとした。一度に4種の半導体センサーを搭載できる。

産総研で開発したポータブル測定器に、8種の半導体センサーを2個のセンサー素子にそれぞれ4つずつ載せた。1つには一般的な半導体センサーを4種、もう1つには一般的な半導体センサー2種とバルク応答型センサー2種を搭載した。

ポータブル測定器およびセンサー素子

養殖ブリの4つの鮮度状態に対応した指標ガスを吸引させ、抵抗値を計測した。抵抗値は、指標ガスの4つの構成成分の濃度比によって変化する。n型半導体特性を有するセンサーでは抵抗値が減少し、p型では抵抗値が増加する。

指標ガス吸引前の抵抗値を基準とし、抵抗変化量をセンサー応答値とする。センサー8個分の応答値が1データとなる。センサー応答値から4つの鮮度状態に分類するにあたっては、ニューラルネットワークを用いた。

4つの鮮度に対応した指標ガスをガスバッグに充填し、繰り返し測定を行い、合計240データを蓄積。交差検証で指標ガスを正しく分類できるかを検証したところ、144データが正解となり、正答率は0.600となった。

次に、正答率を高めるべく、1個のセンサーにおいて複数の応答値を用いる方法を検討した。指標ガスの導入を終了させ、半導体センサーの電気抵抗値が復元する区間から得られるセンサー応答値も解析に用いた。

同じく交差検証を行ったところ、240データのうち229データが正解となり、正答率が0.954に向上した。

さらに、指標ガスで学習した畳み込みニューラルネットワークで、養殖ブリ刺身の鮮度を判定した。

ブリ刺身をガスバッグに入れ、室温下（約22℃）で購入直後の匂いを測定。その後、家庭用冷蔵庫（2～5℃）で1日保管し、室温下に戻して再度測定している。

判定結果は、購入直後は生食で可食、1日保管後は加熱調理であれば可食となった。

8種の半導体センサーのうち3種の電気抵抗値の変化と学習データに用いたセンサー応答値

同研究グループは今後、他の魚肉に対する検証も進める。また、科学的な鮮度指標であるK値と半導体センサーのセンシング技術による出力とを突き合わせ、匂いからK値を判定する技術の開発も進める。

さらに、さまざまな魚肉のデータを蓄積してK値を判定できるデータベースも構築する計画だ。ポータブル検知器からリアルタイムにK値を出力する機能なども開発し、早期の実用化を目指す。

加えて、魚介類の干物等の熟成度合いのモニタリングへの適用可能性も検討する。

魚肉の鮮度を匂いで判定するセンシング技術を開発　産総研と北海道立工業技術センター