近赤外分光法を用いた大豆種子ー粒の品質判定システムの開発

ヰ卵 ､
5
5
ヤノ
近赤外分光法 を用いた大豆種子 1粒 の晶質判定システムの開発
課題番号
平成
15580230
1
5年度∼平成 1
6年度科学研究費補助金 (
基盤研究 (
C)(
2)
)
研究成果報告書
平成 17年 3月
研究代表者
(
広島市立大学
矢野 卓雄
情報科学部
教 授)
は しがき
永年 に渡 り 『食』に関す る研 究 を,品質の計測や工程 の管理, 自動制御 な ど食 品工
学的,農業 工学的視点か ら続 けてきたが,このたび文部科学省科学研究費補助金制度
の御助成 をいただ くこととな り,格段 に研究が進行 した｡ここにその成果 をま とめる
ことがで きた こ とは,今後 の研 究推進 の大 きな支 えになる と思われ る｡関係 各位 に心
よ り感謝す る ところである｡
『食 の安全』が,量的に も質的に も脅か され てい る今 日,国際的戦略穀物 の一つで
ある大豆 もまた,量的に も質的に も十分 に安全 であるとは言 えない状況 にある｡大豆
消費量 の大部分 を輸入 に頼 っている我 が国においては,品種 ､栽培地域 ､天候 ､流通
保管条件等 に よって変化す る大豆の晶質 を瞬時に判定 し､晶質に基づいた商取 引を行
うこ とは重 要である｡ さらに,大豆 を原料 とす るもや し､豆腐 ､納豆 ､味噌 ､醤油､
食用 油等 の製造業 では､安定 した晶質 の製 品を製造す る加 工条件 を決定す るための大
豆品質 の計測 システ ムの開発 を待望 してい る｡
この よ うな社会情勢の中,本研究では､近赤外分光法 を用いて大豆 1粒 ご との生死
な ど,大豆 の質 に関す る情報 を入手 し､これ らの解析結果 か ら大豆 品質 を判 定 し､選
別す るシステムの開発 を試 みた｡
本研 究は､植 物種子 1粒 ご との種子 内部 の品質 に関す る情報 を計測す る点 に特色 が
あ り､種子 として重要な晶質 である生死 に関す る判別が可能 になる｡ さらに､タンパ
ク質､脂質 ､糖質 の質 に基づ く晶質の判定が可能 となれば､品種改良の効率化 ､商取
引の公 正化 な どに大いに役立つ｡加 えて､穀物取引において劣勢 にたた され てい る 日
本 の よ うな食糧輸入 国では､本研 究 の成果 が与 える恩恵 は計 り知れ ない と思 われ る｡
当方 の大豆 に関す る研究はまだまだ続 いて行 く予定であるが,本報告書が関係 各位
の御発展 に とって,何 らかのお役 に立てば幸いである｡
平成 17年 3月
広 島市立大学
教授
(
は しがき-1
)
矢野
情報科学部
卓雄
研究組織
研究代表者
矢野
卓雄 (
広島市立大学
情報科学部
教授)
交付決定額 (
金額単位 :千円)
直接経費
間接経費
合
計
平成 15年度
1, 900
0
1, 900
平成 16年度
800
0
800
総
2, 700
計
研究発表
(1)学会誌等
なし (
投稿準備 中)
(2) 口頭発表
1 YayumiFuj
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oKo
hda,Ke
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Yas
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Apr
i
l6･
1
1
,2003.
2 藤 田八 弓､香 田次郎､末原意一郎､中野靖久､矢野卓雄
近赤外分光法 に よる大豆の生死判別 システムの開発
日本食 品工学会第 4回年次大会､大津市 (
2003年 8月)
3 矢野卓雄､藤 田八弓､末原意一郎､香 田次郎､中野靖久
近赤外分光法 を用いた大豆一粒 の生死 の計測
平成 1
5年度
日本生物工学会大会､熊本市 (
2003年 9月)
4 末原意一郎､藤 田八弓､香 田次郎､中野靖久､矢野卓雄
NI
Rに よる大豆 1粒 の生死判別
第 19回非破壊計測シンポジ ウム､つ くば市 (
2003年 1
1月)
(
は しがき-2)
5 藤 田八 弓､香 田次郎､末原意一郎､ 中野靖久､矢野卓雄
近赤外分光法 を用いた大豆 1粒 の品質評価 システムの開発
第1
2回計測 自動制御学会 中国支部学術講演会､岡山市 (
2003年 1
1月)
6 藤 田八 弓､香 田次郎､末原意一郎､ 中野靖久､矢野卓雄
近赤外分光法 を用いた大豆種子一粒 の晶質判定
日本食 品科学工学会第 51回大会､盛 岡市 (
2004年 9月)
(3) 出版物
1 YayumiFuj
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t
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c
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Yas
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nat
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e, NI
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i
c
at
i
ons
,p.
423･
427,2004.
研究成果 に よる工業所有権 の出願 ･取得状況
なし
(
は しがき-3
)
目 次
1
. 緒言
8
大豆品質の調整
大豆の近赤外反射スペ ク トルの測定
発芽率の測定
大豆の含水率の測定
3 4 4 4 ′
07
2 3 4 5 ∠
U7
つ︺2 2 2 2 2 2
2. 材料 と方法
2.
1 供試大豆
ソックス レ-抽出法による大豆の脱脂
7
大豆 タンパ ク質の水抽 出
7
SDSポ リアク リルア ミ ドゲル電気泳動
7
7
2.
8.
2 ゲルの作製
8
2.
8.
3 サンプルの調製
9
2.
8.
4 サンプルの注入
2.
8
.
5 電気泳動
2.
8.
6 バン ドの ピー ク面積の測定
2.
9 タンパク質定量
2.
1
0 大豆 中のスクロース含有量の測定
2.
1
1 近赤外分光法の手順
2.
l
l
.
1 近赤外原スペ ク トルの測定
2.
l
l
.
2 2次微分スペ ク トルの算出
2.
l
l
.
3 シ リーズの作成
2.
l
l
.
4 ライブラ リーの作成
2.
l
l
.
5 クラスターキャ リブ レーシ ョン
0 0 1 1 1 1
0
ノ0
ノ 0ノ ∩
7 0ノ l 1 1 1 1 1
2.
8.
1 試薬
3. 結果 と考察
3.
1 大豆の近赤外スペ ク トル
3
.
5 クラスターキャ リブ レーシ ョン
3
.
5
.
1 全波長域 ､6主成分因子選択
3
.
5
.
2 狭波長域､第 1及び第 2主成分選択
(目次 1
)
4 4 5
つ
ム2 2
3.
2 大豆-の照射方向の違いによる近赤外スペ ク トルの差異_
.
_
1
4
3.
3 大豆の劣化度の違いによる近赤外スペ ク トルの差異
1
9
22
3.
4 判別分析に用いた大豆群の発芽率
3.
6 バ リデーシ ョン
3.
7 2次微分スペ ク トル上の差異
3.
8 判別 に有効であった波長域の帰属
3.
9 判別 に有効であった波長域 と大豆中のタンパ ク質の変化….
41
3.
1
0判別 に有効であった波長域 と大豆 中の糖質の変化
44
4. 結論
5. 謝辞
6. 参考文献
(目次 2)
1
. 緒言
季節､品種､輸送状態や生産地な どによる品質の変動が激 しい農産物 を原料 とす る食
品加 工プ ロセスにおいて､原料品質の変動は製品品質の変化 として顕著に表れ る｡現在､
食 品加工の現場では､原料の状態やプ ロセスの製造条件などは主に職人の経験 と勘によ
り判断 され調整 されている｡ しか し､工場の機械化や大型化､それに伴 う自動化 をすす
めるためには､職人の経験 と勘に代わって原料農産物の状態 を客観的に判断 し､瞬時に
原料 の晶質や加工適正が評価できることが必要である｡特に､日本の伝統食品である味
噌､醤油､豆腐や納豆な どの原料である大豆は､流通の段階な ど加工現場以外 に も客観
的な品質評価法に対す る需要は大きい｡特に商取引においては､売 り手側 はよ り高 く､
買い手側はよ り安 く価格 を決定 したい と考 えるが､両者の納得のい く契約が交わ され る
決め手は品質であ り､よ り客観的な評価が望まれている｡
大豆は 35-40% のタンパク質､約 20% の脂質を含むな ど栄養価が高 く､畑の肉 と呼
ばれている農作物である｡しか し､我が国の伝統食 品の原料 として利用 されてい る大豆
は､ 自給率はわずか 3% ほ どであ り､需要のほ とん どを輸入 に頼っている｡昨年度､ 日
本で消費 された大豆は 日本産 1
8万 t
､米国産 385万 t
､ブラジル産 70万 t
､カナダ産 25
万t
､中国産 1
3万 tであ り､米国産輸入大豆が 70%以上の割合 を占めている 1)｡収穫 さ
れた大豆は､生産地か ら トラック､貨車や船便によ り大規模 な集荷場に集 め られ ､船便
で 30-35 日かけて太平洋 を渡 り日本に輸入 され る｡その後､倉庫などに一時的に保管
され た後､商社や問屋な どによ り国内流通 され る (
図 1
)
｡大豆の品質は品種 な どによ
り大 き く異なるが､気候､生産地な どの生育条件や､播種期､収穫期､輸送中の他 品種
混入や輸送 中の薬剤散布 な ど､輸送､貯蔵等の流通過程の条件 にも大きく影響 され る｡
大豆の晶質評価基準の 1つに大豆の発芽率があ り､発芽率の測定法の 1つ として ロー
ルペーパー法がある｡これは､蒸留水 を含ませ たキ ッチンペーパーに巻き込 んだ大豆 を､
恒温器 な どの一定の温度に保 った条件で発芽試験を し､7日後に発芽 した大豆の割合 を
百分率で表 した ものである｡発芽率は比較的簡単に測定できる方法であ り､大豆の商取
引や流通段階で よ く用い られ る晶質評価基準である｡発芽 した大豆が品質の良い大豆
(
生 きている大豆)､発芽 しなかった大豆が品質の劣化 した大豆 (
死んでいる大豆) と
い う意味で､発芽す る大豆の割合が大きい (
発芽率が大きい)大豆ほ ど､商品 としての
大豆の晶質は高い｡ しか し､発芽率試験は大豆を加工す る前段階での破壊分析で あ り､
なおかつ長時間を要す るため､迅速な晶質評価法 とは言 えない｡
NI
Rs
pe
c
t
r
os
cop
y,
そ こで､本研究では非破壊計測 システムの 1つである近赤外分光法 (
Ne
a
r
I
nf
r
a
r
e
ds
pe
c
t
r
os
c
opy)を用い､クラスター分析 による大豆の生死 を判別す る迅速か
つ簡便な大豆晶質評価法の開発 を 目指 した｡大豆品質の評価方法 として､大豆の近赤外
スペ ク トル を測定 し､定性 キャ リブ レーシ ョンの 1種であるクラスター分析 による判別
分析 を用いて､大豆の生死判別 を行 った｡
図 1米国産大豆の一般的な流通経路
2
2
.材料 と方法
表 1に本研究で使用 したサンプル群を示す｡サンプル群の名称は,サンプル群 A(
発芽率
99.
5%)
の発芽試験によって発芽 した(
生きている)
大豆を A9
9.
5%Li
veと表 した｡
表 1 本研究で使用 したサンプル群
サ ンプル群
個数 (
スペ ク トル名)
使用 目的
A99.
5%Li
ve
47粒 (
YFO20
426.
1
48
)
クラスターキャ リブ レーシ ョンの作成
B6%De
a
d
4
(
Y
7F
粒
O2051
5.
1
24YFO2051
6.1
2
4)
C99.
5%Li
ve
50粒 (
YFO
4021
6.
1
50)
DOO
/
o
De
a
d
50粒 (
YFO
40329.
51
1
00)
C99.
5%Li
ve
50粒 (
YFO
40223.
1
50)
クラスターキャ リブ レーシ ョンの評価
DO%De
a
d
50粒 (
YFO
40329.
1
50)
(
バ リデーシ ョン)
E48%L
ive
67粒 *注 1
)
E48%De
a
d
22粒
F65%Li
ve
58粒
F65%De
a
d
33粒
G87%Li
ve
89粒
G87%De
ad
l
o柾
H97%Li
Ve
5粒 (
YFO41
22.
1
5
)
(
金波長城 を用いた場合)
クラスターキャ リブ レーシ ョンの作成
(
波長域を細分化 した場合)
大豆の向きを
ク トルの測定 5方向に変えた反射 スペ
)H48
%Li
ve:(
YFO21
21
6.
1
3,5,7,8,l
l
,1
2,1
4,1
6,1
8,2025,2730,3238
,40,41
,
*注 1
4345,47,48
,50,51
,5
4,56,5
96
2,64,67,69,71
8
0,838
4,86,88
90,9396,1
00)
H48%De
a
d:(
YFO21
21
6.
9,1
0,1
7,1
9,26,31
,39,42,46,49,51
,53,55,63,66,68,81
,85,87,
91
,94,99)
Ⅰ
65%Li
ve:(
YFO301
23.
37,91
2,1
5,1
6,21
,2325,2730,3235,37,42,441
47,505
2,5560,
64,6769,72,73,78
,79,81
,8385,87,9092,9496,98
)
Ⅰ
65%De
a
d:(
YFO301
23.
1
,8,1
4,1
7,1
8,20,22,26,31
,38,39,40,43,48
,49,53,54,61
63,65,
71
,7477,8
2,88,89,93
3,97,99,1
00)
J
87%Li
ve:(
YFO301
24.
1
,2,423,25
28,3
0,32
41
,435
4,5
661
,6368,7079,8ト8
2,8
48
8,
90l
oo
)
3,
24,
29,
42,5
5,62,
69,8
0,8
3,89
)
J
87%De
a
d:(
YFO301
24.
2
.
1供試大豆
2001年米国産 ビン トン種大豆,Gl
yc
i
nema
x(
L.
)ver
.
Vi
n
t
on81を使用 したO実験 に供す
るまで､冷蔵庫 (S
5080,
ADVANTEC) (
温度 1
0℃ に設定)内に貯蔵 した｡
1
2
.
2大豆晶質の調整
晶質 の劣化 した大豆 を調整す るた め､大豆 をプ ラスチ ック製 のア ミカ ゴ (
幅 330
mmx235mmx高 さ 8
0mm)に浅 く敷 き詰 め､恒温恒湿器 中 (
相対湿度 70% 及び温度 40℃
に設定)にお き､貯蔵 日数 を変 えることで様 々な晶質の大豆 を調整 した｡
2
.
3大豆の近赤外反射スペク トルの測定
1粒 の大豆 を一粒カ ップに入れ (
図 2)､プ ローブの先端が大豆の①⑤ の各方 向の位
図 4)
.近赤外分光装置 (
I
nf
r
a
Pr
ove
r
置(
図 3)に触れ るよ うに､プ ローブの位置を固定 した (
Ⅱ,BURAN+LUEBBE) を用いて､ 1
2[
c
mー
1
]間隔で 4500-9996 [
c
ml
]の範囲の大豆
の反射スペ ク トル を測定 した (
図 5)｡大豆サ ンプル群 A99.
5%Li
ve
(
47粒)
+B6%De
ad(
47
粒)
はプ ローブの先端を①又は②の どち らか一方か ら当て､サ ンプル群 C97%Li
ve(
5粒)
は①⑤の 5方向か ら当てた｡
図 2 一粒カ ップに入れた大豆
4
④
∩ )
図 3 大豆のプ ローブを当てる位置
(
矢印はプローブを当てる方向)
図 4 NI
Rスペ ク トル測定の様子
5
図 5 測定系の構成全体写真
図 5中の①はデータ取得及び解析用 コンピュータであ り､スペ ク トル測定､キャ リブ
レー シ ョン計算及 び 日常分析 アプ リケー シ ョン設 定用 ツールで あ る ソフ トウェア,
SESAMEVe
r
3.
0がインス トール されてお り,近赤外分析装置の本体(
②)と通信 してサ ン
プル測定の開始や測定データの受信 などを行 う｡装置か ら出射 された近赤外光は､③の
光ファイバーを通って 1粒カ ップ(
④)
の中の大豆に照射 され､反射光はプ ローブを通 し
て装置(
卦に戻って くる｡プローブは 2重同軸形をしてお り､光源か らの近赤外光は外側
を通 って大豆に照射 され､反射光は内側を通って装置に戻 る｡
2
.
4発 芽率の測 定
発芽率はロールペーパー法
2
)によ り測定 した｡蒸留水を染み込ませたペーパー タオ
ルに大豆 25粒 (
5粒 5列)を並べて､一本の筒状に巻き上げたO-端 を上に し､洗濯
バサ ミを用いてステンレス金網に先端を固定 し､500ml容プラスチ ックビーカに立て､
水分蒸発 を防 ぐためにプ ラスチ ック袋 をかぶせ た｡ これ を 25℃ の恒温器 (
SANYO
r
NCUBATOR MI
D1
53) 内に移 し､発芽試験を行った｡ ロールペーパーに毎 日給水 を行
い､7日後､発芽 している大豆の数を計数 した｡発芽 した大豆の個数を発芽率試験 に供
した大豆総数 (
200-300 個)で割 ることで発芽率を算出 した｡成長 した根や芽の長 さ
が大豆の長 さを超 えたものを発芽 したもの とみな した｡
6
2
.
5大豆の含水率の測定
大豆約 1
9gを Bl
e
nde
r
(
Os
t
e
r
,mi
nibl
e
nde
r
)
で粉末に し､赤外線水分計(
Ke
t
t
,moi
s
t
ur
e
を用いて含水率を測定 した｡2つの天秤 にそれぞれ粉末大
de
t
e
r
mi
na
t
i
onba
l
a
nc
eFD620)
豆(
約 3.
5g)
を乗せ ､2回の測定の平均値 を含水率 とした｡
2.
6ソックス レ-抽出法 による大豆の脱脂
ソックス レ-抽出法を用いて大豆の脱脂 を行った｡抽出溶媒 としてクロロフォルム :
メタノール -2:1を用い､29時間抽出を行った｡抽出終了後､脱脂 された大豆 をステ
.
5時間乾燥 させた｡
ンレス製 トレーに移 し､薄 く広げ, ドラフ ト内で 80℃､1
2
.
7大豆 タンパ ク質の水抽出
脱脂大豆 1
.
00gに 1
0倍の蒸留水 1
0mlをいれ､室温で 1時間接拝 した後､遠心分離
(
3000r
pm､5mi
l
l
) し,上清を得た｡更に沈殿物に 5倍の 5蒸留水 5
mlをいれ､室温で
1時間撹拝 した後､
再び遠心分離で上清を得た｡これ らの 2回水抽出 した上清をあわせ､
SDSPAGE用試料 とした｡
2.
8S
D
S
-ポ リアク リルア ミ ドゲル電気泳動 (
S
D
S
P
A
G
E
,S
D
S
p
ol
ya
cr
yl
a
mi
deg
el
el
e
c
tr
o
p
h
or
e
si
s
)
2.
8.1試薬
･ buf
f
T
e
rA
:1.
5M Tr
i
s
I
HCl
,pH8.
8
･ bufe
rB
:0.
5M Tr
i
s
HCl
,
pH6.
8
･
bufe
rC
:アク リルア ミ ド/ビス 30%溶液 (
アクリルア ミド:ビス-29:1
)
1
0% SDS水溶液
1
0%APS水溶液
･ TEMED
･ 脱色液 (
20% 酢酸)
･ サンプルバ ッファー
サンプルバ ッファーの組成 を表 2に示す｡
7
表 2 サ ンプル バ ッフ ァー の組成
試薬
添加 量
21
1
1
1
4m1
0.
5M Tr
i
s
HCl
,pH6.
8
1
0% S
DS
2メル カ プ トエ タ ノール
グ リセ ロール
蒸留水
1% BPB
1
.
2ml
2m1
0.
8ml
(
使 用 直 前 に添加 )
数滴
電気泳動バ ッファー
電気泳動バ ッファー (
ll
)の組成 を表 3に示す｡
表 3 電気 泳動バ ッフ ァー の組成
試薬
添加 量
Tr
i
s
3.
03g
グ リシン
1
4.
4g
SDS
I
.
Og
cBB染色液
cBB染色液 (
5
00ml
)の組成 を表 4に示す｡
表 4 CBB染 色 液 の組成
試薬
CBBR250
メ タ ノール
酢酸
蒸留水
添加 量
lg
1
00m1
80m1
320ml
2
.
8
.
2ゲルの作製
s
e
pa
r
a
t
i
onge
l及び s
t
a
c
ki
l
l
gge
lの組成 を以下の表 5に示す｡
e
pa
r
a
t
i
o
nge
l及び s
t
a
c
ki
ngge
lの組成
表5 s
蒸 留水
bufe
rC
bufe
rA
bufe
rB
1
0% S
DS
1
0% APS
TEMED
s
e
pa
r
a
t
i
onge
l
終濃 度
添加 量
2.
0m1
2.
5m1
0.
375M
1
.
5m1
s
t
a
c
ki
ngge
l
終 濃度
添加 量
2.
2m1
1.
25m1
0.
1
25M
0.
1
0%
0.
03%
0.
05%
60ト
L
I
80ト
L
I
1
0ト
1
1
8
0.
1
0%
0.
03%
0.
1
0%
0.
75m
i
50ト
1
1
50ト
1
1
1
0ml
2
.
8
.
5サ ンプルの調製
マイクロチューブに分子量マーカー及びサンプルを入れ､同量のサンプルバ ッファー
を加 えて撹拝 し､95℃で 5mi
n加熱 した｡
2
.
8
.
6サンプルの注入
マイクロシ リンジを用いて ウェルにサンプル(
マーカー6〃1及び､各サンプル 6〟g)
を注入 した｡
2
.
8
.
7電気泳動
泳動条件は､BPB の青いラインが s
t
a
c
ki
ngg
e
lにさしかかるまでは 1
0mA/
枚で行い､
枚で行った｡
それ以降は 20mA/
2
.
8
.
9バ ン ドの ピーク面積の測定
sDSPAGEで展開 したゲル をスキャナを用いて画像 として取 り込み､解析用 ソフ トウ
ェア(
Sc
i
onl
ma
ge
)
を用いて各バン ドの ピーク面積 を測定 した｡ レーン全体の ピー ク面積
に対す る各 ピーク面積の割合[
%]
で表 した｡
2
.
9タンパク質定量
標準タンパ ク質 として BSA を用いて検量線 を作成 した｡サンプル群 CG を同様 に 20
〃1
ずつマイクロチューブにとり､lmlの CBB試薬を加 えて撹拝 し､3サンプルずつ用
Onm における吸光度 を測定 し､作製 した検量線か らタンパ ク質濃
意 した｡そ して､595.
度を決定 した｡
2
.
1
0 大豆中のスクロース含有量の測定
粉砕大豆の含水率を測定 し､乾燥大豆か ら熱水抽出により試料液を調整 した｡試料液
中のスクロース濃度は､ Fキッ ト(
J
,
K.
インターナシ ョナル)
を用いた酵素法によ り測定
した｡
00gを蒸留水 30mlの入った ビーカーに懸濁 し､
ミニブ レンダーで粉砕 した大豆粉末 3.
6
0℃ ､30分間熱水抽出を行った｡ 1
0分おきに抽出液をかるく混ぜ､抽出中はアル ミ箔
30
00r
p
m,5分間)し､
で ビーカーにふたを し､水分の蒸発 を防いだ｡抽出液 を遠心分離(
cを ビーカ
上澄みを 250mlのメスフラスコに移 した｡残った固形分 と新たに蒸留水 30c
ーに戻 し､60℃ ､1
0分間熱水抽出を行った｡再び抽出液を遠心分離(
同条件)し､上澄み
を同上メスフラスコに移 した｡熱水抽出を再度おこない､3回分の抽出液の入ったメス
フラスコに蒸留水 を加 え､2501
1
1
1にメスア ップ した｡
9
2
.
1
1近 赤外 分 光 法 の 手 順
近赤外分光法の手順 を図 6に示す｡サンプル群 を 2つに分 けて､それぞれ についてキ
ャ リブ レー シ ョン用及びバ リデーシ ョン用の 2サ ンプル群 を作成 した｡キャ リブ レー シ
ョン用のサ ンプル を従来法による発芽率測定を行 うと同時に､近赤外分光スペ ク トル を
R 吸光値 を得た｡次に､キャ リブ レー シ ョン用サ ンプル群 を用いて､ クラ
測定 して NI
スター分析 を行いクラスターキャ リブ レーシ ョンを作成 した｡クラスターキャ リブ レー
シ ョンに使用 しなかったバ リデー シ ョンサ ンプル群 を用いてクラスターキャ リブ レー
シ ョン式 を評価 したoキャ リブ レーシ ョンの妥当性が確認できると､未知サ ンプルの 日
常分析が可能 となる｡
キ ャ リブ レー シ ョン
バ リデー シ ョン
図6
2
.
l
l
.
1近 赤 外 原 スペ ク
近赤外分光法の手順
トル の測 定
サ ンプル A､B､C及び Dはそれぞれ 2
0
0個 (
2
0
0サ ンプル)､サ ンプル E､F及び G
はそれぞれ 1
0
0個(
1
0
0サンプル)
､サ ンプル Hは 5個 (
5サンプル)
の大豆の原スペ ク トル
を測定 した｡
10
2
.
l
l
.
2 2次微分スペク トルの算出
大豆の原スペク トルから 2 次微分スペク トルを得るための計算式を(
1
)
に示す｡但 し､n
-セ グメン ト数 ､ m-ギャップである｡
( 1 )
A-よ
〔k
k
=
:.
2
!,
2
n
i'
k
.
2-k
k
i'
i
Ak)
本研究では 1
1
-1
､m-0とした｡
2
.
l
l
.
3シリーズの作成
新 しいシ リーズを作成 し､測定 した近赤外スペ ク トルについて､発芽 した大豆､発芽
しなかった大豆のスペク トルにそれぞれ分けた｡
新 しいシ リーズ名
シ リーズの内容
0
40
21
61
i
ve
be
a
n
,0
40
22
31
i
ve
b
e
a
n:サンプル Cの大豆スペ ク トル群の うち､発芽試
験によって発芽 した大豆のスペ ク トル群
0
40
329de
a
dbe
a
l
l:
サンプル D の大豆スペ ク トル群の うち､発芽試
験によって発芽 しなかった大豆のスペ ク トル群
2
.
l
l
.
4ライブラ リーの作成
新 しいライブラ リーを作成 し､作成 したシ リーズの内､判別 に使用す るシ リーズをラ
イブラ リーにコピー した｡ライブラリー とは､定性アプ リケーションであるクラスター
キャ リブ レーシ ョンに必要で､特定のシ リーズ群か ら成 るものである｡判別す るクラス
ごとに 1シ リーズが必要 となっている｡
新 しいライブラ リ一名
040
21
6,
23& 0
403
29be
a
n:
含まれているシリーズ群
0
40
21
61
i
ve
be
a
n､0
40
2231
i
ve
be
a
n､0
403
29de
a
dbe
a
n
2
.
l
l
.
5クラスターキャリブレーシ ョン
二次微分スペク トルについてクラスターキャ リブ レーションを実施 した｡
pr
i
nc
i
pa
lCo
mpo
ne
n
tAna
l
ys
i
s
,PCA) を用いて､マ トリックスを作成 し､
主成分分析 (
l
l
平均スペ ク トル間の変動 を最 も うま く記述す る因子 (
主成分)セ ッ トを計算 して､スペ
ク トル情報 を秩序付 け し直 した｡
1
2
3
.結果 と考察
3.1大豆の近赤外スペク トル
測定 した大豆サンプル群 A9
9
.
5
%Li
veの 1粒の近赤外反射スペ ク トル(
Y軸 :左側)
及
び大豆油の近赤外スペ ク トル 3) (
Y軸 :右側)を図 7に示す｡
大豆 1粒 の反射スペク トル及び大豆油のスペ ク トル上に､大豆の主要な成分である水､
タンパ ク質(
ペプチ ド結合)
､油に由来す る波長域を示 している｡大豆 l粒の反射スペ ク
トル上にみ られ る主なピー クは､1
20
4､1
48
3､1
7
01
､1
71
5
､1
7
8
8
､1
9
38
､21
0
4､21
6
5
､
2
27
7及び 2
3
3
4【
n
l
l
l
]
である｡
1
48
3及び 1
9
3
8[
n
m]は水に由来す ると思われ る｡既知の帰属表 4)によると､水に由来
6
0､9
7
0､1
1
9
0､1
45
0及び 1
9
4
0[
n
m]
である｡ 1
4
5
0､9
7
0及び 7
6
0[
1
1
m]
す る波長域は 7
の波長域は､それぞれ 0Hの伸縮振動の第 1倍音､第 2倍音及び第 3倍音である｡1
1
9
0
及び 1
9
4
0[
n
m]
の波長域は､0H の伸縮振動及び変角振動の結合音である｡
1
71
5､1
7
8
8､21
6
5
､2
2
7
7及び 2
3
3
4[
n
m]は､油に由来する波長域の可能性があ り､
Hの長鎖脂肪酸の一部に由来す る
大豆油及び脂肪の主な近赤外領域における吸収は､C20
0[
n
m]
は CH2の第 2倍音 ､1
7
3
4及び 1
7
6
5[
n
m]
は CH2の第 1倍音 ､2
31
0
ものである｡1
及び 2
3
4
7[
n
m]
は CH2の伸縮振動及び変角振動の結合音である｡1
2
0
4[
n
m]は水 と油の
両方に由来す る波長域の可能性がある｡
タンパ ク質の近赤外領域における吸収は､主に中赤外領域で生 じる CH､NH､0H
に由来す る基準振動の倍音及び結合音によるものである｡山下 ら5
)によると､NI
R での
タンパク質由来は 21
7
0n
mであ り､この吸収波長はペプチ ド結合に帰属 され､塩類､糖
類､ア ミノ酸が存在 した場合 も､pH が変化 した場合 も有意な影響を受けない安定な測
定波長である｡また､その他各種非ペプチ ド及び非タンパク質窒素化合物の吸収 とも重
な らない とい う｡
1
3
3
4
[
1
70【
nm V
,
L
1
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1
0
0
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h[n
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m ]
図 7 大豆の反射原 スペ ク トル及び大豆油の透過原 スペ ク トル
-
大豆スペ ク トル
一一一大豆油
3.
2大 豆 へ の 照 射 方 向 の 違 い に よ る近 赤 外 ス ペ ク トル の差 異
⑤ の 5方 向か らそれぞれ 当てた 5粒(
サ ンプル a
､b､C､d､
プ ローブの先端 を図 3-①-
ら
)
の大豆サ ンプル群 C9
7%Li
v
eの反射スペ ク トル を図 8
1
2に示す｡
､図 1
0､図 1
1及び図 1
2の大豆サ ンプル a
､C､d及び eの反射 スペ ク トル におい
図8
て､④及び⑤方 向か らプ ローブを当てて測定 したスペ ク トルの吸光度 が高 く､③方 向か
ら測定 したスペ ク トルの吸光度 は低 かった｡図 9の大豆サ ンプル bの反射 スペ ク トル に
おいて､⑤方 向か らプ ローブを当てて測定 したスペ ク トル の吸光度が最 も高 く､続 いて
④方 向だった｡対 して①方向か ら測定 したスペ ク トルの吸光度 が最 も低かった｡大豆 の
④方 向は胚軸､幼根及び初生葉があ り､大豆が成長す る為 に必要な水､脂肪酸 ､糖 ､な
どが多 く含 まれてお り､吸光度が高 くなった と予想す ることもできる｡また､⑤方 向 も
④方 向 と同様 に､水 ､脂肪酸､糖 な どが多 く含 まれてお り､高い吸光度 を示 した もの と
1
4
考 え られ る｡ しか し,大豆 を透過反射 した光 を計測 しているので,大豆 中の透過距離 の
差異 による吸光度値の変化 とも考 え られ る｡
いずれ に して も,原スペ ク トルを判別分析 に使用す ることには不都合が生 じるため,
スペ ク トルの前処理が必要である｡
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l
8
0
6
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図 8 大豆サンプル aの反射 スペ ク トル
s
o
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b
e
a
l
l
H :①方向か ら測定 した aサンプル の s
o
y
b
e
a
n
s
o
y
b
e
a
nト2:②方向か ら測定 した aサンプル の s
o
yb
e
a
1
1
s
o
y
b
e
a
l
l
ト3:③方向か ら測定 した aサ ンプル の s
o
y
b
e
a
n
o
yb
e
a
n
s
o
y
b
e
a
l
l
ト4:④方向か ら測定 した aサ ンプル の s
s
o
y
b
e
a
n1
5:⑤方向か ら測定 した aサ ンプル の s
o
y
b
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a
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1
5
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五
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2
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…
謁巨
…
浩 菖
- --
-
図 9 大豆サンプル bの反射スペ ク トル
So
ybe
a
n21:①方向か ら測定 した bサ ンプルの s
oybe
a
n
o
ybea
n
Soybe
a
n22:②方向か ら測定 した bサ ンプルの s
oybe
a
n
Soybe
a
n23:③方向か ら測定 した bサ ンプルの s
4:④方向か ら測定 した bサ ンプルの s
oybe
a
n
Soybe
a
n2So
ybe
a
n25:⑤方向か ら測定 した bサ ンプ ルの s
o
ybea
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図1
0 大 豆 サ ン プ ルCの 反射 スペ
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1:①方向か ら測定 した C サ ンプル の s
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2:②方向か ら測定 した C サ ンプル の s
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3:③方向か ら測定 した C サ ンプル の s
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4:④方向か ら測定 した C サ ンプル の s
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5:⑤方向か ら測定 した C サ ンプル の s
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図 11 大豆サ ンプル dの反射スペ ク トル
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1:①方向か ら測定 した dサ ンプルの s
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2:②方向か ら測定 した dサ ンプルの s
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3:③方向か ら測定 した dサ ンプル の s
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n
5
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b
e
a
n
5
5
-
-----
-
図1
2 大豆サ ンプル eの反射 スペ ク トル
S
o
y
b
e
a
n5
1:①方 向か ら測定 した eサ ンプル の s
o
y
b
e
a
n
S
o
yb
e
a
n
5
2:②方向か ら測定 した eサ ンプル の s
o
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b
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S
o
yb
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3:③方 向か ら測定 した eサ ンプル の s
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b
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4:④方 向か ら測定 した eサ ンプル の s
o
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b
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n
S
o
y
b
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a
n5
5:⑤方 向か ら測定 した eサ ンプル の s
o
y
b
e
a
n
3
.
3大 豆 の 劣 化 度 の違 い に よ る近 赤 外 ス ペ ク
トル の 差異
,3,5
,7日の大豆について,各 3
0粒 の原スペ ク トルの平均値 を図 1
3
劣化 日数 が 0
に､その二次微分スペ ク トル を図 1
4に示す｡ なお,各大豆群 の発芽率 と含水率 は,そ
れぞれ 9
8
,4
8,2
8,1
2
%,各大豆群 の含水率は,それぞれ 1
5
.
2
0
,1
2
.
5
0
,ll
.
4
5
,ll
.
3
5
%
であった｡
図 1
3よ り､各試料群 の近赤外原 スペ ク トル は､劣化が進むにつれて吸光度 が減少 し
てい る｡ この減少 の原因を調べ るため,吸光度 と含水率の関係 に注 目した｡図 1
5と 1
6
は吸光度 と含水率の関係 をあ らわ した ものである｡図 1
5は水の吸収波長 にお ける両者
の相 関で あ り､回帰直線 はほぼ平行 に並んでいる｡図 1
6は､水 ､たんぱ く質 ､脂質 ､
糖質 に帰属 しない吸収波長 における相 関であ り､水 の吸収波長の場合 と同様 の結果 が得
1
9
られた｡ よって､図 1
3において劣化 日数 に ともな う吸光度の減少は､劣化 に伴 う大豆
成分 の変化 を表 しているのではな く,大豆の含水率の低下によるもの と考 え られ る｡
7
0
6
0
5
0
[
∝
＼
L
]MO一世 米 沓
1
000
1 5
0
200 0
0
波長 [
n
m]
図1
3 大豆の近赤外原スペク トル
2
0
0
.1
0.
0
8
0
.
0
6
0
,
0
4
E
E
i
i
l
■
t
L
O
u
⊂
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O1
0
2
0
も
0.
0
2
0.
0
4
oo
0
61
0
0
200
0
1
5
0
0
波長 [
n
m]
図1
4 大豆 の近赤外 二次微 分 スペ ク トル
0
.
9
｢T TーTTMlL
1
'
Tー
T ｢一
l
I
'ーT
｢T
l｢
T T L
0.
8
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3
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L]
5
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0.
8
0.
6
0
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5
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0.
5L
1
1
｣ー
l
【
] ー ｣_
_
⊥
1
2
L
1
3
1
4
1
5
1
6
含水率 (
%)
図1
5
1
41
0
,1
9
4
0[
nm]
にお ける大豆 の吸光度 と含水率の関係
21
n
m
i
ィ
二二二二
声二
二
二
二
二
二
二
T
r
T
r=
m
l
二
卓
I噸
米昏
[∝＼ L]Bo
1
8
5
0n
m
m
1
3
0
q.n
.
.
.
.
.･
･
･
･･
･
･●
●
1
1
..
+_
-
1
2
1
3
1
4
1
5
1
6
含水率 (
%)
図 16
1
300,1
600,1
850l
nm]
にお け る大豆 の吸光度 と含水 率 の 関係
3.
4 判 別 分析 に用 いた大豆 群の発 芽率
本研究で行った発芽率試験に供 した大豆の うち､スペ ク トル を測定 した大豆の個数 を
表 6に示 した｡
､J
､K 及び L における発芽率
大豆試料群のサンプル A､B､C､D､E､F､G､H､Ⅰ
坐)
､全 く発芽 してない
の測定結果を表 7に示 した｡大豆の長 さより長 く発芽 した大豆(
大豆(
死)
の個数及びカウン ト外(
大豆の長 さより短 く発芽 して､晶質劣化 した大豆か発芽
試験の期間が短かっただけなのか分か らない大豆)
を測定 した｡また､恒湿器(
温度 40℃､
湿度 70%)
を用いた大豆の劣化 日数を示 した｡サンプル A､C及び H は保存状態の良い
大豆であ り､サンプル B はサンプル A を急速劣化法により劣化 させたものである｡サ
ンプル D はサンプル Cを急速劣化法により劣化 させたものである｡また､サンプル EG
は温度 40℃で湿度 70%の条件下にサンプル A を置いて劣化 させた大豆であ り､サ ンプ
ル HLは温度 40
℃で湿度 70% の条件下にサンプル Cを置いて劣化 させた大豆である｡
2
2
表 6 発芽率 と大豆の個数 の関係
サ ンプル群
スペ ク トル測定 +発芽試験
発芽試験のみ
サ ンプル群 A
なし
サ ンプル群 B
なし
サ ンプル群 C
なし
サ ンプル群 D
なし
サ ンプル群 E
300粒
サ ンプル群 F
200粒
サ ンプル群 G
200粒
サ ンプル群 H
200粒
サ ンプル群 Ⅰ
200粒
サ ンプル群 J
200粒
サ ンプル群 K
200粒
サ ンプル群 L
200粒
表 7 発芽率測定結果
サンプル群
発芽率測
大豆の個数
定結果
生
死
カ ウン ト外
劣化 日数
サ ンプル群 A
99.
5%
1
99粒
1粒
o粒
0日
サ ンプル群 B
6%
1
2粒
1
77粒
11粒
予 め劣化 され て
1
99粒
1粒
サ ンプル群 D
O%
0粒
200粒
サ ンプル群 E
48%
1
9
2粒
1
58粒
サ ンプル群 F
65%
1
95粒
8
6粒
サ ンプル群 G
8
7%
261粒
2
4粒
サ ンプル群 H
97%
1
91粒
6粒
サ ンプル群 Ⅰ
50%
1
68粒
85粒
サ ンプル群 J
30%
47粒
1
20粒
サ ンプル群 K
1
0%
1
6粒
1
42粒
サ ンプル群 L
O%
0粒
200粒
カ ウン ト外 :生死の判定が困難であった大豆
23
0 日
36日
5日
6日
2日
日 日 日 日 日
0 3 5 7 35
99.
5%
粒 粒 粒 粒 粒 粒 粒 粒 粒 粒
0 0 50 21 15 3 32 33 42 0
サ ンプル群 C
いた大豆
3.
5 クラスターキャリブレーション
3.
5.1 全波 長域 ､6主成分 因子選 択
発芽率 99.
5% の発芽 した大豆 (
47個)と発芽率 6% の発芽 しなかった大豆 (
47個)を
合わせて 1つのサンプル群 (
A+B)を作 り､全波長域を用いて､それぞれの 6主成分因
子におけるファクター と (
表 8
)､選択 した主成分因子 と大豆の生 と死におけるクラス
の数 (
表 9)を示 した｡
A十B)の 6主成分因子の主成分得点
表 8 サンプル群 (
主成分因子
1
2
3
4
5
6
ファクター
53
31
1
9
43
44
50
表 9 サンプル群 (
A+B)
の主成分因子 とクラスの数
判別できたクラスの数
選択 した主成分因子
生
死
一般的に因子のファクターが低いほどサンプルをそのクラスにグループ分け (
クラス
ター化)す る能力は高 くなる｡表 8の 6主成分において､第 3主成分のファクターが
1
9 と最 も低いが､表 9の主成分因子 と生 と死におけるクラスの数をみると､第 3主成
分のみを選択 した場合の判別できたクラスの数は､生及び死でそれぞれ 1
5及び 1
2 とな
り､十分な判別はできていない｡ しか し､第 2及び第 3主成分因子を用いた結果､生及
び死のクラス数がそれぞれ 1とな り明確な生死判別ができた｡
主成分 2及び 3をそれぞれ横軸及び縦軸にプロッ トした 判別図を図 1
7に示す｡サ ン
プル群 (
A+B)においては､発芽 した大豆 (
坐)としなかった大豆 (
死)が ､2次元上で
明確 に判別 され ることが示 された｡すなわち､高品質の大豆 と劣化 した大豆の近赤外 ス
ペ ク トルは､明 らかに違いが見 られると考えられ る｡しか し､全波長域を用いて主成分
分析 を行い､全スペ ク トルの情報を圧縮 (
主成分得点数 を 6に集約 し､その中か ら 2及
び 3の主成分因子 を選択 した)しているため､判別にどの波長域の吸収スペ ク トルが選
ばれているかは不明である｡
24
‥
…
…
M JロlUeJ S a.
JOUS
]
…
…
" こ
…
H T : :=三
二
∴
… "
" ":
二…
…
… …
生
…
…
死
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卜
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0
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0
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0
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c
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3
琵
0
.
0
5
010
I
0.
15
020
0.
25
図1
7 全波長域を用いたサンプル群(
A+良)
における判別結果
3
.
5
.
2
狭 波 長域 ､第
1及 び第 2主成 分選 択
発芽率 99.
5% の発芽 した大豆 (
5
0個)と発芽率 0% の発芽 しなかった大豆 (
50個)を
合わせて 1つのサ ンプル群 (
C十D)を作 り､1
000[
n
l
叶 25
0
0[
1
1
m]
の全波長域 を 23【
n
m]
に
区切 り､それぞれの波長域 における第 1及び第 2主成分について､クラスターキャ リブ
レー シ ョンを行 った｡それぞれの波長域における第 1及び第 2主成分のファクター､大
豆の生 と死におけるクラスの数 とそれ らの合計を示 した結果､最 も生死の判別ができて
いた波長域の第 1及び第 2主成分 とファクター及び､生 と死におけるクラスの数 を表
1
0及び表 1
1に示 した｡
表1
0 第 1主成分 :最 も生死の判別ができていた波長域
nm] 生のクラス数
波長域 [
死のクラス数
生 +死のクラス数
ファクター
1
1
5ト1
1
5
4
1
1
2
1
1
27
41
288
1
1
2
1
1
35
91
375
1
1
2
I
1
975
1
98
4
1
1
2
1
2058
207
3
1
1
2
1
25
表1
1 第 2主成分 :最 も生死の判別ができていた波長域
n
m] 生のクラス数
波長域 【
1
1
421
1
45
1
死のクラス数
1
坐 +死のクラス数
2
ファクター
1
1
31
41
327
1
1
2
1
1
38
91
394
1
1
2
I
1
95
61
965
l
1
2
1
_
1
965
1
975
1
1
2
1
0
0 7
o o
0 o
8
6 5
4 o
3 o
2 0
1
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L
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1
2
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0
1
4
0
0 1
6
0
0 1
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0
0
2
0
0
0 2
2
0
0
W
a
v
el
e
n
g
t
h[
n
m
]
図1
8 第 1主成分を用いた時の生 と死の合計 クラス数
26
nN
Ot
21 i
O LaquJ
I
0 5
0 4
0 3
0
6
SLO
1
2
0
0
1
4
0
0
1
6
0
0
1
8
0
0
2
0
0
0
2
2
0
0
W
a
v
el
e
n
g
t
h[
n
m
]
図1
9 第 2主成分を用いた時の生 と死の合計クラス数
51
11
54[
nm]､ 1
27
41
288l
nl
n]､ 1
3591
375[
1
1
m]､
第 1 主成 分 を選 択 した場 合 ､ 11
1
9751
98
4[
nm]
､2058
2073[
nm]
の 5つの波長域を用いた場合が､生 と死のクラス (
集 団)
がそれぞれ 1個､合計クラス数が 2とな り､明確に判別できていることがわかる｡同 じ
よ うに､第 2主成分を選択 した場合 ､11
421
1
45[
1
1
m1
､1
31
41
327【
nl
l
l
]
､1
38
91
394[
nm]
､
1
9561
965[
I
l
叫 ､1
9651
975[
nl
l
l
]
､20432053[
nm]
の 6つの波長域 を用いた場合､生 と死の
クラス (
集団)がそれぞれ 1個 とな り､明確 に判別できていることがわかる｡生 と死の
判別 に重要な波長域は､第 2主成分 よ りも､第 1主成分を選択すれば充分であることが
わかった｡以上のことより､第 1主成分を用いて判別図を作成 し､5つの波長域に帰属
す る大豆の成分について検討 した｡
11
51
11
5
4[
nm]
､1
2741
288l
nm]
､1
3591
375l
nm]
､1
9751
98
4[
nm]
､2058
2073l
nm]
の波
図 2024)
｡全波長
長域 を用いて､第 1主成分をそれぞれ横軸及び縦軸にプロッ トした (
C+D)において､発芽 した大豆 (
坐)としなか
域 を用いた判別図よ りも､サンプル群 (
った大豆 (
死)が､明確に判別 され ることが示 された｡
27
02
0
0
.
1
5
0.
1
0
こ
OI
UeJS巴
0
.
0
5
US
ロ
8
.
0
0
0
.
0
5
0
.
1
0
0
.
1
5
･
02
0
･
0
.
2
0
図2
0
0
0
5
0
.
0
0
0
.
0
5
0
.
1
0
01
5
02
0
s
c
o
r
e
s
f
a
c
t
o
r
l
1
1
51
11
5
4[
nm]
の波長域を用いたサンプル群(
C+D)
にお ける判別結果
･
0
.
1
5
0
1
0
･
02
0
･
0
.
1
5
01
0
･
88
5
0
.
0
0
0
.
0
5
s
c
o
r
e
sf
a
c
t
o
r
l
図 21
1
2741
288[
nm]
の波長域を用いたサンプル群(
C+D)
にお ける判別結果
28
D
.
1
8
0
.
1
5
0
.
2
0
0
.
2
5
n
U
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･
0
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2
0
図2
2
0
.
1
5
･
01
0
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00
5
0
.
1
0
00
0
0
.
0
5
s
c
o
r
e
sf
a
c
t
o
r
l
01
5
02
0
0
.
2
5
0
.
3
0
1
3591
375[
1
1
m】
の波長 域 を用 いたサ ンプル群 (
C+D)
における判別結果
n
U
2
0
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n
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1
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死
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図 23
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2
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5
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1
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01
5
020
1
975
1
98
4[
n
m]
の波長域 を用 いたサ ンプル群 (
C+D)
にお ける判別結果
2
9
0
.
2
0
0
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1
5
0
1
0
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1
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0
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1
5
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2
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･
0
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2
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0
.
1
5
･
0
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1
0
･
00
5
00
8
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c
o
r
e
sf
a
c
t
o
r
l
00
5
0
.
1
0
01
5
0
.
2
0
図 24 2058
2073【
nm]
の波長域 を用いたサンプル群(
C+D)
における判別結果
3.
6 バリデーション
3.
5 で判 明 した大豆の生 と死 に重要 な波長域 (
1
1
51
1
1
5
4[
nm]
､1
2741
288 [
nm]､
1
3591
375[
nm]
､1
975
1
98
4[
nm]
､2058
2073[
1
1
m]
)
を用いてサンプル群 C及び D のクラ
スターキャ リブ レーションを作成 した結果 を用いて､生大豆の割合､死大豆の割合及び
判別できなかった大豆の割合 を､サンプル群 E､F及び G についてバ リデーシ ョンを試
みた(
表 1
21
6)
0
11
51
11
54 [
nm]を用いたキャ リブ レーシ ョンを使 って評価 したバ リデー シ ョンにおい
て､サンプル群 C の生大豆の正解率は 1
00% と高 く､サンプル群 D の死大豆の正解率は
96% と 2粒 の判別不明となった｡ 1
2741
288[
nm]
を用いたキャ リブ レーシ ョンを使 って
評価 したバ リデーシ ョンにおいて､サンプル群 C の生大豆及び D の死大豆の正解 率は
98% であ り､それぞれ 1粒が判別不明であった｡ 1
3591
375[
1
1
叫 を用いたキャ リブ レー
シ ョンを使 って評価 したバ リデーシ ョンにおいて､サンプル群 C の生き大豆及び D の
死大豆の正解率は 96% であ り､それぞれ 2粒が判別不明であった｡ 1
975
1
98
4l
nm]
を用
いたキャ リブ レーシ ョンを使 って評価 したバ リデーションにおいて､サンプル群 C の
生大豆の正解率は 96% ､サンプル群 D の死大豆の正解率は 98% とな り､それぞれ 2粒
2073[
nm]
を用いて行 ったバ リデー シ ョンに
及び 1粒の判別不明 となった｡次に､2058-
おいては､サンプル群 C の生き大豆の正解率は 96% と 2粒 の判別不明があるが､サン
プル群 D の死大豆の正解率は 1
00% と判別 された｡サンプル群 C 及び D の発芽率は
99.
5%及び 0% なので､サンプル群 C の生き大豆で判別不能に属 された大豆は死大豆の
30
可能性 があ り､サ ンプル群 D における死大豆で判別不能 に属 された大豆は生 き大豆の
可能性 がある｡
また､それぞれ の 5つの波長域 のキャ リブ レー シ ョン式 を用いてサ ンプル群 E､F及
び G のバイ リデーシ ョンを行 った結果､生 き大豆及び死大豆の正解率が 0%であ り､全
ての大豆が判別不 明 と判断 され た｡発芽率 48%､6
5%及び 8
7%であるサ ンプル群 E､F
及び G の生大豆は発芽率 9
9.
5%の生大豆の クラスには属 さず､他 のクラスに判別 され
てい る｡す なわち,品質の良好 な発芽率が約 1
00%の生 きた大豆はほぼ 1
00% の判別 が
可能 であ り,品質 の劣悪 な発芽率が数%の死んだ大豆の判別 も可能であった｡また,塞
芽率が約 5
0%か ら 90%のやや 品質が劣化 した大豆では,生 きてい るとも死んでい ると
も判別 がで きない結果であった｡
00%の生 きた大豆はほぼ 1
00%の判別が
以上の結果 か ら,品質の良好 な発芽率が約 1
可能 であ り,その他 の大豆である晶質の劣悪 な発芽率が数%の死んだ大豆や発芽率が約
5
0% か ら 90%のやや品質が劣化 した大豆 とは,明確 に判別す ることがで き,作成 した
判別 システムは大豆の品質判定 に有効である と思われ る｡
表 1
2 1
1
51
1
1
5
4[
1
1
1
1
1
]
を用いたキャ リブ レー シ ョンを使 って
評価 したバ リデー シ ョンサ ンプル
サ ンプル群
サ ンプル群 C
生大豆の割合(
正解率%) 死大豆の割合(
正解率%)
0
/5
0
50/50(
l
oo
‰)
サ ンプル群 D
サ ンプル群 E
48
/5
0(
96
%)
22/22
58
/58
0/58(
0%)
0
/33(
0
%)
サ ンプル群 G
2/50
67
/67
0/67(
0%)
0
/22(
0%)
サ ンプル群 F
判別不 明
33/33
8
9/8
9
0/8
9(
0%)
0
/1
0(
0%)
31
1
0/ 1
0
表1
3 1
27
41
28
8[
nm]
を用 いたキャ リブ レー シ ョンを使 って
評価 したバ リデー シ ョンサ ンプル
サ ンプル群
サ ンプル群 C
生大豆の割合(
正解率%) 死大豆の割合(
正解率%)
1
/50
49/50(
98
%)
サ ンプル群 D
サ ンプル群 E
49/50(
98
%)
22/22
58
/58
0
/58(
0
%)
0/33(
0%)
サ ンプル群 G
1
/50
67
/67
0/67(
0
%)
0
/22(
0%)
サ ンプル群 F
判別不明
33/33
8
9/8
9
0/8
9(
0
%)
0/1
0(
0%)
1
0/ 1
0
表1
4 1
35
91
375[
nm]
を用 いたキャ リブ レー シ ョンを使 って
評価 したバ リデー シ ョンサ ンプル
サ ンプル群
サ ンプル群 C
生大豆の割合(
正解率%) 死大豆の割合(
正解率%)
2/50
48
/5
0(
96
%)
サ ンプル群 D
サ ンプル群 E
48
/5
0(
96
%)
22/22
58
/58
0/58(
0
%)
0
/33(
0
%)
サ ンプル群 G
2/50
67/67
0/6
7(
0
%)
0
/2
2(
0%)
サ ンプル群 F
判別不 明
33/33
8
9/8
9
0
/8
9(
0
%)
0/1
0(
0
%)
32
1
0/ 1
0
表 1
5 1
975
1
98
4[
1
1
1
1
1
]
を用いたキャ リブ レー シ ョンを使 って
評価 したバ リデー シ ョンサ ンプル
サ ンプル群
サ ンプル群 C
生大豆の割合(
正解率%) 死大豆の割合(
正解率%)
2/50
48
/5
0(
96
%)
サ ンプル群 D
サ ンプル群 E
49/50(
98
%)
22/22
58
/58
0
/58(
0
%)
0
/3
3(
0
%)
サ ンプル群 G
1
/50
67
/67
0
/67(
0%)
0
/22(
0
%)
サ ンプル群 F
判別不 明
33/33
8
9
/8
9
0
/8
9(
0
%)
0/1
0(
0
%)
1
0/ 1
0
表1
6 2058
2073l
n
m]
を用いたキャ リブ レー シ ョンを使 って
評価 したバ リデー シ ョンサ ンプル
サ ンプル群
サ ンプル群 C
生大豆の割合(
正解率%) 死大豆の割合(
正解率%)
3/50
47/5
0(
94%)
サ ンプル群 D
サ ンプル群 E
50
/5
0(
1
00
%)
22/22
58
/58
0/58(
0%)
0/33(
0
%)
サ ンプル群 G
0/50
67
/67
0/67(
0%)
0
/22(
0%)
サ ンプル群 F
判別不 明
33/33
8
9/8
9
0/8
9(
0
%)
0
/1
0(
0
%)
33
1
0/ 1
0
3
.
7 2次微分スペク トル上の差異
図2
0
2
4の 2次元判別 図上において､発芽 した大豆 (
坐)としなかった大豆 (
死)
が最
も離れてい るそれぞれのスペ ク トル (
表 1
7
) について ､2次微分スペ ク トル上 の差異
について調べた(
図2
6
3
4)
｡
図2
7､
2
9､
31
､
3
3及び 3
4の 1
1
5ト1
1
5
4[
n
m]
､1
2
7
4
1
28
8
[
n
m]
､1
3
5
9
1
3
7
5[
n
m]
､1
9
75
1
98
4
及び 2
0
5
8
2
0
7
3l
n
m]
付近 を拡大 した 2次微分スペ ク トル に差異が見 られ,この差異
l
n
m]
が判 別 に役 立っているもの と思われ る｡
表1
7 生 と死が最 も離れてい るスペ ク トル番号
生と死の判別に重要な波長域[
n
m] 生のスペク トル番号
死のスペク トル番号
1
1
51
1
1
5
4【
n
m]
41
7
8
1
27
4
1
2
8
8
[
n
m]
2
9
9
5
1
3
5
9
1
3
7
5[
n
m]
2
9
7
9
1
9
7
5
1
9
8
4[
n
m]
1
5
3
2
0
5
8
2
0
7
3[
l
t
m]
1
5
3
3
4
ー
l
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【
1
5
0
0
2
0
0
0
wa
veJ
e
n
g
t
hl
n
m]
000
2
5
0
0
図 25 生(
41
)と死(
78
)
の 2次微分スペ ク トル
- 2
次微分 41
一
･
･
-･
2
次微分 7
8 2次微分41:坐(
41
)
の 2次微分スペ ク トル
2次微分 78:死(
78
)
の 2次微分スペ ク トル
4
0
0
0
2
0
0
0
0
O
Du吋q LOS
qP
㌔
､
＼
＼
＼
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一
一
一
■
､
■
→
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2
0
0
0
1
1
4
0
1
1
4
5
1
1
5
0
1
1
5
5
1
1
6
0
wa
vel
e
n
g
t
hl
n
m]
図 26 11
51
1
1
5
4[
nm]
付近 を拡大 した生(
41
)と死(
78
)
の 2次微分スペ ク トル
- 2
次微分4
1
-一
･
･
2
次微分 7
8
41:坐(
41
)
の 2次微分スペ ク トル
2次微分2次微分78:死(
78
)
の 2次微分スペ ク トル
3
5
0.
1
0
･
0
5
告
⊂
t
q
.
.
⊂】
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I
o
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C
O
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J
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.
0
5
l
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1
5
0
0
000
2
0
0
0
2
5
0
0
wa
vel
e
n
gt
h[
n
m]
図 27 生(
29)と死 (
95)
の 2次微分スペ ク トル
- 2
次微分2
9
I
-･
2
次微分9
5 2次微分 29:坐(
29)
の 2次微分 スペ ク トル
2次微分 95:死(
95
)
の 2次微分スペ ク トル
0 0.
0
0
2
O
⊂
:
(
8
.
.
⊂
】
/
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3
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0
2
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0
1
2
7
5
1
2
8
0
1
2
8
5
1
2
9
0
wa
v
ef
e
n
g
thl
n
m]
図 28 1
27
41
288[
nm]
付近 を拡大 した生(
29)と死(
95)
の 2次微分スペ ク トル
- 2
次微分2
9
一
･
2
次微分9
5
2次微分 29:坐(
29
)
の 2次微分スペ ク トル
2次微分 95:死(
95
)
の 2次微分 スペ ク トル
36
ODu qLOSq吋
P
(
-
l
l
000
1
5
0
0
2
0
0
0
wa
veI
e
n
g
t
hl
n
m]
2
5
0
0
図 29 生(
29
)と死(
79)
の 2次微分スペ ク トル
- 2次 微 分 2
9
-2
次微 分7
9
2次微分29:坐(
29
)
の 2次微分スペ ク トル
2次微分79:死(
7
9
)
の 2次微分スペ ク トル
0
0
5
0
0
0
0
09u吋q JOSq吋
/
/
■
■_
_
ノー
-
"_
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-
5
0
0
0
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1
3
6
5
1
3
7
0
1
3
7
5
wa
veI
e
n
g
t
h[
n
m]
1
3
8
0
図3
0 1
35
91
375[
1
1
m]
付近 を拡大 した生(
29
)と死(
79
)
の 2次微分スペ ク トル
-
2
次微分2
9
-I
-2
次微 分7
9
2次微分29:坐(
29
)
の 2次微分スペ ク トル
2次微分7
9:死(
79
)
の 2次微分スペ ク トル
37
I
w
a
v
el
e
n
g
t
hl
n
m
]
I
図3
1 生(I
)と死(
5
3
)
の 2次微分スペ ク トル
- 2
次微分 1
･
･
･
･
･
2
次微分 5
3
2次微分1:坐(
1
)
の 2次微分スペ ク トル
2次微分5
3:死(
5
3
)
の 2次微分 スペ ク トル
0
.
0
4
0
0
.
0
2
O
⊂
吋
.
エ
コ
旨
∽
J⊃
"
.
.
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I
o
【
8
0
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2
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0
4
1
9
6
5
1
9
7
3
1
9
8
0
1
9
8
7
w
a
v
eI
e
n
g
t
h[
n
m
]
図 32 1
9
7
5
1
9
8
4[
nl
サ]付近 を拡大 した生(
1
)と死(
5
3
)
の 2次微分スペ ク トル
- 2
次微分1
一
･
･
一
-･
･
2
次微分5
3
2次微分1:坐(
1
)
の 2次微分 スペ ク トル
2次微分5
3:死(
5
3
)
の 2次微分スペ ク トル
38
0
.
0
4
q> 0.02
O
【
=
【
可
.
.
⊂】
岳
1
『
'
､
.
､
,
＼
0
_
⊂】
C
C
､
､
J
L
､
､■
､
ヽ一
一
一
■
､
0
.
0
2
-0
.0
4
2
0
5
0
2
0
6
0
2
0
7
0
2
0
8
0
waVeI
ength[
n
m]
図 33 20582073l
l
l
m]付近を拡大 した生(
1
)と死(
53)
の 2次微分スペ ク トル
- 2
次微分1
--2次微分 -5
3
2次微分1:坐(
1
)
の 2次微分スペ ク トル
2次微分53:死(
53)
の 2次微分スペ ク トル
3
.
8 判 別 に有効 で あ った波長域 の帰属
近赤外領域 におけるタンパ ク質に由来す る波長域を､既知の帰属表 を参考に して選定
した(
表 18)
｡ タンパ ク質の帰属波長域 を比較す ると､ 11
51
1
1
54 [
nm]と 1
1
52 【
nm]
､
1
3591
375l
nm]と 1
360l
nm]
､1
9751
984l
nm]と 1
980l
nm]
が一致 しているが､タンパ ク質
に帰属す ると思われ る波長域は 1
980[
1
1
m]
の NHa
s
ym.
s
t
r
.
+a
mi
deI
Iである.
表1
8 タンパ ク質の帰属波長 4)
波長 [
n
m]
Bondvi
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a
t
i
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l
000
0Hs
t
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1
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1
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2×
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1
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Hs
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+2×CHde
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+(
CH2)
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1
NI
Hs
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2×CHs
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r
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+2×CCs
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r
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r
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CHs
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CHs
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c
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one
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1
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1
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1
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1
1
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b
7
1
0 0 0 0 0 0 5
0 0
0
0 3
2 0
0
3
01
1
5
O
b
0
ノ5
qノ′
q
ノ8
0
ノ2
0
0
0 0
1 1
1
1
1
1
2 2 2 2 2 2
CHs
t
r
.
f
i
r
s
to
v
e
r
t
o
n
e
RNH2
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r
o
l
l
l
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CI
Hs
t
r
,
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e
CH3
CI
Hs
t
r
.
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r
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e
CH3
CI
Hs
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r
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e
S
Hs
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CH2
SH
CHs
t
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.
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CH2
C-0s
t
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.
s
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c
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r
t
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n
e
CO2R
C-0s
t
r
.
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CO2R
NHa
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.
+a
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I
CONH2
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_
Ha
s
y
m.
s
t
r
.
+a
mi
d
eI
I
_
p
r
o
t
e
1
n
CONH2
NHs
y
m.
s
t
r
.
+a
mi
d
eⅡ
C-0s
t
r
.
s
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NHs
y
m.
s
t
r
.
+a
mi
d
eⅡ
r
.
+OI
Hd
e
f
.
0Hs
t
p
r
o
t
e
i
n
ROH
NHs
y
m.
s
t
r
.
+a
mi
d
e
Ⅲ
NHs
t
r
.
+C-0s
t
r
.
CONH2
a
mi
n
oa
c
i
d
mi
d
e
I
I
I
2×a
mi
d
eI+a
CONH2
40
0
8
1
2
2
4
2
2
2×a
mi
d
eI+a
mi
d
e
Ⅲ
0 4 0 3 0
父
U
O
ノ
1
2
0
0
2
2
3
3
つ
J
2
2
2
2
2
CH2 a
S
y
mS
t
r
.
+C-s
t
r
.
f
.
CHs
t
r
.
+CI
Hd
e
Hs
t
r
.
+C-0s
t
r
.
NCHs
t
r
.
+CHd
e
f
.
CHs
t
r
JCHd
e
￡
0Hd
e
f
,
s
e
c
o
l
l
do
v
e
r
t
o
n
e
3.
9 判 別 に有 効 で あ った波長域 と大豆 中の タ ンパ ク質の変化
Lの含水率を測定 した｡2つの天秤に乗せ たそれ
赤外線水分計を用いてサンプル群 Hぞれの大豆の重量の平均値及び､2回の測定の平均値 を示 した(
表1
9
)
｡サンプル群 H を
L は､発芽率が低 くなるに連れて､含水率値 も小 さ
経時的に劣化 させたサンプル群 Hくなっている｡
表1
9 サンプル群 HLの含水率
サ ンプル群
発芽率[
%] 大豆の重量[
g
] 含水率測定値[
%]
サンプル群 H
9
7%
3.
3
7
g
1
5
.
7%
サ ンプル群 Ⅰ
5
0%
3.
4
9
g
1
2
.
9
%
サ ンプル群 J
3
0%
3.
3
4
g
1
0
.
7
%
サンプル群 K
1
0%
3
.
3
5
g
1
0
.
8
%
0
.
2､0.
4､0
.
6､0.
8mg
/
1
1
1
1の標準溶液 2
0
mlずつマイクロチューブにとり､l
mIの CBB
試薬 を加 えたそれぞれのサンプルの 5
9
5
.
0
[
n
m]
における吸光度 と検量線用データを表 2
0
に示 した｡サンプル群 HLの水抽出液 を 2
0
mlずつマイクロチューブにとり､1
mlの CBB
試薬 を加 えたそれぞれのサンプルにおいて､5
9
5
.
0[
n
m]
における吸光度の 3回の測定結
果及び､作製 した検量線か ら各試料中のタンパク質濃度が決定 された03回のタンパ ク
質の濃度測定結果 とその平均値 を示 した(
表2
1
)
｡ここで求められたタンパ ク質の濃度の
平均値は､SDSPAGEに添加す るタンパク質の濃度が異なるサンプルのタンパ ク質の濃
度を一定にす るために､使用す る添加量を変えるのに用いた｡
41
表 20 標準溶液の吸光度
標準溶液 [
mg/
m1
]
0.
2
吸光度
0.
1
52
0,
4
0.
262
0.
6
0.
325
0.
8
0.
511
検量線 :タンパ ク質の濃度 -1
.
560×吸光度
表 21 サンプル群 HLの吸光度 とタンパ ク質の濃度
サ ンプル群
吸光度
タンパ ク質の濃度
1回 目
2回 目
3回 目
1回 目
2回 目
3回 目
平均値
サンプル群 H
0.
227
0.
21
2
0.
221
0.
35
4
0.
33ー
0.
345
0.
343
サンプル群 Ⅰ
0.
374
0.
38
4
0.
379
0.
58
4
0.
6
0.
591
0,
592
サ ンプル群 J
0.
287
0.
_
31
3
0.
291
0.
448
0.
489
0.
454
0.
464
サンプル群 K
0.
48
4
0.
493
0.
494
0.
756
0.
769
0.
771
0.
765
計測 したタンパ ク質濃度 を基に して､大豆サンプル群 HL のそれぞれの大豆 タンパ
ク質量が 6〟gになるよ うに､ ウェルに注入す るサ ンプルの量を決定 し､S
OS
PAGEで
解析 を行 った (
図3
4)
｡サ ンプルは左 か ら､マーカー (
3〃l
)
､発芽率の異な るサ ンプル
L(
6〃g)を泳動 させた｡マーカーの組成 を表 22に示す｡
群 H-
発芽率 97% のサ ンプル群 H か ら発芽率 0% のサ ンプ ル群 L と変化す るにつれて ､31.
0
[
kDa
]
及び 21
.
5[
kDa
]
付近の 2つのバ ン ドに大きな変化が見 られた｡31
.
0[
kDa
]
のバ ン ド
は発芽率が 0% のサ ンプル群 Gにおいて､消失 してお り､21
.
5[
kDa
]
のバ ン ド幅は､増加
している｡31
.
0[
k
Da
]
及び 21
.
5[
k
Da
]
の 2つのバ ン ド面積 を数値化す るために､解析用 ソ
S
c
i
o
nl
ma
g
e
)
を用いてバ ン ドの ピーク面積の割合 を測定 した (
表 23)
0
フ トウェア(
42
サンプ ル 許 し
サンプ ル 群 K
サンプ ル群 J
サンプ ル 群 Ⅰ
サ ンプ ル 辞 H
マー カ ー
4 2
7 6
9 6
図3
4 大豆水抽 出物 の S
DS
PAG
E
表 22 マーカーの組成
分子量 [
k
Da
]
由来
タンパ ク質名
97.
4
ウサ ギの筋 肉
Phos
o
ho
l
Yl
a
s
eB
66.
2
ウシ亜科
Se
r
u
ma
l
bu
mi
n
45.
0
ニ ワ トリ卵 白
Ov
a
l
bumi
n
31
.
0
ウシ亜科
Ca
r
b
ol
ー
i
c
a
1
1
1
1
ydr
a
s
e
21
.
5
大豆
Tr
yps
l
ni
l
l
hi
bi
t
o
r
4
3
表 23 各サ ンプル群の分子量 31
.
0[
kDa
】
及び 21
.
5[
kDa
]
の ピーク面積 の割合
サンプル群
バ ン ド面積 [
%]
分子量 31
.
0[
kDa
] 分子量 21
.
5【
k
Da
]
サ ンプル群 H
3.
0
0%
5.
49%
サ ンプル群 Ⅰ
3.
1
2%
6.
8
0%
サ ンプル群 J
2.
6
3%
7.
46%
サ ンプル群 K
2.
5
7%
8.
00%
サ ンプル群 L
0.
00%
9.
37%
分子量 31
.
0[
k
Da
]
において､バ ン ドの ピー ク面積 の割合は､発芽率 97% のサ ンプル群
H(
3%)
及び発芽率 50% のサンプル群 Ⅰ(
3.
1
2%)
を比較す ると､0.
1
2% の増加 が見 られ る
ものの､発芽率 0% のサンプル群 Lでは 0% と消失 している事がわかった｡また､分子
量 21
.
5[
k
Da
]
において､発芽率 97% のサンプル群 H か ら発芽率 0% のサ ンプル群 L と
変化す るにつれてバ ン ドの ピー ク面積 の割合が 5.
49%9.
37%に増 えている事がわかっ
た｡分子量 31
.
0[
k
Da
]
及び 21
.
5[
kDa
]
の 2つのバ ン ドは､マーカーにおけるウシ亜科 由
来の Ca
r
boni
c
a
nhyd
r
a
s
e及び､大豆 由来の Tr
y
ps
i
ni
n
l
l
i
bi
t
o
rで ある｡Ra
I
函naNr
a
ya
n,
G.
S.
Cha
uha
n&N.
S.
Ve
r
ma等 6) によると､大豆の保存期間中 (
1
､2､3及び 9年 間)
の大
豆の Tr
yps
i
ni
l
l
hi
bi
t
o
rとリポキシゲナーゼ活性は減少す るとされてお り､ トリプシン阻
害は 自然状態ではタンパ ク質性であ り､保存 中のいろいろな温度や湿度 に さらされて
変性す るのか も しれない｡また､ リポキシゲナーゼ活性の減少 は､ リポキシゲナーゼ
酵素の劣化であ り､保存期間中の基質濃度 な どや ､ リノール酸の減少 も同 じであ ると
述べている｡大豆の生 と死の判別に重要な波長域 と Tr
yps
i
ni
nhi
bi
t
o
rの含有量の変化 と
の関係 は, さらなる研究が必要である｡
ca
r
bo
ni
c
a
nh
ydr
a
s
eは炭酸脱水酵素であるが､試料中の分子量 31
.
0[
k
Da
]
付近のバ ン ド
は Ca
r
bo
ni
c
a
n
h
ydr
a
s
eである可能性は低 く､さらに ウェスタンブ ロッティング等 の研 究
が必要である｡
3
.
1
0 判 別 に有 効 で あ った波長域 と大豆 中の糖 質 の 変化
近赤外分光法を用いて測定 した反射原 スペ ク トル を図 35に､二次微分スペ ク トル を
図 36に示す｡また､標品の粉末 と水溶液の近赤外原スペ ク トル を図 37-40に示す｡水
溶液は､ほ とん ど水のスペ ク トルが強調 された結果 とな り､大豆の近赤外スペ ク トル と
の比較 には､標晶の粉末の近赤外スペ ク トル を用いた｡図 35中の矢印は､それぞれ の
糖質 に特徴 のあるピークである｡
4)
44
図4
0の水の近赤外原 スペ ク トルか ら分かるよ うに､1
8
5
0n
m以降の波長域において､
セ ンサが飽和 している｡ また､各標 品のほとん どの水溶液において同様 に､1
8
5
0n
m以
降のセ ンサが飽和 した｡
8
0
6
0
L嘩 米 沓
[t
]
J L]如o
0
00
01
1
50
0
波長
2
0
0
0
[
n
m
]
図 35 標 品の近赤外原スペ ク トル
45
2
5
0
0
1
0
0
0
2
0
0
0
波 長
〔nm
〕
標 品の近赤外二次微分ス
ペクト
ル
1500
図 36
-0
l g/
粉.
末
】 mf
九､
一
ノ
一世米q
d
[∝ ＼ L]Bo
--一
0.
.
2g
/
ml
一
0
3
g
/m
H…_
_
_
……_
_
‥
ー
_
｢
か
し
.
I
L
jLt
:
､
一
≡
1
0
0
0
l
∫
I ㌔
ヽ
/
1
5
0
0
波長
2
0
0
0
[
n
m
]
図 37 スクロース標 晶の粉末 と水溶液の
近赤外原スペ ク トル
4
6
2
5
0
0
[
∝＼L
]MoL嘩 米 宙
- 粉末 1
一
一 0.2 g
/ ml
一一 0.1g
/ ml
L
0.3 g/ml
/L
.
l
♂,
‥
と
斗
′
F l
L`
′
I
l
叫聖
ミ
グ`
′
.
_
㍗
J
:
i
l
--一
一
一
一
一
-i
F
--
1
0
0
0
2
0
0
0
1
5
0
0
波長
[
n
m
]
図 38 スタキオース標 晶の粉末 と水溶液 の
近赤外原 スペ ク トル
-粉末l
J̀
∫
ー
〝
､
､
一
/
1嘩米q
d
[d J L]如0
l
I
l
＼
l
∫
l ＼
＼
＼
J,
/
I
1
0
0
0
1
5
0
0
波長
2
0
0
0
2
5
0
0
[
n
m
]
図 39 ラフィノース標 晶の粉末 と水溶液の近赤外原 スペ ク トル
47
E倒米 昏
[tJ
J L]Bo
1
0
0
0
1
5
0
0
2
0
0
0
2
5
0
0
波長 [
n
m]
図4
0水 の近赤外原 スペ ク トル
二
ヽ
︻tl
J
･ /.
_
_
.
一
㌧
-=
.
I
＼.
_
5
ヾヽ .
_
､
トヽ
､
-0.01
＼
-一
一
-0.015
010子
･
,
＼
＼
L
]
Bo [z
p
0
0
0
0
︻
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l
JL
]
Borzp
こ
■
一
､
.
_
:
ゝ
一
ヽ
一
.
_
一
1
45
1
1
5
0
1
1
5
5
波長 〔
n
m
〕
1
1
4
5
1
1
6
0
化5
3
1
1
5
0
波長
図 41標 晶の二次微分 スペ ク トル
､
､
＼
＼
_
＼.
ヽ
■
■
p
.
.
∼
劣 化 0日
日
1
1
5
5
1
1
6
0
〔nm〕
図 42 大豆 の二次微 分 スペ ク トル
(
1
1
5ト1
1
5
4nm)
(
1
1
5ト1
1
5
4mm)
判別に重要な波長域の内,1
1
5
0
1
1
5
5n
mにスクロースの吸収がみ られた(
図 41
)
｡劣化
3-5 日の二次微分値に大きな差異は無いが､劣化 0日の二次微分値か らスクロース含
有量の増加を示す ように変化 していた｡
48
0
.
0
0
1
5
0
.
0
0
1
冨0
1
0
05
0
6■
bD
⊂
)
0
IJ0005
N
0
.
0
0
1
0.
0
01
5
1
2
7
0
1
2
7
5
1
2
8
0
波長
図4
3標 品の二次微分スペ ク トル
1
2
9
0
図4
4大豆の二次微分スペ ク トル
(
1
2
7
4
1
28
8nm)
波長域
1
2
8
5
〔
n
m〕
(
1
2
7
4
1
28
8mm)
1
2
7
4
1
2
8
8nm には 1
2
7
4
1
2
7
6nm にスクロースの吸収がみ られた(
図4
3
)
｡劣化
が進むにつれてスクロース含有量の増加 を示す ように二次微分値が変化 していた(
図
4
4
)
0
0
.
01
0
.
0
0
8
0
0
.
0
0
6
E 00
0
4
≡
l
E
6
1 -0,
01
e
L_｣
b♪
N
3
ー
て⊃
ぎ 0
.
0
0
2
0.
02
∼
て⊃
0
-0.03
2
0
.
0
0
0.0 4
1355
0 1
3
6
5 1
3
波長 〔
n
m
〕
1
3
5
5
136
1
3
6
5
波長
図4
5標 品の二次微分スペ ク トル
1
3
7
0
1
3
7
5
1
3
8
0
〔
nm〕
図4
6大豆の二次微分スペ ク トル
(
1
35
9
1
3
7
5nm)
波長域
1
3
6
0
(
1
3
5
9
1
3
7
5nm)
1
3
5
9
1
3
7
51
1
m には 1
3
5
9と 1
3
7
31
1
mにスクロースの吸収がみ られた(
図4
5
)
｡劣
化が進むにつれてスクロース含有量の増加 を示す ように二次微分値が変化 していた(
図
4
6
)
0
4
9
0
.
0
0
8
0
.
0
0
6
[∝＼ L]Bo JNP
冨 0.
0
0
4
i:
ヨ
o
d
∼
o
,
0
0
2
l
｢:
⊃
0
-
1
97
0
1
97
5
波長
1
98
0
1
98
5
0
.
0
0
2
1
9
7
0
1
9
9
0
1
9
7
5
1
9
8
0
波長
〔nm〕
図4
7標 晶の二次微分 スペ ク トル
1
9
8
5
1
9
9
0
〔nm〕
図 48大豆 の二次微 分 スペ ク トル
(
1
9
751
98
4nm)
(
1
975
1
98
4nm)
波長域 1
9
7
5
1
98
4nm には､いずれの標品の吸収もみ られず､劣化 0日の二次微分値
8
)
0
が最 も高 く､劣化が進むにしたがい吸光度が減少 していたことがわかる｡(
図4
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0
6
5
波長
2
0
7
0
2
0
7
5
〔
nm〕
図5
0大豆 の二次微 分 スペ ク トル
図 49標 晶の二次微分 スペ ク トル
(
2058
207
3nm)
(
2058
1
2073nm)
波長域 2
0
5
8
2
0
7
3nm には､いずれの標晶の吸収 もみ られず､劣化 5日の二次微分値
が最 も高 く､劣化が進むにしたがい吸光度が増加 していた｡(
図5
0
)
0
50
スクロース含有量の測定結果 を表 24に示 した｡
表 24 スクロース含有量の測定結果
測定回数
測定時の
g
/1
〕
大豆試料群 〔
室温 〔
℃〕 劣化 0日
〔
回〕
劣化 3 日
劣化 5日
劣化 7日
1
21
0.
6
41
6
0.
5
6
45
0.
6
02
2
0.
58
75
2
22
0.
5
97
3
0.
58
75
0.
6
9
25
0.
65
6
4
3
21
0.
6
43
3
0.
5
7
44
0.
6
498
0.
671
2
4
21
0.
666
2
0.
58
26
0.
638
3
0.
68
43
5
20
0.
59
73
0.
61
21
0.
5
776
0.
661
3
0.
6
29
2
0.
58
4
2
0.
6
321
0.
65
21
平均
スクロース含有量の測定は､測定回によってば らつきがあ らわれた｡測定は 5回実施
し､その平均値 を各試料群 のスクロース含有量 とした｡また､算出 したスクロース含有
)
｡劣化によるスクロース含有量の顕著な違いが無
量は大豆の乾燥重量基準である(
表 25
かった ことか ら,大豆中のスクロース濃度の変化が,大豆の生死判別 に貢献 してい るか
どうかは,未だ不明である｡
表 25 乾燥大豆 1
.
00gあた りのスクロース含有量
スクロース含有量 〔
g〕
劣化 0日
劣化 3日
劣化 5日
劣化 7日
0.
061
8
3
0.
055
6
4
0.
05
9
48
0.
061
29
4
.結論
近赤外分光法 とクラスター分析による大豆の生死判別が可能 とな り､発芽率が 1
00%
の発芽 した大豆(
坐)と発芽率 0% の発芽 しなかった(
死)
大豆に重要な波長域 を特定す る
事ができた｡
また､
大豆タンパ ク質の分子量 31
.
0[
k
Da
】
及び 21
.
5[
k
Da
]
付近のタンパク質含有量が,
大豆 を経時的に劣化 させ ることによって変化 した｡これ らの変化が判別 に重要であるか
否かは不明である｡
さらに,大豆 中のスクロース濃度の変化が,判別に重要であるかもしれないこ とが示
51
唆 されたが,現時点では明確ではない｡
今後は､よ り実用的な大豆の生死判別 システムの構築を目指 し,生 と死に重要な波長
域 と大豆成分 との関連性について更なる研究が必要である｡
5
.謝辞
本研究を遂行す るに際 しご協力をいただいた広島市立大学情報科学部情報機械 シス
テム工学科の中野靖久助教授､末原意一郎助手､香 田次郎助手､藤 田八弓君,田中智君
に感謝 します｡
6
.参考文献
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