農産プロセス工学概論

出 席 テ ス ト ・ 水 分 活 性

2016.04.18

学籍番号 氏名

問 以下の文章の空欄に適した語を用語欄から選び、その番号を記しなさい。

農畜水産物や食品は表面に微細な孔(細孔)を無数にもつ材料と見なすことができる。食品等に含ま

れる水は、食品の成分や孔の形態の影響を受けて、水分子の動きが拘束される。例えば、物質表面と

接している水分子は、両者間の距離が近いため分子間引力により表面に強く結合され移動しにくい。

このような状態の水を①結合水 と呼ぶ。 食品の水分量が増えるにつれて、下図に示すように、細孔表面と接する水分子の上に、二重、三重、

さらに多重の水分子の層が形成される。層が増すにつれて表面との距離が離れ結合力は弱くなり、自

由度は増加する。孔内の空間が水分子で満たされる状態では、水分子は凝縮状態にある。孔の直径が

小さいと界面は凹状になり、この状態の水を② 毛管水と呼ぶ。孔の直径が大きく、表面から遠

く離れた水分子は表面との結合力はほとんど無くなる。このような状態の水を③自由水 と呼ぶ。 食品中の酵素反応や微生物の繁殖では溶媒としての水が必

要であり、それらの反応は利用可能な③自由水 の量に左

右される。図に示すように、凝縮界面では、雰囲気中の水蒸

気が凝縮する一方、凝縮した水が蒸発する現象が絶えず繰り

返され、両者の量が釣合うと、見かけ上、自由水の量は一定

となる。この平衡のときの雰囲気の水蒸気量を測ることによ

り、自由水の量を定義することができる。 水蒸気量は通常、水蒸気分子が圧力センサーなどの測定面

に衝突することにより生じる圧力(水蒸気分圧)として測定さ

れる。水蒸気分圧の最大値は、空気が水を水蒸気の形で保有

できる限界の状態、すなわち、それ以上の保有では結露を起

こす限界の状態のときの水蒸気分圧であり、これを

④飽和水蒸気圧とよぶ。そこで、食品の自由水の示す水蒸気

圧と飽和水蒸気圧との比を取り、これにより自由水の量を定

義する。 この比を⑤水分活性 と呼び、次式で定義される。

教科書 10 ページ、図 1-5 に示されるように、カビやバクテリアは水分活性の⑥減少 に伴い、そ

の増殖速度が劇的に低下する。つまり、水分活性を適切に管理することにより、カビによる毒素の生

成やや微生物による腐敗を防ぐことができる。

aw

: ⑤水分活性 (-)，p: 食品表面の水蒸気分圧(MPa)，p0: 食品の保持された温度での飽和水蒸

気圧(MPa)

【⽤語】

a. ⽔分、b. ⽔分活性、c. 含⽔率、d. ⾃由⽔、e. ⼤気圧、f. 結合⽔、g. 平衡含⽔率、

h. ⽑管⽔、i. 凝縮⽔

図 1 細孔内の⽔分⼦と⽔分活性

0p

paw

食品プロセス工学 4 月 25 日出席テスト(籾摺り操作)

氏名 学籍番号

問 以下の説明のうち、正しいものには括弧内に○を記入しなさい。

誤っている場合には×を記入し、訂正しなさい。

1. ( ☓ )

籾摺り(もみすり)とは籾から糠(ぬか)籾殻を分離する操作を言い、精

米とは玄米から胚糠を分離する操作をいう。

2. ( ☓ )

ロール式籾摺り機の原理は、周速度の異なるゴムロール間に籾を挟

み、ロールと籾間に働く衝撃力摩擦力により、籾殻を粉砕開披するも

のである。

3. ( ○ )

乾燥後の籾１粒の重さは約 25mg。これを 100%とすると、籾殻

は 18%、糠は 8%、精米は 74%の重量割合となる。

4. ( ☓ )

脱ぷ率とは、供給した籾の粒数に対する脱ぷされた玄米粒数の割合

を示す。６０から 7０%80 から 85or90%前後が目安である。

5. ( ☓ )

籾摺りの際に、玄米に肌ずれが生じると、それが亀裂を増加させ、

砕米となる。糠層の脂質を酸化させ古米化が進む

7. ( ☓ )

砕米歩合とは、供給籾に対する破砕した玄米の粒数比を表

し、脱ぷ率が大きいほど、砕米が低下増加する。

食品プロセス工学 5 月 9 日出席テスト(粒子径)

氏名 学籍番号

問 以下の①～④に該当する式を答えなさい。

いま，球状の粒子を仮定します。その半径を r とすると，

粒子の体積は3

3

4rv ，粒子の表面積は

24 rS となります。

直径を d とすると，

粒子の体積 V は，①，粒子の表面積 S は ②となります。

表面積 S の等しい球を仮定し，その直径 d を表面積 S で表すと，

③となります。

粒子の体積当たりの表面積を比表面積 Sc と呼びます。

比表面積 Sc を直径 d で表すと，④ となります。

① 3

3

3

623

4

3

4d

drv

② 2

2

2

244 d

drS

③ S

d

④ dd

dSc

6

6/3

2

農産プロセス工学概論 5 月 16 日出席テスト(粒子径分布)

氏名 学籍番号

問 以下の設問中の①～③を下欄に記しなさい。

左図は，平均値が零，標準偏差が 1 の

分布を示す① 曲線である。

一般の粉体の粒度分布は図 2 のように

粒径の大きな側へ，長いすそを引き，

非対称な分布となるため，①の曲線は

そのまま適合しないが，横軸の粒径の

目盛りを② に変換するこ

とにより正規分布になる。

粉砕生成物や粉じんのように粒

度分布範囲が広い場合には対数

正規分布に従わない場合が多い。

そこで，以下の分布が提唱されて

いる。フルイによる粒度分布測定

において，Dp は粒径，R(Dp)は

積算フルイ上重量%，b,n は定数

である。この式を③ という。

① 正規分布

② 対数

③ ロージン・ラムラー式

図 1

2

農産プロセス工学 5 月 23 日出席テスト(密度)

氏名 学籍番号

問 粉粒体の密度について、以下の①～③に該当する適当な用語や

式を答えなさい。

粉粒体では、個々の粒子よりも粒子の塊として扱う場合が多い。

一定容積 V(m3)の容器に粒子 M(kg)を充填し、そのときの重量を測

定し求めた単位体積当たりの質量(M/V, kg/m3)，すなわち，密度

を①と呼びρb で表す。この場合，粒子間に空隙が生じるため、空

隙の多寡(多い少ない)により、充填量が異なる。一方、空隙を含ま

ない粒子の体積に基づく密度を②と呼びρs で表す。②ではピクノ

メーターを用いた液体置換法により，粒子の体積を測定する。①と

②の違いは粒子間の空隙の有無による。空隙の割合を表す空隙率ε

は，両者の比から求められ、空隙が零の場合，空隙率は 0 に近づき，

空隙が増加すると空隙率は 1 に近づく。空隙率εは，ρb，ρs を用

いて次式で定義される。

ε =

回答欄

① 嵩密度(bulk density)

② 粒子密度(particle density)

③ s

b

1

③

農産プロセス工学 5 月 30 日出席テスト(密度)

氏名 学籍番号

問 流動特性線図上の流体の名前を回答しなさい。

A ニュートン流体

B ビンガム流体

C 擬塑性流体(psuedoplastic fluid)

D ダイラタント流体

農産プロセス工学概論

出席テスト(2016.06.08)

学籍番号 氏名

問題 ストローで飲み物を吸い上げる状態の場合について、記述の正

誤をカッコ内に○×で答えなさい。間違っている場合は、その箇所を

訂正しなさい。

1. ( ☓ ) ストローが細い太いほど吸い込む⼒は少なくてすむ。

2. ( ☓ ) 急いで吸い上げようとすると吸い上げには⼤きな⼒がい

る。これは、流速の増加によりレイノルズ数 Re が低下増加し、

流体抵抗が⼤きくなることによる。

3. ( ☓ ) ⽔より砂糖シロップ砂糖シロップより⽔を吸い上げる

ほうが吸い上げの⼒は少なくてすむ。これはシロップの粘度が⽔

より⼩さく⼤きく、レイノルズ数が⼤きく⼩さくなるためである。

農産プロセス工学概論

出席テスト(2015.06.08)

学籍番号 氏名

題 ストローで飲み物を吸い上げる状態の場合について、記述の正誤

をカッコ内に○×で答えなさい。間違っている場合は、その箇所を訂

正しなさい。

1. ( ) ストローが細いほど吸い込む⼒は少なくてすむ。

2. ( ) 急いで吸い上げようとすると吸い上げには⼤きな⼒がい

る。これは、流速の増加によりレイノルズ数 Re が低下し、流体

抵抗が⼤きくなることによる。

3. ( ) ⽔より砂糖シロップを吸い上げるほうが吸い上げの⼒は

少なくてすむ。これはシロップの粘度が⽔より⼩さく、レイノル

ズ数が⼤きくなるためである。

農産プロセス工学概論 2016 6 月 20 日出席テスト(流体輸送系の設計)

氏名 学籍番号

問 右図の様に高さ Z1 から Z2 の位置に水を

輸送するため，配管系とポンプによる装

置を考えた。このとき，輸送に必要なポ

ンプの所要動力を求めるため，ベルヌイ

式を仮定した。ベルヌイ式(エネルギ式)

の各項を①～⑤で表すとする。各項の内

容を簡単に説明しなさい。

例 ⑥ 配管による摩擦損失エネルギ

① ＋ ② ＋ ③ ＋ ④ = ①’＋ ②’＋ ③’＋ ⑤

① 断面 1での運動エネルギ

② 断面 1での位置(ポテンシャル)エネルギ

③ 断面 1での圧力エネルギ

④ ポンプの仕事

①’断面 2での運動エネルギ

②’断面 2での位置(ポテンシャル)エネルギ

③’断面 2での圧力エネルギ

⑤ 流路の摩擦損失エネルギ

図 流体の輸送系

流体輸送系の設計 6月27日出席テスト

氏名 学籍番号

問題 ポンプによる輸送系を設計する際の手順について，以下の項目の

正しい順番を記号で示しなさい。

(ア) 状況を考慮して機械的エネルギ収支式を整理する

(イ) エネルギ収支をとる範囲(面1，面2)を決める

(ウ) 直管内の流速(=u2)，Re，f を求める

(エ) 直管，継ぎ手等の損失を求める

(オ) 機械的エネルギ収支式によりWを求める

設計作業の順①～⑤に項目(ア)～(オ)を記入しなさい。

① ② ③ ④ ⑤

イ ウ ア エ オ

図 1 流体の輸送系

W

)(dx

dTkq 　　　　

または k

)/( KmW ・

mK /

)/( 2 KmW ・

伝熱編 7月04日出席テスト1

氏名 学籍番号

問題 1次元伝導伝熱に関するフーリエ則は次式で表される。

ただし，Tは温度(K)，xは距離(m)

q は 熱 流 束 を 示 し 、 そ の 単 位 は ② で あ る 。 一 方 、

)(dx

dT　 は③ を示し、その単位は、④

である。即ち、上式は，熱流束が③ に比例することを

示している。均質な固体材料について、材料中の熱の流れを求め

るには、温度計により各位置の温度を測定し、それから ③

を計算する。③ が最も大きい方向に熱が最も多く流れる。

対流伝熱では、単位時間の伝熱量は⑤ に比例し、その

比例係数hは、⑥ と呼ばれ、その単位は⑦ で

ある。⑥は物性値ではなく、流体の流れの影響を受ける特性値で

ある。

①

②

③ 温度勾配

④

⑤ 温度差 (流体と壁面間の)

⑥ 対流伝熱係数，または，熱伝達率

⑦

①

ま

農産プロセス工学概論 7月04日出席テスト02

氏名 学籍番号

問題 1. 下図の多層壁の伝熱抵抗RTの式を求めなさい。

λ1 λ2 λ3

d1 d3 d2

T1

T2

3

3

2

2

1

1

3

3

2

2

1

1

2121

ddd

ddd

R

TT

R

TTq

伝熱抵抗は

2016 年農産プロセス工学概論

中間試験問題(06/6)ページ 1 氏名 学籍番号

問題 1 以下の説明において，正しい場合にはカッコ内に○を，誤っている場合には☓ を記⼊し，訂正しなさい。

1. ( ☓ ) 籾摺り(もみすり)とは籾から糠(ぬか)籾殻を分離する操作を⾔い、精⽶とは⽞⽶から胚

糠を分離する操作をいう。

2. ( ☓ ) 籾摺りの際に、⽞⽶に肌ずれが⽣じると、それが⻲裂を増加させ、砕⽶となる糠層の

脂質を酸化させ古米化が進む。

3. ( ☓ ) 直径 d の球状粒⼦を仮定すると，粒⼦の体積あたりの表⾯積の⽐は 3/d6/d となる。

4. ( ☓ ) 粘性流体の流れでは速度勾配(-dv/dy)とせん断応⼒τ が⽐例関係を⽰す流体を

ダイラタントニュートン流体と呼ぶ。

5. ( ) 連続の式はエネルギ質量保存則に基づき，質量流量が位置に依らず⼀定であることを

⽰す。

6. ( ) 円管内の流れでは，レイノルズ数が 4000 以上で層流乱流，2000 以下で乱流層流とな

る。

問題 2 ⽔分活性(water activity)の定義，および⽔分活性の⾼低が収穫後の農産物の品質へ

及ぼす影響について 400 字以内で説明しなさい。

水分活性 aw は，農産物に含まれる水のうち，自由水の割合を農産物表面の示す水蒸気分圧

により表したものであり，次式で定義される。

0p

paw

ここで，aw:水分活性 (-)，p: 食品表面の水蒸気分圧(MPa)，p0: 食品の保持された温度で

の飽和水蒸気圧(MPa)

水分活性の測定は，試料を狭小な閉鎖空間に保持し，試料と雰囲気間の水蒸気分圧が平衡

に達した時点の相対湿度を求めることから，水分活性は平衡相対湿度とも呼ばれる。

水分活性が高いほど，酵素・非酵素反応，微生物により利用可能な自由水が多い。そのた

め，水分活性を低下することにより，それらによる品質低下を抑制することが可能である。

特に，水分活性を 0.9 以下にすることにより，微生物の代謝活性を効果的に抑制すること

ができる。農産物の保蔵や貯蔵において，水分活性は環境条件を設計する上で重要な指標

である。

用紙が不足する場合は裏面へ記入のこと