JP2005164271A

JP2005164271A - 発酵を伴う飲料の発酵状態モニター方法及び装置

Info

Publication number: JP2005164271A
Application number: JP2003399964A
Authority: JP
Inventors: Takahiko Mitsuta; 隆彦光田; Takafumi Matsunaga; 孝文松永; Kazuya Sano; 一也佐野; Toru Mashita; 徹真下
Original assignee: Japan Steel Works Ltd
Current assignee: Japan Steel Works Ltd
Priority date: 2003-11-28
Filing date: 2003-11-28
Publication date: 2005-06-23

Abstract

【課題】本発明は、発酵状態を熟練技術者の官能評価に頼らず、紫外線レーザーのパルス光照射による蛍光強度の測定により、定量的に発酵状態を把握することを目的とする。
【解決手段】本発明による発酵を伴う飲料の発酵状態モニター方法及び装置は、発酵を伴う飲料の原料又は発酵過程の飲料が入った発酵タンクを用い、発酵を伴う飲料に紫外線レーザーのパルス光を照射し、誘起される蛍光強度を測定し、発酵工程の進行状況によって、蛍光強度が異なりその結果蛍光スペクトルの形状が異なることを元に発酵状態を判断する方法と構成である。
【選択図】図１

Description

本発明は、発酵を伴う飲料の発酵状態モニター方法及び装置に関し、特に、発酵を伴う飲料の原料又は発酵過程の飲料が入った発酵タンクにおいて、その発酵状況を観察しながら、発酵を制御するとともに、発酵を伴う飲料の品質を一定にするための新規な改良に関する。

今日、発酵を伴う飲料としては、日本酒、ビール、発泡酒、焼酎、ワイン、ウイスキー等の酒類があり、さらに、醤油、酢等の調味料があり、ヨーグルト等の乳酸飲料がある。これら発酵を伴う飲料の製造過程では、発酵を伴う飲料の原料並びに発酵過程の飲料が入った発酵タンクにおいて、その発酵状態の把握はベテラン技術者の官能評価に依存している。しかし、ベテラン技術者の高齢化が進み、その鋭い官能評価技術も徐々に鈍りがちである。そこで、ベテラン技術者の官能評価技術を補完する定量性のある測定装置が望まれている。

日本酒、ビール、発泡酒、焼酎、ワイン、ウイスキー等の酒類では、発酵途中の飲料の一部を採取し、ガスクロマトグラフィや液体クロマトグラフィ等で分析したり、アルコール度計を用いて発酵過程をモニターすることが行われている。しかし、日本酒、ビール、発泡酒、焼酎、ワイン、ウイスキー等の酒類では、近年の消費者の好みの変化で、アルコール度が変化しているので、アルコール度だけでは、酒類のこく、旨み等の官能評価は不十分といえる。また、ガスクロマトグラフィや液体クロマトグラフィ等での分析法では、抽出作業が簡便でなく、１検体あたり約３０分かかり、多くの検体を分析することは困難である。

また、酒類の発酵をモニターする例として特許文献１の「麦汁の発酵情報の測定装置及び測定方法」、および特許文献２の「醤油諸味中のエタノール濃度の測定方法」を挙げることができる。前者は、糖濃度、密度、比重を測定することで、発酵情報を推定する方法であり、後者は、エタノール濃度を測定することで発酵情報を推定する方法である。
また、非特許文献１に開示された発酵管理の技術においては、熟練技術者の経験と勘に依存して行われていた。

特開２０００−５５９０５号公報特開平８−１０５８８１号公報佐藤信監修、清酒製造技術研修講座第５巻、日本酒造組合中央会（１９８６）、Ｐ３６〜３８

従来の測定方法等は、以上のように構成されているため、次のような課題が存在していた。
すなわち、日本酒、ビール、発泡酒、焼酎、ワイン、ウイスキー等の酒類では、近年の消費者の好みの多様化に合わせるために、その原料成分組成若しくは使用する酵母等を変えて、新しい商品の開発が盛んに行われている。この酒類の試作段階から発酵状態を熟練技術者の官能評価のみに頼らず、出来るだけ定量的に把握し、再現性のある発酵プロセスを探索するための、補助ツールが求められている。さらに、熟練技術者の高齢化により熟練技術者が足りなくなってきており、加えて若年層の後継者不足等により、熟練技術者は今後益々不足することが予想されることから、熟練技術者の経験と勘で行っていた発酵技術の管理を補助するツールが求められている。
また、前述の各方法は、いずれも発酵情報に関係のある成分あるいは特性のうちの一つ又は数個の値を代表させて測定し、発酵状況を推定しているので、発酵情報の精度を上げるためには、長期にわたる発酵過程の測定データの蓄積が必要となり、今までと異なる原料組成や酵母を用いた場合には、直ぐ適用出来ないという問題があった。

本発明による発酵を伴う飲料の発酵状態モニター方法は、発酵を伴う飲料の原料又は発酵過程の飲料が入った発酵タンクを用い、前記原料又は飲料に対して紫外線レーザーのパルス光を照射し、誘起される蛍光強度を測定しその蛍光スペクトルの違いから、発酵状態をモニターする方法であり、また、前記紫外線レーザーのパルス光の照射波長が、２００ｎｍから３８０ｎｍの波長領域にある方法であり、また、前記紫外線レーザーのパルス光の照射は、レーザー発振器から光ファイバーを用いて発酵を伴う飲料にレーザー光を照射する方法であり、また、前記紫外線レーザーのパルス照射で励起される蛍光強度の測定は、光ファイバーを用いて蛍光を分光器へ導く方法であり、また、前記紫外線レーザーのパルス光の照射と蛍光を分光器に導く光ファイバーの受光部を一体化した方法であり、また、前記発酵を伴う飲料として、日本酒、ビール、発泡酒、焼酎、ワイン、ウイスキーの何れかのアルコール発酵を伴うものである方法であり、また、前記発酵を伴う飲料として、醤油のアミノ酸発酵を伴うものである方法であり、また、前記発酵を伴う飲料として、乳酸発酵を伴うものである方法であり、また、本発明による発酵を伴う飲料の発酵状態モニター装置は、発酵を伴う飲料の原料又は発酵過程の飲料が入った発酵タンクを用い、前記原料又は飲料に対して光源からの紫外線レーザーのパルス光を照射し、誘起される蛍光強度をデータ解析部で測定しその蛍光スペクトルの違いから、発酵状態をモニターする構成であり、また、前記紫外線レーザーのパルス光の照射波長が、２００ｎｍから３８０ｎｍの波長領域にある構成であり、また、前記紫外線レーザーのパルス光の照射は、前記光源のレーザー発振器から光ファイバーを用いて発酵を伴う飲料にレーザー光を照射する構成であり、また、前記紫外線レーザーのパルス照射で励起される蛍光強度の測定は、光ファイバーを用いて蛍光を分光器へ導く構成であり、また、前記紫外線レーザーのパルス光の照射と蛍光を前記分光器に導く光ファイバーの受光部をセンサーヘッド内で一体化した構成であり、また、前記発酵を伴う飲料は、日本酒、ビール、発泡酒、焼酎、ワイン、ウイスキーの何れかのアルコール発酵を伴う構成であり、また、前記発酵を伴う飲料は、醤油のアミノ酸発酵を伴う構成であり、また、前記発酵を伴う飲料は、乳酸発酵を伴う構成である。

本発明による発酵を伴う飲料の発酵状態モニター方法及び装置は、以上のように構成されているため、次のような効果を得ることができる。
すなわち、発酵を伴う飲料に紫外線レーザーのパルス光を照射し、誘起される蛍光強度を測定しその蛍光スペクトルの違いから、発酵状態をモニターしているため、
（１）発酵を伴う飲料の原料並びに発酵過程の飲料が入った発酵タンクにおいて、蛍光スペクトルの違いから、発酵状態を確認することができるので、その情報をもとに、発酵工程を制御することができる。
（２）紫外線レーザー励起光ファイバーで照射し、誘起される蛍光を受光ファイバーで検出器まで導くので、醸造工程のタンク等に設置が可能であり、長いファイバーを用いることによって、遠隔測定が可能となる。
（３）励起ファイバーと受光ファイバーが一体化されたセンサーヘッドを用いることによって、測定並びにタンク等への設置が容易になる。
（４）紫外線レーザーを用いて蛍光強度を測定することによって、醤油やヨーグルト等の可視光が通りにくい飲料においても、その発酵状態の確認が可能となるので、安定した品質の飲料を生産することができる。

本発明は、発酵を伴う飲料に紫外線レーザーのパルス光を照射し、誘起される蛍光強度を測定して蛍光スペクトルの違いに基づき発酵状態をモニターでき、熟練者の勘に頼ることのない正確な測定を行うことを目的とする。

以下、図面と共に本発明による発酵を伴う飲料の発酵状態モニター方法及び装置の好適な実施の形態について説明する。
図１は、発酵を伴う飲料に紫外線レーザーのパルス光を照射し、誘起される蛍光強度を測定しその蛍光スペクトルの違いから、発酵状態をモニターする方法及びその装置の構成を示す概略図である。
本実施例では、レーザー発振器１ａからなる光源１から発振された励起用の紫外線レーザーのパルス光１ｂは、励起光ファイバー２に導かれ、センサーヘッド３から発酵タンク８Ａ内の測定サンプル８へ照射される。この測定サンプル８は、発酵を伴う飲料の原料又は発酵タンク内の発酵過程の飲料よりなり、この測定サンプル８中の有機成分は、一般には紫外線を受光すると励起されて、蛍光を発生する。そこで、発生した蛍光はセンサーヘッド３で受光し、受光ファイバー４に導かれ、分光器５ａを有する検出部５に入る。この検出部５で蛍光強度がデジタル信号に変換され、コントローラ６を経てデータ解析部７に送られ、データ処理された上で、データ解析部７に付属した表示部７ａに表示されると共にその値は保存される。なお、レーザー照射、データ処理等は、前記コントローラ６で制御される。

ここで、光源１として、波長２００ｎｍから３８０ｎｍの領域の紫外線レーザーを用いると、測定サンプル８中の有機成分から蛍光が発生するが、紫外線レーザーの波長は短いほうが励起エネルギーが高いので好ましく、全固体レーザーを用いる場合には、波長２６６ｎｍや３５５ｎｍの紫外レーザー光を利用するのが好ましい。

また、本実施例では、レーザー光は、励起光ファイバー２に導かれ、センサーヘッド３から測定サンプル８へ照射すると共に、測定サンプル８中の有機成分から発生した蛍光はセンサーヘッド３で受光された後、受光ファイバー４に導かれ、検出部５に入っているが、光源１から励起光ファイバー２及びセンサーヘッド３を用いずに直接測定サンプルに照射してもよい。

一方、測定サンプル８から発生する蛍光は、センサーヘッド３及び受光ファイバー４を用いずに直接検出部５に導いてもよい。

さらに、励起光ファイバー２の測定サンプル照射端と受光ファイバー４の測定サンプル受光端とを一体化したセンサーヘッド３を用いているが、各々分離した励起光ファイバー２と受光ファイバー４を用いて測定サンプル８にレーザーを照射し、測定サンプル８の蛍光を受光してもよい。

この測定方法では、測定サンプル中の有機成分から発する蛍光強度について、波長および時間に対する蛍光強度の３次元の蛍光スペクトルが求められる。このとき、紫外線レーザーのパルス幅は、ナノ秒が一般的であるが、フェムト秒、ピコ秒のレーザーを用いてもよい。

図２は、図１に示すモニター機を用いて、通常の日本酒の醸造工程において、発酵７日目のもろみを採取し、その後室温で放置し発酵を進めたサンプルから測定した日本酒の発酵状態の蛍光スペクトルを示す。図中の○印１０は発酵７日目の蛍光スペクトルを、△印１１は発酵１１日目の蛍光スペクトルを、□印１２発酵３１日目の蛍光スペクトルを、◇印１３同様な醸造工程で製品となった生酒の蛍光スペクトルを示す。発酵の初期（７日目）では、蛍光スペクトルは波長３３０ｎｍ付近にピークをもっているがその強度が小さく、発酵が進むに連れて蛍光強度が大きくなりピークを迎える（１１日目）、その後蛍光強度が減少するとともに、ピークの位置が波長３１０ｎｍと波長３５０ｎｍの二つに分かれていく（３１日目）。さらに、製品である生酒の蛍光スペクトルに示されるように、波長３１０ｎｍがピークとして残り波長３５０ｎｍはピークから少し小さな肩部となっていく。
このように、発酵工程の蛍光スペクトルを測定することで、発酵状態をモニターすることができる。

図３は、市販されている日本酒の蛍光スペクトルの代表例を示す。図中の◇印１４は吟醸酒の蛍光スペクトルを、△印１５は純米吟醸酒の蛍光スペクトルを、○印１６は純米酒の蛍光スペクトルを示す。
ここで、純米酒は、原料の米の精米歩合が６０％であり、吟醸酒及び純米吟醸酒は精米歩合が５０％である。また、純米酒および純米吟醸酒は、醸造アルコールを添加することなく製品化するものであり、吟醸酒は、醸造アルコールを添加して製品とするものである。純米酒１６の蛍光スペクトルのピーク強度は、吟醸酒１４及び純米吟醸酒１５に比べて大きく、吟醸酒１４及び純米吟醸酒１５の蛍光スペクトルのピーク強度は、ほぼ同じである。また、吟醸酒１４及び純米吟醸酒１５の蛍光スペクトルを比べると、波長３５０ｎｍ近傍の蛍光強度の値が異なっている。このように、お酒の原料、工程の違いによって、各日本酒製品の蛍光スペクトルの形状が異なっているので、それぞれの発酵状態も異なっているものといえる。

ここで、日本酒の発酵状態を測定した蛍光スペクトルを示したが、発酵を伴う飲料として、日本酒、ビール、発泡酒、焼酎、ワイン、ウイスキー等はアルコール発酵をともない、いずれも微生物を用いて発酵させるので、同様に原料、微生物、発酵条件等に依存した蛍光スペクトルが得られる。さらに、発酵を伴う飲料として、醤油等のアミノ酸発酵を伴うことを特徴とする調味料も同様に原料、微生物、発酵条件等に依存した蛍光スペクトルが得られる。また、同様に発酵を伴う飲料として、ヨーグルト等の乳酸発酵を伴うものにおいても、同様に原料、微生物、発酵条件等に依存した蛍光スペクトルが得られる。

従って、通常、発酵過程において、発酵タンクからサンプル試料を採取し又は発酵タンク内の液に直接紫外線レーザーのパルス光を照射し、誘起される蛍光の強度を測定し、発酵工程の進行状況によって、蛍光強度が異なりその結果蛍光スペクトルの形状が異なることを元に発酵状態を判断することができる。

本発明は、食品以外の薬品製造における発酵を必要とするプロセスにおいても適用が可能となる。

本発明による発酵を伴う飲料の発酵状態モニター方法及び装置を示す構成図である。通常の日本酒の醸造工程において、発酵７日のもろみを採取し、その後室温で放置し発酵を進めたサンプルから測定した日本酒の発酵状態の蛍光スペクトルと、同様な醸造工程で製品となった生酒の蛍光スペクトルを示す概略図である。市販されている日本酒の吟醸酒、純米吟醸酒、及び純米酒の蛍光スペクトルの代表例を示す。

符号の説明

１光源
１ａレーザー発振器
１ｂ紫外線レーザーのパルス光
２励起光ファイバー
３センサーヘッド
４受光ファイバー
５検出部
５ａ分光器
６コントローラ
７データ解析部
７ａ表示部
８測定サンプル
８Ａ発酵タンク
１０発酵７日目の蛍光スペクトル
１１発酵１１日目の蛍光スペクトル
１２発酵３１日目の蛍光スペクトル
１３しぼりたての蛍光スペクトル
１４吟醸酒の蛍光スペクトル
１５純米吟醸酒の蛍光スペクトル
１６純米酒の蛍光スペクトル

Claims

発酵を伴う飲料の原料又は発酵過程の飲料が入った発酵タンクを用い、前記原料又は飲料に対して紫外線レーザーのパルス光(1b)を照射し、誘起される蛍光強度を測定しその蛍光スペクトルの違いから、発酵状態をモニターすることを特徴とする発酵を伴う飲料の発酵状態モニター方法。
前記紫外線レーザーのパルス光(1b)の照射は、レーザー発振器から光ファイバーを用いて発酵を伴う飲料にレーザー光を照射するとともに前記紫外線レーザーのパルス照射で励起される蛍光強度の測定は、光ファイバーを用いて蛍光を分光器(5a)へ導くことを特徴とする請求項１記載の発酵を伴う飲料の発酵状態モニター方法。
前記発酵を伴う飲料として、日本酒、ビール、発泡酒、焼酎、ワイン、ウイスキーの何れかのアルコール発酵を伴うものであることを特徴とする請求項１又は２記載の発酵を伴う飲料の発酵状態モニター方法。
前記発酵を伴う飲料として、醤油のアミノ酸発酵を伴うものであることを特徴とする請求項１ないし３の何れかに記載の発酵を伴う飲料の発酵状態モニター方法。
前記発酵を伴う飲料として、乳酸発酵を伴うものであることを特徴とする請求項１ないし４の何れかに記載の発酵を伴う飲料の発酵状態モニター方法。
発酵を伴う飲料の原料又は発酵過程の飲料が入った発酵タンクを用い、前記原料又は飲料に対して光源(1)からの紫外線レーザーのパルス光(1b)を照射し、誘起される蛍光強度をデータ解析部(7)で測定しその蛍光スペクトルの違いから、発酵状態をモニターする構成としたことを特徴とする発酵を伴う飲料の発酵状態モニター装置。
前記紫外線レーザーのパルス光(1b)の照射は、前記光源(1)のレーザー発振器から光ファイバーを用いて発酵を伴う飲料にレーザー光を照射するとともに前記紫外線レーザーのパルス照射で励起される蛍光の強度の測定は、光ファイバーを用いて蛍光を分光器(5a)へ導くことを特徴とする請求項６記載の発酵を伴う飲料の発酵状態モニター装置。
前記発酵を伴う飲料は、日本酒、ビール、発泡酒、焼酎、ワイン、ウイスキーの何れかのアルコール発酵を伴うものであることを特徴とする請求項６又は７記載の発酵を伴う飲料の発酵状態モニター装置。
前記発酵を伴う飲料は、醤油のアミノ酸発酵を伴うものであることを特徴とする請求項６ないし８の何れかに記載の発酵を伴う飲料の発酵状態モニター装置。
前記発酵を伴う飲料は、乳酸発酵を伴うものであることを特徴とする請求項６ないし９の何れかに記載の発酵を伴う飲料の発酵状態モニター装置。