JP2014209096A - 大豆原料及び大豆加工品の産地判別法 - Google Patents

Abstract

【課題】大豆原料および大豆加工品の産地を高精度で判別することの出来る産地判別法を提供すること。
【解決手段】酸分解した大豆及び大豆加工品を多元素一斉分析が可能な誘導結合プラズマ質量分析装置を用いて元素分析した後、多変量解析を用いて解析することにより、大豆及び大豆加工食品の産地を判別する。対象となる元素としては、Li、Be、B、C、N、Na、Mg、Al、Si、P、S、Cl、K、Ca、Sc、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Ga、Ge、As、Se、Br、Rb、Sr、Y、Zr、Nb、Mo、Ru、Rh、Pd、Ag、Cd、In、Sn、Sb、Te、I、Cs、Ba、La、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu、Hf、Ta、W、Re、Os、Ir、Pt、Au、Hg、Tl、Pb、Bi、Th、Uから選ばれる。
【選択図】図１

Description

本発明は、質量分析で得られる元素分析結果の多変量解析による大豆原料及び大豆加工品の産地判別法に関する。

近年、野菜や加工食品の原料となる農作物の輸入量が急増している。それに伴い、食品原料の原産地が偽装された事件が多発している。さらに、残留農薬や危害物質による食品事故の影響などにより、農作物の産地を簡便かつ高精度に判別可能な技術の開発が、特に望まれている。

日本において植物や食品原料となる農作物の栽培地を判別する技術が、本格的に研究されはじめたのは、１９９０年代の後半からである。分析方法としては、無機元素組成分析を利用した判別法の開発研究が先行して進められてきた。例えば、緑茶については、試料を一番茶に統一すれば、無機元素組成分析により外国産(中国産)と日本産の判別が可能であることが報告されている（非特許文献１、２）。

また、植物や食品原料となる農作物中の安定同位体比を利用した産地判別技術が、多く報告されている（特許文献１、２）。これらの技術は、１つないし複数の元素の同位体比を分析することにより、農産物の産地判別を行うものである。

一方、得られた多数の数値データをソフトウエアにより多変量解析を行うことで、産地判別や品質予測を行う技術が開示されている。（特許文献３）

また近年、誘導結合プラズマ質量分析装置が普及し、短時間でサンプル中の多くの元素を網羅的に分析することが出来るようになった。（非特許文献５）

多くの元素の一斉分析によるフィンガープリントと、多変量解析を組み合わせることによる産地判別法の有用性については、非特許文献３、４、５、６の中で述べられている。非特許文献３、４、５、６は、農作物に関連した元素の多変量解析による産地判別法に関するものである（非特許文献３、４、５、６）。

特開２００５−１３０７５５号公報 特開２００６−１８９３５１号公報 特開２０１１−８０８１２号公報

木幡勝則（２００５)：茶の原産地判別の現状と今後の展望、ＴｅｃｈｎｏＩｎｎｏｖａｔｉ ｏｎ， １５（２）， ３２−３７． 木幡勝則（２００８）：緑茶の無機元素組成比および品種識別による産地判別、農林水産消費技術センター研究ジャーナル, ３１（４）， ２８−３１． 法邑雄司（２００６）：無機元素組成による黒大豆「丹波黒」の一粒産地判別、日本食品化学工学会誌,５３（１２），６１９−６２６． 森良種（２０１１）：超高感度エネルギー分散型蛍光Ｘ線分析装置による乾しいたけの栽培方法及び原料原産地判別法の検証、農林水産省消費安全技術センター,食品関係等調査研究報告，３５、１９−２４． 法邑雄司（２００３）：青果物の産地判別のための誘導プラズマ質量分析法による多元素定量分析,農林水産消費技術センター調査研究報告, ２７（１２）， ３７−４３． 鈴木理博（２００７）：微量金属成分を用いた食品原料産地判別技術の確立,埼玉県産業技術総合センター研究報告書第５巻

前記のとおり、特定の元素に焦点を当てた従来の無機元素分析と、統計解析手法を組み合わせた産地判別法では、穀類、米、緑茶、そば、乾燥しいたけ、しょうが、にんにく等特定の農産物のみ適用可能であるが、前記特定の農産物以外の大豆及び大豆加工品の産地判別には適用できないという問題があった。

本発明の目的は、これまでの産地判別法では成し得なかった、大豆及び大豆加工品の産地の違いを高精度で、かつ平易な方法で判別することの出来る産地判別法を提供することにある。

本発明者らは、上記の課題に対して鋭意研究を重ねた結果、大豆及び大豆加工品の特徴づけは、単一の元素に由来するのではなく組み合わせに由来し得る。したがって、複数の元素を一度に分析し解析することにより、大豆及び大豆加工品の産地判別法を見出した。すなわち、酸分解した大豆及び大豆加工品を多元素一斉分析が可能な誘導結合プラズマ質量分析装置（ＩＣＰ−ＭＳ） を用いて測定した後、多変量解析を用いて解析することにより、大豆及び大豆加工食品の栽培国の違いを明確に判別できることを見出し、本発明を完成させた。

本判別法は、分析者のスキルに頼ることなく、誰でも簡便に出来且つ再現性の高い分析手法である。本発明の方法を用いれば、迅速に、より精度よい産地判別が可能であり、産地偽装等の食の安全安心を揺るがす事態を、未然に防ぐことが出来ると考えられる。

即ち、本発明は、
（１） 下記（Ａ）〜（Ｃ）の工程を含む、農作物の栽培国または地域の判定方法、
（Ａ）分析サンプルを誘導結合プラズマ質量分析装置で分析し結果を得る工程
（Ｂ）前記得られた結果を下記１）より選択される１種以上の元素を用いて多変量解析する工程
（Ｃ）前記得られた多変量解析の結果から栽培国または地域を判別する工程
１）Li、Be、B、C、N、Na、Mg、Al、Si、P、S、Cl、K、Ca、Sc、Ti、V、Cr、Mn、
Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Ga、Ge、As、Se、Br、Rb、Sr、Y、Zr、Nb、Mo、Ru、Rh、
Pd、Ag、Cd、In、Sn、Sb、Te、I、Cs、Ba、La、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、
Ho、Er、Tm、Yb、Lu、Hf、Ta、W、Re、Os、Ir、Pt、Au、Hg、Tl、Pb、Bi、Th、U
（２） 農作物が大豆である、（１）の判定方法、
（３） 大豆が日本産、アメリカ産または中国産である、（２）の判定方法、
（４） 下記（ａ）〜（ｄ）の工程を含む、大豆および／または大豆加工品の原料大豆の栽培国または地域の判定方法、
（ａ）大豆または大豆加工品を無機物にする工程
（ｂ）前記無機物とされた試料を誘導結合プラズマ質量分析装置で元素含有量を分析する工程
（ｃ）前記分析で得られた下記２）より選択される１種以上の元素の量を元に多変量解析する工程
（ｄ）前記得られた多変量解析の結果から栽培国または地域を判別する工程
２）Si、Se、Mo、Cu、Sb、As、Bi、Ag、Zr、W、I
（５） 大豆および／または大豆加工品の原料大豆が日本産、アメリカ産または中国産である、（４）の判定方法、である。

本発明によれば、大豆及び大豆製品の原産地を正確且つ簡便に判別することができる。なお、産地の土壌由来で農作物の元素組成が異なるため、本発明の農作物の産地判別法を用いれば、複数の元素含量を分析し得られた元素の量を元に多変量解析を行うことで、大豆及び大豆製品の他に、穀類、米、緑茶、そば、乾燥しいたけ、しょうが、にんにく等全農作物、好ましくは穀類、米、緑茶、そば、乾燥しいたけ、しょうが、にんにく等に例示される農作物の産地判別に応用することが可能である。

大豆の主成分分析結果の図である。 大豆のローディングプロット図である。 きな粉の主成分分析結果の図である。 豆乳の主成分分析結果の図である。 脱脂大豆の主成分分析結果の図である。 分離大豆蛋白の主成分分析結果の図である。

以下、本発明を具体的に説明する。
本発明でいう農作物とは、農耕による生産物の事で、田畑で栽培される野菜、穀類、果物等の農産物のことをいう。大豆とは、乾燥大豆及び乾燥大豆を用いた加工品のことをいう。乾燥大豆を用いた加工品とは、例えば、きな粉、豆乳、湯葉、納豆、テンペ等が挙げられる。本発明では、一粒そのままの大豆を好適に用いる。また、それ以外にも、乾燥した大豆をセラミックボール若しくはセラミック製粉砕機などで粉砕し、粉末化した試料も用いることができる。大豆加工品とは、前記乾燥大豆及び乾燥大豆を用いた加工品の他に、大豆に含まれる大豆蛋白質を加工した大豆蛋白加工品も含まれる。本発明の産地判別法では、かかる大豆蛋白加工品の産地を判別することができる。大豆蛋白加工品としては、大豆蛋白の原料となる脱脂大豆、このうち主に糖類と灰分を除去された濃縮大豆蛋白、蛋白質だけを分離された分離大豆蛋白等が例示できる。またかかる大豆蛋白質をさらに加工した粒状大豆蛋白と繊維状大豆蛋白も例示できる。農作物の栽培国及び地域には、特に制限はない。農作物は、その栽培国または地域の土壌由来で特有な元素量を示すことから、いかなる地域の農作物であってもよい。具体例を挙げれば、大豆の場合、大豆を生産する国または地域であればいかなる国又は、地域で生産された大豆であってもよい。例えば、アメリカ、ブラジル、アルゼンチン、中国、インド、またはカナダ産の大豆が例示できる。好ましくは、本発明の判別法を利用することで、日本産、アメリカ産または中国産大豆の栽培国または地域を特定することができる。

本発明の産地判別法は、前処理として農産物を有機物から無機物へと分解した後、誘導結合プラズマ質量分析装置にて元素濃度を測定し、得られた元素濃度の多変量解析により栽培国または地域を特定することができる。以下に各工程を詳述する。

本発明の質量分析に供する大豆及び大豆加工品の前処理には、マイクロ波酸分解、開放系酸分解、灰化、ケルダール法等を用いる。マイクロ波酸分解とは、大豆及び大豆加工品に硝酸、フッ化水素酸、過酸化水素等の酸を加え、高温・高圧化で分解することにより、有機物を無機物へと分解するものである。元素分析を行うにあたっては、コンタミネーション対策の為、器具等は全てポリプロピレン（ＰＰ）製又はポリエチレン（ＰＥ）製使い捨てを使用することが好ましい。また、硝酸等の試薬は原子吸光分析用やＥＬグレード等を用いることが好ましく、水は例えばミリポア社製Ｍｉｌｌｉ−Ｑによって作成した超純水を用いることが好ましい。

上記の前処理が施された大豆及び大豆加工品は、誘導結合プラズマ質量分析装置に供され、分析結果が得られる。得られた分析結果は、大豆及び大豆加工品のフィンガープリントであり得る。このフィンガープリントを数値データに変換して多変量解析が行われる。分析により得られる結果としては、シグナル強度などのスペクトルデータが挙げられる。

多変量解析としては、機器分析データの解析に、種々の解析ツールが採用される。例えば、ＰＣＡ（主成分分析：ｐｒｉｎｃｉｐａｌ ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ ａｎａｌｙｓｉｓ）、ＨＣＡ（階層クラスター分析：ｈｉｅｒａｒｃｈｉｃａｌ ｃｌｕｓｔｅｒ ａｎａｌｙｓｉｓ）、ＰＬＳ回帰分析（潜在的構造に対する射影：Ｐｒｏｊｅｃｔｉｏｎ ｔｏ Ｌａｔｅｎｔ Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ）、判別分析（ｄｉｓｃｒｉｍｉｎａｔｅ ａｎａｌｙｓｉｓ）などの種々の多変量ツールが挙げられる。これらの解析ツールは、ソフトウエアとして多数市販されており、任意のものが入手可能である。このような市販のツールは、一般的に、難しい数学・統計学の知識がなくても、多変量解析を行うことができるように操作マニュアルが備えられている。

例えば、大豆及び大豆加工品から有機物を無機物へ酸分解して誘導結合プラズマ質量分析装置で分析した場合、得られる分析結果は、シグナル強度、同位対比などがある。日本産、アメリカ産及び中国産の大豆を分析した結果を例示すると、日本産大豆は、アメリカ産大豆と比較して、Ｓｉ、Ｓｅ、Ｍｏ、が多く中国産大豆はアメリカ産大豆と比較して、Ｓｂ、Ａｓ、Ｂｉ、Ａｇ、Ｚｒ、Ｗ、Ｉ等の元素が多く含まれていることが分かった。得られた結果を大豆及び大豆加工品の産地判別に利用すれば、例えば、目的とする大豆及び大豆加工品と、産地の明らかな大豆及び大豆加工品をマイクロ波酸分解装置で分解した後、誘導結合プラズマ質量分析装置で分析を行い、主成分分析によりクラスタリングを行うことで、大豆及び大豆加工品の産地を判別することが出来る。

また、上記の方法によって得られる評価モデルは、データの蓄積により、精度が向上する。したがって、例えば、大豆中の各元素量がより明確になれば、産地未知の大豆の分析結果からフィンガープリントを得、このフィンガープリントに基づいて産地を判別することも可能となる。

以下に本発明の実施例を示し、本発明をより詳細に説明する。

［実施例１］
（試料の酸分解）
日本、アメリカ及び中国、原産国が異なる大豆を用いて分析を行った。分析に用いた大豆のサンプルNo.と原産国名を表１に示す。前記原産国が明確な大豆サンプルを、超純水により洗浄後、乾燥した大豆一粒を分析試料として用いた。大豆一粒をフッ素樹脂製試料分解容器に入れ、精秤後、濃硝酸 ７ｍｌと過酸化水素 １ｍｌ を添加し、マイクロ波試料分解装置 （マイルストーン製ＥＴＨＯＳ ＰＬＵＳ） で酸分解を実施した。分解後、超純水を用いて５０ｍｌへと定容したものを試料溶液とした。

（元素含有量の分析）
元素含有量の分析には、誘導結合プラズマ質量分析装置 （Ａｇｉｌｅｎｔ社製 ７７００ Ｓｅｒｉｅｓ ＩＣＰ−ＭＳ） を用いた。本発明における分析機器条件を表２に、各元素の分析条件を表３に示す。分析可能な元素を分析し、得られた結果を、各元素の定量値とした。

（多変量解析によるフィンガープリンティング）
次いで、この複雑なデータから重要な化合物および情報を明らかにするために、多変量解析を行った。多変量データ群中の類似性または相違性で表される関係を把握するために、主成分分析（ＰＣＡ）を選択した。産地が異なる大豆サンプルは、多変量解析の一種である主成分分析（ＰＣＡ）の結果であるＰＣＡスコアプロット上で分離できた。図１にＰＣＡスコアプロット、図２に主成分分析のもう一つの結果を表すローディングプロットを示す。ローディングプロット上には、今回分析した元素がプロットされている。ローディングプロットの中心から離れた場所にプロットされた元素は今回の主成分分析の結果に大きく影響を与える元素である。産地によって大豆の元素プロファイリングに差が生じることが示された。

ローディングプロットにより、Ｓｉ、Ｓｅ、Ｍｏ、Ｃｕ、Ｓｂ、Ａｓ、Ｂｉ、Ａｇ、Ｚｒ、Ｗ、Ｉの各元素が、産地間の分離に大きく寄与していることがわかった。寄与している元素の含有量を表４に示す。例えば、日本産大豆は、アメリカ産大豆と比較して、Ｓｉ、Ｓｅ、Ｍｏ、が多く、中国産大豆はアメリカ産大豆と比較して、Ｓｂ、Ａｓ、Ｂｉ、Ａｇ、Ｚｒ、Ｗ、Ｉ等の元素が多く含まれていることがわかった。これは、多変量解析が、大豆の産地判別に有用であり得ることを示した。

［実施例２］
（試料の酸分解）
日本、アメリカ及び中国、原産国が異なるきな粉を用いて分析を行った。分析に用いたきな粉のサンプルNo.と原産国名を表５に示す。原産国が明確な日本産、アメリカ産および中国産きな粉を分析試料として用いた。きな粉 ０．５ｇ をフッ素樹脂製試料分解容器に入れ、精秤後、濃硝酸 ７ｍｌと過酸化水素 １ｍｌ を添加し、マイクロ波試料分解装置 （マイルストーン製ＥＴＨＯＳ ＰＬＵＳ） で酸分解を実施した。分解は、実施例１と同様に実施し、分解後、超純水を用いて５０ｍｌへと定容したものを試料溶液とした。

（元素含有量の分析）
元素含有量の分析は、実施例１と同様に行った。

（多変量解析によるフィンガープリンティング）
産地が異なるきな粉のサンプルは、スコアプロット上で分離できた（図３）。産地によってきな粉の元素プロファイリングの差が示された。

［実施例３］
（試料の酸分解）
日本、アメリカ及び中国、原産国が異なる豆乳を用いて分析を行った。分析に用いた豆乳のサンプルNo.と原産国名を表６に示す。原産国が明確な日本産、アメリカ産および中国産豆乳を分析試料として用いた。豆乳０．５ｇ をフッ素樹脂製試料分解容器に入れ、精秤後、濃硝酸 ７ｍｌと過酸化水素 １ｍｌ を添加し、マイクロ波試料分解装置 （マイルストーン製ＥＴＨＯＳ ＰＬＵＳ） で酸分解を実施した。分解は、実施例１と同様に実施し、分解後、超純水を用いて５０ｍｌへと定容したものを試料溶液とした。

（元素含有量の分析）
元素含有量の分析は、実施例１と同様に行った。

（多変量解析によるフィンガープリンティング）
産地が異なる豆乳のサンプルは、スコアプロット上で分離できた（図４）。産地によって豆乳の元素プロファイリングの差が示された。

［実施例４］
（試料の酸分解）
アメリカ産及び中国産の、原産国が異なる脱脂大豆を用いて分析を行った。分析に用いた脱脂大豆のサンプルNo.と原産国名を表７に示す。原産国が明確なアメリカ産および中国産脱脂大豆を分析試料として用いた。脱脂大豆０．５ｇ をフッ素樹脂製試料分解容器に入れ、精秤後、濃硝酸 ７ｍｌと過酸化水素 １ｍｌ を添加し、マイクロ波試料分解装置 （マイルストーン製ＥＴＨＯＳ ＰＬＵＳ） で酸分解を実施した。分解は、実施例１と同様に実施し、分解後、超純水を用いて５０ｍｌへと定容したものを試料溶液とした。

（元素含有量の分析）
元素含有量の分析は、実施例１と同様に行った。

（多変量解析によるフィンガープリンティング）
産地が異なる脱脂大豆のサンプルは、スコアプロット上で分離できた（図５）。産地によって脱脂大豆の元素プロファイリングの差が示された。

［実施例５］
（試料の酸分解）
大豆に含まれる蛋白質を分離して得られる分離大豆蛋白質を用いて分析を行った。分析に用いたアメリカ産及び中国産の分離大豆蛋白質のサンプルNo.と原産国名を表８に示す。原産国が明確なアメリカ産および中国産分離大豆蛋白質を分析試料として用いた。分離大豆蛋白質０．５ｇ をフッ素樹脂製試料分解容器に入れ、精秤後、濃硝酸 ７ｍｌと過酸化水素 １ｍｌ を添加し、マイクロ波試料分解装置 （マイルストーン製ＥＴＨＯＳ ＰＬＵＳ） で酸分解を実施した。分解は、実施例１と同様に実施し、分解後、超純水を用いて５０ｍｌへと定容したものを試料溶液とした。

（元素含有量の分析）
元素含有量の分析は、実施例１と同様に行った。

（多変量解析によるフィンガープリンティング）
産地が異なる分離大豆蛋白質のサンプルは、スコアプロット上で分離できた（図６）。産地によって分離大豆蛋白質の元素プロファイリングの差が示された。

本発明によれば、大豆及び大豆加工品の栽培国または地域を、簡便かつ高い精度で判別することが可能である。すなわち、大豆及び大豆加工品を、マイクロ波酸分解装置で分解した後、誘導結合プラズマ質量分析装置によりスクリーニングすることによって、迅速且つ有益に産地判別し得る。

Claims (5)

1. 下記（Ａ）〜（Ｃ）の工程を含む、農作物の栽培国又は地域の判定方法。
   （Ａ）分析サンプルを誘導結合プラズマ質量分析装置で分析し結果を得る工程
   （Ｂ）前記得られた結果を下記１）より選択される１種以上の元素を用いて多変量解析する工程
   （Ｃ）前記得られた多変量解析の結果から栽培国または地域を判別する工程
   １）Li、Be、B、C、N、Na、Mg、Al、Si、P、S、Cl、K、Ca、Sc、Ti、V、Cr、Mn、
   Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Ga、Ge、As、Se、Br、Rb、Sr、Y、Zr、Nb、Mo、Ru、Rh、
   Pd、Ag、Cd、In、Sn、Sb、Te、I、Cs、Ba、La、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、
   Ho、Er、Tm、Yb、Lu、Hf、Ta、W、Re、Os、Ir、Pt、Au、Hg、Tl、Pb、Bi、Th、U
2. 農作物が大豆である、請求項１記載の判定方法。
3. 大豆が日本産、アメリカ産又は中国産である、請求項２記載の判定方法。
4. 下記（ａ）〜（ｄ）の工程を含む、大豆及び／又は大豆加工品の原料大豆の栽培国又は地域の判定方法。
   （ａ）大豆又は大豆加工品を無機物にする工程
   （ｂ）前記無機物とされた試料を誘導結合プラズマ質量分析装置で元素含有量を分析する工程
   （ｃ）前記分析で得られた下記２）より選択される１種以上の元素の量を元に多変量解析する工程
   （ｄ）前記得られた多変量解析の結果から栽培国または地域を判別する工程
   ２）Si、Se、Mo、Cu、Sb、As、Bi、Ag、Zr、W、I
5. 大豆及び／又は大豆加工品の原料大豆が日本産、アメリカ産又は中国産である、請求項４記載の判定方法。

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