JP2020112478A - Estimation method of fatty acid ester content - Google Patents

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拓矢 西澤
Takuya Nishizawa
拓矢 西澤
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Abstract

To highly accurately and easily estimate a fatty acid ester content of an estimation object specimen.SOLUTION: An estimation method of a fatty acid ester content comprises: a measurement step (a step S110) of measuring a near-infrared spectrum of a specimen in a measurement wavelength region including a wavelength region capable of measuring a combination tone of a fatty acid ester molecule; a quantitative determination step (a step S120) for quantitatively determining a content of the fatty acid ester as the specimen; a regression step (a step S130) of performing regression analysis by defining the near-infrared spectrum data measured in the measurement step as an explanatory variable and the fatty acid ester content data quantitatively determined in the quantitative determination method as an objective variable, and acquiring a regression equation; and an estimation step (a step S140) of measuring the near-infrared spectrum of the estimation object specimen, applying the measurement result of the near-infrared spectrum of the estimation object specimen to the regression equation acquired in the regression step, and estimating content of the fatty acid ester of the estimation object specimen.SELECTED DRAWING: Figure 2

Description

本発明は、例えばバイオディーゼル燃料などの液体中の脂肪酸エステル含有量の推定方法に関するものであり、特に、近赤外分光法を用いた推定対象試料の脂肪酸エステル含有量の推定方法に関する。 The present invention relates to a method for estimating a fatty acid ester content in a liquid such as biodiesel fuel, and particularly to a method for estimating a fatty acid ester content in a sample to be estimated using near infrared spectroscopy.

バイオディーゼル燃料は、油脂とアルコールとのエステル交換反応によって生成する脂肪酸エステルであり、トラックや発電機などのディーゼルエンジンに軽油の代替燃料として使用することができる。一般的に、バイオディーゼル燃料は、原料に動植物由来の油脂を使用する。このため、バイオディーゼル燃料の燃焼時に排出される二酸化炭素は、もともと大気中の二酸化炭素を固定化したものであるというカーボンニュートラルの考え方を適用することができる。つまり、バイオディーゼル燃料を軽油の代替燃料として使用することで、地球温暖化の原因とされている化石燃料の燃焼に由来する二酸化炭素の発生を抑制することができる。すなわち、バイオディーゼル燃料は環境配慮型燃料である。 Biodiesel fuel is a fatty acid ester produced by the transesterification reaction of fats and oils and alcohol, and can be used as an alternative fuel for diesel oil in diesel engines such as trucks and generators. In general, biodiesel fuel uses fats and oils derived from animals and plants as a raw material. Therefore, it is possible to apply the concept of carbon neutral that carbon dioxide emitted from combustion of biodiesel fuel is originally carbon dioxide fixed in the atmosphere. That is, by using biodiesel fuel as an alternative fuel for light oil, it is possible to suppress the generation of carbon dioxide derived from combustion of fossil fuel, which is a cause of global warming. That is, biodiesel fuel is an environmentally friendly fuel.

バイオディーゼル燃料は、油脂とアルコールとをエステル交換反応させることによって生成することができる。油脂として、例えば、菜種油、ヒマワリ油、パーム油、サフラワー油、ラード、など多種多様な動植物油及びそれらの使用済み油を使用できる。また、アルコールとして、例えば、メタノール、エタノール、プロパノール、ブタノール、オクタノールなどのアルコールを使用できる。日本国内では、原料コストを抑えるため、天ぷらなどで使用した使用済み油とメタノールからバイオディーゼル燃料を生成することが一般的となっている。 Biodiesel fuel can be produced by transesterification of fats and oils and alcohol. As the oils and fats, for example, a wide variety of animal and vegetable oils such as rapeseed oil, sunflower oil, palm oil, safflower oil, lard and their used oils can be used. As the alcohol, for example, alcohols such as methanol, ethanol, propanol, butanol, octanol and the like can be used. In Japan, it is common to produce biodiesel fuel from spent oil and methanol used in tempura etc. to reduce raw material costs.

バイオディーゼル燃料は、トラックや発電機等のディーゼルエンジンに使用するため安定した品質が求められる。このため、日本国内においては自動車燃料に使用するものに限りJISによる燃料品質の規格化(JIS K 2390:自動車燃料−混合用脂肪酸メチルエステル(FAME))がなされた。このJIS規格によるバイオディーゼル燃料の品質基準は全26項目にもおよび、全項目の分析は時間・費用が膨大にかかり日常の品質管理に用いることは難しい。したがって、バイオディーゼル燃料の純度そのものを表す脂肪酸エステル含有量のみを確認することが一般的な品質管理手法となっている。 Biodiesel fuel is required to have stable quality because it is used for diesel engines such as trucks and generators. Therefore, in Japan, standardization of fuel quality according to JIS (JIS K 2390: Automotive fuel-fatty acid methyl ester for mixing (FAME)) has been made only for those used for automobile fuel. The quality standard of biodiesel fuel according to this JIS standard covers 26 items in total, and analysis of all items is very time-consuming and difficult to use for daily quality control. Therefore, it is a general quality control method to confirm only the fatty acid ester content, which represents the purity itself of biodiesel fuel.

従来、脂肪酸エステル含有量を測定する場合、ガスクロマトグラフ装置を使用した分析を行うのが一般的である。しかしながら、ガスクロマトグラフ装置を使用して脂肪酸エステル含有量を測定する場合、1試料の分析に2時間程度の分析時間を要する。さらに、分析前に試料の希釈操作や分析条件の調整などを行う必要がある。したがって、より簡易的な分析手法が熱望されている。また、バイオディーゼル燃料製造事業者においては金銭的な理由からガスクロマトグラフ装置を所有しているケースは少なく、なおかつガスクロマトグラフ装置の使用には専門知識を有する分析技術者が必要である。このため、ガスクロマトグラフ分析法は、バイオディーゼル燃料の日常的な品質管理手法に適しているとは言えない。 Conventionally, when measuring a fatty acid ester content, it is common to perform analysis using a gas chromatograph. However, when measuring the fatty acid ester content using a gas chromatograph, analysis of one sample requires about 2 hours of analysis time. Further, it is necessary to dilute the sample and adjust the analysis conditions before the analysis. Therefore, a simpler analysis method is eagerly desired. In addition, biodiesel fuel manufacturers rarely own gas chromatographs for financial reasons, and an analytical engineer with specialized knowledge is required to use the gas chromatographs. Therefore, the gas chromatographic analysis method cannot be said to be suitable for the routine quality control method of biodiesel fuel.

近赤外分光法は、可視光線と中赤外線の中間にあたる800nmから2500nm付近の波長を持つ近赤外光の吸収特性を利用し、成分や理化学特性を調べる方法である。化学分析や物性測定などの特性値と近赤外吸収との相関をとり、解析を行うことで近赤外吸収から目的成分の定性・定量分析が可能となるため、煩雑な分析手法を近赤外分光法に置き換えることができる。例えば、近赤外分光法を利用した分析手法として、特許文献1には肉用牛の肉質を推定する方法が記載されており、特許文献2には冷凍すり身中の水分およびタンパク質を測定する方法が記載されており、特許文献3には植物油脂の遊離脂肪酸の定量方法が記載されている。 Near-infrared spectroscopy is a method of investigating the components and physicochemical properties by utilizing the absorption characteristics of near-infrared light having a wavelength of 800 nm to 2500 nm, which is between visible light and mid-infrared light. Correlation between characteristic values such as chemical analysis and physical property measurement and near-infrared absorption makes it possible to perform qualitative and quantitative analysis of target components from near-infrared absorption. It can be replaced by external spectroscopy. For example, as an analysis method using near-infrared spectroscopy, Patent Document 1 describes a method for estimating the meat quality of beef cattle, and Patent Document 2 describes a method for measuring water and protein in frozen surimi. Is described, and Patent Document 3 describes a method for quantifying free fatty acids in vegetable oils and fats.

特開2001−264249号公報JP 2001-264249 A 特開2008−89529号公報JP, 2008-89529, A 特開2015−135323号公報JP, 2005-135323, A

上記のように、従来技術として、ガスクロマトグラフ分析法を用いて脂肪酸エステル含有量を測定する方法があるが、高額な分析装置や機器分析に精通した技術者が必要である。このため、バイオディーゼル燃料の品質管理などにおいて既存のガスクロマトグラフ分析法を用いた分析手法に替わる迅速かつ簡便な脂肪酸エステル含有量の測定手法を提供することが求められている。 As described above, as a conventional technique, there is a method of measuring a fatty acid ester content using a gas chromatographic analysis method, but an engineer who is familiar with expensive analyzers and instrumental analysis is required. Therefore, it is required to provide a quick and simple method for measuring the content of fatty acid ester, which is an alternative to the existing analysis method using the gas chromatographic analysis method in quality control of biodiesel fuel.

一方、近赤外分光装置は比較的安価な値段での取得が可能であり、ガスクロマトグラフ分析法で行うような試料の希釈操作や分析条件の調整などの必要はなく、迅速かつ簡便に対象試料の定性・定量分析が可能である。しかしながら、脂肪酸エステル含有量の推定に近赤外分光法を使用する技術は未だ検討されていない。 On the other hand, the near-infrared spectroscope can be acquired at a relatively low price, and there is no need to dilute the sample or adjust the analysis conditions as with gas chromatographic analysis. Qualitative and quantitative analysis of is possible. However, a technique using near-infrared spectroscopy for estimating the fatty acid ester content has not yet been investigated.

バイオディーゼル燃料の品質基準はとても厳しく、このため、脂肪酸エステル含有量の推定には高い精度が要求される。このため、例えば、特許文献3に記載されるような植物油脂の遊離脂肪酸の定量方法における精度では不十分な場合がある。詳細には、特許文献3における相関係数(決定係数)は、表2に表されるように0.708から0.978であり、総じて、脂肪酸エステル含有量の推定に用いるには不十分である。 The quality standards of biodiesel fuel are very strict, which requires high accuracy in estimating the fatty acid ester content. Therefore, for example, the accuracy of the method for quantifying the free fatty acid of vegetable oil as described in Patent Document 3 may not be sufficient. Specifically, the correlation coefficient (coefficient of determination) in Patent Document 3 is 0.708 to 0.978 as shown in Table 2, and is generally insufficient for use in estimating the fatty acid ester content. is there.

そこで、本発明者らは、バイオディーゼル燃料の品質管理において既存のガスクロマトグラフ分析法を用いた分析手法に替わる迅速かつ簡便な脂肪酸エステル含有量の測定手法に関し鋭意検討を行った結果、所定の条件で近赤外分光法を利用することで、高い精度で脂肪酸エステル含有量の推定できることを確認した。そして、該所定の条件で近赤外分光法を利用することで得られた近赤外スペクトルに対して適切なスペクトル処理を施し回帰分析を行うことで、ガスクロマトグラフ分析法定量値と高い相関がある検量線を得られることを確認した。 Therefore, the inventors of the present invention have earnestly studied about a method for measuring a fatty acid ester content in a quick and simple manner, which is an alternative to an analysis method using an existing gas chromatographic analysis method in the quality control of biodiesel fuel. It was confirmed that the fatty acid ester content can be estimated with high accuracy by using near infrared spectroscopy. Then, by performing an appropriate spectral processing on the near infrared spectrum obtained by using the near infrared spectroscopy under the predetermined condition and performing regression analysis, a high correlation with the gas chromatographic analysis quantitative value is obtained. It was confirmed that a certain calibration curve could be obtained.

本発明の目的は、推定対象試料の脂肪酸エステル含有量を高精度で簡単に推定することである。 An object of the present invention is to easily and accurately estimate the fatty acid ester content of a sample to be estimated.

上記課題を解決するための本発明の第1の態様の脂肪酸エステル含有量の推定方法は、脂肪酸エステル分子の結合音を観測可能な波長領域を含む測定波長領域において試料の近赤外スペクトルを測定する測定工程と、前記試料の脂肪酸エステルの含有量を定量する定量工程と、前記測定工程で測定された近赤外スペクトルのデータを説明変数とし、前記定量工程で定量された脂肪酸エステルの含有量のデータを目的変数として、回帰分析して回帰式を得る回帰工程と、推定対象試料の近赤外スペクトルを測定し、該推定対象試料の近赤外スペクトルの測定結果を前記回帰工程で得られた前記回帰式に適用することで、前記推定対象試料の脂肪酸エステル含有量を推定する推定工程と、を有することを特徴とする。 A method for estimating a fatty acid ester content of a first aspect of the present invention for solving the above-mentioned problems is to measure a near infrared spectrum of a sample in a measurement wavelength region including a wavelength region in which a bond sound of a fatty acid ester molecule can be observed. Measuring step to quantify, the quantitative step of quantifying the content of the fatty acid ester of the sample, the content of the near-infrared spectrum measured in the measuring step as an explanatory variable, the content of the fatty acid ester quantified in the quantitative step Using the data of as a target variable, a regression step of performing a regression analysis to obtain a regression equation, measuring the near-infrared spectrum of the estimation target sample, and obtaining the measurement result of the near-infrared spectrum of the estimation target sample in the regression step. And an estimation step of estimating the fatty acid ester content of the estimation target sample by applying the regression equation.

本態様によれば、一度回帰式を得ることができれば、ガスクロマトグラフ分析法を使用せずに、近赤外分光法のみで、推定対象試料の脂肪酸エステル含有量の高精度の推定が可能になる。そして、例えばバイオディーゼル燃料中の脂肪酸エステル含有量の推定が数分で行えるようになり、従来のガスクロマトグラフ分析法の所用時間(2時間程度)と比較し測定時間が格段に短くなる。また、近赤外分光法は試料の希釈や分析条件の調整が必要ないため、迅速かつ簡便に測定することができる。こうして、本態様の脂肪酸エステル含有量の推定方法を、製品の製造・出荷・受入・利用時などにおける日常的な品質管理手法として利用することにより、安定した品質のバイオディーゼル燃料などの取扱いが可能となる。 According to this aspect, once the regression equation can be obtained, it is possible to estimate the fatty acid ester content of the estimation target sample with high accuracy only by near-infrared spectroscopy without using gas chromatographic analysis. .. Then, for example, the fatty acid ester content in the biodiesel fuel can be estimated in a few minutes, and the measurement time is significantly shorter than the required time (about 2 hours) of the conventional gas chromatographic analysis method. In addition, near-infrared spectroscopy does not require dilution of a sample or adjustment of analysis conditions, and therefore can perform measurement quickly and easily. In this way, by using the fatty acid ester content estimation method of this embodiment as a daily quality control method at the time of manufacturing, shipping, receiving, and using products, stable quality biodiesel fuel can be handled. Becomes

本発明の第2の態様の脂肪酸エステル含有量の推定方法は、前記第1の態様において、前記測定波長領域は、2000nm以上2500nm以下の波長領域を含むことを特徴とする。 The method for estimating a fatty acid ester content according to the second aspect of the present invention is characterized in that, in the first aspect, the measurement wavelength region includes a wavelength region of 2000 nm or more and 2500 nm or less.

一般的に脂肪酸エステル分子の結合音を観測可能な波長領域は2000nm以上2500nm以下の波長領域であるので、本態様によれば、推定対象試料の脂肪酸エステル含有量を高精度で簡単に推定することができる。 In general, the wavelength region in which the bond sound of the fatty acid ester molecule can be observed is a wavelength region of 2000 nm or more and 2500 nm or less. Therefore, according to this aspect, the fatty acid ester content of the estimation target sample can be easily estimated with high accuracy. You can

本発明の第3の態様の脂肪酸エステル含有量の推定方法は、前記第2の態様において、前記測定波長領域は、2000nm以上2500nm以下の波長領域の範囲内のみであることを特徴とする。 The method for estimating a fatty acid ester content according to a third aspect of the present invention is characterized in that, in the second aspect, the measurement wavelength region is only within a wavelength region of 2000 nm or more and 2500 nm or less.

本態様によれば、脂肪酸エステル分子の結合音を観測可能な波長領域以外の領域が測定波長領域に多く含まれることを抑制でき、脂肪酸エステル含有量の推定精度の低下を抑制できる。 According to this aspect, it is possible to prevent a region other than the wavelength region in which the binding sound of the fatty acid ester molecule can be observed from being included in the measurement wavelength region in a large amount, and to suppress a decrease in estimation accuracy of the fatty acid ester content.

本発明の第4の態様の脂肪酸エステル含有量の推定方法は、前記第2または第3の態様において、前記測定波長領域は、2250±10nm、2260±10nm、2310±10nm、2330±10nm、2350±10nm及び2370±10nmの少なくともいずれか1つを含むことを特徴とする。 In the method for estimating the fatty acid ester content according to the fourth aspect of the present invention, in the second or third aspect, the measurement wavelength region is 2250±10 nm, 2260±10 nm, 2310±10 nm, 2330±10 nm, 2350. At least one of ±10 nm and 2370±10 nm is included.

本態様によれば、脂肪酸エステル分子の結合音を観測可能な波長領域を効果的に含むことができ、脂肪酸エステル含有量の推定精度の低下を抑制できる。 According to this aspect, it is possible to effectively include the wavelength region in which the bond sound of the fatty acid ester molecule can be observed, and it is possible to suppress a decrease in estimation accuracy of the fatty acid ester content.

本発明の第5の態様の脂肪酸エステル含有量の推定方法は、前記第1から第4のいずれか1つの態様において、前記試料及び前記推定対象試料の近赤外スペクトルの測定は、透過測定法及び拡散反射測定法のいずれかを用いて行われることを特徴とする。 A method for estimating a fatty acid ester content according to a fifth aspect of the present invention is the method for measuring near-infrared spectra of the sample and the estimation target sample according to any one of the first to fourth aspects, wherein a transmission measurement method is used. And a diffuse reflectance measurement method.

本態様によれば、透過測定法及び拡散反射測定法のいずれかを用いて試料及び推定対象試料の近赤外スペクトルの測定を行って、脂肪酸エステル含有量を推定できる。 According to this aspect, the fatty acid ester content can be estimated by measuring the near-infrared spectrum of the sample and the sample to be estimated using either the transmission measurement method or the diffuse reflection measurement method.

本発明の第6の態様の脂肪酸エステル含有量の推定方法は、前記第1から第5のいずれか1つの態様において、前記回帰工程では、前記測定工程で測定された近赤外スペクトルのデータに対して微分処理を適用してから説明変数とすることを特徴とする。 The method for estimating the fatty acid ester content according to the sixth aspect of the present invention is the method for estimating the fatty acid ester content according to any one of the first to fifth aspects, wherein in the regression step, the data of the near-infrared spectrum measured in the measurement step is used. On the other hand, it is characterized in that the differential processing is applied and then used as an explanatory variable.

本態様によれば、測定工程で測定された近赤外スペクトルのデータに対して微分処理を適用することで、簡単に外乱を除外でき、高い精度で脂肪酸エステル含有量を推定できる。 According to this aspect, by applying the differential processing to the data of the near-infrared spectrum measured in the measurement step, the disturbance can be easily excluded and the fatty acid ester content can be estimated with high accuracy.

本発明の第7の態様の脂肪酸エステル含有量の推定方法は、前記第1から第6のいずれか1つの態様において、前記回帰分析は、部分的最小二乗回帰分析であることを特徴とする。 The method for estimating a fatty acid ester content according to the seventh aspect of the present invention is characterized in that, in any one of the first to sixth aspects, the regression analysis is a partial least squares regression analysis.

本態様によれば、回帰分析を部分的最小二乗回帰分析とすることで、高い精度で脂肪酸エステル含有量を推定できる。 According to this aspect, the fatty acid ester content can be estimated with high accuracy by using the partial least squares regression analysis as the regression analysis.

本発明の第8の態様の脂肪酸エステル含有量の推定方法は、前記第1から第7のいずれか1つの態様において、前記脂肪酸エステルは、オレイン酸アルキル、リノール酸アルキル及びリノレン酸アルキルの少なくとも1つを含むことを特徴とする。 The method for estimating a fatty acid ester content according to an eighth aspect of the present invention is the method according to any one of the first to seventh aspects, wherein the fatty acid ester is at least one of alkyl oleate, alkyl linoleate and alkyl linolenate. It is characterized by including one.

本態様によれば、高い精度で脂肪酸エステル含有量を推定できる。 According to this aspect, the fatty acid ester content can be estimated with high accuracy.

波長領域800nmから2500nmにおけるオレイン酸メチルの近赤外スペクトルである。It is a near-infrared spectrum of methyl oleate in a wavelength range of 800 nm to 2500 nm. 本発明の脂肪酸エステル含有量の推定方法の一例を表すフローチャート。The flowchart showing an example of the estimation method of fatty acid ester content of this invention. 実施例1における回帰分析の際のガスクロマトグラフ分析定量値と近赤外スペクトル推定値の相関を示す図である。5 is a diagram showing a correlation between a gas chromatographic analysis quantitative value and a near infrared spectrum estimated value at the time of regression analysis in Example 1. FIG. 実施例2における回帰分析の際のガスクロマトグラフ分析定量値と近赤外スペクトル推定値の相関を示す図である。5 is a diagram showing a correlation between a gas chromatographic analysis quantitative value and a near-infrared spectrum estimated value at the time of regression analysis in Example 2. FIG. 実施例3における回帰分析の際のガスクロマトグラフ分析定量値と近赤外スペクトル推定値の相関を示す図である。8 is a diagram showing a correlation between a gas chromatographic analysis quantitative value and a near infrared spectrum estimated value at the time of regression analysis in Example 3. FIG. 参考例1における回帰分析の際のガスクロマトグラフ分析定量値と近赤外スペクトル推定値の相関を示す図である。FIG. 5 is a diagram showing a correlation between a gas chromatographic analysis quantitative value and a near infrared spectrum estimated value at the time of regression analysis in Reference Example 1. 参考例2における回帰分析の際のガスクロマトグラフ分析定量値と近赤外スペクトル推定値の相関を示す図である。7 is a diagram showing a correlation between a gas chromatographic analysis quantitative value and a near infrared spectrum estimated value at the time of regression analysis in Reference Example 2. FIG.

以下に、本発明の脂肪酸エステル含有量の推定方法について詳細に説明する。 The method for estimating the fatty acid ester content of the present invention will be described in detail below.

[脂肪酸エステル]
本発明の脂肪酸エステルは、例えば、バイオディーゼル燃料として使用できる。ここで、本発明における脂肪酸エステルは、油脂とアルコールのエステル化合物であれば特に限定されない。油脂としては、例えば、アマニ油、ヒマワリ油、桐油、サフラワー油、綿実油、トウモロコシ油、大豆油、カノーラ油、菜種油、ゴマ油、米油、オリーブ油、落花生油、ヒマシ油、カカオ脂、パーム油、パーム核油、ヤシ油、ミフクラギ油、スナバコノキ油、クルカス油、牛脂、豚脂、乳脂、魚油等の動植物油脂及びそれらの使用済み油が挙げられる。また、アルコールとしては、例えば、メタノール、エタノール、プロパノール、ブタノール、ペンタノール、ヘキサノール等が挙げられる。
[Fatty acid ester]
The fatty acid ester of the present invention can be used, for example, as a biodiesel fuel. Here, the fatty acid ester in the present invention is not particularly limited as long as it is an ester compound of oil and fat and alcohol. Examples of fats and oils include linseed oil, sunflower oil, tung oil, safflower oil, cottonseed oil, corn oil, soybean oil, canola oil, rapeseed oil, sesame oil, rice oil, olive oil, peanut oil, castor oil, cocoa butter, palm oil, Examples thereof include animal and vegetable oils and fats such as palm kernel oil, coconut oil, honeywort oil, linden oil, curcas oil, beef tallow, lard, milk fat and fish oil, and used oils thereof. Examples of alcohols include methanol, ethanol, propanol, butanol, pentanol, and hexanol.

また、本発明の脂肪酸エステルは、上記で挙げられた油脂及びアルコールのエステル化合物であり、アルカリ触媒法、酸触媒法、リパーゼ法、超臨界アルコール法、イオン交換樹脂法などによるエステル交換反応などによって生成することができる。 Further, the fatty acid ester of the present invention is an ester compound of the oils and fats and alcohols mentioned above, and by an ester exchange reaction by an alkali catalyst method, an acid catalyst method, a lipase method, a supercritical alcohol method, an ion exchange resin method, or the like. Can be generated.

[近赤外スペクトルを得る方法]
近赤外スペクトルを得る方法として近赤外分光装置を用いることができる。近赤外分光装置の仕様に制限はないが、透過測定法及び拡散反射測定法のいずれかを用いることができるものが好ましい。近赤外分光装置の光源としては、熱輻射光源、LED光源、半導体レーザー光源、固体レーザー光源、スーパーコンティニュアム光源を使用できる。光源としては、安価で安定な熱輻射光源を用いているものが好ましい。近赤外分光装置の分光方式としては、フィルター型分光方式、分散型分光方式、フーリエ変換型分光方式を使用できる。分光方式としては、分散型分光方式を用いているものが好ましい。近赤外分光装置の検出器としては、シリコンフォトダイオード、インジウムガリウムヒ素、硫化鉛、光電子増倍管、イメージセンサーを使用できる。検出器としては、インジウムガリウムヒ素検出器を用いているものが好ましい。
[Method of obtaining near infrared spectrum]
A near infrared spectroscope can be used as a method for obtaining a near infrared spectrum. The specifications of the near-infrared spectroscopic device are not limited, but those capable of using either the transmission measurement method or the diffuse reflection measurement method are preferable. As the light source of the near infrared spectroscopic device, a heat radiation light source, an LED light source, a semiconductor laser light source, a solid-state laser light source, or a supercontinuum light source can be used. As the light source, an inexpensive and stable thermal radiation light source is preferably used. As a spectral method of the near infrared spectroscopic device, a filter spectral method, a dispersion spectral method, and a Fourier transform spectral method can be used. As the spectroscopic method, a method using a dispersed spectroscopic method is preferable. A silicon photodiode, indium gallium arsenide, lead sulfide, a photomultiplier tube, or an image sensor can be used as the detector of the near-infrared spectroscopic device. The detector preferably uses an indium gallium arsenide detector.

近赤外分光法のような吸収分光法において分子の吸収スペクトルが観測されるのは、ある波長域の光を分子に照射すると、その分子は特定の波長の光を吸収し、低いエネルギー状態から高いエネルギー状態に遷移するからである。近赤外領域では電子遷移、振動遷移の結合音、振動遷移の倍音が観測できる。脂肪酸エステルの分子の吸収ピークは図1に示すように、2000nmから2500nmの近赤外領域に結合音、1500nmから2000nmの近赤外領域に第一倍音、1000nmから1500nmの近赤外領域に第二倍音がブロードなバンドとして観測できる。 The absorption spectrum of a molecule is observed in absorption spectroscopy such as near-infrared spectroscopy because when a molecule is irradiated with light in a certain wavelength range, the molecule absorbs light of a specific wavelength and changes from a low energy state. This is because it transits to a high energy state. In the near infrared region, electronic transitions, coupled sounds of vibrational transitions, and harmonics of vibrational transitions can be observed. As shown in FIG. 1, the absorption peak of the fatty acid ester molecule has a coupling sound in the near infrared region of 2000 nm to 2500 nm, a first overtone in the near infrared region of 1500 nm to 2000 nm, and a first harmonic in the near infrared region of 1000 nm to 1500 nm. The second harmonic can be observed as a broad band.

近赤外分光法によって得られた近赤外スペクトルは、装置の仕様、測定条件、試料の状態などによってノイズやベースライン変動が測定スペクトルに加わることで分析精度を低下させてしまう場合がある。このため、真の情報以外の外乱を取り除くためにスペクトル処理を行うことが望ましい。スペクトル処理としては、クベルカームンク変換、微分スペクトル処理、差スペクトル処理、SNV(standard normal variate)処理、MSC(multiplicative scatter correction)処理などが使用できる。このうち、ノイズ除去、ベースライン変動の補正、吸収バンド分割の処理が一度に行える微分スペクトル処理を用いることが、精度及び容易性の観点などから好ましい。 The near-infrared spectrum obtained by near-infrared spectroscopy may reduce the accuracy of analysis due to noise and baseline fluctuations added to the measured spectrum depending on the device specifications, measurement conditions, sample conditions, and the like. Therefore, it is desirable to perform spectrum processing in order to remove disturbances other than true information. As the spectrum processing, Kubelker-Munk conversion, differential spectrum processing, difference spectrum processing, SNV (standard normal vary) processing, MSC (multiplicative scatter correction) processing and the like can be used. Of these, it is preferable to use differential spectrum processing that can perform noise removal, correction of baseline fluctuation, and absorption band division processing all at once from the viewpoint of accuracy and easiness.

[脂肪酸エステルの含有量の定量方法]
試料中の脂肪酸エステルの含有量の定量方法としては、ガスクロマトグラフ分析法を使用できる。以下に、ガスクロマトグラフ分析法を使用した一般的な分析方法の一例を説明する。
[Method for quantifying content of fatty acid ester]
A gas chromatographic analysis method can be used as a method for quantifying the content of the fatty acid ester in the sample. Hereinafter, an example of a general analysis method using a gas chromatographic analysis method will be described.

分離カラムとして内径0.25mm程度で固定相がポリエチレングリコールのキャピラリーカラムを使用し、検出器としてFID検出器を使用し、キャリアガスとしてヘリウムを使用し、試料気化室温度を240℃程度とし、カラム温度を200℃程度とし、検出器温度を250℃程度とし、分析を行う。ガスクロマトグラフ分析法によって得られた試料ピーク面積と内標準ピーク面積から脂肪酸エステル含有量を定量する。ここで、内標準としてはヘプタデカン酸メチルを使用する。なお、分析試料の粘度が高い場合は適宜希釈をすることが望ましく、希釈溶液としては例えばヘプタンを好ましく用いることができる。 A capillary column with an inner diameter of about 0.25 mm and a stationary phase of polyethylene glycol is used as a separation column, a FID detector is used as a detector, helium is used as a carrier gas, and the sample vaporization chamber temperature is set to about 240° C. Is about 200° C., the detector temperature is about 250° C., and analysis is performed. The fatty acid ester content is quantified from the sample peak area and the internal standard peak area obtained by the gas chromatographic analysis method. Here, methyl heptadecanoate is used as an internal standard. In addition, when the viscosity of the analysis sample is high, it is desirable to appropriately dilute, and heptane, for example, can be preferably used as the diluting solution.

[回帰分析]
近赤外スペクトルは、試料の厚みや密度といった物理的な特性を反映しやすく、スペクトルのベースラインが変動しやすい。したがって近赤外スペクトルの形状は複雑なものになり、脂肪酸エステル含有量の推定には大量の数値データの演算が必要となる。そこで、回帰分析としては、数学・統計学的な技法であるケモメトリックスを活用した解析手法である主成分回帰分析、部分的最小二乗回帰分析であるPLS(partial least squares)回帰分析を用いることができる。このうち、PLS回帰分析を用いることが精度などの点から好ましい。
[regression analysis]
The near-infrared spectrum easily reflects physical characteristics such as the thickness and density of the sample, and the baseline of the spectrum easily changes. Therefore, the shape of the near infrared spectrum becomes complicated, and a large amount of numerical data must be calculated to estimate the fatty acid ester content. Therefore, as the regression analysis, it is possible to use a principal component regression analysis which is an analysis method utilizing chemometrics which is a mathematical/statistical technique, and a PLS (partial least squares) regression analysis which is a partial least squares regression analysis. it can. Among these, it is preferable to use PLS regression analysis from the viewpoint of accuracy and the like.

解析に用いる波長領域のスペクトルデータを説明変数、脂肪酸エステル含有量の定量値を目的変数として回帰分析することで、脂肪酸エステル含有量と関係するスペクトルを因子として決定し回帰式を得ることができる。得られた回帰式は予測精度を評価する必要があり、検量線の誤差の二乗平均平方根(RMSE)、相関係数、決定係数などを評価指標として用いることができる。RMSEは0に近づくほど、相関係数と決定係数は1に近づくほど検量線としての評価が高いことになる。 By performing a regression analysis using the spectrum data in the wavelength region used for the analysis as an explanatory variable and the quantitative value of the fatty acid ester content as an objective variable, the spectrum related to the fatty acid ester content can be determined as a factor to obtain a regression equation. It is necessary to evaluate the prediction accuracy of the obtained regression equation, and the root mean square (RMSE) of the error of the calibration curve, the correlation coefficient, the coefficient of determination, etc. can be used as the evaluation index. The closer the RMSE is to 0, and the closer the correlation coefficient and the determination coefficient are to 1, the higher the evaluation as the calibration curve.

脂肪酸エステル含有量を推定する対象試料である推定対象試料の近赤外スペクトルデータに上記回帰分析で得られた回帰式を適用することで、推定対象試料の脂肪酸エステル含有量を推定することができる。つまり、一度回帰式を得ることができれば、従来法であるガスクロマトグラフ法を使用せずに近赤外スペクトルの値から試料中の脂肪酸エステル含有量を知ることが可能となる。このため、迅速で簡便な脂肪酸エステル含有量の測定手法を提供することができる。なお、推定対象試料の近赤外スペクトル測定時には、回帰式を得た時と同様の近赤外スペクトル測定装置、測定方法、解析方法を使用することが好ましい。 The fatty acid ester content of the estimation target sample can be estimated by applying the regression equation obtained by the above regression analysis to the near-infrared spectrum data of the estimation target sample which is the target sample for estimating the fatty acid ester content. .. That is, once the regression equation can be obtained, it is possible to know the fatty acid ester content in the sample from the value of the near infrared spectrum without using the conventional gas chromatography method. Therefore, it is possible to provide a quick and simple method for measuring the fatty acid ester content. When measuring the near-infrared spectrum of the sample to be estimated, it is preferable to use the same near-infrared spectrum measuring apparatus, measurement method, and analysis method as when the regression equation was obtained.

[本発明の脂肪酸エステル含有量の推定方法の一例]
ここで、図2のフローチャートを参照し、本発明の脂肪酸エステル含有量の推定方法の一例についてまとめる。
[Example of method for estimating fatty acid ester content of the present invention]
Here, an example of the method for estimating the fatty acid ester content of the present invention will be summarized with reference to the flowchart in FIG.

最初に、ステップS110の測定工程で、脂肪酸エステル分子の結合音を観測可能な波長領域を含む測定波長領域において試料の近赤外スペクトルを測定する。なお、このときに使用される試料は、推定対象試料そのもののうちの1つなどであってもよいが、推定対象試料とは別の試料であってもよい。
次に、ステップS120の定量工程で、試料の脂肪酸エステルの含有量をガスクロマトグラフ分析法などを用いて定量する。
次に、ステップS130の回帰工程で、測定工程(ステップS110)で測定された近赤外スペクトルのデータを説明変数とし、定量工程(ステップS120)で定量された脂肪酸エステルの含有量のデータを目的変数として、回帰分析して回帰式を得る。
そして、ステップS140の推定工程で、推定対象試料の近赤外スペクトルを測定し、該推定対象試料の近赤外スペクトルの測定結果を回帰工程(ステップS130)で得られた回帰式に適用することで、推定対象試料の脂肪酸エステル含有量を推定する。
First, in the measurement step of step S110, the near-infrared spectrum of the sample is measured in the measurement wavelength region including the wavelength region in which the bond sound of the fatty acid ester molecule can be observed. The sample used at this time may be one of the estimation target sample itself or the like, but may be a sample different from the estimation target sample.
Next, in the quantification step of step S120, the content of the fatty acid ester in the sample is quantified using a gas chromatographic analysis method or the like.
Next, in the regression step of step S130, the data of the near-infrared spectrum measured in the measurement step (step S110) is used as an explanatory variable, and the data of the content of the fatty acid ester quantified in the quantification step (step S120) is used as an object. As a variable, regression analysis is performed to obtain a regression formula.
Then, in the estimation step of step S140, the near-infrared spectrum of the estimation target sample is measured, and the measurement result of the near-infrared spectrum of the estimation target sample is applied to the regression equation obtained in the regression step (step S130). Then, the fatty acid ester content of the sample to be estimated is estimated.

上記の脂肪酸エステル含有量の推定方法を実行すれば、一度回帰式を得ることで、ガスクロマトグラフ分析法を使用せずに、近赤外分光法のみで、推定対象試料の脂肪酸エステル含有量の高精度の推定が可能になる。そして、例えばバイオディーゼル燃料中の脂肪酸エステル含有量の推定が数分で行えるようになり、従来のガスクロマトグラフ分析法の所用時間(2時間程度)と比較し測定時間が格段に短くなる。また、近赤外分光法は試料の希釈や分析条件の調整が必要ないため、迅速かつ簡便に測定することができる。こうして、本態様の脂肪酸エステル含有量の推定方法を、製品の製造・出荷・受入・利用時などにおける日常的な品質管理手法として利用することにより、安定した品質のバイオディーゼル燃料などの取扱いが可能となる。
〈実施例〉
If the above method for estimating the fatty acid ester content is performed, once the regression formula is obtained, the near-infrared spectroscopy alone can be used to obtain a high fatty acid ester content of the estimation target sample without using the gas chromatographic analysis method. The accuracy can be estimated. Then, for example, the fatty acid ester content in the biodiesel fuel can be estimated in a few minutes, and the measurement time is significantly shorter than the required time (about 2 hours) of the conventional gas chromatographic analysis method. In addition, near-infrared spectroscopy does not require dilution of a sample or adjustment of analysis conditions, and therefore can perform measurement quickly and easily. In this way, by using the fatty acid ester content estimation method of this embodiment as a daily quality control method at the time of manufacturing, shipping, receiving, and using products, stable quality biodiesel fuel can be handled. Becomes
<Example>

以下に、具体的な実施例について説明する。ただし、本発明は、以下の実施例に限定されない。
〈実施例1〉
Specific examples will be described below. However, the present invention is not limited to the following examples.
<Example 1>

本実施例では、油脂と脂肪酸エステルを混合したものを試料とし、脂肪酸エステル含有量の推定を行った。油脂としてトリオレイン、脂肪酸エステルとしてオレイン酸メチルを使用し、混合組成を変えた11種類の試料を作成した。試料の脂肪酸エステル含有量をガスクロマトグラフ分析法で定量したところ、それぞれ0.0%、9.6%、17.6%、27.8%、36.2%、46.6%、54.1%、64.7%、74.7%、83.1%、91.5%であった。 In this example, a mixture of oil and fat and fatty acid ester was used as a sample to estimate the fatty acid ester content. Triolein was used as the oil and fat, and methyl oleate was used as the fatty acid ester, and 11 kinds of samples having different mixed compositions were prepared. When the fatty acid ester content of the sample was quantified by the gas chromatographic analysis method, it was 0.0%, 9.6%, 17.6%, 27.8%, 36.2%, 46.6%, 54.1, respectively. %, 64.7%, 74.7%, 83.1%, 91.5%.

次に試料の近赤外スペクトルを測定した。スペクトルの測定はガラス製カップに試料を入れ反射板で蓋をし、近赤外スペクトル測定装置であるSpectraStar 2500XL−R(ビーエルテック株式会社製)を用いて波長領域800nmから2500nmにおける近赤外スペクトルを測定した。SpectraStar 2500XL−Rにおける測定方法は透過測定法である。また、SpectraStar 2500XL−Rにおいては、光源として熱輻射光源のであるハロゲンタングステンランプ、分光方式として回折格子による分散型分光方式、検出器としてインジウムガリウムヒ素検出器を使用している。 Next, the near infrared spectrum of the sample was measured. The spectrum is measured by putting the sample in a glass cup, covering the lid with a reflector, and using a near infrared spectrum measuring device, SpectraStar 2500XL-R (manufactured by BE TEC Co., Ltd.), in the near infrared spectrum in a wavelength range of 800 nm to 2500 nm. Was measured. The measurement method in SpectraStar 2500XL-R is a transmission measurement method. Further, in the SpectraStar 2500XL-R, a halogen tungsten lamp which is a thermal radiation light source is used as a light source, a dispersion type spectral method using a diffraction grating is used as a spectroscopic method, and an indium gallium arsenide detector is used as a detector.

上記試料の測定によって得られた近赤外スペクトルは、ベースライン変動、測定装置のノイズ、ピークの重なり等が発生していた。このため、多変量解析ソフトThe Unscramller X(株式会社カモソフトウェアジャパン製)を用いて、二次微分処理によるスペクトル処理を適用し外乱を除外した微分スペクトルを得た。なお、二次微分処理の条件としては、サビツキーゴーレイ法を使用し、微分の次数を2、多項式の次数を2、平滑化データ点数を21とした。 In the near-infrared spectrum obtained by the measurement of the above sample, baseline fluctuation, noise of the measuring device, peak overlap, and the like occurred. Therefore, the multivariate analysis software The Unscrmller X (manufactured by Camo Software Japan Co., Ltd.) was used to apply the spectrum processing by the second derivative processing to obtain the derivative spectrum excluding the disturbance. As the conditions for the second-order differential processing, the Savitzky-Golay method was used, the differential order was 2, the polynomial order was 2, and the smoothed data score was 21.

微分スペクトルを説明変数、ガスクロマトグラフ法で定量した脂肪酸エステル含有量を目的変数とし、上記多変量解析ソフトを用いてPLS回帰分析を行い、近赤外スペクトルデータから脂肪酸エステル含有量を推定する回帰式を得た。図3は、回帰分析の結果であり、検量線作成の決定係数:0.998、誤差の二乗平均平方根(RMSE):1.277、検量線検定の決定係数:0.998、RMSE:1.563であり、十分な予測精度であった。 A differential equation is used as an explanatory variable, and a fatty acid ester content quantified by a gas chromatographic method is used as an objective variable. PLS regression analysis is performed using the above multivariate analysis software, and a regression equation for estimating a fatty acid ester content from near-infrared spectrum data. Got FIG. 3 shows the results of regression analysis. The coefficient of determination for creating the calibration curve: 0.998, the root mean square (RMSE) of the error: 1.277, the coefficient of determination for the calibration curve test: 0.998, RMSE: 1. 563, which was a sufficient prediction accuracy.

推定対象試料を6種類用意し、脂肪酸エステル含有量の推定を行った。推定対象試料には脂肪酸エステルを含有している試料3種類(推定対象試料1、推定対象試料2及び推定対象試料3)と脂肪酸エステルを含有しない試料3種類(推定対象試料4、推定対象試料5及び推定対象試料6)とが含まれている。推定対象試料の近赤外スペクトルを測定し、二次微分処理を行い、得られた微分スペクトルに上記の回帰式を適用し、推定対象試料の脂肪酸エステル含有量の推定を行った。近赤外スペクトルの測定およびスペクトル解析には上記の回帰式を得た際と同様の装置および手法を用いた。下記の表1に推定対象試料の脂肪酸エステル含有量の推定結果を示す。表1で表されるように、本実施例の脂肪酸エステル含有量の推定値は、ガスクロマトグラフ法での定量値と大差ない結果が得られた。脂肪酸エステル含有量の推定の評価結果としてのRMSEは2.46であり、良好な推定精度であった。 Six types of estimation target samples were prepared and the fatty acid ester content was estimated. The estimation target samples include 3 types of samples containing fatty acid ester (estimation target sample 1, estimation target sample 2 and estimation target sample 3) and 3 types of samples not containing fatty acid ester (estimation target sample 4, estimation target sample 5) And an estimation target sample 6) are included. The near-infrared spectrum of the estimation target sample was measured, the second derivative processing was performed, and the above regression equation was applied to the obtained differential spectrum to estimate the fatty acid ester content of the estimation target sample. For the measurement and spectrum analysis of the near-infrared spectrum, the same device and method as those used for obtaining the above regression equation were used. Table 1 below shows the estimation result of the fatty acid ester content of the estimation target sample. As shown in Table 1, the estimated value of the fatty acid ester content of this example was not so different from the quantitative value by the gas chromatograph method. The RMSE as the evaluation result of the estimation of the fatty acid ester content was 2.46, which was a good estimation accuracy.

Figure 2020112478
Figure 2020112478

上記のように、結合音を観測可能な波長領域は、2000nmから2500nmまでの波長領域である。そして、本実施例における測定波長領域は800nmから2500nmである。一般的に脂肪酸エステル分子の結合音を観測可能な波長領域は2000nm以上2500nm以下の波長領域であるので、本実施例のように、2000nm以上2500nm以下の波長領域を含むように測定波長領域を設定することで、推定対象試料の脂肪酸エステル含有量を高精度で簡単に推定することができる。
〈実施例2〉
As described above, the wavelength range in which the combined sound can be observed is the wavelength range from 2000 nm to 2500 nm. The measurement wavelength region in this example is 800 nm to 2500 nm. Generally, the wavelength region in which the bond sound of the fatty acid ester molecule can be observed is a wavelength region of 2000 nm or more and 2500 nm or less, and thus the measurement wavelength region is set to include the wavelength region of 2000 nm or more and 2500 nm or less as in the present embodiment. By doing so, the fatty acid ester content of the estimation target sample can be easily estimated with high accuracy.
<Example 2>

本実施例では、実施例1で用いた試料と同じ試料を用い、測定波長領域以外の条件は全て実施例1と同様の条件で近赤外スペクトルの測定を行った。 In this example, the same sample as that used in Example 1 was used, and the near-infrared spectrum was measured under the same conditions as in Example 1 except for the measurement wavelength region.

本実施例では脂肪酸エステル分子の結合音が観測される2000nmから2500nmの近赤外領域において試料の近赤外スペクトルを測定し、実施例1と同様に二次微分処理により微分スペクトルを得たのち、微分スペクトルを説明変数、脂肪酸エステル含有量の定量値を目的変数としPLS回帰分析を適用し回帰式を得た。図4は、回帰分析の結果であり、検量線作成の決定係数:0.998、RMSE:1.287、検量線検定の決定係数:0.998、RMSE:1.577であり、十分な予測精度であった。 In this example, the near infrared spectrum of the sample was measured in the near infrared region of 2000 nm to 2500 nm where the bond sound of the fatty acid ester molecule was observed, and the derivative spectrum was obtained by the second derivative treatment as in Example 1. , A differential spectrum was used as an explanatory variable, and a quantitative value of fatty acid ester content was used as an objective variable, and PLS regression analysis was applied to obtain a regression equation. FIG. 4 shows the results of the regression analysis. The coefficient of determination for creating the calibration curve: 0.998, RMSE: 1.287, the coefficient of determination for the calibration curve test: 0.998, RMSE: 1.577, which is a sufficient prediction. It was precision.

近赤外スペクトルの波長領域2000nmから2500nmにおける回帰式を用いて、実施例1と同じ6種類の推定対象試料の脂肪酸エステル含有量の推定を行った結果が下記の表2である。表2で表されるように、本実施例の推定値は、ガスクロマトグラフ法での定量値と大差ない結果が得られた。脂肪酸エステル含有量の推定の評価結果としてのRMSEは1.42であり、実施例1よりもさらに良好な推定精度であった。また、脂肪酸エステル含有量の推定に関連する重要なスペクトル領域として2250±10nm、2260±10nm、2310±10nm、2330±10nm、2350±10nm、2370±10nmが明らかとなった。 Table 2 below shows the results of estimating the fatty acid ester contents of the same 6 types of estimation target samples as in Example 1 using the regression equation in the wavelength region of the near infrared spectrum of 2000 nm to 2500 nm. As shown in Table 2, the estimated value of this example was similar to the quantitative value by the gas chromatographic method. The RMSE as the evaluation result of the estimation of the fatty acid ester content was 1.42, which was a better estimation accuracy than that of Example 1. Further, 2250±10 nm, 2260±10 nm, 2310±10 nm, 2330±10 nm, 2350±10 nm, and 2370±10 nm were revealed as important spectral regions related to the estimation of the fatty acid ester content.

Figure 2020112478
Figure 2020112478

上記のように、測定波長領域を、実施例1の測定波長領域である800nm以上2500nm以下の波長領域よりも狭い、2000nm以上2500nm以下の波長領域の範囲内のみとすることで、脂肪酸エステル分子の結合音を観測可能な波長領域以外の領域が測定波長領域に多く含まれることを抑制でき、脂肪酸エステル含有量の推定精度の低下を抑制できる。
〈実施例3〉
As described above, the measurement wavelength range is limited to a range of 2000 nm or more and 2500 nm or less, which is narrower than the wavelength range of 800 nm or more and 2500 nm or less that is the measurement wavelength range of Example 1, thereby It is possible to prevent a region other than the wavelength region in which the combined sound can be observed from being included in the measurement wavelength region in a large amount, and it is possible to suppress a decrease in estimation accuracy of the fatty acid ester content.
<Example 3>

本実施例では、実施例1で用いた試料と同じ試料を用い、測定波長領域以外の条件は全て実施例1と同様の条件で近赤外スペクトルの測定を行った。 In this example, the same sample as that used in Example 1 was used, and the near-infrared spectrum was measured under the same conditions as in Example 1 except for the measurement wavelength region.

本実施例では、実施例2で明らかとなった脂肪酸エステル含有量の推定に関連する重要なスペクトル領域(2250±10nm、2260±10nm、2310±10nm、2330±10nm、2350±10nm、2370±10nm)のうち、2254nm、2268nm、2312nm、2339nm、2351nm、2378nmを用いて脂肪酸エステル含有量の推定を行った。2254nm、2268nm、2312nm、2339nm、2351nm、2378nmの近赤外領域において試料の近赤外スペクトルを測定し、実施例1と同様に二次微分処理により微分スペクトルを得たのち、微分スペクトルを説明変数、脂肪酸エステル含有量の定量値を目的変数としPLS回帰分析を適用し回帰式を得た。図5は回帰分析の結果であり、検量線作成の決定係数:0.998、RMSE:1.208、検量線検定の決定係数:0.998、RMSE:1.468であり、十分な予測精度であった。 In this example, the important spectral regions (2250±10 nm, 2260±10 nm, 2310±10 nm, 2330±10 nm, 2350±10 nm, 2370±10 nm) related to the estimation of the fatty acid ester content revealed in Example 2 were obtained. 2), 2268 nm, 2312 nm, 2339 nm, 2351 nm, and 2378 nm, the fatty acid ester content was estimated. The near-infrared spectrum of the sample was measured in the near-infrared region of 2254 nm, 2268 nm, 2312 nm, 2339 nm, 2351 nm, and 2378 nm, and the derivative spectrum was obtained by the second derivative treatment as in Example 1, and then the derivative spectrum was used as an explanatory variable. , PLS regression analysis was applied with the quantitative value of the fatty acid ester content as an objective variable to obtain a regression equation. FIG. 5 shows the results of the regression analysis. The coefficient of determination for creating the calibration curve: 0.998, RMSE: 1.208, the coefficient of determination for the calibration curve test: 0.998, RMSE: 1.468, and sufficient prediction accuracy. Met.

近赤外領域2254nm、2268nm、2312nm、2339nm、2351nm、2378nmにおける回帰式を用いて、実施例1と同じ6種類の推定対象試料の脂肪酸エステル含有量の推定を行った結果が表3である。表3で表されるように、本実施例の推定値は、ガスクロマトグラフ法での定量値と大差ない結果が得られ、脂肪酸エステル含有量の推定の評価結果としてのRMSEは1.72であり、実施例1よりもさらに良好な推定精度であった。 Table 3 shows the results of estimating the fatty acid ester contents of the same 6 types of estimation target samples as in Example 1 using the regression equations in the near infrared region 2254 nm, 2268 nm, 2312 nm, 2339 nm, 2351 nm, and 2378 nm. As shown in Table 3, the estimated value of the present Example is similar to the quantitative value by the gas chromatographic method, and the RMSE as the evaluation result of the estimation of the fatty acid ester content is 1.72. The estimation accuracy was better than that of Example 1.

Figure 2020112478
Figure 2020112478

上記のように、前記測定波長領域を、2250±10nm、2260±10nm、2310±10nm、2330±10nm、2350±10nm及び2370±10nmの少なくともいずれか1つを含むようにすることで、脂肪酸エステル分子の結合音を観測可能な波長領域を効果的に含むことができ、脂肪酸エステル含有量の推定精度の低下を抑制できる。
〈参考例1〉
As described above, by making the measurement wavelength region include at least one of 2250±10 nm, 2260±10 nm, 2310±10 nm, 2330±10 nm, 2350±10 nm and 2370±10 nm, a fatty acid ester can be obtained. It is possible to effectively include a wavelength region in which a molecular bonding sound can be observed, and it is possible to suppress a decrease in estimation accuracy of the fatty acid ester content.
<Reference Example 1>

参考例1では、実施例1で用いた試料と同じ試料を用い、測定波長領域以外の条件は全て実施例1と同様の条件で近赤外スペクトルの測定を行った。 In Reference Example 1, the same sample as that used in Example 1 was used, and the near-infrared spectrum was measured under the same conditions as in Example 1 except for the measurement wavelength region.

参考例1では、脂肪酸エステル分子の第一倍音が観測される1500nmから2000nmの近赤外領域において試料の近赤外スペクトルを測定し、実施例1と同様に二次微分処理により微分スペクトルを得たのち、微分スペクトルを説明変数、脂肪酸エステル含有量の定量値を目的変数としPLS回帰分析を適用し回帰式を得た。図6は回帰分析の結果であり、検量線作成の決定係数:0.999、RMSE:1.039、検量線検定の決定係数:0.999、RMSE:1.222であった。 In Reference Example 1, the near-infrared spectrum of the sample is measured in the near-infrared region of 1500 nm to 2000 nm where the first overtone of the fatty acid ester molecule is observed, and a derivative spectrum is obtained by the second derivative treatment as in Example 1. After that, a differential equation was used as an explanatory variable, and a quantitative value of the fatty acid ester content was used as a target variable, and PLS regression analysis was applied to obtain a regression equation. FIG. 6 shows the results of regression analysis. The coefficient of determination for preparing the calibration curve: 0.999, RMSE: 1.039, the coefficient of determination for the calibration curve test: 0.999, RMSE: 1.222.

近赤外スペクトルの波長領域1500nmから2000nmにおける回帰式を用いて、実施例1と同じ6種類の推定対象試料の脂肪酸エステル含有量の推定を行った結果が表4である。表4で表されるように、参考例1の推定値は、ガスクロマトグラフ法での定量値と大きく外れる結果となり、脂肪酸エステル含有量の推定の評価結果としてのRMSEは79.4であった。すなわち、波長領域1500nmから2000nmにおける回帰式では脂肪酸エステル含有量の推定は困難であることが明らかとなった。 Table 4 shows the results of estimating the fatty acid ester contents of the same six types of estimation target samples as in Example 1 using the regression equation in the wavelength region of the near infrared spectrum from 1500 nm to 2000 nm. As shown in Table 4, the estimated value of Reference Example 1 greatly deviated from the quantitative value by the gas chromatograph method, and the RMSE as the evaluation result of the estimation of the fatty acid ester content was 79.4. That is, it was revealed that it is difficult to estimate the fatty acid ester content by the regression equation in the wavelength region of 1500 nm to 2000 nm.

Figure 2020112478
〈参考例2〉
Figure 2020112478
<Reference example 2>

参考例2では、実施例1で用いた試料と同じ試料を用い、測定波長領域以外の条件は全て実施例1と同様の条件で近赤外スペクトルの測定を行った。 In Reference Example 2, the same sample as that used in Example 1 was used, and the near-infrared spectrum was measured under the same conditions as in Example 1 except for the measurement wavelength region.

参考例2では、脂肪酸エステル分子の第二倍音が観測される1000nmから1500nmの近赤外領域において試料の近赤外スペクトルを測定し、実施例1と同様に二次微分処理により微分スペクトルを得たのち、微分スペクトルを説明変数、脂肪酸エステル含有量の定量値を目的変数としPLS回帰分析を適用し回帰式を得た。図7は回帰分析の結果であり、検量線作成の決定係数:0.997、RMSE:1.719、検量線検定の決定係数:0.994、RMSE:2.599であった。 In Reference Example 2, the near-infrared spectrum of the sample is measured in the near-infrared region of 1000 nm to 1500 nm where the second overtone of the fatty acid ester molecule is observed, and a derivative spectrum is obtained by the second derivative treatment as in Example 1. After that, a differential equation was used as an explanatory variable, and a quantitative value of the fatty acid ester content was used as a target variable, and PLS regression analysis was applied to obtain a regression equation. FIG. 7 shows the results of regression analysis. The coefficient of determination for preparing the calibration curve: 0.997, RMSE: 1.719, the coefficient of determination for the calibration curve test: 0.994, RMSE: 2.599.

近赤外スペクトルの波長領域1000nmから1500nmにおける回帰式を用いて、実施例1と同じ6種類の推定対象試料の脂肪酸エステル含有量の推定を行った結果が表5である。表5で表されるように、参考例2の推定値は、ガスクロマトグラフ法での定量値と大きく外れる結果となり、脂肪酸エステル含有量の推定の評価結果としてのRMSEは18.0であった。すなわち、波長領域1000nmから1500nmにおける回帰式では脂肪酸エステル含有量の推定は困難であることが明らかとなった。 Table 5 shows the results of estimating the fatty acid ester content of the same six types of estimation target samples as in Example 1 using the regression equation in the wavelength region of the near infrared spectrum from 1000 nm to 1500 nm. As shown in Table 5, the estimated value of Reference Example 2 largely deviated from the quantitative value by the gas chromatograph method, and the RMSE as the evaluation result of the estimation of the fatty acid ester content was 18.0. That is, it was revealed that it is difficult to estimate the fatty acid ester content by the regression equation in the wavelength region of 1000 nm to 1500 nm.

Figure 2020112478
Figure 2020112478

なお、本発明は上記実施例に限定されることなく、特許請求の範囲に記載した発明の範囲内で種々の変形が可能であり、それらも本発明の範囲内に含まれることは言うまでもない。例えば、脂肪酸エステルとしてオレイン酸メチルの代わりに、その他の脂肪酸エステルを使用してもよい。なお、脂肪酸エステルとして、オレイン酸アルキル、リノール酸アルキル及びリノレン酸アルキルの少なくとも1つを含むものを使用すれば、上記実施例と同様、高い精度で推定対象試料の脂肪酸エステル含有量を推定できることを確認した。 The present invention is not limited to the above embodiments, and various modifications can be made within the scope of the invention described in the claims, and it goes without saying that they are also included in the scope of the present invention. For example, other fatty acid ester may be used instead of methyl oleate as the fatty acid ester. It should be noted that if a fatty acid ester containing at least one of alkyl oleate, alkyl linoleate and alkyl linolenate is used, it is possible to estimate the fatty acid ester content of the estimation target sample with high accuracy, as in the above-mentioned Examples. confirmed.

本発明を使用することで、バイオディーゼル燃料などに含まれる脂肪酸エステル含有量の推定が数分で行えるようになり、従来のガスクロマトグラフ分析法の2時間程度と比較し測定時間が格段に短くなる。また、近赤外分光法は試料の希釈や分析条件の調整が必要ないため、迅速かつ簡便に測定することができる。本手法を製品の製造・出荷・受入・利用時などにおける日常的な品質管理手法として利用することにより、安定した品質のバイオディーゼル燃料の取扱いが可能となる。 By using the present invention, the content of fatty acid ester contained in biodiesel fuel and the like can be estimated in a few minutes, and the measurement time is remarkably shortened as compared with the conventional gas chromatograph analysis method of about 2 hours. .. In addition, near-infrared spectroscopy does not require dilution of a sample or adjustment of analysis conditions, and therefore can perform measurement quickly and easily. By using this method as a daily quality control method when manufacturing, shipping, receiving, and using products, it is possible to handle biodiesel fuel with stable quality.

Claims (8)

脂肪酸エステル分子の結合音を観測可能な波長領域を含む測定波長領域において試料の近赤外スペクトルを測定する測定工程と、
前記試料の脂肪酸エステルの含有量を定量する定量工程と、
前記測定工程で測定された近赤外スペクトルのデータを説明変数とし、前記定量工程で定量された脂肪酸エステルの含有量のデータを目的変数として、回帰分析して回帰式を得る回帰工程と、
推定対象試料の近赤外スペクトルを測定し、該推定対象試料の近赤外スペクトルの測定結果を前記回帰工程で得られた前記回帰式に適用することで、前記推定対象試料の脂肪酸エステル含有量を推定する推定工程と、
を有することを特徴とする脂肪酸エステル含有量の推定方法。
A measurement step of measuring the near-infrared spectrum of the sample in a measurement wavelength range including a wavelength range in which the bond sound of the fatty acid ester molecule can be observed,
A quantification step of quantifying the content of the fatty acid ester of the sample,
Data of the near-infrared spectrum measured in the measurement step as an explanatory variable, the data of the content of the fatty acid ester quantified in the quantification step as an objective variable, a regression step to obtain a regression equation by regression analysis,
By measuring the near-infrared spectrum of the estimation target sample, and applying the measurement result of the near-infrared spectrum of the estimation target sample to the regression equation obtained in the regression step, the fatty acid ester content of the estimation target sample An estimation process for estimating
A method for estimating a fatty acid ester content, comprising:
請求項1に記載の脂肪酸エステル含有量の推定方法において、
前記測定波長領域は、2000nm以上2500nm以下の波長領域を含むことを特徴とする脂肪酸エステル含有量の推定方法。
The method for estimating the fatty acid ester content according to claim 1,
The method for estimating a fatty acid ester content, wherein the measurement wavelength region includes a wavelength region of 2000 nm or more and 2500 nm or less.
請求項2に記載の脂肪酸エステル含有量の推定方法において、
前記測定波長領域は、2000nm以上2500nm以下の波長領域の範囲内のみであることを特徴とする脂肪酸エステル含有量の推定方法。
The method for estimating the fatty acid ester content according to claim 2, wherein
The method for estimating a fatty acid ester content, wherein the measurement wavelength region is only within a wavelength region of 2000 nm or more and 2500 nm or less.
請求項2または3に記載の脂肪酸エステル含有量の推定方法において、
前記測定波長領域は、2250±10nm、2260±10nm、2310±10nm、2330±10nm、2350±10nm及び2370±10nmの少なくともいずれか1つを含むことを特徴とする脂肪酸エステル含有量の推定方法。
The method for estimating the fatty acid ester content according to claim 2 or 3,
The method for estimating a fatty acid ester content, wherein the measurement wavelength region includes at least one of 2250±10 nm, 2260±10 nm, 2310±10 nm, 2330±10 nm, 2350±10 nm, and 2370±10 nm.
請求項1から4のいずれか1項に記載の脂肪酸エステル含有量の推定方法において、
前記試料及び前記推定対象試料の近赤外スペクトルの測定は、透過測定法及び拡散反射測定法のいずれかを用いて行われることを特徴とする脂肪酸エステル含有量の推定方法。
The method for estimating the fatty acid ester content according to any one of claims 1 to 4,
The method for estimating a fatty acid ester content, characterized in that the near-infrared spectrum of the sample and the sample to be estimated is measured using either a transmission measurement method or a diffuse reflection measurement method.
請求項1から5のいずれか1項に記載の脂肪酸エステル含有量の推定方法において、
前記回帰工程では、前記測定工程で測定された近赤外スペクトルのデータに対して微分処理を適用してから説明変数とすることを特徴とする脂肪酸エステル含有量の推定方法。
The method for estimating the fatty acid ester content according to any one of claims 1 to 5,
In the regression step, a method of estimating the fatty acid ester content, which comprises applying a differentiation process to the data of the near-infrared spectrum measured in the measuring step and then using the differentiation process as an explanatory variable.
請求項1から6のいずれか1項に記載の脂肪酸エステル含有量の推定方法において、
前記回帰分析は、部分的最小二乗回帰分析であることを特徴とする脂肪酸エステル含有量の推定方法。
The method for estimating a fatty acid ester content according to any one of claims 1 to 6,
The method of estimating fatty acid ester content, wherein the regression analysis is a partial least squares regression analysis.
請求項1から7のいずれか1項に記載の脂肪酸エステル含有量の推定方法において、
前記脂肪酸エステルは、オレイン酸アルキル、リノール酸アルキル及びリノレン酸アルキルの少なくとも1つを含むことを特徴とする脂肪酸エステル含有量の推定方法。
The method for estimating a fatty acid ester content according to any one of claims 1 to 7,
The method for estimating fatty acid ester content, wherein the fatty acid ester contains at least one of alkyl oleate, alkyl linoleate and alkyl linolenate.
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