JP6288457B2 - 酸度測定装置および方法 - Google Patents

Description

本発明は、例えば、青果物の果汁や飲料物などの被測定試料の酸度を測定する酸度測定装置および酸度測定方法に関する。

従来、例えば、ミカンやリンゴなどの青果物や、ワインやジュースなどの飲料物の品質確認のため、酸度の測定が行われている。
このような酸度測定では、中和滴定法が一般的に用いられているが、作業が煩雑であり、また、指示薬の色の変化に基づく測定であるため、作業者によって測定結果のバラツキが生じやすいという問題があった。

このため、例えば、特許文献１では、キノン試薬を用いて酸度測定を行う方法が開示されている。
この方法では、被測定試料である青果物の果汁や飲料物とキノン試薬とを混合した共存電解液を作成し、この共存電解液に作用電極と対極と比較電極部を浸漬する。そして、作用電極の電極電位を所定の電位範囲内で掃引するとともに、作用電極と対極間を流れる電流のプレピーク値を検出することにより、このプレピーク値に基づいて酸度を測定することができる。

また別の方法として特許文献２，３には、被測定試料である青果物の果汁を希釈し、この希釈した果汁溶液のｐＨや導電率を測定することによって、このｐＨや導電率に基づいて酸度を算出することが開示されている。

特開平１０−２８８５９９号公報 特開平１１−１４８９０６号公報 特開昭５８−１７３４６３号公報

しかしながら、特許文献１に開示された方法では、被測定試料を定量抽出する工程を有しているため、作業が煩雑となってしまう。また、測定にはキノン試薬を用いる必要があるため、測定毎に測定コストがかかってしまう。

一方で、特許文献２，３に開示された方法では、被測定試料として、青果物の果汁を純水やイオン交換水などの希釈液によって約１００〜１５０倍に希釈する必要があり、装置として希釈液を貯留する容器を設けなければならず、装置を小型化することができなかった。さらに、酸度測定のためには、容器に希釈液を補充する必要があるため手間がかかってしまう。

本発明では、このような現状に鑑み、定量抽出などの繁雑な作業を不要として、農場や選果場、食品加工工場などでも簡易に酸度測定ができるとともに、測定時に試薬を用いる必要がなく、測定コストを削減することを可能とする酸度測定装置および酸度測定方法を提供することを目的とする。

本発明は、前述するような従来技術における課題を解決するために発明されたものであって、本発明の酸度測定装置は、
被測定試料の酸度を測定するための酸度測定装置であって、
前記被測定試料に電圧を印加するための一対の電極と、
前記一対の電極間に電圧を印加する電圧印加手段と、
前記一対の電極間に流れる電極間電流値を測定する電流測定手段と、
前記被測定試料のｐＨ値を取得するためのｐＨ値取得手段と、
前記電圧印加手段、前記電流測定手段、前記ｐＨ値取得手段の制御を行う制御部と、
を備え、
前記制御部は、
前記一対の電極が前記被測定試料に接触した状態で、前記電圧印加手段により前記一対の電極間に所定の電圧を印加するとともに、前記電流測定手段により前記一対の電極間に流れる電極間電流値を測定し、
前記電極間電流値と前記ｐＨ値とに基づいて、前記被測定試料の酸度を算出するように構成されていることを特徴とする。

また、本発明の酸度測定方法は、
被測定試料の酸度を測定するための酸度測定方法であって、
前記被測定試料に一対の電極を用いて所定の電圧を印加した状態で、前記一対の電極間に流れる電極間電流値を測定するとともに、
前記被測定試料のｐＨ値を測定し、
前記電極間電流値と前記ｐＨ値とに基づいて、前記被測定試料の酸度を算出することを特徴とする。

このように、被測定試料の電極間電流値とｐＨ値とを組み合わせて用いることにより、被測定試料の実際の酸度との相関が向上し、正確に被測定試料の酸度を測定することができる。

さらに、電極間電流値及びｐＨ値の測定には、希釈液によって希釈したり、試薬を用いたりする必要がなく、電気的に測定することが可能であるため、測定コストを削減できるとともに、希釈液を補充するなどといった手間をなくすことができる。

なお、一対の電極と、後述するようなｐＨ測定部であるｐＨ値取得手段とを有し、これらによって得られる電極間電流値及びｐＨ値によって酸度を算出することができるため、酸度測定装置を小型化することが可能で、ハンディー型の酸度測定装置とすることもできる。

このような酸度測定装置及び酸度測定方法では、前記一対の電極間に印加する所定の電圧が、交流電圧または２Ｖ以上の直流電圧であることが好ましい。

このような電圧を被測定試料に印加することによって、電極間電流値と被測定試料の酸度との相関が向上する。このため、電極間電流値とｐＨ値とを組み合わせて算出された酸度は、被測定試料の実際の酸度と高い相関を有することになる。

また、前記被測定試料を充填するための計測容器をさらに備え、
前記計測容器が、前記一対の電極を備えるように構成し、据え置き型の酸度測定装置とすることもできる。

また、前記ｐＨ値取得手段は、前記被測定試料に接触した状態でｐＨ値を測定するｐＨ測定部としてもよい。なお、ｐＨ測定部としては、例えば、ガラス電極法、水素電極法、アンチモン電極法など電位差に基づいてｐＨ測定を行うことができる既知のｐＨセンサーを用いることができ、また、ＩＳＦＥＴ（イオン感応性電界効果トランジスタ）などの半導体センサーを用いたｐＨセンサーとしてもよい。
この場合、前記計測容器が、前記ｐＨ測定部を備えるように構成することもできる。

また、前記ｐＨ値取得手段は、事前に測定され得られた前記被測定試料のｐＨ値を、前記制御部に入力するための入力手段としてもよい。なお、入力手段としては、例えば、ハードウェアキーやソフトウェアキーなどのキー入力手段としてもよいし、ｐＨセンサーで測定されたｐＨ値をデータとしてｐＨセンサーから制御部に入力するためのデータ通信手段としてもよい。

本発明によれば、定量抽出や果汁の前処理などの煩雑な作業をする必要がなく、農場や小規模な選果場などでも容易かつ迅速に青果物や飲料物などの酸度測定を正確に行うことができる。

図１は、本実施例における酸度測定装置の構成を説明するための概略構成図である。 図２は、被測定試料として柑橘類の果汁を用い、一対の電極間に５Ｖの直流電圧を印加して酸度測定を行った場合の測定結果であり、ｐＨ値と実測酸度との関係を示すグラフである。 図３は、被測定試料として柑橘類の果汁を用い、一対の電極間に５Ｖの直流電圧を印加して酸度測定を行った場合の測定結果であり、電極間電流値と実測酸度との関係を示すグラフである。 図４は、被測定試料として柑橘類の果汁を用い、一対の電極間に５Ｖの直流電圧を印加して酸度測定を行った場合の測定結果であり、酸度測定装置を用いて測定された酸度と実測酸度との関係を示すグラフである。 図５は、被測定試料として柑橘類の果汁を用い、一対の電極間に１Ｖの直流電圧を印加して測定した場合の測定結果であり、電極間電流値と実測酸度との関係を示すグラフである。 図６は、被測定試料として柑橘類の果汁を用い、一対の電極間に１Ｖの直流電圧を印加して測定した場合の測定結果であり、酸度測定装置を用いて測定された酸度と実測酸度との関係を示すグラフである。 図７は、印加電圧を直流電圧として、電圧値を変えながら酸度を測定した場合の、印加電圧値と酸度相関値の関係を示すグラフである。 図８は、印加電圧を１０ｋＨｚの交流電圧として、電圧値を変えながら酸度を測定した場合の、印加電圧と酸度相関値の関係を示すグラフである。 図９は、印加電圧を３Ｖの交流電圧として、周波数を変えながら酸度を測定した場合の、周波数と酸度相関値の関係を示すグラフである。 図１０は、別の実施例における酸度測定装置の構成を説明するための概略構成図である。

以下、本発明の実施の形態（実施例）を図面に基づいてより詳細に説明する。
図１は、本実施例における酸度測定装置の構成を説明するための概略構成図である。

図１に示すように、本実施例の酸度測定装置１０は、例えば、青果物の果汁や飲料物などの被測定試料１８を充填する計測容器１２と、後述するように計測容器１２の電極１４ａ，１４ｂに電圧を印加する電圧印加手段２０と、電極１４ａ，１４ｂ間に電圧を印加した際に流れる電流を測定する電流測定手段２８と、被測定試料１８のｐＨを測定するｐＨ値取得手段であるｐＨ測定部２２と、電圧印加手段２０、電流測定手段２８、ｐＨ測定部２２の制御を行う制御部２４とを備えている。

なお、酸度測定装置１０の外装には、計測容器１２に充填した被測定試料１８の酸度測定を開始するためのスタートスイッチや、測定された被測定試料１８の酸度を表示する表示部２６などを備えることが好ましい。

計測容器１２は、対向して配置される一対の電極１４ａ，１４ｂと、任意の位置に配置されたｐＨ測定部２２を有している。
一対の電極１４ａ，１４ｂは、電圧印加手段２０に接続されており、被測定試料１８に対して、電圧を印加するように構成されている。なお、一対の電極１４ａ，１４ｂ間に印加する電圧は、直流であっても交流であっても構わない。

また、一対の電極１４ａ，１４ｂとしては、被測定試料１８に電圧を印加可能なものであれば、特に限定されるものではなく、例えば、銅、鉄、亜鉛、アルミニウム、ニッケル、ステンレス鋼、真鍮、カーボンなどの電極を用いることができる。なお、一対の電極１４ａ，１４ｂは、両方の電極が同じ素材のものであっても、違い素材のものであっても構わない。

また、一対の電極１４ａ，１４ｂは、電流測定手段２８に接続されており、電流測定手段２８は、一対の電極１４ａ，１４ｂ間に電圧が印加された状態で電極間に流れる電流を測定するように構成されている。

なお、本実施例では、電圧印加手段２０及び電流測定手段２８は一体の装置として構成しているが、それぞれ別の装置として構成しても構わない。また、電圧印加手段２０、電流測定手段２８を制御部２４に組み込んだ構成とすることもできる。

また、制御部２４は、電圧印加手段２０を用いて一対の電極１４ａ，１４ｂに電圧を印加するとともに、一対の電極１４ａ，１４ｂ間に流れる電流値を測定するように構成されている。

ｐＨ測定部２２は、例えば、ガラス電極法、水素電極法、アンチモン電極法など電位差に基づいてｐＨ測定を行うことができる既知のｐＨセンサーを用いることができ、また、ＩＳＦＥＴ（イオン感応性電界効果トランジスタ）などの半導体センサーを用いたｐＨセンサーとしてもよい。

なお、本実施例では、酸度測定装置１０においてｐＨ測定部２２を用いて被測定試料１８のｐＨ値を測定しているが、市販されているｐＨセンサーを用いて事前に被測定試料１８のｐＨ値を測定し、得られたｐＨ値をｐＨ値取得手段である入力手段（図示せず）を用いて酸度測定装置１０の制御部２４に入力するようにしてもよい。

なお、入力手段としてはハードウェアキーやソフトウェアキーなどのキー入力手段としてもよいし、ｐＨセンサーで測定されたｐＨ値をデータとしてｐＨセンサーから制御部２４に入力するためのデータ通信手段としてもよい。

このように構成された本実施例の酸度測定装置１０では、以下のようにして、被測定試料１８の酸度を測定している。
まず、青果物を搾汁して得られた果汁や飲料物などの被測定試料１８を計測容器１２に充填する。なお、被測定試料１８として、青果物を搾汁して得られた果汁を用いる場合には、そのまま計測容器１２に充填してもよいが、ろ紙などのろ過手段を用いてろ過してから充填するようにしてもよい。

なお、ろ過に用いられるろ過手段としては、特に限定されるものではなく、ろ紙、金属メッシュフィルター、ガラスメッシュフィルター、メンブレンフィルターなど、青果物の種類などに応じて適宜選択することができる。

この状態で、酸度測定装置１０のスタートスイッチを押下することにより、制御部２４は、電圧印加手段２０により電圧を印加するとともに、電流測定手段２８により一対の電極１４ａ，１４ｂ間に流れる電流値（以下、「電極間電流値」という。）を測定する。

また、これと同時もしくは電圧印加前後のタイミングにおいて、ｐＨ測定部２２により被測定試料１８のｐＨ値を測定する。
そして、制御部２４は、このようにして得られた電極間電流値Ａと被測定試料１８のｐＨ値Ｂとに基づいて、酸度Ｃを下記式（１）のようにして求めている。

Ｃ＝ｃ₁×Ａ＋ｃ₂×Ｂ＋ｃ₃ ・・・（１）
なお、ｃ₁、ｃ₂、ｃ₃は複数のサンプルを用いて事前に測定された実測酸度、電極間電流値Ａ、ｐｈ値Ｂから、回帰分析などを用いて算出される所定の係数である。

このように制御部２４において求められた被測定試料１８の酸度Ｃは、酸度測定装置１０の表示部２６に表示される。なお、表示部２６を設けない場合には、例えば、コンピュータなどに酸度Ｃのデータを送信するようにしてもよい。

以下、本実施例の酸度測定装置１０を用いて酸度測定を行った場合の測定結果を示すとともに、その有効性を説明する。
図２〜４は、被測定試料１８として柑橘類の果汁を用いて酸度測定を行った場合の測定結果である。なお、一対の電極１４ａ，１４ｂ間には５Ｖの直流電圧を印加して測定した。

図２は、ｐＨ値と実測酸度との関係を示すグラフ、図３は、電極間電流値と実測酸度との関係を示すグラフ、図４は、酸度測定装置１０を用いて測定された酸度（以下、説明のため「算出酸度」という。）と実測酸度との関係を示すグラフである。

なお、ｐＨ値は、酸度測定装置１０で用いられているｐＨ測定部２２と同様な構成のｐＨセンサーを用いて測定し、実測酸度は、水酸化ナトリウムによる中和滴定法を用いて測定した。

図２のグラフの相関係数は−０．７９３、図３のグラフの相関係数は０．９８０であるのに対して、図４のグラフの相関係数は０．９９５であり、本実施例の酸度測定装置１０を用いることにより、正確に酸度を測定できることがわかる。

また、図５，６は、図２〜４で用いた被測定試料１８に対して、一対の電極１４ａ，１４ｂ間に１Ｖの直流電圧を印加して測定した場合の測定結果であり、図５は、電極間電流値と実測酸度との関係を示すグラフ、図６は、算出酸度と実測酸度との関係を示すグラフである。

図５のグラフの相関係数は０．１４５であり、あまり低い電圧を印加した場合には、電極間電流値と実測酸度とには相関が見られないことがわかる。なお、図６のグラフの相関係数は０．８０６であり、この程度の相関では正確に酸度を測定することは困難である。

一対の電極１４，１４ｂ間にどの程度の電圧を印加すれば確度の高い酸度測定を行うことができるかを調べるため、以下のような実験を行った。
図７は、酸度測定装置１０を用いて、直流電圧を印加するとともに、印加電圧を変えながら、電極間電流値及び算出酸度を測定した場合の、印加電圧値と酸度相関値（実測酸度と算出酸度の相関係数）の関係を示すグラフである。

なお、図７に示す測定結果は、図２〜６で用いた被測定試料１８とは異なる被測定試料１８を用いて得られたものである。この実験で用いた被測定試料１８のｐＨ値と実測酸度との相関係数は０．９２７であった。

図７に示すように、印加電圧を２Ｖ以上とすることによって酸度相関値が向上し、２．３Ｖ以上の直流電圧を印加することで酸度相関値はさらに向上する。特に、印加電圧を約５Ｖの直流電圧とすることにより酸度相関値は０．９９１まで向上しており、より正確に被測定試料１８の酸度測定が可能であることがわかる。

また、図８は、印加電圧を１０ｋＨｚの交流電圧として、電圧値を変えながら酸度を測定した場合の、印加電圧と酸度相関値の関係を示すグラフである。図８に示す測定結果は、図７で用いた被測定試料１８と同じものを用いて得られたものである。

図８に示すように、一対の電極１４ａ，１４ｂ間に交流電圧を印加した場合には、印加電圧の大小に関わらず、２Ｖ以上の直流電圧を印加した場合と同様に高い相関が得られている。

また、図９は、印加電圧を３Ｖの交流電圧として、周波数を変えながら酸度を測定した場合の、周波数と酸度相関値の関係を示すグラフである。図９に示す測定結果は、図２〜６及び図７，８で用いた被測定試料１８とは異なる被測定試料１８を用いて得られたものである。この実験で用いた被測定試料１８のｐＨ値と実測酸度との相関係数は−０．９２５であった。

図９に示すように、一対の電極１４ａ，１４ｂ間に交流電圧を印加した場合には、印加電圧の周波数に関わらず、２Ｖ以上の直流電圧を印加した場合と同様に高い相関が得られている。

図８，９に示す測定結果より、印加電圧として交流電圧を印加した場合には、電圧の大きさや周波数に関わらず正確に酸度測定が可能であることがわかる。
すなわち、図７〜９に示す測定結果より、一対の電極１４ａ，１４ｂ間に印加する電圧は交流電圧または２Ｖ以上の直流電圧が好ましく、特に約５Ｖの直流電圧とすることで確度の高い酸度測定を行うことができる。

図１０は、別の実施例における酸度測定装置の構成を説明するための概略構成図である。
この実施例の酸度測定装置１０は、図１に示した酸度測定装置１０と基本的には同様な構成であるので、同一の構成部材には、同一の符号を付して、その詳細な説明を省略する。

図１０に示すように、本実施例の酸度測定装置１０は、所定距離だけ離間して配置された一対の電極１４ａ，１４ｂと、一対の電極１４ａ，１４ｂに電圧を印加する電圧印加手段２０と、電極１４ａ，１４ｂ間に電圧を印加した際に流れる電流を測定する電流測定手段２８と、被測定試料１８のｐＨを測定するｐＨ値取得手段であるｐＨ測定部２２と、電圧印加手段２０及びｐＨ測定部２２の制御を行う制御部２４と、測定された被測定試料１８の酸度を表示する表示部２６とを備えている。

このように構成することによって、ハンディー型の酸度測定装置１０とすることができる。このハンディー型酸度測定装置１０は、一対の電極１４ａ，１４ｂ及びｐＨ測定部２２が同時に被測定試料１８と接触するよう、図１０に示すように、計測容器１２に充填した被測定試料１８に浸漬させて使用することができる。

なお、被測定試料１８に一対の電極１４ａ，１４ｂ及びｐＨ測定部２２が同時に接触するのであれば、被測定試料１８を計測容器１２に充填する必要はなく、例えば、青果物の酸度を測定する場合には、青果物の果汁と一対の電極１４ａ，１４ｂ及びｐＨ測定部２２が同時に接触するように、酸度測定装置１０を青果物に接触させるように使用することもできる。

以上、本発明の好ましい実施例を説明したが、本発明はこれに限定されることはなく、上記実施例では、一対の電極、ｐＨ測定部、制御部が一体となった構成を例として挙げているが、一対の電極を用いた電極間電流値の測定と、ｐＨセンサーを用いたｐＨ値の測定をそれぞれ独立して行い、得られた電極間電流値とｐＨ値をコンピュータに入力することによって、コンピュータで酸度を算出するようにしてもよいなど、本発明の目的を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。

１０ 酸度測定装置
１２ 計測容器
１４ａ 電極
１４ｂ 電極
１８ 被測定試料
２０ 電圧印加手段
２２ ｐＨ測定部
２４ 制御部
２６ 表示部
２８ 電流測定手段

Claims (8)

1. 被測定試料の酸度を測定するための酸度測定装置であって、
   前記被測定試料に電圧を印加するための一対の電極と、
   前記一対の電極間に電圧を印加する電圧印加手段と、
   前記一対の電極間に流れる電極間電流値を測定する電流測定手段と、
   前記被測定試料のｐＨ値を取得するためのｐＨ値取得手段と、
   前記電圧印加手段、前記電流測定手段、前記ｐＨ値取得手段の制御を行う制御部と、を備え、
   前記制御部は、
   前記一対の電極が前記被測定試料に接触した状態で、前記電圧印加手段により前記一対の電極間に所定の電圧を印加するとともに、前記電流測定手段により前記一対の電極間に流れる電極間電流値を測定し、
   前記電極間電流値と前記ｐＨ値とに基づいて、前記被測定試料の酸度を算出するように構成されていることを特徴とする酸度測定装置。
2. 前記一対の電極間に印加する所定の電圧が、交流電圧または２Ｖ以上の直流電圧であることを特徴とする請求項１に記載の酸度測定装置。
3. 前記被測定試料を充填するための計測容器をさらに備え、
   前記計測容器が、前記一対の電極を備えていることを特徴とする請求項１または２に記載の酸度測定装置。
4. 前記ｐＨ値取得手段が、前記被測定試料に接触した状態でｐＨ値を測定するｐＨ測定部であり、
   前記計測容器が、前記ｐＨ測定部を備えていることを特徴とする請求項３に記載の酸度測定装置。
5. 前記ｐＨ値取得手段が、前記被測定試料に接触した状態でｐＨ値を測定するｐＨ測定部であることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の酸度測定装置。
6. 前記ｐＨ値取得手段が、事前に測定され得られた前記被測定試料のｐＨ値を、前記制御部に入力するための入力手段であることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の酸度測定装置。
7. 被測定試料の酸度を測定するための酸度測定方法であって、
   前記被測定試料に一対の電極を用いて所定の電圧を印加した状態で、前記一対の電極間に流れる電極間電流値を測定するとともに、
   前記被測定試料のｐＨ値を測定し、
   前記電極間電流値と前記ｐＨ値とに基づいて、前記被測定試料の酸度を算出することを特徴とする酸度測定方法。
8. 前記一対の電極間に印加する所定の電圧が、交流電圧または２Ｖ以上の直流電圧であることを特徴とする請求項７に記載の酸度測定方法。
   

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