JP6777924B2

JP6777924B2 - アルコール濃度測定システム、アルコール濃度測定方法

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Publication number: JP6777924B2
Application number: JP2016084256A
Authority: JP
Inventors: 松岡　武志; 武志松岡; 親利尾野島; 慶一郎勝木
Original assignee: Kyoto Electronics Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Kyoto Electronics Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2016-04-20
Filing date: 2016-04-20
Publication date: 2020-10-28
Anticipated expiration: 2036-04-20
Also published as: JP2017194332A

Description

本発明は、アルコール濃度測定システム、アルコール濃度測定方法に関する。

従来、純水、アルコール以外の不純物が含まれる液体試料中のアルコール濃度を測定する場合、液体試料そのままでは、不純物の存在によりアルコール濃度を測定することは困難である。

そのため、液体試料から不純物以外の純水、アルコールを取り出すことで試料中のアルコール量を決定する方法が採用されている。

例えば、蒸留-密度法では、所定体積の試料を直火で加熱して留液を得る。当該留液は、純水及びアルコールから構成され、アルコールの絶対量は、液体試料でも留液でも変わらないことから、この留液に試料液と同じ体積になるように純水を加えて密度（比重）を測定し、その密度を留液のアルコール濃度に換算する（国税庁の密度―アルコールテーブル）。当該留液のアルコール濃度を試料液のアルコール濃度とする。

上記蒸留-密度法では、留液のアルコール濃度をそのまま液体試料のアルコール濃度とするために、留液の体積を特定体積（例えば前記液体試料の体積）にする必要があり、温度調整等の煩雑で精密な作業を要する。

上記蒸留-密度法の欠点を解消する方法として、重量法がある。すなわち、まず、液体試料の重量と密度から、当該液体試料の体積を算出しておく。当該液体試料を直火で蒸留し、蒸留後の留液の重量と密度から当該留液の体積を得るとともに、前記密度からアルコール濃度を得る。留液のアルコール量をそのまま液体試料のアルコール量とし、前記試料液の体積からアルコール濃度が得られることになる。

ところで、上記、蒸留-密度法にしろ、重量法にしろ、直火を使用する点には変わりなくエキス分の焦付き等が発生し、正確な測定ができないことになる。そこで本願発明者は上記の蒸留−密度法や重量法の欠点を解消する方法として、水蒸気蒸留法を開発している。

すなわち、試料液（密度ρ_１、重量ｍ_１）に蒸気を吹き込んで蒸留し、留液（密度ρ_２、重量ｍ_２）のアルコール濃度C（vol％）を得、留液のアルコール濃度Cと、前記試料液の密度ρ_１、重量ｍ_１、留液の密度ρ_２、重量ｍ_２より、下記の式より試料液のアルコール濃度Caを得る方法である。

Cａ＝C×（ｍ_２／ρ_２）／（ｍ_１／ρ_１）

この方法は、エキス分の焦げ付き等がなく、しかも体積の秤量の面倒がなく、しかも試料液が少なくても精度の高い測定が可能な点で有利であり、液体試料については良好な結果が得られることを確認している（日本醸造学会誌（醸造）第１０９巻第３号１８７〜１９３頁別刷）。

（日本醸造学会誌（醸造）第１０９巻第３号１８７〜１９３頁別刷）

ところで、チョコレート等のお菓子ではアルコール味を加味する目的で、意図的に所定量のアルコールを添加することが多々ある。また、味噌、もろみ等の発酵食品では醸造過程で自然に少量のアルコールが醸成され、混入している。尚、以下では上記お菓子、味噌等を固形・半固形物とする。

上記の蒸留-密度法を用いて、上記固形・半固形物のアルコール濃度を測定しようとする場合、試料の容量を測定する必要があるが、直接には得ることはできないので、この方法を前記固形・半固形物のアルコール濃度測定に用いることはできない。

また、上記蒸留-密度法、あるいは重量法を用いようとする場合、試料を直接直火で加熱する訳にはいかないので、水に溶いた試料を所定量（例えば１００ｍＬ）作り、当該試料を直火で加熱することになる。ところが、たとえ試料を水に溶いたとしても、上記蒸留-密度法や重量法は、試料液の７０〜９０％の量を蒸留する必要があり、焦付き現象が発生し、精度のよい測定はできない。また、試料としては１００ｍＬ程度を用意する必要があり、測定に時間を要することになる。

また、前記水蒸気蒸留法は液体試料については、迅速で充分な精度が得られることが実証されているが前記チョコレート等のお菓子、味噌、もろみ等、固形・半固形物については未だ測定方法そのものが確立していない。とくに、試料の密度を計測しておく必要がある点で、液体試料と同様に扱うことはできない。

しかしながら、アルコール濃度の濃い薄いは食品の味と関係するところから、ユーザ側からみると、表示して欲しい値であり、メーカの立場からも表示できれば、品質の確かさを表し好都合である。

本発明は、前記課題を解決するためになされたものであり、固形・半固形の試料中のアルコール濃度を精度よく測定することが可能なアルコール濃度測定方法を提供することを目的とする。

本発明のアルコール濃度測定方法は、以下の手順よりなる。

まず、固形・半固形の所定量の試料の重量を測定する。ついで、前記試料を上記蒸留装置の試料容器にそのまま投入して水蒸気蒸留を施す。これによって前記固形・半固形試料中のアルコールを含む留液を前記蒸留装置の受器に捕集する。このとき、当該留液中のアルコール量を水蒸気蒸留前の試料中のアルコール量と同じにする。

さらに、前記捕集された留液の重量と、密度が計測され、当該留液の重量と密度に基づいて、当該留液のアルコール濃度（重量％（wt％）、または容量％（Vol％））を算出する。次いで、前記した試料の重量と、留液の重量と、留液のアルコール濃度とに基づいて、前記試料中のアルコール濃度（重量％（wt％）を算出する。

前記「そのまま前記所定量投入して」とは、事前に試料を水に溶解する等の処理を加えることなくという意味である。

前記試料の容量％の算出には試料の密度が必要であるが、試料の密度は仮定値を用いることができる。

前記試料のアルコール濃度は、ｍ_１を試料の重量、ｍ_２を留液の重量、ｃ_wを試料のアルコール濃度（wt％）、ｃ_２Ｗを留液のアルコール濃度（wt％）とした場合に、ｃ_w＝ｃ_２Ｗ×ｍ_２／ｍ_１により求めることができる。

また、Cvを試料のアルコール濃度（vol％）、C_2Ｖを留液のアルコール濃度（vol％）とした場合に、Cv= C_2Ｖ×(ｍ₂/ρ₂)／(ｍ₁/ρ₁)（Vol％）により求めることができ、ここでρ_１＝１とするとき。Cv’= C_2Ｖ×ｍ₂/ρ₂／(ｍ₁)（Vol％）となる。

本発明によれば、食品等の固形・半固形の試料のアルコール濃度を、当該固形・半固形の試料をそのまま用いて精度高く測定することが可能となる。

本発明の実施形態に係るアルコール濃度測定に用いる装置類の全体構成を示す概念図である。本発明に使用する水蒸気蒸留装置の主要部の構成図である。本発明の実施形態の実行手順を示すフローチャートである。実施例において２種の試料について水蒸気蒸留している状態を示す図。

発明者は、液体試料を対象として開発された、前記水蒸気蒸留法を食品等の固形・半固形物について適用可能か否かを試み、以下に説明するように精度の高い測定結果を得ることができることを実証した。

以下に、添付図面を参照して、本発明の実施形態について説明し、本発明の理解に供する。

前記固形・半固形とは、お菓子等の固形物、味噌、明太子、たらこ等のジェル、あるいは可塑性を持つ食品、ウェットティッシュ等の衛生用品等を挙げることが出来る。

図１は本発明の実施に用いる装置の概要を示す図である。以下に説明するように重量を測定するための計量装置１０、水蒸気蒸留装置１１、密度計（ここでは振動式密度計）１２、濃度計算のための演算装置１３が用意される。

図２は図１に示す水蒸気蒸留装置の詳細図である。当該水蒸気蒸留装置１１は、試料容器１１１の底部に、蒸気導入管１１５が開口する。前記試料容器１１１の上部にバッファ槽１１２が設けられ、更に、バッファ槽１１２の上部から冷却槽１１３を介して受器１１３に、前記試料容器１１１に吹き込まれた蒸気が導かれる。勿論、前記冷却槽１１３で冷却された蒸気は、液体となって、前記受器１１４に留液として回収される。

図３は本発明のアルコール濃度測定方法の手順次示すフローチャートであり、以下、図１、図２に示す装置とともに説明する。

まず、試料である固形・半固形物の重量ｍ_１（ｇ）（３０ｇ程度）が計量装置１０で測定され（図３：Ｓ１０１）、そのまま前記水蒸気蒸留装置１１の試料容器１１１に投入される。

尚、味噌等は必要に応じた量の水を添加する。これによって、以下に説明する蒸気導入管１１５からの蒸気が試料を通過し易くなり、効率的に試料からのアルコールの追い出しが可能になり、測定が容易になる。ここで添加する水はあくまで水蒸気蒸留が円滑に進行する程度の量の水であって、例えば試料２０〜３０ｍＬの試料に対して１０〜２０ｍＬ程度の水を添加する。但し、味噌の種類によっても添加量は異なる。また、明太子のように加熱によって不溶性になるものは上記のように水を少量追加して導入する蒸気が試料に含まれるアルコールを追い出し易くする。チョコレート等の水に可溶な製品、紅茶の葉等は水を入れる必要はない。以上若干の水の添加を要する場合も含めて「そのまま」あるいは「水に溶くことなく」としている。

この状態で、蒸気導入管１１５を介して外部から試料容器１１１に水蒸気を連続供給し、水蒸気で前記固形・半固形試料を加熱する。加熱された前記固形・半固形試料から放出される蒸気は冷却槽１１３で冷却され、留液となって、受器１１４に回収される（図３：Ｓ１０２）。これによって、試料にアルコールが含まれるとき、当該アルコール分は前記導入された水分蒸気に導かれて、受器１１４に留液として回収されることになる。この留液は、純水とアルコールの混合液となり、当該アルコール量は試料中のアルコールの量と同じになる。

上記のように、受器１１４に回収された留液の重量ｍ_２（ｇ）が、計量装置１０により測定される（図３：Ｓ１０３）。また、前記留液の密度ρ_２が振動式密度計１２によって測定される（図３：Ｓ１０４）。測定された留液の重量ｍ_２と密度ρ_２から、留液のアルコール濃度C_２Ｗ（wt％）を演算する（図３：Ｓ１０５）。ここで純水とアルコールの２成分液の密度とアルコール濃度（wt％）の関係は、既知の事項として予めテーブルとして作成されており、あるいは演算式が既知となっているので、前記留液のアルコール濃度（wt％）は簡単に求めることができる。

このようにして得られた留液のアルコール濃度C_２Ｗに対応するアルコール量は、前記試料に含まれていたアルコール量であるから、この値に基づいて、試料中のアルコール濃度Cwは以下の（１）式で表されることになる。

Cw= C_２Ｗ×ｍ_２/ｍ_１（wt%）・・・・・（１）

上記は、振動式密度計１２では固形・半固形試料の密度が測定できないことを前提とする計算方法であり、重量％で表示される。

ところで、固形・半固形物の試料の密度ρ_１は重量と体積から大雑把には推定することができ、重量と体積と体積が測定できないときでも推定値として、ρ_１を略１とすることができる。一方、留液のアルコール濃度C_2Ｖ(Vol％)は、留液の重量ｍ_２と密度ρ_２から求められるので、試料のアルコール濃度は容量％（Cv％）で表すことができる。ここで純水とアルコールの２成分液の密度とアルコール濃度（vol％）の関係は、予めテーブルとして作成されており、あるいは演算式が既知となっているので、前記留液のアルコール濃度（vol％）は簡単に求めることができる。

Cv= C_2Ｖ×(ｍ₂/ρ₂)／(ｍ₁/ρ₁)（Vol％）・・・・・（２）
ここでρ_１＝１とするとき。

Cv’= C_2Ｖ×(ｍ₂/ρ₂)／(ｍ₁)（Vol％）・・・・・（２’）
となる。

また、上記のように留液のアルコール濃度C_2Ｖ(Vol％)が求まると、製品１００ｇ当たりのアルコール量（mL）は、（３）式のようになる。

mL/100g＝C_2Ｖ× (ｍ_２/ρ_２)／ｍ_１・・・・（３）

また、１個当たりのアルコール量（mL）は、試料個数をMとすると、以下のように求められる。

mL/個＝（C_2Ｖ× (ｍ_２/ρ_２)／ｍ_１）M／100・・・・（４）

このように、固形・半固形の試料を、そのまま水蒸気蒸留法を適用することによって、試料に含まれるアルコールが、蒸気によって追い出され、留液として受器に溜まることになる。従って、少ない量の試料で精度よく迅速にアルコール量の検出ができることになる。

もちろん、水蒸気蒸留法の一般的な利益も享受する。例えば、少ない量（例えば３０g程度）の試料であっても精度の高い結果が得られること。試料重量ｍ_１（ｇ）及び留液の重量ｍ_２（ｇ）を用いるため、従来のように、固形・半固形試料を特定の体積に調整する必要が無く、又、試料を特定の温度（例えば、１５度）に調整する必要も無いから、操作が簡便になる。

又、水蒸気蒸留を用いるため、直接蒸留（直火蒸留）と比較して、蒸留時間を短縮することが出来る。直接蒸留であれば、例えば、蒸留時間が約２０分であるのに対し、水蒸気蒸留であれば、例えば、蒸留時間が約５分となる。又、直接蒸留と比較して、空焚きの心配が無いので、安全に測定可能である。

図１に示す各装置、計量装置１０、水蒸気蒸留装置１１、振動式密度計１４、パーソナルコンピュタ等の演算装置１３を用いて、下記の固形・半固形試料中のアルコール濃度の測定を実施した。

固形・半固形試料として、２種類のチョコパイ、サンドケーキ、３種類のチョコレート、紅茶粉末、減塩味噌、麦味噌、米味噌、２種類の合わせ味噌を用意した。チョコパイ、サンドケーキ、チョコレート、紅茶粉末のサンプル量は、約３０ｇとした。減塩味噌のサンプル量は約３０ｇ、麦味噌のサンプル量は約２４ｇ、米味噌のサンプル量は約２０ｇ、合わせ味噌のサンプル量は約２０ｇ〜２５ｇとした。又、チョコレート、紅茶粉末のサンプル量を約１０ｇとして少量の場合のアルコール濃度の測定も実施した。直接蒸留でのサンプル量が約１００ｇを考慮すると、いずれもサンプル量が少量であることが理解できる。

図４（ａ）に示すように、チョコレートであれば、３つ程度のサンプルを秤量して、そのまま水蒸気蒸留装置１１の試料容器１１１に投入した。また、図４（ｂ）に示すように、紅茶の粉末も水に溶かさないで試料容器１１１に表１に示す量投入した。

表１には、演算式（１）を用いて算出した上述した固形・半固形試料のアルコール濃度の測定値（ｗｔ.％）、平均値（ｗｔ.％）、標準偏差の測定結果を示す。１種類の製品につき２〜５サンプル用意し、当該各サンプルから得られた値と平均値を表した。

測定結果から分かるように、固形・半固形試料が少量であっても、精度高くアルコール濃度を測定出来ていることが理解される。又、標準偏差の値も低く、アルコール濃度の測定に対して再現性が高く、繰り返し精度が高いことが理解される。

上記において、密度計として振動式密度計を使用しているが、密度を直接測定できる他の装置あるいは間接に測定できる装置（例えば屈折率測定装置）も当然用いることができる。

比較例

国税庁分析法（訓令１８）粉末酒を参考とした測定方法で紅茶粉末のアルコール濃度を測定した場合は以下のようになる。

先ず、紅茶粉末（試料）を水に溶解した試料液を作成する（ここでは紅茶粉末６０ｇを水に溶解（混合）させて２００ｍＬの試料液とする。このとき密度の関係で温度も１５℃としておく。）。この試料液に対して、上記従来技術の項で説明した水蒸気蒸留法を用いて試料液のアルコール濃度（Vol％）を得た（表２(b)欄）。尚、ここで試料の密度は以下の（５）式で推定値を出した。

試料の推定密度＝試料の重量／（試料液の体積―加えた水の体積）・・（５）

上記試料液のアルコール濃度から以下の（６）式、（７）式を用いて試料のアルコール濃度（Vol％）を得る（（表２(a)欄））。

試料のアルコール濃度＝試料液のアルコール濃度×200／試料の重量×換算係数・（６）

換算計数＝（試料の重量＋加えた水の重量×（１−比重））／試料の重量×比重・（７）

上記の計算を行うことで表２の（ａ）欄の結果を得る。尚、（６）式における換算計数は試料の密度の逆数に相当し、従って、（６）式の分母は試料の体積の近似値となっている。また、（７）式における比重は試料液（前記紅茶粉末６０ｇ+水２００ｇ）の比重となる。

例えば、表２の最上行では、測定された試料液のアルコール濃度が２.２３Vol％として、試料の重量５９．９６ｇ、加えた水の重量１５５．７９ｇ、比重１．０８２（５）式より得られる換算計数０．７２を（６）式に代入すると、１０．３３Vol％が得られることになる。

さらに、同じ紅茶粉末の３０ｇと１０ｇの２種について本願の方法でもアルコール分の測定をした結果を表２にSDK法として示す。前記したように、この場合は紅茶粉を試料容器１１１にそのまま（水を入れないで）投入し、蒸気導入管１１５から蒸気を導入することになる。

本願のいずれの結果も国税庁分析法を参考とした測定と遜色ない結果を示しているが、本願では、試料を水に溶解（混合）する必要がない点で有利である。

以上のように、本発明は、固形・半固形で構成される食品等のアルコール濃度の測定に有用であり、固形・半固形の試料中のアルコール濃度を精度高く測定することが可能なアルコール濃度測定システム、アルコール濃度測定方法として有効である。

１アルコール濃度測定システム
１０計量装置
１１水蒸気蒸留装置
１２留液物理量測定装置
１３演算装置

Claims

固形・半固形の試料の重量を測定するステップと、
前記固形・半固形試料の試料を水に溶くことなく水蒸気蒸留を施し、前記固形・半固形試料中のアルコールを含む留液を捕集し、当該留液中のアルコール量を水蒸気蒸留前の試料中のアルコール量と同じにするステップと、
前記捕集された留液の重量を測定するステップと、
前記留液の密度を測定するステップと、
前記留液の密度と重量に基づいて、当該留液のアルコール濃度を算出するステップと、
前記測定された固形・半固形試料の重量と、留液の重量と、留液のアルコール濃度と、に基づいて、前記固形・半固形試料中のアルコール濃度を算出するステップと、
を備えることを特徴とするアルコール濃度測定方法。
前記留液のアルコール濃度は、予め測定された純水及びアルコールの２成分の混合液の密度と、当該アルコールの濃度とを関連付けたテーブルに基づいて算出する請求項１に記載のアルコール濃度測定システム。