JP7108997B2 - 起泡性飲料の泡質評価方法 - Google Patents

Description

本発明は、起泡性飲料の泡質評価方法、当該方法により泡質の評価判定を行う工程を含む起泡性飲料の製造方法に関する。

ビールなどの起泡性飲料を容器に注ぐと、液体上部表面に泡層が形成される。この泡層の性状（泡質）は、泡立ち、泡層量、泡持ち、泡の容器への付着性、泡の細かさなどで表現され、何れも起泡性飲料の品質において重要な指標である。このうち特に、泡の細かさは重要であり、細かくかつ均一な泡粒が存在した場合には、クリーミーな泡として好まれる場合がある。

ビールなどの起泡性飲料の泡の細かさを評価する方法としては、泡粒径を指標として、泡部に可視光やレーザービームを照射し、撮影した画像を解析する手法が知られている（特許文献１、２）。

特許３９７７３７５号公報 特開２０１０－２２３７０１号公報

しかしながら、特許文献１、２のような画像を解析する手法では、撮影範囲が非常に限定され、泡層内部の泡粒径など泡層全体の泡質を評価することは難しかった。さらに、従来の方法では、測定に供する容器が特殊な容器に限定されるなど、実際に使用される容器を用いての評価ができない場合もあった。

本発明の課題は、泡層全体における泡質について簡便に評価することのできる新規な方法を提供することである。また、本発明の課題は、当該方法により泡質の評価判定を行う工程を含む起泡性飲料の製造方法を提供することである。

本発明は、
[１] ｆ_{ｂｕｂｂｌｅ}／ｆを指標として起泡性飲料の泡質を評価する工程を含み、前記ｆ_{ｂｕｂｂｌｅ}が前記起泡性飲料の起泡状態のヘルムホルツ共鳴周波数であり、前記ｆが前記起泡状態と同体積における泡不含有液体のヘルムホルツ共鳴周波数である、起泡性飲料の泡質評価方法、
[２] ポリトロープ指数ｎを指標として起泡性飲料の泡質を評価する工程を含む、起泡性飲料の泡質評価方法、及び
[３] [１]又は[２]に記載の泡質評価方法により泡質の評価判定を行う工程を含む、起泡性飲料の製造方法に関する。

本発明によれば、泡層全体における泡質について簡便に評価することのできる新規な方法を提供することができる。また、本発明の課題は、当該方法により泡質の評価判定を行う工程を含む起泡性飲料の製造方法を提供することができる。

実施例で使用した共鳴測定装置の概略図である。

本発明の泡質評価方法の態様の一つとしては、ｆ_{ｂｕｂｂｌｅ}／ｆを指標として起泡性飲料の泡質を評価する工程を含む方法が挙げられる。ここで、ｆ_{ｂｕｂｂｌｅ}は起泡性飲料の起泡状態のヘルムホルツ共鳴周波数であり、ｆは起泡状態と同体積における泡不含有液体のヘルムホルツ共鳴周波数である。

一般に、ヘルムホルツ共鳴とは、共鳴器に、長さｌ、断面積Ｓの長細いパイプが開口する構造であり、容器内体積に従って、共鳴器内の空気の単振動により、下記の式に従い、共鳴周波数を生じるものである。そして、容器内に吸音しない物質が存在した場合には、単振動は早くなり、共鳴周波数は高くなる。

このヘルムホルツ共鳴原理を用いて、発信された音波の共鳴周波数から容器内の液体体積を測定する技術が確立されているが（例えば、特許４９１１４６０号公報）、測定する液体表面に泡層のような吸音物質がある場合においては、体積が同じでも共鳴周波数が異なる場合があることが分かった。そこで、本発明者らが前記課題について検討したところ、同種の起泡性飲料において泡比率を同じとした場合には、泡層における泡粒径が小さいほどヘルムホルツ共鳴周波数が低くなることを新たに見出した。

この新たな知見、及びヘルムホルツ共鳴周波数が容器内の空洞部空気体積Ｖ_０に応じて変化することを考慮すると、起泡性飲料の起泡状態と同体積における泡不含有液体のヘルムホルツ共鳴周波数ｆに対する値である、ｆ_{ｂｕｂｂｌｅ}／ｆを泡質評価の指標にできることが分かる。ここで、起泡状態と同体積とは、ｆ_{ｂｕｂｂｌｅ}とｆの空洞部空気体積Ｖ_０を同一にする趣旨であり、起泡性飲料の起泡状態の全体体積、即ち、気泡を含めた見かけ上の泡層体積と液層体積との和と、泡不含有液体の液層体積とが同一という意味である。

本発明の方法において、ｆは、予め測定しておいた数値を用いてもよいし、泡不含有液体に対し音波を発信してｆを得る工程をさらに含んでもよい。本明細書において、泡不含有液体としては、泡を含有しない液体であれば特に限定されるものではない。例えば、水などが好適に使用できるが、消泡状態の起泡性飲料であってもよい。

また、本発明の泡質評価方法の別の態様としては、ポリトロープ指数ｎを指標として起泡性飲料の泡質を評価する工程を含む方法が挙げられる。ヘルムホルツ共鳴系は、ネックチューブ中の空気柱を「質量」、共鳴器空洞部の空気を「ばね」とする１自由度のばね―質量系に置き換えることができる。共鳴時、空気柱が共鳴器空洞部の空気を圧縮・膨張する。圧縮時には空洞部空気の内部エネルギーが増加して温度が上がり、膨張時には逆に内部エネルギーが減少して温度が下がる。共鳴周波数である数百Ｈｚの圧縮・膨張サイクルは高速であるため、圧縮時に熱が系外に逃げ、膨張時に系外から流入する時間的余裕がなく、この圧縮・膨張変化は熱の出入りがない断熱変化となる。断熱変化ではポアソンの式（ＰＶ^１．４＝一定）が成立する。ここで１．４は空気の比熱比κ．ばね―質量系のばね定数は１．４ＰＳ^２／Ｖ，質量はρＳｌに相当し、その時のばね―質量系の共振周波数、つまり共鳴周波数ｆは、下記の式（１）となる。

ここで，Ｐは空気の圧力，Ｓは共鳴器ネックチューブの断面積、Ｖ_０は共鳴器空洞部の空気体積、ρは空気密度、ｌはネックチューブ長さである。この式中の１．４Ｐは空気の体積弾性率（圧縮率の逆数）に相当する。ヘルムホルツ共鳴系の中に泡があると、音波はその泡を圧縮・膨張させる。そのときの泡の径を変化させるエネルギー分だけ音波のエネルギーは減少することになる。これは共鳴器空洞部内の空気が圧縮・膨張するときの熱が逃げることに相当する。断熱変化では熱損失はないが、圧縮による内部エネルギー増加分が完全に逃げる場合は、等温変化に相当する。泡の圧縮・膨張による熱損失がある系は断熱変化と等温変化の間に位置するポリトロープ変化に相当する。ポリトロープ変化ではＰＶ^ｎが一定となる。このときのｎをポリトロープ指数という。泡径が小さいほど内圧が大きく、圧縮・膨張による熱損失は小さくなる。また、泡数が多いほど熱損失は大きくなる。つまりｎは泡の大きさや数の情報を持っているということができる。前述の断熱変化と同様に、ポリトロープ変化での共鳴周波数を求めると下記の式（２）となる。

そして、前述の式（１）と（２）を組み合わせることで下記の式（３）の関係が認められる。ｎは直接測定して求めることはできないが、共鳴周波数は測定して求めることができることから、下式の周波数比ｆ_{ｂｕｂｂｌｅ}／ｆ、またはポリトロープ指数ｎを泡質評価の指標として決定することができる。以下、ポリトロープ指数ｎ及びｆ_{ｂｕｂｂｌｅ}／ｆをまとめて「ポリトロープ指数等」と称する場合がある。

本発明の方法に係る起泡性飲料としては、ビールテイスト飲料、ミルクセーキなどの乳成分含有飲料、スムージーなどの農産物微粉砕飲料、エスプレッソコーヒーなどの加圧抽出コーヒー飲料などが挙げられる。ここで、ビールテイスト飲料とは、ビール様の風味をもつ炭酸飲料をいう。つまり、本明細書のビールテイスト飲料は、特に断わりがない場合、ビール風味の炭酸飲料を全て包含するものであり、アルコールを含有するビールテイスト飲料、及びノンアルコールビールテイスト飲料のいずれであってもよい。

本発明の方法は、ポリトロープ指数等を指標とする泡質評価方法であれば、特に限定されるものではない。評価する泡質としては、泡の細かさの他、泡持ちなどの泡質を評価することもできる。以下に、具体的な態様を例示する。

本発明の方法の一態様として、起泡性飲料の製造工程中に、泡質の評価判定を行う工程を含む態様が挙げられる。起泡性飲料の中間品又は最終製品をサンプルとして、本発明の泡質評価方法により泡質を評価して、品質管理をすることができる。より具体的には、サンプルをグラスに注いだ後、任意の時間におけるポリトロープ指数等を測定・算出し、予め設定しておいた閾値などにより泡の細かさの合否判定などをすることができる。また、サンプルのポリトロープ指数等の経時的な測定や、複数回の測定により、泡持ちを評価することなどもできる。

例えば、ビールテイスト飲料の泡質の評価判定工程としては、任意のグラス又は共鳴器に液層：泡層の比率が、例えば、６：４～９：１となる任意の比率となるようにサンプルを注入し、注入されたサンプルのｆ_{ｂｕｂｂｌｅ}を測定し、得られたｆ_{ｂｕｂｂｌｅ}の全体体積と同体積における水のヘルムホルツ共鳴周波数ｆを測定することで、ｆ_{ｂｕｂｂｌｅ}／ｆやポリトロープ指数ｎを算出することができる。得られたポリトロープ指数等を、予め設定した閾値や、他サンプルのポリトロープ指数等と比較することなどにより、ビールテイスト飲料の泡質を評価することができる。なお、サンプル注入の際は、液層と泡層とを分けて注入することで、所望の泡比率に制御することが容易となる。

泡質評価の具体的基準は、起泡性飲料の種類などにも左右されるが、例えば、ビールテイスト飲料で泡比率（１００×泡層／全体体積）が２０％の場合においては、ｆ_{ｂｕｂｂｌｅ}／ｆが０．９２以下であれば比較的きめ細かい泡であると評価でき、ｆ_{ｂｕｂｂｌｅ}／ｆが０．９０以下であればよりきめ細かい泡であると評価できる。同様の条件においては、ｎが１．１９以下であれば比較的きめ細かい泡であると評価でき、ｎが１．１３以下であればよりきめ細かい泡であると評価できる。

ポリトロープ指数等を測定する装置としては、特に限定されるものではないが、スピーカーなどのヘルムホルツ共鳴による共鳴周波数ｆ及び／又はｆ_{ｂｕｂｂｌｅ}を得るための音波を発信する手段、マイクロフォンなどの共鳴周波数を受信する手段などが挙げられる。さらに必要に応じて、得られた共鳴周波数に基づきポリトロープ指数等を算出処理する手段や、設定された閾値に対して泡質の評価を出力する手段などを含む装置であってもよい。

次に、実施例を示して本発明を更に詳細に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。

[泡のきめ細やかさの評価]
実施例１～４
２種類のビールテイスト飲料Ａ、Ｂの泡のきめ細やかさについて、ヘルムホルツ共鳴周波数より算出したｆ_{ｂｕｂｂｌｅ}／ｆおよびポリトロープ指数ｎを指標として泡質を評価した。まず、図１に示す共鳴測定装置により体積ごとの水の共鳴周波数を測定し、ｆについての標準直線を得た。次に、各起泡性飲料について、同様の方法でｆ_{ｂｕｂｂｌｅ}を複数回測定し、ｆ_{ｂｕｂｂｌｅ}測定時の全体体積におけるｆから、ｆ_{ｂｕｂｂｌｅ}／ｆおよびポリトロープ指数ｎを算出した。測定結果の幅は、複数回測定した上限と下限の幅である。結果を表１に示す。

なお、ｆ_{ｂｕｂｂｌｅ}及びｆの測定には、泡持ち測定法（欧州ビール協会公定NIBEM法）に使用される抽出器を使用して水や泡層をシリンダー１（容積：３００ｃｍ^３）内に注入し、ネックチューブ２を上部に設置して測定した。ｆ_{ｂｕｂｂｌｅ}測定時には、実飲用を想定し液層３として水１２０ｃｍ^３に、泡層４を約２０－４０ｃｍ^３抽出し、表１に記載の泡層体積となった時点でのｆ_{ｂｕｂｂｌｅ}を測定した。また、ｆ_{ｂｕｂｂｌｅ}測定時における全体体積は、ＬＥＤセンサーにより泡層体積、液層体積を測定して算出した。

一方、本実施例では、発明の効果の検証のために、共鳴測定装置に動的フォームアナライザ（Kruess社製DFA100）を併設し、経時的に同時測定を行なった。平均泡粒径は、動的フォームアナライザに設置されたＣＣＤカメラにて測定した泡粒径分布より算出した。結果を表１に示す。

表１より、実施例１及び３、並びに実施例２及び４との対比から、ポリトロープ指数等が低いビールテイスト飲料Ａ（実施例１、２）の泡は、ポリトロープ指数等が高いビールテイスト飲料Ｂ（実施例３、４）の泡よりも平均泡粒径が小さく、感触もクリーミーであったことから、泡のきめ細やかさとポリトロープ指数等に関係性があることが分かる。また、実施例１及び２、並びに実施例３及び４との対比から、同じ飲料においては泡比率が高いとポリトロープ指数等が低くなっており、ポリトロープ指数等が泡層全体の性状と関係性があることが分かる。従って、本発明のポリトロープ指数等を指標とする泡質評価方法によれば、泡層全体における泡のきめ細かさを評価できるものと考えられる。

[泡持ちの評価]
実施例５、６
表２に示す抽出後時間にｆ_{ｂｕｂｂｌｅ}を１回測定した以外は実施例１～４と同様にしてポリトロープ指数等を算出した。一方、本実施例では、発明の効果の検証のために、併せて目視で泡持ちについて評価した。結果を表２に示す。

本測定法は、抽出後の泡の状態を継続的に測定できることから、泡の細かさを測定できるのみならず、一定時間後の泡量を測定することもできる。一方で、泡持ちには、泡の細かさと泡の合一・消滅のしやすさが関与している。そのため、本測定法により、泡持ちを評価できると考えられる。表２より、抽出後６０秒および１２０秒の両時点で、ポリトロープ指数等が小さい実施例５は、より高い値である実施例６に比べて泡持ちが良いものであった。従って、泡持ちとポリトロープ指数等に関係性があることが分かる。

本発明の泡質評価方法によれば、起泡性飲料の品質保持等に利用することができる。

１ シリンダー
２ ネックチューブ
３ 液層
４ 泡層
５ スピーカー
６ 定電流アンプ
７ ヘルムホルツ共鳴測定ＰＣ

Claims (6)

1. ｆ_{ｂｕｂｂｌｅ}／ｆを指標として起泡性飲料の泡質を評価する工程を含み、前記ｆ_{ｂｕｂｂｌｅ}が前記起泡性飲料の起泡状態のヘルムホルツ共鳴周波数であり、前記ｆが前記起泡状態と同体積における泡不含有液体のヘルムホルツ共鳴周波数であり前記ｆ _{ｂｕｂｂｌｅ} 測定時と同じ空洞部空気体積Ｖ _０ で測定したヘルムホルツ共鳴周波数である、起泡性飲料の泡質評価方法。
2. 前記起泡性飲料が、ビールテイスト飲料、乳成分含有飲料、農産物微粉砕飲料、又は加圧抽出コーヒー飲料である、請求項１に記載の方法。
3. 起泡性飲料に対し音波を発信して、前記ｆ_{ｂｕｂｂｌｅ}を得る工程をさらに含む、請求項１又は２に記載の方法。
4. 泡不含有液体に対し音波を発信して、前記ｆを得る工程をさらに含む、請求項１～３いずれかに記載の方法。
5. ポリトロープ指数ｎを指標として起泡性飲料の泡質を評価する工程を含む、起泡性飲料の泡質評価方法。
6. 請求項１～５いずれかに記載の泡質評価方法により泡質の評価判定を行う工程を含む、起泡性飲料の製造方法。

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