JPH08105845A

JPH08105845A - 水分及び塩分の同時測定方法

Info

Publication number: JPH08105845A
Application number: JP6263224A
Authority: JP
Inventors: Yasuhiko Shiiki; 靖彦椎木; Makoto Higashimura; 誠東村; Kensuke Ito; 健介伊藤
Original assignee: Snow Brand Milk Products Co Ltd
Current assignee: Snow Brand Milk Products Co Ltd
Priority date: 1994-10-03
Filing date: 1994-10-03
Publication date: 1996-04-23
Anticipated expiration: 2015-09-18
Also published as: JP3087939B2

Abstract

(57)【要約】【目的】物質に含まれる水分及び塩分を同時測定で
き、且つ、オンライン組み込み可能な測定方法の提供【構成】物質に対して照射した、マイクロ波を含む電
磁波の透過波又は反射波を検出し、検出電磁波の位相差
変化と減衰を測定し、この数値を予め実測値から求めた
重回帰式に代入して被測定物の水分と塩分を同時に測定
する方法【効果】本法による同時オンライン測定の実施によっ
て、食品などの製造工程の工程管理が容易になり、且
つ、出来上がり製品の水分及び塩分のばらつきがなくな
った。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、被測定物の水分及び塩
分の測定方法、特にバター、マーガリン、スープ等の食
品類の水分及び塩分の濃度の同時測定方法に関する。ま
た本発明は、塩分及び水分を含有する被測定物の塩分を
測定する方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】水分及び塩分をともに含有する物質に
は、食品、医薬品、コンクリートミックス、化成品等の
多種多様の物質が存在するが、これらの物質の塩分と水
分の量は製品の品質を左右する重要な因子であり、品質
管理上最も重要な測定項目の一つである。特にバター、
マーガリン、スプレッド、ソース、スープ、ドレッシン
グ等の食品においては、製品の風味や組織の維持には、
水分及び塩分の含有量が決定的な役割を果たしており、
水分及び塩分の濃度の測定は品質管理の上で最重要のフ
ァクターとなっている。これらの食品の製造工程におい
て水分及び塩分濃度の同時のオンライン測定は、品質管
理上及び工程管理上、特に重要視され、その開発が強く
求められていた。

【０００３】従来の食品等の水分測定法には、(1) 乾燥
減量から求める方法、(2) カールフィッシャー法、(3)
赤外線の吸光度から求める方法、(4) 近赤外線の吸光度
から求める方法、(5) マイクロ波の減衰から求める方
法、(6) 誘電率と水分との関係を用いた方法、(7) 容量
滴定法、(8) 電量滴定法等があり、同じく塩分測定法に
は、(9) 試料を水に抽出し、その抽出液を硝酸銀溶液で
滴定するモール法、(10)ナトリウムイオン又は塩素イオ
ンメーターを用いる方法等がある。これらの水分及び塩
分の測定方法は、一般的には食品の水分及び塩分の測定
に用いられるが、食品以外の医薬品、化成品等に対して
も同様に適用されている方法である。上記測定方法は、
水分及び塩分の濃度の個々の測定に用いられているが、
水分及び塩分を同時に測定する方法も検討されており、
例えば、同時測定方法として、(11)比重と誘電率を測定
し重回帰式を用いて水分と塩分を測定する方法（特開平
４-140660)、(12)電磁波の反射波又は透過波から誘電率
の分布を測定し、コンクリートの内部の水分及び塩分の
分布状況を検査する方法（特開昭61-17051）等が提示さ
れている。しかし、簡便で、正確で、且つ、オンライン
測定可能な水分及び塩分の各濃度の同時測定方法は未だ
提案されていなかった。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】食品の水分測定方法で
は、従来の水分及び塩分濃度の単独又は同時測定法はそ
れぞれいくつかの欠点を有している。例えば水分測定に
おいては、(1) では、乳及び乳製品の成分規格等に関す
る省令 (昭和２６年１２月２７日、厚生省令第５２号)
に規定される公定法であるが、測定に長時間を必要と
し、さらに製造工程中のオンライン測定ができず、(2)
の方法では分析に費用、時間を要し、さらにオンライン
測定にとり入れるためには困難な操作が多く、(3) の方
法では水分の吸収スペクトルに問題があり、測定可能な
水分含有量の範囲が狭く、高水分食品の測定には不向き
であり、(4) の方法では水以外の成分や温度等の測定条
件の影響因子が多く、測定が困難であり、(5) 及び(6)
の方法はオンラインには向いた測定法であるが、塩分を
含む場合には、水分の測定値に大きな影響を及ぼし、こ
の結果、水分値の測定誤差が大きくなり、(7) 及び(8)
の方法ではオンライン測定への組み込みが困難である。
また、塩分測定に関して、(9) の測定法では、測定に時
間を要しオンライン測定システムには組み込み難く、測
定に長時間を要し、(10)の方法は電極の汚れ等の影響が
大きく測定誤差が大きい。

【０００５】さらに、水分及び塩分の同時測定方法にお
いては、(11)の方法ではオンライン用の比重計と誘電率
測定装置が必要で、経済性が悪く、(12)の方法では測定
対象がコンクリートに限定され、誘電率の分布のみの測
定であるので、水分及び塩分を精度良く測定できない。
上記測定法の検討の際に、本発明者らは塩分の存在は水
分の測定値に影響を与え、且つ、水分の存在は塩分の測
定に影響を与えることを発見し、結論的に上記方法では
同時測定できないことが確認された。このように、従来
方法は、水分及び塩分を迅速に、精度良く、測定するに
は困難であった。そこで、本発明者らは水分及び塩分を
含有する物質に対して照射したマイクロ波等の電磁波の
減衰と位相差の変化について注目し、検討を行った。そ
の結果、照射電磁波の透過波又は反射波の位相差と減衰
をオンラインで測定し、この測定値と従来の方法（例え
ば、水分測定であれば(2) カールフィッシャー法、塩分
測定であれば(1) モール法などの精度の高い測定法）を
用いて測定し、求めた両者の各測定値の重相関関係に着
目し、これを検討したところ、電磁波の透過波又は反射
波の位相差と減衰を変数とする重回帰式が成立し、それ
を用いて水分及び塩分を同時に精度良く測定できること
を見出し、本発明に至った。従って本発明では、水分及
び塩分を含有する被測定物中の水分及び塩分を同時に、
且つ、迅速に精度良く、被測定物に対して非破壊・非接
触で、オンラインで測定できる方法を提供することを課
題とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】一般に電磁波を試料に照
射したとき、その透過波あるいは反射波から得られる測
定項目として減衰、位相差、反射インピ−ダンスあるい
は伝送速度等があるが、本発明者らは、水分及び塩分を
含有する被測定物に電磁波を照射し、その透過波又は反
射波の照射波に対する減衰と位相差を同時に測定し、予
め求めた水分及び塩分の実測値とこれらの測定値との一
定の重相関関係を示す重回帰式を作っておき、この式に
透過波又は反射波のエネルギーの減衰と位相差の測定値
を代入することによって、水分と塩分濃度の変化量を短
時間に高精度で測定できることを見出した。この重回帰
式は、水分をｙ₁、塩分をｙ₂とし、透過又は反射電磁
波の位相差ｘ₁、減衰ｘ₂としたとき、それぞれ次の数
１、数２で表わされる。

【０００７】

【数１】

【０００８】

【数２】

【０００９】重回帰分析は、複数の変数（説明変数）を
用いて、統計的に回帰関係を求める手法で、複数の独立
事象の関係を求める時に使用される。この統計手法は当
業者間では公知である〔新版品質管理便覧（1977年、日
本規格協会刊）などを参照〕。このような重回帰分析に
よって得られた回帰式（I)及び(II)に、変数である透過
又は反射電磁波の位相差ｘ₁、減衰ｘ₂の数値を代入し
て水分及び塩分を同時に求めることができる。塩分及び
水分がこのような重回帰式と、透過又は反射電磁波の位
相差ｘ₁、減衰ｘ₂から求められることは、本発明者ら
が初めて見いだしたものである。

【００１０】電磁波を被測定物に照射し、被測定物質の
吸収や減衰を測定する場合、上記のように透過波を検出
するか、反射波を検出するかいずれかの手段を選択する
ことができる。透過波を検出する場合には、単純な１回
通過による減衰及び位相変化を見るため、簡単な構成の
装置でよいが、反射波を検出する場合には、電磁波照射
部での反射を取り除いて、減衰及び位相差を測定しなけ
ればならず、装置の構成が複雑になりやすい。本発明の
方法においては、反射波、透過波いずれの場合も採用で
きるが、以下の説明及び実施例では、透過波を測定する
場合について説明を行う。なお、電磁波は電磁場の振動
を表わす用語であり、本発明においては、電磁波のうち
マイクロ波を含む１００ＭＨｚ以上、１０ＧＨｚ以下の
ものであって、波長１ｍ以下、周波数１ＭＨｚ〜５ＧＨ
ｚの電磁波が特に好ましい。

【００１１】電磁波を被測定物に照射し、透過波を検出
する方法として、公知の電磁波発生装置と、電磁波検出
装置を用いた装置より求めることができ、このような装
置として市販の装置を使用することもできる。例えば特
開昭59−102146号公報及び特開平 2-19750号に開示され
たマイクロ波による水分測定装置は、水分測定を目的と
した装置であって、通常は、マイクロ波の発信用のアン
テナと受信用のアンテナを装置中に含むものであり、透
過波の位相変化と減衰を測定できる装置であればいずれ
も使用可能である。また、市販の装置として、ベルトホ
ルド社（ドイツ）からマイクロモイストの商品名で販売
されているマイクロ波利用の水分計があり、特に本発明
をオンラインで使用するときに適している。このベルト
ホルド社のマイクロモイストの装置の構成概念図を図１
に示した。このような発信側及び受信側ともに、ホーン
型アンテナを用いた装置は感度が優れ、使用上有利であ
り、容易に透過波の位相差及び減衰を検出することがで
きる。位相変化は、発信波の位相（度）に対する位相遅
れ（度）を測定し、透過による減衰は、発信マイクロ波
の出力と透過波のエネルギー比の対数値として求める。

【００１２】本発明においては、このようなマイクロ波
発信及び検出装置を使用して、被測定物の水分及び塩分
を同時に測定することを特徴とする。このため、一定の
濃度範囲の試料の水分及び塩分を精度の良い測定法で予
め分析を行っておく必要がある。本発明の方法によれ
ば、実施例から推察すると、実測値は予め求めた重回帰
式と非常に密接な重相関関係を有しており、従来技術に
よる水分又は塩分の個々の測定値と非常に良く一致す
る。回帰式の統計的な信頼性は非常に高いことが確認で
きる。重回帰分析にあたって、測定試料数は、通常、統
計的手法において多数の試料を測定することにより、精
度は向上するので、２０検体程度を測定して、重回帰式
を求めることが好ましいが、本発明の方法では１０〜１
５検体の測定でも十分である。本発明方法の基礎となる
従来技術による水分又は塩分測定方法には以下の方法が
適用できる。水分測定法については、(1) 乾燥減量から
求める方法、(2) カールフィッシャー法、(3) 赤外線の
吸光度から求める方法、(4) 近赤外線の吸光度から求め
る方法、(5) マイクロ波の減衰から求める方法、(6) 誘
電率と水分との関係を用いた方法、(7) 容量滴定法及び
(8) 電量滴定法が、塩分測定法については(9) 硝酸銀溶
液で滴定するモール法、(10)ナトリウムイオン又は塩素
イオンメーターを用いた測定法が適用できるが、試料の
状態や濃度範囲、試料の量、試料の数によって適宜選択
すればよい。

【００１３】このようにして予め得た、水分及び塩分量
と同一又は同質の試料に対してマイクロ波照射装置によ
り一定の条件下にマイクロ波を照射し、その透過波を検
出し、位相変化及び減衰を測定する。このときの発信エ
ネルギーや検出感度は、使用する装置の仕様に従って行
って良いが、発信マイクロ波の周波数は、本発明の効果
に大きな影響を及ぼすため、１００ＭＨｚ〜１０ＧＨ
ｚ、好ましくは１００ＭＨｚ〜５ＧＨｚに調整する。こ
のとき、発信マイクロ波が１００ＭＨｚ以下の場合、ホ
ーンアンテナを大きくしなければならず、実用が困難に
なり、１０ＧＨｚ以上の場合には、被測定物への電磁波
の吸収が大きく、透過波の電圧が小さくなり、検出でき
なくなって、位相変化に対する被測定物の厚みの影響が
大きくなる。

【００１４】予め水分及び塩分を測定するのに、試料は
容器中に入れて測定するが、オンライン測定を行うこと
も可能である。この測定において、１５検体以上の試料
の透過波の減衰と位相差を求め、予め測定しておいた従
来の方法によって測定した水分及び塩分濃度を基に、重
回帰分析を行い、重回帰式の(I) 及び(II)を立てる。こ
の重回帰式を求めた後は、被測定物に電磁波を回帰式を
求めたと同様の条件で照射し、透過波を検出し、この透
過波の減衰と位相差を先に求めた重回帰式に代入し、目
的とする被測定物の水分及び塩分を同時に求めることが
できる。なお、この重回帰式の算出と、測定試料による
透過波の減衰と位相差を代入し演算する手順は、予めコ
ンピュータにプログラムしておき、測定と同時に塩分及
び水分を同時に表示することもできるので、本発明では
測定結果を製造工程にフィードバックすることによりリ
アルタイムで製造条件を制御することが可能となった。
重回帰分析は、測定試料の水分及び塩分の濃度の範囲が
変化する毎に行うことにより、測定精度を向上させるこ
とができる。本発明においては、水分の測定は、０〜４
０％、４０〜８０％、８０％以上の範囲で重回帰分析の
結果を適用することができ、特に、０〜２０％、２０〜
４０％、４０〜６０％、６０〜８０％、８０％以上のそ
れぞれの範囲で重回帰分析を行うことが好ましい。ま
た、塩分のときは、対象とする物質によって異なるが、
食品のように微量の塩分変化を把握したい場合には、０
％から５％きざみで重回帰分析を行っておくことが好ま
しく、特に０％から１．５％きざみで重回帰分析を行っ
て、回帰式を求めておくことが好ましい。また、化成品
のような、塩分の高濃度試料においては、１０％きざみ
の重回帰分析を行って得られた回帰式によって、目的の
範囲の濃度を正しく求めることができる。以下に実施例
を示し、本発明をさらに詳細に説明するが、本発明の範
囲はこれらの実施例に限定されるものではない。

【００１５】

【実施例１】バターの製造工程において、バター連続製
造装置のノズル部にホーンアンテナを設置し、１ＧＨｚ
から５．８ＧＨｚの周波数を含む電磁波をバター製造中
に照射し、その透過波の中から１ＧＨｚの周波数の電磁
波のエネルギー減衰と位相差を測定した。減衰と位相差
の測定には、市販のマイクロ波水分測定装置（上記ベル
トホルド社製マイクロモイスト水分計）を使用した。こ
の測定装置は、発信用ホーンアンテナと、受信用ホーン
アンテナからなり、発信部のエネルギーと位相に対する
受信部のエネルギーと位相を求め、その差を表示するこ
とが可能となっている。この装置のホーンアンテナの設
置部の断面図及び構成を図１に示す。この装置の使用に
当っては、電磁波の反射が測定に影響を与えないよう、
ホーンアンテナとバターの間を図１に示すように、ポリ
プロピレン板で仕切る必要があった。照射エネルギーは
１μＷにし、減衰と位相差はコンピューター（日本電気
社製）を用いて経時的に測定した。この測定時と同一の
時間に、別にノズルから試料を採取した。採取した試料
の水分の測定法は、厚生省令に定める公定法に従った。
公定法による水分の測定に当っては、まず、10g の試料
をアルミカップに入れ、全重量を測定した。電熱器上で
試料を入れたアルミカップを軽く振りながら加熱し、試
料がきつね色になった段階で加熱を終了し、デシケータ
ー中で恒温になるまで保存した。最後に試料を入れたア
ルミカップを秤量して加熱前の重量から差し引いて蒸発
した水の重量を求め、加熱前の試料の重量で除して水分
を求めた。また、塩分はモール法（林弘通監修、
「乳業技術綜典」上巻、３５７〜３５８頁、１９７７
年、酪農技術普及学会刊行）に従って測定した。上記テ
ストを２０検体について行なった。測定結果を下記の表
１に示した。

【００１６】

【表１】

【００１７】上記の測定結果について、重回帰分析を行
い、以下の数３、数４の関係を得た。

【００１８】

【数３】

【００１９】

【数４】

【００２０】上記回帰式を用いて、有塩バターの製造工
程中で、水分及び塩分を同時測定した。さらにこの製造
中に、随時、試料を採取し、この採取した試料の公定法
によって水分を、モール法によって塩分をそれぞれ測定
し、本発明による測定値と対比した結果を下記表２に示
した。

【００２１】

【表２】

【００２２】上記測定結果を、本発明方法を縦軸に、従
来方法を横軸にプロットし、水分（図２）、塩分（図
３）についてそれぞれの従来方法と本発明方法の相関関
係を見た。図２によれば、殆どの測定結果が、水分値±
０．２％の範囲に入っており、バターの連続製造を目的
とした場合に充分な精度で測定できることが確認でき
た。また、図３によれば、殆どの測定結果がこの塩分値
±０．１％の範囲に入っており、バターの連続製造を目
的とした場合に、塩分は充分な精度で測定できることが
確認できた。以上の結果、バタ−の製造工程での連続的
な水分及び塩分の同時測定が、照射した電磁波の透過波
の減衰と位相差を測定することで可能なことが明らかと
なった。また、この発明の測定方法は、オンライン連続
測定に適用することも可能であることが確められた。

【００２３】

【実施例２】本実施例においては、多様な水分含量と塩
分含量を示す食品としてマーガリンやファットスプレッ
ドを取り上げ、このような油脂の乳化物の水分及び塩分
を同時に測定した。脂肪率を変え、食塩を添加した水中
油型乳化物を調製し、その水分と塩分の同時測定を試み
た（水分４５％〜７５％、塩分０〜１．５％の範囲）。
ポンプ、乳化機、タンクを用いて循環系を構成し、内径
５０ｍｍのステンレス配管に市販のマイクロ波水分計
（Belthold社製のフローセル）を設置した。このフロー
セルの構造の模式図を図６に示した。この構造の特徴
は、内径約５０ｍｍのセラミックスの配管に電磁波が透
過するようにアンテナを配管と一体化させたことであ
る。マイクロ波のエネルギーは１μＷとし、実施例１と
同様の周波数のマイクロ波を照射し、１ＧＨｚの波数の
減衰と位相差を測定した。なお、検出測定は実施例１と
同じく、マイクロモイスト水分計を用いて測定した。

【００２４】上記の水中油型乳化物の脂肪率及び塩分を
変えて調製した試料３０検体の減衰、位相差と調整水
分、調整塩分との関係式を重回帰分析を用いて求めた。
その結果、以下の数５、数６を得た。

【００２５】

【数５】

【００２６】

【数６】

【００２７】上記関係式を用いて、適宜の塩分及び水分
濃度に調製した水中油型乳化物の水分及び塩分を同時測
定した。本発明方法と、採取した試料の水分及び塩分と
の各相関をそれぞれ図４、図５に示す。図４に示すよう
に、精度良く水分を測定できることがわかった。図５
は、塩分に関する相関を示す。図５によれば、０〜1.5
％の塩分濃度範囲で精度良く、水中油型乳化物の塩分を
測定可能であった。この測定からオンライン連続測定が
可能であることが確められた。

【００２８】

【発明の効果】本発明の実施により、電磁波を用いた水
分及び塩分の同時測定が可能となった。また、本測定方
法により、従来技術では困難であった、水分及び塩分の
同時オンライン測定及び連続測定を行うことが可能とな
った。また、本発明方法の実施によって食品の水分及び
塩分の測定のばらつきがなくなり、測定時間も短縮でき
る。さらに、試料測定センサーと測定試料を接触させる
必要はなく、微生物汚染等の品質面の問題も発生するこ
とがない。

【図面の簡単な説明】

【図１】電磁波発生装置及び透過波検出装置の断面図及
び装置構成を示す。

【図２】バター製造における電磁波を利用して測定した
水分と公定法による水分との相関を示す。

【図３】バター製造における電磁波を利用し測定した塩
分とモール法による塩分との相関を示す。

【図４】水中油型乳化物の電磁波を利用して測定した水
分と調整水分との相関を示す。

【図５】水中油型乳化物の電磁波を利用して測定した塩
分と調整塩分との相関を示す。

【図６】実施例２で採用したフローセルの概念図を示
す。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】電磁波を被測定物に照射し、該照射電磁
波の透過波又は反射波を検出し、この検出電磁波の位相
差変化と減衰を測定することにより、予め実測値から求
めた回帰式に基づいて被測定物の水分及び塩分を同時に
測定することを特徴とする水分及び塩分の同時測定方
法。
【請求項２】照射する電磁波の周波数が１００ＭＨｚ
以上、１０ＧＨｚ以下で、マイクロ波の周波数を有して
いる請求項１記載の同時測定方法。
【請求項３】被測定物が食品である請求項１記載の同
時測定方法。
【請求項４】電磁波を被測定物に照射し、該照射電磁
波の透過波又は反射波を検出し、被測定物の水分及び塩
分を測定する方法において、この検出電磁波の位相差変
化と減衰の実測値と水分及び塩分の実測値から重回帰分
析により、回帰式を求め、この回帰式に測定した電磁波
の透過後又は反射後の位相変化と減衰の値を代入するこ
とにより被測定物の水分及び塩分を同時に求めることを
特徴とする請求項１記載の同時測定方法。
【請求項５】電磁波を被測定物に照射し、該照射電磁
波の透過波又は反射波を検出し、この検出電磁波の位相
差変化と減衰の実測値と水分及び塩分の実測値から重回
帰分析により、回帰式を求め、この回帰式に測定した電
磁波の透過後又は反射後の位相変化と減衰の値を代入す
ることにより被測定物の塩分を求めることを特徴とする
測定方法。