(57)【要約】本発明は、食品及び飲料物の密封された容器などの内容物を分析する方法、ＮＭＲプローブ、およびＮＭＲシステムを提供する。
2005533257.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
消費物用密封容器の1又は複数の内容物を分析する方法において、
消費物用密封容器の所定部分を受け入れるよう構成されたNMR分光器およびNMRプローブを提供する工程；
NMRプローブのデーター収集領域内に容器の所定部分を配置する工程：
データー収集領域に交わる均一な静磁場の領域を確立する工程；
NMRスペクトルを収集する工程；そして
NMRスペクトルの1又は複数のピークを分析することにより消費物用密封容器の1又は複数の内容物を分析する工程、
を含む方法。
【請求項２】
消費物用密封容器がワイン用ボトルを含む、請求項１記載の方法。
【請求項３】
消費物用密封容器が、非アルコール飲料、アルコール飲料、ビール、食料酢、又はオリーブ油用の容器を含む請求項１記載の方法。
【請求項４】
保持する消費物用密封容器が、食料、又は飲料容器を含み、含まれている食料又は飲料が、鋭く鮮明なNMRピークを有する成分を含む、請求項１記載の方法。
【請求項５】
その容器を分析して、内容物中の選択された成分の存在又は成分の濃度を決定することを含む請求項１記載の方法。
【請求項６】
選択された成分が酢酸を含む請求項５記載の方法。
【請求項７】
選択された成分が、1又は複数のアルデヒドを含む請求項５記載の方法。
【請求項８】
選択された成分が、1又は複数のフラベノイド(flavenoids)を含む請求項５記載の方法。
【請求項９】
容器部分の配置が、NMRプローブのデーター収集領域内に、容器の首部を置くことを含む請求項１記載の方法。
【請求項１０】
容器部分の配置が、NMRプローブのデーター収集領域内に、容器の本体部を置くことを含む請求項１記載の方法。
【請求項１１】
さらにNMR分光器が、1又は複数のシムコイル(shim coils)を含み、そしてデーター収集領域を交わる均一な静磁場を確立するには、1又は複数のシムコイル(shim coils)の調節を含む請求項１記載の方法。
【請求項１２】
1又は複数のピークの分析には、1又は複数のピークの積分(integration)が行われることを含む、請求項１記載の方法。
【請求項１３】
NMR分光器内へ消費物用密封容器の部分を配置するように構成されたNMRプローブにおいて、
本体の構造体の第一の端部に配置されたキャビティを有し、前記キャビティが密封容器部分を受けるよう適合された本体の構造体；
キャビティ、および密封容器部分に隣接し配置された第一の高周波(rf)コイル；そして
第一の位置にて高周波(rf)コイルに結合され、そしてNMR分光器に接続するため構成された所定長の同軸ケーブルに第二の位置にて結合される同調コンデンサー、
を含むプローブ。
【請求項１４】
プローブが、1Hプローブを含む請求項13記載のNMRプローブ。
【請求項１５】
プローブが、2Hプローブを含む請求項13記載のNMRプローブ。
【請求項１６】
プローブが、13Cプローブを含む請求項13記載のNMRプローブ。
【請求項１７】
プローブが、17Oプローブを含む請求項13記載のNMRプローブ。
【請求項１８】
第一の高周波(rf)コイルが、直径１cmのスプリット・ソレノイドコイル(split solenoid coil)を８回巻いた12ゲージ(gauge)の銅線を含む請求項13記載のNMRプローブ。
【請求項１９】
第一の高周波(rf)  コイルが、キャビティの第一の側面に配置された4回巻いた銅線を有する第一のコイル部を含み、そして第二のコイル部が、４回巻きした銅線を有しそして接続銅線により第一のコイル部分に結合され、ここで第二のコイル部分が、キャビティの反対側にて、そして第一のコイル部分と同じ軸に沿って配置され、これにより２のコイル部分が密封容器部分を包含する、請求項18記載のNMRプローブ。
【請求項２０】
第一の高周波(rf)コイルが、鳥籠型コイルを含む請求項18記載のNMRプローブ。
【請求項２１】
第一の高周波(rf)コイルが、送信用と受信用との両方の高周波(rf)パルスとして用いられるコイルを含む請求項１３記載のNMRプローブ。
【請求項２２】
さらに第一の高周波(rf)コイルに対し遠位に配置された第二の高周波(rf)コイルを含む請求項１３記載のNMRプローブ。
【請求項２３】
較正試料から１又は複数のシグナルを測定するため、第二の高周波(rf)コイルが構成される請求項２２記載のNMRプローブ。
【請求項２４】
異種核を選択的に励起するため、第二の高周波(rf)コイルが構成される請求項２２記載のNMRプローブ。
【請求項２５】
異種核は、13C、17O、2H、23Na、27Al、199Hg、又は207Pbを含む請求項２３記載のNMRプローブ。
【請求項２６】
さらに１又は複数の磁場勾配を生成する成分を含み、その成分が本体の構造体に結合される請求項１３記載のNMRプローブ。
【請求項２７】
１又は複数の磁場勾配を生成するための要素が、画像要素を含む請求項２６記載のNMRプローブ。
【請求項２８】
消費物用密封容器の部分が、その容器の首部を含む請求項１３記載のNMRプローブ。
【請求項２９】
消費物用密封容器の部分が、その容器の本体部を含む請求項１３記載のNMRプローブ。
【請求項３０】
さらに第一の高周波(rf)コイルに結合された同調コンデンサーを含み、その同調コンデンサーが、1又複数の非磁性の0乃至10ピコファラッドの高能力高周波(rf)コンデンサーを含む請求項１３記載のNMRプローブ。
【請求項３１】
さらに容器がキャビティに挿入される時、本体の構造体のキャビティ内に、そして消費物用密封容器の所定部分に隣接して配置される較正流体試料管を含む請求項１３記載のNMRプローブ。
【請求項３２】
さらにプローブ温度を調節する流体ジャケットを含む請求項１３記載のNMRプローブ。
【請求項３３】
消費物用密封容器の内容物の分析用システムにおいて、
請求項１３のNMRプローブ；
構造物本体、本体の構造体内に収容された磁石、磁石に隣接しそしてNMRプローブを受けるよう形成され、それにより磁石にて形成された磁場内に容器の所定部分を配置させる孔、そしてNMRプローブ上の第一の位置に結合するよう構成された増幅器；そして
NMRプローブと電気的に通信するよう構成された受信器システムにて、NMRプローブの第二の位置に結合するよう構成された前置増幅器、およびその前置増幅器と通信する検出器を含む受信システム、
を含む分析用システム。
【請求項３４】
NMRプローブが、1Hプローブ、2Hプローブ、13Cプローブ、17Oプローブ、23Naプローブ、27Alプローブ、199Hgプローブ、又は207Pbプローブから成る群から選択される単一共鳴プローブを含む請求項３３記載のシステム。
【請求項３５】
NMRプローブの第一の高周波(rf)コイルが、送信と受信の高周波(rf)パルスの両方に使用されるコイルを含む請求項３３記載のシステム。
【請求項３６】
NMRプローブが、さらに第二の高周波(rf)コイルを含む請求項３３記載のシステム。
【請求項３７】
第二の高周波(rf)コイルが、較正試料から１又は複数のシグナルを測定するように構成される請求項３６記載のシステム。
【請求項３８】
消費物用密封容器が、その容器の首部を含む請求項３３記載のシステム。
【請求項３９】
消費物用密封容器が、その容器の本体部を含む請求項３３記載のシステム。
【請求項４０】
磁石が、室温超伝導磁石を含む請求項３３記載のシステム。
【請求項４１】
磁場が2.01Ｔの磁場を含む請求項３３記載のシステム。
【請求項４２】
受信器が、受動高周波(rf)の送信、受信切り替え器、およびシグナルの混合、及びデジタル化電子機器を含む請求項３３記載のシステム。
【請求項４３】
さらにNMRパルス・プログラマーを含む請求項３３記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、密封された食料及び飲料容器において、特に密封されたワインボトルをＮＭＲ分光器により分析する方法および装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
発明の背景
ワインは、ブドウの原液に酵母および細菌の増殖と代謝による生成物である。これらおよび他の細菌の多くは、熟成ブトウによりワインの醸造からボトルをコルク栓詰めに至る全工程に生存している(Ribereau−Gayon(1985)「New developments in wine microbiology」Am.J.Enol.Vitic.36:1-10)。1の分類として興味ある微生物は、アセトバクター(Acetobacter)であり、エチルアルコールを酸化し食用酢又は酢酸に関与する細菌である (Fleet and Drysdale(1988)「Acetic acid bacteria in winemaking:areview」Am.J.Enol.Vitic.39:143-154;Lonvaud-Funel and Millet(2000)「The viable but non-culturable state of wine micro-organisms during storage」Lt.Appl.Microbiol.30:136-141)。
【０００３】
アセトバクター(Acetobacter)が大部分のワインに存在するが、ボトルの貯蔵期間では酸素が欠乏していることからワインを不良にほど多くの酢酸を典型的に生成することがない。ワインが嫌気性環境に保存されているかぎり、高い品質のコルクによる栓詰め、受け入れ可能な少量の酢酸(たとえば感知レベル以下)により形成状態が保障され、そしてワインの品質が保持される。
【０００４】
残念ながらワインのコルク栓の密封能力が、時間経過に伴い劣化する可能性があり、低品質の天然のコルク、および長期にわたる合成の止め栓の状態が、十分に記載されていない。コルクの漏れによる１の結果として、酸素がワインに入り込み、アセトバクター(Acetobacter)機能が引き出され、そして酢酸を生成する。さらに熱の存在下にてビンの中に酸素を入れると、エタノールを酸化しアルデヒドとなる。これらの過程が、香りや風味に変化をもたらし良好なワインを台無しにしてしまう。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ワイン中の酢酸を同定する最新の方法は、極めて感度が良く、ワイン中の酢酸の許容される不良限界が1.4g/Lであったとしても、ほぼ50μg/Lにて検出する(たとえば,Kellnerら(1998)「High pe高周波(rf)ormance liquid chromatography with real-time Fourier-transfoem infrared detection for the determination of carbohydrates,alcohols and organic acids in wines」J.Chromatogr.A.824:159-167;Garcia-Martinetら(2000)「Simultaneous determination of organic acids in wine samples by capillary electrophoresis and UV detection:optimization with five different background electrolytes」J.High Resol.Chromatogr.23:647-652;Kellnerら(1998)「A rapid automated method for wine analysis based upon sequential injection(SI)-FTIR spectroscopy」Fresenius 362:130-136；そしてMargalith(1981)in Flavour Microbiology,pp.167-168,Charles Thomas Publishers,Springfield,ILを参照)。さらに核磁気共鳴(NMR)分光器が、ワインフインガープリント検査に、そしてワイン中の微量アミノ酸や有機分子の検出に使用されてきた(Guillou and Reniero(1998)「Magnetic resonance sniffs out bad wine」Physics World 11:22-23;and Kidricら(1998)「Wine analysis by 1D and 2D NMR spectroscopy」Analysis 26:97-101)。しかしながら、ワインの公開されたあらゆるNMR研究が、こうした測定を行うためワインの少量試料(たとえば1mLより少量)の取り出しおよび分析を含む。
【０００６】
このように汚染物(たとえば酢酸)を検出するあらゆる戦略では、汚染される可能性のあるボトルが必要であり、コルク、シール、およびラベルを破壊するプロセスが、ワインもボトルも共に著しく評価を下げている。本発明は、NMR分光器によりワイン・ボトル中の汚染物を検出する方法、および装置を提供することにより、これらの問題とその他の問題を克服している。これらの方法は、汚染、変性化、又は製造物の香り又は品質の別の変化が関連する別の消費物用密封容器に等しく適応することができる。
発明の要約
【０００７】
本発明は、NMR分光器により消費物用密封容器を分析する方法および装置を提供する。NMRの実験に用いられる高静磁場および高周波(rf)磁場が、本明細書に提供される方法を介して試験される食料又は飲料の品質に全く影響を与えない。
【０００８】
幾つかの例において、本発明は、ワインのアセチル化レベルを決定する非浸出、非破壊による分析方法を提供する。このように本発明の方法および装置が、良好なワインの品質の評価に、そしてワインコルクの経年劣化の調査に一定の状態にて使用することができる。さらには、無疵のボトルを分析するこれらの方法は、ワイン中に不良となる酢酸および内容物を決定に制限されないが、他のワイン分子の成分(たとえばアルデヒドとフラベノイド(flavenoids)の研究に対し、そして他の形式の消費物用密封容器内の成分および/又は汚染物に対し拡張することができる。
【０００９】
したがって本発明は、消費物用密封容器の1又は複数の内容物を分析する方法を提供する。その方法は、消費物用密封容器の部分を受け入れるよう構成されたNMR分光器およびNMRプローブを提供する工程；
NMRプローブのデーター収集領域内に消費物用密封容器の部分を配置する工程；
データー収集領域に交差する均一な静磁場を確立する工程；
NMRスペクトルを収集する工程；そして
NMRスペクトルにおける1又は複数のピークを分析する工程、
これにより消費物用密封容器の1又は複数の内容物を分析する工程を含むが、それに限定されない。
【００１０】
1又は複数のNMRピークを生成する成分を有する任意の食料又は飲料が、本発明の方法および装置を使用し評価することができる。従ってたとえば保存される非アルコール飲料、アルコール飲料、ビール、食用酢、又はオリーブ油を有する種々の食料または飲料の容器を、本発明の方法を用い分析することができる。好ましい例において消費物用密封容器は、ワインボトルである。
【００１１】
本発明の方法は、定性的又は定量的方法に使用可能であり、たとえば選択成分の存在、あるいは選択成分の濃度のいずれかが決定される。たとえばワインの分析において例示的に選択成分が、酢酸、アルデヒド、フラビノイド(flavenoids)、およびアミノ酸を含むがそれに限定されない。
【００１２】
本発明の方法は、NMRプローブのデーター収集領域内の消費物用容器部分を配置する工程を含む。たとえば容器の首部か容器本体の部分かのいずれかを、NMRプローブのデーター収集領域内に配置することができる。次に均一な静電場が、データー収集領域を交差し、たとえばそのプローブ内の1又は複数のシムコイルを調節することにより行われる。好ましくは、均一な磁場が確立されれば、選択されたNMRスペクトルのピーク間の化学シフト差を、最小距離を離れて分割することができる。1H NMR分光器を含む本発明の特定例において、その分解能により、好ましくは約１ppm離れているピークの識別が可能となる。所望により選択された成分により生成されるNMRピークが、積算され、それにより選択された成分量を分析することができる。
【００１３】
さらに本発明は、NMR分光器内の消費物用密封容器の所定部分を配置するよう構成されたNMRプローブを提供する。本発明において使用されるNMRプローブが、多くの検出プローブの何れかにて可能であり、1Hプローブ、2Hプローブ、13Cプローブ、17Oプローブ、又はその組み合わせを含むがそれに限定されない。NMRプローブの成分が、消費物用密封容器の所定部分(たとえばボトルの首部又は容器の本体)、本体の構造体に結合された第一の高周波(rf)コイルが、キャビティおよび密封容器(sealed container)の一部に近接して配置されるよう、キャビティが典型的に本体の構造体内(第一の端部又は中間部のいずれか(first end,or in a middle portion))に配置される。本発明のプローブの例において、第一の高周波(rf)コイルが、スプリット・ソレノイドコイルを含み、そこにコイル部分が、プローブのデーター収集領域のいずれかの側面に配置される。その他の選択肢としての例において、第一の高周波(rf)コイルが、プローブのデーター収集領域の周りの鳥かご型コイルである。
【００１４】
本発明の幾つかの例において、第一の高周波(rf)コイルが、送信と受信の両方の高周波(rf)パルス用に使用される。所望によりプローブが、第一の高周波(rf)コイルより離れて配置された第二の高周波(rf)コイルを含む。第二の高周波(rf)コイルを、たとえば較正試料から1又は複数のシグナルを測定するよう構成することができる。選択肢として第二の高周波(rf)コイルは、13C、17O、2H、23Na、27Al、199Hg、又は207Pbなどの異種核を選択的に励起するように構成される。
【００１５】
さらに本発明のプローブが、高周波(rf)の第一の位置に結合され、そしてNMR分光器に接続するように構成された所定長の同軸ケーブルへ第二の位置にて結合される同調コンデンサーを含む。同調コンデンサーが、1又は複数の非磁力の0乃至10 (0-10) ピコファラッドの高出力高周波(rf)コンデンサーを含むがそれに限定されない。
【００１６】
所望により、さらにプローブが、磁場勾配を形成するための電気的な要素、較正する流体試料管、そして2-3命名されているプローブ温度を調節するための流体ジャケットなど、NMR分析のために有益な追加成分を含む。
【００１７】
さらに消費物用密封容器の内容物を分析するためのシステムが、本発明により提供される。そのシステムの要素が、NMR分光器内の消費物用密封容器の所定部分を配置するよう構成されたNMRプローブ；磁石に近接し、そしてNMRプローブを受けるように構成された孔を有するNMR分光器、同軸ケーブルを介しNMRプローブに結合された増幅器を有するNMR分光器；そして  前置増幅器および検出器、を有する受信システムを含むがそれに限定されない。さらに所望によりそのシステムは、パルス・プログラマーを含む。
【００１８】
所望により、このシステムのNMRプローブが、1Hプローブ、2Hプローブ、13Cプローブ、17Oプローブ、23Naプローブ、27Alプローブ、199Hgプローブ、又は207Pbプローブから成る群から選択される単一の共鳴プローブである。１つの例において、NMRプローブが、送信と受信の両方の高周波(rf)パルスとして使用される第一の高周波(rf)コイルを用いる。別の観点において、さらにNMRプローブが、たとえば較正試料から1又は複数のシグナルを測定するため構成される第二の高周波(rf)コイルを含む。
【００１９】
NMRプローブが、消費物用密封容器を受けるよう、そしてその容器の一部(たとえばボトルの首部、又は容器の本体)を分光器の磁場内に配置するように構成される。典型的に分光器が広い口径の磁石を含み、好ましくはその磁場が、室温超伝導磁石により形成される。一方その磁力が、本発明のシステムに使用できるが、
有意に高い磁力が低磁力より好ましい。１例において磁場が、2.01Tの磁場を含む。分析システムの受信要素が、NMRプローブと通信する前置増幅器および検出器を含むがそれに限定されない。１例において受信器が、受動高周波(rf)送受信切り替え器、および電子的シグナルの混合とデジタル化を含む。本発明のこれらの観点そしてその他の観点が、本明細書に提供される。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
詳細な説明
定義
本発明を詳細に記載する前に本発明が、もちろん変更可能な特定装置や容器システムに限定されない。さらに本明細書に用いられる用語が、特定例を記載する目的のためのみであり、限定を意図するものでないことが理解されよう。本明細書および添付クレームに使用されるように、単数形「ａ」、「ａｎ」および「ｔｈｅ」は、その内容が他に明らかに指示されないかぎり複数の引用を含む。従ってたとえば「コンデンサー」の引用は、2以上のコンデンサーの組み合わせを含み、「コイル」の引用は、混合したコイル又は直列のコイル(series of coils)などを含む。
【００２１】
その他に定義されてたとしても、本明細書に使用する全ての技術用語および科学用語は、本発明が関係する当業者により通常理解される意味と同じ意味を有する。本明細書に記載されるものと類似し又は等しい任意の方法および物質が、実際に本発明の試験に用いることができるが、好ましい物質および方法が本明細書に記載されている。本発明を記載し、そしてクレームする際、以下の用語が、下記の限定に従って使用することになる。
【００２２】
本明細書に使用されている用語「消費物用」が、食料、飲料又は生体(たとえば、ヒト、動物、細胞の培養など)により消費されると考えられる、代替のエネルギー資源(たとえば細菌の培地)を言及している。したがって用語「消費物用密封容器」は、食料又は飲料を含む風袋され、又は開かないようにされた容器又は受け入れ器(vessel receptacle)を指している。食料又は飲料製造物の試料を用い調製された密封NMR管が、本発明に関する消費物用密封容器と考えられない。
【００２３】
用語「NMRプローブ(NMR probe)」および「プローブ・ヘッド(probe head)」が、試料へパルスを送信しそして生成されたNMRシグナルを受信するNMR分光器システムの構成部分を指している。
【００２４】
用語「データー収集領域」は、NMRシグナルが生成されるNMRプローブの部分を言及し、すなわち典型的に分光器の磁場を均一にすることが、この領域において最適である。
【００２５】
用語「高周波(rf)コイル」が、螺旋形状に配置され、そして高周波シグナルを送信および/又は受信用に設計された一組のフイラメント配線部を指している。
【００２６】
本明細書に使用される用語「同調コンデンサー」は、正しいラーマー周波数(Larmor frequency)へ、そして高周波(rf)回路に合うインピーダンス、たとえば50Ωにプローブを照合、および調整するように典型的に用いられるNMRプローブの1又は複数のコンデンサー要素を指している。
【００２７】
用語「スプリット・ソレノイドコイル(split solenoid coil)」（又はスプリット対ソレノイド(split pair solenoid))が、電流を流すと磁場を発生する複数のワイヤーコイル（通常はシリンダー形状)を有するソレノイドを指している。
方法
【００２８】
本発明は、消費物用密封容器の1又は複数の内容物を分析する方法を提供する。消費物用密封容器が、関心のある内容物を有する多くの食料用又は飲料用容器のいずれかにて可能であり、その内容物は、アルコール飲料又は非アルコール飲料を含むがそれに限定されない。
【００２９】
好ましい例において、容器が、コルク栓詰めされた(たとえば開かない)ワイン・ボトルである。いずれかの多くのワイン・ボトル「型」が、本発明の方法(および装置およびシステム)に適用することができる。たとえば本発明の方法は、肩部分の高い「ボルドー(Bordeaux)」型ボトル(Sauvignon Blanc,Cabernet Sauvignon,Merlot,and Bordeaux blendsとして典型的に使用)、肩部分のなだらかな「ブルゴーニュ(Burgundy)」ボトル(Chardonnay and Pinot Noir)、又はドイツ地方発生の背の高い「ホック(Hoch)」型ボトル(Rieslings and Gwwurztraminers)の分析された内容物に、使用することができる。
【００３０】
さらにシャンパン/スパーリング・ワインボトル、キャンティ・ボトルおよび付加されたワイン(ポートワイン、シェリー酒など)として典型的に使用される首型ボトルの内容物が、本発明の方法にて分析可能である。さらに所定範囲のボトルサイズが、本発明の方法にて使用可能であり、すなわち典型的なワイン貯蔵所にて見受けられる750mLのボトルに加え、有意に小さいハーフ・ボトル、「スプリット(splits)」(187mL)および「テンス(tenths)」(375mL)、そればかりか有意に大きい「マグナム(magnum)」ボトル(たとえば１L、1.5L、および3Lのボトル)を検査することができる。
【００３１】
ボトルは、透明ガラス、または色付(たとえば黄褐色(amber)、緑色、または茶色)ガラスから作成することができる。加えて密封過程にてしばしば用いられる蜜蝋による密封、そして/又は鉛の帽子(lead cap)を、分析のため除去する必要がない。
【００３２】
ワインに加え他の消費物を、本発明の方法により分析することができ、その消費物が、ビール、食料酢、およびオリーブ油を含むがそれに限定されない。さらに溶液又は懸濁液を含む密封容器が、典型的に食料(微生物培養培地、薬草のチンキ剤など)として考えられるばかりか、本発明の方法を用いて試験することができる。好ましくは密封された容器に関係する要素が、1又は複数の鋭く鮮明なピークを有するNMRスペクトルを発生させることである。
【００３３】
消費物用密封容器の1又は複数の内容物を分析する方法は、消費物用密封容器の所定部分を受け入れるよう構成されたNMR分光器およびNMRプローブを用いる。本発明の１例において、NMRプローブが、密封容器の狭い上側の部分、又は「首部」を受けるよう構成されている。その選択肢としての1例において、容器の本体は、NMRプローブにおいて位置付けられる所定部分である。
【００３４】
本発明の方法において、選択された消費物用密封容器の部分が、NMRプローブのデーター収集領域内に配置される。これは、選択された容器部分(首部、本体部など)が、分光器の磁場内に最適に配置されるように、プローブ内に容器を置き、さらに分光器内にプローブを入れることによって実現できる。選択肢として、プローブが、容器を挿入する前に分光器内に取り付けることができる。いずれの場合においても消費物の所定部分が、分光器の磁場の範囲内にて、そしてNMRプローブの高周波(rf)コイルに近接して配置されるように、その容器を位置付ける。密封容器の検査部分が、密封容器の形状および/又は構造、並びに行われるNMR分光器の型に関する種々の要件によりある程度決定されることになる。たとえば容器の首部又は容器の本体部分を、NMRプローブのデーター収集領域内に配置することができる。
【００３５】
好ましい例において、高周波(rf)が、コルクの底部とワインボトルのフレアー(flared)本体との間のワインボトルの首部を「試験」する。ボトルの有意に大きい本体と比較してこの領域の試料が少量(そしてそのためシグナルも少ない)であり、この有意に小さい試料領域により均一な静磁場の実現が容易であり、従って細い(分割された)NMRスペクトル・ピークが得られる確率が高くなる。
【００３６】
均一な静磁場が、標準的なマカニズムによりNMRプローブのデーター収集領域を交差し、たとえば極低温の、そして/又は室温(RT)の磁場シム(shims)を調節することにより実現できる。次にNMRスペクトルが、高周波(rf)コイルにより発生した電磁場パルスへ、試料の応答を監視することにより収集される。確立された磁場は、最小間隔離れて設定される選択されたNMRスペクトル・ピーク間の化学シフトの差が、分解できる程度に均一であることが好ましい。
【００３７】
本発明の方法を行うに必要な均一性が、選択された核、磁場の強度、および化学強度を含む多くの要因に依存する。本発明の方法において、汚染物から１又は複数の関心のあるピークが、追加されたNMRスペクトルのピークから解決されるように、均一な静磁場を実現させる。たとえば密封ワインボトルの内容物より収集された1H NMRスペクトルに対し、、メチルの共鳴と酢酸汚染物のメチレンの共鳴との間の間隔として、所望される最小の分解能は約１ppmである。多くの化合物の例示的なNMRスペクトルが、たとえばAldrich Library of 1H and 13C FT NMR Spectra,Edition I(1993,volumes 1-3,eds.Pouchert and Behnk,Aldrich Chemical Commpany)において見出すことができ,そこから 所望される最小分解能が当業者により容易に決定することができる。
【００３８】
磁場が、フラックス・ロック・ループ(flux-locked loop)により安定化されず、そして2Hロック(TMSなどの重水素化された標準物にて「スパイクされた(spiked)」少量のNMR試料を典型的に用いられたとして)が、密封ライン・ボトルとしての可能性のないことから、データー収集が、ブロックを平均して(たとえばmスキャンからそれぞれ誘導される自由誘導崩壊(free induction decay)のnデーター集合)を介して典型的に行われた。好ましい例において、データーが、100スキャンのn=10のクループをブロック平均として収集される。N=10の誘導シグナルをフリエ変換し、周波数をシフトすることにより重ね、Matlab(Mathworks Inc,Natick MA)を使用してオフラインが加えられた。
【００３９】
NMRスペクトルが採取された後、スペクトルのピークが試験される。典型的にその分析が、スペクトルの選択領域において前もって同定されたピークの検査を含む。そのピークが、密封容器に見出される多くの成分のいずれかを表すことができる。たとえば関心のあるピークが、酸素により腐敗した汚染分子種(汚染物質)により又は酸素への暴露により選択的に形成される。ワインの分析を含む例に対して、関心のある特定汚染物質の１が酢酸であり、それは、細菌のエチルアルコール代謝により生成される。酢酸を分析するための関係する領域が、１ppm周辺(酢酸のメチルピークが見出される領域)、および3.6ppm周辺(酢酸によるメチレンピークが位置付けられる領域)である。選択肢として、アルデヒド又はフラベノイド(flavenoids)などのワイン成分を検査することができる。
【００４０】
方法に関する幾つかの例において分析は定性レベルであり、たとえば関係するNMRピークが存在又は非存在による。他の例において分析が定量的てあり、すなわち選択されるピークが積分され、そして標準ピークの強度と比較され、それにより消費物用密封容器の選択成分の定量的分析を提供する。好ましくは関係成分により生成されるNMRの共鳴が、鋭い選択的な積分方法を容易にする。積分は、分光器に作用するソフトウエアを提供するソフトウエア・プログラムを用い行われ、またはスペクトルを印刷し、関係するピークを切り出しその紙の切り出し片の重量を測るという、旧来の方式により行うことができる。
NMRプローブ
【００４１】
さらに本発明は、本明細書に記載された方法を使用するためのNMRプローブを提供する。本発明のNMRプローブが、NMR分光器内の消費物用密封容器の所定部分を配置するように構成され、従って内容物の分析に必要となる密封容器による汚れを回避することになる。そのプローブが、本体構造体の第一端部にて配置されたキャビテーを有する本体の構造体、そのキャビティおよび密封容器の所定部分に隣接して配置される第一の高周波(rf)コイル；そしてNMR分光器に接続するために構成された高周波(rf)コイルへ、そして所定長の同軸ケーブルへ結合される同調コンデンサーを含む。選択肢としての例において、キャビティが、プローブの末端に近接するよりむしろ、本体の構造体の中間領域に配置される。
【００４２】
本発明のプローブが、核磁気共鳴を発生でき、そして選択汚染物そして/又は試料のシグナル間を十分に化学的シフト分散させる任意の所望の核を検出するよう使用することができる。従って本発明のプローブが、1Hプローブ、2Hプローブ、13Cプローブ、17Oプローブなどを含むがそれに限定されない。さらに本発明のプローブが、単一周波数プローブ又は２重周波数プローブ(たとえば1H/13Cプローブ)にて良い。
【００４３】
プローブが、分光器内に配置される時、プローブ本体が、典型的に低磁性に感受性を有する材料から構成され、静磁場の変形を減少させ、そして/又は防止する。本体の構造体(又はその部分)の製造に用いられる例示的材料が、ステンレス鋼、アルミニウム、ガラス、セラミック、およびテフロン(ポリテトラフルオロエチレン)、Kel-F(ポリクロロトリフルオロエテン)、およびPVC(ポリビニルクロライド)などのプラスチックを含むがそれに限定されない。
【００４４】
容器の所定部分が、プローブのデーター収集領域内に配置されるように、本体の構造体が、消費物質用密封容器の部分を受け入れられるよう構成されたキャビティを有す。従って試料キャビティが、NMR管として構成されるプローブに典型的に用いられるものより有意に大きい。プローブの全体的な寸法が、所望により約600mmから800mmの長さの範囲であり、好ましくは約700mmである。電磁石の例として最大310mmの外径が可能であるが、プローブの外径サイズが, 径100mmから150mmである。
【００４５】
プローブのキャビティ部分のサイズが、分析される密封容器に依存し、すなわちプローブが、ワインボトル(図3Aおよび3B)の首部を受け入れるように構成されているため、プローブのキャビティ部分の径が、典型的に34mmから85mmの範囲となる。ワインボトルのベースおよび本体などの消費物用容器のより広い部分を包含できる有為に大きいキャビティ部分(たとえば径が約100乃至150mm)が、さらに考えられる(図4Aおよび4B)。
【００４６】
キャビティが、たとえば１又は複数のPVC位置付けリングの使用により、密封容器を所定位置に保持するよう構成される。１例においてキャビティが、開口端部から密封容器を挿入するために、プローブの1端からデーター収集領域へ延びている。選択肢としての例において、キャビティが、本体の構造体内に閉囲され、そして本体の構造体の側面を開くことにより接近される。
【００４７】
第一の高周波(rf)コイルが、キャビティに近接してプローブの本体の構造体に配置される(そしてその中へ挿入される密封容器の選択領域)。所望によりその第一の高周波(rf)コイルは、通信コイルと受信コイルの両方として機能する。一例において第一の高周波(rf)コイルが、スプリット・ソレノイドコイル(split solenoid coil)である。例示的なスプリット・ソレノイドコイル(split solenoid coil)が、12ガウスの銅線を１cmの直径にらせん状に巻かれたものであり、第一のコイル部が４巻きした銅線を有し、そして別の４巻きした銅線を有する第二のコイル部に結合される(線の接続部を介して)。第一のコイル部分が、キャビティの一方の側面に配置され、一方第二のコイル部が、キャビティの反対側の側面に配置される、すなわち接続線が、キャビティそれ自体を交差することなく(たとえばキャビティの円周に沿って)２の部分の間に通してある。好ましくは、分割されている第二のコイルが、第一のコイル部分と同じ軸に沿って配列される。
【００４８】
別の例において、高周波(rf)コイルがキャビティの周りを囲む(たとえばキャビティを明示する本体の構造体の壁は、高周波(rf)コイルが巻かれた形成体として作用する)。さらにプローブの例において、第一の高周波(rf)コイルは、鳥かご型コイルを含む。コイル部分のこうした構造体は、たとえばHayesら(1985)「An efficient highly homogeneous radiofrequency coil for whole-body NMR imaging at 1.5T」J.Magn.Reson. 63:622-628に記載されている。
【００４９】
さらに本発明のプローブが、1又は複数の同調コンデンサーを含む。この同調コンデンサーが、第一の高周波(rf)コイルへ第一の位置にて結合され、そしてNMR分光器に結合するために構成される所定長の同軸ケーブルへ第二の位置にて結合される。一例において同調コンデンサーが、非磁石0乃至10ピコファラッドの強力高周波(rf)コンデンサーである。
【００５０】
本発明のプローブを表す概要図を図１に示す。プローブ10は、本体の構造体20、第一の高周波(rf)コイル30；および同調コンデンサー40および42を含む。本体の構造体20が開口部を有し、又はキャビティ50が、消費物用密封容器を受けるため(示されていない)１端に配置される。
【００５１】
キャビティ部分50が、プローブ10のデーター収集領域60に延びている。第一の高周波(rf)コイル30が、第一の末端部32にてコンデンサー40へ結合され、そして第二の末端部34にてコンデンサー42へ結合され、そしてコイル部分36と38を、データー収集領域60のいずれかの側面に位置させるようにキャビティ部分50に近接して配置される。
【００５２】
さらに同調コンデンサー40と42が、同軸ケーブル70と72に第二の位置44と46にて結合され、NMR分光器に結合するために(示されていない)構成される。加えて同調コンデンサー42が、NMRスペクトルを発生するための高周波シグナルを提供する高周波(rf)入力/出力同軸ケーブルへ第三の位置にて結合される。
【００５３】
図２は、プローブ110の例示的拡大図を示し、データー収集領域160内に配置された密封容器100を示している。高周波コイル130のコイル部分136および138は、直径が約20cm(測定A)であり、そして同調コンデンサー140と142のそれぞれの上部表面から約2.5cm延び(測定B)、したがって高周波(rf)コイル130の全体の高さが約4.5cmである。密封容器100の首部102が、最適なデーター収集するためにコイル部分136と138との間に配置することができるよう、２つの部分間のアーク型中間コイル部分(点線により表示)とコイル部136と138が、約3.4cm離れて(測定C)配置される。所望により容器100が、首部102の遠位に配置されたストッパー104を有している。所望によりストッパー104が、コルク、ネジ式上部キャップ又はプラグである。好ましくはストッパー104が、データー収集方法に干渉されないように、ボトル100がデーター収集量息160内に配置される。
【００５４】
所望によるプローブ110が、キャビティ主要部150から高周波(rf)コイル130を分離する位置付けリング112を含み、位置付けリング112の開口部が、ボトル100の選択された部分をデーター収集領域160内にて、しかし塵などからこの領域を保護するよう配置することができる。所望によりコンデンサー・スタンド114が、同調コンデンサー140と142の遠位側面に配置される。コンデンサー140と142が、高さが約4.5cmであり、従ってコイル部分136の遠位端部とコンデンサー140の遠位側面との距離が、約9cmであり、そして位置付けリング112の外側端部とコンデンサー・スタンド114の間の距離が約11cmである。
【００５５】
所望により本発明のプローブが、好ましくは第一高周波(rf)コイルに遠位に配置された第二の高周波(rf)コイルを組み入れる。第二の高周波(rf)コイルが、多くの目的のため用いることができる。たとえば、第二の高周波(rf)コイルが、送信又は受信高周波(rf)シグナルのいずれかに使用することができる(第一の高周波(rf)コイルが、送信器と受信器の両方に対し機能されない例において)。選択肢として、第二の高周波(rf)コイルを、較正試料から１又は複数のシグナルを測定するよう構成することができる。さらに別の例において、異種核(13C、17O、2H、23Na、27Al、199Hg、207Pbなどを含むがそれに限定されない)の選択的な励起のため、第二の高周波(rf)コイルが提供する。
【００５６】
さらに所望によりプローブが、少なくとも１の高周波(rf)電源へ選択された周波数にて高周波(rf)コイルを同調するため、そして/又は照合するインピーダンスとしての１又は複数の要素を含む。
【００５７】
所望により本発明のプローブが、プローブの機能を強化する１又は複数の付加要素を含む。たとえば、プローブは、磁場勾配を発生するための要素を含み、たとえば画像化する目的として使用することができる。幾つかの例において、プローブが、較正流体試料管を含む。容器がキャビティに挿入された時、較正試料が、消費物用密封容器の選択された部分に隣接して配置されるよう、所望による較正流体試料管が、本体の構造体のキャビティ内に典型的に配置される。
【００５８】
さらなる例において、所望により本発明のNMRプローブが、プローブの温度を調節するため流体ジャケット、貯槽器、又は他の機構を含む。本発明を使用するため例示的な流体ジャケットの設計が、たとえば題名「Variable Temperature NMR Probe」(Blanz)の米国特許番号5,530,353に記載されている。
システム要素
【００５９】
さらに本発明は、消費物用密封容器の内容物を分析するシステムを提供する。そのシステムが、本発明の1又は複数のNMRプローブ、NMR分光器、およびNMRプローブと電気的に通信するために構成された受信器システムを含む。本発明のプローブおよびシステムが、パルスによる持続波又は勾配NMR実験を行うために使用することができる。
【００６０】
NMR分光器が、典型的に本体の構造体、本体の構造体内に収容された磁石、その磁石に近接しそしてNMRプローブを受け入れるために構成された孔、およびNMRプローブ上の第一の位置に結合するために構成された増幅器を含む。所望によりその磁石は、一定の外部磁石、室温(RT)磁石、および/又は超伝導磁石である。NMRプローブを受け入れ可能な孔を有するいずれかのNMR分光器が、本発明のシステムに使用することができる。NMR分光器が、好ましくは有意に広い孔の分光器である。例示的な分光器が、Varian(Palo Alto,CA;www.varianunc.com)およびBruker(Germany,www.bruker.com)から商業的に入手することができる。さらにそのシステムに使用される磁気成分の磁場に強度は、2.01Tから9.4T以上の範囲にて変化することができる。
【００６１】
本発明のシステムは、NMRプローブと電気通信するよう構成された受信器のセステムを含む。所望により受信用システムが、NMR分光器の本体の構造体に組み入れられる。受信器システムが、前置増幅器と通信するNMRプローブ及び検出器へ結合するために構成された前置増幅器を含む。本発明のシステムの例において、受信器は、受動高周波(rf)送受信切替え器およびシグナルの混合やデジタル化のための電子素子を含む(たとえば、Fukushima and Roeder,Experimental Pulse NMR a Nuts and Bolts Approach,Addison-Wesley,New York,1981を参照)。
【００６２】
所望によりこのシステムが、さらにNMRパルス・プログラマーを含む。例示的パルス・プログラマーは、Tecmag,Incから(Houston,TX;www.tecmag.com)入手可能である。
【００６３】
本発明の幾つかの例において、このシステムが、NMRプローブ内の密封容器を回転(spinning)するための機構を含む。例示的回転(spinning)機構が、空気-推進機構(たとえば空気タービン)、回転機構、ストラップに基づく機構などを含むがそれに限定されない。
【００６４】
本発明の好ましい例において、さらにこのシステムは、密封容器内の核を励起するために、高周波(rf)電源を含む。
【００６５】
図3Aは、本発明の例示的システムを提供し、それがプローブ210のデーター収集領域260内にボトル200の配置を明示し、それがNMR分光器の磁石280に挿入される。図3Bが、高周波(rf)コイル230、および同調コンデンサー240と242に対しプローブ210内のボトル200の配置を示している。さらに示されるものは、所望により要素位置付けリング212およびコンデンサー・スタンド214である。
【００６６】
図4Aおよび4Bが、プローブ310のデーター収集領域内に、ボトル300の代換えの配置を示し、そこにボトル300の本体をデーター収集領域に挿入する。図4Aにおいてプローブ310が、NMR分光器の磁石380に挿入される。図4B が、プローブ310内のボトル300の配置に対する、高周波(rf)コイル330、同調コンデンサー340と342、同軸ケーブル370と372、高周波(rf)入力/出力ケーブル374を示す。位置付けリング376が、高周波(rf)コイル330の内側の試料を中央に置き、それがPVC位置付けリング378と379に取り付けられる。
実施例
【００６７】
本明細書に記載された実施例および具体例は、図示する目的だけであり、それを対象とした種々の変更又は変化が当業者に示唆され、本出願の精神および範囲、ならびに添付クレームの範囲内に含まれることが理解されよう。従って以下の例を、図により提示し請求する本発明を限定するものではない。
【００６８】
本発明のNMRプローブ、および分光器システムの方法により、ワイン中0.5g/Lより少ない量の酢酸を検出することができる。酢酸含量の分析に、酢酸メチル基の水素核とエチルアルコールメチル基の水素核を試験し、それは化学シフトにて約１ppmだけの差を有する。この酢酸を定量する方法は、ワインボトルを傷つけることなく、ボトル内容物を傷めることなく、そして無傷のワインボトルと他の消費物用密封容器中他の活性成分および/又は汚染物の検査を容易に拡張することができる。
【実施例１】
【００６９】
ワイン試料中の酢酸レベルの決定
標準物の調製
脱イオン水、Gold Shield Chemical Co.(Hayward,CA)から得られた200プルーフ(proof)のエチルアルコール、EM Science(Gibbstown,NJ)より購入された99.7%の氷酢酸の混合物から調製された充満ボトルを基準酢酸にて滴定実験を行った。コントロール試料を、選択された酢酸濃度(約0.5g/Lおよび約3.2g/Lの間の範囲)を有する水に、750mLの12.5%(v/v)のエチルアルコールにて、空のワインボトルを満たす、すなわち「投入」することにより生成する。塩化ナトリウム(Fisher Scientific,Hampton,N.H.)を750mLの水に溶解し、そして低磁気回転比γを有する核に磁場をシミング(shimming)するためと、充満したボトルワイン試料を比較的感度の低い13C核のラーマー周波数(Larmor frequency)を決定するためのとの較正標準物として使用できる。試験されるワインが、地方の販売所から購入されたもの、又はUC Davis Department of Viticulture and Enologyからの贈与物として得られた物のいずれかである。
実験の設定
【００７０】
密封ワイン・ボトルに関するNMRの実験は、それぞれ85.78MHzの1H のラーマー(Larmor)周波数に対応する2.01Tの磁場にて行われる。9.1Tの磁場(399.76MHzの1H Larmor周波数.Theに対応する)を用いる高磁場NMR分光器が、500μLの滴量試料を用い、低磁場装置にて測定された酢酸濃度を確認するため使用される。
【００７１】
単一の共鳴NMR分光器が、Oxford Instruments(Palo Alto,CA)310mm室温孔超伝導ソレノイド画像化磁石(imaging magnet)の内側に取り付けられたNMRプローブのヘッドに接続された高出力増幅器へ、高周波(rf)パルスを送る。無傷のワインボトルが図3Aに示すようにNMRプローブのヘッドの内側に収容される。高周波(rf)コイルが、コルクの底部とワインボトル本体との間のワインボトル首部に近接している。
【００７２】
ワインボトル全体に均一な磁場が実現されるように、極低温及び室温の磁場シムの調整が慎重に行われる(1H ライン幅≦4Hzにて明示される)。ボトル本体と底部との比較において、このボトル領域における試料が有意に少ないが、少量の試料領域にわたり均一な静磁場の実現がより容易となり、最終的には細く高精度に分割されたMNR線を形成する。室温シムに対する電流が、General Electric OmegaシリーズNMR分光器磁場シム電源により提供され、各チャンネル上にて-5Vから+5 DCの出力を変更可能である。その電源が、Varian EM 390(90 MHz)連続波MNR分光器から得られるポテンシオメータ・バンクにて制御される。
【００７３】
高周波(rf)パルスの終了後、その試料が音声周波数に混合され、そしてNMR分光器によりデジタル化されたμVからmVのシグナルが放出され。このシグナルをフーリエ変換して標準的なNMRスペクトルが得られる。動的範囲における実質的改良が、1と2.5ppmの間の1H NMRスペクトルのメチル基領域を選択的に励起しそして測定することにより行われる。この方法の操作により4.8ppmの水からの質量背景シグナルが取り除かれる。
【００７４】
重水素(2H)、酸素(17)、炭素(13C)、および水素(1H)が、ワインの酢酸レベルを決定できる候補として考えられる。これらの可能性のうち1H核は、その感度が極めて高く、酢酸スペクトルとワインの2種の主要要素として、水及びアルコールのスペクトル間の1ppmよりかなり短い化学シフトの差にて選択される。
NMRデーター収集：制御データー
【００７５】
種々のワイン・ベースによる試料中の酢酸の存在そして/又は量が、コントロールとして9.1Tにて1H NMRの分光法により決定される。図5Aは、UC Davis Experimental Vineyard Cabernet Sauvignonにおける1997年の500μのLビンテージ試料に生成された所定のNMRスペクトルを提供する。4.8ppmのピーク強度が水によるものであり、一方3.6ppmと1.1ppmにて中心とする4重線および3重線が、エチルアルコール中の各メチレン基とメチル基を表している。図5Bの1H NMRスペクトル(さらに9.1Tにて得られる)が、赤ワイン食酢の自家製試料に相当する。約2ppmにて新しいピークが、酢酸のメチル基を明らかに示し、そして分割のない単一線が化学構造と一致する。赤ワイン食酢中の酢酸量が、図5Bのメチル基のピーク高さの比に基づき、2.6%(又は27.6g/L)に成るよう決定され、そしてエチルアルコールは、アセチル化する前に、ボトルの全容積の12.5%であると想定される。
NMRデーター収集：実験データー
【００７６】
本発明の方法およびプローブにより収集された例示的データーを、図6A及び6Bに示す。図6Aにおける1H NMRスペクトルが、UC Davis Cabernet Sauvignonの充満(full)ボトルに対し、メチル基周波数に±3ppmの選択的な励起により得られた。図6Aに示されるメチル基共鳴の3重分割(図5Aの500μLの試料中1.1ppmにて示された3重線に相当する)が、エチルアルコール分子におけるメチレン基のプロトンとのスカラー結合による。図6Bに示される充満（full)ボトルの1H NMRスペクトルが、水、12.5%のエチルアルコール、および0.5%の酢酸の750mLの混合液に相当する。2.1ppmにて中心とされる1重線ピーク(図Bの食酢試料において存在するが、図6Aのワイン試料に示されない)が、図5Bに示されるように少容量から得られるスペクトルとの比較から酢酸の存在(予期したように)を明らかに明示している。図6BのNMRスペクトルが、ワインに対して受け入れられる1.4g/Lの不良酢酸の限界のほぼ3.8倍の5.3g/Lの酢酸濃度に相当する。
滴下データー
【００７７】
図7に示される滴下データーにより、調製試料の酢酸濃度のNMR測定値と調整された酢酸濃度の比較が行われ、12.5%(v/v)のエチルアルコール濃度が示された1.1ppmでのエチルアルコールの3重線の積分面積に、2.1ppmでの酢酸のピークの積分面積との比率から決定される。オープン丸が、2.0Tにて充満（full）ボトルNMRスペクトルから酢酸濃度の9回の測定の平均値に相当し、一方でオープン3角形が、9.1Tにて500μLの酢酸濃度における1回の測定を表している。図７に包含されている単一傾斜の破線は、調製された酢酸濃度と実験的に決定された濃度との間の関係を示している。
【００７８】
低磁場での「充満ボトル」の測定と高磁場での「少量試料」の酢酸を測定とが、データーに幾つかの広がりがあるが、調製濃度のデーターと一致する。１例として高磁場でに少試料の結果は、調製濃度と測定濃度とが不明確なため、試料調製における液体容量の測定エラーによるものとほとんど同様に想定されるが、図5に示すように1H NMRの線幅が極めて細長いため、ピーク強度を積分によりかなり正確に計算することができる。
【００７９】
図6に示す充満ボトルの実験における線幅が増大すると、ピークを積分する開始点と終了点が割り当てられる時、多くなるという問題により、図７のエラーバーに示すような、酢酸濃度の測定により多くのエラーを引き入れることになる。試料を調製中液体容量の測定とピーク強度の決定とが獲得する誤差が、図７の破線に伴う正確な一致とわずかな変化が組み入れられている。細長い線を形成する改良された磁場シムが、測定される正確な酢酸濃度を実質的に増大することになる。しかしながらこの小さな相違にもかかわらず、充満ボトル法が、1.4g/Lの不良物の受け入れ可能な限界量のわずか半分、少なくとも0.5g/Lまでワインをアセチル化する量の減少を評価することができる。
さらなる計算
【００８０】
ワインが、多様な化学成分の極めて複雑な混合物であるにもかかわらず、ワイン試料は、比較的簡単な1H NMRスペクトルを形成する。不良物のない場合、ワイン試料の1H HMRスペクトル(図8Aに提供されるシーケンス(sequence)を用いて単一パルスの励起の後に得られる)が、4.8ppmにて位置付けられる１重共鳴(水に相当)、およびエタノール由来の4重共鳴、および3.6ppmと1.1ppmそれぞれに中心とされる3重共鳴を有する。ワイン不良物(spoilage)による低レベルの酢酸の存在が、2.1ppmに位置付けられた別の1重共鳴により明示される。水のピークとエタノール3重線の積分強度の比を、そしてエタノール3重線に対する酢酸の比を取ると、ワイン中の酢酸の容量および濃度によりエタノールの割合(%)が以下の数式のように定量可能である。
【数１】
2005533257.tif 000003
及び、
【数２】
2005533257.tif 000004
ここで水、エタノール、酢酸の分子量および密度が、その式の分母の値を計算するために使用された。ｆEtOHの測定は、図8に示すように１パルス実験により収集されたデーターから誘導される。しかしながらｆHOAcの同様の評価が、水とエタノールの強いシグナル(たとえば99%のスペクトル強度)により複雑化される。エタノールや酢酸に対するメチル基の共鳴が、1.1ppmと2.1ppmのそれぞれに中心となり、そして水の共鳴が、酢酸ピークより下方部分2.7ppmにシフトされる(たとえば、2.01Tにて232Hz下方シフト)ことから、図8Bにて提供されるパルスのシーケンス(sequence)を使用し、所望によりデーターを生成することができる。選択性のある励起、遅延の獲得、およびブロックの平均を組み合わせて使用することにより、ｆHOAcの測定に信頼でき、そして再生成可能となる(Weekleyら(March 2003)「Using NMR to study full intact wine bottles」J.Magn.Reson.161:91-98を参照)。3msのソフトrfパルス「tips」にて5度より少ない水の磁性化が、そして200Hzの音響フイルター帯域とを組み合わせた場合、水のピークのシグナル強度が、ほぼ大きさの桁にて減衰される。エタノールと酢酸のメチル部分に対し長いスピン-スピン緩和時間と組み合わせた遅延獲得が、広いスペクトル線へ導く短期寿命の自由誘導減衰(fid)成分を減少し、従って所望する細長い共鳴値を得ることができる(たとえば約4Hzの線幅)。
【００８１】
UC Davis Cabernet Sauvignon の1997のビンテージ(vintage)の充満(full)ボトルに対する1H NMRスペクトルのメチル基領域を、図6Aに示すが、0.05%加えられた酢酸と共に水中に溶解する12.5%(w/v)エタノールを有する充満(full)ボトルに対する比較データーが、図６Bに示される。
【００８２】
これらのスペクトルにおける3重線が、1.1ppmの化学シフトとスプリッチング形状(エアタノール構造中2個の等価なメチレン1H核とスカラー結合することにより)との両方に基づくエタノールメチル基に相当する。図6Bに示されるスペクトルにおいて、2.1ppmにて単一ピークが酢酸に相当する。上記提供された式を用いて、ｆEtOHが、6.4x10-2であることが決定された。図6Bにおけるエタノールの3重線に対する酢酸ピークの積分強度の比により、4.5x10-2としてｆHOAcが与えられ、それが、調製された溶液(0.5%(v/v)基準溶液における5.3g/Lの酢酸)への比較として、試料中の酢酸濃度[HOAc]が5.7g/Lであるという計算に使用することができる。これら測定間の0.4g/Lの差が、おそらく基準調製物の誤差によるものである。
【実施例２】
【００８３】
ワインの密封ボトルに酢酸不良物(spoilage)の決定
実際のほとんどの適応に適切なｆEtOHの先行知識がない、その理由は異なるワインのビンテージ、資源、種類、および品質では、約7%から24%(v/v)の間のエタノール濃度が相違することになるからであるこれらの状態において図8Aに提供されるパルス・シーケンス(sequence)が、最初全体の1H NMRスペクトルを測定するために使用され、その後メチル基領域を選択的に励起し、そして検出するよう図8Bのパルス・シーケンス(sequence)が適用される。
【００８４】
この方法においてｆEtOHとfHOAcの両方が、測定されたピークを積分することで可能であり、そしてエタノールの割合(%)および酢酸濃度を計算するために使用される。上記のように、データーの収集が、典型的にブロックを平均することを介して(たとえば、ブロックの平均としてｎ＝10群にて100スキャン)行われる。数組の自由誘導シグナルが、フーリエ変換され、周波数シフトおよび加えられたオフラインにより重ねられる。この方法は、収集データーに関し、静磁場に長時間ドリフトする影響を取り除き、これにより、ワイン中のメチル基領域に対し高分解能の1H NMRスペクトルをを発生させ、それがfHOAcを正確に測定するために使用することができる。
【００８５】
この方法の正確性と感度は、NMR誘由来の濃度と実際の調製濃度とを比較することにより充満(full)ボトル中にて試験された。充満(full)ボトルのNMR法の0.1g/Lより少量の酢酸の感度にて異なる濃度にて測定した間で1対1にて一致することがより迅速に分析する。1950と1977の間にボトル詰めされたUC Davis Cabernet Sauvinonの垂直に連ねた密封充満(full)ボトルにおけるエタノール(図10A)と酢酸濃度(図10B)とのNMR由来の割合が比較された。予想のように関連するエタノール量が、経年との十分な関連性がないが10乃至20%の間にて変化する。
【００８６】
興味深いことに、２つの最も新しいビンテージが、ほとんどのワイン(12.5%v/v)に対する工業的基準に極めて近いエタノール濃度を表示する。これらは同じワインに対し充満(full)ボトルの酢酸濃度の類似する相互関係が観察されなかった(図10B)。最も古いワインが、最も多量の酢酸不良物(spoilage)(6.3g/L)を表し、最も新しいワインが、測定可能な酢酸汚染物を有しないが、その他のビンテージの酸濃度が、0.4g/Lおよび2.0g/Lの間にて変化する。そのため、最も古いワインが、若いワインと比較して高濃度の酢酸を自動的に有するであろうと想定することが正しくない。無傷のコルク(さらには、時間経過に伴う酸素の漏れに対する密封ボトルの品質)が、酢酸汚染物に対し最も重要なことである。
【００８７】
その装置が、一般的な種々の形状及びサイズのボトル、並びにその他の消費物用密封容器を検査することができる。鉛又は金属による密封効果を含むこれらの要因の全てが、構築収容部の室温の磁場シムを注意深く調整することにより、保障することができる。さらに鉛又は金属による密封が、プローブの調整又はワインボトルを交差する高周波(rf)磁場の均一性および強度と測定には干渉を受けない。滴下データーが、図７に示されるが、資料だけは、0.5g/Lまで酢酸量が低下する結果となる。0.1g/Lまで低下したレベルを、本発明のプローブ及びシステムにて測定した。NMR溶媒の抑制技術そして/又はデュアル(dual)コイルNMRのプローブヘッドが、1又は複数の桁の規模により感度を拡大することができる。
【実施例３】
【００８８】
充満（full)ボトル試料の13C NMRの分光法
本明細書記載のように、消費物用密封容器のNMR分析に本発明は、1H NMR分光法を行うに関係する方法および装置に限定されない。希釈成分(フラベノイドやアルデヒド)の測定感度の増大、および1H以外の核に対し拡張した充満（full）ボトル技術への努力にて、さらなるプローブの例が構成された(図4Aおよび4Bを参照)。ワインボトルの首部の約25cm3試料容量を検査する代わりに、ワインボトル本体において、有意に大きな(１Lよりかなり大きい)容量を分析するよう、プローブを使用することができる。磁場の均一性が、有意に容量の大きな試料の交差には適切でないが、1Hより化学シフトの有意に大きく分散する核の試験では、感度が低くなり線幅が増大する。
【００８９】
本発明の方法の１例において、消費物用密封容器を13C NMR分光法を用いて試験する。化学シフト範囲が有意に広くなり、そして1Hに比較した13Cのラーマー周波数(Larmor frequency)(2.01Tにてそれぞれ21.56Mhz対85.78MHz)が有意に低くなると、分析のための細長い線幅の必要性が減少する。このようにワインボトルの主本体の高周波(rf)検出コイルを中心にすることが、可能となり、それにより高周波(rf)の装填要因を犠牲にすることなく、感度を改良(より大きな容量の核により)することができる。
【００９０】
観察による4回巻きスプリット・ソレノイド高周波(rf)コイルの形状が、均一性には最適でないにもかかわらず、低γ核に対するスピンエコーの形成が、本発明のプローブを用いると可能である(たとえば図4Aおよび4Bを参照)。スピン格子およびスピン-スピン緩和時間が長くなる傾向にある13C NMR分光法の特定例において、複数のπパルスシーケンス(sequence)(図8に明示される)が、102ms間隔にて現れるエコー・シグナルに対し、以下の100μsπ/2パルスの自由誘導シグナルを加えることにより(オフライン)走査の固定数としてノイズ対シグナル比を増大させることができる。この方法において、100乃至1000走査に相当する全体の1H結合13C NMRスペクトルが、充満(full)ボトル試料に適切な期間に対し得ることができる。
【００９１】
図9Aおよび9Bが、図8Cにおいてn=7にて提供されるパルス・シーケンス(sequence)を用いて、1997UC Davis Cabernet Sauvignon(9A)か赤ワイン食酢のいずれかの充満(full)ボトルの13Cスペクトルを示す。57ppmと18ppmにて中心となる３重線および4重線は、メチレンとエタノールのメチル炭素それぞれから形成される。これらのピークおよびこれらのスプリット形状が共に約140Hzのスプリット線が、直接結合した1H核にスカラー結合することと一致している。食酢試料において、付加的な13Cピークが、酢酸のカルボニル及びメチル基にて、18ppmと21ppmに見出される。図10Bの逆3角形が、酢酸メチルの4重線を標識とする。ネストされた４重線のほぼ等しい積分強度が、赤ワイン食酢試料のエタノールおよび酢酸量がほぼ等しく、その結果が文献(Jakish(1985)Modern Winemaking Cornell University Press,Ithaca NY)と一致する。
【００９２】
充満(full)ボトル13C NMR法が、タンニン、フラベノイド、フェノール、アルデヒドおよび、アミノ酸などの追加的なワイン成分の探査に対し可能なことがスペクトルから明らかである。原理的に連続シグナルを平均すると、スペクトルがH核からデカップリングのなく極めて複雑であるが、13Cスペクトルにてこれらのピークを表している。所望により付加的な1Hチャンネルが、本発明のプローブに組み込まれ、これにより1Hデカップリングの使用を介して増大した分解能および感度が提供される。
【００９３】
さらに 207Pb 、199Hg、45Sc、39K、27Al、23Na、などの付加的な同位元素を検出するためのプローブの例が予想される。これら多くの同位元素が、標準NMR分光法の検出限度より典型的に低いが(すなわちマイクロリッター容量)、増大量が、充満(full)ボトル分光法に用いられ、そしてプローブが104の因子によりスピン数を増幅し、したがって最初にアクセス可能な天然ワイン試料の微量元素の研究に作成する。さらに、本発明の方法および装置が、ワインボトルそれ自体の品質および性質を分析するために使用することができる(たとえば29Siおよび23NaのNMR分光法)が、コルク(天然化合成かのいずれか)は、たとえば13C固相NMR技術を用いて研究することができる。
【００９４】
一般的に上の記載は、本発明の観点および例を適用することができる。請求される本発明の精神および範囲から逸脱することなく、本明細書記載の方法、装置、およびシステムに対し、さらに変更を行うことができ、そして本発明が以下を含む多くの異なる使用を置くことができる。
【００９５】
以下のことは、本明細書記載の方法およびアッセイのいずれかを行うため、本明細書記載の消費物用密封容器又はNMRシステムを受け入れるよう構成されたNMRプローブの使用である。
【００９６】
以下のことは、コルク栓されたワインボトル又はいずれか他の消費物用容器の非浸入分析を行うため、たとえば本明細書記載のように、1又は複数の汚染物を分析するために、本明細書記載のNMRプローブ又はシステムの使用である。
【００９７】
本発明の方法、装置又はシステムに使用するために、消費物用密封容器における汚染物の１又は複数の標準溶液(たとえば酢酸滴定試料)を含むキットである。所望によりキットが、本発明の方法を行うための操作指示を含む。
【００９８】
上記発明が、明確にそして理解する目的のため詳細に記載されているが、形状および詳細についての種々の変化が、本発明の範囲を逸脱することなく行うことができることが、この開示を読むことから当業者に明らかになるであろう。たとえば上記のあらゆる技術および装置が、種々の組み合わせにて使用することができる。あたかも個々の個人出版物、特許、特許出願および/又は他の文献が、あらゆる目的のため引用により組み入れられるよう、全ての刊行物、特許、特許出願、および/又は本願に引用された他の文献が、個々に指示されると同じ程度に、あらゆる目的のためこれら全体の引用により組み入れられる。
【図面の簡単な説明】
【００９９】
【図１】図１は、本発明の例示的プローブを描いた概要図である。
【図２】図２は、例示的プローブの拡大図を示し、データー収集領域内の密封容器の配置を示している。  図３のパネルA及びBが、本発明のシステムの１例を示し、無傷なワインボトルの全スペクトル得るために使用されよう実験的な構成装置を示す。
【図３Ａ】図３Aは、NMR分光器本体の構造体内の消費物用密封容器(ワインボトル)とNMRプローブの配置を示す概要図である。
【図３Ｂ】図３Bは、プローブの拡大図を示し、そのプローブの高周波(rf)コイルと容器の選択された部分の配置を示し、そしてNMRプローブ・ヘッドがワインボトル全体を収容できることを明示している。  図４のパネルAおよびBが、本発明のシステムにおける別の例を示す。
【図４Ａ】図４Aは、NMRプローブ内の消費物用密封容器の本体への配置を示す。
【図４Ｂ】図４Bは、プローブの拡大図を示し、ブローブの試料測定領域内に容器本体の配置を示している。
【図５Ａ】図５Aは、9.1Tにて、500μLの試料のワイン(パネルA)に対し得られたNMRスペクトルデータを示す。
【図５Ｂ】図５Bは、9.1Tにて、500μLの試料の赤ワイン食酢(パネルA)に対し得られたNMRスペクトルデータを示す。
【図６Ａ】図６Aは、本発明の方法およびプローブを用いワイン試料(パネルA)に対し生成されたスペクトルデータを示す。
【図６Ｂ】図６Bは、本発明の方法およびプローブを用い赤ワイン食酢試料(パネルA)に対し生成されたスペクトルデータを示す。
【図７】図７は、/エチルアルコール充満のボトル標準試料に対する所定組の酢酸において提供される酢酸の計算値対実験値を比較するブロットを提供する。
【図８Ａ】図８Aは、本発明の方法に使用する例示的な高周波(rf)パルスの配列を提供する。
【図８Ｂ】図８Bは、本発明の方法に使用する例示的な高周波(rf)パルスの配列を提供する。
【図８Ｃ】図８Cは、本発明の方法に使用する例示的な高周波(rf)パルスの配列を提供する。
【図９Ａ】図９Aは、ワインの充満ボトルでの13CのMNRスペクトルを示す。
【図９Ｂ】図９Bは、ワインの充満ボトルでの13CのMNRスペクトルを示す。
【図１０Ａ】図10Aは、1950から1977の間にビン詰めされたUC Davis Cabernet Sauvignon の一連の垂直密封充満ボトルにおけるエタノールのNMR誘導のパーセントを示す表である。
【図１０Ｂ】図10Bは、1950から1977の間にビン詰めされたUC Davis Cabernet Sauvignon の一連の垂直密封充満ボトルにおける酢酸濃度のNMR誘導のパーセントを示す表である。
【図１】
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【図２】
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【図７】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【国際調査報告】
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