(57)【要約】【課題】従来の技術における上述の如き問題を解消し、より安全かつ簡便に分析時間の短縮及び分析コストの低減が図れる緩衝能測定方法及び緩衝能測定装置を提供することにある。【解決手段】試料溶液に定電流電解を行い、それによる試料溶液のｐＨの経時変化に基づいて、該試料溶液の緩衝能を算出することを特徴とする緩衝能測定方法と、定電流電解装置を用いることにより電解を定量的に継続して緩衝能を測定し、旨味強度を算出できることを特徴とする緩衝能測定装置。【選択図】図９
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
試料溶液に定電流電解を行い、発生したＯＨ−又はＨ＋による該試料溶液のｐＨ変化を測定し、その結果から、ｐHの経時変化の逆数を該試料溶液の緩衝能として算出することを特徴とする緩衝能測定方法。
【請求項２】
前記試料溶液を収容する測定セルと、該測定セルを陽極室と陰極室に隔離する陽イオン交換膜と、該試料溶液のｐＨを監視するｐＨ計と、該測定セル内の該試料溶液に電流を供給する定電流電解装置と、該試料溶液のｐＨ変化を測定し、その結果から、ｐHの経時変化の逆数を該試料溶液の緩衝能として算出する処理機構とを有することを特徴とする緩衝能測定装置。
【請求項３】
前記試料溶液の、電解質溶液での希釈率は１から５００倍とすることを特徴とする請求項１記載の緩衝能測定方法。
【請求項４】
前記試料溶液の、電解質溶液での希釈率は１から５００倍とすることを特徴とする請求項２記載の緩衝能測定装置。
【請求項５】
前記定電流電解の印加電流値は、±０．０１Ａから±１Ａであることを特徴とする請求項１記載の緩衝能測定方法。
【請求項６】
前記定電流電解の印加電流値は、±０．０１Ａから±１Ａであることを特徴とする請求項２記載の緩衝能測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、試料溶液の緩衝能をｐＨの経時変化の逆数として検出する緩衝能測定方法及び緩衝能測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
緩衝作用は、試料溶液に酸またはアルカリを加えたときに生じるｐＨの変化を小さくする作用であり、緩衝能とはその大きさを示す。試料溶液の緩衝能を検出する緩衝能測定方法及び装置は、特公昭６３−００２４６５号公報に記載されているように、アイオノジエン含有試料を強酸又は強塩基で滴定し緩衝能を得る測定方法及び装置が知られている。また、旨味の指標には全窒素分の測定があり、一般的に「ケルダール法」、「デュマ法」などが用いられている。
【０００３】
しかし、上記の緩衝能測定装置は、試料調製に酸を必要とし、更に滴定に強酸又は強塩基を必要とするため、取扱に注意する必要がある。また、旨味の指標である全窒素分の測定は分析に要する時間が長く、分析コストも高い。
【０００４】
一方、上記の方法とは異なり、旨味強度の測定には、例えば、特許第２５７８３７４号公報に記載されているような、味覚センサを用いた味認識装置が従来知られている。この味認識装置は、高分子脂質膜を用いた味覚センサを使用して、応答の電位変化を測定するものである。これらの味覚センサは化学物質に応答する高分子脂質膜が備わっている作用極と参照電極とで構成されて、化学物質が高分子脂質膜に対する吸着および脱着時に生じる電位応答を試料の味の情報とすることを特徴とする。この測定法では試料溶液の化学物質の構成成分に左右されること無く味覚を計測することができるという特徴を有しているが、高分子脂質膜の耐久性、洗浄工程で酸及び塩基を用いていること、複数の測定工程を要するため、装置が複雑かつ大型化し、装置価格も手頃なものではないといった問題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特公昭６３−００２４６５号公報
【特許文献２】特許第２５７８３７４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、酸や塩基などの危険な試薬を用いることなく、簡便かつ短時間で緩衝能を測定する方法及びそれを用いた緩衝能測定装置を提供することを課題とする。
【０００７】
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、従来の技術における上述の如き問題を解消し、より安全かつ簡便に分析時間の短縮及び分析コストの低減が図れる緩衝能測定方法及び緩衝能測定装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の目的は、試料溶液に定電流電解を行い、それによる該試料溶液のｐＨの経時変化に基づいて、該試料溶液の緩衝能を算出することを特徴とする緩衝能測定方法と、定電流電解装置を用いることにより電解を定量的に継続して緩衝能を測定し、旨味強度を算出できることを特徴とする緩衝能測定装置によって達成される。
【発明の効果】
【０００９】
以上説明したように、本発明によれば、酸やアルカリを用いることなしに、簡便かつ短時間で緩衝能を測定でき、それを用いた緩衝能測定装置が提供される。これにより、簡便かつ短時間で旨味強度が算出できる
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
上記課題を解決するため本発明に係る緩衝能測定方法は、陽イオン交換膜で隔てられた測定セル内に、電解質溶液で希釈した試料溶液又は該電解質溶液を注入し、試料溶液側に作用電極及びｐＨ電極を、電解質溶液側に対極を挿入し、定電流電解装置を用いて、前記作用電極と前記対極に対して所定の電流を印加する。緩衝能測定方法は、次のステップ［１］〜［３］により緩衝能を求めることを特徴とする。
【００１１】
［１］前記作用電極と前記対極の両方に電流を印加していない状態から、印加電流に設定するステップ［２］前記電流操作によるｐＨの経時変化をｐＨ計にて測定し記録するステップ。［３］前記ｐＨの経時変化より、緩衝能を算出するステップ。
【００１２】
試料に、正と負両方の印加電流を用いることによって、幅広いｐＨにおける緩衝能を測定することができる。
【００１３】
前記第1操作では、下記の反応式（１）及び（２）に基づく電気分解が起こる。
【００１４】
（式１）
陽極:   ２Ｈ２Ｏ → Ｏ２ ＋ ４Ｈ＋ ＋ ４ｅ−          （１）
（式２）
陰極:   ４Ｈ２Ｏ＋ ４ｅ− → ２H２ ＋４ＯＨ−         （２）
【００１５】
定電流電解により、陽極側の水は酸化され、酸素を発生し、電子を放出しｐＨが酸性に変化する（１)。陰極側の試料溶液は還元され、水酸化物イオン（ＯＨ−）を発生しｐＨが塩基性に変化する(２)。ｐＨ計にて試料側のｐＨの測定を行い、ｐＨの経時変化を記録する。
【００１６】
下記の反応式（３）の電気分解の法則に基づき、陽極及び陰極での時間当たりのＨ及びＯＨ−発生量が算出できる。
【００１７】
（式３）
ｍ = ( Ｉ × ｔ/Ｆ ) × ( Ｍ / z )      （３）
(ただし、ｍは変化した物質の質量、Ｉは電流値、ｔは電解時間、Ｆはファラデー定数、Ｍは物質のモル質量、ｚは電子数)
【００１８】
前記ｐＨの経時変化より、ｐＨの経時変化の逆数（ｄｔ/ｄｐＨ）を用いて緩衝能とする。
【００１９】
図１〜４に示すように、緩衝能を縦軸に、ｐＨを横軸に、プロットした緩衝能曲線には、特公昭６３−２４６５号公報に記載されているように、（１）ｐＨ約４付近の緩衝能帯、（２）ｐＨ約９．５付近の緩衝能帯、（３）ｐＨ約７付近の弱い緩衝能帯が見られる。前記（１）、（２）の緩衝能帯には、含有するグルタミン酸やアスパラギン酸と言ったアミノ酸の種類と量が反映される。従って、緩衝能は、特に発酵食品などの旨味の指標となる。
【００２０】
本発明では、緩衝能と、味覚センサによる測定結果を比較し、緩衝能と旨味強度との相関を求めることにより、緩衝能を旨味の指標とする。
【００２１】
味覚センサとして、例えば市販の味認識装置を用いる。味認識装置としては、味成分に対して応答する高分子脂質膜を使用した膜電位計測型のセンサを用いることができ、例えば、インテリジェントセンサーテクノロジー社製ＳＡ４０２Ｂを利用する。
【００２２】
本願発明者は、緩衝能測定方法で求められる緩衝能と、味認識装置で求められる旨味強度との関係を考察したところ、図５〜８に示すように、両者には有意な相関関係（直線関係）が成り立つことを見出した。
【００２３】
本発明の緩衝能測定装置の基本的な構造は、図９に模式的に示したように、陽イオン交換膜で陽極室と陰極室に隔離した測定セルと、コンピューターと、定電流電解装置及びｐＨ計から成る。
【００２４】
作用電極及び対極各電極は、加電流制御装置として機能する定電流電解装置に接続されている。定電流電解装置は、電気化学測定に有用な装置であり、作用電極から対極に流れる電流を任意の値に制御することができる。
【００２５】
本発明において使用される陽イオン交換膜製品自体は公知のものでよく、例えばセレミオンの商品名で旭硝子（株）から市販されている。これらの膜は通常１３０〜４００μｍの膜厚を有するものであり、目的とする耐久性に応じて適宜選択することができる。
【００２６】
陽イオン交換膜を用いることにより、陽極室と陰極室を隔離し試料溶液中で過剰になる陽イオンのみ、陽イオン交換膜を用いて陰極側に移動させることができる。
【００２７】
測定セルは、安価かつ洗浄が容易な、例えばアクリル樹脂等を用いる。
【００２８】
測定セルの容積及び注入する試料溶液の容量は限定するものではないが、５０ｃｃ以下が好ましい。中でも５ｃｃ程度が好ましく用いられる。容量が５０ｃｃを超える場合は、測定時間が長くなり、さらには測定時間の短縮のために印加電流値を大きくしなければならず、経済的に好ましくない。
【００２９】
測定セルには、陽イオン交換膜を隔てて対向配置される作用電極及び対極を挿入し、陽極室又は陰極室にｐＨ電極を挿入する。
【００３０】
本発明においては、測定中の陽極室及び陰極室は撹拌を行うのが好ましい。例えば、マグネチックスターラ―等を用いることができる。これにより、陽極室及び陰極室内の電解質の分布状態が均一化するので、正確なｐＨを検知することができる。
【００３１】
本発明での印加電流値は、０．０１Ａから１Ａ及び−０．０１Ａから−１Ａが適当であり、中でも０．３Ａ及び−０．３Ａが好ましく用いられる。図１１に示すように、印加電流値が０．０１Ａ未満及び−０．０１を超える場合であると測定時間が長くなり、迅速な測定装置としての作用が不十分となる。また１Ａを超える場合及び―１Ａ未満では、測定時間が極端に短くなり、正確な測定に適していない。
【００３２】
また、上記印加電流値の０．０１Ａから１Ａと−０．０１Ａから−１Ａとは、電流の方向が真逆であるが、前記反応式（１）及び（２）に示す反応は同様である。
【００３３】
本発明での測定時間は、試料溶液の量及び前記印加電流値を操作することにより調整できるが、通常１〜１５分程度が好ましく、２〜５分程度がより好ましい。また１５分を超える場合、迅速な測定装置として適していない。
【００３４】
本発明において、作用電極と対極は、いずれも白金により形成される。つまり、作用電極として不活性な電極を用いており、電極物質自身は酸化溶出等の反応を起こさず、電極反応に際して溶液中の物質に電子の授受のみを行うことができる。
【００３５】
作用電極は、白金を用いることが好ましいが、それ以外に例えば、金やグラッシーカーボン等を用いることができる。
【００３６】
また、コンピューターは、得られたｐＨデータを解析し、緩衝能（ｄｔ/ｄｐＨ）を算出する為の装置である。
【００３７】
本発明において使用されるｐＨ計として、例えば（株）堀場製作所から市販されているｐＨ計型番Ｆ―５４を用いる。また、ｐＨ計は解析装置として機能するコンピューターに接続されている。
【００３８】
電解質溶液に用いた支持電解質は、Ｎａ２ＳＯ４である。
【００３９】
また、支持電解質として、ＫＮＯ３ 等を用いることもできる。
【００４０】
また、試料溶液の希釈率は１〜５００倍が適当である。多くの食品では、電解質溶液での希釈率が低い場合、食品中の非電気分解物が測定の妨げとなり、また５００倍を超える場合は、緩衝能成分が希薄になり正確な測定に適していない。図１２に示すように、一般的な食品は前記電解質溶液での２〜１００倍の希釈が好ましく、５〜５０倍がより好ましい。
【００４１】
また、試料調製方法は図１０の通りである。
。 
【実施例】
【００４２】
上記において作製した本発明の緩衝能測定装置により幾つかの食品について測定試験を行った。測定では、１モルＮａ２ＳＯ４溶液を電解質溶液として用い、５０ｃｃの試料溶液に＋０．３Ａ及び−０．３Ａを印加した。図１〜４に、幾つかの食品の緩衝能曲線の一例を示し、図５〜８に、幾つかの食品の緩衝能（ｄｔ/ｄｐＨ）と旨味強度との関係を示すグラフを示した。（図１及び５）アミノ酸・５０倍希釈、（図２及び６）醤油・５０倍希釈、（図３及び７）日本酒・５倍希釈、（図４及び８）味噌・５倍希釈
【００４３】
図１〜８から、酸やアルカリを用いることなしに、簡便かつ短時間で緩衝能を測定でき、それを用いた旨味強度が算出できることがわかる。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】図１は、幾つかのアミノ酸の緩衝能（ｄｔ/ｄｐＨ）とｐＨとの関係を示す緩衝能曲線である。
【図２】図２は、幾つかの醤油の緩衝能（ｄｔ/ｄｐＨ）とｐＨとの関係を示す緩衝能曲線である。
【図３】図３は、幾つかの日本酒の緩衝能（ｄｔ/ｄｐＨ）とｐＨとの関係を示す緩衝能曲線である。
【図４】図４は、幾つかの味噌の緩衝能（ｄｔ/ｄｐＨ）とｐＨとの関係を示す緩衝能曲線である。図１〜４は、幾つかの食品について、緩衝能（ｄｔ/ｄｐＨ）を縦軸に、ｐＨを横軸にプロットした緩衝能曲線である。
【図５】図５は、幾つかのアミノ酸の緩衝能（ｄｔ/ｄｐＨ）と旨味強度との関係を示すグラフである。
【図６】図６は、幾つかの醤油の緩衝能（ｄｔ/ｄｐＨ）と旨味強度との関係を示すグラフである。
【図７】図７は、幾つかの日本酒の緩衝能（ｄｔ/ｄｐＨ）と旨味強度との関係を示すグラフである。
【図８】図８は、幾つかの味噌の緩衝能（ｄｔ/ｄｐＨ）と旨味強度との関係を示すグラフである。図５〜８は、幾つかの食品について、緩衝能（ｄｔ/ｄｐＨ）を縦軸に、旨味強度を横軸にプロットし、左図にｐＨ４付近、右図にｐＨ９．５付近の緩衝能（ｄｔ/ｄｐＨ）と旨味強度との関係を示すグラフである。
【図９】図９は、本発明の緩衝能測定装置の基本的構造を模式的に示す図である。
【図１０】図１０は、一般的な試料溶液の調製法である。
【図１１】図１１は、１モルＮａ２ＳＯ４溶液の緩衝能測定時間を縦軸に、印加電流値の対数を横軸にプロットした、緩衝能測定時間と印加電流値の関係を示すグラフである。
【図１２】図１２は、濃口醤油の緩衝能（ｄｔ/ｄｐＨ）を縦軸に、希釈倍率の対数を横軸にプロットした、緩衝能（ｄｔ/ｄｐＨ）と希釈倍率の関係を示すグラフである。
【符号の説明】
【００４５】
１  作用電極
２  対極  
３  定電流電解装置  
４  ｐＨ計  
５  測定セル  
６  コンピューター                
７  陽イオン交換膜
８  Ｎａ２ＳＯ４溶液
９  試料溶液
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１】
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【図２】
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【図９】
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【図１０】
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