(57)【要約】【課題】バイオマス由来の発酵原料に関してより簡便な操作での評価を可能とする。【解決手段】光学測定装置１を用いた光学測定方法によれば、バイオマス由来の発酵原料を含む測定対象物４０に対して光源１０から近赤外光を照射することで検出部２０において得られた透過スペクトルに基づいて発酵阻害物の量を算出することができる。また、上記の方法では、従来のようにＨＰＬＣ法等により測定する方法と比較して簡便な操作で測定を行うことができる。また上記の方法では、バイオマス由来の発酵原料を測定対象物とする場合に例えば薬品と混合する等の調製が不要であり、さらに簡便に評価を行うことができる。【選択図】図１
2016017837.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
バイオマス由来の発酵原料に含まれる発酵阻害物の濃度を測定する光学測定方法であって、
前記バイオマス由来の発酵原料が含まれる測定対象物に対して近赤外光を照射することで、当該測定対象物に係る拡散反射スペクトル又は透過スペクトルを取得する取得工程と、
前記取得工程で得られたスペクトルに基づいて、前記発酵阻害物の濃度を算出する算出工程と、
を有する光学測定方法。
【請求項２】
前記近赤外光は、少なくとも１５５０ｎｍ〜１８００ｎｍの波長範囲に含まれる波長の光を含む請求項１記載の光学測定方法。
【請求項３】
前記算出工程では、多変量解析を用いて前記発酵阻害物の濃度を算出する請求項１又は２記載の光学測定方法。
【請求項４】
前記発酵原料は、セルロースを糖化した糖化液である請求項１〜３のいずれか一項に記載の光学測定方法。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか一項に記載の光学測定方法を含むアルコールの製造方法であって、
前記発酵阻害物の濃度に基づいて、前記発酵原料を得るまでの前処理工程の条件又は前記発酵原料の発酵条件を調整するアルコールの製造方法。
【請求項６】
前記発酵阻害物は、ギ酸、フルフラール、又は酢酸を含む請求項５に記載のアルコールの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学測定方法及びアルコールの製造方法に関するものであり、特に、バイオマス由来の発酵原料が含まれる測定対象物について光学的に測定する方法及びこれを適用したアルコールの製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
サトウキビ又はトウモロコシ等のバイオマスを原料としたバイオエタノール（バイオマスエタノール）の製造方法に係る研究が進められている。特に、近年は、エネルギー収率の向上や低コスト化を実現するために、製造プロセスの各工程に係る評価が行われることが増えている。例えば、非特許文献１では、セルロース由来の原料を糖化して得られる糖化液に関して、ＨＰＬＣ法によって分析を行うことが示されている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００３】
【非特許文献１】「特集  環境と材料（１）バイオ燃料製造に係わる分析評価」、東レリサーチセンター  Ｔｈｅ  ＴＲＣ  Ｎｅｗｓ  Ｎｏ．１１１  （Ｊｕｌ．２０１０）、Ｐ．１５〜Ｐ．２１
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ＨＰＬＣ法を用いた分析は、糖化液に含まれる成分の含有量等を精度よく求めることができる。しかしながら、ＨＰＬＣ法では、分析のために糖化液を採取して所定の前処理を行う必要があるため、破壊試験と同様に、分析に用いた糖化液を後段の工程に用いることはできない。また、一般的に、ＨＰＬＣ法では１検体の分析に数分〜数十分かかるため、多数の試料に関してリアルタイムで評価することが困難である。
【０００５】
本発明は上記を鑑みてなされたものであり、バイオマス由来の発酵原料に関してより簡便な操作で評価が可能な光学測定方法及びこの光学測定方法を適用したアルコールの製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本願発明は、
（１）バイオマス由来の発酵原料に含まれる発酵阻害物の濃度を測定する光学測定方法であって、
前記バイオマス由来の発酵原料が含まれる測定対象物に対して近赤外光を照射することで、当該測定対象物に係る拡散反射スペクトル又は透過スペクトルを取得する取得工程と、
前記取得工程で得られたスペクトルに基づいて、前記発酵阻害物の濃度を算出する算出工程と、
を有する光学測定方法
である。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、バイオマス由来の発酵原料に関してより簡便な操作で評価が可能な光学測定方法及びこの光学測定方法を適用したアルコールの製造方法が提供される。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本実施形態に係る光学測定装置の概略構成図である。
【図２】バイオエタノールの製造プロセスを説明するフロー図である。
【図３】光学測定装置による測定によって得られるスペクトルを２階微分した結果である。
【図４】図４（ａ）は、ギ酸に関して、解析波長を１５５０ｎｍ〜１８００ｎｍとした場合の基準値と予測値との対応関係を示す図であり、図４（ｂ）は、解析波長を２１５０ｎｍ〜２３００ｎｍとした場合の対応関係を示す図であり、図４（ｃ）は、解析波長を１５５０ｎｍ〜１８００ｎｍ及び２１５０ｎｍ〜２３００ｎｍとした場合の対応関係を示す図である。
【図５】図５（ａ）は、フルフラールに関して、解析波長を１５５０ｎｍ〜１８００ｎｍとした場合の基準値と予測値との対応関係を示す図であり、図５（ｂ）は、解析波長を２１５０ｎｍ〜２３００ｎｍとした場合の対応関係を示す図であり、図５（ｃ）は、解析波長を１５５０ｎｍ〜１８００ｎｍ及び２１５０ｎｍ〜２３００ｎｍとした場合の対応関係を示す図である。
【図６】図６（ａ）は、酢酸に関して、解析波長を１５５０ｎｍ〜１８００ｎｍとした場合の基準値と予測値との対応関係を示す図であり、図６（ｂ）は、解析波長を２１５０ｎｍ〜２３００ｎｍとした場合の対応関係を示す図であり、図６（ｃ）は、解析波長を１５５０ｎｍ〜１８００ｎｍ及び２１５０ｎｍ〜２３００ｎｍとした場合の対応関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
［本願発明の実施形態の説明］
最初に本願発明の実施態様を列記して説明する。
【００１０】
本願の光学測定方法は、（１）バイオマス由来の発酵原料に含まれる発酵阻害物の濃度を測定する光学測定方法であって、前記バイオマス由来の発酵原料が含まれる測定対象物に対して近赤外光を照射することで、当該測定対象物に係る拡散反射スペクトル又は透過スペクトルを取得する取得工程と、前記取得工程で得られたスペクトルに基づいて、前記発酵阻害物の濃度を算出する算出工程と、を有する。
【００１１】
上記の光学測定方法によれば、バイオマス由来の発酵原料を含む測定対象物に対して光源１０から近赤外光を照射することで検出部２０において得られた透過スペクトルに基づいて発酵阻害物の量を算出することができる。また、上記の方法では、従来のようにＨＰＬＣ法等により測定する方法と比較して簡便な操作で測定を行うことができる。また上記の方法では、バイオマス由来の発酵原料を測定対象物とする場合に例えば薬品と混合する等の調製が不要であり、さらに簡便に評価を行うことができる。
【００１２】
（２）また、前記近赤外光は、少なくとも１５５０ｎｍ〜１８００ｎｍの波長範囲に含まれる波長の光を含む態様とすることができる。この波長範囲に発酵阻害物の特徴的ピークがあるため、この波長範囲を利用して測定を行うことでより高精度に発酵阻害物の濃度を算出することができる。
【００１３】
（３）また、前記算出工程では、多変量解析を用いて前記発酵阻害物の濃度を算出する態様とすることができる。算出工程においては、多変量解析を用いる態様とすることで、発酵阻害物の濃度をより高い精度にて算出することが可能となる。
【００１４】
（４）また、前記発酵原料は、セルロースを糖化した糖化液である態様とすることができる。本発明に係る光学測定方法は、特にセルロースを糖化した糖化液を発酵原料とする場合に有用である。
【００１５】
（５）本願のアルコールの製造方法は、上記（１）〜（４）のいずれかに記載の光学測定方法を含むアルコールの製造方法であって、前記発酵阻害物の濃度に基づいて、前記発酵原料を得るまでの前処理工程の条件又は前記発酵原料の発酵条件を調整することを特徴とする。
【００１６】
このように、発酵阻害物の濃度に基づいて、発酵原料を得るまでの前処理工程の条件又は発酵原料の発酵条件を調整することにより、発酵原料の発酵により好適な条件での発酵が可能となる。
【００１７】
（６）また、前記発酵阻害物は、ギ酸、フルフラール、又は酢酸を含む態様とすることができる。本発明に係る光学測定方法を適用したアルコールの製造方法は、特に発酵阻害物にギ酸、フルフラール、又は酢酸を含む場合に有用である。
【００１８】
［本願発明の実施形態の詳細］
本発明に係る光学測定方法の具体例を、以下に図面を参照しつつ説明する。なお、本発明はこれらの例示に限定されるものではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。
【００１９】
図１は、本実施形態に係る光学測定装置１の構成を示す図である。図１に示される光学測定装置１は、光源１０から出射された測定対象物４０に照射し、その透過光を検出部２０で検出することで、測定対象物４０に係る測定を行う装置であり、光源１０と、検出部２０と、分析部３０と、を備える。
【００２０】
この光学測定装置１により測定が行われる測定対象物４０としては、バイオマス由来の発酵原料を含む試料が挙げられる。すなわち、本実施形態に係る光学測定装置１による光学測定は、バイオエタノール等のバイオ由来のアルコールの製造プロセスにおける中間生成物である。
【００２１】
図２を参照しながら、バイオ由来のアルコールの一つであるバイオエタノールの製造方法の概略について説明する。ここでは、コーンストーバー、バガス及び稲わら等の所謂セルロース系バイオマスからバイオエタノールを製造する場合について説明する。まず、セルロース系バイオマスからなる原料を粉砕した後に、前処理を行う（Ｓ０１）。前処理は、後段の糖化工程において、セルロース等が糖化を促進するための工程であり、例えば、水熱処理等が挙げられる。前処理後の原料は、固液分離によって固体部分と液体部分とに分けられる（Ｓ０２）。固体部分に関しては、酵素（セルラーゼ）を産生する微生物と混合することで酵素糖化工程（Ｓ０３）が行われた後、ヘキトースによる発酵工程（Ｓ０４）が行われる。また、液体部分に関しては、酵素（ヘミセルラーゼ）を産生する微生物と混合することで酵素糖化工程（Ｓ０５）が行われた後、ペントースによる発酵工程（Ｓ０６）が行われる。発酵工程を経た後の発酵液をまとめて蒸留する（Ｓ０７）ことにより、バイオエタノールが得られる。
【００２２】
測定対象物４０は、バイオマス由来の発酵原料のうち、特に液体部分の原料である。具体的には、酵素糖化工程（Ｓ０５）後の糖化液である。この糖化液には、バイオマス原料（ヘミセルロース、セルロース、リグニン等）及びその加水分解物（キシロース、ガラクトース、グルコース等）、微生物、並びに、酵素糖化工程において酵素による加水分解が進み過ぎた場合に生成される過分解生成物が含まれる。このうち、光学測定装置１により評価を行いたい物質は、過分解生成物である。過分解生成物は、低分子有機物からなる有機不純物であるが、後段の発酵工程でエタノール発酵を阻害する発酵阻害物が含まれる。セルロース系バイオマスから得られる発酵原料の場合、代表的な発酵阻害物としては、例えば、ギ酸（蟻酸）、フルフラール、酢酸等が挙げられる。
【００２３】
発酵阻害物によって、発酵原料中の糖のエタノールへの変換が阻害されると、蒸留によって得られるエタノールの収率及び品質の低下が引き起こされる可能性がある。そこで、糖化液に含まれる発酵阻害物の含有量を予め評価することで、発酵開始前に糖化液の品質（発酵後のエタノール収率が高いか否か）を推測することができる。この点については、後述する。
【００２４】
光源１０は、近赤外光を測定対象物４０が配置される領域に対して照射する。光源１０としては、ハロゲンランプ等を用いることができる。また、種光源及び非線形媒質を備え、種光源から出射される光を非線形媒質に入力し、非線形媒質中における非線形光学効果によりスペクトルを広帯域に広げてスーパーコンティニウム（ＳＣ）光として出力するＳＣ光源を光源１０として用いることもできる。ＳＣ光源を光源１０として用いた場合、ハロゲンランプと比較してＳＣ光源による加熱が低減されるため、光合成微生物が含まれる測定対象物４０の測定に好適に用いられる。さらに、光源１０は強度を変調する機能を有していてもよい。また、光源１０としては、ＬＥＤやＳＬＤ光源の適用も可能である。これらの光源により、あらかじめ制御された波長特性を有する照明光が実現される。同時に加熱も回避することができる。
【００２５】
なお、本実施形態において光源１０が照射する近赤外光とは、波長範囲が８００ｎｍ〜２５００ｎｍの光である。特に、発酵阻害物の評価を行う場合には、１５５０ｎｍ〜１８００ｎｍ及び２１００ｎｍ〜２３００ｎｍの波長範囲のうちの少なくとも一方に含まれる波長帯の光を用いることが好ましく、特に、１５５０ｎｍ〜１８００ｎｍの波長範囲に含まれる波長帯の光を用いることが好ましい。また、本実施形態において、スペクトルとは、少なくとも２つの波長に係る光強度を含む情報をいう。
【００２６】
検出部２０は、光源１０から照射される近赤外光のうち、測定対象物４０を透過した光を透過スペクトルとして検出する。検出した透過スペクトルの情報は分析部３０へ送られる。検出部２０としては、例えば、水銀、カドミウム及びテルルからなるＭＣＴ検出器、ＩｎＧａＡｓ検出器等を用いることができる。なお、透過スペクトルに代えて、測定対象物４０で拡散反射された光を拡散反射スペクトルとして検出する構成としてもよい。
【００２７】
また、検出部２０は、ハイパースペクトル画像を取得するハイパースペクトルセンサであってもよい。ハイパースペクトル画像は、一画素がＮ個の波長データにより構成されている画像であり、画素毎にそれぞれ複数の波長に対応した反射強度データからなるスペクトル情報が含まれている。すなわち、ハイパースペクトル画像は、画像を構成する画素毎に、それぞれ複数波長の強度データを持つという特徴から、画像としての二次元的要素と、スペクトルデータとしての要素をあわせ持った三次元的構成のデータである。なお、本実施形態では、ハイパースペクトル画像とは、１画素あたり少なくとも５つの波長帯域における強度データを保有している画素によって構成された画像のことをいう。以下の実施形態では、検出部２０がハイパースペクトルセンサである場合について説明をする。
【００２８】
分析部３０は、検出部２０から送られる透過スペクトルの情報を受け取り、演算処理等を行う。分析部３０により、吸収スペクトルの導出、透過スペクトルの２階微分スペクトルの導出、吸収スペクトルの２階微分スペクトルの導出等が行われる。さらに、発酵阻害物質に係る評価を行うための統計処理等が分析部３０において行われる構成としてもよい。また、検出部２０がハイパースペクトルセンサである場合、各画素に係るスペクトルの情報が分析部３０に対して送られるので、分析部３０においてこれらのスペクトル情報についての演算を行う構成とすることができる。
【００２９】
上記の構成を有する光学測定装置１による光学測定方法には、バイオマス由来の発酵原料が含まれる測定対象物に対して近赤外光を照射することで、当該測定対象物に係る透過スペクトル又は拡散反射スペクトルを取得する取得工程と、取得工程で得られたスペクトルに基づいて、評価対象である発酵阻害物の濃度を算出する算出工程と、が含まれる。
【００３０】
具体的には、光源１０から測定対象物４０へ向けて近赤外光が照射される。光源１０から照射された近赤外光は、測定対象物４０へ入射する。測定対象物４０を透過した近赤外光は、検出部２０へ到達する。検出部２０では透過スペクトルが取得される（取得工程）。検出部２０で得られた透過スペクトルは、分析部３０へ送られ、分析部３０において、発酵阻害物の濃度の算出に係る処理が行われる（算出工程）。なお、発酵阻害物として知られる代表的な物質に関して、近赤外光の照射により得られるスペクトルからその量を好適に算出することができる。
【００３１】
発酵阻害物の濃度を算出した結果は、バイオマス由来の発酵原料に係る前段又は後段の処理の制御に適用することができる。例えば、発酵阻害物の濃度が想定よりも高くなっている場合、これは発酵原料を得るまでの工程である酵素糖化工程において過分解が起きていることを示すことから、糖化工程又はそれより前段の前処理工程等の条件を調整することが考えられる。また、後段に関しては、発酵阻害物の濃度が低くなるように、糖化液の濃度を薄くしてから発酵工程を行うことが考えられる。また、発酵阻害物の濃度が想定よりも低い場合には、発酵原料自体の濃度も薄い可能性が考えられるから、発酵原料自体を濃縮してから発酵工程を行うことも考えられる。このように、発酵阻害物の濃度が算出できると、前段又は後段の製造プロセスの調整が可能となる。
【００３２】
糖化液に含まれる発酵阻害物の濃度を測定してプロセスの調整に生かすことは、従来のＨＰＬＣ法による評価でも可能である。しかしながら、ＨＰＬＣ法を用いる場合、１検体の測定にかなりの時間が必要であるため、複数の検体を測定し評価を行うことは難しい。バイオマス由来の発酵原料は、同一の条件で前処理及び糖化を行ったとしても、そもそもの原材料がどのような状態であったか等によって糖化の進行状況がかなり異なるため、糖化液の性質もかなり変わることが考えられる。このため、できるだけ簡便にある程度の精度で発酵阻害物の濃度の情報を得たいという要求に対して、ＨＰＬＣ法では高精度である一方で測定に必要な時間が長く工程数も多いという課題があった。これに対して、本実施形態に係る光学測定方法では、測定用の試料の準備も簡便であり、且つ、測定時間についてもＨＰＬＣ法よりも短い方法により、発酵阻害物の濃度の測定を精度よく行うことができるという効果を奏する。
【００３３】
ここで、測定対象物４０として発酵阻害物が含まれる発酵原料を用いて、発酵阻害物の濃度を測定した例について、図３〜６を参照しながら説明する。
【００３４】
図３では、セルロースを糖化して得られた糖化液に発酵阻害物を添加した試料を準備して、これの透過スペクトルを測定した結果を示す。糖化液としては、ネピアグラスを粉砕して前処理を行った後の前処理物を固液分離し、液体部分を酵素糖化行った後の液体を準備した。この糖化液を３検体準備し、発酵阻害物としてギ酸、フルフラール及び酢酸をそれぞれ添加した。光源１０から出射する近赤外光の測定波長は１０００ｎｍ〜２５００ｎｍの範囲とした。図３及び図４では、透過スペクトルを吸収スペクトルに変換した後に、これを２階微分したものであり、図３では１５００ｎｍ〜１８００ｎｍの波長範囲を示し、図４では、２１００ｎｍ〜２３００ｎｍの波長範囲を示す。なお、図３及び図４では、ハイパースペクトルセンサである検出部２０から送られてくる画素毎のスペクトルデータについて分析部３０で平均を求めたもの、すなわち全画素平均の吸収スペクトルを２階微分している。
【００３５】
図３及び図４に示すように、ギ酸は、波長１７７７ｎｍ及び２１５９ｎｍ付近において特徴的なピークを有することが確認された。また、フルフラールは、波長１６２６ｎｍ付近において特徴的なピークを有することが確認された。また、酢酸は、波長１６８３ｎｍ、１７２７ｎｍ及び２２５９ｎｍにおいて特徴的なピークを有することが確認された。したがって、各発酵阻害物の濃度とこれらのピークにおける吸光度との対応関係を予め求めておくことで、発酵阻害物の含有量（濃度）が未知の測定対象物について、近赤外光による吸収スペクトルを取得し、上記の特定の波長付近における吸光度に基づいての発酵阻害物の濃度を算出する構成を実現することができる。
【００３６】
また、発酵阻害物の種類に応じて特徴的なピークを有する波長帯が異なることから、例えば試料に含まれる発酵阻害物のうち特定の成分のみの含有量の測定も可能である。
【００３７】
濃度が既知である糖化液における発酵阻害物の濃度と、上記で示した方法によって得られた吸収スペクトルに基づいて算出された発酵阻害物の濃度との対応関係について検討した結果を示す。図４は、発酵阻害物としてギ酸の濃度が既知（０ｍＭ、１０ｍＭ、２０ｍＭ、４０ｍＭ、１００ｍＭ）である複数種類の糖化液を用意し、これらの上記の光学測定装置１を用いてハイパースペクトル画像を取得後、画素毎に吸収スペクトルを求め、各吸収スペクトルにおける特定の波長範囲のスペクトルに関して多変量解析を行うことで濃度を算出した結果である。図４（ａ）は、ギ酸に関して、解析波長を１５５０ｎｍ〜１８００ｎｍとした場合の基準値と予測値との対応関係を示す図であり、図４（ｂ）は、解析波長を２１５０ｎｍ〜２３００ｎｍとした場合の対応関係を示す図であり、図４（ｃ）は、解析波長を１５５０ｎｍ〜１８００ｎｍ及び２１００ｎｍ〜２３００ｎｍとした場合の対応関係を示す図である。なお、図４（ａ）〜図４（ｃ）では、横軸が糖化液中のギ酸の濃度である基準値を示し、縦軸が近赤外光を照射することにより得られた吸収スペクトルから算出したギ酸濃度である。なお、図４（ａ）〜図４（ｃ）では、各画素の結果を全てプロットした後、プロットされたデータから重回帰分析を行い、１次関数で近似をした結果を示している。また、図４（ａ）に示す条件では、ＲＭＳＥ（平均二乗誤差）＝７．１ｍＭであり、図４（ｂ）に示す条件では、ＲＭＳＥ＝８．２ｍＭであり、図４（ｃ）に示す条件では、ＲＭＳＥ＝４．０ｍＭであった。図４に示すように、近赤外光を測定することで得られるスペクトルから算出されるギ酸の濃度は、糖化液中のギ酸濃度の真の値と高い相関があることが確認された。また、評価対象がギ酸である場合には、１５５０ｎｍ〜１８００ｎｍの波長帯を用いた分析を行った場合のほうが２１５０ｎｍ〜２３００ｎｍの波長帯を用いた分析を行った場合よりもＲＭＳＥが小さく、測定精度が高いことが確認された。さらに、１５５０ｎｍ〜１８００ｎｍ及び２１５０ｎｍ〜２３００ｎｍの両方を用いた場合にはＲＭＳＥがさらに小さくなり、測定精度が向上することが確認された。
【００３８】
次に、図５は、発酵阻害物をフルフラールとした場合に、ギ酸の場合と同様の方法で、発酵阻害物の既知の濃度と、上記で示した方法によって得られた吸収スペクトルに基づいて算出された発酵阻害物の濃度との対応関係を評価したものである。図５（ａ）に示す条件では、ＲＭＳＥ＝０．３５ｍＭであり、図５（ｂ）に示す条件では、ＲＭＳＥ＝０．５６ｍＭであり、図５（ｃ）に示す条件では、ＲＭＳＥ＝０．４２ｍＭであった。図５に示すように、近赤外光を測定することで得られるスペクトルから算出されるフルフラールの濃度は、糖化液中のフルフラール濃度の真の値と高い相関があることが確認された。また、評価対象がフルフラールである場合には、１５５０ｎｍ〜１８００ｎｍの波長帯を用いた分析を行った場合のほうが２１５０ｎｍ〜２３００ｎｍの波長帯を用いた分析を行った場合よりもＲＭＳＥが小さく、測定精度が高いことが確認された。また、１５５０ｎｍ〜１８００ｎｍの波長帯を用いた分析結果は、１５５０ｎｍ〜１８００ｎｍ及び２１５０ｎｍ〜２３００ｎｍの両方を用いた場合よりもＲＭＳＥが小さく、測定精度が向上することが確認された。これは、フルフラールの特徴的なピークが１６２６ｎｍ付近にあることに由来すると思われる。
【００３９】
さらに、図６は、発酵阻害物を酢酸とした場合に、ギ酸の場合と同様の方法で、発酵阻害物の既知の濃度と、上記で示した方法によって得られた吸収スペクトルに基づいて算出された発酵阻害物の濃度との対応関係を評価したものである。図６（ａ）に示す条件では、ＲＭＳＥ＝５．２ｍＭであり、図６（ｂ）に示す条件では、ＲＭＳＥ＝４．１ｍＭであり、図６（ｃ）に示す条件では、ＲＭＳＥ＝３．４ｍＭであった。図６に示すように、近赤外光を測定することで得られるスペクトルから算出される酢酸の濃度は、糖化液中の酢酸濃度の真の値と高い相関があることが確認された。また、評価対象が酢酸である場合には、２１５０ｎｍ〜２３００ｎｍの波長帯を用いた分析を行った場合のほうが１５５０ｎｍ〜１８００ｎｍの波長帯を用いた分析を行った場合よりもＲＭＳＥが小さく、測定精度が高いことが確認された。さらに、１５５０ｎｍ〜１８００ｎｍ及び２１５０ｎｍ〜２３００ｎｍの両方を用いた場合にはＲＭＳＥがさらに小さくなり、測定精度が向上することが確認された。
【００４０】
このように、本実施形態に係る光学測定装置１を用いた光学測定方法によれば、バイオマス由来の発酵原料を含む測定対象物４０に対して光源１０から近赤外光を照射することで検出部２０において得られた透過スペクトルに基づいて発酵阻害物の量を算出することができる。また、上記の方法では、従来のようにＨＰＬＣ法等により測定する方法と比較して簡便な操作で測定を行うことができる。また上記の方法では、バイオマス由来の発酵原料を測定対象物とする場合に例えば薬品と混合する等の調製が不要であり、さらに簡便に評価を行うことができる。
【００４１】
また、算出工程においては、多変量解析を用いる態様とすることで、発酵阻害物の濃度をより高い精度にて算出することが可能となる。なお、算出工程において用いることができる多変量解析としては、重回帰分析、主成分分析等が挙げられる。
【００４２】
以上、本発明における実施形態を具体的に示したが、本発明はこれに限定されるものではなく、種々の変更が可能である。例えば上記実施形態では、透過スペクトルを吸収スペクトル変換した後に目的物質の量を算出する構成について説明したが、拡散反射スペクトルを取得して、拡散反射スペクトルから吸収スペクトルを算出して、発酵阻害物の濃度を算出する構成としてもよい。
【００４３】
また、上記実施形態では、セルロース系バイオマスが原材料である場合について説明したが、例えば、デンプン系バイオマス、藻類系バイオマス等の他のバイオマス材料にも適用することができる。この場合、発酵阻害物としては、ギ酸、酢酸、フルフラール等が挙げられる。
【００４４】
また、上記実施形態では、吸収スペクトルを用いて評価を行ったが、透過スペクトル（又は拡散反射スペクトル）から直接発酵阻害物の濃度を算出する構成としてもよい。さらに、吸収スペクトル、拡散反射スペクトル、透過スペクトルのいずれかの２階微分スペクトルを求めた後にこれを用いて発酵阻害物の濃度を算出する構成としてもよい。すなわち、近赤外光を照射して得られるスペクトルから発酵阻害物の濃度を算出する方法については種々の手法を用いることができる。
【００４５】
また、上記実施形態において、光源１０が照射する近赤外光の波長範囲は適宜変更することができる。例えば、特定の発酵阻害物のみ（例えば、ギ酸のみ）の測定を目的として、光源１０から照射する近赤外光の波長範囲を狭くすることのほか、複数の波長範囲を選択して測定することもできる。例えば、ギ酸の場合は、波長１７７７ｎｍ及び２１５９ｎｍ付近において特徴的なピークを有するため、各ピーク波長に対する±６ｎｍの範囲に含まれる比較的狭帯域の光を用いることで、ギ酸の濃度の算出が可能となる。また、フルフラールは、波長１６２６ｎｍ付近において特徴的なピークを有するため、このピーク波長に対する±６ｎｍの範囲に含まれる比較的狭帯域の光を用いることで、フルフラールの濃度の算出が可能となる。また、酢酸は、波長１６８３ｎｍ、１７２７ｎｍ及び２２５９ｎｍにおいて特徴的なピークを有するため、各ピーク波長に対する±６ｎｍの範囲に含まれる比較的狭帯域の光を用いることで、酢酸の濃度の算出が可能となる。ただし、波長範囲を短くする場合は、吸収ピークを有すると考えられる波長の前後少なくとも１００ｎｍの範囲の近赤外光を照射することによって、より正確な測定を行うことができる。また、図４〜６で示したように、ピーク付近だけではなく周辺の波長域のスペクトル情報も用いて多変量解析を行う場合の方がより高精度の測定が可能となる。
【符号の説明】
【００４６】
１…光学測定装置、１０…光源、２０…検出部、３０…分析部、４０…測定対象物。
【図１】
2016017837.tif 000003
【図２】
2016017837.tif 000004
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図３】
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