(57)【要約】【課題】全体構成を複雑化することなく、作用極のガラス破損リスクを回避し、参照極の構成材料による被測定液の汚染の問題を回避することが可能な、イオンセンサを提供する。【解決手段】本発明のイオンセンサ１００は、イオン感応性を有する固体材料を備え、参照極として機能するイオン電極１０１と、作用極として機能する電界効果トランジスタ１０２と、電界効果トランジスタのソース電極Ｓとドレイン電極Ｄとの間、および、ソース電極Ｓとイオン電極１０１との間に電圧を印加する駆動回路１０３と、を備えている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
イオン感応性を有する固体材料を備え、参照極として機能するイオン電極と、
作用極として機能する電界効果トランジスタと、
前記電界効果トランジスタのソース電極とドレイン電極との間、および、前記ソース電極と前記イオン電極との間に電圧を印加する駆動回路と、を備えていることを特徴とするイオンセンサ。
【請求項２】
前記固体材料は、発酵物の原料、中間品、製品の何れかの液体に浸漬した際の電位が、前記液体中のイオン濃度に依存しない特性を有していることを特徴とする請求項１に記載のイオンセンサ。
【請求項３】
前記固体材料は、発酵物の原料、中間品、製品の何れかの液体に浸漬した際の電位が、前記液体液中のイオン濃度に対して線形に変化する特性を有していることを特徴とする請求項１に記載のイオンセンサ。
【請求項４】
前記固体材料は、塩化物イオンに感応性を有する材料からなることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載のイオンセンサ。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか一項に記載のイオンセンサを用いた、被測定液中のイオン濃度の測定方法であって、
前記イオン電極と前記電界効果トランジスタとを被測定液に浸漬するステップと、
前記駆動回路を用いて、前記電界効果トランジスタの前記ソース電極と前記イオン電極との間に電圧を印加するステップと、
前記駆動回路を用いて、前記電界効果トランジスタの前記ソース電極と前記ドレイン電極との間に電圧を印加するステップと、
前記電圧の印加に伴って前記ソース電極と前記ドレイン電極との間を流れる電流の値に基づいて、前記被測定液中のイオン濃度を測定するステップと、を有することを特徴とするイオン濃度の測定方法。
【請求項６】
発酵タンクにｐＨ値が既知の洗浄液を充填するステップと、
ｐＨ計を用いて前記洗浄液中のｐＨ値を測定し、測定値が既知の値となるように、前記ｐＨ計を校正するステップと、
前記洗浄液をｐＨ値が既知の発酵物の原料液で置換するステップと、
前記ｐＨ計を用いて前記原料液中のｐＨ値を測定し、測定値が既知の値となるように、前記ｐＨ計を校正するステップと、
前記原料液に種菌を添加するステップと、
前記ｐＨ計が表示するｐＨ値が基準値αに達するまで、前記種菌が添加された原料液を加熱するステップと、を有し、
前記ｐＨ計として、請求項１〜４のいずれか一項に記載のイオンセンサを用いることを特徴とする発酵物の製造方法。
【請求項７】
前記基準値αを３．５以上５．５以下とすることを特徴とする請求項６に記載の発酵物の製造方法。
【請求項８】
前記イオンセンサのイオン電極に備える前記固体材料として、前記発酵物の原料液およびその発酵後の生成物の中に含まれるイオンであって、かつ水素イオンよりも発酵期間における濃度変化が小さいイオンに対して、感応性を有するものを用い、
前記発酵物を、ヨーグルトまたはチーズとすることを特徴とする請求項６または７のいずれかに記載の発酵物の製造方法。
【請求項９】
前記イオンが塩化物イオンであることを特徴とする請求項８に記載の発酵物の製造方法。
【請求項１０】
前記発酵物をチーズとし、
前記加熱するステップを経て得られたチーズ前駆体を、前記ｐＨ計が表示するｐＨ値が基準値βに達するまで凝固させるステップを有することを特徴とする請求項６〜９のいずれか一項に記載の発酵物の製造方法。
【請求項１１】
前記発酵物をヨーグルトとし、
前記加熱するステップにおいて、被加熱体のｐＨ値が前記基準値αに達した後、さらに前記被加熱体の酸度が基準値γに達するまで加熱を続けることを特徴とする請求項６〜９のいずれか一項に記載の発酵物の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、イオンセンサと、それを用いたイオン濃度の測定方法、および発酵物の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、発酵物の発酵状態を管理する手段として、発酵物の原料に含まれる特定イオンの濃度検出を可能とする、イオンセンサの研究開発が盛んに行われている。特許文献１では、発酵物の製造法として、発酵過程における発酵物を一旦取り出し、発酵タンク外に設けたセンサーを用いて分析する工程を有するものが開示されている。この製造法は、センサーに由来する異物が発酵物中に混入するのを防ぐことを特徴としている。
【０００３】
一方、被測定液中の特定イオンの濃度検出を行うセンサが、特許文献２〜５に開示されている。特許文献２のセンサ（ｐＨセンサ）は、ｐＨに感応するイオン感応部と、比較電極（参照極）と、それらを覆うゲル状のイオン透過物質と、このイオン透過物質を収納するとともに、イオン感応部に近い位置に開口部を有するカバー体と、を備えている。
【０００４】
特許文献３のセンサは、作用極として機能させるｐＨガラス電極と、参照極として機能させるｐＮａガラス電極とを有する差動式ｐＨ計であり、被測定液中の水素イオン濃度を測定するものである。
【０００５】
特許文献４のセンサ（イオンセンサ）は、ＭＯＳ型の２つの作用極用ＦＥＴおよび１つの参照極用ＦＥＴによって構成されており、内部液を有していない全固体形であることを特徴としている。
【０００６】
特許文献５のセンサ（イオンセンサ）は、２つのｐチャネル型の電界効果トランジスタで検出対象を挟持するように構成されており、一方の電界効果トランジスタが作用極として機能し、他方の電界効果トランジスタが参照極として機能するものである。それぞれのチャネル表面には、電位を安定化する目的でダイヤモンド薄膜が設けられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１１−０２４５３０号公報
【特許文献２】特開２００２−１５６３５７号公報
【特許文献３】特開２０１２−２３３８１８号公報
【特許文献４】特開平０６−２８８９７１号公報
【特許文献５】特開２０１２−１６８１２０号公報
【特許文献６】特開２００７−０８９５１１号公報
【特許文献７】特開２０１０−１４８４７３号公報
【特許文献８】特開平０６−０１４７０７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
特許文献１で開示されている発酵物の製造法では、発酵タンク外にセンシング用の容器を設ける必要があり、その分、製造装置の構造とその制御が複雑になる。また、測定したｐＨ値は、発酵タンク外でのものであり、発酵タンク内における発酵物の実際のｐＨ値と乖離している虞がある。
【０００９】
特許文献２で開示されているｐＨセンサでは、参照極がＡｇ／ＡｇＣｌ電極（含液電極）であり、Ａｇ／ＡｇＣｌを内部電極として含み、ＫＣｌを内部液として含んでおり、ＫＣｌが被測定液中に拡散する虞がある。また、特許文献３に開示されているセンサでは、作用極、参照極のいずれもガラス電極であり、ガラス製の容器に内部液が収容された構成（含液タイプ）となっている。こうしたガラス電極は、ガラス製容器が破損した場合に、被測定液中にガラスの破片や内部液が拡散することになるため、例えばコンタミリスクを重視する食品の製造工程等において、原料、中間品、製品等の測定にそのまま用いることは難しい。
【００１０】
特許文献４、５で開示されているイオンセンサは、作用極、参照極のいずれも電界効果トランジスタの構造を有しており、それぞれ３因子（ゲート電圧、ドレインソース電圧、ドレインソース電流）での制御が必要となっており、制御回路の構成、駆動方法が複雑化している。特に特許文献４のイオンセンサでは、イオン感応膜の材料として無アルカリガラスが用いられているため、食品の製造工程等の被測定液の測定に、そのまま用いることは難しい。
【００１１】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、全体構成を複雑化することなく、作用極のガラス破損リスクを回避し、参照極の構成材料による被測定液の汚染の問題を回避することが可能な、イオンセンサを提供することを目的とする。
さらに、本発明は、上記イオンセンサを用いたイオン濃度の測定方法、および上記イオンセンサを用いた発酵物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】
【００１２】
本発明のイオンセンサは、イオン感応性を有する固体材料を備え、参照極として機能するイオン電極と、作用極として機能する電界効果トランジスタと、前記電界効果トランジスタのソース電極とドレイン電極との間、および、前記ソース電極と前記イオン電極との間に電圧を印加する駆動回路と、を備えていることを特徴としている。
また、本発明のイオンセンサにおいて、前記固体材料は、発酵物の原料、中間品、製品の何れかの液体に浸漬した際の電位が、前記液体中のイオン濃度に依存しない特性を有していてもよい。
また、本発明のイオンセンサにおいて、前記固体材料は、発酵物の原料、中間品、製品の何れかの液体に浸漬した際の電位が、前記液体中のイオン濃度に対して線形に変化する特性を有していてもよい。
また、本発明のイオンセンサにおいて、前記固体材料は、塩化物イオンに感応性を有する材料からなっていてもよい。
【００１３】
本発明のイオン濃度の測定方法は、前記イオンセンサを用いた、被測定液中のイオン濃度の測定方法であって、前記イオン電極と前記電界効果トランジスタとを被測定液に浸漬するステップと、前記駆動回路を用いて、前記電界効果トランジスタの前記ソース電極と前記イオン電極との間に電圧を印加するステップと、前記駆動回路を用いて、前記電界効果トランジスタの前記ソース電極と前記ドレイン電極との間に電圧を印加するステップと、前記電圧の印加に伴って前記ソース電極と前記ドレイン電極との間を流れる電流の値に基づいて、前記被測定液中のイオン濃度を測定するステップと、を有することを特徴としている。
【００１４】
本発明の発酵物の製造方法は、発酵タンクにｐＨ値が既知の洗浄液を充填するステップと、ｐＨ計を用いて前記洗浄液中のｐＨ値を測定し、測定値が既知の値となるように、前記ｐＨ計を校正するステップと、前記洗浄液をｐＨ値が既知の発酵物の原料液で置換するステップと、前記ｐＨ計を用いて前記原料液中のｐＨ値を測定し、測定値が既知の値となるように、前記ｐＨ計を校正するステップと、前記原料液に種菌を添加するステップと、前記ｐＨ計が表示するｐＨ値が基準値αに達するまで、前記種菌が添加された原料液を加熱するステップと、を有し、前記ｐＨ計として、前記イオンセンサを用いることを特徴としている。
また、本発明の発酵物の製造方法において、前記基準値αをｐＨ３．５以上ｐＨ５．５以下としてもよい。
また、本発明の発酵物の製造方法において、前記イオンセンサのイオン電極に備える前記固体材料として、前記発酵物の原料液およびその発酵後の生成物の中に含まれるイオンであって、かつ水素イオンよりも発酵期間における濃度変化が小さいイオンに対して、感応性を有するものを用いてもよい。前記イオンは塩化物イオンとしてもよく、前記発酵物を、ヨーグルトまたはチーズとしてもよい。
また、本発明の発酵物の製造方法において、前記発酵物をチーズとし、前記加熱するステップを経て得られたチーズ前駆体を、前記ｐＨ計が表示するｐＨ値が基準値βに達するまで凝固させるステップを有していてもよい。
【００１５】
また、本発明の発酵物の製造方法において、前記発酵物をヨーグルトとし、前記加熱するステップにおいて、被加熱体のｐＨ値が前記基準値αに達した後、さらに前記被加熱体の酸度が基準値γに達するまで加熱を続けることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
本発明のイオンセンサでは、作用極が電界効果トランジスタであり、参照極として機能する部分が固体材料であるため、作用極にガラスを含み、参照極にＡｇ／ＡｇＣｌの内部電極およびＫＣｌの内部液を含む従来の構成（含液タイプの構成）が不要となる。したがって、本発明のイオンセンサによれば、従来方式（含液タイプ）の参照極の構成材料による被測定液の汚染の問題、すなわち、内部液が被測定液中に拡散する問題を回避することができる。そのため、本発明のイオンセンサは、ガラス材料を用いることができない環境や、ＫＣｌの拡散汚染にシビアな環境、例えば食品の製造工程等における被測定液中のイオン濃度の測定に、そのまま用いることが可能である。
【００１７】
また、本発明における参照極は、イオン感応性を有する固体材料を備えるものであればよく、その電極電位を容易に制御することが可能であるため、特定の形状、積層構造を有している必要がない。したがって、本発明のイオンセンサは、従来のイオンセンサのように、三因子で制御する電界効果トランジスタを参照極として機能させる場合に比べて、構成が大幅に簡略化されたものとなる。
【００１８】
本発明のイオン濃度の測定方法では、上述した構成のイオンセンサを用いることにより、複雑な駆動回路を必要とせず、参照極の構成材料による被測定液の汚染の問題を回避した状態で、被測定液中の特定イオンの濃度を測定することができる。
【００１９】
本発明の発酵物の製造方法では、上述した構成のイオンセンサを用いることにより、複雑な駆動回路を必要とせず、参照極の構成材料による被測定液の汚染の問題を回避した状態で、ｐＨ値を管理した工程を経て、発酵物を製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】（ａ）本発明におけるイオンセンサの構成の概略図である。（ｂ）本発明の一実施形態に係るイオン濃度測定装置の断面図である。
【図２】（ａ）本発明の一実施形態に係るイオンセンサの参照極の側断面図である。（ｂ）本発明の一実施形態に係るイオンセンサの参照極の底面側から見た平面図である。
【図３】本発明の一実施形態に係るイオンセンサの参照極の特性を、模式的に示すグラフである。
【図４】本発明の一実施形態に係るイオンセンサの作用極の断面図である。
【図５】本発明の一実施形態に係るイオンセンサを構成する駆動回路の図である。
【図６】本発明の一実施形態に係るイオンセンサを構成する、作用極の変形例１の断面図である。
【図７】本発明の一実施形態に係るイオンセンサを構成する、作用極の変形例２の断面図である。
【図８】本発明の適用例１に係る発酵物の製造装置の断面図である。
【図９】本発明の適用例１に係る発酵物の製造方法のステップフローである。
【図１０】本発明の適用例２に係る洗浄液回収システムの構成の概略図である。
【図１１】本発明の適用例３に係るｐＨ計測システムの構成の概略図である。
【図１２】本発明の実施例１におけるイオンセンサの特性を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、図面を参照して本発明の実施形態によるイオンセンサ、イオン濃度の測定方法、および発酵物の製造方法について、図面を用いて詳細に説明する。なお、以下の説明で用いる図面は、特徴をわかりやすくするために、便宜上特徴となる部分を拡大して示している場合があり、各構成要素の寸法比率等が実際と同じであるとは限らない。また、以下の説明において例示される材料、寸法等は一例であって、本発明はそれらに限定されるものではなく、その要旨を変更しない範囲で適宜変更して実施することが可能である。
【００２２】
（イオンセンサ、イオン濃度測定装置の構成）
図１（ａ）は、本実施形態に係るイオンセンサ１００の構成の概略図である。イオンセンサ１００は、イオン感応性を有する固体材料（イオン感応性材料）を備え、参照極として機能するイオン電極１０１（Ｉｏｎ  Ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ  Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ（ＩＳＥ））と、作用極として機能する半導体センサ１０２を備えている。Ａｇ／ＡｇＣｌ電極との電位差ΔＥの絶対値｜ΔＥ｜が大きいと、より優れたセンサ特性（再現性など）が得られる。例えば、１．５〜１．９となるように設けられたＳｉ−ＩＳＦＥＴを、半導体センサ１０２として選択してもよい。
【００２３】
図１（ｂ）は、イオンセンサ１００を含むイオン濃度測定装置２００の断面図である。イオン濃度測定装置２００は、主に、イオンセンサ１００と、被測定液Ｌ（原料、中間品、製品等の液体）を収容する測定容器１０４とで構成されており、被測定液Ｌを外気から遮断する必要がある場合には、図１（ｂ）に示しているように、周囲を壁１０５で覆うようにする。
【００２４】
イオン電極１０１の一構成例について説明する。図２（ａ）、（ｂ）は、それぞれ、イオン電極１０１の側断面図、底面側から見た平面図である。イオン電極１０１としては、図２に示すように、一端（底面）に開口部１０１ａを有する円筒状の筐体１０１Ａと、その開口部１０１ａに既知の手法で付与された、イオン感応性材料からなる固体膜（固体材料）１０１Ｂと、で構成されたものを用いることができる。駆動回路１０３につながる配線１０３Ｗは、筐体１０１Ａ内を経由して、固体膜１０１Ｂに接続されている。
【００２５】
固体膜１０１Ｂは、筐体の開口部（液絡部）１０１ａにおいて露出するため、イオン電極１０１を被測定液に浸漬した際の固体膜１０１Ｂの接液が可能となっている。この構成例では、固体膜１０１Ｂが、参照極としての実質的な機能を担う部分となっている。図２では、安定性の観点から、固体膜１０１Ｂの全体が筐体の開口部１０１ａより内側に収容されている例を示しているが、被測定液との接触面積を大きくするために、固体膜１０１Ｂの一部または全部が、開口部１０１ａより外側に突出していてもよい。
【００２６】
筐体１０１Ａの材料としては、特に限定されることはないが、例えば、塩化ビニル、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）等が挙げられる。筐体１０１Ａの形状としては、円筒状に限定されることはなく、固体膜を一端に固定できる形状であればよい。
【００２７】
固体膜１０１Ｂの材料としては、例えば、塩化物イオン（塩素イオンともいう）Ｃｌ−感応性材料、臭素イオン（臭化物イオンともいう）Ｂｒ−感応性材料、ヨウ素イオン（ヨウ化物イオンともいう）Ｉ−感応性材料、シアン化物イオンＣＮ−感応性材料、カドミウムイオンＣｄ２＋感応性材料、銅イオンＣｕ２＋感応性材料、銀イオンＡｇ＋感応性材料、硫化物イオンＳ２−感応性材料、フッ化物イオン（フッ素イオンともいう）Ｆ−感応性材料等が挙げられる。塩化物イオン感応性材料としては、例えば、ハロゲン化銀と硫化銀の組み合わせ、あるいは、エポキシ樹脂に組み込まれた塩化銀と硫化銀の組み合わせからなる膜等が挙げられる。
【００２８】
特に、ヨーグルト、チーズ、酒、醤油、味噌、納豆等の発酵物の製造工程においては、イオンセンサ（ｐＨセンサ）のイオン電極（参照極）に備える固体材料として、発酵物の原料液およびその発酵後の生成物の中に含まれるイオンであって、かつ水素イオンよりも発酵期間における濃度変化が小さいイオン（例えば塩化物イオン）に対して、感応性を有するものを用いるのが好ましい。
【００２９】
測定対象とするイオンの発酵前後での濃度変化と水素イオン濃度との関係は、測定対象から求められるｐＨ値の確度、精度と関係している。例えば、ヨーグルト発酵工程の前後では、水素イオン濃度指数（ｐＨ値）がおよそ７から４に変化するので、水素イオン濃度の変化は１／１０００以下となる。また、チーズ発酵工程の前後では、水素イオン濃度指数がおよそ７〜６．７に変化し、チーズ凝固工程の前後では、同指数がおよそ６．７〜６．５に変化する。
【００３０】
発酵工程の前後で、水素イオン濃度の変化に対する濃度変化が１／１０以下となるイオンに対して、感応性を有する材料で構成された電極を参照極として利用するときに、好適なｐＨ測定値の精度が得られることが、本発明者の実験によって初めて明らかになっている。ヨーグルト発酵工程においては、１／１００以下であることが実用上より望ましく、例えば塩化物イオンの濃度変化は１／１００以下となるため、塩化物イオン電極を参照極として使用することができる。また、チーズ発酵工程においては、１／５０以下であることが実用上より望ましく、例えば塩化物イオンの濃度変化は１／５０以下となるため、塩化物イオン電極を参照極として使用することができる。
【００３１】
ここでの固体膜１０１Ｂは、被測定液に接しても拡散しない程度に流動性が十分低ければよいため、これを液膜で置き換えてもよい。液膜の材料としては、例えば、カルシウムイオンＣａ２＋感応性材料、カリウムイオンＫ＋感応性材料、硝酸イオンＮＯ３−感応性材料等が挙げられる。固体膜１０１Ｂは隔膜式でもよく、例えば、アンモニウムイオンＮＨ４＋感応性材料が挙げられる。
【００３２】
図３は、イオン電極１０１の出力電圧特性を、模式的に示すグラフである。ここでの出力電圧特性は、イオン感応性材料を被測定液に浸漬した際の出力電圧と、被測定液に含まれているイオンのうち、イオン感応性材料が選択性を有する特定イオンの濃度［Ａａ＋］との関係を意味している。イオン電極１０１の出力電圧特性について、図３を用いて説明する。
【００３３】
図３に示すように、一般的なイオン感応性材料の出力電圧特性は、被測定液中に特定のイオンが低濃度または高濃度で含まれている場合（［Ａａ＋］≦δ１または［Ａａ＋］≧δ２）と、中間的な濃度で含まれている場合（δ１＜［Ａａ＋］＜δ２）とで異なる。各濃度範囲の具体的な上限値および下限値は、材料に依存する。低濃度領域（［Ａａ＋］≦δ１）または高濃度領域（［Ａａ＋］≧δ２）での出力電圧は、イオン濃度に依存しない特性を有している。これに対し、中間濃度領域（δ１＜［Ａａ＋］＜δ２）での出力電圧は、イオン濃度に対して線形に変化する特性を有している。ここで、Ａａ＋の表記に含まれるａは、１以上の価数を示している。Ａａ＋は、マイナスイオンＢｂ−（ｂは価数）であってもよい。
【００３４】
したがって、イオン感応性材料を作用極として用いる場合、特定のイオンの濃度に対する出力電圧の感度や分解能が高い方が好ましいため、通常は、測定対象のイオン濃度を中間濃度領域に含むような材料が選定される。ところが、イオン感応性材料を参照極として用いる場合、その出力電圧を基準電圧とする目的から、特定イオンの濃度に対する出力電圧の分解能は、むしろ低い方が好ましい。そこで、参照極として機能するイオン感応性材料としては、測定対象のイオン濃度を、中間濃度領域でなく、低濃度領域または高濃度領域に含むような材料を選定するのが好ましい。つまり、イオン感応性材料からなる固体材料は、被測定液に浸漬した際の電位が、被測定液中のイオン濃度に依存しない特性を有していることが好ましい。Ａイオンのイオン濃度（ｍｏｌ／ｌ）がδ１以下またはδ２以上の領域において、イオン電極の出力電圧εの値が０．０１［Ｖ／［Ａａ＋］（ｍｏｌ／ｌ）］であることが好ましい。または、Ａイオンのイオン濃度（ｍｏｌ／ｌ）がδ１以下またはδ２以上の領域において、０．０１［Ｖ／ｐＨ］以下であってもよい。
【００３５】
なお、被測定液に浸漬した際の電位が、被測定液中のイオン濃度に依存して変化する場合であっても、その変化がイオン濃度の関数として規則性を有するものであれば、イオン濃度ごとの電位を算出して特定することができる。したがって、固体材料は、被測定液に浸漬した際の電位が、被測定液中のイオン濃度に対して規則的に変化する特性、例えば、線形に変化する特性を有している場合にも、電位を算出する手段を用いることにより、参照極として機能させることができる。例えば、図３のδ１からδ２の間の領域内での線形領域部分を、参照極として機能させることができる。
【００３６】
次に、半導体センサ１０２が電界効果トランジスタ型センサ（ＩＳＦＥＴ）である場合を想定し、以下では半導体センサ１０２のことを電界効果トランジスタ１０２と呼び、その構成について説明する。図４は、電界効果トランジスタ１０２の断面図である。電界効果トランジスタ１０２は、ｐ型シリコン基板１と、その一方の主面１ａに形成される積層膜と、で構成されている。
【００３７】
ｐ型シリコン基板１は、その一方の主面１ａ側に、２つのｎ＋層が互いに離間して形成されている。２つのｎ＋層は、それぞれソース領域１Ｓ、ドレイン領域１Ｄとして機能するものである。ソース領域１Ｓ、ドレイン領域１Ｄで挟まれた領域は、電界効果トランジスタ１０２を動作させた際に、チャネルとして機能するチャネル領域１Ｃである。
【００３８】
チャネル領域１Ｃ上には、ＳｉＯ２からなるゲート酸化膜２を介してイオン感応膜３が形成されている。イオン感応膜３の材料としては、例えば、Ｔａ２Ｏ５、Ｓｉ３Ｎ４、Ａｌ２Ｏ３等が挙げられる。
【００３９】
チャネル領域１Ｃの寸法は、イオンセンサの特性に応じて適宜設定される。例えば、チャネル長は、１０〜１０００μｍ程度の値に設定され、チャネル幅は、０．０１〜５０ｍｍ程度の値に設定されている。
【００４０】
ｐ型シリコン基板の一方の主面１ａのうち、チャネル領域１Ｃ、ソース領域１Ｓ、ドレイン領域１Ｄを除いた不活性領域上には、ＳｉＯ２からなるフィールド酸化膜４が形成されている。
【００４１】
ソース領域１Ｓ上、ドレイン領域１Ｄ上には、それぞれソース電極５Ｓ、ドレイン電極５Ｄが形成されている。ソース電極５Ｓ、ドレイン電極５Ｄは、それぞれソース領域１Ｓ、ドレイン領域１Ｄに接続されるとともに、フィールド酸化膜４の表面を覆う形状をなしている。ソース電極５Ｓ、ドレイン電極５Ｄの材料としては、例えば、金、チタン等が挙げられる。
【００４２】
ソース電極５Ｓ、ドレイン電極５Ｄの表面のうち露出する部分には、保護膜６が形成されている。保護膜６の材料としては、例えば、窒化物（窒化珪素等）、レジスト、有機物（テフロン（登録商標）のフッ化系樹脂等）、酸化物（ガラス、パイレックス（登録商標）等）が挙げられる。
【００４３】
次に、イオンセンサ１００を駆動する駆動回路１０３の構成について説明する。駆動回路１０３は、電界効果トランジスタ１０２のソース電極（Ｓ）とドレイン電極（Ｄ）との間、および、ソース電極（Ｓ）とイオン電極１０１との間に電圧が制御または計測されるように構成されている。イオンセンサ１００の駆動方法としては、ソース接地法、ソースフォロー法などの既知の電界効果トランジスタの駆動方法を使用することができる。駆動回路は既知の回路を使用することができる。図５（ａ）はソースフォロー法で使用する駆動回路の例、図５（ｂ）はソース接地法で使用する駆動回路の例である。
【００４４】
図５（ａ）は、ソースフォロー法の駆動回路１０３の具体例を示している。作用極を構成する電界効果トランジスタのドレイン（Ｄ）側に、定電流源とバッファとが接続され、ソース（Ｓ）側にバッファが接続されている。出力は、バッファを介してドレイン（Ｄ）側に接続され、抵抗とバッファを介して、ソース（Ｓ）側に接続されている。図５（ａ）に示す例では、参照極（ゲート電極）にイオン電極を使用している。ソースフォロー法により、ソース−ドレイン間電圧、ソース−ドレイン間電流を制御し、ゲート−ソース間電圧を測定する。
【００４５】
以上のように、本実施形態に係るイオンセンサ１００では、参照極として実質的に機能する部分が固体材料であるため、Ａｇ／ＡｇＣｌを内部電極として含み、ＫＣｌを内部液として含む従来の構成（含液タイプのＡｇ／ＡｇＣｌ電極）が不要となる。したがって、イオンセンサ１００によれば、従来の含液タイプの参照極を含むイオンセンサでの問題、すなわち、ガラス製容器が破損する問題や、内部液が被測定液中に拡散する問題を回避することができる。そのため、イオンセンサ１００は、ガラス材料を用いることができない環境、例えば食品の製造工程等における被測定液中のイオン濃度の測定に、そのまま用いることが可能である。
【００４６】
また、イオンセンサ１００を構成する参照極は、イオン感応性を有する固体材料からなるものであればよく、特定の形状、積層構造を有している必要がない。したがって、イオンセンサ１００は、従来のイオンセンサと比べて、構成が大幅に簡略化されたものとなる。
【００４７】
（イオン濃度の測定方法）
被測定液中のイオン濃度を、上述したイオンセンサ１００を用いて測定する方法について説明する。イオンセンサ１００の駆動方法としては、ソース接地法、ソースフォロー法などの既知の電界効果トランジスタの駆動方法を使用することができる。以下、ソース接地法による駆動方法を例示する。
【００４８】
まず、イオン電極１０１と電界効果トランジスタ１０２とを被測定液Ｌに浸漬し、被測定液Ｌを介して両者を電気化学的に接続する（ステップ１）。
【００４９】
次に、駆動回路１０３として図５（ｂ）を用いて、イオン電極１０１と電界効果トランジスタのソース領域１０Ｓとの間に電位差が生じるように、イオン電極１０１、ソース領域１０Ｓの一方または両方に電圧を印加する（ステップ２）。これにより、電界効果トランジスタ１０２における、チャネル領域１Ｃの電位が設定される。電位設定のメカニズムは、次の通りである。
【００５０】
チャネル領域１Ｃの電位は、チャネル表面に付着するイオンの数（イオン濃度）に応じて変化する。これは、チャネル表面の近傍に分布する電荷量に応じて、チャネル領域に誘起されるキャリアの密度が変化するためである。被測定液Ｌのイオン濃度が高いほど、チャネル表面に付着するイオンの数が多くなる。その結果として、チャネル領域におけるキャリア密度が増加し、その増加分に応じてチャネル領域の電位が高くなる。反対に、被測定液Ｌのイオン濃度が低いほど、キャリア密度が減少し、その減少分に応じてチャネル領域の電位が低くなる。つまり、チャネル領域１Ｃの電位は、イオン電極１０１の電位に、被測定液Ｌ中のイオン濃度による電位変動の寄与を加えた電位に固定される。
【００５１】
次に、駆動回路１０３を用いて、電界効果トランジスタのソース領域１Ｓとドレイン領域１Ｄとの間（ソース−ドレイン間）に電位差が生じるように、ソース電極５Ｓ、ドレイン電極５Ｄの一方または両方に電圧を印加する（ステップ３）。ソース−ドレイン間に設ける電位差の絶対値｜Ｖｄｓ｜（Ｖ）は、０Ｖ以上１Ｖ以下とすることが好ましい。なお、ソース電極５Ｓ、ドレイン電極５Ｄへの電圧印加は、電界効果トランジスタ１０２を被測定液Ｌに浸漬する前に行ってもよい。
【００５２】
チャネルが形成された状態で、ソース−ドレイン間に電位差を生じさせることにより、チャネル内を電流が流れる。この電流は、通常の電界効果トランジスタで得られるようなＩＶ特性を有するものである。
【００５３】
チャネル内のキャリア密度は、被測定液中のイオン濃度に応じて変化する。特定の電圧を印加した際に流れる電流（チャネル電流）は、このキャリア密度に依存するため、被測定液中のイオン濃度を大きくしたときに増大し、小さくしたときに減少する傾向がある。また、キャリア密度が大きいほどチャネルの形成が促進されるため、特定のチャネル電流を得るために必要なゲート電圧は、被測定液Ｌ中のイオン濃度を大きくしたときに減少し、小さくしたときに増加する傾向がある。このように、被測定液Ｌ中のイオン濃度は、チャネル電流、ゲート電圧との間に相関があるため、電界効果トランジスタ１０２のＩＶ特性に基づいて測定することができる（ステップ４）。
【００５４】
以上のように、本実施形態に係るイオン濃度の測定方法では、上述した構成のイオンセンサ１００を用いることにより、複雑な駆動回路を必要とせず、参照極の構成材料による被測定液Ｌの汚染の問題を回避した状態で、被測定液Ｌ中の特定イオンの濃度を測定することができる。
【００５５】
（変形例１）
図６は、上記実施形態の変形例１に係るイオンセンサ１１０の断面図である。イオンセンサ１１０は、電界効果オランジスタ１１２のゲート酸化膜の構成、および駆動回路との接点の構成において、図１、４を用いて説明したイオンセンサ１００と異なっている。具体的には、電界効果トランジスタ１１２を構成する酸化膜１２、イオン感応膜１３が、チャネル領域１１Ｃ上だけでなくソース領域１１Ｓ上、ドレイン領域１１Ｄ上も覆っている。また、電界効果トランジスタ１１２の駆動回路１１３との電気的な接点が、基板１１の側面側に設けられている。その他の部分（イオン電極、駆動回路）の構成については、イオンセンサ１００と同様である。したがって、イオンセンサ１１０でも、上述したイオンセンサ１００と同等の効果を得ることができる。
【００５６】
（変形例２）
図７は、上記実施形態の変形例２に係る電界効果トランジスタ１２２の断面図である。電界効果トランジスタ１２２は、ダイヤモンドＩＳＦＥＴと呼ばれるものであり、基板２１の一方の主面２１ａにダイヤモンド薄膜２７を有している点、フィールド酸化膜を有していない点において、図４に示した電界効果トランジスタ１０２と異なっている。なお、電界効果トランジスタ１２２は、ダイヤモンド薄膜２７の接液部に酸化膜を有していないことから、ダイヤモンドＳＧＦＥＴ（ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｔｅ  Ｓｏｌｕｔｉｏｎ  Ｆｉｅｌｄ−Ｅｆｆｅｃｔ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）と呼ばれることもある。
【００５７】
ソース電極２５Ｓ、ドレイン電極２５Ｄの長さは、０．０１〜５０ｍｍ程度の値に設定され、ソース電極２５Ｓ、ドレイン電極２５Ｄの幅は、０．０１〜１００ｍｍの程度の値に設定される。作用極に用いるダイヤモンドＳＧＦＥＴとしては、水素終端の一部を酸素化して、部分酸素終端を行ったＩＳＦＥＴを用いることができる。
【００５８】
上記実施形態に係るダイヤモンドＩＳＦＥＴを構成するダイヤ半導体としては、上述したダイヤ薄膜Ｓｉ基板に限定されることはなく、例えば、ダイヤ基板、ダイヤ薄膜セラミック基板、多結晶ダイヤ基板、単結晶ダイヤ基板、高配向多結晶ダイヤ基板、ノンドープダイヤ基板、ボロンによるドープダイヤ基板等が挙げられる。また、ｐＨ感応性を有する部分酸素終端ダイヤ、部分アミノ終端ダイヤ等も挙げることができる。
【００５９】
イオンセンサ１００を構成する、電界効果トランジスタ型のセンサ素子としては、上述したＳｉ−ＩＳＦＥＴ（図６）、ダイヤモンドＩＳＦＥＴ（図７）の他に、有機半導体ＩＳＦＥＴ、炭素系材料（グラフェン、カーボンナノチューブＣＮＴ、ダイヤモンドライクカーボンＤＬＣ等）を用いた炭素系ＩＳＦＥＴ等も挙げることができる。また、電界効果トランジスタ型のセンサ素子としては、ＳＧＦＥＴ構造を有するものであってもよく、例えば、カーボンナノチューブ（ＣＮＴ）を用いたＳＧＦＥＴセンサ、グラフェンを用いたＳＧＦＥＴセンサが挙げられる。
【００６０】
（適用例１：発酵物の製造方法）
特許文献６等に開示されているように、発酵食品のｐＨと発酵の進捗とは相関があるため、発酵タンク内に発酵物を収容し、イオンセンサ１００を用いてそのｐＨを測定することにより、発酵工程の進捗管理を行うことができる。発酵食品としては、種類による限定がなく、例えば、ヨーグルト、チーズ、酒、醤油、味噌、納豆等が挙げられる。
【００６１】
図８は、このような発酵工程の進捗管理を可能とする、発酵物の製造装置３００の断面図である。発酵物の製造装置３００は、発酵物を収容して発酵させるための発酵タンクＴと図１のイオンセンサ１００と、内部温度を管理するための測温器Ｉとを備えている。発酵タンクＴには、内部温度を発酵に適した温度となるように制御する温度制御手段（不図示）が付設されている。
【００６２】
イオンセンサ１００（ここではｐＨセンサ）を構成するイオン電極１０１と電界効果トランジスタ１０２は、測温器Ｉとともに、発酵タンクＴ内の所定の位置に配置されている。イオンセンサ１００を構成する駆動回路１０３は、発酵タンクＴ外に配されている。図８でのイオンセンサ１００は、１箇所のみに設置されているが、複数個所に設置されていてもよい。また、ここでの測温器Ｉは、イオンセンサの駆動回路１０３に接続され、駆動回路１０３で制御するように構成されているが、別の駆動回路で制御するように構成されていてもよい。
【００６３】
図９は、発酵物の製造方法のステップフローである。発酵物の製造方法は、主に次の６つのステップＳ１〜Ｓ６を有している。
［ステップＳ１］
まず、発酵タンクＴに、適用例２として後述する、ｐＨ値が既知のＣＩＰ（Ｃｌｅａｎ−ｉｎ−Ｐｌａｃｅ）洗浄液を充填する。
［ステップＳ２］
次に、充填した洗浄液中のｐＨ値を、ｐＨ計を用いて測定し、測定値が既知の値となるように、ｐＨ計を校正する。
［ステップＳ３］
次に、発酵タンクＴ内の洗浄液を、ｐＨ値が既知の発酵物の原料液で置換する。発酵物としてヨーグルトを製造する場合には、牛乳、脱脂（粉）乳、生クリーム等の一種類または複数種類を原料液として用いる。
［ステップＳ４］
次に、ｐＨ計を用いて牛乳のｐＨ値を測定し、測定値が既知の値となるように、ｐＨ計を校正する。
［ステップＳ５］
次に、原料液に乳酸菌（スターター）等の種菌を添加する。
［ステップＳ６］
次に、種菌が添加された原料液を、所定の温度で加熱して発酵させる。
［ステップＳ７］
ｐＨ計が表示する加熱中の原料液のｐＨ値を随時確認し、発酵完了の状態に対応するｐＨの基準値αが検出された時点で、加熱を停止し、発酵物を得る。なお、発酵物としてヨーグルトを製造する場合、ｐＨの基準値αは３．５以上５．５以下であればよいが、４以上５以下である方が好ましい。
【００６４】
適用例１によれば、上述した構成のイオンセンサ１００を用いることにより、複雑な駆動回路を必要とせず、参照極や作用極の構成材料による被測定液の汚染の問題を回避した状態で、ｐＨ値を管理した工程を経て、発酵物を製造することができる。
【００６５】
（適用例２：ＣＩＰ洗浄システム）
食品・飲料品・薬品の製造ラインでは、製造が終了する毎に、製造に用いたタンクや配管等の洗浄・殺菌が行われる。洗浄・殺菌に用いた薬品は、再利用によるコスト削減のために回収される。このような洗浄液の回収を実施するＣＩＰ（Ｃｌｅａｎ−ｉｎ−Ｐｌａｃｅ）システム（洗浄液回収システム）では、洗浄剤と洗浄水の入れ替えにおける識別等のために、センサが必要とされている。通常の場合、このセンサとして導電率計が用いられるが、導電率の変化量は洗浄液（ＣＩＰ洗浄液）ごとに異なるものであり、導電率の変化量が小さい洗浄液の識別を、導電率計の出力値に基づいて行うことは難しい。
【００６６】
これに対し、本実施形態に係るイオンセンサ１００によれば、導電率の変化が小さい洗浄液に対しても、イオン感応性材料を参照極として用いてｐＨを測定することにより、洗浄液を識別することが可能となる。そのため、イオンセンサ１００は、このＣＩＰシステムに好適なセンサとして用いることができる。
【００６７】
イオンセンサ１００を用いる場合のＣＩＰシステムについて説明する。図１０は、イオンセンサ１００を用いたＣＩＰプロセスの構成の概略図である。なお、図１０に示すＣＩＰシステムの構成は一例であり、使用する洗浄剤（薬品）とともに、食料、飲料品、薬品等の製品の各製造プロセスによって異なる。
【００６８】
図１０のＣＩＰシステムによる洗浄シーケンスについて説明する。まず、タンク、配管の内部を、真水等の洗浄水（４〜２０℃、１ＭＰａ以下）で洗浄する。次に、タンク、配管の内部を、アルカリ溶液（例えば、１．５％ＮａＯＨ、２０〜３０％次亜塩素酸ソーダ、１０〜３０％苛性ソーダ、８０〜９０℃、１ＭＰａ以下）で洗浄する。次に、タンク、配管の内部を、酸溶液（例えば、１．５％ＨＮＯ３、８０〜９０℃、１ＭＰａ以下）で洗浄する。
【００６９】
次に、タンク、配管の内部に残存する洗浄剤を、真水等の洗浄水（４〜２０℃、１ＭＰａ以下）で洗い落とす。このとき洗浄剤を回収するが、回収される洗浄剤は、洗浄水が加わることによって次第に希釈されるので、その濃度をｐＨ値で監視する。ｐＨ値が基準値まで達したところで洗浄剤の回収をやめ、残りは排水ラインに放出する。
【００７０】
同様にして、種類の異なる洗浄液での洗浄、真水による洗浄、洗浄液の回収・放出のサイクルを繰り返す。（サイクルは１回だけの場合もある。）なお、最後の工程で、蒸気（１３０〜１４０℃、１ＭＰａ以下）による殺菌、蒸留水または脱イオン水での洗浄を行うこともある。この場合、さらに、タンク、配管の内部を、２０℃、１ＭＰａで乾燥させ、真水等の洗浄水（４〜２０℃、１ＭＰａ以下）で洗浄する。
【００７１】
（適用例３：配管内の流体のイオンセンシング）
本実施形態に係るイオンセンサ１００は、配管Ｐ内を流れる流体Ｆのイオンセンシングに適用することができる。図１１は、配管Ｐと配管Ｐに付設したイオンセンサ１００とを備えた、ｐＨ計測システムの構成の概略図である。配管Ｐ内の所望の位置に、イオン電極１０１および電界効果トランジスタ１０２が配置され、配管Ｐ内を流れる流体Ｆに浸漬される状態となっている。配管Ｐの材料としては、例えばステンレス、銅等が挙げられるが、特に限定されるものではない。
【００７２】
このように、上記実施形態に係るｐＨ計測システムによれば、配管Ｐの加工を行うことなく、配管Ｐ内の流体Ｆのイオン濃度を容易に計測することができる。なお、ここでは、配管Ｐ内に配置する電界効果トランジスタ１０２として、上記実施形態に係る電界効果トランジスタ１０２を用いる例を示しているが、これを、変形例１、２に係る電界効果トランジスタ１１２、１２２に置き換えてもよい。
【００７３】
（適用例４：チーズの製造）
例えば特許文献７等に開示されているように、チーズの製造工程において、チーズの原料・中間体・生成物の品質とｐＨ値には相関があり、発酵工程中に、常時ｐＨ管理を行うことが有効である。具体的には、発酵タンク（パットともいう）内にチーズの原料を収容し、加熱しながら、イオンセンサを用いてそのｐＨを測定することにより、発酵工程の進捗管理を行うことができる。
【００７４】
チーズの種類が制限されることはなく、例えばナチュラルチーズ、プロセスチーズ等を適用することができる。ここでは、一例として、ナチュラルチーズの製造方法のステップフローを示す。ただし、製造手順、工程内容（条件など）については、下記で制限されるものではない。ナチュラルチーズの製造方法は、主に次の１１のステップＳ１１〜Ｓ２１を有している。
【００７５】
［ステップＳ１１］
まず、洗浄工程として、チーズ発酵工程に使用する発酵タンクを含む発酵装置（パットともいう、撹拌はねなどを含む場合がある；以下、チーズ発酵容器と呼ぶ）に、例えば適用例２として挙げたような、ｐＨ値が既知のＣＩＰ（Ｃｌｅａｎ−ｉｎ−Ｐｌａｃｅ）洗浄液を充填する。
［ステップＳ１２］
次に、センサ校正工程として、必要に応じて、充填した洗浄液中のｐＨ値を、ｐＨ計を用いて測定し、測定値が既知の値となるようにｐＨ計を校正する。
［ステップＳ１３］
次に、置換工程として、チーズ発酵容器内の洗浄液を、ｐＨ値が既知のチーズ原料乳で置換する。
［ステップＳ１４］
次に、センサ校正工程として、必要に応じて、置換した原料乳のｐＨ値をｐＨ計を用いて測定し、測定値が既知の値となるようにｐＨ計を校正する。
［ステップＳ１５］
次に、加熱殺菌工程として、低温殺菌（例えば、６５℃で約３０分間）を行う。具体的には、チーズ発酵容器内の温度を６５℃程度とし、約３０分間の熱処理を行う。
［ステップＳ１６］
次に、発酵工程として、原料乳または殺菌乳が、チーズ製造のための乳酸醗酵に適した温度（例えば３３℃）となるように、チーズ発酵容器内の温度を調整する。
［ステップＳ１７］
次に、原料乳または殺菌乳に、乳酸菌（スターターともいう；１種類もしくは複数種類）等の種菌を添加する。
［ステップＳ１８］
ｐＨ計が表示する加熱中の原料乳のｐＨ値を随時確認し、所定のｐＨの基準値αが検出された時点で、所望の発酵状態に至ったと判断し、乳酸発酵工程を終了して、次の工程に移行する。ｐＨの基準値αは、凡そ６．７とするのが好ましい。
［ステップＳ１９］
次に、凝固工程として、醗酵乳を凝固させ、レンネット（酵素）を添加してカード（チーズの固形物）を得る。必要に応じて撹拌を行い、攪拌後に静止させる。ｐＨ値を随時確認し、所定のｐＨの基準値βが検出された時点で、所望の発酵状態に至ったと判断し、凝固工程を終了して次の工程に移行する。ｐＨの基準値βは、凡そ６．５以下とするのが好ましい。
［ステップＳ２０］
次に、カード切断工程として、カードを切断することで表面積を大きくして、カードから水分（ホエー）が出やすくする。
［ステップＳ２１］
次に、撹拌加熱工程として、静かに撹拌し、徐々に温度を上げる。これにより、カードが収縮して弾力性が得られる。その後、カードからのホエイ抜きを行い、加塩し、カードを熟成させる。
【００７６】
適用例３によれば、上述した構成のイオンセンサを用いることにより、複雑な駆動回路を必要とせず、参照極や作用極の構成材料による被測定液の汚染の問題を回避した状態で、ｐＨ値を管理した工程を経て、チーズを製造することができる。
【００７７】
（適用例５：ｐＨ値と酸度の併用）
例えば特許文献６に開示されているように、発酵食品のｐＨと発酵の進捗とは相関がある。また、例えば特許文献８に開示されているように、発酵食品の酸度と発酵の進捗とも相関がある。イオンセンサは導電率計を備えていてもよく、ｐＨ値とともに導電率値を測定し、予め得ている導電率と酸度との関係式から酸度に換算し、ｐＨ値と酸度により発酵工程の管理を行ってもよい。測定の対象となる発酵食品としては、特に限定されないが、例えばヨーグルト、チーズ、酒、醤油、味噌等が挙げられる。
【００７８】
原料乳に種菌（乳酸菌）を添加してヨーグルトを製造する、ヨーグルト発酵工程において、発酵初期段階では時間に対するｐＨ値の変化が酸度の変化よりも大きく、発酵終期段階では時間に対するｐＨ値の変化が酸度の変化よりも小さいという特徴がある。
【００７９】
そこで、ｐＨ値と酸度を併用する工程管理法として、発酵初期においてはｐＨ値を重点指針として用いるとともに酸度も併用して工程管理を行い、発酵終期においてはｐＨ値に加えて酸度も併用して工程管理を行う方法を適用することができる。具体的には、適用例１の加熱するステップにおいて、被加熱体のｐＨ値が基準値αに達した後、さらに、その被加熱体の酸度が基準値γに達するまで加熱を続ける。酸度の基準値γ（％）は、０．５％以上１．５％以下であることが好ましい。
【００８０】
これにより、ｐＨ値のみ、乃至は酸度のみによる工程管理方法と比較して、生成物の生産性向上が期待できる。なお、ＣＩＰ洗浄の管理において、イオンセンサは導電率計を備えていてもよく、イオンセンサによるｐＨ値測定と同時に導電率値も測定し、ＣＩＰ工程管理を行ってもよい。
【実施例】
【００８１】
以下、実施例により本発明の効果をより明らかなものとする。なお、本発明は、以下の実施例に限定されるものではなく、その要旨を変更しない範囲で適宜変更して実施することができる。
【００８２】
＜実施例１＞
（発酵物の製造方法）
発酵食品（発酵物）であるヨーグルトの製造過程において、図８の発酵物の製造装置３００を用いて、発酵工程の進捗管理を行う方法（発酵物の製造方法）を実施した。
【００８３】
イオン電極１０１を構成するイオン感応性材料としては、塩化物イオンに感応性を有する材料を用いた。電界効果トランジスタ１０２としては、Ｓｉ基板を有するＳｉ−ＩＳＦＥＴを用いた。
【００８４】
ヨーグルトの製造を、図８に示す発酵物の製造装置３００を用い、図９に示すステップフローに沿って次のように行った。２種類の洗浄液（アルカリ洗浄液、酸性洗浄液）による洗浄に伴い、図９のステップフローのうち、ステップＳ１、Ｓ２を２回ずつ繰り返して行った。
［ステップＳ１−１］
まず、発酵タンクＴに、アルカリ性のＣＩＰ（Ｃｌｅａｎ−ｉｎ−Ｐｌａｃｅ）洗浄液として、ＮａＯＨを充填した。
［ステップＳ２−１］
次に、充填したアルカリ性ＣＩＰ洗浄液中のｐＨ値を、ｐＨ計を用いて測定し、測定値が既知の値１３となるように、ｐＨ計を校正した。
［ステップＳ１−２］
次に、発酵タンクＴ内のアルカリ性ＣＩＰ洗浄液を、酸性のＣＩＰ洗浄液として、ＨＮＯ３で置換した。
［ステップＳ２−２］
次に、この酸性ＣＩＰ洗浄液中のｐＨ値を、ｐＨ計を用いて測定し、測定値が既知の値０．５となるように、ｐＨ計を校正した。
［ステップＳ３］
次に、発酵タンクＴ内の酸性ＣＩＰ洗浄液を、ヨーグルトの原料である牛乳で置換した。
［ステップＳ４］
次に、ｐＨ計を用いて牛乳のｐＨ値を測定し、測定値が既知の値６．７となるように、ｐＨ計を校正した。
［ステップＳ５］
次に、牛乳にＡＢＣＴ種菌を添加した。
［ステップＳ６］
次に、種菌が添加された牛乳を、４２℃で加熱して発酵させた。
［ステップＳ７］
ｐＨ計が表示する加熱中の原料液のｐＨ値を随時確認し、発酵完了の状態に対応するｐＨの基準値４．２が検出された時点で、加熱を停止し、ヨーグルトを得た。
【００８５】
図１２は、ｐＨが４〜７の範囲に含まれる複数の原料液のサンプルに対し、チャネル領域に印加される電圧（チャネル電位、ゲート電圧Ｖｇｓ）を測定した結果をプロットしたグラフである。このグラフにおいて、横軸はｐＨを示し、縦軸はゲート電圧Ｖｇｓを示している。
【００８６】
この測定結果から、発酵物の原料液に電界効果トランジスタ１０２を浸漬した場合において、チャネル領域に印加される電圧、すなわちチャネル電位が、原料液のｐＨに対して線形に変化する特性を有していることが分かる。つまり、原料液のｐＨとチャネル領域に印加されるゲート電圧とは、１対１で対応するものであり、ゲート電圧が分かればｐＨも分かることになる。したがって、ゲート電圧が、目的とするｐＨに対応する所定の電圧となるまで、発酵（加熱）を行う方法により、原料液の発酵状態、すなわち、ｐＨを正確に制御することが可能となる。
【符号の説明】
【００８７】
１・・・ｐ型シリコン基板、１Ｃ・・・チャネル領域、１Ｄ・・・ドレイン領域、
１Ｓ・・・ソース領域、１ａ・・・一方の主面、２・・・ゲート酸化膜、
３・・・イオン感応膜、４・・・フィールド酸化膜、５Ｓ・・・ソース電極、
５Ｄ・・・ドレイン電極、６・・・保護膜、１１・・・基板、
１１Ｃ・・・チャネル領域、１１Ｄ・・・ドレイン領域、１１Ｓ・・・ソース領域、
１２・・・酸化膜、１３・・・イオン感応膜、２１・・・基板、
２５Ｄ・・・ドレイン電極、２５Ｓ・・・ソース電極、２６・・・保護膜、
２７・・・ダイヤモンド薄膜、２７ａ・・・表面、１００・・・イオンセンサ、
１０１・・・イオン電極、１０１Ａ・・・筐体、１０１Ｂ・・・固体膜、
１０１ａ・・・開口部、１０２・・・電界効果トランジスタ、１０３・・・駆動回路、
１０３Ｗ・・・配線１０４・・・測定容器、１０５・・・壁、
１１０・・・イオンセンサ、１１１・・・イオン電極、
１１２・・・電界効果トランジスタ、１１３・・・駆動回路、
１２２・・・電界効果トランジスタ、２００・・・イオン濃度測定装置、
３００・・・発酵物の製造装置、Ｄ・・・ドレイン電極、Ｆ・・・流体、
Ｉ・・・測温器、Ｌ・・・被測定液、Ｍ・・・発酵物、Ｐ・・・配管、
Ｓ・・・ソース電極Ｓ１〜Ｓ７・・・ステップ、Ｔ・・・発酵タンク。
【図１】
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【図２】
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【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９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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