(57)【要約】【課題】本発明は、現場用牛乳品質分析装置及び方法に関し、より詳しくは、実験室でない現場で迅速で、かつ簡便に牛乳の成分を測定して品質を分析することができる現場用牛乳品質分析装置及び方法に関する。【解決手段】本発明は、互いに異なる波長帯域を持つ干渉フィルタを用いた単色化装置を適用し、１回牛乳試料量を増量することによって、牛乳の種々の成分を同時に測定することができ、携帯用で構成されて現場で直接牛乳の成分を簡便、迅速、容易に判断することができ、価格が既存の製品より安くて生産性の増加に寄与できる効果がある。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
牛乳の特定成分を測定して品質を分析する牛乳品質分析装置であって、
外部に電源供給部が別に連結設置され、測定されたデータが出力されるモニターと電源のオン／オフ（on/off）のための電源ボタンとラン（run）のための作動ボタンが外側面に装着され、上段に試料セルが挿入されるセル導入ホールが形成された本体と、
前記本体の内部に装着され、前記作動ボタンがオン（on）されると作動するランプ電源と、
前記本体の内部に装着され、前記ランプ電源に連結されてビームを発生させるハロゲンランプが装着される複数のランプ固定ブラケットと、
前記セル導入ホールの位置に対応して試料セルが安着固定され、前記ランプ固定ブラケットが側部に装着される試料固定部と、
前記試料固定部の側部に装着され、両側面にスリットが形成されて一定量のビームを通過させるフィルタスリット型チューブと、複数の干渉フィルタが装着されて前記フィルタスリット型チューブの間に設置される回転板と、前記回転板に連結される駆動モータとを含んで構成される単色化装置と、
前記フィルタスリット型チューブの後面側に装着されて一定量で入射された単色光を検出する検出器と、
前記検出器に連結され、該検出器から出力された電気信号をデータ化して前記モニターに伝達する演算処理装置と、
を含んで構成されることを特徴とする現場用牛乳品質分析装置。
【請求項２】
前記検出器と演算処理装置に介されて構成される増幅器がさらに含まれて構成されることを特徴とする請求項１に記載の現場用牛乳品質分析装置。
【請求項３】
前記本体の外側面にプリンティングボタンがさらに含まれて構成されることを特徴とする請求項１に記載の現場用牛乳品質分析装置。
【請求項４】
前記回転板は６個の干渉フィルタが円周方向に沿って配列され、前記干渉フィルタは各々乳たんぱく質、乳糖、体細胞、乳脂肪、ＭＵＮ（尿素態窒素）、総固形分、抗生剤、メラミン成分の代表波長帯域である８３０ｎｍ、８５０ｎｍ、８８０ｎｍ、９３０ｎｍ、１２００ｎｍ（Long pass filter）、１１００ｎｍ（short pass filter）の波長帯域を持つことを特徴とする請求項１に記載の現場用牛乳品質分析装置。
【請求項５】
牛乳の特定成分を測定して品質を分析する牛乳品質分析方法であって、
牛乳試料を試料セルに盛って試料固定部に固定した後、ランプ電源を通して牛乳試料にハロゲンランプのビームを走査するステップと、
牛乳試料を透過したハロゲンランプのビームが回転する回転板に干渉フィルタを通過して単色化されるステップと、
単色化されたビームが検出器に入射され、前記検出器から出力される単色化されたビームの信号を演算処理装置で演算処理するステップと、
前記演算処理装置から出力されるデータをモニターに出力するステップと、
を含むことを特徴とする現場用牛乳品質分析方法。
【請求項６】
牛乳試料を透過した前記ハロゲンランプのビームがフィルタスリット型チューブを通して一定量が通過され、前記干渉フィルタを通して単色化されたビームの一定量が前記検出器に入射されることを特徴とする請求項５に記載の現場用牛乳品質分析方法。
【請求項７】
前記検出器から伝えられた信号を増幅器を通して一定に増幅させて前記演算処理装置に伝達することを特徴とする請求項５に記載の現場用牛乳品質分析方法。
【請求項８】
前記干渉フィルタは、各々８３０ｎｍ、８５０ｎｍ、８８０ｎｍ、９３０ｎｍ、１２００ｎｍ（Long pass filter）、１１００ｎｍ（short pass filter）の波長帯域を持つことを特徴とする請求項５に記載の現場用牛乳品質分析方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、現場用牛乳品質分析装置及び方法に関し、より詳しくは、実験室でない現場で、迅速で、かつ簡便に牛乳の成分を測定して品質を分析することができる現場用牛乳品質分析装置及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、牛乳の品質を管理するにあたって、種々の測定装備を用いて品質の判別に関連する成分を測定するようになり、その時に得られる測定データは牛乳の品質を区分する基準となる。
【０００３】
従来の牛乳品質の判別のために使われる乳たんぱく質と乳糖などの成分を測定するための牛乳品質分析装置は、通常４００〜２５００ｎｍの波長帯域を持つ装備であって、４００〜２５００ｎｍまでの波長をスキャニング（scanning）する回折格子（grating）から構成されているので、測定時間が非常に長い、操作方法が複雑であるという問題点があった。
【０００４】
そして、従来の牛乳品質分析装置は、実験室に適するように構成されているので、実験室用分析装置には利用可能であるが、現場用分析装置としては機器が非常に敏感であるので、利用が不可能であり、試料セルが１mmとなっているので、試料セルの導入など、測定方法が非常に難しいという問題もある。
【０００５】
また、導入される測定試料の量が少ないので牛乳の種々の成分を測定するには数回に分けて測定しなければならないという面倒さがある。
【０００６】
そしてまた、従来の牛乳の品質を判別する装備は高価の実験室用装備であって、この装備を設置するための実験室が備えられなければならない等、現場補給用としては問題点が多い。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、上記のような問題点を解決するために発明したものであって、機器操作が簡便で、容易で、かつ精度が維持できるように構成されて、現場で牛乳の成分を直ぐに測定して迅速な品質判別が可能であり、１回に導入される試料量を増加させて一度に種々の成分が測定できるようにすることで、測定時間が最小化できる現場用牛乳品質分析装置及び方法を提供することをその目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前述した目的を達成するために、本発明は、牛乳の特定成分を測定して品質を分析する牛乳品質分析装置であって、外部に電源供給部が別に連結設置され、測定されたデータが出力されるモニターと電源のオン／オフ（on/off）のための電源ボタンとラン（run）のための作動ボタンが外側面に装着され、上段に試料セルが挿入されるセル導入ホールが形成された本体と、上記本体の内部に装着され、上記作動ボタンがオン（on）されると作動するランプ電源と、上記本体の内部に装着され、上記ランプ電源に連結されてビームを発生させるハロゲンランプが複数個装着されるランプ固定ブラケットと、上記セル導入ホールの位置に対応して、上記ランプ固定ブラケットの内側に装着され、上記試料セルが安着固定される試料固定部と、上記ランプ固定ブラケットの側部に装着され、両側面にスリットが形成されて一定量のビームを通過させるフィルタスリット型チューブと、複数の干渉フィルタが装着されて上記フィルタスリット型チューブ内側に設置される回転板と、上記回転板に連結される駆動モータを含んで構成される単色化装置と、上記フィルタスリット型チューブの後面側に装着されて、一定量で入射された単色光を検出する検出器と、上記検出器に連結され、この検出器から出力された電気信号をデータ化して上記モニターに伝達する演算処理装置と、を含んで構成されることを特徴とする現場用牛乳品質分析装置を提供する。
【０００９】
そして、牛乳の特定成分を測定して品質を分析する牛乳品質分析方法であって、牛乳試料を試料セルに盛って試料固定部に固定した後、ランプ電源を通して牛乳試料にハロゲンランプのビームを走査するステップと、牛乳試料を透過したハロゲンランプのビームが回転する回転板に干渉フィルタを通過して単色化されるステップと、単色化されたビームが検出器に入射され、上記検出器から出力される単色化されたビームの信号を演算処理装置で演算処理するステップと、上記演算処理装置から出力されるデータをモニターに出力するステップと、を含むことを特徴とする現場用牛乳品質分析方法も提供する。
【発明の効果】
【００１０】
本発明に係る現場用牛乳品質分析装置及び方法は、互いに異なる波長帯域を持つ干渉フィルタを用いた単色化装置を適用し、１回の牛乳試料量を増量することによって、牛乳の種々の成分、例えば乳たんぱく質、乳糖、体細胞、乳脂肪、ＭＵＮ（尿素態窒素）、総固形分、抗生剤、メラミン成分などを同時に測定できる効果がある。
【００１１】
また、本発明に係る現場用牛乳品質分析装置及び方法は、携帯用で構成されているので、現場で直接牛乳の成分を簡便、迅速、容易に判断できるだけでなく、価格が既存の製品より安くて生産性の増加に寄与できる効果がある。
【００１２】
したがって、本発明に係る現場用牛乳品質分析装置及び方法は、既存より新鮮な牛乳を供給できるので、消費者の欲求を十分満たして消費促進を期待することができ、延いては、乳牛飼育に接続させる場合、機能性牛乳を安い価格で生産することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の一実施形態に係る現場用牛乳品質分析装置の構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る現場用牛乳品質分析装置を示す外部斜視図である。
【図３】本発明の一実施形態に係るフィルタ方式の単色化装置を用いる牛乳品質分析装置の本体の内部を示す構成図である。
【図４】本発明の一実施形態に係る試料固定部を拡大図示した斜視図である。
【図５】本発明の一実施形態に係る単色化装置を拡大分解図示した斜視図である。
【図６】本発明の一実施形態に係る牛乳の乳たんぱく質測定結果を示すグラフである。
【図７】本発明の一実施形態に係る牛乳の乳糖測定結果を示すグラフである。
【図８】本発明の一実施形態に係る牛乳の体細胞測定結果を示すグラフである。
【図９】本発明の一実施形態に係る牛乳の乳脂肪測定結果を示すグラフである。
【図１０】本発明の一実施形態に係る牛乳のＭＵＮ測定結果を示すグラフである。
【図１１】本発明の一実施形態に係る牛乳の総固形分測定結果を示すグラフである。
【図１２】本発明の一実施形態に係る牛乳の抗生剤測定結果を示すグラフである。
【図１３】本発明の一実施形態に係る牛乳のメラミン測定結果を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本発明は多数の実施形態が存在することができ、以下、好ましい一実施形態に対して詳細に説明する。また、説明に使われる図面において、従来の技術と同一な部分に対して重複する説明は省略する。
【００１５】
図１は本発明の一実施形態に係る現場用牛乳品質分析装置の構成を示すブロック図であり、図２は本発明の一実施形態に係る現場用牛乳品質分析装置を示す外部斜視図であり、図３は本発明の一実施形態に係る現場用牛乳品質分析装置の内部斜視図であり、図４は本発明の一実施形態に係る一部部品を拡大図示した斜視図であり、図５は本発明の一実施形態に係る一部部品を分解図示した斜視図である。
【００１６】
本発明に係る現場用牛乳品質分析装置は、互いに異なる波長帯域を持つ干渉フィルタ２２３を適用した単色化装置２２０を用いて、各干渉フィルタ２２３の固有波長帯域に対する牛乳の成分測定を通して同時に種々の成分を測定できるように構成される。
【００１７】
本発明に従い好ましく具現された牛乳品質分析装置の一実施形態は、電源供給部１００と本体２００とに大別される。本実施形態では電源供給部１００を本体２００の外部に別途に構成することで、本体２００に及ぼす電源供給部１００の影響を最小化して電気的な安定性を最大化するように構成される。
【００１８】
本体２００の外側には、図２に示すように、最終結果が出力されるモニター２０２がＬＣＤ画面で構成されて装着され、調節ボタンには、機器のオン／オフ（on/off）のための電源ボタン２０３、ラン（run）のための作動ボタン２０４、そしてモニター２０２に出力されたデータ結果を出力する時に使用するプリンティングボタン２０５に区分されて、本体２００の外側面に設置される。
【００１９】
また、本体２００の内側には、図３に示すように、ハロゲンランプ２１０、単色化装置２２０、検出器２３０、増幅器２４０、及び演算処理装置２５０などが含まれて内蔵される。
【００２０】
図４は、本発明に係るフィルタ方式の単色化装置を用いる牛乳品質分析装置の本体内部の一部を拡大図示した図であって、本体２００の内部には安定したデータを得るために６個のハロゲンランプ２１０が備えられ、該ハロゲンランプ２１０はランプ固定ブラケット２１２に装着されて試料固定部２１３の側部に設置される。
【００２１】
試料固定部２１３は、牛乳試料が盛られるテストチューブ（test tube）タイプの試料セル２０６が安着固定され、図示したように、試料固定部２１３が４角に折れた形態で形成されるによって、ハロゲンランプ２１０のうちの４個は単色化装置２２０の干渉フィルタ２２３の前方に位置され、他の２個は干渉フィルタ２２３と約９０゜回転した位置に置かれることになる。即ち、試料固定部２１３はランプ固定ブラケット２１２と単色化装置２２０との間に装着されてランプ固定ブラケット２１２の内側に位置する。
【００２２】
また、試料固定部２１３の位置に対応するように、本体２００外側上段には試料セル２０６が挿入できるセル導入ホール２０１が形成される。
【００２３】
本発明の一実施形態によると、試料セル２０６は２０mmで製作されて利用されるので、比較的多量の牛乳試料が一回に導入でき、これによって、上記のようにハロゲンランプ２１０を多数で具備して多方向から全体的に試料セル２０６を走査するようにする。
【００２４】
一方、ハロゲンランプ２１０をオン（on）させるランプ電源２１１が本体２００の内部に装着され、作動ボタン２０４がオン（on）されると、該ランプ電源２１１を通してハロゲンランプ２１０が作動する。
【００２５】
単色化装置２２０には前面と後面にフィルタスリットが形成されたフィルタスリット型チューブ２２１ａ、２２１ｂと、チューブの間に設けられる回転板２２２と、該回転板２２２を回転させるための駆動モータ２２４が装着されて構成され、回転板２２２には互いに異なる波長帯域をフィルタリングする６個の干渉フィルタ２２３が円周方向に配列されて装着される。
【００２６】
干渉フィルタ２２３は、牛乳の品質分析に必要とされる乳たんぱく質、乳糖、体細胞、乳脂肪、ＭＵＮ（尿素態窒素）、総固形分、抗生剤、メラミン成分などと相関性の深い８３０ｎｍ、８５０ｎｍ、８８０ｎｍ、９３０ｎｍ、１２００ｎｍ（Long pass filter）、１１００ｎｍ（short pass filter）の代表波長に設定されて全体成分を測定する。
【００２７】
即ち、干渉フィルタ２２３が牛乳の品質分析に必要とされる各成分に適用され、各成分は６個の代表波長に対する加重値が与えられるようになり、この加重値が各成分によって定数値と定義されるものである。
【００２８】
一方、フィルタスリット型チューブ２２１ｂの後面側には検出器２３０が設置されて、干渉フィルタ２２３を通して単色化されたビーム（beam）が検出器２３０を通過して電気信号に変換される。
【００２９】
該電気信号は検出器２３０内に連結される増幅器２４０を通して一定に増幅され、増幅器２４０と連結される演算処理装置２５０を通して本体２００の外部にモニター２０２にデータを出力する。
【００３０】
このように構成される本発明は、試料セル２０６に牛乳試料を盛って試料固定部２１３に固定させた後、電源ボタン２０３及び作動ボタン２０４を押さえる簡単な動作により牛乳の種々の成分を同時に測定して分析することができ、即時実用化が可能であるので、乳牛飼育農家、乳加工業者、及びマートなど、牛乳を取扱う所であればどこでも簡便で、かつ速かに牛乳の品質を分析することができる。
【００３１】
以下、上記のように構成された本発明に係る一実施形態の作動状態を説明すると、次の通りである。
【００３２】
牛乳の成分を測定する前に基準物質（reference cell）である水の成分を測定して標準値として設定する。
【００３３】
品質分析をしようとする牛乳を選別して試料セル２０６に盛った後、該試料セル２０６を本体２００のセル導入ホール２０１を通して入れて試料固定部２１３に固定させる。
【００３４】
そして、電源供給部１００を通して本体２００に電源を供給した後、本体２００に電源ボタン２０３を押さえてオン（on）させ、作動ボタン２０４を押さえる。
【００３５】
すると、ランプ電源２１１がオン（on）されてハロゲンランプ２１０に電源が供給され、ハロゲンランプ２１０はビームを発生させる。
【００３６】
発生されたビームは試料セル２０６に盛られた牛乳試料を透過して、上記前面フィルタスリット型チューブ２２０ａのスリットを通して一定量が入射されながら雑散光を最小化してその影響を最小化し、上記前面スリットを通過したビームは上記回転板の干渉フィルタ２２３を通して単色化される。
【００３７】
この際、回転板２２２は駆動モータ２２４により１回回転することになり、干渉フィルタ２２３はそれぞれの波長帯域に従って入射されるビームを単色化して牛乳試料の特定成分をスペクトルで表すようになる。
【００３８】
干渉フィルタ２２３は、回転板２２２が１回回転すれば６個の干渉フィルタ２２３で測定しようとするすべての成分が測定できるので、作動ボタン２０４を押さえることによって回転板２２２は１回回転する。
【００３９】
即ち、回転板２２２が１回回転することによって、フィルタスリット型チューブ２２０を通過したビームが６個の干渉フィルタ２２３により単色化されながらそれぞれの波長帯域に該当する牛乳成分のスペクトルが表れることになる。
【００４０】
このように各干渉フィルタ２２３により単色化されたビームは、フィルタブラケット２２０の後面に形成されたフィルタスリット型チューブ２２１ｂを通過して各々検出器２３０に入射され、検出器２３０は入射された単色光（単色化されたビーム）を通して牛乳の特定成分を検出する。
【００４１】
この際、フィルタスリット型チューブ２２１ａとフィルタスリット型チューブ２２１ｂを通して雑散光を最小化して、検出器２３０に入射される単色光に干渉フィルタ２２３の波長帯域に該当するスペクトルのみ表れるようにする。
【００４２】
次に、検出器２３０は検出された特定成分を電気信号に切り換えて増幅器２４０に伝達し、増幅器２４０は伝えられた電気信号を一定に増幅させて演算処理装置２５０に伝達する。
【００４３】
すると、演算処理装置２５０で増幅された信号を収集処理してモニター２０２にデータを出力する。
【００４４】
この際、必要によってプリンティングボタン２０５を押さえて出力されたデータをプリンティングすることができる。
【００４５】
ここで、各干渉フィルタ２２３により単色化されて測定された牛乳成分の測定値は基準物質である水の測定値の標準値との相関関係を回帰分析を用いた検量線（回帰分析を用いた直線相関式）で表す。
【００４６】
牛乳の測定値と水の標準値との相関関係の良不良を表す尺度として検量線の相関係数であるＲ２（直線性の可否を表す尺度）を用いて、データの標準偏差はＳＥＣ（Standard error of calibration）とＳＥＰ（Standard error of prediction）を用いて表す。
【００４７】
Ｒ２、ＳＥＣ、及びＳＥＰは、牛乳の測定値と水の標準値を任意の直線で表す場合、この値のデータが一定の直線に近いほど相関性が良いということができる。
【００４８】
即ち、Ｒ２が１に近くて、ＳＥＣとＳＥＰが０に近いほど相関性が良いということができる。
【００４９】
牛乳の測定値と水の標準値との関係は、検量線のうち、多重回帰線（ＭＬＲ：Multiple linear regression）を使用して相関性を表すことができる。
【００５０】
そして、牛乳の測定値を用いて形成された検量線を用いて日常分析をするようになり、この日常分析値の信頼度留意性はＲＭＳＥＰ（Root mean of standard error prediction）値で表す。
【００５１】
このような信頼度留意性を確認することで、干渉フィルタ２２３を通過した信号により測定された各牛乳性分の値と牛乳に実際に含まれている成分値がある程度の信頼性を持つのか推定することができる。
【００５２】
添付した図６は本発明の一実施形態に係る牛乳の乳たんぱく質測定結果を示すグラフであって、Ｒ２が０．９３で直線に非常に近いため、乳たんぱく質の測定値が信頼性を持つようになり、これを通じて牛乳の乳たんぱく質数値を推定することができる。
【００５３】
図７は本発明の一実施形態に係る牛乳の乳糖測定結果を示すグラフであって、Ｒ２が０．９４で直線に非常に近いため、乳糖の測定値が信頼性を持つようになり、これを通じて牛乳の乳糖数値を推定することができる。
【００５４】
図８は本発明の一実施形態に係る牛乳の体細胞測定結果を示すグラフであって、Ｒ２が０．９４で直線に非常に近いため、体細胞の測定値が信頼性を持つようになり、これを通じて牛乳の体細胞数値を推定することができる。
【００５５】
図９は本発明の一実施形態に係る牛乳の乳脂肪測定結果を示すグラフであって、Ｒ２が０．９４で直線に非常に近いため、乳脂肪の測定値が信頼性を持つようになり、これを通じて牛乳の乳脂肪数値を推定することができる。
【００５６】
図１０は本発明の一実施形態に係る牛乳のＭＵＮ測定結果を示すグラフであって、Ｒ２が０．９１で直線に非常に近いため、ＭＵＮの測定値が信頼性を持つようになり、これを通じて牛乳のＭＵＮ数値を推定することができる。
【００５７】
図１１は本発明の一実施形態に係る牛乳の総固形分測定結果を示すグラフであって、Ｒ２が０．９４で直線に非常に近いため、総固形分の測定値が信頼性を持つようになり、これを通じて牛乳の総固形分数値を推定することができる。
【００５８】
図１２は本発明の一実施形態に係る牛乳の抗生剤測定結果を示すグラフであって、４種の代表的な抗生剤であるＰＰＳ注射液（ペニシリン Ｇ、beta-lactam系、Ａ）、タイロセチン（クロラムフェニコル、Ｂ）、テラマイシン（テトラサイクリン、Ｃ）、スルファ４０（スルファジメトキシンナトリウム、Ｄ）のＲ２が各々１．００で直線に近いため、抗生剤の測定値が信頼性を持つようになり、これを通じて牛乳の抗生剤数値を推定することができる。
【００５９】
図１３は本発明の一実施形態に係る牛乳のメラミン測定結果を示すグラフであって、Ｒ２が０．９９で直線に非常に近いため、メラミンの測定値が信頼性を持つようになり、これを通じて牛乳のメラミン数値を推定することができる。
【産業上の利用可能性】
【００６０】
以上、本発明を特定の好ましい実施例に対して図示及び説明したが、本発明はこのような実施形態に限定されず、当該発明が属する技術分野で通常の知識を有する者が特許請求範囲で請求する本発明の技術的思想から外れない範囲内で実施できる多様な形態の実施形態を全て含む。
【符号の説明】
【００６１】
１００    電源供給部
２００    本体
２０１    セル導入ホール
２０２    モニター
２０３    電源ボタン
２０４    作動ボタン
２０５    プリンティングボタン
２０６    試料セル
２１０    ハロゲンランプ
２１１    ランプ電源
２１２    ランプ固定ブラケット
２１３    試料固定部
２２０    単色化装置
２２１    フィルタスリット型チューブ
２２２    回転板
２２３    干渉フィルタ
２２４    駆動モータ
２３０    検出器
２４０    増幅器
２５０    演算処理装置
【図１】
2009168810.tif 000003
【図２】
2009168810.tif 000004
【図３】
2009168810.tif 000005
【図４】
2009168810.tif 000006
【図５】
2009168810.tif 000007
【図６】
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【図７】
2009168810.tif 000009
【図８】
2009168810.tif 000010
【図９】
2009168810.tif 000011
【図１０】
2009168810.tif 000012
【図１１】
2009168810.tif 000013
【図１２】
2009168810.tif 000014
【図１３】
2009168810.tif 000015