栃木農試研報

No．48：53〜

Bull

Agr

Tochigi

58（1999）

Stn．No．48：53〜

58（1999）

近赤外分析法によるビール大麦タンパク質含有率の簡易測定法
大塚勝・石川直幸1）・小玉雅晴・加島典子・河田尚之2）・五月女敏規

摘要：ビール大麦のタンパク質含有率を少量の粉砕試料で精度よく測定する方法および原麦のまま測定する方法として近赤外分析装置の利用を検討した．

粉砕試料を用いた測定では，必要な試料の量を1．1gまで下げても，標準誤差0．24の測定精度が得られた．原麦非破壊測定では，標準誤差0．26で実用上十分な精度でタンパク質含有率測定が可能であった．
この方法を用いると，生産者レベルでも迅速に測定でき，栽培指導に利用可能である．

キーワード

近赤外分析法，ビール大麦，タンパク質含有率

Simplified

MethodforbyMeasuring

Malting

Near−lnfrared

BarleyProteinContent

Analysis

MasaruOHTSUKA，NaoyukiISHIKAWA，MasaharuKODAMA
NorikoSummary：A

study

ofmaltingbarleyaccurately

measurements

madebyobtained

when

thecontent

In

wasdestruction

accuracy

ofevenquickly

cultivationKey

madefヒomevenatutilization

withcrushed

amounthighofsmall

KAWADA，Tosinori

near‑infrared

volumeandsamplewasof

nitrogenwasthepractical

viewpoint

producers

methodsamples，measuring

ofrequired

level，andpossible

thisanalysis

methodofmeasuring

accuracy

reducedwithas

SOTOME

awith

ina

By

using

this

methodcantherefbre

measuringprotein

thestateofgrains．

standard

to1．lg．instandardof

mesurements

deviation

method，it

bedeviation

madeofO。24

withoutofO．26whichisanbecomespossibletomakeutilized

fbr

thepurposeofguidance．

words＝Near−infヒaRed

1）現中国農試畑作物開発室

about

using

grains，mesurementsu伍ciently

measurements

was

KASIMA，Naoyuki

analysis，malting2〉現農業研究センター

barley，protein

content（1999．7，31受理）

53栃木県農業試験場研究報告第48号

1

緒言

1．少量サンプルカップによる粉砕試料の測定
インフラライザー500（ブラン・ルーベ社製，以下IA500）

ビール大麦はビール醸造原料として利用されるため，品質が重視される．特にタンパク質含有率は醸造適陛に大きを用いて測定試料の少量化の検討を行った．

分析材料は1993年栃木および福岡県産ビール大麦系統な影響を及ぼす特性である．タンパク質含有率が高すぎる

112点，1997年栃木，福岡，岩手，三重県産ビール大麦系とエキス含有率の低下，浸麦時問・麦汁ろ過時間の増大，統83点および1998年栃木県産タカホゴールデン113点

ビールの濁り，日持ち性の悪化等を招き，低すぎると発酵である．1993年産は四国農試とブラン・ルーベ社が共同の停滞，泡持ち性の悪化を招く．タンパク質含有率は土壌で開発した少量サンプルカップ（粉約5．6g）を用いて測定

条件，気象条件や栽培方法などの環境要因に大きく影響さし，1997年と98年産は栃木農試とブラン・ルーベ社が共れるが，遺伝的要因も持っている．このため，ビール大麦

同で開発した極少量サンプルカップ（粉約1．1g）で測定を品種改良の過程においてタンパク質含有率は必須分析項行った．各年のビール大麦の種子は2．5mmのふるいでふ目となっている．特に初期世代における選抜指標として用るい，ふるい上に残った種子（以下原麦と表記）を分析にいる場合には少量サンプルで簡便に測定できなければな用いた．試料はサイクロテック1093粉砕器で粒径を1mmらない．しかし，従来のケルダール法ではサンプル量は少に設定して粉砕した粉を用い，測定波長は1700〜2400nm

量でよいが，一目に分析できる点数が限られるため初期選の範囲で2㎜間隔で測定した501波長を用いた．比較の抜に応用することはできなかった．栃木農試では1966年

ために用いるタンパク質含有率は1993年産ではオートアから簡便にタンパク質含有率の測定を行うために，近赤外ナライザーで吸光度測定して求めた値を水分補正して求分析装置による分析法（ネオテック社のGrain

Quah取め，1997，98年産はケルテックオートを用いてケルダールAn＆1yzer）とブロックダイジェスターで分解しオートアナ分析した値を水分補正して求めた．検量線は，1993年産ライザーで測定する分析法の利用を検討した．近赤外分析

はStepup法で重回帰分析を行って求め，1997年産は試料装置は簡便であったが標準誤差0．7と精度が劣り，オートを2反復測定して得られた166データのうち114データでアナライザーで測定する方法では，標準誤差0．28〜0．33

検量線を作成し，残りの52データを検定用として波長幅，と精度が高かった．そのため，その後栃木分場のタンパク検量線作成法の検討を行った．1998年産も2反復測定し質含有率はオートアナライザーで分析してきた．て226データをとり，1997年産166データを合わせた392

当時，川口ら1，2）は，近赤外分析法の課題として「精度の向上」と共に「試料の少量化」「原麦での測定精度の向データの内，264データで検量線を作成し，残りの128データで検定を行った．

上」をあげている．従来の近赤外分析法は粉砕試料を測定

2．原麦での非破壊測定に用いてきたが，原麦のままで測定する手法（非破壊測定

近赤外分析装置IA500，ケット科学研究所のr成分分析法）の開発は，粉砕の労力を軽減するとともに，測定した計AN−800」（以下AN−800）と光量改良型AN800（以下

粒をそのまま播種することが可能となり育種上も大きな改良型AN−800），フォス社インフラテック1229（以下意味を持つ．また，近年，実需者からビール大麦のタンパ11229）とインフラテック1275（以下11275）の計5機種

ク質含有率を9．5〜11．5％の適正範囲に納めるよう，よりを用いて，原麦を用いた非破壊測定の精度検定を行った．

強い要望が出されてきている．本県の高品質ビール大麦生

1997年栃木，福岡，岩手，三重県産ビール大麦系統83

産のためには品種改良と共に生産者現場でタンパク質含点および10年栃木県産タカホゴールデン113点を用いて有率を原麦のままで簡易に測定できる手法を開発し，測定

AN・800とIA500の2機種で測定を行い，1998年産の栃結果を施肥量など栽培方法に反映させることが必要であ木，福岡産の合同品種比較試験（以下合比）材料53点をると考えられる．

用いてAN・800と11229の2機種で測定を行った．また，近年，近赤外分析装置とデータ処理法の進歩，情報処理装置の高速化に伴い，以前より近赤外分析法の精度が向上したことから，当場では1992年から再度近赤外分析装置

1999年栃木県産ビール大麦105点を用いて改良型
AN−800と11275の2機種で測定を行った．

検量線の作成は，IA500は1100〜2500nmの範囲での利用について，試料の少量化と原麦での非破壊測定の22nmごとに反射光を測定し，501波長を解析ソフト点に重点を置いて検討を行ったのでここに報告する．

Sesameを用いて作成した．AN−800と改良型AN−800は12波長（918，928，940，950，968，975，985，998，1008，n54

材料及び方法1023，1037，1045nm）の透過光と2カ所の温度（内部温近赤外分析光によるビール大麦タンパク質含有率の簡易測定法

度，試料温度）を3反復で測定し，計14変数を用いて第1表IA500の検量線計算

1997年産粉砕試料

表計算ソフトで作成した．11229と11275は，850〜回帰計算条件

精度検定標準誤差

1048nmの範囲を2皿nごとに10反復測定し，ANN（ArttEcialNeural解析

波長域微分Facter全体
166Networks）解析を用いた．この検1400二2500

PLSR

量線は複雑で検量線作成者でなければ操作できないので，日本の材料を含まない外国品種で作成された既存のANN

0．345

0．3860．228

PLSR1次 5
PLSR1次 6

0．333

0．369

0．238

0．334

0．339

0．324

MLR1次 8
MLR1次 5
MLR2次 5

0．332

0．300

0．394

0．334

0．339

0．325

0．405

0．412

0．389

PLSR2次 3
PLSR2次 4

0．328

0．349

0．276

0．278

0．271

0．291

50．224

0．197

0．273

PLSR1次 6
PLSR1次 7
PLSR2次 3
PLSR2次 4

0．203

0．180

0．246

0．205

0．157

0．283

0。201

0．191

0．221

0．190

0．151

0．256

30．204

0．192

0．228

40．194

0．152

0．265

タンパク質含有率はサイクロテック1093粉砕器で粒径を1mmに設定して粉砕した粉を用い，ケルテックオートを用いてケルダール分析で測定した．

1100：2200

PLSR

皿結果
1．少量サンプルカップによる粉砕試料の測定
1200：2200

少量サンプルカップを用いた近赤外分析の結果はオー
トアナライザー分析の結果に対し，相関係数0．98，標準誤PLSR

1次

2次

PLSR2次1100：2100

PLSR

差0．282と精度の高い結果が得られた（第1図）．

52

4

検量線をそのまま用いた。

l次

検量線検定用114

2次30。203

0．196

0．217

PLSR2次40．191

0．162

0．245

PLSR：部分最小二乗法MLR：重回帰分析
17

第2表

lA500の検量線計算

／

解析

波長域

H9＋10年産粉砕試料
精度検定標準誤差

回帰計算条件微分Facter全体検量線検定用

394点266点128点
1100：2100

外13に

PLSR

蟻／分

PLSR2次畜！

PLSR㌦イ

制ず。1撃粉ノ 1蔽
18、／9111315l次

40．2265膿欝緩繋欝・、．禦懸

0．230

0．218

50．230

0．242

0．205

PLSR1次 6
PLSR1次 7

0．225

0．231

0．211

0．219

0．222

0．211

「L1997＋1998年産『一／／1

近1・掘／1
赤16L精度検定標準誤差＝o・238ノ

77

2次17

オートアナライザー分析値％
第1図オートアナライザー分析値と近赤外

外

測1雪

定
12旨
値

分析値の比較

％1・l

極少量サンプルカップを用いて検量線の条件の検討をl籍灘繍料りした結果，1997年産材料を用いた場合では，1100〜2100nmの範囲の波長を二次微分して，ファクター数を3とした部分最小二乗法（PLSR）回帰が最も良い結果とな

8L一一81012141618
ケルダール測定値％

第2図極少量粉砕試料測定った（第1表）．この時作成した検量線用試料の標準誤差は0．196で，検定用試料で検定したところ標準誤差は2．原麦での非破壊測定0．217と十分な精度となった．1997年産と98年産合わせ

1）IA500による原麦の測定た材料を用いた場合では，1100〜2100nmの範囲の波長を1997年産材料で原麦非破壊測定の最適な検量線の条件二次微分して，ファクター数を5とした部分最小二乗法を検討した結果，1100〜2100㎜間の501波長を一次微（PLSR）回帰が最も良い結果となった（第2表，第2図）．

分して，ファクター数を12とした部分最小二乗法（PLSR）

この時作成した検量線用試料の標準誤差は0．207で，検定回帰が最も良くなった（表3）．この時作成した検量線用試用試料で検定したところ標準誤差は0．227と十分な精度と料の標準誤差は0．212で，検定用試料で検定したところ標なった．

準誤差は0．319となった．1998年産材料に1997年産材

へ55

栃木県農業試験場研究報告第48号

料を合わせて同様に検討した結果，同じ条件で最もよくな0．546であった．そこで，温度を除く12変数を用いて計り，こ，の時，検量線用試料の標準誤差は0．339で，検定用算したところ，検定用試料の標準誤差が0．537と最もよく試料で検定したところ標準誤差は0．493と平成9年産の結なった（第5表）．全12波長を用いた検量線でタンパク質果より大きくなった（第4表，第3図），含有率を算出し，最後に装置内温度差（内部温度一試料温第3表度）とタンパク質含有率の関係（第4図）から補正蛋白＝IA500の検量線計算

1997年産原麦粒

回帰計算条件

波長域

精度検定標準誤差

微分 Factor

解析

1次

1100：1900PLSR

PLSR 1次
PLSR 2次

MLR 2次MLR 1次1100：2200PLSR

1次

PLSR
PLSR 1次
1次

1100：2100PLSR

1次

PLSR 1次
PLSR 1次
PLSR 1次

1200：2200PLSR

1次

検量線 検定用

90，2900，2520，361110，2820，2150，3891010100，308

0，229

0，435

復設けた場合で0．434，0．416であった．

0，339

0，266

0，461

0，307

0，236

0，422

第5表AN−800の検量線計算

0，2560，322

lst

PLSRPLSR

第4表

lst
lst

0，259

0，224

0，323

100，269

0，240

0，322

90，285

0，261

0，334

100，275

0，244

0，332

110，264

0，230

0，328

12
100，250

0，2120，319

MLR

step

0，289

0，2510，358

MLR

step

912
lO

0．286

0．261

0．334

藝難．、蝶纐

0．265

0．230

0．328

精度検定標準誤差

微分Factor全体

PLSR1次PLSR1次PLSR2次PLSR2次01
112101211次変除かれた数変数1）

Excel全波長MLR
l4
全波長MLR2）14Sesame全波長MLR
14up法

MLRstepMLRstep

精度検定標準誤差
全体 検量 検定

1212，130．486

up法108，12，13，14up法

8up法

用

0．432

0．587

0．4740．4370．546

1，2，3，4，8，13

9線0。4340．597
0．3650．550
0・4870．4320．591

0．566

1，2，3，4，13

MLR step up法118，12，13
12吸光度指定 1213，140．511

128点

0．418

0．373

0．497

0．409

0．360

0．495

0．397

0．339

0．493

0．427

0．366

0．529

0。4090．339

0．521

一18「llllr1998年産

0．5660．5100．674

1023，1037，1045nmの透過光，内部温度，試料温度2）平均化を行った

lll⊥．

ヤ『露1、遍鍵群1、‡／●・動

近16L精度検定標準誤差・。42｛

・装置温度差・一2丁

一3⊥

FO・79

第4図装置内温度と分析値との関係
1881012141618

ケルダール測定値％2）餅8。瀞恩腰識羅いた非破壊分析／／

1997＋1998年産

n＝：392

業精度検定標準誤

鮎14

♀／

．乃！

認。

虜嵯墨馨窪雷黒贈

1997，98年産材料を測定した14変数を用い，最適な検量線の検討を行った．まず，表計算ソフト上で全波長を用いて，重回帰分析を行ったところ，平均化した場合で検定用試料の標準誤差が0．550であった（第5表）．次にブラン・ルーベ社の処理ソフトに取り込みStepup法を用いて，重回帰分析を行ったが，検定用試料の最も低い標準誤差は

56

0．671

0．4900．4330．597
0．4700．4360．537

検量線検定用394点266点

1100：2100PLSR

波長選択Soft1）変数は1から順に（918，928，940，950，968，975，985，998，1008

回帰計算条件解析

1997＋1998年産原麦粒

回帰計算条件

0，278

IA500の検量線計算1997＋1998年産原麦粒

波長域0．505，検定用試料で0．478となり（第5図），測定を2反91鵬講．繍PLSRを算出し温度補正を行った．標準誤差は，検量線用試料で11再度セットを変えて
1100：2100

計算値＋0．013−39．48×（装置内温度差r−0．3377）の計算式

全体

81012141618

ケルダール測定値％
第5図AN−800を用いた非破壊分析

近赤外分析光によるビール大麦タンパク質含有率の簡易測定法

1998年産合比材料を用いた測定は，この検量線をバイころ，ケルダール分析値との間にバイアスがあったため，アス補正して用いたが，精度は0．667でよくなかった（第差の平均で補正をかけたところ，検量線の精度は0．328と6図）．

なった。

また，1999年栃木県産ビール大麦を測定した結果を用一一15』n＝53

近SEP＝0．26
赤外1㌧

重回帰分析で検量線を作成した結果，検定用試料の標準誤差は0．51となった（第7図）．

1・1塩1

近赤外測定値 ％﹁Dコ、SEP＝0．68

31ユ9卜／／／▲．／

▲

、鋼る

7

ケルダール測定値％

9

第8図夏1229を用いた非破壊分析

・1998年栃木産▲1998年福岡産

一一一79111315r

駆薩皿・渠B騰欝誤差．〆015

ケルダール測定値％

第6図AN−800を用いた非破壊分析一2外禽

測

定11H

近垢騰準誤差蕪．

晶ら。

・譜値
謬％㌧・ノ ．＿」

瓠︑穣騨嬉墨馨森13卜那1麗0測．1998年栃木産

79111315

寧響・．／玉▲7．／
4才％L＿・1998年福岡産、／／●／9／●▲

食9rr

「

い，光量を増やす改良を加えた改良型AN・800用に改めて7藩。

L一

ケルダール測定値％
第9図11275を用いた非破壊分析

窪齋黒粥IV一779111315
ケルダール測定値％

第7図AN−800を用いた非破壊分析一3

考察

1．少量サンプルカップによる粉砕試料の測定
粉砕試料での測定では，栃木分場の分析で用いているオートアナライザー法と比較して遜色のない結果となった

3）11229と11275による原麦の測定（第6表）．測定にかかる手間は，粉砕するまでは同じで1998年産の合比材料を用いて11229で測定した結果，あるが，その後の秤量，ケルダール分解，一目あたりの測

栃木県の合比材料で用いた標準誤差は0．235，福岡の合比定数において飛躍的に労力の軽減につながった．また，同材料で標準誤差は0．297，試料全体で標準誤差は0。263と時にケルダール分解の際に生じる硫酸廃液も，検量線の作なり，十分な精度が得られた（第8図）．ただし，今回は成にケルダール分解を行うため実際になくすことはでき

反復測定の設定を，1試料にっき10地点としておいたにないが，従来と比べて大幅に減った．

もかかわらず，一部の試料において，反復のデータが数地

1997，98年の結果では，粉砕した粉で測定すれば，1．1g点で測定されないエラーがみられた．これにより，値は算と極少量でも標準誤差0．2程度と十分な精度を示したこと出されるものの精度の劣るデータが精度検定に含まれるから，育種におけるタンパク質含有率の測定に十分適用可結果となった．

能である．

1999年栃木県産ビール大麦品種を用いて11275で測定

2

原麦での非破壊測定した結果，標準誤差は0．28となった（第9図）．この材料

AN・800は，機器が安価であり（約200万円），比較的においては，前年度見られたようなエラーは見られなかっ少量（50g）の原麦のままで迅速に測定できる点では，ビた．また，同じ試料を用い，小麦と大麦両方のタンパク質ール大麦生産者現場での利用に有望と考えられたが，測定含有率が測定できる検量線の利用についても検討したと精度は十分ではなかった．この機種は，本来玄米のタンパ
57栃木県農業試験場研究報告第48号
ク質含有率を測定する目的でつくられているため，穀皮の検量線は年次間による補正を行わずに高い精度を示したある大麦では光量不足で十分にその能力を発揮できていことから，生産者現場において比較的容易に利用が可能でないと考えられる．今回1997，8年産についてはスペーサあると考えられた．同時に使用した小麦・大麦共用検量線

ーを入れてセルの幅を短くし，光が透過する原麦の量を少については，利用の場面が限られる事に加え，相関係数はなくすることで，1999年産については光源の光量を強く高い（0．99）ものの，バイアス補正の必要があり，生産者して光量不足を補ったが，いずれも十分な精度は得られな現場で利用するには不十分であった．

かった。精度を向上させるには，麦の穂軸芒，細粒，剥今回は，ヨーロッパ各国のビール大麦約3，000点を用い皮粒，浮皮粒等を完全に取り除いてから測定することが最て作成された既存のANN検量線を用いたが，11229は検も有効であり，次に温度・湿度変化をできるだけ少なくす

量線作成試料に含まれないタイプの波長を検知した時に，その測定波長を保存しない設定となっている．エラーの出ることが重要である．

第6表

近赤外分析装置の精度検定

た試料は粒色が濃く，一部には穂発芽粒もみられたことか
ら，検量線作成試料には被害粒は含まれていなかったと考

装置

材料

必要処理点
量／時間

精度検手法定標準波長数

誤差るので，さらに精度を上げるために，試料の適用範囲について検討を加えるとともに，検量線作成試料に日本産のビlA500粉砕粉

1．lg

40501

PLSR

O．22

IA500

原麦粒

13940501

PLSR

O．32

AN−800原麦粒

42980

2温度×3 MLR

O．48

11229原麦粒3009

50100×10ANN

O．2611275原麦粒

50100×10ANN

O．28

ール大麦を用い，かつ被害粒の測定にも対応できるよう様々なタイプのビール大麦の測定値を加えたデータベースを作成し，検量線をアップデートする必要があると考え12ホ。イント＋609

えられる．エラーデータは精度を悪くする要因となっていられる．

謝辞
最後に，精力的に測定を補助してくれた星野洋子主任技術員，栃木分場にない測定機器を貸して下さった農業研究

IA500は，原麦の測定は標準誤差が0．4前後であり，生センター，本場育種部に心から感謝します．

産者の現場で利用するには不十分であった．他の4機種が透過光を測定するのに対しこの機種は反射光を用いて本来粉を測定するように設計されているので，穀皮のあるビ

引用文献

ール大麦では原麦の測定精度が低いと思われる．

11229は，標準誤差値が0．26とAN−800よりも精度が高かった．この機種では，必要とする試料の量が多いことから，育種の初期選抜の利用では難しいと考えられた．し1．川口ら（1967）穀粒分析器（GQA）によるタンパク質含有率及び水分の測定法について・育種試験のための醸造品質検定法栃木農試研報21：9・12

かし，生産者現場においては試料の量が問題となることは少ないと考えられるので，この機械で測定したデータを用いて栽培指導等に利用していくことが可能である．

Il275の標準誤差値は0．28と11229と同様に精度が高かった，必要とする試料の量は60gと比較的少量ですむた
めに育種への利用も可能である結果となった．また，この58

2．川口ら（1967）オートアナライザーによる麦芽のジアスターゼカと全窒素の測定にっいて，育種試験のための醸造品質検定法・栃木農試験研報21：1−8