アルコール濃度推定による日本酒発酵工程のスマート化

日本酒造りにおいて、国内の酒蔵数や従事者数は減少し続けており、職人の勘と経験に頼ることが多い製造技術の継承や品質管理が業界としての課題となっています。
品質管理が求められる工程の1つに、日本酒のもとを造る「酒母（しゅぼ）造り」という発酵工程があります。酒母造りでは、酒母に含まれるアルコール濃度が発酵状態の指標とされます。しかし、アルコール濃度を直接測定するには、分析のために一定の作業と時間を要する

茨城県産業技術イノベーションセンター
主任

ため、発酵状態をリアルタイムに把握することが困難でした。そこで我々は、アルコール発酵の副産物である二酸化炭素に着目し、その発生量からアルコール濃度の推定を試みました。

石川 卓

今回はその研究結果をご紹介いたします。

（いしかわたく）

酒蔵であり、前述の課題は茨城県の酒造りにおいても1．はじめに重大な課題であると言えます。
一方、2013年に「和食」がユネスコ無形文化遺産に日本酒造りにおいて、国内の酒蔵数や従事者数は減登録されたことを背景に、日本酒は海外からの関心が。また、中小規模の酒蔵におい高くなっています 4 ）。日本酒造組合中央会によると、ては、様々な製造工程で職人の勘と経験に頼ることがこの10年間、日本酒の輸出数量および金額はともに増多く、製造技術の継承や品質管理が業界としての課題加傾向にあります（図1 ）。特に 2022年は 10年前にとなっています。人材確保のためにも職人の技術を円比べ、輸出数量が約2.5倍、輸出金額が約5倍に増加し滑に継承できる仕組みが必要です。製造現場でのデジています。2023年における輸出先は、中国、アメリカ、タル技術の活用、さらには自動化が図られることで、労香港、韓国、台湾の５カ国で、輸出数量全体の約75% 、働力不足の解消につながるかもしれません。

輸出金額全体の約80%を占めている状況です（表 1 ）。

少し続けています

1 ）2 ）

3）

国税庁「酒類製造業及び酒類卸売業の概況」 によると、清酒の製造者数において茨城県は関東地方で最も東南アジアや中南米では日本食レストランが増加しており、今後も日本酒市場の拡大が期待されます。

多い 41の事業者がありますが、その多くが中小規模の（億円）

（万kL）
5500

400
300

32002100

100

2007 2009 2011 2013 2015 2017 2019 2021 2023（年）

図1 日本酒の輸出動向（日本酒造組合中央会のデータを基に作成）

24

JUNE 2024 JIR NEWS2023 年における日本酒の国別輸出数量（左）と国別輸出金額（右）

順位

国

1
2

4
輸出数量

輸出金額

輸出金額
輸出数量

表1名

数量（L）

順位

国名

金額（千円）

アメリカ

6,502,237

中国

5,793,847

1

中国

12,465,430

2

アメリカ

3

韓

国

9,090,646

4,191,862

3

香港

4

台

6,023,799

湾

3,103,784

4

韓国

2,904,746

5

香港

2,327,945

5

台湾

2,677,216

合計（全体）
29,195,769
合計（上位 5 カ国）21,919,675
上位 5 カ国の割合
75.1%
合計（全体）41,081,845
合計（上位 5 カ国）33,161,837
上位 5 カ国の割合
80.7%（日本酒造組合中央会のデータを基に作成）

Information
国内の日本酒酒蔵数や従事者数は減少し続けており、職人の勘と経験に頼ることが多い日本酒製造技術の継承や品質管理が業界としての課題となっています。茨

城県の清酒製造事業者数は関東地方最多の 41であり、本方式で測定された二酸化炭素濃度との関係が明確であることですが、ほぼきれいな比例関係が実験により示されました。

これに基づき、測定の自動化と安価な装置開発に成その多くが中小規模の酒蔵であるため、この課題の重功しています。さらに、自動化に際して測定値は電子日本酒のもとを造る「酒母（しゅぼ）造り」という発ウドサービスを使ってデータ蓄積とグラフ化等の加工要性は特に高いといえます。

酵工程では、酒母に含まれるアルコール濃度が発酵状態の指標とされます。しかし、これを直接測定するには、分析のために一定の作業と時間を要するため、発酵状態をリアルタイムに把握することが困難で、その解決の要望が寄せられていました。

データとしてコンピュータ内で処理されるので、クラや、スマートフォン等によりメールで受け取れる機能も構築しています。担当者が装置の近くに待機する必要もありませんので、省力化の効果は大きいと考えられます。

開 発 さ れ た 測 定 装 置 お よ び 測 定 方 法 に つ い て、研究初期段階で、アルコール濃度測定を安価な市販2023年11月に、以下の名称で特許出願されていまされました。そこで、本来測定すべきアルコール濃度装置、二酸化炭素濃度の測定方法、及び、エタノール濃センサを使った小型装置で実現することは困難と判断を、それと比例して発生しているはずの二酸化炭素濃度の測定で代替することによって解決法を示したのが本研究のポイントです。

この方式が成り立つための最初の重要な条件は、従来確立されている手法で測定されたアルコール濃度と、す(名称：「二酸化炭素測定装置、エタノール濃度測定度の測定方法」) 。実用化に向けた実証実験について県内の複数企業から関心を示されており、今後の進展が大いに期待されます。
ナビゲーター

つくばサイエンス・アカデミーコーディネータ

渡辺 正信

アルコール濃度が上昇します。日常的な酒母造りの製造
2．日本酒の製造工程における課題管理において、このアルコール濃度が発酵状態の指標の１つとされています。一般的に、酒母のアルコール濃度

日本酒は、水、麹、および蒸した米を混合し、清酒酵は国税庁所定分析法に従って分析されます 6）。具体的

母によって１カ月間ほど発酵させた醪（もろみ）を濾しには、サンプリングした酒母から濾液を調製し、その濾て得られる濾液です（図2 ）。酒母造りは、醪に添加す液を蒸留して得られる留液から比重法などによってアルる清酒酵母を高い純度で増殖させるための製造工程でコール濃度を確認します。しかし、これらの分析は、分す 5 ）。純度の高い清酒酵母を得ることは、醪を良好な析に用いる濾液の調製に加え、人の手で分析作業を行う発酵へと導き、安定した品質の日本酒を製造するため必要があります。さらに、従業員を一定時間拘束するとに必要不可欠です。

ともに、結果が得られるまでに時間を要するため、発酵酒母造りでは、酵母の増殖と発酵に伴い、エタノール状態をリアルタイムに把握することが困難です。酒蔵で（アルコールの一種のため、以下、「アルコール」と表記）

はアルコール分析に加え、匂いや見た目の変化など職人が生成されます。そのため、発酵の進行とともに酒母のの経験により発酵状態が推測されていますが、職人が酒母を常時観察することは困難です。このような状況から、温度調節などの処置が遅れるという課題がありました。

麹菌

加えて、アルコールセンサに関して、一般的なセンサ
麹

蒸米
酵母

では酒母の発酵管理に必要なアルコール濃度の測定ができず、高濃度の測定には特殊なセンサが必要になる

酒母造り

ため、導入には多大なコストがかかります。
醪（もろみ）

高純度清酒酵母（２〜４週間発酵）

図2 日本酒製造工程と酒母造り

約１か月間発酵

圧縮

日本酒

そこで我々は、アルコールセンサを使用せずに酒母の発酵状態をリアルタイムに把握する手法を開発するため、研究を始めました。

JUNE 2024 JIR NEWS25

して、国税庁所定分析法に従い、アルコール分析装置3．発酵工程で発生する二酸化炭素の測定（Alcolyzer3001 SAKE；アントンパール社製）を用いて測定しました。また、二酸化炭素測定器を用いて酒母の発酵状態の把握に向けて、我々は、酒母造りのタンク内部から吸引した気体の二酸化炭素濃度を 30 秒

アルコール発酵で副産物として生成される二酸化炭素間隔で測定し、その発生量を算出しました。に着目しました。酒母造りのアルコール発酵では、次

上記の方法で測定した酒母のアルコール濃度と二酸の化学式のとおり、清酒酵母によってグルコース（糖分）化炭素発生量の累積値の結果を図4に示します。二酸からアルコールとともに二酸化炭素が生成されます。

化炭素の単時間あたりの発生量は、発酵の進行に伴い増減の変化がありましたが、その発生量の累積値を算

エタノール

グルコース（ブドウ糖）出したところ、アルコール濃度と強い相関関係がある二酸化炭素ことを確認しました（相関係数0.99）。

そのため、理論的には、アルコールと正比例の関係で二酸化炭素が生成されるため、二酸化炭素の発生量か4．二酸化炭素測定装置の開発

らアルコールの生成量、つまりはアルコール濃度が推定できると考えました。
そこで、酒母の発酵工程におけるアルコール濃度と実際の酒蔵で酒母造りに用いられるタンクは上部が二酸化炭素発生量の関係を検証するため、まず、図3の開放された形状で、容量は数十Lから数百Lに及びます。

ような密閉したタンクで測定を行いました。この密閉そのタンクに多量の原料が投入されるため、発酵に伴い、タンクは、直径約 350 mm 、高さ約400 mm 、容量約多くの二酸化炭素が発生します。また、酒母は原料や30 L の円筒型の形状で、温度調節が可能です。

温度が均一になるように、あるいは溶存した二酸化炭

酒母の仕込みには、高温糖化酒母造りを採用しまし

素の排出のために定期的に櫂棒（かいぼう）という道具た。まず、タンク内に乾燥麹 1 kg 、乾燥アルファ米2によりかき混ぜられます。そのため、前節のように、タkg 、水 5 L を入れ、58 ℃で８時間保持することで糖ンクを塞ぐという方法を酒蔵に適用するには、安全性、化を促しました。この間に、米由来のデンプンが麹に作業性の観点で支障があります。

含まれる酵素によってグルコース（糖分）に変換されそこで、酒蔵の環境と作業を考慮し、開放タンクに対るというものです。その後、品温を20 ℃に保ち、乳酸して有効な方法を探りました。その中で、酒母の一部

24 mL と清酒酵母の培養液 100 mL を加え、7 日間酒から発生する二酸化炭素量と酒母全体から発生する二母を発酵させました。この発酵期間において、酒母の酸化炭素量は比例関係にあることが推測されるため、アルコール濃度と酒母から発生する二酸化炭素濃度を前節の結果を踏まえ、酒母の一部から発生する二酸化測定しました。酒母のアルコール濃度は、1 日 1 回の頻炭素量もアルコール濃度と相関関係にあると考えまし

度で酒母をサンプリングし、濾して得られた濾液に対た。それを立証するため、実際に測定することを試み（L）
140（%）
14
アルコール濃度12CO2測定器

酒母

図3 密閉タンクによる測定（概略図）

26JUNE 2024 JIR NEWS

101008806604402200012243648607284経過時間

図4 酒母のアルコール濃度と二酸化炭素累積値

961081201320144（h）

CO 2累積値

発生する
CO2アルコール濃度

大気開放120CO2累積値

気開放口があります。これは、測定時にプローブ内の圧力を一定に保持するために設けています。二酸化炭
素センサと接続されたコンピュータは、センサからの④測定データの取得および保存等の役割を担います。本⑤①

開発装置により、プローブ内の酒母表面から発生する二酸化炭素を測定することができます。

②
発生するCO2③5．開発装置による二酸化炭素測定とアルコール濃度推定

吸気（外気） ①プローブ②CO2センサ③コンピュータ④流量計⑤エアーポンプ
酒母

酒母のアルコール濃度と、酒母の一部から発生する二酸化炭素量の関係を調べるため、両者の測定を行いました。酒母のアルコール濃度は、3節に記載した方法

図5 二酸化炭素測定装置の構成図

で、1日1回の頻度で測定しました。また、開発装置をました。しかし、酒母の一部から発生する二酸化炭素開放タンクの酒母の中に設置し（図6 ）、酒母から発生量を測定する適当な装置がありませんでした。そのため、する気体の二酸化炭素濃度を測定しました。そして、3

図 5のような二酸化炭素測定装置を開発しました（以節の手順と同様に、二酸化炭素発生量の累積値を算出

下、「開発装置」と表記）。本開発装置は、円筒状プローしました。なお、酒母の仕込みは3節の検証実験と同じブ（長さ約 900 mm ）、二酸化炭素センサ、コンピュー原料および条件としました。

タ、流量計およびエアーポンプから構成されます。プロー

酒母のアルコール濃度と二酸化炭素累積値を測定した

ブの下端部は酒母に挿入され、開放タンク内の酒母に結果を図7に示します。3節の結果と同様に、酒母のア対して一部密閉系が形成されます。測定対象の酒母はルコール濃度と二酸化炭素累積値には強い相関関係があ粥（かゆ）状であり、一定サイズの固形物が含まれていりました（相関係数0.99）。次に、酒母のアルコール濃ることを考慮して、プローブ内が詰らないように下端度と二酸化炭素累積値の相関図を図8に示します。この部の直径を 40 mmに設定しました。プローブ内部に相関図から1次近似式を算出することができます。ここは二酸化炭素センサが格納され、上端部は流量計およでは、二酸化炭素累積値（L）をX 、アルコール濃度（%）

びエアーポンプに接続されています。エアーポンプにをYとすると、近似式は以下のように算出されます。

よってプローブ内の気体が常時吸引され、同時に二酸化炭素センサで二酸化炭素濃度が測定されます。プロー
ブには、センサ格納部と下端部の間に直径13 mmの大

例えば、二酸化炭素累積値が32 Lのときにアルコー

12CO2発生量
アルコール濃度30

CO2累積値

82461841226001224364860

72 84 96
経過時間

CO 2累積値︶
CO 2発生量︵ ml/min
アルコール濃度︵ ︶%10

図6 開発装置（赤線）を開放タンクに設置した様子（L）360108 120 132 144 156 168 180（h）

図7 酒母のアルコール濃度と二酸化炭素累積値

JUNE 2024 JIR NEWS27（%）
12二酸化炭素測定装置

アルコール濃度10y = 0.28 x + 1.0986

データ確認

4

メール通知

2005101520
CO2累積値

253035（L）

図8 酒母のアルコール濃度と二酸化炭素累積値の相関図

ユーザー機能ル濃度（推定値）が10%となります。このように、この近似式により、酒母の一部から発生する二酸化炭素累積

図9 二酸化炭素測定装置に追加したユーザー機能値から酒母のアルコール濃度を推定することができます。
よび装置を開発しました。開発装置には、酒母の発酵状態の推定に加え、発酵室以外の場所でも従事者がリアル6．発酵状態の可視化タイムかつ迅速にその情報を把握する機能があります。
そのため、作業負荷の低減と安定的な発酵管理につなが現状、酒蔵では従事者が定期的に発酵室に行き、酒母ることが期待されます。また、実用化への障壁の1つでの発酵状態を確認しています。従事者が発酵状態をリあるコストを考慮して、いずれも安価に入手できる市販アルタイムに把握するためには、アルコール濃度推定品から開発装置を構成し、ソフトウェアについても無料値を発酵室だけではなく、遠隔地から容易に確認できで利用できるサービスを使用しました。ただし、開発装る仕組みが必要です。

置を実用化するためには、装置製作を行う企業、また、そこで我々は、Google社が提供するクラウドサービ

実証実験に協力していただく酒蔵との連携が必要不可

スを用いて、アルコール濃度推定値をスマートフォン等欠です。今後は、企業や酒蔵と連携し、開発装置の製品で確認する機能と発酵状態をメールで通知する機能を化、さらには県内酒蔵への導入を目指します。なお、本構築しました。Googleスプレッドシート上に二酸化炭開発装置は製造管理を目的として日常的に酒母のアル素濃度の測定値が記録され、同時に、二酸化炭素累積値コール濃度の推移を観察するものであり、国税庁所定分およびアルコール濃度推定値が算出され記録されます。

析法に代わるものではないことに留意が必要です。

また、グラフも表示され、いずれもリアルタイムで更新

本研究は令和元年度から令和5年度まで文部科学省されます。さらに、把握したいアルコール濃度およびメー特別電源所在県科学技術振興事業「次世代型生酛系酒

ルアドレスを事前にGoogleスプレッドシート上に入力

母を利用した日本酒とその他の食品への応用に関するしておくことで、アルコール濃度推定値が設定した濃度研究開発」の一環として実施したものです。に達した際に、メールでその状況が通知されます。これ
らの機能を二酸化炭素測定装置に加えました（図9）。

7．まとめ
本研究では、リアルタイムでの発酵状態の把握が困難であった酒母造りに対して、アルコールセンサを使用せずに、副産物として生成される二酸化炭素を測定することでアルコール濃度をリアルタイムに推定する手法お28

JUNE 2024 JIR NEWS

［参考文献］
1） 国税庁：清酒製造業の概況
2 ） 日本酒造杜氏組合連合会：組合会員数の推移
3 ） 国税庁：酒類製造業及び酒類卸売業の概況（令和 5年アンケート）4 ） 勝田 英紀（ 2018 ）：日本酒輸出のメリット、近畿大学経営学部商経学叢、64 巻、3 号、pp.667- 685 ．
5 ） 宮井 孝一、萱島 昭二（ 1969 ）：Ⅲ酒母、日本釀 造
協會雜誌、64 巻、5 号、pp.435 - 439 ．
6 ） 国税庁編：国税庁所定分析法（昭和 36 年 1月11日
国税庁訓令第 1号、最終改正令 4 国税庁訓令第 8 号）
＜ご照会先＞

isikawat@itic.pref.ibaraki.jp