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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2024-04-26
(45)【発行日】2024-05-09
(54)【発明の名称】発酵管理方法
(51)【国際特許分類】
G01N 27/622 20210101AFI20240430BHJP
【ＦＩ】
G01N27/622
【請求項の数】
10
(21)【出願番号】P 2020142692
(22)【出願日】2020-08-26
(65)【公開番号】P2022038278
(43)【公開日】2022-03-10
【審査請求日】2023-03-22
(73)【特許権者】
【識別番号】000005049
【氏名又は名称】シャープ株式会社
(73)【特許権者】
【識別番号】500433225
【氏名又は名称】学校法人中部大学
(74)【代理人】
【識別番号】100103034
【弁理士】
【氏名又は名称】野河 信久
(74)【代理人】
【識別番号】100065248
【弁理士】
【氏名又は名称】野河 信太郎
(74)【代理人】
【識別番号】100159385
【弁理士】
【氏名又は名称】甲斐 伸二
(74)【代理人】
【識別番号】100163407
【弁理士】
【氏名又は名称】金子 裕輔
(74)【代理人】
【識別番号】100166936
【弁理士】
【氏名又は名称】稲本 潔
(74)【代理人】
【識別番号】100174883
【弁理士】
【氏名又は名称】冨田 雅己
(72)【発明者】
【氏名】鴻丸 翔平
(72)【発明者】
【氏名】松尾 俊輔
(72)【発明者】
【氏名】森谷 正三
(72)【発明者】
【氏名】新川 幸治
(72)【発明者】
【氏名】岩松 正
(72)【発明者】
【氏名】根岸 晴夫
【審査官】吉田 将志
(56)【参考文献】
【文献】特開２０１９－１８６１９０（ＪＰ，Ａ）
【文献】特表平１０－５１０６２３（ＪＰ，Ａ）
【文献】実開昭６０－１７９９５６（ＪＰ，Ｕ）
【文献】特表平０５－５０５８７９（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開昭６３－２７９５５５（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｇ０１Ｎ ２７／６０ － Ｇ０１Ｎ ２７／７０
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
発酵食品の発酵に伴い産生される有機酸を含む気体をサンプリングするサンプリングステップと、イオン移動度分析によりサンプリングした気体を分析する分析ステップと、
前記分析ステップで得られたＩＭＳスペクトルのピーク強度、ピーク面積及びピーク出現のうち少なくとも１つに基づき発酵の調整、発酵の停止、発酵物の混ぜ合わせ、発酵物への材料もしくは添加物の添加、発酵物の温度調節、発酵物の攪拌調節、発酵物への火入れ、澱引き及び発酵物のろ過のうち少なくとも１つを行う操作ステップとを含み、
前記分析ステップは、電子放出素子から放出される電子を利用して、発酵に伴い産生される有機酸をイオン化して分析するステップであり、
前記操作ステップは、前記分析ステップで得られたＩＭＳスペクトルのピーク強度、ピーク面積又はピーク出現を、発酵物の発酵状態とＩＭＳスペクトルとの関係に関する予め計測した計測データと比較して操作タイミングを決めるステップを含み、
前記計測データは、ＩＭＳスペクトルの有機酸のピーク強度の変化と、発酵食品の発酵に伴うｐＨの変化との相関関係を示すデータであることを特徴とする発酵食品の発酵管理方法。
【請求項2】
前記発酵食品は、乳酸菌飲料、ヨーグルト（発酵乳）、チーズ、醤油又は納豆である請求項１に記載の発酵管理方法。
【請求項3】
前記発酵は、嫌気性発酵を含む請求項１又は２に記載の発酵管理方法。
【請求項4】
前記サンプリングステップは、発酵物用容器中の気体をサンプリングするステップである請求項１～３のいずれか１つに記載の発酵管理方法。
【請求項5】
前記発酵物用容器中の発酵物を除去し前記発酵物用容器中に洗浄用液体を入れるステップと、前記洗浄用液体を入れた前記発酵物用容器のヘッドスペースの気体を前記イオン移動度分析のための分析装置内に流すステップとを含む請求項４に記載の発酵管理方法。
【請求項6】
前記発酵物用容器中の発酵物を除去し前記発酵物用容器を洗浄する洗浄ステップと、前記洗浄ステップ後に行う洗浄バリデーションステップとを含み、前記洗浄バリデーションステップは、洗浄後の前記発酵物用容器の内部の気体をイオン移動度分析により分析し残留発酵物に起因するピーク強度若しくはピーク面積又は残留洗浄剤に起因するピーク強度若しくはピーク面積が残留許容値以下であることを確認するステップである請求項４又は５に記載の発酵管理方法。
【請求項7】
前記電子放出素子は、下部電極、表面電極及び前記下部電極と前記表面電極との間に配置された中間層を有し、かつ、前記下部電極と前記表面電極との間に電圧を印加することにより電子を放出するように設けられた請求項１～６のいずれか１つに記載の発酵管理方法。
【請求項8】
前記中間層の厚さは、０．５μｍ以上２μｍ以下であり、前記分析ステップにおいて前記下部電極と前記表面電極との間に印加する電圧は８Ｖ以上１６Ｖ以下である請求項７に記載の発酵管理方法。
【請求項9】
前記分析ステップにおいてＩＭＳスペクトルに基づき前記下部電極と前記表面電極との間に印加する電圧を調節する請求項７又は８に記載の発酵管理方法。
【請求項10】
加湿空気を分析することにより得られるＩＭＳスペクトルに基づき前記下部電極と前記表面電極との間に印加する電圧を調節するステップをさらに含む請求項７～９のいずれか１つに記載の発酵管理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、発酵管理方法に関する。
【背景技術】
【0002】
乳酸菌飲料、ヨーグルト、チーズ、酒、醤油、納豆など様々な食品が発酵を利用して作られている。発酵では、微生物がうま味成分、酸味成分、甘味成分、香り成分などを産生する。従って、発酵食品の品質のバラツキを少なくするためには、発酵状態を適切に見極め、適切な発酵管理を行う必要がある。具体的には、温度調節、発酵の停止のタイミング、材料投入のタイミング、添加物投入のタイミング、攪拌調節、火入れのタイミング、澱引きのタイミングなどが重要である。
発酵乳や乳酸菌飲料などの発酵食品のインラインにおける発酵管理方法としては、ｐＨ電極による水素イオン濃度測定が知られている（例えば、特許文献１参照）。
また、放射性イオン源を利用したイオン移動度分析により発酵物を測定する方法が知られている（例えば、特許文献２参照）。
発酵乳や乳酸菌飲料などの発酵食品のインラインにおける発酵管理方法としては、ｐＨ電極による水素イオン濃度測定が知られている（例えば、特許文献１参照）。
また、放射性イオン源を利用したイオン移動度分析により発酵物を測定する方法が知られている（例えば、特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【文献】特開平１１－３４１９４７号公報
【文献】特表平１０－５１０６２３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
ｐＨ電極による水素イオン濃度測定による発酵管理は、ｐＨ電極の破損リスクがある他、較正が困難といった課題がある。また、水素イオン濃度測定では、様々な酸から解離した水素イオンの合計しかわからない。また、放射性イオン源を利用したイオン移動度分析は、放射線源の管理の煩雑さやイオン量の少なさが課題である。
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、発酵物の品質のバラツキを少なくすることができる発酵管理方法を提供する。
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、発酵物の品質のバラツキを少なくすることができる発酵管理方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【0005】
本発明は、発酵に伴い産生される物質を含む気体をサンプリングするサンプリングステップと、イオン移動度分析（Ion Mobility Spectrometry、ＩＭＳ）によりサンプリングした気体を分析する分析ステップと、前記分析ステップで得られたＩＭＳスペクトルのピーク強度、ピーク面積及びピーク出現のうち少なくとも１つに基づき発酵の調整、発酵の停止、発酵物の混ぜ合わせ、発酵物への材料もしくは添加物の添加、発酵物の温度調節、発酵物の攪拌調節、発酵物への火入れ、澱引き及び発酵物のろ過のうち少なくとも１つを行う操作ステップとを含み、前記分析ステップは、電子放出素子から放出される電子を利用して、発酵に伴い産生される物質をイオン化して分析するステップであることを特徴とする発酵管理方法を提供する。
【発明の効果】
【0006】
サンプリングステップでは、発酵に伴い産生される物質を含む気体をサンプリングする。このため、発酵物用容器のヘッドスペースの気体などの分析結果を利用して発酵を管理することができ、発酵管理を迅速かつ簡単に行うことができる。また、液状の発酵物であってもペースト状の発酵物であっても固体状の発酵物であっても発酵管理を行うことができる。また、発酵物中に異物が混入するリスクを低減することができる。
分析ステップでは、電子放出素子を利用したイオン移動度分析によりサンプリングした気体を分析する。このため、発酵に伴い産生される物質を含む気体を簡単かつ連続的に分析することが可能になり、ＩＭＳスペクトルのピーク強度又はピーク面積の変化をモニタリングすることにより発酵に伴い産生される物質の量の変化を知ることができる。また、発酵に伴い産生される物質の単体での量の変化を測定することが可能になる。具体的には、分析ステップでは、発酵に伴い産生されるそれぞれの酸の量の変化を測定することができる。また、ジアセチルやアセトアルデヒドなどの味に関与する香気成分の量の変化も測定可能である。また、電子放出素子を用いることにより分析装置内のイオン量を増やすことができ、ＩＭＳの検出感度を向上させることができる。
操作ステップでは、ＩＭＳスペクトルのピーク強度、ピーク面積又はピーク出現に基づき発酵の調整、発酵の停止などを行う。このため、発酵の調整、発酵の停止などを適切なタイミングで迅速に行うことができ、発酵物の品質のバラツキを少なくすることができる。
分析ステップでは、電子放出素子を利用したイオン移動度分析によりサンプリングした気体を分析する。このため、発酵に伴い産生される物質を含む気体を簡単かつ連続的に分析することが可能になり、ＩＭＳスペクトルのピーク強度又はピーク面積の変化をモニタリングすることにより発酵に伴い産生される物質の量の変化を知ることができる。また、発酵に伴い産生される物質の単体での量の変化を測定することが可能になる。具体的には、分析ステップでは、発酵に伴い産生されるそれぞれの酸の量の変化を測定することができる。また、ジアセチルやアセトアルデヒドなどの味に関与する香気成分の量の変化も測定可能である。また、電子放出素子を用いることにより分析装置内のイオン量を増やすことができ、ＩＭＳの検出感度を向上させることができる。
操作ステップでは、ＩＭＳスペクトルのピーク強度、ピーク面積又はピーク出現に基づき発酵の調整、発酵の停止などを行う。このため、発酵の調整、発酵の停止などを適切なタイミングで迅速に行うことができ、発酵物の品質のバラツキを少なくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【0007】
【図1】本発明の一実施形態の発酵管理方法に用いる発酵物用容器及びイオン移動度分析装置の概略断面図である。
【図2】電子放出素子及び対向電極の概略断面図である。
【図3】加湿空気を分析することにより得られたＩＭＳスペクトルである。
【図4】ヨーグルトの発酵に伴い産生される物質を含む気体を分析することにより得られたＩＭＳスペクトルである。
【図5】ロットＡ、ロットＢ又は調合したものの産生物質を含む気体を分析することにより得られたＩＭＳスペクトルである。
【図6】通常時及び異常時のＩＭＳスペクトルである。
【図7】発酵開始後１時間、２時間、３時間におけるＩＭＳスペクトルである。
【図8】発酵中におけるヨーグルトのｐＨの変化と有機酸のピークのＩＭＳ強度の変化とを示すグラフである。
【図9】素子駆動電圧と、電子放出素子から電子が放出されることにより流れる電流との関係を示すグラフである。
【図10】加湿空気を分析することにより得られるＩＭＳスペクトルである。
【発明を実施するための形態】
【0008】
本発明の発酵管理方法は、発酵に伴い産生される物質を含む気体をサンプリングするサンプリングステップと、イオン移動度分析によりサンプリングした気体を分析する分析ステップと、前記分析ステップで得られたＩＭＳスペクトルのピーク強度、ピーク面積及びピーク出現のうち少なくとも１つに基づき発酵の調整、発酵の停止、発酵物の混ぜ合わせ、発酵物への材料もしくは添加物の添加、発酵物の温度調節、発酵物の攪拌調節、発酵物への火入れ、澱引き及び発酵物のろ過のうち少なくとも１つを行う操作ステップとを含み、前記分析ステップは、電子放出素子から放出される電子を利用して、発酵に伴い産生される物質をイオン化して分析するステップであることを特徴とする。
【0009】
前記操作ステップは、前記分析ステップで得られたＩＭＳスペクトルのピーク強度、ピーク面積又はピーク出現を、発酵物の発酵状態とＩＭＳスペクトルとの関係に関する予め計測した計測データと比較して操作タイミングを決めるステップを含むことが好ましい。このことにより、適切なタイミングで処理を行うことができ発酵物を適切に管理することができる。
前記発酵には、嫌気性発酵が含まれており、このことにより、嫌気性発酵を適切に管理することができる。
前記サンプリングステップは、発酵物用容器中の気体をサンプリングするステップであることが好ましい。このことにより、発酵に伴い産生される物質を容易にサンプリングすることができる。
前記発酵には、嫌気性発酵が含まれており、このことにより、嫌気性発酵を適切に管理することができる。
前記サンプリングステップは、発酵物用容器中の気体をサンプリングするステップであることが好ましい。このことにより、発酵に伴い産生される物質を容易にサンプリングすることができる。
【0010】
本発明の発酵管理方法は、発酵物用容器中の発酵物を除去し発酵物用容器中に洗浄用液体を入れるステップと、洗浄用液体を入れた発酵物用容器のヘッドスペースの気体をイオン移動度分析のための分析装置内に流すステップとを含むことが好ましい。このことにより、配管、電子放出素子、反応室に吸着したガスを除去することができ、イオン移動度分析の分析精度を向上させることができる。
本発明の発酵管理方法は、発酵物用容器中の発酵物を除去し発酵物用容器を洗浄する洗浄ステップと、洗浄ステップ後に行う洗浄バリデーションステップとを含むことが好ましい。洗浄バリデーションステップは、洗浄後の発酵物用容器の内部の気体をイオン移動度分析により分析し残留発酵物に起因するピーク強度若しくはピーク面積又は残留洗浄剤に起因するピーク強度若しくはピーク面積が残留許容値以下であることを確認するステップである。このことにより、発酵物用容器に残留した発酵物や洗浄剤が製品の品質に影響を与えることを抑制することができる。
本発明の発酵管理方法は、発酵物用容器中の発酵物を除去し発酵物用容器を洗浄する洗浄ステップと、洗浄ステップ後に行う洗浄バリデーションステップとを含むことが好ましい。洗浄バリデーションステップは、洗浄後の発酵物用容器の内部の気体をイオン移動度分析により分析し残留発酵物に起因するピーク強度若しくはピーク面積又は残留洗浄剤に起因するピーク強度若しくはピーク面積が残留許容値以下であることを確認するステップである。このことにより、発酵物用容器に残留した発酵物や洗浄剤が製品の品質に影響を与えることを抑制することができる。
【0011】
前記電子放出素子は、下部電極、表面電極及び下部電極と表面電極との間に配置された中間層を有し、かつ、下部電極と表面電極との間に電圧を印加することにより電子を放出するように設けられることが好ましい。このことにより、イオン移動度分析装置の反応室において生成するイオンの量を増やすことができ、分析精度を向上させることができる。
前記中間層の厚さは、０．５μｍ以上２μｍ以下であることが好ましく、前記分析ステップにおいて下部電極と表面電極との間に印加する電圧は８Ｖ以上１６Ｖ以下であることが好ましい。このことにより、イオン移動度分析の分析精度を向上させることができる。
前記中間層の厚さは、０．５μｍ以上２μｍ以下であることが好ましく、前記分析ステップにおいて下部電極と表面電極との間に印加する電圧は８Ｖ以上１６Ｖ以下であることが好ましい。このことにより、イオン移動度分析の分析精度を向上させることができる。
【0012】
前記分析ステップにおいてＩＭＳスペクトルに基づき下部電極と表面電極との間に印加する電圧を調節することが好ましい。このようなフィードバック制御で電子放出素子から放出される電子によって生成されるイオン量を一定に保つことができ、定量的な測定を行うことができる。
本発明の発酵管理方法は、加湿空気を分析することにより得られるＩＭＳスペクトルに基づき下部電極と表面電極との間に印加する電圧を調節するステップを含むことが好ましい。このことにより、電子放出素子から放出される電子によって生成されるイオン量を一定に保つことができる。
本発明の発酵管理方法は、加湿空気を分析することにより得られるＩＭＳスペクトルに基づき下部電極と表面電極との間に印加する電圧を調節するステップを含むことが好ましい。このことにより、電子放出素子から放出される電子によって生成されるイオン量を一定に保つことができる。
【0013】
以下、複数の実施形態を参照して本発明をより詳細に説明する。図面や以下の記述中で示す構成は、例示であって、本発明の範囲は、図面や以下の記述中で示すものに限定されない。
【0014】
第１実施形態
図１は、本実施形態の発酵管理方法に用いる発酵物用容器及びイオン移動度分析装置の概略断面図である。
本実施形態の発酵管理方法は、発酵に伴い産生される物質を含む気体をサンプリングするサンプリングステップと、イオン移動度分析によりサンプリングした気体を分析する分析ステップと、前記分析ステップで得られたＩＭＳスペクトルのピーク強度、ピーク面積及びピーク出現のうち少なくとも１つに基づき発酵の調整、発酵の停止、発酵物３の混ぜ合わせ、発酵物３への材料もしくは添加物の添加、発酵物３の温度調節、発酵物３の攪拌調節、発酵物３への火入れ、澱引き及び発酵物３のろ過のうち少なくとも１つを行う操作ステップとを含み、前記分析ステップは、電子放出素子４から放出される電子を利用して、発酵に伴い産生される物質をイオン化して分析するステップであることを特徴とする。
図１は、本実施形態の発酵管理方法に用いる発酵物用容器及びイオン移動度分析装置の概略断面図である。
本実施形態の発酵管理方法は、発酵に伴い産生される物質を含む気体をサンプリングするサンプリングステップと、イオン移動度分析によりサンプリングした気体を分析する分析ステップと、前記分析ステップで得られたＩＭＳスペクトルのピーク強度、ピーク面積及びピーク出現のうち少なくとも１つに基づき発酵の調整、発酵の停止、発酵物３の混ぜ合わせ、発酵物３への材料もしくは添加物の添加、発酵物３の温度調節、発酵物３の攪拌調節、発酵物３への火入れ、澱引き及び発酵物３のろ過のうち少なくとも１つを行う操作ステップとを含み、前記分析ステップは、電子放出素子４から放出される電子を利用して、発酵に伴い産生される物質をイオン化して分析するステップであることを特徴とする。
【0015】
本実施形態の発酵管理方法は、発酵物３の生産又は発酵法において、発酵の調整、発酵の停止、発酵物３の混ぜ合わせ、発酵物３への材料もしくは添加物の添加、発酵物３の温度調節、発酵物３の攪拌調節、発酵物３への火入れ、澱引き又は発酵物３のろ過を適切なタイミングで行うための方法である。発酵管理方法は、嫌気性発酵を管理する方法であってもよく、好気性発酵を管理する方法であってもよい。
発酵物３は、例えば、乳酸菌飲料、ヨーグルト（発酵乳）、チーズ、酒、醤油、納豆などの発酵食品などである。また、発酵法は、例えば、アミノ酸、ビタミン、抗生物質、酵素、バイオエタノールなどの生産で用いられている。
発酵物３は、例えば、乳酸菌飲料、ヨーグルト（発酵乳）、チーズ、酒、醤油、納豆などの発酵食品などである。また、発酵法は、例えば、アミノ酸、ビタミン、抗生物質、酵素、バイオエタノールなどの生産で用いられている。
【0016】
発酵では、微生物がうま味成分、酸味成分、甘味成分、香り成分、有益物質などを産生する。これらの産生物質（有機物質）の一部は蒸発又は揮発し、気体として発酵物３から放出される。産生物質の量や種類は発酵物３の発酵状態によって変化するため、気体として放出された産生物質を分析することにより発酵物３の発酵状態を調べることができる。
【0017】
サンプリングステップでは、発酵に伴い産生される物質（産生物質）を含む気体をサンプリングする。発酵物３から放出された産生物質は、通常、発酵物用容器２のヘッドスペース９に溜まるため、サンプリングステップでは、発酵物用容器２のヘッドスペース９の気体をサンプリングすることができる。発酵物用容器２は、例えば、発酵物用タンク、発酵物用樽などである。発酵物用タンクは、密閉構造を有するタンクであってもよく、蓋で覆われたタンクであってもよい。また、サンプリングステップでは、納豆やチーズなどの発酵室中の気体をサンプリングするステップであってもよい。また、サンプリングステップは、発酵に伴い産生される物質を含む気体（試料ガス）を連続的にサンプリングしてイオン移動度分析装置３０に供給するステップであってもよく、発酵に伴い産生される物質を含む気体を測定間隔を空けて（例えば、３分ごと）サンプリングしてイオン移動度分析装置３０に供給するステップであってもよい。
【0018】
発酵物用容器２が密閉構造を有する場合、例えば、発酵物用容器２のヘッドスペース９にキャリアガスが流入する流入口と、ヘッドスペース９からキャリアガスと産生物質が流出する流出口とを設けることができる。サンプリングステップでは、この流出口から流出した気体（キャリアガス＋産生物質）をイオン移動度分析装置３０に供給することができる。このことにより、ヘッドスペース９の産生物質をサンプリングしてイオン移動度分析装置３０で繰り返し分析することができる。キャリアガスは、空気、又はフィルターを通した清純な空気であることが好ましい。
また、サンプリングステップでは、サンプリングポンプやファンを用いて発酵物用容器２中又は発酵室中の気体を吸引してイオン移動度分析装置３０に供給してもよい。
また、イオン移動度分析装置３０に供給する気体の湿度は５％以上が好ましい。このことによりイオン移動度分析装置３０の反応室２１の湿度を５％以上とすることができ、イオン源である電子放出素子４の電子放出量を多くすることができる。
また、サンプリングステップでは、サンプリングポンプやファンを用いて発酵物用容器２中又は発酵室中の気体を吸引してイオン移動度分析装置３０に供給してもよい。
また、イオン移動度分析装置３０に供給する気体の湿度は５％以上が好ましい。このことによりイオン移動度分析装置３０の反応室２１の湿度を５％以上とすることができ、イオン源である電子放出素子４の電子放出量を多くすることができる。
【0019】
分析ステップでは、イオン移動度分析装置３０を用いて、サンプリングステップでサンプリングした産生物質を分析する。分析ステップで用いるイオン移動度分析装置３０は、ドリフトチューブ方式ＩＭＳで分析する装置であってもよく、フィールド非対称方式ＩＭＳ（ＦＡＩＭＳ）で分析する装置であってもよい。本実施形態では、ドリフトチューブ方式ＩＭＳで分析する装置について説明する。
イオン移動度分析装置３０はイオン源として電子放出素子４を有し、イオン移動度分析では、電子放出素子４から放出される電子を利用してサンプリングした産生物質をイオン化する。また、イオン移動度分析装置３０は、制御部２５により制御される。また、制御部２５は、バルブ１７ａやサンプリングポンプなどを制御し、サンプリングステップで気体をサンプリングするタイミングを制御してもよい。制御部２５は、例えば、ＣＰＵ、メモリ、タイマー、入出力ポートなどを有するマイクロコントローラを含むことができる。また、制御部２５は、電源部２６、報知部２７などを含むことができる。また、制御部２５は、電子放出素子４の電子放出及びゲート電極１３の電気的な開閉を制御するように設けられる。
イオン移動度分析装置３０はイオン源として電子放出素子４を有し、イオン移動度分析では、電子放出素子４から放出される電子を利用してサンプリングした産生物質をイオン化する。また、イオン移動度分析装置３０は、制御部２５により制御される。また、制御部２５は、バルブ１７ａやサンプリングポンプなどを制御し、サンプリングステップで気体をサンプリングするタイミングを制御してもよい。制御部２５は、例えば、ＣＰＵ、メモリ、タイマー、入出力ポートなどを有するマイクロコントローラを含むことができる。また、制御部２５は、電源部２６、報知部２７などを含むことができる。また、制御部２５は、電子放出素子４の電子放出及びゲート電極１３の電気的な開閉を制御するように設けられる。
【0020】
イオン移動度分析装置３０は、サンプリングステップでサンプリングした産生物質をイオン化するための反応室２１（電子放出素子４とゲート電極１３との間）と、反応室２１で生成されたイオン（負イオン）をイオン検出器１６に向けて移動させ分離するためのドリフト領域２２（ゲート電極１３とイオン検出器１６との間）とを有する。ドリフト領域２２は複数の環状の分離電極１４ａ～１４ｈにより電位勾配（電場）が形成される領域であり、イオンはこの電位勾配によりゲート電極１３からイオン検出器１６に向けて移動する。
反応室２１とドリフト領域２２とは、ゲート電極１３（格子電極）により仕切られる。また、反応室２１のゲート電極１３と逆の端には、表面電極７が反応室２１側となるように電子放出素子４が配置される。このため、ゲート電極１３は、電子放出素子４の対向電極８として機能する。また、ドリフト領域２２のゲート電極１３と逆の端には、イオン検出器１６が配置される。
反応室２１とドリフト領域２２とは、ゲート電極１３（格子電極）により仕切られる。また、反応室２１のゲート電極１３と逆の端には、表面電極７が反応室２１側となるように電子放出素子４が配置される。このため、ゲート電極１３は、電子放出素子４の対向電極８として機能する。また、ドリフト領域２２のゲート電極１３と逆の端には、イオン検出器１６が配置される。
【0021】
サンプリングステップでサンプリングした産生物質が試料入口からキャリアガスともに反応室２１に入ると、産生物質は、電子放出素子４とゲート電極１３との間の反応室２１を通り、電子放出素子４から放出された電子に起因する電荷によりイオン化される。キャリアガスとイオン化されていないガス等はドリフトガスとともに反応室２１の側面に配置されている排気口を通って排気される。
また、イオン検出器１６側のドリフトガス入口から、乾燥ガス等の不純物を取り除いたドリフトガスがイオン移動度分析装置３０の筐体１２内に導入され、ドリフト領域２２をイオン検出器１６側からゲート電極１３側に向かって流れ、反応室２１に流入しキャリアガスともに排気口から排気される。ドリフトガスは乾燥窒素、あるいは、乾燥剤を通した空気であることが好ましい。また、ドリフトガスの不純物を削減するために、ドリフトガスを導入前にフィルターを通すことが好ましい。
また、イオン検出器１６側のドリフトガス入口から、乾燥ガス等の不純物を取り除いたドリフトガスがイオン移動度分析装置３０の筐体１２内に導入され、ドリフト領域２２をイオン検出器１６側からゲート電極１３側に向かって流れ、反応室２１に流入しキャリアガスともに排気口から排気される。ドリフトガスは乾燥窒素、あるいは、乾燥剤を通した空気であることが好ましい。また、ドリフトガスの不純物を削減するために、ドリフトガスを導入前にフィルターを通すことが好ましい。
【0022】
電子放出素子４は、表面電極７から電子を放出するように設けられた素子であり、大気中で放出された電子により直接的又は間接的に、産生物質をイオン化しイオンを生成するための素子である。
電子放出素子４は、下部電極５と、表面電極７と、下部電極５と表面電極７との間に配置された中間層６とを有する。
電子放出素子４は、下部電極５と、表面電極７と、下部電極５と表面電極７との間に配置された中間層６とを有する。
【0023】
表面電極７は、電子放出素子４の表面に位置する電極である。表面電極７は、好ましくは１０ｎｍ以上１００ｎｍ以下の厚さを有することができる。また、表面電極７の材質は、例えば、金又は白金である。また、表面電極７は、複数の金属層から構成されてもよい。
下部電極５は、中間層６を介して表面電極７と対向する電極である。下部電極５は、金属板であってもよく、絶縁性基板上もしくはフィルム上に形成した金属層又は導電体層であってもよい。また、下部電極５が金属板からなる場合、この金属板は電子放出素子４の基板であってもよい。下部電極５の材質は、例えば、アルミニウム、ステンレス鋼、ニッケルなどである。下部電極５の厚さは、例えば２００μｍ以上１ｍｍ以下である。
下部電極５は、中間層６を介して表面電極７と対向する電極である。下部電極５は、金属板であってもよく、絶縁性基板上もしくはフィルム上に形成した金属層又は導電体層であってもよい。また、下部電極５が金属板からなる場合、この金属板は電子放出素子４の基板であってもよい。下部電極５の材質は、例えば、アルミニウム、ステンレス鋼、ニッケルなどである。下部電極５の厚さは、例えば２００μｍ以上１ｍｍ以下である。
【0024】
中間層６は、表面電極７と下部電極５とに電圧を印加することにより形成される電界により電子が流れる層である。中間層６は、半導電性を有することができる。中間層６は、絶縁性樹脂、絶縁性微粒子、金属酸化物のうち少なくとも１つを含むことができる。また、中間層６は銀微粒子などの金属微粒子を含むことが好ましい。中間層６の厚さは、例えば、０．５μｍ以上２．０μｍ以下とすることができる。
【0025】
表面電極７及び下部電極５はそれぞれ制御部２５と電気的に接続することができる。制御部２５の電源部２６を用いて下部電極５と表面電極７との間に電圧を印加することにより、中間層６に電流が流れ、中間層６を流れた電子が表面電極７を通過し反応室２１へ放出される。電子放出素子４から電子を放出させるために下部電極５と表面電極７との間に印加する電圧は、例えば８Ｖ以上１６Ｖ以下とすることができる。
【0026】
電子放出素子４から大気圧の反応室２１へ放出された電子は、電子付着によりガス分子（例えば、酸素分子、水分子、産生物質など）を負イオン化する。反応室２１中（空気＋産生物質）に微量の産生物質が存在する場合、産生物質が直接イオン化されることは稀であり、ほとんどの産生物質は空気のイオン（例えば、酸素分子、水分子など）を介して間接的にイオン化される。生成された負イオンは、表面電極７よりも高い電圧に設定されたゲート電極１３（対向電極８）に向かって誘導される。空気中で負イオンを生成する場合、数ｅＶのエネルギーを持った電子を放出することで電子付着が起こり、負イオンを生成することができる。
例えば、制御部２５は、図２のように、下部電極５、表面電極７及び対向電極８（ゲート電極１３）に電圧を印加することができる。
例えば、制御部２５は、図２のように、下部電極５、表面電極７及び対向電極８（ゲート電極１３）に電圧を印加することができる。
【0027】
ゲート電極１３は、反応室２１とドリフト領域２２とを仕切る電極であり、反応室２１において生成した負イオンのドリフト領域２２への注入を負イオンとゲート電極１３との静電相互作用を利用して制御する電極である。また、ゲート電極１３は、電子放出素子４の対向電極８（誘導電極）としても機能する。
ゲート電極１３は、リング状電極であってもよく、グリッド電極であってもよく、リング状電極の開口にグリッド電極を設けた電極であってもよい。ゲート電極１３は、好ましくはグリッド電極である。ゲート電極１３は、ドリフト領域２２に電位勾配（電場）を形成する複数の環状の分離電極１４ａ～１４ｈと共に一列に並べて配置することができる。ゲート電極１３は制御部２５と電気的に接続することができ、制御部２５は、ゲート電極１３の電位を変化させてゲート電極１３のオープン状態とクローズ状態とを切り替えることができるようにゲート電極１３の電位を制御する。
ゲート電極１３は、リング状電極であってもよく、グリッド電極であってもよく、リング状電極の開口にグリッド電極を設けた電極であってもよい。ゲート電極１３は、好ましくはグリッド電極である。ゲート電極１３は、ドリフト領域２２に電位勾配（電場）を形成する複数の環状の分離電極１４ａ～１４ｈと共に一列に並べて配置することができる。ゲート電極１３は制御部２５と電気的に接続することができ、制御部２５は、ゲート電極１３の電位を変化させてゲート電極１３のオープン状態とクローズ状態とを切り替えることができるようにゲート電極１３の電位を制御する。
【0028】
例えば、ゲート電極１３の電位が小さい場合、反応室２１の負イオンは、静電相互作用によりゲート電極１３に近づくことができず（負イオンにはゲート電極１３から反発する向きの力が働く）、ゲート電極１３を通過することはできない。このため、ゲート電極１３はクローズ（低電位側クローズ）となる。
例えば、ゲート電極１３の電位が大きい場合、反応室２１の負イオンは、ゲート電極１３に吸い寄せられるように移動し接触することで、負イオンの電荷がゲート電極１３へと移動し負イオンが中性化する。このため、負イオンはゲート電極１３を通過することができず、ゲート電極１３はクローズ（高電位側クローズ）となる。
例えば、ゲート電極１３の電位が低電位側クローズと高電位側クローズの中間である場合、反応室２１の負イオンはゲート電極１３を通過することができ、ゲート電極１３はオープンとなる。
例えば、ゲート電極１３の電位が大きい場合、反応室２１の負イオンは、ゲート電極１３に吸い寄せられるように移動し接触することで、負イオンの電荷がゲート電極１３へと移動し負イオンが中性化する。このため、負イオンはゲート電極１３を通過することができず、ゲート電極１３はクローズ（高電位側クローズ）となる。
例えば、ゲート電極１３の電位が低電位側クローズと高電位側クローズの中間である場合、反応室２１の負イオンはゲート電極１３を通過することができ、ゲート電極１３はオープンとなる。
【0029】
制御部２５を用いて、ゲート電極１３が高電位側クローズ→オープン→低電位側クローズと瞬間的に変化するように、又はゲート電極１３が低電位側クローズ→オープン→高電位側クローズと瞬間的に変化するように、ゲート電極１３の電位を変化させると、ゲート電極１３をごく短い時間だけオープンとすることができ、反応室２１の負イオンをこの短い時間にだけドリフト領域２２に注入することができる。従って、反応室２１の負イオンを単発パルス状にドリフト領域２２に注入することができる。
【0030】
ゲート電極１３によりドリフト領域２２に注入された負イオンは、分離電極１４ａ～１４ｈにより形成される電位勾配によりドリフト領域２２をイオン検出器１６へと向かって移動し、イオン検出器１６へ到達する。なお、分離電極１４ａ～１４ｈの電位は制御部２５により制御される。
イオン検出器１６へ到達した負イオンは、イオン検出器１６に電荷を受け渡し中性化する。また、イオン検出器１６及び制御部２５は、イオン検出器１６が電荷を受け取ることにより生じる電流を測定し、ＩＭＳスペクトルとして出力する。具体的には、ゲート電極１３を瞬間的にオープンにしてからイオンがイオン検出器１６に到達するまでのイオンの飛行時間を横軸に、信号強度（電流量）を縦軸にプロットすることによりイオン移動度スペクトル（ＩＭＳスペクトル）が得られる。
イオン検出器１６へ到達した負イオンは、イオン検出器１６に電荷を受け渡し中性化する。また、イオン検出器１６及び制御部２５は、イオン検出器１６が電荷を受け取ることにより生じる電流を測定し、ＩＭＳスペクトルとして出力する。具体的には、ゲート電極１３を瞬間的にオープンにしてからイオンがイオン検出器１６に到達するまでのイオンの飛行時間を横軸に、信号強度（電流量）を縦軸にプロットすることによりイオン移動度スペクトル（ＩＭＳスペクトル）が得られる。
【0031】
ドリフト領域２２においてイオン検出器１６からゲート電極１３に向かって流れるドリフトガスは、ゲート電極１３からイオン検出器１６へと向かって移動する負イオンの抵抗となる。この抵抗の大きさ（イオンの移動度）はイオン種により異なる。一般的に移動度はイオンの衝突断面積に反比例するため、イオンの衝突断面積が大きいほどイオンがイオン検出器１６に到達するためにかかる時間が長くなる。従って、ゲート電極１３によりドリフト領域２２に注入されてからイオン検出器１６へと到達するまでの時間（移動時間、ピーク位置）が負イオンのイオン種により異なる。このため、ゲート電極１３からドリフト領域２２に注入された複数種の負イオンは、ドリフト領域２２を移動する間に分離され、時間差でイオン検出器１６へ到達する。
【0032】
ＩＭＳスペクトルはイオン検出器１６に到達したイオン量に対応するため、ＩＭＳスペクトルには、各種負イオンに対応するピークが現われる。そして、ピーク位置（移動時間）に基づき、負イオン（産生物質）を特定することが可能になる。また、測定を繰り返すことにより、負イオン（産生物質）の量の変化をモニタリングすることができる。また、ＩＭＳスペクトルに現れるピークのピーク強度（ピーク高さ）又はピーク面積がその産生物質の量に対応する。なお、ＩＭＳスペクトルには、キャリアガスである空気から生成したイオンのピークも現れる。
【0033】
例えば、発酵物がヨーグルト（ビフィズス菌発酵）である場合、種菌であるビフィズス菌を入れた牛乳を発酵物用タンク内において２４時間～４８時間程度発酵温度（例えば、４０℃前後）で維持する。このことにより発酵が進み、ビフィズス菌は牛乳に含まれる糖から乳酸、酢酸などを産生する。また、発酵に伴い香気成分など他の物質も産生する。サンプリングステップにおいて発酵物用タンクのヘッドスペースの気体をサンプリングし、分析ステップにおいて分析を行いＩＭＳスペクトルを得ると、ＩＭＳスペクトルには、キャリアガス成分（酸素分子、水分子など）のピーク、乳酸のピーク、酢酸のピーク、香気成分のピークなどが現われる。
発酵が進むと発酵物３中の産生物質（乳酸、酢酸、香気成分など）の量が増えていくため、発酵中において繰り返しＩＭＳスペクトルを得ると、産生物質のピーク強度（ピーク高さ）やピーク面積が徐々に大きくなっていく。また、発酵が進行するとＩＭＳスペクトルに新たなピークが現われる場合がある。
発酵が進むと発酵物３中の産生物質（乳酸、酢酸、香気成分など）の量が増えていくため、発酵中において繰り返しＩＭＳスペクトルを得ると、産生物質のピーク強度（ピーク高さ）やピーク面積が徐々に大きくなっていく。また、発酵が進行するとＩＭＳスペクトルに新たなピークが現われる場合がある。
【0034】
操作ステップでは、分析ステップで得られたＩＭＳスペクトルのピーク強度、ピーク面積又はピーク出現に基づき発酵の調整、発酵の停止、発酵物３の混ぜ合わせ、発酵物３への材料もしくは添加物の添加、発酵物３の温度調節、発酵物３の攪拌調節、発酵物３への火入れ、澱引き又は発酵物３のろ過を行う。操作ステップで行う操作は、発酵物３の種類や分析ステップで得られたＩＭＳスペクトルにより異なる。操作ステップは、ＩＭＳスペクトルのピーク強度、ピーク面積又はピーク出現に基づき制御部２５が報知部２７を用いて作業者に報知し、作業者が作業することにより行うことができる。また、発酵物３の製造が自動化されている場合、又は発酵物３の製造が部分的に自動化されている場合、制御部２５が製造装置を制御し操作ステップが行われてもよい。
【0035】
ここでは、発酵物３がヨーグルト（ビフィズス菌発酵）であり、操作ステップにおいて発酵の停止を行う場合について説明する。ヨーグルトの発酵ではビフィズス菌が乳酸や酢酸などの有機酸を産生するため、発酵の進行に伴い酸味が徐々に強くなっていく。程よい酸味を有するヨーグルトを作るには、発酵を適切なタイミングで停止させることが重要である。例えば、ヨーグルトを１０℃以下に冷却することにより発酵を停止することができる。
【0036】
発酵の進行に伴い、ヨーグルト中の乳酸の量や酢酸の量が増えていくと、ヨーグルトのｐＨは徐々に小さくなっていく。このため、ｐＨ電極を用いてヨーグルトの発酵状態をモニタリングすることができ、ｐＨに基づいて発酵停止のタイミングを決めることが可能である。しかし、ｐＨ電極は割れやすいため、ｐＨ電極の破損によりヨーグルト中に異物が混入するリスクがある。また、ｐＨ電極の較正が困難である。
また、発酵の進行に伴い、ヨーグルト中の乳酸の量や酢酸の量が増えていくと、分析ステップで得られるＩＭＳスペクトルの乳酸のピーク強度や酢酸のピーク強度は徐々に大きくなっていく。
従って、分析ステップで得られるＩＭＳスペクトルの乳酸や酢酸などの有機酸のピーク強度とヨーグルトのｐＨとの間には相関関係がある。このため、予めこの相関関係を計測した計測データを用いることにより、ＩＭＳスペクトルの乳酸や酢酸などの有機酸のピーク強度からヨーグルトのｐＨを算出することが可能である。
また、発酵の進行に伴い、ヨーグルト中の乳酸の量や酢酸の量が増えていくと、分析ステップで得られるＩＭＳスペクトルの乳酸のピーク強度や酢酸のピーク強度は徐々に大きくなっていく。
従って、分析ステップで得られるＩＭＳスペクトルの乳酸や酢酸などの有機酸のピーク強度とヨーグルトのｐＨとの間には相関関係がある。このため、予めこの相関関係を計測した計測データを用いることにより、ＩＭＳスペクトルの乳酸や酢酸などの有機酸のピーク強度からヨーグルトのｐＨを算出することが可能である。
【0037】
操作ステップでは、分析ステップで得られたＩＭＳスペクトルのピーク強度又はピーク面積を、発酵物の発酵状態とＩＭＳスペクトルとの関係に関する予め計測した計測データと比較して操作タイミングを決めることができる。
例えば、ヨーグルトの発酵における分析ステップで得られるＩＭＳスペクトルの乳酸（基準物質）のピーク強度の変化と、ｐＨ電極を用いて測定されるヨーグルトのｐＨの変化との相関関係を示す計測データを予め計測してもおく。そして、ヨーグルトのｐＨが４．６のときに発酵を停止させたいとき、計測データからｐＨ４．６に対応する乳酸のピーク強度を算出する。この乳酸のピーク強度（回収電流）が５３０ｐＡである場合、ヨーグルトの発酵中において、分析ステップのＩＭＳスペクトルを繰り返し測定すると、乳酸のピーク強度は徐々に大きくなっていき、乳酸のピーク強度が５３０ｐＡに達したときにヨーグルトの発酵を停止させる。
また、発酵が良好に進んでいない場合は、発酵時間に対するＩＭＳスペクトルのピーク強度の割合が変わるため、ピーク強度の推移をモニタリングすることで、早期に発酵の良し悪しを判断することができる。
例えば、ヨーグルトの発酵における分析ステップで得られるＩＭＳスペクトルの乳酸（基準物質）のピーク強度の変化と、ｐＨ電極を用いて測定されるヨーグルトのｐＨの変化との相関関係を示す計測データを予め計測してもおく。そして、ヨーグルトのｐＨが４．６のときに発酵を停止させたいとき、計測データからｐＨ４．６に対応する乳酸のピーク強度を算出する。この乳酸のピーク強度（回収電流）が５３０ｐＡである場合、ヨーグルトの発酵中において、分析ステップのＩＭＳスペクトルを繰り返し測定すると、乳酸のピーク強度は徐々に大きくなっていき、乳酸のピーク強度が５３０ｐＡに達したときにヨーグルトの発酵を停止させる。
また、発酵が良好に進んでいない場合は、発酵時間に対するＩＭＳスペクトルのピーク強度の割合が変わるため、ピーク強度の推移をモニタリングすることで、早期に発酵の良し悪しを判断することができる。
【0038】
このように、発酵に伴い産生される物質を含む気体を分析することにより得られるＩＭＳスペクトルのピーク強度に基づき操作タイミングを決定することにより、発酵の停止などを適切なタイミングで迅速に行うことができ、発酵食品の品質のバラツキを少なくすることができる。また、発酵物３を直接サンプリングすることや、発酵物３中に測定器を挿入することがないため、発酵物３に異物が混入することを抑制することができる。
ここでは、ＩＭＳスペクトルのピーク強度を用いて説明したが、ＩＭＳスペクトルのピーク面積を用いても同様に操作タイミングを決めることができる。
また、ここでは、乳酸のピーク強度を用いて操作タイミングを決定したが、酢酸のピーク強度を用いて操作タイミングを決定してもよい。また、乳酸のピーク強度と酢酸のピーク強度の両方を用いて操作タイミングを決定してもよい。
また、ＩＭＳは移動度を測定原理とするため、異なる物質でも同一の移動度となりピークが重なる場合がある。このような複数の物質が複合したピークであっても、発酵状態との相関が予め確認できておれば、この複合ピークを用いて発酵停止などの操作タイミングを決めることができる。
ここでは、ＩＭＳスペクトルのピーク強度を用いて説明したが、ＩＭＳスペクトルのピーク面積を用いても同様に操作タイミングを決めることができる。
また、ここでは、乳酸のピーク強度を用いて操作タイミングを決定したが、酢酸のピーク強度を用いて操作タイミングを決定してもよい。また、乳酸のピーク強度と酢酸のピーク強度の両方を用いて操作タイミングを決定してもよい。
また、ＩＭＳは移動度を測定原理とするため、異なる物質でも同一の移動度となりピークが重なる場合がある。このような複数の物質が複合したピークであっても、発酵状態との相関が予め確認できておれば、この複合ピークを用いて発酵停止などの操作タイミングを決めることができる。
【0039】
第２実施形態
第２実施形態の発酵管理方法は、発酵物用容器２中の発酵物３を除去し発酵物用容器２中に洗浄用液体を入れるステップと、洗浄用液体を入れた発酵物用容器２のヘッドスペース９の気体をイオン移動度分析装置３０内に流すステップとを含む。これらのステップのように発酵物３の替わりに洗浄用液体を容器に入れてヘッドスペースの気体を分析装置３０内に流すことにより、配管、電子放出素子４、反応室２１に吸着したガスを除去することができる。この結果、イオン移動度分析の分析精度を向上させることができる。
洗浄用液体は、例えば、純水やエタノールなどの吸着物質を溶かしやすい洗浄用の物質である。
第２実施形態の発酵管理方法は、発酵物用容器２中の発酵物３を除去し発酵物用容器２中に洗浄用液体を入れるステップと、洗浄用液体を入れた発酵物用容器２のヘッドスペース９の気体をイオン移動度分析装置３０内に流すステップとを含む。これらのステップのように発酵物３の替わりに洗浄用液体を容器に入れてヘッドスペースの気体を分析装置３０内に流すことにより、配管、電子放出素子４、反応室２１に吸着したガスを除去することができる。この結果、イオン移動度分析の分析精度を向上させることができる。
洗浄用液体は、例えば、純水やエタノールなどの吸着物質を溶かしやすい洗浄用の物質である。
【0040】
洗浄用液体を入れた発酵物用容器２のヘッドスペース９の気体をイオン移動度分析装置３０内に流すステップ中において、制御部２５は、下部電極５と表面電極７との間への電圧印加を停止することが好ましい。電子放出素子４は雰囲気のガス種によって下部電極５と表面電極７との間の電流量（素子内電流）が変わるため、過電流が流れることがある。電圧印加を停止することにより、電子放出素子４に過電流が流れることを抑制することができる。
【0041】
本実施形態の発酵管理方法は、洗浄用液体を入れた発酵物用容器２のヘッドスペース９の気体をイオン移動度分析装置３０内に流すステップの後、発酵物用容器２内の洗浄用液体を取り除くステップと、キャリアガスのみをイオン移動度分析装置３０内に流すステップとを含むことが好ましい。キャリアガスのみを流すことにより、素子表面の洗浄用液体を除去することができる。このことにより、電子放出素子４の表面に吸着した洗浄用液体に起因して、素子駆動電圧の印可時に過電流が流れることを抑制することができる。
その他の構成は第１実施形態と同様である。また、第１実施形態についての記載は矛盾がない限り第２実施形態についても当てはまる。
その他の構成は第１実施形態と同様である。また、第１実施形態についての記載は矛盾がない限り第２実施形態についても当てはまる。
【0042】
第３実施形態
第３実施形態の発酵管理方法は、イオン移動度分析により加湿空気を分析することにより得られるＩＭＳスペクトルに基づき下部電極５と表面電極７との間に印加する電圧を調節するステップを含む。
同じ電圧印加条件で電子放出素子４の下部電極５と表面電極７との間に電圧（素子駆動電圧）を印加した場合でも、電子放出素子４から放出される電子によって生成される空気イオンの量は、気温、湿度などの環境条件や素子の寿命特性によって変動する。このため、環境条件や寿命特性などによりイオン移動度分析装置３０のイオン化能力が変動し分析結果が安定しない。そこで、加湿空気測定時のＩＭＳスペクトルをもとに、素子駆動電圧を調節することで、電子放出素子４から放出される電子によって生成されるイオン量を一定に保つことができる。
第３実施形態の発酵管理方法は、イオン移動度分析により加湿空気を分析することにより得られるＩＭＳスペクトルに基づき下部電極５と表面電極７との間に印加する電圧を調節するステップを含む。
同じ電圧印加条件で電子放出素子４の下部電極５と表面電極７との間に電圧（素子駆動電圧）を印加した場合でも、電子放出素子４から放出される電子によって生成される空気イオンの量は、気温、湿度などの環境条件や素子の寿命特性によって変動する。このため、環境条件や寿命特性などによりイオン移動度分析装置３０のイオン化能力が変動し分析結果が安定しない。そこで、加湿空気測定時のＩＭＳスペクトルをもとに、素子駆動電圧を調節することで、電子放出素子４から放出される電子によって生成されるイオン量を一定に保つことができる。
【0043】
イオン移動度分析により加湿空気を分析することにより得られる３つのＩＭＳスペクトルを図３に示す。３つのＩＭＳスペクトルは、素子駆動電圧を変えたこと以外は同じ条件で測定することにより得ている。３つのＩＭＳスペクトルの１０．６ミリ秒付近のピークはイオン化した空気（例えば、酸素分子イオン）のピークである。このピークの高さ（ピーク強度）又はピーク面積はイオン検出器１６に到達したイオン化した空気の量（電子放出素子４から放出される電子によって生成されるイオン量に対応する）を表し、素子駆動電圧を調節するための指標となる。
図３に示した３つのＩＭＳスペクトルのように、素子駆動電圧を変えると、イオン化した空気のピークのピーク強度及びピーク面積は大きく変化する。
図３に示した３つのＩＭＳスペクトルのように、素子駆動電圧を変えると、イオン化した空気のピークのピーク強度及びピーク面積は大きく変化する。
【0044】
素子駆動電圧の調節は、発酵の産生物質をサンプリングするサンプリングステップの前において、湿度一定の空気についての測定を素子駆動電圧を変えて繰り返し、イオン化した空気のピークの高さまたはピーク面積が目標範囲内となるように素子駆動電圧を調節する。具体的には、ピーク高さ又はピーク面積が目標範囲の下限よりも小さい場合は素子駆動電圧を上げ、ピーク高さ又はピーク面積が目標範囲の上限よりも高い場合は素子駆動電圧を下げる。
【0045】
下部電極５と表面電極７との間に印加する電圧の調節のために分析する加湿空気は、分析ステップで分析する気体と同じ湿度であることが好ましい。イオン移動度分析装置への空気の導入方法としては、発酵物用容器２に水を入れることで気化した水蒸気をキャリアガスと共にイオン移動度分析装置に導入してもいいし、図１のバルブ１７ｂを開いてサンプルガスラインの途中から加湿空気を導入してもよい。
その他の構成は第１又は第２実施形態と同様である。また、第１又は第２実施形態についての記載は矛盾がない限り第３実施形態についても当てはまる。
その他の構成は第１又は第２実施形態と同様である。また、第１又は第２実施形態についての記載は矛盾がない限り第３実施形態についても当てはまる。
【0046】
第４実施形態
第３実施形態では、発酵の産生物質をサンプリングするサンプリングステップの前に下部電極５と表面電極７との間に印加する電圧を調節したが、第４実施形態の発酵管理方法では、発酵の産生物質を分析する分析ステップにおいてＩＭＳスペクトルに基づき下部電極５と表面電極７との間に印加する電圧を調節する（フィードバック制御を行う）。
ヨーグルトの発酵に伴い産生される物質を含む気体をイオン移動度分析により分析することにより得られる３つのＩＭＳスペクトルを図４に示す。３つのＩＭＳスペクトルは、素子駆動電圧を変えたこと以外は同じ条件で測定することにより得ている。３つのＩＭＳスペクトルでは５つのピーク（微小ピークを除く）が現れている。これらの５つのピークを素子駆動電圧を調節するための指標とすることができる。図４に示した３つのＩＭＳスペクトルのように、素子駆動電圧を変えると、５つのピークのピーク強度及びピーク面積は大きく変化する。
第３実施形態では、発酵の産生物質をサンプリングするサンプリングステップの前に下部電極５と表面電極７との間に印加する電圧を調節したが、第４実施形態の発酵管理方法では、発酵の産生物質を分析する分析ステップにおいてＩＭＳスペクトルに基づき下部電極５と表面電極７との間に印加する電圧を調節する（フィードバック制御を行う）。
ヨーグルトの発酵に伴い産生される物質を含む気体をイオン移動度分析により分析することにより得られる３つのＩＭＳスペクトルを図４に示す。３つのＩＭＳスペクトルは、素子駆動電圧を変えたこと以外は同じ条件で測定することにより得ている。３つのＩＭＳスペクトルでは５つのピーク（微小ピークを除く）が現れている。これらの５つのピークを素子駆動電圧を調節するための指標とすることができる。図４に示した３つのＩＭＳスペクトルのように、素子駆動電圧を変えると、５つのピークのピーク強度及びピーク面積は大きく変化する。
【0047】
本実施形態では、分析ステップにおいて、産生物質の分析の繰り返しにより得られるＩＭＳスペクトルに現れるピークの総ピーク面積がほぼ一定となる（目標範囲内となる）ように、素子駆動電圧を調節しながら産生物質の分析を繰り返す。
具体的には、ＩＭＳスペクトルに現れるピークの総ピーク面積が目標範囲の下限よりも小さい場合、総ピーク面積が目標範囲内となるように、素子駆動電圧を上げることで、電子放出素子４から放出される電子により生成するイオンの量を一定に保つ。
ＩＭＳスペクトルに現れるピークの総ピーク面積が目標範囲の上限よりも大きい場合、総ピーク面積が目標範囲内となるように、素子駆動電圧を下げることで、電子放出素子４から放出される電子により生成するイオンの量を一定に保つ。このように、分析ステップにおいて、ＩＭＳスペクトルに現れるピークの総ピーク面積をもとにして素子駆動電圧を調整するフィードバック制御を行う。このことにより、総ピーク面積を一定に保ち続けるように分析装置を動作させることができ、定量的な測定を行うことができる。
その他の構成は第１～第３実施形態と同様である。また、第１～第３実施形態についての記載は矛盾がない限り第４実施形態についても当てはまる。
具体的には、ＩＭＳスペクトルに現れるピークの総ピーク面積が目標範囲の下限よりも小さい場合、総ピーク面積が目標範囲内となるように、素子駆動電圧を上げることで、電子放出素子４から放出される電子により生成するイオンの量を一定に保つ。
ＩＭＳスペクトルに現れるピークの総ピーク面積が目標範囲の上限よりも大きい場合、総ピーク面積が目標範囲内となるように、素子駆動電圧を下げることで、電子放出素子４から放出される電子により生成するイオンの量を一定に保つ。このように、分析ステップにおいて、ＩＭＳスペクトルに現れるピークの総ピーク面積をもとにして素子駆動電圧を調整するフィードバック制御を行う。このことにより、総ピーク面積を一定に保ち続けるように分析装置を動作させることができ、定量的な測定を行うことができる。
その他の構成は第１～第３実施形態と同様である。また、第１～第３実施形態についての記載は矛盾がない限り第４実施形態についても当てはまる。
【0048】
第５実施形態
第５実施形態の発酵管理方法では、操作ステップは、発酵の産生物質を分析する分析ステップで得られたＩＭＳスペクトルにおける香気成分のピーク強度又はピーク面積に基づき発酵物３の混ぜ合わせを行うステップである。例えば、同じ発酵食品を複数のロットで製造する場合、各ロットの製造装置においてサンプリングステップ及び分析ステップを行い、ＩＭＳスペクトルを得る。そして、得られたＩＭＳスペクトルにおける香気成分のピーク強度又はピーク面積に基づいて複数のロットの混ぜ合わせを行う。このことにより、発酵食品の品質を安定して保つことができる。また、ＩＭＳスペクトルにより定量した香気成分のデータを用いることで、精確な調合を行うことができる。
第５実施形態の発酵管理方法では、操作ステップは、発酵の産生物質を分析する分析ステップで得られたＩＭＳスペクトルにおける香気成分のピーク強度又はピーク面積に基づき発酵物３の混ぜ合わせを行うステップである。例えば、同じ発酵食品を複数のロットで製造する場合、各ロットの製造装置においてサンプリングステップ及び分析ステップを行い、ＩＭＳスペクトルを得る。そして、得られたＩＭＳスペクトルにおける香気成分のピーク強度又はピーク面積に基づいて複数のロットの混ぜ合わせを行う。このことにより、発酵食品の品質を安定して保つことができる。また、ＩＭＳスペクトルにより定量した香気成分のデータを用いることで、精確な調合を行うことができる。
【0049】
例えば、図５のように１４ミリ秒のピーク強度がロットＡとロットＢで異なる場合、１４ミリ秒に検出されている香気成分の濃度を定量し、適切な割合でロットＡとロットＢを混ぜ合わせることで、１４ミリ秒の香気成分の濃度を調整する。
その他の構成は第１～第４実施形態と同様である。また、第１～第４実施形態についての記載は矛盾がない限り第５実施形態についても当てはまる。
その他の構成は第１～第４実施形態と同様である。また、第１～第４実施形態についての記載は矛盾がない限り第５実施形態についても当てはまる。
【0050】
第６実施形態
第６実施形態の発酵管理方法では、操作ステップにおいて、発酵の産生物質を分析すること（分析ステップ）により得られたＩＭＳスペクトルの異常ピーク出現、ピーク強度比の異常に基づき発酵の停止又は発酵の調整を行う。
発酵物３が正常に発酵したときの発酵過程における、ＩＭＳスペクトルのピーク出現時間、ピーク強度の増加の仕方、ピーク位置（到達時間）、複数の主なピークのピーク強度比などの正常時情報を制御部２５の記憶部に記憶しておく。
第６実施形態の発酵管理方法では、操作ステップにおいて、発酵の産生物質を分析すること（分析ステップ）により得られたＩＭＳスペクトルの異常ピーク出現、ピーク強度比の異常に基づき発酵の停止又は発酵の調整を行う。
発酵物３が正常に発酵したときの発酵過程における、ＩＭＳスペクトルのピーク出現時間、ピーク強度の増加の仕方、ピーク位置（到達時間）、複数の主なピークのピーク強度比などの正常時情報を制御部２５の記憶部に記憶しておく。
【0051】
分析ステップにおいてＩＭＳスペクトルが得られると、得られたＩＭＳスペクトルを記憶部の正常時情報と比較する。そして、制御部２５は、発酵に異常が生じたと判断した場合に、報知部２７を用いて作業者に異常が生じたことを報知し、作業者が発酵の停止又は発酵の調整を行う。また、制御部２５は、発酵に異常が生じたと判断した場合に、自動的に発酵の停止又は発酵の調整をさせてもよい。これにより、発酵中止又は発酵調整の判断が容易になり、異物・オフフレーバー検知が可能になる。発酵は、例えば、発酵物の混ぜ合わせ、発酵物への材料もしくは添加物の添加、発酵物の温度調節、発酵物の攪拌調節などにより調整することができる。
【0052】
制御部２５は、例えば、ＩＭＳスペクトルに正常時情報にないピークが出現した場合、ピーク強度の増加の仕方が正常時情報と著しく異なる場合、ピーク強度比が正常時情報と著しく異なる場合などを発酵異常と判断することができる。
図６に通常時と異常時のＩＭＳスペクトルを示す。異常時のＩＭＳスペクトルには、通常時には見られないピークがある。このようなピークが検出された場合は、発酵の失敗や異物の混入が疑われるため、制御部２５は、報知部２７を用いて異常があることを作業者に知らせる。
その他の構成は第１～第５実施形態と同様である。また、第１～第５実施形態についての記載は矛盾がない限り第６実施形態についても当てはまる。
図６に通常時と異常時のＩＭＳスペクトルを示す。異常時のＩＭＳスペクトルには、通常時には見られないピークがある。このようなピークが検出された場合は、発酵の失敗や異物の混入が疑われるため、制御部２５は、報知部２７を用いて異常があることを作業者に知らせる。
その他の構成は第１～第５実施形態と同様である。また、第１～第５実施形態についての記載は矛盾がない限り第６実施形態についても当てはまる。
【0053】
第７実施形態
第７実施形態の発酵管理方法は、発酵物用容器２中の発酵物３を除去し発酵物用容器２を洗浄する洗浄ステップと、洗浄ステップ後に行う洗浄バリデーションステップとを含む。洗浄バリデーションステップは、洗浄後の発酵物用容器２の内部の気体をイオン移動度分析により分析し残留発酵物に起因するピーク強度若しくはピーク面積又は残留洗浄剤に起因するピーク強度若しくはピーク面積が残留許容値以下であることを確認するステップである。
第７実施形態の発酵管理方法は、発酵物用容器２中の発酵物３を除去し発酵物用容器２を洗浄する洗浄ステップと、洗浄ステップ後に行う洗浄バリデーションステップとを含む。洗浄バリデーションステップは、洗浄後の発酵物用容器２の内部の気体をイオン移動度分析により分析し残留発酵物に起因するピーク強度若しくはピーク面積又は残留洗浄剤に起因するピーク強度若しくはピーク面積が残留許容値以下であることを確認するステップである。
【0054】
発酵物用タンクを洗浄して異なる製品を作る際に、発酵物用タンクに残留した発酵物３や残留した洗浄剤が製品の品質に影響を与える可能性がある。そこで、洗浄した空の発酵物用タンク中の空気をキャリアガスとともにイオン移動度分析装置に試料ガスとして供給し、イオン移動度分析を行う。そして得られたＩＭＳスペクトルに、残留した発酵物３に起因するピークのＩＭＳ強度や残留した洗浄剤に起因するピークのＩＭＳ強度が残留許容値以下であることを確認する。キャリアガスは湿度５％以上の空気が好ましい。
その他の構成は第１～第６実施形態と同様である。また、第１～第６実施形態についての記載は矛盾がない限り第７実施形態についても当てはまる。
その他の構成は第１～第６実施形態と同様である。また、第１～第６実施形態についての記載は矛盾がない限り第７実施形態についても当てはまる。
【0055】
ヨーグルトの発酵により産生される物質の測定
図１に示したような発酵物用容器を用いて牛乳を発酵させヨーグルトを製造した。また、発酵期間中において発酵物用容器のヘッドスペースの気体（相対湿度４０％程度）をイオン移動度分析装置を用いて繰り返し分析し、分析ごとにＩＭＳスペクトルを得た。また、ｐＨ電極を用いてヨーグルトのｐＨを測定した。
図１に示したような発酵物用容器を用いて牛乳を発酵させヨーグルトを製造した。また、発酵期間中において発酵物用容器のヘッドスペースの気体（相対湿度４０％程度）をイオン移動度分析装置を用いて繰り返し分析し、分析ごとにＩＭＳスペクトルを得た。また、ｐＨ電極を用いてヨーグルトのｐＨを測定した。
【0056】
発酵開始から１時間後、２時間後、及び３時間後に得られたＩＭＳスペクトルを図７に示す。得られたＩＭＳスペクトルには、約１０．２ミリ秒、約１１ミリ秒、約１２．５ミリ秒、約１４ミリ秒、約１５．３ミリ秒にそれぞれ主なピークが現れた。１０．２ミリ秒の大きなピークは、キャリアガスである空気がイオン化したイオンのピークである。その他の４つのピークは、ヨーグルトの発酵に伴い産生した物質のピークであり、１１ミリ秒のピークは乳酸のピークであると考えられる（このピークは乳酸とその他の混合物の複合ピークである可能性がある）。図７に示したＩＭＳスペクトルのように、ヨーグルトの発酵に伴い産生した物質のピークの高さは、発酵時間が長くなるほど高くなった。従って、これらのピーク高さ又はピーク面積を発酵進行の指標として使用できることがわかった。
【0057】
図８は、発酵中における、基準物質とした有機酸のピーク（約１１ミリ秒のピーク）のＩＭＳ強度（ピーク高さ）の変化と、ｐＨ電極を用いて測定したヨーグルトのｐＨの変化とを示すグラフである。発酵が進むと、ｐＨは徐々に小さくなり、ＩＭＳ強度は徐々に上昇した。従って、有機酸のピークのＩＭＳ強度とｐＨとの間には相関関係があることがわかった。
ヨーグルトはｐＨを測定しモニタリングすることによって発酵管理が可能であることが知られている。従って、図８のグラフのような相関関係を用いることにより、ＩＭＳ強度をモニタリングすることでもヨーグルトの発酵を管理することができる。
ヨーグルトはｐＨを測定しモニタリングすることによって発酵管理が可能であることが知られている。従って、図８のグラフのような相関関係を用いることにより、ＩＭＳ強度をモニタリングすることでもヨーグルトの発酵を管理することができる。
【0058】
例えば、ヨーグルトの発酵をｐＨ４．６で終了する場合は、図８のようにＩＭＳ強度（回収電流）が５３０ｐＡとなる発酵時間で発酵を終了する。発酵が良好に進んでいない場合は、発酵時間に対するＩＭＳ強度の割合が変わるため、ＩＭＳ強度の推移をモニタリングすることで、早期に発酵の良し悪しを判断することができる。
なお、図８の事例ではｐＨ４．６のときのＩＭＳ強度（回収電流）は５３０ｐＡであったが、電子放出素子の出力やＩＭＳの電位設定および検出電流の演算方法等によってＩＭＳ強度は変わるため、測定時の適正なＩＭＳ強度の値で発酵を制御すればよい。
なお、図８の事例ではｐＨ４．６のときのＩＭＳ強度（回収電流）は５３０ｐＡであったが、電子放出素子の出力やＩＭＳの電位設定および検出電流の演算方法等によってＩＭＳ強度は変わるため、測定時の適正なＩＭＳ強度の値で発酵を制御すればよい。
【0059】
電子放出素子作製
図２に示したような電子放出素子を作製した。下部電極にはアルミニウム板を用い、中間層には、銀微粒子を含むシリコーン樹脂を用い、表面電極は金電極とした。また、中間層の厚さは１．０μｍとした。作製した電子放出素子を用いて図２に示したような電気回路を作製し、下部電極と表面電極との間に印加する電圧（素子駆動電圧）を徐々に増加させて、対向電極からグラウンドに流れる回収電流（電子放出素子から電子が放出されることにより流れる電流）を測定した。
大気中での測定結果を図９に示す。この結果から、下部電極と表面電極との間には８Ｖ以上の電圧を印加することにより、電子放出素子から放出される電子の量を多くすることができることがわかった。
図２に示したような電子放出素子を作製した。下部電極にはアルミニウム板を用い、中間層には、銀微粒子を含むシリコーン樹脂を用い、表面電極は金電極とした。また、中間層の厚さは１．０μｍとした。作製した電子放出素子を用いて図２に示したような電気回路を作製し、下部電極と表面電極との間に印加する電圧（素子駆動電圧）を徐々に増加させて、対向電極からグラウンドに流れる回収電流（電子放出素子から電子が放出されることにより流れる電流）を測定した。
大気中での測定結果を図９に示す。この結果から、下部電極と表面電極との間には８Ｖ以上の電圧を印加することにより、電子放出素子から放出される電子の量を多くすることができることがわかった。
【0060】
作製した電子放出素子を図１に示したようなイオン移動度分析装置に組み込み、加湿空気を試料ガスとしてイオン移動度分析を行った。
素子駆動電圧を１７Ｖ以上にすると、図１０のようにＩＭＳスペクトルに第一の空気イオンのピークに加えて第二の空気イオンのピークが出現した。このように空気のイオンが複数になると、空気のイオンと試料物質との反応が複雑になり、試料ピークの強度が変動することがある。そのため、素子駆動電圧は１６Ｖ以下が好ましい。
第二の空気イオンがＩＭＳの定量性に影響を及ぼさない場合は、電子放出素子の破壊が起こる６０Ｖまで素子駆動電圧をかけることができる。ただし、電子放出素子の厚み、材質、材料混合比、駆動方法、動作環境によって、電子放出素子から放出される電子の量やエネルギー、素子の耐電圧が変わるため、素子駆動電圧の最大の範囲は６－６０Ｖとする。
素子駆動電圧を１７Ｖ以上にすると、図１０のようにＩＭＳスペクトルに第一の空気イオンのピークに加えて第二の空気イオンのピークが出現した。このように空気のイオンが複数になると、空気のイオンと試料物質との反応が複雑になり、試料ピークの強度が変動することがある。そのため、素子駆動電圧は１６Ｖ以下が好ましい。
第二の空気イオンがＩＭＳの定量性に影響を及ぼさない場合は、電子放出素子の破壊が起こる６０Ｖまで素子駆動電圧をかけることができる。ただし、電子放出素子の厚み、材質、材料混合比、駆動方法、動作環境によって、電子放出素子から放出される電子の量やエネルギー、素子の耐電圧が変わるため、素子駆動電圧の最大の範囲は６－６０Ｖとする。
【符号の説明】
【0061】
２：発酵物用容器 ３：発酵物 ４：電子放出素子 ５：下部電極 ６：中間層 ７：表面電極 ８：対向電極 ９：ヘッドスペース １２：筐体 １３：ゲート電極 １４ａ～１４ｈ：分離電極 １５：アパーチャグリッド １６：イオン検出器 １７ａ、１７ｂ：バルブ ２１：反応室 ２２：ドリフト領域 ２５：制御部 ２６：電源部 ２７：報知部 ３０： イオン移動度分析装置
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
