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【技術資料】近赤外分光法(NIRS)によるホップの多項目測定

AN-NIR-130

2025-09

【技術資料】近赤外分光法(NIRS)によるホップの多項目測定

Rapid determination of alpha acids, beta acids, cohumulone content, total oil content, HSI, and moisture


概要

ホップおよびホップペレットの品質は、醸造のサプライチェーン全体において極めて重要です。品質管理に用いられる従来の手法(例:滴定やHPLC)は、精度が高く広く受け入れられています。しかし同時に、時間がかかり、労力を要し、化学薬品を使用します。化学薬品は継続的な調達コストが発生するだけでなく、慎重な取り扱いと適切な廃棄も必要となります。超高精度が必要でない場合には、近赤外分光法(NIRS)が魅力的な代替手段となります。近赤外分光法(NIRS)では、化学薬品を使用せずに、1分以内に複数のパラメーターを迅速に分析できます。本アプリケーションノートでは、NIRSによるコフムロン、ホップオイル、水分含有量、ホップ貯蔵指数(HSI)、ホップ酸の分析について、測定のセットアップと結果を紹介します。


試験機器

OMNIS NIR Analyzer Solid
図 1. OMNIS NIR Analyzer Solid.

500を超える新鮮なホップサンプルおよび粉砕したホップペレットを、OMNIS NIR Analyzer Solidで測定しました(図1)。サンプルはOMNIS用サンプルカップに入れ、拡散反射モードで測定しました。サンプルの多様性を含めるため、測定中にサンプルカップを回転させ、異なる位置からスペクトルも収集しました。自動的に平均化されたスペクトルを検量線モデル開発に使用しました。スペクトルの測定、検量線モデル開発、バリデーションは、OMNISソフトウェアを用いて行いました。
アルファ酸の基準値は、EBC 7.4、EBC 7.5、EBC 7.7などの各種公定法を用いて測定しました。総オイルおよびベータ酸の含有量はEBC 7.4で測定し、コフムロンの分析にはEBC 7.7を使用しました。水分含有量とホップ貯蔵指数(HSI)は、それぞれハロゲン水分計とUV-VIS光度計を用いて測定しました。


構成


結果

得られたNIRスペクトル(図2)を用いて、各基準パラメーターの検量線予測モデルを作成しました。十分なサンプルが得られた場合は、外部バリデーションセットを用いて、算出した検量線予測モデルの測定精度を検証しました。サンプル数が多くない場合は、内的交差確認(クロスバリデーション)を実施しました。

NIR予測値と従来分析値との関係を示す相関図を、それぞれの統計指標(FOM)とともに図3~12に示します。EBC 7.5に従って従来分析値を測定したアルファ酸パラメーターについては、全範囲(2.40~21.74%)をカバーするモデルを作成しました。さらに、低濃度範囲(2.43~4.26%)のみのモデルも作成し、より狭い濃度範囲のサブモデルを作成することで予測誤差を低減できる可能性を示しました。

 

Overlaid NIR spectra of ground hop pellet samples.
図 2. 粉砕したホップペレットサンプルの重ね合わせNIRスペクトル。データはOMNIS NIR Analyzer Solidで取得しました。青色のスペクトルはモデルの検量線用に使用し、緑色のスペクトルは評価用に使用しました。

結果 アルファ酸(EBC 7.4)(新鮮ホップ中)

Correlation diagram and the respective FOMs for the prediction of alpha acid content in hops following the EBC 7.4 norm
図 3. OMNIS NIR Analyzer Solidを用いた、EBC 7.4規格に準拠したホップ中のアルファ酸含有量の予測に関する相関図とそれぞれの統計指標(FOM)。青色のドットは検量線用サンプルを表します。

結果 アルファ酸(EBC 7.5)(新鮮ホップ中)

Correlation diagram and the respective FOMs for the prediction of alpha acid content in fresh hops following the EBC 7.5 norm
図 4. OMNIS NIR Analyzer Solidを用いた、EBC 7.5規格に準拠した新鮮ホップ中のアルファ酸含有量の予測に関する相関図とそれぞれの統計指標(FOM)。青色のドットは検量線用サンプルを、緑色のドットはモデルの検証に使用したサンプルを表します。

結果 アルファ酸(EBC 7.7)(新鮮ホップ中)

C. Correlation diagram and the respective FOMs for the prediction of alpha acid content in fresh hops following the EBC 7.7 norm
図 5. OMNIS NIR Analyzer Solidを用いた、EBC 7.7規格に準拠した新鮮ホップ中のアルファ酸含有量の予測に関する相関図とそれぞれの統計指標(FOM)。青色のドットは検量線用サンプルを、緑色のドットはモデルの検証に使用したサンプルを表します。

結果 コフムロン(新鮮ホップ中)

Correlation diagram and the respective FOMs for the prediction of cohumulone content in fresh hops
図 6. OMNIS NIR Analyzer Solidを用いた、EBC 7.7規格に準拠した新鮮ホップ中のコフムロン含有量の予測に関する相関図とそれぞれの統計指標(FOM)。青色のドットは検量線サンプルを、緑色のドットはモデルの評価に使用したサンプルを表します。

結果 アルファ酸(EBC 7.5)(粉砕ホップペレット中)-全濃度範囲

Correlation diagram and the respective FOMs for the prediction of alpha acid content in ground hop pellets following the EBC 7.5 norm
図 7. OMNIS NIR Analyzer Solidを用いた、EBC 7.5規格に準拠した粉砕ホップペレット中のアルファ酸含有量の、全濃度範囲(2.40~21.74%)における予測に関する相関図とそれぞれの統計指標(FOM)。青色のドットは検量線用サンプルを、緑色のドットはモデルの評価に使用したサンプルを表します。

結果 アルファ酸(EBC 7.5)(粉砕ホップペレット中)-低濃度範囲

Correlation diagram and the respective FOMs for the prediction of alpha acid content in ground hop pellets following the EBC 7.5 norm
図 8. OMNIS NIR Analyzer Solidを用いた、EBC 7.5規格に準拠した粉砕ホップペレット中のアルファ酸含有量の、低濃度範囲(2.43~4.26%)における予測に関する相関図とそれぞれの統計指標(FOM)。青色のドットは検量線サンプルを表します。

結果 ベータ酸(粉砕ホップペレット中)

Correlation diagram and the respective FOMs for the prediction of beta acid content in ground hop pellets following the EBC 7.4 norm
図 9. OMNIS NIR Analyzer Solidを用いた、EBC 7.4規格に準拠した粉砕ホップペレット中のベータ酸含有量の予測に関する相関図とそれぞれの統計指標(FOM)。青色のドットは検量線サンプルを表します。

結果 総オイル含有量(粉砕ホップペレット中)

Correlation diagram and the respective FOMs for the prediction of total oil content in ground hop pellets following the EBC 7.4 norm
図 10. OMNIS NIR Analyzer Solidを用いた、EBC 7.4規格に準拠した粉砕ホップペレット中の総オイル含有量の予測に関する相関図とそれぞれの統計指標(FOM)。青色のドットは検量線サンプルを表します。

結果 HSI(粉砕ホップペレット中)

Correlation diagram and the respective FOMs for the prediction of hop storage index in ground hop pellets
図 11. OMNIS NIR Analyzer Solidを用いた、粉砕ホップペレット中のホップ貯蔵指数の予測に関する相関図とそれぞれの統計指標(FOM)。青色のドットは検量線サンプルを表します。従来分析値はUV-VIS光度計で測定しました。

結果 水分(粉砕ホップペレット中)

Correlation diagram and the respective FOMs for the prediction of moisture in ground hop pellets
図 12. OMNIS NIR Analyzer Solidを用いた、粉砕ホップペレット中の水分の予測に関する相関図とそれぞれの統計指標(FOM)。青色のドットは検量線サンプルを表します。従来分析値はハロゲン水分計で測定しました。

まとめ

本アプリケーションノートでは、収穫直後の新鮮ホップおよび粉砕ホップペレットについて、コフムロン、水分、総オイル含有量、HSI、アルファ酸およびベータ酸を測定するためのNIR分光法の実現可能性を示しています。

アルファ酸を例に、全濃度範囲をカバーする予測モデルと、より狭い範囲に特化したモデルの違いを紹介しました。後者では予測誤差が2分の1に低減しました。ユーザーはこの手法を適用して精度を最大化できます。OMNISソフトウェアでは、両方のモデルを組み合わせて、次の手順を自動的に実行できます。まず、広範囲モデルを用いてアルファ酸濃度を推定し、次に、限定範囲モデルを用いてより精密な予測を行います。

NIR分光法による測定は迅速で化学薬品を必要としないため、表1に示すように、この手法は時間とコストの大幅な削減をもたらします。

さらに、分析の簡便さと、プリキャリブレーション「hops, solid (6.06008.022)」を用いた検量線内蔵機が利用できることから、OMNIS NIRSによるNIR分光法の導入と活用はいずれも容易です。

Table 1. Overview of time effort and costs for the analysis of different parameters in hops by traditional methods and NIR spectroscopy.
ParameterMethodEstimated time
(with sample preparation)
Estimated costs
(chemicals, consumables)
Alpha acidsTitration50 min$5
Beta acidsHPLC25 min$10
CohumuloneHPLC(part of beta acid analysis)(part of beta acid analysis)
Total oil contentSteam distillation190 min$5
HSIUV-VIS45 min$5
MoistureHalogen drier7 min$0
All parametersNIR spectroscopy2 min$0
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