ビールは、麦芽、ホップ、酵母、香料から醸造される人気のアルコール飲料です。何千ものの醸造所から高品質のビールが製造され、世界中で楽しまれています。しかし、地域によっては、安価な製品のキャップやラベルをブランド銘柄に取り換えたり、空き瓶に規制されていない混合物を詰めたりして偽造ビールを製造しているところもあります。2022年だけでも、EU19カ国の税関・警察当局がワインやビールを含む約1480万リットルの偽造アルコール飲料を押収しています[1]。
現在のところ、偽造ビールを識別する簡単なテストは存在しません。このアプリケーションノートでは1064 nmのレーザーを搭載したi-Raman EXと主成分分析（PCA）を用いて、異なるビールメーカーのビールを識別、また混合ビールかどうかを識別する能力を実証しています。
食品科学の分野では、ラマン分光法が品質管理の評価方法として注目されています。混合物中の成分を同定や定量分析、試料の認証に使用できます。ビールは、複雑な混合物です。400種類以上の天然物由来の化合物からなり、発酵プロセスを経て作られます。そのためビールのラマンスペクトルには、混合物や醸造プロセスが反映され、わずかな差異として現れる変化を検出することで偽造ビールを特定し、粗悪品から犯人を突き止めることができます。
本アプリケーションノートでは、ラガーについてのみの結果となります。異なるスタイルのビール（例スタウト、ピルスナー）を扱うと、ラマンスペクトルのばらつきが著しく大きくなります。ラガーを4銘柄、それぞれ12オンス（355mL）缶3本から抜き取った液体にプローブを浸してラマンスペクトルを測定しました。まず「ライト」ラガーで実験しました。これは他の銘柄よりカロリーが30％低いものです。各メーカーのアルコール度数は％ABVとして報告されています。実験パラメータは表1にまとめました。
表1. 実験パラメータとサンプル情報
| Instrument | Acquisition |
|---|---|
| i-Raman EX System | Laser Power 330 mW |
| RIS100-SS Probe | Int. time 10 s |
| BWSpec and BWIQ Software | Average 1 |
| Sample | kcal / % ABV |
| Lager-H | 150 / 5.0% |
| Lager-B | 145 / 5.0% |
| Lager-C | 149 / 4.7% |
| Lager-M | 96 / 4.2% |
アセトアミノフェンのような複雑な化学物質に比べ、ビールのラマンスペクトルは単純です。ビールの約96％が水（弱いラマン散乱体）だからです。残りはエタノール、単純な有機分子、そして微量の他の物質です。
ラガーのラマンスペクトルはおおよそ880、1050、1090、1280、1450 cm-1にエタノールのピークが出ています。
これらのスペクトルは視覚的にはよく似ていますが、図1で強調されている比較的ばらつきの大きい領域はラガーの組成の違いを反映しています。
880 cm-1付近のエタノールC-C伸縮振動のピーク強度は、ラガーのアルコール度数をよく表しています（図2）。これはアルコール飲料を識別するための
貴重な基準点になります。
主成分分析（PCA）は、各サンプルをさらに区別するために使用できます。
図3は、各サンプルと2つの異なるブランドの混合物（オレンジ色で示したH1+M1）のPCAプロットです。若干の重複はあるものの各ブランドは別個
のグループとして見えています。
ラガーMは他のブランドと容易に区別できます。ラガーMは、「アメリカン・ライト・ラガー」であり、他のブランド(145-150kcal、4.6-5.0％）に比べてカロリーとアルコール度数が唯一低いブランドです。(96kcal、アルコール度数4.2％）ラガーHとラガーMの1:1混合物であるH1+M1は、ラガーHとラガーMの間に別のクラスターとして現れます。
- 1064 nm励起レーザーはビールに含まれる天然物の強い蛍光を軽減し、信頼性の高いデータを生成します。
- 測定条件を一定にすることが重要です。例えば温度差はスペクトルの変動を増加させます。
- 今回使用したサファイアボールプローブは測定に支障をきたす可能性があるCO2バブの発生をおさえるため気泡による測定エラーを減らします。
- 積算時間（測定時間）が長くなるものの10秒以上を確保したほうが信頼できるデータが得られます。
浸漬プローブを搭載したi-Raman EXシステムは、異なるメーカー間のラガービールの違いやラガービールの混合品を見分けることができました。
これはビールを識別し、偽造品を検出する能力を実証しています。ビールのラマンスペクトルは詳細なPCA分析により少量の粗悪品でも識別できます。
- 14.8 million litres alcoholic drinks seized across Europe. https://anti-fraud.ec.europa.eu/media-corner/news/148-million-litres-alcoholic-drinks-seized-across-europe-2022-11-17_en (accessed 2023-03-21).
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