2012-08-16[n年前へ]
■「ビールの法則」で「白ビールの酵母・小麦タンパクの量」を見極めろ!? 
地ビールの中でも、酵母や小麦蛋白が濾過されずにたくさん残っているビールは、それらの成分が（ビールを照らす）光を散乱させるため、白く淡い色に見えます。
だから、ヘーフェヴァイツェンビール（小麦酵母ビール）などは白っぽく色が淡く見えます。ビール内部で光散乱が生じると「白く見える」のは、照明光（白色光）がビール内部に入った後、ビール内部で光散乱が生じることにより、、ビール内の色素による光吸収が十分行われる前に（すなわちビールの色に色づく前に）、光がビール外部に出てしまうからです。
そういった光は白色のほぼ照明光そのままですから、ビールが白っぽく見えてしまいます。
そんなヴァイツェンビールを見ながら、「ビールの色を見ただけで、酵母や小麦蛋白の量を判断できるか？」という話になりました。そこで、簡単な計算から「（単位体積あたりの）酵母や小麦蛋白の量」を求めるための方法を調べてみることにします。
まず、簡単な思考実験から、ビール自体に色が着いていなければ、ビールの色からだけでは「（単位体積あたりの）酵母や小麦蛋白の量」は決められないだろう、ということがわかります。
なぜなら、ビールが完全に透明だったとしたら（全波長で光吸収がゼロだっとしたら）、ビール内部に酵母や小麦蛋白がたくさんあって、そこで光散乱がどれだけ生じようとビールから出てくる光は照明校と同じ白色光になってしまいます。ビールグラスの中（やグラスの向こうの景色）は不透明になりますが、「色」自体は完全に照明光と同じになってしまいます。
また、ビールの色（たとえばビール内を光が単位長さだけ通過する際に行われる光吸収の量）がわかっていなければ、「ビールの色からだけでは光散乱の量（＝酵母や小麦蛋白の量）」はわからないだろう、ということもわかります。 なぜなら、たとえば、濃黄色のビールに酵母と小麦蛋白がたくさん入っていて、光散乱が多く生じることにより「薄黄色のビール」になったとしても、その薄黄色が「元から薄黄色のビールで、光散乱が全然ない（酵母も小麦蛋白も全然入っていない）」のか「濃黄色のビールが光散乱により薄黄色に見えている」のかを区別することができないからです。
ということは、「ビール自体の色がわかっている」という条件下でのみ、「ビールの見た目の色（白っぽさ）から、光散乱の量（＝酵母や小麦蛋白の量）を求めることができる」という目処を付けた上で、その上で簡単な解析計算をしてみることにします。
まず、ビールグラス近傍にX座標をとり、グラス中央を原点とします。また、グラスの高さ方向・グラス回転方向はは無視します。 この時、x軸の正の向きに向かう光量をj(x)、X軸の負の向きに向かう光量をi(x)として、ビールグラスの界面での反射を無視すると、次のような連立微分方程式を書くことができます。 この連立微分方程式の内容はとても単純で「媒質中を移動する光は、進むに連れて光吸収されたり・散乱し進行方向を変えたりする」ということを書いたものです。
連立微分方程式中で使われている変数、sは単位長あたりの（波長毎の）光散乱率で、kは単位長あたりの（波長毎の）光吸収率です。また、Dはビールグラスの半径で、Lは外部環境光です。
この連立微分方程式は（連立微分方程式とはいっても）i(x)とj(x)は原点対称の「実は同じもの」ですから、結局のところ、普通の微分方程式です。そうした媒質内部の現象を書いた微分方程式に、ビールグラス境界で「外部からの環境光 L が入ってくる」という境界条件を付けて（あるいは、対称性から原点でi(x)とj(x)が等しいといった境界条件を付けて）、微分方程式を解いてやると、上に書いたようなi(x)とj(x)を表す式が導かれます。
j(x)はビールグラスの右側に向かう（波長毎の）光量を示し、i(x)はビールグラスの左側に向かう（波長毎の）光量ですから、ビールグラスを外側から見た時の（光の波長毎の）光量はi(グラス半径）=j(-グラス半径）です。 すると、上で求められた解は、「ビールグラスを外側から見た時の（任意波長の）光量＝（波長毎の）ビール自体の光吸収率k と （波長毎の）ビール自体の光散乱率 sの関数」という形になっていますから、（波長毎の）ビール自体の光吸収率kがわかっているならば、ビールの「色（任意波長の光量）」を観察すれば、「（光を散乱させている）酵母や小麦蛋白の量」がわかる、ということになるわけです。
たとえば、右のグラフは（向かって）ビール・グラス右向きに向かう光量=j(x)を、微分方程式を解いた結果から示した一例です（横軸は位置, 縦軸は光量）。向かって左側はグラス外側から環境光が入射するため（右側に向かう）光量が多く、グラス右側では（主にグラス右側から入射した光が）散乱により方向を変えて・右側に進む光が一定量あることなどがわかります。
しかし、私たちがビール・グラスを眺める時、「色」を感じることはできても、「任意波長の光量」といったものはあまり意識しないものです。そこで、次は、こうした媒質中の光吸収を計算する基本式「ランベルト・ベールの法則（Beer-Lambert law）」を使って、ビールの（見た目の）色と酵母や小麦蛋白の量）を具体的・体感的に眺めてみることにしようと思います。
…何しろ、ランベルト・ベールの”ベール”はBeerですから、短く言ってしまえば「ビールの法則」です。「ビールの法則」なのですから、「白ビールの酵母・小麦タンパクの量」の見極めのために使わないと、何だかもったいないですよね？
」など。