高出力超音波によるカカオ殻の抽出物

カカオの果肉や殻などのカカオ廃棄物は、カカオバター、果実の糖、生理活性化合物を抽出することで容易に有効利用できます。超音波抽出は、カカオ廃棄物から有用成分を分離する非常に効率的な技術であることが実証されています。超音波抽出装置は、迅速かつ安全で簡単な処理により、カカオの外皮、殻、果肉から食品用化合物を高収率で取り出します。

カカオの副産物
カカオ（Theobroma cacao L.）は価値の高い作物で、その豆は主にチョコレートの製造に使用されます。カカオの果実を収穫した後、カカオ豆の焙煎前または焙煎後に、豆を殻（外皮とも呼ばれます）や果肉から取り出します。カカオ豆の殻とカカオの果肉は、カカオ産業の副産物とみなされています。カカオの種類によって異なりますが、豆は果実重量の約25%を占めます。果肉がさらに重量の25%を占め、残りは殻／外皮で、その大部分は廃棄物として捨てられます。しかし、殻や果肉などのカカオ副産物には、繊維、抗酸化物質、ポリフェノール、香味成分、糖類、脂質が豊富に含まれ、食品や飲料の添加物として利用できます。

カカオの殻からの植物栄養成分の超音波抽出

カカオの殻の超音波抽出：超音波抽出は、カカオ由来の生物廃棄物（カカオの外皮、果実の外皮など）を、カカオバター、香味成分、植物栄養成分、果実の糖、食物繊維などの有用な食品素材へと変換します。効率的な超音波抽出工程に必要なのは、カカオ殻バイオマスの簡単な前処理、すなわちカカオの殻の粉砕だけです。

抽出のための高出力超音波

高出力超音波による抽出促進のメカニズムは、主に音響キャビテーション現象に起因します。超音波キャビテーションは、カカオの殻／外皮の粒子間に衝突を引き起こし、その結果、粒子間の衝突による破砕と粒径の減少が生じます。カカオ固形物の表面でキャビテーション気泡が崩壊すると、侵食と超音波による穿孔によって粒子の表面積がさらに増大します。これにより物質移動が促進され、タンパク質、脂質、植物化学物質などの分子が放出されやすくなります。超音波によって生じるせん断力は、植物原料の細胞マトリックスへの溶媒の浸透を改善するとともに、細胞膜の透過性を高めます。植物成分の抽出に超音波処理を適用した際に得られる大幅な工程促進は、これらの高出力超音波のメカニズムによるものです。

研究で実証されたカカオの殻の超音波支援抽出

Grillo et al. (2018) は、超音波抽出を用いて、カカオ豆の殻からカカオバター、ポリフェノール（カテキン、エピカテキン、プロシアニジンの二量体、三量体、四量体など）、抗酸化物質、メチルキサンチン（カフェイン、テオブロミンなど）を抽出する研究を行いました。下の表に示すように、超音波処理は親油性および親水性の両方の抽出物の収率を常に高め、簡単で容易な方法によって、抗酸化作用を持つフラバノール（カテキン類およびエピカテキン類）、テオブロミン（殻の質量当たり32.7 ± 0.12 mg/g）、カフェイン（殻の質量当たり1.76 ± 0.08 mg/g）、カカオバターを豊富に含む抽出物が得られました。超音波処理で最良の結果が得られたのは三成分混合物を使用した場合で、親水性画分の総回収率はわずかに低下するものの、抽出時間を16倍短縮できます。

未処理のカカオの殻からの超音波支援抽出（UAE）および従来法による収率を、重量百分率（w/w）で示しています。超音波抽出では、有意に高い収率が得られます。
研究および著作権： Grillo et al. 2019.

Yusof et al. (2019) も、カカオの殻からフラボノイドを超音波抽出する効率性を実証しました。エタノール濃度、温度、超音波処理時間について、以下の抽出条件が最も効率的であり、最高の抽出収率が得られることを見いだしました。すなわち、エタノール濃度80%、処理温度55ºC、超音波処理時間45 minで、総フラボノイド含有量（TFC）は最大値の7.47 mg RE/g乾燥重量（DW）に達しました。

カカオ廃棄物の処理用高性能超音波抽出装置

Hielscher Ultrasonicsの高性能超音波抽出システムは、研究開発、小規模、中規模、本格的な商業生産の各段階で世界中で使用されています。高性能超音波抽出装置は抽出工程を促進し、高品質な抽出物の生産における収率と総合効率を高めます。Hielscher Ultrasonicsは、あらゆる容量／処理能力に対応する抽出装置を提供しています。植物成分の抽出で25年を超える経験を持つHielscher Ultrasonicsは、高性能超音波抽出における信頼できるパートナーです！

カカオ抽出用の高性能・最先端超音波装置

Hielscherの超音波装置のスマート機能は、信頼性の高い運転、再現性のある結果、使いやすさを保証するように設計されています。操作設定には、デジタルカラータッチディスプレイやブラウザーによる遠隔操作から利用できる直感的なメニューを通じて、簡単にアクセスして調整できます。そのため、正味エネルギー、総エネルギー、振幅、時間、圧力、温度などのすべての処理条件が、内蔵SDカードに自動記録されます。これにより、過去の超音波処理の実行記録を見直して比較し、カカオ豆の殻の抽出工程を最高の効率に最適化できます。
Hielscher Ultrasonicsのシステムは、高品質な植物抽出物の製造に世界中で使用されています。Hielscherの産業用超音波装置は、高振幅での連続運転（24/7/365）を容易に行えます。標準ソノトロード（超音波プローブ／ホーン）を使用して、最大200µmの振幅を容易に連続発生させることができます。さらに高い振幅には、特注の超音波ソノトロードを用意しています。当社の超音波抽出システムは、堅牢性が高く、メンテナンスの負担が少ないため、高負荷の用途や厳しい環境に広く導入されています。

 
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下の表は、当社の超音波装置のおおよその処理能力の目安を示しています。