ウキクサのタンパク質抽出

ウキクサ（Lemna minor）は、タンパク質やその他の栄養成分を豊富に含む、成長の速い水生植物です。超音波抽出は、ウキクサからタンパク質、脂質、植物栄養素を放出させる、効率と信頼性に優れた処理技術として利用されています。超音波処理により、食品グレードの製品向けにウキクサを簡単かつ迅速に処理できます。

栄養源としてのウキクサ

ウキクサ（Lemna属）は水生の顕花植物で、知られている中で最も小さい顕花植物です。Wolffia、ウォーターレンティル、ウォーターレンズとも呼ばれるウキクサは、淡水環境で生育し、世界中に見られます。ウキクサの属には、Spirodela、Landoltia、Lemna、Wolffiella、Wolffiaなど、さまざまな種が知られています。Lemnaは毎日大きさを倍増できるほど速く成長するため、栄養、食料安全保障、機能性食品の分野に携わる科学者や食品技術者の関心を集めています。東南アジアの一部では、ウキクサは栄養密度の高さで古くから知られており、タンパク質含有量が高いこと（乾燥質量の45%超）から「野菜のミートボール」という愛称で呼ばれています。ウキクサは、鶏卵と同様に完全なタンパク質組成を備えており、九種類すべての必須アミノ酸と六種類の条件付き必須アミノ酸を含んでいます。

ウキクサ由来の脂質とタンパク質

ウキクサは乾燥重量当たり20–35%のタンパク質、4–7%の脂肪、4–10%のデンプンを含んでいます。興味深いことに、ウキクサのアミノ酸分布はWHOの推奨値に近く、例えばリシンが4.8%、メチオニンとシステインが2.7%、フェニルアラニンとチロシンが7.7%含まれています。多価不飽和脂肪酸の含有率は48–71%で、n3脂肪酸の含有量が高いことにより、n6/n3比は0.5以下という良好な値になりました。” (Appenroth et al. 2017)

ウキクサ試料のSEM画像：上段は、ウキクサの対照試料の損傷していない細胞を示しています。
下段は、超音波処理装置UP400Stを使用して抽出したウキクサ試料を示しています。細胞には、超音波処理による明確な機械的破壊が見られます。
研究および画像：©2023 Inguanez et. al.

ウキクサの超音波抽出

超音波抽出は、ウキクサの成分、特にタンパク質と脂質を食品として抽出するために利用されています。Lemnaのタンパク質ミールと脂質は、水生植物であるウキクサから効率よく放出され、分離されます。

ウキクサの抽出に超音波処理をどのように適用するのでしょうか？

Lemnaを収穫した後、余分な水分を除去します（例えば遠心分離によって）。超音波抽出には、バイオマスを豊富に含む（つまりLemnaの濃度が高い）スラリーが適しています。これにより、超音波処理の効率が高まります。ウキクサのスラリーは、ウキクサと水、または選択した別の溶媒で構成できます。このスラリーを超音波リアクターに供給すると、音響キャビテーションが細胞マトリックスを破壊し、細胞内成分を水系または溶媒系の抽出媒体へ放出させます。

抽出溶媒の選択

超音波抽出は、（ほぼ）あらゆる種類の溶媒に対応しています。研究では、極性溶媒であるエタノールのほか、メタノール–エタノール、クロロホルム–エタノール、ヘキサン–エタノール、ジエチルエーテル–エタノール、石油エーテル–エタノールなど、体積比の異なるさまざまな非極性混合溶媒を使用して、ウキクサの成分が抽出されています。
適切な溶媒と超音波処理を組み合わせることで、ウキクサのバイオマスからの植物栄養素の放出が促進されます。超音波処理は植物の細胞構造を均質化して破壊し、細胞破砕と崩壊をもたらします。超音波抽出は、植物、菌類、藻類の抽出物の製造に広く利用されています。

超音波抽出のメカニズム

液体やスラリーに結合された高出力超音波は、音響キャビテーション、せん断、振動など、エネルギーの強い作用を生じさせます。これらの高出力超音波の作用は、細胞構造の崩壊と破壊に有効に利用されています。さらに、超音波処理は脂質、タンパク質、炭水化物の分子結合を切断し、目的とする主要栄養素や植物化学成分を、ウキクサなどの植物原料の細胞内部から放出させます。これにより、超音波処理は抽出を大幅に促進し、抽出時間を短縮します。

ウキクサのタンパク質と脂質のための超音波抽出装置

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に利用されています。高性能超音波抽出装置は抽出プロセスを促進し、高品質な抽出物の製造における収率と総合的な効率を高めます。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。植物抽出における25年以上の経験を持つHielscher Ultrasonicsは、高性能超音波抽出の信頼できるパートナーです！