超音波抽出と保存

超音波抽出および保存は、細胞構造の崩壊(溶解)のためにパワー超音波を使用することを利用する。超音波で細胞を破壊すると、細胞内化合物の高効率抽出と微生物の不活性化が可能になります。多くの利点のために、超音波処理は食品業界での抽出と保存に広く使用されています。超音波抽出と食品加工の利点についてもっと学びましょう!

食品や植物の抽出と保存のためのパワー超音波

超音波抽出: 超音波抽出は、高周波音波を使用して、植物、果物、野菜などのさまざまな材料から化合物を抽出するプロセスです。このプロセスでは、超音波を使用して液体または半固体の材料に高圧の気泡を生成し、それが急速に崩壊して、材料の細胞壁を破壊し、目的の化合物を放出する激しい熱と圧力を生成します。

超音波抽出と保存の動作原理

超音波抽出の背後にある基本原理は、音響キャビテーションとして知られる現象に基づいています。液体に高強度・低周波(約20kHz)の超音波が加わると、圧力波が発生し、液体中に小さな真空気泡が発生します。これらの気泡は、超音波の強度が増すにつれてサイズが大きくなり、一定のサイズに達すると突然激しく崩壊し、衝撃波を発生させて熱と圧力の形でエネルギーを放出します。
このプロセスにより、細胞壁が機械的に破壊され、材料から目的の化合物が液体溶媒に放出されます。その後、遊離した化合物は、ろ過や遠心分離などの標準的な分離技術を使用して溶媒から分離できます。

超音波保存: 超音波保存は、超音波抽出と同じキャビテーション効果に基づいています。保存のために、パワー超音波を適用して、腐敗の原因となる微生物の増殖を抑制するために高周波音波を使用することにより、生鮮食品の貯蔵寿命を延ばします。このプロセスでは、食品を超音波にさらし、細菌、酵母、カビの細胞壁を破壊し、それらの破壊または阻害を引き起こします。
このプロセスは、微生物の細胞壁の機械的破壊を引き起こし、微生物の破壊または阻害につながります。超音波はまた、細胞膜の透過性を高めることができ、防腐剤やその他の抗菌剤が微生物をより効果的に浸透させて殺すことができます。
超音波保存は、処理時間の短縮、効率の向上、食品の自然な特性や風味を保存する能力など、いくつかの利点を提供するため、従来の保存方法よりも好まれます。ソース、ジュース、乳製品、卵、肉など、幅広い食品に使用されており、賞味期限を延ばし、安全性を確保しています。

超音波抽出および保存技術は、より速い抽出速度、優れた製品品質、より高い収率、純粋に機械的な非熱処理、および広範囲の化合物を抽出する能力など、いくつかの利点を提供するため、従来の抽出および保存方法よりも好まれます。食品・飲料、医薬品、化粧品など幅広い業界で使用されています。

超音波タンパク質と酵素抽出

特に、細胞や細胞内粒子に貯蔵されている酵素やタンパク質の抽出は、溶媒による植物や種子の体内に含まれる有機化合物の抽出を大幅に改善できるため、高強度超音波のユニークで効果的なアプリケーションです。したがって、超音波は、例えば、現在のプロセスで形成された未利用の副産物の流れからの、新規の潜在的に生物活性成分の抽出および単離において潜在的な利点を有する。超音波はまた、酵素治療の効果を強化するのを助け、これにより必要な酵素の量を減らしたり、抽出可能な関連化合物の収率を増加させたりします。

脂質とタンパク質の超音波抽出

超音波処理は、大豆(小麦粉や脱脂大豆など)や他の油糧種子などの植物種子からの脂質やタンパク質の抽出を改善するためによく使用されます。この場合、細胞壁の破壊は、プレス(低温または高温)を促進し、それによってプレスケーキ中の残留油または脂肪を減少させる。

分散タンパク質の収率に対する連続超音波抽出の影響は、Moultonらによって実証された。超音波処理は、フレーク/溶媒比が1:10から1:30に変化するにつれて、分散タンパク質の回収率を徐々に増加させた。それは、超音波がほとんどすべての商業的スループットで大豆タンパク質をペプチド化することが可能であり、より厚いスラリーが使用されたときに必要な超音波処理エネルギーが最も低かったことを示しました。

フェノール化合物とアントシアニンの超音波分離

ペクチナーゼ、セルラーゼ、ヘミセルラーゼなどの酵素は、細胞壁を分解し、ジュースの抽出性を向上させるために、ジュース加工に広く使用されています。細胞壁マトリックスの破壊は、フェノール化合物などの成分もジュースに放出します。超音波は抽出プロセスを改善するため、プレスケーキに一般的に残されるフェノール化合物、アルカロイド、ジュースの収量が増加する可能性があります。

The beneficial effects of ultrasonic treatment on the liberation of phenolic compounds and anthocyanins from grape and berry matrix, in particular from bilberries (Vaccinium myrtillus) and black currants (>Ribes nigrum) into juice, was investigated by VTT Biotechnology, Finland using an ultrasonic processor UIP2000hd after thawing, mashing and enzyme incubation. The disruption of the cell walls by enzymatic treatment (Pectinex BE-3L for bilberries and Biopectinase CCM for black currants) was improved when combined with ultrasound. “米国の処理により、ビルベリージュースのフェノール化合物の濃度が15%以上増加します。[…]米国(超音波)の影響は、ペクチンの含有量が高く、細胞壁の構造が異なるため、ビルベリーよりもジュース加工が難しいベリーである黒スグリでより重要でした。[…]ジュース中のフェノール化合物の濃度は、酵素インキュベーション後に米国(超音波)処理を使用することにより15〜25%増加しました。” (cf. Mokkila et al., 2004)
 

微生物および酵素の不活性化

例えば、フルーツジュースやソースにおける微生物および酵素の不活性化(保存)は、食品加工における超音波の別の応用です。今日でも、微生物や酵素の不活性化のための最も一般的な処理方法である微生物や酵素の不活化による保存(低温殺菌)は、保存期間の延長(保存)につながります。高温にさらされるため、従来の熱低温殺菌は食品にとってしばしば欠点となります。
熱触媒反応による新物質の生成や高分子の修飾、植物や動物の構造の変形は、品質の低下につながる可能性があります。したがって、温熱処理は、感覚属性、すなわち食感、風味、色、匂い、および栄養価、すなわちビタミンやタンパク質の望ましくない変化を引き起こす可能性があります。超音波は、効率的な非熱的(最小限)処理の代替手段です。

従来の熱処理とは対照的に、超音波保存は音響キャビテーションのエネルギーとせん断力を使用して酵素を不活性化します。十分に低いレベルの超音波処理では、構造的および代謝的変化が細胞内で破壊されることなく起こり得る。ペルオキシダーゼの活性は、ほとんどの生の果物や野菜に見られ、特に異臭や褐変顔料の発生に関連付けることができ、超音波の使用によって大幅に減少させることができます。リパーゼやプロテアーゼなど、超高温処理に耐え、加熱処理された牛乳やその他のダイアリー製品の品質と保存期間を短縮する可能性のある耐熱性酵素は、超音波、熱、圧力(MTS)を同時に加えることで、より効果的に不活性化することができます。

超音波は、大腸菌、サルモネラ菌、回虫、ジアルジア、クリプトスポリジウム嚢胞、ポリオウイルスなどの食品媒介性病原体の破壊においてその可能性を実証しています。

適用対象:ジャム、マーマレードまたはトッピング、フルーツジュースとソース、肉製品、乳製品、アイスクリームの保存。
 

超音波と温度および圧力の相乗効果

超音波処理は、次のような他の抗菌方法と組み合わせると、より効果的であることがよくあります。

• サーモソニケーション、すなわち熱と超音波
• マノソニケーション、すなわち圧力と超音波
• マノサーモソニケーション、すなわち圧力、熱および超音波

Bacillus subtilis、Bacillus coagulans、Bacillus cereus、Bacillus sterothermophilus、Saccharomyces cerevisiae、およびAeromonas hydrophilaには、熱および/または圧力による超音波の併用が推奨されます。

超音波と他の食品保存技術

高圧均質化、熱低温殺菌、高静水圧(HP)、圧縮二酸化炭素(cCO2)および超臨界二酸化炭素(ScCO2)、高電界パルス(HELP)、マイクロ波などの他の熱および非熱プロセスとは異なり、超音波は実験室またはベンチトップスケールで簡単にテストできます – スケールアップのための再現可能な結果の生成。強度とキャビテーション特性は、特定の目的を対象とする特定の抽出プロセスに容易に適合させることができます。振幅と圧力は、例えば、最もエネルギー効率の高い抽出セットアップを特定するために、広範囲で変化させることができます。

超音波プローブタイプの抽出の使用に関連する他の利点は、抽出物の取り扱いが容易で、迅速な実行、残留物なし、高収率、環境に優しい、品質の向上、および抽出物の劣化の防止です。
(cf. Chemat et al., 2011)

抽出およびPreseravationのための高性能超音波装置

ヒールシャー超音波は、効率的な抽出と保存のための高性能超音波装置を設計、製造、販売しています。抽出および食品保存のためのヒールシャー超音波装置を使用することは、安全かつ環境に優しいだけでなく、効率的かつ経済的に適用することができる強力な加工技術です。均質化および保存効果は、フルーツジュースやピューレ(オレンジ、リンゴ、グレープフルーツ、マンゴー、グレープ、プラムなど)だけでなく、野菜ソースやスープ(トマトソースやアスパラガススープなど)、乳製品、卵、肉など、液体またはペースト状の食品にも簡単に使用できます。
当社の超音波ホモジナイザーおよび抽出器のポートフォリオは、ハンドヘルドのポータブルデバイスから、商業規模で大量のインライン処理を行うための完全工業生産システムまで多岐にわたります。

設計・製造・コンサルティング – 品質はドイツ製

ヒールシャー超音波装置は、その最高の品質と設計基準でよく知られています。堅牢性と簡単な操作により、当社の超音波装置を産業施設にスムーズに統合できます。過酷な条件と要求の厳しい環境は、ヒールシャー超音波装置によって容易に処理されます。

ヒールシャー超音波はISO認定企業であり、最先端の技術と使いやすさを特徴とする高性能超音波装置に特に重点を置いています。もちろん、ヒールシャー超音波装置はCEに準拠しており、UL、CSAおよびRoHsの要件を満たしています。

以下の表は、当社の超音波装置のおおよその処理能力を示しています。