超音波でスプラウトの生育を促進

スプラウトは、ビタミン、タンパク質、ミネラル、抗酸化物質を豊富に含む人気の健康食品です。しかし、スプラウトの生育には多くの労力と時間がかかります。超音波による種子の活性化は、発芽率を高め、スプラウトの生育を速め、栄養成分組成を改善し、健康な苗の成長を促します。超音波による種子の浸漬とプライミングは、スプラウトの生産能力を高めるための理想的な技術です。

種子、穀物、豆類からのスプラウト栽培

スプラウトは、アルファルファ、クローバー、ヒマワリ、ブロッコリー、マスタード、ラディッシュ、ニンニク、ディル、カボチャ、アーモンド、穀物（例：小麦粒、キヌア、大麦、ライ麦、ソバ、ソルガム、キビ）、豆類（例：落花生、エンドウ豆、ひよこ豆、レンズ豆）、さらに緑豆、キドニービーン、ピントビーンズ、白インゲン豆、大豆などのさまざまな豆の種子を発芽させたものです。スプラウトは、タンパク質、ビタミン、ミネラル、抗酸化物質などの植物由来栄養成分が豊富で、カロリー、脂肪、ナトリウムが少ないため、広く「健康食品」や「スーパーフード」と考えられています。毎日の食事計画にスプラウトを取り入れることで、食物繊維、ビタミン、ミネラル、その他の健康を促進する植物由来栄養成分を体に補給できます。
スプラウトとマイクログリーンに含まれる栄養素の生体利用率：穀物と豆類には、消化を妨げ、微量栄養素やミネラルの生体利用率を低下させるさまざまな抗栄養成分が含まれています。例えば、穀物と豆類に含まれるトリプシン阻害物質とフィチン酸塩は、それぞれタンパク質の消化率とミネラルの吸収を低下させます。トリプシン阻害物質は消化酵素トリプシンの活性を妨げるため、摂取したタンパク質を適切に消化し、体内に吸収することができなくなります。
そのため、これらの抗栄養成分を不活性化するために、発芽とスプラウトの生育が利用されます。スプラウトの生育中には、栄養素や植物化学物質を生成する経路が始動し、酵素が活性化されます。これにより、発芽した種子や豆類は、消化によって利用可能になる多様な栄養素を供給します。
発芽とスプラウトの生育の過程では、α‐アミラーゼ、プルラナーゼ、フィターゼ、その他のグルコシダーゼなどの内在性酵素が種子内で活性化されます。これらの酵素は抗栄養因子を分解し、複雑な多量栄養素を、単純で消化しやすい形に分解します。
スプラウトには、タンパク質、クロロフィル、ビタミン、ミネラル、酵素、アミノ酸、植物化学物質など、健康を促進する栄養成分が豊富に含まれています。例えば、ブロッコリースプラウトは、sulfurophaneが極めて豊富であることでよく知られています。発芽したブロッコリーの種子は、成熟したブロッコリーの花蕾と比べて50倍のsulfurophaneを含みます。

スプラウトの栽培手順

スプラウトの栽培には多くの労力と時間がかかります。スプラウトの生育過程では、微生物汚染と腐敗を防ぐために、衛生管理と衛生的な環境が不可欠です。超音波を利用した浸漬、発芽、スプラウトの生育は、栄養豊富で活力のあるスプラウトや苗の栽培と成長を速めます。

超音波によるスプラウトとマイクログリーンの栽培促進

超音波による浸漬、発芽、スプラウトの生育は、スプラウトとマイクログリーンの栽培工程を強化します。スプラウトの生育には多くの労力と時間がかかり、カビや細菌による腐敗が起こりやすいという問題があります。種子は水中（吸水・浸漬段階）および高湿度の環境（スプラウトの生育段階）で長時間を過ごすため、微生物汚染と腐敗のリスクが非常に高くなります。腐敗したスプラウトやマイクログリーンを食べると、重度の食中毒を引き起こします。超音波による浸漬と発芽は、浸漬とスプラウトの生育にかかる時間を短縮します。種子の発芽と成長が速まるため、高湿度環境に置かれる時間が短くなります。これにより、微生物の増殖と腐敗が進む時間を最小限に抑えます。超音波によるスプラウトの生育は、工程を効率化するだけでなく、汚染リスクも低減します。
さらに、さまざまな研究により、超音波を利用して浸漬・発芽させたスプラウトは、従来の方法で発芽させた種子と比べて、タンパク質、ビタミン、植物由来栄養成分の含有量が高いなど、栄養成分組成に優れることが示されています。超音波を利用して栽培したスプラウトは、苗の活力も高くなります。

超音波によるハイドロプライミングは、水分と栄養素の吸収を改善します。超音波処理したレンズ豆（40Ws/g）と超音波処理していないレンズ豆の比較から、超音波処理によって吸水が著しく改善されることがわかります。

超音波による種子の活性化

超音波による発芽の促進は、超音波キャビテーション／音響キャビテーションの機械的作用によって生じます。超音波キャビテーションは種子の外皮に作用し、種皮を断片化することで、種子表面の多孔性を高めます。これは文字どおり、種皮の超音波による断片化が外皮に穴を開けることを意味します。さらに、超音波処理によって孔径が拡大し、種子内部と生育培地の間の物質移動が増加します。強化された物質移動によって、種子に必要な水分と栄養素が供給されます。多孔性と透過性の向上により、種子は水分と栄養素をより速く取り込めます。乾燥した種子／穀粒の水和が改善され、保水能力が高まることで、スプラウトの成長が速まります。

種子の超音波処理にかかる時間はわずか数分です。具体的な超音波処理時間は種皮の硬さによって異なり、ほとんどの種子品種では4–6分となる場合があります。超音波処理を特定の種子／穀粒の種類に適合させるうえで、超音波処理装置の振幅は、種子の超音波浸漬とプライミングの有効性に大きく寄与する重要な要因です。種子の外皮が硬く厚いほど、より高い振幅が必要になります。Hielscher Ultrasonicsは、超音波を利用した種子の吸水／浸漬、プライミング、発芽について深い知識を有しています。お客様のスプラウトの品種と生産能力に最も適した、効果的な超音波装置をご提案します。

超音波処理時間が長いほど、Calanthe交雑種の発芽が改善されます。（Shin et al. 2011）

超音波で発芽させたスプラウトのより高い栄養価

超音波を利用したスプラウトの生育は、発芽速度と生物学的応答の誘導率を高めるだけでなく、スプラウトの栄養面の品質にも良い影響を与えます。複数の研究で、超音波処理による植物由来栄養成分の生合成の促進が実証されています。Yang et al. (2015)は、超音波処理した大豆スプラウトでイソフラボノイド含有量の増加を測定しました。超音波処理していないサンプルと比べて、イソフラボノイドであるダイゼインとゲニステインの量は、それぞれ39.13および96.91 %増加しました。超音波プライミングを行った大豆では、ガンマアミノ酪酸（GABA）も43.4%増加しました。別の研究では、Yu et al. (2016)が、超音波処理したロメインレタスの抗酸化能の向上を確認しました。
Ampofo (2020)は博士論文で、インゲン豆を360 Wで60 min超音波処理すると、スプラウト生育開始から96 hの時点でストレスマーカーの蓄積が有意に増加することを示しました。苗の成長中のストレスは、超音波処理していない対照サンプルと比べて、防御に関わるフェニルプロパノイド経路を始動させる酵素の活性、フェノール化合物の量、抗酸化能を有意に高めます。超音波処理によって、対照と比べてスプラウトの生育時間が60 h短縮されました。超音波処理した種子では、スプラウト生育開始から24 hで幼根の出現が認められ、生育時間が長くなるにつれて幼根が有意に伸長したのに対し、対照サンプルでは幼根の出現が生育開始から最大48 hまで遅れました。栄養価については、超音波処理した豆のスプラウトは、超音波処理していないサンプルと比べて、総フラボノイド含有量が6.6倍、総アントシアニン含有量が11.57倍でした。
Hielscher Ultrasonicsのプローブ式超音波処理装置は、精密に制御できます。振幅や温度制御などのプロセスパラメータに加え、すべての種子を超音波キャビテーション領域に一様かつ均等にさらすことは、種子やスプラウトの生合成を亢進させるために不可欠な要因です。

超音波によるスプラウト生育の事例研究

Hassan et al. (2020)は、超音波を利用して生育させたソルガムのスプラウトの栄養成分組成が有意に改善されることを示しています。超音波処理によって、ソルガム種子の植物由来栄養成分の組成と量が改善されました。さまざまな植物化学成分（アルカロイド、フィチン酸塩、サポニン、ステロール）、ラジカル消去活性（2,2-diphenyl-1-picrylhydrazyl法、鉄還元抗酸化力測定法、酸素ラジカル吸収能測定法）、フェノール成分組成（総フェノール含有量、総フラボノイド含有量、フェルラ酸、没食子酸、カテキン、ケルセチン、タンニン）、およびin vitroタンパク質消化率（IVPD %）について、ソルガムスプラウトの超音波発芽による影響が調べられました。調べたすべての項目が超音波処理によって改善されました。処理したスプラウトは、特に高いラジカル消去活性と豊富なフェノール成分組成を示し、IVPDの割合も高くなりました。
振幅40%で5 minの穏やかな超音波処理により、有意な改善が認められました。発芽後、超音波処理したソルガムスプラウトは優れた植物化学成分組成を示し、低コストで高タンパク質の機能性食品を製造するための有用な原料となり得ます。

Petru et al. (2018)は、キャビテーション気泡の崩壊時における超音波キャビテーションの作用を調べました。その結果、超音波キャビテーションが種皮に微細な侵食を生じさせ、種子外皮の透過性を高め、物質移動を促進することを見いだしました。彼らは、ライ小麦（ライ麦と小麦の交雑種）の種子の発芽、出芽、苗の初期成長に対する超音波処理の影響を調べました。50個の種子からなるサンプルを、水中で次の条件により超音波処理しました：振幅15 µm、温度25 degС、処理時間0, 2, 4, 6, 8 min。その後、種子を室温で湿ったろ紙の上に置き、発芽とスプラウトの生育を行いました。超音波処理の最も顕著な効果は、処理時間4 minで認められました。4 min超音波処理したライ小麦種子の発芽と苗の出芽について、未処理種子（対照）と比較した最適条件でのデータをFig. 1に示します。超音波処理した種子から生じた苗の平均長は、対照種子から生じた苗の長さを15–20%上回ることがわかりました。超音波処理した種子はより早く発芽し、発芽勢が高く、苗と根がより長くなります。 

発芽とスプラウトの生育を促進する超音波プロセッサー

Hielscher Ultrasonicsの高性能プロセッサーは、食品分野や農業分野で、発芽とスプラウトの生育の促進、オスモプライミングやハイドロプライミングを含む種子プライミング、さらに発酵工程に使用されています。最先端の技術、使いやすさ、安全な操作、堅牢性は、Hielscher Ultrasonicsのすべてのプロセッサーに共通する主要な特長です。
種子と豆類に対するHielscher超音波処理装置の効果について、詳しくはこちらをご覧ください！

バッチ処理とインライン処理

Hielscherの超音波処理装置は、バッチ処理と連続フロー処理に使用できます。処理量と時間当たりの処理能力によっては、インライン処理が推奨される場合があります。大量のバッチ処理にはより多くの時間と労力がかかる一方、連続インライン超音波処理は効率が高く、迅速で、必要な労力が大幅に少なくなります。

あらゆる生産能力に対応する超音波プロセッサー

Hielscher Ultrasonicsの製品ラインアップは、コンパクトなラボ用超音波処理装置から、卓上型システムやパイロットシステム、さらには毎時トラック数台分を処理できる能力を備えた本格的な産業用超音波プロセッサーまで、全領域を網羅しています。この幅広い製品ラインアップにより、お客様の処理能力と目標に最も適した超音波プロセッサーをご提案できます。
超音波卓上型システムは、実現可能性試験とプロセス最適化に理想的です。確立されたプロセスパラメータに基づく線形スケールアップにより、小規模ロットから本格的な商業生産へと処理能力を非常に容易に拡大できます。スケールアップは、より高出力の超音波ミキサーユニットを設置するか、複数の超音波処理装置を並列に組み合わせることで実施できます。Hielscherは、UIP16000によって世界で最も高出力の超音波プロセッサーを提供しています。

最適な結果を得るための精密に制御可能な振幅

Hielscherのすべての超音波処理装置は精密に制御できるため、信頼性の高い作業装置として使用できます。振幅は、超音波による発芽とスプラウトの生育の効率および有効性に影響する重要なプロセスパラメータです。柔らかい種皮を持つ種子には、穏やかな超音波処理と低い振幅設定が必要ですが、丈夫で硬い外皮を持つ種子では、より高い振幅で超音波処理することで、スプラウトの生育が改善されます。Hielscher Ultrasonicsのすべてのプロセッサーで、振幅を精密に設定できます。ソノトロードとブースターホーンは、振幅をさらに広い範囲で変更できるアクセサリーです。Hielscherの産業用超音波プロセッサーは、非常に高い振幅を実現し、要求の厳しい用途に必要な超音波強度を供給できます。最大200µmの振幅で、24/7の連続運転を容易に行えます。
精密な振幅設定と、スマートソフトウェアによる超音波プロセスパラメータの常時監視により、最も効果的な超音波条件で種子を処理できます。最良のスプラウト生育結果を得るための最適な超音波処理！
Hielscherの超音波装置は堅牢であるため、高負荷かつ厳しい環境でも24/7の運転が可能です。これにより、Hielscherの超音波装置は、お客様の処理要件を満たす信頼性の高い作業装置となります。

容易でリスクのない試験

超音波プロセスは、完全に線形にスケールアップできます。つまり、ラボ用または卓上型の超音波処理装置で得られたあらゆる結果を、まったく同じプロセスパラメータを使用して、まったく同じ処理結果が得られるようにスケールアップできます。このため、超音波処理は、リスクのない実現可能性試験、プロセス最適化、その後の商業製造への導入に理想的です。超音波処理によってスプラウトの収量と品質をどのように高められるかについては、お問い合わせください。

最高品質 – ドイツで設計・製造

家族所有・家族経営の企業として、Hielscherは超音波プロセッサーにおいて最高の品質基準を最優先しています。すべての超音波処理装置は、ドイツのベルリン近郊にあるテルトウの本社で設計・製造され、徹底的に試験されています。Hielscherの超音波装置は、その堅牢性と信頼性により、お客様の生産現場で頼れる主力装置となります。全負荷かつ厳しい環境での24/7の運転は、Hielscherの高性能超音波処理装置が本来備える特性です。

Hielscherの超音波プロセッサーは、さまざまなサイズから選択し、お客様のプロセス要件に正確に合わせた構成で購入できます。小さなラボ用ビーカー内の種子の処理から、産業規模での種子スラリーの連続フロー混合まで、Hielscher Ultrasonicsはお客様に適した超音波処理装置を提供します！ぜひお問い合わせください – お客様に理想的な超音波システムを喜んでご提案します！

以下の表は、当社の超音波処理装置のおおよその処理能力の目安を示しています：