超音波処理による高効率なチャーガ抽出

チャーガ（Inonotus obliquus）には、健康の維持や疾病との闘いに寄与することが知られている、非常に強力な植物化学成分（多糖類、ベツリン酸、トリテルペノイドなど）が豊富に含まれています。チャーガ抽出に高出力の超音波周波数を用いることは、最高の品質と収率を備えた優れたチャーガ抽出物を製造するために推奨される技術です。

超音波によるチャーガ抽出物

超音波抽出は、植物や菌類などの天然原料から植物化学成分を放出させる、非常に効果的な技術です。
チャーガには、多糖類、トリテルペン、ポリフェノールなどのさまざまな化合物が豊富に含まれ、これらが健康促進作用や治療作用の大部分を担っています。チャーガの主要な生理活性化合物には、多糖類（β-グルカン、d-ガラクトース、d-グルコース、d-キシロース、d-マンノースを含むプロテオグリカンなど）、トリテルペノイド（ベツリン、ベツリン酸など）、ポリフェノール、植物ステロール（イノトジオールなど）があり、そのほかの化合物も含まれています。

超音波抽出は、チャーガの細胞を効率的に破砕し、細胞内の化合物（すなわち、生理活性を持つ植物化学成分）を溶媒中に放出させます。超音波抽出は、音響キャビテーションの作用原理に基づいています。超音波／音響キャビテーションの効果には、大きなせん断力、乱流、強い圧力差があります。これらの超音波による機械的な力が、キチン質のキノコ細胞壁などの細胞構造を破壊し、チャーガ原料と溶媒の間の物質移動を促進することで、短時間の工程で非常に高い抽出収率が得られます。また、超音波処理は細菌や微生物を死滅させることで抽出物の滅菌を促進します。超音波処理による微生物の不活化は、細胞膜に対するキャビテーションの破壊力、フリーラジカルの生成、局所的な加熱によって生じます。

超音波によるチャーガ抽出には、なぜこれほど多くの利点があるのでしょうか？

超音波抽出は、食品、サプリメント、医薬品、化粧品向けの植物抽出物やハーブ抽出物など、抽出物製造の多くの分野で利用されています。超音波抽出の特に代表的な例は、大麻植物からのカンナビジオール（CBD）やその他の化合物の抽出です。
超音波抽出は非熱的な抽出技術であるため、生理活性化合物が超音波によって穏やかに処理され、熱に敏感な植物成分の熱分解が防止されます。超音波処理のすべてのプロセスパラメーター、すなわち振幅、強度、温度、圧力を正確に制御できます。これにより、工程と品質の精密な管理が可能になり、一度得られた抽出結果を容易に繰り返し再現できます。抽出物の製造業者は、超音波処理の確かな工程再現性を高く評価しています。この再現性は、工程と製品を高い品質水準で標準化するのに役立ちます。

超音波処理による高品質・高収率のチャーガ抽出物

超音波によって製造されたチャーガ抽出物には、従来の熱水抽出物よりも多くのトリテルペノイドが含まれることが、研究によって確認されています。超音波抽出技術は、チャーガ（I. obliquus）からすべての重要な化合物を放出させ、単離することを促進します。超音波支援抽出は、優れた効率と、キノコ抽出物中の生理活性を持つ植物化学成分の生物学的利用能の向上によって、ほかの抽出方法を上回ります。科学的研究からの抜粋は、超音波によるチャーガ抽出の高い効率と収率を示しています。

チャーガからの多糖類の抽出

Zhangらは、超音波支援抽出を用いてI. obliquusから多糖類を抽出するための最適条件を検討しました。最良の条件は、水を溶媒とし、95 °Cで15分間、超音波周波数を用いて抽出することで、この条件で1.82%の抽出値が得られました。

チャーガからのベツリン／ベツリン酸の抽出

結果は、超音波が細胞壁を強制的に開き、物質移動と熱移動をより効果的に促進できるため、ベツリンとベツリン酸の抽出に積極的な役割を果たしたことを示しています。これにより、目的の植物化学成分を短時間で高効率に抽出できます。超音波処理後に溶媒抽出工程を追加しても収率の増加がわずかであったことは、これらの化合物の大部分がすでにバイオマスから抽出されていたはずであることを示しています。得られた結果は、バイオマス中の抽出可能なベツリンの最大量を示しています。（Alhazmi, 2017）全体として、超音波処理はベツリンとベツリン酸の収率を大幅に高めました。

段階別の抽出プロトコル

チャーガ（Inonotus obliquus）から強力なフルスペクトラム抽出物を単離するために、強力超音波を用いた二段階の抽出プロトコルを適用します。
原料：乾燥したI. obliquus（100g）を約1,3cm2（0.5×0.5インチ）の小片に砕きます。砕いたキノコ原料を1.5Lのガラスビーカーに入れます。

1. 工程：超音波低温抽出： チャーガを入れたガラスビーカーに溶媒混合液を加え、乾燥・粉砕したチャーガを、精製水または蒸留水を用いた60%エタノール溶液1000 mL中に懸濁させます（v/v；60%エタノール : 40%水）。抽出には、ソノトロードS24d22L2Dを装備した超音波抽出装置UP400Stを使用します。超音波処理装置のホーン（ソノトロード）を、キノコと溶媒の懸濁液に浸します。撹拌機の使用は任意ですが、植物粒子をソノトロードへ均一に移動させるのに役立つ場合があります。ソノトロードがビーカーの壁に接触しないようにしてください。振幅を100%に設定し、約10 min超音波処理します。UP400Stには、差し込み接続式の温度センサーが付属しています。熱電対を超音波処理装置に接続し、センサーを懸濁液に挿入します。超音波装置UP400Stのデジタルメニューで、温度の上限を設定できます。この上限温度に達すると超音波処理装置は一時停止し、懸濁液が設定した∆Tの下限値に達すると自動的に再始動します。推奨される∆Tの値は、上限温度が約30°C、下限温度が約20°Cです。水浴または氷浴を使用すると、超音波処理中の温度を低く保つのに役立ちます。超音波処理後、ろ過と圧搾によってキノコの固形分を除去します。抽出された植物化学成分を含む溶媒を真空蒸発または回転蒸発にかけ、最終的にエタノール抽出によるチャーガ画分を得ます。残ったチャーガの固形分は、任意の第二の浸漬工程である超音波高温抽出に使用できます。
2. 工程（任意）：超音波高温抽出： 最初の抽出から回収したチャーガ原料を、超音波高温抽出の第二工程で使用し、チャーガにまだ残っている植物化学成分の画分を単離します。キノコ原料をガラスビーカーに入れ、新しい60%エタノール : 40%水の溶媒溶液600mLを加え、約70°Cまで加熱します。超音波処理中、温度は最大95°Cまで上昇する可能性があります。追加の熱によって、残存する植物化学成分の放出が促進されます。熱に敏感な化合物のほぼすべてが、工程1で温度を制御した条件下ですでに抽出されているため、この第二工程を任意で適用することで、チャーガのすべての植物化学成分を網羅した、非常に強力な抽出物を製造できます。上記と同じ方法で、UP400Stを用いて懸濁液を超音波処理します。ろ過と圧搾を行い、水抽出物からキノコを分離します。第二の抽出で得られる植物由来成分も、蒸発によって単離します。

水抽出とエタノール抽出で得られた両方のチャーガ抽出画分を混合し、フルスペクトラムのチャーガ抽出物を得ます。この抽出物は、チンキ、カプセル、食用製品など、さまざまな製品に製剤化できます。

このプロセスは、ほかのどのような容量にも完全に線形でスケール変更できます。同じ超音波パラメーター（超音波強度Ws/L、圧力、温度、固体:液体濃度）を適用すれば、一度確立した超音波チャーガ抽出のすべての結果を、同じ結果（収率、工程効率など）を達成しながら、より大きい容量（または小さい容量）へ容易にスケール変更できます。

超音波によって製造されたキノコ抽出物には、健康に対する数多くの有益な作用が知られている多糖類が豊富に含まれています。超音波処理装置UP100Hは、チャーガ、ヤマブシタケ、霊芝、冬虫夏草などの薬用キノコを効率的に抽出するための、100 ワットの強力な超音波抽出装置です。

溶媒の選択

超音波抽出は、あらゆる溶媒に対応しています。そのため、ご希望の溶媒を使用できます。上記のチャーガ抽出プロトコルでは、60%エタノール : 40%水（v/v）からなる溶媒溶液を推奨しています。エタノールと水の組み合わせにより、さまざまな極性の植物化学成分を放出させることができます。代わりに、最初の抽出工程でエタノールを、第二の抽出工程で水を用いる二相抽出も適用できます。アルコールと水を組み合わせた溶媒による超音波抽出は、チャーガなどのキノコから水溶性およびアルコール溶性の植物化学成分を放出させます。
したがって、抽出は、純粋で強力なキノコ抽出物を製造するための基本となります。
Inonotus obliquusの抽出に使用されるほかの溶媒には、イソプロパノール、メタノール、10%酢酸を含むメタノール、酢酸エチルなどがあります。溶媒を除去した後（蒸発など）、抽出物中に微量の溶媒が残留する場合があるため、食品グレードの抽出物には無毒性の溶媒を推奨します。

超音波浴では、なぜチャーガの抽出結果が不十分になるのでしょうか？

超音波浴は、一般に穏やかな洗浄用途で使用されます。超音波浴では、比較的大きな槽の中で、音響キャビテーションが制御されず、不均一に分布して発生します。キノコと溶媒の混合液を入れたガラスビーカーを超音波浴に置くと、もともと弱い超音波がビーカーの壁を通過しなければならず、超音波の強度がさらに低下します。つまり、超音波洗浄槽の超音波強度は、効率的なキノコ抽出には弱すぎます。キノコの細胞壁には、細胞を非常に硬く、破砕しにくくする強靭な物質であるキチンが含まれています。チャーガなどのキノコから生理活性化合物を放出させるには、高強度の超音波が必要です。超音波プローブは、菌類の細胞壁を破って開く力である音響キャビテーションを、はるかに強力に発生させます。
 

UV-Vis分析図は、超音波プローブと超音波浴によるチャーガ抽出の比較を示しています。プローブ型超音波処理装置UP100H（黒い曲線）は、チャーガの生理活性化合物について有意に高い収率をもたらします。

 
超音波プローブと超音波浴の違いについて詳しく読み、抽出効率を比較してみてください！

チャーガ抽出用の高性能超音波処理装置

超音波抽出は、チャーガやその他のキノコなど、さまざまな原料から高品質の抽出物を製造する工程を容易にし、加速する信頼性の高い処理技術です。Hielscher Ultrasonicsの製品群は、コンパクトな実験室用超音波処理装置から産業用抽出システムまで、全範囲を網羅しています。そのため、Hielscherは、お客様が想定する処理能力に最も適した超音波処理装置を提供できます。長年の経験を持つスタッフが、実現可能性試験と工程の最適化から、最終的な生産規模での超音波システムの設置まで支援します。
当社の超音波抽出装置は、設置面積が小さく、設置方法の選択肢も多様なため、スペースの限られたペクチン処理施設にも設置できます。超音波処理装置は、世界各地の食品、医薬品、栄養補助食品の製造施設に導入されています。

Hielscher Ultrasonics – 高度な抽出装置

Hielscher Ultrasonicsの製品群は、小規模から大規模まで、高性能超音波抽出装置の全範囲を網羅しています。追加のアクセサリーにより、チャーガ抽出工程に最も適した超音波装置構成を容易に組み立てられます。最適な超音波システム構成は、想定する処理能力、容量、原料、バッチ処理かインライン処理か、およびスケジュールによって決まります。

バッチ処理と連続フロースルー処理

Hielscherの超音波処理装置は、バッチ処理と連続フロースルー処理に使用できます。超音波によるバッチ処理は、工程試験、最適化、小規模から中規模の生産に最適です。チャーガを大量に処理する場合には、インライン処理の方が有利な場合があります。連続インライン混合工程には、ポンプ、ホースまたは配管、タンクからなる高度なシステム構成が必要ですが、非常に効率的かつ迅速で、必要な作業量を大幅に減らせます。すべての産業用システムは加圧下で運転でき、これによってキャビテーションが増大し、抽出効率が高まります。Hielscher Ultrasonicsは、お客様の抽出容量と工程目標に最も適した抽出システム構成を提供します。

あらゆる生産能力に対応する超音波抽出装置

Hielscher Ultrasonicsの製品群は、コンパクトな実験室用超音波処理装置から、卓上型およびパイロットシステム、毎時トラック積載量に相当する量を処理できる本格的な産業用超音波処理装置まで、全範囲を網羅しています。この充実した製品群により、チャーガやその他のキノコ、処理能力、生産目標に最も適した超音波抽出装置を提供できます。
卓上型超音波システムは、実現可能性試験と工程の最適化に最適です。確立したプロセスパラメーターに基づく線形スケールアップにより、小ロットから本格的な商業生産への処理能力の拡大が非常に容易になります。スケールアップは、より高出力の超音波抽出装置を設置するか、複数の超音波処理装置を並列に配置してクラスターを構成することで実施できます。Hielscherは、UIP16000により、世界で最も強力な超音波抽出装置を提供しています。

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、生産現場で頼りになる装置として活躍します。振幅は、チャーガ（Inonotus obliquus）から植物化学成分を超音波抽出する際の効率と有効性に影響する、重要なプロセスパラメーターの一つです。
Hielscher Ultrasonicsのすべての処理装置で、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するためのアクセサリーです。Hielscherの産業用超音波処理装置は、非常に大きな振幅を発生させ、厳しい要求のある用途に必要な超音波強度を提供できます。最大200µmの振幅でも、24/7の連続運転を容易に行えます。
振幅の精密な設定と、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ーの常時監視により、キノコ原料を最も効果的な超音波条件で処理できます。最良の抽出結果を得るための最適な超音波処理です！
Hielscherの超音波装置は堅牢であるため、高負荷や厳しい環境でも24/7の運転が可能です。これにより、Hielscherの超音波装置は、お客様の抽出要件を満たす信頼性の高い作業装置となります。

簡単でリスクのない試験

超音波プロセスは、完全に線形でスケール変更できます。つまり、実験室用または卓上型の超音波処理装置で得られたすべての結果を、まったく同じプロセスパラメーターを用いて、まったく同じ結果が得られるようにスケール変更できます。このため、超音波処理は、リスクのない実現可能性試験、工程の最適化、その後の商業製造への導入に最適です。超音波処理によってチャーガ抽出物の生産をどのように増やせるかについては、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は超音波処理装置における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、テルトーにある本社で設計・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りになる装置として活躍します。全負荷や厳しい環境での24/7運転は、Hielscherの高性能抽出装置が当然備えている特性です。
Hielscherの超音波処理装置は、さまざまなサイズから選択でき、キノコ抽出工程の要件に正確に合わせた構成で購入できます。小さな実験室用ビーカー内での菌類の処理から、産業規模でのキノコスラリーの連続フロースルー混合まで、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 – 最適な超音波システム構成をご提案いたします！

下表は、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。