超音波による昆虫タンパク質生産の改善

昆虫は、高品質な栄養タンパク質と脂質の供給源であり、持続可能で飼育も容易です。昆虫からタンパク質と脂質を分離するために、極めて効率的で信頼性の高い技術として超音波抽出が用いられています。超音波処理は、高い抽出率、タンパク質と脂質の高い収量、そして最高品質の昆虫由来原料の迅速な処理を実現することが実証されています。

高出力超音波で昆虫タンパク質を抽出する理由

昆虫タンパク質抽出物は、タンパク質の割合が高く、キチンや脂肪などの不要な物質の割合が低いため、一般に昆虫ミールよりも高品質と考えられています。
昆虫ミールは通常、昆虫全体を粉砕して粉末にしたもので、キチン、外骨格、その他の非栄養成分など、消化できない物質が相当量含まれている場合があります。一方、昆虫タンパク質抽出物は通常、昆虫からタンパク質を抽出して製造されるため、より純度が高く、タンパク質がより濃縮された製品となります。超音波抽出は、高品質な昆虫タンパク質の生産に極めて有効な技術であることが実証されています。
昆虫タンパク質抽出物はタンパク質濃度が高いため、昆虫ミールよりもグラム当たりに多くのタンパク質を供給でき、より効率的なタンパク質源となります。また、非栄養成分を除去することで、昆虫タンパク質抽出物がより消化されやすくなり、これを摂取する動物や人間の消化器系の問題のリスクを低減できる可能性があります。
さらに、昆虫タンパク質抽出物は、昆虫ミールよりも風味や臭いが穏やかな場合があり、消費者にとってより魅力的なものとなります。幅広い食品や飼料製品の原料として使用できるため、用途もより多様です。
 

昆虫タンパク質の超音波抽出

超音波抽出は、通常の昆虫ミール加工工程に容易に導入でき、最終製品の品質向上を可能にします。超音波で抽出された昆虫タンパク質は、昆虫ミールよりも優れた品質を備え、栄養価が高く、風味が改善され、機能性も向上しています。

プローブ型超音波処理装置を用いた昆虫タンパク質抽出の一般的な手順

超音波プローブを用いてアメリカミズアブの幼虫から食品グレードのタンパク質を抽出する一般的な手順：
材料と機器：

• あらかじめ飼育して収穫したアメリカミズアブの幼虫、またはミールワームの幼虫（Tenebrio molitor）、コオロギの成虫（Gryllus bimaculatus）、カイコの蛹（Bombyx mori）などの他の昆虫種
• プローブ型超音波処理装置
• ブレンダーまたはフードプロセッサー
• 9.46 mMのアスコルビン酸を含む蒸留水、または選択した他の溶媒
• 遠心分離機
• ガラス製またはプラスチック製の容器
• ろ紙またはメッシュフィルター

昆虫タンパク質抽出の段階別手順

1. 昆虫の幼虫の準備：
   • 飼育システムからアメリカミズアブの幼虫を収穫します。
   • 幼虫を蒸留水で十分に洗浄し、付着物や不純物を除去します。
   • 酵素を失活させ、タンパク質の品質を保持するため、幼虫を-20°C以下で凍結します。
2. 幼虫の破砕：
   • 凍結した幼虫を解凍し、ブレンダーまたはフードプロセッサーに移します。
   • 目的のタンパク質濃度（例：10% w/v）になるように、適切な量の蒸留水または緩衝液を加えます。
   • 均一なスラリーが得られるまで幼虫を混合または処理します。
   • スラリーをガラス製またはプラスチック製の容器に移します。
3. 脱脂（任意）：
   • 昆虫ミールの脱脂は、タンパク質の収量と品質の向上に役立つ任意の工程です。ヘキサン処理により、昆虫ミールの脂肪含有量を低減します。全般的に、人間が摂取するための昆虫タンパク質抽出物のほとんどでは、タンパク質の品質を高めるために脱脂が推奨されます。従来のヘキサン脱脂工程は時間がかかります。超音波処理により、昆虫ミールの脱脂を大幅に加速できます！
4. 超音波処理：
   • UIP2000hdTなどの超音波処理装置のプローブを幼虫スラリーに浸します。
   • 体積とスラリーに応じて、振幅100%や超音波処理時間など、超音波処理装置のパラメーターを設定します。
   • タンパク質の変性を防ぐために一定の温度を維持しながら、幼虫スラリーに超音波を照射します。
   • 超音波処理は、細胞を破砕し、幼虫からタンパク質を放出させるのに役立ちます。
   • 超音波処理中は温度を監視します。Hielscherの超音波処理装置には、温度センサーと温度制御機能が備わっています。
5. 遠心分離：
   • 超音波処理後、処理済みの幼虫スラリーを遠心管に移します。
   • 適切な速度と時間で遠心管を遠心分離し、タンパク質を含む上清を固形残渣や未破砕の細胞から分離します。
   • 抽出されたタンパク質を含む上清を回収し、清潔な容器に移します。
   • 必要に応じて遠心分離工程を繰り返し、残存する固形粒子を除去します。代わりに、タンパク質の分離技術としてろ過を使用することもできます。
6. タンパク質の分析と保管：
   • タンパク質分析を行い、抽出されたタンパク質の品質と組成を評価します。
7. 保管：
   • 抽出されたタンパク質を適切な容器に入れ、涼しく乾燥した暗所で保管します。

 
食料源としての昆虫： コオロギ、ワーム、ハエ、幼虫などの昆虫は、タンパク質を豊富に含んでいます。高品質なタンパク質に対する需要の増加に応えるため、昆虫は健康的で持続可能な、環境に配慮したタンパク質源として評価され、人間用の食品、ペットフード、家畜飼料に使用されています。昆虫は外温動物です（つまり、変温動物であり、体温を上げるために熱を発生させてエネルギーを浪費しません）。広い飼育空間を必要とせず、廃棄物を成長のための基質として与えることができます。このため、昆虫のタンパク質と脂質は有望な食料源であり、増加する世界人口を養い、高品質な栄養素、特にタンパク質への需要を満たすために克服しなければならない「タンパク質の需給ギャップ」を埋めるのに役立つ可能性があります。
昆虫の養殖： 昆虫は昆虫農場で繁殖させ、容器やリアクター内で飼育します。成長が速い生物であるという利点があり、必要な世話は比較的少なく、有機廃棄物を餌として与えることができ、収穫に適した大きさや成熟度まで短期間で育ちます。特にハエの幼虫、ミールワーム、コオロギは飼育が容易です。効率の点では、アメリカミズアブの幼虫は、有機廃棄物を高品質なタンパク質に変換する優れた能力で知られています。このため、アメリカミズアブは昆虫養殖業者の間で「廃棄物変換の女王」とも呼ばれています。
 
昆虫ミールの加工工程： 昆虫が目標の大きさまたは発育段階に達すると、収穫します。これは、食品原料への加工が可能になったことを意味します。加工前に昆虫を水で洗浄し、ふるいにかけ、餌を与えずに4℃で約一日、生きたまま保管します。
その後、昆虫を加熱調理し、非常に高温の空気、または容器内での加熱によって乾燥させます。細菌を死滅させるためにも、加熱処理が必要です。最後に、昆虫を粉砕して乾燥昆虫ミール（昆虫粉とも呼ばれます）にします。昆虫ミールは、食品原料や動物用飼料の添加物として使用できます。ただし、昆虫ミールを精製して価値を高めるために、最も価値の高い成分、すなわちタンパク質と脂質を抽出します。特に純粋な昆虫タンパク質は、栄養価の高い原料として評価され、プロテインバーやプロテインパウダーに使用されるほか、焼き菓子、チップス、クラッカーなど多くの食品に添加されます。
 
超音波プローブ型抽出装置を用いて、高品質な昆虫タンパク質を生産しましょう！
 
昆虫からの高品質タンパク質の超音波抽出：
超音波抽出は、ハエ、ワーム、カメムシ類、コオロギ、幼虫など、多様な昆虫からタンパク質粉末、加水分解物、分離タンパク質を生産するために使用されています。超音波処理は、昆虫ミールから高品質なタンパク質を抽出することで、優れた栄養組成を備えた機能性食品原料を生産します。

昆虫からのタンパク質の超音波抽出の利点

超音波処理は、植物由来原料（例：大豆、米、菜種、ヒマワリ、カボチャの種など）、乳製品（例：ホエイタンパク質濃縮物（WPC）、ホエイタンパク質、乳タンパク質の膜分離保持液、カゼインカルシウム）、藻類（例：海藻）、水産物（例：魚の副産物や水産廃棄物）、昆虫（例：ワーム、幼虫、ハエ、ウジ、甲虫、コオロギ、ゴキブリなど）といった多様な供給源からタンパク質を抽出・処理するために広く用いられています。
極めて効率的で環境に配慮した抽出技術として、昆虫タンパク質の超音波抽出は、昆虫タンパク質粉末、加水分解物、分離タンパク質の生産で活用されています。工程の高い信頼性、再現性、線形のスケールアップが可能なことから、超音波処理は、昆虫からのタンパク質抽出、タンパク質構造の改変、タンパク質の物理化学的特性の改善に用いられています。
例えば、Mintha et al. (2020)は、アメリカミズアブの幼虫（H. illucens）に超音波抽出を適用しました。超音波処理がタンパク質の構造を改善し、機能性を変化させ、その結果、H. illucensのタンパク質／加水分解物の生産に有益であったと報告しています。特に、超音波処理によってゼータ電位、分散性、チオール値が増加しました。さらに、超音波処理後にはタンパク質の濁度と粒径が低下しました。超音波処理は、未処理の対照と比較して、分離タンパク質の明度（L*）をx ¯ 7.46%有意に増加させました。

昆虫タンパク質加工用の高性能超音波処理装置

超音波抽出と均質化は、高品質な昆虫タンパク質の生産を容易にし、加速する、信頼性の高い加工技術です。Hielscher Ultrasonicsの製品群は、コンパクトなラボ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。このため、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ご提供できます。長年の経験を持つスタッフが、実現可能性試験や工程の最適化から、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昆虫タンパク質加工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・栄養補助食品の生産施設や、ペットフード・家畜飼料の生産施設に導入されています。さらに、超音波高せん断ミキサーは、昆虫タンパク質を人間用の食品、伴侶動物用のペットフード、農場動物用の家畜飼料に配合するのに最適です。

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、お客様の昆虫タンパク質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。最適な超音波装置構成は、想定する処理能力、体積、原料、バッチ処理かインライン処理か、そして工程の時間計画によって異なります。

昆虫の超音波抽出 – 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。超音波バッチ処理は、工程試験、最適化、小規模から中規模の生産に最適です。大量の昆虫タンパク質を生産する場合には、インライン処理の方が有利な場合があります。バッチ処理は非常に簡単な装置構成で実施できますが、より多くの時間と労力がかかります。連続インライン混合工程には、高度な装置構成 – ポンプ、ホースまたは配管、タンクで構成 – が必要ですが、効率と速度が高く、必要な労力も大幅に少なくなります。Hielscher Ultrasonicsは、お客様の抽出量と工程目標に最も適した抽出装置構成をご用意しています。

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、コンパクトなラボ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、さらに毎時トラック数台分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。幅広い製品群により、お客様の原料、処理能力、生産目標に最も適した超音波抽出装置をご提供できます。
超音波卓上システムは、実現可能性試験と工程の最適化に最適です。確立した工程パラメーターに基づく線形の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と処理能力を非常に容易に増大できます。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組み合わせることで実施できます。Hielscherは、UIP16000により、世界で最も高出力の超音波抽出装置をご提供しています。

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、生産現場で信頼性の高い主力装置として機能します。振幅は、昆虫から栄養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工程パラメーターの一つです。
幼虫やハエなどの昆虫原料には、より穏やかな超音波処理と低い振幅設定が必要ですが、コオロギや厚い外骨格を持つ昆虫では、目的の栄養成分を放出させるために、より高い振幅での超音波処理が必要です。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、さらに広い範囲で振幅を調整できるアクセサリーです。Hielscherの産業用超音波処理装置は、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時間・週7日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工程パラメーターの常時監視により、種子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！
Hielscherの超音波装置は堅牢であるため、高負荷や厳しい環境下でも24時間・週7日の運転が可能です。このため、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。

容易でリスクのない工程試験

超音波工程は、完全に線形のスケールアップが可能です。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、まったく同じ工程パラメーターを用いて、まったく同じ出力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、工程の最適化、その後の商業生産への導入に最適です。超音波処理で昆虫タンパク質の生産をどのように増大できるかについては、当社にお問い合わせください！

最高品質 – ドイツで設計・製造

家族が所有・経営する企業として、Hielscherは超音波処理装置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のテルトウにある当社本社で設計・製造され、徹底した試験を受けています。Hielscherの超音波装置は、堅牢性と信頼性によって、お客様の生産現場の主力装置となります。全負荷および厳しい環境下での24時間・週7日の運転は、Hielscherの高性能ミキサーに本来備わっている特性です。

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：