超音波による昆虫タンパク質生産の改善

昆虫は、高品質の栄養タンパク質と脂質の、持続可能で栽培しやすい供給源である。昆虫からタンパク質と脂質を分離するために、高効率で信頼性の高い技術として超音波抽出が使用されている。超音波抽出は、高い抽出率、高いタンパク質と脂質の収率、最高品質の昆虫成分の迅速な処理が実証されています。

なぜパワー超音波で昆虫タンパク質を抽出するのか？

昆虫タンパク質エキスは、タンパク質の含有率が高く、キチンや脂肪などの不要物質の含有率が低いため、一般的に昆虫ミールよりも高品質と考えられている。
昆虫ミールは通常、昆虫を丸ごと粉砕して粉末にしたもので、キチンや外骨格などの難消化性物質や、その他の非栄養成分を多量に含むことがある。対照的に、昆虫タンパク質エキスは、通常、昆虫からタンパク質を抽出することによって製造され、その結果、より純粋で濃縮されたタンパク質製品が得られる。超音波抽出は、高品質の昆虫タンパク質の生産技術として非常に有効であることが証明されている。
昆虫タンパク質エキスのタンパク質濃度が高いということは、昆虫ミールよりもグラムあたりのタンパク質供給量が多いということであり、より効率的なタンパク質源となる。さらに、非栄養成分を除去することで、昆虫タンパクエキスはより消化しやすくなり、摂取した動物や人間の消化不良のリスクを軽減できる可能性がある。
さらに、昆虫タンパク質エキスは、昆虫ミールに比べて味やにおいがマイルドになる可能性があり、消費者にアピールしやすくなる。また、幅広い食品や飼料の原料として使用できるため、より汎用性が高い。
 

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に簡単に導入でき、最終製品へのアップグレードを可能にする。超音波抽出された昆虫タンパク質は、栄養価が高く、風味が改善され、機能性が向上した昆虫ミールよりも優れた品質である。

プローブ型超音波発生装置を用いた昆虫タンパク質抽出の一般的プロトコール

超音波プローブを用いてソルジャーバエの幼虫から食品用タンパク質を抽出するための一般的なプロトコル：
材料と設備：

• ソルジャーフライの幼虫、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 – 以前に培養され、収穫されたもの
• プローブ式超音波発生装置
• ブレンダーまたはフードプロセッサー
• 9.46mMのアスコルビン酸を含む蒸留水、または他の任意の溶媒
• 遠心分離機
• ガラスまたはプラスチック容器
• ろ紙またはメッシュフィルター

昆虫タンパク質抽出のステップ・バイ・ステップのインストラクション

1. 昆虫の幼虫の調製：
   • 飼育システムからソルジャーバエの幼虫を収穫する。
   • 幼虫を蒸留水でよく洗い、ゴミや不純物を取り除く。
   • 幼虫を-20℃以下で凍結し、酵素を失活させてタンパク質の品質を保つ。
2. 幼虫の混乱：
   • 冷凍幼虫を解凍し、ミキサーかフードプロセッサーにかける。
   • 適当量の蒸留水または緩衝液を加え、所望のタンパク質濃度（例えば、10% w/v）にする。
   • 均質なスラリーが得られるまで、幼虫をブレンドするか処理する。
   • スラリーをガラスかプラスチックの容器に移す。
3. 脱脂（オプション）：
   • 脱脂 昆虫ミールの脱脂は、タンパク質の収量と品質を高めるのに役立つオプションの工程である。ヘキサン処理により、昆虫ミール中の脂肪分が減少する。全体として、食用昆虫タンパク質抽出物の多くでは、タンパク質の質を高めるために脱脂を行うことが推奨されている。従来のヘキサン脱脂プロセスは時間がかかる。超音波処理は、昆虫ミールの脱脂を大幅に早めることができる！
4. 超音波処理：
   • 超音波発生装置（UIP2000hdTなど）のプローブを幼虫スラリーに浸す。
   • 超音波発生装置のパラメーター、例えば100％振幅と超音波発生時間を、容積とスラリーに応じて設定する。
   • タンパク質の変性を避けるため、温度を一定に保ちながら幼虫のスラリーに超音波を当てる。
   • 超音波処理は細胞を破壊し、幼虫からタンパク質を放出させるのに役立つ。
   • 超音波処理中の温度をモニターします。Hielscher社製の超音波発生装置には、温度センサーと温度制御装置が装備されています。
5. 遠心分離：
   • 超音波処理後、超音波処理した幼虫スラリーを遠心チューブに移す。
   • チューブを適切な速度と時間で遠心し、タンパク質を含む上清を固形残渣や壊れていない細胞から分離する。
   • 抽出したタンパク質を含む上清を回収し、清潔な容器に移す。
   • 必要に応じて遠心分離を繰り返し、残存する固体粒子を除去する。あるいは、濾過をタンパク質分離技術として使用することもできる。
6. タンパク質の分析と保存：
   • 抽出したタンパク質の品質と組成を評価するために、タンパク質分析を行う。
7. ストレージ：
   • 抽出したタンパク質は、適切な容器に入れ、冷暗所で保管する。

 
食料源としての昆虫： コオロギ、ミミズ、ハエ、幼虫などの昆虫にはタンパク質が豊富に含まれている。良質なタンパク質に対する需要の高まりに応えるため、昆虫は健康的で持続可能、かつ環境に優しいタンパク質源として評価されるようになり、人間の食料、ペットフード、家畜の飼料として利用されるようになった。昆虫は外温性（冷血動物であり、体温を上げるために熱を作るエネルギーを無駄にしない）であり、広い場所を必要とせず、廃棄物を成長基質として餌を与えることができる。このため、昆虫のタンパク質と脂質は有望な食料源となり、増加する世界人口とその需要である高品質の栄養素、特にタンパク質を養うために克服しなければならない「タンパク質ギャップ」を埋めるのに役立つ。
昆虫農業： 昆虫は昆虫農場で飼育され、コンテナやリアクターで育てられる。成長の早い生物であるため、世話が比較的少なくて済み、有機廃棄物を餌にすることができ、収穫サイズや完熟まで素早く育てることができるという利点がある。特にハエの幼虫、ミールワーム、コオロギは飼育が容易である。効率性に関しては、クロバエの幼虫は有機廃棄物を高品質のタンパク質に変換する能力に優れていることが認められている。このため、クロバエは昆虫農家の間で「廃棄物変換の女王」とも呼ばれている。
 
昆虫食の加工工程： 昆虫が目標とする大きさやスタジアムに達すると、収穫される。つまり、食材に加工する準備が整ったということだ。加工する前に、昆虫は水で洗われ、ふるいにかけられ、飼料を与えずに4℃で1日ほど生きたまま保存される。
その後、昆虫を調理し、熱風で乾燥させるか、容器に入れて加熱する。熱処理はバクテリアを殺すためにも必要である。最後に、昆虫を粉砕して乾燥昆虫ミール（昆虫粉ともいう）にする。昆虫粉は食品原料や動物飼料の添加物として使用できる。しかし、昆虫ミールを精製・改良するために、最も価値のある成分、すなわちタンパク質と脂質が抽出される。特に純粋な昆虫タンパク質は栄養価が高く、プロテインバー、プロテインパウダー、焼き菓子、チップス、クラッカーなど多くの食品に添加物として使用されている。
 
高品質の昆虫タンパク質を生産するには、超音波プローブ型抽出器を使用する！
 
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、ミミズ、虫、コオロギ、幼虫など、多くの昆虫からタンパク質粉末、加水分解物、タンパク質分離物を製造するために使用されます。昆虫ミールから高品質のタンパク質を抽出することで、超音波抽出は優れた栄養プロファイルを持つ機能性食品素材を製造する。

昆虫からの超音波タンパク質抽出の利点

超音波処理は、植物原料（大豆、米、菜種、ヒマワリ、カボチャ種子など）、乳製品（乳清タンパク質濃縮物（WPC）、乳清タンパク質、乳タンパク質再沈殿物、カゼインカルシウムなど）、藻類（海藻など）、魚介類（魚介類副産物、魚介類）など、さまざまな原料からタンパク質を抽出・処理するために広く応用されている、乳清タンパク質濃縮物（WPC）、乳清タンパク質、乳タンパク質再沈殿物、カゼインカルシウムなど）、藻類（海藻など）、魚介類（魚介類副産物、魚介類廃棄物など）、昆虫類（ミミズ、幼虫、ハエ、ウジ、カブトムシ、コオロギ、ゴキブリなど）など。
高効率で環境に優しい抽出技術として、昆虫タンパク質の超音波抽出は、昆虫タンパク質の粉末、加水分解物、単離物の製造に利用されている。プロセスの高い信頼性、再現性、直線的なアップスケールにより、超音波抽出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使用されている。
例えば、Minthaら（2020）はブラックソルジャーフライ（H. illucens）の幼虫に超音波抽出を適用した。彼らは、超音波処理によってタンパク質の構造が改善され、タンパク質の機能性が変化し、それによって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る。特に、ゼータ電位、分散性、チオール値は超音波処理によって増加した。さらに、超音波処理によりタンパク質の濁度と粒子径が減少した。超音波処理により、分離タンパク質の明度（L*）は、超音波処理をしていないコントロールと比較して、x ¯ 7.46%有意に増加した。

昆虫タンパク質処理のための高性能超音波処理機

超音波抽出とホモジナイゼーションは、高品質の昆虫タンパク質の生産を促進し、加速する信頼性の高い処理技術です。Hielscher Ultrasonicsの製品ラインナップは、コンパクトなラボ用超音波発生装置から工業用抽出システムまで、あらゆる範囲をカバーしています。そのため、Hielscherでは、お客様の想定される処理能力に最適な超音波処理装置を提供することができます。長年経験を積んだスタッフが、フィージビリティテストやプロセスの最適化から、最終生産レベルでの超音波システムの設置まで、お客様をサポートいたします。
当社の超音波抽出機は、設置面積が小さいだけでなく、設置オプションに多様性があるため、小スペースの昆虫タンパク質加工施設にも適合します。超音波プロセッサーは、ペットや家畜の飼料製造だけでなく、食品や栄養補助食品製造施設にも世界中で設置されています。さらに、超音波ハイシアミキサーは、昆虫タンパク質を人間の食品だけでなく、同伴動物用のペットフードや家畜用の飼料に配合するのに理想的です。

Hielscher Ultrasonics – 洗練された抽出装置

Hielscher Ultrasonicsの製品ポートフォリオは、小規模から大規模まで、高性能超音波抽出機の全範囲をカバーしています。追加アクセサリーにより、お客様の昆虫タンパク質プロセスに最適な超音波装置構成を簡単に組み立てることができます。最適な超音波セットアップは、想定される容量、量、原料、バッチまたはインラインプロセス、タイムラインによって異なります。

超音波昆虫抽出 – バッチ処理とインライン処理

Hielscher社の超音波処理装置は、バッチ処理および連続フロースルー処理に使用できます。超音波バッチ処理は、プロセスのテスト、最適化、中小規模の生産レベルに最適である。大量の昆虫タンパク質を生産する場合は、インライン処理の方が有利かもしれない。バッチ処理では非常に簡単なセットアップで済みますが、時間と労力がかかります。連続インライン混合プロセスには、高度なセットアップが必要である。 – ポンプ、ホース、パイプ、タンクで構成されていますが、より効率的で、より速く、より少ない労力で済みます。Hielscher Ultrasonicsは、お客様の抽出量とプロセス目標に最適な抽出セットアップを提供します。

あらゆる製品容量に対応する超音波抽出機

Hielscher Ultrasonicsの製品レンジは、コンパクトな実験用超音波処理装置から、ベンチトップやパイロットシステム、1時間にトラック1台分の処理能力を持つ産業用超音波処理装置まで、あらゆる超音波処理装置をカバーしています。お客様の原料、処理能力、生産目標に最適な超音波抽出装置をご提案いたします。
超音波ベンチトップ・システムは、フィージビリティ・テストやプロセスの最適化に最適です。確立されたプロセスパラメーターに基づくリニアなスケールアップにより、小ロットから完全な商業生産まで、処理能力を非常に簡単に向上させることができます。スケールアップは、より強力な超音波抽出ユニットを設置するか、複数の超音波処理装置を並列にクラスタリングすることで可能です。UIP16000により、Hielscher社は世界で最も強力な超音波抽出装置を提供します。

最適な結果を得るために正確に制御可能な振幅

Hielscher社の超音波発生装置は、すべて精密に制御可能であり、生産現場において信頼性の高い作業馬となります。振幅は、昆虫からの栄養素の超音波抽出の効率と効果に影響を与える重要なプロセスパラメータの1つです。
幼虫やハエなどの昆虫材料は、よりマイルド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の殻を持つ昆虫は、目的の栄養素を放出するために高い振幅での超音波処理が必要です。ヒールシャー社の超音波処理装置はすべて、正確な振幅設定が可能です。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変更できるアクセサリーです。Hielscherの工業用超音波プロセッサは、非常に高い振幅を提供し、要求の厳しいアプリケーションに必要な超音波強度を提供することができます。最大200µmの振幅は、24時間365日の連続運転が可能です。
正確な振幅設定と、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モニタリングにより、最も効果的な超音波条件で種子を処理することができます。最適な超音波処理により、最高の抽出結果が得られます！
Hielscherの超音波装置は堅牢であるため、過酷な環境下でも24時間365日の稼働が可能です。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ツールとなります。

簡単でリスクのないプロセステスト

超音波プロセスは完全にリニアにスケールすることができます。つまり、実験室やベンチトップの超音波発生装置を使用して達成したすべての結果は、まったく同じプロセスパラメーターを使用して、まったく同じ出力にスケールアップすることができます。このため、超音波処理は、リスクのない実現可能性試験、プロセスの最適化、その後の商業生産への導入に理想的です。超音波処理によって昆虫タンパク質の生産量をどのように増やすことができるかについては、当社までお問い合わせください！

最高品質 – ドイツで設計・製造

家族経営の企業として、Hielscher社は超音波プロセッサーの最高品質基準を優先しています。すべての超音波処理装置は、ドイツ・ベルリン近郊のテルトウにある本社で設計、製造、徹底的なテストが行われています。Hielscherの超音波装置は、頑丈で信頼性が高いため、お客様の生産現場で活躍します。全負荷、過酷な環境下での24時間365日の稼働は、Hielscherの高性能ミキサーの当然の特徴です。

下の表は、超音波処理装置の処理能力の目安です：