ジュースの保存と栄養価向上のための超音波処理
現代の食品加工では、鮮度を保ちながら栄養価を高めることが中心的な課題です。プローブ型超音波処理装置を用いた高性能超音波処理は、強力な非加熱処理法として注目を集めています。本記事では、Stevia rebaudianaで甘味を付けたイチゴジュースの栄養成分組成が、Hielscherの超音波プロセッサーによってどのように改善されるかを調べた科学的研究の知見を紹介します。
主な知見： 超音波処理は、フェノール含有量、フラボノイド量、抗酸化能を高めます – これらすべてが、産業導入に適したスケールアップ可能な条件下で実現します。
なぜ熱処理を超音波に置き換えるのでしょうか？
従来の低温殺菌は、ポリフェノールやフラボノイドなどの熱に不安定な化合物を分解する可能性があります。一方、超音波処理は、音響キャビテーションを利用して、熱による損傷を与えずに細胞破砕と分子拡散を促進する非加熱処理技術です。
超音波によるジュースの保存と栄養成分の抽出
Šic Žlaburら (2019) による近年の査読済み研究は、学術誌 “Molecules” に掲載されており、Hielscherの超音波処理装置UP400Stを用いた高強度超音波が、Stevia rebaudianaで甘味を付けたイチゴジュースの処理に有効であることを示す確かな証拠を提供しています。使用したHielscherの超音波システムでは実験条件を線形にスケールアップできるため、この知見は産業規模のジュース加工に大きな示唆を与えます。
超音波によるジュース加工の利点：
- 生理活性化合物の抽出促進
- 風味と色の保持
- 微生物負荷の低減
- スケールアップ可能でエネルギー効率が高い
- クリーンラベルに対応した無添加プロセス
実験構成：ジュースの超音波処理
この研究では、Hielscher UP400St超音波プロセッサー (400 W, 24 kHz) を使用し、グリーンステビア粉末を添加したイチゴジュースを処理しました。
研究者らは、さまざまな振幅 (50%, 75%, 100%)、プローブ径 (先端径7 mmのソノトロードS24d7と先端径22 mmのS24d22)、超音波処理時間 (15分、20分、25分) におけるプローブ型超音波処理の効果を評価しました。試験したすべての条件の中で、最も強度の高い処理 – 振幅100%、22 mmプローブ、25分 – が最も顕著な結果をもたらしました。
結果の概要 – 超音波によるジュース加工
総フェノール含有量 (TPC) の増加
超音波処理したジュースのTPCは、穏やかな超音波処理と比較して最大23%、ステビアを添加した未超音波処理のジュースと比較して18%高くなりました。
| 試料 | TPC (mg GAE/L) | フラボノイド (mg GAE/L) | 抗酸化能 (mmol TE/L) |
|---|---|---|---|
| 対照 | 927.3 ± 55.6 | 659.0 ± 39.6 | 3.77 ± 0.28 |
| JGSP | 1003.2 ± 13.6 | 685.2 ± 40.7 | 3.84 ± 0.09 |
| C18 | 1185.6 ± 0.2 | 791.5 ± 1.1 | 3.89 ± 1.15 |
C18：22 mmプローブ、振幅100%、25分の条件で超音波処理
表：フェノール含有量と抗酸化活性に対する超音波処理の効果
総フェノール含有量 (TPC) は、最も穏やかな超音波処理と比較して23%、ステビアを添加した未超音波処理の試料と比較して18%増加しました。
増加した主要なフェノール性化合物には、ルテオリン、アピゲニン、ケルセチン、ミリセチン、ケンフェロールが含まれ、その量は3–7倍に増加しました。
抗酸化能 (ABTSアッセイによる評価) も向上し、生理活性成分の増加を示しました。
フェノール酸とフラボノイドの組成
超音波により、ピロガロールや4-methyl-catecholなどのフェノール酸をより効果的に抽出できました。最も強い超音波処理を行ったジュースでは、ピロガロールがほぼ2 mg/gに達しました – これは、超音波処理を行っていない同種のジュースの3.5×を超える値です。
音響キャビテーション中に生成するヒドロキシルラジカルは、フェノール性化合物のヒドロキシル化と放出の促進に寄与していると考えられます。これは、超音波抽出の機構に関する先行研究と一致しています。
機能的な利点を伴う甘味の改善
特に、この研究ではステビオール配糖体、とりわけステビオシドとレバウジオシドA (Reb A) – Stevia rebaudianaの主要な甘味成分 – を調べました。超音波処理は、これらの濃度を大幅に高めました：
- ステビオシド含有量は61%増加しました。
- Reb A含有量は倍増しました (+114%)。
この増加は、甘味の面だけでなく、官能特性と代謝の面でも有益です。Reb A量が増えると、ステビオシドにしばしば伴う苦味が減り、嗜好性が向上します。
超音波によるジュース加工：産業上の意義とスケールアップ性
Hielscherの超音波処理装置は、すべての重要なプロセスパラメーターを精密に制御できます。Hielscherの超音波プロセッサーは、スケールアップ時にエネルギー強度を一定に維持する設計になっているため、すべての結果を線形にスケールアップできます。これにより、卓上型装置から連続式の産業用システムへの移行が技術的に実現可能となり、経済的にも魅力的になります。
この研究は、高強度超音波を持続可能な非加熱処理法として支持する、蓄積されつつある証拠に新たな知見を加えています。観察された複合的な利点 – 栄養価の向上、抗酸化能の改善、官能特性の最適化 – は、機能性飲料の開発における超音波処理の価値を裏付けています。
では、これは産業にとって何を意味するのでしょうか？
Hielscherが提供するようなスケールアップ可能な技術基盤により、ジュースメーカーは今や超音波処理を単なる代替手段ではなく、製品品質と消費者の健康の両面を向上させる手段として検討できます。
- 高効率
- 最先端技術
- 信頼性と堅牢性
- 調整可能で精密なプロセス制御
- バッチ式とインライン式
- あらゆる容量に対応
- インテリジェントなソフトウェア
- スマート機能 (例：プログラム設定、データ記録、遠隔制御)
- 簡単かつ安全な操作
- メンテナンスの負担が少ない
- CIP (定置洗浄)
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を示しています：
| バッチ容量 | 流量 | 推奨装置 |
|---|---|---|
| 10–2000mL | 20–400mL/min | UP200Ht, UP400St |
| 0.1–20L | 0.2–4L/min | UIP2000hdT |
| 10–100L | 2–10L/min | UIP4000hdT |
| 15–150L | 3–15L/min | UIP6000hdT |
| 該当なし | 10–100L/min | UIP16000hdT |
| 該当なし | さらに大きい流量 | 複数台で構成した UIP16000hdT |
設計、製造、コンサルティング – ドイツ製の品質
Hielscherの超音波処理装置は、最高水準の品質と設計基準でよく知られています。堅牢性と操作の容易さにより、当社の超音波処理装置を産業施設に円滑に組み込むことができます。Hielscherの超音波処理装置は、過酷な条件や厳しい要求のある環境にも容易に対応します。
Hielscher UltrasonicsはISO認証取得企業であり、最先端技術と使いやすさを備えた高性能超音波処理装置に特に重点を置いています。当然ながら、Hielscherの超音波処理装置はCEに適合し、UL、CSA、RoHsの要件を満たしています。
食品用超音波ホモジナイザー UIP16000 は、食品および飲料の産業規模の加工に使用されます。
文献 / 参考文献
- Šic Žlabur, J.; Dobričević, N.; Brnčić, M.; Barba, F.J.; Lorenzo, J.M.; Franco, D.; Atanasov, A.G.; Voća, S.; Rimac Brnčić, S. (2019): Evaluation of the Behavior of Phenolic Compounds and Steviol Glycosides of Sonicated Strawberry Juice Sweetened with Stevia (Stevia rebaudiana Bertoni). Molecules 2019, 24, 1202.
- Alex Patist, Darren Bates (2008): Ultrasonic innovations in the food industry: From the laboratory to commercial production. Innovative Food Science & Emerging Technologies, Volume 9, Issue 2, 2008. 147-154.
- Mehmet Başlar, Mustafa F. Ertugay (2013): The effect of ultrasound and photosonication treatment on polyphenoloxidase (PPO) activity, total phenolic component and colour of apple juice. International Journal of Food Science and Technology, Volume 48, Issue 4, April 2013. 886–892.
- Morteza Rouhani (2019): Modeling and optimization of ultrasound-assisted green extraction and rapid HPTLC analysis of stevioside from Stevia Rebaudiana. Industrial Crops and Products, Volume 132, 2019. 226-235.
- Dogan Kubra, P.K. Akman, F. Tornuk(2019): Improvement of Bioavailability of Sage and Mint by Ultrasonic Extraction. International Journal of Life Sciences and Biotechnology, 2019. 2(2): p.122- 135.
よくある質問
ジュースはどのように保存されますか？
ジュースは通常、加熱による低温殺菌で保存されます。この処理では、熱によって腐敗の原因となる微生物と酵素を不活化します。代替方法には、高圧処理 (HPP)、超音波処理、パルス電界 (PEF)、ソルビン酸塩や安息香酸塩などの化学保存料が含まれます。これらの方法は、安全性と官能的品質を維持しながら保存期間を延長することを目的としています。
超音波によるジュースの保存について詳しくご覧ください！
ジュースの非加熱処理にはどのような利点がありますか？
HPP、PEF、超音波処理などの非加熱処理は、熱に敏感な栄養成分、風味成分、生理活性化合物の熱分解を最小限に抑えます。栄養面の品質と官能特性を保ちながら微生物を不活化でき、従来の加熱処理に代わる、よりクリーンラベルに適した方法となります。 超音波支援HPPによるジュース保存の利点について詳しくご覧ください！
ステビア入りの飲料は健康に良いのでしょうか？
Stevia rebaudiana由来の天然非栄養性甘味料であるステビアは、FDAにより一般に安全と認められる物質 (GRAS) とされています。カロリーはごくわずかで、血糖値やインスリン値を上昇させないため、糖尿病のある方や糖分摂取を減らしたい方に適した代替品です。ただし、健康上の利点は飲料全体の組成によって異なります – ステビアで甘味を付けた飲料でも、添加物を含んでいたり、栄養価に乏しかったりする可能性があります。
超音波によるステビア抽出について詳しくご覧ください！
Hielscher Ultrasonicsは、高性能超音波ホモジナイザーを、 研究室規模 から 産業規模まで製造しています。