ジュースの保存と栄養強化のための超音波処理

現代の食品加工において、栄養価を高めながら鮮度を保つことは中心的な課題である。高性能超音波処理（プローブ型超音波処理装置を使用）は、強力な非加熱処理方法として注目を集めている。本稿では、ステビアで加糖したイチゴジュースの栄養価が、Hielscher社製の超音波加工機によってどのように向上するかを調査した科学的研究の結果を紹介する。

重要な洞察 ソニケーションは、フェノール含有量、フラボノイドレベル、抗酸化能力を高める。

熱を超音波に置き換える理由

従来の低温殺菌は、ポリフェノールやフラボノイドのような熱に弱い化合物を劣化させる可能性がある。これとは対照的に、超音波処理は非加熱処理技術であり、音響キャビテーションを利用することで、熱によるダメージを与えることなく細胞の破壊と分子の拡散を促進する。

学術誌に掲載されたŠic Žlaburら（2019年）による最近の査読付き研究。 “Molecules” は、Hielscher社のソニケーターモデルUP400Stを使用し、Stevia rebaudianaで加糖したストロベリージュースの処理における高強度超音波の有効性に関する確実な証拠を提供する。実験条件は、使用したHielscher超音波システムで直線的に拡張可能であることから、この知見は工業的ジュース処理に重要な意味を持つ。

超音波ジュース処理の利点：

• 生物活性化合物の抽出強化
• 風味と色の保持
• 微生物負荷の低減
• スケーラブルでエネルギー効率に優れる
• クリーンラベル、無添加プロセス

実験セットアップ：ジュースソニケーション

この研究では、Hielscher UP400St超音波プロセッサー（400W、24kHz）を使用し、グリーン・ステビア粉末の存在下でイチゴジュースを処理した。
研究者らは、様々な振幅（50％、75％、100％）、プローブ径（7mmのソノトロードS24d7と22mmのソノトロードS24d22）、超音波処理時間（15分、20分、25分）で、プローブタイプの超音波処理の効果を評価した。すべての試験条件において、最も強力な処理（100％振幅、22mmプローブ、25分）が最も顕著な結果をもたらした。

結果の概要 – 超音波ジュース加工

総フェノール含量（TPC）の向上

超音波処理したジュースは、マイルドな超音波処理と比較してTPCが最大23%高く、ステビアを添加した非音波処理ジュースと比較して18%高かった。

C18：22mmプローブで超音波処理、振幅100％、25分
表：フェノール含量と抗酸化活性に及ぼす超音波処理の影響

 
総フェノール含量（TPC）は、最もマイルドな超音波処理と比較して23％増加し、ステビアを添加した非音波処理サンプルと比較して18％増加した。
増加した主なフェノール類は、ルテオリン、アピゲニン、ケルセチン、ミリセチン、ケンフェロールで、増加幅は3倍から7倍であった。
抗酸化力（ABTSアッセイによる）も増加し、生物活性の上昇を示した。

フェノール酸とフラボノイドのプロフィール

超音波は、ピロガロールや4-メチル-カテコールなどのフェノール酸の優れた抽出を可能にし、ピロガロールは最も強く超音波処理された果汁で約2mg/gに達し、超音波処理されていない果汁に比べて3.5倍以上高かった。

音響キャビテーション中のヒドロキシラジカルの形成は、フェノール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、これは超音波抽出に関するこれまでのメカニズム研究と一致している。

機能性を備えた甘味の向上

注目すべきは、ステビオール配糖体、特にステビオサイドとレバウディオサイドA（Reb A）、つまりステビア・レバウディアナに含まれる主要な甘味料についての研究である。ソニケーションはこれらの濃度を著しく高めた：

• ステビオシド含量は61％増加した。
• RebAの含有量は2倍（114％増）になった。

この強化は、甘味の観点からだけでなく、感覚や代謝の観点からも有益である。Reb Aの濃度が高いほど、ステビオシドにありがちな苦味が軽減され、口当たりがよくなる。

超音波ジュース処理：工業的妥当性とスケーラビリティ

Hielscher社製ソニケーターは、全ての重要なプロセスパラメーターを正確に制御することができます。その結果、スケールアップ中も一定のエネルギー強度を維持するHielscherの超音波プロセッサーの設計により、全ての結果は直線的にスケーリング可能です。これにより、ベンチトップから連続的な工業システムへの移行は、技術的にも経済的にも魅力的なものとなります。

この研究により、持続可能な非加熱加工法として高強度超音波を支持する証拠が増えつつある。栄養強化、抗酸化能の向上、官能特性の最適化といった複合的な利点が観察され、機能性飲料開発における超音波の価値が強調された。

では、これは産業界にとって何を意味するのだろうか？
Hielscher社のようなスケーラブルな技術プラットフォームがあれば、ジュースメーカーは超音波処理を単なる代替品としてではなく、製品の品質と消費者の健康の両方にとってのアップグレードとして検討することができる。

下の表は、超音波処理装置の処理能力の目安です：

デザイン、製造、コンサルティング – 品質 ドイツ製

Hielscher社の超音波装置は、その最高の品質と設計基準でよく知られています。頑丈で操作が簡単なため、産業設備にスムーズに組み込むことができます。過酷な条件や厳しい環境でも、Hielscherの超音波装置は容易に対応できます。

Hielscher Ultrasonics社は、ISO認証取得企業であり、最先端の技術と使いやすさを特徴とする高性能超音波振動子に特に重点を置いています。もちろん、Hielscherの超音波装置はCEに準拠しており、UL、CSA、RoHsの要件を満たしています。