超音波によるナッツミルク製造の優れた効率と品質

ナッツミルクと植物性代替ミルクは、成長している食品分野です。ナッツミルクと植物性ミルク類似飲料の製造において、超音波抽出と均質化は従来の技術に比べて大きな利点を示しています。高出力超音波は、収率、製品の安定性、栄養素含有量、および加工全体の効率を向上させます。

高出力超音波によるナッツミルクの収率向上

超音波抽出は、植物由来の油、タンパク質、多糖類、微量栄養素の収率を高める、信頼性の高い非常に効率的な方法としてよく知られています。そのため、超音波処理は、例えばアーモンド、カシューナッツ、ココナッツ、ヘーゼルナッツ、ピーナッツ、ゴマ、大豆、タイガーナッツ、オーツ麦、米、ヘンプ、エンドウ豆、ピスタチオ、クルミ、アマランサス、キヌアから作られる植物性代替ミルクの製造に利用されています。ナッツミルクやその他の植物性代替ミルクの原料は高価な場合が多く、これらの原料からの抽出収率を高めることで、製造コストが低下し、製造効率が向上します。

超音波抽出はどのように収率を高めるのでしょうか？

超音波抽出の動作原理は音響キャビテーションです。低周波数・高強度超音波によって抽出が促進される仕組みは、主に音響キャビテーション現象に起因します。植物原料の表面でキャビテーション気泡が崩壊すると、侵食とソノポレーションによって植物細胞のマトリックス（例えば、浸軟したナッツ、種子、豆類、葉の細胞マトリックス）が破壊され、細胞構造の破壊と、タンパク質、脂質、多糖類、繊維、ビタミン、ミネラル、植物化学物質などの細胞内物質の放出が起こります。これによって促進される物質移動は、タンパク質、脂質、多糖類、植物化学物質などの分子の放出を容易にします。
超音波によって発生するせん断力は、植物原料の細胞マトリックスへの溶媒の浸透と、細胞膜の透過性をそれぞれ向上させます。（ここで「溶媒」という用語は広い意味で使用しており、水など、あらゆる液体を含みます。）植物原料から食品成分を抽出する際に超音波処理を適用することで得られる大幅なプロセス強化は、こうした高出力超音波の作用によるものです。超音波キャビテーションは非常に強い力を生み出すため、マクロレベルとミクロレベルで非常に効果的な細胞破砕と混合を促します。さらに、溶媒の浸透、生理活性化合物の溶解、物質移動が大幅に改善されます。その結果、超音波支援抽出は非常に効果的な方法となり、短い処理時間で優れた抽出収率が得られます。

超音波によるナッツミルクの安定性向上

高強度・低周波数の超音波処理は、懸濁液の物理的安定性と、食品（例えばナッツミルクやその他の代替ミルク）の微生物学的安定性を向上させる、効果的で信頼性の高い方法です。

超音波によるナッツミルクの物理化学的安定性の向上

食品の均質化と乳化に広く使用されている高出力超音波は、均一性が高く長期にわたって安定した食品を製造するための、非常に効率的な非加熱技術です。超音波均質化は脂肪滴の直径を均一で微細なサイズまで縮小し、デンプン、糖、繊維などの固体粒子を均等に分散させます。これにより、ナッツミルクやその他の植物性ミルクの物理化学的安定性が大幅に向上し、望ましくない相分離が防止されます。
Lu et al. (2019) は、ココナッツミルクに対する高出力超音波処理の影響を調べています。超音波処理はココナッツミルクの粒子径を縮小し、系内の液滴と固形分の分布を均一にしました。機械的に乳化したココナッツミルクと比較して、超音波処理は乳化系の均一性に有意な効果を示しました（p < 0.05）。さらに、超音波処理が界面層においてアミロースの酵素アミラーゼ内への封入を促進することが観察されました。
Iswarin and Permadi (2012) は、超音波強度のさまざまな組み合わせを検討し、超音波処理がココナッツベースのミルク飲料の液滴径に及ぼす影響を調べました。超音波処理によって液滴径が縮小し、超音波強度が高いほどサイズの縮小が大きくなりました。

超音波によるナッツミルクの微生物学的安定性の向上

超音波処理は、乳製品、果汁、その他の液状食品の微生物負荷を低減することが実証されています。そのため、ナッツ由来およびその他の植物性代替ミルクの微生物学的安定性を向上させるために、代替ミルクの保存処理にも超音波低温殺菌が採用されています。
Iorio et al. (2019) は、アーモンドミルク中の Escherichia coli O157:H7 と Listeria monocytogenes の超音波による不活化を研究し、超音波低温殺菌が病原体に亜致死的損傷を与え、それによって保存期間が延びることを示しました。例えば、超音波低温殺菌処理は E. coli O157:H7 の菌数を 5.12 から 3.81 log CFU/mL へと有意に低減し、増殖速度（µmax）を低下させました（1.19 から 0.79 (log CFU/mL)/day へ）。

超音波によるナッツミルク抽出で栄養素含有量を向上

ビタミン、ポリフェノール、抗酸化物質などの微量栄養素は、植物の細胞マトリックス内に存在します。これらの微量栄養素を効率的に放出させるには、完全な細胞破砕と、細胞物質と溶媒の間での強力な微小混合が必要です。前述のとおり、超音波抽出は、細胞を破砕し、細胞マトリックスから脂質、タンパク質、多糖類、繊維、植物化学物質を放出させるうえで非常に効率的です。超音波抽出は、短時間の抽出プロセスで植物原料から植物化学物質の全量を分離する、非常に効率的な方法です。高出力超音波の適用は、強力なキャビテーション効果、流れの乱れ / 乱流、高速の液体流動を生み出し、細胞内部から植物化学物質を洗い出します。超音波処理は非加熱抽出法であるため、これらの繊細な微量栄養素の熱劣化が防止されます。

超音波処理の有無による総フェノール含有量（eq mg Naringenin/g almonds で表示）の経時変化。使用装置： UIP1000hdT。超音波抽出により、総フェノール含有量が 258 % 増加しました。
データは平均値 ± SD、n = 3。超音波処理あり（黄色）と超音波処理なし（オレンジ色）の比較。
グラフと研究：Tabib et al., 2020

超音波によるナッツミルク製造の優れた効率

高い収率、栄養組成の改善、処理時間の短縮は、超音波によるナッツミルクや非乳製品飲料の加工の優れた効率を支える利点のほんの一部です。低エネルギー消費、少ないメンテナンス、24/7 運転も、超音波処理の卓越した全体効率に寄与する要因です。Hielscher の高性能超音波ホモジナイザーは、高負荷条件下で 24/7 運転が可能で、連続フローモードで大量の原料を処理できます。Hielscher の超音波プロセッサーは、全体として卓越したエネルギー効率を備えています。堅牢性と少ないメンテナンスも、運転コストを低く抑えます。

超音波食品加工についての研究知見

「超音波技術は、この十年間で広く普及してきました。さまざまな望ましい効果をもたらすことから、果汁・飲料産業で利用されています。この技術は低コストで、簡便で、信頼性が高く、環境にやさしく、品質特性を向上させながら果汁を保存するうえで非常に効果的です。」(Dolas et al., 2019)

「超音波処理は、食品の品質を高め、栄養素の損失を低減できる、今後の発展が期待される技術です。」(Cheok et al., 2013)

産業用ナッツミルク製造のための超音波食品プロセッサー

Hielscher Ultrasonics は、ナッツミルク（カシューナッツ、アーモンド、ヘーゼルナッツ、クルミ、ピーナッツ、ココナッツのミルクなど）および植物性代替ミルク（米、大豆、スペルト小麦、オーツ麦、ゴマ、亜麻仁、エンドウ豆のミルク、発酵タイガーナッツミルクなど）の連続的な工業生産に向けた、高性能超音波食品加工システムを設計、製造、販売しています。
超音波食品加工は非加熱で純粋に機械的な方法であり、最終製品を改善し、処理時間を短縮し、環境への負荷もより小さいため、その利用には大きな利点があります。
Hielscher の超音波食品加工システムは、高品質の食品や飲料を製造するための、安全で信頼性が高く、コスト効率に優れた技術として、多様な用途に使用されています。Hielscher のすべての超音波プロセッサーは設置と操作が簡単です。必要な設置スペースはわずかで、既存の加工設備にも容易に追加導入できます。
Hielscher Ultrasonics は、食品・飲料産業をはじめ、多くの産業分野における高出力超音波の利用に長年の経験があります。当社の超音波プロセッサーには、洗浄が容易な（定置洗浄 CIP / 定置滅菌 SIP）ソノトロードとフローセル（接液部）が装備されています。Hielscher Ultrasonics の産業用超音波プロセッサーは、非常に高い振幅を提供できます。最大 200µm の振幅で、24/7 の連続運転を容易に行えます。高い振幅は、均一な粒子分布を実現し、より耐性の高い微生物（例えばグラム陽性菌）を不活化するために重要です。さらに高い振幅には、カスタマイズした超音波ソノトロードをご用意しています。すべてのソノトロードと超音波フローセルリアクターは、高温・高圧条件下で運転できるため、信頼性の高い熱・圧力併用超音波処理（高温および高圧と組み合わせた超音波処理）と、非常に効果的な抽出および安定化が可能です。
最先端の技術、高性能、洗練されたソフトウェアにより、Hielscher Ultrasonics の装置は、食品の抽出、均質化、低温殺菌ラインにおける信頼性の高い主力装置となります。設置面積が小さく、設置方法も多様なため、Hielscher の超音波処理装置は、既存の製造ラインに容易に組み込んだり、追加導入したりできます。
当社の超音波抽出、均質化、低温殺菌システムの機能と能力について詳しくお知りになりたい方は、今すぐお問い合わせください。お客様の用途について、喜んでご相談に応じます！

下表は、当社の超音波処理装置のおおよその処理能力を示しています：