超音波アントシアニン抽出

アントシアニンは天然の着色料や栄養添加物として食品に広く使用されている。超音波抽出は、高品質のアントシアニンを得るための非常に効率的で簡単な技術である。プローブタイプのソニケーターを使用することで、植物から高品質のアントシアニンの放出が促進され、高い収率と迅速なプロセスが実現します。同時に、超音波抽出は、食品や医薬品グレードのアントシアニンを工業的に生産するための、温和で環境に優しい効率的な技術である。

アントシアニン – ソニッケーターを使った高品質のアントシアニンの抽出方法

アントシアニンは食品業界で天然着色料として広く使用されている。アントシアニンは、分子構造とpH値によって、オレンジから赤、紫、青まで、幅広い色調のスペクトルを持つ。アントシアニンへの関心は、その着色効果だけでなく、健康に有益な特性にもある。合成染料に対する環境と健康への懸念が高まっているため、天然染料は食品や医薬品業界にとって、環境に優しい着色料として優れた代替品となっている。

超音波によるアントシアニン抽出の改良

超音波でアントシアニンを抽出するには？ – ケーススタディ

紫イネOryza Sativa L.からの超音波アントシアニン抽出

オリザ・サティバ系統の紫米（バイオレットノリまたはバイオレットライスとしても知られる）は、アントシアニンのファボノイド群などのフェノール類が極めて豊富である。Turriniら（2018）は超音波抽出を用いて、紫米のカリオプス（全形、玄米、パーボイルド形態）と葉からアントシアニンや抗酸化物質などのポリフェノールを分離した。超音波抽出は、Hielscher UP200St（200W、26kHz、 写真左）、溶媒はエタノール60％。
アントシアニンの完全性を保つため、超音波抽出物は-20℃で保存され、少なくとも3ヶ月は保存可能であった。
シアニジン-3-グルコシド（クリサンセミンとしても知られる）は、トゥリーニらの研究で調査された'スミレノリ'、'アルテミデ'および'ネローネ'品種から検出された主要なアントシアニンであり、ペオニジン-3-グルコシドおよびシアニジン-3-ルチノシド（アンチルリニンでもある）の検出量は少なかった。
オリザ・サティバの紫色の葉は、アントシアニンと総フェノール含量（TPC）の優れた供給源である。その量は米や小麦粉の約2-3倍で、オリザの葉はアントシアニン抽出のための安価な原料である。100kgの籾から約68kgの米を収穫する場合、「すみれ海苔」から検出された中程度のアントシアニン量（シアニジン-3-グルコシドとして1300μg/g米）に基づいて計算すると、約4kgアントシアニン/t生葉の推定収量は、1kgアントシアニン/t米のそれよりも有意に高い。

レッドキャベツからの超音波アントシアニン抽出

Ravanfarら（2015）は、レッドキャベツからのアントシアニンの超音波抽出効率について調査した。超音波抽出実験は、超音波システム UP100H（ヒルシャー超音波、30 kHz、100 W）.ソノトロードMS10（先端直径10mm）を温度制御されたジャケット付きガラスビーカーの中心に挿入した。

本実験では、寸法5mm（立方体）、水分92.11±0.45%の新鮮なレッドキャベツ片を使用した。ジャケット付きガラスビーカー（容量200ml）に蒸留水100mlとレッドキャベツ片2gを入れた。溶媒（水）の蒸発による損失を防ぐため、ビーカーをアルミホイルで覆った。すべての実験において、ビーカー内の温度はサーモスタットコントローラーを使って維持した。最終的にサンプルを回収し、ろ過した後、4000rpmで遠心分離し、上清をアントシアニン収量の測定に利用した。対照実験として、ウォーターバスでの抽出を行った。
レッドキャベツからのアントシアニンの最適収量は、出力100W、時間30分、温度15℃で測定され、その結果、アントシアニン収量は約21mg/Lであった。
赤キャベツ色素は、pH値による色の変化とその強い着色性から、それぞれ医薬品製剤のpH指示薬として、あるいは食品系の酸化防止剤や着色料として使用されてきた。

超音波は、植物材料からのアントシアニンの抽出を大幅に強化する。
ソースラヴァンファルら2015年

 
他の研究では、ブルーベリー、ブラックベリー、ブドウ、サクランボ、イチゴ、紫サツマイモなどからアントシアニンを超音波抽出することに成功している。

高性能超音波抽出機

Hielscher Ultrasonics社は、植物から高品質のエキスを製造するための高性能超音波プロセッサーの製造に特化しています。
小型でパワフルなラボ用超音波発生装置から、堅牢な卓上型および完全な工業用システムまで、幅広いラインナップを取り揃えており、生物活性物質（アントシアニンなど）の効率的な抽出・単離のための高強度超音波を提供します、 ジンゲロール, ピペリン, クルクミン など）。
すべての超音波発生装置 200W への 16,000W デジタル制御用のカラータッチディスプレイ、自動データ記録用の内蔵SDカード、ブラウザーリモートコントロール、その他多くのユーザーフレンドリーな機能を備えています。ソノトロードとフローセル（媒体と接触する部分）はオートクレーブ滅菌が可能で、洗浄も簡単です。
Hielscher社のソニケーターは非常に堅牢で、24時間365日フル稼働が可能です。デジタルカラーディスプレーにより、超音波発生装置を使いやすく制御できます。
当社のシステムは、低振幅から超高振幅まで対応可能です。カンナビノイドとテルペンの抽出のために、高品質の活性物質の賢明な分離のために最適化された特別な超音波ソノトロード（超音波プローブまたはホーンとしても知られています）を提供しています。当社のシステムはすべて、カンナビノイドの抽出とその後の乳化に使用できます。Hielscher社製ソニケーターの堅牢性は、過酷な環境下での連続運転（24時間365日）を可能にします。

超音波プロセスパラメーターの正確な制御により、再現性とプロセスの標準化が保証される。
 

下の表は、超音波処理装置の処理能力の目安です：

文献・参考文献

• Chemat, Farid; Rombaut, Natacha; Sicaire, Anne-Gaëlle; Meullemiestre, Alice; Fabiano-Tixier, Anne-Sylvie; Abert-Vian, Maryline (2017): Ultrasound assisted extraction of food and natural products. Mechanisms, techniques, combinations, protocols and applications. A review. Ultrasonics Sonochemistry 34 (2017) 540–560.
• Ravanfar, Raheleh; Tamadon, Ali Mohammad, Niakousari, Mehrdad (2015): Optimization of ultrasound assisted extraction of anthocyanins from red cabbage using Taguchi design method. J Food Sci Technol. 2015 Dec; 52(12): 8140–8147.
• Turrini, Federica; Boggia, Raffaella; Leardi, Riccardo; Borriello, Matilde; Zunin, Paola (2018): Optimization of the Ultrasonic-Assisted Extraction of Phenolic Compounds from Oryza Sativa L. ‘Violet Nori’ and Determination of the Antioxidant Properties of its Caryopses and Leaves. Molecules 2018, 23, 844.

知っておくべき事実

超音波アシスト抜歯はどのように機能しますか？

液体媒体に強力な超音波を印加するとキャビテーションが発生する。この現象は キャビテーション は、局所的に極端な温度、圧力、加熱/冷却速度、圧力差、媒体中の高いせん断力につながる。固体（粒子、植物細胞、組織など）の表面でキャビテーション気泡が爆縮すると、マイクロジェットと粒子間衝突により、表面の剥離、浸食、粒子の破壊などの効果が生じます。さらに、液体媒体中におけるキャビテーション気泡の爆縮は、マクロタービュランスやマイクロミキシングを発生させる。
植物に超音波を照射すると、植物細胞のマトリックスが断片化され、水和が促進される。Chematら(2015)は、植物からの生物活性化合物の超音波抽出は、断片化、浸食、毛細管現象、剥離、超音波浸透など、異なる独立した、または複合的なメカニズムの結果であると結論づけている。これらの効果は、細胞壁を破壊し、溶媒を細胞内に押し込み、植物性化合物を含んだ溶媒を細胞外に吸い出すことによって物質移動を改善し、マイクロミキシングによって液体の移動を確実にする。

超音波抽出は、音響キャビテーションとその流体力学的せん断力に基づいている。

植物に超音波を照射すると、植物細胞のマトリックスが断片化され、水和が促進される。Chematら(2015)は、植物からの生物活性化合物の超音波抽出は、断片化、浸食、毛細管現象、剥離、超音波浸透など、異なる独立した、または複合的なメカニズムの結果であると結論づけている。これらの効果は、細胞壁を破壊し、溶媒を細胞内に押し込み、植物性化合物を含んだ溶媒を細胞外に吸い出すことによって物質移動を改善し、マイクロミキシングによって液体の移動を確実にする。
超音波抽出は、化合物の非常に迅速な単離を実現し、より短い処理時間、より高い収率、より低い温度で、従来の抽出法を凌駕します。マイルドな機械的処理である超音波抽出は、生理活性成分の熱劣化を回避し、熱に敏感な分子を破壊することが知られている従来の溶媒抽出、水蒸留、ソックスレー抽出などの他の技術と比較して優れている。このような利点から、超音波抽出は、植物から温度に敏感な生物活性化合物を放出するために好ましい技術である。

植物細胞からの超音波抽出：顕微鏡横断面（TS）は、細胞からの超音波抽出中の作用メカニズムを示す（倍率2000倍）[resource: Vilkhu et al.］

アントシアニン – 貴重な植物色素

アントシアニンは液胞性植物色素で、赤、紫、青、黒に見えることがある。水溶性アントシアニン色素の色の発現はpH値に依存する。アントシアニンは、主に花や果実の細胞胞に存在するが、葉、茎、根にも存在し、表皮や中葉細胞のような外側の細胞層に多く存在する。
自然界に最も多く存在するのは、シアニジン、デルフィニジン、マルビジン、ペラルゴニジン、ペオニジン、ペチュニジンの配糖体である。
アントシアニンを豊富に含む植物の代表例としては、ブルーベリー、クランベリー、ビルベリーなどのワクシニウム種、ブラックラズベリー、レッドラズベリー、ブラックベリーなどのルブス属の果実、カシス、サクランボ、ナス、黒米、ウベ、沖縄サツマイモ、コンコードブドウ、マスカディンブドウ、赤キャベツ、スミレの花びらなどが挙げられる。赤肉の桃やリンゴにはアントシアニンが含まれている。アントシアニンは、バナナ、アスパラガス、エンドウ豆、ウイキョウ、ナシ、ジャガイモにはあまり含まれず、グリーングーズベリーの特定の品種にはまったく含まれないこともある。

主なアントシアニンの構造

アントシアニンは、食品中の合成着色料に代わる優れた代替物質です。アントシアニンは、EU、オーストラリア、ニュージーランドの食品着色料として認可されており、着色料コードはE163です。アントシアニンは果物や野菜に含まれ、水溶性の植物色素の一種と言えます。化学的には、アントシアニンは2-フェニルベンゾフィリリウム（フラビリウム）構造を持つアントシアニジンの配糖体である。アントシアニンに分類される植物化学物質は200種類以上ある。野生の果物や果実の主な色素として、アントシアニンを抽出できる多くの供給源がある。アントシアニンの主な供給源はブドウの皮である。ブドウ果皮に含まれるアントシアニン色素は、主にジグルコシド、モノグルコシド、アシル化モノグルコシド、アシル化ジグルコシドのピオニジン、マルビジン、シアニジン、ペチュニジン、デルフィニジンから成る。ブドウのアントシアニン含有量は30～750mg/100gである。
最も顕著なアントシアニンはシアニジン、デルフィニジン、ペラルゴニジン、ピオニジン、マルビジン、ペチュニジンである。
例えば、アントシアニンのピオニジン-3-カフェオイル-p-ヒドロキシベンゾイルソホロシド-5-グルコシド、ピオニジン-3-（6″-カフェオイル-6‴-フェルロイルソホロシド）-5-グルコシド、シアニジン-3-カフェオイル-p-ヒドロキシベンゾイルソホロシド-5-グルコシドは紫芋に含まれる。

アントシアニン – 健康上のメリット

アントシアニンは、天然着色料としての優れた機能に加えて、その抗酸化作用も高く評価されている。そのため、アントシアニンは多くの健康効果を示す。研究によると、アントシアニンはガン細胞のDNA損傷を抑制し、消化酵素を阻害し、単離された膵臓細胞でインスリン産生を誘導し、炎症反応を抑制し、加齢による脳機能の低下を防ぎ、毛細血管の引き締まりを改善し、血小板凝集を防ぐことができる。