マイコプロテインの超音波抽出

持続可能で栄養価の高い代替食品への需要に応えるマイコプロテインは、菌類に由来する革新的な原料として登場し、主に「フェイクミート」とも呼ばれる代替肉の製造に使用されています。このタンパク質源は、豊かで肉に似た食感と高い栄養価を備え、植物性食品を中心とした食生活への高まる需要に対する有望な解決策となっています。マイコプロテインの可能性を引き出すために、プローブ型超音波処理と呼ばれる高度な抽出技術が用いられます。この方法は、超音波の力を利用して菌類の細胞からマイコプロテインを効率よく放出させ、非常に短い処理時間で高いタンパク質収量を確保します。

マイコプロテインの超音波抽出

マイコプロテインの抽出は、管理されたバイオリアクター内でFusarium venenatumなどの食用菌類を培養することから始まります。マイコプロテインはこれらの菌類の細胞内に包み込まれているため、この貴重なタンパク質を放出させるには強力な抽出方法が必要です。プローブ型超音波処理は、強力な細胞破砕を引き起こす能力を備えていることから、理想的な技術として際立っています。この過程では、高出力超音波が強いキャビテーション力を生み出し、菌類の細胞壁を破壊して、タンパク質、脂質、その他の栄養素を含む細胞内成分を効果的に放出させます。これにより、抽出効率が向上するだけでなく、タンパク質の完全性と機能特性の保持も確保されます。

マイコプロテインの抽出に超音波を用いることには、いくつもの大きな利点があります。まず、均一なホモジナイゼーションが得られます。これは、多様な食感や風味を持つ幅広い食品を開発するうえで不可欠です。代替肉、タンパク質を豊富に含むスナック、乳成分を含まない代替ミルクのいずれにおいても、超音波処理はマイコプロテインの安定した品質を実現し、食品産業で多用途に利用できる原料にします。さらに、この技術による短い処理時間は、生産性の向上とエネルギー消費の削減につながり、現代の食品生産における持続可能性の目標に沿うものです。マイコプロテインの超音波抽出は、植物性タンパク質に対する消費者の高まる需要を満たすだけでなく、革新的で栄養価の高い食品の実現への道を開きます。

粉砕を併用した超音波処理によるFusarium Venenatumからのタンパク質放出の速度論
出典：Prakash et al. 2014

事例研究 – 超音波によるマイコプロテインの放出

Prakash et al. (2014)は、Fusarium Venenatumからのマイコプロテインの放出に対する超音波処理の影響を調査しました。抽出されたマイコプロテインについて、0.680 min以内に580μgという最大タンパク質放出速度を達成しました。

粉砕を併用した超音波処理法がFusarium venenatumのタンパク質放出に及ぼす影響
出典：Prakash et al. 2014

マイコプロテイン

マイコプロテインは、菌類に存在する単細胞タンパク質です。タンパク質と食物繊維を豊富に含むマイコプロテインは、栄養上価値のあるアミノ酸を供給する、健康的で持続可能な供給源と考えられています。マイコプロテインは通常、乾燥重量に対して約45%のタンパク質と25%の食物繊維を含みます。マイコプロテインは必須アミノ酸を豊富に含み、総タンパク質の割合が約41%であることから、スピルリナと同程度のタンパク質含有量を持ちます。このため、マイコプロテインはベジタリアンやヴィーガンにとって興味深いタンパク質源です。マイコプロテインは食物繊維を豊富に含みます。その食物繊維は、約三分の一がキチン（N-アセチルグルコサミン）、三分の二がβ-グルカン（1,3-glucanおよび1,6-glucan）で構成されています。タンパク質と食物繊維を豊富に含むマイコプロテインは、健康的で持続可能な食料源です。
（参照：Finnigan et al. 2019）

超音波抽出 – 動作原理と利点

超音波抽出は、音響（超音波）キャビテーションという現象に基づいています。強力な超音波が液体やスラリーに結合されると、高圧と低圧のサイクルが交互に生じて液体を圧縮・膨張させ、媒体内に微小な真空気泡を形成します。これらの真空気泡は、複数回の高圧・低圧サイクルを通じて成長し、気泡がそれ以上エネルギーを吸収できなくなる点に達します。最大まで成長した気泡は、高圧サイクル中に激しく圧壊します。気泡の圧壊時には、極めて高い温度や圧力、それらに伴う圧力差や温度差、さらに最大280m/secの液体ジェットなど、局所的に極端な条件が発生します。これらの強い力が細胞壁に穴を開けて破壊し、細胞内部と周囲の液体との間の物質移動を促進します。タンパク質、脂質、その他の生理活性化合物などの細胞内物質は液体へ移動し、その液体から後続工程に向けて容易に分離できます。

マイコプロテインの超音波抽出の利点

超音波支援抽出 (UAE) は、タンパク質、脂質、生理活性物質（ビタミンやポリフェノールなど）といった細胞内物質を放出・分離するための、非常に効率的な技術です。超音波処理は、細胞内部と液体との間の物質移動を増大させるプロセス強化技術です。超音波抽出により、収量の増加、処理時間の短縮、優れた抽出物品質、処理コストの削減、エネルギー消費の低減が実現します。

マイコプロテイン処理用超音波ホモジナイザー

超音波細胞破砕装置と超音波抽出装置は、食品加工施設で広く定着している装置です。超音波装置は、キャビテーションによる強いせん断力を発生させ、植物原料から生理活性化合物を分離したり、二つ以上の相を均一な混合物にホモジナイズしたりするために使用されます。
Hielscher Ultrasonicsは、ラボ規模から産業規模まで、幅広い高性能超音波装置を提供しています。
Hielscherの産業用超音波処理装置は、非常に高い振幅を発生させることができます。最大200µmの振幅で、24/7の連続運転を容易に行えます。さらに高い振幅には、カスタマイズされた超音波ソノトロードを利用できます。Hielscherの超音波装置は堅牢であり、高負荷条件や過酷な環境でも24/7の運転が可能です。

Hielscher Ultrasonicsによるプロセスの標準化

食品や医薬品に使用する抽出物は、適正製造規範（GMP）に従い、標準化された処理仕様のもとで製造する必要があります。Hielscher Ultrasonicsのデジタル超音波処理装置には、超音波処理プロセスを容易に、かつ精密に設定・制御できるインテリジェントソフトウェアが搭載されています。自動データ記録機能により、超音波エネルギー（総エネルギーと正味エネルギー）、振幅、温度、圧力（温度センサーと圧力センサーが取り付けられている場合）など、すべての超音波プロセスパラメータが日時情報とともに内蔵SDカードに書き込まれます。これにより、超音波処理を施した各ロットを記録に基づいて確認できます。同時に、再現性と一貫して高い製品品質が確保されます。

以下の表は、当社の超音波装置のおおよその処理能力を示しています。