食品加工における超音波オーミック加熱

食品分野では、微生物の安全性と栄養価や官能的品質の保持のバランスを取る必要性から、穏やかでありながら効果的な加工技術への要求が強まっている。従来の熱処理は、表面から芯への熱伝達に頼ることが多く、時間がかかり、不均一になりやすい。電気エネルギーを食品マトリックス内で直接熱に変換するオーミック加熱は、迅速かつ体積加熱を可能にすることで、この課題に対処します。超音波キャビテーションは、細胞の破砕、均質化、物質移動を促進し、局所的な熱流路を形成する導電性のばらつきを克服する。

超音波オーミック加熱 – マイルドだが非常に効率的

超音波オーミック熱抽出は、均一な体積加熱と超音波による機械的均質化を組み合わせ、比較的穏やかな条件下で効率的な食品加工を実現する。局所的な熱流路や熱劣化（すなわち過熱）を発生させる可能性のある従来のオーミック加熱とは異なり、超音波を加えることでキャビテーションやマイクロストリーミングが促進され、伝導性が均質化され、熱がより均一に分散されます。この相乗効果により、より低い実効熱負荷で迅速な抽出が可能になり、熱に弱い化合物を温存しながら、全体的なエネルギー需要を削減することができる。その結果、超音波オーミック加熱は、高品質な食品を製造するための、穏やかでありながら強力なアプローチとして浮上する。

超音波オーミック加熱 – 食品加工における多くの用途

超音波オーミック加熱は、幅広い食品加工用途で研究されてきた。低温殺菌や滅菌では、ビタミン、風味、食感を維持しながら、迅速かつ均一に微生物を不活性化することができる。酵素の不活性化や種子の汚染除去などの安定化処理では、処理強度を正確に制御することができる。この方法は、特に抽出に有望である。 – エッセンシャルオイル、植物タンパク質、生物活性化合物のいずれか – 超音波によるキャビテーションが放出を促進し、オーミック加熱が溶媒の効率的な浸透を促進する。また、均一な加熱と混合が重要な乳製品、果肉、ジュース、エマルジョンなどの液体・半固体食品の加工にも応用されている。

 
食品産業における超音波オーミック加熱の主な用途は以下の通りである：

1. 低温殺菌と滅菌： 官能的で栄養価の高い品質を保ちながら、迅速かつ均一に微生物を不活性化する。
2. 生物活性化合物とエッセンシャルオイルの抽出： 超音波によるキャビテーションとオーミックエレクトロポレーションを組み合わせることで、植物化学物質、タンパク質、脂質の放出が促進される。
3. 果物と野菜のブランチング： 色、風味、ビタミンの損失を最小限に抑えながら、効果的に酵素を不活性化する。
4. 脱水と蒸発のプロセス： 水分の除去が促進され、乾燥や濃縮工程におけるエネルギーが節約される。
5. 発酵サポート： 制御された加熱と物質移動の促進により、微生物の性能と収量を向上させることができる。
6. 液体および半固体食品の一般的な加熱： 乳製品、ジュース、ピューレ、エマルションの温度分布を均一化し、ホットスポットを回避。

食品産業における超音波オーミック加熱の利点

食品産業にとって、超音波オーミック加熱の利点は多岐にわたる。この技術は、処理時間とエネルギー消費を削減し、不均一なマトリックスでも非常に均一な加熱を提供し、熱に敏感な化合物の熱劣化を最小限に抑えます。加熱と超音波効果の両方が食品そのものの内部で発生するため、このプロセスでは大型の外部熱交換器が不要になり、メンテナンス・コストが削減される。最も重要なことは、過酷な処理や化学添加物への依存を減らすことで、クリーンラベル製品や持続可能な加工を重視する傾向に合致することである。このように、超音波オーミック加熱は、安全で栄養価が高く、環境に配慮した食品製造に対する将来の需要に応える強力なツールとして際立っている。
 

メリット

1. 均一な暖房： 超音波は熱流路の形成に対抗し、不均質な食品に均質な温度分布を確保する。
2. 迅速な処理： オーミックヒーティングと超音波の複合効果により、低温殺菌、滅菌、抽出時間が短縮される。
3. エネルギー効率： 従来の熱処理に比べ、全体的なエネルギー消費量が少ない。
4. 栄養と風味の保存： よりマイルドな熱負荷は、ビタミン、抗酸化物質、揮発性風味化合物を保持する。
5. 抽出の強化： エレクトロポレーションとキャビテーションは、生物活性化合物、エッセンシャルオイル、タンパク質の放出を促進する。
6. 食品の安全性： 微生物と酵素を効果的に不活性化し、品質低下を最小限に抑える。
7. 拡張性と柔軟性： 液体および半固体食品に適用可能。
8. クリーンな処理： 無溶剤、無化学物質で、持続可能性に沿ったものである。 “クリーンラベル” のプロダクションである。

食品加工における改善されたオーミック加熱のための超音波電極

ヒールシャー超音波電極（ソノ電極）は、電流供給と超音波撹拌という2つの補完的なメカニズムを1つのセットアップに統合しているため、オーミック加熱において明確な利点を提供する。電極が体積ジュール加熱に必要な交流電流を流すと同時に、20kHzの振動がキャビテーション、マイクロストリーミング、せん断力を発生させ、植物の細胞壁を破壊し、培地を均質化する。この二重の作用により、熱流路の形成が最小限に抑えられ、より均一な電気伝導性が確保されるため、試料全体に均一な加熱が行われる。同時に、超音波抽出効果によって物質移動が促進され、細胞内化合物の放出が促進されるため、収量と品質がさらに向上する。商業的には、Hielscher UIP2000hdT電極システム（電極あたり2000W）は、連続的な工業生産に必要な堅牢性を提供します。一方、UP100H（100W）やVialTweeterなどの小型セットアップは、実験室規模の研究やプロセスの最適化のための柔軟なツールとして役立ちます。

下記の表は、オーミック加熱ソニケーター/超音波電極のおおよその処理能力を示しています：

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。