搾りかすの超音波抽出 – 生理活性化合物の持続可能な回収

果実加工の副産物、特に搾りかすは、栄養補助食品、食品の栄養強化、医薬品への応用が期待される生理活性化合物の未活用の供給源です。しかし、これらの化合物を効率的かつ持続可能な方法で回収することは、依然として技術的な課題です。新たな環境に配慮した抽出技術の中でも、プローブ型超音波処理装置による超音波支援抽出は、優れた回収率を達成します。超音波処理により、リンゴの搾りかすなどの植物マトリックスから、フェノール化合物、トリテルペン酸、その他の生理活性化合物を、溶媒を効率的に使用しながら迅速に抽出できます。

超音波抽出による果実副産物の効率的な高付加価値化

搾りかすの超音波抽出は、ジュース、ワイン、シードル製造の副産物を効率的に高付加価値化する方法です – 科学的に検証され、産業規模への拡大が可能で、産業用途ですでに採用されている、果実廃棄物の高付加価値化に向けた経済的な解決策です。超音波処理は効率的で汎用性が高く、リンゴの搾りかすなどの農業・食品副産物の可能性を活用するための、環境に配慮した抽出戦略を提供します。
最近の研究が示すように、短い超音波処理時間、適度なエタノール濃度、制御された振幅を組み合わせることで、健康増進に寄与する化合物を選択的かつ効率的に回収できます。
資源循環を追求するうえで、超音波処理は単なる手段ではありません – 超音波処理はプロセスの強化と効率化を意味します。

超音波抽出による搾りかすの高付加価値化

ジュースやワイン製造の副産物である果実の搾りかすは、果皮、果肉、種子、果梗から構成されます。従来は十分に活用されていなかったり、家畜飼料やバイオマスなどの付加価値の低い用途に回されていたりしましたが、現在では、ポリフェノール（ケルセチン配糖体、フロリジンなど）、フラボノイド、ジヒドロカルコン、トリテルペン酸（特にウルソール酸）の貴重な供給源として認識されています。これらの分子は、抗酸化作用、抗炎症作用、抗菌作用と関連しています。
超音波抽出は、これらの生理活性物質を効率的に放出させることで、搾りかすの高付加価値化に革新的なアプローチを提供します。従来の抽出方法と比較して、超音波抽出には次の利点があります：

• 処理時間の短縮
• 溶媒消費量の削減
• 収率の向上
• 熱に弱い化合物を保持する、より穏やかな抽出条件

搾りかすの超音波抽出に関する科学的知見

二つの代表的な研究が、リンゴの搾りかすに対する超音波支援抽出（UAE）の利点を科学的に実証しています。

研究1：Pando Bedriñana et al., 2024
研究者らは中心複合計画を用い、Hielscher UP200Ht超音波処理装置による、シードル産業の搾りかすからの総ポリフェノールとウルソール酸の同時抽出を最適化しました。最適化された条件（5.1 min、エタノール濃度68%、振幅90%）では、リンゴの搾りかす全体から次の量が得られました：

• フラボノール約1300 µg/g
• ジヒドロカルコン約1200 µg/g
• ウルソール酸約4200 µg/g

特に、リンゴの果皮画分はさらに高い濃度を示し、ウルソール酸は乾物あたり8500 µg/gに達しました。抽出物の抗酸化活性はポリフェノール含有量と強く相関し、数理モデリングによって抽出効率が確認されました。

研究2：Razola-Díaz et al., 2022
この研究は、強力な抗酸化作用を持つ二種類のジヒドロカルコンであるフロレチンとフロリジンの抽出の最適化に焦点を当てました。Hielscher UP400Stプローブ型超音波処理装置を使用し、次の抽出収量が得られました：

• フロレチン約13 µg/g
• フロリジン約67 µg/g
• 総フェノール化合物約1878 µg/g（乾燥重量あたり）
• 抗酸化活性（FRAP）：最大3.58 mg TE/g

汎用性 – 搾りかす、ジュース、スムージーへの超音波処理

超音波抽出はリンゴの搾りかすに限定されず、幅広い果実マトリックスへの適用に成功しています。オレンジなどの果実の果肉では、超音波処理がポリフェノール、フラボノイド、抗酸化物質の機能的な完全性を保持しながら、それらの放出を促進します。同様に、柑橘類の果皮 – グレープフルーツ、レモン、オレンジなど – はペクチンやフェノール化合物に富み、これらはキャビテーションによる細胞壁の破砕を通じて効率的に放出されます。ポリフェノール含有量が高いことで知られるブドウの種子（カテキンやプロアントシアニジンなどを含有）も超音波処理に良好に反応し、高濃度の抗酸化物質が得られます。さまざまな植物組織に対応するこの汎用性は、多様な農産物加工の副産物から生理活性物質を環境に配慮して抽出するための、信頼性の高い手段としての超音波処理の価値を示しています。

さらに、Hielscher超音波処理装置の汎用性は、さまざまな製品や用途にも及びます：

• ジュースやピューレ中での液相抽出
• 植物性飲料およびエマルションの均質化
• 熱損傷を伴わずに保存期間を延長するための微生物および酵素の不活化

ジュースやスムージーの製造において、高性能な超音波処理は次のことを確実にします：

• 繊維および固形物の安定した分散
• 口当たりの改善
• フェノール化合物の生体利用能の向上
• 官能特性および栄養特性の保持

Hielscher超音波処理装置の多用途な活用により、搾りかす処理とジュース処理の隔たりを容易に埋めることができます – 同じ超音波設備で抽出、均質化、低温殺菌を行えます。

持続可能性に注目

超音波処理は、活用されなければ世界の食品廃棄物の増加につながる果実加工副産物から、生理活性化合物を高付加価値の形で回収できるようにすることで、持続可能性に大きく貢献します。果実や野菜の最大25%が収穫後または加工中に廃棄されるジュース産業において、超音波処理は的を絞った効率的な解決策を提供します。例えば、オレンジの果肉と果皮の混合物への超音波処理は、食物繊維の重要な特性を向上させることが示されており、新たな食品原料としての再利用を後押しします。この高付加価値化の手法は、農業・食品廃棄物の環境負荷を低減するだけでなく、国連の持続可能な開発目標12 – 責任ある消費と生産の促進 – にも合致します。
特に、超音波処理はエネルギー効率が高く、環境に配慮した技術です – エネルギー消費量が少なく、水、エタノール水溶液、NADESを使用できるため、過酷な抽出溶媒の使用を減らします。
廃棄物を機能性原料へと変換することで、超音波処理は循環型経済に貢献し、食品加工分野における環境面と経済面の両方の持続可能性を向上させます。

Hielscher超音波処理装置で搾りかす処理プロセスを改善

Hielscher Ultrasonicsは、研究室用途と産業用途の両方に向けて設計された高性能超音波システムの大手メーカーです。同社の産業用超音波処理装置 – UIP2000hdT、UIP4000hdT、UIP6000hdT、UIP16000hdTなど – は、次の特長を備えています：

• 規模に応じて拡大可能な処理能力（毎時リットル単位からトン単位まで）
• 精密な振幅制御
• 厳しい環境での24時間・週7日運転
• 加圧可能な超音波リアクター
• インライン連続処理への対応
• （既存の）生産ラインへの容易な組み込み

Hielscher超音波処理装置によるポリフェノール、抗酸化物質、その他の生理活性化合物の抽出は、公表された研究ですでに検証されており、効率性と再現性が実証されています。

以下の表は、当社の超音波処理装置のおおよその処理能力の目安を示しています：

設計、製造、コンサルティング – ドイツ製の品質

Hielscher超音波処理装置は、最高水準の品質と設計基準で知られています。堅牢性と操作の容易さにより、当社の超音波処理装置を産業設備へ円滑に組み込むことができます。Hielscher超音波処理装置は、過酷な条件や厳しい環境にも容易に対応します。

Hielscher UltrasonicsはISO認証を取得した企業であり、最先端の技術と使いやすさを備えた高性能超音波処理装置に特に力を注いでいます。もちろん、Hielscher超音波処理装置はCEに適合し、UL、CSA、RoHsの要件を満たしています。

文献 / 参考資料

• Razola-Díaz, M.d.C.; Aznar-Ramos, M.J.; Guerra-Hernández, E.J.; García-Villanova, B.; Gómez-Caravaca, A.M.; Verardo, V. (2022): Establishment of a Sonotrode Ultrasound-Assisted Extraction of Phenolic Compounds from Apple Pomace. Foods 2022, 11, 3809.
• Pando Bedriñana, R.; Rodríguez Madrera, R.; Loureiro Rodríguez, M.D.; López-Benítez, K.; Picinelli Lobo, A. (2024): Green Extraction of Bioactive Compounds from Apple Pomace from the Cider Industry. Antioxidants 2024, 13, 1230.
• Dalmau, E.; Rosselló, C.; Eim, V.; Ratti, C.; Simal, S. (2020): Ultrasound-Assisted Aqueous Extraction of Biocompounds from Orange Byproduct: Experimental Kinetics and Modeling. Antioxidants 2020, 9, 352.
• Razola-Díaz, M.d.C.; Guerra-Hernández, E.J.; Rodríguez-Pérez, C.; Gómez-Caravaca, A.M.; García-Villanova, B.; Verardo, V. (2021): Optimization of Ultrasound-Assisted Extraction via Sonotrode of Phenolic Compounds from Orange By-Products. Foods 2021, 10, 1120.