超音波による無溶媒ニンニク抽出

ニンニク（Allium sativum）には、さまざまな健康上の利点をもたらす有機硫黄化合物（アリシン、グルタチオンなど）が豊富に含まれています。超音波抽出は、高濃度のニンニク抽出物を製造するための信頼性が高く効率的な技術です。超音波処理により、非常に短い抽出時間で、高品質なフルスペクトル抽出物が高収率で得られます。

超音波抽出による優れたニンニク抽出物

ニンニクからアリシンや有機硫黄化合物を抽出する際にプローブ型超音波処理装置を使用すると、ニンニク抽出物の高収率と高品質、迅速な処理、無溶媒で環境に優しい手法など、いくつもの利点が得られます。これらの要因が相まって、生物活性が高く、組成が一定した高品質なニンニク抽出物の製造に寄与するため、高級なニンニク由来製品を求める研究者や産業界にとって、この方法が優先的に選ばれています。
以下では、超音波支援ニンニク抽出の有益な効果を詳しく説明します。

• まず、プローブ型超音波処理装置は、ソノトロードと呼ばれるチタン製プローブを介して抽出媒体へ伝達される超音波を使用します。超音波の機械的エネルギーは液体中にキャビテーション気泡を発生させ、急速に崩壊させます。この過程で、局所的な強い微小乱流と、圧力および温度の変化が生じます。これらの力がニンニクの細胞壁の破砕を促進します。この破砕によって、細胞内に閉じ込められたアリシンやその他の有機硫黄化合物の放出が容易になり、効率的な抽出につながります。
• 次に、プローブ型超音波処理は精密に制御できるため、抽出工程を目的に合わせて調整できます。抽出物の製造者や研究者は、超音波処理時間、振幅、温度などのパラメーターを調整して抽出条件を最適化することで、分解されやすい化合物の分解を最小限に抑えながら、アリシンや有機硫黄化合物の収率を最大化できます。このような制御は、組成と効力が一定した高品質な抽出物を得るために極めて重要です。
• また、超音波処理は、浸漬抽出やソックスレー抽出などの従来の抽出方法と比べて比較的短時間で行えます。この効率の良さは、時間の節約だけでなく、抽出された化合物の鮮度と生物活性の維持にも役立ちます。抽出時間が短いため、ニンニク抽出物が熱や酸素にさらされる時間が減ります。熱や酸素は、分解されやすい有機硫黄化合物を分解する可能性があります。
• さらに、超音波抽出は、水、エタノール水溶液、アルコールなどの穏やかで環境に優しい溶媒を含め、あらゆる溶媒に対応しています。これは、ニンニク抽出物を食品添加物、香味料、栄養補助食品、ニュートラシューティカル製品、医薬品として使用するために製造する場合、特に重要です。最終製品の純度と安全性を確保するためには、溶媒やその他の化学物質による汚染のリスクを避ける必要があるためです。

水を用いた超音波アリシン抽出

アリシンは、ニンニク抽出物に含まれるチオスルフィネート分子の中で最も豊富なものです。アリシンには、抗菌、抗ウイルス、抗真菌、抗原虫、抗がん、血糖降下作用があり、心血管の健康と免疫系を支えることでも知られています。ニンニクの薬理作用は、主にチオールを含むタンパク質とのチオール–ジスルフィド交換反応に関連しています。
有機硫黄化合物を多量に含む高濃度のニンニク抽出物を製造する際、超音波抽出は、ニンニクからチオールやその他の生物活性物質を単離するための信頼性が高く効率的な技術です。超音波処理は、ニンニクの細胞内部からチオールを放出させ、ニンニクの生体分子を含むフルスペクトル抽出物の調製を可能にします。ニンニクの超音波抽出には、無毒で安価、かつ環境に優しい水を溶媒として使用できます。
 

超音波処理前後のニンニク片の横断面
研究および画像：Bose et al. 2014

超音波アリシン抽出の手順

ニンニクの超音波抽出については、いくつかの手順が確立されています。科学的研究では、複数の研究チームが、超音波処理によりニンニクからアリシン、アリイン、有機硫黄化合物、その他のフィトケミカルが高収率で得られることを実証しています。
Arzanlou et al. (2010)は、水を溶媒として使用したニンニク片からのアリシンの超音波抽出を報告しています。手作業で砕いたニンニク片20gを使用しました。Hielscher UP200S（200ワット）を振幅100 %で使用し、600mLの蒸留水中で、すりつぶしたニンニクを5 min超音波処理しました。放熱には氷浴を使用しました。超音波抽出後、ニンニクのペーストを五層のチーズクロスに押し通しました。懸濁液を50mLのチューブに移し、4ºC、1258gで20 min遠心分離して、残存する破砕物を液体から分離しました。上清を滅菌済みの50mLチューブに移し、保存のために密封しました。

Bose et al. (2014)は、プローブ型超音波抽出を、従来の浸漬抽出、超音波浴による処理、マイクロ波抽出と比較しました。その結果、プローブ型超音波抽出でアリシンの収率が最も高くなることが示されました。

Ismail et al. (2014)は、硫黄を含む生体分子であるシステインとグルタチオンを、ニンニクの鱗茎から効率的に超音波抽出する方法を報告しています。UP100Hを振幅100%に設定して、水を用いた超音波抽出により、ニンニクの鱗茎からチオールを抽出しました。開放型ビーカーでの抽出では、最適なニンニク濃度が10% (w/v)であることを見いだしました。チオールの定量にはエルマン試薬法を使用しました。得られた抽出収率はチオール0.170mMでした。研究者らは、水を用いた超音波抽出は、ニンニクからチオールを単離するための簡便で安全、かつ費用対効果の高い方法であると結論づけています。
 
 

ニンニク抽出用の高性能超音波処理装置

Hielscher Ultrasonicsの抽出システムは、食品添加物、栄養補助食品、治療用製品に使用される高品質な植物抽出物の商業生産のために、世界中の食品業界や製薬業界で使用されています。ニンニク抽出物を小規模なバッチで製造する場合でも、高品質な植物抽出物を大量に処理する場合でも、Hielscher Ultrasonicsには、お客様に最適な超音波抽出装置があります。

超音波抽出による競争上の優位性

ニンニクなどの植物原料から生物活性化合物を超音波抽出する主な利点には、抽出時間と処理時間の大幅な短縮、水を用いた抽出または溶媒使用量の削減と、ごくわずかなCO₂排出量による環境への優しさ、少ないエネルギー使用量、さらに超音波システムの簡単で安全な操作が挙げられます。

Hielscher Ultrasonicsによる工程の標準化

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下で製造すべきです。Hielscher Ultrasonicsのデジタル超音波処理装置には、超音波処理工程の精密な設定と制御を容易にするインテリジェントなソフトウェアが搭載されています。自動データ記録機能は、超音波エネルギー（総エネルギーおよび正味エネルギー）、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、すべての超音波処理パラメーターを日時のタイムスタンプとともに内蔵SDカードに記録します。これにより、超音波処理した各ロットを確認できます。同時に、再現性と継続的に高い製品品質が確保されます。Hielscherのすべての超音波処理装置は堅牢で、高負荷かつ厳しい環境でも24/7の運転が可能です。
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。