超音波バニラ抽出 – 非熱的方法
- バニラ・エキスは、バニラのさやからエタノールと水の溶液で抽出したフレーバー溶液である。
- アロマ、フレーバー、フレグランス成分として高品質のバニリンを製造するためには、効率的でありながら分解を防ぐ穏やかな抽出技術が必要である。
- 超音波抽出は穏やかな機械的抽出法であり、非常に短い抽出時間で高収率のバニリンを得ることができる。
高品質のバニリン抽出物のための高性能超音波法
サフランに次いで高価なスパイスであるバニラの生産には、貴重なエッセンシャルオイルの劣化を防ぐ効率的な抽出法が必要である。超音波抽出は、温和で非加熱的でありながら、植物材料から生理活性化合物を放出する非常に効率的な方法としてよく知られ、確立されている。超音波抽出は、純粋に機械的な処理である音響キャビテーション現象に基づいている。このため、超音波抽出は、香料化合物やエッセンシャルオイル、例えばバニリン、ポリフェノール、抗酸化物質などの敏感な生物活性化合物を植物から分離するのに適した方法である。
超音波バニラ抽出の利点
- 優れた歩留まり
- 高速抽出 – 数分以内
- 高品質エキス – マイルド、非加熱
- グリーン溶剤（例：水／エタノール）
- 費用対効果
- 簡単で安全な操作
- 低い投資コストと運用コスト
- 過酷な条件下での24時間365日稼動
- 環境に優しいグリーン・メソッド
超音波バニラ抽出 – バッチまたは連続フローモード
バッチ： 超音波抽出プロセスは、単純なバッチプロセスとして、あるいは超音波フロースルー反応器を通して連続的に媒体を供給するインライン処理として操作することができる。
バッチ処理は、抽出をロットごとに行う簡単な手順です。Hielscher Ultrasonics社は、1Lから120Lまでの小ロットから大ロットまでの超音波処理装置を提供しています。
5Lから10Lのバッチを処理する場合は、以下をお勧めします。 UP400ST (400W、下のビデオ）とソノトロードS24d22L2D。
約120Lのバッチを処理する場合は、以下をお勧めします。 UIP2000hdT (2kW、写真右上）とソノトロードRS4d40L4。
約8L/min.であれば、以下を推奨する。 UIP4000hdT (ソノトロードRS4d40L3と加圧式フローセルFC130L4-3G0を装備した4kW（写真右
超音波バニラ抽出のケーススタディ
Jadhavら(2009)は、超音波抽出(UAE)とソックスレー抽出を比較した。この研究では、超音波抽出はソックスレー抽出と比較してバニリンの放出を有意に強めることが確認された。ソックスレー処理では、操作温度95℃、溶媒：溶質比66.67ml/g、抽出時間8時間で約180ppmのバニリンを放出した。超音波アシスト抽出(UAE)は、室温で同じ溶媒:溶質比を用い、約140ppmのバニリンを放出するのに1時間しか必要としなかった。
Rasoamandraryら(2013)は、100Wのプローブ型超音波発生器（例えば、以下のようなもの）を用いたバニリン抽出効率を比較した。 UP100H)、超音波浴、温水浴を用いた。研究者らは、プローブ型超音波装置はその高強度超音波により強力な抽出ツールであると結論づけた。そのため、プローブ型超音波装置は、より短い抽出時間、より少ない溶媒（すなわちエタノール）消費量で、同等またはそれ以上のバニリン収率を得ることができ、他の抽出方法よりも優れていた。
3つの抽出方法の比較 – 超音波プローブ、超音波バス、温水バス抽出 – その結果、バニリン抽出は、40％エタノール（v/v）、30℃の環境温度、抽出時間1時間で、プローブソニケーションに最も効率的であった。水浴抽出では、50%エタノール(v/v)、56℃、15時間が必要であった。
UIP4000hdT – 連続インライン処理用4kW超音波抽出器。
高性能抽出用超音波装置
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。
Hielscher社の幅広い製品ラインナップは、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産業用システムまで多岐にわたり、生物活性物質（例えば、以下のようなもの）の効率的な抽出および単離のための高強度超音波を提供します。 ケルセチン, カフェイン, クルクミン, テルペン など）。のすべての超音波装置 200W への 16,000W デジタル制御用カラーディスプレイ、自動データ記録用内蔵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。当社の超音波装置はすべて24時間365日稼動するように設計されており、メンテナンスの必要が少なく、操作が簡単で安全です。
デジタルカラーディスプレイにより、ユーザーフレンドリーな制御が可能です。当社のシステムは、低振幅から高振幅まで対応可能です。ポリフェノールやバニリンなどの生理活性化合物の抽出には、高品質の活性物質の分離に最適化された特殊な超音波ソノトロード（超音波プローブまたはホーンとも呼ばれる）を提供しています。Hielscher社の超音波装置は堅牢であるため、過酷な環境下でも24時間365日の稼働が可能です。
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：
| バッチ量 | 流量 | 推奨デバイス |
|---|---|---|
| 1〜500mL | 10～200mL/分 | UP100H |
| 10〜2000mL | 20～400mL/分 | UP200Ht, UP400ST |
| 0.1～20L | 0.2～4L/分 | UIP2000hdT |
| 10～100L | 2～10L/分 | UIP4000hdT |
| n.a. | 10～100L/分 | uip16000 |
| n.a. | より大きい | クラスタ uip16000 |
お問い合わせ/ お問い合わせ
ラボスケールからパイロットスケール、工業スケールまで対応するハイパワー超音波プロセッサー。
文献／参考文献
- Velez Suaza, Catalina (2016)： 天然バニラ抽出物の特性評価のための高速液体クロマトグラフィーに基づく分析アプローチの最適化。 論文、ラサリスタ大学、2016年。
- Jadhav D. et al：バニラポッドからのバニリンの抽出：A comparison study of conventional soxhlet and ultrasound assisted extraction.Journal of Food Engineering 93, 2009：421-426.
- Rasoamandrary N. et al：超音波アシスト抽出を用いた硬化バニラビーンズからのバニリン4-ヒドロキシ-3-メトキシベンズアルデヒドの改善された抽出：A comparison of Ultrasound-Assisted and Hot Water Bath Extraction.
- K.Shikha Ojha, Ramón Aznar, Colm O'Donnell, Brijesh K. Tiwari (2020)： 植物、動物、海洋資源から生物学的に活性な分子を抽出するための超音波技術。 TrAC Trends in Analytical Chemistry、第122巻、2020年。
知っておくべき事実
超音波抽出の原理
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。キャビテーション現象は、局所的に媒体の極端な温度、圧力、加熱/冷却速度、圧力差、高いせん断力につながります。キャビテーション気泡が固体（粒子、植物細胞、組織など）の表面で爆縮すると、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。
図1：安定したキャビテーション気泡と過渡的なキャビテーション気泡の生成。
(a)変位、(b)過渡キャビテーション、(c)安定キャビテーション、(d)圧力
[Santos他2009年より引用）。
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。
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.］
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アシスト抽出は、生理活性成分の熱劣化を回避し、従来の溶媒抽出などの他の技術と比較して優れています、 ヒドロ蒸留あるいは ソックスレット これは熱に敏感な分子を破壊することで知られている。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のに適した技術である。
バニリン
バニラは、バニラ属の蘭、主にメキシコ産の平葉バニラ（V. planifolia）から抽出される貴重な香料である。バニラ蘭の独特な香りの成分は、花の受粉によってできる果実に含まれている。この種子のさやはおよそ1/3×6インチで、熟すと茶色がかった赤から黒になる。このさやの中には、小さな種子が詰まった油状の液体が入っている。サヤも種子もバニリンの生産に使われる。
バニリンはバニラ植物に含まれる主要なフレーバー化合物であるが、純粋なバニラ・エキスにはさらに数百種類のフレーバー化合物が含まれており、これらが複雑で深みのある風味を生み出している。
バニラエッセンスには、バニラの種から抽出した本物のバニリンエッセンスと、工業的に合成されたバニリンの2種類がある。本物のバニラ種子のエキスは、数百種類の化合物の複雑な混合物である。化合物バニリン – 4-ヒドロキシ-3-メトキシベンズアルデヒド – は、本物のバニラの特徴的な風味と香りの主な原因であり、硬化バニラビーンズの主な風味成分である。バニリン以外にも、アセトアルデヒド、酢酸、フルフラール、ヘキサン酸、4-ヒドロキシベンズアルデヒド、オイゲノール、桂皮酸メチル、イソ酪酸などの化合物がバニラの複雑な香りに寄与している。
バニラ栽培
ブルボン・バニラまたはブルボン・マダガスカル・バニラは、マダガスカル、コモロ、レユニオン（かつてはブルボン島と呼ばれていた）などのインド洋の島々で生育するV.プラニフォリアから生産される。用語 “ブルボン・バニラ” は、V. planifoliaに由来する特徴的なバニラの香りも表現している。
メキシコ産バニラは、自生するV.プラニフォリアから抽出されるが、生産量ははるかに少ない。プラニフォリアはメソアメリカ原産であるため、メキシコ産バニラは原産地のバニラとして知られ、販売されている。
タヒチ産バニラはフランス領ポリネシア産で、V. tahitiensisから生産される。遺伝子分析によると、この種はV. planifoliaとV. odorataの雑種から生まれた栽培品種である可能性がある。
西インド・バニラは、カリブ海と中南米で栽培されるV. pomponaから作られる。