超音波による食品の揚げ工程の改善

フライドポテト、ポテトチップスなどの揚げ物は、揚げる前または揚げている間に超音波処理を行うことでメリットを得られます。超音波によって油分とアクリルアミドの含有量が減り、より健康的な揚げ物が得られる仕組みをご紹介します。同時に、揚げ時間が短縮され、サクサク感と色も改善されます。

より健康的で、より良質なフライドポテトとポテトチップスのための超音波支援揚げ工程

フライドポテトとポテトチップスの超音波支援揚げ工程には、主に品質の向上、栄養価の最適化、加工効率を中心とする複数のメリットがあります。大きな利点の一つは、製品品質を維持し、さらには向上させながら、油の吸収量と揚げ時間を減らせることです。これにより、超音波を用いて揚げたフライドポテトは、外側がよりサクサクになり、内側がより柔らかくなるため、より好ましい食感が得られます。

超音波キャビテーションによる揚げ工程の改善

超音波処理は、揚げ工程中の熱伝達、気泡形成、水分低減（水分除去）に影響を及ぼします。
超音波によってフライドポテトとポテトチップスの揚げ上がりが最適化される仕組みは、超音波によって生じる音響キャビテーション現象にあります。超音波が揚げ油を通過すると、キャビテーションと呼ばれる微小な真空気泡が生じます。これらの気泡は食品の表面付近で激しく崩壊し、局所的に強い熱と圧力を発生させます。この作用が食品への迅速な熱伝達を助け、均一な加熱調理を促進し、揚げ時間を短縮します。

さらに、超音波は油の浸透や水分除去などの物質移動プロセスを促進し、製品品質の向上につながります。フライドポテトとポテトチップスの製造では、キャビテーション気泡の素早い動きによって、揚げ媒体内に微小な対流が生じます。これが迅速な水分除去を助け、食品の周囲に熱と揚げ油が均一に分布することを促進します。

超音波キャビテーションは、ジャガイモの表面構造を破壊し、微細な流路や孔も形成します。これにより表面積が増加するため、揚げ上がりが改善され、最終製品のサクサク感が向上します。細胞マトリックスの破壊は油の浸透を促進し、その結果、食品による油の吸収量が減少するため、健康を意識する消費者にとって有益です。

超音波によって拡散速度と水分除去速度が高まるため、最終的な水分含有量により早く到達できます。
超音波処理は気泡の形成を促進するため、揚げている間に超音波処理を行うと、揚げ工程が終わるまで気泡の体積がより大きくなります。超音波支援揚げ工程では、気泡の数、気泡の大きさ、およびそれらに関連する揚げ工程中の水分除去に好ましい影響が生じます。拡散の増加に加え、熱伝達と物質移動の増加によって、ジャガイモからの水分除去が強化されます。

超音波を用いた揚げ工程による油分の低減

揚げ工程中の油の吸着量が減ることで、より健康的なフライドポテトとポテトチップスが得られます。
 
超音波は、ジャガイモを揚げる際の油の吸収量をどのように減らすのでしょうか？
ジャガイモのスライスを高温の油に浸すと、ジャガイモの細胞内の水が急速に膨張するため、スライスの周囲に微小な気泡が形成されます。これらの気泡はやがて破裂し、ジャガイモの構造内に小さな孔を形成します。揚げ油に超音波を導入すると、微細なキャビテーション気泡が生じます。これらの気泡はジャガイモの表面付近で非常に大きな力を伴って崩壊し、いわゆるマイクロジェットを発生させます。
超音波によって生じるこれらのマイクロジェットが余分なデンプンを除去するため、油の吸収量が減少します。さらに、超音波による強い撹拌は、ジャガイモの表面と高温の油との接触を改善し、熱伝達を強化します。そのため、ジャガイモはより短時間で揚がり、油の中にある時間が短くなることで、全体的な油の吸収量が減少します。

超音波を用いた揚げ工程によるアクリルアミドの低減

アクリルアミドは、発がん性の可能性がある物質に分類される化合物です。そのため、食品中のアクリルアミド濃度は規制されており、低減する必要があります。アクリルアミドは、食品を120°Cを超える温度で加工する際に発生します。アクリルアミド分子は、アミノ酸のアスパラギンと還元糖が変化する、いわゆるメイラード反応によって形成されます。フライドポテトやポテトチップスなどの揚げたジャガイモは、アクリルアミドの主な摂取源の一つです。より健康的な食品を製造するために、揚げたジャガイモのアクリルアミド含有量を減らすことを目的として、水中で数分間行う低周波・高強度の超音波処理（約20–26kHzの範囲）は、揚げる前の有益な前処理となります。
超音波処理は、ジャガイモの細胞から還元糖とアスパラギンを抽出し、それによって除去します。超音波によって抽出された還元糖とアスパラギンは、ジャガイモから周囲の水中へ洗い出されます。還元糖とアスパラギンはメイラード反応およびアクリルアミド生成の前駆物質であるため、揚げる前の超音波前処理は、アクリルアミドと5-hydroxymethylfurfuralの生成を効率的に低減します。
したがって、超音波前処理によって還元糖の含有量が減少し、その結果、アクリルアミドと5-hydroxymethylfurfuralの生成が少なくなりました。

Bruno et al. (2024) は、Hielscher UIP2000hdT超音波処理装置を用いた2分間の短い超音波処理に続いて温水洗浄を行うことで、アクリルアミドの生成を最大67.1%低減しました。

Antunes-Rohling et al. (2018) は、揚げる前（171◦C、10 min）に細切りジャガイモを水浴中で30 min超音波処理することで、糖の抽出が増加し、その結果アクリルアミド濃度が44%低減することを示しました。

超音波によるデンプンの洗い出しとブランチング

デンプンを多く含むジャガイモは、揚げたり焼いたりすると、柔らかく崩れやすいフライドポテトになります。そのため、ジャガイモを洗浄して表面からデンプンを除去します。超音波処理は、表面だけでなく、ジャガイモのより深い層からのデンプン除去も改善します。超音波処理によって孔が形成されるため、デンプン粒の表面侵食とジャガイモ内部からのデンプン抽出が組み合わされます。
これにより、超音波を用いたデンプンの洗い出しは褐変過程の制御を改善し、均一に揚がったフライドポテトを得られます。超音波によって改善されたこのデンプン除去により、よりサクサクで、より黄金色のフライドポテトが得られます。

メイラード反応に対する超音波の影響

還元糖とタンパク質源の間で生じるメイラード反応と、揚げ工程中の油の吸収は、揚げた製品の最終的な色に影響します。
揚げた製品の色の改善：超音波支援浸透圧脱水（UAOD）処理を行ってから揚げたジャガイモでは、a*値が未処理の揚げた試料よりも有意に低くなりました（p ≤ 0.05）。ΔE*値とa*値を観察すると、揚げる前にUAODを適用した場合、より良い色が得られました。揚げる前に食品を超音波前処理すると、酵素活性が低下し、揚げ工程中に好ましい色の変化が得られます。

超音波による浸透圧脱水

超音波支援浸透圧脱水（UAOD）には、フライドポテトの色を改善するという利点があります。さらに、浸透圧脱水による前処理時間が約67 %短縮されました。超音波処理は、浸透圧脱水の効率と速度を高めます。また、超音波による浸透圧脱水は、未処理の試料と比較して油分と水分の含有量を減らすことで、揚げたジャガイモの品質を改善しました。

フライドポテトの超音波空気乾燥

空気乾燥は、ジャガイモから水分を除去する別の方法であり、初期水分含有量を低減し、それによって油の吸収を最小限に抑え、揚げ物の特性を改善することを目的とします。ポテトチップスを揚げる前の前処理として超音波支援対流空気乾燥を行うと、超音波が水分除去を強化するため、最終的なポテトチップスの特性と油の吸収が改善されます。

揚げ工程を改善する超音波処理装置

食品加工に超音波を適用すると、製品歩留まりの向上、加工時間の短縮、保守費用の削減、そしてより良好で健康的な品質特性が得られます。超音波処理は、揚げる前の前処理として、または揚げ工程中に直接実施できます。
Hielscher Ultrasonicsは、あらゆる大きさのフライヤーやジャガイモ洗浄槽に組み込むための高性能超音波処理装置を提供しています。ソノトロードと超音波プローブは、バッチ内にもコンベヤーベルトの上にも設置できます。
ぜひ今すぐお問い合わせください。お客様の揚げ工程についてご相談いただき、超音波処理装置の組み込みが、よりおいしく、より健康的なフライドポテトとポテトチップスの製造にどのように役立つかをご確認ください。

設計、製造、コンサルティング – ドイツ製の品質

Hielscherの超音波処理装置は、最高水準の品質と設計基準で広く知られています。堅牢性と操作の容易さにより、当社の超音波処理装置を工業施設に円滑に組み込めます。Hielscherの超音波処理装置は、過酷な条件や厳しい要求のある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重点を置いています。もちろん、Hielscherの超音波処理装置はCEに適合し、UL、CSA、RoHsの要件を満たしています。