超音波改良されたコンブチャ発酵

超音波処理は、物質移動を促進し、微生物細胞を破壊し、酵素を活性化し、均質性を改善することにより、昆布茶、キムチ、その他の発酵野菜などの超音波発酵食品の発酵を促進し、最終的には発酵速度の加速と優れた品質の製品の生産につながります。超音波処理は、乳酸発酵中に生理活性化合物の有益な変化を開始し、栄養化合物および植物化学物質の含有量を増加させる。

コンブチャと発酵飲料

コンブチャは、一般に「マザー」とも呼ばれる「バクテリアと酵母の共生培養」(SCOBY)を使用して砂糖入りのお茶を発酵させることによって製造されます” または「茶茸」”.SCOBY内の微生物集団の多様性と比率は、かなり大きく異なる可能性があります。酵母成分には、一般に、Saccharomyces cerevisiae、Zygosaccharomyces、Candida、Kloeckera / Hanseniaspora、Torulaspora、Pichia、Brettanomyces / Dekkera、Saccharomyces、Lachancea、Saccharomycoides、Schizosaccharomyces、およびKluyveromycesの他の種が含まれます。細菌成分には、ほとんどの場合、酵母によって生成されたアルコールを酢酸やその他の酸に発酵させるKomagataeibacter xylinus(旧Gluconacetobacter xylinus)が含まれており、酸性度を高め、エタノール含有量を制限します。
同様に、発酵した果物や野菜ジュースなどの他の発酵飲料には、バクテリアと酵母が接種されています。
超音波による処理により、発酵効率と発酵飲料の品質特性(栄養素含有量や風味など)を向上させることができます。

超音波強化コンブチャ発酵

超音波は、細菌や酵母の成長を刺激することがよく知られています。したがって、コンブチャ培養物(SCOBY、茶茸、茶菌、または満州茸としても知られる)の制御された穏やかな超音波処理は、発酵プロセスを促進し、加速された発酵時間でより高いコンブチャ収量をもたらすことができる。
超音波刺激発酵は、膜透過化の促進を示し、それによって物質移動が増加する。超音波による音響機械処理は、微生物の細胞壁と原形質膜に穴を開けます(ソノポレーションと呼ばれるプロセス)。一部の細胞は破裂することさえあります。これらの破壊された細胞は、ビタミン、ヌクレオチド、アミノ酸、酵素などの増殖促進因子を放出し、細胞内に無傷の細菌や膜が損傷した細菌の成長を刺激する可能性があります。
発酵前の超音波処理、ならびにラグおよび対数期における超音波処理は、細菌増殖刺激に対する最も顕著な効果を示した。

Kombucha発酵における超音波処理の利点

超音波はどのようにして発酵プロセスを促進し、より良い昆布茶、野菜発酵、麹などを生産するのに役立ちますか?超音波処理は、発酵コンブチャの文脈で以下に示すいくつかの方法で発酵を強化します。コンブチャは、伝統的に甘くしたお茶とバクテリアと酵母の共生培養物(SCOBY)で作られた発酵飲料です。希釈されたフルーツピューレは、コンブチャの生産のための栄養豊富で風味豊かなベースを提供します。以下では、超音波処理がどのように生産を促進するかを学びます

• 質量移動の増加: 超音波は、液体中に微細なキャビテーション気泡を作り出し、マイクロストリーム、液体ジェット、乱流の形成につながります。この攪拌は、発酵に関与する微生物と培地中の栄養素との間の接触を増加させることにより、物質移動を促進します。その結果、栄養素は発酵微生物によってより効率的に吸収され、発酵速度が加速されます。
• 細胞の混乱: ソニケーターは、細胞の溶解と抽出の有効性でよく知られています。食品発酵では、ソニケーターは微生物の細胞壁を破壊し、細胞内酵素と代謝物を放出し、発酵反応をさらに触媒することができます。この混乱により、微生物細胞からのフレーバー化合物、ビタミン、有機酸の放出が促進され、発酵製品のフレーバーの複雑さと栄養価の豊富さに貢献します。超音波発酵シーバックソーンコンブチャでは、フェノール化合物の有意な高い画分を測定できます。(Dornan et al., 2020参照)
• 栄養豊富な発酵基質の調製: 超音波抽出は、微生物の消化に利用可能な形で多くの栄養素を提供する発酵基質を調製するのを助けます。これは、超音波処理された発酵基質(例えば、果物および野菜のピューレ)において、デンプンおよび糖のような生理活性化合物が植物細胞の細胞内マトリックスから遊離されることを意味する。微生物は基質を容易に摂食できるため、発酵プロセスが加速および短縮されます。ポリフェノール、フラボノイド、ビタミンについても同じことが言え、これらは細胞内マトリックスから放出され、発酵食品や飲料の全体的な栄養価に貢献します。
• 強化された酵素活性: 超音波処理は、発酵プロセスに関与する特定の酵素の活性を活性化または増強します。例えば、複雑な炭水化物をより単純な糖に分解するために重要な酵素であるセルラーゼとアミラーゼの活性を高め、コンブチャ培養物に存在する微生物によって発酵させます。
• 改善された均質性: 超音波処理力は常に混合および混合をもたらすので、超音波処理は発酵混合物のより良い均質化を確実にし、その結果、培地全体に栄養素および微生物が均一に分布する。この均一性により、一貫した発酵速度と、望ましい官能特性を備えた高品質のコンブチャ製品の生産が促進されます。

微生物増殖の超音波刺激は、発酵前またはラグおよびログフェーズで超音波を適用するときに最も効果的です。

ケーススタディ:リンゴジュース発酵の超音波刺激

研究は、リンゴジュースの発酵中の遅れて対数的な段階での超音波処理が微生物の増殖を促進し、リンゴ酸から乳酸への生体内変化を強めることを示した。例えば、0.5時間の遅延期で超音波処理した後、58.3 W / Lで超音波処理されたサンプル中の微生物数および乳酸含有量は、0.01 Log CFU / mL±7.91および7.39 mg / L±133.70に達し、これは非超音波処理サンプルのそれよりも有意に高かった。さらに、ラグ相および対数相での超音波処理は、クロロゲン酸、カフェイン酸、プロシアニジンB2、カテキンおよび没食子酸などのリンゴフェノール類の代謝に複雑な影響を及ぼした。超音波は、クロロゲン酸からカフェイン酸への加水分解、プロシアニジンB2の変換、没食子酸の脱カルボキシル化にプラスの影響を与える可能性があります。超音波処理されたサンプル中の有機酸および遊離アミノ酸の代謝は、フェノール代謝と統計的に相関しており、超音波が有機酸およびアミノ酸の微生物代謝を改善することによりフェノール誘導に利益をもたらす可能性があることを示唆している。(cf. Wang et al., 2021)

ケーススタディ:超音波で改善された豆乳発酵

(2012)の研究チームは、豆乳発酵中の乳酸桿菌株(Lactobacillus acidophilus BT 1088、L. fermentum BT 8219、L. acidophilus FTDC 8633、L. gasseri FTDC 8131)の代謝効率に対する超音波の影響を調査しました。超音波処理は細菌の細胞膜を透過化することが観察された。透過処理された細胞膜は、栄養素の内在化の改善とその後の成長促進をもたらしました(P ≺ 0.05)。超音波処理のより高い振幅およびより長い持続時間は、豆乳中の乳酸菌の成長を促進し、生存数は9 log CFU / mLを超える。ラクトバチルスの細胞内および細胞外のβ-グルコシダーゼ特異的活性も超音波処理によって増強され(P ≺ 0.05)、豆乳中のイソフラボン、特にゲニスチンおよびマロニルゲニスチンのゲニステインへの生体変換が増加した。この研究の結果は、乳酸桿菌細胞に対する超音波治療が(P ≺ 0.05)≺細胞のβ-グルコシダーゼ活性を促進し、豆乳中のイソフラボングルコシドの生物活性アグリコンへの生体変換を促進することを示しています。(Ewe et al., 2012参照)

無治療の乳酸桿菌(A)および超音波で60%の振幅で3分間処理した乳酸桿菌(B)の走査型電子顕微鏡写真。破裂した細胞と毛穴のある細胞を示す円。
(研究と画像:©Ewe et al., 2012)

昆布茶および発酵飲料における栄養化合物および香料の抽出

発酵茶、ジュース、野菜飲料、例えば、発酵リンゴジュースや桑ジュース、フルーツを注入したコンブチャなどは、超音波治療により風味と栄養面で大きな効果が得られます。超音波は植物材料の細胞構造を破壊し、フレーバー、ポリフェノール、抗酸化物質、フラボノイドなどの細胞内化合物を放出します。同時に、超音波均質化は、均一に分散され乳化した飲料を提供し、相分離を防ぎ、消費者にとって魅力的な外観を提供する。あなたは、以下の未処理のバージョンと比較して、位相分離なしで超音波処理された海クロウメモドキベリーコンブチャの例を見ることができます。
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ケーススタディ:超音波保存されたコンブチャ

超音波治療は、微生物を刺激または不活性化することにより、微生物に影響を与えることができます。また、酵素は超音波処理の影響を受けます:超音波は、酵素、基質およびそれらの反応の特性を変えることができます。低周波超音波のこれらの効果は、食品や飲料を低温殺菌するための非熱的代替手段として食品加工で使用されます。超音波処理は、振幅、時間、温度、圧力などのプロセスパラメータを正確に制御するという利点を提供し、これにより微生物の的を絞った不活化を可能にします。コンブチャや発酵飲料の微生物負荷を不活性化することで、保存期間と製品の安定性を高めることができます。微生物と酵素の減少は、最終製品の貯蔵寿命が長いため、商業流通を促進します。超音波処理は非熱低温殺菌法であり、ジュースの低温殺菌などの商業食品加工ですでに使用されています。 特に高振幅では、超音波は細胞壁を損傷することにより細菌や酵母を不活性化します。これにより、微生物の成長が遅くなったり、停止したりします。例えば、Kwawら(2018)は、乳酸発酵桑ジュースの非熱低温殺菌戦略として超音波を調査しました。超音波処理された発酵桑ジュースは、未処理の発酵桑ジュースである対照よりもフェノール化合物(1700.07 ± 2.44μg / mL)の含有量が高かった。「個々の非熱治療の中で、超音波処理は有意な(p < 0.05)パルス光処理と比較して、乳酸発酵桑ジュースのフェノールおよび抗酸化特性の急増。(Kwaw et al., 2018) コンブチャはその生活文化で知られる飲料ですが、市販のコンブチャ飲料の貯蔵寿命を延ばすために、微生物の制御された減少を使用することができます。
定期的な低温殺菌は、コンブチャに通常存在し、その健康促進効果の主な要因の1つであるすべての生きている酵母とバクテリアを殺します。超音波低温殺菌は非熱保存方法であり、微生物の数を減らすか、微生物を完全に排除するために使用できます。これは、商業生産者が、完全に排除することなく細菌や酵母の数を減らすために、より低い振幅でより短い期間超音波を適用できることを意味します。これにより、コンブチャには生活文化がまだ存在していますが、数は少ないため、貯蔵寿命と保管時間が改善されます。

超音波処理されたコンブチャの科学的に証明された結果

Dornanら(2020)は、ソニケーターUIP500hdTを使用して、シーバックソーンベリーで作られたコンブチャに対する低周波超音波の影響を調査しました。研究チームは、海クロウメモドキの果実の準備とその後のコンブチャ発酵に対する超音波処理の複数の有益な効果を示すことができました。

超音波シーバックソーンベリー抽出

新鮮な全海クロウメモドキの果実(別名サンドドルン、H. rhamnoides cv. Sunny)の超音波処理を、Vitamixブレンダーを使用して2分間ピューレにしました。元のピューレ容量の30%に等しいdH2Oの容量を添加し、ブレンドしました。超音波(90W、20kHz、10分)をUIP500hdT超音波プロセッサを使用して希釈したピューレ200mLに適用しました(左の写真を参照)。処理時間は、栄養素の最適化とサンプルを新鮮な状態に維持するために選択されました。超音波抽出の結果は、パルプからの抽出収率が10%(19.04 ± 0.08から20.97 ± 0.29%)、および種子について7（14.81 ± 0.08から15.83 ± 0.28%)有意な増加(P ≺ 0.05)を示しています。この油収率の増加は、原材料の価値を最大化するための効果的でグリーンな技術としての超音波処理の機能を強調しています。海クロウメモドキの果実からの超音波抽出は、より高い油収率と処理時間、消費電力の削減、および危険な溶媒の回避をもたらしました。

ケーススタディ:シーバックソーンベリーコンブチャの超音波均質化

超音波処理されたシーバックソーン(サンドトーン)ベリーコンブチャは、製品の安定性が大幅に向上したことを示しました。貯蔵の21日目までに、超音波処理されたベリーコンブチャは均質なままでした。超音波処理されたベリーコンブチャで離水が観察されなかったという事実は、研究全体(21日間、下の写真を参照)において、超音波のみが製品の安定性を生み出し、相分離を防ぐことができる効果的な乳化技術であることを示しています。

0日目と21日目に超音波治療(P + US)なしと超音波治療ありのシーバックソーンピューレ(P)。
研究と写真:©Dornan et al., 2020.

発酵を止めるための超音波処理

K(コンブチャ)、K+US(コンブチャ+超音波)、K+S(コンブチャ+スクロース)、K+S+US(コンブチャ+スクロース+超音波)の4種類のコンブチャのサンプルを製作しました。すべてのサンプルは、200 mLの海クロウメモドキピューレ(P)またはP + USと12.5 gのSCOBYを使用して調製しました。KはPとSCOBYで構成されていました。K+USはP+USとSCOBYで構成されていた。K+Sは、P、15.0gのスクロース、およびSCOBYで構成されていました。K+S+USはP+US、ショ糖15.0g、SCOBYから構成。全てのサンプルを暗所で室温5日間発酵させました。2回目の超音波処理(90W、20kHz、10分)をK + USおよびK + S + USに適用して、5日目に発酵を停止しました。

Kombuchaの超音波保存効果

海クロウメモドキコンブチャでは、超音波処理は初期微生物負荷を2.6 log CFU / mL減少させ、それにより、過剰発酵を防ぐために選択された時間に発酵プロセスを停止した。さらに、制御された微生物の減少は、最終製品の貯蔵寿命と安定性を向上させるのに役立ち、昆布茶の商業流通を促進します。
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超音波処理されたコンブチャの全体的な結果

超音波処理は、初期微生物負荷を2.6 log CFU / mL減少させ、ORAC値を3%増加させ、水溶性指数(WSI)を40（6.64から9.29g / g)増加させたりしました。この研究の結果は、超音波処理の適用が発酵中のフェノール機能を高めることができ、次のことが可能であることを示唆しています 離水率の低下、油収量の増加、微生物負荷の減少、栄養価の低下を最小限に抑えたORACの増加.(Dornan et al., 2020参照)

改良された昆布茶醸造のための超音波装置

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以下の表は、当社の超音波装置のおおよその処理能力を示しています。