超音波処理と食品加工における多様な用途

高出力超音波は、効果的で信頼性の高い食品加工用途に多様な可能性をもたらします。食品業界で最も一般的な用途には、混合と均質化、乳化、分散、細胞破砕と細胞内物質の抽出、酵素の活性化または不活性化（超音波の強度に依存）、保存、安定化、溶解と結晶化、水素化、食肉の軟化、成熟、熟成と酸化、さらに脱気と噴霧乾燥があります。

以下では、食品加工におけるHielscherの超音波処理装置の多様な用途から、いくつかをご紹介します。ご関心のある用途について詳しく知るには、該当するリンクをクリックしてください。

超音波による風味成分と生理活性化合物の抽出

超音波抽出は、物質移動を促進し、細胞構造を破砕する高強度超音波を利用して、生理活性化合物、風味分子、タンパク質を効率的に回収するために、食品業界で広く用いられています。これによって生じるキャビテーション効果は、低温で処理しながら抽出収率と抽出速度を高め、繊細な化合物の保持に役立つとともに、作用の強い溶媒を使用せずに、クリーンでスケールアップ可能な加工を実現します。

ソース、ドレッシング、クリームの超音波乳化

シェフや食品科学者は、油／水混合物に超音波処理を施すことで、極めて微細で安定したエマルションを実現しています – 過度の加熱や合成添加物を用いずに。クリーミーなソース、滑らかなヴィネグレットから、乳成分を含まないクリームや繊細な泡まで、超音波キャビテーションによって液滴の大きさと分散を精密に制御できます。
食品エマルションの超音波乳化について詳しくご覧ください！

ヨーグルトの超音波発酵

ヨーグルトは、乳のみから、または細菌培養物を添加して製造できる発酵乳製品です。ビフィズス菌株（例：BB-12、BB-46、B breve）は、ヨーグルトの発酵に用いられる一般的なプロバイオティクスです。細菌細胞に超音波キャビテーションを作用させると、細胞が破壊され、同時にβ-ガラクトシダーゼが放出されることがあります。β-ガラクトシダーゼは、乳加工業界で多用される加水分解酵素です。超音波によってビフィズス菌細胞からβ-ガラクトシダーゼが放出され、乳糖の加水分解が速くなるため、超音波支援発酵が促進されます。
超音波均質化は乳脂肪球を破砕し、極めて微細な粒径分布をもたらします。
超音波処理は、発酵速度を高め（総製造時間を最大40%短縮）、ヨーグルトの品質特性を向上させることができ、その結果、粘度の上昇、凝固物の強度向上、より優れた食感が得られます。

乳の超音波均質化

乳（例：牛、水牛、ヤギ、ラクダの乳）は、炭水化物、タンパク質、ミネラルが溶解した水性液体中に乳脂肪球が存在するエマルションまたはコロイド系です。脂肪と水は二相に分離しやすいため、均一な製品を得るには乳を均質化する必要があります。均質化とは、乳の液体中に脂肪分子を均等に分布させることです。超音波は、乳製品加工のさまざまな用途で用いられる、よく知られた方法です。乳を超音波処理すると、脂肪球が均質化され、均一かつ一様に分布します。高出力超音波による均質化は、ココナッツミルクや豆乳など、植物由来の代替乳（ヴィーガン／乳成分不使用）にも有効です。
SfakianakisとTzia（2012）の研究は、超音波均質化が乳脂肪球（MFG）の大きさを縮小することを示しています。以下の顕微鏡画像は、乳脂肪滴の大きさに対する超音波処理の効果を示しています。低振幅（150W）では満足できる均質化効果が得られず（図2）、MFGの大きさとその分布は未処理乳と同様でした（図1と2を比較）。中振幅の超音波（267.5, 375 W）では良好な均質化効果が得られ、MFGの平均直径は2 μmでした（図3、4）。より高い振幅（750W）の超音波はMFGの大きさを大幅に縮小し（図6）、光学顕微鏡（100x倍率）でもほとんど見えないほどにしました。その平均直径は0.3 μmでした。

高出力超音波は、穏やかな非加熱均質化技術です。Sfakianakisら（2011）は、乳に対する顕著な超音波均質化効果を示しています。

Chandrapalaら（2012）は、カゼインとカルシウムに対する超音波処理の影響を調べました。新鮮な脱脂乳、再構成したミセル状カゼイン、カゼイン粉末のサンプルに超音波（20kHz）を照射しました。乳脂肪球が約10nmに縮小するまで、サンプルを超音波処理しました。超音波処理した乳の分析では、カゼインミセルの大きさは変わらないことが示されています。また、超音波処理の最初の数分以内に、可溶性乳清タンパク質がわずかに増加し、それに対応して粘度が低下しました。この研究では、カゼインミセルは超音波処理中も安定しており、可溶性カルシウム濃度は超音波処理の影響を受けないと結論づけられました。 [Chandrapala et al. 2012]

菓子製造のための糖の超音波結晶化

制御された超音波処理により、結晶の種付け（核の生成）を開始し、結晶成長に影響を与えることができます。超音波照射下では、より小さな結晶が形成され、そのため結晶の数も多くなります。超音波は二つの方法で結晶化プロセスを支援します。まず、高出力超音波は、結晶化の出発物質となる均一な溶液を作るための非常に効果的な手段です。第二段階では、超音波が多数の核の形成を支援します。核生成が不十分な場合は少数の大きな結晶が生じる一方、効率的な核生成では多数の小さく微細な結晶が形成されます。音場内では、通常は結晶化しにくい糖類（例：D-フルクトース、ソルビトール）の核生成を開始することさえ可能になります。
超音波による結晶化の調整は、キャンディー、菓子、スプレッド、アイスクリーム、ホイップクリーム、チョコレートの配合設計において興味深い技術です。

食用油の超音波水素化

植物油の水素化は、重要な工業的な大規模プロセスです。水素化により、液体の植物油は固体または半固体の油脂（例：マーガリン）に変換されます。化学的には、不飽和脂肪酸は、 相間移動触媒による 水素化反応中に二重結合に水素原子が付加されることで、対応する飽和脂肪酸に変換されます。この触媒プロセスは、高出力の超音波処理によって促進できます。一般的に用いられる触媒はニッケルです。水素化油脂は、焼き菓子やパンなどでショートニング剤として広く用いられています。飽和脂肪の利点は、酸化しにくく、そのため酸敗のリスクが低いことです。

蜂蜜の超音波液化

超音波は、蜂蜜の品質に影響を与えずに、蜂蜜中の結晶を液化し、酵母を死滅させる効果的な非加熱方法を提供します。
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ジュースとスムージーの超音波安定化

非加熱の食品加工技術である超音波は、穏やかでありながら効果的な処理を提供し、風味を強め、ジュース、スムージー、ソース、ピューレを安定化して保存性を高めます。ジュースの超音波処理によって得られる効果には、風味の向上、安定化、保存性の向上があります。
ジュースとスムージーの超音波による改善について、詳しくはこちらをご覧ください！
トマトの超音波加工について詳しくご覧ください！
超音波処理が、栄養成分組成を向上させながら、ステビアで甘味を付けたイチゴジュースの保存性を高める仕組みをご覧ください！

ワインと酒類の超音波熟成

高出力超音波は、その効果的な抽出能力と、木材組織とアルコール飲料の間の物質移動を大幅に促進する作用によって、ワインや蒸留酒へのオーク成分の付与を支援します。
ワインの超音波処理の可能性について、詳しくはこちらをクリックしてください！
ワイン、マスト（発酵前のブドウ果汁）、ビール、日本酒の発酵プロセスも大幅に促進できます。50% – 65%の促進率が達成されています！
超音波支援発酵について詳しく知るには、こちらをクリックしてください！

超音波によるアイスクリームの凍結促進

アイスクリームの製造には、アイスクリームミックスが必要です。このアイスクリームミックスは、乳、粉乳、クリーム、バターまたは植物性脂肪、砂糖、乾燥固形分、乳化剤、安定剤に加え、果物、ナッツ、香料、着色料などの添加物から構成されます。この特別な混合物は、均質化と低温殺菌を行った後、大きな氷結晶の形成を防ぐため、凍結中にゆっくりとかき混ぜる必要があります。その際、非常に小さな気泡を混ぜ込み（いわゆるエアレーション工程）、アイスクリームを泡立てることで、滑らかな食感の冷たいデザートに仕上げます。この工程で超音波処理を適用すると、アイスクリームの品質を向上させることができます。
凍結中には、過冷却された水から結晶が形成されます。氷結晶の形態は、凍結食品や半凍結食品の食感と物理的特性に重要な役割を果たします。氷結晶の大きさと分布は、解凍された組織製品の品質にとって特に重要であり、アイスクリームでは、大きな結晶が氷っぽい食感をもたらすため、小さな氷結晶が好まれます。核生成は、結晶化中の結晶粒径分布を制御するうえで最も重要な要因です。そのため、通常は凍結速度が、アイスクリーム中の氷結晶の大きさと粒径分布を制御するためのパラメータとして用いられます。泡立てと凍結の間に空気を注入して、アイスクリームの滑らかな食感を実現します。注入する空気の量である、いわゆる「オーバーラン」は、固形分と水を合わせた体積に比例するように調整されます – 個々のレシピに応じて。そのため、オーバーランはアイスクリームの配合や加工の流れによって異なります。標準的なアイスクリームのオーバーランは100%で、これは最終製品が同体積のアイスクリームミックスと気泡から構成されることを意味します。
Hielscherの高出力超音波ホモジナイザーを使用すると、氷結晶の大きさを縮小し、凍結面への付着層の形成を防ぐことで、アイスクリームの品質を向上させることができます。アイスクリームの結晶が小さくなり、気泡の分布が改善されることで、より良い性状と、よりクリーミーな口当たりが得られます。凍結時間の大幅な短縮は、処理能力の向上と、よりエネルギー効率の高い製造プロセスにつながります。

生地の超音波エアレーション

スポンジケーキなどの気泡を含む食品は、超音波処理によって大幅に改善できます。生地の混合段階で高出力超音波を適用すると、硬さが低下し、ケーキの弾力性、凝集性、復元性が高まることで、スポンジケーキの品質が向上します。試験では、すべての材料を「オールイン」法で混合しました。つまり、低タンパク質の全粒粉、乳化剤、コーンスターチ、砂糖、ベーキングパウダー、塩、新鮮な全卵を同時に加えて生地を調製しました。超音波処理の前に材料を均一に混ぜ合わせ、均一な生地混合物に超音波が作用するようにしました。超音波でエアレーションしたケーキは、対照のケーキよりも硬さ、ガム性、咀嚼性が低く、弾力性、凝集性、復元性はわずかに高くなりました。

チョコレートの超音波結晶化とコンチング

超音波処理は、その抽出能力でよく知られています。超音波による粉砕と抽出により、カカオ豆の細胞からカカオバターを放出させることができます。
超音波は、チョコレート中の砂糖の結晶を砕く代替技術であり、それによってコンチングと同様の効果をもたらします。

食肉の超音波軟化

食肉に強力な超音波を作用させると、肉の組織が軟化します。筋細胞から筋原線維タンパク質が放出されることにより、顕著な軟化が達成されます。超音波は、軟化効果に加えて、肉の保水能力と凝集性も向上させます。
高出力超音波と超音波処理装置MeatBuzzerによる食肉の軟化について、詳しくはこちらをご覧ください！

厨房とバーにおける超音波処理

超音波食品加工装置は、美食を提供する厨房にも導入されています。Hielscherの超音波処理装置は、ミシュランの二つ星を獲得したシェフSang-Hoon Degeimbreなど、一流のシェフに使用されています。
彼の有名な超音波エビだしのレシピにご関心がある方は、こちらをクリックしてください！
超音波を使ったカクテルのレシピは、こちらをクリックしてください！

コーシャおよびハラール食品加工用の超音波処理装置

Hielscher Ultrasonicsは、ご要望に応じて、超音波処理装置のコーシャ認証またはハラール認証を提供できます。これは、これらの宗教上の食事規定の厳格な指針に従って、超音波処理装置が製造・加工されていることを意味します。コーシャ認証は、動物由来の副産物や誘導体を一切用いずに超音波処理装置が製造されたことを保証し、ハラール認証は、イスラムの食事原則に沿った方法で超音波処理装置が取り扱われたことを確認します。

コーシャ認証またはハラール認証を受けたHielscherの超音波処理装置が必要な場合は、お問い合わせください。必要な認証を喜んで手配いたします。