食品加工における超音波処理とその多様な応用

パワー超音波は、効果的で信頼性の高い食品加工アプリケーションに多様な可能性を提供します。食品産業で最も一般的なアプリケーションは以下の通りです。 & ホモジナイズ、乳化、分散、細胞破壊と細胞内物質の抽出、酵素の活性化または不活性化（これは超音波の強度に依存する）、保存、安定化、溶解と結晶化、水素化、食肉軟化、熟成、老化と酸化、脱気と噴霧乾燥。

食品加工におけるHielscher社製ソニケーターの様々なアプリケーションをご紹介します。ご興味のあるアプリケーションの詳細については、各リンクをクリックしてください！

超音波を用いたフレーバーと生物活性化合物の抽出

超音波抽出は、物質移動を促進し、細胞構造を破壊する高強度の超音波を適用することにより、生物活性化合物、フレーバー分子、およびタンパク質を効率的に回収するために、食品業界で広く使用されています。その結果、キャビテーション効果により、低温で動作しながら抽出収量と抽出速度が向上し、繊細な化合物の保存に役立ち、刺激性の高い溶媒を使用せずにクリーンでスケーラブルな処理が可能になります。

ソース、ドレッシング、クリームの超音波乳化

油と水の混合物に超音波処理を施すことで、シェフや食品科学者は超微細で安定したエマルジョンを実現している。 – 過度な加熱や合成添加物なしでクリーミーなソースやベルベットのようなビネグレットから、乳製品を含まないクリームやデリケートなフォームまで、超音波キャビテーションは液滴のサイズと分散を正確にコントロールすることができます。
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ヨーグルトの超音波発酵

ヨーグルトは発酵乳製品であり、牛乳単独でも、細菌培養物の添加によっても製造できる。ビフィズス菌株（BB-12、BB-46、B breveなど）は、ヨーグルト発酵に使用される一般的なプロバイオティクスである。細菌細胞に超音波キャビテーションを加えると、細菌細胞が破壊され、同時にβ-ガラクトシダーゼが放出される。β-ガラクトシダーゼはヒドロラーゼ酵素であり、乳加工産業で多用されている。超音波アシスト発酵は、ビフィズス菌細胞からのβ-ガラクトシダーゼの超音波誘導放出の結果、より速い乳糖加水分解により加速される。
超音波ホモジナイズは、乳脂肪球を壊し、非常に微細なサイズ分布にする効果がある。
超音波処理により、発酵速度を速め（総生産時間を最大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、粘度が高く、凝固力が強く、優れた食感が得られる。

牛乳の超音波ホモジナイズ

牛乳（牛、水牛、ヤギ、ラクダ乳など）は、溶解した炭水化物、タンパク質、ミネラルを含む水性液体中のバター脂肪球からなるエマルジョンまたはコロイド系である。脂肪と水は2つの相に分離する傾向があるため、均一な製品を得るためには牛乳を均質化する必要がある。均質化とは、乳液中の脂肪分子を均一に分散させることである。超音波は乳製品加工における様々な用途に使用されるよく知られた方法である。牛乳を超音波処理すると、均質化された脂肪球が得られ、均一で均一に分布する。高出力超音波による均質化は、ココナッツミルクや豆乳のような植物由来の代用乳（ビーガン／乳製品不使用）にも効果的です。
Sfakianakis and Tzia（2012）の研究によると、超音波ホモジナイズは乳脂肪球（MFG）のサイズを小さくする。以下の顕微鏡画像は、超音波処理による乳脂肪滴サイズへの影響を示している。低振幅（150W）では十分な均質化効果が得られなかった（図2）；MFGサイズとその分布は未処理乳と同様であった（図1と2を比較）。中振幅の超音波（267.5、375W）は良好な均質化効果を示した；MFGの平均直径は2μmであった（図3、4）。より高振幅（750W）の超音波は、MFGのサイズを著しく減少させ（図6）、光学顕微鏡（倍率100倍）でかろうじて見える程度になった；MFGの平均直径サイズは0.3μmであった。

高出力超音波は温和な非加熱均質化技術である。Sfakianakisら(2011)は、牛乳の超音波ホモジナイズ効果に注目している。

Chandrapalaら（2012）は、カゼインとカルシウムに対する超音波処理の効果を調べた。彼らは新鮮なスキムミルク、再構成ミセルカゼイン、カゼインパウダーのサンプルに超音波（20kHz）を印加した。乳脂肪球が約10nmになるまで超音波処理を行った。超音波処理した牛乳を分析したところ、カゼインミセルの大きさに変化はなかった。可溶性乳清タンパク質のわずかな増加と、それに伴う粘度の低下も、超音波処理の最初の数分間で起こった。この研究から、カゼインミセルは超音波処理中も安定であり、可溶性カルシウム濃度は超音波処理の影響を受けないことが判明した。[Chandrapala et al.］

製菓用超音波結晶化装置

超音波照射を制御することで、結晶の播種（核の生成）を開始し、結晶成長に影響を与えることができる。超音波照射下では、より小さく、より多くの結晶が形成される。超音波は2つの方法で結晶化プロセスを支援する：第一に、パワー超音波は、結晶化の出発物質である均一な溶液を作るのに非常に効果的なツールである。第二段階では、超音波は多数の核の形成をサポートします。貧弱な核形成では大きな結晶の数が少なくなりますが、効率的な核形成では小さな微細な結晶が大量に形成されます。音場では、通常は結晶化を嫌う糖類（D-フルクトース、ソルビトールなど）の核形成を開始することさえ可能になる。
超音波による結晶化の調節は、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に興味深い。

食用油の超音波水素化処理

植物油の水素添加は、工業的に重要な大規模プロセスである。水素化処理によって、液状の植物油は固形または半固形の油脂（マーガリンなど）に変換される。化学的には、不飽和脂肪酸は水素添加の間に変換される。 相間移動触媒 水素化反応は、二重結合に水素原子を付加することで、対応する飽和脂肪酸に変化する。この触媒プロセスは、高出力超音波処理によって促進することができる。一般的に使用される触媒はニッケルである。水素添加油脂は、ベーカリー製品のショートニング剤として広く使用されている。飽和脂肪酸の利点は、酸化傾向が低いため、腐敗のリスクが低いことである。

蜂蜜の超音波液化

超音波は、蜂蜜の品質に影響を与えることなく、効果的な非熱的方法、液化し、酵母を破壊するために蜂蜜中の結晶を提供しています。
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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として、超音波はマイルド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、ピューレを安定させ、保存する。超音波ジュース処理の結果、風味の向上、安定化、保存が可能になります。
超音波によるジュースの改良についてはこちらをご覧ください。 & スムージー
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超音波処理によって、ステビア入りストロベリージュースがどのように保存され、栄養成分が強化されるかをご覧ください！

ワインの超音波熟成 & 酒類

パワー超音波は、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の大幅な強化により、ワインやスピリッツの樽熟成を助ける。
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ワイン、醪（もろみ）、ビール、日本酒の発酵プロセスも大幅に促進できる。50％から65％の促進率が達成されている！
超音波アシスト発酵の詳細については、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凍結の促進

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ある。このアイスクリーム・ミックスは、牛乳、粉乳、生クリーム、バターまたは植物性脂肪、砂糖、ドライマス、乳化剤、安定剤、さらに果物、ナッツ、香料、着色料などの添加物から構成される。この特別な混合物はホモジナイズされ、低温殺菌された後、大きな氷の結晶の形成を防ぐため、凍結工程でゆっくりと撹拌される。その結果、非常に小さな気泡が混ざり合い（いわゆるエアレーション工程）、アイスクリームが泡立ち、滑らかな食感の冷たいデザートになる。これは、アイスクリームの品質を向上させるために超音波処理を適用できる工程である。
冷凍の過程で、過冷却水から結晶が形成される。氷結晶の形態は、冷凍食品や半冷凍食品の食感や物理的特性に関して重要な役割を果たす。氷の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るため、アイスクリームの場合、結晶が大きいと氷のような食感になるため、小さい氷の結晶が好まれる。核生成は、結晶化中の結晶サイズ分布を制御する最も重要な要因である。そのため、凍結速度は通常、アイスクリームの氷結晶のサイズとサイズ分布を制御するために使用されるパラメータである。ホイップと冷凍の間に、アイスクリームの滑らかな食感を実現するために空気が注入される。いわゆる “オーバーラン”噴射される空気の量は、固形分と水の合計量に比例し、特に特定のレシピに比例する。そのため、アイスクリームの配合や加工工程の違いにより、オーバーランは変化する。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量のアイスクリームミックスと気泡で構成されていることを意味する。
Hielscher社製ハイパワー超音波ホモジナイザーを使用することで、氷の結晶サイズを小さくし、凍結面の包餡を避けることで、アイスクリームの品質が向上します。アイスクリームの結晶サイズが小さくなり、気泡の分布が改善されるため、より良いコンシステンシーとよりクリーミーな口当たりが得られます。凍結時間が大幅に短縮されるため、処理能力が向上し、エネルギー効率の高い製造工程が実現します。

バッターの超音波エアレーション

スポンジケーキのような気泡入り食品は、超音波処理によって大幅に改善することができる。バッターミキシングの段階でパワー超音波を適用すると、スポンジケーキの硬さが低くなり、ケーキの弾力性、まとまり、弾力性が向上する。テストでは、すべての材料を "オールイン "に従って混ぜ合わせた。” すなわち、低タンパク全粒粉、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、衣を形成する方法である。超音波処理を行う前に、材料を均一に攪拌し、均一なバッター混合物に超音波を印加した。超音波エアレーションを施したケーキは、硬さ、ガム質、噛みごたえが低く、一方、ケーキの弾力性、まとまり、弾力性はコントロールのケーキよりわずかに高かった。

チョコレートの超音波結晶化とコンチング

超音波はその抽出能力でよく知られている。カカオ豆からココアバターは、超音波粉砕と抽出によって細胞から放出される。
超音波は、チョコレート中の砂糖の結晶を壊す代替技術であり、それによってコンチングと同様の効果をもたらす。

超音波による肉の軟化

強力な超音波を食肉に当てることで、食肉の組織が柔らかくなる。筋細胞から筋原線維タンパク質が放出されることで、著しい軟化が達成される。軟化効果に加え、超音波は肉の保水力と凝集力も向上させる。
パワー超音波とソニケーターMeatBuzzerによる食肉軟化についての詳細はこちらをご覧ください！

キッチンとバーでのソニケーション

超音波フードプロセッサーはグルメな厨房にも進出している。ミシュラン2つ星を獲得したシェフ、サンフン・デギンブルをはじめとする高級シェフが使用している。
彼の有名な超音波エビブイヨンのレシピに興味のある方は、こちらをクリックしてください！
超音波カクテルのレシピはこちら！

コーシャ・ハラル食品加工用ソニケーター

Hielscher Ultrasonicsは、ご要望に応じて、ソニケーターのコーシャ認証またはハラル認証を提供することができます。これは、ソニケーターがこれらの宗教的食事法の厳格なガイドラインに従って製造・加工されていることを意味します。コーシャ認証は、ソニケーターが動物性副産物や派生物を一切使用せずに製造されていることを保証し、ハラール認証は、ソニケーターがイスラム教の食事原則に沿った方法で取り扱われていることを証明します。

コーシャまたはハラル認証を受けたHielscher社製ソニケーターが必要な場合は、弊社までご連絡ください。