なぜプローブ式超音波発生器がキノコの抽出に最適なのか？

超音波バスや超音波洗浄槽を使ったキノコの抽出で、思うような抽出液が得られないことに疑問を感じていませんか？キノコの硬いキチン含有細胞壁、最適な抽出技術、適切な溶媒について知る必要があるすべてをここで学びましょう！

なぜキノコの抽出に強い力が必要なのか？

すべての食用キノコの細胞壁は、甲殻類や昆虫の殻と同じキチン質でできている。キチン質は非常に強い物質であるため、キノコの細胞は強靭である。細胞壁は、キノコの生理活性分子を含む細胞内区画のバリアーを形成している。キノコの重要な分子は、例えばα-およびβ-グルカン、多糖類、テルペン、抗酸化物質、ビタミン、幻覚性化合物などである。キノコの種類によって、生理活性化合物は異なります。これらの健康促進物質をキノコの細胞から放出するためには、細胞壁を破壊する必要があります。キノコの細胞はキチン質を含んでいるため、キノコの細胞を破壊するのは難しい作業であり、ある程度の知識と高度な設備が必要です。

超音波処理によるキチン含有キノコ細胞壁の破壊

キチン質は食物繊維、プレバイオティクス、抗酸化物質の優れた供給源であるが、問題は人間がキチン質を分解する能力を持っていないことである。つまり、未処理のキノコを生で摂取しても、キノコに含まれる生理活性物質の多くは、キチン含有細胞壁に守られた細胞内に閉じ込められているため、その恩恵を受けることができないのです。
超音波抽出は、キノコの生物活性化合物を生物学的に利用可能にし、人体が栄養素を迅速かつ完全に吸収できるようにします。さらに、超音波キノコ抽出物では、有益な栄養素が濃縮されるため、少量のキノコ抽出物でも健康増進の効果が期待できます。

超音波によるキノコの抽出

超音波処理とは、高周波音波を用いて液体中にキャビテーション気泡を発生させるプロセスである。この気泡が崩壊すると、局所的に強いせん断力が発生し、細胞を破壊して細胞内容物を液体中に放出することができる。
キノコの抽出では、超音波処理によってキノコの細胞壁を破壊し、生理活性成分を溶媒中に放出することができる。超音波装置には、バスタイプとプローブタイプの2種類がある。

なぜ私の超音波風呂はキノコの抽出結果が悪いのか？

バス型超音波装置は、溶媒を満たした容器に試料を入れ、容器全体に超音波を当てる装置である。この方式は、超音波槽では超音波エネルギーが不均一に分布し、強度も低いため、かなり効果が低いことが知られている。超音波浴では、きのこ試料は間接的に超音波処理されるため、超音波は試料の奥深くまで浸透しない。超音波はきのこ材料に当たる前に容器の壁を通過しなければなりません。そのため、ただでさえ強度の低い超音波槽の超音波はさらに減衰します。

このUV-Vis測定は、超音波プローブと超音波浴の間の有意な抽出差を示している。 プローブ型超音波発生装置 UP100H (黒いグラフ）は、超音波バス（赤いグラフ）よりも有意に高い収率チャーガ茸エキスを与える。

超音波プローブを用いた強力な超音波抽出

一方、プローブタイプの超音波振動子は、先端部に – いわゆるソノトードまたはプローブ – をサンプルに直接挿入することで、超音波エネルギーをより集中的かつ局所的に印加することができる。その結果、特にサンプルの密集した部分や届きにくい部分において、細胞の破砕と生物活性化合物の抽出が著しく効率的になる。
プローブ型超音波発生装置によって集中的かつ局所的に超音波エネルギーを印加することで、キチンが分解されるのに十分な量のエネルギーを確実に受けることができる。
さらに、プローブをサンプルの異なる領域に移動させることで、さらにマクロミキシングを行い、キノコのすべての部分が十分に超音波処理されるようにすることができます。これは、他の方法では完全な抽出が困難な、細胞壁が厚いキノコや緻密な構造を持つキノコにとって特に重要です。

超音波プローブ vs 超音波バスによるキノコ抽出

まとめると、キノコの細胞壁に含まれるキチンを分解し、生理活性化合物を放出するためには、プローブ型超音波照射の高強度化が必要である。プローブ型超音波処理装置が提供する集中的かつ局所的な超音波エネルギーの印加により、キチンが十分に超音波処理され、その結果、キノコから生物活性化合物がより効率的かつ完全に抽出される。
プローブタイプの超音波装置は、バスタイプの超音波装置と比較して、より均一で徹底的な生理活性化合物の抽出が可能であるため、一般的にキノコの抽出にはより効率的であると考えられている。
超音波プローブと超音波浴を使用した超音波処理の違いについては、こちらをご覧ください！
 

超音波キノコ抽出に最適な溶剤とは？

抽出法としての超音波法は、どのような溶媒にも適合する。つまり、キノコの種類や抽出すべき生理活性化合物を考慮して、適切な溶媒を選択する必要がある。
キノコ類には、多糖類、β-グルカン、トリテルペノイド、フェノール化合物、エルゴステロールなどの様々な生理活性化合物が含まれており、これらは様々な健康効果を有することが示されている。キノコからこれらの生理活性化合物を抽出するには、様々な溶媒を使用しますが、それぞれに利点と欠点があります。ここでは、キノコからの生理活性化合物の抽出に一般的に使用される溶媒をいくつかご紹介します：

• 水だ： 水はキノコから生理活性化合物を抽出するための一般的な溶媒である。多糖類やβ-グルカンは水溶性であるため、これらの化合物の抽出には理想的な溶媒である。また、水は安全で無害な溶媒であるため、食品や医薬品の溶媒としても理想的です。
• エタノール： エタノールは極性溶媒であり、キノコからのフェノール化合物やトリテルペノイドの抽出によく使用される。エタノールは多糖類やβ-グルカンの抽出にも使用できるが、水よりも収率が低い。
• 水性エタノール： 水性エタノールとは、水とエタノールの混合物を意味する。水とエタノールの比率は必要に応じて調整できる。溶媒として水性エタノールを使用することには、水やエタノールを単独で使用する場合と比べていくつかの利点がある。第一に、水にエタノールを加えることで、フェノール化合物やトリテルペノイドなど、水だけではあまり溶解しない特定の生理活性化合物の溶解度を向上させることができる。第二に、水性エタノールを使用すると、水やエタノール単独に比べて、より広範囲の生理活性化合物を抽出できるため、抽出収率が高くなる。
  水性エタノール溶媒中のエタノール濃度の選択は、抽出される生物活性化合物の極性に依存する。極性の低い化合物の抽出には高濃度のエタノール（70～100％）を使用し、極性の高い化合物の抽出には低濃度のエタノール（30～50％）を使用することができる。
• メタノール： メタノールもキノコからフェノール化合物を抽出するために使用できる極性溶媒である。メタノールは有毒であるため、使用には注意が必要である。抽出後にメタノールを除去するには、高度な精製が必要である。
• アセトン アセトンは非極性溶媒で、キノコからエルゴステロールを抽出する際によく使用される。アセトンは可燃性で有毒であるため、使用には注意が必要である。
• ヘキサン： ヘキサンは非極性溶媒で、キノコから親油性化合物を抽出するのに使用できる。ヘキサンは可燃性で有毒であるため、使用には注意が必要である。

キノコから生理活性化合物を抽出する際の溶媒の選択は、抽出する化合物の種類や用途によって異なります。キノコから生理活性化合物を抽出するための溶媒としては、一般的に水および水性エタノールが最も安全であり、最も一般的に使用されている。しかし、エタノール、メタノール、アセトン、ヘキサンなどの他の溶媒は、特定の用途や水抽出では不十分な場合に使用することができる。これらの溶媒は慎重に使用し、適切な安全手順に従うことが重要である。