深共晶溶媒を用いた超音波抽出

深共晶溶媒（DES）および天然深共晶溶媒（NADES）は、植物原料、食品、栄養機能食品、化粧品、医薬品原料の抽出に用いられる、強力かつ調整可能で環境に優しい抽出媒体です。 Hielscherのプローブ型超音波処理装置は、物質移動を促進し、植物細胞構造を破壊し、溶媒の浸透性を向上させることで、DES抽出の効果を高めます。これは、グリセロールベースのNADESのような粘性の高い溶媒系を使用する場合でも同様です。

実験室での溶媒配合のスクリーニング、特定の植物化学成分の抽出パラメータの最適化、あるいは連続インライン生産へのスケールアップのいずれにおいても、Hielscherの超音波抽出装置は、再現性の高い振幅制御、24時間365日の堅牢な稼働、そして数ミリリットルから工業規模の流量まで対応可能なスケーラブルな処理を実現します。

抽出業者がDES抽出にHielscherを選ぶ理由

• ポリフェノール、フラボノイド、カンナビノイド、テルペン、アントシアニン、およびその他の生物活性化合物の抽出効率の向上
• 従来のマセレーション法や撹拌槽式溶媒抽出法に比べて抽出速度が速い
• DES、NADES、グリセリン、水、エタノール、および混合溶媒系に対応しています
• 高振幅プローブ超音波処理を用いた高粘度溶媒の効率的な処理
• バッチ式、再循環式、および連続流式の設定
• 振幅、入力エネルギー、温度、および処理時間の精密な制御
• 実現可能性試験からパイロット生産、そして本格的な量産へと容易にスケールアップが可能

超音波処理がDESおよびNADESの抽出効率を高める理由

深部共晶溶媒や天然深部共晶溶媒を用いた超音波プローブ型抽出は、生物活性化合物の抽出にいくつかの利点をもたらす。主な利点のひとつは、天然由来のフェノール化合物やその他の植物化学物質の抽出効率が向上することである。深部共晶溶媒は高い抽出効率で知られており、超音波アシスト抽出によってさらに抽出効率を高めることができる。毒性がないため、医薬品や食品に最適な溶媒である。このため、深部共晶溶媒を用いた超音波抽出は、生物活性化合物を回収するためのグリーンで持続可能な方法となる。超音波処理と深部共晶溶媒の相乗的使用は、様々な生物活性化合物の高い収率をもたらすことが科学的に証明されている。全体として、深部共晶溶媒と天然深部共晶溶媒を用いた超音波プローブ型抽出は、生物活性化合物の抽出において、より効率的で環境に優しいアプローチを提供する。

DESを用いたアントシアニンの超音波抽出

アントシアニンは、黒ニンジン、ベリー類、ブドウ、紫トウモロコシなどの植物に含まれる、貴重な天然色素であり抗酸化物質です。深共晶溶媒は、その水素結合ネットワークを調整して、これらの色素化合物の極性や安定性に関する要件に合わせることができるため、アントシアニンの抽出に非常に適しています。 プローブ型超音波処理と組み合わせることで、DES抽出の効率は大幅に向上します。超音波キャビテーションが植物細胞構造を破壊し、溶媒の浸透性を高め、抽出媒体へのアントシアニンの放出を促進するからです。 超音波処理装置UP400Stを用いた黒ニンジンのアントシアニンに関する研究によると、塩化コリンを基材とするDESは、特に超音波支援抽出と組み合わせることで、従来の酸性エタノールやメタノール抽出に代わる、持続可能かつ効果的な代替法となり得ることが示されています。（参照：Türker et al., 2021）

DESを用いたポリフェノールの超音波抽出

フラボノイド、フェノール酸、および関連する抗酸化化合物を含むポリフェノールは、植物、食品、ニュートラシューティカル、および化粧品の抽出において重要なターゲット分子である。 グリセロール系深共晶溶媒（DES）は、その極性と水素結合能力がフェノール化合物の可溶化を促進するため、ポリフェノールの回収において特に有用である。プローブ型超音波は、物質移動を促進し、抽出時間を短縮し、DESと植物マトリックスとの接触を改善することで、このプロセスをさらに強化する。
ある研究では、温度、DES濃度、超音波振幅などの最適化されたパラメータ下で、グリセロール-酢酸アンモニウムDESを用いた超音波支援抽出が行われた。 その結果、超音波DES抽出法により、チャイナベリー果実から総フェノール類、フラボノイド、および抗酸化活性を効率的に回収できることが実証され、DESを用いた超音波抽出法が、産業用植物加工における環境に優しい抽出法としての可能性を示した。（参照：Jamshed et al., 2022）

深部共晶溶媒（DES）とは？

深共晶溶媒（DES）は、少なくとも1つの水素結合受容体（HBA）と1つの水素結合供与体（HBD）からなる混合物であり、カルボン酸やその他の再生可能化合物が含まれる。Caiら（2019）によると、 “HBAとHBDの間の強い水素結合相互作用は、DESの形成において最も重要な要因である。” [Cai et al. 2019]
水素結合供与体としては、糖、アミノ酸、カルボン酸（安息香酸、クエン酸、コハク酸など）、アミン（尿素、ベンズアミドなど）などの化合物がよく用いられる。水素結合供与体の化学的相互作用ポテンシャルは、深部共晶溶媒の形成と効率に寄与する主要な要因である。塩化コリンや塩化亜鉛のようなハロゲン化物塩も水素結合供与体と併用することができる。他の塩化コリンベースの深部共晶溶媒は、マロン酸、フェノールまたはグリセリンと形成される。強い水素結合相互作用の結果、深部共晶溶媒の融点は個々の成分と比較して著しく低下する。従来の溶媒（エタノール、メタノール、ヘキサン、ブタンなど）とは対照的に、深部共晶溶媒は不揮発性であり、蒸気圧が非常に低いため、ほとんど引火しない。深部共晶溶媒の毒性は低く、生分解性は高く、必要な前駆体は安価で、容易に豊富に入手でき、再生可能である。
天然深部共晶溶媒（NADES）は、すべての前駆物質が天然資源から供給されるため、さらに環境に優しい。また、深部共晶溶媒は、溶質の化学的性質と深部共晶溶媒を作るために使用される化学種に基づいて、溶解力を調整することができる。一部の天然深部共晶溶媒は高い粘度を示すため、バッチ抽出にはあまり適していない。しかし、粘度の高い天然深部共晶溶媒は、超音波フロースルー抽出の溶媒としてうまく適用できる。

下の表は、植物化学物質の抽出のための天然深部共晶溶媒（NADES）のいくつかの例示的な組成を示している：

深部共晶溶媒による超音波抽出はどのように機能するのか？

超音波抽出は、高強度低周波超音波のソノメカニカル効果に基づいている。超音波による植物性化合物（生理活性物質）の抽出を促進・強化するために、高出力の超音波を超音波プローブ（超音波ホーンまたはソノトロードとも呼ばれる）を介して液体媒体、すなわち植物性原料と（天然の）深部共晶溶媒からなるスラリーに結合させる。超音波は液体中を伝わり、低圧と高圧のサイクルを交互に作り出します。低圧サイクルの間、微小な真空気泡（いわゆるキャビテーション気泡）が発生し、数回の圧力サイクルを経て成長する。気泡が成長するサイクルの間、液体中の溶存ガスが真空気泡に入り込み、真空気泡は成長するガス気泡へと変化する。数サイクルかけて成長した真空バブルは、それ以上エネルギーを吸収できない大きさに達し、高圧サイクル中に激しく内破する。気泡の爆縮は、それぞれ4000Kと1000atmに達する非常に高い温度と圧力、およびそれに対応する高い温度差と圧力差を含む、強烈なキャビテーション力によって特徴付けられる。これらの超音波によって発生する乱流とせん断力によって植物細胞は破壊され、細胞内の生理活性化合物が（天然の）深部共晶溶媒中に放出される。超音波抽出は、植物の細胞構造を開き、植物材料と溶媒間の物質移動を強めます。それにより、超音波抽出は天然深部共晶溶媒の有効性を促進する。天然の）深部共晶溶媒を用いた超音波抽出は、非常に短い処理時間で非常に高い収率をもたらします。

パワー超音波は、植物の細胞構造を破壊し、生物活性化合物を放出し、植物材料と溶媒（例えば、深部共晶溶媒）の間の物質移動を促進する。

超音波抽出と（天然）深部共晶溶媒の組み合わせは、超音波のプロセス強化力と深部共晶溶媒の顕著な可溶化効果および卓越した設計性を組み合わせる機会を提供します。超音波抽出の優れた効率性、 超音波発生装置は、水の抽出にも使用されている。.
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実験室、パイロットプラント、および工業用DES抽出用超音波抽出装置

超音波抽出は信頼性の高い処理技術であり、様々な植物やあらゆる溶媒からの高品質抽出物の製造を容易にし、加速します。超音波抽出は（天然）深部共晶溶媒との相性が非常に良く、その優れた可溶化力、抽出液のデザイン性、持続可能性、生分解性、環境親和性から好まれている。パワー超音波のプロセス増強と（天然）深部共晶溶媒の利点の組み合わせは、このプロセス技術に多くの面で優位性を与えている。Hielscher Ultrasonicsの製品ラインアップは、コンパクトなラボ用超音波発生装置から工業用抽出システムまで、フルレンジをカバーしています。もちろん、これらは全て深部共晶溶媒による抽出に適しています。
長年経験を積んだスタッフが、フィージビリティテストやプロセスの最適化から、最終生産レベルでの超音波システムの設置まで、お客様をサポートいたします。