最も効率的な植物抽出法

高品質の植物エキスを生産するために、パワフルで信頼性の高い抽出セットアップをお探しですか？ここでは、超音波抽出、超臨界CO2抽出、エタノール抽出、浸漬などの一般的な抽出技術について、その利点と欠点を比較しています。

超音波による植物抽出と代替技術の比較

植物の抽出は様々な手法で行うことができる。しかし、効率、抽出物の収量、品質は、使用する抽出方法とプロトコルに大きく影響される。マセレーション、超臨界CO2抽出、パーコレーション、ソックスレー抽出は一般的な抽出方法であるが、不十分な抽出結果をもたらすことが多い。
超音波を用いた抽出は洗練された分離技術であり、いくつかの点で従来の抽出法を凌駕している。
超音波プローブを用いた超音波抽出は、植物やその他の物質から化合物を抽出するための非常に有効な方法である。浸漬、CO2抽出、パーコレーション、マイクロ波抽出などの他の方法と比較して、超音波プローブ式抽出はいくつかの利点により優れている：

• より速い抽出： 超音波プローブ式抽出は、浸漬やパーコレーションよりもはるかに速く化合物を抽出することができる。これは、超音波が溶媒中にキャビテーション気泡を発生させ、細胞壁を破壊して化合物をより早く放出するのに役立つマイクロショックを作り出すからである。
• より高い利回り： 超音波プローブ式抽出は、浸漬、CO2抽出、パーコレーションよりも高い収率で化合物を抽出できる。これは、超音波が抽出原料から目的化合物をより多く放出させるためである。
• より効率的だ： 超音波プローブ式抽出は、浸漬、CO2抽出、パーコレーション、ソックスレー抽出に比べて、同じ量の化合物を抽出するのに必要な溶媒量が少なくて済むため、効率的である。これは、超音波が溶媒に対する目的化合物の溶解度を高めるためである。
• 汎用性がある： 超音波プローブ型抽出は、親水性化合物や疎水性化合物を含む様々な物質から、幅広い化合物を抽出することができる。このことは、超音波がフルスペクトラム抽出物の製造にも優れていることを意味する。
• 低コスト： 超音波プローブ式抽出は、高圧装置や時間のかかる労働を必要としないため、CO2抽出、パーコレーション、マセレーション、ソックスレー抽出よりも一般的に安価である。
• 環境に優しい： 超音波プローブは、他の方法と比べて溶媒やエネルギーが少なくて済み、廃棄物も少ないため、環境に優しい抽出を可能にする。超音波はどんな溶媒にも適合するが、超音波プローブは効率が高いため、有毒な溶媒はほとんど避けることができる。エタノール、水性エタノール、水は超音波植物抽出に最適な溶媒である。

伝統的な植物抽出技術と比較すると、超音波プローブタイプの抽出には大きな利点があり、植物から多くの生理活性化合物を抽出するために超音波抽出が広く使用されていることを説明している。

植物から高品質のエキスを抽出する

高品質の植物エキスを得るためには、原料（植物）だけでなく、抽出技術も重要である。植物エキスは温度に弱く、熱によって劣化する。したがって、非加熱抽出法を選択することが極めて重要である。
抽出溶媒の選択も抽出物の品質を左右する重要な要素である。ヘキサン、メタノール、ブタン、その他の刺激の強い化学物質などの溶媒は、エキスを汚染する可能性があります。抽出後に溶媒を除去しても、最終的な抽出液には微量の有毒溶媒が含まれることがあります。水、アルコール、エタノール、グリセリン、植物油などは安全で無害な溶媒であり、FDA（米国食品医薬品局）の認可を受けています。

超音波プローブによる植物抽出のステップ・バイ・ステップ・プロトコル

プローブ型超音波を使用して、どのように植物から生物活性化合物を抽出するのですか？以下に、葉、花びら、子実体、茎、根、根茎などの植物材料から、植物化学物質や生理活性化合物を抽出する方法を順を追って説明します！

1. まず、抽出のための表面積を増やすために、植物原料を細かく砕くか刻む。
2. その後、植物原料を溶媒（エタノールや水など）と混合してポリフェノールを抽出する。
3. 次に、プローブ式超音波処理を用いて、混合液に約20kHzの高強度低周波超音波を印加し、抽出プロセスを補助する。これにより、音響キャビテーションと溶媒の急速な振動が起こり、植物細胞の崩壊と破壊が促進され、ポリフェノール、フラボノイド、ビタミンなどの生理活性物質が放出される。
4. その後、混合物を濾過し、抽出された生物活性化合物を含む液体から固体の植物材料を分離する。
5. その後、溶媒を除去し、生理活性分子を濃縮するために、液体を蒸発させるか、さらなる処理を行う。
6. 最終製品は、栄養補助食品、機能性食品、化粧品など、さまざまな用途に使用できる生物活性に富んだエキスである。

注：これはプロセスの概要であり、具体的な条件（溶媒、植物素材と溶媒の比率、抽出時間、超音波出力など）は、植物の供給源や希望する生理活性物質の含有量によって異なる場合がある。

超音波抽出の仕組み

超音波抽出は、超音波音響キャビテーションの作動原理に基づいており、純粋に機械的な処理です。ハイシアミキサーと同様に、超音波処理装置は処理媒体に機械的なせん断力を発生させるだけです。超音波抽出自体は、非熱的で化学薬品を使用しない抽出技術です。
音響キャビテーションとは？ – 音響キャビテーションまたは超音波キャビテーションは、液体（溶媒）中の植物性材料からなるスラリーに高出力、低周波数の超音波が結合されたときに発生する。 高出力の超音波をプローブ型超音波処理装置を介して植物性スラリーに結合。高エネルギーの超音波が液体中を伝わり、高圧と低圧のサイクルが交互に発生し、その結果、音響キャビテーション現象が起こります。音響キャビテーションや超音波キャビテーションは、局所的に非常に高い圧力差や高いせん断力といった極端な状態を引き起こします。キャビテーション気泡が固体（粒子、植物細胞、組織など）の表面で爆縮すると、マイクロジェットと粒子間衝突により、粒子の破壊、ソノポレーション（細胞壁や細胞膜の穿孔）、細胞の破壊などの効果が生じます。さらに、液体媒体中のキャビテーション気泡の爆縮により乱流と撹拌が生じ、細胞内部と周囲の溶媒との物質移動が促進される。超音波照射は、キャビテーションとそれに関連するメカニズム、例えば液体ジェットによる微小運動、材料内の圧縮と減圧、それに伴う細胞壁の破壊をもたらすため、物質移動プロセスを促進する非常に効率的な方法である。
原料によっては、例えば硬い植物細胞やセルロース量の多い原料を破砕するために、超音波抽出プロセスに高い強度が必要となる場合がある。プローブタイプの超音波発生装置は、衝撃的なキャビテーションを発生させるために必要な非常に高い振幅を発生させることができます。Hielscher Ultrasonicは、24時間365日の連続運転で200μmの振幅を簡単に発生できる高性能超音波抽出器を製造しています。さらに高い振幅を得るために、Hielscherは指定の高振幅ソノトロード（プローブ）を提供しています。
キャビテーションを強化するために、加圧可能な超音波リアクターとフローセルが使用される。圧力が高くなるにつれて、キャビテーションとキャビテーションせん断力はより破壊的になり、超音波抽出効果が向上します。

超音波処理による植物化学物質と生物活性化合物の抽出

超音波抽出は、植物から多種多様な生物活性化合物（いわゆるフィトケミカル）を放出し、分離するために使用される。
以下のリストは、超音波抽出された植物化学物質の概要を示すものである：

• 大麻と麻から抽出されるCBDとその他のカンナビノイド
• テルペン
• ジンジャー
• ローズマリー
• 唐辛子のカプサイシン
• コーヒー豆からのカフェイン
• 藻類由来のアスタキサンチン
• ニンニクのアリシン
• 茶からのカテキン（EGEC）
• プロポリス
• ザクロのエラギタンニン
• アーユルヴェーダ・ハーブエキス
• タバコのニコチン
• エッセンシャルオイル
• イラクサのファイトケミカル
• 柑橘類果皮のペクチン
• マンゴーの皮のポリフェノール
• タンポポ由来のタラクサシンとタラクサステロール

超音波抽出用溶剤

超音波抽出は、ほとんどすべての溶媒と互換性があります。最も一般的なのは、エタノール、水、エタノールと水の混合溶媒、グリセリン、植物油で、これらの溶媒は食用として安全であり、使いやすいと考えられている。
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超音波エタノール抽出の利点

エタノールは、その安全性（FDA認可の飲用）、有効性、幅広い溶解性により、超音波抽出で最もよく使用される溶媒の1つである。超音波エタノール抽出は、コスト効率、直線的な拡張性、シンプルさ、安全性において、他の溶媒や他の抽出技術を凌駕しています。
溶媒としてのエタノールの優れた効能は、炭化水素の尾部と単一のヒドロキシル基という化学組成に関連している。この化学組成により、エタノールはポリフェノール、フラボノイド、テルペン、カンナビノイド、脂質（オイル）など、非常に幅広い物質を溶解し、抽出することができる。
例えば、カンナビノイドの超音波エタノール抽出では、CO2抽出などの他の抽出法で必要とされる、ワックスを除去するためのステップである、ウインターライズ（脱ワックス）が不要である。

エタノール抽出は、エタノールの温度によって異なる効果を示す。加熱したエタノールはフルスペクトラム抽出物の製造によく使用され、そのエンタテインメント効果が評価される。一方、氷冷エタノールは、ハーブや大麻の蒸留物を製造するために好ましく使用される。氷冷エタノールでの抽出は、その後のろ過を必要としない。超音波抽出は非加熱処理であるため、熱/温エタノールまたは冷却/氷冷エタノールで使用できる。ジャケット付き超音波リアクターは、処理中に所望の処理温度を維持するのに役立つ。超音波処理装置のデジタル制御とスマートソフトウェアは、プラグイン可能な温度センサーを介して処理温度を監視し、媒体の温度が特定の範囲から外れたときに抽出処理を停止または一時停止するようにプログラムすることができます。

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Hielscher Ultrasonicsの高性能抽出システムは、小規模のラボサイズから中規模のパイロットスケール、1時間あたり数トンの完全工業生産まで、あらゆるスケールでご利用いただけます。処理量に応じて、Hielscherの超音波抽出装置はバッチまたは連続インラインモードで使用できます。Hielscherの超音波抽出装置は、どのような溶媒と組み合わせても使用できるため、溶媒の選択はお客様次第です。すべての超音波抽出装置は操作が簡単で安全です。原料、処理能力、生産目標に応じて、Hielscherは最適な超音波装置を提供します。
超音波抽出プロセスは、原料、溶媒、処理量に影響されます。様々なサイズと形状のソノトロード（プローブ）、ブースターホーン、様々な容積と形状のフローセル、プラグイン可能な温度・圧力センサーなど、様々なアクセサリーが用意されており、抽出プロセスに理想的な超音波セットアップを組み立てることができます。
再現性のある結果を得るためには、プロセス制御が極めて重要です。そのため、すべてのデジタルモデルにはインテリジェントなソフトウェアが搭載されており、抽出パラメーターの調整、モニター、修正が可能です。振幅、超音波処理時間、デューティーサイクルを正確に制御することで、優れた収率や最高の抽出品質など、最適なプロセス結果を得ることができます。超音波処理プロセスの自動データ記録は、GMP（適正製造基準）に要求されるプロセスの標準化と再現性／反復性の基礎となります。

下の表は、超音波処理装置の処理能力の目安です：