植物原料に最も効率的な抽出方法

高品質な植物抽出物を製造するための、強力で信頼性の高い抽出装置をお探しですか？ここでは、超音波抽出、超臨界CO2抽出、エタノール抽出、浸漬抽出などの一般的な抽出技術と、それぞれの長所および短所を比較しています。

超音波による植物抽出と他の技術の比較

植物原料の抽出には、さまざまな技術を使用できます。しかし、効率、抽出物の収量および品質は、使用する抽出方法と手順に大きく左右されます。浸漬抽出、超臨界CO2抽出、浸出抽出、ソックスレー抽出は一般的な抽出方法ですが、十分な抽出結果が得られないことがよくあります。
超音波による抽出は高度な分離技術であり、いくつかの点で従来の抽出方法を上回ります。
超音波プローブを使用する超音波抽出は、植物やその他の材料から化合物を抽出するための、非常に効果的な方法です。浸漬抽出、CO2抽出、浸出抽出、マイクロ波抽出などの他の方法と比較すると、プローブ式超音波抽出には、次のような優れた点があります。

• より速い抽出： プローブ式超音波抽出では、浸漬抽出や浸出抽出よりもはるかに速く化合物を抽出できます。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、その気泡が微小な衝撃を生み出し、細胞壁の破壊と化合物のより速い放出を促進するためです。
• より高い収量： プローブ式超音波抽出では、浸漬抽出、CO2抽出、浸出抽出よりも高い収量で化合物を抽出できます。これは、超音波が抽出対象の材料から、より多くの目的化合物の放出を促進するためです。
• より高い効率： プローブ式超音波抽出は、同じ量の化合物を抽出するために必要な溶媒量が少ないため、浸漬抽出、CO2抽出、浸出抽出、ソックスレー抽出装置よりも効率的です。これは、超音波が溶媒中での目的化合物の溶解度を高めるためです。
• 汎用性： プローブ式超音波抽出は、親水性化合物と疎水性化合物の両方を含む幅広い化合物を、さまざまな材料から抽出するために使用できます。そのため、超音波はフルスペクトラム抽出物の製造にも優れています。
• 低コスト： プローブ式超音波抽出は、高圧装置や時間のかかる作業を必要としないため、一般にCO2抽出、浸出抽出、浸漬抽出、ソックスレー抽出よりも低コストです。
• 環境に優しい： 超音波プローブは、他の方法と比較して必要な溶媒とエネルギーが少なく、廃棄物の発生も少ないため、環境に優しい抽出を可能にします。超音波処理はあらゆる溶媒に対応しますが、超音波装置の効率が高いため、有毒な溶媒の使用はほとんど回避できます。エタノール、エタノール水溶液、水は、超音波による植物抽出に優れた溶媒です。

従来の植物抽出技術と比較して、プローブ式超音波抽出には大きな利点があります。そのため、植物からの多種多様な生理活性化合物の抽出に、超音波抽出が広く利用されています。

植物原料からの高品質な抽出物の抽出

高品質な植物抽出物を得るには、原料（植物材料）が重要であるだけでなく、使用する抽出技術も極めて重要です。植物抽出物は温度に敏感であり、熱によって劣化します。そのため、非加熱の抽出方法を選択することが極めて重要です。
抽出溶媒の選択も、抽出物の品質に影響する重要な要因です。ヘキサン、メタノール、ブタン、その他の強い作用を持つ化学物質などの溶媒は、抽出物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、最終的な抽出物から微量の有毒溶媒が検出さ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、植物油は、安全で無毒の溶媒であり、FDAによって摂取が承認されています。

超音波プローブを使用する植物抽出の段階的な手順

プローブ式超音波処理を使用して、植物から生理活性化合物をどのように抽出するのでしょうか？以下では、葉、花弁、子実体、茎、根、根茎などの植物材料から、植物由来化学成分と生理活性化合物を抽出する手順を段階的に説明します！

1. まず、抽出に利用できる表面積を増やすため、植物材料を粉砕するか、細かく刻みます。
2. 次に、ポリフェノールを抽出するため、植物材料を溶媒（エタノールや水など）と混合します。
3. 続いて、プローブ式超音波処理により、約20kHzの高強度・低周波の超音波を混合物に照射して、抽出工程を促進します。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生じ、植物細胞の崩壊と破砕、およびポリフェノール、フラボノイド、ビタミンなどの生理活性物質の放出が促進されます。
4. 次に混合物をろ過して、固体の植物材料と、抽出された生理活性化合物を含む液体を分離します。
5. 続いて、液体を蒸発させるか、追加の処理を行って溶媒を除去し、生理活性分子を濃縮します。
6. 最終製品は、生理活性成分を豊富に含む抽出物であり、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ます。

注：これは工程の概要です。具体的な条件（溶媒、植物材料と溶媒の比率、抽出時間、超音波処理の出力など）は、植物原料の種類や目的とする生理活性物質の含有量によって異なる場合があります。

超音波抽出はどのように機能するのでしょうか？

超音波抽出は、超音波による音響キャビテーションの動作原理に基づく、純粋に機械的な処理です。高せん断ミキサーと同様に、超音波装置は処理媒体中に機械的なせん断力のみを発生させます。超音波抽出そのものは、非加熱で化学物質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、すなわち超音波キャビテーションは、液体（溶媒）中の植物材料からなるスラリーに、高出力・低周波の超音波を結合させると発生します。 高出力の超音波は、プローブ式超音波処理装置を介して植物スラリーに結合されます。高エネルギーの超音波が液体中を伝わると、高圧と低圧が交互に繰り返され、音響キャビテーション現象が生じます。音響キャビテーション、すなわち超音波キャビテーションは、非常に大きな圧力差や高いせん断力などの極端な条件を局所的に生み出します。キャビテーション気泡が固体（粒子、植物細胞、組織など）の表面で崩壊すると、マイクロジェットと粒子間の衝突によって、粒子の破砕、ソノポレーション（細胞壁や細胞膜への孔の形成）、細胞破砕などの効果が生じます。さらに、液体媒体中でのキャビテーション気泡の崩壊は乱流と撹拌を引き起こし、細胞内部と周囲の溶媒との間の物質移動を促進します。超音波処理は、キャビテーションと、それに関連する液体ジェットによる微小な運動、材料内部での圧縮と減圧、それに続く細胞壁の破砕などの機構を生じさせるため、超音波照射は物質移動過程を促進する非常に効率的な方法です。
原料によっては、硬い植物細胞やセルロース含有量の多い材料を破砕する場合など、超音波抽出工程で高い強度が必要になることがあります。プローブ式超音波装置は、強力なキャビテーションを発生させるために必要な、非常に高い振幅を生成できます。Hielscher Ultrasonicは、24/7の連続運転で200µmの振幅を容易に生成できる、高性能な超音波抽出装置を製造しています。さらに高い振幅に対応するため、Hielscherは専用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、加圧可能な超音波反応器とフローセルを使用します。圧力が高くなると、キャビテーションと、それによるせん断力の破壊作用が強まり、超音波抽出の効果が向上します。

超音波処理による植物由来化学成分と生理活性化合物の抽出

超音波抽出は、植物原料から多種多様な生理活性化合物（いわゆる植物由来化学成分）を放出・分離するために使用されます。
以下の一覧は、超音波で抽出される植物由来化学成分の一部を示しています。

• カンナビスおよびヘンプ由来のCBDとその他のカンナビノイド
• テルペン
• ショウガ
• ローズマリー
• トウガラシ由来のカプサイシン
• コーヒー豆由来のカフェイン
• 藻類由来のアスタキサンチン
• ニンニク由来のアリシン
• 茶由来のカテキン（EGEC）
• プロポリス
• ザクロ由来のエラジタンニン
• アーユルヴェーダのハーブ抽出物
• タバコ由来のニコチン
• 精油
• セイヨウイラクサ由来の植物由来化学成分
• 柑橘類の果皮由来のペクチン
• マンゴーの果皮由来のポリフェノール
• タンポポ由来のタラキサシンとタラキサステロール

超音波抽出用の溶媒

超音波抽出は、ほぼあらゆる溶媒に対応します。植物原料からの生理活性化合物の抽出には、エタノール、水、エタノールと水の混合液、グリセリン、植物油が最も一般的に使用されます。これらの溶媒は、摂取しても安全と考えられ、使いやすいためです。
超音波抽出に使用する溶媒について、詳しくはこちらをご覧ください！

超音波エタノール抽出の利点

エタノールは、安全性（FDAによって摂取が承認されていること）、有効性、幅広い物質を溶解する能力により、超音波抽出で最も一般的に使用される溶媒の一つです。超音波エタノール抽出は、費用効率、線形スケールアップ性、簡便性、安全性において、他の溶媒や抽出技術よりも優れています。
溶媒としてのエタノールの優れた有効性は、炭化水素の尾部と一つのヒドロキシ基からなる化学構造に関係しています。この化学構造により、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（油）など、非常に幅広い物質を溶解して抽出できます。
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方法でワックスを除去するために必要となる工程である、ウィンタリゼーション（脱ろう）は不要です。

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します。加熱したエタノールは、アントラージュ効果が評価されるフルスペクトラム抽出物の製造によく使用されます。一方、氷冷したエタノールは、ハーブやカンナビスの蒸留物の製造に好んで使用されます。氷冷エタノールでの抽出には、その後のろ過が不要です。超音波抽出は非加熱処理であるため、高温・温めたエタノールにも、冷却・氷冷したエタノールにも使用できます。ジャケット付き超音波反応器は、処理中に目的の処理温度を維持するのに役立ちます。超音波装置のデジタル制御とインテリジェントソフトウェアは、接続式温度センサーを介して処理温度を監視し、媒体の温度が所定の範囲から外れた場合に抽出処理を停止または一時停止するよう設定できます。

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Hielscher Ultrasonicsの高性能抽出システムは、小規模な実験室用、中規模のパイロットスケールから、毎時数トンの本格的な工業生産まで、あらゆる規模に対応しています。処理量に応じて、Hielscherの超音波抽出装置は、バッチモードまたは連続インラインモードで使用できます。Hielscherの超音波装置はあらゆる溶媒と組み合わせて使用できるため、溶媒は自由に選択できます。すべての超音波抽出装置は、簡単かつ安全に操作できます。原料、工程の処理能力、生産量の目標に応じて、Hielscherは最適な超音波装置を提供します。
超音波抽出工程は、原料、溶媒、処理量の影響を受けます。さまざまなサイズや形状のソノトロード（プローブ）、ブースターホーン、多様な容量や形状のフローセル、接続式温度・圧力センサーなど、多くの付属品を用意しており、抽出工程に理想的な超音波装置構成を組み立てることができます。
再現性のある結果を得るには、工程の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、抽出パラメータの調整、監視、修正を可能にするインテリジェントソフトウェアが搭載されています。振幅、超音波処理時間、デューティサイクルを精密に制御することで、優れた収量や最高の抽出物品質など、最適な工程結果を達成できます。超音波処理工程の自動データ記録は、適正製造規範（GMP）で求められる工程の標準化と再現性 / 反復性の基礎となります。

以下の表は、当社の超音波装置のおおよその処理能力の目安を示しています。