植物からの超音波抽出に用いる溶媒

• 超音波抽出には、高い収率、速い抽出速度、環境への優しさ、低いエネルギー消費など、多くの利点があります。
• 最も大きな利点の一つは、抽出媒体として水を使用できることです。ただし、超音波処理は多様な溶媒系と組み合わせて使用でき、目的の抽出物についてより優れた結果を得られます。
• 植物由来の生理活性物質を超音波抽出するための最適な溶媒は、原料を考慮して選択します。

超音波抽出

超音波は細胞構造を破壊し、物質移動を改善することで、生体化合物（例えばフェノール性化合物やカロテノイド）の抽出性を高めることがよく知られています。
超音波処理の機械的作用は、物質移動の改善によって抽出プロセスを大幅に促進するため、有機溶媒の使用は不要であることがよくあります。つまり、超音波抽出では水だけで十分な抽出媒体となることが多く、安価で、危険性がなく、入手しやすく、環境に優しいなど、多くの利点があります。
ただし、特定の生理活性化合物については、揮発性溶媒と超音波抽出を組み合わせることで、最良の結果が得られる場合があります。
適切な溶媒を選択するには、原料（例えば、生または乾燥した植物原料、浸軟・粉砕した植物原料、粉末状の植物原料）と目的の物質（例えば親油性、親水性）を考慮する必要があります。
 

以下の表には、抽出溶媒として広く確立され、植物原料からの超音波抽出に使用されるいくつかの溶媒を示しています。

強力な超音波は、生物構造の細胞マトリックスを破壊し、生理活性化合物を放出させます。植物原料と溶媒の間の物質移動が促進されます。これらの機構により、超音波抽出は植物抽出において非常に高い効率を発揮します。

抽出用超音波処理装置

実験室用および卓上型の超音波装置から、本格的な産業用超音波抽出システムまで – 抽出プロセスを成功に導く強力で信頼性の高い超音波装置について、Hielscher Ultrasonicsは長年の経験を持つパートナーです。
当社の超音波システムは、生化学研究室や医薬品製造工場で広く使用されています。超音波ソノトロードと反応器はオートクレーブ滅菌が可能で、医薬品製造の基準を満たしています。

Hielscherの産業用超音波処理装置は、細胞マトリックスを破壊し、目的の物質を放出させるために、非常に高い振幅を実現できます。最大200µmの振幅で、24/7の連続運転を容易に行えます。Hielscher超音波処理装置のパワーと堅牢性は、高い収率、速い抽出速度、より完全な抽出を保証し、従来の抽出プロセスを上回ります。
当社の超音波プロセッサーは、従来の抽出方法である ソックスレー抽出 や超臨界CO2抽出などと組み合わせることができます。既存の生産ラインへの後付けも容易に行えます。

文献 / 参考文献

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知っておきたい情報

キャビテーションによる超音波抽出

強力な超音波は、 液体中の音響キャビテーションを発生させます。キャビテーションによるせん断力が細胞壁と膜を破壊し、細胞内物質を放出させます。超音波抽出は、植物組織への溶媒の浸透を高め、物質移動を改善します。これにより、超音波抽出は抽出プロセスを大幅に促進し、収率の向上、抽出速度の高速化、より完全な抽出を実現します。

溶媒系

植物原料から生理活性化合物を抽出するために、さまざまな溶媒系が利用できます。親水性化合物の抽出には、主にメタノール、エタノール、酢酸エチルなどの極性溶媒が選択されます。一方、親油性化合物（例えば脂質）の抽出には、ジクロロメタンやジクロロメタン/メタノール（v/v 1:1）などの溶媒系が好まれます。クロロフィルの抽出には、ヘキサンが溶媒としてよく使用されます。

生理活性化合物とは？

生理活性化合物または植物化学物質は、生物、組織、細胞に影響を与える物質と定義されます。生理活性物質には、抗生物質、酵素、ビタミンなどが含まれます。カロテノイドやポリフェノールなどの生理活性物質は、例えば果実、葉、野菜から抽出できます。一方、植物ステロールは植物油に含まれています。
植物由来の生理活性化合物には、フラボノイド、カフェイン、カロテノイド、コリン、ジチオールチオン、植物ステロール、多糖類、植物エストロゲン、グルコシノレート、ポリフェノール、アントシアニンなどがあります。多くの生理活性物質は抗酸化物質としての作用が評価されており、そのため健康に有益と考えられています。

最適な抽出溶媒を選ぶには？

以下の指針は、植物の超音波抽出に適した溶媒の選択に役立ちます。超音波処理はあらゆる標準的な溶媒に対応しているため、植物原料、目的の植物化学物質、費用対効果に最も適した溶媒を選択できます。

• 選択性： 不要な成分を残し、目的の化合物を選択的に溶解する溶媒を選択します。例えば、アルカロイドやフラボノイドなどの極性化合物にはエタノールを使用します。
• 溶解性： 「似たもの同士は溶け合う」という原理に基づき、溶質と近い極性を持つ溶媒を選択します。極性溶媒（例えば水、エタノール）は極性化合物を溶解し、非極性溶媒（例えばヘキサン）は脂質や油などの非極性化合物を溶解します。
• コスト： 溶媒の費用対効果を考慮します。一部の溶媒は価格が高い場合がありますが、より高い収率や優れた選択性をもたらし、抽出全体のコストとのバランスを取れることがあります。
• 安全性： 溶媒を安全に使用し、取り扱えることを確認します。考慮すべき要因には、毒性、引火性、環境への影響が含まれます。例えば、水とエタノールは、クロロホルムやトルエンと比較してより安全な選択肢です。

極性と溶媒の選択
類似性と相互混和性の法則によれば、溶質の極性に近い極性値を持つ溶媒は、より優れた性能を示す可能性が高くなります。以下に例を示します。

• 極性溶媒： 水、エタノール、メタノール – アルカロイド、フラボノイド、配糖体、タンパク質などの極性化合物の抽出に使用されます。
• 中程度の極性を持つ溶媒： アセトン、酢酸エチル、イソプロパノール – フェノール性化合物や一部のアルカロイドを含む、幅広い化合物の抽出に適しています。
• 非極性溶媒： ヘキサン、トルエン、石油エーテル – 脂質、ワックス、テルペン、精油などの非極性化合物の抽出に最適です。

溶媒の使用例

• エタノール： 植物抽出に最もよく使用される溶媒の一つです。極性溶媒であるエタノールは、アルカロイドやフラボノイドなどの極性化合物を溶解します。
• 水： 万能溶媒で、多糖類、タンパク質、一部の配糖体などの親水性化合物の抽出によく使用されます。
• メタノール： フェノール性化合物、フラボノイド、一部のアルカロイドを含む、幅広い植物由来化合物の抽出に有効な高極性溶媒です。
• ヘキサン： 主に脂質、ワックス、精油などの非極性化合物の抽出に使用される非極性溶媒です。
• アセトン： アセトンは極性非プロトン性溶媒で、幅広い植物由来化合物の抽出に有効です。特に、水やメタノールで抽出される化合物より極性の低い化合物の抽出に有効です。
• イソプロパノール： エタノールに似た極性溶媒で、精油、樹脂、一部のアルカロイドの抽出によく使用されます。
• クロロホルム： アルカロイド、テルペノイド、一部の配糖体の抽出に有効な非極性溶媒です。毒性があるため、使用頻度は比較的低くなっています。
• 酢酸エチル： フラボノイド、アルカロイド、フェノール性化合物など、さまざまな化合物の抽出に使用される中程度の極性を持つ溶媒です。
• トルエン： 精油、テルペン、ワックスなどの非極性化合物の抽出に使用される非極性溶媒です。
• ブタノール： 一部の配糖体やサポニンなど、中程度の極性を持つ化合物の抽出に有効な、中程度の極性を持つ溶媒です。
• 石油エーテル： 主に植物原料からの脂肪、油、その他の非極性化合物の抽出に使用される非極性溶媒です。

以下の溶媒は、特定の植物原料と植物化学物質の超音波抽出を調べた研究で試験されました。

有機溶媒とは？

有機溶媒は、揮発性有機化合物（VOC）の一種です。VOCは、室温で気化する有機化学物質です。
溶媒として使用される有機化合物には、以下が含まれます。

• 芳香族化合物、例えばベンゼンやトルエン
• アルコール類、例えばメタノール
• エステル類とエーテル類
• ケトン類、例えばアセトン
• アミン類
• ニトロ化炭化水素とハロゲン化炭化水素

多くの有機溶媒は、有毒または発がん性があると分類されています。不適切に取り扱うと、人体に危険を及ぼし、大気、水、土壌を汚染する可能性があります。超音波抽出の強力な作用機構により、有機溶媒をより穏やかで毒性のない溶媒に置き換え、その使用を回避できます。