クルクミンの超音波抽出
クルクミンは、Curcuma longaの根茎に含まれる、薬理作用と栄養面での作用を持つ植物由来の化学成分です。クルクミンを高収量で得るために、最も効率的な抽出技術として超音波抽出装置が使用されます。超音波抽出により、優れた品質のクルクミンを非常に高い収量で得られます。同時に、超音波処理ではウコンの根茎の処理に短時間しか必要としません。
クルクミンの超音波分離
超音波抽出は、浸漬抽出、熱溶媒抽出、ソックスレー抽出などの従来の抽出技術に代わる、非常に効率的な方法です。
ウコン属の植物（例えば、 Curcuma longa, Curcuma amada）からクルクミンおよびクルクミノイドを超音波で分離する工程は、効率的で迅速かつ簡単です。ソックスレー抽出や従来のバッチ抽出と比較して、超音波支援抽出は、より短い抽出時間でクルクミンの収量を大幅に増加させる点で優れています。
植物成分の超音波抽出には、水、水系溶媒、エタノール、メタノール、グリセリンなど、さまざまな溶媒を使用できます。クルクミンの抽出では、水、エタノール、トリアシルグリセロールが効果的で安全な溶媒であり、抽出物を高収量で得られます。
- 高収量
- 迅速な抽出
- より完全な回収
- 安全な操作
- 容易な導入
超音波処理装置 UIP1000hdT – クルクミン抽出用フローセルを装備
超音波抽出工程
Hielscherの最先端の超音波処理装置では、振幅、温度、圧力、投入エネルギーなどの工程パラメータを完全に制御できます。
超音波抽出では、原料の粒径、溶媒の種類、固体と溶媒の比率、抽出時間などの周辺パラメータを容易に変更し、最良の結果が得られるように最適化できます。
超音波抽出は非加熱抽出法であるため、生理活性成分の熱分解を回避できます。
総じて、高収量、短い抽出時間、低い抽出温度、少量の溶媒といった利点により、超音波処理は優れた抽出方法となっています。
クルクミンの超音波抽出に用いる UP400St を用いた抽出と、その後のロータリーエバポレーターによる溶媒からの生理活性成分の分離（溶媒回収）
ウコンからのクルクミンの超音波抽出は、超音波フローセルを使用し、連続インライン構成で超音波処理を行った場合に最も効率的であることが確認されています。60–80°Cの範囲の工程温度は、抽出物の収量を高めるのに有益です。
優れた工程効率： 超音波抽出は、超音波装置への適度な投資のみを必要とする持続可能な技術として優れています。超音波工程は、工業生産まで線形にスケールアップできます。超音波工程に必要な溶媒とエネルギーのコストは非常に低く抑えられます。さらに重要な利点として、容易で安全な操作、経済的なコスト、標準化された生産に不可欠な再現性が挙げられます。
超音波によるリポソーム製剤化
クルクミンは疎水性の脂溶性分子です。そのため、クルクミンは、リポソーム、ナノエマルション、ナノスフェア、高分子ナノ粒子、植物成分・リン脂質複合体などの薬物担体システムに組み込んで製剤化する必要があります。クルクミン水溶液は、界面活性剤、脂質、アルブミン、シクロデキストリン、生体高分子などを添加することで調製できます。超音波によるナノエマルションおよび均一な懸濁液の調製は、クルクミンを薬物担体複合体に組み込んで製剤化するための非常に効果的な技術です。薬物担体は、クルクミンの溶解性、吸収、薬物動態、生物学的利用能を向上させます。クルクミンをナノ複合体として製剤化することで、水溶性は約98,000倍に向上します（水中の遊離クルクミンとの比較）。ナノ複合体化により、クルクミンの生物学的利用能と保存安定性が大幅に向上しました。
リポソームへの超音波封入について詳しくは、こちらをクリックしてください！
超音波抽出装置
Hielscher Ultrasonicsは、植物からの抽出工程を支えるパートナーです。研究や分析のために少量を抽出する場合でも、商業生産のために大量を処理する場合でも、お客様に適した超音波抽出装置をご用意しています。当社の 実験室用超音波ホモジナイザー および 卓上型・工業用超音波処理装置 は、堅牢で使いやすく、全負荷で24/7運転できるように設計されています。幅広い アクセサリー には、さまざまなサイズや形状のソノトロード（超音波プローブ／ホーン）、フローセル、リアクター、ブースターなどがあり、お客様の特定の抽出工程に最適な構成を実現できます。
すべてのデジタル超音波装置には、カラータッチディスプレイ、データの自動記録用の内蔵SDカード、工程を包括的に監視するためのブラウザー経由の遠隔制御機能が搭載されています。Hielscherの高度な超音波システムにより、高度な工程標準化と品質管理を容易に行えます。
抽出工程の要件について、ぜひ今すぐお問い合わせください！植物抽出に関する長年の経験を生かして、喜んでお手伝いいたします！
超音波処理装置UIP4000hdT – 高品質のクルクミン抽出物のインライン生産用
お問い合わせ／ご質問
工業用超音波処理装置UIP16000hdT – 植物からの植物化学成分のインライン抽出用
プロトコル：クルクミンの超音波ナノ封入
クルクミンを内包したナノ粒子の調製
クルクミンを内包したナノ粒子は、ミニ乳化・蒸発法を用いて合成します。手順は、以下に説明するように、使用する封入材料によって異なります。使用した配合は、水22.400g、レシチン0.180g、ジクロロメタン11.500g、封入材料0.390gでした（Poly(L-lactic acid) PLLA、4,000g/gmol、またはpoly(methacylic acid-co-methyl methacrylate Eudragit S100、125,000 g/gmol、またはこれらの混合物を封入材料として使用します）。あらかじめ形成された高分子は、拡散によるエマルションの劣化を防ぐのに有効であることが知られているため、補助安定剤は必要ありません。
PLLAを封入材料として使用する場合、PLLAとレシチンをジクロロメタンに10分間かけて溶解し、その後クルクミンを添加して5 min混合します（封入材料の総質量の1, 3, 6, 18 wt%）。この溶液を穏やかに撹拌しながら蒸留水に添加しました。形成されたマクロエマルションには、 UP100H などの超音波ホモジナイザーを用いて、パルスサイクル（30secの超音波処理、10secの休止）で180秒間の超音波処理を行います。その後、40°Cで18時間かけて溶媒を蒸発させます。PLLAとEudragit S100を併用して封入材料とする場合、Eudragit S100を60°Cで20分間かけてジクロロメタンに溶解します。その後、混合物を冷却し、蒸発した溶媒を再び添加しました。
文献／参考資料
- M. V. Bagal; Aamir Deshmukh, Nihar Thakur, Anmol Valiyare (2020): Curcumin Extraction using Ultra sonication: A Review. JETIR Volume 7, Issue 6, June 2020.
- Dang, Le Hang; Vu, Minh Thanh; Chen, Jun; Nguyen, Cuu Khoa; Bach, Long Giang; Tran, Ngoc Quyen; Le, Van Thu (2019): Effect of Ultrasonication on Self-Assembled Nanostructures Formed by Amphiphilic Positive-Charged Copolymers and Negative-Charged Drug. ACS Omega 4, 2019. 4540-4552.
- Thorat, Alpana; Dalvi, Sameer (2014): Particle Formation Pathways and Polymorphism of Curcumin Induced by Ultrasound and Additives During Liquid Antisolvent Precipitation. CrystEngComm. 16, 2014.
- Chen, F.-P. et al. (2015): Nanocomplexation between Curcumin and Soy Protein Isolate: Influence on Curcumin Stability/Bioaccessibility and in Vitro Protein Digestibility. J. Agric. Food Chem. 63, 2015. 3559−3569.
- Kimthet, Ch. et al. (2017): Extraction of curcumin from Curcuma longa L. using ultrasound assisted supercritical carbon dioxide. AIP Conference Proceedings 184, 2017.
知っておきたいこと
超音波とその抽出効果
超音波支援抽出の基礎となるのは、 音響キャビテーションの原理です。高出力超音波（低周波数、高強度の超音波）を液体またはペースト状の媒体に結合させると、その波によって高圧（圧縮）と低圧（希薄化）のサイクルが交互に生じます。これらの高圧／低圧サイクルの間に真空気泡が発生し、複数のサイクルにわたって成長します。気泡がそれ以上エネルギーを吸収できなくなると、激しく内破します。この気泡の内破とその作用は、音響キャビテーションとして知られています。キャビテーションは、マイクロジェット、せん断力、衝撃波／大きな圧力差、ラジカル生成、極端な温度、音響流を生じさせます。これらの強烈な条件により細胞壁が破壊され、大きな物質移動が生じるため、細胞内の物質が溶媒へ移行します。
穏やかで毒性のない溶媒
医療および栄養目的に使用されるハーブ抽出物は、薬理作用を持つ治療薬として、また栄養補助食品（ニュートラシューティカル）として、急速に関心を集めています。植物原料から目的の化合物を放出させるには、植物原料を溶媒中に溶解させる必要があります。目的の抽出成分が植物原料の大部分から取り出され、溶媒へ移行した後、抽出物を濃縮できます。超音波抽出は、水を溶媒として使用する無溶媒法として適用できます。アルコール抽出とグリセリン抽出も、どちらも毒性がなく効果的であり、食品、医薬品、化粧品の成分の抽出によく使用されます。
効力が高く、健康に良く、毒性のない抽出物を製造するには、水、トリアシルグリセロール、アルコールなどの穏やかで毒性のない溶媒を使用できる効率的な抽出方法を用いることが重要です。
超音波抽出工程で使用する溶媒について詳しくは、こちらをクリックしてください！
クルクミン
クルクミンは、ウコンの根茎に含まれるウコンオレオレジンであり、天然色素です。そのほかの重要なクルクミノイド化合物には、デメトキシクルクミン（DMC）とビスデメトキシクルクミン（BDMC）があります。
クルクミン（化学式C21H20O6）は、 Curcuma longa, Curcuma amada, Curcuma ochrorhiza Val.から抽出するか、化学的に合成できます。
クルクミンは、ウコンの多糖類・リグニンのネットワークに取り込まれています。そのため、生理活性を持つ植物化学成分を放出させるには、超音波処理などの強力な抽出技術で細胞壁を破壊する必要があります。
研究により、黒コショウに含まれる活性化合物ピペリンが、クルクミンの生物学的利用能を2,000%を超えて増加させることが示されています。
ウコン
ウコン（Curcuma longa）は、 Zingiberaceae（ショウガ科）に属する多年生の草本植物です。インドおよび東南アジアを原産地とします。ウコンの根茎は、香辛料や薬として使用するために収穫されます。
ウコンは、カレーに鮮やかな黄色を与える香辛料であり、インドでは数千年にわたり、料理用の香辛料としてもアーユルヴェーダの薬としても使用されてきました。ウコン粉末は、温かみのある、苦く、コショウに似た風味と、土を思わせる香りが特徴です。
ウコンの粉末やペーストは、人気の温かい飲み物 – いわゆる「ターメリックラテ」や「ゴールデンミルク」 – の調製に使用されます。この飲み物は、牛乳、または豆乳、アーモンドミルク、ココナッツミルクなどの乳製品を含まない代替ミルクで作られます。
ウコンは、抗酸化作用、抗炎症作用、鎮痛作用が評価されています。
料理や医療への利用に加えて、ウコンは天然染料としても使用されます。