超音波ケルセチン抽出

ケルセチンは、最も広く研究されている植物性ポリフェノールの一つであり、その抗酸化作用や、栄養補助食品、機能性食品、ニュートラシューティカルズにおける役割が高く評価されています。 ケルセチンおよびその配糖体（ルチン、イソケルセチンなど）は熱や酸化に敏感であるため、高純度の抽出物を得るには、効率的でありながら穏やかで、非熱的な抽出技術が必要となります。まさにこの点において、超音波によるケルセチン抽出が優れています。

高品質のケルセチン抽出のための高性能超音波法

超音波支援抽出法（UAE）は、高出力・低周波の超音波を用いて植物の細胞壁を機械的に破壊し、物質移動を劇的に促進することで、ケルセチンを数時間ではなく数分以内に溶媒中に溶出させます。マセレーションと比較して、 ソックスレー法や加熱による消化法と比較して、超音波抽出法は、より高い収率、より短い処理時間、より少ない溶媒使用量、そして生物活性のより良好な保持を実現します – そのため、植物抽出物やポリフェノール抽出物の研究室、パイロットプラント、および工業規模での生産において、魅力的な選択肢となっています。

細胞構造に対する超音波処理の効果：超音波による細胞壁の破壊は、Euonymus alatusからケルセチンとルチンの放出を可能にした。
写真と研究：©Yang and Zhang, 2008.

なぜケルセチンには穏やかな抽出法が必要なのか

ケルセチンは、多くの果物、野菜、ハーブに含まれています – リンゴ、タマネギ、ベリー類、お茶、ブドウ、葉物野菜などが挙げられます。ポリフェノール／フラボノールの一種であるため、長時間の加熱、強アルカリ性環境、あるいは溶媒との長時間の接触により分解される可能性があり、その結果、収率が低下し、最終的な抽出物の品質が損なわれる恐れがあります。 したがって、穏やかで非加熱かつ短時間の抽出法を用いることで、抽出されたケルセチンの量と機能的品質（抗酸化能）の両方を維持することができます。

ケルセチンの超音波抽出の仕組み

音響キャビテーションの役割　高強度超音波は、液体中に微細なキャビテーション気泡を発生させます。 これらの気泡が内破することで、局所的な高温領域、せん断力、および微細ジェットが発生し、植物の細胞壁を破壊し、組織マトリックスを分解する。これにより、ケルセチンが貯蔵されている細胞小室が開かれ、周囲の溶媒への拡散が促進されるため、有効成分がより速く、より完全に放出される。

クェルセチンの超音波抽出における代表的なプロセスフロー

1. 準備だ： 植物の原料（葉、皮、種子など）を粉砕、切断、または凍結乾燥して、表面積を増やす。
2. 溶剤の選択： 水、エタノール、あるいは水とエタノールの混合液など、環境に優しい食品用溶媒を選んでください。
3. ソニケーション： バッチモード（撹拌あり）または連続フローセルモードで、5～30分間抽出を行う。
4. 分離： 抽出液をろ過または遠心分離し、ケルセチンを豊富に含む液体を回収する。
5. 濃縮・精製： 必要に応じて、乾燥、沈殿、または精製を行う。

注：具体的な時間、振幅、および溶媒比は、植物種や対象マトリックスによって異なります。 – 当社のプロセス専門家が、お客様の原料に合わせたプロセスパラメータの最適化をお手伝いいたします。

ケーススタディ超音波によるケルセチン抽出

Sharifiら（2017）は、薬用植物からケルセチンなどのフラボノイドを抽出する上で、超音波抽出が効果的かつ実用的な方法であることを示した。彼らは、 Hielscher UP400St（400W、左の写真参照） 振幅を50%に設定した。大根（Raphanus sativus）の葉をメタノールに入れ、10分間超音波処理を行った結果、ケルセチンの収率は11.8%となった。超音波支援抽出法は、浸軟法、ソックスレー抽出法、熱分解法などの従来技術と比較して優れている。超音波抽出法は、収率が高く、抽出時間が大幅に短縮され、溶媒の使用量が少ないという点で優れている。 超音波を照射するとキャビテーションが発生し、これが植物材料の細胞壁を破壊して物質移動を促進する。したがって、超音波抽出は従来の方法よりも効果的であり、有機マトリックスからのケルセチン抽出において特に優れている。超音波抽出にはわずか10分しかかからなかったが、 – 浸漬は24時間、熱分解は60分、ソックスレー抽出は24時間である。 – 超音波で抽出したケルセチンの量は、消化、浸漬、ソックスレー抽出よりも多かった。

超音波抽出（UAE）は、従来の抽出法と比較して、短い抽出時間で著しく高いケルセチン収率をもたらす。
出典：Sharifi ら（2017）

超音波抽出装置

Hielscher Ultrasonics社は、植物から高品質のエキスを製造するための高性能超音波プロセッサーの製造に特化しています。
Hielscher社は、小型で強力なラボ用超音波発生装置から、ポリフェノールなどの生理活性物質の効率的な抽出・分離のための高強度超音波を発生する堅牢な卓上型および完全産業用システムまで、幅広い製品ポートフォリオを提供しています、 ジンゲロール, ピペリン, クルクミン など）。200ワットから16,000ワットまでのすべての超音波装置は、デジタル制御用のカラーディスプレイ、自動データ記録用の内蔵SDカード、ブラウザリモコン、その他多くのユーザーフレンドリーな機能を備えています。ソノトロードとフローセル（媒体と接触する部分）はオートクレーブ滅菌が可能で、洗浄も簡単です。当社の超音波装置はすべて24時間365日稼動可能で、メンテナンスが少なく、操作が簡単で安全です。
デジタルカラーディスプレイにより、超音波発生装置を使いやすく制御し、プロセスを正確に調整することができます。当社のシステムは、低振幅から超高振幅まで対応可能です。ケルセチンのようなポリフェノールの抽出のために、高品質の活性物質の賢明な分離のために最適化された特別な超音波ソノトロード（超音波プローブまたはホーンとも呼ばれる）を提供しています。Hielscher社製ソニケーターの堅牢性は、過酷な環境下での24時間365日の稼働を可能にします。
超音波プロセスパラメーターの正確な制御により、再現性とプロセスの標準化が保証される。