超音波法はスピードで他の抽出法に勝る
超音波抽出の迅速な手順とそれによる抽出物製造の時間短縮は、植物からの生物活性化合物の超音波抽出の多くの利点の一つである。超音波抽出は、超臨界CO2抽出、浸漬、加熱還流、ソックスレー、マイクロ波抽出などの代替抽出技術と科学的に比較されており、研究結果は、抽出速度と収率に関する超音波抽出の大きな利点を証明している。
迅速抽出法としての超音波処理
生物活性化合物の超音波抽出は、高い収率、高品質の抽出物、短い抽出時間、低エネルギー消費、非常に穏やかな溶媒で作業できることでよく知られている。これらすべての要因が、植物材料からの生物活性成分の超音波抽出の並外れた総合的効率に寄与している。
以下に、超音波抽出（超音波アシスト抽出も含む）に関する科学的研究報告の一部を紹介する。 UAE)を、浸漬、ソックスレー、加熱還流、超臨界CO2およびマイクロ波抽出。
超音波発生装置 UP400St バッチモードでの高速植物抽出用
| 抽出アプリケーション | 超音波抽出時間 | 代替抽出法時間 | 追加情報 | ソース |
|---|---|---|---|---|
| マートルの実からのアントシアニン抽出 | 5分 | 15分 マイクロウェーブ |
超音波発生装置 UP200S | ゴンザレスら、2019年 |
| ボルドーの休暇抽出 | 5～30分 | 15～90分 マセラシオン |
超音波発生装置 UIP1000hdT 超音波処理5分から30分で、15分から90分の従来の浸漬法と同等の収量が得られることがわかります」： UAE 従来のマセラシオンでは、葉の可溶性物質を抽出するのに3分の1の時間が必要だった。 |
ペティニーら、2013 |
| セージからの総フェノールとフラボノイドの抽出 | 11分 | 30分 60℃のウォーターバス・シェーカーによる通常の抽出 |
超音波抽出機 UP100H, UP400S |
デントら、2015年 |
| オリーブ葉ポリフェノールの抽出 | 21分 | 60分 従来の熱還流抽出 |
超音波発生装置 UP400S | ドブリンチッチら、2020年 |
| Malva sylvestrisの葉からの生理活性フェノールの抽出 | 49分 110Wで48°C |
5 h 150rpmでの撹拌床抽出 |
超音波発生装置 UP200S HPLC分析の結果、生理活性フェノール濃度は、最適条件下で有意に増加した（p≺0.05）。 UAE という条件がある。 |
ビマクルら、2017 |
| 冬瓜（Benincasa hispida）種子からの脂質の抽出 | ∼36分 | 超臨界二酸化炭素抽出と圧力スイング技術(SCE-PST) (∼約50分)、超臨界CO2 (∼97分)、および従来のソックスレー抽出(∼約360分) | 超臨界二酸化炭素（sCO2)、超音波補助抽出(UAE)、圧力スイング法と組み合わせた超臨界二酸化炭素抽出(SCE-PST)とソックスレー抽出は、UAEが最も効率的で迅速な抽出技術であることを示している。 | ビマクルら（2015年） |
超臨界二酸化炭素（sCO2)、超音波補助抽出(UAE)、圧力スイング法と組み合わせた超臨界二酸化炭素抽出(SCE-PST)とソックスレー抽出を行った。 UAE は最も効率的で迅速な抽出技術である。
- 高い抽出効率
- 優れた抽出収率
- ラピッドプロセス
- 低温
- 熱分解性化合物の抽出に適している
- あらゆる溶剤に対応
- 低エネルギー消費
- グリーン抽出技術
- 簡単で安全な操作
- 低い投資コストと運用コスト
- 過酷な条件下での24時間365日稼動
化合物単離のための高性能超音波抽出器
Hielscher社の最先端の超音波装置は、植物から高品質の生体分子を迅速に抽出することを可能にします。振幅、温度、圧力、エネルギー入力などのプロセスパラメーターを完全に制御することで、最も効率的でマイルドな抽出条件を実現し、損傷のない高生理活性の抽出物を得ることができます。原料の粒子径、溶媒の種類、固形分と溶媒の比率、抽出時間などの超音波抽出パラメーターを最適化することで、最高の効率と全体的な最高の結果を得ることができる。超音波抽出は非加熱抽出法であるため、生物活性成分の熱劣化を避けることができ、その結果、抽出物の品質が向上する。
全体として、高い収率、短い抽出時間、低い抽出温度、必要な溶媒の減少などの利点が、超音波処理を好ましい抽出方法にしている。
マートルの果実からのアントシアニン抽出において、超音波はマイクロ波に勝る。 ソニケーションはマイクロ波抽出より3倍速い。
超音波抽出と従来のウォーターバス・シェーカーによる抽出の比較では、超音波抽出を使用した場合、セージからの総フェノールとフラボノイドの抽出時間が大幅に短縮された。 超音波抽出に必要な時間は、ウォーターバス・シェーカーによる抽出時間のわずか3分の1である。
超音波抽出：ラボと産業界で確立
超音波抽出は、植物、菌類、藻類、細菌、哺乳類細胞からあらゆる種類の生物活性化合物を抽出するために広く応用されている。超音波抽出は、より高い抽出収率とより短い処理時間によって、他の伝統的な抽出技術を凌駕する、シンプルで費用対効果が高く、非常に効率的な方法として確立されています。
ラボ用、卓上用、工業用の超音波システムが容易に利用できるようになった現在、超音波抽出は確立された信頼できる技術となっています。Hielscher社の超音波抽出装置は、食品および医薬品グレードの生物活性化合物を製造するための工業処理施設に世界中で設置されています。
下の表は、超音波処理装置の処理能力の目安です：
| バッチ量 | 流量 | 推奨デバイス |
|---|---|---|
| 1〜500mL | 10～200mL/分 | UP100H |
| 10〜2000mL | 20～400mL/分 | UP200Ht, UP400ST |
| 0.1～20L | 0.2～4L/分 | UIP2000hdT |
| 10～100L | 2～10L/分 | UIP4000hdT |
| n.a. | 10～100L/分 | uip16000 |
| n.a. | より大きい | クラスタ uip16000 |
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Hielscher Ultrasonics社は、ラボスケール、パイロットスケール、工業スケールの混合アプリケーション、分散、乳化、抽出用の高性能超音波ホモジナイザーを製造しています。
文献・参考文献
- Bimakr, Mandana; Ganjloo, Ali; Zarringhalami, Soheila; Ansarian, Elham (2017): Ultrasound-assisted extraction of bioactive compounds from Malva sylvestris leaves and its comparison with agitated bed extraction technique. Food Science and Biotechnology 26(6); 2017.
- Petigny L., Périno-Issartier S., Wajsman J., Chemat F. (2013): Batch and Continuous Ultrasound Assisted Extraction of Boldo Leaves (Peumus boldus Mol.). International Journal of Molecular Science 14, 2013. 5750-5764.
- Bimakr, Mandana; Abdul Rahman, Russly; Ganjloo, Ali; Taip, Farah; Mohd Adzahan, Noranizan; Sarker, Md Zaidul (2016): Characterization of Valuable Compounds from Winter Melon (Benincasa hispida (Thunb.) Cogn.) Seeds Using Supercritical Carbon Dioxide Extraction Combined with Pressure Swing Technique. Food and Bioprocess Technology 9, 2016. 396-406.
- Bimakr, Mandana, Russly Abdul Rahman, Farah Saleena Taip, Noranizan Mohd Adzahan, Md. Zaidul Islam Sarker, Ali Ganjloo (2012): Optimization of Ultrasound-Assisted Extraction of Crude Oil from Winter Melon (Benincasa hispida) Seed Using Response Surface Methodology and Evaluation of Its Antioxidant Activity, Total Phenolic Content and Fatty Acid Composition. Molecules 17, No. 10, 2012 11748-11762.
- González de Peredo; Ana V., Vázquez-Espinosa, Mercedes; Espada-Bellido, Estrella; Ferreiro-González, Marta; Amores-Arrocha, Antonio; Palma, Miguel; Barbero, Gerardo; Jiménez-Cantizano, Ana (2019): Alternative Ultrasound-Assisted Method for the Extraction of the Bioactive Compounds Present in Myrtle (Myrtus communis L.). Molecules. 2019 Mar 2;24(5):882.
- Dent, Maja; Verica, Dragović-Uzelac; Garofulić, Ivona; Bosiljkov, Tomislav; Ježek, Damir; Brncic, Mladen (2015): Comparison of Conventional and Ultrasound Assisted Extraction Techniques on Mass Fraction of Phenolic Compounds from sage (Salvia officinalis L.). Chemical and Biochemical Engineering Quarterly 29 (3), 2015.
- Dobrinčić, Ana; Maja Repajić, Ivona E. Garofulić, Lucija Tuđen, Verica Dragović-Uzelac; Branka Levaj (2020): Comparison of Different Extraction Methods for the Recovery of Olive Leaves Polyphenols. Processes 8, no. 9, 2020.
知っておくべき事実
超音波抽出の原理
超音波抽出は、植物原料から生理活性成分を分離・単離するために広く用いられている方法である。超音波抽出はどのような溶媒にも適合するため、生理活性化合物（すなわち、対象とする化合物）、その極性、溶解度、熱感受性、その他の要因に関して、超音波抽出手順を最適に設計することができる。特定の化合物や様々な化合物に特化して超音波処理プロセスを適応させることで、非常に高品質の抽出物を得るために、最も理想的なセットアップを選択することができる。
超音波が液体またはスラリーに結合すると、激しい振動と音響キャビテーションが発生します。音響キャビテーション、別名超音波キャビテーションは、局所的に発生する非常に高い圧力差、せん断力、液体ジェットによって決定される。これらの力は細胞壁を破壊し、植物細胞を破壊し、細胞内部と溶媒間の物質移動を促進する。これにより、生物活性成分が周囲の溶媒中に効率的に放出され、そこから標的分子を容易に単離・精製することができる（ローター蒸発、水蒸気蒸留、HPLCなど）。
植物細胞からの超音波抽出：顕微鏡横断面（TS）は細胞からの超音波抽出中の作用メカニズムを示す（倍率2000倍）
[出典：Vilkhu et al.］
