พฤกษเคมีและการใช้คลื่นเสียงอัลตราโซนิก: การสกัดสารออกฤทธิ์ทางชีวภาพจากพืชด้วยอัลตราโซนิกประสิทธิภาพสูง

พฤกษเคมีเป็นศาสตร์ที่ศึกษาสารประกอบเคมีที่ได้จากพืช – ตั้งแต่โพลีฟีนอล ฟลาโวนอยด์ และแอลคาลอยด์ ไปจนถึงเทอร์พีน ซาโปนิน ไกลโคไซด์ สารสี สารต้านอนุมูลอิสระ และองค์ประกอบของน้ำมันหอมระเหย สารพฤกษเคมีเหล่านี้มีคุณค่าสำหรับผลิตภัณฑ์โภชนเภสัช ยา เครื่องสำอาง ส่วนผสมอาหาร สารให้สีจากธรรมชาติ สารให้กลิ่นหอม สารสกัดสมุนไพร และการวิจัยเชิงวิเคราะห์

ยกระดับการสกัดสารพฤกษเคมีของคุณด้วยเครื่องอัลตราโซนิก Hielscher

สกัดสารออกฤทธิ์ทางชีวภาพได้มากขึ้นในเวลาที่น้อยลง
เครื่องอัลตราโซนิกแบบโพรบของ Hielscher เพิ่มความเข้มข้นของกระบวนการสกัดสารจากพืชโดยทำให้เซลล์พืชแตกออกและเร่งการถ่ายเทมวล จึงช่วยให้สกัดสารพฤกษเคมีได้ผลผลิตสูงจากสมุนไพร ราก ใบ ดอก ผล เมล็ด เปลือกไม้ สาหร่าย และวัสดุจากพืชอื่น ๆ

 
เหตุใดจึงควรเลือกระบบสกัดด้วยอัลตราโซนิกของ Hielscher

• ผลผลิตการสกัดที่สูงขึ้น: นำสารประกอบเป้าหมายออกมาได้มากขึ้นจากวัตถุดิบพืชชนิดเดิมในปริมาณเท่ากัน
• ระยะเวลาการแปรรูปที่สั้นลง: แทนที่ขั้นตอนการสกัดแบบแช่หมักที่ใช้เวลานานหรือการสกัดที่ใช้ความร้อนสูงด้วยการแปรรูปด้วยอัลตราโซนิกที่รวดเร็ว
• การสกัดที่อ่อนโยนและไม่ใช้ความร้อน: รักษาสารพฤกษเคมีที่ไวต่อความร้อน เช่น โพลีฟีนอล เทอร์พีน แอนโทไซยานิน วิตามิน และสารต้านอนุมูลอิสระ
• ความยืดหยุ่นในการเลือกตัวทำละลาย: ใช้น้ำ เอทานอล สารผสมน้ำกับเอทานอล กลีเซอรีน น้ำมัน ตัวทำละลายยูเทกติกเชิงลึก หรือตัวกลางสกัดอื่น ๆ ที่เหมาะสม
• การควบคุมกระบวนการอย่างแม่นยำ: ปรับแอมพลิจูด กำลัง พลังงานที่ป้อนเข้า เวลา อุณหภูมิ ความดัน และอัตราการไหล
• การขยายขนาดแบบเชิงเส้น: พัฒนาพารามิเตอร์การสกัดในห้องปฏิบัติการและถ่ายโอนไปใช้ในการผลิตระดับนำร่องและระดับอุตสาหกรรม
• การทำงานแบบแบตช์และแบบอินไลน์: เลือกการใช้คลื่นเสียงอัลตราโซนิกในระดับบีกเกอร์ การแปรรูปในถังกวน หรือการสกัดแบบไหลผ่านอย่างต่อเนื่อง
• การออกแบบสำหรับอุตสาหกรรมที่แข็งแกร่ง: เครื่องอัลตราโซนิกของ Hielscher ได้รับการออกแบบทางวิศวกรรมสำหรับสภาพแวดล้อมการผลิตที่มีข้อกำหนดสูง การทำงานที่ให้ผลซ้ำได้ และการผสานเข้ากับระบบได้ง่าย

การแปรรูปด้วยอัลตราโซนิกเพื่อการสกัดสารพฤกษเคมีที่รวดเร็ว สะอาด และสมบูรณ์ยิ่งขึ้น

หากต้องการใช้สารพฤกษเคมีในสูตรผลิตภัณฑ์ การทดสอบ หรือผลิตภัณฑ์เชิงพาณิชย์ จะต้องปลดปล่อยสารเหล่านี้ออกจากเมทริกซ์พืชก่อน การใช้คลื่นเสียงอัลตราโซนิกจึงกลายเป็นหนึ่งในเทคโนโลยีการสกัดที่มีประสิทธิผลสูงสุด เครื่องอัลตราโซนิกแบบโพรบทำให้เกิดคาวิเทชันจากคลื่นเสียงอย่างรุนแรงในของเหลวและสารแขวนลอยข้น ความปั่นป่วนระดับจุลภาค แรงเฉือน และการผันผวนของความดันที่เกิดขึ้นทำลายเซลล์พืช เพิ่มการแทรกซึมของตัวทำละลาย และเร่งการถ่ายเทโมเลกุลที่ออกฤทธิ์ทางชีวภาพเข้าสู่ตัวกลางสกัด

Hielscher Ultrasonics จัดหาเครื่องอัลตราโซนิกสมรรถนะสูงสำหรับการสกัดสารพฤกษเคมี ตั้งแต่การวิจัยในห้องปฏิบัติการไปจนถึงการผลิตระดับอุตสาหกรรมเต็มรูปแบบ ไม่ว่าคุณจะกำลังพัฒนาสารสกัดจากพืช ปรับการเตรียมตัวอย่างเพื่อการวิเคราะห์ให้เหมาะสมที่สุด หรือขยายขนาดกระบวนการผลิตส่วนผสมจากพืช การใช้คลื่นเสียงอัลตราโซนิกช่วยให้คุณควบคุมความเข้มของการสกัด ความสามารถในการให้ผลซ้ำ และปริมาณที่แปรรูปได้ต่อหน่วยเวลาอย่างแม่นยำ

การใช้คลื่นเสียงอัลตราโซนิกในพฤกษเคมีคืออะไร?

การใช้คลื่นเสียงอัลตราโซนิกคือการใช้คลื่นอัลตราโซนิกกำลังสูงกับของเหลวหรือสารแขวนลอยข้น ในพฤกษเคมี การใช้คลื่นเสียงอัลตราโซนิกนิยมใช้มากที่สุดสำหรับการสกัดโดยใช้อัลตราโซนิกช่วย การเตรียมตัวอย่าง การทำลายเซลล์ การกระจายตัว การทำอิมัลชัน และการเพิ่มความเข้มข้นของกระบวนการ
เมื่อโพรบอัลตราโซนิกความเข้มสูงส่งคลื่นเสียงเข้าสู่ตัวกลางสกัด วัฏจักรความดันสูงและความดันต่ำที่สลับกันจะทำให้เกิดคาวิเทชันจากคลื่นเสียง ฟองคาวิเทชันขยายตัวและยุบตัวอย่างรุนแรง การยุบตัวนี้ก่อให้เกิดแรงเฉือนเฉพาะจุด ลำพุ่งของของเหลวระดับจุลภาค และผลการผสมอย่างเข้มข้น

ในการสกัดสารจากพืช ผลเหล่านี้ช่วย:

• ทำให้ผนังเซลล์และเยื่อหุ้มเซลล์แตก
• เพิ่มการเข้าถึงสารประกอบภายในเซลล์ของตัวทำละลาย
• ลดชั้นขอบเขตรอบอนุภาคพืช
• เพิ่มการแพร่ของสารพฤกษเคมีเข้าสู่ตัวทำละลาย
• ลดระยะเวลาการสกัด
• เพิ่มความสามารถในการให้ผลซ้ำ
• ลดความจำเป็นในการใช้ความร้อนมากเกินไปหรือการสัมผัสตัวทำละลายเป็นเวลานาน

ผลที่ได้คือกระบวนการสกัดที่รวดเร็วกว่า มีประสิทธิภาพสูงกว่า และมักอ่อนโยนกว่า เมื่อเทียบกับวิธีการสกัดแบบดั้งเดิม ได้แก่ การแช่หมัก การแช่ชง การไหลซึมผ่าน หรือการสกัดแบบรีฟลักซ์

เหตุใดการใช้คลื่นเสียงอัลตราโซนิกจึงสำคัญต่อการสกัดสารพฤกษเคมีสมัยใหม่

วัตถุดิบพืชมีความซับซ้อน สารประกอบที่ออกฤทธิ์ทางชีวภาพถูกกักอยู่ในเซลล์พืช ยึดจับกับองค์ประกอบเชิงโครงสร้าง หรือกระจายอยู่ในเนื้อเยื่อต่าง ๆ การสกัดแบบดั้งเดิมมักต้องใช้เวลาพำนักนาน ตัวทำละลายปริมาณมาก หรืออุณหภูมิสูง สภาวะเหล่านี้อาจไม่มีประสิทธิภาพและอาจทำให้สารประกอบที่ไม่ทนความร้อนเสื่อมสลาย
การสกัดโดยใช้อัลตราโซนิกช่วยแก้ข้อจำกัดเหล่านี้โดยเพิ่มความเข้มข้นของการปลดปล่อยสารพฤกษเคมีทางกายภาพ แทนที่จะอาศัยเพียงการแพร่แบบพาสซีฟ การใช้คลื่นเสียงอัลตราโซนิกทำลายเมทริกซ์พืชอย่างแข็งขันและขับเคลื่อนการถ่ายเทมวล

จึงทำให้การสกัดด้วยอัลตราโซนิกมีประโยชน์เป็นพิเศษเมื่อผู้แปรรูปต้องการ:

• ผลผลิตที่สูงขึ้นจากวัตถุดิบพืชราคาแพง
• รอบการผลิตที่สั้นลง
• การใช้ตัวทำละลายที่ลดลง
• การสกัดสารประกอบที่ไวต่อความร้อนที่ดีขึ้น
• การสกัดที่ให้ผลซ้ำได้เพื่อการควบคุมคุณภาพ
• การแปรรูปที่ขยายขนาดได้จากห้องปฏิบัติการสู่การผลิต
• ความเข้ากันได้กับตัวทำละลายที่เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมและส่วนผสมสำหรับผลิตภัณฑ์ฉลากสะอาด

สำหรับการวิจัยด้านพฤกษเคมี การใช้คลื่นเสียงอัลตราโซนิกยังช่วยปรับปรุงการเตรียมตัวอย่างเพื่อการวิเคราะห์ ห้องปฏิบัติการสามารถสกัดสารประกอบเป้าหมายได้อย่างรวดเร็วและสม่ำเสมอก่อนการวิเคราะห์ด้วย HPLC, GC-MS, LC-MS, UV-Vis การทดสอบฤทธิ์ต้านอนุมูลอิสระ หรือวิธีวิเคราะห์อื่น ๆ

การใช้คลื่นเสียงอัลตราโซนิกแบบแบตช์และแบบอินไลน์สำหรับสารสกัดจากพืช

การสกัดด้วยอัลตราโซนิกแบบแบตช์

การใช้คลื่นเสียงอัลตราโซนิกแบบแบตช์เหมาะอย่างยิ่งสำหรับการวิจัยในห้องปฏิบัติการ การพัฒนาสูตรผลิตภัณฑ์ การผลิตขนาดเล็ก และการแปรรูปที่ยืดหยุ่น โดยสอดโพรบของเครื่องอัลตราโซนิกลงในภาชนะที่มีสารแขวนลอยข้นของพืชในตัวทำละลาย การแปรรูปแบบแบตช์ติดตั้งได้ง่ายและเหมาะอย่างยิ่งสำหรับการคัดกรองพารามิเตอร์ เช่น ชนิดตัวทำละลาย แอมพลิจูด ระยะเวลาการสกัด และอุณหภูมิ

การสกัดด้วยอัลตราโซนิกแบบอินไลน์อย่างต่อเนื่อง

สำหรับปริมาณการผลิตที่มากขึ้น การใช้คลื่นเสียงอัลตราโซนิกแบบอินไลน์อย่างต่อเนื่องเป็นรูปแบบการติดตั้งที่ควรเลือก สารแขวนลอยข้นจากพืชถูกสูบผ่านเซลล์การไหลอัลตราโซนิก ซึ่งสารจะได้รับคาวิเทชันที่ควบคุมได้ การแปรรูปแบบอินไลน์ช่วยเพิ่มความสามารถในการให้ผลซ้ำ การควบคุมกระบวนการ และปริมาณที่แปรรูปได้ต่อหน่วยเวลา อีกทั้งยังทำให้คาดการณ์การขยายขนาดได้ดีขึ้น เนื่องจากสามารถกำหนดพลังงานที่ป้อนเข้า เวลาพำนัก และอัตราการไหลได้อย่างแม่นยำ
เครื่องอัลตราโซนิกระดับอุตสาหกรรมของ Hielscher ออกแบบมาสำหรับการทำงานอย่างต่อเนื่อง และสามารถผสานเข้ากับปั๊ม เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อน ถังพัก ระบบกรอง ระบบนำตัวทำละลายกลับคืน และการทำให้เข้มข้นในขั้นตอนถัดไป

ตารางด้านล่างแสดงแนวทางเกี่ยวกับกำลังการแปรรูปโดยประมาณของเครื่องอัลตราโซนิกของเราสำหรับการสกัดสารจากพืช

สารพฤกษเคมีที่สกัดด้วยคลื่นเสียงอัลตราโซนิก

การใช้คลื่นเสียงอัลตราโซนิกเหมาะสำหรับสารพฤกษเคมีหลากหลายกลุ่ม ผลการสกัดขึ้นอยู่กับวัสดุจากพืช ขนาดอนุภาค ตัวทำละลาย อุณหภูมิ แอมพลิจูดอัลตราโซนิก เวลาพำนัก และการแยกในขั้นตอนถัดไป

โพลีฟีนอลและฟลาโวนอยด์

โพลีฟีนอลและฟลาโวนอยด์อยู่ในกลุ่มสารพฤกษเคมีที่มีการศึกษามากที่สุด เนื่องจากมีคุณสมบัติต้านอนุมูลอิสระและมีความเกี่ยวข้องกับสูตรผลิตภัณฑ์อาหาร โภชนเภสัช และเครื่องสำอาง การสกัดด้วยอัลตราโซนิกเพิ่มการปลดปล่อยกรดฟีนอลิก คาเทชิน เควอซิทิน รูทิน แอนโทไซยานิน และสารประกอบที่เกี่ยวข้องจากใบ ผล เปลือกผล ดอก เมล็ด และเปลือกไม้

เทอร์พีนและองค์ประกอบของน้ำมันหอมระเหย

เทอร์พีนและสารประกอบให้กลิ่นมีความสำคัญต่อสารสกัดสมุนไพร สารให้กลิ่นหอม สารแต่งกลิ่นรส และการแปรรูปกัญชาหรือกัญชง การใช้คลื่นเสียงอัลตราโซนิกสามารถปรับปรุงการสกัดจากเนื้อเยื่อพืช พร้อมทั้งช่วยให้ควบคุมอุณหภูมิในสภาวะที่อ่อนโยนได้ ซึ่งมีความสำคัญต่อสารประกอบที่ระเหยง่ายและไวต่อการออกซิเดชัน

แอลคาลอยด์

แอลคาลอยด์พบในพืชสมุนไพรหลายชนิด และมักสกัดเพื่อวัตถุประสงค์ด้านการวิเคราะห์ เภสัชกรรม หรือโภชนเภสัช การใช้อัลตราโซนิกช่วยเพิ่มการทำลายเมทริกซ์และสามารถเร่งการถ่ายเทแอลคาลอยด์เข้าสู่ตัวทำละลายที่เหมาะสม

ซาโปนิน ไกลโคไซด์ และแทนนิน

ราก สมุนไพร พืชตระกูลถั่ว และพืชสมุนไพรหลายชนิดมีซาโปนิน ไกลโคไซด์ และแทนนิน การใช้คลื่นเสียงอัลตราโซนิกช่วยปลดปล่อยสารประกอบเหล่านี้จากเมทริกซ์พืชที่เป็นเส้นใยหรือมีความหนาแน่นสูง และสามารถปรับให้เหมาะสมที่สุดเพื่อสร้างสมดุลระหว่างผลผลิตการสกัดกับความจำเพาะในการสกัด

สารสีและสารต้านอนุมูลอิสระ

สารสีจากธรรมชาติ เช่น แอนโทไซยานิน คลอโรฟิลล์ แคโรทีนอยด์ และบีตาเลน มีคุณค่าสำหรับการใช้งานด้านอาหาร เครื่องดื่ม เครื่องสำอาง และการวิเคราะห์ เนื่องจากสารสีหลายชนิดไวต่อความร้อน ออกซิเจน และ pH การสกัดด้วยอัลตราโซนิกภายใต้สภาวะที่ควบคุมอุณหภูมิจึงมีข้อได้เปรียบอย่างมาก

แคนนาบินอยด์และสารพฤกษเคมีจากกัญชง

กัญชงและกัญชามีแคนนาบินอยด์ เทอร์พีน ฟลาโวนอยด์ และองค์ประกอบอื่น ๆ ของพืช การสกัดด้วยอัลตราโซนิกเพิ่มการปลดปล่อยสารประกอบเหล่านี้จากชีวมวลที่ผ่านการบด และสามารถปรับให้ใช้กับระบบตัวทำละลายเอทานอล น้ำผสมเอทานอล หรือระบบตัวทำละลายอื่น ๆ ได้

การสกัดสารพฤกษเคมีด้วยอัลตราโซนิก

วรรณกรรม / เอกสารอ้างอิง

• Turrini, Federica; Donno, Dario; Beccaro, Gabriele; Zunin, Paola; Pittaluga, Anna; Boggia, Raffaella (2019): Pulsed Ultrasound-Assisted Extraction as an Alternative Method to Conventional Maceration for the Extraction of the Polyphenolic Fraction of Ribes nigrum Buds: A New Category of Food Supplements Proposed by The FINNOVER Project. Foods. 8. 466; 2019
• Larasati, I.D.; Oktaviani, N.M.D.; Lioe, H.N.; Estiasih, T.; Palma, M.; Setyaningsih, W. (2023): Optimization of Ultrasound-Assisted Cold-Brew Method for Developing Roselle (Hibiscus sabdariffa L.)-Based Tisane with High Antioxidant Activity. Beverages, 9, 58; 2023.
• Turrini, F.; Beruto, M.; Mela, L.; Curir, P.; Triglia, G.; Boggia, R.; Zunin, P.; Monroy, F. (2021): Ultrasound-Assisted Extraction of Lavender (Lavandula angustifolia Miller, Cultivar Rosa) Solid By-Products Remaining after the Distillation of the Essential Oil. Applied Sciences 11, 2021.
• 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.
• Dogan Kubra, P.K. Akman, F. Tornuk(2019): Improvement of Bioavailability of Sage and Mint by Ultrasonic Extraction. International Journal of Life Sciences and Biotechnology, 2019. 2(2): p.122- 135.