ตัวทำละลายสำหรับการสกัดจากพืชด้วยอัลตราโซนิก

• การสกัดด้วยอัลตราโซนิกมีข้อดีหลายประการ เช่น ให้ผลผลิตสูง มีอัตราการสกัดรวดเร็ว เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม และใช้พลังงานต่ำ
• ข้อดีที่โดดเด่นที่สุดประการหนึ่งคือการใช้น้ำเป็นตัวกลางในการสกัด อย่างไรก็ตาม การใช้คลื่นอัลตราโซนิกสามารถใช้ร่วมกับระบบตัวทำละลายหลากหลายชนิดเพื่อให้ได้ผลลัพธ์ที่เหนือกว่าสำหรับสารสกัดเป้าหมาย
• ตัวทำละลายที่เหมาะสมที่สุดสำหรับการสกัดสารออกฤทธิ์ทางชีวภาพจากพืชด้วยอัลตราโซนิกจะเลือกโดยพิจารณาจากวัตถุดิบ

การสกัดด้วยอัลตราโซนิก

เป็นที่ทราบกันดีว่าอัลตราซาวนด์สามารถทำลายโครงสร้างเซลล์และปรับปรุงการถ่ายเทมวล จึงเพิ่มความสามารถในการสกัดสารประกอบชีวภาพ (เช่น สารประกอบฟีนอลิก แคโรทีนอยด์)
เนื่องจากผลเชิงกลของการใช้คลื่นอัลตราโซนิกช่วยเพิ่มประสิทธิภาพกระบวนการสกัดอย่างมากผ่านการถ่ายเทมวลที่ดีขึ้น การใช้ตัวทำละลายอินทรีย์จึงมักไม่จำเป็น กล่าวคือ สำหรับการสกัดด้วยอัลตราโซนิก น้ำมักเป็นตัวกลางในการสกัดที่เพียงพอ และมีข้อดีหลายประการ เช่น ราคาถูก ไม่เป็นอันตราย หาได้ง่าย และเป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม
อย่างไรก็ตาม สำหรับสารออกฤทธิ์ทางชีวภาพบางชนิด อาจได้ผลลัพธ์ที่ดีที่สุดจากการสกัดด้วยอัลตราโซนิกร่วมกับตัวทำละลายระเหยง่าย
ในการเลือกตัวทำละลายที่เหมาะสม ต้องพิจารณาวัตถุดิบ (เช่น วัสดุพืชสดหรือแห้ง วัสดุพืชที่ผ่านการแช่ให้เปื่อย/บด หรืออยู่ในรูปผง) และสารเป้าหมาย (เช่น สารที่ชอบไขมัน สารที่ชอบน้ำ)
 

ตารางต่อไปนี้แสดงตัวทำละลายหลายชนิดที่เป็นตัวทำละลายสำหรับการสกัดที่ใช้กันอย่างแพร่หลาย และใช้ในการสกัดจากวัสดุพืชด้วยอัลตราโซนิก

คลื่นอัลตราซาวนด์กำลังสูงทำลายเมทริกซ์ของเซลล์ในโครงสร้างทางชีวภาพและปลดปล่อยสารออกฤทธิ์ทางชีวภาพ การถ่ายเทมวลระหว่างวัสดุพืชกับตัวทำละลายเพิ่มขึ้น ด้วยกลไกเหล่านี้ การสกัดด้วยอัลตราโซนิกจึงมีประสิทธิภาพสูงในการสกัดจากพืช

เครื่องอัลตราโซนิกสำหรับการสกัด

ตั้งแต่อุปกรณ์อัลตราโซนิกสำหรับห้องปฏิบัติการและแบบตั้งโต๊ะ ไปจนถึงระบบสกัดด้วยอัลตราโซนิกระดับอุตสาหกรรมเต็มรูปแบบ – Hielscher Ultrasonics เป็นพันธมิตรที่มีประสบการณ์ยาวนานของคุณในด้านอุปกรณ์อัลตราโซนิกกำลังสูงและเชื่อถือได้ เพื่อให้กระบวนการสกัดประสบความสำเร็จ
ระบบอัลตราโซนิกของเราใช้กันอย่างแพร่หลายในห้องปฏิบัติการชีวเคมีและโรงงานผลิตยา โซโนโทรดและเครื่องปฏิกรณ์อัลตราโซนิกสามารถฆ่าเชื้อด้วยหม้อนึ่งความดัน และเป็นไปตามมาตรฐานการผลิตยา

เครื่องโซนิเคเตอร์อุตสาหกรรมของ Hielscher สามารถให้แอมพลิจูดสูงมากเพื่อทำลายเมทริกซ์ของเซลล์และปลดปล่อยสารเป้าหมาย สามารถทำงานด้วยแอมพลิจูดสูงถึง 200µm อย่างต่อเนื่องในรูปแบบการทำงาน 24/7 ได้อย่างง่ายดาย กำลังและความทนทานของเครื่องอัลตราโซนิก Hielscher ช่วยให้มั่นใจได้ว่าจะได้ผลผลิตสูง อัตราการสกัดรวดเร็ว และการสกัดที่สมบูรณ์ยิ่งขึ้น – เหนือกว่ากระบวนการสกัดแบบดั้งเดิม
เครื่องประมวลผลอัลตราโซนิกของเราสามารถใช้ร่วมกับวิธีสกัดแบบดั้งเดิม เช่น การสกัดแบบ Soxhlet หรือการสกัดด้วย CO2 ภาวะเหนือวิกฤต สามารถติดตั้งเพิ่มเติมเข้ากับสายการผลิตที่มีอยู่ได้อย่างง่ายดาย

เอกสารวิชาการ / เอกสารอ้างอิง

• Dent M., Dragović-Uzelac V., Elez Garofulić I., Bosiljkov T., Ježek D., Brnčić M. (2015): Comparison of Conventional and Ultrasound Assisted Extraction Techniques on Mass Fraction of Phenolic Compounds from sage (Salvia officinalis L.). Chem. Biochem. Eng. Q. 29(3), 2015. 475–484.
• 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.

ข้อเท็จจริงที่ควรทราบ

การสกัดด้วยอัลตราโซนิกโดยอาศัยคาวิเทชัน

คลื่นอัลตราซาวนด์ความเข้มสูงก่อให้เกิด คาวิเทชันจากคลื่นเสียงในของเหลว. แรงเฉือนจากคาวิเทชันทำลายผนังเซลล์และเยื่อหุ้ม ทำให้วัสดุภายในเซลล์ถูกปลดปล่อยออกมา การสกัดด้วยอัลตราโซนิกช่วยให้ตัวทำละลายแทรกซึมเข้าไปในเนื้อเยื่อพืชได้มากขึ้นและปรับปรุงการถ่ายเทมวล ด้วยเหตุนี้ การสกัดด้วยอัลตราโซนิกจึงเพิ่มประสิทธิภาพกระบวนการสกัดอย่างมีนัยสำคัญ ส่งผลให้ได้ผลผลิตสูงขึ้น อัตราการสกัดเร็วขึ้น และการสกัดสมบูรณ์ยิ่งขึ้น

ระบบตัวทำละลาย

มีระบบตัวทำละลายหลากหลายชนิดสำหรับการสกัดสารออกฤทธิ์ทางชีวภาพจากวัสดุพืช สำหรับการสกัดสารประกอบที่ชอบน้ำ ส่วนใหญ่จะเลือกตัวทำละลายมีขั้ว เช่น เมทานอล เอทานอล หรือเอทิลอะซีเตต ขณะที่การสกัดสารประกอบที่ชอบไขมัน (เช่น ลิพิด) นิยมใช้ระบบตัวทำละลาย เช่น ไดคลอโรมีเทน หรือไดคลอโรมีเทน/เมทานอล (v/v 1:1) เฮกเซนมักใช้เป็นตัวทำละลายสำหรับการสกัดคลอโรฟิลล์

สารออกฤทธิ์ทางชีวภาพคืออะไร?

สารออกฤทธิ์ทางชีวภาพหรือสารพฤกษเคมี หมายถึงสารที่มีผลต่อสิ่งมีชีวิต เนื้อเยื่อ หรือเซลล์ สารที่มีฤทธิ์ทางชีวภาพรวมถึงยาปฏิชีวนะ เอนไซม์ และวิตามิน สารออกฤทธิ์ทางชีวภาพ เช่น แคโรทีนอยด์และพอลิฟีนอล สามารถสกัดได้จากผลไม้ ใบพืช และผัก เป็นต้น ส่วนไฟโตสเตอรอลพบในน้ำมันพืช
สารออกฤทธิ์ทางชีวภาพที่ได้จากพืช ได้แก่ ฟลาโวนอยด์ คาเฟอีน แคโรทีนอยด์ โคลีน ไดไทโอลไทโอน ไฟโตสเตอรอล พอลิแซ็กคาไรด์ ไฟโตเอสโตรเจน กลูโคซิโนเลต พอลิฟีนอล และแอนโทไซยานิน สารออกฤทธิ์ทางชีวภาพหลายชนิดได้รับการให้คุณค่าเนื่องจากทำหน้าที่เป็นสารต้านอนุมูลอิสระ จึงถือว่ามีประโยชน์ต่อสุขภาพ

จะเลือกตัวทำละลายสำหรับการสกัดที่ดีที่สุดได้อย่างไร?

แนวทางด้านล่างช่วยให้คุณเลือกตัวทำละลายที่เหมาะสมสำหรับการสกัดจากพืชด้วยอัลตราโซนิก เนื่องจากการใช้คลื่นอัลตราโซนิกเข้ากันได้กับตัวทำละลายมาตรฐานทุกชนิด คุณจึงสามารถเลือกตัวทำละลายที่เหมาะสมที่สุดกับวัตถุดิบพืช สารพฤกษเคมีเป้าหมาย และความคุ้มค่าด้านต้นทุน

• ความเลือกจำเพาะ: เลือกตัวทำละลายที่ละลายสารประกอบที่ต้องการได้อย่างจำเพาะ โดยทิ้งองค์ประกอบที่ไม่ต้องการไว้ ตัวอย่างเช่น ใช้เอทานอลสำหรับสารประกอบมีขั้ว เช่น แอลคาลอยด์และฟลาโวนอยด์
• ความสามารถในการละลาย: เลือกตัวทำละลายที่มีขั้วใกล้เคียงกับตัวถูกละลาย ตามหลักการ “สารที่คล้ายกันย่อมละลายกันได้” ตัวทำละลายมีขั้ว (เช่น น้ำ เอทานอล) ละลายสารประกอบมีขั้ว ส่วนตัวทำละลายไม่มีขั้ว (เช่น เฮกเซน) ละลายสารประกอบไม่มีขั้ว เช่น ลิพิดและน้ำมัน
• ต้นทุน: พิจารณาความคุ้มค่าด้านต้นทุนของตัวทำละลาย ตัวทำละลายบางชนิดอาจมีราคาสูงกว่า แต่ให้ผลผลิตสูงกว่าหรือมีความเลือกจำเพาะดีกว่า จึงช่วยให้ต้นทุนการสกัดโดยรวมสมดุล
• ความปลอดภัย: ตรวจสอบให้แน่ใจว่าตัวทำละลายปลอดภัยต่อการใช้และการจัดการ ปัจจัยที่ต้องพิจารณา ได้แก่ ความเป็นพิษ ความไวไฟ และผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อม ตัวอย่างเช่น น้ำและเอทานอลเป็นทางเลือกที่ปลอดภัยกว่าคลอโรฟอร์มหรือโทลูอีน

ความมีขั้วและการเลือกตัวทำละลาย
ตามกฎความคล้ายคลึงและการผสมเข้ากันได้ ตัวทำละลายที่มีค่าความมีขั้วใกล้เคียงกับความมีขั้วของตัวถูกละลายมีแนวโน้มให้ผลดีกว่า ตัวอย่างมีดังนี้:

• ตัวทำละลายมีขั้ว: น้ำ เอทานอล เมทานอล – ใช้สกัดสารประกอบมีขั้ว เช่น แอลคาลอยด์ ฟลาโวนอยด์ ไกลโคไซด์ และโปรตีน
• ตัวทำละลายที่มีขั้วปานกลาง: อะซีโตน เอทิลอะซีเตต ไอโซโพรพานอล – เหมาะสำหรับสกัดสารประกอบหลากหลายชนิด รวมถึงสารประกอบฟีนอลิกและแอลคาลอยด์บางชนิด
• ตัวทำละลายไม่มีขั้ว: เฮกเซน โทลูอีน ปิโตรเลียมอีเทอร์ – เหมาะอย่างยิ่งสำหรับสกัดสารประกอบไม่มีขั้ว เช่น ลิพิด ไข เทอร์พีน และน้ำมันหอมระเหย

ตัวอย่างการใช้ตัวทำละลาย

• เอทานอล: หนึ่งในตัวทำละลายที่ใช้กันมากที่สุดสำหรับการสกัดจากพืช เอทานอลเป็นตัวทำละลายมีขั้ว จึงละลายสารประกอบมีขั้ว เช่น แอลคาลอยด์และฟลาโวนอยด์
• น้ำ: ตัวทำละลายสากล ซึ่งมักใช้สกัดสารประกอบที่ชอบน้ำ เช่น พอลิแซ็กคาไรด์ โปรตีน และไกลโคไซด์บางชนิด
• เมทานอล: ตัวทำละลายที่มีขั้วสูง ซึ่งมีประสิทธิภาพในการสกัดสารประกอบจากพืชหลากหลายชนิด รวมถึงสารประกอบฟีนอลิก ฟลาโวนอยด์ และแอลคาลอยด์บางชนิด
• เฮกเซน: ตัวทำละลายไม่มีขั้ว ซึ่งใช้เป็นหลักในการสกัดสารประกอบไม่มีขั้ว เช่น ลิพิด ไข และน้ำมันหอมระเหย
• อะซีโตน: อะซีโตนเป็นตัวทำละลายมีขั้วชนิดไม่ให้โปรตอน ซึ่งมีประสิทธิภาพในการสกัดสารประกอบจากพืชหลากหลายชนิด โดยเฉพาะสารประกอบที่มีขั้วน้อยกว่าสารที่สกัดด้วยน้ำหรือเมทานอล
• ไอโซโพรพานอล: ตัวทำละลายมีขั้วคล้ายเอทานอล ซึ่งนิยมใช้สกัดน้ำมันหอมระเหย เรซิน และแอลคาลอยด์บางชนิด
• คลอโรฟอร์ม: ตัวทำละลายไม่มีขั้ว ซึ่งมีประสิทธิภาพในการสกัดแอลคาลอยด์ เทอร์พีนอยด์ และไกลโคไซด์บางชนิด มีการใช้น้อยกว่าเนื่องจากความเป็นพิษ
• เอทิลอะซีเตต: ตัวทำละลายที่มีขั้วปานกลาง ซึ่งใช้สกัดสารประกอบหลายชนิด รวมถึงฟลาโวนอยด์ แอลคาลอยด์ และสารประกอบฟีนอลิก
• โทลูอีน: ตัวทำละลายไม่มีขั้ว ซึ่งใช้สกัดสารประกอบไม่มีขั้ว เช่น น้ำมันหอมระเหย เทอร์พีน และไข
• บิวทานอล: ตัวทำละลายที่มีขั้วปานกลาง ซึ่งมีประสิทธิภาพในการสกัดสารประกอบที่มีขั้วปานกลาง รวมถึงไกลโคไซด์และซาโปนินบางชนิด
• ปิโตรเลียมอีเทอร์: ตัวทำละลายไม่มีขั้ว ซึ่งใช้เป็นหลักในการสกัดไขมัน น้ำมัน และสารประกอบไม่มีขั้วชนิดอื่นจากวัสดุพืช

ตัวทำละลายต่อไปนี้ได้รับการทดสอบในงานวิจัยที่ศึกษาการสกัดวัสดุพืชและสารพฤกษเคมีเฉพาะชนิดด้วยอัลตราโซนิก

ตัวทำละลายอินทรีย์คืออะไร?

ตัวทำละลายอินทรีย์เป็นสารประกอบอินทรีย์ระเหยง่าย (VOC) ชนิดหนึ่ง VOC เป็นสารเคมีอินทรีย์ที่ระเหยเป็นไอที่อุณหภูมิห้อง
สารประกอบอินทรีย์ที่ใช้เป็นตัวทำละลาย ได้แก่:

• สารประกอบอะโรมาติก เช่น เบนซีนและโทลูอีน
• แอลกอฮอล์ เช่น เมทานอล
• เอสเทอร์และอีเทอร์
• คีโตน เช่น อะซีโตน
• เอมีน
• ไฮโดรคาร์บอนที่ผ่านไนเตรชันและฮาโลจิเนชัน

ตัวทำละลายอินทรีย์หลายชนิดจัดเป็นสารพิษหรือสารก่อมะเร็ง หากจัดการอย่างไม่ถูกต้อง อาจเป็นอันตรายต่อมนุษย์และปนเปื้อนอากาศ น้ำ และดินได้ ด้วยกลไกอันทรงพลังของการสกัดด้วยอัลตราโซนิก จึงสามารถหลีกเลี่ยงการใช้ตัวทำละลายอินทรีย์ โดยแทนที่ด้วยตัวทำละลายที่อ่อนโยนกว่าและไม่เป็นพิษ