การสกัดเควอซิทินด้วยอัลตราซาวนด์

เควอซิทินเป็นหนึ่งในพอลิฟีนอลจากพืชที่ได้รับการศึกษาอย่างกว้างขวางที่สุด มีคุณค่าจากฤทธิ์ต้านอนุมูลอิสระและบทบาทในผลิตภัณฑ์เสริมอาหาร อาหารเชิงหน้าที่ และโภชนเภสัช เนื่องจากเควอซิทินและไกลโคไซด์ของเควอซิทิน (เช่น รูทิน ไอโซเควอซิทิน) ไวต่อความร้อนและการออกซิเดชัน การผลิตสารสกัดที่มีความบริสุทธิ์สูงจึงต้องใช้เทคนิคการสกัดที่มีประสิทธิภาพ แต่อ่อนโยนและไม่ใช้ความร้อน ซึ่งเป็นจุดที่การสกัดเควอซิทินด้วยอัลตราซาวนด์มีความโดดเด่นอย่างแท้จริง

อัลตราซาวนด์สมรรถนะสูงสำหรับสารสกัดเควอซิทินคุณภาพสูง

การสกัดโดยใช้อัลตราซาวนด์ช่วย (UAE) ใช้คลื่นอัลตราซาวนด์กำลังสูงที่มีความถี่ต่ำเพื่อทำลายผนังเซลล์พืชด้วยกลไกทางกายภาพและเพิ่มการถ่ายเทมวลอย่างมาก ทำให้เควอซิทินถูกปลดปล่อยเข้าสู่ตัวทำละลายภายในเวลาไม่กี่นาทีแทนที่จะใช้เวลาหลายชั่วโมง เมื่อเทียบกับการสกัดแบบแช่ การสกัดแบบ Soxhlet หรือการสกัดแบบแช่โดยใช้ความร้อน การสกัดด้วยอัลตราซาวนด์ให้ผลผลิตสูงกว่า ใช้เวลาในการแปรรูปสั้นกว่า ใช้ตัวทำละลายปริมาตรน้อยกว่า และรักษาฤทธิ์ทางชีวภาพได้ดีกว่า – จึงเป็นทางเลือกที่น่าสนใจสำหรับห้องปฏิบัติการ โรงงานนำร่อง และการผลิตสารสกัดจากพืชและพอลิฟีนอลในระดับอุตสาหกรรม

ผลของการใช้อัลตราซาวนด์ต่อโครงสร้างเซลล์: การทำลายผนังเซลล์ที่เกิดจากอัลตราซาวนด์ช่วยให้เควอซิทินและรูทินถูกปลดปล่อยออกจาก Euonymus alatus
ภาพและงานวิจัย: ©Yang and Zhang, 2008.

เหตุใดเควอซิทินจึงต้องใช้วิธีสกัดที่อ่อนโยน

เควอซิทินพบได้ในผลไม้ ผัก และสมุนไพรหลายชนิด – รวมถึงแอปเปิล หัวหอม เบอร์รี ชา องุ่น และผักใบเขียว เนื่องจากเป็นพอลิฟีนอล/ฟลาโวนอล จึงอาจสลายตัวเมื่อสัมผัสความร้อนเป็นเวลานาน อยู่ในสภาวะด่างจัด หรือสัมผัสตัวทำละลายเป็นเวลานาน ซึ่งทำให้ผลผลิตลดลงและลดคุณภาพของสารสกัดสุดท้าย ดังนั้น วิธีที่อ่อนโยน ไม่ใช้ความร้อน และใช้เวลาสั้นจึงช่วยรักษาทั้งปริมาณและคุณภาพเชิงหน้าที่ (ความสามารถในการต้านอนุมูลอิสระ) ของเควอซิทินที่สกัดได้

การสกัดเควอซิทินด้วยอัลตราซาวนด์ทำงานอย่างไร

บทบาทของคาวิเทชันจากคลื่นเสียง
คลื่นอัลตราซาวนด์ความเข้มสูงทำให้เกิดฟองคาวิเทชันขนาดจุลภาคในของเหลว การยุบตัวอย่างรุนแรงของฟองเหล่านี้ก่อให้เกิดจุดร้อนเฉพาะที่ แรงเฉือน และลำเจ็ตขนาดจุลภาค ซึ่งทำให้ผนังเซลล์พืชแตกและทำให้เมทริกซ์ของเนื้อเยื่อแตกตัว กระบวนการนี้เปิดส่วนภายในเซลล์ที่เก็บเควอซิทินและเร่งการแพร่เข้าสู่ตัวทำละลายที่อยู่โดยรอบ ทำให้สารออกฤทธิ์ถูกปลดปล่อยได้เร็วขึ้นและสมบูรณ์ยิ่งขึ้น

ลำดับขั้นตอนทั่วไปสำหรับการสกัดเควอซิทินด้วยอัลตราซาวนด์

1. การเตรียม: บด ตัด หรือทำแห้งแบบเยือกแข็งวัตถุดิบพืช (เช่น ใบ เปลือก เมล็ด) เพื่อเพิ่มพื้นที่ผิว
2. การเลือกตัวทำละลาย: เลือกตัวทำละลายเกรดอาหารที่เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม เช่น น้ำ เอทานอล หรือส่วนผสมน้ำ–เอทานอล
3. การใช้อัลตราซาวนด์: สกัดในโหมดแบตช์ (พร้อมการกวน) หรือในโหมดเซลล์ไหลต่อเนื่องเป็นเวลา 5–30 นาที
4. การแยก: กรองหรือปั่นเหวี่ยงสารสกัดและเก็บของเหลวที่มีเควอซิทินสูง
5. การทำให้เข้มข้น / การทำให้บริสุทธิ์: อาจทำแห้ง ตกตะกอน หรือทำให้บริสุทธิ์ตามความจำเป็น

หมายเหตุ: เวลา แอมพลิจูด และอัตราส่วนตัวทำละลายที่ใช้โดยเฉพาะขึ้นอยู่กับชนิดพืชและเมทริกซ์เป้าหมาย – ผู้เชี่ยวชาญด้านกระบวนการของเราสามารถช่วยคุณปรับพารามิเตอร์ของกระบวนการให้เหมาะสมกับวัตถุดิบของคุณได้

กรณีศึกษา: การสกัดเควอซิทินโดยใช้อัลตราซาวนด์ช่วย

Sharifi et al. (2017) แสดงให้เห็นว่าการสกัดด้วยอัลตราซาวนด์เป็นวิธีที่มีประสิทธิภาพและใช้ได้จริงในการสกัดฟลาโวนอยด์ เช่น เควอซิทิน จากพืชสมุนไพร โดยใช้ Hielscher UP400St (400W ดูภาพด้านซ้าย) ที่การตั้งค่าแอมพลิจูด 50% นำใบหัวไชเท้า (Raphanus Sativus) ใส่ในเมทานอลและใช้อัลตราซาวนด์เป็นเวลา 10 นาที ซึ่งให้ผลผลิตเควอซิทิน 11.8% ในแง่ของผลผลิต ความเหนือกว่าของการสกัดโดยใช้อัลตราซาวนด์ช่วยเมื่อเทียบกับเทคนิคทั่วไป เช่น การสกัดแบบแช่ การสกัดแบบ Soxhlet และการสกัดแบบแช่โดยใช้ความร้อน การสกัดด้วยอัลตราซาวนด์โดดเด่นด้วยผลผลิตที่สูงกว่า เวลาสกัดที่สั้นกว่าอย่างมีนัยสำคัญ และปริมาณตัวทำละลายที่น้อยกว่า การใช้คลื่นอัลตราซาวนด์ทำให้เกิดคาวิเทชัน ซึ่งทำลายผนังเซลล์ของวัตถุดิบพืชและส่งเสริมการถ่ายเทมวล ดังนั้น การสกัดด้วยอัลตราซาวนด์จึงมีประสิทธิภาพมากกว่าวิธีดั้งเดิมและโดดเด่นในการสกัดเควอซิทินจากเมทริกซ์อินทรีย์ แม้การสกัดด้วยอัลตราซาวนด์จะใช้เวลาเพียง 10 นาที – เมื่อเทียบกับเวลาสกัด 24 ชั่วโมงสำหรับการสกัดแบบแช่ 60 นาทีสำหรับการสกัดแบบแช่โดยใช้ความร้อน และ 24 ชั่วโมงสำหรับการสกัดแบบ Soxhlet – ปริมาณเควอซิทินที่สกัดได้ด้วยอัลตราซาวนด์ก็สูงกว่าปริมาณที่ได้จากการสกัดแบบแช่โดยใช้ความร้อน การสกัดแบบแช่ และการสกัดแบบ Soxhlet

การสกัดด้วยอัลตราซาวนด์ (UAE) ให้ผลผลิตเควอซิทินสูงกว่าอย่างมีนัยสำคัญในเวลาสกัดที่สั้นกว่าเมื่อเทียบกับวิธีสกัดทั่วไป
ที่มา: Sharifi at al., 2017

อุปกรณ์สกัดด้วยอัลตราซาวนด์

Hielscher Ultrasonics เชี่ยวชาญในการผลิตเครื่องประมวลผลด้วยอัลตราซาวนด์สมรรถนะสูงสำหรับการผลิตสารสกัดคุณภาพสูงจากพืช
Hielscher มีผลิตภัณฑ์หลากหลาย ตั้งแต่เครื่องอัลตราซาวนด์สำหรับห้องปฏิบัติการขนาดเล็กที่มีกำลังสูง ไปจนถึงระบบตั้งโต๊ะที่ทนทานและระบบสำหรับงานอุตสาหกรรมเต็มรูปแบบ ซึ่งให้คลื่นอัลตราซาวนด์ความเข้มสูงสำหรับการสกัดและแยกสารออกฤทธิ์ทางชีวภาพอย่างมีประสิทธิภาพ (เช่น พอลิฟีนอล จินเจอรอล, พิเพอรีน, เคอร์คูมิน เป็นต้น) อุปกรณ์อัลตราซาวนด์ทุกรุ่นตั้งแต่ 200 วัตต์ถึง 16,000 วัตต์มีจอสีสำหรับการควบคุมแบบดิจิทัล การ์ด SD ในตัวสำหรับการบันทึกข้อมูลอัตโนมัติ การควบคุมระยะไกลผ่านเบราว์เซอร์ และคุณสมบัติที่ใช้งานสะดวกอีกมากมาย โซโนโทรดและเซลล์ไหล (ชิ้นส่วนที่สัมผัสกับตัวกลาง) สามารถฆ่าเชื้อด้วยหม้อนึ่งความดันและทำความสะอาดได้ง่าย เครื่องอัลตราซาวนด์ทั้งหมดของเราออกแบบมาสำหรับการทำงานตลอด 24/7 ต้องการการบำรุงรักษาน้อย และใช้งานง่ายและปลอดภัย
จอสีดิจิทัลช่วยให้ควบคุมเครื่องอัลตราซาวนด์ได้สะดวก ทำให้สามารถปรับกระบวนการได้อย่างแม่นยำ ระบบของเราสามารถให้แอมพลิจูดตั้งแต่ระดับต่ำจนถึงระดับสูงมาก สำหรับการสกัดพอลิฟีนอล เช่น เควอซิทิน เรามีโซโนโทรดอัลตราซาวนด์พิเศษ (หรือที่เรียกว่าโพรบหรือฮอร์นอัลตราซาวนด์) ซึ่งได้รับการปรับให้เหมาะสมสำหรับการแยกสารออกฤทธิ์คุณภาพสูงอย่างอ่อนโยน ความทนทานของเครื่องอัลตราซาวนด์ Hielscher ช่วยให้ทำงานได้ตลอด 24/7 ภายใต้ภาระงานหนักและในสภาพแวดล้อมที่มีข้อกำหนดการใช้งานสูง
การควบคุมพารามิเตอร์ของกระบวนการอัลตราซาวนด์อย่างแม่นยำช่วยให้มั่นใจได้ถึงความสามารถในการทำซ้ำและการทำให้กระบวนการเป็นมาตรฐาน