植物の有効成分の抽出における超音波技術に関する研究

緑の抽出を達成するという産業目標によって推進され、マイクロ波抽出、超臨界流体抽出、超音波抽出などの新しい抽出技術が現れています。これらの新しい技術は、換金作物の商業開発を大いに促進しています。近年、超音波抽出技術は食品産業の分野で急速に発展しています。この技術は、製品の品質を改善するだけでなく、生産コストを削減し、生産効率と安全性を向上させることもできます。超音波波は、物質移動速度を増加させる過程で、高温環境で熱感受性物質が破壊されるのを効果的に防ぐことができます。キャビテーション効果、機械的効果などを通じて細胞内腺を継続的に刺激し、それにより有効成分の迅速な放出を促進します。この技術は、有機溶媒の使用を削減し、生物活性化合物の純度を改善し、処理時間と運用コストを節約できます。したがって、超音波支援抽出技術は、グリーン生産、持続可能な開発、環境保護における人間のニーズを満たしています。植物の有効成分の抽出に超音波を適用することは、そのユニークな利点のために注目を集めています。また、研究者は、より良い抽出性能を実現するために、超音波技術と他のさまざまな抽出装置を常に組み合わせようとしています。より一般的な超音波溶媒抽出法に加えて、超音波ソクスレット抽出、超音波溶解性抽出、超音波水蒸留抽出、超音波微生物抽出、および超音波副臨界二酸化炭素抽出もあります。

超音波抽出の原則

超音波は、20 kHzを超える周波数を持つ音波として定義され、人間の聴覚検出の限界を超えています。超音波は、エネルギー密度が高い機械的波です。その音エネルギー出力源は通常、振動するオブジェクトであり、周囲の媒体が振動し、他の隣接する粒子にエネルギーを伝達する可能性があります。超音波が培地を通過すると、粒子の縦方向の変位が引き起こされます。これらの密な分子効果は、細胞壁の損傷を引き起こし、培地内の有効な物質の物質移動速度を加速し、それにより抽出速度を改善する目的を達成します。超音波抽出は、単一の作用メカニズムに依存するのではなく、機械的断片化、熱効果、キャビテーション効果などの複数の物理メカニズムを通じて連続的または同時に機能します。固形液体混合物のホモジネートでは、液体媒体中の音響キャビテーションによって生成されるマイクロビームと微量乱流は、強力な機械的障害を引き起こし、それにより粒子間の衝突を強化し、いくつかの脆性材料の分解と局所破裂に簡単につながる可能性があります。一方、粒子サイズの縮小により、固体粒子の物質移動速度と固体相と液相の間の接触面積が増加し、サンプルマトリックスの内容物の溶解を加速するのに役立ちます。

キャビテーション効果は、液体中の超音波の伝播と振動によって引き起こされるユニークで複雑な物理的現象です。一般に、液体中のキャビテーション気泡の形成、膨張、破裂のプロセスを指します。簡単に言えば、高強度の超音波が適用されると、中分子間の引力が臨界値を超え、それによって液体の高いせん断応力を生成し、その後キャビテーション気泡を形成する可能性があります。 1キャビテーションバブルは、マトリックスの表面近くに形成されます。連続的な圧縮抑制係数サイクルを経た後、キャビテーションバブルは圧縮サイクル中に破裂し、短期熱エネルギーを生成し、それによりマトリックスの表面に高速マイクロジェット液を形成し、強い衝撃波を生成します。このプロセスは、周囲の局所温度を約5,000 kにすることができ、瞬時の圧力は50〜1000 atmに達する可能性があります。形成された高圧および高温環境は、植物マトリックスの細胞壁を破壊し、それにより細胞内物質を溶液に放出します。油抽出の前後に採取したバジルの葉の走査型電子顕微鏡画像から、より鮮明に観察することができます。抽出前に、葉の腺は滑らかでいっぱいです。抽出後、それらは収縮し始めますが、腺構造はそのままのままです。また、超音波アシスト抽出後、腺は完全に壊れており、すべての内容物が放出されます。

2植物活性物質の抽出における超音波結合技術の適用

超音波結合溶媒抽出法

超音波溶媒抽出法は一般に、エネルギー透過媒体として有機溶媒を使用します。つまり、抽出する標的化合物の特性に従って異なる極性の溶媒が選択され、溶媒はサンプルマトリックスと完全に混合され、超音波介入が適用されます。この方法では、他の機器の参加は必要ありません。固体混合物は、抽出のために超音波デバイスに直接配置されます。超音波波は、液体媒体を介してサンプルマトリックスにエネルギーを均等に伝達し、それにより抽出速度を改善する目的を達成します。これは、超音波抽出における最も伝統的でシンプルで経済的な方法です。

超音波抽出装置には、超音波水浴とプローブ超音波装置の2種類があります。両方のシステムは、超音波源としてトランスデューサーに基づいています。超音波水浴は通常、約40 kHzの周波数で動作し、温度制御装置を装備しています。機器は比較的安価で、同時に多数のサンプルを処理できます。しかし、超音波浴に含まれる水と使用されるガラス製品は、透過された超音波エネルギーを大幅に弱めます。プローブタイプの超音波システムは、通常、抽出アプリケーションの最初の選択肢です。超音波エネルギーは小さな表面（液体表面の下に浸漬されたプローブ先端）を通って伝達されるため、生成された超音波エネルギーは抽出培地に直接伝達されるため、超音波エネルギー損失は小さくなります。プローブシステムによって液体培地に伝達される超音波の強度により、固形液混合物の温度が急速に上昇するため、抽出に二重層シェル凝縮ガラス製品を使用する必要があります。

多くの国内学者は、このシンプルで経済的な方法を使用して、植物サンプルからさまざまな活性物質を抽出し、良い結果を達成しました。 Liu Yanyanは、Huoshan Dendrobium多糖の超音波アシスト抽出を使用しました。最適な抽出パラメーターでは、多糖の収率は19。96 mg/gに達する可能性があります。 Niu Sikunは、金色の耳クマリンの超音波アシスト抽出を使用し、黄金の耳菌菌菌の総クマリンの抽出速度は最大0.85％に達しました。溶媒抽出と比較して、超音波溶媒抽出は、ターゲット製品の抽出効率を大幅に改善し、有機溶媒の消費を減らし、抽出物の活性を破壊するのは容易ではありません。それにもかかわらず、この方法は依然として一定の量の有機溶媒を消費します。これにより、ある程度の環境汚染が発生し、得られた抽出物の有機残基は製品の品​​質に大きく影響します。したがって、近年、一部の学者は、植物からさまざまな活性成分を抽出するために超音波アシスト方法と組み合わせて、従来の抽出溶媒と組み合わせて、低い共晶溶媒を使用して従来の抽出溶媒を置き換えようとし始めており、良い結果を達成しています。低共構成溶媒は、環境に優しいイオン液体の新しいタイプであり、水素結合受容体と水素結合ドナーの組み合わせによって形成される共晶混合物であり、単一の成分よりも低い融点です。低共感化溶媒は、毒性がなく、安価で、準備が簡単で、生分解性が良好です。それらは、植物の有効成分を抽出するのに理想的な溶媒です。 Wang et al。超音波アシストの低い共受剤溶媒を使用して、小さな葉のクローブからエキナセアグリコシドとオレウロペインを抽出しました。塩化コリン/グリセロール（1：2、モル比）を低共液溶媒として使用し、固液比は20 g/ml、温度は68℃、水分含有量は20％、超音波は45分で、エキナセアglycosisと86.04％の抽出速度は45分でした。従来の有機試薬の抽出結果よりも大幅に優れています。 Ni Yujiao et al。超音波アシストの低い共受剤溶媒を使用して、海のバックソーン種子の食事からフェノール物質を取得しました。結果は、同じ抽出時間の下で、この方法のポリフェノール収率は、熱い還流抽出のポリフェノール収率の1.6倍であることを示しました。