กระบวนการสกัดสารสำคัญจากพืชสมุนไพรด้วยเทคนิค Green Extraction Green Extraction Techniques of Bioactive Compounds from Herbal Plants

กระบวนการสกัดสารสำคัญจากพืชสมุนไพรด้วยเทคนิค ‘Green Extraction’
Green Extraction Techniques of Bioactive Compounds from Herbal Plants

By:  ผศ.ดร. ดลพร ว่องไวเวช
Asst. Prof. Donporn Wongwaiwech, Ph.D.
Faculty of Science and Agricultural Technology
Rajamangala University of Technology Lanna Tak
donporn@rmutl.ac.th

รศ.ดร. อัจฉรา ดลวิทยาคุณ
Assoc. Prof. Achara Dholvitayakhun, Ph.D.
Faculty of Science and Agricultural Technology
Rajamangala University of Technology Lanna Tak
achara_d@rmutl.ac.th

สุภัตรา สิริสถิรสุนทร
Suphattra Sirisathirasunthon
Faculty of Science and Agricultural Technology
Rajamangala University of Technology Lanna Tak
suphattra.si@rmutl.ac.th

 
การสกัดพืชสมุนไพรด้วยวิธีที่เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม
          จากข้อจำกัดของการสกัดแบบดั้งเดิม จึงทำให้มีการพัฒนาเทคนิคการสกัดร่วมและเทคนิคการสกัดที่เป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อม (Green extraction techniques) เพื่อลดผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อมจากกระบวนการสกัด และส่งผลให้ผลิตภัณฑ์สุดท้ายมีความปลอดภัยต่อการบริโภค จึงขอยกตัวอย่างกระบวนการสกัดที่น่าสนใจและกำลังได้รับความนิยม ดังนี้

- การสกัดด้วยคลื่นไมโครเวฟช่วยสกัด (Microwave-assisted extraction; MAE) เป็นเทคนิคการสกัดที่ทันสมัย โดยใช้พลังงานไมโครเวฟในการแยกสารออกจากตัวอย่าง วิธีนี้จะใช้หลักการทำความร้อนด้วยคลื่นไมโครเวฟที่มีความถี่ระหว่าง 300 MHz ถึง 300 GHz กับตัวอย่างที่ต้องการสกัด โดยพลังงานไมโครเวฟจะเปลี่ยนเป็นพลังงานความร้อนแล้วถ่ายเทให้แก่ตัวอย่างที่ต้องการสกัดโดยตรง จึงทำให้เกิดความร้อนยิ่งยวดภายในและส่งผลให้โครงสร้างของเซลล์เสียหายจนทำให้อัตราการแพร่สูงขึ้น และเกิดการปลดปล่อยสารสำคัญไปสู่ตัวทำละลายได้ดีขึ้น

- การสกัดด้วยของเหลวที่มีความดันสูง (Pressurized Liquid Extraction; PLE) หรือการสกัดโดยใช้ตัวทำละลายในสภาวะเร่ง (Accelerated Solvent Extraction; ASE) เป็นกระบวนการที่ช่วยให้ตัวทำละลายอยู่ในสภาวะที่มีอุณหภูมิและความดันสูงซึ่งต้องมากกว่าจุดเดือดของตัวทำละลาย และเพื่อให้ตัวทำละลายอยู่ในสถานะของเหลว รวมถึงความดันของระบบการสกัดจะต้องมีค่าสูงขึ้นตามไปด้วย โดยสภาวะความดันสูงจะทำให้ตัวทำละลายอินทรีย์อยู่ใกล้กับพื้นที่ supercritical regions of the phase diagram จึงส่งผลให้ตัวทำละลายสามารถแทรกซึมเข้าสู่เมทริกซ์ตัวอย่างได้ดีขึ้น ซึ่งจะช่วยเพิ่มอัตราการถ่ายเทมวล รวมถึงลดระยะเวลาในการสกัดและการใช้ตัวทำละลาย

- การสกัดด้วยคลื่นอัลตราซาวนด์ (Ultrasound-assisted extraction; UAE) อาศัยหลักการคลื่นเสียงความถี่สูงเพื่อสร้างคลื่นอัดและลดความดันในตัวอย่าง ซึ่งทำให้เกิดฟองอากาศที่ทำลายโครงสร้างเซลล์และช่วยให้ตัวทำละลายสามารถแทรกซึมเข้าสู่ตัวอย่างได้ดียิ่งขึ้น

- การสกัดด้วยสนามไฟฟ้าแบบพัลส์ (Pulsed Electric Field Extraction; PEFE) เป็นกระบวนการที่ไม่ใช้ความร้อน โดยอาศัยหลักการส่งสัญญาณไฟฟ้าผ่านเซลล์ที่ช่วยเพิ่มความสามารถในการแยกสารสำคัญออกจากพืช โดยใช้ระยะเวลาในการสกัดและใช้ตัวทำละลายลดลง จึงทำให้ PEFE อาจเป็นวิธีการสกัดที่ดีอีกวิธีหนึ่งในระดับอุตสาหกรรม

- การสกัดด้วยการใช้เอนไซม์ช่วยสกัด (Enzyme-assisted extraction; EAE) โดยใช้เอนไซม์ในการทำลายผนังเซลล์พืชจึงสามารถปลดปล่อยสารสำคัญภายในเซลล์ออกมาได้ โดยปัจจัยหลักที่ส่งผลต่อประสิทธิภาพในการสกัดของ EAE คือ ขนาดของอนุภาคตัวอย่างและชนิดของเอนไซม์ที่ใช้ ซึ่งการสกัดด้วยการใช้เอนไซม์ช่วยสกัดได้มีผลงานวิจัยรองรับมากมาย จึงแสดงให้เห็นถึงความสามารถของเทคนิคนี้ในการเพิ่มปริมาณสารสำคัญจากการสกัดพืชหลายชนิด

Environmentally Friendly Extraction Techniques for Herbal Plants
          Due to the limitations of conventional extraction methods, the development of integrated extraction techniques and green extraction techniques has emerged to reduce the environmental effect of the extraction process. Here are a few examples of popular and interesting extraction methods.

- Microwave-assisted extraction (MAE) is a modern extraction technique that uses microwave energy to separate compounds from samples. This method applies microwave heating, with frequencies ranging from 300 MHz to 300 GHz, to the extracted sample. The microwave energy is converted into thermal energy and transferred directly to the sample, resulting in superheating inside the sample. This damages the cellular structure, increases diffusion rates, and facilitates the release of active compounds into the solvent more effectively.

- Pressurized Liquid Extraction (PLE), also known as Accelerated Solvent Extraction (ASE), is a process that allows solvents to remain in a high-temperature and high-pressure state, which exceeds the solvent’s boiling point while maintaining it in a liquid state. The system’s pressure must also be increased accordingly. Under high-pressure conditions, the organic solvent approaches the supercritical regions of the phase diagram, which enhances the solvent’s ability to penetrate the sample matrix. This improves mass transfer rates, reduces extraction time, and minimizes solvent usage.

- Ultrasound-assisted extraction (UAE) relies on high-frequency sound waves to generate compression and rarefaction waves in the sample. These waves cause cavitation (the formation of bubbles) that disrupt the cell structure and enhance the solvent’s ability to penetrate the sample more effectively.

- Pulsed Electric Field Extraction (PEFE) is a non-thermal process that uses electric pulses to disrupt the cells, increasing the efficiency of extracting active compounds from plants. PEFE reduces the extraction time and the amount of solvent used, making it a potentially efficient method for industrial-scale extraction.

- Enzyme-assisted extraction (EAE) uses enzymes to break down plant cell walls, releasing active compounds from within the cells. The main factors affecting the efficiency of EAE are particle size and the type of enzyme used. Numerous studies have demonstrated the effectiveness of this technique in increasing the yield of active compounds from various plants, highlighting its potential in extraction processes.