บริการสกัดด้วยคลื่นอัลตราโซนิก (Ultrasonic-Assisted Extraction Service)

ลดเวลาและความร้อนที่สารต้องเจอ

ปัญหาของการสกัดแบบดั้งเดิมที่ไม่ค่อยมีใครพูดถึง

การสกัดด้วยตัวทำละลายแบบมาตรฐานอาศัยเวลาและความร้อนเป็นตัวช่วยหลัก ตัวทำละลายต้องค่อย ๆ ซึมเข้าไปในเนื้อพืช ละลายสารที่ต้องการ แล้วแพร่กลับออกมา กระบวนการนี้ใช้เวลาหลายชั่วโมงและมักต้องให้ความร้อนเพื่อเร่ง

ปัญหาที่ตามมามีสามข้อ ข้อแรกคือเวลาที่ยาวหมายถึงรอบการผลิตต่อวันน้อยลง ซึ่งกระทบต้นทุนต่อหน่วยโดยตรง ข้อที่สองคือความร้อนที่สะสมนานทำให้สารที่ไวต่อความร้อนเสียหาย แม้อุณหภูมิจะไม่สูงมากก็ตาม เพราะความเสียหายสัมพันธ์กับทั้งอุณหภูมิและระยะเวลา ข้อที่สามคือต้องใช้ตัวทำละลายในปริมาณมากเพื่อให้แพร่ได้ทั่วถึง ซึ่งหมายถึงทั้งค่าตัวทำละลายและค่าพลังงานในการระเหยกลับ

การสกัดด้วยคลื่นอัลตราโซนิกแก้ทั้งสามข้อพร้อมกัน ด้วยการเปลี่ยนวิธีทำให้สารออกจากเซลล์พืช

หลักการทำงาน

คลื่นอัลตราโซนิกคือคลื่นเสียงที่มีความถี่สูงกว่าที่หูมนุษย์ได้ยิน เมื่อคลื่นนี้เดินทางผ่านของเหลว มันสร้างการอัดและการขยายสลับกันอย่างรวดเร็ว

ในจังหวะที่ของเหลวถูกขยาย ความดันในบางจุดจะต่ำลงจนเกิดฟองอากาศขนาดเล็กมาก จากนั้นในจังหวะที่ถูกอัด ฟองเหล่านั้นจะยุบตัวลงอย่างรุนแรง ปรากฏการณ์นี้เรียกว่าคาวิเทชัน (Cavitation)

การยุบตัวของฟองแต่ละลูกปล่อยพลังงานออกมาในบริเวณเล็กมาก ทำให้เกิดแรงกระแทกที่ผนังเซลล์พืชที่อยู่ใกล้ ผนังเซลล์แตกออก และสารที่อยู่ข้างในไหลออกมาสู่ตัวทำละลายโดยตรง โดยไม่ต้องรอให้ตัวทำละลายซึมเข้าไปเอง

ผลในทางปฏิบัติคือ เวลาสกัดสั้นลงอย่างชัดเจน อุณหภูมิที่ต้องใช้ต่ำลง และปริมาณตัวทำละลายที่ต้องใช้ลดลง เพราะไม่ต้องอาศัยการแพร่เป็นกลไกหลัก

เมื่อไรที่วิธีนี้คุ้มค่า

วัตถุดิบราคาสูง เป็นกรณีที่ชัดที่สุด เมื่อวัตถุดิบต้นทางแพง ทุกเปอร์เซ็นต์ของผลผลิตที่เพิ่มขึ้นมีมูลค่าสูง การลงทุนกับวิธีที่ดึงสารออกได้มากกว่าจึงคืนทุนเร็ว

สารที่ไวต่อความร้อน เมื่อสารเป้าหมายเสื่อมสภาพชัดเจนที่อุณหภูมิสูง วิธีนี้ให้ทางเลือกที่ไม่ต้องแลกระหว่างเวลากับคุณภาพ

วัตถุดิบที่มีผนังเซลล์แข็ง เช่น เมล็ด เปลือก และวัสดุที่มีเส้นใยสูง กลุ่มนี้สกัดด้วยวิธีดั้งเดิมได้ผลผลิตต่ำเพราะตัวทำละลายเข้าถึงยาก

งานที่ต้องการลดปริมาณตัวทำละลาย สำหรับแบรนด์ที่ต้องการลดผลกระทบด้านสิ่งแวดล้อมหรือลดต้นทุนการระเหย

เมื่อไรที่ยังไม่จำเป็น

หากวัตถุดิบของคุณราคาไม่สูง สารเป้าหมายทนความร้อนได้ดี และวิธีสกัดปัจจุบันให้ผลผลิตที่ยอมรับได้อยู่แล้ว การเปลี่ยนมาใช้วิธีนี้จะเพิ่มต้นทุนต่อรอบโดยที่ผลตอบแทนไม่ชัดเจน

เราจะคำนวณให้เห็นเป็นตัวเลขก่อนตัดสินใจว่า ส่วนต่างของผลผลิตที่ได้เพิ่มขึ้นคุ้มกับส่วนต่างของค่าบริการหรือไม่ ซึ่งเป็นการคำนวณที่ทำได้จริงหลังจากเดินรอบทดลองเปรียบเทียบ

ข้อควรรู้ที่ผู้ให้บริการมักไม่บอก

พลังงานจากคาวิเทชันเป็นดาบสองคม หากใช้พลังงานสูงเกินไปหรือนานเกินไป มันไม่ได้แค่ทำให้ผนังเซลล์แตก แต่ทำลายโครงสร้างของสารเป้าหมายได้ด้วย

สารที่มีความเสี่ยงเป็นพิเศษคือสารกลุ่มโมเลกุลใหญ่ เช่น โพลีแซ็กคาไรด์และโปรตีน ซึ่งอาจถูกตัดเป็นชิ้นเล็กลงจนคุณสมบัติเปลี่ยน

นี่คือเหตุผลที่เราเดินรอบทดลองเพื่อหาจุดที่พลังงานพอดีสำหรับสารแต่ละชนิด แทนที่จะใช้ค่าสูงสุดเพราะคิดว่ายิ่งแรงยิ่งดี และเป็นเหตุผลที่เราวิเคราะห์สารเป้าหมายทั้งก่อนและหลังทุกรอบทดลอง เพื่อยืนยันว่าสิ่งที่ได้เพิ่มขึ้นคือสารที่ยังสมบูรณ์ ไม่ใช่ชิ้นส่วนที่แตกออกมา

ขั้นตอนการทำงานของเรา

การประเมินความเหมาะสม ดูจากชนิดสารเป้าหมาย ลักษณะโครงสร้างวัตถุดิบ และราคาต้นทุนวัตถุดิบ เพื่อประเมินว่าส่วนต่างที่ได้จะคุ้มหรือไม่

การเตรียมวัตถุดิบ บดให้ได้ขนาดที่เหมาะสม ซึ่งสำหรับวิธีนี้ต่างจากการสกัดแบบดั้งเดิม เพราะไม่ต้องบดละเอียดมากเท่า คลื่นทำหน้าที่ทำลายเซลล์แทน

การทดลองเปรียบเทียบ เดินทั้งวิธีดั้งเดิมและวิธีอัลตราโซนิกคู่กันในรอบทดลอง เพื่อวัดผลผลิต เวลา และคุณภาพสารที่ได้ ให้คุณเห็นตัวเลขจริงก่อนตัดสินใจ

การผลิตจริง เดินตามสภาวะที่ผ่านการทดลอง พร้อมควบคุมอุณหภูมิตลอดรอบ เพราะคาวิเทชันสร้างความร้อนขึ้นเองและต้องระบายออก

การวิเคราะห์และส่งมอบ วิเคราะห์ปริมาณสารสำคัญและตรวจว่าโครงสร้างสารไม่เปลี่ยน พร้อมออกใบรายงานผลรายลอต

สิ่งที่คุณต้องเตรียม

ชื่อพืช ส่วนที่ใช้ และสารเป้าหมาย ปริมาณวัตถุดิบขั้นต่ำต่อรอบที่เราแจ้งให้ทราบหลังประเมินงาน ข้อมูลว่าปัจจุบันใช้วิธีใดและได้ผลผลิตเท่าไร หากมี เพราะเป็นฐานเปรียบเทียบที่ทำให้ประเมินความคุ้มค่าได้แม่นขึ้น และข้อจำกัดเรื่องตัวทำละลายที่ตลาดปลายทางยอมรับ

สิ่งที่คุณจะได้รับ

สารสกัดพร้อมใบรายงานผลวิเคราะห์รายลอต ข้อมูลเปรียบเทียบผลผลิตระหว่างวิธีที่ใช้อยู่กับวิธีนี้ ข้อมูลสภาวะการผลิตที่ใช้จริงเพื่อให้ทำซ้ำได้ และรายงานเวลาที่ใช้จริงต่อรอบสำหรับใช้วางแผนกำลังการผลิต

ตัวแปรที่เราควบคุมในทุกรอบ

เพื่อให้ผลลัพธ์ทำซ้ำได้และปลอดภัยกับสารเป้าหมาย เราควบคุมและบันทึกสี่ตัวแปรทุกครั้ง

ความถี่ของคลื่น กำหนดขนาดของฟองที่เกิดขึ้นและความรุนแรงของการยุบตัว ความถี่ต่ำให้ฟองใหญ่และแรงกระแทกสูง เหมาะกับการทำลายผนังเซลล์ที่แข็ง ส่วนความถี่สูงให้ฟองเล็กและอ่อนโยนกว่า เหมาะกับสารที่บอบบาง

กำลังงานที่ป้อนเข้าไป เป็นตัวแปรที่กระทบสารเป้าหมายมากที่สุด และเป็นตัวที่เราหาจุดพอดีจากรอบทดลอง

ระยะเวลา คลื่นที่กระทำนานเกินไปให้ผลตรงข้ามกับที่ต้องการ เพราะเมื่อผนังเซลล์แตกหมดแล้ว พลังงานที่เหลือจะไปกระทำกับสารที่ปล่อยออกมาแทน

อุณหภูมิของระบบ คาวิเทชันสร้างความร้อนขึ้นเองอย่างต่อเนื่อง หากไม่ระบายออก อุณหภูมิจะไต่ขึ้นจนสารที่เราตั้งใจปกป้องเสียหาย ซึ่งเป็นการเสียประโยชน์หลักของวิธีนี้ไปโดยไม่รู้ตัว

ตัวอย่างการประเมินความคุ้มค่า

สมมติวัตถุดิบต้นทางราคาสูงและวิธีสกัดปัจจุบันให้ผลผลิตระดับหนึ่ง หากคลื่นอัลตราโซนิกเพิ่มผลผลิตขึ้นได้ คำถามคือส่วนต่างของสารสกัดที่ได้เพิ่มขึ้นมีมูลค่ามากกว่าค่าบริการที่เพิ่มหรือไม่

สมการนี้ตอบได้ก็ต่อเมื่อรู้สามตัวเลข คือผลผลิตจากวิธีเดิม ผลผลิตจากวิธีใหม่ และราคาขายต่อกิโลกรัมของสารสกัด สองตัวแรกได้จากรอบทดลองเปรียบเทียบ ส่วนตัวที่สามคุณรู้อยู่แล้ว

เราคำนวณให้เห็นเป็นตัวเลขหลังรอบทดลอง และหากผลบอกว่าไม่คุ้ม เราจะบอกตรง ๆ ว่าควรใช้วิธีเดิมต่อไป

ผลกระทบต่อคุณภาพที่ต้องเฝ้าระวัง

อัลตราโซนิกมีชื่อเสียงในด้านการเพิ่มผลได้และลดเวลา แต่กลไกที่ทำให้ได้ผลนั้น คือแรงกลที่รุนแรงในระดับจุลภาค และแรงเดียวกันนั้นก็ทำลายสารบางชนิดได้เช่นกัน การใช้เทคนิคนี้อย่างมืออาชีพจึงไม่ใช่การเปิดเครื่องแรงที่สุดนานที่สุด แต่คือการหาจุดที่ผลได้เพิ่มโดยที่คุณภาพยังไม่เสีย

สิ่งที่ต้องเฝ้าระวังอย่างแรกคือความร้อนสะสม แม้จะเรียกกันว่าเป็นวิธีที่ใช้อุณหภูมิต่ำ แต่พลังงานที่ป้อนเข้าไปเปลี่ยนเป็นความร้อนในระบบเสมอ ถ้าไม่มีระบบระบายความร้อนที่ดี อุณหภูมิของถังจะไต่ขึ้นเรื่อย ๆ ระหว่างรอบ และสารที่ไวต่อความร้อนจะเสียไปโดยที่ไม่มีใครสังเกต เพราะไม่มีใครวัดอุณหภูมิที่ปลายรอบ

สิ่งที่สองคือการเกิดสารสลายตัว แรงจากฟองอากาศที่ยุบตัวสร้างสภาวะเฉพาะจุดที่รุนแรงมาก และในบางระบบทำให้เกิดอนุมูลอิสระที่ไปทำปฏิกิริยากับสารเป้าหมาย ผลที่ได้คือปริมาณสารสำคัญวัดได้เท่าเดิมหรือสูงขึ้น แต่มีสารใหม่ที่ไม่เคยมีมาก่อนปรากฏขึ้นในโครมาโทแกรม เราจึงเทียบรูปแบบโครมาโทแกรมของสารสกัดที่ได้จากวิธีนี้ กับสารสกัดที่ได้จากวิธีดั้งเดิมเสมอ ไม่ใช่เทียบแค่ตัวเลขสารสำคัญ

สิ่งที่สามคือการดึงสิ่งที่ไม่ต้องการขึ้นมาด้วย เมื่อผนังเซลล์แตกมากขึ้น สิ่งที่ออกมาไม่ได้มีแต่สารเป้าหมาย แต่รวมถึงโปรตีน แป้ง เพกทิน และเม็ดสี ซึ่งทำให้ขั้นตอนการกรองและการทำให้บริสุทธิ์ในภายหลังหนักขึ้น ต้นทุนที่ประหยัดได้ในขั้นสกัดจึงอาจย้ายไปโผล่ในขั้นถัดไป

ด้วยเหตุนี้เราจึงไม่แนะนำให้เปลี่ยนมาใช้วิธีนี้โดยดูแค่ผลได้ที่เพิ่มขึ้น แต่ให้ดูภาพรวมทั้งสายการผลิต ตั้งแต่ผลได้ คุณภาพเชิงรูปแบบสาร ภาระของขั้นตอนถัดไป จนถึงต้นทุนพลังงานต่อกิโลกรัมของสารสำคัญที่ได้จริง

คำถามที่พบบ่อย (FAQ)

Q: ได้ผลผลิตเพิ่มขึ้นกี่เปอร์เซ็นต์

A: ต่างกันมากตามชนิดวัตถุดิบและสารเป้าหมาย เราไม่ให้ตัวเลขล่วงหน้าเพราะเป็นการคาดเดา แต่เดินรอบทดลองเปรียบเทียบให้เห็นตัวเลขจริงของวัตถุดิบคุณ ซึ่งเป็นวิธีเดียวที่ตอบคำถามนี้ได้อย่างซื่อสัตย์

Q: คลื่นอัลตราโซนิกทำให้สารเปลี่ยนโครงสร้างไหม

A: เป็นไปได้หากใช้พลังงานสูงเกินไป โดยเฉพาะกับสารโมเลกุลใหญ่ เราจึงวิเคราะห์ทั้งก่อนและหลังทุกรอบทดลอง และเลือกสภาวะที่ให้ผลผลิตสูงโดยที่สารยังสมบูรณ์

Q: ใช้ร่วมกับวิธีอื่นได้ไหม

A: ได้ และมักให้ผลดีที่สุด เช่น ใช้คลื่นอัลตราโซนิกเป็นขั้นแรกเพื่อทำลายผนังเซลล์ แล้วตามด้วยการสกัดด้วยเอทานอลตามปกติ วิธีผสมแบบนี้ลดเวลารวมได้โดยไม่ต้องเปลี่ยนกระบวนการทั้งหมด

Q: เอกสารที่ได้ใช้ยื่น อย. ได้ไหม

A: ได้ในส่วนของวัตถุดิบ วิธีสกัดที่ใช้ต้องระบุในข้อมูลกระบวนการผลิตซึ่งเราจัดทำให้ และเกณฑ์คุณภาพยังอ้างอิงตำรามาตรฐานเดียวกันกับวิธีอื่น (กรมวิทยาศาสตร์การแพทย์, 2564)

Q: ใช้เวลากี่วัน

A: รอบสกัดสั้นกว่าวิธีดั้งเดิมอย่างชัดเจน แต่เวลารวมทั้งโครงการยาวกว่านั้น เมื่อรวมการเตรียมวัตถุดิบ การทำให้เข้มข้น และการวิเคราะห์ เราระบุกรอบเวลารวมไว้ในใบเสนอราคา

ก้าวต่อไป

ส่งชื่อพืช สารเป้าหมาย และข้อมูลผลผลิตที่ได้จากวิธีปัจจุบัน มาที่ info@zubbbiotech.com หรือ LINE @zubbbiotech เราจะประเมินว่าวิธีนี้คุ้มกับงานของคุณหรือไม่ และเสนอรอบทดลองเปรียบเทียบพร้อมกรอบราคากลับให้โดยเร็วที่สุด

ติดต่อสอบถามและขอใบเสนอราคา

ส่งรายละเอียดงานของคุณมาได้ที่ ติดต่อเรา หรือ LINE @zubbbiotech · โทร 089-056-5651 · 097-297-1777 · อีเมล info@zubbbiotech.com

แหล่งอ้างอิง (References)

1. กรมวิทยาศาสตร์การแพทย์. (2564). เภสัชตำรับสมุนไพรไทย ฉบับ พ.ศ. 2564 [Thai herbal pharmacopoeia 2021]. สำนักยาและวัตถุเสพติด กรมวิทยาศาสตร์การแพทย์.