การสกัดและการแยกผลิตภัณฑ์ธรรมชาติ

การสกัดและการแยกผลิตภัณฑ์ธรรมชาติเป็นสาขาหนึ่งของเภสัชเวทที่เกี่ยวข้องกับการปลดปล่อยองค์ประกอบทางเคมีจากวัสดุชีวภาพ (พืช, เชื้อรา, สิ่งมีชีวิตในทะเล และจุลินทรีย์) ให้อยู่ในรูปแบบที่ใช้งานได้ และจากนั้นก็ทำการแยกสารผสมที่ซับซ้อนออกเป็นสารประกอบเดี่ยวที่ระบุลักษณะได้ ครอบคลุมตั้งแต่กระบวนการทางเภสัชตำรับแบบดั้งเดิม เช่น การแช่สกัด (maceration), การกรองผ่าน (percolation) และการกลั่น (distillation) ไปจนถึงการแยกด้วยวิธีโครมาโทกราฟี (chromatographic separation) และเทคนิคของไหลวิกฤตยิ่งยวด (supercritical-fluid techniques) ที่ทันสมัย และเป็นพื้นฐานสำคัญในการค้นคว้ายา การควบคุมคุณภาพของยาสมุนไพร และการผลิตสารสกัดมาตรฐาน

Definition

การสกัดคือกระบวนการถ่ายโอนมวลของการละลายองค์ประกอบเป้าหมายจากเมทริกซ์ทางชีวภาพเข้าสู่ตัวทำละลายหรือเฟสไอ; การแยกคือการแบ่งส่วนผสมที่ได้ออกเป็นส่วนย่อยที่แตกต่างกันหรือสารประกอบบริสุทธิ์ ซึ่งส่วนใหญ่มักทำโดยโครมาโทกราฟีหรือการกลั่น

Scope

สาขานี้ครอบคลุมขั้นตอนต้นน้ำของการนำโมเลกุลเป้าหมายออกจากเมทริกซ์ (การสกัดของแข็ง-ของเหลวและการสกัดด้วยไอน้ำ) และขั้นตอนปลายน้ำของการแยกและทำให้บริสุทธิ์ (โครมาโทกราฟีและการแยกส่วนที่เกี่ยวข้อง) โดยถือว่าสิ่งเหล่านี้เป็นหัวข้อทางระเบียบวิธีและเชิงวิเคราะห์ ไม่ใช่ระเบียบวิธีการผลิต ตำรับยา หรือแหล่งข้อมูลการให้ยาหรือคำแนะนำในการรักษา

Sub-topics

• การแยกด้วยวิธีโครมาโทกราฟี
• การกลั่นและการสกัดน้ำมันหอมระเหย
• การแช่สกัดและการชงสกัด
• การสกัดแบบเพอร์โคเลชัน
• การสกัดด้วยของไหลวิกฤตยิ่งยวด

Core questions

• ตัวทำละลาย อุณหภูมิ และระบบการสัมผัสแบบใดที่เหมาะสมที่สุดในการปลดปล่อยองค์ประกอบกลุ่มหนึ่งจากเมทริกซ์เฉพาะ?
• ประสิทธิภาพการสกัดเกี่ยวข้องกับขนาดอนุภาค การแพร่ และสมดุลระหว่างเมทริกซ์กับตัวทำละลายอย่างไร?
• จะแยกสารสกัดดิบออกเป็นสารประกอบเดี่ยวได้อย่างไรโดยไม่ทำให้องค์ประกอบที่ไวต่อความร้อนหรือระเหยง่ายเสื่อมสภาพ?
• วิธีการแบบดั้งเดิม (การแช่สกัด, การกรองผ่าน, การกลั่น) เปรียบเทียบกับวิธีการโครมาโทกราฟีและของไหลวิกฤตยิ่งยวดในด้านผลผลิต ความจำเพาะ และการใช้ตัวทำละลายอย่างไร?

Key concepts

• การสกัดของแข็ง-ของเหลวและการถ่ายโอนมวล
• สภาพขั้วและความจำเพาะของตัวทำละลาย
• จลนพลศาสตร์การสกัดและสมดุล
• การแช่สกัด, การกรองผ่าน และการกลั่น
• การแยกด้วยโครมาโทกราฟี
• การสกัดด้วยของไหลวิกฤตยิ่งยวด
• เทคนิคสีเขียวและการลดการใช้ตัวทำละลาย
• การแยกสารโดยอาศัยการทดสอบทางชีวภาพ

Mechanisms

การสกัดถูกควบคุมโดยการถ่ายโอนมวล: ตัวทำละลายแทรกซึมเข้าไปในเมทริกซ์ ละลายองค์ประกอบที่ละลายได้ และสารที่ละลายจะแพร่กระจายออกไปตามความเข้มข้นที่ลดลงจนกระทั่งเข้าสู่สมดุล ดังนั้นผลผลิตจึงขึ้นอยู่กับการเลือกตัวทำละลาย อุณหภูมิ ขนาดอนุภาค และเวลาสัมผัส (Azmir et al., 2013; Simeonov et al., 2018, ตามที่กล่าวถึงในหัวข้อต่างๆ) จากนั้นการแยกจะใช้ประโยชน์จากคุณสมบัติทางกายภาพที่แตกต่างกัน: การแบ่งส่วนที่แตกต่างกันระหว่างสองเฟสในการโครมาโทกราฟี, ความผันผวนที่แตกต่างกันในการกลั่น, และความสามารถในการละลายที่แตกต่างกันในของไหลวิกฤตยิ่งยวด การเลือกและการจัดลำดับกระบวนการเหล่านี้เพื่อเปลี่ยนจากเมทริกซ์ดิบไปสู่สารประกอบเดี่ยวที่ระบุลักษณะได้เป็นหัวใจสำคัญของการแยกผลิตภัณฑ์ธรรมชาติ (Sticher, 2008)

Clinical relevance

วิธีการในสาขานี้สร้างสารสกัดมาตรฐาน สารประกอบอ้างอิงที่แยกได้ และน้ำมันหอมระเหยที่เป็นพื้นฐานของผลิตภัณฑ์ยาสมุนไพรและสารนำในการค้นพบยาหลายชนิด และความเข้าใจในวิธีการเหล่านี้สนับสนุนการประเมินคุณภาพของยาสมุนไพรอย่างมีวิจารณญาณ นี่คือบริบทเชิงระเบียบวิธีเชิงพรรณนาเกี่ยวกับวิธีการเตรียมและระบุลักษณะของผลิตภัณฑ์ธรรมชาติ ไม่ใช่แนวทางทางคลินิกและไม่ได้หมายถึงการวินิจฉัยหรือคำแนะนำในการรักษาเฉพาะบุคคล

Evidence & guidelines

ตำราเภสัชตำรับ (เช่น European และ United States Pharmacopoeias) กำหนดการดำเนินการแช่สกัด การกรองผ่าน และการกลั่นสำหรับการเตรียมยาอย่างเป็นทางการ ในขณะที่ฐานข้อมูลหลักฐานเชิงระเบียบวิธีที่กว้างขึ้นคือวรรณกรรมทบทวนและงานวิจัยเบื้องต้นที่เปรียบเทียบเทคนิคแบบดั้งเดิมและสมัยใหม่ (Sticher, 2008; Azmir et al., 2013; Lefebvre et al., 2021) สาขานี้ได้รับการพิจารณาในระดับอ้างอิงและไม่ได้เป็นแนวทางกำกับดูแลหรือแนวทางทางคลินิก

History

การสกัดองค์ประกอบพืชโดยการแช่ การกรองผ่าน และการกลั่นเป็นวิธีโบราณและได้รับการจัดระบบในเภสัชกรรมศตวรรษที่ 19 และเภสัชตำรับยุคแรกๆ ศตวรรษที่ 20 ได้เพิ่มโครมาโทกราฟี ซึ่งเปลี่ยนแปลงการแยกสารผสมที่ซับซ้อน และปลายศตวรรษที่ 20 และต้นศตวรรษที่ 21 ได้นำเทคนิคของไหลวิกฤตยิ่งยวดและเทคนิคสีเขียวอื่นๆ ที่ลดการใช้ตัวทำละลายเข้ามา ซึ่งขยายชุดเครื่องมือที่สรุปไว้ในการทบทวนการแยกสารสมัยใหม่ (Sticher, 2008; Azmir et al., 2013)

Seminal works

• sticher-2008
• azmir-2013

Frequently asked questions

การสกัดและการแยกแตกต่างกันอย่างไร?

การสกัดคือการปลดปล่อยองค์ประกอบเป้าหมายจากเมทริกซ์ทางชีวภาพเข้าสู่ตัวทำละลายหรือเฟสไอ ในขณะที่การแยกคือการแยกสารผสมที่ได้ออกเป็นส่วนย่อยหรือสารประกอบบริสุทธิ์ โดยทั่วไปทำโดยโครมาโทกราฟีหรือการกลั่น

เหตุใดจึงต้องใช้วิธีการที่แตกต่างกันหลายวิธี?

องค์ประกอบต่างๆ มีความแตกต่างกันในด้านสภาพขั้ว ความผันผวน และความเสถียรทางความร้อน ดังนั้นจึงไม่มีเทคนิคใดที่เหมาะสมที่สุดสำหรับทุกองค์ประกอบ วิธีการแบบดั้งเดิม โครมาโทกราฟี และของไหลวิกฤตยิ่งยวดแต่ละวิธีเหมาะสำหรับสารประกอบบางประเภทและเป้าหมาย เช่น ผลผลิต ความจำเพาะ หรือการลดการใช้ตัวทำละลาย