ซาโปนิน (Saponins)

Page 10 of 13

การผลิต การสกัด และการทำให้บริสุทธิ์ (Production, extraction and purification)

การประยุกต์ใช้ซาโปนินในด้านอาหาร ยาและเครื่องสำอางเป็นอย่างมากนั้น จึงทำให้มีการผลิตซาโปนินในเชิงพาณิชย์หรือระดับการค้า จากที่กล่าวมาแล้วว่าโมเลกุลของซาโปนินประกอบด้วยอะไกลโคนและน้ำตาล ซึ่งน้ำตาลอาจเป็นตัวเดียวหรือเป็นโซ่ของน้ำตาลต่อกันสองหรือสามหรือมากกว่าขึ้นไปในส่วน อะไกลโคนเป็นกลุ่มของสเตียรอยด์หรือไตรเทอร์ปีนส์ที่มีหมู่ฟังก์ชัน เช่น ไฮดรอกซิล (hydroxyl, -OH), คาร์บอกซิล (carboxyl, -COOH), เมธิล (methyl, -CH₃) อยู่ในโครงสร้างในตำแหน่งที่แตกต่างกันไป ดังนั้นซาโปนินจึงมีมากมายหลายชนิดในพืช ในพืชชนิดเดียวกันชนิดและปริมาณของซาโปนินจะต่างกันในแต่ละส่วนของพืช ความหลากหลายของโครงสร้างนี้ทำให้ซาโปนินมีความเป็นขั้วในช่วงกว้าง ซึ่งยากต่อการแยกและหาปริมาณ ซาโปนินแต่ละชนิด

ความสามารถในการเกิดฟองได้นานของซาโปนินถูกใช้ในการตรวจหาซาโปนินในพืชโดยมีข้อเสียคือถ้าในโมเลกุลของซาโปนินต่อกับโซ่น้ำตาล 2-3 ตัว การเกิดฟองจะไม่คงทนหรือสารสกัดจากพืชบางชนิดที่ไม่มีซาโปนินอาจทำให้เกิดฟอง ซึ่งทำให้มีการเข้าใจผิดได้ ซาโปนินบางชนิดที่ทำให้เกิดการแตกตัวของเม็ดเลือดแดง (erythrocyte) ขณะปล่อยฮีโมโกลบินออกมาอาจใช้วิธีกึ่งการตรวจหาปริมาณ ซึ่งขึ้นอยู่กับโครงสร้างและวิธีที่ใช้ (Oleszek, WA., 2002) ซาโปนินที่มีโครงสร้างเป็นน้ำตาลโมเลกุลเดี่ยวจะทำให้การแตกตัวของเม็ดเลือดแดง (erythrocyte) ขณะปล่อยฮีโมโกลบินออกมาดีกว่าซาโปนินที่มีโมเลกุลของน้ำตาลเกาะสองหน่วยและการหาปริมาณซาโปนินในพืชโดยวิธีดั้งเดิมจะใช้วิธีการชั่งน้ำหนัก (gravimetric method) วิธีทางชีวภาพเป็นวิธีที่ไม่ยุ่งยากแต่เป็นการคาดประมาณที่ไม่สามารถบอกความแตกต่างของซาโปนินแต่ละชนิดได้ เหมาะสำหรับการหาปริมาณซาโปนินทั้งหมด ซึ่งต้องมีการทำมาตรฐานของซาโปนินแต่ละชนิดที่ได้จากพืชนั้นๆ เนื่องจากคุณสมบัติทางชีวภาพมีความสัมพันธ์โดยตรงกับโครงสร้างทางเคมีของซาโปนินแต่ละตัวและความเข้มข้นอาจเปลี่ยนแปลงได้ขึ้นอยู่กับปัจจัยหลายอย่าง เช่น อายุของพืช ระยะการเจริญเติบโต ลักษณะของสิ่งแวดล้อมและองค์ประกอบของสารสกัดซาโปนินจากพืช ซึ่งมีความสำคัญและเกี่ยวข้องกับความถูกต้องในการเตรียมตัวอย่างและมีผลต่อการตรวจวิเคราะห์ของวิธีทางชีวภาพ

วิธีอื่นๆได้แก่ วิธีสเปกโตรโฟโตเมตริก TLC-densitometry, gas chromatography (GC), high performance liquid chromatography (HPLC), LC-MS, LC-NMR และ capillary electrophoresis (CE) ซึ่งวิธี TLC-densitometry, gas chromatography (GC) และ high performance liquid chromatography (HPLC) เป็นวิธีที่ใช้หาปริมาณของ sapogenins และ/หรือซาโปนินในพืช ส่วนวิธี LC-MS และ LC-NMR เป็นเทคนิคในการคัดกรองซาโปนินในสารสกัดหยาบจากพืชและเป็นวิธีที่ดีสำหรับการตรวจหาสารใหม่ที่มีศักยภาพทางชีวภาพโดยไม่จำเป็นต้องสกัดสารออกมา (Oleszek, WA., 2002)

1. การผลิตซาโปนิน (Production of saponins) การผลิตสารสกัดซาโปนินจาก Yucca schidigera และ Quillaja saponaria ซึ่งเป็นแหล่งของซาโปนินทางการค้านั้น ในประเทศเม็กซิโกได้ผลิต yucca saponin ในรูปของสารสกัดโดยใช้ลำต้น Yucca schidigera มาหมักหรือทำให้แห้งแล้วบดเป็นผง yucca 100% ลำต้น yucca ที่หมักจะถูกนำมาบีบด้วยเครื่องจักร เพื่อให้ได้น้ำ yucca แล้วนำไปทำให้เข้มข้นโดยการระเหยจะได้สารที่เรียกว่า yucca extract ในประเทศชิลีจะใช้เปลือกของ Quillaja saponaria มาสกัดซาโปนินโดยเทคนิคใหม่ในกระบวนการผลิตสามารถใช้ทั้งเนื้อไม้และเปลือกมาต้มกับน้ำในถังขนาดใหญ่ น้ำที่ได้จากการสกัดนำไประเหยเพื่อทำให้เข้มข้นขึ้น (Cheeke, RP., 2000) สารสกัด yucca และ quillaja จะนำไปใช้ในอุตสาหกรรมเครื่องดื่มที่ต้องการให้เกิดฟองเป็นเวลานาน การผลิต ginsenosides จากรากโสม Panax ginsen C.A. Meyer ที่เพาะเลี้ยงด้วยอาหาร พบว่า ความเป็นกรด-ด่าง (pH) ไม่มีผลต่อการเจริญเติบโตของรากแต่มีผลต่อปริมาณซาโปนิน และที่ pH 6.0 จะได้ปริมาณซาโปนินสูงสุด 0.26% ความเข้มข้นของอาหารที่เพาะเลี้ยง (ซูโครส ไนโตรเจนและฟอสเฟต) ที่เหมาะสมสำหรับการเจริญของรากและการผลิตซาโปนินคือ 30 กรัม/ลิตร, 382.7 มิลลิกรัม/ลิตรและ 40.40 มิลลิกรัม/ลิตร ตามลำดับ การสังเคราะห์ซาโปนินถูกกระตุ้นโดยการเติม panaxatriol saponin (PTS) และซาโปนินทั้งหมด (TS) พบว่า TS เป็นตัวกระตุ้นที่ดีกว่า PTS ซาโปนินในรากโสมที่เติม TS มีปริมาณ 0.38% ซึ่งมีปริมาณสูงกว่าชุดควบคุมประมาณ 1.5 เท่า วิธีนี้เป็นประโยชน์ต่อกระบวนการแปรรูปชีวภาพ (bioprocessing) ของการเพาะเลี้ยงรากโสมในเครื่องปฏิกรณ์ชีวภาพ (Kim, JH., Chang, EJ., and Oh, HI., 2005)

2. การสกัดซาโปนิน (Extraction of saponins) การสกัดซาโปนินจากพืชโดยใช้ตัวทำละลายเพื่อให้ได้สารที่ต้องการขึ้นอยู่กับปัจจัยของสภาวะในการสกัด เช่น อุณหภูมิ เวลา ความเป็นกรด-ด่าง อัตราส่วนของตัวทำละลายต่อวัตถุดิบ ขนาดของวัตถุดิบที่จะนำมาสกัด โดยปัจจัยเหล่านี้มีผลต่อประสิทธิภาพของกระบวนการผลิตและผลผลิตที่ได้ อีกทั้งการเตรียมตัวอย่างพืชมีความสำคัญต่อการเพิ่มประสิทธิภาพของการสกัด ได้แก่ การอบแห้ง การบดตัวอย่างให้ละเอียดตามขนาดที่ต้องการและการกำจัดไขมันออกก่อนโดยใช้ตัวทำละลายเฮกเซน (hexane) หรือตัวทำละลายที่ละลายไขมันได้ ซึ่งทำหลังจากได้สารสกัดหยาบแล้ว ขนาดตัวอย่างที่ละเอียดจะเพิ่มประสิทธิภาพของการส่งผ่านมวลในกระบวนการสกัด การเลือกส่วนของพืชที่ให้ซาโปนินมากจะช่วยเพิ่มประสิทธิภาพในการสกัดและการแยก วิธีการสกัดแบบดั้งเดิมโดยใช้ตัวทำละลายในการสกัด ซึ่งปัจจุบันมีการปรับปรุงเทคโนโลยีในการสกัดเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพการสกัดทำโดยลดเวลา ปริมาณตัวทำละลายที่ใช้และของเสียที่เกิดจากการสกัด การใช้ไมโครเวฟและคลื่นเสียงความถี่สูง (ultrasonic) ช่วยในการสกัดเป็นการทำลายโครงสร้างภายในเซลล์และช่วยให้การส่งผ่านมวลทำได้ดีขึ้น การใช้คลื่นเสียงความถี่สูงเป็นวิธีที่มีประสิทธิภาพ ลดเวลาการสกัด ใช้พลังงานน้อยและเพิ่มผลผลิต

ตัวทำละลายที่นิยมใช้ในการสกัดส่วนมากเป็นน้ำ แอลกอฮอล์หรือน้ำผสมแอลกอฮอล์ วิธีที่ใช้น้ำเป็นสารสกัดจัดเป็นกระบวนการสกัดที่ง่าย ราคาถูกแต่ยากต่อการทำให้เข้มข้นขึ้นเนื่องจากต้องใช้พลังงานหรือความร้อนและอาจทำให้ซาโปนินสลายตัว สารที่ได้มีสิ่งปนเปื้อนสูง การใช้แอลกอฮอล์ เช่น เมทานอล หรือเอทานอลในการสกัดเป็นวิธีที่นิยมมากเนื่องจากง่ายต่อการทำให้เข้มข้นแต่การใช้แอลกอฮอล์เป็นสารสกัดก็มีความเป็นพิษต่อสิ่งแวดล้อมได้ อีกทั้งกระบวนการผลิตก็มีต้นทุนที่แพงกว่าการใช้น้ำและต้องการเทคโนโลยีการผลิต สารที่ได้ค่อนข้างบริสุทธิ์ซึ่งง่ายต่อการผลิตเป็นอุตสาหกรรม ดังนั้นการเลือกตัวทำละลายจะมีผลต่อปริมาณและความบริสุทธิ์ของซาโปนินที่ได้ เช่น การสกัดโสมด้วย n-butanol ที่อิ่มตัวด้วยน้ำจะให้ปริมาณ ginsenoside มากกว่าการใช้เมทานอลหรือสารละลายเมทานอล 10% และการสกัดเมล็ด Glinus lotoides ด้วยสารละลายเมทานอลผสมน้ำจะได้สารสกัดหยาบน้อยกว่าการใช้น้ำเป็นสารสกัดอย่างเดียว ตัวทำละลายที่ใช้สกัดยังมีผลต่อองค์ประกอบของซาโปนินและคุณสมบัติของสารสกัดที่ได้ เช่น อัตราส่วนของ neutral ginsenoside ต่อ malonyl ginsenoside จากโสมอเมริกันที่สกัดด้วยสารละลายเอทานอลผสมน้ำโดยเพิ่มตามสัดส่วนของเอทานอล คุณสมบัติทางเคมีฟิสิกส์ของสารสกัด ได้แก่ ขนาดของอนุภาค การกระจายตัว รูปร่างสัณฐาน การดูดซึมน้ำ ความหนาแน่น อัตราการไหลและการอัดแน่น โดยปัจจัยเหล่านี้มีความสำคัญอย่างยิ่งต่อการนำซาโปนินไปใช้ด้านเภสัชกรรม

คาร์บอนไดออกไซด์ยิ่งยวด (Supercritical CO₂) เป็นทางเลือกหนึ่งที่ทดแทนตัวทำละลายอินทรีย์สำหรับการสกัดสารธรรมชาติซึ่งมีข้อดีในการเอาตัวทำละลายออกและผลิตภัณฑ์ที่ได้ปราศจากตัวทำละลาย เช่น การสกัด ginsenosides จากโสม saikosaponins จาก Bupleurum chinense และ glycyrrhizic acid จากชะเอมเทศ (Guclu-Ustundag, O., and Mazza, G., 2007)

3. การทำให้ซาโปนินบริสุทธิ์ (Purification of saponins) การทำให้สารสกัดหยาบของซาโปนิน บริสุทธิ์ เป็นขั้นตอนหลังจากการสกัดซาโปนินออกจากพืชแล้วเกี่ยวข้องกับการการแบ่งส่วน (partition) ของสารสกัดหยาบซาโปนินระหว่างน้ำกับตัวทำละลายที่ไม่รวมตัวกับน้ำ เช่น n-butanol และขั้นตอนต่อจากการแบ่งส่วนคือ การตกตะกอน การดูดซับ การกรองโดยใช้เมมเบรนชนิด ultrafiltration และวิธีโครมาโตกราฟี ซึ่งวิธีโครมาโตกราฟีเป็นวิธีที่ใช้กันอย่างกว้างขวางโดยสามารถวิเคราะห์ปริมาณได้ด้วย (Guclu-Ustundag, O. and Mazza, G., 2007) กระบวนการที่ได้สิทธิบัตรแล้วในการสกัดแยกซาโนนินจากถั่วเหลืองและผลิตภัณฑ์จากถั่วเหลืองด้วยส่วนผสมของตัวทำละลายระหว่างอะซิโตนและน้ำในอัตราส่วนและอุณหภูมิต่างๆ เพื่อประหยัดค่าใช้จ่ายและได้ซาโปนินจากถั่วเหลืองที่มีความบริสุทธิ์สูง ในขณะเดียวกันก็ได้ไอโซฟลาโวนเป็นผลพลอยได้ด้วย โดยการใช้อัตราส่วนของอะซิโตนต่อน้ำที่เหมาะสมที่สุดคือ 4:1 โดยน้ำหนัก จากนั้นแยกซาโปนินออกมาด้วยการกรองหรือการหมุนเหวี่ยงหรือทิ้งให้ตกตะกอนในอะซิโตนที่เย็นซึ่งจะได้ซาโปนินที่บริสุทธิ์มากกว่า 70% (Wiley Organic, Inc., 2002)