วิธีสกัดสมุนไพร และแยกสารสกัดสมุนไพร

Last Updated on 11 พฤศจิกายน 2022 by puechkaset

การเตรียมตัวอย่างพืช
ปริมาณสารสำคัญในพืชสมุนไพรขึ้นอยู่กับปัจจัยต่างๆ เช่น ฤดูกาลเก็บเกี่ยว ระยะเวลาที่เก็บพืช สภาพดิน สภาพอากาศ ปริมาณน้ำ ชนิด และปริมาณสัดส่วนของปุ๋ย และอาหารเสริม เป็นต้น พืชสมุนไพรที่เก็บเกี่ยวได้ต้องทำการตรวจสอบว่าไม่มีพืชอื่นหรือสารอื่นปะปน ซึ่งอาจรบกวนการตรวจสอบ รวมถึงการสกัดแยกสารสำคัญ นอกจากนี้ ใบพืชควรมีความสะอาด ปราศจากสิ่งปนเปื้อนไม่มีเชื้อรา หรือโรคพืชติดมา เนื่องจากจุลินทรีย์ที่เป็นสาเหตุของโรคพืชอาจให้สารที่ถูกสกัดออกมาพร้อมกับสารที่ต้องการ หรือจุลินทรีย์เหล่านี้อาจทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงของชีวสังเคราะห์(biosynthesis) ในพืช ทำให้ได้สารที่แตกต่างออกไปจากธรรมชาติ โดยทั่วไปการสกัดจะได้ผลดีเมื่อสกัดจากพืชสด ซึ่งควรสกัดโดยเร็วที่สุด หรือเก็บรักษาตัวอย่างในสภาวะแช่แข็งหรือแช่ในแอลกอฮอล์ เพื่อเป็นการหยุดการทำงานของเอนไซม์ต่างๆ ในพืช แต่วิธีการสกัดจากพืชสดนี้ไม่ค่อยสะดวก จึงจำเป็นต้องเอาตัวอย่างมาอบให้แห้งก่อนโดยใช้ความร้อนหรือจากพลังงานอื่นๆ เช่น การทำให้แห้งโดยการใช้ตู้อบที่อุณหภูมิประมาณ 20-40 องศาเซลเซียส

สำหรับใบ ต้น และดอก ส่วนเปลือก และราก จะใช้อุณหภูมิประมาณ 30-65 องศาเซลเซียส และควรหลีกเลี่ยงแสงแดดเพื่อป้องกันการเสื่อมสภาพของสารสำคัญ ป้องกันการสะสมของความร้อนและความชื้นอันเป็นสาเหตุที่ทำให้เกิดเชื้อรา

ก่อนทำการสกัดต้องมีการย่อยขนาดให้เล็กลงเพื่อให้การสกัดสารสำคัญจากพืชได้ผลดี เนื่องจากองค์ประกอบสำคัญจะอยู่ภายในเซลล์ ในสภาพผลึกหรือผงละเอียด เมื่อได้สัมผัสกับน้ำยาสกัดที่เหมาะสม องค์ประกอบเหล่านั้นจะละลายออกมา

การสกัดจะสมบูรณ์ถ้าเซลล์แตกออก และน้ำยาสกัดเข้าไปสัมผัสองค์ประกอบสำคัญได้มากที่สุด ดังนั้น ในการสกัดพืชสมุนไพรจึงจาเป็นต้องบดพืชสมุนไพรให้เป็นผงละเอียด เพื่อทำลายผนังเซลล์และเพิ่มพื้นที่ผิวของน้ำยาสมุนไพรที่จะสัมผัสกับน้ำยาสกัด การลดขนาดของพืชสมุนไพรให้เป็นผงละเอียดควรคำนึงถึงโครงสร้างของพืชสมุนไพรเป็นหลัก ถ้าเป็นโครงสร้างแข็งแรง ซึ่งน้ำยาสกัดแทรกซึมเข้าไปได้ยาก เช่น ราก เนื้อไม้ ควรบดให้มีขนาดเล็กกว่าส่วนที่มีโครงสร้างอ่อนนุ่ม ซึ่งน้ำยาสกัดแทรกซึมเข้าไปได้ง่าย เช่น ใบ ดอก การบดพืชสมุนไพรให้มีขนาดเล็กมากจนเกินไปจะเกิดผลเสียได้ คือ ทำให้เกิดปัญหาในการอุดตันเครื่องกรองในขบวนการสกัด และทำให้ได้องค์ประกอบที่ไม่ต้องการมากขึ้นอันเนื่องมาจากเซลล์แตกมากเกินไป ซึ่งบางครั้งทำให้สารสกัดขุ่น

วิธีการสกัด
การสกัดสารสำคัญจากพืชสมุนไพรทำได้หลายวิธี โดยทั่วไปการสกัดเบื้องต้นไม่ว่าจะสกัดด้วยวิธีใดหรือใช้ตัวทำละลายใด ก็ได้องค์ประกอบเป็นของผสมหรือสารสกัดอย่างหยาบ (crude extract) ซึ่งองค์ประกอบทางเคมีของพืชสมุนไพร มีทั้งองค์ประกอบที่มีฤทธิ์ทางเภสัชวิทยา มักเรียกว่า สารสำคัญ และองค์ประกอบที่ไม่มีฤทธิ์ทางเภสัชวิทยา ซึ่งเรียกว่า สารเฉื่อย ดังนั้น วัตถุประสงค์ของการสกัดสารสำคัญจากพืชสมุนไพร คือ เพื่อแยกเอาสารสำคัญออกจากพืชสมุนไพรให้ได้สารสกัดที่มีความเข้มข้นของสารสำคัญสูง และลดขนาดของการใช้สมุนไพรให้อยู่ในปริมาณที่เหมาะสม

วิธีการสกัดสารสำคัญออกจากพืชสมุนไพร เช่น วิธีการการหมัก (maceration) วิธีเพอร์โคเลชัน (percolation) วิธีซอกเลตเอกซ์แทรกเตอร์ (soxhlet extractor) วิธีการสกัดโดยเพิ่มความมีขั้วของตัวทำละลาย (liquid-liquid partitioning extraction) เป็นต้น

ในการเลือกใช้วิธีการสกัดนั้น ขึ้นอยู่กับชนิดของสารที่ต้องการสกัด คุณสมบัติของสารในการทนต่อความ
ร้อน ชนิดของตัวทำละลายที่ใช้ ซึ่งแต่ละวิธีก็มีขั้นตอนการสกัดที่แตกต่างกัน ดังนี้
1. วิธีการหมัก (maceration)
เป็นวิธีการสกัดสารสำคัญจากพืชโดยหมักสมุนไพรกับตัวทำละลายในภาชนะปิด เช่น ขวดปากกว้าง ขวดรูปชมพู่ หรือโถ เป็นต้น ทิ้งไว้ 7 วัน หรือจนกระทั่งเนื้อเยื่อของสมุนไพรอ่อนนุ่ม และตัวทำละลายสามารถเข้าไปละลายองค์ประกอบภายในสมุนไพรออกมาได้ ในระหว่างที่หมักสมุนไพรอยู่นั้น ควรเขย่าหรือคนเป็นครั้งคราวเพื่อเพิ่มอัตราเร็วของการสกัด เมื่อครบกำหนดเวลาจึงค่อยๆ รินเอาสารสกัดออก แล้วนาไปกรอง หากต้องการสกัดให้ได้สารสกัดออกมามากที่สุดอาจจำเป็นต้องสกัดซ้ำหลายๆ ครั้ง วิธีการสกัดนี้เหมาะสมกับพืชสมุนไพรที่มีโครงสร้างหรือเนื้อเยื่อที่ไม่แข็งแรงมากนัก เช่น ใบ ดอก ซึ่งทำให้อ่อนนุ่มได้ง่าย

วิธีนี้มีข้อดี คือ เป็นวิธีการสกัดที่ไม่ใช้ความร้อนจึงเหมาะกับการสกัดสารที่ไม่ทนต่อความร้อน ซึ่งช่วยลดปัญหาการเสียสภาพของสารได้แต่เป็นวิธีที่สิ้นเปลืองตัวทำละลายมาก และวิธีการสกัดนี้มักจะไม่สมบูรณ์ไม่ค่อยมีการเคลื่อนที่ของน้ำยาสกัด เมื่อสารในสมุนไพรละลายออกมาถึงระดับหนึ่งจะเกิดความสมดุลขององค์ประกอบภายในสมุนไพรและตัวทำละลายที่ใช้ทำให้อัตราเร็วของการสกัดชะงักลง

2. วิธีเพอร์โคเลชัน (percolation)
เป็นวิธีการสกัดสารสำคัญแบบต่อเนื่องโดยใช้เครื่องมือที่เรียกว่า percolator โดยนำสมุนไพรมาหมักกับตัวทำละลายพอชื้น ทิ้งไว้ 1 ชั่วโมง เพื่อให้สมุนไพรพองตัวเต็มที่ แล้วค่อยๆนำสมุนไพรมาบรรจุลงเพอร์โคเลเตอร์ทีละน้อย แล้วเติมตัวทำละลายลงไปให้ระดับของตัวทำละลายอยู่เหนือสมุนไพรประมาณ 0.5 เซนติเมตร ทิ้งไว้ 24 ชั่วโมง แล้วจึงเริ่มไขเอาสารสกัดออก โดยคอยเติมตัวทำละลายเหนือสมุนไพรอย่าให้แห้ง เก็บสารสกัดที่ได้นาไปกรองแล้วระเหยแห้ง

วิธีการนี้เป็นวิธีการสกัดสารที่มีประสิทธิภาพ ทำให้เกิดการสกัดสารจากสมุนไพรแบบสมบูรณ์และไม่ต้องใช้ความร้อน แต่วิธีนี้มีข้อเสีย คือ เปลืองตัวทำละลายที่ใช้ในการสกัด และใช้เวลาในการสกัดนาน ดังนั้น จึงมีการดัดแปลงเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพในการสกัดสารโดยใช้เพอร์โคเลเตอร์ต่อกันหลายๆ ตัว มีการดัดแปลงวิธีการสกัดให้สมุนไพรและตัวทำละลายเคลื่อนที่เข้าหากัน เป็นต้น เพื่อนำมาใช้ในระดับอุตสาหกรรม

3. วิธีซอกเลตเอกซ์แทรกเตอร์ (soxhlet extractor)
เป็นวิธีการสกัดแบบต่อเนื่องคลายกับวิธีเพอร์โคเลชัน แต่ใช้ความร้อนและใช้เครื่องมือที่เรียกว่า ซอกเลตเอกซ์แทรกเตอร์ ซึ่งเป็นระบบปิด โดยใช้ตัวทำละลายที่มีจุดเดือดต่ำ เมื่อตัวทำละลายได้รับความร้อนจากหม้ออังไอน้า ตัวทำละลายในภาชนะจะระเหยขึ้นไป แล้วกลั่นตัวลงมาในทิมเบอร์ (thimble) ซึ่งบรรจุสมุนไพรไว้ น้ำยาสกัดจะผ่านสมุนไพรซ้ำไปเรื่อยๆ จนกระทั่งองค์ประกอบในสมุนไพรถูกสกัดออกมา เมื่อน้ำยาสกัดในเอกซ์แทรกติงแชมเบอร์ (extracting chamber) สูงถึงระดับจะเกิดกาลักน้า สารสกัดจะไหลกลับลงไปในภาชนะ วนเวียนเช่นนี้จนกระทั่งการสกัดสมบูรณ์ วิธีการสกัดนี้เหมาะสาหรับการสกัดพืชสมุนไพรที่สารสำคัญทนต่อความร้อนและใช้น้ำยาสกัดน้อย ไม่สิ้นเปลือง แต่มีข้อเสีย คือ น้ำยาที่ใช้ไม่ควรเป็นของผสม เพราะจะเกิดการแยกของตัวทำละลายแต่ละชนิด เนื่องจากมีจุดเดือดต่างกัน จะส่งผลต่อการสกัดทำให้การสกัดเกิดขึ้นแบบไม่

4. วิธีการสกัดโดยเพิ่มความมีขั้วของตัวทำละลาย (liquid-liquid partitioning extraction)
เป็นการสกัดสารสำคัญจากสารละลายที่เป็นของเหลวโดยใช้ตัวทำละลายอีกชนิดหนึ่งซึ่งไม่ผสมเป็นเนื้อเดียวกันกับตัวทำละลายชนิดแรก โดยเริ่มจากสกัดสารด้วยแอลกอฮอล์หรือเมทานอลด้วยวิธีการหมัก จากนั้น นำสารสกัดที่ได้ไปทำให้เข้มข้นก่อนโดยการระเหยเอาตัวทำละลายออกจากน้ำยาสกัดโดยการกลั่นที่อุณหภูมิต่ำ พร้อมทั้งลดความดันลงให้เกือบเป็นสุญญากาศโดยใช้ปั๊มสุญญากาศ (vacuum pump) เครื่องมือนี้เรียกว่า โรตารีอีวาโพเรเตอร์ (rotary evaporator) แล้วนำมาพาร์ทิชัน (partition) กับตัวทำละลายที่มีขั้วต่างๆ กัน โดยเริ่มจากตัวทำละลายที่ไม่มีขั้ว (non-polar solvent) ไปถึงตัวทำละลายที่มีขั้ว (polar solvent) เช่น เฮกเซน (hexane), ไดคลอโรมีเทน (dichloromethane), เอทิล แอซิเตท (ethyl acetate) และบิวทานอล (butanol) เป็นต้น โดยใช้กรวยแยก (separatory funnel) เนื่องจากในสมุนไพรมักมีสารที่เป็น emulsifying agent ปนอยู่ในสารสกัด เมื่อมีการเขย่าจะทำให้น้ำ และตัวทำละลายผสมกัน มักเกิดเป็น emulsion ซึ่งเป็นผลเสีย เพราะ emulsion จะห่อหุ้มเอาสารสำคัญไว้ทำให้ได้สารสกัดน้อยกว่าที่ควร สามารถแก้ไขการเกิด emulsion ได้โดย นำสารในส่วน emulsion ไปให้ความร้อนอ่อนๆ เติมเกลือลงไป เกลือจะไปดึงน้ามาเพื่อละลายตัวเอง สารในส่วน emulsion ก็จะแยกออกจากกัน เติมตัวทำละลายส่วนใดส่วนหนึ่งลงไปเพื่อทำลายสมดุลของสารเคมี หรืออาจใช้สาร anhydrous sodium sulfate เพื่อดูดน้ำออก เป็นต้น

5. การใช้ตัวทำละลายชนิดต่างๆ
ตัวทำละลายที่ใช้ในการสกัดสารสำคัญ ควรมีความสามารถในการละลายสารสำคัญให้ได้มากที่สุด โดยมีกฎทั่วไปว่า สิ่งที่เหมือนกันย่อมละลายในกันและกัน เช่น สารที่มีขั้วก็จะละลายในตัวทำละลายที่มีขั้ว และตัวทำละลายที่ใช้ควรมีความคงตัว หาง่าย ราคาถูก ไม่เป็นพิษต่อร่างกาย ไม่ระเหยง่ายหรือยากจนเกินไป หากพืชสมุนไพรที่ใช้ในการสกัดมีปริมาณของไขมันอยู่มากควรขจัดไขมันออกก่อนโดยการสกัดด้วยตัวทำละลายอินทรีย์ประเภทไม่มีขั้ว เช่น ปิโตรเลียมอีเทอร์เป็นต้น แล้วจึงนาไปสกัดต่อด้วยตัวทำละลายที่เหมาะสม เช่น น้ำ และแอลกอฮอล เป็นต้น

การแยกส่วนผสม (separation)
พืชสมุนไพรที่นำมาใช้ในการศึกษาส่วนใหญ่ที่ใช้วิธีการสกัดในเบื้องต้นเป็นสารผสมที่มีสารออกฤทธิ์หลายชนิดปนกันอยู่ หากต้องการสารสกัดที่มีความบริสุทธิ์มากขึ้น หรือแยกสารประกอบต่างๆ ก็สามารถใช้เทคนิคอื่นที่มีความเหมาะสมในการแยก เช่น เทคนิคทางโครมาโตกราฟี เพื่อให้สามารถแยกสารให้เป็นสารส่วนย่อยต่างๆ สาหรับนำมาใช้ในการศึกษาต่อไป ยกตัวอย่างเช่น เทคนิคทิลเลเยอร์โครมาโตกราฟี (thin-layer chromatography: TLC) และเทคนิคคอลัมน์โครมาโตกราฟี (column chromatography) ดังรายละเอียดต่อไปนี้
1. เทคนิคทิลเลเยอร์โครมาโตกราฟี
เทคนิคทิลเลเยอร์โครมาโตกราฟี (thin-layer chromatography: TLC)เป็นวิธีการตรวจเอกลักษณ์ที่สะดวก รวดเร็ว และแม่นยา โดยประเมินค่า Rf (Relative front หรือRetardation factor) หรือค่าอัตราส่วนของระยะทางที่สารเคลื่อนที่กับระยะทางที่ตัวทำละลายเคลื่อนที่ สี และความเข้มของสีเปรียบเทียบกับสารอ้างอิง (reference substance) หรือสารมาตรฐาน (standard substance) ในกรณีที่ไม่มีสารอ้างอิงหรือสารมาตรฐาน อาจใช้ลายพิมพ์นิ้วมือ (fingerprint) ของโครมาโตแกรม (chromatogram) ของพืชสมุนไพรนั้น เนื่องจากไม่มีพืชสมุนไพรใดที่มีองค์ประกอบ และปริมาณที่เหมือนกันทุกอย่าง ทำให้ได้ลักษณะเฉพาะตัวของพืชสมุนไพรนั้น

การประยุกต์ใช้เทคนิคทิลเลเยอร์โครมาโตกราฟีในการศึกษาสารเคมีในสมุนไพร เพื่อใช้วิเคราะห์หาสารเบื้องต้นว่ามีกี่ชนิด และอาจบอกได้ว่าเป็นสารประเภทใด ใช้เป็นวิธีเบื้องต้นเพื่อหาระบบตัวทำละลายสำหรับคอลัมน์โครมาโตกราฟี ใช้ตรวจสอบส่วนย่อยที่ได้มาจากคอลัมน์โครมาโตกราฟี เพื่อรวมสารที่เหมือนกัน ใช้ในการแยกสารที่มีปริมาณน้อย และใช้หาปริมาณสารในสารผสมทั้งหมด เป็นต้น

2. เทคนิคคอลัมน์โครมาโตกราฟี
เทคนิคคอลัมน์โครมาโตกราฟี (column chromatography) เป็นการใช้ของแข็งเป็นเฟสคงที่ (stationary phase) บรรจุลงในคอลัมน์แก้ว และให้เฟสเคลื่อนที่ (mobile phase) เป็นของเหลวเคลื่อนที่ผ่านเฟสคงที่ โดยอาศัยแรงโน้มถ่วง โดยเรียกหลักการแยกแบบนี้ว่า gravity column chromatography ถ้าหากของเหลวเคลื่อนที่ผ่านเฟสคงที่ โดยอาศัยแรงดันอากาศจากภายนอก (external pressure) จะเรียกว่า flash column chromatography อัตราเร็วของการเคลื่อนที่ของสารที่ต้องการแยกออกจากคอลัมน์ขึ้นอยู่กับแรงยึดเหนี่ยวระหว่างตัวดูดซับกับสารที่ต้องการแยก โดยสารที่มีแรงยึดเหนี่ยวกับตัวดูดซับมากจะเคลื่อนที่ออกมาจากคอลัมน์ช้า ในทางตรงกันข้ามสารที่มีแรงยึดเหนี่ยวกับตัวดูดซับน้อยจะเคลื่อนที่ออกมาจากคอลัมน์เร็ว นอกจากนี้ ขนาดของคอลัมน์และปริมาณของตัวดูดซับที่เหมาะสมกับปริมาณของสารที่ต้องการแยก มีผลต่อความสามารถในการแยกสารให้บริสุทธิ์ (column efficiency)

โดยทั่วไปปริมาณของตัวดูดซับควรมีปริมาณ 25-30 เท่าของปริมาณของสารที่ต้องการแยก และคอลัมน์ควรมีความสูงต่อเส้นผ่าศูนย์กลางของคอลัมน์ประมาณ 8: 1 วัสดุที่ใช้บรรจุในคอลัมน์เป็นเฟสคงที่มีหลายชนิด ได้แก่ อะลูมินา (อะลูมิเนียมออกไซด์, Al2O3) แคลเซียมคาร์บอเนต แคลเซียมไฮดรอกไซด์ ซูโครส ซิลิกาเจล (ซิลิกอนออกไซด์, SiO2) เป็นต้น แต่ที่นิยมใช้ในการแยกของผสมสองชนิด คือ อะลูมินาและซิลิกาเจล ของเหลวที่เป็นเฟสเคลื่อนที่ ซึ่งทำหน้าที่พาสารตัวอย่างลงมาจากคอลัมน์ ได้แก่ ตัวทำละลายอินทรีย์ทั่วไป

ที่มา
ณัฐพร มานะประดิษฐ์. 2558. ความเป็นพิษต่อเซลล์และการยับยั้งการเจริญเติบโต
ของจุลินทรีย์ของสารสกัดจากใบพืชอังกาบ (Barleria cristata) และสังกรณี (Barleria strigosa).