Choosing the right extraction method for your active: solvents, yield and cost per kilogram of extract

วิธีสกัด (Extraction) ที่เหมาะกับสารสำคัญตัดสินได้จากสามคำถาม คือ สารเป้าหมายละลายในอะไรและทนร้อนแค่ไหน สินค้าปลายทางเป็นอาหาร เครื่องสำอาง หรือผลิตภัณฑ์สมุนไพร ซึ่งกำหนดตัวทำละลายที่ใช้ได้ และต้นทุนต่อกรัมของสารสำคัญที่ได้ ไม่ใช่ต่อกิโลกรัมของสารสกัด สารสกัด (Extract) จากพืชชนิดเดียวกันจึงไม่ได้เหมือนกัน วิธีสกัดที่ต่างกันดึงสารคนละกลุ่มออกมา ให้สี กลิ่น ความคงตัว และต้นทุนต่อกิโลกรัมต่างกันมาก จึงต้องเลือกวิธีอย่างมีหลักการ ไม่ใช่เลือกวิธีที่โรงงานใกล้บ้านมี

ข้อมูลในบทความอ้างอิงแนวทางการแปรรูปสมุนไพรขององค์การอนามัยโลก (WHO) ฉบับปี 2018 ตำรามาตรฐานยาสมุนไพรไทย (Thai Herbal Pharmacopoeia, THP) และประกาศกระทรวงสาธารณสุข

เริ่มจากสารเป้าหมาย ไม่ใช่จากเครื่อง

คำถามแรกคือสารเป้าหมายมีขั้วแค่ไหน สารที่มีขั้วสูงละลายในน้ำได้ดี สารที่มีขั้วต่ำละลายในน้ำมันหรือตัวทำละลายอินทรีย์ และสารจำนวนมากอยู่ระหว่างกลาง WHO เรียกหลักนี้ว่า "สารที่คล้ายกันละลายกัน" (Like Dissolves Like) ตัวทำละลายไม่มีขั้วอย่างเฮกเซนดึงกรดไขมันและสเตอรอลออกมา สารขั้วปานกลางอย่างฟลาโวนอยด์ในรูปที่ไม่จับกับน้ำตาล (Aglycone) ไปอยู่ในเอทิลแอซีเทต ส่วนไกลโคไซด์และพอลิฟีนอลไปอยู่ในบิวทานอลหรือน้ำ WHO ระบุด้วยว่าเอทานอลผสมน้ำ 50–80% สกัดสารอินทรีย์ส่วนใหญ่ในพืชได้ จึงเป็นจุดเริ่มต้นที่ใช้บ่อย

คำถามต่อมาคือสารทนร้อนหรือไม่ WHO แนะนำให้สกัดต่ำกว่า 40 °C เว้นแต่มีหลักฐานว่าใช้อุณหภูมิสูงกว่าได้ และถ้าสารระเหยได้อย่างน้ำมันหอมระเหย วิธีหลักคือการกลั่น ตารางจาก THP ฉบับ 2021 เป็นเกณฑ์ขั้นต่ำของสารที่ละลายออกมาได้ต่อน้ำหนักวัตถุดิบ ไม่ใช่ผลผลิตของโรงงาน แต่ชี้ว่าพืชแต่ละชนิดตอบสนองต่อตัวทำละลายต่างกัน

การสกัดสมุนไพรมีกี่วิธี และแต่ละวิธีเหมาะกับอะไร

การสกัดด้วยตัวทำละลาย (Solvent Extraction) ตามนิยามของ WHO คือการแยกสารที่ละลายได้ออกจากเนื้อเยื่อพืชส่วนที่ไม่ละลาย ด้วยตัวทำละลายที่เลือกให้เหมาะ WHO แบ่งวิธีดั้งเดิมเป็นหมักสกัด (Maceration) หมักอุ่น (Digestion) ชง (Infusion) ต้ม (Decoction) และซึมผ่าน (Percolation) ซึ่งรวมการสกัดต่อเนื่องแบบซอกซ์เลต (Soxhlet) และมีวิธีที่ใหม่กว่าตามตารางนี้

ส่วนคำถาม "การสกัดสมุนไพรด้วยการต้ม" คำตอบคือต้มได้เมื่อสารเป้าหมายละลายน้ำและทนร้อน ถ้าไม่ใช่ การต้มนานขึ้นก็ไม่ช่วย

ตัวทำละลายแต่ละชนิด: น้ำ เอทานอล น้ำมัน เฮกเซน และคาร์บอนไดออกไซด์

น้ำ เหมาะกับสารที่ละลายน้ำ ปลอดภัย ต้นทุนต่ำ ไม่มีปัญหาตัวทำละลายตกค้าง แต่ดึงสารที่ไม่ละลายน้ำไม่ได้ และสารสกัดน้ำเน่าเสียง่าย จึงต้องทำให้เข้มข้นหรืออบแห้งเร็ว WHO ระบุว่าสารสกัดแห้งอาจเสี่ยงปนเปื้อนเชื้อน้อยกว่าสารสกัดเหลว

เอทานอลหรือเอทานอลผสมน้ำ ยืดหยุ่นมาก ปรับสัดส่วนเพื่อเลือกกลุ่มสารได้ WHO จัดเอทานอลเป็นตัวทำละลายความเป็นพิษต่ำ (กลุ่ม 3 ตามแนวทาง ICH Q3C) และให้ใช้แทนเมทานอลซึ่งเป็นพิษมากกว่า ข้อควรระวังคือไวไฟ บัตรข้อมูลความปลอดภัยสารเคมีระหว่างประเทศ (ICSC) ระบุจุดวาบไฟของเอทานอลไว้ที่ 12 °C

น้ำมันพืชและกลีเซอรีน ใช้แช่สมุนไพร งานทบทวนของ Chemat และคณะ (2012) ระบุว่ากลีเซอรีนใช้หมักสมุนไพรกันทั่วไปในอุตสาหกรรมเครื่องสำอาง ข้อจำกัดคือระเหยออกไม่ได้ จึงเป็นส่วนหนึ่งของสารสกัด

เฮกเซน ไม่มีขั้ว ใช้สกัดน้ำมัน แต่มีจุดวาบไฟ −22 °C ตาม ICSC และ ICH Q3C จัดเป็นกลุ่ม 2 ที่ต้องจำกัดปริมาณ (290 ppm ในผลิตภัณฑ์ยา) จึงต้องไล่ออกให้ต่ำกว่าเกณฑ์และตรวจยืนยันทุกล็อต

คาร์บอนไดออกไซด์เหนือวิกฤต (Supercritical CO2) สถาบันมาตรฐานและเทคโนโลยีแห่งชาติสหรัฐฯ (NIST) ระบุจุดวิกฤตของคาร์บอนไดออกไซด์ไว้ราว 31 °C และ 73.8 บาร์ จึงสกัดได้โดยไม่ใช้ความร้อนสูง เมื่อลดความดัน คาร์บอนไดออกไซด์กลายเป็นแก๊สแยกออกเอง สารสกัดจึงไม่มีตัวทำละลายตกค้าง ถ้าต้องการสารที่มีขั้วมากขึ้นต้องเติมตัวทำละลายร่วม (Modifier) เช่น เอทานอล

สินค้าปลายทางกำหนดตัวทำละลายที่ใช้ได้

สารสกัดตัวเดียวกันอาจไปเป็นอาหาร เครื่องสำอาง หรือผลิตภัณฑ์สมุนไพรก็ได้ ขึ้นกับวิธีใช้และคำกล่าวอ้าง และแต่ละทางมีกฎต่างกัน

อาหารและผลิตภัณฑ์เสริมอาหาร

ประกาศกระทรวงสาธารณสุข (ฉบับที่ 461) พ.ศ. 2568 เรื่อง สารทำละลายที่ใช้ในการสกัดสำหรับใช้ในการผลิตอาหาร ลงราชกิจจานุเบกษาเมื่อ 2 กันยายน 2568 ให้สารทำละลายที่ใช้สกัดเป็นอาหารควบคุมเฉพาะ และให้ใช้ตามรายชื่อ ชนิดอาหาร และปริมาณตกค้างสูงสุดในบัญชีแนบท้าย 14 รายการ โดยไม่ใช้กับน้ำและน้ำมันหรือไขมันที่ใช้เป็นตัวทำละลาย ตัวอย่างเงื่อนไข

เมทานอลไม่อยู่ในบัญชีแนบท้าย และข้อ 1 ของประกาศยกเลิกประกาศเดิมเรื่องการใช้เมทิลแอลกอฮอล์เป็นสารช่วยในการผลิตอาหารบางชนิด อาหารที่ได้รับอนุญาตไว้ก่อนต้องปรับให้ถูกต้องภายในสองปีนับแต่ประกาศใช้บังคับ ถ้าจะขายสารสกัดเข้าอุตสาหกรรมอาหาร ให้เลือกตัวทำละลายจากบัญชีนี้ตั้งแต่ขั้นทดลอง

ผลิตภัณฑ์สมุนไพรและเครื่องสำอาง

THP ภาคผนวก 1.16H ระบุว่าตัวทำละลายที่ตำราเลือกคือเอทานอล น้ำ หรือเอทานอลผสมน้ำ ถ้าใช้ตัวทำละลายอื่นต้องแสดงผลทดสอบตัวทำละลายตกค้างด้วยวิธีที่ผ่านการตรวจสอบความใช้ได้ และฉลากต้องระบุองค์ประกอบตัวทำละลาย สารช่วยที่เติม สารมาร์กเกอร์ และอัตราส่วนวัตถุดิบต่อสารสกัด (Drug Extract Ratio, DER) แนวทาง ICH Q3C ที่ WHO อ้างถึงยอมให้ตัวทำละลายกลุ่ม 3 อย่างเอทานอลเหลือไม่เกิน 5,000 ppm โดยไม่ต้องให้เหตุผลเพิ่ม ส่วนเมทานอล (กลุ่ม 2) ไม่เกิน 3,000 ppm สำหรับเครื่องสำอาง ให้ขอข้อมูลตัวทำละลายและผลตรวจตกค้างจากผู้ผลิตสารสกัด แล้วตรวจกับประกาศเครื่องสำอางที่ใช้อยู่ก่อนจดแจ้ง ส่วนคำกล่าวอ้างบนฉลาก ดูการพิสูจน์คำกล่าวอ้างให้ผ่าน อย.

พารามิเตอร์ที่กำหนดผลผลิต

นอกจากตัวทำละลาย ผลผลิต (Yield) และคุณภาพของสารสกัดขึ้นกับสัดส่วนวัตถุดิบต่อตัวทำละลาย อุณหภูมิ เวลา ขนาดอนุภาค และจำนวนรอบการสกัด WHO ให้กำหนดค่าเหล่านี้ไว้ในวิธีปฏิบัติมาตรฐาน (SOP) เพื่อให้ทุกล็อตได้ผลเหมือนกัน

• ขนาดอนุภาค WHO แนะนำให้อบแห้งแล้วบดผ่านตะแกรงราว 30–40 เมช บดละเอียดขึ้นสกัดได้มากขึ้น แต่ละเอียดเกินทำให้ร้อนและออกซิไดซ์ อุดตัวกรอง และจับเป็นก้อน ถ้าใช้พืชสดต้องสกัดโดยเร็วหลังเก็บ
• สัดส่วนวัตถุดิบต่อตัวทำละลาย ทิงเจอร์ตามคำอธิบายของ WHO ใช้วัตถุดิบ 1 ส่วนต่อตัวทำละลาย 5–10 ส่วน ตัวทำละลายที่เพิ่มช่วยได้ถึงจุดหนึ่ง แต่ทุกลิตรคือค่าตัวทำละลายและพลังงานระเหยที่เพิ่มตาม
• อุณหภูมิ อุณหภูมิสูงเร่งการสกัดแต่ทำลายสารที่ไวต่อความร้อน ต้องคุมและบันทึกตลอดกระบวนการ
• เวลาและจำนวนรอบ เวลาน้อยไปสกัดไม่หมด นานไปได้สารที่ไม่ต้องการ WHO ระบุว่าจำนวนรอบสำคัญพอ ๆ กับเวลาของแต่ละรอบ

ชุดพารามิเตอร์ที่ให้สารเป้าหมายมากในต้นทุนต่ำต้องหาจากการทดลองระดับห้องปฏิบัติการก่อนเสมอ ผลงานวิจัยของพืชชนิดเดียวกันเป็นจุดเริ่มต้นได้ แต่วัตถุดิบของคุณอาจต่างทั้งสายพันธุ์ แหล่งปลูก และวิธีทำแห้ง

ผลผลิตสารสกัดกับผลผลิตสารสำคัญเป็นคนละตัวเลข

ข้อผิดพลาดที่พบบ่อยคือเลือกวิธีจากน้ำหนักสารสกัดที่ได้ งานวิจัยของไทยในวารสาร Molecules ปี 2022 (Krongrawa และคณะ) สกัดผงเหง้ากระชายดำครั้งละ 5 กรัมด้วยคลื่นเสียงในห้องปฏิบัติการ แล้ววัดทั้งผลผลิตสารสกัดและเมทอกซีฟลาโวนรวม (Total Methoxyflavones) ซึ่งเป็นสารมาร์กเกอร์ของพืชนี้

• ใน 17 การทดลอง ผลผลิตอยู่ระหว่าง 2.68–15.36% และเมทอกซีฟลาโวนรวมอยู่ระหว่าง 121.80–321.05 มิลลิกรัมต่อกรัมสารสกัด
• สภาวะที่ให้ผลผลิตสารสกัดสูงสุดใช้เอทานอลราว 54% ทดลองยืนยันได้ 16.95%
• สภาวะที่ให้เมทอกซีฟลาโวนเข้มข้นสูงสุดใช้เอทานอล 95% ได้ 327.25 มิลลิกรัมต่อกรัมสารสกัด

ผู้วิจัยอธิบายว่าเอทานอลความเข้มข้นต่ำมีขั้วสูงกว่า จึงน่าจะดึงสารมีขั้วออกมามาก น้ำหนักจึงเพิ่ม แต่สารมาร์กเกอร์ละลายดีในเอทานอลความเข้มข้นสูง งานนี้เป็นการทดลองระดับห้องปฏิบัติการ ยังไม่ได้ขยายขนาด จึงใช้เป็นทิศทาง ไม่ใช่สูตรสำเร็จ

สูตรที่ควรใช้คือ สารสำคัญที่ได้ต่อวัตถุดิบ เท่ากับผลผลิตสารสกัดคูณความเข้มข้นของสารสำคัญในสารสกัด ถ้าวิธีหนึ่งได้เนื้อสารสกัดมากกว่าเท่าตัวแต่สารสำคัญเข้มข้นเพียงครึ่งเดียว สารสำคัญที่ได้จะเท่ากัน แต่ต้องจ่ายค่าทำแห้งมากกว่า อัตราส่วน DER อย่างเดียวก็ไม่พอ เพราะ WHO ระบุว่าสารสกัดผงมักทำแห้งบนสารพา (Carrier) เช่น มอลโทเดกซ์ทริน สิ่งที่ผู้ซื้อดูจึงเป็นปริมาณสารมาร์กเกอร์ อ่านต่อในสารสกัดมาตรฐานและการควบคุม Marker

ต้นทุนต่อกิโลกรัมของสารสกัดคิดอย่างไร

ต้นทุนสารสกัดไม่ใช่ราคาวัตถุดิบหารด้วยผลผลิตอย่างเดียว Chemat และคณะอธิบายว่าการสกัดด้วยตัวทำละลายเป็นสายของขั้นตอน ตั้งแต่อบแห้ง บด สกัด แยกกาก ระเหยและนำตัวทำละลายกลับ ไปจนถึงไล่ตัวทำละลายที่ค้าง ทุกขั้นต้องนับรวม

1. วัตถุดิบ รวมค่าทำแห้ง บด และตรวจยืนยันชนิดพืช ซึ่ง WHO ให้ทำก่อนการสกัด
2. ตัวทำละลายสุทธิ ส่วนที่นำกลับมาใช้ไม่ได้ WHO ระบุว่าตัวทำละลายชนิดเดียวนำกลับมาใช้ได้ถ้าควบคุมคุณภาพ แต่ตัวทำละลายผสมใช้ซ้ำไม่ได้
3. พลังงาน ในการสกัดและระเหย Chemat ระบุว่าขั้นสกัดใช้พลังงานไม่น้อยกว่าครึ่งหนึ่งของกระบวนการทั้งหมด
4. การทำแห้งและสารพา ซึ่งเพิ่มน้ำหนักแต่ไม่เพิ่มสารสำคัญ ดูการเลือกวิธีอบแห้ง
5. การวิเคราะห์ สารสำคัญและตัวทำละลายตกค้างทุกล็อต
6. ของเสีย แรงงาน และเวลาเครื่อง ตัวทำละลายใช้แล้วต้องกำจัดตามกฎหมาย

วิธีที่ผลผลิตสูงแต่ตัวทำละลายแพงหรือใช้พลังงานมาก อาจมีต้นทุนต่อกิโลกรัมสูงกว่าวิธีที่ผลผลิตต่ำกว่าแต่ถูกกว่า กลับกัน Chemat ชี้ว่าการสกัดด้วยคาร์บอนไดออกไซด์เหนือวิกฤตที่ถูกมองว่าแพง มีขั้นตอนน้อยกว่าเมื่อคิดทั้งสาย งานเดียวกันยกตัวอย่างสารที่มีในพืชเพียง 0.01–0.05% ว่าสกัดแล้วแทบไม่คุ้ม และการนำกากโรสแมรีหลังกลั่นน้ำมันหอมระเหยไปสกัดสารต้านออกซิเดชันต่อเพื่อกระจายต้นทุน ดูชีวิตที่สองของผลผลิตเกษตร

เมื่อสารสกัดจะขายเป็นส่วนผสม ราคาที่ตลาดให้ขึ้นกับปริมาณสารสำคัญที่วิเคราะห์ได้ ไม่ใช่น้ำหนักสารสกัด ตัวอย่างคือสารสกัดแห้งขมิ้นชันใน THP ซึ่งต้องระบุเคอร์คูมินอยด์บนฉลากไม่น้อยกว่า 80.0% และค่าที่วัดได้ต้องอยู่ระหว่าง 90.0–110.0% ของค่าบนฉลาก ต้นทุนที่ควรเทียบกับราคาขายจึงเป็นต้นทุนต่อกรัมสารสำคัญ

สกัดเองหรือจ้าง

ในช่วงพิสูจน์ การส่งวัตถุดิบให้ห้องปฏิบัติการสกัดและวิเคราะห์ในระดับทดลองบอกได้ว่าวิธีไหนได้สารเท่าไรในต้นทุนเท่าไร ก่อนตัดสินใจลงทุนกระบวนการ การลงทุนเองไม่ได้มีแค่ตัวเครื่อง ตัวทำละลายไวไฟต้องใช้ระบบปิด การระบายอากาศ และอุปกรณ์ไฟฟ้าชนิดป้องกันการระเบิดตามข้อแนะนำของ ICSC ก่อนส่งตัวอย่าง ให้เตรียมข้อมูลเหล่านี้

• ชื่อพืช ส่วนที่ใช้ แหล่งปลูก และสภาพวัตถุดิบ สดหรือแห้ง
• สารเป้าหมายหรือสารมาร์กเกอร์ และวิธีวิเคราะห์ที่ผู้ซื้อยอมรับ
• สินค้าปลายทาง ซึ่งกำหนดตัวทำละลายที่ใช้ได้
• รูปแบบสารสกัดที่ต้องการ เหลว ข้น หรือผง

TIBD มีบริการสกัดระดับห้องปฏิบัติการและกึ่งอุตสาหกรรม บริการกลั่นน้ำมันหอมระเหย และบริการพัฒนาสารสำคัญ ขอบเขตงานขึ้นกับวัตถุดิบและการวิเคราะห์ที่ต้องการ

ทดลองสกัดด้วยตัวเองก่อนตัดสินใจ

Herbal Extract Workshop เรียนสองวันในห้องปฏิบัติการของ K-API รับไม่เกิน 10 คน สอนโดยอรุณ วีระสกุลชัย ผู้จัดการฝ่ายวิจัยและพัฒนาของ TIBD เริ่มจากกฎการเลือกตัวทำละลาย น้ำ แอลกอฮอล์ หรือน้ำมัน ให้ตรงกับสารสำคัญ การเตรียมพืชด้วยการบดและอบเพื่อให้สกัดได้มากขึ้น แล้วลงมือหมักสกัด (Maceration) และระเหยจนได้สารสกัดเข้มข้นฝีมือตัวเองกลับไป ผู้ที่สนใจน้ำมันหอมระเหยต่อด้วย Essential Oil Distillation ซึ่งเรียนหนึ่งวัน ตั้งชุดกลั่นแก้ว แยกชั้นน้ำมัน และเก็บไฮโดรซอลไปสร้างมูลค่าเพิ่ม