AIが貴重な植物化合物の抽出を変える方法

人類が知る最も古い薬は、痛みを和らげ、熱を下げ、病気と闘うなどの活性化合物を含む植物でした。現在でも、薬用植物学は現代医療の非常に重要な分野であり、一般的な植物や希少な植物から珍しい分子が定期的に見つかり、新しい治療法の開発に利用されています。

問題点は、これらの化合物は医学的に強力である一方、植物中にごく少量しか存在しない、あるいは植物の栽培が困難であることです。いずれの場合も、目的の化合物を化学的に合成できる実用的な方法がないと、医薬品は非常に高価になる可能性があります。

したがって、植物から有効分子を抽出するプロセスを最適化するあらゆる改善は、経済的および医療的に大きな影響をもたらす可能性があります。

イランのイスラム・アザド大学、タルビアト・モダレス大学、イスファハン工科大学の研究チームは、AI を用いて超臨界 CO₂ による貴重化合物の抽出を最適化しました。彼らはその成果を CO2 Utilization¹ に掲載し、タイトルは「超臨界 CO₂ と超音波支援を用いた Nepeta crispa エッセンシャルオイル抽出の持続可能な CO₂ ベースプロセス強化：最適化と機械学習モデリング」としています。

植物薬局方の抽出

その価値ある特性と利益のために、ハーブや芳香植物はエッセンシャルオイルに起因する特性が大きく、医薬品、食品、化粧品、塗料、化学産業などで広範に利用されています。エッセンシャルオイルは、さまざまな分子種を含む複雑な化学混合物からなる揮発性成分です。

• 有機溶媒使用による抽出製品の汚染の可能性。
• その後の溶媒除去が必要。
• 溶媒の毒性と可燃性。
• 許容できる収率を得るための高い運転コストと大量のエネルギー投入。

近年、超音波支援抽出（UAE）は、音響キャビテーションにより植物細胞壁を破壊し、バイオアクティブ化合物とエッセンシャルオイルの放出を促進することで、収率、溶媒使用量、速度の面で優れた結果が得られるとして大きな注目を集めています。

一方、超臨界流体（SCF）、特に超臨界二酸化炭素（SC‑CO₂）は、従来の抽出媒体に代わる効果的な代替手段としてますます認識されています。

超臨界流体とは、液相と気相が消失する点以上に加圧された化学物質のことです。したがって技術的にはガスですが、主に液体としての性質を示します。

CO₂ の利点は、爆発性がなく、無毒で、低コスト、非可燃性、非腐食性であることです。また、バイオアクティブ化合物の自然な完全性を保持し、圧力と温度を正確に制御することで高い選択性の抽出が可能です。

超臨界 CO₂ ベース抽出の最適化

超臨界 CO₂ を用いた抽出の実際の効率は、圧力、抽出時間、共溶媒量、温度、粒子サイズ、CO₂ の流量など多岐にわたる要因に依存します。そのため、特定の植物における特定化合物に最適な条件を見つけることはかなり困難で、現在のところ芸術と科学の両方の側面があります。

統計的・数学的モデルは支援できますが、実務上は設計が複雑です。

この手法を最適化するため、研究者は ANFIS（適応型ニューラルファジィ推論システム）と 粒子群最適化（PSO）アルゴリズムを使用しました。

CO₂ と AI による抽出の完成

植物の選択とテスト

Nepeta crispa が研究者によってテスト用に選ばれました。さまざまな Nepeta 属は、抗菌、抗ウイルス、抗真菌効果など広範な生物活性を示します。伝統医学では、N. crispa は鎮咳、鎮痙、利尿、発汗、抗喘息、子宮刺激、鎮静の薬として利用されてきました。

出典： WorldPlant

研究者はこの植物から有効化合物を抽出する方法を 3 つ比較しました：

• 最適条件下の SC‑CO₂
• 水蒸留
• 超音波支援抽出

19 種類の化学化合物が同定され、抽出されたエッセンシャルオイル全体の 97‑99% を占めました。超臨界 CO₂ が最も高い収率を示し、ほぼ完璧な抽出が得られました。全体的な組成と定性的プロファイルは、すべての手法で比較的同等でした。

出典： CO2 Utilization

AI モデルの構築とテスト

温度、圧力、質量流量、共溶媒量といったさまざまな入力変数の組み合わせを検討し、ANFIS はバックプロパゲーションとハイブリッドアルゴリズムを用いてニューラルファジィシステムを最適化しました。

出典： CO2 Utilization

全体として、温度は抽出に大きな影響を与えず、圧力と CO₂ 流量がより重要であり、共溶媒（エタノール）の添加も重要でした。

超臨界 CO₂ 抽出を予測するモデルの精度を確認するため、研究者は複数の実験と比較しました。収率予測は各ケースで実験結果とほぼ完全に一致しました。

最適な運転条件は、圧力 34 MPa、温度 112 °F / 44.8 °C、質量流量 1.1 g/min、共溶媒体積 370 µL であることが判明しました。

資源利用の未来

本研究は、比較的単純な AI システムでも重要なニッチ応用に利用できる例の一つです。例えば、本ケースでは植物から医薬分子の抽出を最適化し、より安価な新規治療法の開発や、再生可能で汚染の少ない資源を活用することで資源抽出の環境負荷を低減する可能性があります。

これらのシステムが拡大すれば、経済的な利益は植物抽出に留まらず、産業ガス供給者、プロセス工学企業、オートメーション提供者、製造コスト削減とスループット向上を支援する AI 企業に新たな機会をもたらすでしょう。

超臨界 CO₂ は今後ますます利用が拡大すると予想されます。例えば、中国で実施された画期的な「Chaotan One」超臨界 CO₂ タービン試験は、従来の超臨界蒸気を CO₂ に置き換えることでタービンのエネルギー生産を根本的に向上させました。

CO₂ 産業応用への投資

Linde Plc

Linde は、Air Products and Chemicals (APD ) などの競合他社と並ぶ世界最大級の産業ガス企業で、2025 年の売上は 340 億ドルに達しました。1879 年にドイツで設立され、2018 年に同業大手 Praxair と合併しました。

現在、Linde は大気から抽出される純粋ガス（希ガスを含む）と、LNG（ヘリウム）、炭化水素（エチレン、プロパン、CO、CO₂）や水素製造など産業が生み出すガスの両方を生産しています。

出典： Linde

売上は地域別に見ると、米州が 45%、EMEA 地域が 25% を占めています。ほぼすべての産業プロセスがこれらのガスを必要とするため、Linde の顧客基盤は非常に多様で、化学・エネルギー（売上の 21%）、製造業（21%）、医療（17%）、鉱業（13%）が最大の産業セグメントです。

ガスと顧客に応じて、Linde は産業サイトで直接ガスを生成するか、集中施設で生産して最終ユーザーへ輸送します。

出典： Linde

産業ガスは規模が持続的な競争優位性をもたらすセクターであり、信頼性（迅速な納品、柔軟な供給）と大規模生産・広範な流通ネットワークにより資本コストと R&D 費用を削減できます。

グリーン水素と炭素回収は、単なる世界的産業生産の成長以上に同社の成長機会を提供し、エネルギー分野への拡大を可能にします。

出典： Linde

最新 Linde (LIN) 株式ニュースと動向

参照研究

^{1. Mitra Amani, Nedasadat Saadati Ardestani, Seyyed Mohammad Ghoreishi. 持続可能な CO₂ ベースプロセス強化：超音波支援超臨界 CO₂ を用いた Nepeta crispa エッセンシャルオイル抽出 — 最適化と機械学習モデリング CO2 Utilization. 2026 年 7 月 10 日. 記事 : 103519. 巻 : 巻 110. 10.1016/j.jcou.2026.103519}