استخلاص صابونينات Quillaja بالموجات فوق الصوتية
- تُعد مستخلصات الصابونين من شجرة Quillaja saponaria Molina المصدر الرئيسي للصابونينات المستخدمة في التطبيقات الصناعية.
- ينتج عن استخلاص صابونينات Quillaja بالموجات فوق الصوتية صابونينات عالية الجودة.
- يُعد الاستخلاص بالموجات فوق الصوتية طريقة عالية الكفاءة لإنتاج مردود مرتفع من مستخلص صابونين Quillaja في وقت قصير.
مستخلص صابونين Quillaja
مستخلص صابونين Quillaja (المرادفات: مستخلصات الكويلايا، خشب بنما، مستخلصات لحاء بنما، مستخلصات الكويلاي، مستخلصات لحاء الكويلاي، مستخلصات لحاء شجرة الصابون) هو مادة تُستخلص من شجرة Quillaja Saponaria Molina (Q. saponaria). يتكون مستخلص Quillaja من أكثر من 100 صابونين ثلاثي التربينويد. والصابونينات الرئيسية الموجودة فيه هي غليكوسيدات حمض الكويلايك. وتشمل المكونات الرئيسية الأخرى متعددات الفينول والتانينات، إضافةً إلى كميات صغيرة من الأملاح والسكريات. يُنتج مستخلص Quillaja بالاستخلاص المائي للحاء الداخلي المطحون أو لخشب السيقان والأغصان المقلمة من شجرة Quillaja saponaria. ونظرًا إلى أن مستخلصات صابونين Quillaja تحتوي على مواد فعالة سطحيًا ومركبات فينولية معًا، فإنها تحظى باهتمام استثنائي في صياغة المكونات الحساسة للأغذية الوظيفية وحمايتها من الأكسدة.
يتزايد استخدام الصابونينات بوصفها عوامل استحلاب طبيعية تزايدًا ملحوظًا بسبب ارتفاع الطلب على المنتجات الصحية والطبيعية الخالية من الإضافات الاصطناعية. وتُعد صابونينات Quillaja عوامل استحلاب ممتازة لمستحلبات O/W والمستحلبات النانوية، وقد أظهرت تأثيرات جيدة جدًا في تركيبات متنوعة مثل المشروبات وخلائط الزيوت. ومن التطبيقات الشائعة لمستخلص صابونين Quillaja استحلاب زيوت CBD، والمشروبات شبه الشفافة والمنتجات الغذائية الرغوية. ويمكن استخدام صابونينات Quillaja وحدها أو بالاشتراك مع عوامل استحلاب أخرى.
Q-Naturale® مادة مضافة غذائية تعتمد على صابونينات لحاء Quillaja، وقد اعتمدتها إدارة الغذاء والدواء الأمريكية (FDA) بوصفها عامل استحلاب فعالًا للأغذية والمشروبات. وإلى جانب استخدامها عاملًا للاستحلاب، تُستخدم صابونينات Quillaja في التركيبات الدوائية لما تتمتع به من خصائص مضادة للبكتيريا والفيروسات والفطريات والطفيليات والأورام، وواقية للكبد ومعززة للاستجابة المناعية.
- مردود فائق
- استخلاص سريع – خلال دقائق
- مستخلصات عالية الجودة – معالجة لطيفة وغير حرارية
- مذيب صديق للبيئة (أي الماء)
- فعال من حيث التكلفة
- تشغيل سهل وآمن
- تكاليف استثمار وتشغيل منخفضة
- تشغيل على مدار 24/7 في ظروف العمل الشاق
- طريقة خضراء وصديقة للبيئة
استخلاص دفعي بالموجات فوق الصوتية لمواد نباتية بحجم 120L باستخدام UIP2000hdT وجهاز تقليب
دراسة حالة لاستخلاص الصابونينات من Quillaja بالموجات فوق الصوتية
لتحضير مستخلص Quillaja عالي الجودة يوفر الوظائف المطلوبة بوصفه مادة مضافة غذائية ودوائية، يجب عزل المركبات الكيميائية النباتية الفعالة، أي الصابونينات. وصابونين Quillaja هو صابونين ثلاثي التربين يُعزل من لحاء شجرة الصابون. ويعزز التجويف بالموجات فوق الصوتية عملية الاستخلاص عن طريق تحسين التلامس بين المواد الصلبة والسائل وزيادة انتقال الكتلة.
Cares وآخرون يوضحون بجلاء في دراستهم أن الاستخلاص بمساعدة الموجات فوق الصوتية (UAE) يمكن أن يعزز عملية استخلاص المواد الفعالة حيويًا من Quillaja Saponaria Molina. وقد استخدموا رقائق خشب ولحاء Quillaja واستخلصوا الصابونينات في الماء باستخدام المعالجة بالموجات فوق الصوتية، بحيث لا يحتوي المنتج النهائي إلا على مكونات ومواد خام طبيعية، ويمكن استخدامه في عمليات تصنيع الأغذية. وبوصفها طريقة استخلاص غير حرارية، حُفظت درجة حرارة الاستخلاص أثناء المعالجة بالموجات فوق الصوتية ثابتة عند 20ºC (68ºF). وازداد مردود الاستخلاص زيادة ملحوظة مع إطالة مدة المعالجة بالموجات فوق الصوتية من 10 إلى 30 دقيقة. وكان مردود الاستخلاص بمساعدة الموجات فوق الصوتية لمدة 20 دقيقة عند 20ºC مماثلًا للمردود المتحقق بالطريقة التقليدية للاستخلاص لمدة 3 ساعات عند 60ºC.
تُستخدم أجهزة الموجات فوق الصوتية لتحضير مستحلبات o/w مستقرة على المدى الطويل، باستخدام مستخلص صابونين Quillaja لتثبيت المستحلب فيزيائيًا وكيميائيًا. انقر هنا لقراءة المزيد عن الاستحلاب بالموجات فوق الصوتية!
أجهزة استخلاص عالية الأداء بالموجات فوق الصوتية
تتخصص Hielscher Ultrasonics في تصنيع أجهزة معالجة عالية الأداء بالموجات فوق الصوتية لإنتاج مستخلصات عالية الجودة من المواد النباتية.
تتراوح مجموعة منتجات Hielscher الواسعة من أجهزة معالجة مختبرية صغيرة وقوية بالموجات فوق الصوتية إلى أنظمة متينة توضع على طاولة العمل وأنظمة صناعية بالكامل، توفر موجات فوق صوتية عالية الشدة لاستخلاص المكونات الفعالة حيويًا وعزلها بكفاءة (مثل الكيرسيتين, الكافيين, الكركمين, التربينات وغيرها). تتميز جميع أجهزة الموجات فوق الصوتية من 200W إلى 16,000W بشاشة ملونة للتحكم الرقمي، وبطاقة SD مدمجة لتسجيل البيانات تلقائيًا، وإمكانية التحكم عن بُعد عبر المتصفح، والعديد من الميزات الأخرى سهلة الاستخدام. ويمكن تعقيم السونوترودات وخلايا التدفق (الأجزاء التي تلامس الوسط) في الأوتوكلاف، كما أنها سهلة التنظيف. وصُممت جميع أجهزة المعالجة بالموجات فوق الصوتية لدينا للعمل على مدار 24/7، وتتطلب صيانة محدودة، كما أن تشغيلها سهل وآمن.
تتيح الشاشة الرقمية الملونة التحكم في معدات الموجات فوق الصوتية بسهولة. وتستطيع أنظمتنا توفير سعات اهتزاز تتراوح من منخفضة إلى مرتفعة جدًا. ولاستخلاص المركبات الكيميائية مثل الأستازانتين، نقدم سونوترودات خاصة بالموجات فوق الصوتية (تُعرف أيضًا باسم المجسات أو الأبواق فوق الصوتية) محسنة لعزل المواد الفعالة عالية الجودة مع مراعاة حساسيتها. وتتيح متانة معدات Hielscher للموجات فوق الصوتية التشغيل على مدار 24/7 في ظروف العمل الشاق والبيئات الصعبة.
يضمن التحكم الدقيق في معلمات عملية المعالجة بالموجات فوق الصوتية قابلية تكرار النتائج وتوحيد العملية. وقد صُممت أنظمة Hielscher الآلية للاستخلاص بالموجات فوق الصوتية على النطاق الصناعي لتوفير قدرات إنتاجية مرتفعة لمستخلصات فائقة الجودة، مع تقليل العمالة والتكلفة واستهلاك الطاقة في الوقت نفسه.
يقدم الجدول أدناه مؤشرًا على قدرة المعالجة التقريبية لأجهزة المعالجة بالموجات فوق الصوتية لدينا:
| حجم الدفعة | معدل التدفق | الأجهزة الموصى بها |
|---|---|---|
| 1 إلى 500mL | 10 إلى 200mL/min | UP100H |
| 10 إلى 2000mL | 20 إلى 400mL/min | UP200Ht, UP400St |
| 0.1 إلى 20L | 0.2 إلى 4L/min | UIP2000hdT |
| 10 إلى 100L | 2 إلى 10L/min | UIP4000hdT |
| n.a. | 10 إلى 100L/min | UIP16000 |
| n.a. | أكبر | مجموعة من أجهزة UIP16000 |
تواصل معنا! / اسألنا!
المصادر والمراجع
- M. G. Cares, Y. Vargas, L. Gaete, J. Sainz, J. Alarcón (2009): استخلاص المواد الفعالة حيويًا من Quillaja Saponaria Molina بمساعدة الموجات فوق الصوتية. المؤتمر الدولي للموجات فوق الصوتية، Universidad de Santiago de Chile، يناير 2009.
- J. Deise Fleck, A. Heemann Betti, F. Pereira da Silva, E. A. Troian, C. Olivaro, F. Ferreira, S. Gasparin Verza (2019): الصابونينات من Quillaja saponaria وQuillaja brasiliensis: الخصائص الكيميائية المميزة والأنشطة البيولوجية. Molecules. 2019 يناير؛ 24(1): 171.
- K. Kaur, R. Kumar, S.K. Mehta (2015): تحضير مستحلب نانوي مثبت بالصابونين بطريقة الموجات فوق الصوتية ودوره في الحماية من تحلل الكيرسيتين بفعل الأشعة فوق البنفسجية. Ultrasonics Sonochemistry 31, 2015.
- R.R.T. Majinda (2012): استخلاص الصابونينات وعزلها. في: Satyajit D. Sarker وLutfun Nahar (محرران)، عزل المنتجات الطبيعية، طرق في علم الأحياء الجزيئي، المجلد 864, 2012.
- N. Riquelme, R.N. Zúñiga, C. Arancibia (2019): الثبات الفيزيائي للمستحلبات النانوية باستخدام خلائط عوامل الاستحلاب: استبدال tween 80 بصابونين Quillaja. LWT – Food Science and Technology 111, 2019. 760–766.
حقائق جديرة بالمعرفة
عن شجرة Quillaja وصابونيناتها
تنمو شجرة Quillaja Saponaria Molina، المعروفة أيضًا باسم شجرة الصابون في أمريكا الجنوبية، طبيعيًا وعلى نطاق واسع في تشيلي. وشجرة Quillaja Saponaria (الفصيلة Rosaceae) شجرة كبيرة دائمة الخضرة ذات لحاء سميك، وموطنها الأصلي عدة بلدان في أمريكا الجنوبية، ولا سيما بوليفيا وتشيلي وبيرو.
يحتوي مستخلص صابونين Quillaja أساسًا على الصابونينات، ولكنه يحتوي أيضًا على متعددات الفينول والتانينات، إضافةً إلى كميات صغيرة من الأملاح والسكريات. وصابونينات Quillaja جزيئات تتكون من نواة ثلاثية التربين ذات سلسلتين سكريتين. وتمنح هذه السلاسل السكرية الصابونينات خاصية محبة للماء (= قابلة للذوبان في الماء)، بينما تكون النواة ثلاثية التربين كارهة للماء (= طاردة للماء). ولهذا فهي مادة فعالة سطحيًا موصوفة في المصدر بعبارة «amphotic tenside»، مما يجعل الصابونينات مواد فعالة سطحيًا غير أيونية، تتيح خفض التوتر السطحي، وإذابة المنتجات الكارهة للماء في المحاليل المائية، وتكوين مستحلبات دقيقة/نانوية.
في شجرة Quillaja، يحتوي اللحاء على أعلى نسبة من الصابونينات، وتبلغ نحو 5%، بينما يحتوي الخشب على نحو 2% من الصابونينات.
نظرًا إلى أن الصابونينات مواد طبيعية ذات خصائص جيدة لتكوين الرغوة والاستحلاب، فإنها تُستخدم كثيرًا بوصفها عوامل لتكوين الرغوة في صناعات الأغذية والمشروبات والبيرة، ومواد فعالة سطحيًا في مستحضرات التجميل، وإضافات في المواد الكيميائية الزراعية وأعلاف الحيوانات، ومواد مساعدة في اللقاحات.
تُنتج مستخلصات Quillaja بالاستخلاص المائي؛ ولا تُستخدم أي مذيبات أخرى في إنتاجها. ولا يحتوي المنتج النهائي، سواء أكان مستخلصًا خامًا أم منقى، في تركيبة سائلة أو مسحوقة، إلا على مكونات ومواد خام طبيعية مصرح باستخدامها في عمليات تصنيع الأغذية. (Cares وآخرون 2009)
ما الصابونينات؟
تُشتق كلمة صابونين من الكلمة اللاتينية sapo، التي تعني الصابون. والصابونينات مركبات كيميائية نباتية توجد أساسًا، ولكن ليس حصرًا، في النباتات، وتتميز بخصائص تكوين الرغوة، وتتكون من أغليكونات متعددة الحلقات مرتبطة بسلسلة جانبية سكرية واحدة أو أكثر. ويكون الجزء الأغليكوني، الذي يُسمى أيضًا السابوجينين، إما ستيرويدًا (C27) أو تربينًا ثلاثيًا (C30). وتنشأ قدرة الصابونينات على تكوين الرغوة من اجتماع سابوجينين كاره للماء (قابل للذوبان في الدهون) وجزء سكري محب للماء (قابل للذوبان في الماء). [Majinda, 2012: p. 515] استُخدمت المواد النباتية ذات المحتوى المرتفع من الصابونينات تقليديًا بوصفها عوامل استحلاب. ومن الأمثلة البارزة للنباتات الغنية بالصابونينات شجرة الصابون (Quillaja saponaria; Rosaceae)، وعشبة الصابون (Saponaria officinalis; Caryophyllaceae)، ومسحوق الشيكاكاي (Gleditsia sinensis; Leguminosae). والصابونينات غليكوسيدات مزدوجة الألفة ذات وزن جزيئي مرتفع، وتتضمن في بنيتها جزءًا غليكوسيديًا محبًا للماء أو أكثر مرتبطًا بمشتق ثلاثي التربين محب للدهون. وقد جذبت الصابونينات اهتمامًا كبيرًا، ولا سيما في صناعة الأدوية، بسبب مجموعة خصائصها البيولوجية، بما فيها قدرتها على تحفيز استجابة مناعية، مما يجعلها مرشحات بارزة للاستخدام مواد مساعدة.
كل ما تحتاج إلى معرفته عن الاستخلاص بالموجات فوق الصوتية
الاستخلاص بمساعدة الموجات فوق الصوتية (UAE)، ويُسمى أيضًا الاستخلاص الصوتي، هو طريقة استخلاص عالية الكفاءة وصديقة للبيئة لعزل المواد الفعالة حيويًا، مثل البروتينات والفيتامينات ومتعددات الفينول والأصباغ الطبيعية والدهون وغيرها، من المصفوفات النباتية. ويعتمد الاستخلاص بالموجات فوق الصوتية على مبدأ عمل التجويف الصوتي.
عند تطبيق موجات فوق صوتية شديدة على الأنظمة السائلة، يحدث التجويف الصوتي، وهو ظاهرة تكوّن فقاعات الفراغ ونموها وانهيارها في النهاية (انظر الصورة أدناه). وأثناء انتشار الموجات فوق الصوتية، تتذبذب فقاعات الفراغ وتنمو حتى تصل إلى نقطة لا تستطيع عندها امتصاص المزيد من الطاقة. وعند بلوغ ذروة نموها، تنهار بعنف، مما يسبب تأثيرات حرارية وميكانيكية وكيميائية موضعية. وتشمل التأثيرات الميكانيكية ضغوطًا مرتفعة تصل إلى 1000atm، واضطرابات، وقوى قص شديدة. وتؤدي هذه القوى إلى تفكيك جدران الخلايا وتعزيز انتقال الكتلة بين داخل الخلية والمذيب، مما يحرر المركبات الفعالة حيويًا في السائل المحيط (أي المذيب).
يعتمد الاستخلاص بالموجات فوق الصوتية على التجويف الصوتي وقوى القص الهيدروديناميكية الناتجة عنه
خضع استخلاص المركبات من المواد النباتية والأنسجة الخلوية بنظام صلب–سائل باستخدام الموجات فوق الصوتية لأبحاث مستفيضة. ويعزز تطبيق الموجات فوق الصوتية شديدة القوة عمليات الاستخلاص بدرجة كبيرة. وإلى جانب تكثيف العملية – الذي يؤدي إلى مردود أعلى ووقت استخلاص أقصر – يُمنع التحلل الحراري وفقدان المكونات الحساسة لدرجة الحرارة، لأن المعالجة بالموجات فوق الصوتية معالجة غير حرارية. علاوةً على ذلك، يتميز الاستخلاص بالموجات فوق الصوتية بانخفاض تكاليف الاستثمار والتشغيل، ويقلل استخدام المذيبات و/أو يتيح استخدام مذيبات أكثر ملاءمة للبيئة، مما يجعله تقنية استخلاص اقتصادية وصديقة للبيئة. ومع تفوق الاستخلاص بمساعدة الموجات فوق الصوتية (UAE) على طرق الاستخلاص التقليدية، فقد اعتُمد من صناعة الأغذية لإنتاج مواد فعالة حيويًا مع تحقيق مكاسب اقتصادية.
الاستخلاص بالموجات فوق الصوتية من الخلايا النباتية: يُظهر المقطع العرضي المجهري (TS) آلية التأثيرات أثناء الاستخلاص بالموجات فوق الصوتية من الخلايا (التكبير 2000x) [المصدر: Vilkhu وآخرون 2011]
أجهزة معالجة عالية القدرة بالموجات فوق الصوتية من النطاق المختبري إلى النطاق التجريبي والصناعي.