Ултразвукова екстракция на сапонини от Quillaja
- Сапониновите екстракти от дървото Quillaja saponaria Molina са основният източник на сапонини за промишлени приложения.
- Ултразвуковата екстракция на сапонини от Quillaja дава висококачествени сапонини.
- Ултразвуковата екстракция е високоефективен метод за получаване на висок добив на сапонинов екстракт от Quillaja за кратко време.
Сапонинов екстракт от Quillaja
Сапониновият екстракт от Quillaja (синоними: екстракти от квилая, панамско дърво, екстракти от панамска кора, екстракти от квилай, екстракти от кора на квилай, екстракти от кора на сапунено дърво) е вещество, извлечено от дървото Quillaja Saponaria Molina (Q. saponaria). Екстрактът от Quillaja съдържа над 100 тритерпеноидни сапонина. Основните съдържащи се сапонини са гликозиди на квилаевата киселина. Други основни компоненти са полифенолите и танините, както и малки количества соли и захари. Екстрактът от Quillaja се получава чрез водна екстракция на смляната вътрешна кора или дървесината от подрязани стъбла и клони на дървото Quillaja saponaria. Тъй като сапониновите екстракти от Quillaja съдържат както повърхностноактивни вещества, така и фенолни съединения, те представляват изключителен интерес за формулирането на чувствителни функционални хранителни съставки и защитата им от окисление.
Използването на сапонини като естествени емулгатори нараства значително поради увеличаващото се търсене на здравословни, натурални продукти без синтетични добавки. Сапонините от Quillaja са отлични емулгатори за емулсии тип масло във вода (O/W) и наноемулсии и са показали много добри ефекти в различни формулировки, като напитки и смеси от масла. Често срещано приложение на сапониновия екстракт от Quillaja е емулгирането на CBD масла, полупрозрачни напитки и разпенени хранителни продукти. Сапонините от Quillaja могат да се използват самостоятелно или в комбинация с други емулгатори.
Q-Naturale® е хранителна добавка на основата на сапонини от кората на Quillaja, одобрена от FDA като ефективен емулгатор за храни и напитки. Освен като емулгатори, сапонините от Quillaja се използват във фармацевтични формулировки заради своите антибактериални, антивирусни, противогъбични, противопаразитни, противотуморни, хепатопротективни и имуноадювантни свойства.
- Превъзходен добив
- Бърза екстракция – в рамките на минути
- Висококачествени екстракти – щадящ, нетермичен процес
- Екологичен разтворител (т.е. вода)
- Икономически изгодна
- Лесна и безопасна работа
- Ниски инвестиционни и експлоатационни разходи
- Работа 24/7 при тежки натоварвания
- Екологичен, щадящ околната среда метод
Ултразвукова екстракция на растителни материали в партида от 120L с UIP2000hdT и бъркалка
Проучване на ултразвуковата екстракция на сапонини от Quillaja
За да се приготви висококачествен екстракт от Quillaja, който осигурява желаните функционални свойства като хранителна и фармацевтична добавка, трябва да се изолират активните фитохимични вещества, а именно сапонините. Сапонинът от Quillaja е тритерпенов сапонин, изолиран от кората на сапуненото дърво. Ултразвуковата кавитация подпомага екстракцията, като подобрява контакта между твърдите вещества и течността и увеличава масопреноса.
Cares et al. показват ясно в своето проучване, че екстракцията с помощта на ултразвук (UAE) може да подобри процеса на извличане на биоактивни вещества от Quillaja Saponaria Molina. Те използват раздробена дървесина и кора от Quillaja и извличат сапонините във вода чрез ултразвукова обработка, така че крайният продукт съдържа само естествени съставки и суровини и би могъл да се използва в процеси за производство на храни. При този нетермичен метод на екстракция температурата по време на ултразвуковата обработка се поддържа постоянно на 20ºC (68ºF). Добивът от екстракцията нараства значително с увеличаването на продължителността на ултразвуковата обработка от 10 до 30 минути. Добивът при 20 минути екстракция с помощта на ултразвук при 20ºC е сравним с постигнатия чрез конвенционалния метод при 3 часа екстракция при 60ºC.
Ултразвуковите устройства се използват за приготвяне на дълготрайно стабилни емулсии тип масло във вода (o/w), като сапониновият екстракт от Quillaja се използва за физическо и химическо стабилизиране на емулсията. Щракнете тук, за да прочетете повече за ултразвуковото емулгиране!
Високопроизводителни ултразвукови екстрактори
Hielscher Ultrasonics е специализирана в производството на високопроизводителни ултразвукови процесори за получаване на висококачествени екстракти от растителни материали.
Широкото продуктово портфолио на Hielscher се простира от малки, мощни лабораторни ултразвукови устройства до устойчиви настолни и изцяло промишлени системи, които осигуряват ултразвук с висок интензитет за ефективна екстракция и изолиране на биоактивни компоненти (напр. кверцетин, кофеин, куркумин, терпени и др.). Всички ултразвукови устройства от 200W до 16 000W разполагат с цветен дисплей за цифрово управление, вградена SD карта за автоматично записване на данни, дистанционно управление чрез браузър и много други удобни за потребителя функции. Сонотродите и проточните клетки (частите, които са в контакт със средата) могат да се автоклавират и се почистват лесно. Всички наши ултразвукови устройства са конструирани за работа 24/7, изискват малко поддръжка и са лесни и безопасни за използване.
Цифровият цветен дисплей позволява удобно управление на ултразвуковото оборудване. Нашите системи могат да осигуряват амплитуди от ниски до много високи. За екстракцията на химични съединения като астаксантин предлагаме специални ултразвукови сонотроди (известни също като ултразвукови сонди или рогове), оптимизирани за щадящо изолиране на висококачествени активни вещества. Здравината на ултразвуковото оборудване на Hielscher позволява работа 24/7 при тежки натоварвания и в условия с високи изисквания.
Прецизният контрол на параметрите на ултразвуковия процес осигурява възпроизводимост и стандартизация на процеса. Автоматизираните системи на Hielscher за ултразвукова екстракция в промишлен мащаб са проектирани за висок производствен капацитет на екстракти с превъзходно качество, като същевременно намаляват необходимия труд, разходите и потреблението на енергия.
Таблицата по-долу дава представа за приблизителния капацитет за обработка на нашите ултразвукови устройства:
| Обем на партидата | Дебит | Препоръчителни устройства |
|---|---|---|
| 1 до 500mL | 10 до 200mL/min | UP100H |
| 10 до 2000mL | 20 до 400mL/min | UP200Ht, UP400St |
| 0,1 до 20L | 0,2 до 4L/min | UIP2000hdT |
| 10 до 100L | 2 до 10L/min | UIP4000hdT |
| n.a. | 10 до 100L/min | UIP16000 |
| n.a. | по-голям | група от UIP16000 |
Свържете се с нас! / Попитайте ни!
Литература/Източници
- M. G. Cares, Y. Vargas, L. Gaete, J. Sainz, J. Alarcón (2009): Екстракция с помощта на ултразвук на биоактивни вещества от Quillaja Saponaria Molina. International Congress on Ultrasonics, Universidad de Santiago de Chile, January 2009.
- J. Deise Fleck, A. Heemann Betti, F. Pereira da Silva, E. A. Troian, C. Olivaro, F. Ferreira, S. Gasparin Verza (2019): Сапонини от Quillaja saponaria и Quillaja brasiliensis: специфични химични характеристики и биологични активности. Molecules. 2019 януари; 24(1): 171.
- K. Kaur, R. Kumar, S.K. Mehta (2015): Формулиране на стабилизирана със сапонини наноемулсия чрез ултразвуков метод и нейната роля за предпазване на кверцитина от разграждане под въздействието на UV светлина. Ultrasonics Sonochemistry 31, 2015.
- R.R.T. Majinda (2012): Екстракция и изолиране на сапонини. В: Satyajit D. Sarker и Lutfun Nahar (ред.), Natural Products Isolation, Methods in Molecular Biology, том 864, 2012.
- N. Riquelme, R.N. Zúñiga, C. Arancibia (2019): Физическа стабилност на наноемулсии със смеси от емулгатори: замяна на tween 80 със сапонин от quillaja. LWT – Food Science and Technology 111, 2019. 760–766.
Факти, които си струва да знаете
За дървото Quillaja и неговите сапонини
Дървото Quillaja Saponaria Molina, известно също като южноамериканско сапунено дърво, расте естествено и е широко разпространено в Чили. Дървото Quillaja Saponaria (семейство Rosaceae) е голямо вечнозелено дърво с дебела кора, произхождащо от няколко южноамерикански държави, по-специално Боливия, Чили и Перу.
Сапониновият екстракт от Quillaja съдържа основно сапонини, но също и полифеноли, танини, както и соли и захари в малки количества. Сапонините от Quillaja са молекули, изградени от тритерпеново ядро с две захарни вериги. Тези захарни вериги придават на сапонините хидрофилно свойство (= разтворимост във вода), докато тритерпеновото ядро е хидрофобно (= водоотблъскващо). Поради тези характеристики веществото е „amphotic tenside“, което прави сапонините нейонни повърхностноактивни вещества, позволяващи намаляване на повърхностното напрежение, солюбилизиране на хидрофобни продукти във водни разтвори, както и образуване на микро-/наноемулсии.
При дървото Quillaja кората съдържа най-голямото количество сапонини – прибл. 5%, докато дървесината има съдържание на сапонини от прибл. 2%.
Тъй като сапонините са естествени вещества с добри пенообразуващи и емулгиращи свойства, те често се използват като пенообразуватели в хранителната промишленост, производството на напитки и пивоварната промишленост, като повърхностноактивни вещества в козметиката, като добавки в агрохимикали и фуражи и като адюванти във ваксини.
Производството на екстрактите от quillaja се извършва чрез водна екстракция; при производството им не се използват други разтворители. Крайният продукт, независимо дали е суров или пречистен екстракт, в течна или прахообразна форма, съдържа само естествени съставки и суровини, разрешени за използване в процеси за производство на храни. (Cares et al. 2009)
Какво представляват сапонините?
Думата сапонин произлиза от латинската дума sapo, която означава сапун. Сапонините са фитохимични вещества, срещащи се главно, но не само в растенията, които проявяват пенообразуващи свойства и се състоят от полициклични агликони, свързани с една или повече странични захарни вериги. Агликоновата част, наричана също сапогенин, е или стероид (C27), или тритерпен (C30). Пенообразуващата способност на сапонините се дължи на комбинацията от хидрофобен (мастноразтворим) сапогенин и хидрофилна (водоразтворима) захарна част. [Majinda, 2012: с. 515] Растителните материали с високо съдържание на сапонини традиционно се използват като емулгатори. Известни примери за растения, богати на сапонини, са сапуненото дърво (Quillaja saponaria; Rosaceae), сапунчето (Saponaria officinalis; Caryophyllaceae) и прахът от шикакай (Gleditsia sinensis; Leguminosae). Сапонините са амфипатични гликозиди с висока молекулна маса, които структурно имат една или повече хидрофилни гликозидни части, съчетани с липофилно тритерпеново производно. Особено във фармацевтичната промишленост сапонините привличат голямо внимание поради разнообразните си биологични свойства, включително способността да стимулират имунен отговор, което ги прави водещи кандидати за адюванти.
Всичко, което трябва да знаете за ултразвуковата екстракция
Екстракцията с помощта на ултразвук (UAE), наричана също соноекстракция, е високоефективен, екологичен метод за екстракция, чрез който от растителни матрици се изолират биоактивни вещества като протеини, витамини, полифеноли, естествени пигменти, липиди и др. Ултразвуковата екстракция се основава на принципа на действие на акустичната кавитация.
Когато върху течни системи се прилагат интензивни ултразвукови вълни, възниква акустична кавитация – явлението на образуване, нарастване и последващо колабиране на вакуумни мехурчета (вж. изображението по-долу). При разпространението на ултразвуковите вълни вакуумните мехурчета осцилират и нарастват, докато достигнат момент, в който не могат да поглъщат повече енергия. При максималното си нарастване мехурчетата колабират бурно, което предизвиква локални термични, механични и химични ефекти. Механичните ефекти включват високи налягания до 1000atm, турбулентност и интензивни сили на срязване. Тези сили разрушават клетъчните стени и подпомагат масопреноса между вътрешността на клетката и разтворителя, като освобождават биоактивни съединения в заобикалящата течност (т.е. разтворителя).
Ултразвуковата екстракция се основава на акустичната кавитация и нейните хидродинамични сили на срязване
Ултразвуковата екстракция твърдо вещество–течност на съединения от растителни материали и клетъчни тъкани е добре проучена. Прилагането на ултразвукови вълни с много висок интензитет значително подпомага процесите на екстракция. Освен интензифицирането на процеса – което води до по-висок добив и по-кратко време за екстракция – се предотвратяват термичното разграждане и загубата на чувствителни към температурата съставки, тъй като ултразвуковата обработка е нетермична. Освен това ултразвуковата екстракция има ниски инвестиционни и експлоатационни разходи, намалява употребата на разтворители и/или позволява използването на по-екологични разтворители, което я прави икономична и щадяща околната среда техника за екстракция. Превъзхождайки конвенционалните методи за екстракция, екстракцията с помощта на ултразвук (UAE) е възприета от сферата на хранителната промишленост за производство на биоактивни вещества с икономически ползи.
Ултразвукова екстракция от растителни клетки: микроскопският напречен срез (TS) показва механизма на действие при ултразвукова екстракция от клетки (увеличение 2000x) [източник: Vilkhu et al. 2011]
Ултразвукови процесори с висока мощност – от лабораторен до пилотен и промишлен мащаб.