Ultrazvučna ekstrakcija saponina kvilaje
- Ekstrakti saponina drveta Quillaja saponaria Molina glavni su izvor saponina za industrijske primjene.
- Ultrazvučna ekstrakcija saponina kvilaje daje saponine visoke kvalitete.
- Ultrazvučna ekstrakcija je vrlo efikasna metoda za dobivanje visokih prinosa ekstrakta saponina kvilaje u kratkom vremenu.
Ekstrakt saponina kvilaje
Ekstrakt saponina kvilaje (sinonimi: ekstrakti quillaia, bois de Panama, ekstrakti panamske kore, ekstrakti quillai, ekstrakti kore quillay, ekstrakti sapunske kore) je tvar koja se ekstrahuje iz drveta Quillaja Saponaria Molina (Q. saponaria). Ekstrakt kvilaje sastoji se od više od 100 triterpenoidnih saponina. Glavni prisutni saponini su glikozidi kvilajske kiseline. Ostale važne komponente su polifenoli i tanini, kao i male količine soli i šećera. Ekstrakt kvilaje dobiva se vodenom ekstrakcijom samljevene unutrašnje kore ili drveta orezanih stabljika i grana drveta Quillaja saponaria. Budući da ekstrakti saponina kvilaje sadrže i surfaktante i fenolna jedinjenja, izuzetno su zanimljivi za formulaciju osjetljivih funkcionalnih sastojaka hrane i za njihovu zaštitu od oksidacije.
Upotreba saponina kao prirodnih emulgatora značajno raste zbog sve veće potražnje za zdravim, prirodnim proizvodima bez sintetskih aditiva. Saponini kvilaje odlični su emulgatori za emulzije tipa U/V (ulje u vodi) i nanoemulzije te su pokazali vrlo dobre učinke u različitim formulacijama, kao što su napici i mješavine ulja. Uobičajena primjena ekstrakta saponina kvilaje je emulgiranje CBD ulja, prozirnih napitaka i pjenastih prehrambenih proizvoda. Saponini kvilaje mogu se koristiti samostalno ili u kombinaciji s drugim emulgatorima.
Q-Naturale® je aditiv za hranu na bazi saponina kore kvilaje, koji je FDA odobrila kao efikasan emulgator za hranu i napitke. Osim kao emulgator, saponini kvilaje koriste se u farmaceutskim formulacijama zbog svojih antibakterijskih, antivirusnih, antifungalnih, antiparazitskih, antitumorskih, hepatoprotektivnih i imunoadjuvantnih svojstava.
- Vrhunski prinos
- Brza ekstrakcija – za nekoliko minuta
- Visokokvalitetni ekstrakti – blagi, netermički postupak
- Zeleno otapalo (tj. voda)
- Isplativo
- Jednostavan i siguran rad
- Niski investicijski i operativni troškovi
- Rad 24/7 u teškim uslovima
- Zelena metoda prihvatljiva za okoliš
Ultrazvučna šaržna ekstrakcija biljnog materijala u količini od 120L pomoću UIP2000hdT i miješalice
Studija slučaja ultrazvučne ekstrakcije saponina iz kvilaje
Da bi se pripremio visokokvalitetan ekstrakt kvilaje, koji nudi željene funkcionalnosti kao aditiv za hranu i farmaceutske proizvode, aktivni fitokemikalije, naime saponini, moraju se izolovati. Saponin kvilaje je triterpenski saponin izolovan iz kore sapunskog drveta. Ultrazvučna kavitacija potiče ekstrakciju poboljšanjem kontakta između čvrste i tekuće faze te povećanjem prijenosa mase.
Cares et al. u svojoj studiji jasno pokazuju da ultrazvučno potpomognuta ekstrakcija (UAE) može poboljšati proces ekstrakcije bioaktivnih principa iz Quillaja Saponaria Molina. Koristili su iverje drveta i kore kvilaje te su saponine ekstrahovali u vodi uz ultrazvučnu obradu, tako da konačni proizvod sadrži samo prirodne sastojke i sirovine i može se koristiti u procesima proizvodnje hrane. Kao netermička metoda ekstrakcije, temperatura ekstrakcije tokom ultrazvučne obrade stalno je održavana na 20ºC (68ºF). Prinosi ekstrakcije značajno su se povećavali s trajanjem ultrazvučne obrade od 10 do 30 minuta. Prinosi nakon 20 minuta na 20ºC pri ekstrakciji potpomognutoj ultrazvukom bili su uporedivi s onima postignutim konvencionalnom metodom, ekstrakcijom od 3 sata na 60ºC.
Ultrazvučni uređaji koriste se za pripremu dugoročno stabilnih emulzija tipa U/V korištenjem ekstrakta saponina kvilaje kako bi se emulzija fizički i hemijski stabilizovala. Kliknite ovdje da biste saznali više o ultrazvučnom emulgiranju!
Visokoučinkoviti ultrazvučni ekstraktori
Hielscher Ultrasonics specijalizovan je za proizvodnju visokoučinkovitih ultrazvučnih procesora za dobivanje visokokvalitetnih ekstrakata iz biljnog materijala.
Širok asortiman proizvoda kompanije Hielscher kreće se od malih, snažnih laboratorijskih ultrazvučnih uređaja do robusnih stolnih i potpuno industrijskih sistema, koji isporučuju ultrazvuk visokog intenziteta za efikasnu ekstrakciju i izolaciju bioaktivnih komponenti (npr. kvercetin, kofein, kurkumin, terpeni itd.). Svi ultrazvučni uređaji od 200W do 16.000W imaju šareni zaslon za digitalno upravljanje, integrisanu SD karticu za automatsko bilježenje podataka, daljinsko upravljanje putem preglednika i mnoge druge funkcije prilagođene korisniku. Sonotrode i protočne ćelije (dijelovi koji su u kontaktu s medijem) mogu se sterilizirati u autoklavu i lako se čiste. Svi naši ultrazvučni uređaji izrađeni su za rad 24/7, zahtijevaju malo održavanja te su jednostavni i sigurni za upotrebu.
Digitalni šareni zaslon omogućava korisniku prilagođeno upravljanje ultrazvučnom opremom. Naši sistemi mogu isporučiti amplitude od niskih do vrlo visokih. Za ekstrakciju hemijskih jedinjenja kao što je astaksantin nudimo posebne ultrazvučne sonotrode (poznate i kao ultrazvučne sonde ili rogovi) koje su optimizovane za osjetljivu izolaciju visokokvalitetnih aktivnih tvari. Robusnost ultrazvučne opreme kompanije Hielscher omogućava rad 24/7 pod velikim opterećenjem i u zahtjevnim okruženjima.
Precizna kontrola parametara ultrazvučnog procesa osigurava ponovljivost i standardizaciju procesa. Automatizovani ultrazvučni sistemi za ekstrakciju industrijskog razmjera kompanije Hielscher projektovani su za velike proizvodne kapacitete ekstrakata vrhunske kvalitete, uz istovremeno smanjenje rada, troškova i energije.
U tabeli ispod dat je orijentacijski prikaz približnog kapaciteta obrade naših ultrazvučnih uređaja:
| Zapremina šarže | Protok | Preporučeni uređaji |
|---|---|---|
| 1 do 500mL | 10 do 200mL/min | UP100H |
| 10 do 2000mL | 20 do 400mL/min | UP200Ht, UP400St |
| 0,1 do 20L | 0,2 do 4L/min | UIP2000hdT |
| 10 do 100L | 2 do 10L/min | UIP4000hdT |
| n.a. | 10 do 100L/min | UIP16000 |
| n.a. | veći | klaster uređaja UIP16000 |
Kontaktirajte nas! / Pitajte nas!
Literatura/reference
- M. G. Cares, Y. Vargas, L. Gaete, J. Sainz, J. Alarcón (2009): Ultrasonically assisted Extraction of bioactive principles from 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): Saponins from Quillaja saponaria and Quillaja brasiliensis: Particular Chemical Characteristics and Biological Activities. Molecules. 2019 Jan; 24(1): 171.
- K. Kaur, R. Kumar, S.K. Mehta (2015): Formulation of saponin stabilized nanoemulsion by ultrasonic method and its role to protect the degradation of quercitin from UV light. Ultrasonics Sonochemistry 31, 2015.
- R.R.T. Majinda (2012): Extraction and Isolation of Saponins. In: Satyajit D. Sarker and Lutfun Nahar (eds.), Natural Products Isolation, Methods in Molecular Biology, Vol. 864, 2012.
- N. Riquelme, R.N. Zúñiga, C. Arancibia (2019): Physical stability of nanoemulsions with emulsifier mixtures: Replacement of tween 80 with quillaja saponin. LWT – Food Science and Technology 111, 2019. 760-766.
Činjenice vrijedne znanja
O drvetu kvilaje i njegovim saponinima
Drvo Quillaja Saponaria Molina, poznato i kao južnoamerički sapunovac, prirodno i u velikom broju raste u Čileu. Drvo Quillaja Saponaria (porodica Rosaceae) je veliko zimzeleno drvo debele kore, porijeklom iz nekoliko južnoameričkih zemalja, posebno Bolivije, Čilea i Perua.
Ekstrakt saponina kvilaje sadrži uglavnom saponine, ali i polifenole, tanine, kao i soli i šećere u malim količinama. Saponini kvilaje su molekule izgrađene od triterpenskog jezgra s dva šećerna lanca. Ti šećerni lanci daju saponinima hidrofilno svojstvo (= rastvorljivost u vodi), dok je triterpensko jezgro hidrofobno (= odbija vodu). Zbog toga je to amfotični tenzid, što saponine čini nejonskim tenzoaktivnim tvarima, koje omogućavaju smanjenje površinskog napona, solubilizaciju hidrofobnih proizvoda u vodenim rastvorima, kao i stvaranje mikro-/nanoemulzija.
U drvetu kvilaje kora sadrži najveću količinu saponina, oko 5%, dok drvo ima sadržaj saponina od oko 2%.
Budući da su saponini prirodne tvari dobrih svojstava pjenjenja i emulgiranja, često se koriste kao sredstva za pjenjenje u industriji hrane, napitaka i piva, kao surfaktanti u kozmetici, kao aditivi u agrohemikalijama i hrani za životinje te kao adjuvansi u vakcinama.
Proizvodnja ekstrakata kvilaje provodi se vodenom ekstrakcijom; u proizvodnji se ne koriste nikakva druga otapala. Konačni proizvod, bilo sirovi ili pročišćeni ekstrakt, u tekućoj ili praškastoj formulaciji, sadrži samo prirodne sastojke i sirovine odobrene za upotrebu u procesima proizvodnje hrane. (Cares et al. 2009)
Šta su saponini?
Riječ saponin potječe od latinske riječi sapo, što znači sapun. Saponini su fitokemikalije, koje se nalaze uglavnom, ali ne isključivo, u biljkama, pokazuju svojstva pjenjenja i sastoje se od policikličnih aglikona vezanih za jedan ili više bočnih šećernih lanaca. Aglikonski dio, koji se naziva i sapogenin, je ili steroid (C27) ili triterpen (C30). Sposobnost pjenjenja saponina uzrokovana je kombinacijom hidrofobnog (u mastima rastvorljivog) sapogenina i hidrofilnog (u vodi rastvorljivog) šećernog dijela. [Majinda, 2012: str. 515] Biljni materijali s visokim sadržajem saponina tradicionalno su se koristili kao emulgatori. Istaknuti primjeri biljaka bogatih saponinima su sapunska kora (Quillaja saponaria; Rosaceae), sapunika (Saponaria officinalis; Caryophyllaceae) i prah shikakai (Gleditsia sinensis; Leguminosae). Saponini su amfipatski glikozidi velike molekulske mase, koji strukturno imaju jedan ili više hidrofilnih glikozidnih dijelova spojenih s lipofilnim derivatom triterpena. Posebno u farmaceutskoj industriji saponini su privukli veliku pažnju zbog niza bioloških svojstava, uključujući sposobnost stimulisanja imunološkog odgovora, zbog čega su najbolji kandidati za adjuvanse.
Sve što trebate znati o ultrazvučnoj ekstrakciji
Ekstrakcija potpomognuta ultrazvukom (UAE), također sonoekstrakcija, vrlo je efikasna, zelena metoda ekstrakcije za izolaciju bioaktivnih tvari kao što su proteini, vitamini, polifenoli, prirodni pigmenti, lipidi itd. iz biljnih matrica. Ultrazvučna ekstrakcija temelji se na principu rada akustične kavitacije.
Kada se intenzivni ultrazvučni talasi primijene na tekuće sisteme, nastaje akustična kavitacija, a to je pojava stvaranja, rasta i konačnog kolapsa vakuumskih mjehurića (vidi sliku ispod). Tokom širenja ultrazvučnih talasa vakuumski mjehurići osciliraju i rastu dok ne dosegnu tačku u kojoj ne mogu apsorbovati dodatnu energiju. Na vrhuncu rasta mjehurića oni snažno kolabiraju, što uzrokuje lokalne termičke, mehaničke i hemijske efekte. Mehanički efekti uključuju visoke pritiske do 1000atm, turbulencije i intenzivne smične sile. Te sile razaraju ćelijske zidove i potiču prijenos mase između unutrašnjosti ćelije i otapala, pri čemu se bioaktivna jedinjenja oslobađaju u okolnu tekućinu (tj. otapalo).
Ultrazvučna ekstrakcija temelji se na akustičnoj kavitaciji i njenim hidrodinamičkim smičnim silama
Ultrazvučna ekstrakcija jedinjenja iz biljnog materijala i ćelijskog tkiva iz čvrste u tekuću fazu dobro je istražena. Primjena ultrazvučnih talasa visokog intenziteta značajno potiče procese ekstrakcije. Pored intenzifikacije procesa – koja rezultira većim prinosima i kraćim vremenom ekstrakcije – sprječava se termička degradacija i gubitak sastojaka osjetljivih na temperaturu, jer je ultrazvučna obrada netermički tretman. Nadalje, ultrazvučna ekstrakcija ima niske investicijske i operativne troškove, smanjuje upotrebu otapala i/ili omogućava upotrebu zelenijih otapala, zbog čega je ekonomična i ekološki prihvatljiva tehnika ekstrakcije. Nadmašujući konvencionalne metode ekstrakcije, ultrazvučno potpomognuta ekstrakcija (UAE) preuzeta je iz prehrambene industrije za proizvodnju bioaktivnih tvari uz ekonomske koristi.
Ultrazvučna ekstrakcija iz biljnih ćelija: mikroskopski poprečni presjek (TS) prikazuje mehanizam djelovanja tokom ultrazvučne ekstrakcije iz ćelija (uvećanje 2000x) [izvor: Vilkhu et al. 2011]
Ultrazvučni procesori velike snage od laboratorijskog do pilot i industrijskog razmjera.