Ultrazvuková extrakce saponinů Quillaja
- Extrakty saponinů ze stromu Quillaja saponaria Molina jsou hlavním zdrojem saponinů pro průmyslové aplikace.
- Ultrazvuková extrakce saponinů Quillaja poskytuje vysoce kvalitní saponiny.
- Ultrazvuková extrakce je vysoce účinná metoda pro získání vysokých výtěžků extraktu saponinů Quillaja v krátkém čase.
Extrakt saponinů Quillaja
Extrakt saponinů Quillaja (synonyma: extrakty quillaia, bois de Panama, extrakty panamské kůry, extrakty quillai, extrakty kůry Quillay, extrakty mýdlové kůry) je látka extrahovaná ze stromu Quillaja Saponaria Molina (Q. saponaria). Extrakt Quillaja se skládá z více než 100 triterpenoidních saponinů. Hlavními přítomnými saponiny jsou glykosidy kyseliny quillajové. Dalšími hlavními složkami jsou polyfenoly a taniny a také malá množství solí a cukrů. Extrakt Quillaja se získává vodní extrakcí mleté vnitřní kůry nebo dřeva prořezaných kmenů a větví stromu Quillaja saponaria. Protože extrakty saponinů Quillaja obsahují jak povrchově aktivní látky, tak fenolické sloučeniny, jsou mimořádně zajímavé pro formulaci citlivých funkčních potravinových složek a jejich ochranu před oxidací.
Používání saponinů jako přírodních emulgátorů výrazně roste v důsledku rostoucí poptávky po zdravých, přírodních produktech bez syntetických přísad. Saponiny Quillaja jsou vynikajícími emulgátory pro emulze a nanoemulze typu O/W a vykazují velmi dobré účinky v různých formulacích, jako jsou nápoje a olejové směsi. Běžnou aplikací extraktu saponinů Quillaja je emulgace CBD olejů, průsvitných nápojů a pěněných potravinářských výrobků. Saponiny Quillaja lze používat samostatně nebo v kombinaci s jinými emulgačními činidly.
Q-Naturale® je potravinářská přídatná látka na bázi saponinů z kůry Quillaja, kterou FDA schválila jako účinný emulgátor pro potraviny a nápoje. Kromě využití jako emulgační činidlo se saponiny Quillaja používají ve farmaceutických formulacích pro své antibakteriální, antivirové, antifungální, antiparazitární, protinádorové, hepatoprotektivní a imunoadjuvantní vlastnosti.
- Vynikající výtěžek
- Vysokorychlostní extrakce – během několika minut
- Vysoce kvalitní extrakty – šetrné, netermické
- Zelené rozpouštědlo (tj. voda)
- Nákladově efektivní
- Snadný a bezpečný provoz
- Nízké investiční a provozní náklady
- Provoz 24/7 při vysokém zatížení
- Zelená, ekologická metoda
Ultrazvuková vsádková extrakce rostlinných materiálů v objemu 120L s UIP2000hdT a míchadlem
Případová studie ultrazvukové extrakce saponinů z Quillaja
Pro přípravu vysoce kvalitního extraktu Quillaja, který nabízí požadované funkční vlastnosti jako potravinářská a farmaceutická přísada, je nutné izolovat aktivní fytochemikálie, konkrétně saponiny. Saponin Quillaja je triterpenový saponin izolovaný z kůry mýdlového stromu. Ultrazvuková kavitace podporuje extrakci zlepšením kontaktu mezi pevnými látkami a kapalinou a zvýšením přenosu hmoty.
Cares et al. ve své studii jasně prokazují, že ultrazvukem asistovaná extrakce (UAE) může zlepšit proces extrakce bioaktivních účinných látek ze stromu Quillaja Saponaria Molina. Použili dřevěné a kůrové štěpky Quillaja a saponiny extrahovali ve vodě pomocí sonikace, takže konečný produkt obsahuje pouze přírodní složky a suroviny a mohl by být použit ve výrobních procesech potravin. Vzhledem k tomu, že jde o netermickou extrakční metodu, byla teplota extrakce během sonikace konstantně udržována na 20ºC (68ºF). Výtěžky extrakce významně rostly s dobou sonikace od 10 do 30 minut. Výtěžky po 20 minutách při 20ºC u ultrazvukem asistované extrakce byly srovnatelné s výtěžky dosaženými konvenční metodou při extrakci trvající 3 hodiny při 60ºC.
Ultrazvuková zařízení se používají k přípravě dlouhodobě stabilních emulzí o/w s využitím extraktu saponinů Quillaja, který emulzi fyzikálně i chemicky stabilizuje. Klikněte zde a přečtěte si více o ultrazvukové emulgaci!
Vysoce výkonné ultrazvukové extraktory
Hielscher Ultrasonics se specializuje na výrobu vysoce výkonných ultrazvukových procesorů pro produkci vysoce kvalitních extraktů z rostlinných materiálů.
Široké produktové portfolio společnosti Hielscher sahá od malých, výkonných laboratorních sonikátorů až po robustní stolní a plně průmyslové systémy, které dodávají vysoce intenzivní ultrazvuk pro účinnou extrakci a izolaci bioaktivních složek (např. kvercetin, kofein, kurkumin, terpeny atd.). Všechna ultrazvuková zařízení od 200W do 16 000W jsou vybavena barevným displejem pro digitální ovládání, integrovanou SD kartou pro automatický záznam dat, vzdáleným ovládáním přes prohlížeč a mnoha dalšími uživatelsky přívětivými funkcemi. Sonotrody a průtokové cely (části, které jsou v kontaktu s médiem) lze autoklávovat a snadno se čistí. Všechny naše sonikátory jsou konstruovány pro provoz 24/7, vyžadují nízkou údržbu a jejich obsluha je snadná a bezpečná.
Digitální barevný displej umožňuje uživatelsky přívětivé ovládání ultrazvukového zařízení. Naše systémy jsou schopny dodávat nízké až velmi vysoké amplitudy. Pro extrakci chemických sloučenin, jako je astaxanthin, nabízíme speciální ultrazvukové sonotrody (označované také jako ultrazvukové sondy nebo anglicky „horns“), které jsou optimalizovány pro šetrnou izolaci vysoce kvalitních účinných látek. Robustnost ultrazvukového zařízení Hielscher umožňuje provoz 24/7 při vysokém zatížení a v náročných prostředích.
Přesné řízení parametrů ultrazvukového procesu zajišťuje reprodukovatelnost a standardizaci procesu. Automatizované ultrazvukové extrakční systémy Hielscher v průmyslovém měřítku jsou navrženy pro vysoké výrobní kapacity extraktů špičkové kvality a zároveň snižují pracnost, náklady a spotřebu energie.
Níže uvedená tabulka vám poskytne orientační představu o přibližné zpracovatelské kapacitě našich sonikátorů:
| Objem vsádky | Průtok | Doporučená zařízení |
|---|---|---|
| 1 až 500mL | 10 až 200mL/min | UP100H |
| 10 až 2000mL | 20 až 400mL/min | UP200Ht, UP400St |
| 0,1 až 20L | 0,2 až 4L/min | UIP2000hdT |
| 10 až 100L | 2 až 10L/min | UIP4000hdT |
| n.a. | 10 až 100L/min | UIP16000 |
| n.a. | větší | klastr UIP16000 |
Kontaktujte nás! / Zeptejte se nás!
Literatura a 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.
Fakta, která stojí za to znát
O stromu Quillaja a jeho saponinech
Strom Quillaja Saponaria Molina, známý také jako jihoamerický mýdlovník, roste přirozeně a hojně v Chile. Strom Quillaja Saponaria (čeleď Rosaceae) je velký stálezelený strom se silnou kůrou, původní v několika jihoamerických zemích, zejména v Bolívii, Chile a Peru.
Extrakt saponinů Quillaja obsahuje hlavně saponiny, ale také polyfenoly, taniny a v malých množstvích soli a cukry. Saponiny Quillaja jsou molekuly tvořené triterpenickým jádrem se dvěma cukernými řetězci. Tyto cukerné řetězce dávají saponinům hydrofilní vlastnost (= rozpustné ve vodě), zatímco triterpenické jádro je hydrofobní (= vodoodpudivé). Díky tomu se jedná o „amphotic tenside“, což ze saponinů činí neionogenní povrchově aktivní látky, které umožňují snížení povrchového napětí, solubilizaci hydrofobních produktů ve vodných roztocích a také tvorbu mikro-/nanoemulzí.
Ve stromu Quillaja obsahuje nejvyšší množství saponinů kůra, a to cca 5%, zatímco dřevo má obsah saponinů cca 2%.
Protože saponiny jsou přírodní látky s dobrými pěnotvornými a emulgačními vlastnostmi, často se používají jako pěnidla v potravinářském, nápojovém a pivovarském průmyslu, jako povrchově aktivní látky v kosmetice, jako přísady do agrochemikálií a krmiv pro zvířata a jako adjuvans ve vakcínách.
Výroba extraktů quillaja probíhá vodní extrakcí; při výrobě se nepoužívají žádná jiná rozpouštědla. Konečný produkt, ať už surový, nebo purifikovaný extrakt, v kapalné nebo práškové formě obsahuje pouze přírodní složky a suroviny schválené pro použití ve výrobních procesech potravin. (Cares et al. 2009)
Co jsou saponiny?
Slovo saponin je odvozeno z latinského slova sapo, které znamená mýdlo. Saponiny jsou fytochemikálie vyskytující se hlavně, ale nikoli výlučně v rostlinách, které vykazují pěnotvorné vlastnosti a skládají se z polycyklických aglykonů navázaných na jeden nebo více cukerných postranních řetězců. Aglykonová část, nazývaná také sapogenin, je buď steroid (C27), nebo triterpen (C30). Pěnivost saponinů je způsobena kombinací hydrofobního (v tucích rozpustného) sapogeninu a hydrofilní (ve vodě rozpustné) cukerné části. [Majinda, 2012: p. 515] Rostlinné materiály s vysokým obsahem saponinů se tradičně používají jako emulgační činidla. Významnými příklady rostlin bohatých na saponiny jsou mýdlová kůra (Quillaja saponaria; Rosaceae), mydlice (Saponaria officinalis; Caryophyllaceae) a prášek shikakai (Gleditsia sinensis; Leguminosae). Saponiny jsou amfipatické glykosidy s vysokou molekulovou hmotností, které strukturně obsahují jednu nebo více hydrofilních glykosidových skupin spojených s lipofilním triterpenovým derivátem. Zejména ve farmaceutickém průmyslu přitahují saponiny velkou pozornost díky řadě svých biologických vlastností, včetně schopnosti stimulovat imunitní odpověď, což z nich činí hlavní kandidáty na adjuvans.
Vše, co potřebujete vědět o ultrazvukové extrakci
Ultrazvukem asistovaná extrakce (UAE), nazývaná také sonoextrakce, je vysoce účinná, zelená extrakční metoda k izolaci bioaktivních látek, jako jsou proteiny, vitaminy, polyfenoly, přírodní pigmenty, lipidy atd., z rostlinných matric. Ultrazvuková extrakce je založena na principu akustické kavitace.
Když se na kapalné systémy aplikují intenzivní ultrazvukové vlny, dochází k akustické kavitaci, což je jev vzniku, růstu a konečného kolapsu vakuových bublin (viz obr. níže). Během šíření ultrazvukových vln vakuové bubliny oscilují a rostou, dokud nedosáhnou bodu, kdy již nemohou absorbovat další energii. Na vrcholu růstu bubliny prudce kolabují, což lokálně vyvolává tepelné, mechanické a chemické účinky. Mechanické účinky zahrnují vysoké tlaky až 1000atm, turbulence a intenzivní smykové síly. Tyto síly narušují buněčné stěny a podporují přenos hmoty mezi vnitřkem buňky a rozpouštědlem, čímž se bioaktivní sloučeniny uvolňují do okolní kapaliny (tj. rozpouštědla).
Ultrazvuková extrakce je založena na akustické kavitaci a jejích hydrodynamických smykových silách
Ultrazvuková extrakce sloučenin z rostlinných materiálů a buněčné tkáně v systému pevná látka-kapalina je dobře prozkoumána. Aplikace vysoce intenzivních ultrazvukových vln výrazně podporuje extrakční procesy. Kromě intenzifikace procesu – která vede k vyšším výtěžkům a kratší době extrakce – se zabraňuje tepelné degradaci a ztrátě teplotně citlivých složek, protože sonikace je netermické ošetření. Ultrazvuková extrakce má navíc nízké investiční a provozní náklady, snižuje spotřebu rozpouštědel a/nebo umožňuje použití zelenějších rozpouštědel, což z ní činí ekonomickou a ekologickou extrakční techniku. Díky tomu, že překonává konvenční extrakční metody, byla ultrazvukem asistovaná extrakce (UAE) převzata z potravinářského průmyslu k výrobě bioaktivních látek s ekonomickým přínosem.
Ultrazvuková extrakce z rostlinných buněk: mikroskopický příčný řez (TS) ukazuje mechanismus působení během ultrazvukové extrakce z buněk (zvětšení 2000x) [zdroj: Vilkhu et al. 2011]
Vysoce výkonné ultrazvukové procesory od laboratorního přes pilotní až po průmyslové měřítko.