Ultralydsekstraktion af Quillaja-saponiner
- Saponinekstrakter fra træet Quillaja saponaria Molina er den vigtigste kilde til saponiner til industrielle anvendelser.
- Ultralydsekstraktion af Quillaja-saponiner giver saponiner af høj kvalitet.
- Ultralydsekstraktion er en yderst effektiv metode til at opnå høje udbytter af Quillaja-saponinekstrakt på kort tid.
Quillaja-saponinekstrakt
Quillaja-saponinekstrakt (synonymer: quillaia-ekstrakter, bois de Panama, panamabarkekstrakter, quillai-ekstrakter, Quillay-barkekstrakter, sæbebarkekstrakter) er et stof, der udvindes fra træet Quillaja Saponaria Molina (Q. saponaria). Quillaja-ekstraktet består af over 100 triterpenoide saponiner. De vigtigste saponiner i ekstraktet er glykosider af quillajasyre. Andre hovedbestanddele er polyfenoler og tanniner samt små mængder salte og sukkerarter. Quillaja-ekstrakt fremstilles ved vandig ekstraktion af den formalede inderbark eller ved fra beskårne stammer og grene af Quillaja saponaria-træet. Da Quillaja-saponinekstrakter indeholder både overfladeaktive stoffer og fenolforbindelser, er de særdeles interessante til formulering af følsomme funktionelle fødevareingredienser og til beskyttelse af disse mod oxidation.
Brugen af saponiner som naturlige emulgatorer stiger markant på grund af den stigende efterspørgsel efter sunde, naturlige produkter uden syntetiske tilsætningsstoffer. Quillaja-saponiner er fremragende emulgatorer til O/W-emulsioner og nanoemulsioner og har vist meget gode virkninger i forskellige formuleringer såsom drikkevarer og olieblandinger. En almindelig anvendelse af Quillaja-saponinekstrakt er emulgering af CBD-olier, gennemskinnelige drikkevarer og opskummede fødevarer. Quillaja-saponiner kan bruges alene eller i kombination med andre emulgatorer.
Q-Naturale® er et fødevaretilsætningsstof baseret på saponiner fra Quillaja-bark, som er godkendt af FDA som en effektiv emulgator til fødevarer og drikkevarer. Ud over anvendelsen som emulgator bruges Quillaja-saponiner i farmaceutiske formuleringer på grund af deres antibakterielle, antivirale, svampehæmmende, antiparasitære, antitumorale, leverbeskyttende og immunadjuverende egenskaber.
- Overlegent udbytte
- Hurtig ekstraktion – på få minutter
- Ekstrakter af høj kvalitet – skånsom, ikke-termisk behandling
- Grønt opløsningsmiddel (dvs. vand)
- Omkostningseffektiv
- Nem og sikker betjening
- Lave investerings- og driftsomkostninger
- 24/7-drift under høj belastning
- Grøn, miljøvenlig metode
120L ultralydsbaseret batchekstraktion af plantemateriale med UIP2000hdT og omrører
Casestudie af ultralydsekstraktion af saponiner fra Quillaja
For at fremstille et Quillaja-ekstrakt af høj kvalitet, der har de ønskede funktioner som tilsætningsstof til fødevarer og lægemidler, skal de aktive fytokemiske stoffer, nemlig saponiner, isoleres. Quillaja-saponinet er et triterpensaponin, der isoleres fra sæbetræets bark. Ultralydskavitation fremmer ekstraktionen ved at forbedre kontakten mellem faste stoffer og væske og øge masseoverførslen.
Cares et al. viser tydeligt i deres studie, at ultralydsassisteret ekstraktion (UAE) kan forbedre ekstraktionsprocessen for bioaktive stoffer fra Quillaja Saponaria Molina. De brugte flis af Quillaja-ved og -bark og ekstraherede saponinerne i vand ved hjælp af sonikering, så slutproduktet kun indeholder naturlige ingredienser og råmaterialer og kunne anvendes i fødevareproduktionsprocesser. Som en ikke-termisk ekstraktionsmetode blev ekstraktionstemperaturen under sonikeringen konstant holdt på 20ºC (68ºF). Ekstraktionsudbytterne steg markant med sonikeringstiden fra 10 til 30 minutter. Udbytterne ved 20 minutter ved 20ºC i den ultralydsassisterede ekstraktion var sammenlignelige med dem, der blev opnået med den konventionelle metode med 3 timers ekstraktion ved 60ºC.
Ultralydsapparater bruges til at fremstille langtidsstabile o/w-emulsioner med Quillaja-saponinekstrakt til fysisk og kemisk stabilisering af emulsionen. Klik her for at læse mere om ultralydsemulgering!
Højtydende ultralydsekstraktorer
Hielscher Ultrasonics er specialiseret i fremstilling af højtydende ultralydsprocessorer til produktion af ekstrakter af høj kvalitet fra plantemateriale.
Hielschers brede produktportefølje spænder fra små, kraftfulde ultralydsapparater til laboratorier til robuste bordmodeller og fuldt industrielle systemer, som leverer ultralyd med høj intensitet til effektiv ekstraktion og isolering af bioaktive bestanddele (f.eks. quercetin, koffein, curcumin, terpener osv.). Alle ultralydsapparater fra 200W til 16.000W har et farvedisplay til digital styring, et integreret SD-kort til automatisk dataregistrering, fjernstyring via browser og mange flere brugervenlige funktioner. Sonotroderne og gennemstrømningscellerne (de dele, der er i kontakt med mediet) kan autoklaveres og er nemme at rengøre. Alle vores ultralydsapparater er konstrueret til 24/7-drift, kræver kun lidt vedligeholdelse og er nemme og sikre at betjene.
Et digitalt farvedisplay giver mulighed for brugervenlig styring af ultralydsudstyret. Vores systemer kan levere amplituder fra lave op til meget høje niveauer. Til ekstraktion af kemiske forbindelser såsom astaxanthin tilbyder vi særlige ultralydssonotroder (også kendt som ultralydssonder eller -horn), som er optimeret til skånsom isolering af aktive stoffer af høj kvalitet. Hielschers robuste ultralydsudstyr muliggør 24/7-drift under høj belastning og i krævende miljøer.
Den præcise styring af ultralydsprocessens parametre sikrer reproducerbarhed og processtandardisering. Hielschers automatiserede ultralydsekstraktionssystemer i industriel skala er designet til høj produktionskapacitet for ekstrakter af overlegen kvalitet, samtidig med at de reducerer arbejdsforbrug, omkostninger og energiforbrug.
Tabellen nedenfor giver dig en indikation af vores ultralydsapparaters omtrentlige behandlingskapacitet:
| Batchvolumen | Volumenstrøm | Anbefalede apparater |
|---|---|---|
| 1 til 500mL | 10 til 200mL/min | UP100H |
| 10 til 2000mL | 20 til 400mL/min | UP200Ht, UP400St |
| 0,1 til 20L | 0,2 til 4L/min | UIP2000hdT |
| 10 til 100L | 2 til 10L/min | UIP4000hdT |
| n.a. | 10 til 100L/min | UIP16000 |
| n.a. | større | klynge af UIP16000 |
Kontakt os! / Spørg os!
Litteratur/referencer
- M. G. Cares, Y. Vargas, L. Gaete, J. Sainz, J. Alarcón (2009): Ultralydsassisteret ekstraktion af bioaktive stoffer fra Quillaja Saponaria Molina. International kongres om ultralyd, Universidad de Santiago de Chile, januar 2009.
- J. Deise Fleck, A. Heemann Betti, F. Pereira da Silva, E. A. Troian, C. Olivaro, F. Ferreira, S. Gasparin Verza (2019): Saponiner fra Quillaja saponaria og Quillaja brasiliensis: Særlige kemiske egenskaber og biologiske aktiviteter. Molecules. 2019 jan.; 24(1): 171.
- K. Kaur, R. Kumar, S.K. Mehta (2015): Formulering af en saponinstabiliseret nanoemulsion ved hjælp af en ultralydsmetode og dens rolle i beskyttelsen mod nedbrydning af quercitin forårsaget af UV-lys. Ultrasonics Sonochemistry 31, 2015.
- R.R.T. Majinda (2012): Ekstraktion og isolering af saponiner. I: Satyajit D. Sarker og Lutfun Nahar (red.), Isolering af naturstoffer, Methods in Molecular Biology, bind 864, 2012.
- N. Riquelme, R.N. Zúñiga, C. Arancibia (2019): Fysisk stabilitet af nanoemulsioner med emulgatorblandinger: Erstatning af tween 80 med quillaja-saponin. LWT – Food Science and Technology 111, 2019. 760–766.
Værd at vide
Om Quillaja-træet og dets saponiner
Træet Quillaja Saponaria Molina, også kendt som det sydamerikanske sæbetræ, vokser naturligt og er vidt udbredt i Chile. Quillaja Saponaria-træet (familien Rosaceae) er et stort, stedsegrønt træ med tyk bark, der er hjemmehørende i flere sydamerikanske lande, især Bolivia, Chile og Peru.
Quillaja-saponinekstrakt indeholder hovedsageligt saponiner, men også polyfenoler, tanniner samt salte og sukkerarter i små mængder. Quillaja-saponinerne er molekyler opbygget af en triterpenkerne med to sukkerkæder. Disse sukkerkæder giver saponinerne en hydrofil egenskab (= opløselig i vand), mens triterpenkernen er hydrofob (= vandafvisende). På grund af disse egenskaber er der tale om et »amphotic tenside«, hvilket gør saponiner til ikke-ioniske overfladeaktive stoffer, der muliggør reduktion af overfladespændingen, solubilisering af hydrofobe produkter i vandige opløsninger samt dannelse af mikro-/nanoemulsioner.
I Quillaja-træet har barken med ca. 5% det højeste indhold af saponiner, mens vedet har et saponinindhold på ca. 2%.
Da saponiner er naturlige stoffer med gode skumdannende og emulgerende egenskaber, bruges de ofte som skumdannende midler i fødevare-, drikkevare- og ølindustrien, som overfladeaktive stoffer i kosmetik, som tilsætningsstoffer i agrokemikalier og dyrefoder og som adjuvanser i vacciner.
Quillaja-ekstrakterne fremstilles ved vandig ekstraktion; der bruges ingen andre opløsningsmidler i fremstillingen. Slutproduktet, enten et råt eller et renset ekstrakt i flydende form eller pulverform, indeholder kun naturlige ingredienser og råmaterialer, der er godkendt til brug i fødevareproduktionsprocesser. (Cares et al. 2009)
Hvad er saponiner?
Ordet saponin stammer fra det latinske ord sapo, som betyder sæbe. Saponiner er fytokemiske stoffer, der hovedsageligt, men ikke udelukkende, findes i planter, har skumdannende egenskaber og består af polycykliske aglykoner bundet til en eller flere sukkersidekæder. Aglykondelen, som også kaldes et sapogenin, er enten et steroid (C27) eller en triterpen (C30). Saponiners skumdannende evne skyldes kombinationen af et hydrofobt (fedtopløseligt) sapogenin og en hydrofil (vandopløselig) sukkerdel. [Majinda, 2012: s. 515] Plantematerialer med et højt saponinindhold er traditionelt blevet brugt som emulgatorer. Fremtrædende eksempler på saponinrige planter er sæbebark (Quillaja saponaria; Rosaceae), sæbeurt (Saponaria officinalis; Caryophyllaceae) og shikakai-pulver (Gleditsia sinensis; Leguminosae). Saponiner er amfipatiske glykosider med høj molekylvægt, hvis struktur omfatter en eller flere hydrofile glykosidgrupper kombineret med et lipofilt triterpenderivat. Især i medicinalindustrien har saponiner tiltrukket stor opmærksomhed på grund af deres mange biologiske egenskaber, herunder evnen til at stimulere et immunrespons, hvilket gør dem til særligt velegnede kandidater til adjuvanser.
Alt, hvad du behøver at vide om ultralydsekstraktion
Ultralydsassisteret ekstraktion (UAE), også kaldet sonoekstraktion, er en yderst effektiv, grøn ekstraktionsmetode til isolering af bioaktive stoffer såsom proteiner, vitaminer, polyfenoler, naturlige pigmenter, lipider osv. fra plantematricer. Ultralydsekstraktion er baseret på virkningsprincippet for akustisk kavitation.
Når intense ultralydsbølger tilføres væskesystemer, opstår akustisk kavitation, som er det fænomen, hvor vakuumbobler dannes, vokser og til sidst kollapser (se billedet nedenfor). Under ultralydsbølgernes udbredelse oscillerer vakuumboblerne og vokser, indtil de når et punkt, hvor de ikke kan absorbere mere energi. Når boblerne når deres maksimale størrelse, kollapser de voldsomt, hvilket medfører lokale termiske, mekaniske og kemiske virkninger. De mekaniske virkninger omfatter høje tryk på op til 1000atm, turbulens og intense forskydningskræfter. Disse kræfter nedbryder cellevæggene og fremmer masseoverførslen mellem cellens indre og opløsningsmidlet, så bioaktive forbindelser frigives til den omgivende væske (dvs. opløsningsmidlet).
Ultralydsekstraktion er baseret på akustisk kavitation og dens hydrodynamiske forskydningskræfter
Ultralydsbaseret faststof-væske-ekstraktion af forbindelser fra plantemateriale og cellevæv er blevet grundigt undersøgt. Anvendelsen af ultralydsbølger med meget høj intensitet fremmer ekstraktionsprocesserne markant. Ud over procesintensivering – som resulterer i højere udbytter og kortere ekstraktionstid – forhindres termisk nedbrydning og tab af temperaturfølsomme bestanddele, da sonikering er en ikke-termisk behandling. Desuden har ultralydsekstraktion lave investerings- og driftsomkostninger, reducerer brugen af opløsningsmidler og/eller muliggør brugen af grønnere opløsningsmidler, hvilket gør den til en økonomisk og miljøvenlig ekstraktionsteknik. Ultralydsassisteret ekstraktion (UAE) , som overgår konventionelle ekstraktionsmetoder, er blevet overtaget fra fødevareindustrien for at producere bioaktive stoffer med økonomiske gevinster.
Ultralydsekstraktion fra planteceller: Det mikroskopiske tværsnit (TS) viser virkningsmekanismen under ultralydsekstraktion fra celler (forstørrelse 2000x) [kilde: Vilkhu et al. 2011]
Ultralydsprocessorer med høj effekt fra laboratorieskala til pilot- og industriel skala.