Ultraschallextraktion von Quillaja Saponinen
- Saponinextrakte aus dem Quillaja saponaria Molina-Baum sind die wichtigste Quelle für Saponine für industrielle Anwendungen.
- Die Ultraschallextraktion von Quillaja-Saponinen führt zu hochwertigen Saponinen.
- Die Ultraschallextraktion ist eine hocheffiziente Methode, um in kurzer Zeit eine hohe Ausbeute an Quillaja-Saponin-Extrakt zu erzielen.
Quillaja-Saponin-Extrakt
Quillaja-Saponin-Extrakt (Synonyme: Quillaia-Extrakte, Bois de Panama, Panama-Rindenextrakte, Quillai-Extrakte, Quillay-Rindenextrakte, Seifenrindenextrakte) ist eine Substanz, die aus dem Quillaja Saponaria Molina (Q. saponaria) Baum gewonnen wird. Der Quillaja-Extrakt besteht aus über 100 triterpenoiden Saponinen. Die wichtigsten Saponine sind die Glykoside der Quillasäure. Weitere wichtige Bestandteile sind Polyphenole und Gerbstoffe sowie geringe Mengen an Salzen und Zuckern. Quillaja-Extrakt wird durch wässrige Extraktion der gemahlenen inneren Rinde oder des Holzes der abgeschnittenen Stämme und Äste des Quillaja saponaria-Baumes gewonnen. Da Quillaja-Saponin-Extrakte sowohl Tenside als auch phenolische Verbindungen enthalten, sind sie außerordentlich interessant für die Formulierung empfindlicher funktioneller Lebensmittelzutaten und deren Schutz vor Oxidation.
Die Verwendung von Saponinen als natürliche Emulgatoren nimmt aufgrund der steigenden Nachfrage nach gesunden, natürlichen Produkten ohne synthetische Zusatzstoffe deutlich zu. Quillaja-Saponine sind hervorragende Emulgatoren für O/W-Emulsionen und Nanoemulsionen und haben in verschiedenen Formulierungen wie Getränken und Ölmischungen sehr gute Wirkungen gezeigt. Eine häufige Anwendung von Quillaja-Saponin-Extrakt ist die Emulgierung von CBD-Öle, transluzente Getränke und geschäumte Lebensmittel. Quillaja-Saponine können allein oder in Kombination mit anderen Emulgatoren verwendet werden.
Q-Naturale® ist ein Lebensmittelzusatzstoff auf Basis von Quillaja-Rindensaponinen, der von der FDA als wirksamer Emulgator für Lebensmittel und Getränke zugelassen ist. Neben dem Emulgator werden Quillaja-Saponine in pharmazeutischen Formulierungen wegen ihrer antibakteriellen, antiviralen, antimykotischen, antiparasitären, antitumoralen, hepatoprotektiven und immunoadjuvanten Eigenschaften verwendet.
- Höhere Ausbeute
- Schnelle Extraktion – innerhalb weniger Minuten
- Hochwertige Extrakte – Mild, nicht-thermisch
- Grünes Lösungsmittel (d.h. Wasser)
- kostengünstig
- einfache und sichere Bedienung
- geringe Investitions- und Betriebskosten
- 24/7 Betrieb unter hoher Last
- grüne, umweltfreundliche Methode
120L Ultraschall-Batch-Extraktion von pflanzlichen Wirkstoffen mit dem Ultraschallprozessor UIP2000hdT und einem Rührwerk
Fallstudie zur Ultraschallextraktion von Saponinen aus Quillaja
Um einen hochwertigen Quillaja-Extrakt herzustellen, der die gewünschten Funktionalitäten als Lebensmittel- und Pharmazusatzstoff bietet, müssen die aktiven sekundären Pflanzenstoffe, nämlich die Saponine, isoliert werden. Das Quillaja-Saponin ist ein Triterpensaponin, das aus der Rinde des Seifenbaums isoliert wird. Die Ultraschallkavitation fördert die Extraktion, indem sie den Kontakt zwischen Feststoffen und Flüssigkeit verbessert und den Stofftransport erhöht.
Cares et al. zeigen in ihrer Studie deutlich, dass die ultraschallunterstützte Extraktion (UAE) den Extraktionsprozess bioaktiver Inhaltsstoffe aus Quillaja Saponaria Molina verbessern kann. Sie verwendeten Quillaja-Holz- und -Rindenspäne und extrahierten die Saponine mit Hilfe von Ultraschall in Wasser, so dass das Endprodukt nur natürliche Inhaltsstoffe und Rohstoffe enthält und in Lebensmittelherstellungsprozessen verwendet werden kann. Da es sich um eine nicht-thermische Extraktionsmethode handelt, wurde die Extraktionstemperatur während der Ultraschallbehandlung konstant bei 20 ºC (68 ºF) gehalten. Die Extraktionsausbeute stieg mit der Dauer der Beschallung von 10 bis 30 Minuten deutlich an. Die Ausbeute der 20-minütigen ultraschallunterstützten Extraktion bei 20 ºC war vergleichbar mit der Ausbeute der konventionellen Methode, bei der die Extraktion 3 Stunden bei 60 ºC dauerte.
Mit Hilfe von Ultraschallgeräten werden langzeitstabile O/W-Emulsionen mit Quillaja-Saponin-Extrakt hergestellt, um die Emulsion physikalisch und chemisch zu stabilisieren. Klicken Sie hier, um mehr über die ultraschall-gestützte Emulgierung zu erfahren!
Leistungsstarke Ultraschall-Extraktoren
Hielscher Ultrasonics ist auf die Herstellung von Hochleistungs-Ultraschallprozessoren für die Produktion hochwertiger Extrakte aus pflanzlichen Stoffen spezialisiert.
Das breite Produktportfolio von Hielscher reicht vom kleinen, leistungsstarken Labor-Ultraschall bis hin zu robusten Benchtop- und Industrieystemen, welche hochintensiven Ultraschall für die effiziente Extraktion und Isolierung bioaktiver Komponenten (z.B. Quercetin, Koffein, Curcumin, Terpene etc.) erzeugen. Alle Ultraschallgeräte von 200W bis 16.000W verfügen über ein farbiges Display zur digitalen Steuerung, eine integrierte SD-Karte zur automatischen Datenaufzeichnung, eine Browser-Fernsteuerung und viele weitere komfortable Funktionen. Die Sonotroden und Durchflusszellen (die mit dem Medium in Berührung kommenden Teile) sind autoklavierbar und leicht zu reinigen. Alle unsere Ultraschallgeräte sind für den 24/7-Betrieb ausgelegt, wartungsarm sowie einfach und sicher zu bedienen.
Ein digitales Farbdisplay ermöglicht eine benutzerfreundliche Steuerung der Ultraschallgeräte. Unsere Systeme sind in der Lage, von niedrigen bis zu sehr hohen Amplituden zu liefern. Für die Extraktion von chemischen Verbindungen wie z.B. Astaxanthin bieten wir spezielle Ultraschallsonotroden (auch bekannt als Ultraschallsonden oder -hörner) an, die für die empfindliche Isolierung hochwertiger Wirkstoffe optimiert sind. Die Robustheit der Hielscher-Ultraschallgeräte ermöglicht einen 24/7-Betrieb bei hoher Belastung und in anspruchsvollen Umgebungen.
Die präzise Steuerung der Ultraschallprozessparameter gewährleistet Reproduzierbarkeit und Prozessstandardisierung. Die automatisierten Ultraschall-Extraktionssysteme im industriellen Maßstab sind für hohe Produktionskapazitäten hochwertiger Extrakte bei gleichzeitiger Reduzierung von Arbeitsaufwand, Kosten und Energie ausgelegt.
In der folgenden Tabelle finden Sie die ungefähre Verarbeitungskapazität unserer Ultraschallhomogenisatoren:
| Batch-Volumen | Durchfluss | Empfohlenes Ultraschallgerät |
|---|---|---|
| 1 bis 500ml | 10 bis 200ml/min | UP100H |
| 10 bis 2000ml | 20 bis 400ml/min | UP200Ht, UP400St |
| 0.1 bis 20l | 0,2 bis 4l/min | UIP2000hdT |
| 10 bis 100l | 2 bis 10l/min | UIP4000hdT |
| n.a. | 10 bis 100l/min | UIP16000 |
| n.a. | größere | Cluster aus UIP16000 |
Kontaktieren Sie uns! / Fragen Sie uns!
Literatur
- M. G. Cares, Y. Vargas, L. Gaete, J. Sainz, J. Alarcón (2009): Ultraschall-unterstützte Extraktion von bioaktiven Inhaltsstoffen aus Quillaja Saponaria Molina. Internationaler Ultraschallkongress, 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): Saponine aus Quillaja saponaria und Quillaja brasiliensis: Besondere chemische Eigenschaften und biologische Aktivitäten. Molecules. 2019 Jan; 24(1): 171.
- K. Kaur, R. Kumar, S.K. Mehta (2015): Formulierung von saponinstabilisierten Nanoemulsionen durch Ultraschallverfahren und ihre Rolle zum Schutz des Abbaus von Quercitin vor UV-Licht. Ultrasonics Sonochemistry 31, 2015.
- R.R.T. Majinda (2012): Extraktion und Isolierung von Saponinen. 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): Physikalische Stabilität von Nanoemulsionen mit Emulgatormischungen: Ersatz von Tween 80 durch Quillaja-Saponin. LWT – Lebensmittelwissenschaft und -technologie 111, 2019. 760-766.
Wissenswertes
Über den Quillaja-Baum und seine Saponine
Der Quillaja-Saponaria-Molina-Baum, der auch als südamerikanischer Soap-Baum bekannt ist, wächst natürlich und weit verbreitet in Chile. Der Quillaja-Saponaria-Baum (Familie Rosaceae) ist ein großer, immergrüner Baum mit dicker Rinde, der in mehreren südamerikanischen Ländern, insbesondere in Bolivien, Chile und Peru, heimisch ist.
Der Quillaja-Saponin-Extrakt enthält hauptsächlich Saponine, aber auch Polyphenole, Gerbstoffe sowie Salze und Zucker in geringen Mengen. Die Quillaja-Saponine sind Moleküle, die aus einem triterpenen Kern mit zwei Zuckerketten aufgebaut sind. Diese Zuckerketten verleihen den Saponinen eine hydrophile Eigenschaft (= wasserlöslich), während der Triterpenkern hydrophob (= wasserabweisend) ist. Dafür handelt es sich um ein amphotisches Tensid, das die Saponine zu nichtionischen Tensiden macht, die die Verringerung der Oberflächenspannung, die Solubilisierung hydrophober Produkte in wässrigen Lösungen sowie die Bildung von Mikro-/Nanoemulsionen ermöglichen.
Beim Quillaja-Baum enthält die Rinde mit ca. 5% den höchsten Anteil an Saponinen, während das Holz einen Gehalt von ca. 2% an Saponinen aufweist.
Da Saponine natürliche Stoffe mit guten schäumenden und emulgierenden Eigenschaften sind, werden sie häufig als Schaumbildner in der Lebensmittel-, Getränke- und Bierindustrie, als Tenside in Kosmetika, als Zusatzstoffe in Agrochemikalien und Tierfutter sowie als Adjuvantien in Impfstoffen verwendet.
Die Herstellung der Quillaja-Extrakte erfolgt durch wässrige Extraktion; bei der Herstellung werden keine anderen Lösungsmittel verwendet. Das Endprodukt, entweder ein roher oder ein gereinigter Extrakt, in flüssiger oder pulverförmiger Form, enthält nur natürliche Inhaltsstoffe und Rohstoffe, die für die Verwendung in Lebensmittelherstellungsprozessen zugelassen sind. (Cares et al. 2009)
Was sind Saponine?
Das Wort Saponin leitet sich vom lateinischen Wort sapo ab, das Seife bedeutet. Saponine sind Phytochemikalien, die hauptsächlich, aber nicht ausschließlich, in Pflanzen vorkommen, die schäumende Eigenschaften aufweisen und aus polyzyklischen Aglykonen bestehen, die an eine oder mehrere Zuckerseitenketten gebunden sind. Der Aglykonteil, der auch als Sapogenin bezeichnet wird, ist entweder ein Steroid (C27) oder ein Triterpen (C30). Die schäumende Eigenschaft der Saponine wird durch die Kombination eines hydrophoben (fettlöslichen) Sapogenins und eines hydrophilen (wasserlöslichen) Zuckerteils verursacht. [Majinda, 2012: S. 515] Pflanzenmaterialien mit einem hohen Saponingehalt werden traditionell als Emulgatoren verwendet. Prominente Beispiele für saponinreiche Pflanzen sind Seifenrinde (Quillaja saponaria; Rosaceae), Seifenkraut (Saponaria officinalis; Caryophyllaceae) und Shikakai-Pulver (Gleditsia sinensis; Leguminosae). Saponine sind amphipathische Glykoside mit hohem Molekulargewicht, die strukturell eine oder mehrere hydrophile Glykosideinheiten aufweisen, die mit einem lipophilen Triterpenderivat kombiniert sind. Vor allem in der pharmazeutischen Industrie haben Saponine aufgrund ihrer vielfältigen biologischen Eigenschaften, einschließlich ihrer Fähigkeit, eine Immunreaktion zu stimulieren, viel Aufmerksamkeit auf sich gezogen, was sie zu erstklassigen Kandidaten für Adjuvantien macht.
Alles, was Sie über Ultraschallextraktion wissen müssen
Die ultraschallunterstützte Extraktion (UAE), auch Sono-Extraktion, ist eine hocheffiziente, umweltfreundliche Extraktionsmethode zur Isolierung bioaktiver Substanzen wie Proteine, Vitamine, Polyphenole, natürliche Pigmente, Lipide usw. aus pflanzlichen Matrices. Die Ultraschallextraktion basiert auf dem Funktionsprinzip der akustischen Kavitation.
Wenn intensive Ultraschallwellen auf flüssige Systeme einwirken, kommt es zur akustischen Kavitation, d. h. zur Entstehung, zum Wachstum und schließlich zum Kollaps von Vakuumblasen (siehe Abbildung unten). Während der Ausbreitung der Ultraschallwellen schwingen die Vakuumblasen und wachsen, bis sie einen Punkt erreichen, an dem sie keine weitere Energie mehr aufnehmen können. Auf dem Höhepunkt des Blasenwachstums kollabieren sie gewaltsam, was zu lokalen thermischen, mechanischen und chemischen Auswirkungen führt. Zu den mechanischen Effekten gehören hohe Drücke von bis zu 1000atm, Turbulenzen und starke Scherkräfte. Diese Kräfte zerstören die Zellwände und fördern den Stoffaustausch zwischen dem Zellinneren und dem Lösungsmittel, wodurch bioaktive Verbindungen in die umgebende Flüssigkeit (d. h. das Lösungsmittel) freigesetzt werden.
Die Ultraschallextraktion basiert auf der akustischen Kavitation und ihren hydrodynamischen Scherkräften.
Die Fest-Flüssig-Extraktion von Verbindungen aus Pflanzen und Zellgewebe mit Ultraschall ist gut erforscht. Die Anwendung von hochintensiven Ultraschallwellen fördert die Extraktionsprozesse erheblich. Neben der Intensivierung des Prozesses – was zu höheren Erträgen und kürzerer Extraktionszeit führt – Der thermische Abbau und der Verlust von temperaturempfindlichen Bestandteilen wird verhindert, da die Ultraschallextraktion eine nichtthermische Behandlung ist. Außerdem hat die Ultraschallextraktion niedrige Investitions- und Betriebskosten, reduziert den Einsatz von Lösungsmitteln und/oder ermöglicht die Verwendung umweltfreundlicherer Lösungsmittel, was sie zu einer wirtschaftlichen und umweltfreundlichen Extraktionstechnik macht. Die ultraschallunterstützte Extraktion (UAE) übertrifft herkömmliche Extraktionsmethoden und wurde von der Lebensmittelindustrie übernommen, um Bioaktivstoffe mit wirtschaftlichen Vorteilen zu produzieren.
Ultraschallextraktion aus Pflanzenzellen: Der mikroskopische Querschnitt (TS) zeigt den Wirkungsmechanismus der Ultraschallextraktion aus Zellen (Vergrößerung 2000x)[Quelle: Vilkhu et al. 2011].
Leistungsstarke Ultraschallprozessoren vom Labor- und Technikumsmaßstab bis zur industriellen Produktion.