Εκχύλιση σαπωνινών Quillaja με υπερήχους
- Τα εκχυλίσματα σαπωνινών του δέντρου Quillaja saponaria Molina αποτελούν την κύρια πηγή σαπωνινών για βιομηχανικές εφαρμογές.
- Η εκχύλιση σαπωνινών Quillaja με υπερήχους αποδίδει σαπωνίνες υψηλής ποιότητας.
- Η εκχύλιση με υπερήχους είναι μια ιδιαίτερα αποδοτική μέθοδος για την παραγωγή εκχυλίσματος σαπωνινών Quillaja με υψηλές αποδόσεις σε σύντομο χρόνο.
Εκχύλισμα σαπωνινών Quillaja
Το εκχύλισμα σαπωνινών Quillaja (συνώνυμα: εκχυλίσματα quillaia, ξύλο του Παναμά, εκχυλίσματα φλοιού του Παναμά, εκχυλίσματα quillai, εκχυλίσματα φλοιού Quillay, εκχυλίσματα σαπωνοφόρου φλοιού) είναι μια ουσία που εκχυλίζεται από το δέντρο Quillaja Saponaria Molina (Q. saponaria). Το εκχύλισμα Quillaja αποτελείται από περισσότερες από 100 τριτερπενοειδείς σαπωνίνες. Οι κύριες σαπωνίνες που περιέχει είναι γλυκοζίτες του κουιλλαϊκού οξέος. Άλλα κύρια συστατικά είναι οι πολυφαινόλες και οι τανίνες, καθώς και μικρές ποσότητες αλάτων και σακχάρων. Το εκχύλισμα Quillaja λαμβάνεται με υδατική εκχύλιση του αλεσμένου εσωτερικού φλοιού ή ξύλου από κλαδεμένους βλαστούς και κλάδους του δέντρου Quillaja saponaria. Επειδή τα εκχυλίσματα σαπωνινών Quillaja περιέχουν τόσο επιφανειοδραστικές ουσίες όσο και φαινολικές ενώσεις, παρουσιάζουν εξαιρετικό ενδιαφέρον για τη διαμόρφωση ευαίσθητων λειτουργικών συστατικών τροφίμων και την προστασία τους από την οξείδωση.
Η χρήση σαπωνινών ως φυσικών γαλακτωματοποιητών αυξάνεται σημαντικά λόγω της αυξανόμενης ζήτησης για υγιεινά, φυσικά προϊόντα χωρίς συνθετικά πρόσθετα. Οι σαπωνίνες Quillaja είναι εξαιρετικοί γαλακτωματοποιητές για γαλακτώματα O/W και νανογαλακτώματα και έχουν επιδείξει πολύ καλά αποτελέσματα σε διάφορες συνθέσεις, όπως ποτά και μείγματα ελαίων. Μια συνήθης εφαρμογή του εκχυλίσματος σαπωνινών Quillaja είναι η γαλακτωματοποίηση ελαίων CBD, ημιδιαφανών ποτών και αφρωδών προϊόντων διατροφής. Οι σαπωνίνες Quillaja μπορούν να χρησιμοποιηθούν μόνες τους ή σε συνδυασμό με άλλους γαλακτωματοποιητές.
Το Q-Naturale® είναι ένα πρόσθετο τροφίμων με βάση τις σαπωνίνες του φλοιού Quillaja, το οποίο έχει εγκριθεί από τον FDA ως αποτελεσματικός γαλακτωματοποιητής για τρόφιμα και ποτά. Εκτός από τη χρήση τους ως γαλακτωματοποιητών, οι σαπωνίνες Quillaja χρησιμοποιούνται σε φαρμακευτικά σκευάσματα για τις αντιβακτηριακές, αντιικές, αντιμυκητιακές, αντιπαρασιτικές, αντικαρκινικές, ηπατοπροστατευτικές και ανοσοενισχυτικές τους ιδιότητες.
- Ανώτερη απόδοση
- Εκχύλιση υψηλής ταχύτητας – μέσα σε λίγα λεπτά
- Εκχυλίσματα υψηλής ποιότητας – ήπια, μη θερμική διεργασία
- Πράσινος διαλύτης (δηλ. νερό)
- Οικονομικά αποδοτική
- Εύκολη και ασφαλής λειτουργία
- Χαμηλό κόστος επένδυσης και λειτουργίας
- Λειτουργία 24/7 υπό συνθήκες βαριάς καταπόνησης
- Πράσινη, φιλική προς το περιβάλλον μέθοδος
Εκχύλιση φυτικών υλών με υπερήχους σε παρτίδα 120L με UIP2000hdT και αναδευτήρα
Μελέτη περίπτωσης εκχύλισης σαπωνινών από Quillaja με υπερήχους
Για την παρασκευή ενός εκχυλίσματος Quillaja υψηλής ποιότητας, το οποίο προσφέρει τις επιθυμητές λειτουργικές ιδιότητες ως πρόσθετο τροφίμων και φαρμακευτικών σκευασμάτων, πρέπει να απομονωθούν οι δραστικές φυτοχημικές ουσίες, δηλαδή οι σαπωνίνες. Η σαπωνίνη Quillaja είναι μια τριτερπενική σαπωνίνη που απομονώνεται από τον φλοιό του σαπωνόδεντρου. Η σπηλαίωση που προκαλείται από τους υπερήχους προάγει την εκχύλιση βελτιώνοντας την επαφή μεταξύ στερεών και υγρού και αυξάνοντας τη μεταφορά μάζας.
Οι Cares και συν. καταδεικνύουν σαφώς στη μελέτη τους ότι η εκχύλιση υποβοηθούμενη από υπερήχους (UAE) μπορεί να βελτιώσει τη διεργασία εκχύλισης βιοδραστικών συστατικών από το Quillaja Saponaria Molina. Χρησιμοποίησαν τεμαχίδια ξύλου και φλοιού Quillaja και εκχύλισαν τις σαπωνίνες σε νερό με κατεργασία με υπερήχους, ώστε το τελικό προϊόν να περιέχει μόνο φυσικά συστατικά και πρώτες ύλες και να μπορεί να χρησιμοποιηθεί σε διεργασίες παραγωγής τροφίμων. Καθώς επρόκειτο για μη θερμική μέθοδο εκχύλισης, η θερμοκρασία εκχύλισης κατά την κατεργασία με υπερήχους διατηρούνταν σταθερά στους 20ºC (68ºF). Οι αποδόσεις εκχύλισης αυξήθηκαν σημαντικά με την αύξηση της διάρκειας κατεργασίας με υπερήχους από 10 σε 30 λεπτά. Οι αποδόσεις που επιτεύχθηκαν σε 20 λεπτά στους 20ºC με την εκχύλιση υποβοηθούμενη από υπερήχους ήταν συγκρίσιμες με εκείνες που επιτεύχθηκαν με τη συμβατική μέθοδο εκχύλισης διάρκειας 3 ωρών στους 60ºC.
Οι συσκευές υπερήχων χρησιμοποιούνται για την παρασκευή γαλακτωμάτων o/w με μακροχρόνια σταθερότητα, με χρήση εκχυλίσματος σαπωνινών Quillaja για τη φυσική και χημική σταθεροποίηση του γαλακτώματος. Κάντε κλικ εδώ για να διαβάσετε περισσότερα σχετικά με τη γαλακτωματοποίηση με υπερήχους!
Εκχυλιστές υπερήχων υψηλών επιδόσεων
Η Hielscher Ultrasonics ειδικεύεται στην κατασκευή επεξεργαστών υπερήχων υψηλών επιδόσεων για την παραγωγή εκχυλισμάτων υψηλής ποιότητας από φυτικές ύλες.
Το ευρύ χαρτοφυλάκιο προϊόντων της Hielscher εκτείνεται από μικρές, ισχυρές εργαστηριακές συσκευές υπερήχων έως ανθεκτικά επιτραπέζια και πλήρως βιομηχανικά συστήματα, τα οποία παρέχουν υπερήχους υψηλής έντασης για την αποτελεσματική εκχύλιση και απομόνωση βιοδραστικών συστατικών (π.χ. κερσετίνη, καφεΐνη, κουρκουμίνη, τερπένια κ.λπ.). Όλες οι συσκευές υπερήχων από 200W έως 16.000W διαθέτουν έγχρωμη οθόνη για ψηφιακό έλεγχο, ενσωματωμένη κάρτα SD για αυτόματη καταγραφή δεδομένων, τηλεχειρισμό μέσω προγράμματος περιήγησης και πολλές ακόμη φιλικές προς τον χρήστη λειτουργίες. Τα ηχοτρόδια και οι κυψελίδες ροής (τα μέρη που έρχονται σε επαφή με το μέσο) μπορούν να αποστειρωθούν σε αυτόκαυστο και καθαρίζονται εύκολα. Όλες οι συσκευές υπερήχων μας είναι κατασκευασμένες για λειτουργία 24/7, απαιτούν λίγη συντήρηση και είναι εύκολες και ασφαλείς στη χρήση.
Μια ψηφιακή έγχρωμη οθόνη επιτρέπει τον εύχρηστο έλεγχο του εξοπλισμού υπερήχων. Τα συστήματά μας μπορούν να παρέχουν πλάτη ταλάντωσης από χαμηλά έως πολύ υψηλά. Για την εκχύλιση χημικών ενώσεων όπως η ασταξανθίνη, προσφέρουμε ειδικά ηχοτρόδια υπερήχων (γνωστά και ως ανιχνευτές ή χοάνες υπερήχων), τα οποία είναι βελτιστοποιημένα για την ήπια απομόνωση δραστικών ουσιών υψηλής ποιότητας. Η στιβαρότητα του εξοπλισμού υπερήχων της Hielscher επιτρέπει τη λειτουργία 24/7 υπό συνθήκες βαριάς χρήσης και σε απαιτητικά περιβάλλοντα.
Ο ακριβής έλεγχος των παραμέτρων της διεργασίας υπερήχων εξασφαλίζει αναπαραγωγιμότητα και τυποποίηση της διεργασίας. Τα αυτοματοποιημένα συστήματα εκχύλισης με υπερήχους βιομηχανικής κλίμακας της Hielscher έχουν σχεδιαστεί για υψηλή παραγωγική δυναμικότητα εκχυλισμάτων ανώτερης ποιότητας, μειώνοντας ταυτόχρονα τις απαιτήσεις σε εργασία, το κόστος και την κατανάλωση ενέργειας.
Ο παρακάτω πίνακας παρέχει μια ένδειξη της κατά προσέγγιση δυναμικότητας επεξεργασίας των συσκευών υπερήχων μας:
| Όγκος παρτίδας | Παροχή | Συνιστώμενες συσκευές |
|---|---|---|
| 1 έως 500mL | 10 έως 200mL/min | UP100H |
| 10 έως 2000mL | 20 έως 400mL/min | UP200Ht, UP400St |
| 0,1 έως 20L | 0,2 έως 4L/min | UIP2000hdT |
| 10 έως 100L | 2 έως 10L/min | UIP4000hdT |
| n.a. | 10 έως 100L/min | UIP16000 |
| n.a. | μεγαλύτερη | συστοιχία UIP16000 |
Επικοινωνήστε μαζί μας! / Ρωτήστε μας!
Βιβλιογραφία/Παραπομπές
- M. G. Cares, Y. Vargas, L. Gaete, J. Sainz, J. Alarcón (2009): Υποβοηθούμενη από υπερήχους εκχύλιση βιοδραστικών συστατικών από το Quillaja Saponaria Molina. Διεθνές Συνέδριο Υπερήχων, 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): Σαπωνίνες από τα Quillaja saponaria και Quillaja brasiliensis: Ιδιαίτερα χημικά χαρακτηριστικά και βιολογικές δράσεις. Molecules. 2019 Jan; 24(1): 171.
- K. Kaur, R. Kumar, S.K. Mehta (2015): Παρασκευή νανογαλακτώματος σταθεροποιημένου με σαπωνίνη με μέθοδο υπερήχων και ο ρόλος του στην προστασία της quercitin από την αποδόμηση λόγω υπεριώδους φωτός. Ultrasonics Sonochemistry 31, 2015.
- R.R.T. Majinda (2012): Εκχύλιση και απομόνωση σαπωνινών. Στο: Satyajit D. Sarker και Lutfun Nahar (επιμ.), Απομόνωση φυσικών προϊόντων, Μέθοδοι στη μοριακή βιολογία, Τόμ. 864, 2012.
- N. Riquelme, R.N. Zúñiga, C. Arancibia (2019): Φυσική σταθερότητα νανογαλακτωμάτων με μείγματα γαλακτωματοποιητών: Αντικατάσταση του tween 80 με σαπωνίνη quillaja. LWT – Food Science and Technology 111, 2019. 760–766.
Χρήσιμες πληροφορίες
Σχετικά με το δέντρο Quillaja και τις σαπωνίνες του
Το δέντρο Quillaja Saponaria Molina, γνωστό και ως σαπουνόδεντρο της Νότιας Αμερικής, φύεται αυτοφυώς και σε μεγάλη έκταση στη Χιλή. Το δέντρο Quillaja Saponaria (οικογένεια Rosaceae) είναι ένα μεγάλο αειθαλές δέντρο με παχύ φλοιό, ιθαγενές σε αρκετές χώρες της Νότιας Αμερικής, ιδιαίτερα στη Βολιβία, τη Χιλή και το Περού.
Το εκχύλισμα σαπωνινών Quillaja περιέχει κυρίως σαπωνίνες αλλά και πολυφαινόλες, ταννίνες, καθώς και άλατα και σάκχαρα σε μικρές ποσότητες. Οι σαπωνίνες Quillaja είναι μόρια που αποτελούνται από έναν τριτερπενικό πυρήνα με δύο αλυσίδες σακχάρων. Αυτές οι αλυσίδες σακχάρων προσδίδουν στις σαπωνίνες υδρόφιλη ιδιότητα (= διαλυτές στο νερό), ενώ ο τριτερπενικός πυρήνας είναι υδρόφοβος (= απωθεί το νερό). Λόγω αυτών των χαρακτηριστικών, πρόκειται για «amphotic tenside», γεγονός που καθιστά τις σαπωνίνες μη ιονικές επιφανειοδραστικές ουσίες, επιτρέποντας τη μείωση της επιφανειακής τάσης, τη διαλυτοποίηση υδρόφοβων προϊόντων σε υδατικά διαλύματα, καθώς και τον σχηματισμό μικρογαλακτωμάτων και νανογαλακτωμάτων.
Στο δέντρο Quillaja, ο φλοιός περιέχει την υψηλότερη ποσότητα σαπωνινών, περίπου 5%, ενώ το ξύλο έχει περιεκτικότητα σε σαπωνίνες περίπου 2%.
Καθώς οι σαπωνίνες είναι φυσικές ουσίες με καλές αφριστικές και γαλακτωματοποιητικές ιδιότητες, χρησιμοποιούνται συχνά ως αφριστικοί παράγοντες στη βιομηχανία τροφίμων, ποτών και μπίρας, ως επιφανειοδραστικές ουσίες στα καλλυντικά, ως πρόσθετα σε αγροχημικά και ζωοτροφές και ως ανοσοενισχυτικά στα εμβόλια.
Η παραγωγή των εκχυλισμάτων quillaja γίνεται με υδατική εκχύλιση· δεν χρησιμοποιούνται άλλοι διαλύτες στην παραγωγή τους. Το τελικό προϊόν, είτε ακατέργαστο είτε καθαρισμένο εκχύλισμα, σε υγρή μορφή ή σε μορφή σκόνης, περιλαμβάνει μόνο φυσικά συστατικά και πρώτες ύλες, εγκεκριμένα για χρήση σε διεργασίες παραγωγής τροφίμων. (Cares et al. 2009)
Τι είναι οι σαπωνίνες;
Η λέξη σαπωνίνη προέρχεται από τη λατινική λέξη sapo, που σημαίνει σαπούνι. Οι σαπωνίνες είναι φυτοχημικές ουσίες που απαντούν κυρίως, αλλά όχι αποκλειστικά, στα φυτά, παρουσιάζουν αφριστικές ιδιότητες και αποτελούνται από πολυκυκλικά άγλυκα συνδεδεμένα με μία ή περισσότερες πλευρικές αλυσίδες σακχάρων. Το άγλυκο τμήμα, το οποίο ονομάζεται επίσης σαπογενίνη, είναι είτε στεροειδές (C27) είτε τριτερπένιο (C30). Η αφριστική ικανότητα των σαπωνινών οφείλεται στον συνδυασμό μιας υδρόφοβης (λιποδιαλυτής) σαπογενίνης και ενός υδρόφιλου (υδατοδιαλυτού) σακχαρικού τμήματος. [Majinda, 2012: p. 515] Φυτικά υλικά με υψηλή περιεκτικότητα σε σαπωνίνες χρησιμοποιούνται παραδοσιακά ως γαλακτωματοποιητικοί παράγοντες. Χαρακτηριστικά παραδείγματα φυτών πλούσιων σε σαπωνίνες είναι το σαπουνόδεντρο (Quillaja saponaria; Rosaceae), η σαπωνάρια (Saponaria officinalis; Caryophyllaceae) και η σκόνη shikakai (Gleditsia sinensis; Leguminosae). Οι σαπωνίνες είναι αμφιπαθείς γλυκοζίτες υψηλού μοριακού βάρους, οι οποίοι περιλαμβάνουν στη δομή τους ένα ή περισσότερα υδρόφιλα γλυκοζιτικά τμήματα που συνδυάζονται με ένα λιπόφιλο τριτερπενικό παράγωγο. Ιδιαίτερα στη φαρμακευτική βιομηχανία, οι σαπωνίνες έχουν προσελκύσει μεγάλο ενδιαφέρον λόγω του εύρους των βιολογικών τους ιδιοτήτων, συμπεριλαμβανομένης της ικανότητάς τους να διεγείρουν ανοσολογική απόκριση, γεγονός που τις καθιστά εξαιρετικές υποψήφιες για χρήση ως ανοσοενισχυτικά.
Όλα όσα πρέπει να γνωρίζετε για την εκχύλιση με υπερήχους
Εκχύλιση υποβοηθούμενη από υπερήχους (UAE), γνωστή και ως ηχοεκχύλιση, είναι μια ιδιαίτερα αποδοτική, πράσινη μέθοδος εκχύλισης για την απομόνωση βιοδραστικών ουσιών, όπως πρωτεϊνών, βιταμινών, πολυφαινολών, φυσικών χρωστικών, λιπιδίων κ.λπ., από φυτικές μήτρες. Η εκχύλιση με υπερήχους βασίζεται στην αρχή λειτουργίας της ακουστικής σπηλαίωσης.
Όταν εφαρμόζονται έντονα υπερηχητικά κύματα σε υγρά συστήματα, εμφανίζεται ακουστική σπηλαίωση, δηλαδή το φαινόμενο της δημιουργίας, ανάπτυξης και τελικής κατάρρευσης φυσαλίδων κενού (βλ. εικόνα παρακάτω). Κατά τη διάδοση των υπερηχητικών κυμάτων, οι φυσαλίδες κενού ταλαντώνονται και μεγαλώνουν μέχρι να φτάσουν σε ένα σημείο όπου δεν μπορούν να απορροφήσουν επιπλέον ενέργεια. Στο αποκορύφωμα της ανάπτυξής τους, καταρρέουν βίαια, προκαλώντας τοπικά θερμικές, μηχανικές και χημικές επιδράσεις. Οι μηχανικές επιδράσεις περιλαμβάνουν υψηλές πιέσεις έως και 1000atm, στροβιλισμούς και έντονες δυνάμεις διάτμησης. Αυτές οι δυνάμεις διαρρηγνύουν τα κυτταρικά τοιχώματα και ενισχύουν τη μεταφορά μάζας μεταξύ του εσωτερικού του κυττάρου και του διαλύτη, απελευθερώνοντας βιοδραστικές ενώσεις στο περιβάλλον υγρό (δηλ. στον διαλύτη).
Η εκχύλιση με υπερήχους βασίζεται στην ακουστική σπηλαίωση και στις υδροδυναμικές δυνάμεις διάτμησης που αυτή προκαλεί
Η εκχύλιση στερεού–υγρού με υπερήχους για την παραλαβή ενώσεων από φυτικές πρώτες ύλες και κυτταρικό ιστό έχει μελετηθεί εκτενώς. Η εφαρμογή υπερηχητικών κυμάτων πολύ υψηλής έντασης ενισχύει σημαντικά τις διεργασίες εκχύλισης. Πέρα από την εντατικοποίηση της διεργασίας – η οποία οδηγεί σε υψηλότερες αποδόσεις και μικρότερο χρόνο εκχύλισης – αποτρέπονται η θερμική αποικοδόμηση και η απώλεια θερμοευαίσθητων συστατικών, καθώς η κατεργασία με υπερήχους είναι μη θερμική επεξεργασία. Επιπλέον, η εκχύλιση με υπερήχους έχει χαμηλό επενδυτικό και λειτουργικό κόστος, μειώνει τη χρήση διαλυτών και/ή επιτρέπει τη χρήση πιο οικολογικών διαλυτών, γεγονός που την καθιστά οικονομική και φιλική προς το περιβάλλον τεχνική εκχύλισης. Υπερτερώντας των συμβατικών μεθόδων εκχύλισης, η υποβοηθούμενη από υπερήχους εκχύλιση (UAE) έχει μεταφερθεί από τη βιομηχανία τροφίμων για την παραγωγή βιοδραστικών ουσιών με οικονομικά οφέλη.
Εκχύλιση με υπερήχους από φυτικά κύτταρα: η μικροσκοπική εγκάρσια τομή (TS) δείχνει τον μηχανισμό δράσης κατά την εκχύλιση με υπερήχους από κύτταρα (μεγέθυνση 2000x) [πηγή: Vilkhu et al. 2011]
Επεξεργαστές υπερήχων υψηλής ισχύος από την εργαστηριακή έως την πιλοτική και τη βιομηχανική κλίμακα.