Extracción ultrasónica de saponinas de Quillaja
- Los extractos de saponinas del árbol Quillaja saponaria Molina son la principal fuente de saponinas para aplicaciones industriales.
- La extracción ultrasónica de saponinas de Quillaja permite obtener saponinas de alta calidad.
- La extracción ultrasónica es un método muy eficiente para obtener altos rendimientos de extracto de saponinas de Quillaja en poco tiempo.
Extracto de saponinas de Quillaja
El extracto de saponinas de Quillaja (sinónimos: extractos de quillaia, bois de Panama, extractos de corteza de Panamá, extractos de quillai, extractos de corteza de quillay, extractos de corteza de jabón) es una sustancia extraída del árbol Quillaja Saponaria Molina (Q. saponaria). El extracto de Quillaja está compuesto por más de 100 saponinas triterpenoides. Las principales saponinas presentes son glucósidos del ácido quilláico. Otros componentes principales son los polifenoles y los taninos, así como pequeñas cantidades de sales y azúcares. El extracto de Quillaja se obtiene mediante la extracción acuosa de la corteza interna molida o de la madera de tallos y ramas podados del árbol Quillaja saponaria. Puesto que los extractos de saponinas de Quillaja contienen tanto tensioactivos como compuestos fenólicos, son extraordinariamente interesantes para la formulación de ingredientes sensibles de alimentos funcionales y su protección frente a la oxidación.
El uso de saponinas como emulsionantes naturales está aumentando significativamente debido a la creciente demanda de productos saludables y naturales sin aditivos sintéticos. Las saponinas de Quillaja son excelentes emulsionantes para emulsiones O/W y nanoemulsiones, y han demostrado muy buenos efectos en diversas formulaciones, como bebidas y mezclas de aceites. Una aplicación habitual del extracto de saponinas de Quillaja es la emulsificación de aceites de CBD, bebidas translúcidas y productos alimentarios espumados. Las saponinas de Quillaja pueden utilizarse solas o en combinación con otros agentes emulsionantes.
Q-Naturale® es un aditivo alimentario a base de saponinas de corteza de Quillaja, aprobado por la FDA como emulsionante eficaz para alimentos y bebidas. Además de su uso como agentes emulsionantes, las saponinas de Quillaja se utilizan en formulaciones farmacéuticas por sus propiedades antibacterianas, antivirales, antifúngicas, antiparasitarias, antitumorales, hepatoprotectoras e inmunoadyuvantes.
- Rendimiento superior
- Extracción rápida – en cuestión de minutos
- Extractos de alta calidad – proceso suave y no térmico
- Disolvente ecológico (es decir, agua)
- Rentable
- Funcionamiento sencillo y seguro
- Bajos costes de inversión y funcionamiento
- Funcionamiento 24/7 en condiciones de trabajo intensivo
- Método ecológico y respetuoso con el medio ambiente
Extracción ultrasónica de material vegetal en lotes de 120 L con UIP2000hdT y agitador
Estudio de caso sobre la extracción ultrasónica de saponinas de Quillaja
Para preparar un extracto de Quillaja de alta calidad que ofrezca las funcionalidades deseadas como aditivo alimentario y farmacéutico, deben aislarse los fitoquímicos activos, concretamente las saponinas. La saponina de Quillaja es una saponina triterpénica aislada de la corteza del árbol del jabón. La cavitación ultrasónica favorece la extracción al mejorar el contacto entre los sólidos y el líquido y aumentar la transferencia de masa.
Cares et al. demuestran claramente en su estudio que la extracción asistida por ultrasonidos (UAE) puede mejorar el proceso de extracción de principios bioactivos de Quillaja Saponaria Molina. Utilizaron astillas de madera y corteza de Quillaja y extrajeron las saponinas en agua mediante sonicación, de modo que el producto final solo incorpora ingredientes y materias primas naturales y podría utilizarse en procesos de fabricación de alimentos. Al tratarse de un método de extracción no térmico, la temperatura de extracción durante la sonicación se mantuvo constantemente a 20ºC (68ºF). Los rendimientos de extracción aumentaron significativamente al prolongar el tiempo de sonicación de 10 a 30 minutos. Los rendimientos obtenidos con 20 minutos a 20ºC mediante extracción asistida por ultrasonidos fueron comparables a los obtenidos con el método convencional de extracción durante 3 horas a 60ºC.
Los equipos ultrasónicos se utilizan para preparar emulsiones o/w estables a largo plazo, empleando extracto de saponinas de Quillaja para estabilizar la emulsión física y químicamente. ¡Haga clic aquí para obtener más información sobre la emulsificación ultrasónica!
Extractores ultrasónicos de alto rendimiento
Hielscher Ultrasonics está especializada en la fabricación de procesadores ultrasónicos de alto rendimiento para la producción de extractos de alta calidad a partir de material vegetal.
La amplia gama de productos de Hielscher abarca desde pequeños y potentes sonicadores de laboratorio hasta robustos sistemas de sobremesa y sistemas totalmente industriales, que suministran ultrasonidos de alta intensidad para la extracción y el aislamiento eficientes de componentes bioactivos (p. ej., quercetina, cafeína, curcumina, terpenos etc.). Todos los equipos ultrasónicos de 200 W a 16.000 W incorporan una pantalla en color para el control digital, una tarjeta SD integrada para el registro automático de datos, control remoto mediante navegador y muchas otras funciones que facilitan su uso. Los sonotrodos y las celdas de flujo (las piezas que están en contacto con el medio) pueden esterilizarse en autoclave y son fáciles de limpiar. Todos nuestros sonicadores están diseñados para funcionar 24/7, requieren poco mantenimiento y son fáciles y seguros de utilizar.
Una pantalla digital en color permite controlar el equipo ultrasónico de forma sencilla. Nuestros sistemas pueden suministrar amplitudes desde bajas hasta muy altas. Para la extracción de compuestos químicos como la astaxantina, ofrecemos sonotrodos ultrasónicos especiales (también conocidos como sondas o bocinas ultrasónicas) optimizados para el aislamiento cuidadoso de sustancias activas de alta calidad. La robustez de los equipos ultrasónicos de Hielscher permite el funcionamiento 24/7 en condiciones de trabajo intensivo y en entornos exigentes.
El control preciso de los parámetros del proceso ultrasónico garantiza la reproducibilidad y la estandarización del proceso. Los sistemas automatizados de extracción ultrasónica a escala industrial de Hielscher están diseñados para alcanzar altas capacidades de producción de extractos de calidad superior y, al mismo tiempo, reducir la mano de obra, los costes y el consumo de energía.
La tabla siguiente ofrece una indicación de la capacidad de procesamiento aproximada de nuestros sonicadores:
| Volumen del lote | Caudal | Equipos recomendados |
|---|---|---|
| 1 a 500 mL | 10 a 200 mL/min | UP100H |
| 10 a 2000 mL | 20 a 400 mL/min | UP200Ht, UP400St |
| 0,1 a 20 L | 0,2 a 4 L/min | UIP2000hdT |
| 10 a 100 L | 2 a 10 L/min | UIP4000hdT |
| n.a. | 10 a 100 L/min | UIP16000 |
| n.a. | mayor | conjunto de UIP16000 |
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Bibliografía y referencias
- 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.
Información de interés
Sobre el árbol Quillaja y sus saponinas
El árbol Quillaja Saponaria Molina, también conocido como árbol del jabón sudamericano, crece de forma natural y extensamente en Chile. El árbol Quillaja Saponaria (familia Rosaceae) es un árbol grande de hoja perenne y corteza gruesa, originario de varios países sudamericanos, en particular Bolivia, Chile y Perú.
El extracto de saponinas de Quillaja contiene principalmente saponinas, pero también polifenoles, taninos y pequeñas cantidades de sales y azúcares. Las saponinas de Quillaja son moléculas formadas por un núcleo triterpénico con dos cadenas de azúcares. Estas cadenas de azúcares confieren a las saponinas una propiedad hidrófila (= soluble en agua), mientras que el núcleo triterpénico es hidrófobo (= repelente al agua). Por estas características, se trata de un tensioactivo «amphotic», lo que hace que las saponinas sean tensioactivos no iónicos, permitiendo reducir la tensión superficial, solubilizar productos hidrófobos en soluciones acuosas y formar microemulsiones y nanoemulsiones.
En el árbol Quillaja, la corteza presenta el mayor contenido de saponinas, con aproximadamente un 5%, mientras que la madera contiene aproximadamente un 2% de saponinas.
Dado que las saponinas son sustancias naturales con buenas propiedades espumantes y emulsionantes, se utilizan con frecuencia como agentes espumantes en la industria alimentaria, de bebidas y cervecera, como tensioactivos en cosméticos, como aditivos en productos agroquímicos y piensos, y como adyuvantes en vacunas.
Los extractos de quillaja se producen mediante extracción acuosa; no se utilizan otros disolventes en su producción. El producto final, ya sea un extracto crudo o purificado, en formulación líquida o en polvo, solo incorpora ingredientes y materias primas naturales autorizados para su uso en procesos de fabricación de alimentos. (Cares et al. 2009)
¿Qué son las saponinas?
La palabra saponina deriva de la palabra latina sapo, que significa jabón. Las saponinas son fitoquímicos que se encuentran principalmente, aunque no exclusivamente, en las plantas, presentan propiedades espumantes y están compuestos por agliconas policíclicas unidas a una o más cadenas laterales de azúcares. La parte aglicona, también denominada sapogenina, es un esteroide (C27) o un triterpeno (C30). La capacidad espumante de las saponinas se debe a la combinación de una sapogenina hidrófoba (soluble en grasas) y una parte de azúcares hidrófila (soluble en agua). [Majinda, 2012: p. 515] Los materiales vegetales con un alto contenido de saponinas se han utilizado tradicionalmente como agentes emulsionantes. Entre los ejemplos destacados de plantas ricas en saponinas se encuentran el quillay (Quillaja saponaria; Rosaceae), la saponaria (Saponaria officinalis; Caryophyllaceae) y el polvo de shikakai (Gleditsia sinensis; Leguminosae). Las saponinas son glucósidos anfipáticos de alto peso molecular cuya estructura contiene una o más porciones glucosídicas hidrófilas combinadas con un derivado triterpénico lipófilo. Especialmente en la industria farmacéutica, las saponinas han suscitado gran interés por su variedad de propiedades biológicas, incluida su capacidad para estimular una respuesta inmunitaria, lo que las convierte en candidatas destacadas para su uso como adyuvantes.
Todo lo que necesita saber sobre la extracción ultrasónica
La extracción asistida por ultrasonidos (UAE), también denominada sonoextracción, es un método de extracción muy eficiente y ecológico para aislar sustancias bioactivas como proteínas, vitaminas, polifenoles, pigmentos naturales, lípidos, etc., a partir de matrices vegetales. La extracción ultrasónica se basa en el principio de funcionamiento de la cavitación acústica.
Cuando se aplican ondas ultrasónicas intensas a sistemas líquidos, se produce cavitación acústica, un fenómeno que consiste en la generación, el crecimiento y el posterior colapso de burbujas de vacío (véase la imagen de abajo). Durante la propagación de las ondas ultrasónicas, las burbujas de vacío oscilan y crecen hasta alcanzar un punto en el que no pueden absorber más energía. Al alcanzar su tamaño máximo, colapsan violentamente, lo que provoca efectos térmicos, mecánicos y químicos locales. Los efectos mecánicos incluyen presiones elevadas de hasta 1000atm, turbulencias e intensas fuerzas de cizallamiento. Estas fuerzas rompen las paredes celulares y favorecen la transferencia de masa entre el interior de la célula y el disolvente, liberando compuestos bioactivos en el líquido circundante (es decir, el disolvente).
La extracción ultrasónica se basa en la cavitación acústica y sus fuerzas hidrodinámicas de cizallamiento
La extracción ultrasónica sólido-líquido de compuestos a partir de material vegetal y tejido celular ha sido ampliamente investigada. La aplicación de ondas ultrasónicas de muy alta intensidad favorece significativamente los procesos de extracción. Además de intensificar el proceso –lo que se traduce en mayores rendimientos y tiempos de extracción más cortos–, se evita la degradación térmica y la pérdida de componentes sensibles a la temperatura, ya que la sonicación es un tratamiento no térmico. Asimismo, la extracción ultrasónica presenta bajos costes de inversión y funcionamiento, reduce el uso de disolventes y/o permite utilizar disolventes más ecológicos, lo que la convierte en una técnica de extracción económica y respetuosa con el medio ambiente. Al superar a los métodos de extracción convencionales, la extracción asistida por ultrasonidos (UAE) ha sido adoptada desde el ámbito de la industria alimentaria para producir sustancias bioactivas con beneficios económicos.
Extracción ultrasónica de células vegetales: la sección transversal microscópica (TS) muestra el mecanismo de acción durante la extracción ultrasónica de células (aumento de 2000x) [resource: Vilkhu et al. 2011]
Procesadores ultrasónicos de alta potencia desde la escala de laboratorio hasta la escala piloto e industrial.