Extracción ultrasónica de saponinas de quillaja
- Los extractos de saponina del árbol Quillaja saponaria Molina son la principal fuente de saponinas para aplicaciones industriales.
- La extracción ultrasónica de saponinas de Quillaja produce saponinas de alta calidad.
- La extracción ultrasónica es un método muy eficaz para producir altos rendimientos de extracto de saponina de Quillaja en poco tiempo.
Extracto de saponina de quillaja
El extracto de saponina de quillaja (sinónimos: extractos de quillaia, bois de Panama, Panama bark extracts, quillai extracts, Quillay bark extracts, soapbark extracts) 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 importantes son los polifenoles y los taninos, así como pequeñas cantidades de sales y azúcares. El extracto de quillaja se obtiene por extracción acuosa de la corteza interna molida o de la madera de tallos y ramas podados del árbol Quillaja saponaria. Dado que los extractos de saponina de Quillaja contienen tanto tensioactivos como compuestos fenólicos, son extraordinariamente interesantes para la formulación de ingredientes alimentarios funcionales sensibles y su protección contra la oxidación.
El uso de saponinas como emulsionantes naturales está aumentando considerablemente debido a la creciente demanda de productos sanos 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 común del extracto de saponina de Quillaja es la emulsificación de Aceites de CBD, bebidas translúcidas y productos alimenticios 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 agente emulsionante, las saponinas de Quillaja se utilizan en formulaciones farmacéuticas por sus propiedades antibacterianas, antivirales, antifúngicas, antiparasitarias, antitumorales, hepatoprotectoras e inmunoadyuvantes.
- Rendimiento superior
- Extracción a alta velocidad – en pocos minutos
- Extractos de alta calidad – Leve, no térmico
- Disolvente verde (es decir, agua)
- Rentable
- Funcionamiento sencillo y seguro
- Bajos costes de inversión y explotación
- Funcionamiento 24 horas al día, 7 días a la semana
- Método ecológico
Extracción ultrasónica por lotes de 120L de productos botánicos con UIP2000hdT y agitador
Estudio de caso de 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, hay que aislar 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 (EAU) puede mejorar el proceso de extracción de principios bioactivos de Quillaja Saponaria Molina. Utilizaron virutas de madera y corteza de Quillaja y extrajeron las saponinas en agua mediante sonicación, de modo que el producto final sólo 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 ultrasonicación se mantuvo constantemente a 20ºC (68ºF). Los rendimientos de las extracciones aumentaron significativamente con el periodo de sonicación de 10 a 30 minutos. Los rendimientos de 20 minutos a 20ºC en la extracción asistida por ultrasonidos fueron comparables a los obtenidos por el método convencional de 3 horas de extracción a 60ºC.
Se utilizan dispositivos ultrasónicos para preparar emulsiones o/w estables a largo plazo utilizando extracto de saponina de Quillaja para estabilizar la emulsión física y químicamente. Haga clic aquí para obtener más información sobre la emulsificación por ultrasonidos.
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 productos botánicos.
La amplia cartera de productos de Hielscher abarca desde pequeños y potentes ultrasonicadores de laboratorio hasta robustos sistemas de sobremesa y totalmente industriales, que proporcionan ultrasonidos de alta intensidad para la extracción y el aislamiento eficaces de componentes bioactivos (por ejemplo. quercetina, cafeína, curcumina, terpenos etc.). Todos los dispositivos ultrasónicos de 200W a 16,000W disponen de una pantalla en color para el control digital, una tarjeta SD integrada para el registro automático de datos, control remoto mediante navegador y muchas más funciones de fácil manejo. 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 ultrasonicadores están diseñados para funcionar las 24 horas del día, los 7 días de la semana, requieren poco mantenimiento y son fáciles y seguros de manejar.
Una pantalla digital en color permite controlar fácilmente el equipo de ultrasonidos. Nuestros sistemas son capaces de suministrar desde amplitudes bajas hasta muy altas. Para la extracción de compuestos químicos como la astaxantina, ofrecemos sonotrodos ultrasónicos especiales (también conocidos como sondas o cuernos ultrasónicos) optimizados para el aislamiento sensible de sustancias activas de alta calidad. La robustez de los equipos de ultrasonidos de Hielscher permite un funcionamiento ininterrumpido 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 por ultrasonidos a escala industrial de Hielscher están diseñados para obtener altas capacidades de producción de extractos de calidad superior, reduciendo al mismo tiempo la mano de obra, los costes y la energía.
En la siguiente tabla encontrará algunas indicaciones sobre la capacidad de procesamiento aproximada de nuestros sonicadores:
| Volumen del lote | Tasa de flujo | Dispositivos 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 | Grupo de UIP16000 |
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Literatura/Referencias
- M. G. Cares, Y. Vargas, L. Gaete, J. Sainz, J. Alarcón (2009): Extracción asistida por ultrasonido de principios bioactivos de Quillaja Saponaria Molina. Congreso Internacional de Ultrasonido, Universidad de Santiago de Chile, Enero 2009.
- J. Deise Fleck, A. Heemann Betti, F. Pereira da Silva, E. A. Troian, C. Olivaro, F. Ferreira, S. Gasparin Verza (2019): Saponinas de Quillaja saponaria y Quillaja brasiliensis: Características Químicas Particulares y Actividades Biológicas. Molecules. 2019 Jan; 24(1): 171.
- K. Kaur, R. Kumar, S.K. Mehta (2015): Formulación de nanoemulsión estabilizada con saponina por método ultrasónico y su papel para proteger la degradación de la quercitina de la luz UV. Ultrasónica Sonoquímica 31, 2015.
- R.R.T. Majinda (2012): Extracción y aislamiento de saponinas. En: 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): Estabilidad física de nanoemulsiones con mezclas de emulsionantes: Reemplazo de tween 80 por saponina de quillaja. LWT – Ciencia y tecnología de los alimentos 111, 2019. 760-766.
Información interesante
Sobre el árbol de la quillaja y sus saponinas
El árbol Quillaja Saponaria Molina, también conocido como jabonero sudamericano, crece de forma natural y extensiva en Chile. La quillaja saponaria (familia de las rosáceas) es un árbol grande de hoja perenne y corteza gruesa, originario de varios países sudamericanos, en particular Bolivia, Chile y Perú.
El extracto de saponina de Quillaja contiene principalmente saponinas, pero también polifenoles, taninos, así como sales y azúcares en pequeñas cantidades. Las saponinas de Quillaja son moléculas construidas a partir de un núcleo triterpénico con dos cadenas de azúcar. Estas cadenas de azúcares confieren a las saponinas una propiedad hidrófila (= disoluble en agua), mientras que el núcleo triterpénico es hidrófobo (= repelente al agua). Por todo ello, se trata de un tensioactivo anfótico, lo que convierte a las saponinas en un tensoactivo no iónico, que permite reducir la tensión superficial, solubilizar productos hidrófobos en soluciones acuosas y formar micro/nanoemulsiones.
En el árbol de Quillaja, la corteza contiene con aprox. un 5% la mayor cantidad de saponinas, mientras que la madera tiene un contenido de aprox. un 2% de saponinas.
Como 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 cosmética, como aditivos en agroquímicos y piensos, y como adyuvantes en vacunas.
La producción de los extractos de quillaja se realiza con una extracción acuosa; no se utilizan otros disolventes en su elaboración. El producto final, ya sea un extracto crudo o purificado, en formulación líquida o en polvo sólo incorpora ingredientes naturales y materias primas, autorizadas para su uso en procesos de fabricación de alimentos. (Cares et al. 2009)
¿Qué son las saponinas?
La palabra saponina procede del latín sapo, que significa jabón. Las saponinas son sustancias fitoquímicas, que se encuentran principalmente pero no exclusivamente en las plantas, que presentan características espumosas, y consisten en agliconas policíclicas unidas a una o más cadenas laterales de azúcar. La parte aglicona, también llamada 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 grasa) y una parte de azúcar hidrófila (soluble en agua). [Majinda, 2012: p. 515] Los materiales vegetales con una elevada cantidad de saponinas se han utilizado tradicionalmente como agentes emulsionantes. Algunos ejemplos destacados de plantas ricas en saponinas son la corteza de jabón (Quillaja saponaria; Rosaceae), la saponaria (Saponaria officinalis; Caryophyllaceae) y el polvo de shikakai (Gleditsia sinensis; Leguminosae). Las saponinas son glucósidos anfipáticos de elevado peso molecular, que tienen estructuralmente una o más moléculas glucósidas hidrofílicas que se combinan con un derivado triterpénico lipofílico. Especialmente en la industria farmacéutica, las saponinas han atraído mucha atención debido a su gama de propiedades biológicas, incluida su capacidad para estimular una respuesta inmunitaria, lo que las convierte en candidatas principales para adyuvantes.
Todo lo que debe saber sobre la extracción por ultrasonidos
La extracción asistida por ultrasonidos (EAU), también llamada sonoextracción, es un método de extracción ecológico muy eficaz para aislar sustancias bioactivas como proteínas, vitaminas, polifenoles, pigmentos naturales, lípidos, etc., 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, que es el fenómeno de generación, crecimiento y eventual colapso de burbujas de vacío (véase la imagen inferior). 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. En el punto álgido del crecimiento de las burbujas, éstas se colapsan violentamente, lo que provoca efectos térmicos, mecánicos y químicos a nivel local. Los efectos mecánicos incluyen altas presiones 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 por ultrasonidos se basa en la cavitación acústica y sus fuerzas de cizallamiento hidrodinámicas
La extracción ultrasónica sólido-líquido de compuestos de plantas y tejidos celulares ha sido objeto de numerosas investigaciones. La aplicación de ondas ultrasónicas de alta intensidad favorece notablemente los procesos de extracción. Además de la intensificación del proceso – lo que se traduce en mayores rendimientos y menor tiempo de extracción – se evita la degradación térmica y la pérdida de componentes sensibles a la temperatura, ya que la ultrasonicación es un tratamiento no térmico. Además, la extracción por ultrasonidos tiene unos costes de inversión y operativos bajos, 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. Superando a los métodos de extracción convencionales, la extracción asistida por ultrasonidos (EAU) ha sido adoptada por la industria alimentaria para producir bioactivos con beneficios económicos.
Extracción ultrasónica de células vegetales: la sección transversal microscópica (TS) muestra el mecanismo de acciones durante la extracción ultrasónica de células (aumento 2000x) [recurso: Vilkhu et al. 2011].
Procesadores ultrasónicos de alta potencia desde el laboratorio hasta la escala piloto e industrial.