Quillaja-saponiinien ultraääniuutto
- Quillaja saponaria Molina -puun saponiiniuutteet ovat teollisissa sovelluksissa käytettävien saponiinien pääasiallinen lähde.
- Quillaja-saponiinien ultraääniuutolla saadaan korkealaatuisia saponiineja.
- Ultraääniuutto on erittäin tehokas menetelmä, jolla saadaan suuria saantoja Quillaja-saponiiniuutetta lyhyessä ajassa.
Quillaja-saponiiniuute
Quillaja-saponiiniuute (synonyymit: quillaia-uutteet, Panaman puu, Panaman kuoriuutteet, quillai-uutteet, Quillay-kuoriuutteet, saippuapuunkuoriuutteet) on Quillaja Saponaria Molina (Q. saponaria) -puusta uutettu aine. Quillaja-uute koostuu yli 100 triterpenoidisaponiinista. Sen pääasialliset saponiinit ovat killaijahapon glykosideja. Muita merkittäviä ainesosia ovat polyfenolit ja tanniinit sekä pienet määrät suoloja ja sokereita. Quillaja-uutetta saadaan uuttamalla vedellä Quillaja saponaria -puun karsittujen runkojen ja oksien jauhettua sisäkuorta tai puuainesta. Koska Quillaja-saponiiniuutteet sisältävät sekä pinta-aktiivisia aineita että fenolisia yhdisteitä, ne ovat poikkeuksellisen kiinnostavia herkkien funktionaalisten elintarvikkeiden ainesosien formuloinnissa ja niiden suojaamisessa hapettumiselta.
Saponiinien käyttö luonnollisina emulgointiaineina lisääntyy merkittävästi, koska terveellisten, luonnollisten ja synteettisiä lisäaineita sisältämättömien tuotteiden kysyntä kasvaa. Quillaja-saponiinit ovat erinomaisia emulgointiaineita O/W-emulsioihin ja nanoemulsioihin, ja niillä on osoitettu olevan erittäin hyviä vaikutuksia erilaisissa formulaatioissa, kuten juomissa ja öljyseoksissa. Quillaja-saponiiniuutteen yleinen käyttökohde on CBD-öljyjen, läpikuultavien juomien ja vaahdotettujen elintarvikkeiden emulgointi. Quillaja-saponiineja voidaan käyttää yksinään tai yhdessä muiden emulgointiaineiden kanssa.
Q-Naturale® on Quillaja-puun kuoren saponiineihin perustuva elintarvikelisäaine, jonka FDA on hyväksynyt tehokkaaksi emulgointiaineeksi elintarvikkeisiin ja juomiin. Emulgointiaineina käytön lisäksi Quillaja-saponiineja käytetään lääkevalmisteissa niiden antibakteeristen, antiviraalisten, sienilääkkeellisten, loislääkkeellisten, kasvaimia torjuvien, maksaa suojaavien ja immuunivastetta tehostavien adjuvanttiominaisuuksien vuoksi.
- Ylivertainen saanto
- Nopea uutto – muutamassa minuutissa
- Korkealaatuiset uutteet – hellävarainen, ei-terminen menetelmä
- Ympäristöystävällinen liuotin (eli vesi)
- Kustannustehokas
- Helppo ja turvallinen käyttö
- Alhaiset investointi- ja käyttökustannukset
- 24/7-käyttö raskaassa kuormituksessa
- Vihreä, ympäristöystävällinen menetelmä
Kasvimateriaalien ultraääniuutto 120 L:n erässä ultraäänilaitteella UIP2000hdT ja sekoittimella
Tapaustutkimus saponiinien ultraääniuutosta Quillaja-puusta
Jotta voidaan valmistaa korkealaatuinen Quillaja-uute, joka tarjoaa halutut toiminnalliset ominaisuudet elintarvikkeiden ja lääkkeiden lisäaineena, aktiiviset fytokemikaalit eli saponiinit on eristettävä. Quillaja-saponiini on saippuapuun kuoresta eristetty triterpeenisaponiini. Ultraäänikavitaatio edistää uuttoa parantamalla kiintoaineen ja nesteen välistä kontaktia ja lisäämällä aineensiirtoa.
Cares ym. osoittavat tutkimuksessaan selvästi, että ultraääniavusteinen uutto (UAE) voi tehostaa bioaktiivisten aineiden uuttamista Quillaja Saponaria Molina -puusta. He käyttivät Quillaja-puun puu- ja kuorilastuja ja uuttivat saponiinit veteen ultraäänikäsittelyllä, jolloin lopputuote sisältää vain luonnollisia ainesosia ja raaka-aineita ja sitä voitaisiin käyttää elintarvikkeiden valmistusprosesseissa. Koska kyseessä oli ei-terminen uuttomenetelmä, uuttolämpötila pidettiin ultraäänikäsittelyn aikana jatkuvasti 20 ºC:ssa (68 ºF). Uuttosaannot kasvoivat merkittävästi, kun ultraäänikäsittelyn kesto piteni 10 minuutista 30 minuuttiin. Ultraääniavusteisella uutolla 20 minuutissa 20 ºC:ssa saadut saannot olivat verrattavissa tavanomaisella menetelmällä 3 tunnin uutossa 60 ºC:ssa saatuihin saantoihin.
Ultraäänilaitteilla valmistetaan pitkään stabiileina pysyviä o/w-emulsioita käyttämällä Quillaja-saponiiniuutetta emulsion fysikaaliseen ja kemialliseen stabilointiin. Lue lisää ultraääniemulgoinnista napsauttamalla tästä!
Tehokkaat ultraääniuuttolaitteet
Hielscher Ultrasonics on erikoistunut tehokkaiden ultraääniprosessorien valmistukseen korkealaatuisten uutteiden tuottamiseksi kasvimateriaaleista.
Hielscherin laaja tuotevalikoima ulottuu pienistä, tehokkaista laboratorion ultraäänilaitteista vankkoihin pöytälaitteisiin ja täysin teollisiin järjestelmiin, jotka tuottavat voimakasta ultraääntä bioaktiivisten ainesosien tehokkaaseen uuttamiseen ja eristämiseen (esim. kversetiiniä, kofeiinia, kurkumiinia, terpeenejä jne.). Kaikissa ultraäänilaitteissa tehoalueella 200 W – 16 000 W on värinäyttö digitaalista ohjausta varten, integroitu SD-kortti automaattiseen tietojen tallennukseen, selaimella käytettävä etäohjaus ja monia muita käyttäjäystävällisiä ominaisuuksia. Sonotrodit ja virtauskennot (osat, jotka ovat kosketuksissa väliaineen kanssa) voidaan autoklavoida, ja ne on helppo puhdistaa. Kaikki ultraäänilaitteemme on rakennettu 24/7-käyttöön, ne vaativat vain vähän huoltoa ja ovat helppoja ja turvallisia käyttää.
Digitaalinen värinäyttö mahdollistaa ultraäänilaitteiston käyttäjäystävällisen ohjauksen. Järjestelmämme pystyvät tuottamaan amplitudeja matalista aina erittäin korkeisiin asti. Kemiallisten yhdisteiden, kuten astaksantiinin, uuttamiseen tarjoamme erityisiä ultraäänisonotrodeja (joita kutsutaan myös ultraääniantureiksi tai -torviksi), jotka on optimoitu korkealaatuisten vaikuttavien aineiden hellävaraiseen eristämiseen. Hielscherin ultraäänilaitteiston kestävyys mahdollistaa 24/7-käytön raskaassa kuormituksessa ja vaativissa ympäristöissä.
Ultraääniprosessin parametrien tarkka hallinta varmistaa toistettavuuden ja prosessin standardoinnin. Hielscherin teollisen mittakaavan automatisoidut ultraääniuuttolaitteistot on suunniteltu ylivertaisen laadukkaiden uutteiden suureen tuotantokapasiteettiin samalla vähentäen työmäärää, kustannuksia ja energiankulutusta.
Alla oleva taulukko antaa käsityksen ultraäänilaitteidemme likimääräisestä käsittelykapasiteetista:
| Erätilavuus | Tilavuusvirta | Suositellut laitteet |
|---|---|---|
| 1–500 mL | 10–200 mL/min | UP100H |
| 10–2 000 mL | 20–400 mL/min | UP200Ht, UP400St |
| 0,1–20 L | 0,2–4 L/min | UIP2000hdT |
| 10–100 L | 2–10 L/min | UIP4000hdT |
| n.a. | 10–100 L/min | UIP16000 |
| n.a. | suurempi | laiteryhmä, joka koostuu laitteista UIP16000 |
Ota yhteyttä! / Kysy meiltä!
Kirjallisuus ja lähteet
- 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.
Hyödyllistä tietoa
Quillaja-puu ja sen saponiinit
Quillaja Saponaria Molina -puu, joka tunnetaan myös eteläamerikkalaisena saippuapuuna, kasvaa luonnonvaraisena laajalti Chilessä. Quillaja Saponaria -puu (heimo Rosaceae) on suuri, paksukuorinen ainavihanta puu, joka on kotoisin useista Etelä-Amerikan maista, erityisesti Boliviasta, Chilestä ja Perusta.
Quillaja-saponiiniuute sisältää pääasiassa saponiineja mutta myös polyfenoleja ja tanniineja sekä pieniä määriä suoloja ja sokereita. Quillaja-saponiinit ovat molekyylejä, jotka rakentuvat triterpeeniytimestä ja kahdesta sokeriketjusta. Nämä sokeriketjut antavat saponiineille hydrofiilisen ominaisuuden (= veteen liukeneva), kun taas triterpeeniydin on hydrofobinen (= vettä hylkivä). Näiden ominaisuuksien vuoksi kyseessä on ”amphotic tenside”, mikä tekee saponiineista ionittomia pinta-aktiivisia aineita ja mahdollistaa pintajännityksen alentamisen, hydrofobisten tuotteiden liukoistamisen vesiliuoksiin sekä mikro- ja nanoemulsioiden muodostamisen.
Quillaja-puun kuoressa on suurin saponiinipitoisuus, noin 5 %, kun taas puuaineksen saponiinipitoisuus on noin 2 %.
Koska saponiinit ovat luonnollisia aineita, joilla on hyvät vaahtoamis- ja emulgointiominaisuudet, niitä käytetään usein vaahdotusaineina elintarvike-, juoma- ja olutteollisuudessa, pinta-aktiivisina aineina kosmetiikassa, lisäaineina maatalouskemikaaleissa ja eläinten rehuissa sekä adjuvantteina rokotteissa.
Quillaja-uutteet valmistetaan vesiuutolla; niiden valmistuksessa ei käytetä muita liuottimia. Lopputuote, joko raaka- tai puhdistettu uute nestemäisessä tai jauhemaisessa muodossa, sisältää vain luonnollisia ainesosia ja raaka-aineita, jotka on hyväksytty käytettäviksi elintarvikkeiden valmistusprosesseissa. (Cares et al. 2009)
Mitä saponiinit ovat?
Sana saponiini on johdettu latinan sanasta sapo, joka tarkoittaa saippuaa. Saponiinit ovat pääasiassa mutta eivät yksinomaan kasveissa esiintyviä fytokemikaaleja, joilla on vaahtoamisominaisuuksia ja jotka koostuvat polysyklisistä aglykoneista, joihin on liittynyt yksi tai useampi sokerisivuketju. Aglykoniosa, jota kutsutaan myös sapogeniiniksi, on joko steroidi (C27) tai triterpeeni (C30). Saponiinien vaahtoamiskyky johtuu hydrofobisen (rasvaliukoisen) sapogeniinin ja hydrofiilisen (vesiliukoisen) sokeriosan yhdistelmästä. [Majinda, 2012: p. 515] Runsaasti saponiineja sisältäviä kasvimateriaaleja on perinteisesti käytetty emulgointiaineina. Tunnettuja esimerkkejä runsaasti saponiineja sisältävistä kasveista ovat saippuapuu (Quillaja saponaria; Rosaceae), rohtosuopayrtti (Saponaria officinalis; Caryophyllaceae) ja shikakai-jauhe (Gleditsia sinensis; Leguminosae). Saponiinit ovat suurimolekyylipainoisia amfipaattisia glykosideja, joiden rakenteessa on yksi tai useampi hydrofiilinen glykosidiosa yhdistyneenä lipofiiliseen triterpeenijohdannaiseen. Erityisesti lääketeollisuudessa saponiinit ovat herättäneet paljon huomiota monipuolisten biologisten ominaisuuksiensa vuoksi, mukaan lukien niiden kyky stimuloida immuunivastetta, mikä tekee niistä ensisijaisia adjuvanttiehdokkaita.
Kaikki, mitä sinun tarvitsee tietää ultraääniuutosta
Ultraääniavusteinen uutto (UAE), jota kutsutaan myös sonouutoksi, on erittäin tehokas ja ympäristöystävällinen uuttomenetelmä bioaktiivisten aineiden, kuten proteiinien, vitamiinien, polyfenolien, luonnollisten pigmenttien, lipidien jne., eristämiseksi kasvimatriiseista. Ultraääniuutto perustuu akustisen kavitaation toimintaperiaatteeseen.
Kun voimakkaita ultraääniaaltoja kohdistetaan nestemäisiin järjestelmiin, syntyy akustista kavitaatiota, joka tarkoittaa tyhjiökuplien muodostumista, kasvua ja lopulta luhistumista (katso kuva alla). Ultraääniaaltojen edetessä tyhjiökuplat värähtelevät ja kasvavat, kunnes ne saavuttavat pisteen, jossa ne eivät enää pysty absorboimaan lisää energiaa. Kuplien kasvun ollessa suurimmillaan ne luhistuvat rajusti, mikä aiheuttaa paikallisia lämpö-, mekaanisia ja kemiallisia vaikutuksia. Mekaanisiin vaikutuksiin kuuluvat korkeat, jopa 1 000 atm:n paineet, turbulenssi ja voimakkaat leikkausvoimat. Nämä voimat hajottavat soluseinämiä ja edistävät aineensiirtoa solun sisäosan ja liuottimen välillä, jolloin bioaktiiviset yhdisteet vapautuvat ympäröivään nesteeseen (eli liuottimeen).
Ultraääniuutto perustuu akustiseen kavitaatioon ja sen hydrodynaamisiin leikkausvoimiin
Yhdisteiden ultraääniavusteista kiinteä–nesteuuttoa kasvimateriaaleista ja solukudoksesta on tutkittu perusteellisesti. Erittäin voimakkaiden ultraääniaaltojen käyttö edistää uuttamisprosesseja merkittävästi. Prosessin tehostamisen lisäksi – mikä johtaa suurempiin saantoihin ja lyhyempään uuttoaikaan – lämpöhajoaminen ja lämpötilaherkkien ainesosien hävikki estyvät, koska ultraäänikäsittely on ei-terminen käsittely. Lisäksi ultraääniuuton investointi- ja käyttökustannukset ovat alhaiset, se vähentää liuottimien käyttöä ja/tai mahdollistaa ympäristöystävällisempien liuottimien käytön, mikä tekee siitä taloudellisen ja ympäristöystävällisen uuttotekniikan. Tavanomaiset uuttomenetelmät suorituskyvyllään ylittävä ultraääniavusteinen uutto (UAE) on omaksuttu elintarviketeollisuudesta bioaktiivisten aineiden tuottamiseen taloudellisin hyödyin.
Ultraääniuutto kasvisoluista: mikroskooppinen poikkileikkaus (TS) näyttää solujen ultraääniuuton aikaisen toimintamekanismin (suurennos 2000x) [lähde: Vilkhu et al. 2011]
Suuritehoiset ultraääniprosessorit laboratorio-, pilotti- ja teolliseen mittakaavaan.