Extraction ultrasonique des saponines de Quillaja
- Les extraits de saponine de l'arbre Quillaja saponaria Molina sont la principale source de saponines pour les applications industrielles.
- L'extraction ultrasonique des saponines de Quillaja permet d'obtenir des saponines de haute qualité.
- L'extraction par ultrasons est une méthode très efficace pour produire des rendements élevés d'extrait de saponine de Quillaja en peu de temps.
Extrait de saponine de Quillaja
L'extrait de saponine de Quillaja (synonymes : extraits de quillaia, bois de Panama, extraits d'écorce de Panama, extraits de quillai, extraits d'écorce de Quillay, extraits d'écorce de savon) est une substance extraite de l'arbre Quillaja Saponaria Molina (Q. saponaria). L'extrait de Quillaja est composé de plus de 100 saponines triterpénoïdes. Les principales saponines présentes sont des glycosides de l'acide quillaïque. Les autres composants principaux sont les polyphénols et les tanins, ainsi que de petites quantités de sels et de sucres. L'extrait de Quillaja est obtenu par extraction aqueuse de l'écorce interne broyée ou du bois des tiges et des branches taillées de l'arbre Quillaja saponaria. Comme les extraits de saponine de Quillaja contiennent à la fois des tensioactifs et des composés phénoliques, ils sont extraordinairement intéressants pour la formulation d'ingrédients alimentaires fonctionnels sensibles et leur protection contre l'oxydation.
L'utilisation des saponines en tant qu'émulsifiants naturels augmente considérablement en raison de la demande croissante de produits sains et naturels sans additifs synthétiques. Les saponines de Quillaja sont d'excellents émulsifiants pour les émulsions H/E et les nanoémulsions et ont montré de très bons effets dans diverses formulations telles que les boissons et les mélanges d'huiles. Une application courante de l'extrait de saponine de Quillaja est l'émulsification de Huiles de CBDLes saponines de Quillaja peuvent être utilisées seules ou en combinaison avec d'autres agents émulsifiants. Les saponines de Quillaja peuvent être utilisées seules ou en combinaison avec d'autres agents émulsifiants.
Q-Naturale® est un additif alimentaire à base de saponines d'écorce de Quillaja, approuvé par la FDA comme émulsifiant efficace pour les aliments et les boissons. En plus d'être un agent émulsifiant, les saponines de Quillaja sont utilisées dans des formulations pharmaceutiques pour leurs propriétés antibactériennes, antivirales, antifongiques, antiparasitaires, antitumorales, hépatoprotectrices et immunoadjuvantes.
- Rendement supérieur
- Extraction à grande vitesse – en quelques minutes
- Extraits de haute qualité – doux, non thermique
- Solvant vert (eau)
- Rentabilité
- Fonctionnement simple et sûr
- Faibles coûts d'investissement et d'exploitation
- Fonctionnement 24 heures sur 24 et 7 jours sur 7 dans des conditions difficiles
- Méthode verte et écologique
120L Ultrasonic Batch Extraction of Botanicals with UIP2000hdT and Agitator (Extraction par lots de plantes par ultrasons avec UIP2000hdT et agitateur)
Étude de cas de l'extraction ultrasonique des saponines de Quillaja
Afin de préparer un extrait de Quillaja de haute qualité, qui offre les fonctionnalités souhaitées en tant qu'additif alimentaire et pharmaceutique, les substances phytochimiques actives, à savoir les saponines, doivent être isolées. La saponine de Quillaja est une saponine triterpénique isolée de l'écorce du savonnier. La cavitation ultrasonique favorise l'extraction en améliorant le contact entre les solides et le liquide et en augmentant le transfert de masse.
Cares et al. démontrent clairement dans leur étude que l'extraction assistée par ultrasons (UAE) peut améliorer le processus d'extraction des principes bioactifs du Quillaja Saponaria Molina. Ils ont utilisé des copeaux de bois et d'écorce de Quillaja et ont extrait les saponines dans l'eau en utilisant la sonication, de sorte que le produit final n'incorpore que des ingrédients naturels et des matières premières et qu'il puisse être utilisé dans les processus de fabrication des aliments. En tant que méthode d'extraction non thermique, la température d'extraction pendant l'ultrasonication a été constamment maintenue à 20ºC (68ºF). Les rendements d'extraction ont augmenté de manière significative avec la période de sonication de 10 à 30 minutes. Les rendements de 20 minutes à 20ºC dans l'extraction assistée par ultrasons étaient comparables à ceux obtenus par la méthode conventionnelle d'extraction de 3 heures à 60ºC.
Des appareils à ultrasons sont utilisés pour préparer des émulsions o/w stables à long terme en utilisant l'extrait de saponine de Quillaja pour stabiliser l'émulsion physiquement et chimiquement. Cliquez ici pour en savoir plus sur l'émulsification par ultrasons !
Extracteurs ultrasoniques haute performance
Hielscher Ultrasonics est spécialisé dans la fabrication de processeurs à ultrasons de haute performance pour la production d'extraits botaniques de haute qualité.
La large gamme de produits Hielscher s'étend des petits et puissants appareils à ultrasons de laboratoire aux systèmes robustes de paillasse et entièrement industriels, qui délivrent des ultrasons de haute intensité pour l'extraction et l'isolation efficaces de composants bioactifs (par ex. quercétine, caféine, curcumine, terpènes etc.) Tous les appareils à ultrasons de 200W à 16,000W sont dotés d'un écran couleur pour le contrôle numérique, d'une carte SD intégrée pour l'enregistrement automatique des données, d'une commande à distance par navigateur et de nombreuses autres fonctions conviviales. Les sonotrodes et les cellules d'écoulement (les parties en contact avec le milieu) peuvent être stérilisées à l'autoclave et sont faciles à nettoyer. Tous nos ultrasons sont conçus pour fonctionner 24 heures sur 24, 7 jours sur 7, nécessitent peu d'entretien et sont faciles et sûrs à utiliser.
Un écran couleur numérique permet un contrôle convivial de l'équipement ultrasonique. Nos systèmes sont capables de délivrer des amplitudes faibles à très élevées. Pour l'extraction de composés chimiques tels que l'astaxanthine, nous proposons des sonotrodes ultrasoniques spéciales (également connues sous le nom de sondes ou de cornes ultrasoniques) qui sont optimisées pour l'isolation sensible de substances actives de haute qualité. La robustesse de l'équipement ultrasonique de Hielscher lui permet de fonctionner 24 heures sur 24, 7 jours sur 7, dans des conditions difficiles et dans des environnements exigeants.
Le contrôle précis des paramètres du processus ultrasonique garantit la reproductibilité et la normalisation du processus. Les systèmes automatisés d'extraction par ultrasons à l'échelle industrielle de Hielscher sont conçus pour des capacités de production élevées d'extraits de qualité supérieure, tout en réduisant la main-d'œuvre, les coûts et l'énergie.
Le tableau ci-dessous vous donne une indication de la capacité de traitement approximative de nos ultrasons :
| Volume du lot | Débit | Dispositifs recommandés |
|---|---|---|
| 1 à 500mL | 10 à 200mL/min | UP100H |
| 10 à 2000mL | 20 à 400mL/min | UP200Ht, UP400St |
| 0.1 à 20L | 0.2 à 4L/min | UIP2000hdT |
| 10 à 100L | 2 à 10L/min | UIP4000hdT |
| n.d. | 10 à 100L/min | UIP16000 |
| n.d. | plus grande | groupe de UIP16000 |
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Littérature/références
- M. G. Cares, Y. Vargas, L. Gaete, J. Sainz, J. Alarcón (2009) : Ultrasonically assisted Extraction of bioactive principles from Quillaja Saponaria Molina. Congrès international sur les ultrasons, Université de Santiago du Chili, janvier 2009.
- J. Deise Fleck, A. Heemann Betti, F. Pereira da Silva, E. A. Troian, C. Olivaro, F. Ferreira, S. Gasparin Verza (2019) : Saponines de Quillaja saponaria et Quillaja brasiliensis : Caractéristiques chimiques particulières et activités biologiques. Molecules. 2019 Jan ; 24(1) : 171.
- K. Kaur, R. Kumar, S.K. Mehta (2015) : Formulation d'une nanoémulsion stabilisée par la saponine par méthode ultrasonique et son rôle pour protéger la dégradation de la quercitine de la lumière UV. Ultrasonics Sonochemistry 31, 2015.
- R.R.T. Majinda (2012) : Extraction et isolation des saponines. In : Satyajit D. Sarker et Lutfun Nahar (eds.), Natural Products Isolation, Methods in Molecular Biology, Vol. 864, 2012.
- N. Riquelme, R.N. Zúñiga, C. Arancibia (2019) : Stabilité physique des nanoémulsions avec des mélanges d'émulsifiants : Remplacement du tween 80 par la saponine de quillaja. LWT – Science et technologie de l'alimentation 111, 2019. 760-766.
Qu'il faut savoir
A propos de l'arbre Quillaja et de ses saponines
L'arbre Quillaja Saponaria Molina, également connu sous le nom de savonnier d'Amérique du Sud, pousse naturellement et abondamment au Chili. L'arbre Quillaja Saponaria (famille des Rosacées) est un grand arbre à feuilles persistantes à l'écorce épaisse, originaire de plusieurs pays d'Amérique du Sud, en particulier la Bolivie, le Chili et le Pérou.
L'extrait de saponine de Quillaja contient principalement des saponines, mais aussi des polyphénols, des tanins, ainsi que des sels et des sucres en petites quantités. Les saponines de Quillaja sont des molécules construites à partir d'un noyau triterpénique avec deux chaînes de sucre. Ces chaînes de sucre confèrent aux saponines une propriété hydrophile (= dissoluble dans l'eau), tandis que le noyau triterpénique est hydrophobe (= repoussant l'eau). Pour ces derniers, il s'agit d'un tenside amphotique, ce qui fait des saponines un tensoactif non ionique, permettant la réduction de la tension superficielle, la solubilisation de produits hydrophobes dans des solutions aqueuses ainsi que la formation de micro-/nano-émulsions.
Dans l'arbre Quillaja, l'écorce contient environ 5 % de la plus grande quantité de saponines, tandis que le bois contient environ 2 % de saponines.
Les saponines étant des substances naturelles dotées de bonnes propriétés moussantes et émulsifiantes, elles sont fréquemment utilisées comme agents moussants dans l'industrie alimentaire, des boissons et de la bière, comme agents tensioactifs dans les cosmétiques, comme additifs dans les produits agrochimiques et les aliments pour animaux, et comme adjuvants dans les vaccins.
La production des extraits de quillaja se fait par extraction aqueuse ; aucun autre solvant n'est utilisé dans sa production. Le produit final, qu'il s'agisse d'un extrait brut ou purifié, en formulation liquide ou en poudre, n'incorpore que des ingrédients naturels et des matières premières, dont l'utilisation est autorisée dans les processus de fabrication des aliments. (Cares et al. 2009)
Que sont les saponines ?
Le mot saponine est dérivé du mot latin sapo, qui signifie savon. Les saponines sont des substances phytochimiques, que l'on trouve principalement mais pas exclusivement dans les plantes, qui présentent des caractéristiques moussantes et sont constituées d'aglycones polycycliques attachés à une ou plusieurs chaînes latérales de sucre. La partie aglycone, également appelée sapogénine, est soit un stéroïde (C27), soit un triterpène (C30). La capacité moussante des saponines est due à la combinaison d'une sapogénine hydrophobe (soluble dans les graisses) et d'une partie sucrée hydrophile (soluble dans l'eau). [Majinda, 2012 : p. 515] Les matières végétales riches en saponines sont traditionnellement utilisées comme agents émulsifiants. Les exemples les plus marquants de plantes riches en saponines sont l'écorce de savon (Quillaja saponaria ; Rosaceae), la saponaire (Saponaria officinalis ; Caryophyllaceae) et la poudre de shikakai (Gleditsia sinensis ; Leguminosae). Les saponines sont des glycosides amphipathiques de poids moléculaire élevé, qui possèdent structurellement une ou plusieurs parties glycosides hydrophiles combinées à un dérivé triterpénique lipophile. Dans l'industrie pharmaceutique en particulier, les saponines ont suscité beaucoup d'intérêt en raison de leurs nombreuses propriétés biologiques, notamment leur capacité à stimuler une réponse immunitaire, ce qui en fait des candidats de choix pour les adjuvants.
Tout ce qu'il faut savoir sur l'extraction par ultrasons
L'extraction assistée par ultrasons (UAE), également appelée sono-extraction, est une méthode d'extraction verte très efficace pour isoler les substances bioactives telles que les protéines, les vitamines, les polyphénols, les pigments naturels, les lipides, etc. des matrices végétales. L'extraction par ultrasons est basée sur le principe de fonctionnement de la cavitation acoustique.
Lorsque des ondes ultrasonores intenses sont appliquées à des systèmes liquides, il se produit une cavitation acoustique, c'est-à-dire le phénomène de génération, de croissance et finalement d'effondrement de bulles de vide (voir l'image ci-dessous). Pendant la propagation des ondes ultrasonores, les bulles de vide oscillent et grossissent jusqu'à ce qu'elles atteignent un point où elles ne peuvent plus absorber d'énergie. Au point culminant de la croissance des bulles, elles s'effondrent violemment, ce qui provoque localement des effets thermiques, mécaniques et chimiques. Les effets mécaniques comprennent des pressions élevées pouvant atteindre 1 000 atm, des turbulences et des forces de cisaillement intenses. Ces forces perturbent les parois cellulaires et favorisent le transfert de masse entre l'intérieur de la cellule et le solvant, libérant des composés bioactifs dans le liquide environnant (c'est-à-dire le solvant).
L'extraction par ultrasons est basée sur la cavitation acoustique et ses forces de cisaillement hydrodynamiques.
L'extraction ultrasonique solide-liquide des composés des plantes et des tissus cellulaires a fait l'objet de nombreuses recherches. L'application d'ondes ultrasoniques très intenses favorise considérablement les processus d'extraction. Outre l'intensification du processus – ce qui permet d'obtenir des rendements plus élevés et des temps d'extraction plus courts – la dégradation thermique et la perte de constituants sensibles à la température sont évitées puisque l'ultrasonication est un traitement non thermique. En outre, l'extraction par ultrasons présente de faibles coûts d'investissement et d'exploitation, réduit l'utilisation de solvants et/ou permet l'utilisation de solvants plus écologiques, ce qui en fait une technique d'extraction économique et respectueuse de l'environnement. Plus performante que les méthodes d'extraction conventionnelles, l'extraction assistée par ultrasons (AAE) a été adoptée par l'industrie alimentaire pour produire des bioactifs avec des gains économiques.
Extraction ultrasonique de cellules végétales : la coupe transversale microscopique (TS) montre le mécanisme d'action lors de l'extraction ultrasonique de cellules (grossissement 2000x) [ressource : Vilkhu et al. 2011].
Processeurs ultrasoniques de grande puissance, du laboratoire à l'échelle pilote et industrielle.