Extraction des saponines de Quillaja par ultrasons
- Les extraits de saponines de l’arbre Quillaja saponaria Molina constituent la principale source de saponines pour les applications industrielles.
- L’extraction des saponines de Quillaja par ultrasons permet d’obtenir des saponines de haute qualité.
- L’extraction par ultrasons est une méthode très efficace qui permet d’obtenir des rendements élevés en extrait de saponines de Quillaja en peu de temps.
Extrait de saponines de Quillaja
L’extrait de saponines 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 bois 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 quillaique. Les autres composants majeurs 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 ou du bois broyés provenant des tiges et des branches élaguées de l’arbre Quillaja saponaria. Comme les extraits de saponines de Quillaja contiennent à la fois des tensioactifs et des composés phénoliques, ils présentent un intérêt exceptionnel pour la formulation d’ingrédients alimentaires fonctionnels sensibles et leur protection contre l’oxydation.
L’utilisation des saponines comme 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 O/W 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 saponines de Quillaja est l’émulsification des huiles de CBD, des boissons translucides et des produits alimentaires sous forme de mousse. Les saponines de Quillaja peuvent être utilisées seules ou en association 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. Outre leur utilisation comme agents émulsifiants, les saponines de Quillaja sont utilisées dans des formulations pharmaceutiques pour leurs propriétés antibactériennes, antivirales, antifongiques, antiparasitaires, antitumorales, hépatoprotectrices et immunoadjuvantes.
- Rendement supérieur
- Extraction rapide – en quelques minutes
- Extraits de haute qualité – procédé doux et non thermique
- Solvant écologique (c’est-à-dire l’eau)
- Économique
- Utilisation simple et sûre
- Faibles coûts d’investissement et d’exploitation
- Fonctionnement 24/7 dans des conditions intensives
- Méthode écologique et respectueuse de l’environnement
Extraction par ultrasons de matières végétales en lots de 120L avec UIP2000hdT et agitateur
Étude de cas sur l’extraction des saponines de Quillaja par ultrasons
Pour préparer un extrait de Quillaja de haute qualité offrant 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 bois de savon. La cavitation ultrasonore favorise l’extraction en améliorant le contact entre les solides et le liquide et en augmentant le transfert de matière.
Cares et al. démontrent clairement dans leur étude que l’extraction assistée par ultrasons (UAE) peut améliorer le processus d’extraction des principes bioactifs de Quillaja Saponaria Molina. Ils ont utilisé des copeaux de bois et d’écorce de Quillaja et ont extrait les saponines dans l’eau par sonication, de sorte que le produit final ne contient que des ingrédients et des matières premières naturels et pourrait être utilisé dans les procédés de fabrication alimentaire. L’extraction étant une méthode non thermique, la température d’extraction pendant la sonication a été maintenue constamment à 20ºC (68ºF). Les rendements d’extraction ont augmenté considérablement lorsque la durée de sonication est passée de 10 à 30 minutes. Les rendements obtenus après 20 minutes à 20ºC avec l’extraction assistée par ultrasons étaient comparables à ceux obtenus par la méthode conventionnelle après 3 heures d’extraction à 60ºC.
Les appareils à ultrasons sont utilisés pour préparer des émulsions o/w stables à long terme, en utilisant l’extrait de saponines de Quillaja pour stabiliser l’émulsion sur les plans physique et chimique. Cliquez ici pour en savoir plus sur l’émulsification par ultrasons !
Extracteurs à ultrasons haute performance
Hielscher Ultrasonics est spécialisé dans la fabrication de processeurs à ultrasons haute performance pour la production d’extraits de matières végétales de haute qualité.
La vaste gamme de produits de Hielscher s’étend des petits appareils à ultrasons de laboratoire puissants aux systèmes de paillasse robustes et aux systèmes entièrement industriels, qui délivrent des ultrasons de haute intensité pour l’extraction et l’isolement efficaces de composants bioactifs (par exemple, quercétine, caféine, curcumine, terpènes etc.). Tous les appareils à ultrasons de 200W à 16 000W sont équipés d’un écran couleur pour la commande numérique, d’une carte SD intégrée pour l’enregistrement automatique des données, d’une commande à distance par navigateur et de nombreuses autres fonctionnalités conviviales. Les sonotrodes et les cellules à circulation (les pièces en contact avec le milieu) peuvent être stérilisées en autoclave et sont faciles à nettoyer. Tous nos appareils à ultrasons sont conçus pour un fonctionnement 24/7, nécessitent peu d’entretien et sont simples et sûrs à utiliser.
Un écran couleur numérique permet une commande conviviale de l’équipement à ultrasons. Nos systèmes peuvent délivrer des amplitudes allant de faibles à très élevées. Pour l’extraction de composés chimiques tels que l’astaxanthine, nous proposons des sonotrodes ultrasonores spéciales (également appelées sondes ou pavillons ultrasonores), optimisées pour l’isolement délicat de substances actives de haute qualité. La robustesse de l’équipement à ultrasons de Hielscher permet un fonctionnement 24/7 dans des conditions intensives et des environnements exigeants.
Le contrôle précis des paramètres du procédé ultrasonore garantit la reproductibilité et la standardisation du procédé. Les systèmes automatisés d’extraction par ultrasons à l’échelle industrielle de Hielscher sont conçus pour offrir de grandes capacités de production d’extraits de qualité supérieure, tout en réduisant les besoins en main-d’œuvre, les coûts et la consommation d’énergie.
Le tableau ci-dessous donne une indication de la capacité approximative de traitement de nos appareils à ultrasons :
| Volume du lot | Débit | Appareils 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 |
| s.o. | 10 à 100L/min | UIP16000 |
| s.o. | plus élevé | ensemble de UIP16000 |
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Bibliographie et références
- 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.
Informations utiles
À propos de l’arbre Quillaja et de ses saponines
L’arbre Quillaja Saponaria Molina, également appelé bois de savon d’Amérique du Sud, pousse naturellement et abondamment au Chili. L’arbre Quillaja Saponaria (famille des Rosaceae) est un grand arbre à feuillage persistant et à écorce épaisse, originaire de plusieurs pays d’Amérique du Sud, notamment la Bolivie, le Chili et le Pérou.
L’extrait de saponines 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 constituées d’un noyau triterpénique portant deux chaînes de sucres. Ces chaînes de sucres confèrent aux saponines une propriété hydrophile (= solubles dans l’eau), tandis que le noyau triterpénique est hydrophobe (= repousse l’eau). De ce fait, il s’agit d’un tensioactif amphotère, ce qui fait des saponines des tensioactifs non ioniques permettant de réduire la tension superficielle, de solubiliser des produits hydrophobes dans des solutions aqueuses et de former des micro-/nanoémulsions.
Dans l’arbre Quillaja, l’écorce présente la teneur en saponines la plus élevée, avec environ 5%, tandis que le bois contient environ 2% de saponines.
Les saponines étant des substances naturelles possédant de bonnes propriétés moussantes et émulsifiantes, elles sont fréquemment utilisées comme agents moussants dans l’industrie alimentaire, des boissons et de la bière, comme tensioactifs dans les cosmétiques, comme additifs dans les produits agrochimiques et l’alimentation animale, et comme adjuvants dans les vaccins.
La production des extraits de quillaja repose sur une extraction aqueuse ; aucun autre solvant n’est utilisé pour leur production. Le produit final, qu’il s’agisse d’un extrait brut ou purifié, sous forme liquide ou en poudre, ne contient que des ingrédients et des matières premières naturels, autorisés pour une utilisation dans les procédés de fabrication alimentaire. (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 présentes principalement, mais pas exclusivement, dans les plantes, qui présentent des propriétés moussantes et sont constituées d’aglycones polycycliques liés à une ou plusieurs chaînes latérales de sucres. La partie aglycone, également appelée sapogénine, est soit un stéroïde (C27), soit un triterpène (C30). Le pouvoir moussant des saponines résulte de l’association d’une sapogénine hydrophobe (soluble dans les graisses) et d’une partie glucidique hydrophile (soluble dans l’eau). [Majinda, 2012: p. 515] Les matières végétales riches en saponines sont traditionnellement utilisées comme agents émulsifiants. Parmi les exemples bien connus de plantes riches en saponines figurent le bois 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 masse moléculaire élevée dont la structure comporte une ou plusieurs fractions glycosidiques hydrophiles associées à un dérivé triterpénique lipophile. Les saponines ont suscité un grand intérêt, particulièrement dans l’industrie pharmaceutique, en raison de leurs nombreuses propriétés biologiques, notamment leur capacité à stimuler une réponse immunitaire, ce qui en fait des candidats de premier choix comme 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 écologique et très efficace pour isoler des substances bioactives telles que les protéines, les vitamines, les polyphénols, les pigments naturels, les lipides, etc., à partir de matrices végétales. L’extraction par ultrasons repose sur le principe de fonctionnement de la cavitation acoustique.
Lorsque des ondes ultrasonores intenses sont appliquées à des systèmes liquides, une cavitation acoustique se produit : ce phénomène correspond à la formation, à la croissance puis à l’effondrement de bulles de vide (voir l’illustration ci-dessous). Pendant la propagation des ondes ultrasonores, les bulles de vide oscillent et grossissent jusqu’à atteindre un stade où elles ne peuvent plus absorber d’énergie. Lorsqu’elles atteignent leur taille maximale, elles s’effondrent violemment, ce qui provoque localement des effets thermiques, mécaniques et chimiques. Les effets mécaniques comprennent des pressions élevées pouvant atteindre 1000atm, des turbulences et des forces de cisaillement intenses. Ces forces rompent les parois cellulaires et favorisent le transfert de matière entre l’intérieur des cellules et le solvant, libérant ainsi des composés bioactifs dans le liquide environnant (c’est-à-dire le solvant).
L’extraction par ultrasons repose sur la cavitation acoustique et ses forces de cisaillement hydrodynamiques
L’extraction solide-liquide par ultrasons de composés à partir de matières végétales et de tissus cellulaires a fait l’objet de nombreuses recherches. L’application d’ondes ultrasonores de très haute intensité favorise considérablement les procédés d’extraction. Outre l’intensification du procédé – qui se traduit par des rendements plus élevés et un temps d’extraction plus court – la dégradation thermique et la perte de constituants thermosensibles sont évitées, car la sonication est un traitement non thermique. De plus, l’extraction par ultrasons présente de faibles coûts d’investissement et d’exploitation, réduit l’utilisation de solvants et/ou permet d’utiliser des 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 (UAE) a été adoptée par l’industrie alimentaire pour produire des substances bioactives avec des avantages économiques.
Extraction par ultrasons à partir de cellules végétales : la coupe transversale microscopique (TS) montre le mécanisme d’action pendant l’extraction par ultrasons à partir des cellules (grossissement 2000x) [source : Vilkhu et al. 2011]
Processeurs à ultrasons de forte puissance, du laboratoire à l’échelle pilote et industrielle.