מיצוי אולטרסוני של ספונינים מקווילאיה
- תמציות ספונינים מהעץ Quillaja saponaria Molina הן המקור העיקרי לספונינים ליישומים תעשייתיים.
- מיצוי אולטרסוני של ספונינים מקווילאיה מניב ספונינים באיכות גבוהה.
- מיצוי אולטרסוני הוא שיטה יעילה ביותר להפקת תמצית ספונינים מקווילאיה בתפוקות גבוהות בתוך זמן קצר.
תמצית ספונינים מקווילאיה
תמצית ספונינים מקווילאיה (שמות נרדפים: תמציות קווילאיה, עץ פנמה, תמציות קליפת פנמה, תמציות קווילאי, תמציות קליפת קווילאי, תמציות קליפת עץ הסבון) היא חומר המופק מהעץ Quillaja Saponaria Molina (Q. saponaria). תמצית הקווילאיה מורכבת מיותר מ־100 ספונינים טריטרפנואידיים. הספונינים העיקריים המצויים בה הם גליקוזידים של חומצה קווילאית. רכיבים עיקריים נוספים הם פוליפנולים וטאנינים, וכן כמויות קטנות של מלחים וסוכרים. תמצית קווילאיה מופקת באמצעות מיצוי מימי של הקליפה הפנימית הטחונה או של העצה הטחונה מגזעים ומענפים שנגזמו מעץ Quillaja saponaria. מכיוון שתמציות ספונינים מקווילאיה מכילות הן חומרים פעילי שטח והן תרכובות פנוליות, הן מעוררות עניין רב במיוחד לצורך יצירת פורמולציות של רכיבי מזון פונקציונליים רגישים ולהגנה עליהם מפני חמצון.
השימוש בספונינים כמתחלבים טבעיים עולה במידה ניכרת עקב הביקוש הגובר למוצרים בריאים וטבעיים ללא תוספים סינתטיים. ספונינים מקווילאיה הם מתחלבים מצוינים לתחליבי שמן במים (O/W) ולננו־תחליבים, והראו השפעות טובות מאוד בפורמולציות שונות כגון משקאות ותערובות שמנים. יישום נפוץ של תמצית ספונינים מקווילאיה הוא תחלוב של שמני CBD, משקאות שקופים למחצה ומוצרי מזון מוקצפים. ניתן להשתמש בספונינים מקווילאיה לבדם או בשילוב עם חומרים מתחלבים אחרים.
Q-Naturale® הוא תוסף מזון המבוסס על ספונינים מקליפת קווילאיה, המאושר על ידי ה־FDA כמתחלב יעיל למזון ולמשקאות. נוסף על השימוש בהם כחומר מתחלב, ספונינים מקווילאיה משמשים בפורמולציות תרופתיות בזכות תכונותיהם האנטיבקטריאליות, האנטיוויראליות, האנטי־פטרייתיות, האנטי־טפיליות, האנטי־גידוליות, המגינות על הכבד והמסייעות להגברת התגובה החיסונית.
- תפוקה מעולה
- מיצוי מהיר – בתוך דקות
- תמציות באיכות גבוהה – מיצוי עדין ולא תרמי
- ממס ירוק (כלומר מים)
- כדאיות כלכלית
- תפעול קל ובטוח
- עלויות השקעה ותפעול נמוכות
- פעולה 24/7 בתנאי עומס כבד
- שיטה ירוקה וידידותית לסביבה
מיצוי אולטרסוני של חומרי צמחים באצווה בנפח 120L באמצעות UIP2000hdT ומערבל
חקר מקרה של מיצוי אולטרסוני של ספונינים מקווילאיה
כדי להכין תמצית קווילאיה באיכות גבוהה, המספקת את התפקודים הרצויים כתוסף למזון ולתרופות, יש לבודד את החומרים הפיטוכימיים הפעילים, כלומר את הספונינים. ספונין הקווילאיה הוא ספונין טריטרפני המבודד מקליפת עץ הסבון. קוויטציה אולטרסונית מקדמת את המיצוי באמצעות שיפור המגע בין המוצקים לנוזל והגברת מעבר המסה.
Cares ועמיתיו מדגימים בבירור במחקרם כי מיצוי בסיוע אולטרסאונד (UAE) יכול לשפר את תהליך המיצוי של חומרים פעילים ביולוגית מ־Quillaja Saponaria Molina. הם השתמשו בשבבי עצה וקליפה של קווילאיה ומיצו את הספונינים במים באמצעות סוניקציה, כך שהתוצר הסופי מכיל רק רכיבים וחומרי גלם טבעיים ויכול לשמש בתהליכי ייצור מזון. במסגרת שיטת מיצוי לא תרמית, טמפרטורת המיצוי במהלך הסוניקציה נשמרה בקביעות על 20ºC (68ºF). תפוקות המיצוי עלו במידה ניכרת עם הארכת משך הסוניקציה מ־10 ל־30 דקות. תפוקות המיצוי שהושגו בתוך 20 דקות ב־20ºC במיצוי בסיוע אולטרסאונד היו דומות לאלו שהושגו בשיטה המקובלת במיצוי במשך 3 שעות ב־60ºC.
מכשירים אולטרסוניים משמשים להכנת תחליבי שמן במים (o/w) יציבים לאורך זמן, תוך שימוש בתמצית ספונינים מקווילאיה לייצוב התחליב מבחינה פיזיקלית וכימית. לחצו כאן לקריאה נוספת על תחלוב אולטרסוני!
מכשירי מיצוי אולטרסוניים בעלי ביצועים גבוהים
Hielscher Ultrasonics מתמחה בייצור מעבדים אולטרסוניים בעלי ביצועים גבוהים להפקת תמציות באיכות גבוהה מחומר צמחי.
מגוון המוצרים הרחב של Hielscher נע ממכשירים אולטרסוניים מעבדתיים קטנים ועוצמתיים ועד למערכות שולחניות עמידות ולמערכות תעשייתיות מלאות, המספקות אולטרסאונד בעוצמה גבוהה למיצוי ולבידוד יעילים של רכיבים פעילים ביולוגית (למשל קוורצטין, קפאין, כורכומין, טרפנים וכו׳). כל המכשירים האולטרסוניים בהספקים מ־ 200W עד 16,000W מצוידים בצג צבעוני לבקרה דיגיטלית, בכרטיס SD משולב לתיעוד נתונים אוטומטי, בשליטה מרחוק באמצעות דפדפן ובתכונות רבות נוספות הנוחות למשתמש. הסונוטרודות ותאי הזרימה (החלקים הבאים במגע עם התווך) ניתנים לעיקור באוטוקלב וקלים לניקוי. כל המכשירים האולטרסוניים שלנו בנויים לפעולה 24/7, דורשים תחזוקה מועטה וקלים ובטוחים להפעלה.
צג צבעוני דיגיטלי מאפשר שליטה נוחה למשתמש בציוד האולטרסוני. המערכות שלנו מסוגלות לספק אמפליטודות הנעות מנמוכות ועד גבוהות מאוד. למיצוי תרכובות כימיות כגון אסטקסנטין, אנו מציעים סונוטרודות אולטרסוניות מיוחדות (המוכרות גם כגשושיות או כקרניים אולטרסוניות), המותאמות לבידוד עדין של חומרים פעילים באיכות גבוהה. העמידות של הציוד האולטרסוני של Hielscher מאפשרת פעולה 24/7 בעומס כבד ובסביבות תובעניות.
הבקרה המדויקת של פרמטרי התהליך האולטרסוני מבטיחה יכולת שחזור ותקנון של התהליך. מערכות המיצוי האולטרסוני האוטומטיות של Hielscher בקנה מידה תעשייתי מתוכננות לתפוקות ייצור גבוהות של תמציות באיכות מעולה, ובו בזמן מצמצמות את העבודה, העלויות וצריכת האנרגיה.
הטבלה שלהלן מציגה את קיבולת העיבוד המשוערת של המכשירים האולטרסוניים שלנו:
| נפח אצווה | ספיקת זרימה | מכשירים מומלצים |
|---|---|---|
| 1 עד 500mL | 10 עד 200mL/min | UP100H |
| 10 עד 2000mL | 20 עד 400mL/min | UP200Ht, UP400St |
| 0.1 עד 20L | 0.2 עד 4L/min | UIP2000hdT |
| 10 עד 100L | 2 עד 10L/min | UIP4000hdT |
| n.a. | 10 עד 100L/min | UIP16000 |
| n.a. | גבוהה יותר | אשכול של UIP16000 |
צרו איתנו קשר! / שאלו אותנו!
ספרות ומקורות
- M. G. Cares, Y. Vargas, L. Gaete, J. Sainz, J. Alarcón (2009): מיצוי בסיוע אולטרסאונד של חומרים פעילים ביולוגית מ־Quillaja Saponaria Molina. הקונגרס הבינלאומי לאולטרסאונד, 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): ספונינים מ־Quillaja saponaria ומ־Quillaja brasiliensis: מאפיינים כימיים ייחודיים ופעילויות ביולוגיות. Molecules. 2019 Jan; 24(1): 171.
- K. Kaur, R. Kumar, S.K. Mehta (2015): הכנת ננו־אמולסיה המיוצבת באמצעות ספונין בשיטה אולטרסונית ותפקידה בהגנה על quercitin מפני פירוק בהשפעת קרינת UV. Ultrasonics Sonochemistry 31, 2015.
- R.R.T. Majinda (2012): מיצוי ובידוד של ספונינים. בתוך: Satyajit D. Sarker and Lutfun Nahar (עורכים), בידוד מוצרים טבעיים, שיטות בביולוגיה מולקולרית, כרך 864, 2012.
- N. Riquelme, R.N. Zúñiga, C. Arancibia (2019): יציבות פיזיקלית של ננו־אמולסיות עם תערובות חומרים מתחלבים: החלפת tween 80 בספונין של quillaja. LWT – Food Science and Technology 111, 2019. 760-766.
עובדות שכדאי לדעת
על עץ ה־Quillaja והספונינים שלו
העץ Quillaja Saponaria Molina, הידוע גם כעץ הסבון הדרום אמריקאי, גדל באופן טבעי ובהיקף נרחב בצ'ילה. העץ Quillaja Saponaria (משפחת Rosaceae) הוא עץ גדול וירוק עד בעל קליפה עבה, שמקורו בכמה מדינות בדרום אמריקה, ובייחוד בבוליביה, בצ'ילה ובפרו.
תמצית הספונינים של Quillaja מכילה בעיקר ספונינים, אך גם פוליפנולים, טאנינים וכן מלחים וסוכרים בכמויות קטנות. הספונינים של Quillaja הם מולקולות הבנויות מגרעין טריטרפני בעל שתי שרשראות סוכר. שרשראות סוכר אלה מעניקות לספונינים תכונה הידרופילית (= מסיסות במים), ואילו הגרעין הטריטרפני הוא הידרופובי (= דוחה מים). בשל תכונות אלה, מדובר ב־"amphotic tenside", מה שהופך את הספונינים לחומרים פעילי שטח לא יוניים, המאפשרים להפחית את מתח הפנים, להמס מוצרים הידרופוביים בתמיסות מימיות וכן ליצור מיקרו־תחליבים וננו־תחליבים.
בעץ Quillaja, הקליפה מכילה את כמות הספונינים הגבוהה ביותר, כ־5%, ואילו תכולת הספונינים בעצה היא כ־2%.
מכיוון שספונינים הם חומרים טבעיים בעלי תכונות הקצפה ותחלוב טובות, הם משמשים לעיתים קרובות כחומרי הקצפה בתעשיות המזון, המשקאות והבירה, כחומרים פעילי שטח בתמרוקים, כתוספים בכימיקלים לחקלאות ובמזון לבעלי חיים, וכאדג'ובנטים בחיסונים.
ייצור תמציות Quillaja מתבצע באמצעות מיצוי מימי; לא נעשה שימוש בממסים אחרים בייצורן. המוצר הסופי, בין שהוא תמצית גולמית ובין שהוא תמצית מטוהרת, בתכשיר נוזלי או באבקה, מכיל רק רכיבים טבעיים וחומרי גלם המאושרים לשימוש בתהליכי ייצור מזון. (Cares et al. 2009)
מהם ספונינים?
המילה ספונין נגזרת מהמילה הלטינית sapo, שפירושה סבון. ספונינים הם חומרים פיטוכימיים המצויים בעיקר בצמחים, אך לא רק בהם, בעלי תכונות הקצפה, ומורכבים מאגליקונים רב־טבעתיים הקשורים לשרשרת צד אחת או יותר של סוכר. החלק האגליקוני, המכונה גם ספוגנין, הוא סטרואיד (C27) או טריטרפן (C30). יכולת ההקצפה של ספונינים נובעת מהשילוב של ספוגנין הידרופובי (מסיס בשומן) וחלק סוכרי הידרופילי (מסיס במים). [Majinda, 2012: p. 515] חומרים צמחיים בעלי תכולת ספונינים גבוהה שימשו באופן מסורתי כחומרים מתחלבים. דוגמאות בולטות לצמחים עשירים בספונינים הן עץ קליפת הסבון (Quillaja saponaria; Rosaceae), סבונית (Saponaria officinalis; Caryophyllaceae) ואבקת שיקאקאי (Gleditsia sinensis; Leguminosae). ספונינים הם גליקוזידים אמפיפתיים בעלי משקל מולקולרי גבוה, שבמבנה שלהם יש קבוצה גליקוזידית הידרופילית אחת או יותר המשולבת עם נגזרת טריטרפנית ליפופילית. בייחוד בתעשיית התרופות, ספונינים משכו תשומת לב רבה בשל מגוון תכונותיהם הביולוגיות, ובהן יכולתם לעורר תגובה חיסונית, ההופכת אותם למועמדים מובילים לשימוש כאדג'ובנטים.
כל מה שצריך לדעת על מיצוי אולטרסוני
מיצוי בסיוע אולטרסאונד (UAE), המכונה גם מיצוי סוני, הוא שיטת מיצוי ירוקה ויעילה ביותר לבידוד חומרים פעילים ביולוגית כגון חלבונים, ויטמינים, פוליפנולים, פיגמנטים טבעיים, ליפידים וכדומה ממטריצות צמחיות. מיצוי אולטרסוני מבוסס על עקרון הפעולה של קוויטציה אקוסטית.
כאשר גלי אולטרסאונד עזים מופעלים על מערכות נוזליות, מתרחשת קוויטציה אקוסטית – תופעה של היווצרות בועות ריק, גדילתן וקריסתן בסופו של דבר (ראו תמונה למטה). במהלך התפשטות גלי האולטרסאונד, בועות הריק מתנודדות וגדלות עד שהן מגיעות לנקודה שבה אינן יכולות לספוג עוד אנרגיה. בשיא גדילתן הבועות קורסות בעוצמה, וגורמות להשפעות תרמיות, מכניות וכימיות מקומיות. ההשפעות המכניות כוללות לחצים גבוהים של עד 1000atm, מערבולות וכוחות גזירה עזים. כוחות אלה מפרקים את דופנות התאים ומקדמים מעבר מסה בין פנים התא לממס, תוך שחרור תרכובות פעילות ביולוגית אל הנוזל שמסביב (כלומר, הממס).
מיצוי אולטרסוני מבוסס על קוויטציה אקוסטית ועל כוחות הגזירה ההידרודינמיים שלה
מיצוי אולטרסוני מוצק–נוזל של תרכובות מחומרי גלם צמחיים ומרקמת תאים נחקר היטב. הפעלת גלי אולטרסאונד בעוצמה גבוהה מאוד מקדמת באופן משמעותי תהליכי מיצוי. לצד הגברת התהליך – המובילה לתפוקות גבוהות יותר ולזמן מיצוי קצר יותר – נמנעים פירוק תרמי ואובדן של מרכיבים רגישים לטמפרטורה, משום שסוניקציה היא טיפול שאינו תרמי. יתר על כן, למיצוי אולטרסוני עלויות השקעה ותפעול נמוכות, הוא מפחית את השימוש בממסים ו/או מאפשר שימוש בממסים ירוקים יותר, ולכן הוא טכניקת מיצוי חסכונית וידידותית לסביבה. מיצוי בסיוע אולטרסאונד, העולה בביצועיו על שיטות המיצוי המקובלות (UAE) אומץ מתעשיית המזון לצורך ייצור חומרים פעילים ביולוגית תוך השגת רווחים כלכליים.
מיצוי אולטרסוני מתאי צמח: חתך הרוחב המיקרוסקופי (TS) מציג את מנגנון הפעולה במהלך מיצוי אולטרסוני מתאים (הגדלה 2000x) [מקור: Vilkhu et al. 2011]
מעבדים אולטרסוניים בהספק גבוה מקנה מידה מעבדתי ועד קנה מידה של פיילוט וייצור תעשייתי.