Ultrazvučna ekstrakcija saponina iz stabla Quillaja
- Saponinski ekstrakti stabla Quillaja saponaria Molina glavni su izvor saponina za industrijske primjene.
- Ultrazvučnom ekstrakcijom saponina iz stabla Quillaja dobivaju se visokokvalitetni saponini.
- Ultrazvučna ekstrakcija vrlo je učinkovita metoda za dobivanje visokih prinosa saponinskog ekstrakta stabla Quillaja u kratkom vremenu.
Saponinski ekstrakt stabla Quillaja
Saponinski ekstrakt stabla Quillaja (sinonimi: ekstrakti kvilaje, panamsko drvo, ekstrakti panamske kore, ekstrakti quillai, ekstrakti kore Quillay, ekstrakti kore sapunskog drveta) tvar je koja se ekstrahira iz stabla Quillaja Saponaria Molina (Q. saponaria). Ekstrakt stabla Quillaja sastoji se od više od 100 triterpenoidnih saponina. Glavni prisutni saponini glikozidi su kvilajinske kiseline. Ostale glavne komponente su polifenoli i tanini te male količine soli i šećera. Ekstrakt stabla Quillaja dobiva se vodenom ekstrakcijom samljevene unutarnje kore ili drva orezanih stabljika i grana stabla Quillaja saponaria. Budući da saponinski ekstrakti stabla Quillaja sadržavaju i površinski aktivne tvari i fenolne spojeve, iznimno su zanimljivi za formuliranje osjetljivih sastojaka funkcionalne hrane i njihovu zaštitu od oksidacije.
Upotreba saponina kao prirodnih emulgatora znatno raste zbog sve veće potražnje za zdravim, prirodnim proizvodima bez sintetskih aditiva. Saponini stabla Quillaja izvrsni su emulgatori za O/W emulzije i nanoemulzije te su pokazali vrlo dobre učinke u različitim formulacijama, poput napitaka i mješavina ulja. Uobičajena primjena saponinskog ekstrakta stabla Quillaja jest emulgiranje ulja CBD-a, poluprozirnih napitaka i pjenastih prehrambenih proizvoda. Saponini stabla Quillaja mogu se upotrebljavati samostalno ili u kombinaciji s drugim emulgatorima.
Q-Naturale® prehrambeni je aditiv na bazi saponina iz kore stabla Quillaja, koji je FDA odobrila kao učinkovit emulgator za hranu i napitke. Osim kao emulgatori, saponini stabla Quillaja upotrebljavaju se u farmaceutskim formulacijama zbog svojih antibakterijskih, antivirusnih, antifungalnih, antiparazitskih, antitumorskih, hepatoprotektivnih i imunoadjuvantnih svojstava.
- Vrhunski prinos
- Vrlo brza ekstrakcija – u roku od nekoliko minuta
- Visokokvalitetni ekstrakti – blaga, netoplinska ekstrakcija
- Zeleno otapalo (tj. voda)
- Isplativo
- Jednostavan i siguran rad
- Niski investicijski i operativni troškovi
- Rad 24/7 pod velikim opterećenjem
- Zelena, ekološki prihvatljiva metoda
Ultrazvučna šaržna ekstrakcija biljnih sirovina u volumenu od 120L uređajem UIP2000hdT i miješalicom
Studija slučaja ultrazvučne ekstrakcije saponina iz stabla Quillaja
Za pripremu visokokvalitetnog ekstrakta stabla Quillaja koji pruža željena funkcionalna svojstva kao prehrambeni i farmaceutski aditiv potrebno je izolirati aktivne fitokemikalije, odnosno saponine. Saponin stabla Quillaja triterpenski je saponin izoliran iz kore sapunskog drveta. Ultrazvučna kavitacija pospješuje ekstrakciju poboljšanjem kontakta između krutih tvari i tekućine te povećanjem prijenosa tvari.
Cares i sur. u svojoj studiji jasno pokazuju da ultrazvučno potpomognuta ekstrakcija (UAE) može poboljšati proces ekstrakcije bioaktivnih sastojaka iz stabla Quillaja Saponaria Molina. Upotrijebili su sječku drva i kore stabla Quillaja te ekstrahirali saponine u vodi primjenom sonikacije, tako da konačni proizvod sadržava samo prirodne sastojke i sirovine te bi se mogao upotrebljavati u procesima proizvodnje hrane. Budući da je riječ o netoplinskoj metodi ekstrakcije, temperatura ekstrakcije tijekom sonikacije stalno se održavala na 20ºC (68ºF). Prinosi ekstrakcije znatno su se povećavali s produljenjem sonikacije s 10 na 30 minuta. Prinosi ostvareni ultrazvučno potpomognutom ekstrakcijom tijekom 20 minuta pri 20ºC bili su usporedivi s onima postignutima konvencionalnom metodom ekstrakcije tijekom 3 sata pri 60ºC.
Ultrazvučni uređaji upotrebljavaju se za pripremu dugotrajno stabilnih o/w emulzija uz upotrebu saponinskog ekstrakta stabla Quillaja za fizikalnu i kemijsku stabilizaciju emulzije. Kliknite ovdje i pročitajte više o ultrazvučnom emulgiranju!
Ultrazvučni ekstraktori visokih performansi
Hielscher Ultrasonics specijaliziran je za proizvodnju ultrazvučnih procesora visokih performansi za proizvodnju visokokvalitetnih ekstrakata iz biljnog materijala.
Širok portfelj proizvoda tvrtke Hielscher obuhvaća uređaje od malih, snažnih laboratorijskih ultrazvučnih uređaja do robusnih stolnih i potpuno industrijskih sustava koji isporučuju ultrazvuk visokog intenziteta za učinkovitu ekstrakciju i izolaciju bioaktivnih sastojaka (npr. kvercetina, kofeina, kurkumina, terpena itd.). Svi ultrazvučni uređaji od 200W do 16.000W imaju zaslon u boji za digitalno upravljanje, integriranu SD karticu za automatsko bilježenje podataka, daljinsko upravljanje putem preglednika i mnoge druge značajke prilagođene korisniku. Sonotrode i protočne ćelije (dijelovi koji su u dodiru s medijem) mogu se autoklavirati i lako se čiste. Svi naši ultrazvučni uređaji izrađeni su za rad 24/7, zahtijevaju malo održavanja te su jednostavni i sigurni za rukovanje.
Digitalni zaslon u boji omogućuje jednostavno upravljanje ultrazvučnom opremom. Naši sustavi mogu ostvariti amplitude od niskih do vrlo visokih. Za ekstrakciju kemijskih spojeva poput astaksantina nudimo posebne ultrazvučne sonotrode (poznate i kao ultrazvučne sonde ili rogovi) optimizirane za osjetljivu izolaciju visokokvalitetnih aktivnih tvari. Robusnost ultrazvučne opreme tvrtke Hielscher omogućuje rad 24/7 pri velikim opterećenjima i u zahtjevnim okruženjima.
Precizna kontrola parametara ultrazvučnog procesa osigurava ponovljivost i standardizaciju procesa. Automatizirani sustavi za ultrazvučnu ekstrakciju tvrtke Hielscher u industrijskom mjerilu projektirani su za velike proizvodne kapacitete ekstrakata vrhunske kvalitete, uz istodobno smanjenje potrebnog rada, troškova i potrošnje energije.
Tablica u nastavku daje okvirni prikaz kapaciteta obrade naših ultrazvučnih uređaja:
| Volumen šarže | Protok | Preporučeni uređaji |
|---|---|---|
| 1 do 500mL | 10 do 200mL/min | UP100H |
| 10 do 2000mL | 20 do 400mL/min | UP200Ht, UP400St |
| 0,1 do 20L | 0,2 do 4L/min | UIP2000hdT |
| 10 do 100L | 2 do 10L/min | UIP4000hdT |
| n.a. | 10 do 100L/min | UIP16000 |
| n.a. | veći | skupina uređaja UIP16000 |
Kontaktirajte nas! / Pitajte nas!
Literatura i reference
- M. G. Cares, Y. Vargas, L. Gaete, J. Sainz, J. Alarcón (2009): Ultrazvučno potpomognuta ekstrakcija bioaktivnih tvari iz vrste Quillaja Saponaria Molina. Međunarodni kongres o ultrazvuku, 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): Saponini iz vrsta Quillaja saponaria i Quillaja brasiliensis: posebna kemijska svojstva i biološke aktivnosti. Molecules. 2019 Jan; 24(1): 171.
- K. Kaur, R. Kumar, S.K. Mehta (2015): Formulacija nanoemulzije stabilizirane saponinom ultrazvučnom metodom i njezina uloga u zaštiti spoja quercitin od razgradnje uzrokovane UV svjetlošću. Ultrasonics Sonochemistry 31, 2015.
- R.R.T. Majinda (2012): Ekstrakcija i izolacija saponina. U: Satyajit D. Sarker i Lutfun Nahar (ur.), Izolacija prirodnih proizvoda, Metode u molekularnoj biologiji, sv. 864, 2012.
- N. Riquelme, R.N. Zúñiga, C. Arancibia (2019): Fizikalna stabilnost nanoemulzija sa smjesama emulgatora: zamjena tween 80 saponinom iz roda Quillaja. LWT – Food Science and Technology 111, 2019. 760–766.
Korisne činjenice
O stablu Quillaja i njegovim saponinima
Stablo Quillaja Saponaria Molina, poznato i kao južnoamerički sapunovac, prirodno je i široko rasprostranjeno u Čileu. Quillaja Saponaria (porodica Rosaceae) veliko je zimzeleno stablo s debelom korom, podrijetlom iz nekoliko južnoameričkih zemalja, osobito Bolivije, Čilea i Perua.
Ekstrakt saponina iz stabla Quillaja sadržava uglavnom saponine, ali i polifenole, tanine te male količine soli i šećera. Saponini iz stabla Quillaja molekule su građene od triterpenske jezgre s dva šećerna lanca. Ti šećerni lanci daju saponinima hidrofilno svojstvo (= topljivost u vodi), dok je triterpenska jezgra hidrofobna (= odbija vodu). Zbog tih svojstava riječ je o „amphotic tenside“, što saponine čini neionskim površinski aktivnim tvarima koje omogućuju smanjenje površinske napetosti, solubilizaciju hidrofobnih proizvoda u vodenim otopinama te stvaranje mikroemulzija i nanoemulzija.
U stablu Quillaja kora sadržava najveću količinu saponina, približno 5%, dok drvo sadržava približno 2% saponina.
Budući da su saponini prirodne tvari s dobrim svojstvima pjenjenja i emulgiranja, često se upotrebljavaju kao sredstva za pjenjenje u prehrambenoj industriji, industriji pića i pivarstvu, kao površinski aktivne tvari u kozmetici, kao dodatci agrokemikalijama i hrani za životinje te kao adjuvansi u cjepivima.
Ekstrakti iz stabla Quillaja proizvode se vodenom ekstrakcijom; u njihovoj se proizvodnji ne upotrebljavaju druga otapala. Konačni proizvod, bilo sirovi ili pročišćeni ekstrakt, u tekućem ili praškastom obliku, sadržava samo prirodne sastojke i sirovine odobrene za uporabu u procesima proizvodnje hrane. (Cares et al. 2009)
Što su saponini?
Riječ saponin izvedena je iz latinske riječi sapo, koja znači sapun. Saponini su fitokemikalije koje se nalaze uglavnom, ali ne isključivo, u biljkama, pokazuju svojstva pjenjenja i sastoje se od policikličkih aglikona povezanih s jednim ili više bočnih šećernih lanaca. Aglikonski dio, koji se naziva i sapogenin, jest steroid (C27) ili triterpen (C30). Sposobnost pjenjenja saponina proizlazi iz kombinacije hidrofobnog sapogenina (topljivog u mastima) i hidrofilnog šećernog dijela (topljivog u vodi). [Majinda, 2012: p. 515] Biljni materijali s visokim udjelom saponina tradicionalno se upotrebljavaju kao sredstva za emulgiranje. Istaknuti primjeri biljaka bogatih saponinima jesu sapunovac (Quillaja saponaria; Rosaceae), sapunika (Saponaria officinalis; Caryophyllaceae) i prah shikakai (Gleditsia sinensis; Leguminosae). Saponini su amfipatski glikozidi velike molekulske mase, koji u svojoj strukturi imaju jednu ili više hidrofilnih glikozidnih skupina povezanih s lipofilnim triterpenskim derivatom. Saponini su privukli veliku pozornost, osobito u farmaceutskoj industriji, zbog niza bioloških svojstava, uključujući sposobnost poticanja imunosnog odgovora, što ih čini vodećim kandidatima za adjuvanse.
Sve što trebate znati o ultrazvučnoj ekstrakciji
Ekstrakcija potpomognuta ultrazvukom (UAE), poznata i kao sonoekstrakcija, vrlo je učinkovita, ekološki prihvatljiva metoda ekstrakcije za izolaciju bioaktivnih tvari poput proteina, vitamina, polifenola, prirodnih pigmenata, lipida itd. iz biljnih matriksa. Ultrazvučna ekstrakcija temelji se na načelu djelovanja akustične kavitacije.
Kada se intenzivni ultrazvučni valovi primjenjuju na tekuće sustave, dolazi do akustične kavitacije, odnosno pojave nastanka, rasta i konačnog kolapsa vakuumskih mjehurića (vidi sliku u nastavku). Tijekom širenja ultrazvučnih valova vakuumski mjehurići osciliraju i rastu dok ne dosegnu točku u kojoj više ne mogu apsorbirati energiju. Na vrhuncu rasta mjehurići silovito kolabiraju, što lokalno uzrokuje toplinske, mehaničke i kemijske učinke. Mehanički učinci uključuju visoke tlakove do 1000atm, turbulencije i intenzivne smične sile. Te sile razaraju stanične stijenke i potiču prijenos tvari između unutrašnjosti stanice i otapala, oslobađajući bioaktivne spojeve u okolnu tekućinu (tj. otapalo).
Ultrazvučna ekstrakcija temelji se na akustičnoj kavitaciji i njezinim hidrodinamičkim smičnim silama
Ultrazvučna ekstrakcija spojeva iz biljnog materijala i staničnog tkiva u sustavu kruto–tekuće dobro je istražena. Primjena ultrazvučnih valova vrlo visokog intenziteta znatno pospješuje procese ekstrakcije. Osim intenziviranja procesa – što rezultira većim prinosima i kraćim vremenom ekstrakcije – sprječavaju se toplinska razgradnja i gubitak sastojaka osjetljivih na temperaturu jer je sonikacija netoplinski postupak. Nadalje, ultrazvučna ekstrakcija ima niske investicijske i operativne troškove, smanjuje potrošnju otapala i/ili omogućuje upotrebu ekološki prihvatljivijih otapala, što je čini ekonomičnom i ekološki prihvatljivom tehnikom ekstrakcije. Budući da nadmašuje konvencionalne metode ekstrakcije, ultrazvučno potpomognuta ekstrakcija (UAE) preuzeta je iz prehrambene industrije radi proizvodnje bioaktivnih tvari uz ekonomsku korist.
Ultrazvučna ekstrakcija iz biljnih stanica: mikroskopski poprečni presjek (TS) prikazuje mehanizam djelovanja tijekom ultrazvučne ekstrakcije iz stanica (povećanje 2000x) [izvor: Vilkhu et al. 2011]
Ultrazvučni procesori velike snage za laboratorijske, pilotne i industrijske razmjere.