Estrazione a ultrasuoni delle saponine di Quillaja
- Gli estratti di saponina dell'albero Quillaja saponaria Molina sono la principale fonte di saponine per le applicazioni industriali.
- L'estrazione a ultrasuoni delle saponine di Quillaja produce saponine di alta qualità.
- L'estrazione a ultrasuoni è un metodo altamente efficiente per produrre elevate rese di estratto di saponina di Quillaja in breve tempo.
Estratto di saponina di quillaja
L'estratto di saponina di Quillaja (sinonimi: estratti di quillaia, bois de Panama, estratti di corteccia di Panama, estratti di quillai, estratti di corteccia di Quillay, estratti di corteccia di sapone) è una sostanza estratta dall'albero di Quillaja Saponaria Molina (Q. saponaria). L'estratto di Quillaja è composto da oltre 100 saponine triterpenoidi. Le principali saponine presenti sono glicosidi dell'acido quillaico. Gli altri componenti principali sono polifenoli e tannini, oltre a piccole quantità di sali e zuccheri. L'estratto di Quillaja si ottiene per estrazione acquosa della corteccia interna macinata o del legno dei fusti e dei rami potati dell'albero Quillaja saponaria. Poiché gli estratti di saponina di Quillaja contengono sia tensioattivi che composti fenolici, sono straordinariamente interessanti per la formulazione di ingredienti alimentari funzionali sensibili e per la loro protezione dall'ossidazione.
L'uso delle saponine come emulsionanti naturali sta aumentando notevolmente a causa della crescente domanda di prodotti sani e naturali senza additivi sintetici. Le saponine di Quillaja sono ottimi emulsionanti per emulsioni O/W e nanoemulsioni e hanno mostrato ottimi effetti in varie formulazioni, come bevande e miscele di oli. Un'applicazione comune dell'estratto di saponine di Quillaja è l'emulsionatura di Oli di CBD, bevande traslucide e prodotti alimentari schiumati. Le saponine di Quillaja possono essere utilizzate da sole o in combinazione con altri agenti emulsionanti.
Q-Naturale® è un additivo alimentare a base di saponine della corteccia di Quillaja, approvato dalla FDA come efficace emulsionante per alimenti e bevande. Oltre che come agente emulsionante, le saponine di Quillaja sono utilizzate nelle formulazioni farmaceutiche per le loro proprietà antibatteriche, antivirali, antimicotiche, antiparassitarie, antitumorali, epatoprotettive e immunoadiuvanti.
- Rendimento superiore
- Estrazione ad alta velocità – entro pochi minuti
- Estratti di alta qualità – Lieve, non termico
- Solvente verde (cioè acqua)
- Economicamente vantaggioso
- funzionamento facile e sicuro
- Bassi costi di investimento e operativi
- Funzionamento 24 ore su 24, 7 giorni su 7, in condizioni di impiego gravose
- Metodo verde ed ecologico
120L Estrazione a ultrasuoni in batch di prodotti botanici con UIP2000hdT e agitatore
Caso di studio sull'estrazione a ultrasuoni di saponine dalla quillaja
Per preparare un estratto di Quillaja di alta qualità, che offra le funzionalità desiderate come additivo alimentare e farmaceutico, è necessario isolare le sostanze fitochimiche attive, ovvero le saponine. La saponina di Quillaja è una saponina triterpenica isolata dalla corteccia dell'albero del sapone. La cavitazione a ultrasuoni favorisce l'estrazione migliorando il contatto tra solido e liquido e aumentando il trasferimento di massa.
Cares et al. nel loro studio dimostrano chiaramente che l'estrazione assistita da ultrasuoni (UAE) può migliorare il processo di estrazione dei principi bioattivi dalla Quillaja Saponaria Molina. Hanno utilizzato trucioli di legno e corteccia di Quillaja e hanno estratto le saponine in acqua utilizzando la sonicazione, in modo che il prodotto finale incorporasse solo ingredienti e materie prime naturali e potesse essere utilizzato nei processi di produzione alimentare. Essendo un metodo di estrazione non termico, la temperatura di estrazione durante l'ultrasonicazione è stata mantenuta costantemente a 20ºC (68ºF). Le rese di estrazione sono aumentate significativamente con il periodo di sonicazione da 10 a 30 minuti. I rendimenti di 20 minuti a 20ºC nell'estrazione assistita da ultrasuoni erano paragonabili a quelli ottenuti con il metodo convenzionale di 3 ore di estrazione a 60ºC.
I dispositivi a ultrasuoni sono utilizzati per preparare emulsioni o/w stabili a lungo termine utilizzando l'estratto di saponina di Quillaja per stabilizzare l'emulsione dal punto di vista fisico e chimico. Cliccate qui per saperne di più sull'emulsionamento a ultrasuoni!
Estrattori a ultrasuoni ad alte prestazioni
Hielscher Ultrasonics è specializzata nella produzione di processori a ultrasuoni ad alte prestazioni per la produzione di estratti botanici di alta qualità.
L'ampia gamma di prodotti Hielscher spazia da piccoli e potenti ultrasuonatori da laboratorio a robusti sistemi da banco e completamente industriali, che forniscono ultrasuoni ad alta intensità per l'estrazione e l'isolamento efficiente di componenti bioattivi (ad es. Quercetina, caffeina, curcumina, Terpeni ecc.). Tutti i dispositivi a ultrasuoni di 200W a 16,000W sono dotati di un display a colori per il controllo digitale, di una scheda SD integrata per la registrazione automatica dei dati, di un controllo remoto via browser e di molte altre caratteristiche di facile utilizzo. I sonotrodi e le celle di flusso (le parti a contatto con il fluido) possono essere sterilizzati in autoclave e sono facili da pulire. Tutti i nostri ultrasuonatori sono costruiti per funzionare 24 ore su 24, 7 giorni su 7, richiedono poca manutenzione e sono facili e sicuri da usare.
Un display digitale a colori consente un controllo semplice dell'apparecchiatura a ultrasuoni. I nostri sistemi sono in grado di fornire ampiezze da basse a molto elevate. Per l'estrazione di composti chimici come l'astaxantina, offriamo speciali sonotrodi a ultrasuoni (noti anche come sonde o corni a ultrasuoni) ottimizzati per l'isolamento sensibile di sostanze attive di alta qualità. La robustezza delle apparecchiature a ultrasuoni di Hielscher consente un funzionamento 24 ore su 24, 7 giorni su 7, in condizioni di lavoro gravose e in ambienti difficili.
Il controllo preciso dei parametri del processo a ultrasuoni garantisce la riproducibilità e la standardizzazione del processo. I sistemi di estrazione a ultrasuoni automatizzati su scala industriale di Hielscher sono progettati per ottenere elevate capacità produttive di estratti di qualità superiore, riducendo al contempo la manodopera, i costi e l'energia.
La tabella seguente fornisce un'indicazione della capacità di lavorazione approssimativa dei nostri ultrasonori:
| Volume di batch | Portata | Dispositivi raccomandati |
|---|---|---|
| 1 - 500mL | 10 - 200mL/min | UP100H |
| 10 - 2000mL | 20 - 400mL/min | UP200Ht, UP400St |
| 0,1 - 20L | 0,2 - 4L/min | UIP2000hdT |
| 10 - 100L | 2 - 10L/min | UIP4000hdt |
| n.a. | 10 - 100L/min | UIP16000 |
| n.a. | più grande | cluster di UIP16000 |
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Letteratura/riferimenti
- M. G. Cares, Y. Vargas, L. Gaete, J. Sainz, J. Alarcón (2009): Estrazione assistita da ultrasuoni di principi bioattivi dalla Quillaja Saponaria Molina. Congresso internazionale sugli ultrasuoni, Universidad de Santiago de Chile, gennaio 2009.
- J. Deise Fleck, A. Heemann Betti, F. Pereira da Silva, E. A. Troian, C. Olivaro, F. Ferreira, S. Gasparin Verza (2019): Saponine da Quillaja saponaria e Quillaja brasiliensis: Particolari caratteristiche chimiche e attività biologiche. Molecole. 2019 Jan; 24(1): 171.
- K. Kaur, R. Kumar, S.K. Mehta (2015): Formulazione di nanoemulsione stabilizzata con saponina mediante metodo ultrasonico e suo ruolo nel proteggere la degradazione della quercitina dalla luce UV. Ultrasonics Sonochemistry 31, 2015.
- R.R.T. Majinda (2012): Estrazione e isolamento delle saponine. In: Satyajit D. Sarker e Lutfun Nahar (eds.), Natural Products Isolation, Methods in Molecular Biology, Vol. 864, 2012.
- N. Riquelme, R.N. Zúñiga, C. Arancibia (2019): Stabilità fisica di nanoemulsioni con miscele di emulsionanti: Sostituzione di tween 80 con saponina di quillaja. LWT – Scienza e tecnologia alimentare 111, 2019. 760-766.
Particolarità / Cose da sapere
Informazioni sull'albero di Quillaja e sulle sue saponine
L'albero Quillaja Saponaria Molina, noto anche come soaptree sudamericano, cresce in modo naturale ed esteso in Cile. La Quillaja Saponaria (famiglia delle Rosaceae) è un grande albero sempreverde dalla corteccia spessa, originario di diversi Paesi del Sud America, in particolare Bolivia, Cile e Perù.
L'estratto di saponina di Quillaja contiene principalmente saponine, ma anche polifenoli, tannini, nonché sali e zuccheri in piccole quantità. Le saponine di Quillaja sono molecole costruite da un nucleo triterpenico con due catene di zucchero. Queste catene di zucchero conferiscono alle saponine una proprietà idrofila (= dissolvibile in acqua), mentre il nucleo triterpenico è idrofobo (= repellente all'acqua). Si tratta di un tensioattivo anfotico, che rende le saponine un tensoattivo non ionico, consentendo la riduzione della tensione superficiale, la solubilizzazione di prodotti idrofobici in soluzioni acquose e la formazione di micro/nano-emulsioni.
Nell'albero di Quillaja, la corteccia contiene circa il 5% di saponine, mentre il legno ha un contenuto di saponine pari a circa il 2%.
Poiché le saponine sono sostanze naturali con buone proprietà schiumogene ed emulsionanti, sono spesso utilizzate come agenti schiumogeni nell'industria alimentare, delle bevande e della birra, come tensioattivi nei cosmetici, come additivi nei prodotti agrochimici e nei mangimi e come coadiuvanti nei vaccini.
La produzione degli estratti di quillaja avviene con un'estrazione acquosa; non vengono utilizzati altri solventi. Il prodotto finale, estratto grezzo o purificato, in formulazione liquida o in polvere, incorpora solo ingredienti e materie prime naturali, autorizzati per il loro uso nei processi di produzione alimentare. (Cares et al. 2009)
Cosa sono le saponine?
Il termine saponina deriva dalla parola latina sapo, che significa sapone. Le saponine sono sostanze fitochimiche, presenti principalmente ma non esclusivamente nelle piante, che presentano caratteristiche schiumogene e sono costituite da agliconi policiclici attaccati a una o più catene laterali di zucchero. La parte agliconica, chiamata anche sapogenina, è uno steroide (C27) o un triterpene (C30). La capacità schiumogena delle saponine è dovuta alla combinazione di una sapogenina idrofoba (solubile nei grassi) e di una parte zuccherina idrofila (solubile in acqua). [I materiali vegetali con un'elevata quantità di saponine sono stati tradizionalmente utilizzati come agenti emulsionanti. Esempi significativi di piante ricche di saponine sono la corteccia di sapone (Quillaja saponaria; Rosaceae), la saponaria (Saponaria officinalis; Caryophyllaceae) e la polvere di shikakai (Gleditsia sinensis; Leguminosae). Le saponine sono glicosidi anfipatici ad alto peso molecolare, che presentano strutturalmente una o più società glicosidiche idrofile combinate con un derivato triterpenico lipofilo. Soprattutto nell'industria farmaceutica, le saponine hanno attirato l'attenzione per le loro numerose proprietà biologiche, tra cui la capacità di stimolare la risposta immunitaria, che le rende candidate privilegiate come coadiuvanti.
Tutto quello che c'è da sapere sull'estrazione a ultrasuoni
L'estrazione assistita da ultrasuoni (UAE), anche sono-estrazione, è un metodo di estrazione verde altamente efficiente per isolare sostanze bioattive come proteine, vitamine, polifenoli, pigmenti naturali, lipidi ecc. da matrici vegetali. L'estrazione a ultrasuoni si basa sul principio di funzionamento della cavitazione acustica.
Quando si applicano onde ultrasonore intense a sistemi liquidi, si verifica la cavitazione acustica, ovvero il fenomeno della generazione, della crescita e dell'eventuale collasso di bolle di vuoto (vedi foto sotto). Durante la propagazione delle onde ultrasonore, le bolle di vuoto oscillano e crescono fino a raggiungere un punto in cui non possono assorbire ulteriore energia. Al culmine della crescita delle bolle, esse collassano violentemente, provocando effetti termici, meccanici e chimici a livello locale. Gli effetti meccanici comprendono pressioni elevate fino a 1000atm, turbolenze e intense forze di taglio. Queste forze distruggono le pareti cellulari e promuovono il trasferimento di massa tra l'interno della cellula e il solvente, rilasciando composti bioattivi nel liquido circostante (cioè il solvente).
L'estrazione a ultrasuoni si basa sulla cavitazione acustica e sulle forze di taglio idrodinamiche.
L'estrazione solido-liquido a ultrasuoni di composti da prodotti botanici e tessuti cellulari è stata oggetto di numerose ricerche. L'applicazione di onde ultrasoniche altamente intense favorisce notevolmente i processi di estrazione. Oltre all'intensificazione del processo – che si traduce in rese più elevate e tempi di estrazione più brevi – La degradazione termica e la perdita di costituenti sensibili alla temperatura sono evitate, poiché l'ultrasuono è un trattamento non termico. Inoltre, l'estrazione a ultrasuoni ha bassi costi di investimento e operativi, riduce l'uso di solventi e/o consente l'uso di solventi più ecologici, il che la rende una tecnica di estrazione economica e rispettosa dell'ambiente. L'estrazione assistita da ultrasuoni (UAE), che supera i metodi di estrazione convenzionali, è stata adottata dall'industria alimentare per produrre bioattivi con vantaggi economici.
Estrazione a ultrasuoni da cellule vegetali: la sezione trasversale microscopica (TS) mostra il meccanismo di azione durante l'estrazione a ultrasuoni dalle cellule (ingrandimento 2000x) [risorsa: Vilkhu et al. 2011].
Processori a ultrasuoni ad alta potenza, dal laboratorio alla scala pilota e industriale.