Estrazione a ultrasuoni delle saponine di Quillaja
- Gli estratti di saponine dell’albero Quillaja saponaria Molina sono la principale fonte di saponine per applicazioni industriali.
- L’estrazione a ultrasuoni delle saponine di Quillaja permette di ottenere saponine di alta qualità.
- L’estrazione a ultrasuoni è un metodo altamente efficiente per ottenere rese elevate di estratto di saponine di Quillaja in breve tempo.
Estratto di saponine di Quillaja
L’estratto di saponine di Quillaja (sinonimi: estratti di quillaia, legno di Panama, estratti di corteccia di Panama, estratti di quillai, estratti di corteccia di Quillay, estratti di corteccia dell’albero del sapone) è una sostanza estratta dall’albero 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. Altri componenti principali sono polifenoli e tannini, oltre a piccole quantità di sali e zuccheri. L’estratto di Quillaja viene ottenuto mediante estrazione acquosa della corteccia interna macinata o del legno di fusti e rami potati dell’albero Quillaja saponaria. Poiché gli estratti di saponine di Quillaja contengono sia tensioattivi sia composti fenolici, sono di straordinario interesse per la formulazione di ingredienti alimentari funzionali sensibili e per la loro protezione dall’ossidazione.
L’uso delle saponine come emulsionanti naturali sta aumentando significativamente a causa della crescente domanda di prodotti sani e naturali privi di additivi sintetici. Le saponine di Quillaja sono eccellenti emulsionanti per emulsioni O/W e nanoemulsioni e hanno mostrato effetti molto positivi in varie formulazioni, come bevande e miscele di oli. Un’applicazione comune dell’estratto di saponine di Quillaja è l’emulsificazione 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 emulsionante efficace per alimenti e bevande. Oltre al loro impiego come agenti emulsionanti, le saponine di Quillaja sono utilizzate nelle formulazioni farmaceutiche per le loro proprietà antibatteriche, antivirali, antimicotiche, antiparassitarie, antitumorali, epatoprotettive e immunoadiuvanti.
- Resa superiore
- Estrazione ad alta velocità – in pochi minuti
- Estratti di alta qualità – trattamento delicato e non termico
- Solvente ecologico (ossia acqua)
- Conveniente
- Funzionamento semplice e sicuro
- Bassi costi di investimento e di esercizio
- Funzionamento 24/7 in condizioni gravose
- Metodo ecologico e rispettoso dell’ambiente
Estrazione a ultrasuoni in batch da 120L di materie prime vegetali con UIP2000hdT e agitatore
Caso di studio sull’estrazione a ultrasuoni delle saponine di Quillaja
Per preparare un estratto di Quillaja di alta qualità che offra le funzionalità desiderate come additivo alimentare e farmaceutico, è necessario isolare i composti fitochimici attivi, ossia le saponine. La saponina di Quillaja è una saponina triterpenica isolata dalla corteccia dell’albero del sapone. La cavitazione ultrasonica favorisce l’estrazione migliorando il contatto tra solidi e liquido e aumentando il trasferimento di massa.
Cares et al. dimostrano chiaramente nel loro studio che l’estrazione assistita da ultrasuoni (UAE) può migliorare il processo di estrazione dei principi bioattivi da Quillaja Saponaria Molina. Hanno utilizzato frammenti di legno e corteccia di Quillaja ed estratto le saponine in acqua mediante sonicazione, affinché il prodotto finale contenesse esclusivamente ingredienti e materie prime naturali e potesse essere utilizzato nei processi di produzione alimentare. Trattandosi di un metodo di estrazione non termico, la temperatura di estrazione durante la sonicazione è stata mantenuta costantemente a 20ºC (68ºF). Le rese di estrazione sono aumentate significativamente all’aumentare del tempo di sonicazione da 10 a 30 minuti. Le rese ottenute in 20 minuti a 20ºC con l’estrazione assistita da ultrasuoni erano comparabili a quelle ottenute con il metodo convenzionale mediante un’estrazione di 3 ore a 60ºC.
I dispositivi a ultrasuoni vengono utilizzati per preparare emulsioni o/w stabili a lungo termine, impiegando l’estratto di saponine di Quillaja per stabilizzare l’emulsione dal punto di vista fisico e chimico. Fai clic qui per saperne di più sull’emulsificazione 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 di alta qualità da materie prime vegetali.
L’ampia gamma di prodotti Hielscher comprende piccoli e potenti sonicatori da laboratorio, robusti sistemi da banco e sistemi completamente industriali, che forniscono ultrasuoni ad alta intensità per l’estrazione e l’isolamento efficienti di componenti bioattivi (ad es. quercetina, caffeina, curcumina, terpeni ecc.). Tutti i dispositivi a ultrasuoni da 200W a 16.000W sono dotati di un display a colori per il controllo digitale, una scheda SD integrata per la registrazione automatica dei dati, controllo remoto tramite browser e molte altre funzionalità di facile utilizzo. I sonotrodi e le celle di flusso (le parti a contatto con il mezzo) possono essere sterilizzati in autoclave e sono facili da pulire. Tutti i nostri sonicatori sono progettati per funzionare 24/7, richiedono poca manutenzione e sono semplici e sicuri da utilizzare.
Un display digitale a colori consente un controllo agevole dell’apparecchiatura a ultrasuoni. I nostri sistemi sono in grado di erogare 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 delicato di sostanze attive di alta qualità. La robustezza delle apparecchiature a ultrasuoni Hielscher consente il funzionamento 24/7 in condizioni gravose e in ambienti impegnativi.
Il controllo preciso dei parametri del processo a ultrasuoni garantisce riproducibilità e standardizzazione del processo. I sistemi automatizzati di estrazione a ultrasuoni su scala industriale di Hielscher sono progettati per elevate capacità produttive di estratti di qualità superiore, riducendo al contempo il lavoro, i costi e il consumo di energia.
La tabella seguente fornisce un’indicazione della capacità di trattamento approssimativa dei nostri sonicatori:
| Volume del batch | Portata | Dispositivi consigliati |
|---|---|---|
| da 1 a 500mL | da 10 a 200mL/min | UP100H |
| da 10 a 2000mL | da 20 a 400mL/min | UP200Ht, UP400St |
| da 0,1 a 20L | da 0,2 a 4L/min | UIP2000hdT |
| da 10 a 100L | da 2 a 10L/min | UIP4000hdT |
| n.a. | da 10 a 100L/min | UIP16000 |
| n.a. | superiore | gruppo di UIP16000 |
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Bibliografia e riferimenti
- 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.
Informazioni utili
L’albero di Quillaja e le sue saponine
L’albero Quillaja Saponaria Molina, noto anche come albero del sapone sudamericano, cresce spontaneamente ed è ampiamente diffuso in Cile. L’albero Quillaja Saponaria (famiglia Rosaceae) è un grande sempreverde dalla corteccia spessa, originario di diversi paesi sudamericani, in particolare Bolivia, Cile e Perù.
L’estratto di saponine di Quillaja contiene principalmente saponine, ma anche polifenoli, tannini, nonché piccole quantità di sali e zuccheri. Le saponine di Quillaja sono molecole costituite da un nucleo triterpenico con due catene zuccherine. Queste catene zuccherine conferiscono alle saponine una proprietà idrofila (= solubilità in acqua), mentre il nucleo triterpenico è idrofobo (= respinge l’acqua). Per queste caratteristiche, si tratta di un «amphotic tenside», il che rende le saponine tensioattivi non ionici, consentendo la riduzione della tensione superficiale, la solubilizzazione di prodotti idrofobi in soluzioni acquose e la formazione di micro-/nanoemulsioni.
Nell’albero di Quillaja, la corteccia contiene la maggiore quantità di saponine, pari a circa il 5%, mentre il legno presenta un contenuto di saponine di circa il 2%.
Poiché le saponine sono sostanze naturali con buone proprietà schiumogene ed emulsionanti, vengono frequentemente 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 adiuvanti nei vaccini.
La produzione degli estratti di quillaja avviene mediante estrazione acquosa; nella produzione non vengono utilizzati altri solventi. Il prodotto finale, sia esso un estratto grezzo o purificato, in formulazione liquida o in polvere, contiene esclusivamente ingredienti e materie prime naturali autorizzati per l’impiego nei processi di produzione alimentare. (Cares et al. 2009)
Che cosa sono le saponine?
La parola saponina deriva dalla parola latina sapo, che significa sapone. Le saponine sono composti fitochimici presenti principalmente, ma non esclusivamente, nelle piante, che mostrano proprietà schiumogene e sono costituiti da agliconi policiclici legati a una o più catene laterali zuccherine. 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 (liposolubile) e di una parte zuccherina idrofila (idrosolubile). [Majinda, 2012: p. 515] I materiali vegetali con un elevato contenuto di saponine sono stati tradizionalmente utilizzati come agenti emulsionanti. Esempi significativi di piante ricche di saponine sono l’albero del 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, la cui struttura presenta una o più porzioni glicosidiche idrofile combinate con un derivato triterpenico lipofilo. Soprattutto nell’industria farmaceutica, le saponine hanno suscitato grande interesse per la loro gamma di proprietà biologiche, tra cui la capacità di stimolare una risposta immunitaria, che le rende candidate di primo piano come adiuvanti.
Tutto ciò che occorre sapere sull’estrazione a ultrasuoni
L’estrazione assistita da ultrasuoni (UAE), detta anche sonoestrazione, è un metodo di estrazione altamente efficiente ed ecologico 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 onde ultrasoniche intense vengono applicate a sistemi liquidi, si verifica la cavitazione acustica, ossia il fenomeno di formazione, crescita e successivo collasso di bolle di vuoto (vedere l’immagine sotto). Durante la propagazione delle onde ultrasoniche, le bolle di vuoto oscillano e crescono fino a raggiungere un punto in cui non possono assorbire ulteriore energia. Al culmine della loro crescita, le bolle collassano violentemente, provocando effetti termici, meccanici e chimici localizzati. Gli effetti meccanici comprendono pressioni elevate fino a 1000atm, turbolenze e intense forze di taglio. Queste forze disgregano le pareti cellulari e favoriscono il trasferimento di massa tra l’interno della cellula e il solvente, rilasciando composti bioattivi nel liquido circostante (ossia nel solvente).
L’estrazione a ultrasuoni si basa sulla cavitazione acustica e sulle sue forze di taglio idrodinamiche
L’estrazione solido-liquido a ultrasuoni di composti da materie prime vegetali e tessuti cellulari è stata ampiamente studiata. L’applicazione di onde ultrasoniche ad alta intensità favorisce significativamente i processi di estrazione. Oltre all’intensificazione del processo – che comporta rese più elevate e tempi di estrazione più brevi – si evitano la degradazione termica e la perdita dei componenti sensibili alla temperatura, poiché la sonicazione è un trattamento non termico. Inoltre, l’estrazione a ultrasuoni presenta bassi costi di investimento e di esercizio, riduce l’uso di solventi e/o consente l’impiego di solventi più ecologici, rendendola una tecnica di estrazione economica e rispettosa dell’ambiente. Grazie a prestazioni superiori rispetto ai metodi di estrazione convenzionali, l’estrazione assistita da ultrasuoni (UAE) è stata adottata dall’ambito dell’industria alimentare per produrre sostanze bioattive con vantaggi economici.
Estrazione a ultrasuoni da cellule vegetali: la sezione trasversale (TS) al microscopio mostra il meccanismo d’azione durante l’estrazione a ultrasuoni dalle cellule (ingrandimento 2000x) [fonte: Vilkhu et al. 2011]
Processori a ultrasuoni ad alta potenza dalla scala di laboratorio alla scala pilota e industriale.