Tecnologia ad ultrasuoni Hielscher

Estrazione ultrasonica delle saponine di Quillaja Saponins

  • Gli estratti di saponina dell'albero di Quillaja saponaria Molina sono la principale fonte di saponine per applicazioni industriali.
  • L'estrazione ad ultrasuoni delle saponine di Quillaja produce saponine di alta qualità.
  • L'estrazione ad ultrasuoni è un metodo altamente efficiente per produrre elevate rese di estratto di saponina Quillaja in breve tempo.

Estratto di saponina Quillaja Saponin

L'estratto di saponina di Quillaja saponina (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. Altri componenti principali sono i polifenoli e i tannini, nonché piccole quantità di sali e zuccheri. L'estratto di Quillaja si ottiene per estrazione acquosa della corteccia interna macinata o del legno di fusti e rami di Quillaja saponaria. Poiché gli estratti di saponina Quillaja saponina contengono sia tensioattivi che composti fenolici, sono straordinariamente interessanti per la formulazione di ingredienti alimentari funzionali sensibili e la loro protezione contro l'ossidazione.
L'uso delle saponine come emulsionanti naturali è in forte aumento 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 dimostrato ottimi effetti in varie formulazioni come bevande e miscele di oli. Un'applicazione comune dell'estratto di saponina di Quillaja è l'emulsione di Oli CBDbevande traslucide e prodotti alimentari in schiuma. Le saponine di Quillaja possono essere utilizzate da sole o in combinazione con altri emulsionanti.
Q-Naturale® è un additivo alimentare a base di saponine di corteccia di Quillaja, approvato dalla FDA come efficace emulsionante per alimenti e bevande. Oltre all'emulsionante, le saponine di Quillaja sono utilizzate nelle formulazioni farmaceutiche per le sue proprietà antibatteriche, antivirali, antimicotiche, antiparassitarie, antitumorali, epatoprotettive e immunoadiuvanti.

Vantaggi dell'estrazione ultrasonica della saponina Quillaja Saponin

  • Rendimento superiore
  • Estrazione ad alta velocità – in pochi minuti
  • Estratti di alta qualità – Leggero, non termico
  • Solvente verde (cioè acqua)
  • Economico
  • Funzionamento facile e sicuro
  • Bassi costi di investimento e operativi
  • Funzionamento 24/7 in condizioni gravose
  • Metodo verde ed ecologico
2kW lotto di sonicazione setup per l'estrazione di estratti di erbe

120 L di estrazione a ultrasuoni a lotti di piante con UIP2000hdT e agitatore.

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Caso di studio di estrazione ad ultrasuoni di saponine da Quillaja

Estrazione ad ultrasuoni delle saponine di Quillaja (saponine)
Per preparare un estratto di Quillaja di alta qualità, che offre le funzioni desiderate come additivo alimentare e farmaceutico, i fitochimici attivi, cioè le saponine, devono essere isolati. La saponina di Quillaja è una saponina triterpenica isolata dalla corteccia dell'albero del sapone. La cavitazione ad ultrasuoni favorisce l'estrazione migliorando il contatto tra solidi e liquidi e aumentando il trasferimento di massa.
Cares et al. dimostrare chiaramente nel loro studio che l'estrazione assistita da ultrasuoni (UAE) può migliorare il processo di estrazione di principi bioattivi da Quillaja Saponaria Molina. Hanno utilizzato trucioli di legno e corteccia di Quillaja e hanno estratto le saponine nell'acqua utilizzando la sonicazione, in modo che il prodotto finale incorpora solo ingredienti naturali e materie prime e potrebbe essere utilizzato nei processi di produzione alimentare. Come metodo di estrazione non termica, la temperatura di estrazione durante l'ultrasuoni è stata mantenuta costantemente a 20ºC (68ºF). I rendimenti delle estrazioni sono aumentati 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 estrazione di 3 ore a 60ºC.

I dispositivi ad ultrasuoni sono utilizzati per preparare emulsioni stabili a lungo termine utilizzando l'estratto di saponina di Quillaja per stabilizzare fisicamente e chimicamente l'emulsione. Clicca qui per saperne di più sull'emulsificazione ad ultrasuoni!

Estrattori ad ultrasuoni ad alte prestazioni

Hielscher Ultrasonics è specializzata nella produzione di processori ad ultrasuoni ad alte prestazioni per la produzione di estratti vegetali di alta qualità.
L'ampia gamma di prodotti Hielscher spazia dai piccoli e potenti ultrasuoni da laboratorio ai robusti sistemi da banco e completamente industriali, che forniscono ultrasuoni ad alta intensità per l'estrazione efficiente e l'isolamento di componenti bioattivi (ad es. quercetina, caffeina, curcumina, terpeni ecc.). Tutti i dispositivi a ultrasuoni di 200W a 16,000W dispongono di un display a colori per il controllo digitale, una scheda SD integrata per la registrazione automatica dei dati, il controllo remoto del browser e molte altre funzioni di facile utilizzo. I sonotrodi e le celle a flusso (le parti a contatto con il fluido) possono essere sterilizzati in autoclave e sono facili da pulire. Tutti i nostri ultrasuoni sono costruiti per funzionare 24/7, richiedono poca manutenzione e sono facili e sicuri da usare.
Un display digitale a colori consente di controllare in modo semplice e intuitivo le apparecchiature a ultrasuoni. I nostri sistemi sono in grado di fornire da basse fino ad ampiezze molto elevate. Per l'estrazione di composti chimici come l'astaxantina, offriamo speciali sonotrodi ad ultrasuoni (noti anche come sonde ad ultrasuoni o corni) che sono ottimizzati per l'isolamento sensibile di sostanze attive di alta qualità. La robustezza delle apparecchiature ad ultrasuoni Hielscher consente un funzionamento 24/7 in ambienti gravosi e impegnativi.
Il controllo preciso dei parametri di processo ad 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 di produzione di estratti di qualità superiore, riducendo allo stesso tempo la manodopera, i costi e l'energia.
La tabella seguente fornisce un'indicazione della capacità di lavorazione approssimativa dei nostri ultrasuoni:

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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UIP4000hdT 4kW potente processore ad ultrasuoni per l'estrazione

Letteratura/riferimenti

  • M. G. Cares, Y. Vargas, L. Gaete, J. Sainz, J. Alarcón (2009): Estrazione ad ultrasuoni di principi bioattivi da Quillaja Saponaria Molina. Congresso Internazionale sugli Ultrasuoni, Universidad de Santiago del Cile, gennaio 2009.
  • J. Deise Fleck, A. Heemann Betti, F. Pereira da Silva, E. A. Troian, C. Olivaro, F. Ferreira, S. Gasparin Verza (2019): Saponine di Quillaja saponaria e Quillaja brasiliensis: Particolari caratteristiche chimiche e attività biologiche. Molecole. 2019 gen; 24(1): 171.
  • K. Kaur, R. Kumar, S.K. Mehta (2015): Formulazione di saponina stabilizzata nanoemulsione stabilizzata con metodo ultrasonico e il suo ruolo di proteggere la degradazione della quercitina dalla luce UV. Ultrasonics Sonochemistry 31, 2015.
  • R.R.R.T.T. Majinda (2012): Estrazione e isolamento delle saponine. Dentro: Satyajit D. Sarker e Lutfun Nahar (a cura di), Isolamento di prodotti naturali, Metodi di biologia molecolare, Vol. 864, 2012.
  • N. Riquelme, R.N. Zúñiga, C. Arancibia (2019): Stabilità fisica delle nanoemulsioni con miscele emulsionanti: Sostituzione di tween 80 con quillaja saponina. LWT – Scienza e tecnologia alimentare 111, 2019. 760-766.


Particolarità / Cose da sapere

L'albero di Quillaja e i suoi saponine

L'albero della Quillaja Saponaria Molina, noto anche come albero del sapone sudamericano, cresce naturalmente e ampiamente in Cile. L'albero della 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 saponina contiene principalmente saponine ma anche polifenoli, tannini, così come sali e zuccheri in piccole quantità. Le saponine di Quillaja sono molecole costruite da un nucleo triterpenico con due catene di zucchero. Queste catene zuccherine conferiscono alle saponine una proprietà idrofila (= solubile in acqua), mentre il nucleo triterpenico è idrofobico (= idrorepellente). Per questi è un tensioattivo anfotonico, che rende le saponine un tensoattivo non ionico, consentendo la riduzione della tensione superficiale, la solubilizzazione di prodotti idrofobi 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 contiene circa il 2% di saponine.
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 in cosmetica, come additivi nell'agrochimica e nell'alimentazione animale e come coadiuvanti nei vaccini.
La produzione degli estratti di quillaja viene effettuata con estrazione acquosa; nella sua produzione non vengono utilizzati altri solventi. Il prodotto finale, sia esso un estratto grezzo o purificato, in formulazione liquida o in polvere, incorpora solo ingredienti naturali e materie prime autorizzate all'uso nei processi di produzione alimentare. (Cares et al. 2009)

Cosa sono i saponine?

La parola saponina deriva dal latino sapo, che significa sapone. Le saponine sono sostanze fitochimiche, presenti principalmente ma non esclusivamente nelle piante, che presentano caratteristiche schiumogene, e sono costituite da aghi policiclici fissati ad una o più catene laterali dello zucchero. La parte aglicone, detta anche sapogenina, è uno steroide (C27) o un triterpene (C30). La capacità schiumogena delle saponine è causata dalla combinazione di una sapogenina idrofobica (solubile in grasso) e una parte idrofila (solubile in acqua) di zucchero. I materiali vegetali ad alto contenuto di saponina sono stati tradizionalmente utilizzati come emulsionanti. Esempi importanti per le piante ricche di saponine sono la saponaria (Quillaja saponaria; Rosaceae), la saponaria (Saponaria officinalis; Caryophyllaceae) e la polvere di shikakai (Gleditsia sinensis; Leguminosae). Le saponine sono glicosidi anfepatici ad alto peso molecolare, che hanno strutturalmente uno o più glicosidi idrofili che sono combinati con un derivato lipofilo triterpenico. Soprattutto nell'industria farmaceutica, le saponine hanno attirato molta attenzione grazie alla loro vasta gamma di proprietà biologiche, compresa la loro capacità di stimolare una risposta immunitaria, rendendole candidate prime per i coadiuvanti.

Tutto quello che c'è da sapere sull'estrazione ad ultrasuoni

L'estrazione assistita da ultrasuoni (UAE), ma anche estrazione sonora, è un metodo di estrazione verde altamente efficiente per isolare le sostanze bioattive come proteine, vitamine, polifenoli, pigmenti naturali, lipidi, ecc. dalle matrici vegetali. L'estrazione ad ultrasuoni si basa sul principio di funzionamento della cavitazione acustica.
Quando si applicano onde ultrasoniche intense ai sistemi liquidi, si verifica la cavitazione acustica, che è il fenomeno della generazione, crescita ed eventuale collasso delle bolle di vuoto (vedi figura sotto). Durante la propagazione delle onde ultrasoniche, le bolle del vuoto oscillano e crescono fino a raggiungere un punto in cui non possono assorbire ulteriore energia. All'apice della crescita delle bolle crollano violentemente, causando effetti termici, meccanici e chimici a livello locale. Gli effetti meccanici includono alte pressioni fino a 1000atm, turbolenze e intense forze di taglio. Queste forze distruggono le pareti cellulari e favoriscono il trasferimento di massa tra l'interno della cella e il solvente che rilascia composti bioattivi nel liquido circostante (cioè il solvente).

La cavitazione ultrasonica / acustica crea forze molto intense che aprono le pareti cellulari note come lisi (clicca per ingrandire!).

L'estrazione ad ultrasuoni si basa sulla cavitazione acustica e le sue forze di taglio idrodinamiche.

L'estrazione solido-liquido ad ultrasuoni di composti da tessuti vegetali e cellulari è stata ben studiata. L'applicazione di onde ultrasoniche ad alta intensità promuove in modo significativo i processi di estrazione. Oltre all'intensificazione del processo – che si traduce in rendimenti più elevati e tempi di estrazione più brevi – la degradazione termica e la perdita di componenti sensibili alla temperatura è prevenuta in quanto l'ultrasonicazione è un trattamento non termico. Inoltre, l'estrazione ad ultrasuoni ha bassi costi di investimento e di esercizio, riduce l'uso di solventi e/o consente l'uso di solventi più verdi, il che la rende una tecnica di estrazione economica e rispettosa dell'ambiente. Superando i metodi di estrazione convenzionali, l'estrazione assistita da ultrasuoni (UAE) è stata adottata dall'industria alimentare per produrre bioattivi con vantaggi economici.

I perturbatori a ultrasuoni sono utilizzati per l'estrazione da fonti di fitofarmaci (ad esempio piante, alghe, funghi).

Estrazione ultrasonica da cellule vegetali: la sezione trasversale microscopica (TS) mostra il meccanismo delle azioni durante l'estrazione ultrasonica dalle cellule (ingrandimento 2000x) [risorsa: Vilkhu et al. 2011].

Hielscher Ultrasonics produce ultrasuoni ad alte prestazioni per l'estrazione di sostanze fitochimiche da piante.

Processori ad ultrasuoni ad alta potenza da laboratorio a scala pilota e industriale.