キラヤサポニンの超音波抽出
- Quillaja saponaria Molinaの樹木から得られるサポニン抽出物は、産業用途に用いられるサポニンの主な供給源です。
- キラヤサポニンの超音波抽出によって、高品質のサポニンが得られます。
- 超音波抽出は、短時間でキラヤサポニン抽出物を高収量で得るための、非常に効率的な方法です。
キラヤサポニン抽出物
キラヤサポニン抽出物（別名：キラヤ抽出物、パナマ材、パナマ樹皮抽出物、キライ抽出物、キラヤ樹皮抽出物、ソープバーク抽出物）は、Quillaja Saponaria Molina（Q. saponaria）の樹木から抽出される物質です。キラヤ抽出物は100種類を超えるトリテルペノイドサポニンから構成されています。主なサポニンはキラヤ酸の配糖体です。その他の主要成分はポリフェノールとタンニンで、少量の塩類と糖類も含まれます。キラヤ抽出物は、Quillaja saponariaの剪定された幹や枝の内樹皮または木材を粉砕し、水で抽出することによって得られます。キラヤサポニン抽出物には界面活性剤とフェノール性化合物の両方が含まれるため、影響を受けやすい機能性食品成分の配合と、その酸化からの保護において、極めて興味深い素材です。
合成添加物を含まない健康的で天然の製品に対する需要の増加に伴い、天然乳化剤としてのサポニンの使用が大幅に増加しています。キラヤサポニンはO/Wエマルションやナノエマルションに優れた乳化剤であり、飲料や混合油などのさまざまな配合物で非常に良好な効果を示しています。キラヤサポニン抽出物の一般的な用途には、 CBDオイル、半透明の飲料、起泡食品の乳化があります。キラヤサポニンは単独でも、他の乳化剤と組み合わせても使用できます。
Q-Naturale®はキラヤ樹皮サポニンを主成分とする食品添加物で、食品および飲料に有効な乳化剤としてFDAに承認されています。キラヤサポニンは乳化剤としてだけでなく、抗菌、抗ウイルス、抗真菌、抗寄生虫、抗腫瘍、肝保護、免疫アジュバントの特性を利用して、医薬品製剤にも使用されています。
- 優れた収量
- 高速抽出 – 数分以内
- 高品質の抽出物 – 穏やかで非熱的
- 環境に優しい溶媒（すなわち水）
- 高い費用対効果
- 簡単で安全な操作
- 低い設備投資費用と運転費用
- 高負荷での24時間・週7日の運転
- 環境に優しい方法
UIP2000hdTと撹拌機を用いた植物原料の120L超音波バッチ抽出
キラヤからのサポニンの超音波抽出に関する事例研究
食品添加物および医薬品添加物として求められる機能を備えた高品質のキラヤ抽出物を調製するには、活性植物化学成分であるサポニンを単離する必要があります。キラヤサポニンは、ソープツリーの樹皮から単離されるトリテルペンサポニンです。超音波キャビテーションは、固体と液体の接触を改善し、物質移動を増加させることによって抽出を促進します。
Cares et al. は、その研究で、超音波支援抽出（UAE）がQuillaja Saponaria Molinaからの生物活性成分の抽出工程を改善できることを明確に示しています。研究ではキラヤの木材および樹皮のチップを使用し、超音波処理によって水中でサポニンを抽出しました。そのため、最終製品には天然の成分と原料のみが含まれ、食品製造工程に使用できるものでした。非熱的抽出法として、超音波処理中の抽出温度は常に20ºC（68ºF）に維持されました。超音波処理時間を10–30分へと延長すると、抽出収量は大幅に増加しました。超音波支援抽出における20ºCで20分間の収量は、従来法による60ºCで3時間の抽出で得られた収量と同等でした。
超音波装置は、キラヤサポニン抽出物を用いてエマルションを物理的および化学的に安定化し、長期間安定したo/wエマルションを調製するために使用されます。 超音波乳化について詳しくは、こちらをクリックしてください！
高性能超音波抽出装置
Hielscher Ultrasonicsは、植物原料から高品質の抽出物を製造するための高性能超音波プロセッサーの製造を専門としています。
Hielscherの幅広い製品群は、小型で強力な実験室用超音波処理装置から、堅牢な卓上型システムや本格的な産業用システムまでを網羅しており、生物活性成分を効率的に抽出・単離するための高強度超音波を供給します（例： ケルセチン, カフェイン, クルクミン, テルペン など）。出力が 200W – 16,000W のすべての超音波装置には、デジタル制御用のカラーディスプレイ、自動データ記録用の内蔵SDカード、ブラウザーによる遠隔制御など、使いやすい機能が多数搭載されています。ソノトロードとフローセル（処理媒体に接触する部品）はオートクレーブ滅菌が可能で、洗浄も容易です。当社のすべての超音波処理装置は24時間・週7日の運転に対応するように設計されており、メンテナンスの負担が少なく、簡単かつ安全に操作できます。
デジタルカラーディスプレイにより、超音波装置を使いやすく制御できます。当社のシステムは、低振幅から非常に高い振幅まで供給できます。アスタキサンチンなどの化合物の抽出用に、高品質の活性物質を穏やかに単離するために最適化された特殊な超音波ソノトロード（超音波プローブまたはホーンとも呼ばれます）を提供しています。Hielscherの超音波装置は堅牢であるため、高負荷かつ厳しい環境下でも24時間・週7日の運転が可能です。
超音波処理パラメーターを精密に制御することで、再現性と工程の標準化が確保されます。Hielscherの産業規模の自動超音波抽出システムは、優れた品質の抽出物を高い生産能力で製造しながら、同時に労力、費用、エネルギーを削減するように設計されています。
以下の表は、当社の超音波処理装置のおおよその処理能力の目安を示しています。
| バッチ容量 | 流量 | 推奨装置 |
|---|---|---|
| 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. | さらに大きな流量 | クラスター構成の UIP16000 |
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文献・参考資料
- 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.
知っておきたい知識
キラヤの樹木とそのサポニンについて
南米のソープツリーとしても知られるQuillaja Saponaria Molinaの樹木は、チリに広く自生しています。Quillaja Saponaria（バラ科）は厚い樹皮を持つ大型の常緑樹で、南米のいくつかの国、特にボリビア、チリ、ペルーに自生しています。
キラヤサポニン抽出物は主にサポニンを含みますが、ポリフェノール、タンニン、少量の塩類と糖類も含みます。キラヤサポニンは、二本の糖鎖を持つトリテルペン核から構成される分子です。これらの糖鎖はサポニンに親水性（＝水に溶ける性質）を与える一方、トリテルペン核は疎水性（＝水をはじく性質）を持ちます。これらの性質により、キラヤサポニンは「amphotic tenside」であり、非イオン性界面活性剤として、表面張力の低下、水溶液中での疎水性物質の可溶化、マイクロエマルションおよびナノエマルションの形成を可能にします。
キラヤの樹木では、樹皮が約5%と最も高いサポニン含有量を示す一方、木材のサポニン含有量は約2%です。
サポニンは良好な起泡性と乳化性を持つ天然物質であるため、食品・飲料・ビール産業での起泡剤、化粧品での界面活性剤、農薬や動物飼料での添加剤、ワクチンでのアジュバントとして頻繁に使用されています。
キラヤ抽出物の製造は水による抽出で行われ、製造に他の溶媒は使用されません。最終製品は、粗抽出物でも精製抽出物でも、また液状でも粉末状でも、食品製造工程での使用が認められた天然の成分と原料のみを含みます。（Cares et al. 2009）
サポニンとは？
サポニンという語は、石けんを意味するラテン語のsapoに由来します。サポニンは、主に植物に存在しますが、植物だけに存在するわけではない植物化学成分で、起泡性を示し、一本以上の糖側鎖が結合した多環式アグリコンから構成されています。サポゲニンとも呼ばれるアグリコン部分は、ステロイド（C27）またはトリテルペン（C30）です。サポニンの起泡能力は、疎水性（脂溶性）のサポゲニンと親水性（水溶性）の糖部分の組み合わせによって生じます。[Majinda, 2012: p. 515] サポニンを多量に含む植物原料は、伝統的に乳化剤として使用されてきました。サポニンを豊富に含む植物の代表例には、ソープバーク（Quillaja saponaria; Rosaceae）、サボンソウ（Saponaria officinalis; Caryophyllaceae）、シカカイ粉末（Gleditsia sinensis; Leguminosae）があります。サポニンは高分子量の両親媒性配糖体で、構造上、一つ以上の親水性配糖体部分が親油性トリテルペン誘導体と結合しています。特に製薬産業では、免疫応答を刺激する能力を含む多様な生物学的特性により、サポニンが大きな注目を集めており、アジュバントの有力な候補となっています。
超音波抽出について知っておきたいすべてのこと
超音波支援抽出 (UAE)は、ソノ抽出とも呼ばれ、タンパク質、ビタミン、ポリフェノール、天然色素、脂質などの生物活性物質を植物マトリックスから単離するための、非常に効率的で環境に優しい抽出法です。超音波抽出は、音響キャビテーションの作用原理に基づいています。
強力な超音波を液体系に加えると、真空気泡が生成・成長し、最終的に崩壊する現象である音響キャビテーションが発生します（下図参照）。超音波が伝播する間、真空気泡は振動しながら成長し、それ以上エネルギーを吸収できなくなる点に達します。気泡の成長が最大に達すると激しく崩壊し、局所的な熱的、機械的、化学的効果を生じさせます。機械的効果には、最大1000atmの高圧、乱流、強力なせん断力が含まれます。これらの力は細胞壁を破砕し、細胞内部と溶媒の間の物質移動を促進して、生物活性化合物を周囲の液体（すなわち溶媒）へ放出させます。
超音波抽出は、音響キャビテーションと、それによって生じる流体力学的せん断力に基づいています
植物原料および細胞組織から化合物を抽出する超音波固液抽出は、十分に研究されています。非常に高強度の超音波を加えることで、抽出工程が大幅に促進されます。収量の増加と抽出時間の短縮をもたらす工程の強化に加え、超音波処理は非熱的処理であるため、熱による分解や温度に敏感な成分の損失が防止されます。さらに、超音波抽出は設備投資費用と運転費用が低く、溶媒使用量を削減し、またはより環境に優しい溶媒の使用を可能にするため、経済的で環境に優しい抽出技術です。従来の抽出法を上回る超音波支援抽出 (UAE) は、経済的利益を伴う生物活性物質の生産のために、食品産業から導入されています。
植物細胞からの超音波抽出：顕微鏡による横断面（TS）は、細胞からの超音波抽出中の作用機序を示しています（倍率2000x）[出典：Vilkhu et al. 2011]
実験室規模からパイロット規模、産業規模まで対応する高出力超音波プロセッサー。