퀼라야 사포닌의 초음파 추출
- Quillaja saponaria Molina 나무의 사포닌 추출물은 산업용 사포닌의 주요 공급원입니다.
- 퀼라야 사포닌을 초음파로 추출하면 고품질 사포닌을 얻을 수 있습니다.
- 초음파 추출은 짧은 시간에 퀼라야 사포닌 추출물을 높은 수율로 생산하는 매우 효율적인 방법입니다.
퀼라야 사포닌 추출물
퀼라야 사포닌 추출물(동의어: 퀼라야 추출물, 파나마 목재, 파나마 수피 추출물, 퀼라이 추출물, 퀼라이 수피 추출물, 비누나무 수피 추출물)은 Quillaja Saponaria Molina(Q. saponaria) 나무에서 추출한 물질입니다. 퀼라야 추출물은 100종이 넘는 트리테르페노이드 사포닌으로 구성됩니다. 주요 사포닌은 퀼라산의 배당체입니다. 그 밖의 주요 성분으로는 폴리페놀과 탄닌이 있으며, 소량의 염류와 당류도 포함됩니다. 퀼라야 추출물은 Quillaja saponaria 나무에서 가지치기로 잘라낸 줄기와 가지의 내수피 또는 목재를 분쇄한 후 물로 추출하여 얻습니다. 퀼라야 사포닌 추출물은 계면활성제와 페놀성 화합물을 모두 함유하므로 민감한 기능성 식품 성분의 제형화와 산화 방지에 매우 큰 관심을 끌고 있습니다.
합성 첨가물이 없는 건강한 천연 제품에 대한 수요가 증가하면서 사포닌을 천연 유화제로 사용하는 사례가 크게 늘고 있습니다. 퀼라야 사포닌은 O/W 에멀젼과 나노에멀젼에 탁월한 유화제이며, 음료와 혼합 오일 등 다양한 제형에서 매우 우수한 효과를 보였습니다. 퀼라야 사포닌 추출물을 사용하여 일반적으로 유화하는 대상은 CBD 오일, 반투명 음료 및 기포를 함유한 식품입니다. 퀼라야 사포닌은 단독으로 사용하거나 다른 유화제와 함께 사용할 수 있습니다.
Q-Naturale®은 퀼라야 수피 사포닌을 기반으로 한 식품 첨가물로, 식품 및 음료용으로 효과적인 유화제로서 FDA의 승인을 받았습니다. 퀼라야 사포닌은 유화제로 사용될 뿐만 아니라 항균, 항바이러스, 항진균, 항기생충, 항종양, 간 보호 및 면역보조 특성으로 인해 의약품 제형에도 사용됩니다.
- 탁월한 수율
- 고속 추출 – 수분 이내
- 고품질 추출물 – 온화한 비열적 처리
- 친환경 용매(즉, 물)
- 우수한 비용 효율성
- 쉽고 안전한 작동
- 낮은 투자비와 운영비
- 고부하 조건에서 24/7 운전
- 친환경적 방법
UIP2000hdT와 교반기를 이용한 식물 원료의 120L 초음파 배치 추출
퀼라야에서 사포닌을 초음파로 추출한 사례 연구
식품 및 의약품 첨가제로서 원하는 기능을 제공하는 고품질 퀼라야 추출물을 제조하려면 활성 식물화학물질인 사포닌을 분리해야 합니다. 퀼라야 사포닌은 비누나무의 수피에서 분리한 트리테르펜 사포닌입니다. 초음파 캐비테이션은 고체와 액체 사이의 접촉을 개선하고 물질 전달을 증가시켜 추출을 촉진합니다.
Cares 등은 연구에서 초음파 보조 추출(UAE)이 Quillaja Saponaria Molina의 생리활성 성분 추출 공정을 개선할 수 있음을 명확히 입증합니다. 연구진은 퀼라야 목재와 수피 조각을 사용하여 물에서 초음파 처리로 사포닌을 추출했으며, 이에 따라 최종 제품에는 천연 성분과 원료만 포함되어 식품 제조 공정에 사용할 수 있었습니다. 비열적 추출 방법으로서 초음파 처리 중 추출 온도는 20ºC(68ºF)로 일정하게 유지되었습니다. 초음파 처리 시간이 10분에서 30분으로 늘어남에 따라 추출 수율이 크게 증가했습니다. 초음파 보조 추출에서 20ºC로 20분간 추출한 수율은 기존 방법으로 60ºC에서 3시간 동안 추출하여 얻은 수율과 비슷했습니다.
초음파 장치는 퀼라야 사포닌 추출물을 사용하여 에멀젼을 물리적·화학적으로 안정화함으로써 장기간 안정적인 o/w 에멀젼을 제조하는 데 사용됩니다. 초음파 유화에 대해 자세히 알아보려면 여기를 클릭하세요!
고성능 초음파 추출기
Hielscher Ultrasonics는 식물 원료에서 고품질 추출물을 생산하기 위한 고성능 초음파 프로세서 제조를 전문으로 합니다.
Hielscher의 폭넓은 제품군은 작고 강력한 실험실용 초음파 처리기부터 견고한 탁상형 시스템과 완전한 산업용 시스템까지 아우르며, 이러한 장비는 생리활성 성분을 효율적으로 추출하고 분리하기 위한 고강도 초음파를 제공합니다(예: 퀘르세틴, 카페인, 커큐민, 테르펜 등). 출력이 200W 부터 16,000W 까지인 모든 초음파 장비에는 디지털 제어용 컬러 디스플레이, 자동 데이터 기록용 내장 SD 카드, 브라우저 원격 제어 기능을 비롯한 다양한 사용자 친화적 기능이 갖추어져 있습니다. 소노트로드와 플로우 셀(매질과 접촉하는 부품)은 고압증기멸균이 가능하며 세척하기 쉽습니다. 당사의 모든 초음파 처리기는 24/7 운전이 가능하도록 제작되었으며, 유지보수 요구가 적고 쉽고 안전하게 작동할 수 있습니다.
디지털 컬러 디스플레이를 통해 초음파 장비를 편리하게 제어할 수 있습니다. 당사의 시스템은 낮은 진폭부터 매우 높은 진폭까지 제공할 수 있습니다. 아스타잔틴과 같은 화합물의 추출을 위해, 고품질 활성 물질을 섬세하게 분리하는 데 최적화된 특수 초음파 소노트로드(초음파 프로브 또는 혼이라고도 함)를 제공합니다. Hielscher 초음파 장비의 견고성은 높은 부하와 까다로운 환경에서도 24/7 운전을 가능하게 합니다.
초음파 공정 매개변수의 정밀한 제어는 재현성과 공정 표준화를 보장합니다. Hielscher의 산업 규모 자동화 초음파 추출 시스템은 우수한 품질의 추출물을 높은 생산량으로 생산하는 동시에 노동력, 비용 및 에너지 소모를 줄이도록 설계되었습니다.
아래 표는 당사 초음파 처리기의 대략적인 처리 용량을 보여 줍니다:
| 배치 부피 | 유량 | 권장 장비 |
|---|---|---|
| 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. | 더 높은 유량 | 클러스터로 구성한 UIP16000 |
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문헌 및 참고자료
- M. G. Cares, Y. Vargas, L. Gaete, J. Sainz, J. Alarcón (2009): Quillaja Saponaria Molina에서 생리활성 성분의 초음파 보조 추출. 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): Quillaja saponaria와 Quillaja brasiliensis의 사포닌: 고유한 화학적 특성과 생물학적 활성. Molecules. 2019 Jan; 24(1): 171.
- K. Kaur, R. Kumar, S.K. Mehta (2015): 초음파법을 이용한 사포닌 안정화 나노에멀션의 제형화와 자외선에 의한 퀘르세틴 분해를 방지하는 역할. Ultrasonics Sonochemistry 31, 2015.
- R.R.T. Majinda (2012): 사포닌의 추출과 분리. 수록: Satyajit D. Sarker 및 Lutfun Nahar (편집), 천연물 분리, Methods in Molecular Biology, Vol. 864, 2012.
- N. Riquelme, R.N. Zúñiga, C. Arancibia (2019): 유화제 혼합물을 사용한 나노에멀션의 물리적 안정성: tween 80을 퀼라야 사포닌으로 대체. LWT – Food Science and Technology 111, 2019. 760–766.
알아두면 유용한 사실
퀼라야 나무와 그 사포닌에 대하여
남미 비누나무로도 알려진 Quillaja Saponaria Molina 나무는 칠레에서 널리 자생합니다. Quillaja Saponaria 나무(장미과)는 수피가 두꺼운 대형 상록수로, 남미의 여러 국가, 특히 볼리비아, 칠레, 페루가 원산지입니다.
퀼라야 사포닌 추출물은 주로 사포닌을 함유하지만, 폴리페놀과 탄닌뿐 아니라 소량의 염과 당도 함유합니다. 퀼라야 사포닌은 두 개의 당 사슬이 결합된 트리테르펜 핵으로 이루어진 분자입니다. 이 당 사슬은 사포닌에 친수성(= 물에 용해되는 성질)을 부여하는 반면, 트리테르펜 핵은 소수성(= 물을 밀어내는 성질)을 띱니다. 이러한 특성 때문에 사포닌은 양친매성 계면활성제이자 비이온성 계면활성제로 작용하여 표면 장력을 낮추고, 수용액에서 소수성 물질을 가용화하며, 마이크로에멀젼과 나노에멀젼을 형성할 수 있게 합니다.
퀼라야 나무에서 수피는 약 5%로 사포닌 함량이 가장 높으며, 목재의 사포닌 함량은 약 2%입니다.
사포닌은 기포 형성 및 유화 특성이 우수한 천연 물질이므로 식품, 음료 및 맥주 산업에서는 기포제로, 화장품에서는 계면활성제로, 농약 및 동물 사료에서는 첨가제로, 백신에서는 면역보조제로 자주 사용됩니다.
퀼라야 추출물은 수성 추출로 생산하며, 생산 과정에서 다른 용매는 사용하지 않습니다. 액상 또는 분말 형태의 조추출물이나 정제 추출물인 최종 제품에는 식품 제조 공정에서 사용이 허가된 천연 성분과 원료만 포함됩니다. (Cares et al. 2009)
사포닌이란 무엇인가요?
사포닌이라는 단어는 비누를 뜻하는 라틴어 sapo에서 유래했습니다. 사포닌은 주로 식물에서 발견되지만 식물에만 존재하는 것은 아닌 식물화학물질로, 기포 형성 특성을 나타내며 하나 이상의 당 측쇄가 결합된 다환식 아글리콘으로 구성됩니다. 사포게닌이라고도 하는 아글리콘 부분은 스테로이드(C27) 또는 트리테르펜(C30)입니다. 사포닌의 기포 형성 능력은 소수성(지용성) 사포게닌과 친수성(수용성) 당 부분의 조합에서 비롯됩니다. [Majinda, 2012: p. 515] 사포닌 함량이 높은 식물 원료는 전통적으로 유화제로 사용되어 왔습니다. 사포닌이 풍부한 식물의 대표적인 예로는 비누나무(Quillaja saponaria; 장미과), 비누풀(Saponaria officinalis; 석죽과), 시카카이 분말(Gleditsia sinensis; 콩과)이 있습니다. 사포닌은 분자량이 큰 양친매성 배당체로, 구조적으로 하나 이상의 친수성 배당체 부분이 친유성 트리테르펜 유도체와 결합되어 있습니다. 특히 제약 산업에서는 면역 반응을 자극하는 능력을 비롯한 다양한 생물학적 특성으로 인해 사포닌이 많은 관심을 받아 왔으며, 이러한 특성 덕분에 면역보조제의 유력한 후보로 꼽힙니다.
초음파 추출에 대해 알아야 할 모든 것
초음파 보조 추출 (UAE)는 소노 추출이라고도 하며, 식물 매트릭스에서 단백질, 비타민, 폴리페놀, 천연 색소, 지질 등의 생리활성 물질을 분리하는 매우 효율적이고 친환경적인 추출 방법입니다. 초음파 추출은 음향 캐비테이션의 작동 원리를 기반으로 합니다.
액체 시스템에 강력한 초음파를 가하면 진공 기포가 생성되고 성장하다가 결국 붕괴하는 현상인 음향 캐비테이션이 발생합니다(아래 그림 참조). 초음파가 전파되는 동안 진공 기포는 더 이상 에너지를 흡수할 수 없는 지점에 도달할 때까지 진동하고 성장합니다. 기포는 최대로 성장했을 때 격렬하게 붕괴하며, 이로 인해 국소적으로 열적, 기계적, 화학적 효과가 발생합니다. 기계적 효과에는 최대 1000atm의 고압, 난류 및 강력한 전단력이 포함됩니다. 이러한 힘은 세포벽을 파괴하고 세포 내부와 용매 사이의 물질 전달을 촉진하여 생리활성 화합물을 주변 액체(즉, 용매)로 방출합니다.
초음파 추출은 음향 캐비테이션과 이로 인한 유체역학적 전단력을 기반으로 합니다
식물 원료와 세포 조직에서 화합물을 추출하는 초음파 고체–액체 추출은 충분히 연구되어 왔습니다. 매우 강한 초음파를 적용하면 추출 공정이 크게 촉진됩니다. 공정 강화로 수율이 높아지고 추출 시간이 단축되는 것 외에도, 초음파 처리는 비열 처리이므로 온도에 민감한 성분의 열분해와 손실이 방지됩니다. 또한 초음파 추출은 투자 비용과 운영 비용이 낮고, 용매 사용량을 줄이거나 더 친환경적인 용매를 사용할 수 있게 하므로 경제적이고 환경친화적인 추출 기술입니다. 기존 추출 방법보다 우수한 성능을 보이는 초음파 보조 추출 (UAE) 은 경제적 이익을 얻으면서 생리활성 물질을 생산하기 위해 식품 산업에서 도입되었습니다.
식물 세포에서의 초음파 추출: 현미경 횡단면(TS)은 세포에서 초음파 추출이 이루어지는 동안의 작용 기전을 보여줍니다(배율 2000x) [출처: Vilkhu et al. 2011]
실험실 규모부터 파일럿 및 산업 규모까지의 고출력 초음파 프로세서.