Quillaja saponīnu ekstrakcija ar ultraskaņu
- Koka Quillaja saponaria Molina saponīnu ekstrakti ir galvenais saponīnu avots rūpnieciskiem lietojumiem.
- Quillaja saponīnu ekstrakcijā ar ultraskaņu iegūst augstas kvalitātes saponīnus.
- Ekstrakcija ar ultraskaņu ir ļoti efektīva metode, kas ļauj īsā laikā iegūt lielu Quillaja saponīnu ekstrakta iznākumu.
Quillaja saponīnu ekstrakts
Quillaja saponīnu ekstrakts (sinonīmi: quillaia ekstrakti, Panamas koksne, Panamas mizas ekstrakti, quillai ekstrakti, Quillay mizas ekstrakti, ziepju koka mizas ekstrakti) ir viela, ko ekstrahē no koka Quillaja Saponaria Molina (Q. saponaria). Quillaja ekstrakts sastāv no vairāk nekā 100 triterpenoīdu saponīniem. Galvenie tajā esošie saponīni ir kvilajskābes glikozīdi. Citas galvenās sastāvdaļas ir polifenoli un tanīni, kā arī neliels daudzums sāļu un cukuru. Quillaja ekstraktu iegūst, ar ūdeni ekstrahējot Quillaja saponaria koka apgriezto stumbru un zaru sasmalcināto iekšējo mizu vai koksni. Tā kā Quillaja saponīnu ekstrakti satur gan virsmaktīvās vielas, gan fenolu savienojumus, tie ir ārkārtīgi interesanti jutīgu funkcionālo pārtikas sastāvdaļu formulēšanai un aizsardzībai pret oksidēšanos.
Saponīnu kā dabisku emulgatoru izmantošana ievērojami pieaug, jo palielinās pieprasījums pēc veselīgiem, dabīgiem produktiem bez sintētiskām piedevām. Quillaja saponīni ir lieliski emulgatori O/W emulsijām un nanoemulsijām, un tie ir uzrādījuši ļoti labu iedarbību dažādos sastāvos, piemēram, dzērienos un eļļu maisījumos. Izplatīts Quillaja saponīnu ekstrakta pielietojums ir CBD eļļu, puscaurspīdīgu dzērienu un uzputotu pārtikas produktu emulģēšana. Quillaja saponīnus var izmantot atsevišķi vai kombinācijā ar citiem emulgatoriem.
Q-Naturale® ir pārtikas piedeva uz Quillaja mizas saponīnu bāzes, ko FDA ir apstiprinājusi kā efektīvu pārtikas un dzērienu emulgatoru. Papildus izmantošanai par emulgatoriem Quillaja saponīnus izmanto farmaceitiskos sastāvos to antibakteriālo, pretvīrusu, pretsēnīšu, pretparazītu, pretaudzēju, hepatoprotektīvo un imūnadjuvantu īpašību dēļ.
- Izcils iznākums
- Ātra ekstrakcija – dažu minūšu laikā
- Augstas kvalitātes ekstrakti – saudzīga, netermiska ekstrakcija
- Videi nekaitīgs šķīdinātājs (t. i., ūdens)
- Izmaksu ziņā efektīva
- Vienkārša un droša ekspluatācija
- Zemas ieguldījumu un ekspluatācijas izmaksas
- Darbība 24/7 lielas slodzes apstākļos
- Zaļa, videi draudzīga metode
Augu izejvielu ekstrakcija ar ultraskaņu 120L partijā, izmantojot UIP2000hdT un maisītāju
Pētījums par saponīnu ekstrakciju no Quillaja ar ultraskaņu
Lai sagatavotu augstas kvalitātes Quillaja ekstraktu, kas nodrošina vēlamās funkcijas kā pārtikas un farmaceitiska piedeva, ir jāizolē aktīvās fitoķīmiskās vielas, proti, saponīni. Quillaja saponīns ir triterpēnu saponīns, kas izolēts no ziepju koka mizas. Ultraskaņas kavitācija veicina ekstrakciju, uzlabojot kontaktu starp cietajām vielām un šķidrumu un palielinot masas pārnesi.
Cares un līdzautori savā pētījumā skaidri parāda, ka ekstrakcija ar ultraskaņas palīdzību (UAE) var uzlabot bioloģiski aktīvo vielu ekstrakcijas procesu no Quillaja Saponaria Molina. Viņi izmantoja Quillaja koksnes un mizas skaidas un ekstrahēja saponīnus ūdenī, izmantojot apstrādi ar ultraskaņu, lai galaprodukts saturētu tikai dabīgas sastāvdaļas un izejvielas un būtu izmantojams pārtikas ražošanas procesos. Tā kā tā ir netermiska ekstrakcijas metode, apstrādes ar ultraskaņu laikā ekstrakcijas temperatūra pastāvīgi tika uzturēta 20ºC (68ºF) līmenī. Ekstrakcijas iznākums ievērojami palielinājās, pagarinot apstrādes ar ultraskaņu ilgumu no 10 līdz 30 minūtēm. Iznākums, ko ieguva 20 minūšu ilgā ekstrakcijā ar ultraskaņas palīdzību 20ºC temperatūrā, bija salīdzināms ar iznākumu, ko sasniedza ar tradicionālo metodi, veicot ekstrakciju 3 stundas 60ºC temperatūrā.
Ultraskaņas ierīces izmanto ilgstoši stabilu o/w emulsiju pagatavošanai, izmantojot Quillaja saponīnu ekstraktu emulsijas fizikālai un ķīmiskai stabilizēšanai. Noklikšķiniet šeit, lai uzzinātu vairāk par emulģēšanu ar ultraskaņu!
Augstas veiktspējas ultraskaņas ekstraktori
Hielscher Ultrasonics specializējas augstas veiktspējas ultraskaņas procesoru ražošanā augstas kvalitātes ekstraktu iegūšanai no augu izejvielām.
Hielscher plašais produktu klāsts aptver gan nelielas, jaudīgas laboratorijas ultraskaņas ierīces, gan izturīgas galda un pilnībā rūpnieciskas sistēmas, kas nodrošina augstas intensitātes ultraskaņu bioaktīvo komponentu efektīvai ekstrakcijai un izolēšanai (piemēram, kvercetīna, kofeīna, kurkumīna, terpēnu u. c.). Visas ultraskaņas ierīces no 200W līdz 16 000W ir aprīkotas ar krāsu displeju digitālai vadībai, integrētu SD karti automātiskai datu reģistrēšanai, attālinātas vadības iespēju pārlūkprogrammā un daudzām citām lietotājam ērtām funkcijām. Sonotrodes un plūsmas šūnas (daļas, kas saskaras ar apstrādājamo vidi) var autoklavēt, un tās ir viegli tīrāmas. Visas mūsu ultraskaņas ierīces ir paredzētas darbībai 24/7, tām nepieciešama neliela apkope, un to lietošana ir vienkārša un droša.
Digitālais krāsu displejs nodrošina ērtu ultraskaņas iekārtas vadību. Mūsu sistēmas spēj nodrošināt amplitūdas no zemām līdz pat ļoti augstām. Ķīmisko savienojumu, piemēram, astaksantīna, ekstrakcijai mēs piedāvājam īpašas ultraskaņas sonotrodes (pazīstamas arī kā ultraskaņas zondes vai ragi), kas ir optimizētas augstas kvalitātes aktīvo vielu saudzīgai izolēšanai. Hielscher ultraskaņas iekārtu izturība ļauj tām darboties 24/7 lielas slodzes un sarežģītos vides apstākļos.
Precīza ultraskaņas procesa parametru kontrole nodrošina reproducējamību un procesa standartizāciju. Hielscher automatizētās rūpnieciska mēroga ultraskaņas ekstrakcijas sistēmas ir izstrādātas augstvērtīgu ekstraktu ražošanai ar lielu ražīgumu, vienlaikus samazinot darbaspēka patēriņu, izmaksas un enerģijas patēriņu.
Tālāk redzamā tabula sniedz priekšstatu par mūsu ultraskaņas ierīču aptuveno apstrādes jaudu:
| Partijas tilpums | Plūsmas ātrums | Ieteicamās ierīces |
|---|---|---|
| 1 līdz 500mL | 10 līdz 200mL/min | UP100H |
| 10 līdz 2000mL | 20 līdz 400mL/min | UP200Ht, UP400St |
| 0,1 līdz 20L | 0,2 līdz 4L/min | UIP2000hdT |
| 10 līdz 100L | 2 līdz 10L/min | UIP4000hdT |
| n.a. | 10 līdz 100L/min | UIP16000 |
| n.a. | lielāks | ierīču grupa: UIP16000 |
Sazinieties ar mums! / Jautājiet mums!
Literatūra un atsauces
- M. G. Cares, Y. Vargas, L. Gaete, J. Sainz, J. Alarcón (2009): Bioaktīvo vielu ekstrakcija no Quillaja Saponaria Molina ar ultraskaņas palīdzību. Starptautiskais ultraskaņas kongress, 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 saponaria un Quillaja brasiliensis saponīni: īpašās ķīmiskās īpašības un bioloģiskā aktivitāte. Molecules. 2019 Jan; 24(1): 171.
- K. Kaur, R. Kumar, S.K. Mehta (2015): Ar saponīnu stabilizētas nanoemulsijas izveide ar ultraskaņas metodi un tās nozīme kvercetīna aizsardzībā pret UV gaismas izraisītu noārdīšanos. Ultrasonics Sonochemistry 31, 2015.
- R.R.T. Majinda (2012): Saponīnu ekstrakcija un izolēšana. Grāmatā: Satyajit D. Sarker un Lutfun Nahar (red.), Dabas produktu izolēšana, Methods in Molecular Biology, 864. sēj., 2012.
- N. Riquelme, R.N. Zúñiga, C. Arancibia (2019): Nanoemulsiju fizikālā stabilitāte ar emulgatoru maisījumiem: tween 80 aizstāšana ar Quillaja saponīnu. LWT – Food Science and Technology 111, 2019. 760–766.
Fakti, ko vērts zināt
Par Quillaja koku un tā saponīniem
Quillaja Saponaria Molina koks, kas pazīstams arī kā Dienvidamerikas ziepjkoks, dabiski aug plašās teritorijās Čīlē. Quillaja Saponaria koks (Rosaceae dzimta) ir liels mūžzaļš koks ar biezu mizu, kura dabiskais izplatības areāls aptver vairākas Dienvidamerikas valstis, īpaši Bolīviju, Čīli un Peru.
Quillaja saponīnu ekstrakts satur galvenokārt saponīnus, bet arī polifenolus, tanīnus, kā arī nelielu daudzumu sāļu un cukuru. Quillaja saponīni ir molekulas, ko veido triterpēnu kodols ar divām cukuru ķēdēm. Šīs cukuru ķēdes piešķir saponīniem hidrofilas īpašības (= spēju šķīst ūdenī), savukārt triterpēnu kodols ir hidrofobs (= atgrūž ūdeni). Tādēļ tā ir amfotēra virsmaktīvā viela, kas padara saponīnus par nejonu virsmaktīvajām vielām, ļaujot samazināt virsmas spraigumu, veicināt hidrofobu produktu šķīdināšanu ūdens šķīdumos, kā arī veidot mikroemulsijas un nanoemulsijas.
Quillaja koka mizā ir visaugstākais saponīnu saturs – aptuveni 5%, savukārt koksnē saponīnu saturs ir aptuveni 2%.
Tā kā saponīni ir dabiskas vielas ar labām putošanas un emulģēšanas īpašībām, tos bieži izmanto kā putotājus pārtikas, dzērienu un alus rūpniecībā, kā virsmaktīvās vielas kosmētikā, kā piedevas agroķīmiskajos līdzekļos un dzīvnieku barībā, kā arī kā adjuvantus vakcīnās.
Quillaja ekstraktus ražo, izmantojot ekstrakciju ar ūdeni; ražošanā netiek izmantoti citi šķīdinātāji. Galaprodukts – neattīrīts vai attīrīts ekstrakts šķidrā vai pulverveida formā – satur tikai dabiskas sastāvdaļas un izejvielas, kuras ir atļauts izmantot pārtikas ražošanas procesos. (Cares et al. 2009)
Kas ir saponīni?
Vārds «saponīns» ir cēlies no latīņu vārda sapo, kas nozīmē «ziepes». Saponīni ir fitoķīmiskas vielas, kas sastopamas galvenokārt, bet ne tikai augos, kam piemīt putošanas īpašības un kas sastāv no policikliskiem aglikoniem, kuriem pievienota viena vai vairākas cukuru sānu ķēdes. Aglikona daļa, ko sauc arī par sapogenīnu, ir vai nu steroīds (C27), vai triterpēns (C30). Saponīnu spēju putot nodrošina hidrofoba (taukos šķīstoša) sapogenīna un hidrofilas (ūdenī šķīstošas) cukuru daļas kombinācija. [Majinda, 2012: p. 515] Augu materiāli ar augstu saponīnu saturu tradicionāli ir izmantoti kā emulgatori. Raksturīgi ar saponīniem bagātu augu piemēri ir ziepjkoks (Quillaja saponaria; Rosaceae), ārstniecības ziepjusakne (Saponaria officinalis; Caryophyllaceae) un šikakai pulveris (Gleditsia sinensis; Leguminosae). Saponīni ir amfipātiski glikozīdi ar lielu molekulmasu, kuru struktūrā ir viena vai vairākas hidrofilas glikozīdu daļas, kas savienotas ar lipofilu triterpēna atvasinājumu. Īpaši farmācijas rūpniecībā saponīni ir piesaistījuši lielu uzmanību to daudzveidīgo bioloģisko īpašību dēļ, tostarp spējas stimulēt imūnreakciju, kas padara tos par īpaši piemērotiem kandidātiem izmantošanai par adjuvantiem.
Viss, kas jāzina par ultraskaņas ekstrakciju
Ar ultraskaņu veicināta ekstrakcija (UAE), saukta arī par sonoekstrakciju, ir ļoti efektīva, videi draudzīga ekstrakcijas metode bioaktīvu vielu, piemēram, olbaltumvielu, vitamīnu, polifenolu, dabisko pigmentu, lipīdu u. c., izolēšanai no augu matricām. Ultraskaņas ekstrakcijas pamatā ir akustiskās kavitācijas darbības princips.
Iedarbojoties uz šķidrām sistēmām ar intensīviem ultraskaņas viļņiem, rodas akustiskā kavitācija – parādība, kas ietver vakuuma burbuļu veidošanos, augšanu un galīgo sabrukšanu (skat. attēlu zemāk). Ultraskaņas viļņu izplatīšanās laikā vakuuma burbuļi svārstās un aug, līdz sasniedz stāvokli, kurā vairs nespēj absorbēt papildu enerģiju. Sasniedzot maksimālo izmēru, burbuļi strauji sabrūk, lokāli izraisot termisku, mehānisku un ķīmisku iedarbību. Mehāniskā iedarbība ietver augstu spiedienu līdz pat 1000atm, turbulenci un intensīvus bīdes spēkus. Šie spēki sagrauj šūnu sieniņas un veicina masas pārnesi starp šūnas iekšieni un šķīdinātāju, atbrīvojot bioaktīvos savienojumus apkārtējā šķidrumā (t. i., šķīdinātājā).
Ultraskaņas ekstrakcijas pamatā ir akustiskā kavitācija un tās radītie hidrodinamiskie bīdes spēki
Savienojumu ekstrakcija ar ultraskaņu cietās vielas un šķidruma sistēmā no augu materiāliem un šūnu audiem ir plaši izpētīta. Ļoti intensīvu ultraskaņas viļņu izmantošana būtiski veicina ekstrakcijas procesus. Papildus procesa intensificēšanai – kas nodrošina lielāku iznākumu un īsāku ekstrakcijas laiku – tiek novērsta temperatūrjutīgu sastāvdaļu termiskā noārdīšanās un zudums, jo apstrāde ar ultraskaņu ir netermiska apstrāde. Turklāt ultraskaņas ekstrakcijai ir zemas ieguldījumu un ekspluatācijas izmaksas, tā samazina šķīdinātāju patēriņu un/vai ļauj izmantot videi draudzīgākus šķīdinātājus, tādējādi padarot to par ekonomisku un videi draudzīgu ekstrakcijas paņēmienu. Pārspējot tradicionālās ekstrakcijas metodes, ekstrakcija ar ultraskaņas palīdzību (UAE) ir ieviesta pārtikas rūpniecībā bioaktīvu vielu ražošanai ar ekonomisku ieguvumu.
Ultraskaņas ekstrakcija no augu šūnām: mikroskopiskais šķērsgriezums (TS) parāda iedarbības mehānismu ekstrakcijā no šūnām ar ultraskaņu (palielinājums 2000x) [avots: Vilkhu et al. 2011]
Lieljaudas ultraskaņas procesori laboratorijas, pilotražošanas un rūpnieciskajam mērogam.