Ultradźwiękowa ekstrakcja saponin Quillaja
- Ekstrakty saponinowe z drzewa Quillaja saponaria Molina są głównym źródłem saponin do zastosowań przemysłowych.
- Ultradźwiękowa ekstrakcja saponin Quillaja pozwala uzyskać saponiny wysokiej jakości.
- Ekstrakcja ultradźwiękowa jest wysoce wydajną metodą uzyskiwania dużych ilości ekstraktu saponinowego Quillaja w krótkim czasie.
Ekstrakt saponinowy Quillaja
Ekstrakt saponinowy Quillaja (synonimy: ekstrakty quillaia, drewno panamskie, ekstrakty z kory panamskiej, ekstrakty quillai, ekstrakty z kory Quillay, ekstrakty z kory mydłoki) to substancja ekstrahowana z drzewa Quillaja Saponaria Molina (Q. saponaria). Ekstrakt Quillaja składa się z ponad 100 saponin triterpenoidowych. Głównymi występującymi w nim saponinami są glikozydy kwasu kwilajowego. Inne główne składniki to polifenole i garbniki, a także niewielkie ilości soli i cukrów. Ekstrakt Quillaja otrzymuje się przez ekstrakcję wodną zmielonej wewnętrznej warstwy kory lub drewna z przyciętych pni i gałęzi drzewa Quillaja saponaria. Ponieważ ekstrakty saponinowe Quillaja zawierają zarówno substancje powierzchniowo czynne, jak i związki fenolowe, są niezwykle interesujące z punktu widzenia opracowywania formulacji wrażliwych składników żywności funkcjonalnej oraz ich ochrony przed utlenianiem.
Wykorzystanie saponin jako naturalnych emulgatorów znacznie wzrasta ze względu na rosnące zapotrzebowanie na zdrowe, naturalne produkty bez syntetycznych dodatków. Saponiny Quillaja są doskonałymi emulgatorami do emulsji O/W i nanoemulsji oraz wykazały bardzo dobre działanie w różnych formulacjach, takich jak napoje i mieszanki olejów. Częstym zastosowaniem ekstraktu saponinowego Quillaja jest emulgowanie olejów CBD, napojów półprzezroczystych i spienionych produktów spożywczych. Saponiny Quillaja można stosować samodzielnie lub w połączeniu z innymi środkami emulgującymi.
Q-Naturale® to dodatek do żywności na bazie saponin z kory Quillaja, zatwierdzony przez FDA jako skuteczny emulgator do żywności i napojów. Oprócz zastosowania jako środek emulgujący saponiny Quillaja są wykorzystywane w formulacjach farmaceutycznych ze względu na właściwości przeciwbakteryjne, przeciwwirusowe, przeciwgrzybicze, przeciwpasożytnicze, przeciwnowotworowe, hepatoprotekcyjne i immunoadjuwantowe.
- Wyjątkowo wysoka wydajność
- Szybka ekstrakcja – w ciągu kilku minut
- Ekstrakty wysokiej jakości – łagodny, nietermiczny proces
- Ekologiczny rozpuszczalnik (tj. woda)
- Opłacalność
- Łatwa i bezpieczna obsługa
- Niskie koszty inwestycyjne i eksploatacyjne
- Praca 24/7 przy dużym obciążeniu
- Ekologiczna metoda przyjazna środowisku
Ultradźwiękowa ekstrakcja okresowa surowców roślinnych w objętości 120L za pomocą UIP2000hdT i mieszadła
Studium przypadku ultradźwiękowej ekstrakcji saponin z Quillaja
Aby przygotować wysokiej jakości ekstrakt Quillaja, który zapewnia pożądane funkcje jako dodatek do żywności i produktów farmaceutycznych, należy wyizolować aktywne związki fitochemiczne, czyli saponiny. Saponina Quillaja jest saponiną triterpenową izolowaną z kory drzewa mydłowego. Kawitacja ultradźwiękowa wspomaga ekstrakcję, poprawiając kontakt między ciałami stałymi a cieczą i zwiększając transport masy.
Cares i in. wyraźnie wykazują w swoim badaniu, że ekstrakcja wspomagana ultradźwiękami (UAE) może usprawnić proces ekstrakcji substancji bioaktywnych z Quillaja Saponaria Molina. Użyli zrębków drewna i kory Quillaja oraz ekstrahowali saponiny w wodzie za pomocą sonikacji, tak aby produkt końcowy zawierał wyłącznie naturalne składniki i surowce oraz mógł być wykorzystywany w procesach produkcji żywności. Ponieważ ekstrakcja była prowadzona metodą nietermiczną, jej temperaturę podczas sonikacji utrzymywano stale na poziomie 20ºC (68ºF). Wydajność ekstrakcji znacznie wzrastała wraz z wydłużaniem czasu sonikacji od 10 do 30 minut. Wydajność uzyskana po 20 minutach ekstrakcji wspomaganej ultradźwiękami w temperaturze 20ºC była porównywalna z wydajnością osiąganą metodą konwencjonalną po 3 godzinach ekstrakcji w temperaturze 60ºC.
Urządzenia ultradźwiękowe są używane do przygotowywania długotrwale stabilnych emulsji o/w z wykorzystaniem ekstraktu saponinowego Quillaja do fizycznej i chemicznej stabilizacji emulsji. Kliknij tutaj, aby dowiedzieć się więcej o emulgowaniu ultradźwiękowym!
Wysokowydajne ekstraktory ultradźwiękowe
Hielscher Ultrasonics specjalizuje się w produkcji wysokowydajnych procesorów ultradźwiękowych do otrzymywania wysokiej jakości ekstraktów z surowców roślinnych.
Szeroka oferta produktów Hielscher obejmuje zarówno niewielkie sonikatory laboratoryjne o dużej mocy, jak i wytrzymałe systemy stołowe oraz w pełni przemysłowe, które dostarczają ultradźwięki o wysokiej intensywności do wydajnej ekstrakcji i izolacji składników bioaktywnych (np. kwercetyny, kofeiny, kurkuminy, terpenów itp.). Wszystkie urządzenia ultradźwiękowe o mocy od 200W do 16 000W są wyposażone w kolorowy wyświetlacz do cyfrowego sterowania, zintegrowaną kartę SD do automatycznego zapisu danych, funkcję zdalnego sterowania przez przeglądarkę oraz wiele innych funkcji przyjaznych użytkownikowi. Sonotrody i komory przepływowe (części mające kontakt z medium) można sterylizować w autoklawie i łatwo czyścić. Wszystkie nasze sonikatory są przystosowane do pracy 24/7, wymagają niewielu czynności konserwacyjnych oraz są łatwe i bezpieczne w obsłudze.
Cyfrowy kolorowy wyświetlacz umożliwia wygodne sterowanie urządzeniami ultradźwiękowymi. Nasze systemy mogą zapewniać amplitudy od niskich aż po bardzo wysokie. Do ekstrakcji związków chemicznych, takich jak astaksantyna, oferujemy specjalne sonotrody ultradźwiękowe (znane również jako sondy lub rogi ultradźwiękowe), zoptymalizowane pod kątem delikatnej izolacji wysokiej jakości substancji aktywnych. Wytrzymałość urządzeń ultradźwiękowych Hielscher umożliwia pracę 24/7 przy dużym obciążeniu i w wymagających warunkach.
Precyzyjna kontrola parametrów procesu ultradźwiękowego zapewnia powtarzalność i standaryzację procesu. Zautomatyzowane systemy ekstrakcji ultradźwiękowej Hielscher na skalę przemysłową są przeznaczone do produkcji dużych ilości ekstraktów o wyjątkowo wysokiej jakości, przy jednoczesnym zmniejszeniu nakładu pracy, kosztów i zużycia energii.
Poniższa tabela przedstawia orientacyjną wydajność przetwarzania naszych sonikatorów:
| Objętość partii | Natężenie przepływu | Zalecane urządzenia |
|---|---|---|
| 1 do 500mL | 10 do 200mL/min | UP100H |
| 10 do 2000mL | 20 do 400mL/min | UP200Ht, UP400St |
| 0,1 do 20L | 0,2 do 4L/min | UIP2000hdT |
| 10 do 100L | 2 do 10L/min | UIP4000hdT |
| n.a. | 10 do 100L/min | UIP16000 |
| n.a. | większe | zespół urządzeń UIP16000 |
Skontaktuj się z nami! / Zapytaj nas!
Literatura / źródła
- M. G. Cares, Y. Vargas, L. Gaete, J. Sainz, J. Alarcón (2009): Ekstrakcja substancji bioaktywnych z Quillaja Saponaria Molina wspomagana ultradźwiękami. 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): Saponiny z Quillaja saponaria i Quillaja brasiliensis: szczególne właściwości chemiczne i aktywność biologiczna. Molecules. 2019 Jan; 24(1): 171.
- K. Kaur, R. Kumar, S.K. Mehta (2015): Otrzymywanie nanoemulsji stabilizowanej saponinami metodą ultradźwiękową i jej rola w ochronie kwercetyny przed degradacją pod wpływem światła UV. Ultrasonics Sonochemistry 31, 2015.
- R.R.T. Majinda (2012): Ekstrakcja i izolacja saponin. W: Satyajit D. Sarker i Lutfun Nahar (red.), Natural Products Isolation, Methods in Molecular Biology, t. 864, 2012.
- N. Riquelme, R.N. Zúñiga, C. Arancibia (2019): Stabilność fizyczna nanoemulsji z mieszaninami emulgatorów: zastąpienie tween 80 saponiną quillaja. LWT – Food Science and Technology 111, 2019. 760–766.
Warto wiedzieć
O drzewie Quillaja i jego saponinach
Drzewo Quillaja Saponaria Molina, znane również jako południowoamerykańskie drzewo mydłowe, występuje naturalnie i powszechnie w Chile. Quillaja Saponaria (rodzina Rosaceae) to duże, wiecznie zielone drzewo o grubej korze, pochodzące z kilku krajów Ameryki Południowej, szczególnie Boliwii, Chile i Peru.
Ekstrakt saponinowy Quillaja zawiera głównie saponiny, ale także polifenole, garbniki oraz niewielkie ilości soli i cukrów. Saponiny Quillaja to cząsteczki zbudowane z rdzenia triterpenowego z dwoma łańcuchami cukrowymi. Te łańcuchy cukrowe nadają saponinom właściwości hydrofilowe (= rozpuszczalność w wodzie), podczas gdy rdzeń triterpenowy jest hydrofobowy (= odpycha wodę). Ze względu na te właściwości jest to „amphotic tenside”, co sprawia, że saponiny są niejonowymi substancjami powierzchniowo czynnymi, umożliwiającymi zmniejszenie napięcia powierzchniowego, solubilizację produktów hydrofobowych w roztworach wodnych oraz tworzenie mikro-/nanoemulsji.
W drzewie Quillaja kora zawiera najwięcej saponin, około 5%, podczas gdy ich zawartość w drewnie wynosi około 2%.
Ponieważ saponiny są substancjami naturalnymi o dobrych właściwościach pianotwórczych i emulgujących, często stosuje się je jako środki pianotwórcze w przemyśle spożywczym, napojowym i piwowarskim, jako substancje powierzchniowo czynne w kosmetykach, jako dodatki do agrochemikaliów i pasz dla zwierząt oraz jako adiuwanty w szczepionkach.
Ekstrakty quillaja produkuje się przez ekstrakcję wodną; w ich produkcji nie stosuje się innych rozpuszczalników. Produkt końcowy, będący ekstraktem surowym lub oczyszczonym, w postaci płynnej lub proszku, zawiera wyłącznie naturalne składniki i surowce dopuszczone do stosowania w procesach produkcji żywności. (Cares i in. 2009)
Czym są saponiny?
Słowo saponina pochodzi od łacińskiego słowa sapo, które oznacza mydło. Saponiny są związkami fitochemicznymi występującymi głównie, lecz nie wyłącznie, w roślinach, wykazującymi właściwości pianotwórcze i składającymi się z wielopierścieniowych aglikonów połączonych z jednym lub większą liczbą bocznych łańcuchów cukrowych. Część aglikonowa, nazywana również sapogeniną, jest steroidem (C27) albo triterpenem (C30). Zdolność saponin do tworzenia piany wynika z połączenia hydrofobowej (rozpuszczalnej w tłuszczach) sapogeniny z hydrofilową (rozpuszczalną w wodzie) częścią cukrową. [Majinda, 2012: s. 515] Surowce roślinne o wysokiej zawartości saponin były tradycyjnie stosowane jako środki emulgujące. Znanymi przykładami roślin bogatych w saponiny są mydłoka (Quillaja saponaria; Rosaceae), mydlnica lekarska (Saponaria officinalis; Caryophyllaceae) oraz proszek shikakai (Gleditsia sinensis; Leguminosae). Saponiny są amfipatycznymi glikozydami o dużej masie cząsteczkowej, których struktura zawiera jedną lub więcej hydrofilowych części glikozydowych połączonych z lipofilową pochodną triterpenu. Szczególnie w przemyśle farmaceutycznym saponiny wzbudziły duże zainteresowanie ze względu na szereg właściwości biologicznych, w tym zdolność do stymulowania odpowiedzi immunologicznej, co czyni je czołowymi kandydatami do zastosowania jako adiuwanty.
Wszystko, co trzeba wiedzieć o ekstrakcji ultradźwiękowej
Ekstrakcja wspomagana ultradźwiękami (UAE), zwana również sonoekstrakcją, jest wysoce wydajną, ekologiczną metodą ekstrakcji służącą do izolowania z matryc roślinnych substancji bioaktywnych, takich jak białka, witaminy, polifenole, naturalne pigmenty, lipidy itp. Ekstrakcja ultradźwiękowa opiera się na zasadzie działania kawitacji akustycznej.
Gdy do układów ciekłych doprowadza się intensywne fale ultradźwiękowe, zachodzi kawitacja akustyczna, czyli zjawisko powstawania, wzrostu i ostatecznego zapadania się pęcherzyków próżniowych (patrz ilustracja poniżej). Podczas propagacji fal ultradźwiękowych pęcherzyki próżniowe oscylują i rosną, aż osiągną punkt, w którym nie mogą pochłaniać więcej energii. W momencie maksymalnego wzrostu pęcherzyki gwałtownie się zapadają, co powoduje lokalne efekty termiczne, mechaniczne i chemiczne. Efekty mechaniczne obejmują wysokie ciśnienia sięgające 1000atm, turbulencje oraz intensywne siły ścinające. Siły te rozbijają ściany komórkowe i wspomagają transport masy między wnętrzem komórki a rozpuszczalnikiem, uwalniając związki bioaktywne do otaczającej cieczy (tj. rozpuszczalnika).
Ekstrakcja ultradźwiękowa opiera się na kawitacji akustycznej i generowanych przez nią hydrodynamicznych siłach ścinających
Ultradźwiękowa ekstrakcja związków z surowców roślinnych i tkanki komórkowej w układzie ciało stałe–ciecz została dobrze zbadana. Zastosowanie fal ultradźwiękowych o bardzo wysokiej intensywności znacznie wspomaga procesy ekstrakcji. Oprócz intensyfikacji procesu – która prowadzi do większej wydajności i krótszego czasu ekstrakcji – zapobiega się degradacji termicznej i utracie składników wrażliwych na temperaturę, ponieważ sonikacja jest obróbką nietermiczną. Ponadto ekstrakcja ultradźwiękowa wiąże się z niskimi kosztami inwestycyjnymi i eksploatacyjnymi, zmniejsza zużycie rozpuszczalników i/lub umożliwia stosowanie bardziej ekologicznych rozpuszczalników, co czyni ją ekonomiczną i przyjazną środowisku techniką ekstrakcji. Przewyższająca konwencjonalne metody ekstrakcji ekstrakcja wspomagana ultradźwiękami (UAE) została przejęta z przemysłu spożywczego do produkcji substancji bioaktywnych z korzyściami ekonomicznymi.
Ultradźwiękowa ekstrakcja z komórek roślinnych: mikroskopowy przekrój poprzeczny (TS) przedstawia mechanizm działania podczas ultradźwiękowej ekstrakcji z komórek (powiększenie 2000x) [źródło: Vilkhu i in. 2011]
Procesory ultradźwiękowe o dużej mocy – od skali laboratoryjnej przez pilotażową po przemysłową.