Extração ultrassónica de saponinas de Quillaja
- Os extratos de saponinas da árvore Quillaja saponaria Molina são a principal fonte de saponinas para aplicações industriais.
- A extração ultrassónica de saponinas de Quillaja produz saponinas de elevada qualidade.
- A extração ultrassónica é um método altamente eficiente para obter elevados rendimentos de extrato de saponinas de Quillaja num curto período de tempo.
Extrato de saponinas de Quillaja
O extrato de saponinas de Quillaja (sinónimos: extratos de quillaia, madeira do Panamá, extratos de casca do Panamá, extratos de quillai, extratos de casca de Quillay, extratos de casca de árvore-do-sabão) é uma substância extraída da árvore Quillaja Saponaria Molina (Q. saponaria). O extrato de Quillaja é composto por mais de 100 saponinas triterpenoides. As principais saponinas presentes são glicósidos do ácido quilaico. Outros componentes principais são os polifenóis e os taninos, bem como pequenas quantidades de sais e açúcares. O extrato de Quillaja é obtido por extração aquosa da casca interna ou da madeira moídas de caules e ramos podados da árvore Quillaja saponaria. Uma vez que os extratos de saponinas de Quillaja contêm tanto tensioativos como compostos fenólicos, são extraordinariamente interessantes para a formulação de ingredientes alimentares funcionais sensíveis e para a sua proteção contra a oxidação.
A utilização de saponinas como emulsionantes naturais está a aumentar significativamente devido à crescente procura de produtos saudáveis e naturais sem aditivos sintéticos. As saponinas de Quillaja são excelentes emulsionantes para emulsões O/W e nanoemulsões e demonstraram efeitos muito bons em várias formulações, como bebidas e misturas de óleos. Uma aplicação comum do extrato de saponinas de Quillaja é a emulsificação de óleos de CBD, bebidas translúcidas e produtos alimentares espumados. As saponinas de Quillaja podem ser utilizadas isoladamente ou em combinação com outros agentes emulsionantes.
Q-Naturale® é um aditivo alimentar à base de saponinas da casca de Quillaja, aprovado pela FDA como emulsionante eficaz para alimentos e bebidas. Além da sua utilização como agentes emulsionantes, as saponinas de Quillaja são utilizadas em formulações farmacêuticas pelas suas propriedades antibacterianas, antivirais, antifúngicas, antiparasitárias, antitumorais, hepatoprotetoras e imunoadjuvantes.
- Rendimento superior
- Extração de alta velocidade – em poucos minutos
- Extratos de elevada qualidade – processo suave e não térmico
- Solvente ecológico (isto é, água)
- Economicamente vantajosa
- Operação fácil e segura
- Baixos custos de investimento e de operação
- Operação 24/7 em condições de trabalho intensivo
- Método ecológico e amigo do ambiente
Extração ultrassónica de materiais vegetais em lote de 120L com UIP2000hdT e agitador
Estudo de caso da extração ultrassónica de saponinas de Quillaja
Para preparar um extrato de Quillaja de elevada qualidade, que ofereça as funcionalidades desejadas como aditivo alimentar e farmacêutico, é necessário isolar os fitoquímicos ativos, nomeadamente as saponinas. A saponina de Quillaja é uma saponina triterpénica isolada da casca da árvore-do-sabão. A cavitação ultrassónica promove a extração ao melhorar o contacto entre os sólidos e o líquido e ao aumentar a transferência de massa.
Cares et al. demonstram claramente no seu estudo que a extração assistida por ultrassons (UAE) pode melhorar o processo de extração de princípios bioativos de Quillaja Saponaria Molina. Utilizaram aparas de madeira e de casca de Quillaja e extraíram as saponinas em água por sonicação, de modo que o produto final incorpora apenas ingredientes e matérias-primas naturais e pode ser utilizado em processos de fabrico de alimentos. Sendo um método de extração não térmico, a temperatura de extração durante a sonicação foi mantida constantemente a 20ºC (68ºF). Os rendimentos de extração aumentaram significativamente com o período de sonicação de 10 a 30 minutos. Os rendimentos obtidos em 20 minutos a 20ºC na extração assistida por ultrassons foram comparáveis aos obtidos pelo método convencional de extração durante 3 horas a 60ºC.
Os dispositivos ultrassónicos são utilizados para preparar emulsões o/w estáveis a longo prazo, utilizando extrato de saponinas de Quillaja para estabilizar a emulsão física e quimicamente. Clique aqui para saber mais sobre a emulsificação ultrassónica!
Extratores ultrassónicos de alto desempenho
A Hielscher Ultrasonics é especializada no fabrico de processadores ultrassónicos de alto desempenho para a produção de extratos de elevada qualidade a partir de materiais vegetais.
A vasta gama de produtos da Hielscher abrange desde pequenos e potentes sonicadores de laboratório até sistemas robustos de bancada e sistemas totalmente industriais, que fornecem ultrassons de alta intensidade para a extração e o isolamento eficientes de componentes bioativos (por exemplo, quercetina, cafeína, curcumina, terpenos etc.). Todos os dispositivos ultrassónicos de 200W a 16 000W dispõem de um ecrã a cores para controlo digital, um cartão SD integrado para registo automático de dados, controlo remoto através do navegador e muitas outras funcionalidades fáceis de utilizar. Os sonotrodos e as células de fluxo (as peças que estão em contacto com o meio) podem ser esterilizados em autoclave e são fáceis de limpar. Todos os nossos sonicadores são concebidos para operação 24/7, requerem pouca manutenção e são fáceis e seguros de operar.
Um ecrã digital a cores permite controlar o equipamento ultrassónico de forma fácil. Os nossos sistemas são capazes de fornecer amplitudes desde baixas até muito elevadas. Para a extração de compostos químicos como a astaxantina, oferecemos sonotrodos ultrassónicos especiais (também conhecidos como sondas ou cornetas ultrassónicas) otimizados para o isolamento cuidadoso de substâncias ativas de elevada qualidade. A robustez do equipamento ultrassónico da Hielscher permite a operação 24/7 em condições de trabalho intensivo e em ambientes exigentes.
O controlo preciso dos parâmetros do processo ultrassónico garante a reprodutibilidade e a normalização do processo. Os sistemas automatizados de extração ultrassónica à escala industrial da Hielscher são concebidos para elevadas capacidades de produção de extratos de qualidade superior, reduzindo simultaneamente o trabalho, os custos e o consumo de energia.
A tabela abaixo dá uma indicação da capacidade aproximada de processamento dos nossos sonicadores:
| Volume do lote | Caudal | Dispositivos recomendados |
|---|---|---|
| 1 a 500mL | 10 a 200mL/min | UP100H |
| 10 a 2000mL | 20 a 400mL/min | UP200Ht, UP400St |
| 0,1 a 20L | 0,2 a 4L/min | UIP2000hdT |
| 10 a 100L | 2 a 10L/min | UIP4000hdT |
| n.a. | 10 a 100L/min | UIP16000 |
| n.a. | superior | conjunto de UIP16000 |
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Bibliografia/Referências
- 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.
Informações úteis
Sobre a árvore Quillaja e as suas saponinas
A árvore Quillaja Saponaria Molina, também conhecida como árvore-do-sabão sul-americana, cresce naturalmente e de forma extensa no Chile. A árvore Quillaja Saponaria (família Rosaceae) é uma árvore de grande porte, de folha persistente e casca espessa, nativa de vários países sul-americanos, particularmente da Bolívia, do Chile e do Peru.
O extrato de saponinas de Quillaja contém principalmente saponinas, mas também polifenóis, taninos, bem como sais e açúcares em pequenas quantidades. As saponinas de Quillaja são moléculas constituídas por um núcleo triterpénico com duas cadeias de açúcares. Estas cadeias de açúcares conferem às saponinas uma propriedade hidrofílica (= solúvel em água), enquanto o núcleo triterpénico é hidrofóbico (= repelente à água). Por estas características, trata-se de um «amphotic tenside», o que torna as saponinas tensioativos não iónicos, permitindo a redução da tensão superficial, a solubilização de produtos hidrofóbicos em soluções aquosas e a formação de microemulsões e nanoemulsões.
Na árvore Quillaja, a casca contém a maior quantidade de saponinas, com aprox. 5%, enquanto a madeira tem um teor de saponinas de aprox. 2%.
Uma vez que as saponinas são substâncias naturais com boas propriedades espumantes e emulsionantes, são frequentemente utilizadas como agentes espumantes na indústria alimentar, das bebidas e da cerveja, como tensioativos em cosméticos, como aditivos em agroquímicos e na alimentação animal e como adjuvantes em vacinas.
A produção dos extratos de quillaja é realizada por extração aquosa; não são utilizados outros solventes na sua produção. O produto final, quer seja um extrato bruto ou purificado, em formulação líquida ou em pó, incorpora apenas ingredientes e matérias-primas naturais, autorizados para utilização em processos de fabrico de alimentos. (Cares et al. 2009)
O que são saponinas?
A palavra saponina deriva da palavra latina sapo, que significa sabão. As saponinas são fitoquímicos encontrados principalmente, mas não exclusivamente, em plantas, que apresentam características espumantes e são constituídos por agliconas policíclicas ligadas a uma ou mais cadeias laterais de açúcares. A parte aglicónica, também chamada sapogenina, é um esteroide (C27) ou um triterpeno (C30). A capacidade espumante das saponinas resulta da combinação de uma sapogenina hidrofóbica (solúvel em gordura) com uma parte açucarada hidrofílica (solúvel em água). [Majinda, 2012: p. 515] Os materiais vegetais com um elevado teor de saponinas têm sido tradicionalmente utilizados como agentes emulsionantes. Exemplos destacados de plantas ricas em saponinas são a árvore-do-sabão (Quillaja saponaria; Rosaceae), a saponária (Saponaria officinalis; Caryophyllaceae) e o pó de shikakai (Gleditsia sinensis; Leguminosae). As saponinas são glicósidos anfipáticos com um elevado peso molecular, cuja estrutura apresenta uma ou mais porções glicosídicas hidrofílicas combinadas com um derivado triterpénico lipofílico. Especialmente na indústria farmacêutica, as saponinas têm atraído muita atenção devido ao seu conjunto de propriedades biológicas, incluindo a capacidade de estimular uma resposta imunitária, o que as torna candidatas de primeira linha para utilização como adjuvantes.
Tudo o que precisa de saber sobre a extração ultrassónica
A extração assistida por ultrassons (UAE), também denominada sonoextração, é um método de extração altamente eficiente e ecológico para isolar substâncias bioativas como proteínas, vitaminas, polifenóis, pigmentos naturais, lípidos, etc., a partir de matrizes vegetais. A extração ultrassónica baseia-se no princípio de funcionamento da cavitação acústica.
Quando são aplicadas ondas ultrassónicas intensas a sistemas líquidos, ocorre cavitação acústica, que é o fenómeno de formação, crescimento e eventual colapso de bolhas de vácuo (ver imagem abaixo). Durante a propagação das ondas ultrassónicas, as bolhas de vácuo oscilam e crescem até atingirem um ponto em que já não conseguem absorver mais energia. No auge do seu crescimento, as bolhas colapsam violentamente, o que provoca efeitos térmicos, mecânicos e químicos locais. Os efeitos mecânicos incluem pressões elevadas de até 1000atm, turbulência e forças de cisalhamento intensas. Estas forças provocam a rutura das paredes celulares e promovem a transferência de massa entre o interior da célula e o solvente, libertando compostos bioativos para o líquido circundante (isto é, o solvente).
A extração ultrassónica baseia-se na cavitação acústica e nas suas forças de cisalhamento hidrodinâmicas
A extração ultrassónica sólido-líquido de compostos a partir de materiais vegetais e tecido celular tem sido amplamente investigada. A aplicação de ondas ultrassónicas de intensidade muito elevada promove significativamente os processos de extração. Além da intensificação do processo – que resulta em rendimentos mais elevados e num tempo de extração mais curto – evita-se a degradação térmica e a perda de constituintes sensíveis à temperatura, uma vez que a sonicação é um tratamento não térmico. Além disso, a extração ultrassónica tem baixos custos de investimento e de operação, reduz a utilização de solventes e/ou permite a utilização de solventes mais ecológicos, o que a torna uma técnica de extração económica e amiga do ambiente. Superando os métodos de extração convencionais, a extração assistida por ultrassons (UAE) foi adotada a partir da indústria alimentar para produzir substâncias bioativas com ganhos económicos.
Extração ultrassónica a partir de células vegetais: a secção transversal (TS) microscópica mostra o mecanismo de ação durante a extração ultrassónica a partir de células (ampliação 2000x) [fonte: Vilkhu et al. 2011]
Processadores ultrassónicos de alta potência desde a escala laboratorial até à escala piloto e industrial.