Extracția cu ultrasunete a saponinelor de Quillaja
- Extractele de saponine din arborele Quillaja saponaria Molina reprezintă principala sursă de saponine pentru aplicațiile industriale.
- Extracția cu ultrasunete a saponinelor de Quillaja produce saponine de înaltă calitate.
- Extracția cu ultrasunete este o metodă extrem de eficientă pentru obținerea unor randamente ridicate de extract de saponine de Quillaja într-un timp scurt.
Extract de saponine de Quillaja
Extractul de saponine de Quillaja (sinonime: extracte de quillaia, bois de Panama, extracte de scoarță de Panama, extracte de quillai, extracte de scoarță de Quillay, extracte de scoarță de arbore de săpun) este o substanță extrasă din arborele Quillaja Saponaria Molina (Q. saponaria). Extractul de Quillaja este compus din peste 100 de saponine triterpenoidice. Principalele saponine prezente sunt glicozide ale acidului quillaic. Alte componente majore sunt polifenolii și taninurile, precum și cantități mici de săruri și zaharuri. Extractul de Quillaja este obținut prin extracția apoasă a scoarței interioare măcinate sau a lemnului tulpinilor și ramurilor tăiate ale arborelui Quillaja saponaria. Deoarece extractele de saponine de Quillaja conțin atât surfactanți, cât și compuși fenolici, acestea prezintă un interes extraordinar pentru formularea ingredientelor alimentare funcționale sensibile și pentru protecția acestora împotriva oxidării.
Utilizarea saponinelor ca emulgatori naturali crește semnificativ datorită cererii tot mai mari de produse sănătoase, naturale, fără aditivi sintetici. Saponinele de Quillaja sunt emulgatori excelenți pentru emulsiile U/A (ulei în apă) și nanoemulsii și au demonstrat efecte foarte bune în diverse formulări, cum ar fi băuturile și amestecurile de uleiuri. O aplicație obișnuită a extractului de saponine de Quillaja este emulsionarea uleiurilor CBD, a băuturilor translucide și a produselor alimentare spumate. Saponinele de Quillaja pot fi utilizate singure sau în combinație cu alți agenți de emulsionare.
Q-Naturale® este un aditiv alimentar pe bază de saponine din scoarță de Quillaja, aprobat de FDA ca emulgator eficient pentru alimente și băuturi. Pe lângă utilizarea ca agent de emulsionare, saponinele de Quillaja sunt folosite în formulări farmaceutice pentru proprietățile lor antibacteriene, antivirale, antifungice, antiparazitare, antitumorale, hepatoprotectoare și imunoadjuvante.
- Randament superior
- Extracție de mare viteză – în câteva minute
- Extracte de înaltă calitate – blând, non-termic
- Solvent ecologic (adică apă)
- Eficient din punct de vedere al costurilor
- Operare ușoară și sigură
- Costuri reduse de investiție și de operare
- Funcționare 24/7 în regim de solicitare intensă
- Metodă verde, ecologică
Extracție cu ultrasunete în șarjă de 120L a materialelor vegetale cu UIP2000hdT și agitator
Studiu de caz privind extracția cu ultrasunete a saponinelor din Quillaja
Pentru a prepara un extract de Quillaja de înaltă calitate, care să ofere funcționalitățile dorite ca aditiv alimentar și farmaceutic, substanțele fitochimice active, și anume saponinele, trebuie izolate. Saponina de Quillaja este o saponină triterpenică izolată din scoarța arborelui de săpun. Cavitația ultrasonică favorizează extracția prin îmbunătățirea contactului dintre solide și lichid și prin creșterea transferului de masă.
Cares et al. demonstrează clar în studiul lor că extracția asistată de ultrasunete (UAE) poate îmbunătăți procesul de extracție a principiilor bioactive din Quillaja Saponaria Molina. Aceștia au utilizat așchii de lemn și de scoarță de Quillaja și au extras saponinele în apă prin sonicare, astfel încât produsul final să încorporeze doar ingrediente naturale și materii prime și să poată fi utilizat în procesele de fabricație alimentară. Fiind vorba de o metodă de extracție non-termică, temperatura de extracție în timpul ultrasonicării a fost menținută constant la 20ºC (68ºF). Randamentele extracției au crescut semnificativ odată cu prelungirea duratei de sonicare de la 10 la 30 de minute. Randamentele obținute după 20 de minute la 20ºC prin extracția asistată de ultrasunete au fost comparabile cu cele obținute prin metoda convențională, cu o extracție de 3 ore la 60ºC.
Dispozitivele cu ultrasunete sunt utilizate pentru prepararea emulsiilor u/a stabile pe termen lung, folosind extract de saponine de Quillaja pentru stabilizarea fizică și chimică a emulsiei. Faceți clic aici pentru a citi mai multe despre emulsionarea cu ultrasunete!
Extractoare cu ultrasunete de înaltă performanță
Hielscher Ultrasonics este specializată în fabricarea procesoarelor cu ultrasunete de înaltă performanță pentru producerea de extracte de înaltă calitate din materiale vegetale.
Portofoliul vast de produse Hielscher variază de la ultrasonicatoare de laborator mici și puternice până la sisteme robuste de banc și sisteme complet industriale, care furnizează ultrasunete de mare intensitate pentru extracția și izolarea eficientă a componentelor bioactive (de ex. quercetină, cofeină, curcumină, terpene etc.). Toate dispozitivele cu ultrasunete de la 200W la 16.000W dispun de un afișaj color pentru control digital, un card SD integrat pentru înregistrarea automată a datelor, control de la distanță prin browser și multe alte funcții ușor de utilizat. Sonotrodele și celulele de flux (componentele care sunt în contact cu mediul) pot fi autoclavate și sunt ușor de curățat. Toate ultrasonicatoarele noastre sunt construite pentru funcționare 24/7, necesită întreținere redusă și sunt ușor și sigur de operat.
Un afișaj digital color permite controlul ușor al echipamentului cu ultrasunete. Sistemele noastre pot furniza amplitudini de la mici până la foarte mari. Pentru extracția compușilor chimici precum astaxantina, oferim sonotrode ultrasonice speciale (cunoscute și ca sonde ultrasonice sau „horns”), optimizate pentru izolarea delicată a substanțelor active de înaltă calitate. Robustețea echipamentelor cu ultrasunete Hielscher permite funcționarea 24/7 în regim de solicitare intensă și în medii solicitante.
Controlul precis al parametrilor procesului ultrasonic asigură reproductibilitatea și standardizarea procesului. Sistemele automatizate de extracție cu ultrasunete la scară industrială de la Hielscher sunt concepute pentru capacități mari de producție de extracte de calitate superioară, reducând totodată forța de muncă, costurile și consumul de energie.
Tabelul de mai jos vă oferă o indicație privind capacitatea aproximativă de procesare a ultrasonicatoarelor noastre:
| Volumul șarjei | Debit | Dispozitive recomandate |
|---|---|---|
| 1 până la 500mL | 10 până la 200mL/min | UP100H |
| 10 până la 2000mL | 20 până la 400mL/min | UP200Ht, UP400St |
| 0,1 până la 20L | 0,2 până la 4L/min | UIP2000hdT |
| 10 până la 100L | 2 până la 10L/min | UIP4000hdT |
| n.a. | 10 până la 100L/min | UIP16000 |
| n.a. | mai mare | cluster de UIP16000 |
Contactați-ne! / Întrebați-ne!
Literatură de specialitate/Referințe
- 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.
Informații care merită știute
Despre arborele Quillaja și saponinele sale
Arborele Quillaja Saponaria Molina, cunoscut și ca arborele de săpun sud-american, crește în mod natural și pe scară largă în Chile. Arborele Quillaja Saponaria (familia Rosaceae) este un arbore mare, veșnic verde, cu scoarță groasă, originar din mai multe țări sud-americane, în special Bolivia, Chile și Peru.
Extractul de saponine de Quillaja conține în principal saponine, dar și polifenoli, taninuri, precum și săruri și zaharuri în cantități mici. Saponinele de Quillaja sunt molecule formate dintr-un nucleu triterpenic cu două lanțuri de zaharuri. Aceste lanțuri de zaharuri conferă saponinelor o proprietate hidrofilă (= solubilă în apă), în timp ce nucleul triterpenic este hidrofob (= respinge apa). Din aceste motive, este un „amphotic tenside”, ceea ce face din saponine un tensioactiv neionic, permițând reducerea tensiunii superficiale, solubilizarea produselor hidrofobe în soluții apoase, precum și formarea de micro-/nano-emulsii.
În arborele Quillaja, scoarța conține cea mai mare cantitate de saponine, de aprox. 5%, în timp ce lemnul are un conținut de aprox. 2% saponine.
Deoarece saponinele sunt substanțe naturale cu bune proprietăți de spumare și emulsionare, acestea sunt utilizate frecvent ca agenți de spumare în industria alimentară, a băuturilor și a berii, ca surfactant în cosmetice, ca aditivi în produsele agrochimice și în hrana pentru animale, precum și ca adjuvanți în vaccinuri.
Producția extractelor de quillaja se realizează prin extracție apoasă; nu se folosesc alți solvenți în producția acestora. Produsul final, fie un extract brut, fie unul purificat, în formulare lichidă sau sub formă de pulbere, încorporează doar ingrediente naturale și materii prime autorizate pentru utilizare în procesele de fabricație alimentară. (Cares et al. 2009)
Ce sunt saponinele?
Cuvântul saponină provine din cuvântul latin sapo, care înseamnă săpun. Saponinele sunt substanțe fitochimice, întâlnite în principal, dar nu exclusiv, în plante, care prezintă proprietăți de spumare și constau din aglicone policiclice legate de unul sau mai multe lanțuri laterale de zaharuri. Partea aglicon, numită și sapogenină, este fie un steroid (C27), fie un triterpen (C30). Capacitatea de spumare a saponinelor este determinată de combinația dintre o sapogenină hidrofobă (liposolubilă) și o parte glucidică hidrofilă (hidrosolubilă). [Majinda, 2012: p. 515] Materialele vegetale cu un conținut ridicat de saponine au fost utilizate în mod tradițional ca agenți de emulsionare. Exemple proeminente de plante bogate în saponine sunt arborele de săpun (Quillaja saponaria; Rosaceae), săpunarița (Saponaria officinalis; Caryophyllaceae) și pulberea de shikakai (Gleditsia sinensis; Leguminosae). Saponinele sunt glicozide amfipatice cu greutate moleculară mare, care au structural unul sau mai multe fragmente glicozidice hidrofile combinate cu un derivat triterpenic lipofil. În special în industria farmaceutică, saponinele au atras multă atenție datorită gamei lor de proprietăți biologice, inclusiv capacității de a stimula un răspuns imun, ceea ce le face candidate principale pentru adjuvanți.
Tot ce trebuie să știți despre extracția cu ultrasunete
Extracția asistată de ultrasunete (UAE), numită și sono-extracție, este o metodă de extracție ecologică, extrem de eficientă, pentru izolarea substanțelor bioactive precum proteine, vitamine, polifenoli, pigmenți naturali, lipide etc. din matrici vegetale. Extracția cu ultrasunete se bazează pe principiul de funcționare al cavitației acustice.
Când undele ultrasonice intense sunt aplicate sistemelor lichide, apare cavitația acustică, fenomen care constă în generarea, creșterea și, în final, colapsul bulelor de vid (vezi imaginea de mai jos). În timpul propagării undelor ultrasonice, bulele de vid oscilează și cresc până ajung într-un punct în care nu mai pot absorbi energie suplimentară. La apogeul creșterii, bulele colapsează violent, ceea ce provoacă local efecte termice, mecanice și chimice. Efectele mecanice includ presiuni ridicate de până la 1000atm, turbulențe și forțe de forfecare intense. Aceste forțe distrug pereții celulari și favorizează transferul de masă dintre interiorul celulei și solvent, eliberând compușii bioactivi în lichidul înconjurător (adică solventul).
Extracția cu ultrasunete se bazează pe cavitația acustică și pe forțele sale hidrodinamice de forfecare
Extracția solid-lichid cu ultrasunete a compușilor din materiale vegetale și țesuturi celulare a fost bine studiată. Aplicarea undelor ultrasonice de mare intensitate favorizează semnificativ procesele de extracție. Pe lângă intensificarea procesului – care conduce la randamente mai mari și timpi de extracție mai scurți – degradarea termică și pierderea constituenților sensibili la temperatură sunt prevenite, deoarece ultrasonicarea este un tratament non-termic. În plus, extracția cu ultrasunete are costuri reduse de investiție și de operare, reduce consumul de solvenți și/sau permite utilizarea unor solvenți mai ecologici, ceea ce o face o tehnică de extracție economică și ecologică. Depășind metodele convenționale de extracție, extracția asistată de ultrasunete (UAE) a fost preluată din industria alimentară pentru a produce compuși bioactivi cu avantaje economice.
Extracția cu ultrasunete din celulele vegetale: secțiunea transversală microscopică (TS) arată mecanismele de acțiune în timpul extracției cu ultrasunete din celule (mărire 2000x) [sursă: Vilkhu et al. 2011]
Procesoare cu ultrasunete de mare putere, de la scara de laborator la scara pilot și industrială.