Ультразвуковая экстракция сапонинов Quillaja
- Сапониновые экстракты дерева Quillaja saponaria Molina являются основным источником сапонинов для промышленного применения.
- Ультразвуковая экстракция сапонинов Quillaja позволяет получать сапонины высокого качества.
- Ультразвуковая экстракция – высокоэффективный метод получения экстракта сапонинов Quillaja с высоким выходом за короткое время.
Экстракт сапонинов Quillaja
Экстракт сапонинов Quillaja (синонимы: экстракты квиллайи, панамская древесина, экстракты панамской коры, экстракты квиллаи, экстракты коры квиллая, экстракты коры мыльного дерева) – вещество, извлекаемое из дерева Quillaja Saponaria Molina (Q. saponaria). Экстракт Quillaja содержит более 100 тритерпеноидных сапонинов. Основные присутствующие сапонины – гликозиды квиллаевой кислоты. Другими основными компонентами являются полифенолы и танины, а также небольшие количества солей и сахаров. Экстракт Quillaja получают водной экстракцией измельчённой внутренней коры или древесины обрезанных стволов и ветвей дерева Quillaja saponaria. Поскольку экстракты сапонинов Quillaja содержат как поверхностно-активные вещества, так и фенольные соединения, они представляют исключительный интерес для создания рецептур с чувствительными функциональными пищевыми ингредиентами и их защиты от окисления.
Использование сапонинов в качестве натуральных эмульгаторов значительно растёт благодаря увеличению спроса на полезные для здоровья натуральные продукты без синтетических добавок. Сапонины Quillaja являются превосходными эмульгаторами для эмульсий типа «масло в воде» (O/W) и наноэмульсий и показали очень хорошие результаты в различных рецептурах, например в напитках и смесях масел. Распространённое применение экстракта сапонинов Quillaja – эмульгирование масел с CBD, полупрозрачных напитков и вспененных пищевых продуктов. Сапонины Quillaja можно использовать отдельно или в сочетании с другими эмульгаторами.
Q-Naturale® – пищевая добавка на основе сапонинов коры Quillaja, одобренная FDA в качестве эффективного эмульгатора для пищевых продуктов и напитков. Помимо применения в качестве эмульгаторов, сапонины Quillaja используются в фармацевтических препаратах благодаря своим антибактериальным, противовирусным, противогрибковым, противопаразитарным, противоопухолевым, гепатопротекторным и иммуноадъювантным свойствам.
- Превосходный выход
- Высокоскоростная экстракция – за считанные минуты
- Высококачественные экстракты – щадящая, нетермическая обработка
- Экологичный растворитель (т. е. вода)
- Экономическая эффективность
- Простая и безопасная эксплуатация
- Низкие инвестиционные и эксплуатационные затраты
- Работа 24/7 при высокой нагрузке
- Экологичный метод, щадящий окружающую среду
Ультразвуковая экстракция растительного сырья в периодическом режиме объёмом 120L с UIP2000hdT и мешалкой
Исследование ультразвуковой экстракции сапонинов из Quillaja
Для получения высококачественного экстракта Quillaja с желаемыми функциональными свойствами пищевой и фармацевтической добавки необходимо выделить активные фитохимические вещества, а именно сапонины. Сапонин Quillaja – тритерпеновый сапонин, выделяемый из коры мыльного дерева. Ультразвуковая кавитация способствует экстракции, улучшая контакт между твёрдыми веществами и жидкостью и усиливая массоперенос.
Cares и соавт. в своём исследовании ясно показывают, что экстракция с помощью ультразвука (UAE) может улучшить процесс извлечения биологически активных веществ из Quillaja Saponaria Molina. Они использовали щепу древесины и коры Quillaja и извлекали сапонины в воде с помощью обработки ультразвуком, чтобы конечный продукт содержал только натуральные ингредиенты и сырьё и мог использоваться в процессах производства пищевых продуктов. Для обеспечения нетермического характера экстракции температуру во время обработки ультразвуком постоянно поддерживали на уровне 20ºC (68ºF). Выход экстракции значительно увеличивался при увеличении продолжительности обработки ультразвуком с 10 до 30 минут. Выход за 20 минут при 20ºC при экстракции с помощью ультразвука был сопоставим с выходом, достигнутым традиционным методом за 3 часа экстракции при 60ºC.
Ультразвуковые устройства используются для получения длительно стабильных эмульсий типа «масло в воде» (o/w) с применением экстракта сапонинов Quillaja для физической и химической стабилизации эмульсии. Нажмите здесь, чтобы узнать больше об ультразвуковом эмульгировании!
Высокопроизводительные ультразвуковые экстракторы
Hielscher Ultrasonics специализируется на производстве высокопроизводительных ультразвуковых процессоров для получения высококачественных экстрактов из растительного сырья.
Широкий ассортимент продукции Hielscher включает как небольшие мощные лабораторные ультразвуковые устройства, так и прочные настольные и полностью промышленные системы, обеспечивающие ультразвук высокой интенсивности для эффективной экстракции и выделения биологически активных компонентов (например, кверцетина, кофеина, куркумина, терпенов и т. д.). Все ультразвуковые устройства мощностью от 200W до 16 000W оснащены цветным дисплеем для цифрового управления, встроенной SD-картой для автоматической регистрации данных, дистанционным управлением через браузер и многими другими удобными функциями. Сонотроды и проточные ячейки (детали, контактирующие со средой) можно автоклавировать, и они легко очищаются. Все наши ультразвуковые устройства рассчитаны на работу 24/7, требуют небольшого объёма технического обслуживания и просты и безопасны в эксплуатации.
Цифровой цветной дисплей обеспечивает удобное управление ультразвуковым оборудованием. Наши системы способны обеспечивать амплитуды от низких до очень высоких. Для экстракции химических соединений, таких как астаксантин, мы предлагаем специальные ультразвуковые сонотроды (также известные как ультразвуковые зонды или рупоры), оптимизированные для щадящего выделения высококачественных активных веществ. Прочность ультразвукового оборудования Hielscher позволяет работать 24/7 при высокой нагрузке и в сложных условиях.
Точный контроль параметров ультразвукового процесса обеспечивает воспроизводимость и стандартизацию процесса. Автоматизированные системы ультразвуковой экстракции Hielscher промышленного масштаба рассчитаны на высокую производительность при получении экстрактов превосходного качества и одновременно сокращают трудозатраты, расходы и энергопотребление.
Таблица ниже даёт представление о приблизительной производительности наших ультразвуковых устройств:
| Объём партии | Расход | Рекомендуемые устройства |
|---|---|---|
| от 1 до 500mL | от 10 до 200mL/min | UP100H |
| от 10 до 2000mL | от 20 до 400mL/min | UP200Ht, UP400St |
| от 0,1 до 20L | от 0,2 до 4L/min | UIP2000hdT |
| от 10 до 100L | от 2 до 10L/min | UIP4000hdT |
| n.a. | от 10 до 100L/min | UIP16000 |
| n.a. | больше | группа устройств UIP16000 |
Свяжитесь с нами! / Задайте нам вопрос!
Литература и источники
- 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.
Полезные сведения
О дереве Quillaja и его сапонинах
Дерево Quillaja Saponaria Molina, также известное как южноамериканское мыльное дерево, широко произрастает в естественных условиях в Чили. Дерево Quillaja Saponaria (семейство Rosaceae) – крупное вечнозелёное дерево с толстой корой, происходящее из нескольких южноамериканских стран, в частности Боливии, Чили и Перу.
Экстракт сапонинов Quillaja содержит главным образом сапонины, а также полифенолы, танины и небольшие количества солей и сахаров. Сапонины Quillaja представляют собой молекулы, состоящие из тритерпенового ядра с двумя сахарными цепями. Эти сахарные цепи придают сапонинам гидрофильные свойства (= растворимость в воде), тогда как тритерпеновое ядро является гидрофобным (= отталкивающим воду). Благодаря этим свойствам это «amphotic tenside», что делает сапонины неионогенными поверхностно-активными веществами, обеспечивающими снижение поверхностного натяжения, солюбилизацию гидрофобных продуктов в водных растворах, а также образование микро-/наноэмульсий.
У дерева Quillaja кора содержит наибольшее количество сапонинов – приблизительно 5%, тогда как древесина содержит приблизительно 2% сапонинов.
Поскольку сапонины являются натуральными веществами с хорошими пенообразующими и эмульгирующими свойствами, их часто используют в качестве пенообразователей в пищевой промышленности, производстве напитков и пивоварении, в качестве поверхностно-активных веществ в косметике, добавок в агрохимикатах и кормах для животных, а также адъювантов в вакцинах.
Экстракты квиллайи производят посредством водной экстракции; никакие другие растворители в их производстве не используются. Конечный продукт, будь то неочищенный или очищенный экстракт в жидкой или порошковой форме, содержит только натуральные ингредиенты и сырьё, разрешённые для использования в процессах производства пищевых продуктов. (Cares et al. 2009)
Что такое сапонины?
Слово «сапонин» происходит от латинского слова sapo, которое означает «мыло». Сапонины – фитохимические вещества, встречающиеся главным образом, но не исключительно, в растениях, обладающие пенообразующими свойствами и состоящие из полициклических агликонов, соединённых с одной или несколькими сахарными боковыми цепями. Агликоновая часть, также называемая сапогенином, представляет собой либо стероид (C27), либо тритерпен (C30). Пенообразующая способность сапонинов обусловлена сочетанием гидрофобного (жирорастворимого) сапогенина и гидрофильной (водорастворимой) сахарной части. [Majinda, 2012: p. 515] Растительное сырьё с высоким содержанием сапонинов традиционно использовалось в качестве эмульгаторов. Известные примеры растений, богатых сапонинами, – мыльное дерево (Quillaja saponaria; Rosaceae), мыльнянка лекарственная (Saponaria officinalis; Caryophyllaceae) и порошок шикакай (Gleditsia sinensis; Leguminosae). Сапонины – амфипатические гликозиды с высокой молекулярной массой, структура которых содержит один или несколько гидрофильных гликозидных фрагментов, соединённых с липофильным производным тритерпена. Особенно в фармацевтической промышленности сапонины привлекли большое внимание благодаря спектру своих биологических свойств, включая способность стимулировать иммунный ответ, что делает их ведущими кандидатами для применения в качестве адъювантов.
Всё, что нужно знать об ультразвуковой экстракции
Экстракция с помощью ультразвука (UAE), также называемая соноэкстракцией, – высокоэффективный экологичный метод экстракции для выделения биологически активных веществ, таких как белки, витамины, полифенолы, натуральные пигменты, липиды и т. д., из растительных матриц. Ультразвуковая экстракция основана на принципе действия акустической кавитации.
При воздействии интенсивных ультразвуковых волн на жидкие системы возникает акустическая кавитация – явление образования, роста и последующего схлопывания вакуумных пузырьков (см. изображение ниже). Во время распространения ультразвуковых волн вакуумные пузырьки колеблются и растут, пока не достигают состояния, при котором больше не могут поглощать энергию. На пике своего роста пузырьки резко схлопываются, вызывая локальные тепловые, механические и химические эффекты. Механические эффекты включают высокое давление до 1000atm, турбулентность и интенсивные силы сдвига. Эти силы разрушают клеточные стенки и способствуют массопереносу между внутренним содержимым клетки и растворителем, высвобождая биологически активные соединения в окружающую жидкость (т. е. растворитель).
Ультразвуковая экстракция основана на акустической кавитации и создаваемых ею гидродинамических силах сдвига
Ультразвуковая экстракция соединений из растительного сырья и клеточной ткани в системе «твёрдое тело – жидкость» хорошо изучена. Применение ультразвуковых волн высокой интенсивности значительно усиливает процессы экстракции. Помимо интенсификации процесса – обеспечивающей более высокий выход и сокращение времени экстракции – предотвращаются термическое разложение и потеря чувствительных к температуре компонентов, поскольку обработка ультразвуком является нетермической обработкой. Кроме того, ультразвуковая экстракция характеризуется низкими инвестиционными и эксплуатационными затратами, сокращает использование растворителей и/или позволяет применять более экологичные растворители, что делает её экономичным и экологичным методом экстракции. Превосходящая традиционные методы экстракции экстракция с помощью ультразвука (UAE) была заимствована из пищевой промышленности для производства биологически активных веществ с экономической выгодой.
Ультразвуковая экстракция из растительных клеток: микроскопический поперечный срез (TS) показывает механизм действия при ультразвуковой экстракции из клеток (увеличение 2000x) [источник: Vilkhu et al. 2011]
Ультразвуковые процессоры высокой мощности для лабораторного, пилотного и промышленного масштаба.