Ultrazvuková extrakcia saponínov Quillaja
- Saponínové extrakty zo stromu Quillaja saponaria Molina sú hlavným zdrojom saponínov na priemyselné použitie.
- Ultrazvukovou extrakciou saponínov Quillaja sa získavajú vysokokvalitné saponíny.
- Ultrazvuková extrakcia je vysoko účinná metóda na dosiahnutie vysokých výťažkov saponínového extraktu Quillaja v krátkom čase.
Saponínový extrakt Quillaja
Saponínový extrakt Quillaja (synonymá: extrakty quillaia, panamské drevo, extrakty z panamskej kôry, extrakty quillai, extrakty z kôry Quillay, extrakty z mydlovej kôry) je látka získavaná zo stromu Quillaja Saponaria Molina (Q. saponaria). Extrakt Quillaja pozostáva z viac ako 100 triterpenoidných saponínov. Hlavnými prítomnými saponínmi sú glykozidy kyseliny kvilájovej. Ďalšími významnými zložkami sú polyfenoly a triesloviny, ako aj malé množstvá solí a cukrov. Extrakt Quillaja sa získava vodnou extrakciou rozomletej vnútornej kôry alebo dreva z orezaných kmeňov a konárov stromu Quillaja saponaria. Keďže saponínové extrakty Quillaja obsahujú povrchovo aktívne látky aj fenolové zlúčeniny, sú mimoriadne zaujímavé na formulovanie citlivých funkčných potravinových zložiek a ich ochranu pred oxidáciou.
Používanie saponínov ako prírodných emulgátorov výrazne rastie v dôsledku zvyšujúceho sa dopytu po zdravých prírodných výrobkoch bez syntetických prísad. Saponíny Quillaja sú vynikajúcimi emulgátormi pre emulzie O/W a nanoemulzie a preukázali veľmi dobré účinky v rôznych formuláciách, ako sú nápoje a olejové zmesi. Bežným použitím saponínového extraktu Quillaja je emulgácia CBD olejov, priesvitných nápojov a napenených potravinových výrobkov. Saponíny Quillaja sa môžu používať samostatne alebo v kombinácii s inými emulgátormi.
Q-Naturale® je prídavná látka do potravín na báze saponínov z kôry Quillaja, ktorú FDA schválila ako účinný emulgátor pre potraviny a nápoje. Okrem použitia ako emulgátor sa saponíny Quillaja používajú vo farmaceutických formuláciách pre svoje antibakteriálne, antivírusové, protiplesňové, antiparazitárne, protinádorové, hepatoprotektívne a imunoadjuvantné vlastnosti.
- Vynikajúci výťažok
- Vysokorýchlostná extrakcia – v priebehu niekoľkých minút
- Vysokokvalitné extrakty – šetrné, netepelné spracovanie
- Ekologické rozpúšťadlo (t. j. voda)
- Nákladová efektívnosť
- Jednoduchá a bezpečná obsluha
- Nízke investičné a prevádzkové náklady
- Prevádzka 24/7 pri vysokom zaťažení
- Ekologická metóda šetrná k životnému prostrediu
120L ultrazvuková vsádzková extrakcia rastlinných materiálov pomocou UIP2000hdT a miešadla
Prípadová štúdia ultrazvukovej extrakcie saponínov z Quillaja
Na prípravu vysokokvalitného extraktu Quillaja, ktorý poskytuje požadované funkčné vlastnosti ako potravinová a farmaceutická prísada, sa musia izolovať aktívne fytochemikálie, konkrétne saponíny. Saponín Quillaja je triterpénový saponín izolovaný z kôry mydlového stromu. Ultrazvuková kavitácia podporuje extrakciu zlepšením kontaktu medzi pevnými látkami a kvapalinou a zvýšením prenosu hmoty.
Cares a kol. vo svojej štúdii jasne preukazujú, že ultrazvukom asistovaná extrakcia (UAE) môže zlepšiť proces extrakcie bioaktívnych látok z Quillaja Saponaria Molina. Použili štiepky dreva a kôry Quillaja a saponíny extrahovali vo vode pomocou sonikácie, takže konečný produkt obsahuje iba prírodné zložky a suroviny a mohol by sa používať v procesoch výroby potravín. Pri tejto netepelnej metóde extrakcie sa teplota počas pôsobenia ultrazvuku neustále udržiavala na 20ºC (68ºF). Výťažky extrakcie sa výrazne zvyšovali s predlžovaním času sonikácie z 10 na 30 minút. Výťažky dosiahnuté pri ultrazvukom asistovanej extrakcii za 20 minút pri 20ºC boli porovnateľné s výťažkami dosiahnutými konvenčnou metódou pri 3-hodinovej extrakcii pri 60ºC.
Ultrazvukové zariadenia sa používajú na prípravu dlhodobo stabilných emulzií o/w s použitím saponínového extraktu Quillaja na fyzikálnu a chemickú stabilizáciu emulzie. Kliknite sem a prečítajte si viac o ultrazvukovej emulgácii!
Vysokovýkonné ultrazvukové extraktory
Hielscher Ultrasonics sa špecializuje na výrobu vysokovýkonných ultrazvukových procesorov na produkciu vysokokvalitných extraktov z rastlinných surovín.
Široké produktové portfólio spoločnosti Hielscher siaha od malých, výkonných laboratórnych ultrazvukových zariadení až po robustné stolové a plne priemyselné systémy, ktoré poskytujú ultrazvuk s vysokou intenzitou na účinnú extrakciu a izoláciu bioaktívnych zložiek (napr. kvercetín, kofeín, kurkumín, terpény atď.). Všetky ultrazvukové zariadenia od 200W do 16 000W sú vybavené farebným displejom na digitálne ovládanie, integrovanou SD kartou na automatické zaznamenávanie údajov, diaľkovým ovládaním cez prehliadač a mnohými ďalšími používateľsky prívetivými funkciami. Sonotródy a prietokové cely (časti, ktoré prichádzajú do kontaktu s médiom) možno sterilizovať v autokláve a ľahko sa čistia. Všetky naše ultrazvukové zariadenia sú skonštruované na prevádzku 24/7, vyžadujú minimálnu údržbu a ich obsluha je jednoduchá a bezpečná.
Digitálny farebný displej umožňuje používateľsky prívetivé ovládanie ultrazvukového zariadenia. Naše systémy dokážu poskytovať amplitúdy od nízkych až po veľmi vysoké. Na extrakciu chemických zlúčenín, ako je astaxantín, ponúkame špeciálne ultrazvukové sonotródy (známe aj ako ultrazvukové sondy alebo rohy), ktoré sú optimalizované na šetrnú izoláciu vysokokvalitných účinných látok. Robustnosť ultrazvukových zariadení spoločnosti Hielscher umožňuje prevádzku 24/7 pri vysokom zaťažení a v náročných prostrediach.
Presné riadenie parametrov ultrazvukového procesu zabezpečuje reprodukovateľnosť a štandardizáciu procesu. Automatizované ultrazvukové extrakčné systémy spoločnosti Hielscher v priemyselnom meradle sú navrhnuté na vysokú výrobnú kapacitu extraktov špičkovej kvality, pričom zároveň znižujú nároky na prácu, náklady a spotrebu energie.
Nasledujúca tabuľka poskytuje prehľad o približnej spracovateľskej kapacite našich ultrazvukových zariadení:
| Objem dávky | Prietok | Odporúčané zariadenia |
|---|---|---|
| 1 až 500mL | 10 až 200mL/min | UP100H |
| 10 až 2000mL | 20 až 400mL/min | UP200Ht, UP400St |
| 0,1 až 20L | 0,2 až 4L/min | UIP2000hdT |
| 10 až 100L | 2 až 10L/min | UIP4000hdT |
| n.a. | 10 až 100L/min | UIP16000 |
| n.a. | vyšší | zoskupenie zariadení UIP16000 |
Kontaktujte nás! / Opýtajte sa nás!
Literatúra / referencie
- M. G. Cares, Y. Vargas, L. Gaete, J. Sainz, J. Alarcón (2009): Ultrazvukom asistovaná extrakcia bioaktívnych látok z Quillaja Saponaria Molina. Medzinárodný kongres o ultrazvuku, 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): Saponíny z Quillaja saponaria a Quillaja brasiliensis: špecifické chemické charakteristiky a biologické aktivity. Molecules. 2019 Jan; 24(1): 171.
- K. Kaur, R. Kumar, S.K. Mehta (2015): Príprava nanoemulzie stabilizovanej saponínom ultrazvukovou metódou a jej úloha pri ochrane kvercetínu pred degradáciou spôsobenou UV žiarením. Ultrasonics Sonochemistry 31, 2015.
- R.R.T. Majinda (2012): Extrakcia a izolácia saponínov. In: Satyajit D. Sarker a Lutfun Nahar (eds.), Izolácia prírodných látok, Metódy v molekulárnej biológii, zv. 864, 2012.
- N. Riquelme, R.N. Zúñiga, C. Arancibia (2019): Fyzikálna stabilita nanoemulzií so zmesami emulgátorov: nahradenie tween 80 saponínom z Quillaja. LWT – Food Science and Technology 111, 2019. 760–766.
Užitočné fakty
O strome Quillaja a jeho saponínoch
Strom Quillaja Saponaria Molina, známy aj ako juhoamerický mydlový strom, prirodzene rastie na rozsiahlych územiach Čile. Quillaja Saponaria (čeľaď Rosaceae) je veľký vždyzelený strom s hrubou kôrou, pôvodom z viacerých juhoamerických krajín, najmä z Bolívie, Čile a Peru.
Saponínový extrakt z kvilaje obsahuje predovšetkým saponíny, ale aj polyfenoly, triesloviny a malé množstvá solí a cukrov. Saponíny z kvilaje sú molekuly tvorené triterpénovým jadrom s dvoma cukornými reťazcami. Tieto cukorné reťazce dodávajú saponínom hydrofilné vlastnosti (= rozpustnosť vo vode), zatiaľ čo triterpénové jadro je hydrofóbne (= odpudzujúce vodu). Vďaka týmto vlastnostiam ide o amfotérny tenzid, čo zo saponínov robí neiónové povrchovo aktívne látky umožňujúce znižovanie povrchového napätia, solubilizáciu hydrofóbnych produktov vo vodných roztokoch, ako aj tvorbu mikroemulzií a nanoemulzií.
V strome kvilaje obsahuje najvyššie množstvo saponínov kôra, približne 5%, zatiaľ čo drevo obsahuje približne 2% saponínov.
Keďže saponíny sú prírodné látky s dobrými penotvornými a emulgačnými vlastnosťami, často sa používajú ako penotvorné látky v potravinárskom, nápojovom a pivovarníckom priemysle, ako povrchovo aktívne látky v kozmetike, ako prísady do agrochemikálií a krmív pre zvieratá a ako adjuvans vo vakcínach.
Extrakty z kvilaje sa vyrábajú vodnou extrakciou; pri ich výrobe sa nepoužívajú žiadne iné rozpúšťadlá. Konečný produkt, či už surový alebo purifikovaný extrakt, v kvapalnej alebo práškovej forme, obsahuje iba prírodné zložky a suroviny povolené na použitie v procesoch výroby potravín. (Cares et al. 2009)
Čo sú saponíny?
Slovo saponín je odvodené z latinského slova sapo, ktoré znamená mydlo. Saponíny sú fytochemické látky, ktoré sa vyskytujú najmä, ale nie výlučne, v rastlinách, vykazujú penotvorné vlastnosti a pozostávajú z polycyklických aglykónov naviazaných na jeden alebo viac bočných cukorných reťazcov. Aglykónová časť, nazývaná aj sapogenín, je buď steroid (C27), alebo triterpén (C30). Penotvorná schopnosť saponínov je spôsobená kombináciou hydrofóbneho (v tukoch rozpustného) sapogenínu a hydrofilnej (vo vode rozpustnej) cukornej časti. [Majinda, 2012: p. 515] Rastlinné materiály s vysokým obsahom saponínov sa tradične používajú ako emulgátory. Významnými príkladmi rastlín bohatých na saponíny sú kvilaja mydlová (Quillaja saponaria; Rosaceae), mydlica lekárska (Saponaria officinalis; Caryophyllaceae) a prášok shikakai (Gleditsia sinensis; Leguminosae). Saponíny sú amfipatické glykozidy s vysokou molekulovou hmotnosťou, ktorých štruktúra obsahuje jednu alebo viac hydrofilných glykozidových skupín spojených s lipofilným triterpénovým derivátom. Najmä vo farmaceutickom priemysle pritiahli saponíny veľkú pozornosť vďaka širokému spektru biologických vlastností vrátane schopnosti stimulovať imunitnú odpoveď, čo z nich robí popredných kandidátov na použitie ako adjuvans.
Všetko, čo potrebujete vedieť o ultrazvukovej extrakcii
Extrakcia podporovaná ultrazvukom (UAE), nazývaná aj sonoextrakcia, je vysoko účinná, ekologická extrakčná metóda na izoláciu bioaktívnych látok, ako sú bielkoviny, vitamíny, polyfenoly, prírodné pigmenty, lipidy atď., z rastlinných matríc. Ultrazvuková extrakcia je založená na princípe akustickej kavitácie.
Pri pôsobení intenzívnych ultrazvukových vĺn na kvapalné systémy dochádza k akustickej kavitácii, čo je jav vzniku, rastu a následného kolapsu vákuových bublín (pozri obrázok nižšie). Počas šírenia ultrazvukových vĺn vákuové bubliny kmitajú a rastú, až kým nedosiahnu bod, v ktorom už nedokážu absorbovať ďalšiu energiu. Na vrchole svojho rastu prudko skolabujú, čo lokálne vyvoláva tepelné, mechanické a chemické účinky. Mechanické účinky zahŕňajú vysoké tlaky až do 1000atm, turbulencie a intenzívne šmykové sily. Tieto sily narúšajú bunkové steny a podporujú prenos hmoty medzi vnútrom bunky a rozpúšťadlom, čím sa bioaktívne zlúčeniny uvoľňujú do okolitej kvapaliny (t. j. rozpúšťadla).
Ultrazvuková extrakcia je založená na akustickej kavitácii a jej hydrodynamických šmykových silách
Ultrazvuková extrakcia zlúčenín z rastlinných materiálov a bunkových tkanív v sústave tuhá látka – kvapalina je dôkladne preskúmaná. Použitie vysoko intenzívnych ultrazvukových vĺn výrazne podporuje extrakčné procesy. Okrem intenzifikácie procesu – ktorá vedie k vyšším výťažkom a kratšiemu času extrakcie – sa predchádza tepelnej degradácii a strate zložiek citlivých na teplotu, pretože pôsobenie ultrazvuku je netepelné spracovanie. Ultrazvuková extrakcia má navyše nízke investičné a prevádzkové náklady, znižuje spotrebu rozpúšťadiel a/alebo umožňuje používať ekologickejšie rozpúšťadlá, vďaka čomu je hospodárnou a ekologickou extrakčnou technikou. Ultrazvukom asistovaná extrakcia, ktorá prekonáva konvenčné extrakčné metódy, (UAE) bola zavedená v potravinárskom priemysle na výrobu bioaktívnych látok s ekonomickými prínosmi.
Ultrazvuková extrakcia z rastlinných buniek: mikroskopický priečny rez (TS) znázorňuje mechanizmus pôsobenia pri ultrazvukovej extrakcii z buniek (zväčšenie 2000x) [zdroj: Vilkhu et al. 2011]
Vysokovýkonné ultrazvukové procesory od laboratórneho cez poloprevádzkové až po priemyselné meradlo.