Ultrazvočna ekstrakcija saponinov drevesa Quillaja
- Saponinski izvlečki drevesa Quillaja saponaria Molina so glavni vir saponinov za industrijsko uporabo.
- Z ultrazvočno ekstrakcijo saponinov drevesa Quillaja pridobimo visokokakovostne saponine.
- Ultrazvočna ekstrakcija je zelo učinkovita metoda za doseganje visokih izkoristkov saponinskega izvlečka drevesa Quillaja v kratkem času.
Saponinski izvleček drevesa Quillaja
Saponinski izvleček drevesa Quillaja (sopomenke: izvlečki quillaia, panamski les, izvlečki panamskega lubja, izvlečki quillai, izvlečki lubja Quillay, izvlečki lubja milnega drevesa) je snov, pridobljena iz drevesa Quillaja Saponaria Molina (Q. saponaria). Izvleček drevesa Quillaja sestavlja več kot 100 triterpenoidnih saponinov. Glavni prisotni saponini so glikozidi kvilajske kisline. Druge glavne sestavine so polifenoli in tanini ter majhne količine soli in sladkorjev. Izvleček drevesa Quillaja se pridobiva z vodno ekstrakcijo zmletega notranjega lubja ali lesa obrezanih debel in vej drevesa Quillaja saponaria. Ker saponinski izvlečki drevesa Quillaja vsebujejo tako površinsko aktivne snovi kot fenolne spojine, so izredno zanimivi za formuliranje občutljivih funkcionalnih živilskih sestavin in njihovo zaščito pred oksidacijo.
Uporaba saponinov kot naravnih emulgatorjev se močno povečuje zaradi vse večjega povpraševanja po zdravih, naravnih izdelkih brez sintetičnih dodatkov. Saponini drevesa Quillaja so odlični emulgatorji za emulzije O/W in nanoemulzije ter so pokazali zelo dobre učinke v različnih formulacijah, kot so pijače in oljne mešanice. Pogosta uporaba saponinskega izvlečka drevesa Quillaja je emulgiranje olj CBD, prosojnih pijač in penjenih živil. Saponini drevesa Quillaja se lahko uporabljajo samostojno ali v kombinaciji z drugimi emulgatorji.
Q-Naturale® je živilski dodatek na osnovi saponinov iz lubja drevesa Quillaja, ki ga je FDA odobrila kot učinkovit emulgator za živila in pijače. Poleg uporabe kot emulgatorjev se saponini drevesa Quillaja uporabljajo v farmacevtskih formulacijah zaradi svojih protibakterijskih, protivirusnih, protiglivičnih, protiparazitskih, protitumorskih, hepatoprotektivnih in imunoadjuvantnih lastnosti.
- Vrhunski izkoristek
- Hitra ekstrakcija – v nekaj minutah
- Visokokakovostni izvlečki – blaga, netermična obdelava
- Zeleno topilo (tj. voda)
- Stroškovna učinkovitost
- Preprosto in varno upravljanje
- Nizki investicijski in obratovalni stroški
- Delovanje 24/7 pri velikih obremenitvah
- Zelena, okolju prijazna metoda
Ultrazvočna šaržna ekstrakcija rastlinskih surovin v prostornini 120L z UIP2000hdT in mešalom
Študija primera ultrazvočne ekstrakcije saponinov iz drevesa Quillaja
Za pripravo visokokakovostnega izvlečka drevesa Quillaja, ki zagotavlja želene funkcionalne lastnosti kot živilski in farmacevtski dodatek, je treba izolirati aktivne fitokemikalije, in sicer saponine. Saponin drevesa Quillaja je triterpenski saponin, izoliran iz lubja milnega drevesa. Ultrazvočna kavitacija spodbuja ekstrakcijo z izboljšanjem stika med trdnimi snovmi in tekočino ter povečanjem prenosa snovi.
Cares et al. v svoji študiji jasno kažejo, da lahko ekstrakcija s pomočjo ultrazvoka (UAE) izboljša postopek ekstrakcije bioaktivnih učinkovin iz drevesa Quillaja Saponaria Molina. Uporabili so sekance lesa in lubja drevesa Quillaja ter s sonikacijo ekstrahirali saponine v vodi, tako da končni izdelek vsebuje samo naravne sestavine in surovine ter bi se lahko uporabljal v postopkih proizvodnje živil. Ker gre za netermično metodo ekstrakcije, so temperaturo ekstrakcije med ultrazvočno obdelavo ves čas vzdrževali pri 20ºC (68ºF). Izkoristki ekstrakcije so se s podaljšanjem sonikacije z 10 na 30 minut znatno povečali. Izkoristki pri 20 minutah ekstrakcije s pomočjo ultrazvoka pri 20ºC so bili primerljivi z izkoristki, doseženimi s konvencionalno metodo 3-urne ekstrakcije pri 60ºC.
Ultrazvočne naprave se uporabljajo za pripravo dolgoročno stabilnih emulzij o/w, pri čemer se saponinski izvleček drevesa Quillaja uporablja za fizikalno in kemijsko stabilizacijo emulzije. Kliknite tukaj in preberite več o ultrazvočnem emulgiranju!
Visokozmogljivi ultrazvočni ekstraktorji
Hielscher Ultrasonics je specializiran za proizvodnjo visokozmogljivih ultrazvočnih procesorjev za pridobivanje visokokakovostnih izvlečkov iz rastlinskih surovin.
Široka ponudba izdelkov podjetja Hielscher sega od majhnih, zmogljivih laboratorijskih ultrazvočnih naprav do robustnih namiznih in povsem industrijskih sistemov, ki zagotavljajo ultrazvok visoke intenzivnosti za učinkovito ekstrakcijo in izolacijo bioaktivnih sestavin (npr. kvercetina, kofeina, kurkumina, terpenov itd.). Vse ultrazvočne naprave od 200W do 16.000W imajo barvni zaslon za digitalno upravljanje, vgrajeno kartico SD za samodejno beleženje podatkov, daljinsko upravljanje prek brskalnika in številne druge uporabniku prijazne funkcije. Sonotrode in pretočne celice (dele, ki so v stiku z medijem) je mogoče avtoklavirati in jih je preprosto čistiti. Vse naše ultrazvočne naprave so izdelane za delovanje 24/7, zahtevajo malo vzdrževanja ter omogočajo preprosto in varno upravljanje.
Digitalni barvni zaslon omogoča uporabniku prijazno upravljanje ultrazvočne opreme. Naši sistemi lahko zagotavljajo amplitude od nizkih do zelo visokih. Za ekstrakcijo kemičnih spojin, kot je astaksantin, ponujamo posebne ultrazvočne sonotrode (znane tudi kot ultrazvočne sonde ali rogovi), ki so optimizirane za nežno izolacijo visokokakovostnih učinkovin. Robustnost ultrazvočne opreme podjetja Hielscher omogoča delovanje 24/7 pri velikih obremenitvah in v zahtevnih okoljih.
Natančen nadzor parametrov ultrazvočnega procesa zagotavlja ponovljivost in standardizacijo procesa. Avtomatizirani sistemi podjetja Hielscher za ultrazvočno ekstrakcijo v industrijskem merilu so zasnovani za velike proizvodne zmogljivosti pri pridobivanju izvlečkov vrhunske kakovosti, hkrati pa zmanjšujejo obseg dela, stroške in porabo energije.
Spodnja tabela prikazuje približno zmogljivost obdelave naših ultrazvočnih naprav:
| Prostornina šarže | Pretok | Priporočene naprave |
|---|---|---|
| 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. | večji | sklop naprav UIP16000 |
Stopite v stik z nami! / Vprašajte nas!
Literatura/viri
- M. G. Cares, Y. Vargas, L. Gaete, J. Sainz, J. Alarcón (2009): Ekstrakcija bioaktivnih učinkovin iz drevesa Quillaja Saponaria Molina s pomočjo ultrazvoka. Mednarodni kongres o ultrazvoku, 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): Saponini iz Quillaja saponaria in Quillaja brasiliensis: posebne kemijske značilnosti in biološke aktivnosti. Molecules. 2019 Jan; 24(1): 171.
- K. Kaur, R. Kumar, S.K. Mehta (2015): Formuliranje s saponini stabilizirane nanoemulzije z ultrazvočno metodo in njena vloga pri zaščiti spojine quercitin pred razgradnjo zaradi UV-svetlobe. Ultrasonics Sonochemistry 31, 2015.
- R.R.T. Majinda (2012): Ekstrakcija in izolacija saponinov. V: Satyajit D. Sarker in Lutfun Nahar (ur.), Izolacija naravnih spojin, Methods in Molecular Biology, zv. 864, 2012.
- N. Riquelme, R.N. Zúñiga, C. Arancibia (2019): Fizikalna stabilnost nanoemulzij z mešanicami emulgatorjev: zamenjava tween 80 s saponinom drevesa Quillaja. LWT – Food Science and Technology 111, 2019. 760–766.
Koristna dejstva
O drevesu Quillaja in njegovih saponinih
Drevo Quillaja Saponaria Molina, znano tudi kot južnoameriško milno drevo, naravno in v velikem obsegu raste v Čilu. Drevo Quillaja Saponaria (družina Rosaceae) je veliko zimzeleno drevo z debelim lubjem, ki izvira iz več južnoameriških držav, zlasti Bolivije, Čila in Peruja.
Saponinski izvleček drevesa Quillaja vsebuje predvsem saponine, pa tudi polifenole, tanine ter majhne količine soli in sladkorjev. Saponini drevesa Quillaja so molekule, zgrajene iz triterpenskega jedra z dvema sladkornima verigama. Ti sladkorni verigi dajeta saponinom hidrofilno lastnost (= topnost v vodi), medtem ko je triterpensko jedro hidrofobno (= odbija vodo). Zaradi teh lastnosti gre za »amphotic tenside«, zaradi česar so saponini neionske površinsko aktivne snovi, ki omogočajo zmanjšanje površinske napetosti, solubilizacijo hidrofobnih izdelkov v vodnih raztopinah ter tvorbo mikro-/nanoemulzij.
Pri drevesu Quillaja vsebuje lubje s približno 5% največjo količino saponinov, medtem ko les vsebuje približno 2% saponinov.
Ker so saponini naravne snovi z dobrimi penilnimi in emulgirnimi lastnostmi, se pogosto uporabljajo kot penilna sredstva v živilski industriji, industriji pijač in pivovarstvu, kot površinsko aktivne snovi v kozmetiki, kot dodatki v agrokemikalijah in živalski krmi ter kot adjuvansi v cepivih.
Izvlečki drevesa Quillaja se proizvajajo z vodno ekstrakcijo; pri njihovi proizvodnji se ne uporabljajo nobena druga topila. Končni izdelek, bodisi surovi bodisi prečiščeni izvleček v tekoči obliki ali obliki prahu, vsebuje samo naravne sestavine in surovine, odobrene za uporabo v postopkih proizvodnje živil. (Cares et al. 2009)
Kaj so saponini?
Beseda saponin izhaja iz latinske besede sapo, ki pomeni milo. Saponini so fitokemikalije, ki jih najdemo predvsem, vendar ne izključno, v rastlinah, imajo penilne lastnosti in so sestavljene iz policikličnih aglikonov, povezanih z eno ali več sladkornimi stranskimi verigami. Aglikonski del, imenovan tudi sapogenin, je bodisi steroid (C27) bodisi triterpen (C30). Sposobnost penjenja saponinov je posledica kombinacije hidrofobnega (v maščobah topnega) sapogenina in hidrofilnega (v vodi topnega) sladkornega dela. [Majinda, 2012: p. 515] Rastlinske surovine z visoko vsebnostjo saponinov se tradicionalno uporabljajo kot emulgatorji. Značilni primeri rastlin, bogatih s saponini, so milno drevo (Quillaja saponaria; Rosaceae), milnica (Saponaria officinalis; Caryophyllaceae) in prah šikakaj (Gleditsia sinensis; Leguminosae). Saponini so amfipatični glikozidi z veliko molekulsko maso, ki imajo v svoji strukturi enega ali več hidrofilnih glikozidnih delov, povezanih z lipofilnim triterpenskim derivatom. Zlasti v farmacevtski industriji so saponini pritegnili veliko pozornosti zaradi svojih številnih bioloških lastnosti, vključno s sposobnostjo spodbujanja imunskega odziva, zaradi česar so vodilni kandidati za adjuvanse.
Vse, kar morate vedeti o ultrazvočni ekstrakciji
Ekstrakcija s pomočjo ultrazvoka (UAE), imenovana tudi sonoekstrakcija, je zelo učinkovita, zelena metoda ekstrakcije za izolacijo bioaktivnih snovi, kot so beljakovine, vitamini, polifenoli, naravni pigmenti, lipidi itd., iz rastlinskih matriksov. Ultrazvočna ekstrakcija temelji na načelu delovanja akustične kavitacije.
Ko na tekočinske sisteme delujemo z intenzivnimi ultrazvočnimi valovi, nastane akustična kavitacija, pojav nastajanja, rasti in končnega sesedanja vakuumskih mehurčkov (glejte spodnjo sliko). Med širjenjem ultrazvočnih valov vakuumski mehurčki nihajo in rastejo, dokler ne dosežejo točke, ko ne morejo več absorbirati dodatne energije. Na vrhuncu rasti se silovito sesedejo, kar povzroči lokalne termične, mehanske in kemijske učinke. Mehanski učinki vključujejo visoke tlake do 1000atm, turbulenco in intenzivne strižne sile. Te sile razgrajujejo celične stene in spodbujajo prenos snovi med notranjostjo celice in topilom, pri čemer se bioaktivne spojine sproščajo v okoliško tekočino (tj. topilo).
Ultrazvočna ekstrakcija temelji na akustični kavitaciji in njenih hidrodinamičnih strižnih silah
Ultrazvočna ekstrakcija spojin iz rastlinskih surovin in celičnega tkiva v sistemu trdno–tekoče je dobro raziskana. Uporaba ultrazvočnih valov zelo visoke intenzivnosti znatno spodbuja ekstrakcijske procese. Poleg intenzifikacije procesa – ki omogoča višje izkoristke in krajši čas ekstrakcije – se preprečujeta termična razgradnja in izguba temperaturno občutljivih sestavin, saj je ultrazvočna obdelava netermična obdelava. Poleg tega ima ultrazvočna ekstrakcija nizke investicijske in obratovalne stroške, zmanjšuje uporabo topil in/ali omogoča uporabo bolj zelenih topil, zaradi česar je gospodarna in okolju prijazna tehnika ekstrakcije. Ekstrakcija s pomočjo ultrazvoka (UAE) , ki presega konvencionalne metode ekstrakcije, je bila prevzeta iz živilske industrije za proizvodnjo bioaktivnih snovi z ekonomskimi koristmi.
Ultrazvočna ekstrakcija iz rastlinskih celic: mikroskopski prečni prerez (TS) prikazuje mehanizem delovanja med ultrazvočno ekstrakcijo iz celic (povečava 2000x) [vir: Vilkhu et al. 2011]
Ultrazvočni procesorji visoke moči od laboratorijskega do pilotnega in industrijskega merila.