Ултразвучна екстракција сапонина дрвета Quillaja
- Сапонински екстракти дрвета Quillaja saponaria Molina главни су извор сапонина за индустријске примене.
- Ултразвучном екстракцијом сапонина дрвета Quillaja добијају се сапонини високог квалитета.
- Ултразвучна екстракција је високо ефикасна метода за добијање високих приноса сапонинског екстракта дрвета Quillaja за кратко време.
Сапонински екстракт дрвета Quillaja
Сапонински екстракт дрвета Quillaja (синоними: екстракти килаје, панамско дрво, екстракти панамске коре, екстракти килаја, екстракти коре килаја, екстракти коре сапунског дрвета) јесте супстанца екстрахована из дрвета Quillaja Saponaria Molina (Q. saponaria). Екстракт дрвета Quillaja састоји се од преко 100 тритерпеноидних сапонина. Главни присутни сапонини су гликозиди килајне киселине. Друге главне компоненте су полифеноли и танини, као и мале количине соли и шећера. Екстракт дрвета Quillaja добија се воденом екстракцијом самлевене унутрашње коре или дрвета орезаних стабала и грана дрвета Quillaja saponaria. Пошто сапонински екстракти дрвета Quillaja садрже и површински активне материје и фенолна једињења, изузетно су занимљиви за формулисање осетљивих функционалних састојака хране и њихову заштиту од оксидације.
Употреба сапонина као природних емулгатора значајно расте услед све веће потражње за здравим, природним производима без синтетичких адитива. Сапонини дрвета Quillaja су одлични емулгатори за O/W емулзије и наноемулзије и показали су веома добре ефекте у различитим формулацијама, као што су напици и мешавине уља. Честа примена сапонинског екстракта дрвета Quillaja јесте емулговање CBD уља, прозирних напитака и пенастих прехрамбених производа. Сапонини дрвета Quillaja могу се користити самостално или у комбинацији са другим емулгаторима.
Q-Naturale® је прехрамбени адитив на бази сапонина из коре дрвета Quillaja, који је FDA одобрила као ефикасан емулгатор за храну и напитке. Осим као емулгатори, сапонини дрвета Quillaja користе се у фармацеутским формулацијама због својих антибактеријских, антивирусних, антифунгалних, антипаразитских, антитуморских, хепатопротективних и имуноадјувантних својстава.
- Изузетан принос
- Брза екстракција – у року од неколико минута
- Екстракти високог квалитета – благ, нетермички поступак
- Еколошки прихватљив растварач (тј. вода)
- Исплативост
- Једноставан и безбедан рад
- Ниски инвестициони и оперативни трошкови
- Рад 24/7 под великим оптерећењем
- Зелена, еколошки прихватљива метода
Ултразвучна шаржна екстракција биљног материјала у запремини од 120L помоћу UIP2000hdT и мешалице
Студија случаја ултразвучне екстракције сапонина из дрвета Quillaja
Да би се припремио висококвалитетан екстракт дрвета Quillaja који пружа жељене функционалности као прехрамбени и фармацеутски адитив, потребно је изоловати активна фитохемијска једињења, односно сапонине. Сапонин дрвета Quillaja је тритерпенски сапонин изолован из коре сапунског дрвета. Ултразвучна кавитација подстиче екстракцију побољшавањем контакта између чврсте материје и течности и повећањем преноса масе.
Cares et al. јасно показују у својој студији да екстракција потпомогнута ултразвуком (UAE) може побољшати процес екстракције биоактивних супстанци из дрвета Quillaja Saponaria Molina. Користили су иверје дрвета и коре дрвета Quillaja и екстраховали сапонине у води применом соникације, тако да коначни производ садржи само природне састојке и сировине и може се користити у процесима производње хране. Пошто је реч о нетермичкој методи екстракције, температура екстракције током ултразвучног третмана непрекидно је одржавана на 20ºC (68ºF). Приноси екстракције значајно су се повећавали са продужењем трајања соникације са 10 на 30 минута. Приноси добијени за 20 минута на 20ºC при екстракцији потпомогнутој ултразвуком били су упоредиви са приносима постигнутим конвенционалном методом екстракције у трајању од 3 сата на 60ºC.
Ултразвучни уређаји користе се за припрему дугорочно стабилних o/w емулзија уз употребу сапонинског екстракта дрвета Quillaja за физичку и хемијску стабилизацију емулзије. Кликните овде да бисте сазнали више о ултразвучном емулговању!
Ултразвучни екстрактори високих перформанси
Hielscher Ultrasonics је специјализован за производњу ултразвучних процесора високих перформанси за добијање висококвалитетних екстраката из биљног материјала.
Широк асортиман производа компаније Hielscher обухвата уређаје од малих, снажних лабораторијских ултразвучних уређаја до робусних стоних и потпуно индустријских система, који обезбеђују ултразвук високог интензитета за ефикасну екстракцију и изоловање биоактивних компоненти (нпр. кверцетина, кофеина, куркумина, терпена итд.). Сви ултразвучни уређаји од 200W до 16.000W имају екран у боји за дигитално управљање, уграђену SD картицу за аутоматско бележење података, даљинско управљање путем прегледача и бројне друге функције које олакшавају употребу. Сонотроде и проточне ћелије (делови који су у контакту са медијумом) могу се аутоклавирати и лако се чисте. Сви наши ултразвучни уређаји направљени су за рад 24/7, захтевају мало одржавања и једноставни су и безбедни за руковање.
Дигитални екран у боји омогућава једноставно управљање ултразвучном опремом. Наши системи могу да обезбеде амплитуде од ниских до веома високих. За екстракцију хемијских једињења као што је астаксантин нудимо посебне ултразвучне сонотроде (познате и као ултразвучне сонде или рогови), које су оптимизоване за пажљиво изоловање висококвалитетних активних супстанци. Робусност ултразвучне опреме компаније Hielscher омогућава рад 24/7 при великим оптерећењима и у захтевним окружењима.
Прецизна контрола параметара ултразвучног процеса обезбеђује поновљивост и стандардизацију процеса. Аутоматизовани системи компаније Hielscher за ултразвучну екстракцију у индустријским размерама пројектовани су за велике производне капацитете екстраката врхунског квалитета, уз истовремено смањење потребног рада, трошкова и потрошње енергије.
Табела у наставку даје оквирни приказ капацитета обраде наших ултразвучних уређаја:
| Запремина шарже | Проток | Препоручени уређаји |
|---|---|---|
| 1 до 500mL | 10 до 200mL/min | UP100H |
| 10 до 2000mL | 20 до 400mL/min | UP200Ht, UP400St |
| 0,1 до 20L | 0,2 до 4L/min | UIP2000hdT |
| 10 до 100L | 2 до 10L/min | UIP4000hdT |
| n.a. | 10 до 100L/min | UIP16000 |
| n.a. | већи | група уређаја UIP16000 |
Контактирајте нас! / Питајте нас!
Литература/референце
- M. G. Cares, Y. Vargas, L. Gaete, J. Sainz, J. Alarcón (2009): Екстракција биоактивних супстанци из Quillaja Saponaria Molina потпомогнута ултразвуком. Међународни конгрес о ултразвуку, 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): Сапонини из Quillaja saponaria и Quillaja brasiliensis: посебне хемијске карактеристике и биолошке активности. Molecules. 2019 Jan; 24(1): 171.
- K. Kaur, R. Kumar, S.K. Mehta (2015): Формулисање наноемулзије стабилизоване сапонином ултразвучном методом и њена улога у заштити кверцетина од разградње под дејством UV светлости. Ultrasonics Sonochemistry 31, 2015.
- R.R.T. Majinda (2012): Екстракција и изоловање сапонина. У: Satyajit D. Sarker и Lutfun Nahar (ур.), Изоловање природних производа, Методе у молекуларној биологији, том 864, 2012.
- N. Riquelme, R.N. Zúñiga, C. Arancibia (2019): Физичка стабилност наноемулзија са смешама емулгатора: замена tween 80 сапонином из Quillaja. LWT – Наука и технологија хране 111, 2019. 760–766.
Чињенице које вреди знати
О дрвету Quillaja и његовим сапонинима
Дрво Quillaja Saponaria Molina, познато и као јужноамеричко сапунско дрво, природно расте и широко је распрострањено у Чилеу. Quillaja Saponaria (породица Rosaceae) је велико зимзелено дрво са дебелом кором, пореклом из неколико јужноамеричких земаља, посебно Боливије, Чилеа и Перуа.
Сапонински екстракт квилаје садржи углавном сапонине, али и полифеноле, танине, као и мале количине соли и шећера. Сапонини квилаје су молекули изграђени од тритерпенског језгра са два шећерна ланца. Ови шећерни ланци дају сапонинима хидрофилно својство (= растворљивост у води), док је тритерпенско језгро хидрофобно (= одбија воду). Због тога је то амфотерни тензид, што сапонине чини нејонским површински активним супстанцама, које омогућавају смањење површинског напона, солубилизацију хидрофобних производа у воденим растворима, као и формирање микроемулзија и наноемулзија.
Код дрвета квилаје кора садржи највећу количину сапонина, приближно 5%, док дрво садржи приближно 2% сапонина.
Пошто су сапонини природне супстанце са добрим својствима пењења и емулговања, често се користе као средства за пењење у индустрији хране, пића и пива, као површински активне супстанце у козметици, као адитиви у агрохемикалијама и храни за животиње и као адјуванси у вакцинама.
Екстракти квилаје производе се екстракцијом водом; у њиховој производњи не користе се други растварачи. Коначни производ, било да је сирови или пречишћени екстракт, у течној или прашкастој формулацији, садржи само природне састојке и сировине одобрене за употребу у процесима производње хране. (Cares et al. 2009)
Шта су сапонини?
Реч сапонин потиче од латинске речи sapo, што значи сапун. Сапонини су фитохемикалије које се налазе углавном, али не искључиво, у биљкама, показују својства пењења и састоје се од полицикличних агликона везаних за један или више бочних шећерних ланаца. Агликонски део, који се назива и сапогенин, јесте или стероид (C27) или тритерпен (C30). Способност сапонина да стварају пену потиче од комбинације хидрофобног сапогенина (растворљивог у мастима) и хидрофилног шећерног дела (растворљивог у води). [Majinda, 2012: p. 515] Биљни материјали са високим садржајем сапонина традиционално се користе као средства за емулговање. Истакнути примери биљака богатих сапонинима су сапунско дрво (Quillaja saponaria; Rosaceae), сапуњача (Saponaria officinalis; Caryophyllaceae) и шикакаи у праху (Gleditsia sinensis; Leguminosae). Сапонини су амфипатски гликозиди велике молекулске масе, који у својој структури имају један или више хидрофилних гликозидних делова повезаних са липофилним тритерпенским дериватом. Сапонини су привукли велику пажњу, посебно у фармацеутској индустрији, због низа биолошких својстава, укључујући способност да стимулишу имунски одговор, што их чини водећим кандидатима за адјувансе.
Све што треба да знате о ултразвучној екстракцији
Екстракција потпомогнута ултразвуком (UAE), позната и као соноекстракција, веома је ефикасна, еколошка метода екстракције за изоловање биоактивних супстанци као што су протеини, витамини, полифеноли, природни пигменти, липиди итд. из биљних матрикса. Ултразвучна екстракција заснива се на принципу деловања акустичке кавитације.
Када се интензивни ултразвучни таласи примењују на течне системе, јавља се акустичка кавитација, односно појава настанка, раста и коначног колапса вакуумских мехурића (видети слику испод). Током простирања ултразвучних таласа, вакуумски мехурићи осцилују и расту све док не достигну тачку у којој више не могу да апсорбују енергију. На врхунцу раста мехурића долази до њиховог наглог колапса, што локално изазива топлотне, механичке и хемијске ефекте. Механички ефекти обухватају високе притиске до 1000atm, турбуленције и интензивне силе смицања. Те силе разарају ћелијске зидове и подстичу пренос масе између унутрашњости ћелије и растварача, ослобађајући биоактивна једињења у околну течност (тј. растварач).
Ултразвучна екстракција заснива се на акустичкој кавитацији и њеним хидродинамичким силама смицања
Ултразвучна екстракција једињења из биљних сировина и ћелијског ткива у систему чврсто–течно добро је истражена. Примена ултразвучних таласа веома високог интензитета знатно подстиче процесе екстракције. Поред интензивирања процеса – које доводи до већих приноса и краћег времена екстракције – спречавају се топлотна разградња и губитак састојака осетљивих на температуру, јер је ултразвучна обрада нетермички третман. Осим тога, ултразвучна екстракција има ниске инвестиционе и оперативне трошкове, смањује употребу растварача и/или омогућава употребу еколошки прихватљивијих растварача, што је чини економичном и еколошки прихватљивом техником екстракције. Као поступак који надмашује конвенционалне методе екстракције, ултразвучно потпомогнута екстракција (UAE) прихваћена је у прехрамбеној индустрији за производњу биоактивних супстанци уз економску корист.
Ултразвучна екстракција из биљних ћелија: микроскопски попречни пресек (TS) приказује механизам деловања током ултразвучне екстракције из ћелија (увећање 2000x) [извор: Vilkhu et al. 2011]
Ултразвучни процесори велике снаге за лабораторијски, пилотски и индустријски обим.