Quillaja Saponinlerinin Ultrasonik Ekstraksiyonu
- Quillaja saponaria Molina ağacından elde edilen saponin ekstraktları, endüstriyel uygulamalarda kullanılan saponinlerin başlıca kaynağıdır.
- Quillaja saponinlerinin ultrasonik ekstraksiyonu, yüksek kaliteli saponinler elde edilmesini sağlar.
- Ultrasonik ekstraksiyon, kısa sürede yüksek verimle Quillaja saponin ekstraktı üretmek için son derece verimli bir yöntemdir.
Quillaja Saponin Ekstraktı
Quillaja saponin ekstraktı (eş anlamlıları: quillaia ekstraktları, Panama odunu, Panama kabuğu ekstraktları, quillai ekstraktları, Quillay kabuğu ekstraktları, sabun ağacı kabuğu ekstraktları), Quillaja Saponaria Molina (Q. saponaria) ağacından elde edilen bir maddedir. Quillaja ekstraktı, 100’den fazla triterpenoid saponinden oluşur. İçerdiği başlıca saponinler, kuillaik asidin glikozitleridir. Diğer ana bileşenler polifenoller ve tanenler ile az miktarda tuzlar ve şekerlerdir. Quillaja ekstraktı, Quillaja saponaria ağacının budanan gövde ve dallarının öğütülmüş iç kabuğunun veya odununun sulu ekstraksiyonuyla elde edilir. Quillaja saponin ekstraktları hem yüzey aktif maddeler hem de fenolik bileşikler içerdiğinden, hassas fonksiyonel gıda bileşenlerinin formülasyonu ve oksidasyona karşı korunması açısından olağanüstü ilgi çekicidir.
Sentetik katkı maddeleri içermeyen sağlıklı, doğal ürünlere yönelik artan talep nedeniyle saponinlerin doğal emülgatör olarak kullanımı önemli ölçüde artmaktadır. Quillaja saponinleri, O/W emülsiyonları ve nanoemülsiyonlar için mükemmel emülgatörlerdir ve içecekler ile yağ karışımları gibi çeşitli formülasyonlarda çok iyi etkiler göstermiştir. Quillaja saponin ekstraktının yaygın bir uygulaması, CBD yağlarının, yarı saydam içeceklerin ve köpürtülmüş gıda ürünlerinin emülsifikasyonudur. Quillaja saponinleri tek başına veya diğer emülsifiye edici maddelerle birlikte kullanılabilir.
Q-Naturale®, Quillaja kabuğu saponinlerine dayanan ve FDA tarafından gıda ve içecekler için etkili bir emülgatör olarak onaylanmış bir gıda katkı maddesidir. Quillaja saponinleri, emülgatör olarak kullanımlarının yanı sıra antibakteriyel, antiviral, antifungal, antiparaziter, antitümör, hepatoprotektif ve immünoadjuvan özellikleri nedeniyle farmasötik formülasyonlarda da kullanılır.
- Üstün verim
- Yüksek hızlı ekstraksiyon – dakikalar içinde
- Yüksek kaliteli ekstraktlar – nazik, termal olmayan işlem
- Çevre dostu çözücü (yani su)
- Uygun maliyetli
- Kolay ve güvenli kullanım
- Düşük yatırım ve işletme maliyetleri
- Ağır çalışma koşullarında 24/7 çalışma
- Çevre dostu, ekolojik yöntem
UIP2000hdT ve Karıştırıcı ile Bitkisel Materyallerin 120L Hacimde Ultrasonik Kesikli Ekstraksiyonu
Quillaja Saponinlerinin Ultrasonik Ekstraksiyonuna İlişkin Vaka Çalışması
Gıda ve farmasötik katkı maddesi olarak istenen işlevleri sağlayan yüksek kaliteli bir Quillaja ekstraktı hazırlamak için aktif fitokimyasalların, yani saponinlerin, izole edilmesi gerekir. Quillaja saponini, sabun ağacının kabuğundan izole edilen bir triterpen saponindir. Ultrasonik kavitasyon, katılar ile sıvı arasındaki teması iyileştirerek ve kütle transferini artırarak ekstraksiyonu destekler.
Cares ve ark. çalışmalarında, ultrason destekli ekstraksiyonun (UAE) Quillaja Saponaria Molina ağacından biyoaktif maddelerin ekstraksiyon sürecini iyileştirebileceğini açıkça göstermektedir. Quillaja odunu ve kabuğu yongalarını kullanmış ve saponinleri sonikasyon yoluyla su içinde ekstrakte etmişlerdir; böylece nihai ürün yalnızca doğal bileşenler ve ham maddeler içermiş ve gıda üretim süreçlerinde kullanılabilecek nitelikte olmuştur. Termal olmayan bir ekstraksiyon yöntemi olarak ultrasonik işlem sırasında ekstraksiyon sıcaklığı sürekli 20ºC (68ºF) düzeyinde tutulmuştur. Sonikasyon süresi 10 dakikadan 30 dakikaya çıkarıldığında ekstraksiyon verimleri önemli ölçüde artmıştır. Ultrason destekli ekstraksiyonda 20ºC sıcaklıkta 20 dakikada elde edilen verimler, geleneksel yöntemle 60ºC sıcaklıkta 3 saatlik ekstraksiyonda elde edilenlerle karşılaştırılabilir düzeyde olmuştur.
Ultrasonik cihazlar, emülsiyonu fiziksel ve kimyasal olarak stabilize etmek için Quillaja saponin ekstraktı kullanılarak uzun süre stabil kalan o/w emülsiyonları hazırlamak amacıyla kullanılır. Ultrasonik emülsifikasyon hakkında daha fazla bilgi edinmek için buraya tıklayın!
Yüksek Performanslı Ultrasonik Ekstraktörler
Hielscher Ultrasonics, bitkisel materyallerden yüksek kaliteli ekstraktların üretimi için yüksek performanslı ultrasonik işlemcilerin imalatında uzmanlaşmıştır.
Hielscher markasının geniş ürün portföyü, küçük ve güçlü laboratuvar sonikatörlerinden sağlam tezgâh üstü sistemlere ve tamamen endüstriyel sistemlere kadar uzanır. Bu sistemler, biyoaktif bileşenlerin verimli ekstraksiyonu ve izolasyonu için yüksek yoğunluklu ultrason sağlar (ör. kuersetin, kafein, kurkumin, terpenler vb.). Güçleri 200W ile 16.000W arasında değişen tüm ultrasonik cihazlar, dijital kontrol için renkli bir ekran, otomatik veri kaydı için entegre bir SD kart, tarayıcı üzerinden uzaktan kontrol ve daha birçok kullanıcı dostu özellik sunar. Sonotrotlar ve akış hücreleri (ortamla temas eden parçalar) otoklavlanabilir ve kolayca temizlenebilir. Tüm sonikatörlerimiz 24/7 çalışma için üretilmiştir, az bakım gerektirir ve kullanımları kolay ve güvenlidir.
Dijital renkli ekran, ultrasonik ekipmanın kullanıcı dostu biçimde kontrol edilmesini sağlar. Sistemlerimiz, düşük genliklerden çok yüksek genliklere kadar çalışabilir. Astaksantin gibi kimyasal bileşiklerin ekstraksiyonu için yüksek kaliteli aktif maddelerin hassas izolasyonuna yönelik optimize edilmiş özel ultrasonik sonotrotlar (ultrasonik problar veya hornlar olarak da bilinir) sunuyoruz. Hielscher ultrasonik ekipmanının sağlamlığı, ağır çalışma koşullarında ve zorlu ortamlarda 24/7 çalışmaya olanak tanır.
Ultrasonik proses parametrelerinin hassas kontrolü, tekrarlanabilirlik ve proses standardizasyonu sağlar. Hielscher markasının endüstriyel ölçekli otomatik ultrasonik ekstraksiyon sistemleri, üstün kaliteli ekstraktların yüksek üretim kapasitelerinde elde edilmesini sağlarken aynı zamanda iş gücünü, maliyeti ve enerji kullanımını azaltacak şekilde tasarlanmıştır.
Aşağıdaki tablo, sonikatörlerimizin yaklaşık işleme kapasitesi hakkında bilgi verir:
| Parti Hacmi | Debi | Önerilen Cihazlar |
|---|---|---|
| 1–500mL | 10–200mL/min | UP100H |
| 10–2000mL | 20–400mL/min | UP200Ht, UP400St |
| 0,1–20L | 0,2–4L/min | UIP2000hdT |
| 10–100L | 2–10L/min | UIP4000hdT |
| n.a. | 10–100L/min | UIP16000 |
| n.a. | daha yüksek | Cihaz kümesi: UIP16000 |
Bizimle İletişime Geçin! / Bize Sorun!
Literatür/Kaynaklar
- M. G. Cares, Y. Vargas, L. Gaete, J. Sainz, J. Alarcón (2009): Quillaja Saponaria Molina ağacından biyoaktif maddelerin ultrason destekli ekstraksiyonu. Uluslararası Ultrason Kongresi, 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): Quillaja saponaria ve Quillaja brasiliensis kaynaklı saponinler: Özgül Kimyasal Özellikler ve Biyolojik Aktiviteler. Molecules. 2019 Ocak; 24(1): 171.
- K. Kaur, R. Kumar, S.K. Mehta (2015): Saponinle stabilize edilen nanoemülsiyonun ultrasonik yöntemle formülasyonu ve kuersitinin UV ışığından kaynaklanan bozunmaya karşı korunmasındaki rolü. Ultrasonics Sonochemistry 31, 2015.
- R.R.T. Majinda (2012): Saponinlerin Ekstraksiyonu ve İzolasyonu. İçinde: Satyajit D. Sarker ve Lutfun Nahar (editörler), Doğal Ürünlerin İzolasyonu, Methods in Molecular Biology, Cilt 864, 2012.
- N. Riquelme, R.N. Zúñiga, C. Arancibia (2019): Emülgatör karışımları içeren nanoemülsiyonların fiziksel stabilitesi: tween 80 yerine quillaja saponini kullanımı. LWT – Food Science and Technology 111, 2019. 760–766.
Bilinmesi Gerekenler
Quillaja Ağacı ve Saponinleri Hakkında
Güney Amerika sabun ağacı olarak da bilinen Quillaja Saponaria Molina ağacı, Şili’de doğal olarak ve yaygın biçimde yetişir. Quillaja Saponaria ağacı (Rosaceae familyası), kalın kabuklu, büyük ve her dem yeşil bir ağaçtır; başta Bolivya, Şili ve Peru olmak üzere çeşitli Güney Amerika ülkelerine özgüdür.
Quillaja saponin ekstraktı başlıca saponinlerin yanı sıra polifenoller, tanenler ve az miktarda tuzlar ile şekerler içerir. Quillaja saponinleri, iki şeker zinciri taşıyan bir triterpenik çekirdekten oluşan moleküllerdir. Bu şeker zincirleri saponinlere hidrofilik özellik (= suda çözünebilirlik) kazandırırken triterpenik çekirdek hidrofobiktir (= su itici). Bu özellikleri nedeniyle bir “amphotic tenside” niteliğindedir; bu da saponinleri iyonik olmayan bir yüzey aktif madde hâline getirerek yüzey geriliminin azaltılmasına, hidrofobik ürünlerin sulu çözeltilerde çözünürleştirilmesine ve mikro-/nanoemülsiyonların oluşumuna olanak tanır.
Quillaja ağacında kabuk, yaklaşık %5 ile en yüksek miktarda saponin içerirken odunun saponin içeriği yaklaşık %2 düzeyindedir.
Saponinler, iyi köpürtme ve emülsifiye etme özelliklerine sahip doğal maddeler olduklarından gıda, içecek ve bira endüstrisinde köpürtücü madde, kozmetikte yüzey aktif madde, tarım kimyasalları ve hayvan yemlerinde katkı maddesi ve aşılarda adjuvan olarak sıkça kullanılır.
Quillaja ekstraktlarının üretimi sulu ekstraksiyonla gerçekleştirilir; üretimlerinde başka hiçbir çözücü kullanılmaz. Sıvı veya toz formülasyonda, ham ya da saflaştırılmış ekstrakt olan nihai ürün, yalnızca gıda üretim süreçlerinde kullanımına izin verilen doğal bileşenler ve ham maddeler içerir. (Cares et al. 2009)
Saponinler Nedir?
Saponin sözcüğü, sabun anlamına gelen Latince sapo sözcüğünden türetilmiştir. Saponinler, yalnızca bitkilerde bulunmamakla birlikte başlıca bitkilerde bulunan, köpürme özellikleri gösteren ve bir veya daha fazla şeker yan zincirine bağlı polisiklik aglikonlardan oluşan fitokimyasallardır. Sapogenin olarak da adlandırılan aglikon kısmı, bir steroid (C27) veya bir triterpendir (C30). Saponinlerin köpürme yeteneği, hidrofobik (yağda çözünen) bir sapogenin ile hidrofilik (suda çözünen) bir şeker kısmının birleşiminden kaynaklanır. [Majinda, 2012: p. 515] Yüksek miktarda saponin içeren bitkisel materyaller, geleneksel olarak emülsifiye edici maddeler olarak kullanılmıştır. Saponin bakımından zengin bitkilere belirgin örnekler arasında sabun ağacı kabuğu (Quillaja saponaria; Rosaceae), çöven otu (Saponaria officinalis; Caryophyllaceae) ve shikakai tozu (Gleditsia sinensis; Leguminosae) bulunur. Saponinler, yapılarında lipofilik bir triterpen türeviyle birleşmiş bir veya daha fazla hidrofilik glikozit grubu bulunan, yüksek moleküler ağırlıklı amfipatik glikozitlerdir. Saponinler, bağışıklık yanıtını uyarma yetenekleri de dâhil olmak üzere çeşitli biyolojik özellikleri nedeniyle özellikle ilaç endüstrisinde büyük ilgi görmüş ve adjuvanlar için başlıca adaylar hâline gelmiştir.
Ultrasonik Ekstraksiyon Hakkında Bilmeniz Gereken Her Şey
Ultrason destekli ekstraksiyon (UAE), sonoekstraksiyon olarak da bilinir ve proteinler, vitaminler, polifenoller, doğal pigmentler, lipitler vb. biyoaktif maddeleri bitki matrislerinden izole etmek için kullanılan son derece verimli, çevre dostu bir ekstraksiyon yöntemidir. Ultrasonik ekstraksiyon, akustik kavitasyonun çalışma prensibine dayanır.
Sıvı sistemlere yoğun ultrason dalgaları uygulandığında akustik kavitasyon meydana gelir; bu, vakum kabarcıklarının oluşması, büyümesi ve sonunda çökmesi olgusudur (aşağıdaki görsele bakın). Ultrason dalgalarının yayılması sırasında vakum kabarcıkları, daha fazla enerji soğuramayacakları bir noktaya ulaşana kadar salınır ve büyür. Kabarcıklar en büyük boyutlarına ulaştıklarında şiddetle çöker ve bu durum yerel olarak termal, mekanik ve kimyasal etkilere neden olur. Mekanik etkiler arasında 1000atm düzeyine kadar ulaşan yüksek basınçlar, türbülanslar ve yoğun kesme kuvvetleri bulunur. Bu kuvvetler hücre duvarlarını parçalar ve hücre içi ile çözücü arasındaki kütle transferini destekleyerek biyoaktif bileşiklerin çevredeki sıvıya (yani çözücüye) salınmasını sağlar.
Ultrasonik ekstraksiyon, akustik kavitasyona ve onun hidrodinamik kesme kuvvetlerine dayanır
Bitkisel materyallerden ve hücre dokusundan bileşiklerin ultrasonik katı–sıvı ekstraksiyonu kapsamlı biçimde araştırılmıştır. Çok yüksek yoğunluklu ultrason dalgalarının uygulanması, ekstraksiyon süreçlerini önemli ölçüde destekler. Daha yüksek verimler ve daha kısa ekstraksiyon süresi sağlayan proses yoğunlaştırmasının yanı sıra, ultrasonik işlem termal olmayan bir işlem olduğundan termal bozunma ve sıcaklığa duyarlı bileşenlerin kaybı önlenir. Ayrıca ultrasonik ekstraksiyonun yatırım ve işletme maliyetleri düşüktür; çözücü kullanımını azaltır ve/veya daha çevre dostu çözücülerin kullanımına olanak tanır. Bu özellikler, onu ekonomik ve çevre dostu bir ekstraksiyon tekniği hâline getirir. Geleneksel ekstraksiyon yöntemlerinden daha iyi performans gösteren ultrason destekli ekstraksiyon (UAE) ekonomik kazançlarla biyoaktif maddeler üretmek amacıyla gıda endüstrisinden alınarak benimsenmiştir.
Bitki hücrelerinden ultrasonik ekstraksiyon: Mikroskobik enine kesit (TS), hücrelerden ultrasonik ekstraksiyon sırasında gerçekleşen etkilerin mekanizmasını gösterir (büyütme 2000x) [kaynak: Vilkhu et al. 2011]
Laboratuvardan pilot ve endüstriyel ölçeğe kadar yüksek güçlü ultrasonik işlemciler.