Превъзходни катехинови екстракти с ултразвук
Ултразвукова екстракция на катехини
Ултразвуковата екстракция е нетермична техника, която се основава на прилагането на изцяло механични сили. Нискочестотни ултразвукови вълни с висок интензитет се предават чрез ултразвукова сонда (сонотрод) в течна среда. Интензивните сили на срязване при акустичната кавитация перфорират и разрушават клетъчните мембрани, подобряват масопреноса между вътрешността на клетката и разтворителя и освобождават вътреклетъчните съединения в разтворителя.
В обширния си преглед на методите за екстракция от зелен чай (Camellia sinensis) Banerjee и Chatterjee (2015) установяват, че ултразвуковите устройства със сонда са значително по-ефективни от ултразвуковите вани. Освен това авторите посочват, че ултразвуковата екстракция е предпочитаният метод за извличане на катехини от чай поради повишената ефективност на екстракционния процес при по-ниска температура, което предотвратява термичното разграждане на термочувствителните съединения и запазва лечебната им стойност. Екстракцията при висока температура често води до разграждане на полифенолите и увеличава освобождаването на протеини и пектин, които влошават органолептичното качество на чая чрез образуване на кремообразна утайка. Предимството на ултразвуковата обработка се дължи на нейния нетермичен механизъм. В своето изследване учените демонстрират, че ултразвуковата екстракция може да увеличи добива на полифеноли от чай при 65°C в сравнение с традиционната екстракция при 85°C. Ултразвуковата екстракция обаче работи и при стайна температура. Като нетермична екстракционна техника ултразвуковите устройства прилагат механични сили, за да разкъсат клетките и да освободят биоактивни съединения като полифеноли и катехини в разтворителя с превъзходна ефективност.
Ултразвуковата екстракция осигурява висок добив на висококачествени хранителни вещества. Като нетермичен процес ултразвуковата екстракция избягва загубата на термочувствителни хранителни вещества.
Ултразвуковата екстракция може да се извършва и при стайна температура или в охладени течности. Щракнете тук, за да прочетете повече за студеното приготвяне на чай с ултразвук!
- Без разтворители / на водна основа
- Висок добив при екстракция
- Висококачествени екстракти
- Пълноспектърни екстракти
- Бърз процес
- Екологичен, щадящ околната среда
- Лесна и безопасна работа
- Минимална поддръжка
- Бърза възвръщаемост на инвестицията
Ултразвуков екстрактор UIP2000hdT (2kW) с периодичен реактор с непрекъснато разбъркване
Изследване на ултразвуковата екстракция на катехини
Ултразвуковата екстракция може да се извършва с различни разтворители, включително вода, етанол, смес вода : етанол, изопропанол, растително масло, глицерин и др.
В изследване от 2018 г. Ayyildiz и съавт. сравняват ултразвуковата екстракция с използване на вода и етанол като разтворители с конвенционалния метод за екстракция с гореща вода. За това изследване в пилотен мащаб те използват ултразвуково устройство Hielscher UIP2000hd (2kW, 20kHz) в периодична конфигурация и в конфигурация с непрекъснат поток.
Резултатите показват, че ултразвуковата екстракция с етанол е значително (p < 0,05) по-ефективна за получаване на по-високи добиви на EGCG, EGC, ECG и EC от конвенционалната екстракция с гореща вода и ултразвуковата екстракция на водна основа. При оптимизирани условия на процеса чрез ултразвукова екстракция с етанол е получено почти 100% и 50% повече EGCG в сравнение съответно с конвенционалната екстракция с гореща вода и ултразвуковата екстракция с вода. Оптималните условия за ултразвукова екстракция на EGCG с етанол са 66.53ºC, 43,75 min и 67,81% етанол.
Ултразвуковата екстракция е предпочитаният метод за извличане на катехини от чай поради повишената ефективност на екстракционния процес при по-ниска температура, като същевременно се запазва тяхната антиоксидантна активност.
Високопроизводителни ултразвукови екстрактори
Екстракционните системи на Hielscher Ultrasonics се използват по целия свят в хранителната и фармацевтичната промишленост за търговско производство на висококачествени растителни екстракти, използвани като хранителни добавки и фармацевтични продукти. Независимо дали искате да произвеждате по-малки партиди студено приготвен чай, или да обработвате големи количества висококачествени полифенолни / катехинови екстракти, Hielscher Ultrasonics разполага с подходящия ултразвуков екстрактор за вас. Ултразвуковите устройства са лесни и безопасни за работа. Интуитивният софтуер и цифровото управление чрез сензорен дисплей позволяват прецизен контрол на процеса. Здравината на ултразвуковото оборудване на Hielscher позволява работа 24/7 при голямо натоварване и в тежки условия.
Ултразвуково устройство със сонда UP100H за екстракция на катехини от чаени листа
Стандартизиране на процеса с Hielscher Ultrasonics
Екстрактите за хранителни и фармацевтични приложения трябва да се произвеждат в съответствие с добрите производствени практики (GMP) и при стандартизирани технологични спецификации. Цифровите екстракционни системи на Hielscher Ultrasonics са оборудвани с интелигентен софтуер, който улеснява прецизното задаване и контролиране на процеса на ултразвукова обработка. Автоматичното записване на данни съхранява всички параметри на ултразвуковия процес, като ултразвукова енергия (обща и нетна енергия), амплитуда, температура и налягане (когато са монтирани сензори за температура и налягане), заедно с дата и час върху вградената SD карта. Това ви позволява да преглеждате всяка партида, обработена с ултразвук. Същевременно се осигуряват възпроизводимост и постоянно високо качество на продукта.
Таблицата по-долу дава представа за приблизителния капацитет за обработка на нашите ултразвукови устройства:
| Обем на партидата | Дебит | Препоръчителни устройства |
|---|---|---|
| 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. | по-голям | група от UIP16000 |
Свържете се с нас! / Попитайте ни!
Ултразвукови хомогенизатори с висока мощност от лабораторен до пилотен и промишлен мащаб.
Литература/Източници
- Ayyildiz, Sena Saklar; Karadeniz, Bulent; Sagcanb, Nihan; Bahara, Banu; Us, Ahmet Abdullah; Alasalvar, Cesarettin (2018): Оптимизиране на параметрите за екстракция на епигалокатехин галат от зелен чай чрез конвенционални методи с гореща вода и методи с ултразвуково подпомагане. Food and Bioproducts Processing 111 (2018). 37–44.
- Banerjee, S., Chatterjee, J. (2015): Ефективни стратегии за екстракция на биомолекули от чай (Camellia sinensis). J. Food Sci. Technol. 52, 2015. 3158–3168.
- Martín-García Beatriz; Pasini, Federica; Verardo, Vito; Díaz-de-Cerio, Elixabet; Tylewicz, Urszula; Gómez-Caravaca, Ana María; Caboni Maria Fiorenza (2019): Оптимизиране на екстракцията на проантоцианидини от пивоварна дробина с ултразвуково подпомагане чрез сонотрод. Antioxidants 2019, 8, 282.
- Petigny L., Périno-Issartier S., Wajsman J., Chemat F. (2013): Периодична и непрекъсната екстракция с ултразвуково подпомагане на листа от болдо (Peumus boldus Mol.). International journal of Molecular Science 14, 2013. 5750–5764.
- K.S. Suslick, K. Othmer, „Енциклопедия на химичната технология“; 4-то изд. J. Wiley & Sons: New York, 1998, том 26, стр. 517–541.
Полезни факти
Ултразвукова екстракция – принцип на действие
Ултразвуковата екстракция е механичен метод за освобождаване и изолиране на вътреклетъчни съединения от клетъчни матрици, например растителни клетки. Когато ултразвукови вълни с висока мощност се предават в суспензия (например състояща се от мацерирани растителни частици във вода или разтворител), ултразвуковите вълни с висока енергия генерират кавитация. Явлението кавитация води локално до екстремни температури, налягания, скорости на нагряване/охлаждане, разлики в налягането и големи сили на срязване в средата. Когато кавитационните мехурчета имплодират върху повърхността на твърди тела (като частици, растителни клетки, тъкани и др.), микроструите и сблъсъците между частиците предизвикват ефекти като отлющване на повърхността, ерозия и раздробяване на частиците. Освен това имплозията на кавитационните мехурчета в течни среди създава макротурбулентност и микросмесване.
Ултразвуковото облъчване представлява ефективен начин за подобряване на процесите на масопренос, тъй като ултразвуковата обработка води до кавитация и свързаните с нея механизми, като микродвижения, предизвикани от течни струи, компресия и декомпресия в материала с последващо разрушаване на клетъчните стени, както и високи скорости на нагряване и охлаждане.
Ултразвукова екстракция от растителни клетки: микроскопският напречен срез (TS) показва механизма на действие при ултразвукова екстракция от клетки (увеличение 2000x) [източник: Vilkhu и съавт. 2011]
Ултразвуковата обработка на растителен материал фрагментира матрицата на растителните клетки и подобрява нейната хидратация. Chemat и съавт. (2015) заключават, че ултразвуковата екстракция на биоактивни съединения от растителни суровини е резултат от различни независими или комбинирани механизми, включително фрагментация, ерозия, капилярност, разрушаване на структурата и сонопорация. Тези ефекти разрушават клетъчната стена, подобряват масопреноса чрез вкарване на разтворител в клетката и изтегляне навън на разтворител, съдържащ фитосъединения, и осигуряват движение на течността чрез микросмесване.
Кои са основните предимства на ултразвуковата екстракция?
- Бърз процес и висока производителност
- Ниско потребление на енергия
- Намалени разходи за обработка
- Нетермична технология
- По-висока чистота
- Екологична технология
Акустична кавитация и нейните ефекти
В течността ултразвуковите вълни създават интензивни редуващи се цикли на високо / ниско налягане, които водят до образуване на кавитационни мехурчета. В продължение на няколко цикъла на налягане кавитационните мехурчета нарастват, докато достигнат граница, при която мехурчето не може да поглъща повече енергия. В този момент мехурчето имплодира бурно. По време на имплозията на мехурчето възникват екстремни условия, като високи температури до 5000K, налягания до 2000atm, много високи скорости на нагряване/охлаждане и разлики в налягането. Тъй като динамиката на колапса на мехурчето е по-бърза от масопреноса и топлопреноса, енергията в колабиращата кухина е ограничена в много малка зона, наричана също „гореща точка“. Имплозията на кавитационното мехурче води също до микротурбулентност, течни струи със скорост до 280m/s и произтичащи от тях сили на срязване. Това явление е известно като ултразвукова или акустична кавитация.
Ултразвуковата екстракция се основава на акустичната кавитация и нейните хидродинамични сили на срязване
Катехини
Известно е, че зеленият чай е богат на полифеноли като кафеена киселина, галова киселина, катехин, епикатехин, галокатехин, катехин галат, галокатехин галат, епикатехин галат, епигалокатехин и епигалокатехин галат (EGCG), което прави зеления чай популярна здравословна храна, консумирана като напитка и като екстракт. EGCG е добре познат катехин, който се съдържа в големи количества в изсушените листа на зеления чай (7380 mg на 100 g), белия чай (4245 mg на 100 g) и в по-малки количества в черния чай (936 mg на 100 g). При производството на черен чай катехините се превръщат предимно в теафлавини и теарубигини посредством полифенолоксидази.
Ползи за здравето от епигалокатехин галат (EGCG)
От групата на катехините епигалокатехин галат (EGCG) е най-изследваният и най-обещаващият. От противоракови, антиоксидантни, противовъзпалителни, антифиброзни и антиколагеназни ефекти до стимулиране на имунната система и противодействие на стареенето, EGCG показва множество ползи и затова се приема под формата на напитка от зелен чай, както и под формата на хранителни добавки като капсули, прахове, таблетки и др.
Научни изследвания предполагат, че катехини като епигалокатехин галат (EGCG) биха могли да намалят възпалението и могат да предотвратят определени хронични заболявания, като сърдечни заболявания, диабет и някои форми на рак.
EGCG и неговите противоракови ефекти
Тъй като ракът често е животозастрашаващо заболяване, противораковите свойства на EGCG са обект на интензивни изследвания. Проучванията предполагат, че EGCG може да потиска туморогенезата чрез намаляване или елиминиране на ефектите на канцерогените. Има данни, които предполагат, че EGCG предотвратява индуцираната от диетилнитрозамин туморогенеза на черния дроб, свързана със затлъстяването, като инхибира оста IGF/IGF-1R, подобрява състоянието на хиперинсулинемия и отслабва хроничното възпаление. Друг механизъм на противораковото действие на EGCG е инхибирането на ангиогенезата и по този начин ограничаването на туморната пролиферация.
EGCG и неговите антиоксидантни ефекти
В човешкото тяло протичат безброй антиоксидантни процеси, които допринасят за здравето, силата и доброто състояние. EGCG е антиоксидант. Антиоксидантите могат да предпазват от клетъчно увреждане, като улавят свободните радикали и ги неутрализират. Фенолните пръстени в структурата на EGCG действат като уловители на електрони и свободни радикали, инхибират образуването на реактивни кислородни видове и по този начин намаляват уврежданията, причинени от оксидативен стрес.
EGCG и неговите противовъзпалителни ефекти
Възпалението може да бъде причинено от заболяване, хроничен стрес и замърсяване на околната среда. Организмът реагира на такива стресови фактори с възпаление, което се характеризира с натрупване на голям брой имунни клетки в местата на възпаление, освобождаване на провъзпалителни цитокини и реактивни кислородни/азотни видове (ROS/RNS). ROS/RNS са свързани с активирането на транскрипционния фактор NF-B и активаторния протеин-(AP-)1. След активиране NF-jB и AP-1 преминават от цитоплазмата в ядрото и повишават експресията на различни гени, свързани с възпалението, което впоследствие причинява засилен възпалителен отговор и увреждане на тъканите.
EGCG инхибира предаването на NF-B и AP-1, така че експресията на iNOS и COX-2 се понижава главно чрез улавяне на азотен оксид, пероксинитрит и други ROS/RNS, а производството на възпалителни фактори се намалява.
EGCG и неговите ефекти върху стимулирането на остеогенезата
Остеопорозата е тежко заболяване, характеризиращо се с дегенерация на костната матрица и загуба на костна плътност. EGCG проявява регулаторни ефекти върху костния метаболизъм. EGCG може да индуцира апоптоза на остеокластите и да инхибира образуването на остеокласти, като блокира образуването на NF-B и IL-1b. Освен това може да стимулира образуването на минерализирани костни възли.
[срв. Chenyu Chu; Jia Deng; Yi Man; Yili Qu (2017): Епигалокатехин-3-галат от екстракти от зелен чай за различни лечения. BioMed Research International Vol. 2017]