Vrhunski ekstrakti katehina uz ultrazvuk
Ultrazvučna ekstrakcija katehina
Ultrazvučna ekstrakcija je netermička tehnika koja se temelji na primjeni čisto mehaničkih sila. Ultrazvučni talasi niske frekvencije i visokog intenziteta uvode se u tečni medij putem ultrazvučne sonde (sonotrode). Intenzivne smične sile akustične kavitacije perforiraju i razaraju ćelijske membrane, pospješuju prijenos mase između unutrašnjosti ćelije i otapala te oslobađaju intracelularne spojeve u otapalo.
U svom opsežnom pregledu metoda ekstrakcije iz zelenog čaja (Camellia sinensis), Banerjee i Chatterjee (2015) su utvrdili da su ultrazvučni uređaji sa sondom znatno efikasniji od ultrazvučnih kupelji. Nadalje, autori navode da je ultrazvučna ekstrakcija preferirani način ekstrakcije katehina čaja zbog povećane efikasnosti procesa ekstrakcije na nižoj temperaturi, što sprječava termičku razgradnju spojeva osjetljivih na toplotu i čuva njihovu ljekovitu vrijednost. Ekstrakcija na visokoj temperaturi često dovodi do razgradnje polifenola i povećava oslobađanje proteina i pektina, koji ometaju organoleptički kvalitet čaja stvaranjem kreme. Prednost ultrazvučne obrade (sonikacije) leži u njenom netermičkom mehanizmu. U svojoj studiji istraživači su pokazali da ultrazvučna ekstrakcija može povećati prinos polifenola čaja na 65°C u poređenju s tradicionalnom ekstrakcijom na 85°C. Međutim, ultrazvučna ekstrakcija radi i na sobnoj temperaturi. Kao netermička tehnika ekstrakcije, sonikatori primjenjuju mehaničke sile da razbiju ćeliju i oslobode bioaktivne spojeve poput polifenola i katehina u otapalo s vrhunskom efikasnošću.
Ultrazvučna ekstrakcija daje visok prinos visokokvalitetnih nutrijenata. Kao netermički proces, ultrazvučna ekstrakcija izbjegava gubitak nutrijenata osjetljivih na toplotu.
Ultrazvučna ekstrakcija može se provoditi i na sobnoj temperaturi ili u ohlađenim tečnostima. Kliknite ovdje da saznate više o ultrazvučno hladno kuhanom čaju!
- Bez otapala / na bazi vode
- Visok prinos ekstrakcije
- Ekstrakti visokog kvaliteta
- Ekstrakti punog spektra
- Brz proces
- Zeleno, ekološki prihvatljivo
- Jednostavan i siguran rad
- Nisko održavanje
- Brz povrat investicije (RoI)
Ultrazvučni ekstraktor UIP2000hdT (2kW) s kontinuirano miješanim šaržnim reaktorom
Studija slučaja ultrazvučne ekstrakcije katehina
Ultrazvučna ekstrakcija može se provoditi korištenjem različitih otapala, uključujući vodu, etanol, mješavinu vode i etanola, izopropanol, biljno ulje, glicerin itd.
U studiji iz 2018. godine, Ayyildiz i saradnici uporedili su ultrazvučnu ekstrakciju s vodom i etanolom kao otapalima s konvencionalnom metodom ekstrakcije vrućom vodom. Za ovu studiju u pilot mjerilu koristili su ultrazvučni uređaj Hielscher UIP2000hd (2kW, 20kHz) u šaržnoj postavci i postavci s kontinuiranim protokom.
Rezultati su pokazali da je ultrazvučna ekstrakcija s etanolom bila značajno (p < 0,05) efikasnija u ekstrakciji viših prinosa EGCG, EGC, ECG i EC nego konvencionalna ekstrakcija vrućom vodom i ultrazvučna ekstrakcija na bazi vode. Pod optimiziranim uvjetima procesa, ultrazvučnom ekstrakcijom etanolom dobiveno je gotovo 100% odnosno 50% više EGCG-a nego konvencionalnom ekstrakcijom vrućom vodom, odnosno ultrazvučnom ekstrakcijom s vodom. Optimalni uvjeti za ultrazvučnu ekstrakciju EGCG-a etanolom bili su 66.53ºC, 43,75 min i 67,81% etanola.
Ultrazvučna ekstrakcija je preferirani način ekstrakcije katehina čaja zbog povećane efikasnosti procesa ekstrakcije na nižoj temperaturi uz očuvanje njihove antioksidativne aktivnosti.
Visokoučinkoviti ultrazvučni ekstraktori
Ekstrakcijski sistemi Hielscher Ultrasonics koriste se širom svijeta u prehrambenoj i farmaceutskoj industriji za komercijalnu proizvodnju visokokvalitetnih biljnih ekstrakata koji se koriste kao dodaci prehrani i farmaceutski proizvodi. Bilo da želite proizvoditi manje šarže hladno kuhanog čaja ili obrađivati velike količine visokokvalitetnih ekstrakata polifenola / katehina, Hielscher Ultrasonics ima odgovarajući ultrazvučni ekstraktor za vas. Ultrazvučni uređaji su laki i sigurni za rukovanje. Intuitivni softver i digitalno upravljanje putem ekrana osjetljivog na dodir omogućavaju preciznu kontrolu procesa. Robusnost ultrazvučne opreme Hielscher omogućava rad 24/7 pod velikim opterećenjem i u zahtjevnim okruženjima.
Ultrazvučni uređaj sa sondom UP100H za ekstrakciju katehina iz listova čaja
Standardizacija procesa uz Hielscher Ultrasonics
Ekstrakti prehrambene i farmaceutske kvalitete trebaju se proizvoditi u skladu s dobrom proizvođačkom praksom (GMP) i prema standardiziranim specifikacijama obrade. Digitalni ekstrakcijski sistemi kompanije Hielscher Ultrasonics isporučuju se s inteligentnim softverom koji omogućava jednostavno i precizno podešavanje i kontrolu procesa ultrazvučne obrade (sonikacije). Automatsko bilježenje podataka upisuje sve ultrazvučne procesne parametre, kao što su ultrazvučna energija (ukupna i neto energija), amplituda, temperatura i pritisak (kada su ugrađeni senzori temperature i pritiska), s datumom i vremenskom oznakom na ugrađenu SD karticu. To vam omogućava da pregledate svaku ultrazvučno obrađenu šaržu. Istovremeno su osigurani reproducibilnost i kontinuirano visok kvalitet proizvoda.
Tabela u nastavku daje orijentacijski prikaz približnog kapaciteta obrade naših ultrazvučnih uređaja:
| Volumen šarže | Protok | Preporučeni uređaji |
|---|---|---|
| 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. | veći | klaster uređaja UIP16000 |
Kontaktirajte nas! / Pitajte nas!
Ultrazvučni homogenizatori velike snage od laboratorijskog do pilot i industrijskog mjerila.
Literatura/reference
- Ayyildiz, Sena Saklar; Karadeniz, Bulent; Sagcanb, Nihan; Bahara, Banu; Us, Ahmet Abdullah; Alasalvar, Cesarettin (2018): Optimizing the extraction parameters of epigallocatechin gallate using conventional hot water and ultrasound assisted methods from green tea. Food and Bioproducts Processing 111 (2018). 37–44.
- Banerjee, S., Chatterjee, J. (2015): Efficient extraction strategies of tea (Camellia sinensis) biomolecules. 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): Optimization of Sonotrode Ultrasonic-Assisted Extraction of Proanthocyanidins from Brewers’ Spent Grains. Antioxidants 2019, 8, 282.
- Petigny L., Périno-Issartier S., Wajsman J., Chemat F. (2013): Batch and Continuous Ultrasound Assisted Extraction of Boldo Leaves (Peumus boldus Mol.). International journal of Molecular Science 14, 2013. 5750-5764.
- K.S. Suslick, K. Othmer, “Encyclopaedia of Chemical Technology”; 4. izd. J. Wiley & Sons: New York, 1998, sv. 26, str. 517-541.
Činjenice vrijedne znanja
Ultrazvučna ekstrakcija – princip rada
Ultrazvučna ekstrakcija je mehanička metoda za oslobađanje i izolaciju intracelularnih spojeva iz ćelijskih matrica, kao što su biljne ćelije. Kada se ultrazvučni talasi velike snage uvedu u suspenziju (npr. koja se sastoji od usitnjenih biljnih čestica u vodi ili otapalu), visokoenergetski ultrazvučni talasi stvaraju kavitaciju. Fenomen kavitacije lokalno dovodi do ekstremnih temperatura, pritisaka, brzina zagrijavanja/hlađenja, razlika pritisaka i visokih smičnih sila u mediju. Kada kavitacijski mjehurići implodiraju na površini čvrstih tvari (kao što su čestice, biljne ćelije, tkiva itd.), mikromlazevi i sudari među česticama stvaraju učinke kao što su ljuštenje površine, erozija i razgradnja čestica. Osim toga, implozija kavitacijskih mjehurića u tečnim medijima stvara makroturbulencije i mikromiješanje.
Ultrazvučno zračenje predstavlja efikasan način za pospješivanje procesa prijenosa mase, budući da sonikacija rezultira kavitacijom i njoj srodnim mehanizmima, kao što su mikrokretanje tečnim mlazevima, kompresija i dekompresija u materijalu s posljedičnim razaranjem ćelijskih zidova, kao i velike brzine zagrijavanja i hlađenja.
Ultrazvučna ekstrakcija iz biljnih ćelija: mikroskopski poprečni presjek (TS) prikazuje mehanizam djelovanja tokom ultrazvučne ekstrakcije iz ćelija (uvećanje 2000x) [izvor: Vilkhu et al. 2011]
Ultrazvučna obrada biljnog materijala usitnjava matricu biljnih ćelija i pospješuje njenu hidrataciju. Chemat et al. (2015) zaključuju da je ultrazvučna ekstrakcija bioaktivnih spojeva iz biljnih sirovina rezultat različitih nezavisnih ili kombiniranih mehanizama, uključujući fragmentaciju, eroziju, kapilarnost, deteksturaciju i sonoporaciju. Ovi učinci razaraju ćelijski zid, poboljšavaju prijenos mase potiskivanjem otapala u ćeliju i izvlačenjem otapala opterećenog fitospojevima, te osiguravaju kretanje tečnosti mikromiješanjem.
Koje su glavne prednosti ultrazvučne ekstrakcije?
- Brz proces i visok izlaz
- Niska potrošnja energije
- Smanjeni troškovi obrade
- Netermička tehnologija
- Veća čistoća
- Zelena tehnologija
Akustična kavitacija i njeni učinci
U tečnosti ultrazvučni talasi stvaraju intenzivne naizmjenične cikluse visokog i niskog pritiska, što rezultira stvaranjem kavitacijskih mjehurića. Tokom nekoliko ciklusa pritiska kavitacijski mjehurići rastu sve dok ne dostignu granicu na kojoj mjehurić ne može apsorbirati više energije. U toj tački mjehurić silovito imploidira. Tokom implozije mjehurića nastaju ekstremni uvjeti, kao što su visoke temperature do 5000K, pritisci do 2000atm, vrlo velike brzine zagrijavanja/hlađenja i razlike pritisaka. Budući da je dinamika kolapsa mjehurića brža od prijenosa mase i toplote, energija u kolabirajućoj šupljini ograničena je na vrlo malu zonu, koja se naziva i „vruća tačka“. Implozija kavitacijskog mjehurića također rezultira mikroturbulencijama, tečnim mlazevima brzine do 280m/s i posljedičnim smičnim silama. Ovaj fenomen poznat je kao ultrazvučna ili akustična kavitacija.
Ultrazvučna ekstrakcija temelji se na akustičnoj kavitaciji i njenim hidrodinamičkim smičnim silama
Katehini
Poznato je da je zeleni čaj bogat polifenolima kao što su kafeinska kiselina, galna kiselina, katehin, epikatehin, galokatehin, katehin galat, galokatehin galat, epikatehin galat, epigalokatehin i epigalokatehin galat (EGCG), zbog čega je zeleni čaj popularna zdrava hrana koja se konzumira kao napitak i kao ekstrakt. EGCG je dobro poznat katehin koji je prisutan u velikim količinama u sušenim listovima zelenog čaja (7380 mg na 100 g), bijelog čaja (4245 mg na 100 g), a u manjim količinama u crnom čaju (936 mg na 100 g). Tokom proizvodnje crnog čaja katehini se uglavnom pretvaraju u teaflavine i tearubigine djelovanjem polifenol oksidaza.
Zdravstvene koristi epigalokatehin galata (EGCG)
Od grupe katehina, epigalokatehin galat (EGCG) je najviše istraživan i najobećavajući. Od antikancerogenih, antioksidativnih, protuupalnih, antifibroznih i antikolagenaznih učinaka do jačanja imunološkog sistema i učinaka protiv starenja, EGCG pokazuje mnoge koristi i zato se konzumira u obliku napitka od zelenog čaja, kao i u obliku dodataka prehrani poput kapsula, praškova, tableta itd.
Istraživačke studije sugeriraju da bi katehini poput epigalokatehin galata (EGCG) mogli smanjiti upalu i mogu spriječiti određena kronična stanja, kao što su bolesti srca, dijabetes i neki oblici raka.
EGCG i njegovi antikancerogeni učinci
Budući da je rak često životno opasna bolest, antikancerogena svojstva EGCG-a intenzivno se istražuju. Studije sugeriraju da EGCG može inhibirati tumorigenezu smanjenjem ili uklanjanjem učinaka karcinogena. Postoje nalazi koji sugeriraju da EGCG sprječava tumorigenezu jetre povezanu s gojaznošću, induciranu dietilnitrozaminom, inhibiranjem osi IGF/IGF-1R, poboljšanjem hiperinsulinemije i ublažavanjem kronične upale. Drugi mehanizam antikancerogenog učinka EGCG-a je inhibicija angiogeneze i time suzbijanje proliferacije tumora.
EGCG i njegovi antioksidativni učinci
Bezbrojni antioksidativni procesi odvijaju se u ljudskom tijelu i doprinose zdravlju, snazi i dobrobiti. EGCG je antioksidans. Antioksidansi mogu zaštititi od ćelijskih oštećenja uklanjanjem slobodnih radikala i njihovom neutralizacijom. Fenolni prstenovi u strukturi EGCG-a djeluju kao zamke za elektrone i hvatači slobodnih radikala, inhibiraju stvaranje reaktivnih kisikovih vrsta i time smanjuju oštećenja uzrokovana oksidativnim stresom.
EGCG i njegovi protuupalni učinci
Upalu mogu uzrokovati bolest, kronični stres i zagađenje okoliša. Tijelo na takve stresne faktore reagira upalom, koju karakterizira nakupljanje velikog broja imunoloških ćelija na upalnim mjestima, oslobađanje proupalnih citokina i reaktivnih vrsta kisika/dušika (ROS/RNS). ROS/RNS povezani su s aktivacijom transkripcijskog faktora NF-B i aktivatorskog proteina-(AP-)1. Nakon aktivacije, NF-jB i AP-1 prelaze iz citoplazme u jezgru i pojačavaju ekspresiju niza upalnih gena, što posljedično uzrokuje pojačan upalni odgovor i oštećenje tkiva.
EGCG inhibira transmisiju NF-B i AP-1 tako da se ekspresija iNOS-a i COX-2 smanjuje, uglavnom uklanjanjem dušikovog oksida, peroksinitrita i drugih ROS/RNS, te se smanjuje stvaranje upalnih faktora.
EGCG i njegovi učinci na promicanje osteogeneze
Osteoporoza je teška bolest koju karakterizira degeneracija koštanog matriksa i gubitak koštane gustoće. EGCG pokazuje regulatorne učinke na koštani metabolizam. EGCG može inducirati apoptozu osteoklasta i inhibirati stvaranje osteoklasta blokiranjem stvaranja NF-B i IL-1b. Nadalje, može promicati stvaranje mineraliziranih koštanih nodula.
[usp. Chenyu Chu; Jia Deng; Yi Man; Yili Qu (2017): Green Tea Extracts Epigallocatechin-3-gallate for Different Treatments. BioMed Research International Vol. 2017]