Vynikající extrakty katechinů pomocí ultrazvuku

Fakta, která stojí za to znát

Ultrazvuková extrakce – princip fungování

Ultrazvuková extrakce je mechanická metoda k uvolnění a izolaci intracelulárních sloučenin z buněčných matric, jako jsou rostlinné buňky. Když jsou vysoce výkonné ultrazvukové vlny přenášeny do suspenze (např. tvořené macerovanými rostlinnými částicemi ve vodě nebo rozpouštědle), vysoce energetické ultrazvukové vlny vytvářejí kavitaci. Jev kavitace vede lokálně k extrémním teplotám, tlakům, rychlostem ohřevu/ochlazování, tlakovým rozdílům a vysokým smykovým silám v médiu. Když kavitační bubliny implodují na povrchu pevných látek (jako jsou částice, rostlinné buňky, tkáně atd.), mikroproudy a srážky mezi částicemi vyvolávají efekty, jako je odlupování povrchu, eroze a rozpad částic. Imploze kavitačních bublin v kapalných médiích navíc vytváří makroturbulence a mikromísení.
Ultrazvukové ozařování představuje účinný způsob, jak zlepšit procesy přenosu hmoty, protože sonikace vede ke kavitaci a s ní souvisejícím mechanismům, jako je mikropohyb způsobený kapalinovými proudy, komprese a dekomprese v materiálu s následným narušením buněčných stěn, a také k vysokým rychlostem ohřevu a ochlazování.

Ultrazvuková extrakce z rostlinných buněk: mikroskopický příčný řez (TS) ukazuje mechanismus působení během ultrazvukové extrakce z buněk (zvětšení 2000x) [zdroj: Vilkhu et al. 2011]

Sonikace rostlinného materiálu fragmentuje matrici rostlinných buněk a zlepšuje její hydrataci. Chemat et al. (2015) dospěli k závěru, že ultrazvuková extrakce bioaktivních sloučenin z rostlinných materiálů je výsledkem různých nezávislých nebo kombinovaných mechanismů včetně fragmentace, eroze, kapilarity, detexturace a sonoporace. Tyto účinky narušují buněčnou stěnu, zlepšují přenos hmoty tím, že vtlačují rozpouštědlo do buňky a odsávají rozpouštědlo nasycené fytosloučeninami ven, a zajišťují pohyb kapaliny mikromísením.

Jaké jsou hlavní výhody ultrazvukové extrakce?

• Rychlý proces a vysoký výstup
• Nízká spotřeba energie
• Snížené náklady na zpracování
• Netepelná technologie
• Vyšší čistota
• Zelená technologie

Akustická kavitace a její účinky

V kapalině vytvářejí ultrazvukové vlny intenzivní střídající se cykly vysokého / nízkého tlaku, které vedou ke vzniku kavitačních bublin. V průběhu několika tlakových cyklů kavitační bubliny rostou, dokud nedosáhnou meze, kdy bublina již nemůže absorbovat více energie. V tomto okamžiku bublina prudce imploduje. Během imploze bubliny vznikají extrémní podmínky, jako jsou vysoké teploty až 5000K, tlaky až 2000atm, velmi vysoké rychlosti ohřevu/ochlazování a tlakové rozdíly. Protože dynamika kolapsu bubliny je rychlejší než přenos hmoty a tepla, energie v kolabující dutině je soustředěna do velmi malé zóny, nazývané také „hot spot“. Imploze kavitační bubliny má za následek také mikroturbulence, kapalinové proudy o rychlosti až 280m/s a z nich vyplývající smykové síly. Tento jev je známý jako ultrazvuková neboli akustická kavitace.

Ultrazvuková extrakce je založena na akustické kavitaci a jejích hydrodynamických smykových silách

Katechiny

Zelený čaj je známý tím, že je bohatý na polyfenoly, jako jsou kyselina kávová, kyselina gallová, katechin, epikatechin, galokatechin, katechin-galát, galokatechin-galát, epikatechin-galát, epigalokatechin a epigalokatechin-galát (EGCG), díky čemuž je zelený čaj oblíbenou zdravou potravinou konzumovanou jako nápoj i jako extrakt. EGCG je známý katechin, který je ve vysokém množství přítomen v sušených listech zeleného čaje (7380 mg na 100 g), bílého čaje (4245 mg na 100 g) a v menším množství v černém čaji (936 mg na 100 g). Při výrobě černého čaje se katechiny působením polyfenoloxidáz převážně přeměňují na theaflaviny a thearubiginy.

Zdravotní přínosy epigalokatechin-galátu (EGCG)

Ze skupiny katechinů je epigalokatechin-galát (EGCG) nejvíce zkoumaný a nejslibnější. Od protirakovinných, antioxidačních, protizánětlivých, antifibrotických a antikolagenázových účinků až po posílení imunitního systému a účinky proti stárnutí vykazuje EGCG mnoho přínosů, a proto se konzumuje ve formě nápoje ze zeleného čaje i ve formě doplňků stravy, jako jsou kapsle, prášky, tablety atd.
Výzkumné studie naznačují, že katechiny jako epigalokatechin-galát (EGCG) by mohly snižovat zánět a mohou předcházet určitým chronickým onemocněním, jako jsou srdeční choroby, diabetes a některé formy rakoviny.

EGCG a jeho protirakovinné účinky

Protože rakovina je často život ohrožující onemocnění, protirakovinné vlastnosti EGCG jsou předmětem intenzivního výzkumu. Studie naznačují, že EGCG může inhibovat tumorigenezi snížením nebo eliminací účinků karcinogenů. Existují zjištění naznačující, že EGCG předchází diethylnitrosaminem indukované tumorigenezi jater související s obezitou, a to inhibicí osy IGF/IGF-1R, zlepšením hyperinzulinemie a zmírněním chronického zánětu. Dalším mechanismem protirakovinného účinku EGCG je inhibice angiogeneze, a tím omezení proliferace nádoru.

EGCG a jeho antioxidační účinky

V lidském těle probíhá nespočet antioxidačních procesů, které přispívají ke zdraví, síle a pohodě. EGCG je antioxidant. Antioxidanty mohou chránit před poškozením buněk tím, že vychytávají volné radikály a neutralizují je. Fenolová jádra ve struktuře EGCG působí jako elektronové pasti a lapače volných radikálů, inhibují tvorbu reaktivních forem kyslíku, a tím snižují poškození způsobená oxidačním stresem.

EGCG a jeho protizánětlivé účinky

Zánět může být způsoben nemocí, chronickým stresem a znečištěním životního prostředí. Tělo reaguje na takové stresové faktory zánětem, který je charakterizován agregací velkého počtu imunitních buněk v místech zánětu, uvolňováním prozánětlivých cytokinů a reaktivních forem kyslíku/dusíku (ROS/RNS). ROS/RNS souvisejí s aktivací transkripčního faktoru NF-B a aktivátorového proteinu-(AP-)1. Po aktivaci se NF-jB a AP-1 přesouvají z cytoplazmy do jádra a zvyšují expresi různých zánětlivých genů, což následně způsobuje zesílenou zánětlivou odpověď a poškození tkání.
EGCG inhibuje přenos NF-B a AP-1, takže exprese iNOS a COX-2 je snížena, a to hlavně vychytáváním oxidu dusnatého, peroxynitritu a dalších ROS/RNS, a produkce zánětlivých faktorů je snížena.

EGCG a jeho účinky na podporu osteogeneze

Osteoporóza je závažné onemocnění charakterizované degenerací kostní matrix a úbytkem kostní hustoty. EGCG vykazuje regulační účinky na kostní metabolismus. EGCG může indukovat apoptózu osteoklastů a inhibovat tvorbu osteoklastů blokováním tvorby NF-B a IL-1b. Kromě toho může podporovat tvorbu mineralizovaných kostních uzlíků.
[srov. Chenyu Chu; Jia Deng; Yi Man; Yili Qu (2017): Green Tea Extracts Epigallocatechin-3-gallate for Different Treatments. BioMed Research International Vol. 2017]