Vynikající extrakty z katechinů s ultrazvukem

Fakta, která stojí za to vědět

Ultrazvuková extrakce – Pracovní princip

Ultrazvuková extrakce je mechanická metoda uvolňování a izolace intracelulární sloučeniny z buněčných matic, jako jsou rostlinné buňky. Když jsou ultrazvukové vlny s vysokým výkonem spojeny do suspenze (např. skládající se z macerovaných rostlinných částic ve vodě nebo rozpouštědle), vysoce energetické ultrazvukové vlny generují kavitaci. Fenomén kavitace vede lokálně k extrémním teplotám, tlakům, rychlostem ohřevu/chlazení, tlakovým rozdílům a vysokým smykovým silám v médiu. Když kavitační bubliny implodují na povrchu pevných látek (jako jsou částice, rostlinné buňky, tkáně atd.), mikrotrysky a interpartikulární srážky generují efekty, jako je odlupování povrchu, eroze a rozpad částic. Imploze kavitačních bublin v kapalných médiích navíc vytváří makroturbulence a mikromíchání.
Ultrazvukové ozařování představuje účinný způsob, jak zlepšit procesy přenosu hmoty, protože sonikace má za následek kavitaci a související mechanismy, jako je mikropohyb kapalinovými tryskami, komprese a dekomprese v materiálu s následným narušením buněčných stěn, stejně jako vysoké rychlosti zahřívání a chlazení.

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

Ultrazvuku rostlinného materiálu fragmentuje matrici rostlinných buněk a zvyšuje její hydrataci. Chemat et al. (2015) dospěli k závěru, že ultrazvuková extrakce bioaktivních sloučenin z rostlin je výsledkem různých nezávislých nebo kombinovaných mechanismů, včetně fragmentace, eroze, kapiláry, detexturace a sonoporace. Tyto účinky narušují buněčnou stěnu, zlepšují přenos hmoty tím, že tlačí rozpouštědlo do buňky a odsávají rozpouštědlo naložené fytosloučeninami, a zajišťují pohyb kapaliny mikromícháním.

Jaké jsou hlavní výhody ultrazvukové extrakce?

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

Akustická kavitace a její účinky

V kapalině vytvářejí ultrazvukové vlny intenzivní střídavý vysoký tlak? nízkotlaké cykly, které mají za následek tvorbu kavitačních bublin. Během několika tlakových cyklů kavitační bubliny rostou, dokud nedosáhnou limitu, kdy bublina nemůže absorbovat více energie. V tomto okamžiku bublina prudce imploduje. Během imploze bublin dochází k extrémním podmínkám, jako jsou vysoké teploty až 5000 K, tlaky až 2000 atm, velmi vysoké rychlosti ohřevu/chlazení a tlakové rozdíly. Vzhledem k tomu, že dynamika kolapsu bublin je rychlejší než přenos hmoty a tepla, energie v hroutící se dutině je omezena na velmi malou zónu, nazývanou také “žhavé místo”. Imploze kavitační bubliny má také za následek mikroturbulence, kapalné trysky o rychlosti až 280 m/s a výsledné smykové síly. Tento jev je známý jako ultrazvuková nebo akustická kavitace.

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

Katechiny

Je známo, že zelený čaj je bohatý na polyfenoly, jako je kyselina kávová, kyselina gallová, katechin, epikatechin, galokatechin, galokatechin, galokatechin galát, epikatechin galát, epigalokatechin galát a epigalokatechin galát (EGCG), díky čemuž je zelený čaj oblíbenou zdravou potravinou konzumovanou jako nápoj a jako extrakt. EGCG je známý katechin, který je přítomen ve velkém množství 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). Během výroby černého čaje se katechiny většinou přeměňují na theaflaviny a thearubiginy prostřednictvím polyfenoloxidáz.

Zdravotní přínosy epigalokatechin galátu (EGCG)

Ze skupiny katechinů je epigalokatechin galát (EGCG) nejvíce prozkoumaný a nejslibnější. Od protirakovinných, antioxidačních, protizánětlivých, antifibrózních, antikolagenázových až po účinky na posílení imunitního systému a proti stárnutí, EGCG vykazuje mnoho výhod, 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 je epigalokatechin galát (EGCG), mohou snížit zánět a mohou zabránit některým chronickým onemocněním, jako jsou srdeční choroby, cukrovka a některé formy rakoviny.

EGCG a jeho protirakovinné účinky

Vzhledem k tomu, že rakovina je často život ohrožující onemocnění, protirakovinné vlastnosti EGCG jsou předmětem intenzivního výzkumu. Studie naznačují, že EGCG může inhibovat tumorigenezi snížením nebo odstraněním karcinogenních účinků. Existují zjištění naznačující, že EGCG zabraňuje tumorigenezi jater vyvolané diethylnitrosaminem související s obezitou inhibicí osy IGF / IGF-1R, zlepšením hyperinzulinémie a zmírněním chronického zánětu. Dalším mechanismem protirakovinného účinku EGCG je inhibice angiogeneze a tím omezení proliferace nádorů.

EGCG a jeho antioxidační účinky

V lidském těle se vyskytují nesčetné antioxidační procesy, které přispívají ke zdraví, síle a pohodě. EGCG je antioxidant. Antioxidanty mohou chránit před poškozením buněk tím, že vychytávají volné radikály a neutralizují je. Fenolové kruhy ve struktuře EGCG působí jako elektronové pasti a lapače volných radikálů, inhibují tvorbu reaktivních forem kyslíku a snižují tak škody způsobené oxidačním stresem.

EGCG a jeho protizánětlivé účinky

Zánět může být způsoben nemocí, chronickým stresem a znečištěním životního prostředí. Tělo na tyto stresové faktory reaguje zánětem, který je charakterizován shlukováním velkého počtu imunitních buněk v místech zánětu, uvolňováním prozánětlivých cytokinů a reaktivních forem kyslíku/dusíku (ROS/RNS). ROS/RNS souvisí s aktivací transkripčního faktoru NF-B a aktivátorového proteinu-(AP-)1. Po aktivaci se NF-jB a AP-1 přenášejí z cytoplazmy do jádra a upregulují různé zánětlivé genové exprese, které následně způsobují zhoršenou zánětlivou reakci a poškození tkáně.
EGCG inhibuje přenos NF-B a AP-1, takže exprese iNOS a COX-2 je snížena 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 ztrátou kostní denzity. EGCG vykazuje regulační účinky na metabolismus kostí. EGCG může indukovat apoptózu osteoklastů a inhibovat tvorbu osteoklastů blokováním tvorby NF-B a IL-1b. Kromě toho může podporovat tvorbu mineralizovaných kostních uzlin.
[srov. Chenyu Chu; Ťia Teng; Yi Man; Yili Qu (2017): Zelený čaj extrahuje epigalokatechin-3-galát pro různé způsoby léčby. BioMed Research International Vol. 2017]