Qualitativ-hochwertige Catechin-Extrakte mittels Ultraschall

Wissenswertes

Ultraschall-Extraktion – Funktionsprinzip

Die Ultraschallextraktion ist ein mechanisches Verfahren zur Freisetzung und Isolierung intrazellulärer Verbindungen aus Zellmatrizen wie Pflanzenzellen. Wenn Hochleistungs-Ultraschallwellen in eine Aufschlämmung (z. B. aus mazerierten Pflanzenpartikeln in Wasser oder Lösungsmittel) eingekoppelt werden, erzeugen die hochenergetischen Ultraschallwellen Kavitation. Das Phänomen der Kavitation führt lokal zu extremen Temperaturen, Drücken, Erwärmungs- und Abkühlungsraten, Druckunterschieden und hohen Scherkräften im Medium. Wenn Kavitationsblasen auf der Oberfläche von Festkörpern (wie Partikeln, Pflanzenzellen, Gewebe usw.) implodieren, führen Mikrostrahlen und Kollisionen zwischen den Partikeln zu Effekten wie Oberflächenablösung, Erosion und Partikelzerfall. Außerdem führt die Implosion von Kavitationsblasen in flüssigen Medien zu Makroturbulenzen und Mikrovermischung.
Die Beschallung mit Ultraschall ist ein wirksames Mittel zur Verbesserung der Stoffübertragungsprozesse, da die Beschallung zu Kavitation und den damit verbundenen Mechanismen wie Mikrobewegung durch Flüssigkeitsstrahlen, Kompression und Dekompression im Material mit anschließender Zersetzung der Zellwände sowie zu hohen Heiz- und Kühlraten führt.

Ultraschallextraktion aus Pflanzenzellen: Der mikroskopische Querschnitt (TS) zeigt den Wirkungsmechanismus der Ultraschallextraktion aus Zellen (Vergrößerung 2000x)[Quelle: Vilkhu et al. 2011].

Durch die Beschallung von Pflanzenmaterial wird die Matrix der Pflanzenzellen fragmentiert und die Hydratation derselben verbessert. Chemat et al. (2015) kommen zu dem Schluss, dass die Ultraschallextraktion bioaktiver Verbindungen aus Pflanzen das Ergebnis verschiedener unabhängiger oder kombinierter Mechanismen ist, darunter Fragmentierung, Erosion, Kapillarität, Detexturierung und Sonoporation. Diese Effekte zerstören die Zellwand, verbessern den Stofftransport, indem sie das Lösungsmittel in die Zelle drücken und das mit Phytowirkstoffen beladene Lösungsmittel heraussaugen, und sorgen für eine Flüssigkeitsbewegung durch Mikrovermischung.

Was sind die wichtigsten Vorteile der Ultraschallextraktion?

• Schneller Prozess und hohe Leistung
• niedriger Energieverbrauch
• Geringere Verarbeitungskosten
• Nicht-thermische Technologie
• Höhere Reinheit
• Grüne Technologie

Akustische Kavitation und ihre Auswirkungen

In der Flüssigkeit erzeugen die Ultraschallwellen einen intensiven abwechselnden Hochdruck? Niederdruckzyklen, die zur Bildung von Kavitationsblasen führen. Über mehrere Druckzyklen wachsen die Kavitationsblasen so lange, bis sie eine Grenze erreichen, an der die Blase keine Energie mehr aufnehmen kann. An diesem Punkt implodiert die Blase heftig. Während der Blasenimplosion treten extreme Bedingungen wie hohe Temperaturen von bis zu 5000 K, Drücke von bis zu 2000 atm, sehr hohe Heiz-/Kühlraten und Druckunterschiede auf. Da die Dynamik des Blasenkollapses schneller ist als der Stoff- und Wärmetransport, ist die Energie im kollabierenden Hohlraum auf eine sehr kleine Zone beschränkt, die auch als „Hot-spots“. Durch die Implosion der Kavitationsblase kommt es zudem zu Mikroturbulenzen, Flüssigkeitsstrahlen mit einer Geschwindigkeit von bis zu 280 m/s und daraus resultierenden Scherkräften. Dieses Phänomen wird als Ultraschall- oder akustische Kavitation bezeichnet.

Die Ultraschallextraktion basiert auf der akustischen Kavitation und ihren hydrodynamischen Scherkräften.

Catechine

Grüner Tee ist bekanntlich reich an Polyphenolen wie Kaffeesäure, Gallussäure, Catechin, Epicatechin, Gallocatechin, Catechingallat, Gallocatechingallat, Epicatechingallat, Epigallocatechin und Epigallocatechingallat (EGCG), was grünen Tee zu einem beliebten Gesundheitsnahrungsmittel macht, das als Getränk und als Extrakt konsumiert wird. EGCG ist ein bekanntes Catechin, das in großen Mengen in den getrockneten Blättern von grünem Tee (7380 mg pro 100 g), weißem Tee (4245 mg pro 100 g) und in kleineren Mengen in schwarzem Tee (936 mg pro 100 g) enthalten ist. Bei der Herstellung von schwarzem Tee werden die Catechine hauptsächlich durch Polyphenoloxidasen in Theaflavine und Thearubigine umgewandelt.

Gesundheitliche Vorteile von Epigallocatechingallat (EGCG)

Aus der Gruppe der Catechine ist Epigallocatechingallat (EGCG) das am besten erforschte und vielversprechendste. Von krebshemmenden, antioxidativen, entzündungshemmenden, fibrosehemmenden, kollagenasehemmenden bis hin zu immunsystemstärkenden und alterungshemmenden Wirkungen zeigt EGCG viele Vorteile und wird daher in Form von Grünteegetränken sowie in Form von Nahrungsergänzungsmitteln wie Kapseln, Pulvern, Tabletten usw. konsumiert.
Forschungsstudien deuten darauf hin, dass Catechine wie Epigallocatechingallat (EGCG) Entzündungen verringern und bestimmten chronischen Erkrankungen wie Herzkrankheiten, Diabetes und einigen Formen von Krebs vorbeugen können.

EGCG und seine krebshemmenden Wirkungen

Da Krebs eine oft lebensbedrohliche Krankheit ist, werden die krebshemmenden Eigenschaften von EGCG intensiv erforscht. Studien deuten darauf hin, dass EGCG die Tumorgenese hemmen kann, indem es karzinogene Wirkungen reduziert oder eliminiert. Es gibt Befunde, die darauf hindeuten, dass EGCG die durch Diethylnitrosamin induzierte Adipositas-bedingte Lebertumorgenese verhindert, indem es die IGF/IGF-1R-Achse hemmt, die Hyperinsulinämie verbessert und chronische Entzündungen abschwächt. Ein weiterer Mechnaismus der krebshemmenden Wirkung von EGCG ist die Hemmung der Angiogenese und damit die Hemmung der Tumorproliferation.

EGCG und seine antioxidativen Wirkungen

Im menschlichen Körper laufen zahllose antioxidative Prozesse ab, die zu Gesundheit, Kraft und Wohlbefinden beitragen. EGCG ist ein Antioxidans. Antioxidantien können vor Zellschäden schützen, indem sie freie Radikale abfangen und neutralisieren. Die Phenolringe in der EGCG-Struktur wirken als Elektronenfalle und Radikalfänger, hemmen die Bildung reaktiver Sauerstoffspezies und verringern so die durch oxidativen Stress verursachten Schäden.

EGCG und seine entzündungshemmende Wirkung

Entzündungen können durch Krankheiten, chronischen Stress und Umweltbelastungen verursacht werden. Der Körper reagiert auf solche Stressfaktoren mit einer Entzündung, die durch die Ansammlung einer großen Anzahl von Immunzellen an den Entzündungsstellen, die Freisetzung von proinflammatorischen Zytokinen und reaktiven Sauerstoff-/Stickstoffspezies (ROS/RNS) gekennzeichnet ist. ROS/RNS sind mit der Aktivierung des Transkriptionsfaktors NF-B und des Aktivatorproteins (AP-1) verbunden. Nach der Aktivierung wandern NF-B und AP-1 aus dem Zytoplasma in den Zellkern und regulieren eine Vielzahl von Entzündungsgenen, die anschließend eine verstärkte Entzündungsreaktion und Gewebeschäden verursachen.
EGCG hemmt die Übertragung von NF-B und AP-1, so dass die Expression von iNOS und COX-2 vor allem durch die Beseitigung von Stickstoffmonoxid, Peroxynitrit und anderen ROS/RNS herunterreguliert wird und die Produktion von Entzündungsfaktoren reduziert wird.

EGCG und seine Auswirkungen auf die Förderung der Osteogenese

Osteoporose ist eine schwere Erkrankung, die durch die Degeneration der Knochenmatrix und den Verlust der Knochendichte gekennzeichnet ist. EGCG zeigt regulierende Wirkungen auf den Knochenstoffwechsel. EGCG kann die Apoptose von Osteoklasten induzieren und die Bildung von Osteoklasten hemmen, indem es die Bildung von NF-B und IL-1b blockiert. Darüber hinaus kann es die Bildung von mineralisierten Knochenknötchen fördern.
[vgl. Chenyu Chu; Jia Deng; Yi Man; Yili Qu (2017): Grüntee-Extrakte Epigallocatechin-3-gallat für verschiedene Behandlungen. BioMed Research International Vol. 2017]