Hochwertige Catechinextrakte mit Ultraschall

Wissenswertes

Ultraschallextraktion – Funktionsprinzip

Die Ultraschallextraktion ist ein mechanisches Verfahren zur Freisetzung und Isolierung intrazellulärer Verbindungen aus Zellmatrizen wie Pflanzenzellen. Wenn leistungsstarke Ultraschallwellen in eine Suspension eingekoppelt werden (z. B. aus mazerierten Pflanzenpartikeln in Wasser oder einem Lösungsmittel), erzeugen die energiereichen Ultraschallwellen Kavitation. Das Phänomen der Kavitation führt lokal zu extremen Temperaturen, Drücken, Aufheiz- und Abkühlraten, Druckdifferenzen sowie hohen Scherkräften im Medium. Wenn Kavitationsblasen an der Oberfläche von Feststoffen wie Partikeln, Pflanzenzellen, Geweben usw. implodieren, erzeugen Mikrostrahlen und Kollisionen zwischen Partikeln Effekte wie das Abschälen von Oberflächenschichten, Erosion und Partikelzerkleinerung. Darüber hinaus erzeugt die Implosion von Kavitationsblasen in flüssigen Medien Makroturbulenzen und Mikrovermischung.
Die Ultraschallbestrahlung ist ein effizientes Mittel zur Verbesserung von Stofftransportprozessen, da die Beschallung Kavitation und die damit verbundenen Mechanismen hervorruft. Dazu gehören Mikrobewegungen durch Flüssigkeitsstrahlen, Kompression und Dekompression im Material mit anschließendem Aufbrechen der Zellwände sowie hohe Aufheiz- und Abkühlraten.

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

Die Ultraschallbehandlung von Pflanzenmaterial fragmentiert die Matrix der Pflanzenzellen und verbessert deren Hydratation. Chemat et al. (2015) kommen zu dem Schluss, dass die Ultraschallextraktion bioaktiver Verbindungen aus Pflanzen auf verschiedenen unabhängigen oder kombinierten Mechanismen beruht, darunter Fragmentierung, Erosion, Kapillarität, Destrukturierung und Sonoporation. Diese Effekte brechen die Zellwand auf, verbessern den Stofftransport, indem sie Lösungsmittel in die Zelle drücken und mit Pflanzeninhaltsstoffen beladenes Lösungsmittel heraussaugen, und sorgen durch Mikrovermischung für Flüssigkeitsbewegung.

Was sind die wichtigsten Vorteile der Ultraschallextraktion?

• Schnelles Verfahren und hohe Produktionsleistung
• Geringer Energieverbrauch
• Geringere Verarbeitungskosten
• Nichtthermische Technologie
• Höhere Reinheit
• Umweltfreundliche Technologie

Akustische Kavitation und ihre Auswirkungen

In der Flüssigkeit erzeugen die Ultraschallwellen intensive, abwechselnde Hochdruck- und Niederdruckzyklen, die zur Bildung von Kavitationsblasen führen. Über mehrere Druckzyklen wachsen die Kavitationsblasen, bis sie eine Grenze erreichen, an der die Blase keine weitere Energie aufnehmen kann. An diesem Punkt implodiert die Blase heftig. Während der Blasenimplosion treten extreme Bedingungen auf, darunter hohe Temperaturen von bis zu 5000K, Drücke von bis zu 2000atm, sehr hohe Aufheiz- und Abkühlraten sowie Druckdifferenzen. Da die Dynamik des Blasenkollapses schneller abläuft als der Stoff- und Wärmetransport, bleibt die Energie im kollabierenden Hohlraum auf eine sehr kleine Zone beschränkt, die auch als „Hotspot“ bezeichnet wird. Die Implosion der Kavitationsblase führt außerdem zu Mikroturbulenzen, Flüssigkeitsstrahlen mit Geschwindigkeiten von bis zu 280m/s und daraus resultierenden Scherkräften. Dieses Phänomen wird als Ultraschallkavitation oder akustische Kavitation bezeichnet.

Die Ultraschallextraktion beruht auf akustischer Kavitation und ihren hydrodynamischen Scherkräften

Catechine

Grüner Tee ist für seinen hohen Gehalt an Polyphenolen wie Kaffeesäure, Gallussäure, Catechin, Epicatechin, Gallocatechin, Catechingallat, Gallocatechingallat, Epicatechingallat, Epigallocatechin und Epigallocatechingallat (EGCG) bekannt. Dadurch ist grüner Tee ein beliebtes gesundheitsförderndes Lebensmittel, das als Getränk und als Extrakt konsumiert wird. EGCG ist ein bekanntes Catechin, das in hohen Mengen in den getrockneten Blättern von grünem Tee (7380 mg pro 100 g) und weißem Tee (4245 mg pro 100 g) sowie in geringeren Mengen in schwarzem Tee (936 mg pro 100 g) vorkommt. Bei der Herstellung von schwarzem Tee werden die Catechine durch Polyphenoloxidasen überwiegend in Theaflavine und Thearubigine umgewandelt.

Gesundheitliche Vorteile von Epigallocatechingallat (EGCG)

Epigallocatechingallat (EGCG) ist die am besten erforschte und vielversprechendste Verbindung aus der Gruppe der Catechine. Von krebshemmenden, antioxidativen, entzündungshemmenden, antifibrotischen und kollagenasehemmenden Wirkungen bis hin zur Stärkung des Immunsystems und zu Anti-Aging-Effekten zeigt EGCG viele Vorteile. Daher wird es sowohl als Grünteegetränk als auch in Form von Nahrungsergänzungsmitteln wie Kapseln, Pulvern, Tabletten usw. eingenommen.
Forschungsstudien legen nahe, dass Catechine wie Epigallocatechingallat (EGCG) Entzündungen reduzieren und bestimmten chronischen Erkrankungen wie Herzerkrankungen, Diabetes und einigen Krebsformen vorbeugen könnten.

EGCG und seine krebshemmenden Wirkungen

Da Krebs eine häufig lebensbedrohliche Erkrankung ist, werden die krebshemmenden Eigenschaften von EGCG intensiv erforscht. Studien legen nahe, dass EGCG die Tumorentstehung hemmen kann, indem es die Wirkungen von Karzinogenen reduziert oder beseitigt. Es gibt Hinweise darauf, dass EGCG die durch Diethylnitrosamin ausgelöste, mit Adipositas verbundene Entstehung von Lebertumoren verhindert, indem es die IGF/IGF-1R-Achse hemmt, Hyperinsulinämie lindert und chronische Entzündungen abschwächt. Ein weiterer Mechanismus der krebshemmenden Wirkung von EGCG ist die Hemmung der Angiogenese, wodurch die Tumorproliferation begrenzt wird.

EGCG und seine antioxidativen Wirkungen

Im menschlichen Körper laufen unzählige 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 Struktur von EGCG wirken als Elektronenfallen und Radikalfänger, hemmen die Bildung reaktiver Sauerstoffspezies und reduzieren dadurch Schäden durch oxidativen Stress.

EGCG und seine entzündungshemmenden Wirkungen

Entzündungen können durch Krankheiten, chronischen Stress und Umweltverschmutzung verursacht werden. Der Körper reagiert auf solche Stressfaktoren mit Entzündungen, die durch die Ansammlung zahlreicher Immunzellen an den Entzündungsstellen sowie die Freisetzung proinflammatorischer Zytokine und reaktiver Sauerstoff- und Stickstoffspezies (ROS/RNS) gekennzeichnet sind. ROS/RNS stehen mit der Aktivierung des Transkriptionsfaktors NF-B und des Aktivatorproteins (AP-)1 in Zusammenhang. Nach der Aktivierung gelangen NF-jB und AP-1 aus dem Zytoplasma in den Zellkern und steigern die Expression verschiedener entzündungsbezogener Gene, was anschließend eine verstärkte Entzündungsreaktion und Gewebeschäden verursacht.
EGCG hemmt die Übertragung von NF-B und AP-1, sodass die Expression von iNOS und COX-2 hauptsächlich durch das Abfangen von Stickstoffmonoxid, Peroxynitrit und anderen ROS/RNS herunterreguliert und die Produktion von Entzündungsfaktoren reduziert wird.

EGCG und seine Wirkungen auf die Förderung der Osteogenese

Osteoporose ist eine schwere Erkrankung, die durch die Degeneration der Knochenmatrix und den Verlust an Knochendichte gekennzeichnet ist. EGCG zeigt regulierende Wirkungen auf den Knochenstoffwechsel. EGCG kann die Apoptose von Osteoklasten auslösen und die Bildung von Osteoklasten hemmen, indem es die Entstehung von NF-B und IL-1b blockiert. Darüber hinaus kann es die Bildung mineralisierter Knochenknötchen fördern.
[vgl. Chenyu Chu; Jia Deng; Yi Man; Yili Qu (2017): Green Tea Extracts Epigallocatechin-3-gallate for Different Treatments. BioMed Research International Vol. 2017]