Ανώτερα εκχυλίσματα κατεχινών με υπερήχους
Εκχύλιση κατεχινών με υπερήχους
Η εκχύλιση με υπερήχους είναι μια μη θερμική τεχνική που βασίζεται στην εφαρμογή αμιγώς μηχανικών δυνάμεων. Κύματα υπερήχων χαμηλής συχνότητας και υψηλής έντασης συζεύγνυνται σε ένα υγρό μέσο μέσω ενός καθετήρα υπερήχων (ηχοτροδίου). Οι έντονες δυνάμεις διάτμησης της ακουστικής σπηλαίωσης διατρυπούν και διαρρηγνύουν τις κυτταρικές μεμβράνες, ενισχύουν τη μεταφορά μάζας μεταξύ του εσωτερικού του κυττάρου και του διαλύτη και απελευθερώνουν τις ενδοκυτταρικές ενώσεις στον διαλύτη.
Στην εκτενή ανασκόπησή τους σχετικά με τις μεθόδους εκχύλισης από πράσινο τσάι (Camellia sinensis), οι Banerjee και Chatterjee (2015) διαπίστωσαν ότι οι συσκευές υπερήχων τύπου καθετήρα είναι σημαντικά πιο αποδοτικές από τα λουτρά υπερήχων. Επιπλέον, οι συγγραφείς αναφέρουν ότι η εκχύλιση με υπερήχους είναι η προτιμώμενη μέθοδος εκχύλισης κατεχινών του τσαγιού λόγω της αυξημένης αποτελεσματικότητας της διεργασίας εκχύλισης σε χαμηλότερη θερμοκρασία, η οποία αποτρέπει τη θερμική αποδόμηση των θερμοευαίσθητων ενώσεων και διατηρεί τη φαρμακευτική τους αξία. Η εκχύλιση σε υψηλή θερμοκρασία συχνά οδηγεί σε αποδόμηση των πολυφαινολών και αυξάνει την απελευθέρωση πρωτεϊνών και πηκτίνης, οι οποίες επηρεάζουν αρνητικά την οργανοληπτική ποιότητα του τσαγιού μέσω του σχηματισμού κρεμώδους ιζήματος. Το πλεονέκτημα της κατεργασίας με υπερήχους έγκειται στον μη θερμικό μηχανισμό της. Στη μελέτη τους, οι ερευνητές έδειξαν ότι η εκχύλιση με υπερήχους μπορεί να αυξήσει την απόδοση σε πολυφαινόλες του τσαγιού στους 65°C σε σύγκριση με την παραδοσιακή εκχύλιση στους 85°C. Ωστόσο, η εκχύλιση με υπερήχους λειτουργεί και σε θερμοκρασία δωματίου. Στο πλαίσιο αυτής της μη θερμικής τεχνικής εκχύλισης, οι συσκευές υπερήχων εφαρμόζουν μηχανικές δυνάμεις για να διαρρήξουν τα κύτταρα και να απελευθερώσουν βιοδραστικές ενώσεις, όπως πολυφαινόλες και κατεχίνες, στον διαλύτη με ανώτερη αποδοτικότητα.
Η εκχύλιση με υπερήχους παρέχει υψηλή απόδοση σε θρεπτικά συστατικά υψηλής ποιότητας. Ως μη θερμική διεργασία, η εκχύλιση με υπερήχους αποφεύγει την απώλεια θερμοευαίσθητων θρεπτικών συστατικών.
Η εκχύλιση με υπερήχους μπορεί επίσης να πραγματοποιηθεί σε θερμοκρασία δωματίου ή σε ψυχόμενα υγρά. Κάντε κλικ εδώ για να διαβάσετε περισσότερα σχετικά με το τσάι ψυχρής εκχύλισης με υπερήχους!
- Χωρίς διαλύτες / με βάση το νερό
- Υψηλή απόδοση εκχύλισης
- Εκχυλίσματα υψηλής ποιότητας
- Εκχυλίσματα πλήρους φάσματος
- Γρήγορη διεργασία
- Πράσινη, φιλική προς το περιβάλλον
- Απλή και ασφαλής λειτουργία
- Μικρές απαιτήσεις συντήρησης
- Γρήγορη απόδοση της επένδυσης
Εκχυλιστής υπερήχων UIP2000hdT (2kW) με αντιδραστήρα παρτίδας υπό συνεχή ανάδευση
Μελέτη περίπτωσης εκχύλισης κατεχινών με υπερήχους
Η εκχύλιση με υπερήχους μπορεί να πραγματοποιηθεί με διάφορους διαλύτες, όπως νερό, αιθανόλη, μείγμα νερού : αιθανόλης, ισοπροπανόλη, φυτικό έλαιο, γλυκερίνη κ.λπ.
Σε μια μελέτη του 2018, οι Ayyildiz και συν. συνέκριναν την εκχύλιση με υπερήχους με χρήση νερού και αιθανόλης ως διαλυτών με τη συμβατική μέθοδο εκχύλισης με ζεστό νερό. Για αυτή τη μελέτη σε πιλοτική κλίμακα, χρησιμοποίησαν μια συσκευή υπερήχων Hielscher UIP2000hd (2kW, 20kHz) σε διάταξη επεξεργασίας παρτίδων και σε διάταξη συνεχούς ροής.
Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι η εκχύλιση με υπερήχους με αιθανόλη ήταν σημαντικά (p < 0,05) πιο αποτελεσματική ως προς την επίτευξη υψηλότερων αποδόσεων εκχύλισης EGCG, EGC, ECG και EC από τη συμβατική εκχύλιση με ζεστό νερό και την εκχύλιση με υπερήχους με βάση το νερό. Υπό βελτιστοποιημένες συνθήκες διεργασίας, με την εκχύλιση με υπερήχους με αιθανόλη επιτεύχθηκε σχεδόν 100% και 50% υψηλότερη περιεκτικότητα σε EGCG σε σύγκριση με τη συμβατική εκχύλιση με ζεστό νερό και την εκχύλιση με υπερήχους με νερό, αντίστοιχα. Οι βέλτιστες συνθήκες για την εκχύλιση EGCG με υπερήχους με αιθανόλη ήταν 66.53ºC, 43,75 min και 67,81% αιθανόλη.
Η εκχύλιση με υπερήχους αποτελεί την προτιμώμενη μέθοδο εκχύλισης των κατεχινών του τσαγιού, λόγω της αυξημένης αποτελεσματικότητας της διεργασίας εκχύλισης σε χαμηλότερη θερμοκρασία, με διατήρηση της αντιοξειδωτικής τους δράσης.
Εκχυλιστήρες υπερήχων υψηλών επιδόσεων
Τα συστήματα εκχύλισης της Hielscher Ultrasonics χρησιμοποιούνται παγκοσμίως στη βιομηχανία τροφίμων και στη φαρμακοβιομηχανία για την εμπορική παραγωγή φυτικών εκχυλισμάτων υψηλής ποιότητας που χρησιμοποιούνται ως συμπληρώματα διατροφής και φαρμακευτικά προϊόντα. Είτε θέλετε να παράγετε μικρότερες παρτίδες τσαγιού ψυχρής εκχύλισης είτε να επεξεργάζεστε μεγάλες ποσότητες εκχυλισμάτων πολυφαινολών / κατεχινών υψηλής ποιότητας, η Hielscher Ultrasonics διαθέτει τον κατάλληλο εκχυλιστήρα υπερήχων για εσάς. Οι συσκευές υπερήχων είναι εύκολες και ασφαλείς στη χρήση. Το εύχρηστο λογισμικό και ο ψηφιακός έλεγχος μέσω οθόνης αφής επιτρέπουν τον ακριβή έλεγχο της διεργασίας. Η ανθεκτικότητα του εξοπλισμού υπερήχων της Hielscher επιτρέπει τη λειτουργία 24/7 υπό συνθήκες έντονης καταπόνησης και σε απαιτητικά περιβάλλοντα.
Συσκευή υπερήχων τύπου καθετήρα UP100H για την εκχύλιση κατεχινών από φύλλα τσαγιού
Τυποποίηση διεργασιών με τη Hielscher Ultrasonics
Τα εκχυλίσματα ποιότητας κατάλληλης για τρόφιμα και φαρμακευτικά προϊόντα θα πρέπει να παράγονται σύμφωνα με τις Ορθές Πρακτικές Παραγωγής (GMP) και με τυποποιημένες προδιαγραφές επεξεργασίας. Τα ψηφιακά συστήματα εκχύλισης της Hielscher Ultrasonics διαθέτουν έξυπνο λογισμικό που διευκολύνει την ακριβή ρύθμιση και τον έλεγχο της διεργασίας κατεργασίας με υπερήχους. Η αυτόματη καταγραφή δεδομένων αποθηκεύει όλες τις παραμέτρους της διεργασίας υπερήχων, όπως την ενέργεια υπερήχων (συνολική και καθαρή ενέργεια), το πλάτος ταλάντωσης, τη θερμοκρασία και την πίεση (όταν έχουν τοποθετηθεί αισθητήρες θερμοκρασίας και πίεσης), με σήμανση ημερομηνίας και ώρας στην ενσωματωμένη κάρτα SD. Αυτό σας επιτρέπει να επανεξετάζετε κάθε παρτίδα που έχει υποστεί επεξεργασία με υπερήχους. Παράλληλα, διασφαλίζονται η αναπαραγωγιμότητα και η σταθερά υψηλή ποιότητα του προϊόντος.
Ο παρακάτω πίνακας παρέχει μια ένδειξη της κατά προσέγγιση δυναμικότητας επεξεργασίας των συσκευών υπερήχων μας:
| Όγκος παρτίδας | Παροχή | Συνιστώμενες συσκευές |
|---|---|---|
| 1 έως 500mL | 10 έως 200mL/min | UP100H |
| 10 έως 2000mL | 20 έως 400mL/min | UP200Ht, UP400St |
| 0,1 έως 20L | 0,2 έως 4L/min | UIP2000hdT |
| 10 έως 100L | 2 έως 10L/min | UIP4000hdT |
| n.a. | 10 έως 100L/min | UIP16000 |
| n.a. | μεγαλύτερη | συστοιχία συσκευών UIP16000 |
Επικοινωνήστε μαζί μας! / Ρωτήστε μας!
Ομογενοποιητές υπερήχων υψηλής ισχύος από την εργαστηριακή έως την πιλοτική και τη βιομηχανική κλίμακα.
Βιβλιογραφία/Αναφορές
- Ayyildiz, Sena Saklar; Karadeniz, Bulent; Sagcanb, Nihan; Bahara, Banu; Us, Ahmet Abdullah; Alasalvar, Cesarettin (2018): Βελτιστοποίηση των παραμέτρων εκχύλισης της γαλλικής επιγαλλοκατεχίνης από πράσινο τσάι με συμβατικές μεθόδους ζεστού νερού και μεθόδους υποβοηθούμενες από υπερήχους. Food and Bioproducts Processing 111 (2018). 37–44.
- Banerjee, S., Chatterjee, J. (2015): Αποτελεσματικές στρατηγικές εκχύλισης βιομορίων του τσαγιού (Camellia sinensis). 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): Βελτιστοποίηση της εκχύλισης προανθοκυανιδινών από υπολείμματα σιτηρών ζυθοποιίας με υποβοήθηση υπερήχων μέσω ηχοτροδίου. Antioxidants 2019, 8, 282.
- Petigny L., Périno-Issartier S., Wajsman J., Chemat F. (2013): Εκχύλιση φύλλων μπόλντο (Peumus boldus Mol.) με υποβοήθηση υπερήχων σε παρτίδες και σε συνεχή λειτουργία. International journal of Molecular Science 14, 2013. 5750–5764.
- K.S. Suslick, K. Othmer, «Εγκυκλοπαίδεια Χημικής Τεχνολογίας»· 4η έκδ. J. Wiley & Sons: Νέα Υόρκη, 1998, τόμ. 26, σσ. 517–541.
Πληροφορίες που αξίζει να γνωρίζετε
Εκχύλιση με υπερήχους – Αρχή λειτουργίας
Η εκχύλιση με υπερήχους είναι μια μηχανική μέθοδος για την απελευθέρωση και την απομόνωση ενδοκυτταρικής ένωσης από κυτταρικές μήτρες, όπως τα φυτικά κύτταρα. Όταν κύματα υπερήχων υψηλής ισχύος συζεύγνυνται σε έναν πολτό (π.χ. αποτελούμενο από διαβρεγμένα φυτικά σωματίδια σε νερό ή διαλύτη), τα κύματα υπερήχων υψηλής ενέργειας δημιουργούν σπηλαίωση. Το φαινόμενο της σπηλαίωσης προκαλεί τοπικά ακραίες θερμοκρασίες, πιέσεις, ρυθμούς θέρμανσης/ψύξης, διαφορές πίεσης και υψηλές δυνάμεις διάτμησης στο μέσο. Όταν οι φυσαλίδες σπηλαίωσης καταρρέουν στην επιφάνεια στερεών (όπως σωματίδια, φυτικά κύτταρα, ιστοί κ.λπ.), οι μικροπίδακες και οι συγκρούσεις μεταξύ σωματιδίων προκαλούν φαινόμενα όπως επιφανειακή απολέπιση, διάβρωση και θραύση σωματιδίων. Επιπλέον, η κατάρρευση των φυσαλίδων σπηλαίωσης σε υγρά μέσα δημιουργεί μακροσκοπικούς στροβιλισμούς και μικροανάμειξη.
Η ακτινοβόληση με υπερήχους αποτελεί έναν αποτελεσματικό τρόπο ενίσχυσης των διεργασιών μεταφοράς μάζας, καθώς η κατεργασία με υπερήχους προκαλεί σπηλαίωση και τους σχετικούς με αυτήν μηχανισμούς, όπως μικροκινήσεις λόγω πιδάκων υγρού, συμπίεση και αποσυμπίεση στο υλικό με επακόλουθη διάρρηξη των κυτταρικών τοιχωμάτων, καθώς και υψηλούς ρυθμούς θέρμανσης και ψύξης.
Εκχύλιση από φυτικά κύτταρα με υπερήχους: η μικροσκοπική εγκάρσια τομή (TS) δείχνει τον μηχανισμό δράσης κατά την εκχύλιση από κύτταρα με υπερήχους (μεγέθυνση 2000x) [πηγή: Vilkhu et al. 2011]
Η κατεργασία φυτικού υλικού με υπερήχους κατακερματίζει τη μήτρα των φυτικών κυττάρων και ενισχύει την ενυδάτωσή της. Οι Chemat et al. (2015) καταλήγουν στο συμπέρασμα ότι η εκχύλιση βιοδραστικών ενώσεων από φυτικές πρώτες ύλες με υπερήχους είναι το αποτέλεσμα διαφορετικών ανεξάρτητων ή συνδυασμένων μηχανισμών, στους οποίους περιλαμβάνονται ο κατακερματισμός, η διάβρωση, η τριχοειδής δράση, η αποδόμηση της υφής και η ηχοποροποίηση. Αυτές οι επιδράσεις διαρρηγνύουν το κυτταρικό τοίχωμα, βελτιώνουν τη μεταφορά μάζας ωθώντας τον διαλύτη μέσα στο κύτταρο και αναρροφώντας προς τα έξω τον διαλύτη που περιέχει φυτικές ενώσεις, και εξασφαλίζουν την κίνηση του υγρού μέσω μικροανάμειξης.
Ποια είναι τα κύρια πλεονεκτήματα της εκχύλισης με υπερήχους;
- Ταχεία διεργασία και υψηλή παραγωγική απόδοση
- Χαμηλή κατανάλωση ενέργειας
- Μειωμένο κόστος επεξεργασίας
- Μη θερμική τεχνολογία
- Υψηλότερη καθαρότητα
- Πράσινη τεχνολογία
Ακουστική σπηλαίωση και οι επιδράσεις της
Στο υγρό, τα κύματα υπερήχων δημιουργούν έντονους εναλλασσόμενους κύκλους υψηλής πίεσης / χαμηλής πίεσης, οι οποίοι οδηγούν στον σχηματισμό φυσαλίδων σπηλαίωσης. Κατά τη διάρκεια αρκετών κύκλων πίεσης, οι φυσαλίδες σπηλαίωσης μεγαλώνουν μέχρι να φτάσουν σε ένα όριο, στο οποίο η φυσαλίδα δεν μπορεί να απορροφήσει περισσότερη ενέργεια. Σε αυτό το σημείο η φυσαλίδα καταρρέει βίαια. Κατά την κατάρρευση της φυσαλίδας εμφανίζονται ακραίες συνθήκες, όπως υψηλές θερμοκρασίες έως και 5000K, πιέσεις έως και 2000atm, πολύ υψηλοί ρυθμοί θέρμανσης/ψύξης και διαφορές πίεσης. Καθώς η δυναμική της κατάρρευσης της φυσαλίδας εξελίσσεται ταχύτερα από τη μεταφορά μάζας και θερμότητας, η ενέργεια στην κοιλότητα που καταρρέει περιορίζεται σε μια πολύ μικρή ζώνη, η οποία ονομάζεται επίσης «θερμή εστία». Η κατάρρευση της φυσαλίδας σπηλαίωσης προκαλεί επίσης μικροστροβιλισμούς, πίδακες υγρού με ταχύτητα έως και 280m/s και τις δυνάμεις διάτμησης που προκύπτουν από αυτούς. Αυτό το φαινόμενο είναι γνωστό ως υπερηχητική ή ακουστική σπηλαίωση.
Η εκχύλιση με υπερήχους βασίζεται στην ακουστική σπηλαίωση και στις υδροδυναμικές δυνάμεις διάτμησης που αυτή προκαλεί
Κατεχίνες
Το πράσινο τσάι είναι γνωστό ότι είναι πλούσιο σε πολυφαινόλες όπως το καφεϊκό οξύ, το γαλλικό οξύ, η κατεχίνη, η επικατεχίνη, η γαλλοκατεχίνη, η γαλλική κατεχίνη, η γαλλική γαλλοκατεχίνη, η γαλλική επικατεχίνη, η επιγαλλοκατεχίνη και η γαλλική επιγαλλοκατεχίνη (EGCG), γεγονός που το καθιστά δημοφιλές τρόφιμο με οφέλη για την υγεία, το οποίο καταναλώνεται ως ρόφημα και ως εκχύλισμα. Η EGCG είναι μια ευρέως γνωστή κατεχίνη, η οποία υπάρχει σε μεγάλες ποσότητες στα αποξηραμένα φύλλα του πράσινου τσαγιού (7380 mg ανά 100 g), του λευκού τσαγιού (4245 mg ανά 100 g) και σε μικρότερες ποσότητες στο μαύρο τσάι (936 mg ανά 100 g). Κατά την παραγωγή μαύρου τσαγιού, οι κατεχίνες μετατρέπονται ως επί το πλείστον σε θεαφλαβίνες και θεαρουβιγίνες μέσω των οξειδασών των πολυφαινολών.
Οφέλη της γαλλικής επιγαλλοκατεχίνης (EGCG) για την υγεία
Από την ομάδα των κατεχινών, η γαλλική επιγαλλοκατεχίνη (EGCG) είναι η περισσότερο μελετημένη και η πλέον υποσχόμενη. Από την αντικαρκινική, αντιοξειδωτική, αντιφλεγμονώδη, αντιινωτική και αντικολλαγονασική δράση έως την ενίσχυση του ανοσοποιητικού συστήματος και την αντιγηραντική δράση, η EGCG παρουσιάζει πολλά οφέλη και γι’ αυτό καταναλώνεται τόσο ως ρόφημα πράσινου τσαγιού όσο και με τη μορφή συμπληρωμάτων διατροφής, όπως κάψουλες, σκόνες, δισκία κ.λπ.
Ερευνητικές μελέτες υποδηλώνουν ότι κατεχίνες όπως η γαλλική επιγαλλοκατεχίνη (EGCG) ενδέχεται να μειώνουν τη φλεγμονή και μπορούν να προλαμβάνουν ορισμένες χρόνιες παθήσεις, όπως οι καρδιοπάθειες, ο διαβήτης και ορισμένες μορφές καρκίνου.
Η EGCG και η αντικαρκινική της δράση
Καθώς ο καρκίνος είναι μια νόσος που συχνά απειλεί τη ζωή, οι αντικαρκινικές ιδιότητες της EGCG αποτελούν αντικείμενο εντατικής έρευνας. Μελέτες υποδηλώνουν ότι η EGCG μπορεί να αναστέλλει την ογκογένεση μειώνοντας ή εξαλείφοντας τις επιδράσεις των καρκινογόνων παραγόντων. Υπάρχουν ευρήματα που υποδηλώνουν ότι η EGCG προλαμβάνει την επαγόμενη από διαιθυλονιτροζαμίνη ηπατική ογκογένεση που σχετίζεται με την παχυσαρκία, αναστέλλοντας τον άξονα IGF/IGF-1R, βελτιώνοντας την υπερινσουλιναιμία και μετριάζοντας τη χρόνια φλεγμονή. Ένας άλλος μηχανισμός της αντικαρκινικής δράσης της EGCG είναι η αναστολή της αγγειογένεσης και, ως εκ τούτου, ο περιορισμός του πολλαπλασιασμού των όγκων.
Η EGCG και η αντιοξειδωτική της δράση
Αναρίθμητες αντιοξειδωτικές διεργασίες λαμβάνουν χώρα στο ανθρώπινο σώμα και συμβάλλουν στην υγεία, τη δύναμη και την ευεξία. Η EGCG είναι αντιοξειδωτικό. Τα αντιοξειδωτικά μπορούν να προστατεύουν από τις κυτταρικές βλάβες δεσμεύοντας τις ελεύθερες ρίζες και εξουδετερώνοντάς τες. Οι φαινολικοί δακτύλιοι στη δομή της EGCG δρουν ως παγίδες ηλεκτρονίων και δεσμευτές ελεύθερων ριζών, αναστέλλουν τον σχηματισμό δραστικών μορφών οξυγόνου και μειώνουν έτσι τις βλάβες που προκαλούνται από το οξειδωτικό στρες.
Η EGCG και η αντιφλεγμονώδης δράση της
Η φλεγμονή μπορεί να προκληθεί από ασθένεια, χρόνιο στρες και περιβαλλοντική ρύπανση. Το σώμα αντιδρά σε τέτοιους στρεσογόνους παράγοντες με φλεγμονή, η οποία χαρακτηρίζεται από τη συσσώρευση μεγάλου αριθμού ανοσοκυττάρων στις εστίες της φλεγμονής, την απελευθέρωση προφλεγμονωδών κυτταροκινών και δραστικών μορφών οξυγόνου/αζώτου (ROS/RNS). Οι ROS/RNS σχετίζονται με την ενεργοποίηση του μεταγραφικού παράγοντα NF-B και της ενεργοποιητικής πρωτεΐνης-(AP-)1. Μετά την ενεργοποίηση, οι NF-jB και AP-1 μεταφέρονται από το κυτταρόπλασμα στον πυρήνα και αυξάνουν την έκφραση ποικίλων γονιδίων που σχετίζονται με τη φλεγμονή, προκαλώντας στη συνέχεια ενισχυμένη φλεγμονώδη απόκριση και ιστική βλάβη.
Η EGCG αναστέλλει τη μετάδοση των NF-B και AP-1, με αποτέλεσμα να μειώνεται η έκφραση των iNOS και COX-2, κυρίως μέσω της δέσμευσης του μονοξειδίου του αζώτου, του υπεροξυνιτρώδους και άλλων ROS/RNS, και να μειώνεται η παραγωγή φλεγμονωδών παραγόντων.
Η EGCG και η δράση της στην προαγωγή της οστεογένεσης
Η οστεοπόρωση είναι μια σοβαρή νόσος που χαρακτηρίζεται από τον εκφυλισμό της οστικής θεμέλιας ουσίας και την απώλεια οστικής πυκνότητας. Η EGCG παρουσιάζει ρυθμιστική δράση στον μεταβολισμό των οστών. Η EGCG μπορεί να επάγει την απόπτωση των οστεοκλαστών και να αναστέλλει τον σχηματισμό οστεοκλαστών εμποδίζοντας την παραγωγή των NF-B και IL-1b. Επιπλέον, μπορεί να προάγει τον σχηματισμό επιμεταλλωμένων οστικών οζιδίων.
[πρβλ. Chenyu Chu; Jia Deng; Yi Man; Yili Qu (2017): Green Tea Extracts Epigallocatechin-3-gallate for Different Treatments. BioMed Research International Vol. 2017]