Extractos superiores de catequina con ultrasonidos
Extracción ultrasónica de catequinas
La extracción por ultrasonidos es una técnica no térmica que se basa en la aplicación de fuerzas mecánicas puras. Las ondas ultrasónicas de baja frecuencia y alta intensidad se acoplan a través de una sonda ultrasónica (sonotrodo) en un medio líquido. Las intensas fuerzas de cizallamiento de la cavitación acústica perforan y alteran las membranas celulares, potencian la transferencia de masa entre el interior celular y el disolvente, y liberan los compuestos intracelulares en el disolvente.
En su extensa revisión de los métodos de extracción del té verde (Camellia sinensis), Banerjee y Chatterjee (2015) descubrieron que los ultrasonidos tipo sonda son significativamente más eficaces que los baños de ultrasonidos. Además, los autores afirman que la extracción por ultrasonidos es el modo preferido de extracción de catequinas del té debido a la mayor eficacia del proceso de extracción a baja temperatura, lo que evita la degradación térmica de los compuestos termosensibles y preserva su valor medicinal. La extracción a alta temperatura suele provocar la degradación de los polifenoles y aumenta la liberación de proteínas y pectinas, que interfieren en la calidad organoléptica del té por la formación de crema. La ventaja de la sonicación reside en su mecanismo no térmico. En su estudio, los investigadores demostraron que la extracción por ultrasonidos puede aumentar el rendimiento de polifenoles del té a 65 °C, mientras que la extracción tradicional se realiza a 85 °C. Sin embargo, la extracción por ultrasonidos también funciona a temperatura ambiente. Como técnica de extracción no térmica, los ultrasonidos aplican fuerzas mecánicas para romper las células y liberar en el disolvente compuestos bioactivos como polifenoles y catequinas con una eficacia superior.
La extracción por ultrasonidos proporciona un alto rendimiento de nutrientes de alta calidad. Al ser un proceso no térmico, la extracción por ultrasonidos evita la pérdida de nutrientes sensibles al calor.
La extracción por ultrasonidos también puede realizarse a temperatura ambiente o en líquidos refrigerados. Haga clic aquí para obtener más información sobre la infusión en frío por ultrasonidos.
- Sin disolventes / al agua
- Alto rendimiento de extracción
- Extractos de alta calidad
- Extractos de amplio espectro
- proceso rápido
- Ecológico, respetuoso con el medio ambiente
- funcionamiento sencillo y seguro
- bajo mantenimiento
- Rápido retorno de la inversión
Extractor ultrasónico UIP2000hdT (2 kW) con reactor discontinuo de agitación continua
Estudio de caso sobre la extracción ultrasónica de catequinas
La extracción por ultrasonidos puede realizarse utilizando diversos disolventes, como agua, etanol, mezcla de agua y etanol, isopropanol, aceite vegetal, glicerina, etc.
En un estudio de 2018, Ayyildiz et al. compararon la extracción ultrasónica utilizando agua y etanol como disolventes con el método convencional de extracción con agua caliente. Para este estudio a escala piloto, utilizaron un ultrasonicador Hielscher UIP2000hd (2kW, 20kHz) en configuración por lotes y en flujo continuo.
Los resultados mostraron que la extracción ultrasónica con etanol fue significativamente (p < 0.05) más eficiente para extraer mayores rendimientos de EGCG, EGC, ECG y EC que la extracción convencional con agua caliente y la extracción ultrasónica con agua. En condiciones de proceso optimizadas, se obtuvo casi un 100% y un 50% más de contenido de EGCG en la extracción ultrasónica con etanol que en la extracción convencional con agua caliente y en la extracción ultrasónica con agua, respectivamente. Las condiciones óptimas para la extracción ultrasónica de EGCG con etanol fueron 66,53ºC, 43,75 min y, 67,81% de etanol.
La extracción ultrasónica es el modo preferido para las catequinas del té debido a la mayor eficacia del proceso de extracción a menor temperatura conservando su actividad antioxidante.
Extractores ultrasónicos de alto rendimiento
Los sistemas de extracción por ultrasonidos de Hielscher se utilizan en todo el mundo en el sector alimentario y farmacéutico para la producción comercial de extractos de plantas de alta calidad utilizados como suplementos dietéticos y productos farmacéuticos. Tanto si desea producir pequeños lotes de té en frío como procesar grandes cantidades de extractos de polifenoles / catequinas de alta calidad, Hielscher Ultrasonics tiene el extractor por ultrasonidos adecuado para usted. Los ultrasonidos son fáciles y seguros de manejar. El software intuitivo y el control digital mediante pantalla táctil permiten un control preciso del proceso. La robustez de los equipos de ultrasonidos de Hielscher permite un funcionamiento ininterrumpido en servicio pesado y en entornos exigentes.
Sonda sonicadora UP100H para la extracción de catequinas de las hojas de té
Normalización de procesos con Hielscher Ultrasonics
Los extractos de grado alimentario y farmacéutico deben producirse de acuerdo con las Buenas Prácticas de Fabricación (BPF) y bajo especificaciones de procesamiento estandarizadas. Los sistemas digitales de extracción de Hielscher Ultrasonics incluyen un software inteligente que facilita la configuración y el control precisos del proceso de sonicación. El registro automático de datos escribe todos los parámetros del proceso ultrasónico, como la energía ultrasónica (energía total y neta), la amplitud, la temperatura, la presión (cuando se montan sensores de temperatura y presión) con fecha y hora en la tarjeta SD integrada. Esto permite revisar cada lote procesado por ultrasonidos. Al mismo tiempo, se garantiza la reproducibilidad y la alta calidad continua del producto.
En la siguiente tabla encontrará algunas indicaciones sobre la capacidad de procesamiento aproximada de nuestros sonicadores:
| Volumen del lote | Tasa de flujo | Dispositivos recomendados |
|---|---|---|
| 1 a 500 mL | 10 a 200 mL/min. | UP100H |
| 10 a 2000 mL | 20 a 400 mL/min. | UP200Ht, UP400St |
| 0,1 a 20 L | 0,2 a 4 L/min | UIP2000hdT |
| 10 a 100 L | 2 a 10 L/min | UIP4000hdT |
| n.a. | 10 a 100 L/min | UIP16000 |
| n.a. | mayor | Grupo de UIP16000 |
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Homogeneizadores ultrasónicos de alta potencia de laboratorio a piloto y Uso industrial escala.
Literatura/Referencias
- Ayyildiz, Sena Saklar; Karadeniz, Bulent; Sagcanb, Nihan; Bahara, Banu; Us, Ahmet Abdullah; Alasalvar, Cesarettin (2018): Optimización de los parámetros de extracción del galato de epigalocatequina mediante métodos convencionales con agua caliente y asistidos por ultrasonidos a partir de té verde. Procesamiento de alimentos y bioproductos 111 (2018). 37-44.
- Banerjee, S., Chatterjee, J. (2015): Estrategias eficientes de extracción de biomoléculas de té (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): Optimización de la extracción asistida por ultrasonidos sonotrodos de proantocianidinas a partir de granos usados de cerveceros. Antioxidantes 2019, 8, 282.
- Petigny L., Périno-Issartier S., Wajsman J., Chemat F. (2013): Extracción por Lotes y Continua Asistida por Ultrasonidos de Hojas de Boldo (Peumus boldus Mol.). Revista internacional de ciencia molecular 14, 2013. 5750-5764.
- K.S. Suslick, K. Othmer, "Encyclopaedia of Chemical Technology"; 4th Ed. J. Wiley & Sons: Nueva York, 1998, vol. 26, pp. 517-541.
Información interesante
Extracción ultrasónica – principio de funcionamiento
La extracción por ultrasonidos es un método mecánico para liberar y aislar compuestos intracelulares de matrices celulares como las células vegetales. Cuando se introducen ondas ultrasónicas de alta potencia en una suspensión (por ejemplo, partículas vegetales maceradas en agua o disolvente), las ondas ultrasónicas altamente energéticas generan cavitación. El fenómeno de la cavitación conduce localmente a temperaturas extremas, presiones, velocidades de calentamiento/enfriamiento, diferenciales de presión y elevadas fuerzas de cizallamiento en el medio. Cuando las burbujas de cavitación implosionan en la superficie de los sólidos (como partículas, células vegetales, tejidos, etc.), los microchorros y la colisión interparticular generan efectos como el pelado de la superficie, la erosión y la rotura de las partículas. Además, la implosión de burbujas de cavitación en medios líquidos crea macroturbulencias y micromezclas.
La irradiación ultrasónica representa una forma eficaz de potenciar los procesos de transferencia de masa, ya que la sonicación provoca cavitación y sus mecanismos relacionados, como micromovimientos por chorros de líquido, compresión y descompresión en el material con la consiguiente disrupción de las paredes celulares, así como altas velocidades de calentamiento y enfriamiento.
Extracción ultrasónica de células vegetales: la sección transversal microscópica (TS) muestra el mecanismo de acciones durante la extracción ultrasónica de células (aumento 2000x) [recurso: Vilkhu et al. 2011].
La ultrasonicación del material vegetal fragmenta la matriz de las células vegetales y mejora la hidratación de las mismas. Chemat et al. (2015) concluyen que la extracción por ultrasonidos de compuestos bioactivos de productos botánicos es el resultado de diferentes mecanismos independientes o combinados, como la fragmentación, la erosión, la capilaridad, la detexturación y la sonoporación. Estos efectos alteran la pared celular, mejoran la transferencia de masa empujando el disolvente hacia el interior de la célula y succionando el disolvente cargado de fitocompuestos hacia el exterior, y garantizan el movimiento del líquido por micromezcla.
¿Cuáles son las principales ventajas de la extracción por ultrasonidos?
- Proceso rápido y alto rendimiento
- Bajo consumo de energía
- Reducción de los costes de transformación
- Tecnología no térmica
- Mayor pureza
- Tecnología verde
Cavitación acústica y sus efectos
En el líquido, las ondas ultrasónicas crean intensos ciclos alternos de alta y baja presión, que dan lugar a la formación de burbujas de cavitación. A lo largo de varios ciclos de presión, las burbujas de cavitación crecen hasta alcanzar un límite, en el que la burbuja no puede absorber más energía. En este punto, la burbuja implosiona violentamente. Durante la implosión de la burbuja se dan condiciones extremas como altas temperaturas de hasta 5000K, presiones de hasta 2000atm, velocidades de calentamiento/enfriamiento y diferenciales de presión muy elevados. Dado que la dinámica de colapso de la burbuja es más rápida que la transferencia de masa y calor, la energía de la cavidad en colapso queda confinada a una zona muy pequeña, también llamada "punto caliente". La implosión de la burbuja de cavitación también da lugar a microturbulencias, chorros de líquido de hasta 280 m/s de velocidad y las consiguientes fuerzas de cizallamiento. Este fenómeno se conoce como cavitación ultrasónica o acústica.
La extracción por ultrasonidos se basa en la cavitación acústica y sus fuerzas de cizallamiento hidrodinámicas
catequinas
Se sabe que el té verde es rico en polifenoles como el ácido cafeico, el ácido gálico, la catequina, la epicatequina, la galocatequina, el galato de catequina, el galato de galocatequina, el galato de epicatequina, la epigalocatequina y el galato de epigalocatequina (EGCG), lo que convierte al té verde en un popular alimento saludable consumido como bebida y como extracto. La EGCG es una catequina muy conocida, que está presente en grandes cantidades en las hojas secas del té verde (7380 mg por 100 g), del té blanco (4245 mg por 100 g), y en menores cantidades en el té negro (936 mg por 100 g). Durante la producción de té negro, las catequinas se convierten en su mayoría en teaflavinas y tearubiginas a través de polifenoloxidasas.
Beneficios para la salud del galato de epigalocatequina (EGCG)
Del grupo de las catequinas, el galato de epigalocatequina (EGCG) es el más investigado y el más prometedor. Desde efectos anticancerígenos, antioxidantes, antiinflamatorios, antifibrosis, anticolagenasa hasta potenciadores del sistema inmunitario y antienvejecimiento, la EGCG presenta numerosos beneficios, por lo que se consume tanto en forma de bebida de té verde como en forma de suplementos dietéticos, como cápsulas, polvos, comprimidos, etc.
Los estudios de investigación sugieren que las catequinas como el galato de epigalocatequina (EGCG) podrían reducir la inflamación y prevenir ciertas enfermedades crónicas, como las cardiopatías, la diabetes y algunas formas de cáncer.
El EGCG y sus efectos anticancerígenos
Dado que el cáncer es una enfermedad que a menudo pone en peligro la vida, las propiedades anticancerígenas de la EGCG son objeto de intensa investigación. Los estudios sugieren que el EGCG puede inhibir la tumorigénesis reduciendo o eliminando los efectos cancerígenos. Existen hallazgos que sugieren que el EGCG previene la tumorigénesis hepática relacionada con la obesidad inducida por la dietilnitrosamina mediante la inhibición del eje IGF/IGF-1R, la mejora de la hiperinsulinemia y la atenuación de la inflamación crónica. Otro mecanismo del efecto anticancerígeno de la EGCG es la inhibición de la angiogénesis, frenando así la proliferación tumoral.
El EGCG y sus efectos antioxidantes
En el cuerpo humano se producen innumerables procesos antioxidantes que contribuyen a la salud, la fuerza y el bienestar. El EGCG es un antioxidante. Los antioxidantes pueden proteger contra el daño celular eliminando los radicales libres y neutralizándolos. Los anillos fenólicos de la estructura del EGCG actúan como atrapadores de electrones y eliminadores de radicales libres, inhiben la formación de especies reactivas del oxígeno y reducen así los daños causados por el estrés oxidativo.
El EGCG y sus efectos antiinflamatorios
La inflamación puede estar causada por enfermedades, estrés crónico y contaminación ambiental. El organismo reacciona a estos factores de estrés con inflamación, que se caracteriza por la agregación de un gran número de células inmunitarias en los focos inflamatorios, la liberación de citocinas proinflamatorias y de especies reactivas de oxígeno/nitrógeno (ROS/RNS). Las ROS/RNS están relacionadas con la activación del factor de transcripción NF-B y la proteína activadora-(AP-)1. Tras la activación, NF-jB y AP-1 se transfieren del citoplasma al núcleo y regulan al alza una serie de expresiones genéticas inflamatorias, que posteriormente provocan una respuesta inflamatoria exacerbada y daños tisulares.
EGCG inhibe la transmisión de NF-B y AP-1 que la expresión de iNOS y COX-2 se regula a la baja principalmente por barrido de óxido nítrico, peroxinitrito, y otros ROS/RNS y la producción de factores inflamatorios se reduce.
EGCG y sus efectos en el fomento de la osteogénesis
La osteoporosis es una enfermedad grave caracterizada por la degeneración de la matriz ósea y la pérdida de densidad ósea. El EGCG muestra efectos reguladores sobre el metabolismo óseo. El EGCG puede inducir la apoptosis de los osteoclastos e inhibir la formación de osteoclastos bloqueando la generación de NF-B e IL-1b. Además, puede promover la formación de nódulos óseos mineralizados.
[Chenyu Chu; Jia Deng; Yi Man; Yili Qu (2017): Extractos de té verde epigalocatequina-3-galato para diferentes tratamientos. BioMed Research International Vol. 2017].