Tecnología de ultrasonido de Hielscher

Extractos de catequina superior con ultrasonidos

La catequina como el galato de epigalocatequina (EGCG), la epigalocatequina (EGC), el galato de epicatequina (ECG) y la epicatequina (EC) son polifenoles, que muestran importantes beneficios para la salud. Mientras que la catequina se encuentra en menores cantidades en el té verde, el cacao, las frutas y algunos otros alimentos, para ingerir altas dosis se prefieren los extractos de catequina. La extracción ultrasónica es una técnica verde fácil y rápida para aislar las catequinas de las plantas, por ejemplo, las hojas de té verde, utilizando agua como disolvente. Los extractos de catequina producidos por ultrasonido son compuestos de alta calidad, sin disolventes, para su uso en suplementos nutricionales y productos farmacéuticos.

Extracción ultrasónica de catequinas

Las hojas de té verde son ricas en catequinas como el galato de epigalocatequina (EGCG), epigalocatequina (EGC), galato de epicatequina (ECG) y epicatequina (EC), que pueden ser extraídas por ultrasonido.La extracción ultrasónica es una técnica no térmica, que se basa en la aplicación de fuerzas mecánicas puras. Las ondas de ultrasonido de baja frecuencia y alta intensidad se acoplan mediante una sonda ultrasónica (sonotrodo) en un medio líquido. Las intensas fuerzas de cizallamiento de la cavitación acústica perforan y perturban las membranas celulares, mejoran la transferencia de masa entre el interior de la célula y el disolvente, y liberan los compuestos intracelulares en el disolvente.
En su extenso examen de los métodos de extracción del té verde (Camellia sinensis), Banerjee y Chatterjee (2015) constataron que los ultrasonidos de tipo sonda son significativamente más eficientes que los baños de ultrasonidos. Además, los autores afirman que la extracción ultrasónica es el modo preferido de extracción de catequinas de té debido a la mayor eficacia del proceso de extracción a menor temperatura, que impide la degradación térmica de los compuestos sensibles al calor 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 radica en su mecanismo no térmico. La extracción ultrasónica puede aumentar el rendimiento de los polifenoles del té a 65°C, en comparación con la extracción tradicional a 85°C.
La extracción ultrasónica da un alto rendimiento de nutrientes de alta calidad. Como un proceso no térmico, la extracción ultrasónica evita la pérdida de nutrientes sensibles al calor.
La extracción ultrasónica también puede realizarse a temperatura ambiente o en líquidos refrigerados. Haga clic aquí, para leer más sobre el té de cerveza fría por ultrasonido.

Ventajas de la extracción de EGCG ultrasónico

  • Sin disolventes / a base de agua
  • un alto rendimiento de extracción
  • extractos de alta calidad
  • Extractos de espectro completo
  • proceso rápido
  • Verde, respetuoso con el medio ambiente
  • operación simple y segura
  • Bajo mantenimiento
  • RoI rápido
Procesador ultrasónico UIP2000hdT (2kW) con reactor por lotes agitado

Homogeneizador ultrasónico UIP2000hdT (2kW) con un reactor de agitación continua por lotes

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Estudio de caso de la extracción de catequina ultrasónica

La extracción ultrasónica puede realizarse utilizando varios disolventes, incluyendo agua, etanol, mezcla de agua y etanol, isopropanol, aceite vegetal, glicerina, etc.
En un estudio realizado en 2018, Ayyildiz y otros compararon la extracción ultrasónica con agua y etanol como disolventes con el método convencional de extracción con agua caliente. Para este estudio a escala piloto, se utilizó un Hielscher UIP2000hd (2kW, 20kHz) ultrasonido en lote y en configuración de flujo continuo.
Los resultados mostraron que la extracción ultrasónica con etanol fue significativamente (p < 0.05) more efficient to extract higher yields of EGCG, EGC, ECG, and EC than conventional hot water extraction and ultrasonic water-based extraction. Under optimised process conditions, almost 100% and 50% more EGCG content was obtained ultrasonic ethanol extraction than conventional hot water extraction and ultrasonic extraction with water, respectively. The optimal conditions for the ultrasonic extraction of EGCG with ethanol were 66.53ºC, 43.75 min and, 67.81% ethanol. Ultrasonic extraction is the preferred mode of tea catechins due to the increased efficacy of extraction process at lower temperature by retaining their antioxidant activity. [/two_thirds] [one_third_last] [/one_third_last] [two_thirds]

Extractores ultrasónicos de alto rendimiento

Los sistemas de extracción de Hielscher Ultrasonics se utilizan en todo el mundo en la alimentación y la farmacia para la producción comercial de extractos de plantas de alta calidad utilizados como suplementos dietéticos y productos farmacéuticos. Tanto si desea producir lotes más pequeños de té frío como procesar grandes cantidades de extractos de polifenol / catequina de alta calidad, Ultrasonidos Hielscher tiene el extractor ultrasónico adecuado para usted. Los ultrasonidos son fáciles y seguros de manejar. El software intuitivo y el control digital a través de la pantalla táctil permiten un control preciso del proceso. La robustez del equipo de ultrasonidos de Hielscher permite un funcionamiento 24/7 en condiciones de trabajo pesado y en entornos exigentes.

Estandarización de procesos con Hielscher Ultrasonics

Los extractos de calidad alimentaria y farmacéutica deben producirse de acuerdo con las Buenas Prácticas de Fabricación (BPF) y bajo especificaciones de procesamiento normalizadas. Los sistemas de extracción digital de Hielscher Ultrasonics vienen con un software inteligente, que facilita la configuración y el control del proceso de sonicación con precisión. El registro automático de datos escribe todos los parámetros del proceso de ultrasonido, como la energía de ultrasonido (energía total y neta), la amplitud, la temperatura, la presión (cuando se montan sensores de temperatura y presión) con la fecha y la hora en la tarjeta SD incorporada. Esto permite revisar cada lote procesado por ultrasonidos. Al mismo tiempo, se garantiza la reproducibilidad y la alta calidad del producto de forma continua.
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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Hielscher Ultrasonics fabrica homogeneizadores ultrasónicos de alto rendimiento para dispersión, emulsificación y extracción celular.

Homogeneizadores ultrasónicos de alta potencia de laboratorio a piloto y Uso industrial escala.

Literatura/Referencias



Información interesante

extracción ultrasónica – principio de funcionamiento

La extracción ultrasónica es un método mecánico para liberar y aislar el compuesto intracelular de las matrices celulares como las células vegetales. Cuando las ondas de ultrasonido de alta potencia se acoplan a una mezcla (por ejemplo, consistente en partículas vegetales maceradas en agua o disolvente), las ondas de ultrasonido de alta energía generan cavitación. El fenómeno de la cavitación da lugar localmente a temperaturas extremas, presiones, tasas de calentamiento/enfriamiento, diferenciales de presión y altas 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 interparticlular generan efectos como la descamación de la superficie, la erosión y la descomposición de las partículas. Además, la implosión de las burbujas de cavitación en medios líquidos crea macro-turbulencias y micro-mezclas.
La irradiación ultrasónica representa una forma eficiente de mejorar los procesos de transferencia de masa, ya que la sonicación da lugar a la cavitación y sus mecanismos conexos, como el micromovimiento por chorros de líquido, la compresión y descompresión del material con la consiguiente perturbación de las paredes celulares, así como altas tasas de calentamiento y enfriamiento.

Los disruptores ultrasónicos se utilizan para extracciones de fuentes fitotecnológicas (por ejemplo, plantas, algas, hongos).

Extracción ultrasónica de células vegetales: la sección transversal microscópica (TS) muestra el mecanismo de acción durante la extracción ultrasónica de células (aumento 2000x)[recurso: Vilkhu et al. 2011].

La ecografía de material vegetal fragmenta la matriz de las células vegetales y mejora la hidratación de las mismas. Chemat y otros (2015) llegan a la conclusión de que la extracción ultrasónica de compuestos bioactivos de las plantas es el resultado de diferentes mecanismos independientes o combinados que incluyen la fragmentación, la erosión, la capilaridad, la destexturación y la sonoporación. Estos efectos perturban la pared celular, mejoran la transferencia de masa al empujar el disolvente hacia el interior de la célula y succionar el disolvente cargado de fito compuestos, y aseguran el movimiento del líquido mediante la micromezcla.

¿Cuáles son las principales ventajas de la extracción ultrasónica?

  • Proceso rápido y alto rendimiento
  • Bajo Consumo de Energía
  • Reducción del costo de procesamiento
  • Tecnología no térmica
  • Mayor pureza
  • La tecnología verde

La cavitación acústica y sus efectos

En el líquido, las ondas de ultrasonido crean intensos ciclos alternos de alta y baja presión, que dan lugar a la formación de burbujas de cavitación. Durante varios ciclos de presión, las burbujas de cavitación crecen hasta que llegan a un límite, donde la burbuja no puede absorber más energía. En este punto, la burbuja implosiona violentamente. Durante la implosión de la burbuja se producen condiciones extremas como temperaturas elevadas de hasta 5000K, presiones de hasta 2000atm, tasas de calentamiento/enfriamiento muy altas y diferenciales de presión. Como la dinámica de colapso de la burbuja es más rápida que la transferencia de masa y calor, la energía en la cavidad de colapso está 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 280m/s de velocidad y las fuerzas de cizallamiento resultantes. Este fenómeno se conoce como cavitación ultrasónica o acústica.

La cavitación ultrasónica/acústica crea fuerzas muy intensas que abren las paredes celulares conocidas como lisis (Haga clic para ampliar!)

La extracción ultrasónica 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 hace que el té verde sea un alimento saludable muy popular que se consume como bebida y como extracto. El EGCG es una catequina muy conocida, que está presente en grandes cantidades en las hojas secas del té verde (7380 mg por 100 g), en el té blanco (4245 mg por 100 g), y en cantidades más pequeñas en el té negro (936 mg por 100 g). Durante la producción de té negro, las catequinas se convierten en su mayor parte en teaflavinas y larubiginas por medio de las oxidasas de polifenol.

Beneficios para la salud del galato de epigalocatequina (EGCG)

Del grupo de catequinas, el galato de epigalocatequina (EGCG) es el más investigado y el más prometedor. Desde los efectos anticancerígenos, antioxidantes, antiinflamatorios, antifibrosis, anticolagenasa, hasta los estimulantes del sistema inmunológico y antienvejecimiento, el EGCG tiene muchos beneficios y por lo tanto se consume en forma de bebida de té verde, así como en forma de suplementos dietéticos como cápsulas, polvos, tabletas, etc.
Los estudios de investigación sugieren que las catequinas como el galato de epigalocatequina (EGCG) podrían reducir la inflamación y pueden prevenir ciertas condiciones crónicas, como las enfermedades cardíacas, la diabetes y algunas formas de cáncer.

EGCG y sus efectos anticancerígenos

Dado que el cáncer es una enfermedad a menudo mortal, las propiedades anticancerígenas del EGCG están siendo investigadas a fondo. Los estudios sugieren que el EGCG puede inhibir la tumorigénesis reduciendo o eliminando los efectos cancerígenos. Hay hallazgos que sugieren que el EGCG previene la tumorigénesis hepática inducida por la dieta y la nitrosamina al inhibir el eje IGF/IGF-1R, mejorar la hiperinsulinemia y atenuar la inflamación crónica. Otro mecanismo del efecto anticanceroso del EGCG es la inhibición de la angiogénesis y por lo tanto la restricción de la proliferación de tumores.

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 los daños celulares al eliminar los radicales libres y neutralizarlos. Los anillos de fenol en la estructura del EGCG actúan como trampas de electrones y secuestradores de radicales libres, inhiben la formación de especies reactivas de oxígeno y reducen así los daños causados por el estrés oxidativo.

EGCG y sus efectos antiinflamatorios

La inflamación puede ser causada por enfermedades, estrés crónico y contaminación ambiental. El cuerpo reacciona a esos factores de estrés con la inflamación, que se caracteriza por la agregación de un gran número de células inmunitarias en los sitios inflamatorios, la liberación de citoquinas proinflamatorias y las especies reactivas de oxígeno y nitrógeno (ROS/RNS). Las ROS/RNS están relacionadas con la activación del factor de transcripción NF-B y la proteína activadora-(AP-)1. Después de la activación, el NF-jB y el AP-1 se transfieren del citoplasma al núcleo y regulan una variedad de expresiones genéticas inflamatorias, que posteriormente causan una respuesta inflamatoria exacerbada y daño tisular.
El EGCG inhibe la transmisión de NF-B y AP-1 que la expresión de iNOS y COX-2 se reduzca principalmente por la eliminación de óxido nítrico, peroxinitrito y otros ROS/RNS y se reduzca la producción de factores inflamatorios.

El EGCG y sus efectos en la promoción 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 los efectos reguladores en el metabolismo óseo. La EGCG puede inducir la apoptosis de los osteoclastos e inhibir la formación de los mismos bloqueando la generación de NF-B e IL-1b. Además, puede promover la formación de nódulos óseos mineralizados.
[Cf. Chenyu Chu; Jia Deng; Yi Man; Yili Qu (2017): Extractos de té verde Epigalocatequina-3-galato para diferentes tratamientos. BioMed Research International Vol. 2017]