Extractos de catequinas de calidad superior mediante ultrasonidos
Extracción ultrasónica de catequinas
La extracción ultrasónica es una técnica no térmica basada en la aplicación de fuerzas puramente mecánicas. Las ondas ultrasónicas de baja frecuencia y alta intensidad se acoplan a un medio líquido mediante una sonda ultrasónica (sonotrodo). Las intensas fuerzas de cizallamiento de la cavitación acústica perforan y rompen 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 extensa revisión de los métodos de extracción del té verde (Camellia sinensis), Banerjee y Chatterjee (2015) observaron que los ultrasonicadores de sonda son significativamente más eficientes que los baños ultrasónicos. Además, los autores afirman que la extracción ultrasónica es el método preferido para extraer las catequinas del té debido a la mayor eficacia del proceso de extracción a una temperatura más baja, lo que evita la degradación térmica de los compuestos termosensibles y conserva su valor medicinal. La extracción a alta temperatura suele provocar la degradación de los polifenoles y aumenta la liberación de proteínas y pectinas, que afectan a la calidad organoléptica del té al formar un precipitado cremoso. La ventaja de la sonicación reside en su mecanismo no térmico. En su estudio, los investigadores demostraron que la extracción ultrasónica puede aumentar el rendimiento de polifenoles del té a 65 °C en comparación con la extracción tradicional a 85 °C. Sin embargo, la extracción ultrasónica también funciona a temperatura ambiente. Como técnica de extracción no térmica, los sonicadores aplican fuerzas mecánicas para romper las células y liberar en el disolvente compuestos bioactivos, como polifenoles y catequinas, con una eficiencia superior.
La extracción ultrasónica proporciona un alto rendimiento de nutrientes de alta calidad. Al ser un proceso no térmico, la extracción ultrasónica evita la pérdida de nutrientes termosensibles.
La extracción ultrasónica también puede realizarse a temperatura ambiente o en líquidos refrigerados. ¡Haga clic aquí para obtener más información sobre el té preparado en frío mediante ultrasonidos!
- Sin disolventes / a base de agua
- Alto rendimiento de extracción
- Extractos de alta calidad
- Extractos de espectro completo
- Proceso rápido
- Ecológico y respetuoso con el medio ambiente
- Manejo sencillo y seguro
- Bajo mantenimiento
- Rápido retorno de la inversión
Extractor ultrasónico UIP2000hdT (2 kW) con reactor por lotes de agitación continua
Estudio de caso de extracción ultrasónica de catequinas
La extracción ultrasónica puede realizarse con diversos disolventes, como agua, etanol, una mezcla de agua : etanol, isopropanol, aceite vegetal, glicerina, etc.
En un estudio de 2018, Ayyildiz et al. 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, utilizaron un ultrasonicador Hielscher UIP2000hd (2 kW, 20 kHz) en configuraciones por lotes y de flujo continuo.
Los resultados mostraron que la extracción ultrasónica con etanol era significativamente (p < 0,05) más eficiente para obtener mayores rendimientos de EGCG, EGC, ECG y EC que la extracción convencional con agua caliente y la extracción ultrasónica a base de agua. En condiciones de proceso optimizadas, la extracción ultrasónica con etanol permitió obtener un contenido de EGCG casi un 100% y un 50% mayor que la extracción convencional con agua caliente y 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 método preferido para extraer las catequinas del té debido a la mayor eficacia del proceso de extracción a una temperatura más baja, que permite conservar su actividad antioxidante.
Extractores ultrasónicos de alto rendimiento
Los sistemas de extracción de Hielscher Ultrasonics se utilizan en todo el mundo en las industrias alimentaria y farmacéutica para la producción comercial de extractos vegetales de alta calidad empleados como suplementos alimenticios y productos farmacéuticos. Tanto si desea producir pequeños lotes de té preparado en frío como procesar grandes cantidades de extractos de polifenoles / catequinas de alta calidad, Hielscher Ultrasonics dispone del extractor ultrasónico adecuado para usted. Los ultrasonicadores son fáciles y seguros de manejar. El software intuitivo y el control digital mediante pantalla táctil permiten controlar el proceso con precisión. La robustez de los equipos ultrasónicos de Hielscher permite el funcionamiento 24/7 en condiciones de trabajo intensivo y en entornos exigentes.
Sonicador de sonda UP100H para la extracción de catequinas de hojas de té
Estandarización del proceso con Hielscher Ultrasonics
Los extractos de calidad alimentaria y farmacéutica deben producirse de acuerdo con las buenas prácticas de fabricación (GMP) y conforme a especificaciones de procesamiento estandarizadas. Los sistemas digitales de extracción de Hielscher Ultrasonics incorporan un software inteligente que facilita la configuración y el control preciso del proceso de sonicación. El registro automático de datos guarda todos los parámetros del proceso ultrasónico, como la energía ultrasónica (energía total y neta), la amplitud, la temperatura y la presión (cuando se instalan sensores de temperatura y presión), con fecha y hora en la tarjeta SD integrada. Esto permite revisar cada lote procesado mediante ultrasonidos. Al mismo tiempo, se garantizan la reproducibilidad y una calidad del producto constantemente elevada.
La siguiente tabla ofrece una orientación sobre la capacidad aproximada de procesamiento de nuestros ultrasonicadores:
| Volumen del lote | Caudal | Equipos 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 | conjunto de UIP16000 |
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Homogeneizadores ultrasónicos de alta potencia desde la escala de laboratorio hasta la escala piloto e industrial .
Bibliografía/Referencias
- Ayyildiz, Sena Saklar; Karadeniz, Bulent; Sagcanb, Nihan; Bahara, Banu; Us, Ahmet Abdullah; Alasalvar, Cesarettin (2018): Optimizing the extraction parameters of epigallocatechin gallate using conventional hot water and ultrasound assisted methods from green tea. Food and Bioproducts Processing 111 (2018). 37–44.
- Banerjee, S., Chatterjee, J. (2015): Efficient extraction strategies of tea (Camellia sinensis) biomolecules. 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): Optimization of Sonotrode Ultrasonic-Assisted Extraction of Proanthocyanidins from Brewers’ Spent Grains. Antioxidants 2019, 8, 282.
- Petigny L., Périno-Issartier S., Wajsman J., Chemat F. (2013): Batch and Continuous Ultrasound Assisted Extraction of Boldo Leaves (Peumus boldus Mol.). International journal of Molecular Science 14, 2013. 5750-5764.
- K.S. Suslick, K. Othmer, “Encyclopaedia of Chemical Technology”; 4th Ed. J. Wiley & Sons: New York, 1998, vol. 26, pp. 517-541.
Información de interés
Extracción ultrasónica – Principio de funcionamiento
La extracción ultrasónica es un método mecánico para liberar y aislar compuestos intracelulares de matrices celulares, como las células vegetales. Cuando las ondas ultrasónicas de alta potencia se acoplan a una suspensión (por ejemplo, de partículas vegetales maceradas en agua o en un disolvente), las ondas ultrasónicas de alta energía generan cavitación. El fenómeno de cavitación produce localmente temperaturas, presiones y velocidades de calentamiento/enfriamiento extremas, diferencias de presión y elevadas fuerzas de cizallamiento en el medio. Cuando las burbujas de cavitación implosionan sobre la superficie de sólidos (como partículas, células vegetales, tejidos, etc.), los microchorros y las colisiones entre partículas generan efectos como el desprendimiento de capas superficiales, la erosión y la fragmentación de partículas. Además, la implosión de las burbujas de cavitación en medios líquidos genera macroturbulencias y micromezcla.
La irradiación ultrasónica constituye una forma eficiente de mejorar los procesos de transferencia de masa, ya que la sonicación produce cavitación y los mecanismos asociados a ella, como los micromovimientos provocados por chorros de líquido, la compresión y descompresión del material con la consiguiente ruptura de las paredes celulares, así como elevadas velocidades de calentamiento y enfriamiento.
Extracción ultrasónica de células vegetales: el corte transversal (TS) observado al microscopio muestra el mecanismo de acción durante la extracción ultrasónica de las células (aumento de 2000x) [resource: Vilkhu et al. 2011]
La ultrasonicación del material vegetal fragmenta la matriz de las células vegetales y mejora su hidratación. Chemat et al. (2015) concluyen que la extracción ultrasónica de compuestos bioactivos de materiales vegetales es el resultado de diferentes mecanismos independientes o combinados, como la fragmentación, la erosión, la capilaridad, la desestructuración y la sonoporación. Estos efectos rompen la pared celular, mejoran la transferencia de masa al impulsar el disolvente hacia el interior de la célula y aspirar hacia el exterior el disolvente cargado de compuestos vegetales, y garantizan el movimiento del líquido mediante micromezcla.
¿Cuáles son las principales ventajas de la extracción ultrasónica?
- Proceso rápido y alta capacidad de producción
- Bajo consumo energético
- Menor coste de procesamiento
- Tecnología no térmica
- Mayor pureza
- Tecnología ecológica
Cavitación acústica y sus efectos
En el líquido, las ondas ultrasónicas crean intensos ciclos alternos de alta presión / 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 ya no puede absorber más energía. En ese momento, la burbuja implosiona violentamente. Durante la implosión de la burbuja se producen condiciones extremas, como temperaturas de hasta 5000K, presiones de hasta 2000atm, velocidades de calentamiento/enfriamiento muy elevadas y diferencias de presión. Dado que la dinámica del colapso de la burbuja es más rápida que la transferencia de masa y calor, la energía de la cavidad que colapsa queda confinada en una zona muy pequeña, también denominada «punto caliente». La implosión de la burbuja de cavitación también genera microturbulencias, chorros de líquido con velocidades de hasta 280 m/s y las consiguientes fuerzas de cizallamiento. Este fenómeno se conoce como cavitación ultrasónica o acústica.
La extracción ultrasónica se basa en la cavitación acústica y sus fuerzas de cizallamiento hidrodinámicas
Catequinas
El té verde es conocido por ser 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 lo convierte en un alimento saludable popular que se consume como bebida y como extracto. El EGCG es una catequina conocida que está presente en grandes cantidades en las hojas secas de té verde (7380 mg por 100 g), de té blanco (4245 mg por 100 g) y, en menores cantidades, de té negro (936 mg por 100 g). Durante la producción de té negro, las catequinas se convierten mayoritariamente en teaflavinas y tearubiginas mediante las polifenol oxidasas.
Beneficios del galato de epigalocatequina (EGCG) para la salud
Dentro del grupo de las catequinas, el galato de epigalocatequina (EGCG) es la más investigada y la más prometedora. Desde efectos anticancerígenos, antioxidantes, antiinflamatorios, antifibróticos y de inhibición de la colagenasa hasta el refuerzo del sistema inmunitario y efectos antienvejecimiento, el EGCG presenta numerosos beneficios y, por ello, se consume tanto en forma de bebida de té verde como en suplementos alimenticios, como cápsulas, polvos, comprimidos, etc.
Los estudios de investigación sugieren que las catequinas, como el galato de epigalocatequina (EGCG), podrían reducir la inflamación y pueden 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 del EGCG se investigan intensamente. Los estudios sugieren que el EGCG puede inhibir la tumorigénesis al reducir o eliminar los efectos de los carcinógenos. Existen hallazgos que sugieren que el EGCG previene la tumorigénesis hepática asociada a la obesidad e inducida por la dietilnitrosamina al inhibir el eje IGF/IGF-1R, mejorar la hiperinsulinemia y atenuar la inflamación crónica. Otro mecanismo del efecto anticancerígeno del EGCG es la inhibición de la angiogénesis, que frena así la proliferación tumoral.
El EGCG y sus efectos antioxidantes
En el cuerpo humano tienen lugar innumerables procesos antioxidantes que contribuyen a la salud, la fortaleza y el bienestar. El EGCG es un antioxidante. Los antioxidantes pueden proteger frente al daño celular al captar y neutralizar los radicales libres. Los anillos fenólicos de la estructura del EGCG actúan como trampas de electrones y captadores de radicales libres, inhiben la formación de especies reactivas de oxígeno y reducen así los daños causados por el estrés oxidativo.
El EGCG y sus efectos antiinflamatorios
La inflamación puede deberse a enfermedades, estrés crónico y contaminación ambiental. El organismo reacciona a estos factores de estrés con inflamación, caracterizada por la acumulación de un gran número de células inmunitarias en los focos inflamatorios y la liberación de citocinas proinflamatorias y especies reactivas de oxígeno/nitrógeno (ROS/RNS). Las ROS/RNS están relacionadas con la activación del factor de transcripción NF-B y de la proteína activadora-(AP-)1. Tras su activación, NF-jB y AP-1 se trasladan del citoplasma al núcleo y aumentan la expresión de diversos genes inflamatorios, lo que posteriormente provoca una respuesta inflamatoria exacerbada y daño tisular.
El EGCG inhibe la transmisión de NF-B y AP-1, de modo que la expresión de iNOS y COX-2 se reduce principalmente mediante la captación de óxido nítrico, peroxinitrito y otras ROS/RNS, y disminuye la producción de factores inflamatorios.
El EGCG y sus efectos sobre 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 presenta efectos reguladores sobre el metabolismo óseo. El EGCG puede inducir la apoptosis de los osteoclastos e inhibir su formación al bloquear 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): Green Tea Extracts Epigallocatechin-3-gallate for Different Treatments. BioMed Research International Vol. 2017]