Esmaklassilised katehhiiniekstraktid ultrahelitehnoloogiaga
Katehhiinide ultraheliekstraktsioon
Ultraheliekstraktsioon on mittetermiline meetod, mis põhineb puhaste mehaaniliste jõudude rakendamisel. Madalsageduslikud ja suure intensiivsusega ultraheli lained juhitakse ultrahelisondi (sonotroodi) kaudu vedelasse keskkonda. Akustilise kavitatsiooni tugevad nihkejõud perforeerivad ja lõhuvad rakumembraane, soodustavad massiülekannet raku sisemuse ja lahusti vahel ning vabastavad rakusisesed ühendid lahustisse.
Roheliste teede (Camellia sinensis) ekstraktsioonimeetodite põhjalikus ülevaates leidsid Banerjee ja Chatterjee (2015), et sondtüüpi ultraheliseadmed on oluliselt tõhusamad kui ultrahelivannid. Lisaks märgivad autorid, et ultraheliekstraktsioon on tee katehhiinide ekstraheerimiseks eelistatud viis, kuna ekstraktsiooniprotsessi tõhusus on madalamal temperatuuril suurem, mis hoiab ära kuumustundlike ühendite termilise lagunemise ja säilitab nende ravitoime. Kõrgel temperatuuril ekstraheerimine põhjustab sageli polüfenoolide lagunemist ning suurendab valkude ja pektiini vabanemist, mis rikuvad tee organoleptilist kvaliteeti kreemja sette tekke tõttu. Ultraheli töötluse (sonikeerimise) eelis seisneb selle mittetermilises mehhanismis. Oma uuringus näitasid teadlased, et ultraheliekstraktsioon võib suurendada tee polüfenoolide saagist 65°C juures võrreldes traditsioonilise ekstraktsiooniga 85°C juures. Siiski toimib ultraheliekstraktsioon ka toatemperatuuril. Mittetermilise ekstraktsioonitehnikana rakendavad sonikaatorid mehaanilisi jõude rakkude avamiseks ning bioaktiivsete ühendite, näiteks polüfenoolide ja katehhiinide, vabastamiseks lahustisse suurepärase tõhususega.
Ultraheliekstraktsioon annab suure saagise kvaliteetsetest toitainetest. Mittetermilise protsessina väldib ultraheliekstraktsioon kuumustundlike toitainete kadu.
Ultraheliekstraktsiooni saab teha ka toatemperatuuril või jahutatud vedelikes. Klõpsake siia, et lugeda lähemalt ultraheliga külmalt tõmmatud tee kohta!
- Lahustivaba / veepõhine
- Suur ekstraktsioonisaagis
- Kvaliteetsed ekstraktid
- Täisspektriga ekstraktid
- Kiire protsess
- Roheline, keskkonnasõbralik
- Lihtne ja ohutu kasutada
- Vähene hooldusvajadus
- Kiire investeeringu tasuvus
Ultraheliekstraktor UIP2000hdT (2kW) pidevalt segatava partiireaktoriga
Katehhiinide ultraheliekstraktsiooni juhtumiuuring
Ultraheli ekstraheerimist saab teostada erinevate lahustitega, sealhulgas vee, etanooli, vee ja etanooli segu, isopropanooli, taimeõli, glütseriini jne abil.
2018. aasta uuringus võrdlesid Ayyildiz et al. ultraheli ekstraheerimist, kasutades lahustitena vett ja etanooli, tavapärase kuuma veega ekstraheerimise meetodiga. Selles pilootmastaabis uuringus kasutasid nad Hielscher UIP2000hd (2kW, 20kHz) ultraheli seadet partii- ja pidevvoolu seadistuses.
Tulemused näitasid, et etanooliga ultraheli ekstraheerimine oli oluliselt (p < 0,05) tõhusam EGCG, EGC, ECG ja EC suuremate saagiste ekstraheerimisel kui tavapärane kuuma veega ekstraheerimine ja ultraheli veepõhine ekstraheerimine. Optimeeritud protsessitingimustes saadi etanooliga ultraheli ekstraheerimisel ligi 100% rohkem EGCG-d kui tavapärasel kuuma veega ekstraheerimisel ja ligi 50% rohkem kui veega ultraheli ekstraheerimisel. Etanooliga EGCG ultraheli ekstraheerimise optimaalsed tingimused olid 66.53ºC, 43,75 min ja 67,81% etanooli.
Ultraheli ekstraheerimine on tee katehhiinide eelistatud meetod, kuna ekstraheerimisprotsessi tõhusus on madalamal temperatuuril suurem ja nende antioksüdantne aktiivsus säilib.
Suure jõudlusega ultraheli ekstraktorid
Hielscher Ultrasonicsi ekstraheerimissüsteeme kasutatakse kogu maailmas toidu- ja farmaatsiatööstuses toidulisandites ja ravimites kasutatavate kvaliteetsete taimeekstraktide kommertstootmiseks. Olenemata sellest, kas soovite toota väiksemaid partiisid külmalt tõmmatud teed või töödelda suuri koguseid kvaliteetseid polüfenoolide / katehhiinide ekstrakte, on Hielscher Ultrasonicsil teile sobiv ultraheli ekstraktor. Ultraheli seadmeid on lihtne ja ohutu kasutada. Intuitiivne tarkvara ja digitaalne juhtimine puuteekraani kaudu võimaldavad täpset protsessijuhtimist. Hielscheri ultraheliseadmete töökindlus võimaldab ööpäevaringset 24/7 tööd raskes režiimis ja nõudlikes keskkondades.
Sondtüüpi sonikaator UP100H katehhiinide ekstraheerimiseks teelehtedest
Protsessi standardimine Hielscher Ultrasonicsi abil
Toidu- ja farmaatsiakvaliteediga ekstrakte tuleks toota vastavalt heale tootmistavale (GMP) ja standardiseeritud töötlemisspetsifikatsioonidele. Hielscher Ultrasonicsi digitaalsed ekstraheerimissüsteemid on varustatud intelligentse tarkvaraga, mis muudab ultraheli töötluse (sonikeerimise) täpse seadistamise ja juhtimise lihtsaks. Automaatne andmete salvestamine kirjutab kõik ultraheli protsessiparameetrid, nagu ultraheli energia (kogu- ja netoenergia), amplituud, temperatuur ja rõhk (kui temperatuuri- ja rõhuandurid on paigaldatud), koos kuupäeva ja kellaaja märgistusega sisseehitatud SD-kaardile. See võimaldab teil üle vaadata iga ultraheliga töödeldud partii. Samal ajal on tagatud korratavus ja pidevalt kõrge tootekvaliteet.
Alljärgnev tabel annab ülevaate meie ultraheli seadmete ligikaudsest töötlemisvõimsusest:
| Partii maht | Vooluhulk | Soovitatavad seadmed |
|---|---|---|
| 1 kuni 500mL | 10 kuni 200mL/min | UP100H |
| 10 kuni 2000mL | 20 kuni 400mL/min | UP200Ht, UP400St |
| 0,1 kuni 20L | 0,2 kuni 4L/min | UIP2000hdT |
| 10 kuni 100L | 2 kuni 10L/min | UIP4000hdT |
| n.a. | 10 kuni 100L/min | UIP16000 |
| n.a. | suurem | klaster seadmetest UIP16000 |
Võtke meiega ühendust! / Küsige meilt!
Suure võimsusega ultraheli homogenisaatorid laborist kuni pilootmastaabini ja tööstusliku mastaabini.
Kirjandus/viited
- 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.
Teadmist väärt fakte
Ultraheli ekstraheerimine – tööpõhimõte
Ultraheli ekstraheerimine on mehaaniline meetod rakusisese ühendi vabastamiseks ja isoleerimiseks rakumaatriksitest, näiteks taimerakkudest. Kui suure võimsusega ultraheli lained juhitakse suspensiooni (nt veest või lahustist ja peenestatud taimeosakestest koosnev segu), tekitavad kõrge energiaga ultraheli lained kavitatsiooni. Kavitatsiooni nähtus põhjustab söötmes lokaalselt äärmuslikke temperatuure, rõhke, kuumenemis- ja jahtumiskiirusi, rõhuerinevusi ning suuri nihkejõude. Kui kavitatsioonimullid implodeeruvad tahkete osade (nt osakeste, taimerakkude, kudede jms) pinnal, tekitavad mikrojoad ja osakestevaheline kokkupõrge selliseid mõjusid nagu pinna koorumine, erosioon ja osakeste lagunemine. Lisaks tekitab kavitatsioonimullide implosioon vedelates söötmetes makroturbulentsi ja mikrosegunemist.
Ultraheli kiiritamine on tõhus viis massiülekandeprotsesside tõhustamiseks, sest ultraheli töötlus (sonikeerimine) põhjustab kavitatsiooni ja sellega seotud mehhanisme, nagu vedelikujoadest tingitud mikroliikumine, materjali kokkusurumine ja dekompressioon, millele järgneb rakuseinte lõhkumine, ning suured kuumenemis- ja jahtumiskiirused.
Ultraheli ekstraheerimine taimerakkudest: mikroskoopiline ristlõige (TS) näitab toimemehhanismi ultraheli ekstraheerimisel rakkudest (suurendus 2000x) [allikas: Vilkhu et al. 2011]
Taimse materjali ultraheli töötlus killustab taimerakkude maatriksit ja soodustab selle hüdratatsiooni. Chemat et al. (2015) järeldavad, et bioaktiivsete ühendite ultraheli ekstraheerimine taimsest toorainest on tulemus erinevatest sõltumatutest või kombineeritud mehhanismidest, sealhulgas killustumisest, erosioonist, kapillaarsusest, detekstureerimisest ja sonoporatsioonist. Need mõjud lõhuvad rakuseina, parandavad massiülekannet, surudes lahusti rakku ja imedes fütoühendeid sisaldava lahusti välja, ning tagavad vedeliku liikumise mikrosegunemise kaudu.
Millised on ultraheli ekstraheerimise peamised eelised?
- Kiire protsess ja suur väljund
- Madal energiatarbimine
- Väiksemad töötlemiskulud
- Mittetermiline tehnoloogia
- Kõrgem puhtus
- Roheline tehnoloogia
Akustiline kavitatsioon ja selle mõjud
Vedelikus tekitavad ultraheli lained intensiivseid vahelduvaid kõrgrõhu- ja madalrõhutsükleid, mille tulemusena moodustuvad kavitatsioonimullid. Mitme rõhutsükli jooksul kasvavad kavitatsioonimullid, kuni jõuavad piirini, kus mull ei suuda enam energiat neelata. Sel hetkel mull implodeerub tugevalt. Mulli implosiooni ajal tekivad äärmuslikud tingimused, nagu kõrged temperatuurid kuni 5000K, rõhud kuni 2000atm, väga suured kuumenemis- ja jahtumiskiirused ning rõhuerinevused. Kuna mulli kollapsi dünaamika on kiirem kui massi- ja soojusülekanne, on kokkuvarisevas õõnsuses olev energia koondunud väga väikesesse tsooni, mida nimetatakse ka „kuumaks kohaks“. Kavitatsioonimulli implosioon tekitab ka mikroturbulentsi, vedelikujoad kiirusega kuni 280m/s ning sellest tulenevad nihkejõud. Seda nähtust tuntakse ultraheli- ehk akustilise kavitatsioonina.
Ultraheli ekstraheerimine põhineb akustilisel kavitatsioonil ja selle hüdrodünaamilistel nihkejõududel
Katehhiinid
Rohelise tee kohta on teada, et see on rikas polüfenoolide poolest, nagu kofeiinhape, gallushape, katehhiin, epikatehhiin, gallokatehhiin, katehhiingallaat, gallokatehhiingallaat, epikatehhiingallaat, epigallokatehhiin ja epigallokatehhiingallaat (EGCG), mistõttu on roheline tee populaarne tervisetoit, mida tarbitakse joogina ja ekstraktina. EGCG on tuntud katehhiin, mida leidub suurtes kogustes rohelise tee (7380 mg 100 g kohta) ja valge tee (4245 mg 100 g kohta) kuivatatud lehtedes ning väiksemates kogustes musta tee (936 mg 100 g kohta) lehtedes. Musta tee tootmise käigus muudetakse katehhiinid polüfenooloksüdaaside toimel enamasti teaflaviinideks ja tearubiginideks.
Epigallokatehhiingallaadi (EGCG) tervisemõjud
Katehhiinide rühmast on epigallokatehhiingallaat (EGCG) kõige enam uuritud ja kõige lootustandvam. Alates vähivastasest, antioksüdatiivsest, põletikuvastasest, fibroosivastasest ja kollagenaasivastasest toimest kuni immuunsüsteemi toetava ja vananemisvastase toimeni – EGCG-l on palju kasulikke mõjusid ning seetõttu tarbitakse seda nii rohelise tee joogina kui ka toidulisandite kujul, näiteks kapslite, pulbrite, tablettide jms kujul.
Uuringud viitavad sellele, et katehhiinid, nagu epigallokatehhiingallaat (EGCG), võivad vähendada põletikku ja aidata ennetada teatud kroonilisi seisundeid, näiteks südamehaigusi, diabeeti ja mõningaid vähivorme.
EGCG ja selle vähivastane toime
Kuna vähk on sageli eluohtlik haigus, uuritakse EGCG vähivastaseid omadusi intensiivselt. Uuringud viitavad sellele, et EGCG võib pärssida kasvajate teket, vähendades või kõrvaldades kantserogeenide mõju. On leide, mis viitavad sellele, et EGCG hoiab ära dietüülnitrosoamiini poolt esile kutsutud rasvumisega seotud maksakasvajate tekke, pärssides IGF/IGF-1R telge, parandades hüperinsulineemiat ja leevendades kroonilist põletikku. Teine EGCG vähivastase toime mehhanism on angiogeneesi pärssimine ja seeläbi kasvaja proliferatsiooni tõkestamine.
EGCG ja selle antioksüdatiivne toime
Inimorganismis toimub lugematul hulgal antioksüdatiivseid protsesse, mis aitavad kaasa tervisele, jõulisusele ja heaolule. EGCG on antioksüdant. Antioksüdandid võivad kaitsta rakkude kahjustuse eest, püüdes kinni vabu radikaale ja neutraliseerides neid. EGCG struktuuris olevad fenoolrõngad toimivad elektronlõksude ja vabade radikaalide püüdjatena, pärsivad reaktiivsete hapnikuühendite teket ja vähendavad seeläbi oksüdatiivse stressi põhjustatud kahjustusi.
EGCG ja selle põletikuvastane toime
Põletikku võivad põhjustada haigus, krooniline stress ja keskkonnareostus. Organism reageerib sellistele stressiteguritele põletikuga, mida iseloomustavad suure hulga immuunrakkude kogunemine põletikukolletesse, põletikku soodustavate tsütokiinide vabanemine ning reaktiivsed hapniku-/lämmastikuühendid (ROS/RNS). ROS/RNS on seotud transkriptsioonifaktori NF-B ja aktivaatorvalgu-(AP-)1 aktiveerumisega. Pärast aktiveerumist liiguvad NF-jB ja AP-1 tsütoplasmast tuuma ning suurendavad mitmesuguste põletikugeenide ekspressiooni, mis põhjustab seejärel ägenenud põletikulise reaktsiooni ja koekahjustuse.
EGCG pärsib NF-B ja AP-1 transmissiooni, nii et iNOS-i ja COX-2 ekspressioon väheneb peamiselt tänu lämmastikoksiidi, peroksünitriti ja muude ROS/RNS-ide kinnipüüdmisele ning põletikufaktorite teke väheneb.
EGCG ja selle mõju osteogeneesi soodustamisele
Osteoporoos on raske haigus, mida iseloomustavad luumaatriksi degeneratsioon ja luutiheduse langus. EGCG avaldab reguleerivat mõju luude ainevahetusele. EGCG võib esile kutsuda osteoklastide apoptoosi ja pärssida osteoklastide teket, blokeerides NF-B ja IL-1b tekke. Lisaks võib see soodustada mineraliseerunud luusõlmede teket.
[cf. Chenyu Chu; Jia Deng; Yi Man; Yili Qu (2017): Green Tea Extracts Epigallocatechin-3-gallate for Different Treatments. BioMed Research International Vol. 2017]