عصاره‌های کاتچین با کیفیت برتر به کمک فراصوت
استخراج فراصوتی کاتچین‌ها
استخراج فراصوتی روشی غیرحرارتی است که صرفاً بر اعمال نیروهای مکانیکی تکیه دارد. امواج فراصوت با فرکانس پایین و شدت بالا، از طریق یک پروب فراصوتی (سونوتْرود) به محیط مایع منتقل می‌شوند. نیروهای برشی شدید ناشی از کاویتاسیون آکوستیکی، غشاهای سلولی را سوراخ و تخریب می‌کنند، انتقال جرم میان فضای درون سلول و حلال را افزایش می‌دهند و ترکیبات درون‌سلولی را در حلال آزاد می‌کنند.
Banerjee و Chatterjee (2015) در مرور جامع خود بر روش‌های استخراج از چای سبز (Camellia sinensis) دریافتند که سونیکاتورهای پروبی به‌طور چشمگیری کارآمدتر از حمام‌های فراصوتی هستند. افزون بر این، نویسندگان بیان می‌کنند که استخراج فراصوتی، به‌دلیل افزایش کارایی فرایند استخراج در دمای پایین‌تر، روش ترجیحی برای استخراج کاتچین‌های چای است؛ دمای پایین‌تر از تخریب حرارتی ترکیبات حساس به گرما جلوگیری می‌کند و ارزش دارویی آن‌ها را حفظ می‌کند. استخراج در دمای بالا اغلب به تخریب پلی‌فنول‌ها منجر می‌شود و آزادسازی پروتئین و پکتین را افزایش می‌دهد؛ این مواد با تشکیل رسوب کرمی، کیفیت حسی چای را مختل می‌کنند. مزیت فراصوت‌دهی در سازوکار غیرحرارتی آن است. پژوهشگران در مطالعه خود نشان دادند که استخراج فراصوتی در 65°C می‌تواند بازده پلی‌فنول چای را در مقایسه با استخراج سنتی در 85°C افزایش دهد. بااین‌حال، استخراج فراصوتی در دمای اتاق نیز عمل می‌کند. سونیکاتورها در این روش استخراج غیرحرارتی، نیروهای مکانیکی را برای شکستن و بازکردن سلول‌ها و آزادسازی ترکیبات زیست‌فعال مانند پلی‌فنول‌ها و کاتچین‌ها در حلال، با کارایی برتر، اعمال می‌کنند.
استخراج فراصوتی، مواد مغذی با کیفیت بالا را با بازده زیاد فراهم می‌کند. استخراج فراصوتی به‌عنوان فرایندی غیرحرارتی، از اتلاف مواد مغذی حساس به گرما جلوگیری می‌کند.
استخراج فراصوتی را می‌توان در دمای اتاق یا در مایعات سردشده نیز انجام داد. برای مطالعه بیشتر درباره چای سرددم تهیه‌شده با فراصوت، اینجا کلیک کنید!
- عاری از حلال / بر پایه آب
- بازده بالای استخراج
- عصاره‌های با کیفیت بالا
- عصاره‌های دارای طیف کامل ترکیبات
- فرایند سریع
- سبز و سازگار با محیط‌زیست
- کاربری ساده و ایمن
- نیاز اندک به نگهداری
- بازگشت سریع سرمایه
دستگاه استخراج فراصوتی UIP2000hdT (2kW) با راکتور ناپیوسته با هم‌زدن مداوم
مطالعه موردی استخراج فراصوتی کاتچین
استخراج فراصوتی را می‌توان با حلال‌های گوناگونی از جمله آب، اتانول، مخلوط آب : اتانول، ایزوپروپانول، روغن گیاهی، گلیسیرین و غیره انجام داد.
در مطالعه‌ای در سال 2018، Ayyildiz و همکاران استخراج فراصوتی با استفاده از آب و اتانول به‌عنوان حلال را با روش متداول استخراج با آب داغ مقایسه کردند. برای این مطالعه در مقیاس پایلوت، از سونیکاتور Hielscher UIP2000hd (2kW, 20kHz) در آرایش ناپیوسته و جریان پیوسته استفاده کردند.
نتایج نشان داد که استخراج فراصوتی با اتانول، برای دستیابی به بازده بالاتر استخراج EGCG، EGC، ECG و EC، به‌طور معنی‌داری (p < 0٫05) کارآمدتر از استخراج متداول با آب داغ و استخراج فراصوتی بر پایه آب بود. در شرایط بهینه فرایند، میزان EGCG به‌دست‌آمده از استخراج فراصوتی با اتانول، به‌ترتیب تقریباً 100% و 50% بیشتر از استخراج متداول با آب داغ و استخراج فراصوتی با آب بود. شرایط بهینه استخراج فراصوتی EGCG با اتانول عبارت بودند از 66.53ºC، مدت 43٫75 min و اتانول 67٫81%.
استخراج فراصوتی، به‌دلیل افزایش کارایی فرایند استخراج در دمای پایین‌تر همراه با حفظ فعالیت آنتی‌اکسیدانی کاتچین‌های چای، روش ترجیحی استخراج آن‌هاست.
دستگاه‌های استخراج فراصوتی با عملکرد بالا
سامانه‌های استخراج Hielscher Ultrasonics در سراسر جهان در صنایع غذایی و دارویی برای تولید تجاری عصاره‌های گیاهی با کیفیت بالا که به‌عنوان مکمل‌های غذایی و فرآورده‌های دارویی مصرف می‌شوند، به کار می‌روند. چه بخواهید بچ‌های کوچک‌تری از چای سرددم تولید کنید و چه مقادیر زیادی از عصاره‌های پلی‌فنول / کاتچین با کیفیت بالا را فرآوری کنید، Hielscher Ultrasonics دستگاه استخراج فراصوتی مناسب شما را دارد. کار با سونیکاتورها آسان و ایمن است. نرم‌افزار با کاربری آسان و کنترل دیجیتال از طریق نمایشگر لمسی، کنترل دقیق فرایند را امکان‌پذیر می‌کنند. استحکام تجهیزات فراصوتی Hielscher، کارکرد 24/7 را در شرایط کاری سنگین و محیط‌های دشوار امکان‌پذیر می‌کند.
سونیکاتور پروبی UP100H برای استخراج کاتچین از برگ‌های چای
استانداردسازی فرایند با Hielscher Ultrasonics
عصاره‌های با گرید غذایی و دارویی باید مطابق با اصول تولید خوب (GMP) و بر اساس مشخصات استانداردشده فرآوری تولید شوند. سامانه‌های دیجیتال استخراج Hielscher Ultrasonics به نرم‌افزار هوشمندی مجهز هستند که تنظیم و کنترل دقیق فرایند فراصوت‌دهی را آسان می‌کند. ثبت خودکار داده‌ها، تمامی پارامترهای فرایند فراصوتی مانند انرژی فراصوت (انرژی کل و خالص)، دامنه، دما و فشار (در صورت نصب حسگرهای دما و فشار) را همراه با تاریخ و زمان روی کارت SD داخلی ذخیره می‌کند. این قابلیت به شما امکان می‌دهد هر سری ساخت فرآوری‌شده با فراصوت را بازبینی کنید. هم‌زمان، تکرارپذیری و کیفیت بالای مستمر محصول تضمین می‌شود.
جدول زیر نمایی از ظرفیت تقریبی فرآوری سونیکاتورهای ما ارائه می‌دهد:
| حجم بچ | دبی | دستگاه‌های پیشنهادی |
|---|---|---|
| 1 تا 500mL | 10 تا 200mL/min | UP100H |
| 10 تا 2000mL | 20 تا 400mL/min | UP200Ht, UP400St |
| 0٫1 تا 20L | 0٫2 تا 4L/min | UIP2000hdT |
| 10 تا 100L | 2 تا 10L/min | UIP4000hdT |
| قابل اعمال نیست | 10 تا 100L/min | UIP16000 |
| قابل اعمال نیست | بیشتر | مجموعه‌ای از UIP16000 |
با ما تماس بگیرید! / از ما بپرسید!
هموژنایزرهای فراصوتی پرتوان از مقیاس آزمایشگاهی تا پایلوت و صنعتی .
منابع / مراجع
- 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.
دانستنی‌های مفید
استخراج فراصوتی – اصل عملکرد
استخراج فراصوتی روشی مکانیکی برای آزادسازی و جداسازی ترکیبات درون‌سلولی از ماتریس‌های سلولی، مانند سلول‌های گیاهی، است. هنگامی که امواج فراصوت پرتوان به یک دوغاب (برای مثال، متشکل از ذرات گیاهی خیسانده‌شده در آب یا حلال) منتقل می‌شوند، امواج فراصوت پرانرژی، کاویتاسیون ایجاد می‌کنند. پدیده کاویتاسیون به‌صورت موضعی، دماها، فشارها، نرخ‌های گرمایش/سرمایش و اختلاف فشارهای بسیار شدید و نیروهای برشی بالایی در محیط ایجاد می‌کند. هنگامی که حباب‌های کاویتاسیون روی سطح جامدات (مانند ذرات، سلول‌های گیاهی، بافت‌ها و غیره) به درون فرو می‌پاشند، ریزجت‌ها و برخوردهای بین‌ذره‌ای، اثراتی مانند لایه‌برداری سطحی، فرسایش و خردشدن ذرات ایجاد می‌کنند. افزون بر این، فروپاشی حباب‌های کاویتاسیون در محیط‌های مایع، آشفتگی‌های درشت‌مقیاس و ریزاختلاط ایجاد می‌کند.
تابش فراصوت روشی کارآمد برای تقویت فرایندهای انتقال جرم است، زیرا فراصوت‌دهی موجب کاویتاسیون و سازوکارهای مرتبط با آن می‌شود؛ از جمله حرکت‌های ریزمقیاس ناشی از جت‌های مایع، فشرده‌سازی و رفع فشار در ماده و تخریب متعاقب دیواره‌های سلولی، و نیز نرخ‌های بالای گرمایش و سرمایش.
استخراج فراصوتی از سلول‌های گیاهی: مقطع عرضی میکروسکوپی (TS)، سازوکار اثرگذاری در طول استخراج فراصوتی از سلول‌ها را نشان می‌دهد (بزرگ‌نمایی 2000x) [resource: Vilkhu et al. 2011]
فراصوت‌دهی مواد گیاهی، ماتریس سلول‌های گیاهی را قطعه‌قطعه می‌کند و آب‌گیری آن را افزایش می‌دهد. Chemat و همکاران (2015) نتیجه می‌گیرند که استخراج فراصوتی ترکیبات زیست‌فعال از مواد گیاهی، حاصل سازوکارهای مستقل یا ترکیبی گوناگونی شامل قطعه‌قطعه‌شدن، فرسایش، مویینگی، ازهم‌گسیختگی بافت و منفذسازی فراصوتی است. این اثرات دیواره سلولی را تخریب می‌کنند، با راندن حلال به درون سلول و مکش حلال حاوی ترکیبات گیاهی به بیرون، انتقال جرم را بهبود می‌بخشند و با ریزاختلاط، حرکت مایع را تضمین می‌کنند.
مزایای اصلی استخراج فراصوتی چیست؟
- فرایند سریع و خروجی بالا
- مصرف کم انرژی
- کاهش هزینه فرآوری
- فناوری غیرحرارتی
- خلوص بالاتر
- فناوری سبز
کاویتاسیون آکوستیکی و اثرات آن
در مایع، امواج فراصوت چرخه‌های شدید و متناوب فشار بالا / فشار پایین ایجاد می‌کنند که به تشکیل حباب‌های کاویتاسیون منجر می‌شود. طی چندین چرخه فشار، حباب‌های کاویتاسیون رشد می‌کنند تا به حدی برسند که حباب دیگر نتواند انرژی بیشتری جذب کند. در این نقطه، حباب به‌شدت به درون فرو می‌پاشد. هنگام فروپاشی حباب، شرایط شدیدی مانند دماهای بالا تا 5000K، فشارهایی تا 2000atm، نرخ‌های بسیار بالای گرمایش/سرمایش و اختلاف فشار رخ می‌دهد. ازآنجاکه دینامیک فروپاشی حباب سریع‌تر از انتقال جرم و گرماست، انرژی درون حفره در حال فروپاشی در ناحیه‌ای بسیار کوچک محصور می‌شود که «نقطه داغ» نیز نامیده می‌شود. فروپاشی حباب کاویتاسیون همچنین موجب ریزآشفتگی‌ها، جت‌های مایع با سرعت تا 280m/s و نیروهای برشی ناشی از آن‌ها می‌شود. این پدیده به‌عنوان کاویتاسیون فراصوتی یا آکوستیکی شناخته می‌شود.
استخراج فراصوتی بر کاویتاسیون آکوستیکی و نیروهای برشی هیدرودینامیکی آن مبتنی است
کاتچین‌ها
چای سبز به غنی‌بودن از پلی‌فنول‌هایی مانند اسید کافئیک، اسید گالیک، کاتچین، اپی‌کاتچین، گالوکاتچین، کاتچین گالات، گالوکاتچین گالات، اپی‌کاتچین گالات، اپی‌گالوکاتچین و اپی‌گالوکاتچین گالات (EGCG) شناخته می‌شود؛ همین امر چای سبز را به ماده غذایی سلامت‌بخش محبوبی تبدیل کرده است که به‌صورت نوشیدنی و عصاره مصرف می‌شود. EGCG کاتچینی شناخته‌شده است که به مقدار زیاد در برگ‌های خشک چای سبز (7380 mg در هر 100 g)، چای سفید (4245 mg در هر 100 g) و به مقدار کمتر در چای سیاه (936 mg در هر 100 g) وجود دارد. طی تولید چای سیاه، بیشتر کاتچین‌ها به‌واسطه پلی‌فنول‌اکسیدازها به تئافلاوین‌ها و تئاروبیگین‌ها تبدیل می‌شوند.
فواید اپی‌گالوکاتچین گالات (EGCG) برای سلامت
در گروه کاتچین‌ها، اپی‌گالوکاتچین گالات (EGCG) بیشترین توجه پژوهشی را به خود اختصاص داده و امیدبخش‌ترین ترکیب است. EGCG فواید بسیاری، از اثرات ضدسرطانی، آنتی‌اکسیدانی، ضدالتهابی، ضدفیبروز و ضدکلاژناز گرفته تا تقویت سیستم ایمنی و اثرات ضدپیری، از خود نشان می‌دهد و ازاین‌رو به‌صورت نوشیدنی چای سبز و نیز مکمل‌های غذایی مانند کپسول، پودر، قرص و غیره مصرف می‌شود.
مطالعات پژوهشی حاکی از آن‌اند که کاتچین‌هایی مانند اپی‌گالوکاتچین گالات (EGCG) ممکن است التهاب را کاهش دهند و می‌توانند از برخی بیماری‌های مزمن، مانند بیماری قلبی، دیابت و برخی انواع سرطان پیشگیری کنند.
EGCG و اثرات ضدسرطانی آن
ازآنجاکه سرطان بیماری‌ای است که اغلب جان بیمار را تهدید می‌کند، خواص ضدسرطانی EGCG به‌طور گسترده در دست پژوهش است. مطالعات حاکی از آن‌اند که EGCG می‌تواند با کاهش یا حذف اثرات عوامل سرطان‌زا، تومورزایی را مهار کند. یافته‌هایی وجود دارد که نشان می‌دهند EGCG با مهار محور IGF/IGF-1R، بهبود هیپرانسولینمی و کاهش التهاب مزمن، از تومورزایی کبدی مرتبط با چاقی که بر اثر دی‌اتیل‌نیتروزآمین القا می‌شود، پیشگیری می‌کند. سازوکار دیگر اثر ضدسرطانی EGCG، مهار رگ‌زایی و در نتیجه محدودکردن تکثیر تومور است.
EGCG و اثرات آنتی‌اکسیدانی آن
فرایندهای آنتی‌اکسیدانی بی‌شماری در بدن انسان رخ می‌دهند و به سلامت، توانمندی و تندرستی کمک می‌کنند. EGCG یک آنتی‌اکسیدان است. آنتی‌اکسیدان‌ها می‌توانند با به‌دام‌انداختن رادیکال‌های آزاد و خنثی‌کردن آن‌ها، از آسیب سلولی محافظت کنند. حلقه‌های فنولی در ساختار EGCG به‌عنوان تله‌های الکترونی و گیراندازهای رادیکال‌های آزاد عمل می‌کنند، تشکیل گونه‌های فعال اکسیژن را مهار می‌کنند و از این طریق آسیب‌های ناشی از تنش اکسیداتیو را کاهش می‌دهند.
EGCG و اثرات ضدالتهابی آن
التهاب می‌تواند بر اثر بیماری، استرس مزمن و آلودگی محیطی ایجاد شود. بدن در واکنش به چنین عوامل تنش‌زایی دچار التهاب می‌شود که با تجمع شمار زیادی از سلول‌های ایمنی در محل‌های التهاب، آزادسازی سیتوکین‌های پیش‌التهابی و گونه‌های فعال اکسیژن/نیتروژن (ROS/RNS) مشخص می‌شود. ROS/RNS با فعال‌سازی عامل رونویسی NF-B و پروتئین فعال‌کننده-(AP-)1 ارتباط دارند. پس از فعال‌شدن، NF-jB و AP-1 از سیتوپلاسم به هسته منتقل می‌شوند و بیان مجموعه‌ای از ژن‌های التهابی را افزایش می‌دهند که متعاقباً باعث تشدید پاسخ التهابی و آسیب بافتی می‌شود.
EGCG انتقال NF-B و AP-1 را مهار می‌کند، به‌گونه‌ای که بیان iNOS و COX-2 عمدتاً از طریق به‌دام‌انداختن نیتریک اکسید، پراکسی‌نیتریت و سایر ROS/RNS کاهش می‌یابد و تولید عوامل التهابی کم می‌شود.
EGCG و اثرات آن در تقویت استخوان‌زایی
پوکی استخوان بیماری شدیدی است که با تخریب ماتریس استخوان و کاهش تراکم استخوان مشخص می‌شود. EGCG اثرات تنظیم‌کننده‌ای بر سوخت‌وساز استخوان نشان می‌دهد. EGCG می‌تواند آپوپتوز استئوکلاست‌ها را القا کند و با مسدودکردن تولید NF-B و IL-1b، تشکیل استئوکلاست‌ها را مهار کند. افزون بر این، می‌تواند تشکیل ندول‌های استخوانی معدنی‌شده را تقویت کند.
[cf. Chenyu Chu; Jia Deng; Yi Man; Yili Qu (2017): Green Tea Extracts Epigallocatechin-3-gallate for Different Treatments. BioMed Research International Vol. 2017]