Ylivertaiset katekiiniuutteet ultraäänellä

Hyödyllistä tietoa

Ultraääniuutto – toimintaperiaate

Ultraääniuutto on mekaaninen menetelmä solunsisäisten yhdisteiden vapauttamiseen ja eristämiseen solumatriiseista, kuten kasvisoluista. Kun suuritehoisia ultraääniaaltoja kytketään lietteeseen (joka koostuu esimerkiksi maseroiduista kasvihiukkasista vedessä tai liuottimessa), erittäin energiset ultraääniaallot synnyttävät kavitaatiota. Kavitaatioilmiö aiheuttaa väliaineessa paikallisesti äärimmäisiä lämpötiloja, paineita, kuumenemis- ja jäähtymisnopeuksia, paine-eroja ja suuria leikkausvoimia. Kun kavitaatiokuplat luhistuvat kiinteiden aineiden (kuten hiukkasten, kasvisolujen, kudosten jne.) pinnalla, mikrosuihkut ja hiukkasten väliset törmäykset aiheuttavat esimerkiksi pinnan kuoriutumista, eroosiota ja hiukkasten hajoamista. Lisäksi kavitaatiokuplien luhistuminen nestemäisissä väliaineissa synnyttää makroturbulenssia ja mikrosekoittumista.
Ultraäänellä säteilyttäminen on tehokas tapa tehostaa aineensiirtoprosesseja, sillä ultraäänikäsittely synnyttää kavitaatiota ja siihen liittyviä mekanismeja, kuten nestesuihkujen aiheuttamaa mikroliikettä, materiaalin puristumista ja laajenemista, joista seuraa soluseinämien hajoaminen, sekä suuria kuumenemis- ja jäähtymisnopeuksia.

Ultraääniuutto kasvisoluista: mikroskooppinen poikkileikkaus (TS) osoittaa solujen ultraääniuuton aikaisen toimintamekanismin (suurennus 2000x) [lähde: Vilkhu ym. 2011]

Kasvimateriaalin ultraäänikäsittely pilkkoo kasvisolujen matriisia ja tehostaa sen hydratoitumista. Chemat ym. (2015) toteavat, että bioaktiivisten yhdisteiden ultraääniuutto kasveista perustuu erilaisiin erillisiin tai yhdistettyihin mekanismeihin, joita ovat pilkkoutuminen, eroosio, kapillaarisuus, rakenteen hajoaminen ja sonoporaatio. Nämä vaikutukset hajottavat soluseinämää, parantavat aineensiirtoa työntämällä liuotinta soluun ja imemällä kasviyhdisteitä sisältävää liuotinta ulos sekä varmistavat nesteen liikkumisen mikrosekoittumisen avulla.

Mitkä ovat ultraääniuuton tärkeimmät edut?

• Nopea prosessi ja suuri tuotantomäärä
• Pieni energiankulutus
• Pienemmät käsittelykustannukset
• Ei-terminen teknologia
• Korkeampi puhtaus
• Ympäristöystävällinen teknologia

Akustinen kavitaatio ja sen vaikutukset

Nesteessä ultraääniaallot synnyttävät voimakkaita, vuorottelevia korkea- ja matalapainesyklejä, jotka johtavat kavitaatiokuplien muodostumiseen. Useiden painesyklien aikana kavitaatiokuplat kasvavat, kunnes ne saavuttavat rajan, jossa kupla ei enää pysty absorboimaan lisää energiaa. Tässä vaiheessa kupla luhistuu rajusti. Kuplan luhistuessa syntyy äärimmäisiä olosuhteita, kuten korkeita, jopa 5 000K:n lämpötiloja, jopa 2 000atm:n paineita, erittäin suuria kuumenemis- ja jäähtymisnopeuksia sekä paine-eroja. Koska kuplan luhistumisen dynamiikka on nopeampaa kuin aineen- ja lämmönsiirto, luhistuvan ontelon energia rajoittuu hyvin pienelle alueelle, jota kutsutaan myös ”kuumaksi pisteeksi”. Kavitaatiokuplan luhistuminen synnyttää myös mikroturbulenssia, nestesuihkuja, joiden nopeus on jopa 280m/s, ja niistä aiheutuvia leikkausvoimia. Tätä ilmiötä kutsutaan ultraäänikavitaatioksi tai akustiseksi kavitaatioksi.

Ultraääniuutto perustuu akustiseen kavitaatioon ja sen hydrodynaamisiin leikkausvoimiin

Katekiinit

Vihreän teen tiedetään sisältävän runsaasti polyfenoleja, kuten kahvihappoa, gallushappoa, katekiinia, epikatekiinia, gallokatekiinia, katekiinigallaattia, gallokatekiinigallaattia, epikatekiinigallaattia, epigallokatekiinia ja epigallokatekiinigallaattia (EGCG). Tämä tekee vihreästä teestä suositun terveysvaikutteisen elintarvikkeen, jota nautitaan juomana ja uutteena. EGCG on tunnettu katekiini, jota esiintyy runsaasti vihreän teen kuivatuissa lehdissä (7 380 mg / 100 g), valkoisessa teessä (4 245 mg / 100 g) ja pienempinä määrinä mustassa teessä (936 mg / 100 g). Mustan teen valmistuksen aikana katekiinit muuntuvat pääosin teaflaviineiksi ja tearubigiineiksi polyfenolioksidaasien vaikutuksesta.

Epigallokatekiinigallaatin (EGCG) terveyshyödyt

Katekiinien ryhmässä epigallokatekiinigallaatti (EGCG) on tutkituin ja lupaavin yhdiste. EGCG:llä on monia hyödyllisiä vaikutuksia syöpää ehkäisevistä, antioksidatiivisista, tulehdusta, fibroosia ja kollagenaasia ehkäisevistä vaikutuksista immuunijärjestelmää vahvistaviin ja ikääntymistä ehkäiseviin vaikutuksiin. Siksi sitä nautitaan vihreänä teenä sekä ravintolisinä, kuten kapseleina, jauheina, tabletteina jne.
Tutkimukset viittaavat siihen, että katekiinit, kuten epigallokatekiinigallaatti (EGCG), saattavat vähentää tulehdusta ja voivat ehkäistä tiettyjä kroonisia sairauksia, kuten sydänsairauksia, diabetesta ja joitakin syöpämuotoja.

EGCG ja sen syöpää ehkäisevät vaikutukset

Koska syöpä on usein hengenvaarallinen sairaus, EGCG:n syöpää ehkäiseviä ominaisuuksia tutkitaan intensiivisesti. Tutkimukset viittaavat siihen, että EGCG voi estää kasvainten syntyä vähentämällä tai poistamalla karsinogeenien vaikutuksia. On havaintoja, jotka viittaavat siihen, että EGCG ehkäisee dietyylinitrosamiinin aiheuttamaa, lihavuuteen liittyvää maksakasvainten syntyä estämällä IGF/IGF-1R-akselin toimintaa, lievittämällä hyperinsulinemiaa ja vähentämällä kroonista tulehdusta. Toinen EGCG:n syöpää ehkäisevän vaikutuksen mekanismi on angiogeneesin estäminen ja siten kasvainten lisääntymisen hillitseminen.

EGCG ja sen antioksidatiiviset vaikutukset

Ihmiskehossa tapahtuu lukemattomia antioksidatiivisia prosesseja, jotka edistävät terveyttä, voimaa ja hyvinvointia. EGCG on antioksidantti. Antioksidantit voivat suojata soluvaurioilta sieppaamalla vapaita radikaaleja ja neutraloimalla niitä. EGCG:n rakenteen fenolirenkaat toimivat elektronien ja vapaiden radikaalien sieppaajina, estävät reaktiivisten happilajien muodostumista ja vähentävät siten oksidatiivisen stressin aiheuttamia vaurioita.

EGCG ja sen tulehdusta ehkäisevät vaikutukset

Tulehdusta voivat aiheuttaa sairaudet, krooninen stressi ja ympäristön saastuminen. Keho reagoi tällaisiin stressitekijöihin tulehduksella, jolle ovat ominaisia suuren immuunisolumäärän kertyminen tulehduskohtiin sekä tulehdusta edistävien sytokiinien ja reaktiivisten happi- ja typpilajien (ROS/RNS) vapautuminen. ROS/RNS liittyvät transkriptiotekijä NF-B:n ja aktivaattoriproteiini-(AP-)1:n aktivoitumiseen. Aktivoitumisen jälkeen NF-jB ja AP-1 siirtyvät solulimasta tumaan ja lisäävät useiden tulehdukseen liittyvien geenien ilmentymistä, mikä johtaa voimistuneeseen tulehdusvasteeseen ja kudosvaurioihin.
EGCG estää NF-B:n ja AP-1:n välittymistä siten, että iNOS:n ja COX-2:n ilmentyminen vähenee pääasiassa typpioksidin, peroksinitriitin ja muiden ROS/RNS-lajien sieppaamisen kautta ja tulehdustekijöiden tuotanto vähenee.

EGCG ja sen luunmuodostusta edistävät vaikutukset

Osteoporoosi on vakava sairaus, jolle ovat ominaisia luumatriisin rappeutuminen ja luuntiheyden väheneminen. EGCG:llä on luun aineenvaihduntaa sääteleviä vaikutuksia. EGCG voi aiheuttaa osteoklastien apoptoosia ja estää osteoklastien muodostumista estämällä NF-B:n ja IL-1b:n muodostumista. Lisäksi se voi edistää mineralisoituneiden luukyhmyjen muodostumista.
[Ks. Chenyu Chu; Jia Deng; Yi Man; Yili Qu (2017): Green Tea Extracts Epigallocatechin-3-gallate for Different Treatments. BioMed Research International Vol. 2017]