תמציות קטכינים מעולות באמצעות אולטרסאונד
מיצוי אולטרסוני של קטכינים
מיצוי אולטרסוני הוא שיטה לא תרמית המבוססת על הפעלת כוחות מכניים בלבד. גלי אולטרסאונד בתדר נמוך ובעוצמה גבוהה מועברים לתווך נוזלי באמצעות גשוש אולטרסוני (סונוטרודה). כוחות הגזירה העזים של הקוויטציה האקוסטית מנקבים ומפרקים את קרומי התאים, מגבירים את מעבר המסה בין פנים התא לממס ומשחררים את התרכובות התוך־תאיות אל הממס.
בסקירתם המקיפה של שיטות מיצוי מתה ירוק (Camellia sinensis), מצאו Banerjee ו־Chatterjee (2015) כי מכשירים אולטרסוניים בעלי גשוש יעילים במידה ניכרת מאמבטיות אולטרסוניות. יתר על כן, המחברים מציינים שמיצוי אולטרסוני הוא השיטה המועדפת למיצוי קטכינים מתה, בזכות יעילות מוגברת של תהליך המיצוי בטמפרטורה נמוכה יותר, המונעת פירוק תרמי של תרכובות רגישות לחום ושומרת על ערכן הרפואי. מיצוי בטמפרטורה גבוהה מוביל לעיתים קרובות לפירוק פוליפנולים ומגביר את שחרור החלבונים והפקטין, הפוגעים באיכותו החושית של התה עקב היווצרות קרם תה. יתרונה של הסוניקציה טמון במנגנון הלא תרמי שלה. במחקרם הראו החוקרים כי מיצוי אולטרסוני ב־65°C יכול להגדיל את תפוקת הפוליפנולים מתה בהשוואה למיצוי מסורתי ב־85°C. עם זאת, מיצוי אולטרסוני פועל גם בטמפרטורת החדר. כשיטת מיצוי לא תרמית, מכשירי סוניקציה מפעילים כוחות מכניים כדי לפתוח את התאים ולשחרר אל הממס תרכובות פעילות ביולוגית, כגון פוליפנולים וקטכינים, ביעילות מעולה.
מיצוי אולטרסוני מניב תפוקה גבוהה של רכיבי תזונה באיכות גבוהה. כתהליך לא תרמי, מיצוי אולטרסוני מונע אובדן של רכיבי תזונה רגישים לחום.
אפשר לבצע מיצוי אולטרסוני גם בטמפרטורת החדר או בנוזלים מקוררים. לחצו כאן לקריאה נוספת על תה בחליטה קרה באמצעות אולטרסאונד!
- ללא ממסים / על בסיס מים
- תפוקת מיצוי גבוהה
- תמציות באיכות גבוהה
- תמציות בעלות ספקטרום מלא
- תהליך מהיר
- ירוק וידידותי לסביבה
- תפעול פשוט ובטוח
- דרישות תחזוקה נמוכות
- החזר השקעה מהיר
מכשיר מיצוי אולטרסוני UIP2000hdT (2kW) עם ריאקטור מנתי בערבול רציף
חקר מקרה של מיצוי אולטרסוני של קטכינים
ניתן לבצע מיצוי אולטרסוני באמצעות מגוון ממסים, ובהם מים, אתנול, תערובת מים : אתנול, איזופרופנול, שמן צמחי, גליצרין ועוד.
במחקר משנת 2018 השוו Ayyildiz ועמיתיו מיצוי אולטרסוני באמצעות מים ואתנול כממסים לשיטת המיצוי המקובלת במים חמים. במחקר זה בקנה מידה של פיילוט הם השתמשו במכשיר אולטרסוני Hielscher UIP2000hd (2kW, 20kHz) בתצורת אצווה ובתצורת זרימה רציפה.
התוצאות הראו שמיצוי אולטרסוני באתנול היה יעיל יותר באופן מובהק (p < 0.05) בהשגת תפוקות גבוהות יותר של EGCG, EGC, ECG ו-EC בהשוואה למיצוי המקובל במים חמים ולמיצוי אולטרסוני על בסיס מים. בתנאי תהליך מיטביים, תכולת ה-EGCG שהתקבלה במיצוי אולטרסוני באתנול הייתה גבוהה בכמעט 100% וב-50% מזו שהתקבלה במיצוי המקובל במים חמים ובמיצוי אולטרסוני במים, בהתאמה. התנאים המיטביים למיצוי אולטרסוני של EGCG באתנול היו 66.53ºC, זמן של 43.75 min וריכוז אתנול של 67.81%.
מיצוי אולטרסוני הוא השיטה המועדפת למיצוי קטכינים מתה, בזכות היעילות המוגברת של תהליך המיצוי בטמפרטורה נמוכה יותר, תוך שימור פעילותם נוגדת החמצון.
מערכות מיצוי אולטרסוניות בעלות ביצועים גבוהים
מערכות המיצוי של Hielscher Ultrasonics משמשות ברחבי העולם בתעשיות המזון והתרופות לייצור מסחרי של תמציות צמחיות באיכות גבוהה, המשמשות כתוספי תזונה וכתרופות. בין שברצונכם לייצר אצוות קטנות יותר של תה בחליטה קרה ובין שברצונכם לעבד כמויות גדולות של תמציות פוליפנולים / קטכינים באיכות גבוהה, ל-Hielscher Ultrasonics יש מערכת מיצוי אולטרסונית המתאימה לכם. המכשירים האולטרסוניים קלים ובטוחים לתפעול. תוכנה אינטואיטיבית ובקרה דיגיטלית באמצעות צג מגע מאפשרות בקרה מדויקת של התהליך. העמידות של הציוד האולטרסוני של Hielscher מאפשרת הפעלה 24/7 בעומסי עבודה כבדים ובסביבות תובעניות.
מכשיר סוניקציה מסוג גשוש UP100H למיצוי קטכינים מעלי תה
סטנדרטיזציה של התהליך עם Hielscher Ultrasonics
יש לייצר תמציות בדרגת מזון ותרופות בהתאם לתנאי ייצור נאותים (GMP) ולמפרטי עיבוד אחידים. מערכות המיצוי הדיגיטליות של Hielscher Ultrasonics מצוידות בתוכנה חכמה, המקלה על הגדרה ובקרה מדויקות של תהליך הסוניקציה. רישום נתונים אוטומטי מתעד בכרטיס ה-SD המובנה את כל פרמטרי התהליך האולטרסוני, כגון אנרגיית האולטרסאונד (אנרגיה כוללת ונטו), אמפליטודה, טמפרטורה ולחץ (כאשר מותקנים חיישני טמפרטורה ולחץ), בצירוף חותמת תאריך ושעה. כך ניתן לבדוק כל אצווה שעברה עיבוד אולטרסוני. בה בעת מובטחות הדירות ואיכות מוצר גבוהה באופן עקבי.
הטבלה שלהלן מציגה את כושר העיבוד המשוער של המכשירים האולטרסוניים שלנו:
| נפח אצווה | ספיקת זרימה | מכשירים מומלצים |
|---|---|---|
| 1 עד 500mL | 10 עד 200mL/min | UP100H |
| 10 עד 2000mL | 20 עד 400mL/min | UP200Ht, UP400St |
| 0.1 עד 20L | 0.2 עד 4L/min | UIP2000hdT |
| 10 עד 100L | 2 עד 10L/min | UIP4000hdT |
| n.a. | 10 עד 100L/min | UIP16000 |
| n.a. | גבוהה יותר | מערך של UIP16000 |
צרו קשר! / שאלו אותנו!
ספרות/מקורות
- Ayyildiz, Sena Saklar; Karadeniz, Bulent; Sagcanb, Nihan; Bahara, Banu; Us, Ahmet Abdullah; Alasalvar, Cesarettin (2018): מיטוב הפרמטרים למיצוי אפיגלוקטכין גלאט מתה ירוק בשיטות מקובלות של מים חמים ובשיטות בסיוע אולטרסאונד. Food and Bioproducts Processing 111 (2018). 37–44.
- Banerjee, S., Chatterjee, J. (2015): אסטרטגיות יעילות למיצוי ביומולקולות מתה (Camellia sinensis). 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): מיטוב מיצוי פרואנתוציאנידינים משאריות דגנים מתעשיית הבירה בסיוע אולטרסאונד באמצעות סונוטרודה. Antioxidants 2019, 8, 282.
- Petigny L., Périno-Issartier S., Wajsman J., Chemat F. (2013): מיצוי באצוות ובזרימה רציפה בסיוע אולטרסאונד של עלי בולדו (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.
עובדות שכדאי לדעת
מיצוי אולטרסוני – עקרון הפעולה
מיצוי אולטרסוני הוא שיטה מכנית לשחרור ולבידוד של תרכובת תוך־תאית מתוך מטריצות תאיות, כגון תאי צמח. כאשר גלי אולטרסאונד בהספק גבוה מועברים לתרחיף (למשל, המורכב מחלקיקי צמח שעברו השריה במים או בממס), גלי האולטרסאונד עתירי האנרגיה יוצרים קוויטציה. תופעת הקוויטציה גורמת באופן מקומי לטמפרטורות, ללחצים, לקצבי חימום וקירור ולהפרשי לחצים קיצוניים, וכן לכוחות גזירה גבוהים בתווך. כאשר בועות קוויטציה קורסות על פני השטח של מוצקים (כגון חלקיקים, תאי צמח, רקמות וכו׳), סילונים זעירים והתנגשויות בין חלקיקים יוצרים השפעות כגון קילוף פני השטח, שחיקה ופירוק חלקיקים. בנוסף, קריסת בועות הקוויטציה בתווכים נוזליים יוצרת מערבולות בקנה מידה גדול וערבוב בקנה מידה זעיר.
הקרנה אולטרסונית היא דרך יעילה להגברת תהליכי מעבר מסה, שכן סוניקציה גורמת לקוויטציה ולמנגנונים הנלווים אליה, כגון תנועות זעירות הנגרמות מסילוני נוזל, דחיסה ושחרור דחיסה בחומר שבעקבותיהם מתרחש פירוק של דופנות התאים, וכן קצבי חימום וקירור גבוהים.
מיצוי אולטרסוני מתאי צמח: החתך הרוחבי המיקרוסקופי (TS) מציג את מנגנון הפעולה במהלך מיצוי אולטרסוני מתאים (הגדלה 2000x) [מקור: Vilkhu et al. 2011]
סוניקציה של חומר צמחי מפרקת את מטריצת תאי הצמח למקטעים ומגבירה את ההידרציה שלה. Chemat et al. (2015) מסיקים כי מיצוי אולטרסוני של תרכובות פעילות ביולוגית מחומר צמחי הוא תוצאה של מנגנונים שונים הפועלים בנפרד או במשולב, ובהם פירוק למקטעים, שחיקה, נימיות, פירוק המרקם ויצירת נקבוביות באמצעות אולטרסאונד. השפעות אלה מפרקות את דופן התא, משפרות את מעבר המסה באמצעות דחיפת ממס לתוך התא ושאיבת ממס המכיל תרכובות צמחיות אל מחוץ לתא, ומבטיחות תנועת נוזל באמצעות ערבוב בקנה מידה זעיר.
מהם היתרונות העיקריים של מיצוי אולטרסוני?
- תהליך מהיר ותפוקה גבוהה
- צריכת אנרגיה נמוכה
- עלות עיבוד מופחתת
- טכנולוגיה לא־תרמית
- טוהר גבוה יותר
- טכנולוגיה ירוקה
קוויטציה אקוסטית והשפעותיה
בתוך הנוזל, גלי האולטרסאונד יוצרים מחזורים עזים שבהם לחץ גבוה ולחץ נמוך מתחלפים לסירוגין, ואלה גורמים להיווצרות בועות קוויטציה. לאורך כמה מחזורי לחץ, בועות הקוויטציה גדלות עד שהן מגיעות לגבול שבו הבועה אינה יכולה לספוג עוד אנרגיה. בשלב זה הבועה קורסת בעוצמה. במהלך קריסת הבועה נוצרים תנאים קיצוניים, כגון טמפרטורות גבוהות של עד 5000K, לחצים של עד 2000atm, קצבי חימום וקירור גבוהים מאוד והפרשי לחצים. מכיוון שדינמיקת קריסת הבועה מהירה יותר ממעבר המסה והחום, האנרגיה בחלל הקורס כלואה באזור קטן מאוד, המכונה גם ״נקודה חמה״. קריסת בועת הקוויטציה גורמת גם למערבולות זעירות, לסילוני נוזל במהירות של עד 280m/s ולכוחות גזירה הנובעים מהם. תופעה זו מוכרת בשם קוויטציה אולטרסונית או אקוסטית.
מיצוי אולטרסוני מבוסס על קוויטציה אקוסטית ועל כוחות הגזירה ההידרודינמיים שלה
קטכינים
תה ירוק ידוע כעשיר בפוליפנולים כגון חומצה קפאית, חומצה גאלית, קטכין, אפיקטכין, גלוקטכין, קטכין גלאט, גלוקטכין גלאט, אפיקטכין גלאט, אפיגלוקטכין ואפיגלוקטכין גלאט (EGCG), ולכן תה ירוק הוא מזון בריאות פופולרי הנצרך כמשקה וכתמצית. EGCG הוא קטכין מוכר, המצוי בכמויות גבוהות בעלים המיובשים של תה ירוק (7380 mg לכל 100 g) ושל תה לבן (4245 mg לכל 100 g), ובכמויות קטנות יותר בתה שחור (936 mg לכל 100 g). במהלך ייצור תה שחור, רוב הקטכינים הופכים לתיאפלאבינים ולתיארוביגינים באמצעות אנזימי פוליפנול אוקסידאז.
היתרונות הבריאותיים של אפיגלוקטכין גלאט (EGCG)
מבין הקטכינים, אפיגלוקטכין גלאט (EGCG) הוא הנחקר ביותר והמבטיח ביותר. החל בהשפעות נוגדות סרטן, נוגדות חמצון, נוגדות דלקת, נוגדות פיברוזיס ונוגדות קולגנאז ועד לחיזוק מערכת החיסון ולהשפעות נוגדות הזדקנות, EGCG מציג יתרונות רבים, ולכן הוא נצרך כמשקה תה ירוק וגם כתוספי תזונה כגון כמוסות, אבקות, טבליות וכדומה.
מחקרים מצביעים על כך שקטכינים כמו אפיגלוקטכין גלאט (EGCG) עשויים להפחית דלקת ויכולים למנוע מצבים כרוניים מסוימים, כגון מחלות לב, סוכרת וסוגים מסוימים של סרטן.
EGCG והשפעותיו נוגדות הסרטן
מכיוון שסרטן הוא מחלה שלעיתים קרובות מסכנת חיים, התכונות נוגדות הסרטן של EGCG נחקרות בהרחבה. מחקרים מצביעים על כך ש-EGCG יכול לעכב היווצרות גידולים באמצעות הפחתת השפעותיהם של חומרים מסרטנים או ביטולן. ישנם ממצאים המצביעים על כך ש-EGCG מונע היווצרות גידולי כבד הקשורה להשמנה והמושרית על ידי דיאתילניטרוזאמין, באמצעות עיכוב ציר IGF/IGF-1R, שיפור מצב ההיפראינסולינמיה ומיתון דלקת כרונית. מנגנון נוסף של ההשפעה נוגדת הסרטן של EGCG הוא עיכוב אנגיוגנזה, ובכך ריסון שגשוג הגידול.
EGCG והשפעותיו נוגדות החמצון
אינספור תהליכים נוגדי חמצון מתרחשים בגוף האדם ותורמים לבריאות, לחוסן ולרווחה. EGCG הוא נוגד חמצון. נוגדי חמצון יכולים להגן מפני נזק תאי באמצעות לכידת רדיקלים חופשיים ונטרולם. טבעות הפנול במבנה של EGCG פועלות כמלכודות אלקטרונים וכלוכדות רדיקלים חופשיים, מעכבות היווצרות צורוני חמצן פעילים ובכך מפחיתות נזקים הנגרמים מעקה חמצונית.
EGCG והשפעותיו נוגדות הדלקת
דלקת יכולה להיגרם ממחלה, ממתח כרוני ומזיהום סביבתי. הגוף מגיב לגורמי עקה כאלה בדלקת, המתאפיינת בהצטברות של מספר רב של תאי חיסון במוקדי הדלקת, בשחרור ציטוקינים מעודדי דלקת ובצורוני חמצן/חנקן פעילים (ROS/RNS). ROS/RNS קשורים להפעלת גורם השעתוק NF-B והחלבון המפעיל (AP-)1. לאחר הפעלתם, NF-jB ו-AP-1 עוברים מהציטופלזמה לגרעין ומגבירים את הביטוי של מגוון גנים הקשורים לדלקת, ובהמשך גורמים לתגובה דלקתית מוגברת ולנזק לרקמות.
EGCG מעכב את ההעברה של NF-B ו-AP-1 כך שהביטוי של iNOS ו-COX-2 מופחת בעיקר באמצעות לכידת חנקן חד-חמצני, פראוקסיניטריט וצורוני ROS/RNS אחרים, וייצור הגורמים הדלקתיים פוחת.
EGCG והשפעותיו על עידוד יצירת עצם
אוסטאופורוזיס היא מחלה חמורה המתאפיינת בהתנוונות מטריצת העצם ובאובדן צפיפות העצם. EGCG מציג השפעות מווסתות על חילוף החומרים בעצם. EGCG יכול להשרות אפופטוזיס באוסטאוקלסטים ולעכב היווצרות אוסטאוקלסטים באמצעות חסימת היצירה של NF-B ו-IL-1b. נוסף על כך, הוא יכול לעודד היווצרות קשריות עצם שעברו מינרליזציה.
[ראו: Chenyu Chu; Jia Deng; Yi Man; Yili Qu (2017): Green Tea Extracts Epigallocatechin-3-gallate for Different Treatments. BioMed Research International Vol. 2017]