Vrhunski ekstrakti katehina s ultrazvukom
Ultrazvučna ekstrakcija katehina
Ultrazvučna ekstrakcija je netermalna tehnika koja se temelji na primjeni čistih mehaničkih sila. Niskofrekventni ultrazvučni valovi visokog intenziteta spajaju se preko ultrazvučne sonde (sonotrode) u tekućem mediju. Intenzivne sile smicanja akustične kavitacije perforiraju i ometaju stanične membrane, pojačavaju prijenos mase između unutrašnjosti stanice i otapala i otpuštaju unutarstanične spojeve u otapalo.
U svom opsežnom pregledu metoda ekstrakcije iz zelenog čaja (Camellia sinensis), Banerjee i Chatterjee (2015.) otkrili su da su ultrazvučni uređaji tipa sonde značajno učinkovitiji od ultrazvučnih kupki. Nadalje, autori navode da je ultrazvučna ekstrakcija preferirani način ekstrakcije katehina iz čaja zbog povećane učinkovitosti procesa ekstrakcije na nižim temperaturama, čime se sprječava toplinska degradacija spojeva osjetljivih na toplinu i čuva njihova ljekovita vrijednost. Ekstrakcija na visokoj temperaturi često dovodi do razgradnje polifenola i povećava oslobađanje proteina i pektina, koji ometaju organoleptičku kvalitetu čaja stvaranjem kreme. Prednost sonikacije leži u njegovom netermalnom mehanizmu. U svojoj studiji, istraživači su pokazali da ultrazvučna ekstrakcija može povećati prinos polifenola čaja na 65°C u usporedbi s tradicionalnom ekstrakcijom na 85°C. Međutim, ultrazvučna ekstrakcija djeluje i na sobnoj temperaturi. Kao tehnika ekstrakcije koja nije termička, sonikatori primjenjuju mehaničke sile za otvaranje stanica i oslobađanje bioaktivnih spojeva kao što su polifenoli i katehini s vrhunskom učinkovitošću u otapalo.
Ultrazvučna ekstrakcija daje visok prinos visokokvalitetnih hranjivih tvari. Kao ne-toplinski proces, ultrazvučna ekstrakcija izbjegava gubitak hranjivih tvari osjetljivih na toplinu.
Ultrazvučna ekstrakcija se također može izvesti na sobnoj temperaturi ili u ohlađenim tekućinama. Kliknite ovdje da biste pročitali više o ultrazvučno hladno kuhanom čaju!
- Bez otapala / na bazi vode
- Visoki prinos ekstrakcije
- Ekstrakti visoke kvalitete
- Ekstrakti punog spektra
- brz proces
- Zeleno, ekološki prihvatljivo
- jednostavan i siguran rad
- slabo održavanje
- Brzi ROI
Ultrazvučni ekstraktor UIP2000hdT (2kW) sa šaržnim reaktorom sa kontinuiranim miješanjem
Studija slučaja ultrazvučne ekstrakcije katehina
Ultrazvučna ekstrakcija može se izvesti korištenjem različitih otapala, uključujući vodu, etanol, mješavinu vode i etanola, izopropanol, biljno ulje, glicerin itd.
U studiji iz 2018., Ayyildiz i sur. usporedio ultrazvučnu ekstrakciju korištenjem vode i etanola kao otapala s konvencionalnom metodom ekstrakcije toplom vodom. Za ovu studiju na pilot razini korišten je ultrazvučni uređaj Hielscher UIP2000hd (2kW, 20kHz) u šaržnom i kontinuiranom protoku.
Rezultati su pokazali da je ultrazvučna ekstrakcija etanolom bila značajno (str < 0.05) učinkovitiji za ekstrakciju većih prinosa EGCG, EGC, ECG i EC od konvencionalne ekstrakcije toplom vodom i ultrazvučne ekstrakcije na bazi vode. Pod optimiziranim uvjetima procesa, dobiveno je gotovo 100% odnosno 50% više sadržaja EGCG ultrazvučnom ekstrakcijom etanolom nego konvencionalnom ekstrakcijom toplom vodom i ultrazvučnom ekstrakcijom vodom. Optimalni uvjeti za ultrazvučnu ekstrakciju EGCG etanolom bili su 66,53ºC, 43,75 min i 67,81% etanola. Ultrazvučna ekstrakcija je preferirani način katehina iz čaja zbog povećane učinkovitosti procesa ekstrakcije na nižim temperaturama zadržavanjem njihove antioksidativne aktivnosti.
Ultrazvučni ekstraktori visokih performansi
Hielscher Ultrasonics sustavi ekstrakcije koriste se diljem svijeta u hrani i farmaciji za komercijalnu proizvodnju visokokvalitetnih biljnih ekstrakata koji se koriste kao dodaci prehrani i lijekovi. Bilo da želite proizvesti manje serije hladno kuhanog čaja ili preraditi velike količine visokokvalitetnih ekstrakata polifenola/katehina, Hielscher Ultrasonics ima odgovarajući ultrazvučni ekstraktor za vas. Ultrasonicators su jednostavni i sigurni za rukovanje. Intuitivni softver i digitalna kontrola putem zaslona osjetljivog na dodir omogućuju preciznu kontrolu procesa. Robusnost Hielscher ultrazvučne opreme omogućuje 24/7 rad pri teškim uvjetima rada iu zahtjevnim okruženjima.
Sonda tipa sonicator UP100H za ekstrakciju katehina iz lišća čaja
Standardizacija procesa s Hielscher Ultrasonics
Ekstrakti prehrambene i farmaceutske kvalitete trebaju se proizvoditi u skladu s dobrom proizvođačkom praksom (GMP) i prema standardiziranim specifikacijama obrade. Digitalni sustavi za ekstrakciju Hielscher Ultrasonics dolaze s inteligentnim softverom, koji olakšava precizno postavljanje i kontrolu procesa sonikacije. Automatsko snimanje podataka zapisuje sve parametre ultrazvučnog procesa kao što su energija ultrazvuka (ukupna i neto energija), amplituda, temperatura, tlak (kada su senzori temperature i tlaka montirani) s oznakom datuma i vremena na ugrađenu SD karticu. To vam omogućuje reviziju svake ultrazvučno obrađene serije. Istodobno je osigurana ponovljivost i kontinuirano visoka kvaliteta proizvoda.
Donja tablica daje vam naznaku približnog kapaciteta obrade naših ultrazvučnih uređaja:
| Volumen serije | Protok | Preporučeni uređaji |
|---|---|---|
| 1 do 500 ml | 10 do 200 ml/min | UP100H |
| 10 do 2000 ml | 20 do 400 ml/min | UP200Ht, UP400St |
| 0.1 do 20L | 0.2 do 4L/min | UIP2000hdT |
| 10 do 100l | 2 do 10L/min | UIP4000hdT |
| na | 10 do 100L/min | UIP16000 |
| na | veći | klaster od UIP16000 |
Kontaktirajte nas! / Pitajte nas!
Ultrazvučni homogenizatori velike snage od laboratorija do pilot i industrijski mjerilo.
Literatura/Reference
- Ayyildiz, Sena Saklar; Karadeniz, Bulent; Sagcanb, Nihan; Bahara, Banu; Us, Ahmet Abdullah; Alasalvar, Cesarettin (2018): Optimiziranje parametara ekstrakcije epigalokatehin galata korištenjem konvencionalne tople vode i metoda potpomognutih ultrazvukom iz zelenog čaja. Prerada hrane i bioproizvoda 111 (2018). 37–44 (prikaz, stručni).
- Banerjee, S., Chatterjee, J. (2015.): Učinkovite strategije ekstrakcije biomolekula čaja (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.): Optimizacija sonotrode ultrazvučne ekstrakcije proantocijanidina iz pivskog zrna. Antioksidansi 2019, 8, 282.
- Petigny L., Périno-Issartier S., Wajsman J., Chemat F. (2013.): Skupna i kontinuirana ekstrakcija boldo lišća (Peumus boldus Mol.) potpomognuta ultrazvukom. Međunarodni časopis za molekularnu znanost 14, 2013. 5750-5764.
- KS Suslick, K. Othmer, “Enciklopedija kemijske tehnologije”; 4. izd. J. Wiley & Sinovi: New York, 1998., sv. 26, str. 517-541.
Činjenice koje vrijedi znati
ultrazvučna ekstrakcija – Princip rada
Ultrazvučna ekstrakcija je mehanička metoda za oslobađanje i izolaciju unutarstaničnog spoja iz staničnih matrica kao što su biljne stanice. Kada se ultrazvučni valovi velike snage spoje u kašu (npr. koja se sastoji od maceriranih biljnih čestica u vodi ili otapalu), ultrazvučni valovi visoke energije stvaraju kavitaciju. Fenomen kavitacije lokalno dovodi do ekstremnih temperatura, pritisaka, brzina grijanja/hlađenja, razlika u tlaku i velikih posmičnih sila u mediju. Kada kavitacijski mjehurići implodiraju na površini krutih tvari (kao što su čestice, biljne stanice, tkiva itd.), mikro-mlaznice i međučestični sudari stvaraju učinke poput površinskog ljuštenja, erozije i razgradnje čestica. Dodatno, implozija kavitacijskih mjehurića u tekućem mediju stvara makro-turbulencije i mikro-miješanje.
Ultrazvučno zračenje predstavlja učinkovit način za poboljšanje procesa prijenosa mase, budući da ultrazvučna obrada rezultira kavitacijom i s njom povezanim mehanizmima kao što su mikrokretanje mlazovima tekućine, kompresija i dekompresija u materijalu s naknadnim prekidom staničnih stijenki, kao i visoko zagrijavanje i brzine hlađenja.
Ultrazvučna ekstrakcija iz biljnih stanica: mikroskopski poprečni presjek (TS) pokazuje mehanizam djelovanja tijekom ultrazvučne ekstrakcije iz stanica (povećanje 2000x) [izvor: Vilkhu et al. 2011.]
Ultrazvučna obrada biljnog materijala fragmentira matricu biljnih stanica i pojačava hidrataciju istih. Chemat i sur. (2015) zaključuju da je ultrazvučna ekstrakcija bioaktivnih spojeva iz biljaka rezultat različitih neovisnih ili kombiniranih mehanizama uključujući fragmentaciju, eroziju, kapilarnost, detekturaciju i sonoporaciju. Ovi učinci ometaju staničnu stijenku, poboljšavaju prijenos mase guranjem otapala u stanicu i isisavanjem otapala napunjenog fito-spojem, te osiguravaju kretanje tekućine mikromiješanjem.
Koje su glavne prednosti ultrazvučne ekstrakcije?
- Brz proces i visok učinak
- Mala potrošnja energije
- Smanjeni troškovi obrade
- Netoplinska tehnologija
- Veća čistoća
- Zelena tehnologija
Akustična kavitacija i njeni učinci
U tekućini, ultrazvučni valovi stvaraju intenzivne izmjenične cikluse visokog/niskog tlaka, što rezultira stvaranjem kavitacijskih mjehurića. Tijekom nekoliko ciklusa pritiska, kavitacijski mjehurići rastu dok ne dosegnu granicu, gdje mjehur ne može apsorbirati više energije. U ovom trenutku mjehurić snažno implodira. Tijekom implozije mjehurića pojavljuju se ekstremni uvjeti kao što su visoke temperature do 5000 K, pritisci do 2000 atm, vrlo visoke brzine zagrijavanja/hlađenja i razlike u tlaku. Budući da je dinamika kolapsa mjehurića brža od prijenosa mase i topline, energija u šupljini koja se kolabira ograničena je na vrlo malu zonu, koja se također naziva "vruća točka". Implozija kavitacijskog mjehurića također rezultira mikroturbulencijama, mlazovima tekućine brzine do 280 m/s i rezultirajućim silama smicanja. Ovaj fenomen je poznat kao ultrazvučna ili akustična kavitacija.
Ultrazvučna ekstrakcija temelji se na akustičnoj kavitaciji i njezinim hidrodinamičkim silama smicanja
katehini
Poznato je da je zeleni čaj bogat polifenolima kao što su kafeinska kiselina, galna kiselina, katehin, epikatehin, galokatehin, katehin galat, galokatehin galat, epikatehin galat, epigalokatehin i epigalokatehin galat (EGCG), što zeleni čaj čini popularnom zdravom hranom koja se konzumira kao piće i kao ekstrakt. EGCG je dobro poznati katehin koji se u velikim količinama nalazi u osušenim listovima zelenog čaja (7380 mg na 100 g), bijelog čaja (4245 mg na 100 g), au manjim količinama u crnom čaju (936 mg na 100 g). 100 g). Tijekom proizvodnje crnog čaja, katehini se većinom pretvaraju u teaflavine i tearubigine putem polifenol oksidaza.
Zdravstvene prednosti epigalokatehin galata (EGCG)
Iz skupine katehina, epigalokatehin galat (EGCG) je najistraženiji i najperspektivniji. Od antikancerogenih, antioksidativnih, protuupalnih, antifibroznih, anti-kolagenaznih učinaka do jačanja imunološkog sustava i učinaka protiv starenja, EGCG pokazuje mnoge prednosti i stoga se konzumira u obliku napitka od zelenog čaja, kao i u obliku dodataka prehrani kao što su kapsule, praškovi, tablete itd.
Istraživanja pokazuju da bi katehini poput epigalokatehin galata (EGCG) mogli smanjiti upalu i spriječiti određena kronična stanja, poput bolesti srca, dijabetesa i nekih oblika raka.
EGCG i njegovi antikancerogeni učinci
Budući da je rak često po život opasna bolest, antikancerogena svojstva EGCG-a su predmet ozbiljnih istraživanja. Studije pokazuju da EGCG može inhibirati nastanak tumora smanjenjem ili uklanjanjem karcinogenih učinaka. Postoje nalazi koji upućuju na to da EGCG sprječava dietilnitrozaminom induciranu tumorigenezu jetre povezanu s pretilošću inhibiranjem osi IGF/IGF-1R, poboljšavajući hiperinzulinemiju i ublažavajući kroničnu upalu. Još jedan mehanizam antikancerogenog učinka EGCG-a je inhibicija angiogeneze i time obuzdavanje proliferacije tumora.
EGCG i njegovi antioksidativni učinci
Bezbrojni antioksidativni procesi odvijaju se u ljudskom tijelu i doprinose zdravlju, snazi i dobrobiti. EGCG je antioksidans. Antioksidansi mogu zaštititi od oštećenja stanica hvatanjem slobodnih radikala i njihovim neutraliziranjem. Fenolni prstenovi u strukturi EGCG djeluju kao hvatači elektrona i čistači slobodnih radikala, inhibiraju stvaranje reaktivnih vrsta kisika i time smanjuju oštećenja uzrokovana oksidativnim stresom.
EGCG i njegovi protuupalni učinci
Upala može biti uzrokovana bolešću, kroničnim stresom i onečišćenjem okoliša. Tijelo na takve čimbenike stresa reagira upalom, koju karakterizira agregacija velikog broja imunoloških stanica na upalnim mjestima, oslobađanje proupalnih citokina i reaktivnih vrsta kisika/dušika (ROS/RNS). ROS/RNS povezani su s aktivacijom transkripcijskog faktora NF-B i aktivatorskog proteina-(AP-)1. Nakon aktivacije, NF-jB i AP-1 prenose se iz citoplazme u jezgru i pojačavaju ekspresiju različitih upalnih gena, što zatim uzrokuje pogoršani upalni odgovor i oštećenje tkiva.
EGCG inhibira prijenos NF-B i AP-1 tako da je ekspresija iNOS i COX-2 smanjena uglavnom uklanjanjem dušikovog oksida, peroksinitrita i drugih ROS/RNS i smanjena je proizvodnja upalnih čimbenika.
EGCG i njegovi učinci na poticanje osteogeneze
Osteoporoza je teška bolest koju karakterizira degeneracija koštanog matriksa i gubitak gustoće kosti. EGCG pokazuje regulatorne učinke na metabolizam kostiju. EGCG može inducirati apoptozu osteoklasta i inhibirati stvaranje osteoklasta blokiranjem stvaranja NF-B i IL-1b. Nadalje, može pospješiti stvaranje mineraliziranih koštanih čvorića.
[usp. Chenyu Chu; Jia Deng; Yi Man; Yili Qu (2017.): Ekstrakti zelenog čaja epigalokatehin-3-galat za različite tretmane. BioMed Research International Vol. 2017.]