Vrhunski ekstrakti katehina dobiveni ultrazvukom
Ultrazvučna ekstrakcija katehina
Ultrazvučna ekstrakcija netoplinska je tehnika koja se temelji na primjeni isključivo mehaničkih sila. Ultrazvučni valovi niske frekvencije i visokog intenziteta uvode se putem ultrazvučne sonde (sonotrode) u tekući medij. Intenzivne smične sile akustične kavitacije perforiraju i razaraju stanične membrane, poboljšavaju prijenos tvari između unutrašnjosti stanice i otapala te oslobađaju unutarstanične spojeve u otapalo.
U svojem opsežnom pregledu metoda ekstrakcije iz zelenog čaja (Camellia sinensis), Banerjee i Chatterjee (2015) utvrdili su da su ultrazvučni uređaji sa sondom znatno učinkovitiji od ultrazvučnih kupelji. Nadalje, autori navode da je ultrazvučna ekstrakcija preferirana metoda ekstrakcije katehina iz čaja zbog povećane učinkovitosti postupka ekstrakcije pri nižoj temperaturi, čime se sprječava toplinska razgradnja spojeva osjetljivih na toplinu i čuva njihova ljekovita vrijednost. Ekstrakcija pri visokoj temperaturi često dovodi do razgradnje polifenola i povećava oslobađanje proteina i pektina, koji stvaranjem kremastog taloga narušavaju organoleptičku kvalitetu čaja. Prednost sonikacije leži u njezinu netoplinskom mehanizmu. U svojem su istraživanju istraživači pokazali da ultrazvučna ekstrakcija pri 65°C može povećati prinos polifenola iz čaja u usporedbi s tradicionalnom ekstrakcijom pri 85°C. Međutim, ultrazvučna ekstrakcija djeluje i pri sobnoj temperaturi. Kao uređaji za netoplinsku ekstrakciju, sonikatori primjenjuju mehaničke sile kako bi otvorili stanice i uz vrhunsku učinkovitost oslobodili bioaktivne spojeve poput polifenola i katehina u otapalo.
Ultrazvučna ekstrakcija daje visok prinos visokokvalitetnih hranjivih tvari. Kao netoplinski postupak, ultrazvučna ekstrakcija izbjegava gubitak hranjivih tvari osjetljivih na toplinu.
Ultrazvučna ekstrakcija može se provoditi i pri sobnoj temperaturi ili u ohlađenim tekućinama. Kliknite ovdje kako biste saznali više o hladnoj pripremi čaja ultrazvukom!
- Bez otapala / na bazi vode
- Visok prinos ekstrakcije
- Visokokvalitetni ekstrakti
- Ekstrakti punog spektra
- Brz postupak
- Zeleno, prihvatljivo za okoliš
- Jednostavan i siguran rad
- Mala potreba za održavanjem
- Brz povrat ulaganja
Ultrazvučni ekstraktor UIP2000hdT (2kW) sa šaržnim reaktorom s kontinuiranim miješanjem
Studija slučaja ultrazvučne ekstrakcije katehina
Ultrazvučna ekstrakcija može se provoditi primjenom različitih otapala, uključujući vodu, etanol, smjesu vode i etanola, izopropanol, biljno ulje, glicerin itd.
U istraživanju iz 2018. Ayyildiz i sur. usporedili su ultrazvučnu ekstrakciju uz primjenu vode i etanola kao otapala s konvencionalnom metodom ekstrakcije vrućom vodom. Za ovo istraživanje u pilotnom mjerilu upotrijebili su ultrazvučni uređaj Hielscher UIP2000hd (2kW, 20kHz) u šaržnoj izvedbi i izvedbi s kontinuiranim protokom.
Rezultati su pokazali da je ultrazvučna ekstrakcija etanolom bila znatno (p < 0,05) učinkovitija u postizanju većih prinosa EGCG-a, EGC-a, ECG-a i EC-a od konvencionalne ekstrakcije vrućom vodom i ultrazvučne ekstrakcije vodom. U optimiziranim procesnim uvjetima ultrazvučnom ekstrakcijom etanolom dobiven je gotovo 100% veći sadržaj EGCG-a nego konvencionalnom ekstrakcijom vrućom vodom te 50% veći sadržaj nego ultrazvučnom ekstrakcijom vodom. Optimalni uvjeti za ultrazvučnu ekstrakciju EGCG-a etanolom bili su 66.53ºC, 43,75 min i 67,81% etanola.
Ultrazvučna ekstrakcija preferirana je metoda ekstrakcije katehina iz čaja zbog povećane učinkovitosti procesa ekstrakcije pri nižoj temperaturi uz očuvanje njihove antioksidacijske aktivnosti.
Ultrazvučni ekstraktori visokih performansi
Sustavi za ekstrakciju tvrtke Hielscher Ultrasonics upotrebljavaju se diljem svijeta u prehrambenoj i farmaceutskoj industriji za komercijalnu proizvodnju visokokvalitetnih biljnih ekstrakata koji se primjenjuju kao dodaci prehrani i farmaceutski proizvodi. Želite li proizvesti manje šarže hladno pripremljenog čaja ili preraditi velike količine visokokvalitetnih ekstrakata polifenola / katehina, Hielscher Ultrasonics ima odgovarajući ultrazvučni ekstraktor za vas. Ultrazvučni uređaji jednostavni su i sigurni za rukovanje. Intuitivan softver i digitalno upravljanje putem zaslona osjetljivog na dodir omogućuju precizno upravljanje procesom. Robusnost ultrazvučne opreme Hielscher omogućuje rad 24/7 pri velikim opterećenjima i u zahtjevnim okruženjima.
Sonikator sa sondom UP100H za ekstrakciju katehina iz listova čaja
Standardizacija procesa uz Hielscher Ultrasonics
Ekstrakti prehrambene i farmaceutske kvalitete trebaju se proizvoditi u skladu s dobrom proizvođačkom praksom (GMP) i standardiziranim specifikacijama obrade. Digitalni sustavi za ekstrakciju tvrtke Hielscher Ultrasonics opremljeni su inteligentnim softverom koji olakšava precizno postavljanje i upravljanje procesom sonikacije. Automatsko bilježenje podataka zapisuje sve parametre ultrazvučnog procesa, kao što su ultrazvučna energija (ukupna i neto energija), amplituda, temperatura i tlak (kada su ugrađeni senzori temperature i tlaka), s datumskom i vremenskom oznakom na ugrađenu SD karticu. To vam omogućuje pregled svake ultrazvučno obrađene šarže. Istodobno su osigurane ponovljivost i trajno visoka kvaliteta proizvoda.
Tablica u nastavku daje pregled približnog kapaciteta obrade naših ultrazvučnih uređaja:
| Volumen šarže | Protok | Preporučeni uređaji |
|---|---|---|
| 1 do 500mL | 10 do 200mL/min | UP100H |
| 10 do 2000mL | 20 do 400mL/min | UP200Ht, UP400St |
| 0,1 do 20L | 0,2 do 4L/min | UIP2000hdT |
| 10 do 100L | 2 do 10L/min | UIP4000hdT |
| n.a. | 10 do 100L/min | UIP16000 |
| n.a. | veći | skupina uređaja UIP16000 |
Kontaktirajte nas! / Pitajte nas!
Ultrazvučni homogenizatori velike snage od laboratorijskog do pilotnog i industrijskog mjerila.
Literatura / reference
- Ayyildiz, Sena Saklar; Karadeniz, Bulent; Sagcanb, Nihan; Bahara, Banu; Us, Ahmet Abdullah; Alasalvar, Cesarettin (2018): Optimizacija parametara ekstrakcije epigalokatehin galata iz zelenog čaja primjenom konvencionalnih metoda s vrućom vodom i metoda potpomognutih ultrazvukom. Food and Bioproducts Processing 111 (2018). 37–44.
- 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 ekstrakcije proantocijanidina iz pivskog tropa potpomognute ultrazvukom primjenom sonotrode. Antioxidants 2019, 8, 282.
- Petigny L., Périno-Issartier S., Wajsman J., Chemat F. (2013): Šaržna i kontinuirana ekstrakcija listova bolda (Peumus boldus Mol.) potpomognuta ultrazvukom. Međunarodni časopis za molekularnu znanost 14, 2013. 5750–5764.
- K.S. Suslick, K. Othmer, „Enciklopedija kemijske tehnologije”; 4. izd. J. Wiley & Sons: New York, 1998, sv. 26, str. 517–541.
Činjenice koje vrijedi znati
Ultrazvučna ekstrakcija – načelo rada
Ultrazvučna ekstrakcija mehanička je metoda oslobađanja i izoliranja unutarstaničnih spojeva iz staničnih matriksa kao što su biljne stanice. Kada se ultrazvučni valovi velike snage prenose u suspenziju (npr. maceriranih biljnih čestica u vodi ili otapalu), ultrazvučni valovi visoke energije stvaraju kavitaciju. Pojava kavitacije lokalno dovodi do ekstremnih temperatura, tlakova, brzina zagrijavanja/hlađenja, razlika tlaka i velikih smičnih sila u mediju. Kada kavitacijski mjehurići implodiraju na površini krutih tvari (kao što su čestice, biljne stanice, tkiva itd.), mikromlazovi i sudari među česticama uzrokuju učinke kao što su ljuštenje površine, erozija i razbijanje čestica. Osim toga, implozija kavitacijskih mjehurića u tekućim medijima stvara makroturbulencije i mikromiješanje.
Ultrazvučno ozračivanje učinkovit je način poboljšanja procesa prijenosa tvari jer sonikacija uzrokuje kavitaciju i s njom povezane mehanizme kao što su mikrogibanje izazvano mlazovima tekućine, kompresija i dekompresija u materijalu s naknadnim razaranjem staničnih stijenki te velike brzine zagrijavanja i hlađenja.
Ultrazvučna ekstrakcija iz biljnih stanica: mikroskopski poprečni presjek (TS) prikazuje mehanizam djelovanja tijekom ultrazvučne ekstrakcije iz stanica (povećanje 2000x) [izvor: Vilkhu et al. 2011]
Sonikacija biljnog materijala usitnjava matriks biljnih stanica i poboljšava njegovu hidrataciju. Chemat et al. (2015) zaključuju da je ultrazvučna ekstrakcija bioaktivnih spojeva iz biljnog materijala rezultat različitih neovisnih ili kombiniranih mehanizama, uključujući fragmentaciju, eroziju, kapilarnost, razaranje teksture i sonoporaciju. Ti učinci razaraju staničnu stijenku, poboljšavaju prijenos tvari potiskivanjem otapala u stanicu i izvlačenjem otapala obogaćenog biljnim spojevima iz nje te osiguravaju gibanje tekućine mikromiješanjem.
Koje su glavne prednosti ultrazvučne ekstrakcije?
- Brz proces i velik proizvodni učinak
- Mala potrošnja energije
- Smanjeni troškovi obrade
- Netoplinska tehnologija
- Veća čistoća
- Zelena tehnologija
Akustična kavitacija i njezini učinci
U tekućini ultrazvučni valovi stvaraju intenzivne naizmjenične cikluse visokog / niskog tlaka, koji dovode do nastanka kavitacijskih mjehurića. Tijekom nekoliko tlačnih ciklusa kavitacijski mjehurići rastu dok ne dosegnu granicu pri kojoj mjehurić više ne može apsorbirati energiju. U tom trenutku mjehurić silovito implodira. Tijekom implozije mjehurića nastaju ekstremni uvjeti kao što su visoke temperature do 5000K, tlakovi do 2000atm, vrlo velike brzine zagrijavanja/hlađenja i razlike tlaka. Budući da je dinamika kolapsa mjehurića brža od prijenosa tvari i topline, energija u šupljini koja kolabira ograničena je na vrlo malo područje koje se naziva i „vruća točka”. Implozija kavitacijskog mjehurića također uzrokuje mikroturbulencije, mlazove tekućine brzine do 280m/s i posljedične smične sile. Ta je pojava poznata kao ultrazvučna ili akustična kavitacija.
Ultrazvučna ekstrakcija temelji se na akustičnoj kavitaciji i njezinim hidrodinamičkim smičnim silama
Katehini
Poznato je da je zeleni čaj bogat polifenolima kao što su kavena kiselina, galna kiselina, katehin, epikatehin, galokatehin, katehin galat, galokatehin galat, epikatehin galat, epigalokatehin i epigalokatehin galat (EGCG), što zeleni čaj čini popularnom namirnicom korisnom za zdravlje koja se konzumira kao napitak i kao ekstrakt. EGCG je dobro poznat katehin koji je u velikim količinama prisutan u osušenim listovima zelenog čaja (7380 mg na 100 g), bijelog čaja (4245 mg na 100 g), a u manjim količinama u crnom čaju (936 mg na 100 g). Tijekom proizvodnje crnog čaja katehini se uglavnom pretvaraju u teaflavine i tearubigine djelovanjem polifenol-oksidaza.
Zdravstvene dobrobiti epigalokatehin galata (EGCG)
U skupini katehina epigalokatehin galat (EGCG) najistraženiji je i najviše obećava. Od antikancerogenih, antioksidacijskih, protuupalnih i antifibrotičnih učinaka te inhibicije kolagenaze do jačanja imunosnog sustava i djelovanja protiv starenja, EGCG pokazuje mnoge dobrobiti te se stoga konzumira u obliku napitka od zelenog čaja, kao i u obliku dodataka prehrani poput kapsula, prašaka, tableta itd.
Istraživanja upućuju na to da bi katehini poput epigalokatehin galata (EGCG) mogli smanjiti upalu te da mogu spriječiti određena kronična stanja, poput bolesti srca, dijabetesa i nekih oblika raka.
EGCG i njegovi antikancerogeni učinci
Budući da je rak bolest koja često ugrožava život, antikancerogena svojstva EGCG-a intenzivno se istražuju. Istraživanja upućuju na to da EGCG može inhibirati tumorigenezu smanjenjem ili uklanjanjem učinaka karcinogena. Postoje nalazi koji upućuju na to da EGCG sprječava dietilnitrozaminom izazvanu tumorigenezu jetre povezanu s pretilošću tako što inhibira os IGF/IGF-1R, ublažava hiperinzulinemiju i smanjuje kroničnu upalu. Drugi mehanizam antikancerogenog učinka EGCG-a jest inhibicija angiogeneze, čime se ograničava proliferacija tumora.
EGCG i njegovi antioksidacijski učinci
U ljudskom tijelu odvijaju se nebrojeni antioksidacijski procesi koji pridonose zdravlju, snazi i dobrobiti. EGCG je antioksidans. Antioksidansi mogu štititi od oštećenja stanica hvatanjem slobodnih radikala i njihovom neutralizacijom. Fenolni prstenovi u strukturi EGCG-a djeluju kao zamke za elektrone i hvatači slobodnih radikala, inhibiraju stvaranje reaktivnih kisikovih vrsta te time smanjuju oštećenja uzrokovana oksidacijskim stresom.
EGCG i njegovi protuupalni učinci
Upalu mogu uzrokovati bolest, kronični stres i onečišćenje okoliša. Tijelo na takve stresne čimbenike reagira upalom, koju obilježavaju nakupljanje velikog broja imunosnih stanica na mjestima upale, oslobađanje proupalnih citokina i reaktivnih kisikovih/dušikovih vrsta (ROS/RNS). ROS/RNS povezane su s aktivacijom transkripcijskog faktora NF-B i aktivatorskog proteina-(AP-)1. Nakon aktivacije NF-jB i AP-1 prelaze iz citoplazme u jezgru i pojačavaju ekspresiju različitih gena povezanih s upalom, što potom uzrokuje pojačan upalni odgovor i oštećenje tkiva.
EGCG inhibira prijenos NF-B i AP-1 tako da se ekspresija iNOS i COX-2 smanjuje uglavnom hvatanjem dušikova monoksida, peroksinitrita i drugih ROS/RNS, a proizvodnja upalnih čimbenika se smanjuje.
EGCG i njegovi učinci na poticanje osteogeneze
Osteoporoza je teška bolest koju obilježavaju degeneracija koštanog matriksa i gubitak gustoće kostiju. 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 potaknuti stvaranje mineraliziranih koštanih čvorića.
[usp. Chenyu Chu; Jia Deng; Yi Man; Yili Qu (2017): Green Tea Extracts Epigallocatechin-3-gallate for Different Treatments. BioMed Research International Vol. 2017]