Estratti di catechine di qualità superiore con gli ultrasuoni
Estrazione delle catechine a ultrasuoni
L’estrazione a ultrasuoni è una tecnica non termica basata sull’applicazione di forze puramente meccaniche. Le onde ultrasoniche a bassa frequenza e ad alta intensità vengono accoppiate a un mezzo liquido tramite una sonda a ultrasuoni (sonotrodo). Le intense forze di taglio della cavitazione acustica perforano e disgregano le membrane cellulari, migliorano il trasferimento di massa tra l’interno della cellula e il solvente e rilasciano i composti intracellulari nel solvente.
Nella loro ampia rassegna dei metodi di estrazione dal tè verde (Camellia sinensis), Banerjee e Chatterjee (2015) hanno riscontrato che i sonicatori a sonda sono significativamente più efficienti dei bagni a ultrasuoni. Inoltre, gli autori affermano che l’estrazione a ultrasuoni è il metodo preferito per estrarre le catechine del tè grazie alla maggiore efficacia del processo di estrazione a temperature inferiori, che previene la degradazione termica dei composti termosensibili e ne preserva il valore medicinale. L’estrazione ad alta temperatura spesso provoca la degradazione dei polifenoli e aumenta il rilascio di proteine e pectine, che interferiscono con la qualità organolettica del tè attraverso la formazione di un precipitato cremoso. Il vantaggio della sonicazione risiede nel suo meccanismo non termico. Nel loro studio, i ricercatori hanno dimostrato che l’estrazione a ultrasuoni può aumentare la resa dei polifenoli del tè a 65°C rispetto all’estrazione tradizionale a 85°C. Tuttavia, l’estrazione a ultrasuoni funziona anche a temperatura ambiente. In quanto tecnica di estrazione non termica, i sonicatori applicano forze meccaniche per aprire le cellule e rilasciare nel solvente, con un’efficienza superiore, composti bioattivi come polifenoli e catechine.
L’estrazione a ultrasuoni offre una resa elevata di nutrienti di alta qualità. In quanto processo non termico, l’estrazione a ultrasuoni evita la perdita di nutrienti termosensibili.
L’estrazione a ultrasuoni può essere eseguita anche a temperatura ambiente o in liquidi raffreddati. Fai clic qui per saperne di più sul tè preparato a freddo mediante ultrasuoni!
- Senza solventi / a base d’acqua
- Elevata resa di estrazione
- Estratti di alta qualità
- Estratti a spettro completo
- Processo rapido
- Ecologico, rispettoso dell’ambiente
- Funzionamento semplice e sicuro
- Manutenzione ridotta
- Rapido ritorno sull’investimento
Estrattore a ultrasuoni UIP2000hdT (2kW) con reattore discontinuo ad agitazione continua
Caso di studio sull’estrazione delle catechine a ultrasuoni
L’estrazione a ultrasuoni può essere eseguita utilizzando diversi solventi, tra cui acqua, etanolo, miscela acqua : etanolo, isopropanolo, olio vegetale, glicerina, ecc.
In uno studio del 2018, Ayyildiz et al. hanno confrontato l’estrazione a ultrasuoni utilizzando acqua ed etanolo come solventi con il metodo convenzionale di estrazione con acqua calda. Per questo studio su scala pilota hanno utilizzato un sonicatore Hielscher UIP2000hd (2kW, 20kHz) in configurazione discontinua e a flusso continuo.
I risultati hanno mostrato che l’estrazione a ultrasuoni con etanolo era significativamente (p < 0,05) più efficiente nell’ottenere rese maggiori di EGCG, EGC, ECG ed EC rispetto all’estrazione convenzionale con acqua calda e all’estrazione a ultrasuoni a base d’acqua. In condizioni di processo ottimizzate, con l’estrazione a ultrasuoni con etanolo è stato ottenuto un contenuto di EGCG superiore di quasi il 100% e il 50% rispetto, rispettivamente, all’estrazione convenzionale con acqua calda e all’estrazione a ultrasuoni con acqua. Le condizioni ottimali per l’estrazione dell’EGCG a ultrasuoni con etanolo erano 66.53ºC, 43,75 min e 67,81% di etanolo.
L’estrazione a ultrasuoni è il metodo preferito per le catechine del tè grazie alla maggiore efficacia del processo di estrazione a temperature inferiori, preservandone l’attività antiossidante.
Estrattori a ultrasuoni ad alte prestazioni
I sistemi di estrazione Hielscher Ultrasonics vengono utilizzati in tutto il mondo nei settori alimentare e farmaceutico per la produzione commerciale di estratti vegetali di alta qualità impiegati come integratori alimentari e prodotti farmaceutici. Che tu voglia produrre piccoli lotti di tè preparato a freddo o trattare grandi quantità di estratti di polifenoli / catechine di alta qualità, Hielscher Ultrasonics ha l’estrattore a ultrasuoni adatto a te. I sonicatori sono semplici e sicuri da utilizzare. Il software intuitivo e il controllo digitale tramite display tattile consentono un controllo preciso del processo. La robustezza delle apparecchiature a ultrasuoni Hielscher consente il funzionamento 24/7 in condizioni di lavoro gravose e in ambienti impegnativi.
Sonicatore a sonda UP100H per l’estrazione delle catechine dalle foglie di tè
Standardizzazione del processo con Hielscher Ultrasonics
Gli estratti di grado alimentare e farmaceutico devono essere prodotti in conformità alle buone pratiche di fabbricazione (GMP) e secondo specifiche di lavorazione standardizzate. I sistemi di estrazione digitali di Hielscher Ultrasonics sono dotati di un software intelligente che facilita l’impostazione e il controllo preciso del processo di sonicazione. La registrazione automatica dei dati salva sulla scheda SD integrata tutti i parametri del processo a ultrasuoni, come l’energia ultrasonica (energia totale e netta), l’ampiezza, la temperatura e la pressione (quando sono installati i sensori di temperatura e pressione), con data e ora. Ciò consente di riesaminare ogni lotto trattato mediante ultrasuoni. Allo stesso tempo, vengono garantite la riproducibilità e una qualità del prodotto costantemente elevata.
La tabella seguente fornisce un’indicazione della capacità di trattamento approssimativa dei nostri sonicatori:
| Volume del lotto | Portata | Dispositivi consigliati |
|---|---|---|
| Da 1 a 500mL | Da 10 a 200mL/min | UP100H |
| Da 10 a 2000mL | Da 20 a 400mL/min | UP200Ht, UP400St |
| Da 0,1 a 20L | Da 0,2 a 4L/min | UIP2000hdT |
| Da 10 a 100L | Da 2 a 10L/min | UIP4000hdT |
| n.a. | Da 10 a 100L/min | UIP16000 |
| n.a. | maggiore | gruppo di UIP16000 |
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Omogeneizzatori a ultrasuoni ad alta potenza dalla scala di laboratorio alla scala pilota e industriale .
Bibliografia/Riferimenti
- Ayyildiz, Sena Saklar; Karadeniz, Bulent; Sagcanb, Nihan; Bahara, Banu; Us, Ahmet Abdullah; Alasalvar, Cesarettin (2018): Ottimizzazione dei parametri di estrazione dell’epigallocatechina gallato dal tè verde mediante metodi convenzionali con acqua calda e metodi assistiti da ultrasuoni. Food and Bioproducts Processing 111 (2018). 37–44.
- Banerjee, S., Chatterjee, J. (2015): Strategie efficienti di estrazione delle biomolecole del tè (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): Ottimizzazione dell’estrazione assistita da ultrasuoni mediante sonotrodo delle proantocianidine dalle trebbie di birra. Antioxidants 2019, 8, 282.
- Petigny L., Périno-Issartier S., Wajsman J., Chemat F. (2013): Estrazione discontinua e continua assistita da ultrasuoni delle foglie di boldo (Peumus boldus Mol.). International journal of Molecular Science 14, 2013. 5750–5764.
- K.S. Suslick, K. Othmer, “Encyclopaedia of Chemical Technology”; 4ª ed. J. Wiley & Sons: New York, 1998, vol. 26, pp. 517–541.
Informazioni utili
Estrazione a ultrasuoni – Principio di funzionamento
L’estrazione a ultrasuoni è un metodo meccanico per rilasciare e isolare composti intracellulari da matrici cellulari, come le cellule vegetali. Quando le onde ultrasoniche ad alta potenza vengono accoppiate a una sospensione (ad esempio costituita da particelle vegetali macerate in acqua o solvente), le onde ultrasoniche altamente energetiche generano cavitazione. Il fenomeno della cavitazione provoca localmente temperature, pressioni, velocità di riscaldamento/raffreddamento e differenze di pressione estreme, oltre a elevate forze di taglio nel mezzo. Quando le bolle di cavitazione implodono sulla superficie dei solidi (come particelle, cellule vegetali, tessuti, ecc.), i microgetti e le collisioni tra particelle generano effetti come distacco degli strati superficiali, erosione e frantumazione delle particelle. Inoltre, l’implosione delle bolle di cavitazione nei mezzi liquidi genera macroturbolenze e micromiscelazione.
L’irradiazione ultrasonica rappresenta un modo efficiente per migliorare i processi di trasferimento di massa, poiché la sonicazione produce cavitazione e i meccanismi a essa correlati, come micromovimenti causati dai getti di liquido, compressione e decompressione nel materiale con conseguente disgregazione delle pareti cellulari, nonché elevate velocità di riscaldamento e raffreddamento.
Estrazione a ultrasuoni dalle cellule vegetali: la sezione trasversale microscopica (TS) mostra il meccanismo d’azione durante l’estrazione a ultrasuoni dalle cellule (ingrandimento 2000x) [fonte: Vilkhu et al. 2011]
Il trattamento a ultrasuoni del materiale vegetale frammenta la matrice delle cellule vegetali e ne migliora l’idratazione. Chemat et al. (2015) concludono che l’estrazione a ultrasuoni di composti bioattivi da materiali vegetali è il risultato di diversi meccanismi indipendenti o combinati, tra cui frammentazione, erosione, capillarità, destrutturazione e sonoporazione. Questi effetti disgregano la parete cellulare, migliorano il trasferimento di massa spingendo il solvente all’interno della cellula e aspirando all’esterno il solvente carico di composti vegetali, e assicurano il movimento del liquido mediante micromiscelazione.
Quali sono i principali vantaggi dell’estrazione a ultrasuoni?
- Processo rapido ed elevata produzione
- Basso consumo energetico
- Costi di lavorazione ridotti
- Tecnologia non termica
- Purezza superiore
- Tecnologia ecologica
Cavitazione acustica e suoi effetti
Nel liquido, le onde ultrasoniche creano intensi cicli alternati di alta pressione / bassa pressione, che provocano la formazione di bolle di cavitazione. Nel corso di diversi cicli di pressione, le bolle di cavitazione crescono fino a raggiungere un limite oltre il quale la bolla non può assorbire altra energia. A questo punto la bolla implode violentemente. Durante l’implosione della bolla si verificano condizioni estreme, come temperature elevate fino a 5000K, pressioni fino a 2000atm, velocità di riscaldamento/raffreddamento molto elevate e differenze di pressione. Poiché la dinamica del collasso della bolla è più rapida del trasferimento di massa e di calore, l’energia nella cavità che collassa è confinata in una zona molto piccola, chiamata anche “punto caldo”. L’implosione della bolla di cavitazione genera anche microturbolenze, getti di liquido con velocità fino a 280m/s e le conseguenti forze di taglio. Questo fenomeno è noto come cavitazione ultrasonica o acustica.
L’estrazione a ultrasuoni si basa sulla cavitazione acustica e sulle sue forze di taglio idrodinamiche
Catechine
È noto che il tè verde è ricco di polifenoli come acido caffeico, acido gallico, catechina, epicatechina, gallocatechina, catechina gallato, gallocatechina gallato, epicatechina gallato, epigallocatechina ed epigallocatechina gallato (EGCG), il che rende il tè verde un alimento salutare popolare, consumato sia come bevanda sia come estratto. L’EGCG è una catechina ben nota, presente in quantità elevate nelle foglie essiccate di tè verde (7380 mg per 100 g), nel tè bianco (4245 mg per 100 g) e in quantità minori nel tè nero (936 mg per 100 g). Durante la produzione del tè nero, le catechine vengono perlopiù convertite in teaflavine e tearubigine mediante le polifenolossidasi.
Benefici per la salute dell’epigallocatechina gallato (EGCG)
Nel gruppo delle catechine, l’epigallocatechina gallato (EGCG) è la più studiata e la più promettente. Dagli effetti antitumorali, antiossidanti, antinfiammatori, antifibrotici e anticollagenasi fino al potenziamento del sistema immunitario e agli effetti antinvecchiamento, l’EGCG mostra numerosi benefici e viene pertanto consumata sotto forma di bevanda a base di tè verde e di integratori alimentari come capsule, polveri, compresse, ecc.
Gli studi di ricerca suggeriscono che catechine come l’epigallocatechina gallato (EGCG) potrebbero ridurre l’infiammazione e possono prevenire determinate patologie croniche, come malattie cardiache, diabete e alcune forme di cancro.
EGCG e suoi effetti antitumorali
Poiché il cancro è una malattia che spesso mette a rischio la vita, le proprietà antitumorali dell’EGCG sono oggetto di intense ricerche. Gli studi suggeriscono che l’EGCG può inibire la tumorigenesi riducendo o eliminando gli effetti degli agenti cancerogeni. Vi sono risultati che suggeriscono che l’EGCG previene la tumorigenesi epatica correlata all’obesità e indotta dalla dietilnitrosammina, inibendo l’asse IGF/IGF-1R, migliorando l’iperinsulinemia e attenuando l’infiammazione cronica. Un altro meccanismo dell’effetto antitumorale dell’EGCG è l’inibizione dell’angiogenesi, che limita così la proliferazione tumorale.
EGCG e suoi effetti antiossidanti
Nell’organismo umano si verificano innumerevoli processi antiossidanti che contribuiscono alla salute, alla forza e al benessere. L’EGCG è un antiossidante. Gli antiossidanti possono proteggere dai danni cellulari catturando i radicali liberi e neutralizzandoli. Gli anelli fenolici nella struttura dell’EGCG agiscono come trappole per gli elettroni e come scavenger dei radicali liberi, inibiscono la formazione di specie reattive dell’ossigeno e riducono così i danni causati dallo stress ossidativo.
EGCG e suoi effetti antinfiammatori
L’infiammazione può essere causata da malattie, stress cronico e inquinamento ambientale. L’organismo reagisce a tali fattori di stress con un’infiammazione, caratterizzata dall’aggregazione di un gran numero di cellule immunitarie nei siti infiammatori, dal rilascio di citochine proinfiammatorie e di specie reattive dell’ossigeno/azoto (ROS/RNS). Le ROS/RNS sono correlate all’attivazione del fattore di trascrizione NF-B e della proteina attivatrice (AP-)1. Dopo l’attivazione, NF-jB e AP-1 si trasferiscono dal citoplasma al nucleo e aumentano l’espressione di diversi geni infiammatori, causando successivamente una risposta infiammatoria esacerbata e danni tissutali.
L’EGCG inibisce la trasmissione di NF-B e AP-1, in modo che l’espressione di iNOS e COX-2 venga ridotta principalmente mediante la cattura di ossido nitrico, perossinitrito e altre ROS/RNS e che la produzione di fattori infiammatori venga ridotta.
EGCG e suoi effetti sulla promozione dell’osteogenesi
L’osteoporosi è una malattia grave caratterizzata dalla degenerazione della matrice ossea e dalla perdita di densità ossea. L’EGCG mostra effetti regolatori sul metabolismo osseo. L’EGCG può indurre l’apoptosi degli osteoclasti e inibire la formazione degli osteoclasti bloccando la generazione di NF-B e IL-1b. Inoltre, può promuovere la formazione di noduli ossei mineralizzati.
[cfr. Chenyu Chu; Jia Deng; Yi Man; Yili Qu (2017): Estratti di tè verde: epigallocatechina-3-gallato per diversi trattamenti. BioMed Research International Vol. 2017]