Tecnologia ad ultrasuoni Hielscher

Estratti di catechina superiore con ultrasuoni

Catechina come epigallocatechina gallato (EGCG), epigallocatechina (EGC), epicatechina gallato (ECG) ed epicatechina (EC) sono polifenoli, che mostrano significativi benefici per la salute. Mentre la catechina si trova in piccole quantità nel tè verde, nel cacao, nella frutta e in alcuni altri alimenti, per dosi elevate si preferiscono gli estratti di catechina. L'estrazione ad ultrasuoni è una tecnica verde facile e rapida per isolare le catechine dalle piante, ad esempio le foglie di tè verde, utilizzando l'acqua come solvente. Gli estratti di catechina prodotti con ultrasuoni sono composti di alta qualità, senza solventi, per l'uso in integratori alimentari e prodotti farmaceutici.

Estrazione ad ultrasuoni di catechine

Le foglie di tè verde sono ricche di catechine come l'epigallocatechina gallato (EGCG), epigallocatechina (EGC), epicatechina gallato (ECG) ed epicatechina (EC), che possono essere estratte per via ultrasonica.L'estrazione ad ultrasuoni è una tecnica non termica, che si basa sull'applicazione di forze meccaniche pure. Le onde ultrasoniche a bassa frequenza e ad alta intensità sono accoppiate tramite una sonda ad ultrasuoni (sonotrodo) in un mezzo liquido. Le intense forze di taglio della cavitazione acustica perforano e rompono 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 revisione dei metodi di estrazione dal tè verde (Camellia sinensis), Banerjee e Chatterjee (2015) hanno scoperto che gli ultrasuoni a sonda sono significativamente più efficienti dei bagni a ultrasuoni. Inoltre, gli autori affermano che l'estrazione ad ultrasuoni è la modalità preferita di estrazione delle catechine del tè grazie alla maggiore efficacia del processo di estrazione a bassa temperatura, che impedisce la degradazione termica dei composti sensibili al calore e ne preserva il valore medicinale. L'estrazione ad alta temperatura porta spesso alla degradazione dei polifenoli e aumenta il rilascio di proteine e pectine, che interferiscono con la qualità organolettica del tè attraverso la formazione di crema. Il vantaggio della sonicazione sta nel suo meccanismo non termico. L'estrazione ad ultrasuoni può aumentare la resa di polifenoli del tè a 65°C, mentre rispetto all'estrazione tradizionale a 85°C.
L'estrazione ad ultrasuoni fornisce un'elevata resa di sostanze nutritive di alta qualità. Come processo non termico, l'estrazione ad ultrasuoni evita la perdita di nutrienti sensibili al calore.
L'estrazione ad ultrasuoni può essere effettuata anche a temperatura ambiente o in liquidi raffreddati. Clicca qui, per saperne di più sul tè a ultrasuoni a freddo!

Vantaggi dell'estrazione a ultrasuoni EGCG

  • Senza solventi / a base d'acqua
  • alto rendimento di estrazione
  • Estratti di alta qualità
  • Estratti a spettro completo
  • processo rapido
  • Verde, rispettoso dell'ambiente
  • Funzionamento semplice e sicuro
  • Bassa manutenzione
  • ROI veloce
Processore ad ultrasuoni UIP2000hdT (2kW) con reattore batch agitato

Omogeneizzatore ad ultrasuoni UIP2000hdT (2kW) con reattore batch continuamente mescolato

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Caso di studio di estrazione di catechina a ultrasuoni

L'estrazione ad ultrasuoni può essere effettuata utilizzando vari solventi, tra cui acqua, etanolo, acqua: miscela di etanolo, isopropanolo, olio vegetale, glicerina, ecc.
In uno studio del 2018, Ayyildiz et al. hanno confrontato l'estrazione ad ultrasuoni utilizzando acqua ed etanolo come solventi con il metodo convenzionale di estrazione ad acqua calda. Per questo studio su scala pilota, l'usato un Hielscher UIP2000hd (2kW, 20kHz) ultrasuonatore in batch e in configurazione a flusso continuo.
I risultati hanno mostrato che l'estrazione ad ultrasuoni con etanolo era significativamente (p < 0.05) more efficient to extract higher yields of EGCG, EGC, ECG, and EC than conventional hot water extraction and ultrasonic water-based extraction. Under optimised process conditions, almost 100% and 50% more EGCG content was obtained ultrasonic ethanol extraction than conventional hot water extraction and ultrasonic extraction with water, respectively. The optimal conditions for the ultrasonic extraction of EGCG with ethanol were 66.53ºC, 43.75 min and, 67.81% ethanol. Ultrasonic extraction is the preferred mode of tea catechins due to the increased efficacy of extraction process at lower temperature by retaining their antioxidant activity. [/two_thirds] [one_third_last] [/one_third_last] [two_thirds]

Estrattori ad ultrasuoni ad alte prestazioni

I sistemi di estrazione Hielscher Ultrasonics sono utilizzati in tutto il mondo nel settore alimentare e farmaceutico per la produzione commerciale di estratti vegetali di alta qualità utilizzati come integratori alimentari e farmaceutici. Sia che vogliate produrre lotti più piccoli di tè freddo o lavorare grandi quantità di estratti di polifenolo/catechina di alta qualità, Hielscher Ultrasonics ha l'estrattore ad ultrasuoni adatto per voi. Gli ultrasuoni sono facili e sicuri da usare. Il software intuitivo e il controllo digitale tramite touch-display consentono un preciso controllo del processo. La robustezza delle apparecchiature ad ultrasuoni di Hielscher permette un funzionamento 24 ore su 24, 7 giorni su 7, in condizioni di lavoro gravose e in ambienti difficili.

Standardizzazione dei processi con Hielscher Ultrasonics

Gli estratti per uso alimentare e farmaceutico devono essere prodotti in conformità alle buone pratiche di fabbricazione (GMP) e secondo specifiche di lavorazione standardizzate. I sistemi di estrazione digitale di Hielscher Ultrasonics sono dotati di un software intelligente, che rende facile impostare e controllare con precisione il processo di sonicazione. La registrazione automatica dei dati scrive tutti i parametri di processo ad ultrasuoni come l'energia ultrasonica (energia totale e netta), l'ampiezza, la temperatura, la pressione (quando sono montati i sensori di temperatura e pressione) con data e ora sulla scheda SD incorporata. Ciò consente di rivedere ogni lotto elaborato ad ultrasuoni. Allo stesso tempo, sono garantite la riproducibilità e la qualità del prodotto costantemente elevata.
La tabella seguente fornisce un'indicazione della capacità di lavorazione approssimativa dei nostri ultrasuoni:

Volume di batch Portata Dispositivi raccomandati
1 - 500mL 10 - 200mL/min UP100H
10 - 2000mL 20 - 400mL/min UP200Ht, UP400St
0,1 - 20L 0,2 - 4L/min UIP2000hdT
10 - 100L 2 - 10L/min UIP4000hdT
n.a. 10 - 100L/min UIP16000
n.a. più grande cluster di UIP16000

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Hielscher Ultrasonics produce omogeneizzatori a ultrasuoni ad alte prestazioni per la dispersione, l'emulsione e l'estrazione delle cellule.

Omogeneizzatori ad ultrasuoni ad alta potenza di laboratorio a pilota e Industriale scala.

Letteratura/riferimenti



Particolarità / Cose da sapere

estrazione ad ultrasuoni – Principio di funzionamento

L'estrazione ad ultrasuoni è un metodo meccanico per rilasciare e isolare il composto intracellulare da matrici cellulari come le cellule vegetali. Quando le onde ultrasoniche ad alta potenza sono accoppiate in un liquame (ad esempio, che consiste in particelle vegetali macerate in acqua o solvente), le onde ultrasoniche ad alta energia generano la cavitazione. Il fenomeno della cavitazione porta localmente a temperature estreme, pressioni, velocità di riscaldamento/raffreddamento, differenziali di pressione ed 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 la collisione interparticolare generano effetti come il peeling superficiale, l'erosione e la rottura delle particelle. Inoltre, l'implosione di bolle di cavitazione in mezzi liquidi crea macro-turbulenze e micro-miscelazione.
L'irradiazione ad ultrasuoni rappresenta un modo efficiente per migliorare i processi di trasferimento di massa, poiché la sonicazione provoca la cavitazione e i relativi meccanismi, come il micro-movimento da parte dei getti di liquido, la compressione e la decompressione nel materiale con la conseguente rottura delle pareti cellulari, così come elevate velocità di riscaldamento e raffreddamento.

I perturbatori a ultrasuoni sono utilizzati per l'estrazione da fonti di fitofarmaci (ad esempio piante, alghe, funghi).

Estrazione ultrasonica da cellule vegetali: la sezione trasversale microscopica (TS) mostra il meccanismo delle azioni durante l'estrazione ultrasonica dalle cellule (ingrandimento 2000x) [risorsa: Vilkhu et al. 2011].

Ultrasonicazione di materiale vegetale frammenta la matrice delle cellule vegetali e migliora l'idratazione della stessa. Chemat et al. (2015) concludono che l'estrazione ad ultrasuoni di composti bioattivi da piante è il risultato di diversi meccanismi indipendenti o combinati, tra cui la frammentazione, l'erosione, la capillarità, la detexturazione e l'ecografia. Questi effetti perturbano la parete cellulare, migliorano il trasferimento di massa spingendo il solvente all'interno della cellula e succhiando il solvente caricato di fito-composto in uscita, e garantiscono il movimento del liquido attraverso la micro-miscelazione.

Quali sono i principali vantaggi dell'estrazione a ultrasuoni?

  • Processo rapido ed elevata produttività
  • Basso consumo energetico
  • Riduzione dei costi di lavorazione
  • Tecnologia non termica
  • Maggiore purezza
  • Tecnologia verde

La cavitazione acustica e i suoi effetti

Nel liquido, le onde ultrasoniche creano intensi cicli alternati di alta pressione e 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, dove la bolla non può assorbire più 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 differenziali di pressione. Poiché la dinamica di collasso della bolla è più veloce della massa e del trasferimento di calore, l'energia nella cavità che collassa è confinata in una zona molto piccola, chiamata anche "hot spot". L'implosione della bolla di cavitazione provoca anche microturbolenze, getti di liquido fino a 280 m/s di velocità e conseguenti forze di taglio. Questo fenomeno è noto come cavitazione ultrasonica o acustica.

La cavitazione ultrasonica / acustica crea forze molto intense che aprono le pareti cellulari note come lisi (clicca per ingrandire!).

L'estrazione ad ultrasuoni si basa sulla cavitazione acustica e le sue forze di taglio idrodinamiche.

Catechine

Il tè verde è noto per essere ricco di polifenoli come l'acido caffeico, acido gallico, catechina, epicatechina, gallocatechina, catechina gallato, gallocatechina gallato, epicatechina gallato, epigallocatechina e epigallocatechina gallato (EGCG), che rende il tè verde un alimento salutare popolare consumato come bevanda e come estratto. L'EGCG è una nota catechina, 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 sono per lo più convertite in teaflavine e thearubigine tramite polifenoli ossidasi.

Benefici per la salute dell'Epigallocatechina gallica (EGCG)

Dal gruppo delle catechine, l'epigallocatechina gallato (EGCG) è la più ricercata e la più promettente. Da antitumorale, antiossidante, antinfiammatorio, antifibrosi, antifibrosi, anticollagenasi, ad effetti di rafforzamento del sistema immunitario e anti-invecchiamento, l'EGCG mostra molti benefici ed è quindi consumato sotto forma di bevanda a base di tè verde così come sotto forma di integratori alimentari come capsule, polveri, compresse ecc.
Studi di ricerca suggeriscono che catechine come l'epigallocatechina gallato (EGCG) potrebbero ridurre l'infiammazione e possono prevenire alcune condizioni croniche, come le malattie cardiache, il diabete e alcune forme di cancro.

EGCG e i suoi effetti antitumorali

Poiché il cancro è una malattia spesso pericolosa per la vita, le proprietà antitumorali dell'EGCG sono oggetto di un'intensa attività di ricerca. Gli studi suggeriscono che l'EGCG può inibire la tumorigenesi riducendo o eliminando gli effetti cancerogeni. Ci sono risultati che suggeriscono che l'EGCG previene l'obesità indotta da dietilnitrosammina, la tumorigenesi del fegato legata all'obesità inibendo l'asse IGF/IGF-1R, migliorando l'iperinsulinemia e attenuando l'infiammazione cronica. Un altro meccnaismo dell'effetto antitumorale dell'EGCG è l'inibizione dell'angiogenesi e quindi il contenimento della proliferazione tumorale.

EGCG e i suoi effetti antiossidanti

Innumerevoli processi antiossidanti si verificano nel corpo umano e contribuiscono alla salute, alla forza e al benessere. L'EGCG è un antiossidante. Gli antiossidanti possono proteggere contro i danni cellulari scavenging dai radicali liberi e neutralizzarli. Gli anelli fenolici nella struttura dell'EGCG agiscono come trappole di elettroni e spazzini dei radicali liberi, inibiscono la formazione di specie reattive dell'ossigeno e riducono così i danni causati dallo stress ossidativo.

EGCG e i suoi effetti antinfiammatori

L'infiammazione può essere causata da malattie, stress cronico e inquinamento ambientale. L'organismo reagisce a tali fattori di stress con l'infiammazione, che è caratterizzata dall'aggregazione di un gran numero di cellule immunitarie nei siti infiammatori, dal rilascio di citochine proinfiammatorie e da specie reattive di ossigeno/azoto (ROS/RNS). ROS/RNS sono legati all'attivazione del fattore di trascrizione NF-B e della proteina attivatore-(AP-)1. Dopo l'attivazione, NF-jB e AP-1 trasferimento dal citoplasma al nucleo e upregulate una varietà di espressioni geniche infiammatorie, che successivamente causano una risposta infiammatoria esacerbata e danni ai tessuti.
EGCG inibisce la trasmissione di NF-B e AP-1 che l'espressione di iNOS e COX-2 è downregulated principalmente da scavenging ossido nitrico, perossinitrito, e altri ROS/RNS e la produzione di fattori infiammatori è ridotto.

EGCG e i 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 di 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]