Estratti di catechina di qualità superiore con gli ultrasuoni
Estrazione a ultrasuoni delle catechine
L'estrazione a ultrasuoni è una tecnica non termica, basata sull'applicazione di forze meccaniche pure. Le onde ultrasonore a bassa frequenza e ad alta intensità sono accoppiate attraverso una sonda ultrasonica (sonotrodo) in un mezzo liquido. Le intense forze di taglio della cavitazione acustica perforano e rompono le membrane cellulari, aumentano 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 rilevato che gli ultrasonici a sonda sono significativamente più efficienti dei bagni a ultrasuoni. Inoltre, gli autori affermano che l'estrazione a ultrasuoni è la modalità preferita per l'estrazione delle catechine del tè grazie alla maggiore efficacia del processo di estrazione a temperature più basse, che impedisce la degradazione termica dei composti sensibili al calore e ne preserva il valore medicinale. L'estrazione ad alta temperatura spesso porta alla degradazione dei polifenoli e aumenta il rilascio di proteine e pectine, che interferiscono con la qualità organolettica del tè attraverso la formazione di creme. 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 in polifenoli del tè a 65°C rispetto all'estrazione tradizionale a 85°C. Tuttavia, l'estrazione a ultrasuoni funziona anche a temperatura ambiente. Come tecnica di estrazione non termica, i sonicatori applicano forze meccaniche per rompere le cellule e rilasciare nel solvente composti bioattivi come polifenoli e catechine con un'efficienza superiore.
L'estrazione a ultrasuoni offre un'elevata resa di sostanze nutritive di alta qualità. Essendo un processo non termico, l'estrazione a ultrasuoni evita la perdita di sostanze nutritive sensibili al calore.
L'estrazione a ultrasuoni può essere eseguita anche a temperatura ambiente o in liquidi raffreddati. Cliccate qui per saperne di più sul tè preparato a freddo con gli ultrasuoni!
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Estrattore a ultrasuoni UIP2000hdT (2kW) con reattore batch ad agitazione continua
Caso di studio sull'estrazione di catechina a ultrasuoni
L'estrazione a ultrasuoni può essere eseguita con diversi solventi, tra cui acqua, etanolo, miscela di acqua ed 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 ultrasuonatore Hielscher UIP2000hd (2kW, 20kHz) in configurazione batch e a flusso continuo.
I risultati hanno mostrato che l'estrazione ad ultrasuoni con etanolo è stata 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.
Estrattori a 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 prodotti farmaceutici. Sia che vogliate produrre piccoli lotti di tè a freddo o lavorare grandi quantità di estratti di polifenoli/catechine di alta qualità, Hielscher Ultrasonics ha l'estrattore a ultrasuoni adatto a voi. Gli estrattori a ultrasuoni sono facili e sicuri da usare. Il software intuitivo e il controllo digitale tramite touch-display consentono un controllo preciso del processo. La robustezza delle apparecchiature a ultrasuoni Hielscher consente un funzionamento 24 ore su 24, 7 giorni su 7, in condizioni di lavoro gravose e in ambienti difficili.
Sonicatore a sonda UP100H per l'estrazione di catechina dalle foglie di tè
Standardizzazione dei processi con gli ultrasuoni Hielscher
Gli estratti per uso alimentare e farmaceutico devono essere prodotti in conformità con le buone pratiche di fabbricazione (GMP) e secondo specifiche di lavorazione standardizzate. Ultrasuoni Hielscher’ I sistemi di estrazione digitale sono dotati di un software intelligente, che semplifica l'impostazione e il controllo preciso del processo di sonicazione. La registrazione automatica dei dati scrive tutti i parametri di processo a ultrasuoni come l'energia degli ultrasuoni (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 integrata. Ciò consente di rivedere ogni lotto elaborato con gli 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 ultrasonori:
| 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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Letteratura/riferimenti
- Ayyildiz, Sena Saklar; Karadeniz, Bulent; Sagcanb, Nihan; Bahara, Banu; Us, Ahmet Abdullah; Alasalvar, Cesarettin (2018): Ottimizzazione dei parametri di estrazione dell'epigallocatechina gallato con metodi convenzionali ad acqua calda e ad ultrasuoni dal tè verde. Trasformazione degli alimenti e dei bioprodotti 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 del sonotrodo di proantocianidine dai birrifici’ Cereali esausti. Antiossidanti 2019, 8, 282.
- Petigny L., Périno-Issartier S., Wajsman J., Chemat F. (2013): Estrazione assistita da ultrasuoni in batch e in continuo di foglie di boldo (Peumus boldus Mol.). International Journal of Molecular Science 14, 2013. 5750-5764.
- K.S. Suslick, K. Othmer, “Enciclopedia della Tecnologia Chimica”; 4a ed. J. Wiley & Sons: New York, 1998, vol. 26, pp. 517-541.
Particolarità? Cose da sapere
estrazione ad 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 ultrasonore ad alta potenza vengono accoppiate a uno slurry (ad esempio, costituito da particelle vegetali macerate in acqua o solvente), le onde ultrasonore altamente energetiche generano cavitazione. Il fenomeno della cavitazione porta localmente a temperature, pressioni, tassi di riscaldamento/raffreddamento, differenziali di pressione e forze di taglio elevate nel mezzo. Quando le bolle di cavitazione implodono sulla superficie dei solidi (come particelle, cellule vegetali, tessuti, ecc.), i microgetti e la collisione interparticellare 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-turbolenze e micro-miscelazione.
L'irradiazione a ultrasuoni rappresenta un modo efficace per potenziare i processi di trasferimento di massa, poiché la sonicazione provoca la cavitazione e i meccanismi ad essa correlati, come il micromovimento da parte di getti di liquido, la compressione e la decompressione del materiale con la conseguente rottura delle pareti cellulari, nonché elevate velocità di riscaldamento e raffreddamento.
Estrazione a ultrasuoni da cellule vegetali: la sezione trasversale microscopica (TS) mostra il meccanismo di azione durante l'estrazione a ultrasuoni dalle cellule (ingrandimento 2000x) [risorsa: Vilkhu et al. 2011].
L'ultrasuonizzazione del materiale vegetale frammenta la matrice delle cellule vegetali e ne aumenta l'idratazione. Chemat et al. (2015) concludono che l'estrazione a ultrasuoni di composti bioattivi dalle piante è il risultato di diversi meccanismi indipendenti o combinati tra loro, tra cui frammentazione, erosione, capillarità, detexturation e sonoporation. Questi effetti disgregano la parete cellulare, migliorano il trasferimento di massa spingendo il solvente all'interno della cellula e risucchiando il solvente carico di fitocomposti all'esterno e assicurano il movimento del liquido attraverso la micro-miscelazione.
Quali sono i principali vantaggi dell'estrazione a ultrasuoni?
- Processo rapido e produzione elevata
- Basso consumo energetico
- Riduzione dei costi di lavorazione
- Tecnologia non termica
- Purezza superiore
- Tecnologia verde
Cavitazione acustica e suoi effetti
Nel liquido, le onde ultrasoniche creano un'intensa alternanza di alta pressione? cicli a 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, in cui 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 del collasso della bolla è più veloce del trasferimento di massa e calore, l'energia nella cavità che collassa è confinata in una zona molto piccola, chiamata anche “punto caldo”. L'implosione della bolla di cavitazione provoca anche microturbolenze, getti di liquido con velocità fino a 280 m/s e conseguenti forze di taglio. Questo fenomeno è noto come cavitazione ultrasonica o acustica.
L'estrazione a ultrasuoni si basa sulla cavitazione acustica e sulle forze di taglio idrodinamiche.
Catechine
Il tè verde è noto per essere ricco di polifenoli come l'acido caffeico, l'acido gallico, la catechina, l'epicatechina, la gallocatechina, il gallato di catechina, il gallato di gallocatechina, il gallato di epicatechina, l'epigallocatechina e il gallato di epigallocatechina (EGCG), che rendono 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 del tè verde (7380 mg per 100 g), del 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 per lo più convertite in teaflavine e tearubigine attraverso le polifenolossidasi.
Benefici per la salute dell'epigallocatechina gallato (EGCG)
Tra le catechine, l'epigallocatechina gallato (EGCG) è quella più studiata e promettente. Dagli effetti antitumorali, antiossidativi, antinfiammatori, antifibrosi, anti-collagenasi, al potenziamento del sistema immunitario e all'effetto anti-invecchiamento, l'EGCG mostra molti benefici e viene quindi consumata sotto forma di bevanda al tè verde, ma anche sotto forma di integratori alimentari come capsule, polveri, compresse ecc.
Alcuni studi suggeriscono che le catechine come l'epigallocatechina gallato (EGCG) possono ridurre l'infiammazione e prevenire alcune patologie croniche, come le malattie cardiache, il diabete e alcune forme di cancro.
L'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 intensa 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 la tumorigenesi epatica correlata all'obesità indotta da dietilnitrosammine 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 e quindi il contenimento della proliferazione tumorale.
L'EGCG e i suoi effetti antiossidativi
Nel corpo umano si verificano innumerevoli processi antiossidativi che contribuiscono alla salute, alla forza e al benessere. L'EGCG è un antiossidante. Gli antiossidanti sono in grado di proteggere dai danni alle cellule, eliminando i radicali liberi e neutralizzandoli. Gli anelli fenolici della struttura dell'EGCG agiscono come trappole per gli elettroni e come spazzini dei radicali liberi, inibiscono la formazione di specie reattive dell'ossigeno e riducono quindi i danni causati dallo stress ossidativo.
L'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, caratterizzata dall'aggregazione di un gran numero di cellule immunitarie nei siti infiammatori, dal rilascio di citochine proinfiammatorie e di specie reattive di ossigeno/azoto (ROS/RNS). I ROS/RNS sono correlati 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 upregolano una serie di espressioni geniche infiammatorie, che successivamente causano un'esacerbazione della risposta infiammatoria e danni ai tessuti.
L'EGCG inibisce la trasmissione di NF-B e AP-1, l'espressione dell'iNOS e della COX-2 è ridotta soprattutto grazie alla rimozione dell'ossido nitrico, del perossinitrito e di altri ROS/RNS e la produzione di fattori infiammatori è ridotta.
L'EGCG e i suoi effetti sulla promozione dell'osteogenesi
L'osteoporosi è una grave malattia 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 inibirne la formazione 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]