超音波による優れたカテキンエキス
カテキンの超音波抽出
超音波抽出は、純粋な機械力を応用した非加熱技術である。低周波かつ高強度の超音波が、液体媒体中で超音波プローブ（ソノトロード）を介して結合される。音響キャビテーションの強いせん断力により細胞膜が穿孔・破壊され、細胞内部と溶媒間の物質移動が促進され、細胞内化合物が溶媒中に放出される。
緑茶（Camellia sinensis）からの抽出方法に関する広範なレビューの中で、BanerjeeとChatterjee（2015）は、プローブ型超音波処理装置が超音波浴よりも著しく効率的であることを発見した。さらに著者らは、超音波抽出が茶カテキン抽出の好ましいモードであるのは、低温での抽出プロセスの有効性が高まるためであり、これにより熱に弱い化合物の熱劣化が防止され、薬効が維持されるとしている。高温抽出はしばしばポリフェノールの分解を引き起こし、タンパク質やペクチンの遊離を増加させる。超音波処理の利点は、その非加熱メカニズムにある。研究者らはこの研究で、超音波抽出は従来の85℃での抽出に比べ、65℃での抽出で茶ポリフェノールの収量を増加させることができることを実証した。しかし、超音波抽出は室温でも機能する。非加熱抽出技術である超音波は、機械的な力を加えて細胞を破壊し、ポリフェノールやカテキンなどの生理活性化合物を優れた効率で溶媒中に放出する。
超音波抽出は、高品質の栄養素を高収率で得ることができる。非加熱プロセスである超音波抽出は、熱に弱い栄養素の損失を防ぎます。
超音波抽出は、室温または冷却した液体中でも行うことができる。 超音波冷淹茶について詳しくはこちらをご覧ください！
- 無溶剤／水性
- 高い抽出収率
- 高品質エキス
- フルスペクトラム抽出物
- ラピッドプロセス
- グリーン、環境に優しい
- 簡単で安全な操作
- ローメンテナンス
- 迅速なROI
超音波抽出機 UIP2000hdT (連続攪拌バッチ反応器付き（2kW）
超音波カテキン抽出のケーススタディ
超音波抽出は、水、エタノール、水：エタノール混合溶媒、イソプロパノール、植物油、グリセリンなど、さまざまな溶媒を用いて行うことができる。
2018年の研究で、Ayyildizらは、溶媒として水とエタノールを用いた超音波抽出と従来の熱水抽出法を比較した。パイロットスケールでのこの研究では、Hielscher UIP2000hd (2kW、20kHz)超音波発生装置をバッチおよび連続フローセットアップで使用した。
その結果、エタノールによる超音波抽出は有意に（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.
高性能超音波抽出機
Hielscher Ultrasonicsの抽出システムは、栄養補助食品や医薬品として使用される高品質の植物エキスの商業生産のために、食品および製薬業界で世界中で使用されています。少ロットの冷煎茶の製造から、大量の高品質ポリフェノール/カテキン抽出物の処理まで、Hielscher Ultrasonicsはお客様に最適な超音波抽出装置を提供します。超音波装置は操作が簡単で安全です。直感的なソフトウェアとタッチディスプレイによるデジタル制御により、正確なプロセス制御が可能です。ヒールシャー社の超音波装置は堅牢で、過酷な環境下でも24時間365日の稼働が可能です。
プローブタイプソニケーター UP100H 茶葉からのカテキン抽出
ヒルシャー超音波によるプロセスの標準化
食品および医薬品グレードの抽出物は、適正製造基準（GMP）に準拠し、標準化された処理仕様の下で製造される必要があります。Hielscher Ultrasonicsのデジタル抽出システムにはインテリジェントなソフトウェアが付属しており、超音波処理を簡単に設定し、正確に制御することができます。自動データ記録機能により、超音波エネルギー（全エネルギーと正味エネルギー）、振幅、温度、圧力（温度センサーと圧力センサーが装着されている場合）などのすべての超音波プロセスパラメーターが、日付とタイムスタンプと共に内蔵のSDカードに書き込まれます。これにより、超音波処理された各ロットを修正することができます。同時に、再現性と継続的に高い製品品質が保証されます。
下の表は、超音波処理装置の処理能力の目安です：
| バッチ量 | 流量 | 推奨デバイス |
|---|---|---|
| 1〜500mL | 10～200mL/分 | UP100H |
| 10〜2000mL | 20～400mL/分 | UP200Ht, UP400ST |
| 0.1～20L | 0.2～4L/分 | UIP2000hdT |
| 10～100L | 2～10L/分 | UIP4000hdT |
| n.a. | 10～100L/分 | uip16000 |
| n.a. | より大きい | クラスタ uip16000 |
お問い合わせ/ お問い合わせ
文献／参考文献
- Ayyildiz, Sena Saklar; Karadeniz, Bulent; Sagcanb, Nihan; Bahara, Banu; Us, Ahmet Abdullah; Alasalvar, Cesarettin (2018)： 緑茶からのエピガロカテキンガレートの熱水および超音波アシスト法による抽出パラメータの最適化.Food and Bioproducts Processing 111 (2018).37-44.
- Banerjee, S., Chatterjee, J. (2015)： 茶（Camellia sinensis）生体分子の効率的抽出戦略。 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)： 醸造用使用済み穀物からのプロアントシアニジンのソノトロード超音波補助抽出の最適化.抗酸化物質 2019, 8, 282.
- Petigny L., Périno-Issartier S., Wajsman J., Chemat F. (2013)： ボルド葉（Peumus boldus Mol.）のバッチおよび連続超音波補助抽出． インターナショナル・ジャーナル・オブ・モレキュラーサイエンス 14, 2013.5750-5764.
- K.S. Suslick, K. Othmer, "Encyclopaedia of Chemical Technology"; 4th Ed.J. ワイリー & Sons：ニューヨーク、1998年、26巻、517-541頁。
知っておくべき事実
超音波抽出 – 動作原理
超音波抽出は、植物細胞などの細胞マトリックスから細胞内化合物を遊離・分離する機械的方法である。高出力の超音波がスラリー（例えば、水または溶媒中の浸軟植物粒子からなる）に結合されると、高エネルギーの超音波がキャビテーションを発生させる。キャビテーション現象は、局所的に極端な温度、圧力、加熱/冷却速度、圧力差、媒体中の高いせん断力につながります。固体（粒子、植物細胞、組織など）の表面でキャビテーション気泡が爆縮すると、マイクロジェットと粒子間衝突により、表面の剥離、浸食、粒子の破壊などの効果が生じます。さらに、液体媒体中におけるキャビテーション気泡の爆縮は、マクロタービュランスやマイクロミキシングを発生させる。
超音波照射は、キャビテーションとそれに関連するメカニズム、例えば液体ジェットによる微小運動、細胞壁の破壊を伴う材料内の圧縮と減圧、さらに高い加熱速度と冷却速度をもたらすため、物質移動プロセスを促進する効率的な方法である。
植物細胞からの超音波抽出：顕微鏡横断面（TS）は、細胞からの超音波抽出中の作用メカニズムを示す（倍率2000倍）[resource: Vilkhu et al.］
植物材料を超音波処理すると、植物細胞のマトリックスが断片化され、水和が促進される。Chematら(2015)は、植物からの生物活性化合物の超音波抽出は、断片化、浸食、毛細管現象、剥離、超音波浸透など、異なる独立した、または複合的なメカニズムの結果であると結論づけている。これらの効果は、細胞壁を破壊し、溶媒を細胞内に押し込み、植物性化合物を含んだ溶媒を細胞外に吸い出すことによって物質移動を改善し、マイクロミキシングによって液体の移動を確実にする。
超音波抽出の主な利点とは？
- 迅速なプロセスと高い生産性
- 低エネルギー消費
- 処理コストの削減
- 非加熱技術
- より高い純度
- グリーン・テクノロジー
音響キャビテーションとその効果
液体中では、超音波によって高圧と低圧が交互に繰り返され、キャビテーション気泡が形成されます。数回の圧力サイクルを経て、キャビテーション気泡は、気泡がそれ以上のエネルギーを吸収できない限界に達するまで成長する。この時、気泡は激しく崩壊する。気泡崩壊の際には、最高5000Kの高温、最高2000気圧の圧力、非常に高い加熱/冷却速度、圧力差といった極限状態が発生する。気泡崩壊のダイナミクスは質量と熱の移動よりも速いため、崩壊するキャビティ内のエネルギーは「ホットスポット」とも呼ばれる非常に小さな領域に限定される。キャビテーション気泡の崩壊はまた、微小乱流、最大速度280m/sの液体ジェット、およびその結果生じるせん断力をもたらす。この現象は超音波キャビテーションまたは音響キャビテーションとして知られている。
超音波抽出は、音響キャビテーションとその流体力学的せん断力に基づいている。
カテキン
緑茶には、カフェ酸、没食子酸、カテキン、エピカテキン、ガロカテキン、カテキンガレート、ガロカテキンガレート、エピカテキンガレート、エピガロカテキン、エピガロカテキンガレート（EGCG）などのポリフェノールが豊富に含まれていることが知られており、緑茶は飲料やエキスとして飲まれる人気の健康食品となっている。EGCGはよく知られたカテキンで、緑茶（100gあたり7380mg）、白茶（100gあたり4245mg）、紅茶（100gあたり936mg）の乾燥葉に多く含まれている。紅茶の製造過程で、カテキンはポリフェノールオキシダーゼを介してテアフラビンとテアルビギンに変換される。
エピガロカテキンガレート（EGCG）の健康効果
カテキンの中でも、エピガロカテキンガレート（EGCG）は最も研究が進んでいる有望な成分である。抗ガン作用、抗酸化作用、抗炎症作用、抗線維症作用、抗コラゲナーゼ作用、免疫力向上作用、老化防止作用など、EGCGは多くの効能を示すため、緑茶飲料やカプセル、粉末、錠剤などの栄養補助食品の形で摂取されている。
エピガロカテキンガレート（EGCG）のようなカテキンは、炎症を抑え、心臓病、糖尿病、ある種のがんなどの慢性疾患を予防する可能性があることが、研究により示唆されている。
EGCGとその抗がん作用
がんはしばしば生命を脅かす病気であるため、EGCGの抗がん作用については研究が重ねられている。研究によると、EGCGは発がん物質の影響を低減または除去することにより、腫瘍形成を阻害することができる。EGCGは、IGF/IGF-1R軸を阻害し、高インスリン血症を改善し、慢性炎症を減衰させることによって、ジエチルニトロサミン誘発肥満に関連した肝臓腫瘍の発生を防ぐことを示唆する知見がある。EGCGの抗がん効果のもう一つのメカニズムは、血管新生を阻害し、それによって腫瘍の増殖を抑制することである。
EGCGとその抗酸化作用
人間の体内では無数の抗酸化プロセスが起こり、健康、体力、幸福に貢献している。EGCGは抗酸化物質です。抗酸化物質は、フリーラジカルを消去し、中和することによって、細胞の損傷から保護することができます。EGCG構造のフェノール環は、フリーラジカルの電子トラップおよびスカベンジャーとして働き、活性酸素の生成を抑制し、酸化ストレスによって引き起こされる損傷を軽減します。
EGCGとその抗炎症作用
炎症は、病気、慢性ストレス、環境汚染などによって引き起こされる。身体はこのようなストレス因子に反応して炎症を起こし、炎症部位での多数の免疫細胞の凝集、炎症性サイトカインの放出、活性酸素/窒素種（ROS/RNS）によって特徴づけられる。ROS/RNSは、転写因子NF-Bとアクチベーター・プロテイン（AP-）1の活性化に関係している。活性化後、NF-jBとAP-1は細胞質から核に移行し、様々な炎症性遺伝子の発現をアップレギュレートし、その後、炎症反応の悪化と組織損傷を引き起こす。
EGCGはNF-BとAP-1の伝達を阻害し、主に一酸化窒素、ペルオキシナイトライト、その他のROS/RNSを消去することによってiNOSとCOX-2の発現を低下させ、炎症因子の産生を減少させる。
EGCGとその骨形成促進効果
骨粗鬆症は、骨基質の変性と骨密度の低下を特徴とする重篤な疾患である。EGCGは骨代謝の調節作用を示す。EGCGは破骨細胞のアポトーシスを誘導し、NF-BとIL-1bの生成を阻害することによって破骨細胞の形成を抑制することができる。さらに、ミネラル化した骨小結節の形成を促進することができる。
[cf. Chenyu Chu; Jia Deng; Yi Man; Yili Qu (2017)：異なる治療のための緑茶抽出物エピガロカテキン-3-ガレート。バイオメッドリサーチインターナショナルVol.2017].