超音波による優れたカテキン抽出物
カテキン類の超音波抽出
超音波抽出は、純粋に機械的な力を加えることに基づく非加熱技術です。低周波・高強度の超音波を、超音波プローブ（ソノトロード）を介して液体媒体に結合させます。音響キャビテーションの強いせん断力が細胞膜に孔を開けて破砕し、細胞内部と溶媒の間の物質移動を促進して、細胞内化合物を溶媒中に放出します。
緑茶（Camellia sinensis）からの抽出方法に関する広範なレビューで、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有意に効率的であることを見いだしました。さらに著者らは、低温で抽出プロセスの効率が高まり、熱に敏感な化合物の熱分解を防いでその薬効を維持できるため、超音波抽出が茶のカテキン類を抽出する方法として好まれると述べています。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、タンパク質とペクチンの放出を増加させます。これらはクリーム状の沈殿を形成することで、茶の官能品質を損ないます。超音波処理の利点は、その非加熱の作用機構にあります。この研究では、85°Cでの従来の抽出と比較して、65°Cでの超音波抽出により茶ポリフェノールの収量を増やせることが示されました。ただし、超音波抽出は室温でも機能します。非加熱の抽出技術として、超音波処理装置は機械的な力を加えて細胞を破砕し、ポリフェノールやカテキン類などの生理活性化合物を優れた効率で溶媒中に放出します。
超音波抽出では、高品質な栄養成分を高収量で得られます。非加熱プロセスであるため、超音波抽出は熱に敏感な栄養成分の損失を回避します。
超音波抽出は、室温や冷却した液体中でも実施できます。 超音波による水出し茶について詳しくは、こちらをクリックしてください！
- 溶媒不使用 / 水ベース
- 高い抽出収量
- 高品質な抽出物
- 全成分スペクトルを含む抽出物
- 迅速なプロセス
- 環境に配慮し、環境に優しい
- 簡単で安全な操作
- メンテナンスの負担が少ない
- 迅速な投資回収
超音波抽出装置UIP2000hdT （2kW）、連続撹拌式バッチ反応器付き
カテキン類の超音波抽出の事例研究
超音波抽出は、水、エタノール、水 : エタノール混合液、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実施できます。
2018年の研究で、Ayyildizらは、水とエタノールを溶媒とする超音波抽出を、従来の熱水抽出法と比較しました。このパイロット規模の研究では、Hielscher UIP2000hd（2kW, 20kHz）超音波処理装置をバッチ式および連続フロー式の構成で使用しました。
その結果、エタノールを用いた超音波抽出は、従来の熱水抽出および水を用いた超音波抽出よりも、EGCG、EGC、ECG、ECをより高い収量で抽出するうえで有意に（p < 0.05）効率的であることが示されました。最適化したプロセス条件下では、エタノールを用いた超音波抽出で得られたEGCG含有量は、従来の熱水抽出に比べてほぼ100%、水を用いた超音波抽出に比べて50%多くなりました。エタノールによるEGCGの超音波抽出の最適条件は、66.53ºC、43.75 min、エタノール濃度67.81%でした。
超音波抽出は、抗酸化活性を保持しながら低温で抽出プロセスの効率を高められるため、茶のカテキン類の抽出方法として好まれます。
高性能超音波抽出装置
Hielscher Ultrasonicsの抽出システムは、栄養補助食品や医薬品に用いられる高品質な植物抽出物の商業生産のために、世界各地の食品・医薬品分野で使用されています。少量の水出し茶を製造する場合でも、高品質なポリフェノール / カテキン抽出物を大量に処理する場合でも、Hielscher Ultrasonicsは適切な超音波抽出装置を提供します。超音波処理装置は簡単かつ安全に操作できます。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、精密なプロセス制御が可能です。Hielscherの超音波装置は堅牢であり、高負荷や厳しい環境下でも24/7の運転が可能です。
プローブ型超音波処理装置UP100H 茶葉からのカテキン抽出用
Hielscher Ultrasonicsによるプロセスの標準化
食品・医薬品グレードの抽出物は、適正製造規範（GMP）に従い、標準化された処理仕様のもとで製造する必要があります。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搭載されており、超音波処理プロセスを簡単に、かつ精密に設定・制御できます。自動データ記録機能は、超音波エネルギー（総エネルギーおよび正味エネルギー）、振幅、温度、圧力（温度センサーと圧力センサーが取り付けられている場合）など、すべての超音波プロセスパラメーターを日時とともに内蔵SDカードに記録します。これにより、超音波処理した各ロットを確認できます。同時に、再現性と一貫して高い製品品質が確保されます。
以下の表は、当社の超音波処理装置のおおよその処理能力を示しています。
| バッチ容量 | 流量 | 推奨装置 |
|---|---|---|
| 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. | さらに大きい流量 | クラスター構成の UIP16000 |
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文献 / 参考文献
- Ayyildiz, Sena Saklar; Karadeniz, Bulent; Sagcanb, Nihan; Bahara, Banu; Us, Ahmet Abdullah; Alasalvar, Cesarettin (2018): 従来の熱水法および超音波支援法による緑茶からのエピガロカテキンガレート抽出パラメーターの最適化. Food and Bioproducts Processing 111 (2018). 37–44.
- Banerjee, S., Chatterjee, J. (2015): 茶（Camellia sinensis）の生体分子の効率的な抽出戦略。 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): ビール醸造粕からのプロアントシアニジンのソノトロードによる超音波支援抽出の最適化. Antioxidants 2019, 8, 282.
- Petigny L., Périno-Issartier S., Wajsman J., Chemat F. (2013): ボルド葉（Peumus boldus Mol.）のバッチ式および連続式超音波支援抽出。 International journal of Molecular Science 14, 2013. 5750-5764.
- K.S. Suslick, K. Othmer, 『化学技術百科事典』; 第4版. J. Wiley & Sons: New York, 1998, vol. 26, pp. 517-541.
知っておきたい情報
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放出し、単離する機械的方法です。高出力の超音波をスラリー（例えば、水または溶媒中の浸軟した植物粒子からなるもの）に結合させると、高エネルギーの超音波がキャビテーションを発生させます。キャビテーション現象は、媒体中で局所的に極端な温度、圧力、加熱・冷却速度、圧力差、および高いせん断力を生じさせます。キャビテーション気泡が固体（粒子、植物細胞、組織など）の表面で圧壊すると、マイクロジェットと粒子間の衝突によって、表面の剥離、侵食、粒子の破砕などの効果が生じます。さらに、液体媒体中でのキャビテーション気泡の圧壊は、マクロな乱流と微細混合を生じさせます。
超音波照射は、物質移動プロセスを促進する効率的な方法です。これは、超音波処理がキャビテーションを生じさせるとともに、液体ジェットによる微小な運動、材料内での圧縮と減圧およびそれに続く細胞壁の破砕、高い加熱・冷却速度など、キャビテーションに関連する作用を引き起こすためです。
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機構を示しています（倍率2000x）［出典: Vilkhu et al. 2011］
植物材料の超音波処理は、植物細胞のマトリックスを断片化し、その水和を促進します。Chematら（2015）は、植物からの生理活性化合物の超音波抽出は、断片化、侵食、毛細管作用、組織構造の崩壊、ソノポレーションなど、さまざまな機構が独立して、または組み合わさって作用した結果であると結論づけています。これらの効果は細胞壁を破砕し、溶媒を細胞内に押し込み、植物由来化合物を含む溶媒を吸い出すことで物質移動を改善し、微細混合によって液体の移動を確保します。
超音波抽出の主な利点は何ですか？
- 迅速なプロセスと高い生産量
- 低いエネルギー消費
- 処理コストの削減
- 非加熱技術
- より高い純度
- 環境に配慮した技術
音響キャビテーションとその効果
液体中では、超音波が強い高圧 / 低圧の交互サイクルを生じさせ、キャビテーション気泡を形成します。キャビテーション気泡は複数の圧力サイクルを経て成長し、それ以上エネルギーを吸収できない限界に達します。この時点で気泡は激しく圧壊します。気泡の圧壊中には、最大5000Kの高温、最大2000atmの圧力、非常に高い加熱・冷却速度、圧力差などの極端な条件が生じます。気泡の崩壊の動態は物質移動や熱移動よりも速いため、崩壊する空洞内のエネルギーは「ホットスポット」とも呼ばれる非常に小さな領域に閉じ込められます。キャビテーション気泡の圧壊は、微小乱流、最大280m/sの速度の液体ジェット、およびそれによるせん断力も生じさせます。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ます。
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ます
カテキン類
緑茶は、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を豊富に含むことで知られており、飲料や抽出物として摂取される人気の健康食品となっています。EGCGはよく知られたカテキンで、緑茶の乾燥葉（100 g当たり7380 mg）と白茶の乾燥葉（100 g当たり4245 mg）に多量に含まれ、紅茶にはより少量（100 g当たり936 mg）含まれています。紅茶の製造中、カテキン類の大部分はポリフェノールオキシダーゼによってテアフラビン類とテアルビジン類に変換されます。
エピガロカテキンガレート（EGCG）の健康効果
カテキン類の中で、エピガロカテキンガレート（EGCG）は最も研究が進んでおり、最も有望なものです。抗がん、抗酸化、抗炎症、抗線維化、抗コラゲナーゼ作用から、免疫系の強化や抗老化作用まで、EGCGは多くの効果を示します。そのため、緑茶飲料の形だけでなく、カプセル、粉末、錠剤などの栄養補助食品の形でも摂取されています。
研究は、エピガロカテキンガレート（EGCG）などのカテキン類が炎症を軽減する可能性があり、心臓病、糖尿病、一部の種類のがんなど、特定の慢性疾患を予防できることを示唆しています。
EGCGとその抗がん作用
がんはしばしば生命を脅かす疾患であるため、EGCGの抗がん特性について盛んに研究が行われています。研究は、EGCGが発がん物質の作用を軽減または除去することで、腫瘍形成を抑制できることを示唆しています。EGCGがIGF/IGF-1R軸を阻害し、高インスリン血症を改善し、慢性炎症を軽減することで、ジエチルニトロソアミンによって誘発される肥満関連の肝腫瘍形成を防ぐことを示唆する知見があります。EGCGの抗がん作用の別の機構は、血管新生を阻害し、それによって腫瘍の増殖を抑えることです。
EGCGとその抗酸化作用
人体内では無数の抗酸化プロセスが起こり、健康、体力、良好な心身の状態に寄与しています。EGCGは抗酸化物質です。抗酸化物質は、フリーラジカルを捕捉して中和することで、細胞の損傷を防ぐことができます。EGCGの構造に含まれるフェノール環は、電子の捕捉部位およびフリーラジカルの捕捉剤として働き、活性酸素種の生成を抑制し、それによって酸化ストレスによる損傷を軽減します。
EGCGとその抗炎症作用
炎症は、疾患、慢性的なストレス、環境汚染によって引き起こされることがあります。身体はこのようなストレス要因に対して炎症で反応します。炎症は、炎症部位への多数の免疫細胞の集積、炎症促進性サイトカインの放出、および活性酸素種・活性窒素種（ROS/RNS）を特徴とします。ROS/RNSは、転写因子NF-Bおよび活性化タンパク質-(AP-)1の活性化に関連しています。活性化後、NF-jBとAP-1は細胞質から核へ移動し、さまざまな炎症関連遺伝子の発現を増加させます。その結果、炎症反応の増悪と組織損傷が引き起こされます。
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を捕捉することによってiNOSとCOX-2の発現が低下し、炎症因子の産生が減少します。
EGCGとその骨形成促進作用
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す。EGCGは骨代謝を調節する作用を示します。EGCGは破骨細胞のアポトーシスを誘導でき、NF-BとIL-1bの生成を阻害することで破骨細胞の形成を抑制できます。さらに、石灰化した骨結節の形成を促進できます。
［参照: Chenyu Chu; Jia Deng; Yi Man; Yili Qu (2017): さまざまな治療のための緑茶抽出物Epigallocatechin-3-gallate. BioMed Research International Vol. 2017］