초음파를 이용한 우수한 카테킨 추출물
카테킨의 초음파 추출
초음파 추출은 순수한 기계적 힘의 적용을 기반으로하는 비열 기술입니다. 저주파, 고강도 초음파는 액체 매체에서 초음파 프로브 (sonotrode)를 통해 결합됩니다. 음향 캐비테이션의 강렬한 전단력은 세포막을 천공하고 파괴하며, 세포 내부와 용매 사이의 질량 전달을 강화하고, 세포 내 화합물을 용매로 방출합니다.
녹차(Camellia sinensis)에서 추출 방법에 대한 광범위한 검토에서 Banerjee와 Chatterjee(2015)는 프로브형 초음파가 초음파 수조보다 훨씬 더 효율적이라는 것을 발견했습니다. 또한, 저자들은 초음파 추출이 저온에서 추출 공정의 효능이 증가하여 열에 민감한 화합물의 열 분해를 방지하고 의약 가치를 보존하기 때문에 차 카테킨 추출의 선호되는 모드라고 말합니다. 고온 추출은 종종 폴리페놀의 분해로 이어지고 단백질과 펙틴 방출을 증가시켜 크림 형성에 의해 차의 관능적 품질을 방해합니다. 초음파 처리의 장점은 비열 메커니즘에 있습니다. 그들의 연구에서, 연구원은 초음파 추출이 85°C에 전통적인 추출과 비교된 65°C에 차 폴리페놀 수확량을 증가시킬 수 있다는 것을 입증했습니다. 그러나 초음파 추출은 실온에서도 작동합니다. 비열 추출 기술로서 초음파 발생기는 기계적 힘을 가하여 세포를 열고 폴리페놀 및 카테킨과 같은 생체 활성 화합물을 우수한 효율로 용매에 방출합니다.
초음파 추출은 고품질 영양소의 높은 수율을 제공합니다. 비열 공정으로서 초음파 추출은 열에 민감한 영양소의 손실을 방지합니다.
초음파 추출은 실온 또는 냉각 된 액체에서도 수행 할 수 있습니다. 초음파 콜드 브루 차에 대한 자세한 내용을 보려면 여기를 클릭하십시오!
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- 간단하고 안전한 작동
- 낮은 유지 보수
- 빠른 ROI
초음파 추출기 UIP2000hdT (2kW) 연속 교반 배치 반응기 포함
초음파 카테킨 추출의 사례 연구
초음파 추출은 물, 에탄올, 물 (에탄올 믹스, 이소프로판올, 식물성 기름, 글리세린 등)을 포함한 다양한 용매를 사용하여 수행 할 수 있습니다.
2018년 연구에서 Ayyildiz et al.은 물과 에탄올을 용매로 사용하는 초음파 추출을 기존의 온수 추출 방법과 비교했습니다. 파일럿 규모에 대한이 연구를 위해 Hielscher UIP2000hd (2kW, 20kHz) 초음파를 배치 및 연속 흐름 설정으로 사용했습니다.
그 결과, 에탄올을 이용한 초음파 추출이 유의하게 나타났으며(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.
고성능 초음파 추출기
Hielscher 초음파 추출 시스템은식이 보충제 및 의약품으로 사용되는 고품질 식물 추출물의 상업적 생산을 위해 식품 및 제약 분야에서 전 세계적으로 사용됩니다. 콜드 브루 차의 소량을 생산하거나 고품질의 폴리 페놀 / 카테킨 추출물을 대량으로 처리하려는 경우, Hielscher 초음파는 적합한 초음파 추출기를 보유하고 있습니다. 초음파기는 작동하기 쉽고 안전합니다. 직관적인 소프트웨어와 터치 디스플레이를 통한 디지털 제어로 정밀한 공정 제어가 가능합니다. Hielscher 초음파 장비의 견고 함은 중장비 및 까다로운 환경에서 24/7 작동을 허용합니다.
프로브 식 초음파 발생기 UP100H 찻잎에서 카테킨 추출
Hielscher 초음파를 사용한 공정 표준화
식품 및 제약 등급 추출물은 GMP(Good Manufacturing Practices)와 표준화된 가공 사양에 따라 생산해야 합니다. Hielscher 초음파의 디지털 추출 시스템에는 지능형 소프트웨어가 함께 제공되어 초음파 처리 과정을 정확하게 설정하고 제어 할 수 있습니다. 자동 데이터 기록은 초음파 에너지(총 및 순 에너지), 진폭, 온도, 압력(온도 및 압력 센서가 장착된 경우)과 같은 모든 초음파 공정 매개변수를 내장 SD 카드에 날짜 및 시간 스탬프와 함께 씁니다. 이를 통해 초음파 처리 된 각 로트를 수정할 수 있습니다. 동시에 재현성과 지속적으로 높은 제품 품질이 보장됩니다.
아래 표는 초음파기의 대략적인 처리 용량을 나타냅니다.
| 배치 볼륨(Batch Volume) | 유량 | 권장 장치 |
|---|---|---|
| 1 내지 500mL | 10 내지 200mL/분 | 업100H |
| 10 내지 2000mL | 20 내지 400mL/분 | UP200HT, UP400ST |
| 0.1 내지 20L | 0.2 내지 4L/min | UIP2000hdT 님 |
| 10에서 100L | 2 내지 10L/min | UIP4000hdt 님 |
| N.A. 개시 | 10 내지 100L/min | UIP16000 |
| N.A. 개시 | 큰 | 의 클러스터 UIP16000 |
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문헌/참고문헌
- 아일디즈, 세나 사클라르; 카라데니즈, 불렌트; 사그칸브, 니한; 바하라, 바누; 우리, 아흐메트 압둘라; 알라살바르, 체사레틴 (2018): 녹차의 기존 온수 및 초음파 보조 방법을 사용하여 epigallocatechin gallate의 추출 매개변수를 최적화합니다.. 식품 및 바이오 제품 가공 111 (2018). 37–44.
- Banerjee, S., Chatterjee, J. (2015) : 차(Camellia sinensis) 생체 분자의 효율적인 추출 전략. J. 식품 과학 기술 52, 2015. 3158–3168.
- 마르틴 가르시아 베아트리스; 파이니, 페데리카; 베라르도, 비토; 디아즈 데 세리오, 엘릭사벳; 틸레비츠, 우르슐라; 고메즈-카라바카, 아나 마리아; 카보니 마리아 피오렌자 (2019): 양조업자의 소비 곡물에서 프로안토시아니딘의 Sonotrode 초음파 보조 추출 최적화. 산화 방지제 2019, 8, 282.
- Petigny L., Périno-Issartier S., Wajsman J., Chemat F. (2013) : 배치 및 연속 초음파는 볼도 잎 (Peumus boldus mol.)의 추출을 지원했습니다. 분자 과학의 국제 저널 14, 2013. 5750-5764.
- K.S. Suslick, K. Othmer, "Encyclopaedia of Chemical Technology"; 4판 J. 와일리 & Sons: New York, 1998, vol. 26, pp. 517-541.
알아 둘 만한 가치가 있는 사실
초음파 추출 – 일 원리
초음파 추출은 식물 세포와 같은 세포 매트릭스에서 세포 내 화합물을 방출하고 분리하는 기계적 방법입니다. 고출력 초음파가 슬러리에 결합되면(예: 물이나 용매에 침식된 식물 입자로 구성됨) 고에너지 초음파가 캐비테이션을 생성합니다. 캐비테이션 현상은 국부적으로 극한의 온도, 압력, 가열/냉각 속도, 압력 차이 및 매체의 높은 전단력으로 이어집니다. 캐비테이션 기포가 고체(예: 입자, 식물 세포, 조직 등)의 표면에서 파열될 때 마이크로 제트 및 입자 간 충돌은 표면 박리, 침식 및 입자 파괴와 같은 효과를 생성합니다. 또한 액체 매체에서 캐비테이션 기포의 내파는 거시적 난류와 미세 혼합을 생성합니다.
초음파 조사는 초음파 처리로 인해 캐비테이션 및 액체 제트에 의한 미세 이동, 세포벽의 후속 파괴와 같은 재료의 압축 및 감압, 높은 가열 및 냉각 속도와 같은 관련 메커니즘이 발생하기 때문에 질량 전달 프로세스를 향상시키는 효율적인 방법을 나타냅니다.
식물 세포에서 초음파 추출: 현미경 횡단면(TS)은 세포에서 초음파 추출 중 작용 메커니즘을 보여줍니다(배율 2000x) [리소스: Vilkhu et al. 2011]
식물 재료의 초음파는 식물 세포의 매트릭스를 단편화하고 동일한 수분을 향상시킵니다. Chemat et al. (2015)는 식물에서 생체 활성 화합물의 초음파 추출이 단편화, 침식, 모세관, 탈질감화 및 초음파 형성을 포함한 다양한 독립적이거나 결합 된 메커니즘의 결과라고 결론지었습니다. 이러한 효과는 세포벽을 파괴하고, 용매를 세포 내로 밀어 넣고, 식물 화합물이 함유된 용매를 빨아들여 질량 전달을 개선하고, 미세 혼합을 통해 액체 이동을 보장합니다.
초음파 추출의 주요 장점은 무엇입니까?
- 빠른 프로세스와 높은 생산량
- 낮은 에너지 소비
- 처리 비용 절감
- 비열 기술
- 더 높은 순도
- 친환경 기술
Acoustic Cavitation과 그 효과
액체에서 초음파는 강렬한 교대 고압/저압 사이클을 생성하여 캐비테이션 기포를 형성합니다. 여러 압력 주기에 걸쳐 캐비테이션 기포는 기포가 더 많은 에너지를 흡수할 수 없는 한계에 도달할 때까지 성장합니다. 이 시점에서 거품은 격렬하게 붕괴합니다. 기포 내파 중에는 최대 5000K의 고온, 최대 2000atm의 압력, 매우 높은 가열/냉각 속도 및 압력 차이와 같은 극한 조건이 발생합니다. 버블 붕괴 역학은 질량 및 열 전달보다 빠르기 때문에 붕괴 캐비티의 에너지는 "핫 스폿"이라고도 하는 매우 작은 영역으로 제한됩니다. 캐비테이션 버블의 내파는 또한 미세 난류, 최대 280m/s 속도의 액체 제트 및 그에 따른 전단력을 초래합니다. 이 현상은 초음파 또는 음향 캐비테이션으로 알려져 있습니다.
초음파 추출은 음향 캐비테이션과 유체역학적 전단력을 기반으로 합니다
카테킨
녹차는 카페인산, 갈산, 카테킨, 에피카테킨, 갈로카테킨, 카테킨 갈레이트, 갈로카테킨 갈레이트, 에피카테킨 갈레이트, 에피갈로카테킨, 에피갈로카테킨 갈레이트(EGCG) 등의 폴리페놀이 풍부하게 함유되어 있어 음료나 추출물로 섭취하는 인기 있는 건강식품으로 알려져 있습니다. EGCG는 잘 알려진 카테킨으로, 녹차(100g당 7380mg), 백차(100g당 4245mg)의 건조 잎에 다량으로 존재하며, 홍차(100g당 936mg)에는 소량 함유되어 있습니다. 홍차를 생산하는 동안 카테킨은 대부분 폴리페놀 산화효소를 통해 테아플라빈과 테아루비긴으로 전환됩니다.
에피갈로카테킨 갈레이트(EGCG)의 건강 이점
카테킨 그룹 중에서 에피갈로카테킨 갈레이트(EGCG)는 가장 많이 연구되고 가장 유망한 카테킨 그룹입니다. 항암, 항산화, 항염증, 항섬유화, 항콜라겐 분해 효소, 면역 체계 강화 및 노화 방지 효과에 이르기까지 EGCG는 많은 이점을 보여주기 때문에 녹차 음료의 형태뿐만 아니라 캡슐, 분말, 정제 등과 같은 건강 보조 식품의 형태로 섭취됩니다.
연구에 따르면 에피갈로카테킨 갈레이트(EGCG)와 같은 카테킨은 염증을 줄이고 심장병, 당뇨병 및 일부 형태의 암과 같은 특정 만성 질환을 예방할 수 있습니다.
EGCG와 항암 효과
암은 종종 생명을 위협하는 질병이기 때문에 EGCG의 항암 특성에 대한 연구가 활발히 진행되고 있습니다. 연구에 따르면 EGCG는 발암 물질의 영향을 줄이거나 제거함으로써 종양 형성을 억제할 수 있습니다. EGCG는 IGF/IGF-1R 축을 억제하고 고인슐린혈증을 개선하며 만성 염증을 약화시킴으로써 디에틸니트로사민에 의한 비만 관련 간 종양 형성을 예방한다는 연구 결과가 있습니다. EGCG의 항암 효과의 또 다른 메크나즘은 혈관 신생을 억제하여 종양 증식을 억제하는 것입니다.
EGCG와 항산화 효과
무수한 항산화 과정이 인체에서 발생하며 건강, 힘 및 웰빙에 기여합니다. EGCG는 항산화제입니다. 항산화제는 활성산소를 제거하고 중화하여 세포 손상을 방지할 수 있습니다. EGCG 구조의 페놀 고리는 자유 라디칼의 전자 트랩 및 청소부 역할을 하고 활성 산소 종의 형성을 억제하여 산화 스트레스로 인한 손상을 줄입니다.
EGCG와 항염증 효과
염증은 질병, 만성 스트레스 및 환경 오염에 의해 발생할 수 있습니다. 신체는 이러한 스트레스 인자에 염증으로 반응하는데, 염증 부위에 많은 수의 면역 세포가 응집되어 염증 유발 사이토카인(proinflammatory cytokine)이 방출되고 활성 산소/질소종(ROS/RNS)이 발생하는 것이 특징입니다. ROS/RNS는 전사 인자 NF-B 및 활성인자 단백질-(AP-)1의 활성화와 관련이 있습니다. 활성화 후 NF-jB 및 AP-1은 세포질에서 핵으로 전달되어 다양한 염증성 유전자 발현을 상향 조절하며, 이는 결과적으로 악화된 염증 반응과 조직 손상을 유발합니다.
EGCG는 NF-B 및 AP-1의 전달을 억제하며, 주로 산화질소, 과산화질산염 및 기타 ROS/RNS를 제거함으로써 iNOS 및 COX-2의 발현을 하향 조절하고 염증 인자의 생성을 감소시킵니다.
EGCG와 골형성 촉진에 미치는 영향
골다공증은 골기질의 퇴화와 골밀도의 손실을 특징으로 하는 심각한 질병입니다. EGCG는 뼈 대사에 대한 조절 효과를 보여줍니다. EGCG는 파골세포의 세포사멸을 유도하고 NF-B와 IL-1b의 생성을 차단하여 파골세포의 형성을 억제할 수 있습니다. 또한, 미네랄화된 뼈 결절의 형성을 촉진할 수 있습니다.
[참조: Chenyu Chu; 지아 덩; 이순신; Yili Qu (2017): 녹차는 다양한 치료를 위해 에피갈로카테킨-3-갈레이트를 추출합니다. BioMed Research International Vol. 2017]