Augstākas kvalitātes katehīnu ekstrakti ar ultraskaņu

Noderīgi fakti

Ultraskaņas ekstrakcija – darbības princips

Ultraskaņas ekstrakcija ir mehāniska metode intracelulāru savienojumu atbrīvošanai un izolēšanai no šūnu matricām, piemēram, augu šūnām. Kad lieljaudas ultraskaņas viļņi tiek ievadīti suspensijā (piemēram, tādā, kas sastāv no macerētām augu daļiņām ūdenī vai šķīdinātājā), augstas enerģijas ultraskaņas viļņi rada kavitāciju. Kavitācijas parādība lokāli rada ekstremālas temperatūras, spiedienus, uzsilšanas/atdzišanas ātrumus, spiediena starpības un lielus bīdes spēkus vidē. Kad kavitācijas burbuļi implodē uz cietvielu (piemēram, daļiņu, augu šūnu, audu u. c.) virsmas, mikrostrūklas un daļiņu savstarpējās sadursmes izraisa tādus efektus kā virsmas slāņu atdalīšanās, erozija un daļiņu sairšana. Turklāt kavitācijas burbuļu implozija šķidrā vidē rada makroturbulenci un mikrosajaukšanos.
Ultraskaņas apstarošana ir efektīvs veids, kā uzlabot masas pārneses procesus, jo apstrāde ar ultraskaņu izraisa kavitāciju un ar to saistītus mehānismus, piemēram, šķidruma strūklu radītas mikrokustības, materiāla saspiešanu un dekompresiju ar tai sekojošu šūnu sieniņu sagraušanu, kā arī lielu uzsilšanas un atdzišanas ātrumu.

Ultraskaņas ekstrakcija no augu šūnām: mikroskopiskajā šķērsgriezumā (TS) redzams iedarbības mehānisms ultraskaņas ekstrakcijas laikā no šūnām (palielinājums 2000x) [avots: Vilkhu et al. 2011]

Augu materiāla apstrāde ar ultraskaņu sadrumstalo augu šūnu matricu un uzlabo tās hidratāciju. Chemat et al. (2015) secina, ka bioaktīvo savienojumu ultraskaņas ekstrakcija no augu materiāla ir dažādu neatkarīgu vai kombinētu mehānismu, tostarp fragmentācijas, erozijas, kapilaritātes, struktūras izjaukšanas un sonoporācijas, rezultāts. Šie efekti sagrauj šūnas sieniņu, uzlabo masas pārnesi, iespiežot šķīdinātāju šūnā un izsūcot no tās ar augu savienojumiem bagātinātu šķīdinātāju, un nodrošina šķidruma kustību ar mikrosajaukšanos.

Kādas ir ultraskaņas ekstrakcijas galvenās priekšrocības?

• Ātrs process un augsts ražīgums
• Zems enerģijas patēriņš
• Samazinātas apstrādes izmaksas
• Netermiska tehnoloģija
• Augstāka tīrība
• Videi draudzīga tehnoloģija

Akustiskā kavitācija un tās ietekme

Šķidrumā ultraskaņas viļņi rada intensīvus pamīšus augsta spiediena / zema spiediena ciklus, kuru rezultātā veidojas kavitācijas burbuļi. Vairāku spiediena ciklu laikā kavitācijas burbuļi aug, līdz sasniedz robežu, pie kuras burbulis vairs nespēj absorbēt vairāk enerģijas. Šajā brīdī burbulis strauji implodē. Burbuļa implozijas laikā rodas ekstremāli apstākļi, piemēram, augsta temperatūra līdz 5000K, spiediens līdz 2000atm, ļoti liels uzsilšanas/atdzišanas ātrums un spiediena starpības. Tā kā burbuļa sabrukšanas dinamika ir straujāka nekā masas un siltuma pārnese, enerģija sabrūkošajā dobumā ir koncentrēta ļoti mazā zonā, ko sauc arī par “karsto punktu”. Kavitācijas burbuļa implozija rada arī mikroturbulenci, šķidruma strūklas ar ātrumu līdz 280m/s un to izraisītus bīdes spēkus. Šī parādība ir pazīstama kā ultraskaņas jeb akustiskā kavitācija.

Ultraskaņas ekstrakcijas pamatā ir akustiskā kavitācija un tās hidrodinamiskie bīdes spēki

Katehīni

Ir zināms, ka zaļā tēja ir bagāta ar polifenoliem, piemēram, kafijskābi, gallusskābi, katehīnu, epikatehīnu, gallokatehīnu, katehīna gallātu, gallokatehīna gallātu, epikatehīna gallātu, epigallokatehīnu un epigallokatehīna gallātu (EGCG), tādēļ zaļā tēja ir populārs veselīgs pārtikas produkts, ko lieto gan dzēriena, gan ekstrakta veidā. EGCG ir labi pazīstams katehīns, kas lielā daudzumā sastopams kaltētās zaļās tējas lapās (7380 mg uz 100 g), baltajā tējā (4245 mg uz 100 g) un mazākā daudzumā melnajā tējā (936 mg uz 100 g). Melnās tējas ražošanas laikā polifenolu oksidāžu iedarbībā katehīni lielākoties tiek pārvērsti par teaflavīniem un tearubigīniem.

Epigallokatehīna gallāta (EGCG) labvēlīgā ietekme uz veselību

Katehīnu grupā epigallokatehīna gallāts (EGCG) ir visvairāk pētītais un visdaudzsološākais savienojums. EGCG piemīt daudzveidīga labvēlīga iedarbība – pretvēža, antioksidatīva, pretiekaisuma, antifibrotiska un kolagenāzes aktivitāti kavējoša iedarbība, kā arī imūnsistēmu stiprinoša un novecošanos kavējoša iedarbība, tādēļ to lieto gan zaļās tējas dzēriena veidā, gan uztura bagātinātāju veidā, piemēram, kapsulās, pulveros, tabletēs u. c.
Pētījumi liecina, ka katehīni, piemēram, epigallokatehīna gallāts (EGCG), varētu mazināt iekaisumu un var novērst noteiktas hroniskas slimības, piemēram, sirds slimības, diabētu un dažus vēža veidus.

EGCG un tā pretvēža iedarbība

Tā kā vēzis bieži ir dzīvībai bīstama slimība, EGCG pretvēža īpašības tiek intensīvi pētītas. Pētījumi liecina, ka EGCG var kavēt audzēju veidošanos, mazinot vai novēršot kancerogēnu iedarbību. Ir iegūti rezultāti, kas liecina, ka EGCG novērš dietilnitrozamīna izraisītu, ar aptaukošanos saistītu aknu audzēju veidošanos, kavējot IGF/IGF-1R asi, mazinot hiperinsulinēmiju un hronisku iekaisumu. Vēl viens EGCG pretvēža iedarbības mehānisms ir angioģenēzes kavēšana, tādējādi ierobežojot audzēja proliferāciju.

EGCG un tā antioksidatīvā iedarbība

Cilvēka organismā norisinās neskaitāmi antioksidatīvi procesi, kas veicina veselību, spēku un labsajūtu. EGCG ir antioksidants. Antioksidanti var aizsargāt šūnas pret bojājumiem, saistot un neitralizējot brīvos radikāļus. Fenola gredzeni EGCG struktūrā darbojas kā elektronu uztvērēji un brīvo radikāļu saistītāji, kavē reaktīvo skābekļa formu veidošanos un tādējādi mazina oksidatīvā stresa izraisītos bojājumus.

EGCG un tā pretiekaisuma iedarbība

Iekaisumu var izraisīt slimība, hronisks stress un vides piesārņojums. Uz šādiem stresa faktoriem organisms reaģē ar iekaisumu, kam raksturīga liela skaita imūnšūnu uzkrāšanās iekaisuma vietās, proiekaisuma citokīnu un reaktīvo skābekļa/slāpekļa formu (ROS/RNS) izdalīšanās. ROS/RNS ir saistītas ar transkripcijas faktora NF-B un aktivatora proteīna-(AP-)1 aktivāciju. Pēc aktivācijas NF-jB un AP-1 pārvietojas no citoplazmas uz kodolu un pastiprina dažādu ar iekaisumu saistītu gēnu ekspresiju, kas pēc tam izraisa pastiprinātu iekaisuma reakciju un audu bojājumus.
EGCG kavē NF-B un AP-1 pārvadi, tādējādi samazinot iNOS un COX-2 ekspresiju, galvenokārt saistot slāpekļa monoksīdu, peroksinitrītu un citas ROS/RNS, un mazinot iekaisuma faktoru veidošanos.

EGCG un tā ietekme uz osteoģenēzes veicināšanu

Osteoporoze ir smaga slimība, kam raksturīga kaulu matrices deģenerācija un kaulu blīvuma samazināšanās. EGCG piemīt kaulu vielmaiņu regulējoša iedarbība. EGCG var izraisīt osteoklastu apoptozi un kavēt osteoklastu veidošanos, bloķējot NF-B un IL-1b veidošanos. Turklāt tas var veicināt mineralizētu kaulaudu mezgliņu veidošanos.
[sk. Chenyu Chu; Jia Deng; Yi Man; Yili Qu (2017): Green Tea Extracts Epigallocatechin-3-gallate for Different Treatments. BioMed Research International Vol. 2017]