Superieure catechine-extracten met ultrasoon geluid

Wetenswaardigheden

ultrasone extractie – Werkingsprincipe

Ultrasone extractie is een mechanische methode om intracellulaire verbindingen vrij te maken en te isoleren uit celmatrices zoals plantencellen. Wanneer ultrageluidsgolven met een hoog vermogen worden gekoppeld aan een slurry (bijvoorbeeld bestaande uit gemacereerde plantendeeltjes in water of oplosmiddel), veroorzaken de ultrageluidsgolven met hoge energie cavitatie. Het fenomeen cavitatie leidt plaatselijk tot extreme temperaturen, drukken, verwarmings-/koelsnelheden, drukverschillen en hoge schuifkrachten in het medium. Wanneer cavitatiebellen imploderen op het oppervlak van vaste stoffen (zoals deeltjes, plantencellen, weefsels enz.), veroorzaken microstralen en botsingen tussen de partikels effecten zoals oppervlakteschilfering, erosie en afbraak van deeltjes. Bovendien veroorzaakt de implosie van cavitatiebellen in vloeibare media macroturbulenties en micro-menging.
Ultrasone bestraling is een efficiënte manier om massatransferprocessen te verbeteren, aangezien sonicatie cavitatie en aanverwante mechanismen tot gevolg heeft, zoals microbewegingen door vloeistofstralen, compressie en decompressie in het materiaal met de daaropvolgende verstoring van celwanden, evenals hoge verwarmings- en koelsnelheden.

Ultrasone extractie uit plantencellen: de microscopische dwarsdoorsnede (TS) toont het werkingsmechanisme tijdens ultrasone extractie uit cellen (vergroting 2000x) [bron: Vilkhu et al. 2011].

Ultrasoon gebruik van plantaardig materiaal fragmenteert de matrix van plantencellen en verbetert de hydratatie ervan. Chemat et al. (2015) concluderen dat ultrasone extractie van bioactieve stoffen uit plantaardige materialen het resultaat is van verschillende onafhankelijke of gecombineerde mechanismen, waaronder fragmentatie, erosie, capillariteit, detexturatie en sonoporatie. Deze effecten verstoren de celwand, verbeteren de massaoverdracht door het oplosmiddel in de cel te duwen en het oplosmiddel met de fyto-verbinding eruit te zuigen, en zorgen voor vloeistofbeweging door micromenging.

Wat zijn de belangrijkste voordelen van ultrasone extractie?

• Snel proces en hoge output
• Laag energieverbruik
• Lagere verwerkingskosten
• Niet-thermische technologie
• Hogere zuiverheid
• Groene technologie

Akoestische cavitatie en de effecten ervan

In de vloeistof creëren de ultrageluidsgolven intense afwisselende hogedruk-/lagedrukcycli, die resulteren in de vorming van cavitatiebellen. Gedurende verschillende drukcycli groeien de cavitatiebellen tot ze een grens bereiken waar de bel niet meer energie kan absorberen. Op dat moment implodeert de bel heftig. Tijdens de implosie van de bel doen zich extreme omstandigheden voor, zoals hoge temperaturen tot 5000 K, drukken tot 2000 atm, zeer hoge verwarmings-/koelingssnelheden en drukverschillen. Aangezien de dynamica van de belleninstorting sneller verloopt dan de massa en warmteoverdracht, wordt de energie in de instortende holte beperkt tot een zeer kleine zone, ook wel "hot spot" genoemd. De implosie van de cavitatiebel resulteert ook in microturbulenties, vloeistofstralen met een snelheid tot 280 m/s en resulterende schuifkrachten. Dit fenomeen staat bekend als ultrasone of akoestische cavitatie.

Ultrasone extractie is gebaseerd op akoestische cavitatie en de bijbehorende hydrodynamische schuifkrachten

catechines

Het is bekend dat groene thee rijk is aan polyfenolen zoals cafeïnezuur, galzuur, catechine, epicatechine, gallocatechine, catechinegallaat, gallocatechinegallaat, epicatechinegallaat, epigallocatechine en epigallocatechinegallaat (EGCG), waardoor groene thee een populair gezondheidsvoedingsmiddel is dat als drank en als extract wordt geconsumeerd. EGCG is een bekende catechine die in grote hoeveelheden aanwezig is in de gedroogde bladeren van groene thee (7380 mg per 100 g), witte thee (4245 mg per 100 g) en in kleinere hoeveelheden in zwarte thee (936 mg per 100 g). Tijdens de productie van zwarte thee worden de catechinen meestal omgezet in theaflavinen en thearubiginen via polyfenoloxidases.

Gezondheidsvoordelen van epigallocatechine-galaat (EGCG)

Van de groep catechinen is epigallocatechine gallaat (EGCG) de meest onderzochte en veelbelovende. Van anti-kanker, antioxidatieve, ontstekingsremmende, anti-fibrose, anti-collagenase tot het versterken van het immuunsysteem en het tegengaan van veroudering, EGCG heeft vele voordelen en wordt daarom zowel geconsumeerd in de vorm van groene thee dranken als in de vorm van voedingssupplementen zoals capsules, poeders, tabletten enz.
Onderzoek suggereert dat catechines zoals epigallocatechine gallate (EGCG) ontstekingen kunnen verminderen en bepaalde chronische aandoeningen kunnen voorkomen, zoals hartaandoeningen, diabetes en sommige vormen van kanker.

EGCG en zijn antikankereffecten

Omdat kanker een vaak levensbedreigende ziekte is, wordt er veel onderzoek gedaan naar de antikankereigenschappen van EGCG. Studies suggereren dat EGCG tumorigenese kan remmen door carcinogene effecten te verminderen of te elimineren. Er zijn bevindingen die suggereren dat EGCG door dieethylnitrosamine geïnduceerde obesitas-gerelateerde levertumorigenese voorkomt door de IGF/IGF-1R as te remmen, hyperinsulinemie te verbeteren en chronische ontsteking te verminderen. Een ander mechanisme van het antikankereffect van EGCG is de remming van angiogenese en daardoor het tegengaan van tumorproliferatie.

EGCG en zijn antioxidatieve effecten

Ontelbare antioxidatieve processen vinden plaats in het menselijk lichaam en dragen bij aan gezondheid, kracht en welzijn. EGCG is een antioxidant. Antioxidanten kunnen beschermen tegen celbeschadiging door vrije radicalen op te vangen en te neutraliseren. De fenolringen in de structuur van EGCG werken als elektronenvangers en verjagers van vrije radicalen, remmen de vorming van reactieve zuurstofspecies en verminderen daardoor schade veroorzaakt door oxidatieve stress.

EGCG en zijn ontstekingsremmende effecten

Ontsteking kan worden veroorzaakt door ziekte, chronische stress en milieuvervuiling. Het lichaam reageert op dergelijke stressfactoren met ontsteking, die wordt gekenmerkt door de aggregatie van een groot aantal immuuncellen op de ontstekingsplaatsen, het vrijkomen van proinflammatoire cytokinen en reactieve zuurstof/stikstofspecies (ROS/RNS). ROS/RNS zijn gerelateerd aan de activering van de transcriptiefactor NF-B en activator proteïne-(AP-)1. Na activering worden NF-jB en AP-(AP-)1 geactiveerd. Na activering verplaatsen NF-jB en AP-1 zich van het cytoplasma naar de kern en upreguleren verschillende ontstekingsgenen, die vervolgens een verergerde ontstekingsreactie en weefselschade veroorzaken.
EGCG remt de overdracht van NF-B en AP-1 waardoor de expressie van iNOS en COX-2 wordt verlaagd, voornamelijk door het wegvangen van stikstofmonoxide, peroxynitriet en andere ROS/RNS en de productie van ontstekingsfactoren wordt verminderd.

EGCG en zijn effecten op de bevordering van osteogenese

Osteoporose is een ernstige ziekte die wordt gekenmerkt door de degeneratie van de botmatrix en het verlies van botdichtheid. EGCG vertoont regulerende effecten op het botmetabolisme. EGCG kan de apoptose van osteoclasten induceren en de vorming van osteoclasten remmen door de generatie van NF-B en IL-1b te blokkeren. Bovendien kan het de vorming van gemineraliseerde botknobbeltjes bevorderen.
[cf. Chenyu Chu; Jia Deng; Yi Man; Yili Qu (2017): Groene Thee Extracten Epigallocatechin-3-gallate voor verschillende behandelingen. BioMed Research International Vol. 2017]