Superieure catechine-extracten met ultrasoontechnologie

Wetenswaardigheden

Ultrasone extractie – werkingsprincipe

Ultrasone extractie is een mechanische methode om intracellulaire verbindingen vrij te maken en te isoleren uit celmatrices zoals plantencellen. Wanneer krachtige ultrasone golven in een slurry worden gekoppeld (bijvoorbeeld bestaande uit gemacereerde plantendeeltjes in water of een oplosmiddel), veroorzaken de ultrasone golven met hoge energie cavitatie. Het verschijnsel cavitatie leidt plaatselijk tot extreme temperaturen, drukken, opwarmings- en afkoelsnelheden, drukverschillen en sterke afschuifkrachten in het medium. Wanneer cavitatiebellen op het oppervlak van vaste stoffen (zoals deeltjes, plantencellen, weefsels enz.) imploderen, veroorzaken microstralen en botsingen tussen deeltjes effecten zoals het afpellen van oppervlakken, erosie en de afbraak van deeltjes. Bovendien veroorzaakt de implosie van cavitatiebellen in vloeibare media macroturbulentie en micromenging.
Ultrasone bestraling is een efficiënte manier om massaoverdrachtsprocessen te verbeteren, omdat sonicatie leidt tot cavitatie en de daarmee samenhangende mechanismen, zoals microbewegingen door vloeistofstralen, compressie en decompressie in het materiaal met de daaropvolgende ontwrichting van celwanden, evenals hoge opwarmings- en afkoelsnelheden.

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

Ultrasone behandeling van plantenmateriaal fragmenteert de matrix van plantencellen en verbetert de hydratatie ervan. Chemat et al. (2015) concluderen dat ultrasone extractie van bioactieve verbindingen uit planten het resultaat is van verschillende onafhankelijke of gecombineerde mechanismen, waaronder fragmentatie, erosie, capillariteit, destructurering en sonoporatie. Deze effecten ontwrichten de celwand, verbeteren de massaoverdracht door oplosmiddel de cel in te duwen en oplosmiddel met plantaardige verbindingen eruit te zuigen, en zorgen voor vloeistofbeweging door micromenging.

Wat zijn de belangrijkste voordelen van ultrasone extractie?

• Snel proces en hoge productie
• Laag energieverbruik
• Lagere verwerkingskosten
• Niet-thermische technologie
• Hogere zuiverheid
• Milieuvriendelijke technologie

Akoestische cavitatie en de effecten ervan

In de vloeistof veroorzaken de ultrasone golven intense, afwisselende hogedruk- / lagedrukcycli, die leiden tot de vorming van cavitatiebellen. Gedurende meerdere drukcycli groeien de cavitatiebellen totdat ze een grens bereiken waarbij de bel geen energie meer kan opnemen. Op dat moment implodeert de bel heftig. Tijdens de implosie van de bel treden extreme omstandigheden op, zoals hoge temperaturen tot 5000K, drukken tot 2000atm, zeer hoge opwarmings- en afkoelsnelheden en drukverschillen. Omdat de dynamiek van het instorten van de bel sneller is dan de massa- en warmteoverdracht, blijft de energie in de instortende holte beperkt tot een zeer kleine zone, ook wel een “hotspot” genoemd. De implosie van de cavitatiebel leidt ook tot microturbulentie, vloeistofstralen met snelheden tot 280m/s en de daaruit voortvloeiende afschuifkrachten. Dit verschijnsel staat bekend als ultrasone of akoestische cavitatie.

Ultrasone extractie berust op akoestische cavitatie en de hydrodynamische afschuifkrachten ervan

Catechinen

Groene thee staat bekend om zijn hoge gehalte aan polyfenolen zoals cafeïnezuur, galluszuur, catechine, epicatechine, gallocatechine, catechinegallaat, gallocatechinegallaat, epicatechinegallaat, epigallocatechine en epigallocatechinegallaat (EGCG). Daardoor is groene thee een populair gezondheidsbevorderend voedingsmiddel 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 grotendeels door polyfenoloxidasen omgezet in theaflavinen en thearubiginen.

Gezondheidsvoordelen van epigallocatechinegallaat (EGCG)

Van de groep catechinen is epigallocatechinegallaat (EGCG) de meest onderzochte en meest veelbelovende. Van kankerremmende, antioxiderende, ontstekingsremmende, fibrosewerende en collagenaseremmende effecten tot effecten die het immuunsysteem versterken en veroudering tegengaan: EGCG biedt veel voordelen en wordt daarom geconsumeerd als groene theedrank en als voedingssupplement, zoals capsules, poeders, tabletten enz.
Onderzoeken suggereren dat catechinen zoals epigallocatechinegallaat (EGCG) mogelijk ontstekingen verminderen en bepaalde chronische aandoeningen kunnen voorkomen, zoals hartaandoeningen, diabetes en sommige vormen van kanker.

EGCG en de kankerremmende effecten ervan

Omdat kanker een vaak levensbedreigende ziekte is, worden de kankerremmende eigenschappen van EGCG intensief onderzocht. Onderzoeken suggereren dat EGCG tumorigenese kan remmen door de effecten van carcinogenen te verminderen of te elimineren. Er zijn bevindingen die suggereren dat EGCG door diethylnitrosamine geïnduceerde, aan 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 kankerremmende effect van EGCG is de remming van angiogenese, waardoor tumorproliferatie wordt beperkt.

EGCG en de antioxiderende effecten ervan

In het menselijk lichaam vinden talloze antioxiderende processen plaats die bijdragen aan gezondheid, kracht en welzijn. EGCG is een antioxidant. Antioxidanten kunnen beschermen tegen celschade door vrije radicalen weg te vangen en te neutraliseren. De fenolringen in de structuur van EGCG fungeren als elektronenvangers en vangers van vrije radicalen, remmen de vorming van reactieve zuurstofsoorten en verminderen daardoor de schade die door oxidatieve stress wordt veroorzaakt.

EGCG en de ontstekingsremmende effecten ervan

Ontsteking kan worden veroorzaakt door ziekte, chronische stress en milieuvervuiling. Het lichaam reageert op dergelijke stressfactoren met ontsteking, die wordt gekenmerkt door de opeenhoping van een groot aantal immuuncellen op de ontstekingsplaatsen, de afgifte van pro-inflammatoire cytokinen en reactieve zuurstof- en stikstofsoorten (ROS/RNS). ROS/RNS houden verband met de activering van transcriptiefactor NF-B en activatoreiwit-(AP-)1. Na activering verplaatsen NF-jB en AP-1 zich van het cytoplasma naar de celkern en verhogen ze de expressie van verschillende ontstekingsgerelateerde genen, wat vervolgens een versterkte ontstekingsreactie en weefselschade veroorzaakt.
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 de effecten ervan 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 de botstofwisseling. EGCG kan apoptose van osteoclasten induceren en de vorming van osteoclasten remmen door de aanmaak van NF-B en IL-1b te blokkeren. Bovendien kan het de vorming van gemineraliseerde botnoduli bevorderen.
[vgl. Chenyu Chu; Jia Deng; Yi Man; Yili Qu (2017): Green Tea Extracts Epigallocatechin-3-gallate for Different Treatments. BioMed Research International Vol. 2017]