Najwyższej jakości ekstrakty katechiny z ultradźwiękami

Fakty, które warto znać

ekstrakcja ultradźwiękowa – zasady działania

Ekstrakcja ultradźwiękowa jest mechaniczną metodą uwalniania i izolowania związków wewnątrzkomórkowych z matryc komórkowych, takich jak komórki roślinne. Gdy fale ultradźwiękowe o dużej mocy są sprzężone z zawiesiną (np. składającą się z macerowanych cząstek roślinnych w wodzie lub rozpuszczalniku), wysokoenergetyczne fale ultradźwiękowe generują kawitację. Zjawisko kawitacji prowadzi lokalnie do ekstremalnych temperatur, ciśnień, szybkości ogrzewania/chłodzenia, różnic ciśnień i dużych sił ścinających w medium. Gdy pęcherzyki kawitacyjne implodują na powierzchni ciał stałych (takich jak cząstki, komórki roślinne, tkanki itp.), mikrostrumienie i zderzenia międzycząsteczkowe generują takie efekty, jak złuszczanie powierzchni, erozja i rozpad cząstek. Dodatkowo, implozja pęcherzyków kawitacyjnych w ciekłych mediach powoduje makroturbulencje i mikromieszanie.
Promieniowanie ultradźwiękowe stanowi skuteczny sposób na usprawnienie procesów przenoszenia masy, ponieważ sonikacja powoduje kawitację i związane z nią mechanizmy, takie jak mikroruchy strumieni cieczy, kompresja i dekompresja w materiale z późniejszym rozerwaniem ścian komórkowych, a także wysokie szybkości ogrzewania i chłodzenia.

Ekstrakcja ultradźwiękowa z komórek roślinnych: mikroskopijny przekrój poprzeczny (TS) pokazuje mechanizm działania podczas ekstrakcji ultradźwiękowej z komórek (powiększenie 2000x) [źródło: Vilkhu et al. 2011].

Ultradźwięki materiału roślinnego rozdrabniają matrycę komórek roślinnych i zwiększają ich uwodnienie. Chemat et al. (2015) stwierdzają, że ultradźwiękowa ekstrakcja związków bioaktywnych z roślin jest wynikiem różnych niezależnych lub połączonych mechanizmów, w tym fragmentacji, erozji, kapilarności, detekcji i sonoporacji. Efekty te zakłócają ścianę komórkową, poprawiają przenoszenie masy poprzez wpychanie rozpuszczalnika do komórki i zasysanie rozpuszczalnika obciążonego fitozwiązkami oraz zapewniają ruch cieczy poprzez mikromieszanie.

Jakie są główne zalety ekstrakcji ultradźwiękowej?

• Szybki proces i wysoka wydajność
• Niskie zużycie energii
• Niższe koszty przetwarzania
• Technologia nietermiczna
• Wyższa czystość
• Zielona technologia

Kawitacja akustyczna i jej skutki

W cieczy fale ultradźwiękowe tworzą intensywne, naprzemienne cykle wysokiego i niskiego ciśnienia, które powodują powstawanie pęcherzyków kawitacyjnych. W ciągu kilku cykli ciśnienia pęcherzyki kawitacyjne rosną, aż osiągną limit, w którym pęcherzyk nie może wchłonąć więcej energii. W tym momencie pęcherzyk imploduje gwałtownie. Podczas implozji pęcherzyka występują ekstremalne warunki, takie jak wysokie temperatury do 5000K, ciśnienia do 2000atm, bardzo wysokie szybkości ogrzewania/chłodzenia i różnice ciśnień. Ponieważ dynamika zapadania się pęcherzyka jest szybsza niż transfer masy i ciepła, energia w zapadającej się wnęce jest ograniczona do bardzo małej strefy, zwanej również "gorącym punktem". Implozja pęcherzyka kawitacyjnego powoduje również mikroturbulencje, strumienie cieczy o prędkości do 280 m/s i wynikające z nich siły ścinające. Zjawisko to znane jest jako kawitacja ultradźwiękowa lub akustyczna.

Ekstrakcja ultradźwiękowa opiera się na kawitacji akustycznej i jej hydrodynamicznych siłach ścinających

katechiny

Wiadomo, że zielona herbata jest bogata w polifenole, takie jak kwas kawowy, kwas galusowy, katechina, epikatechina, galokatechina, galusan katechiny, galusan galokatechiny, galusan epikatechiny, epigalokatechina i galusan epigalokatechiny (EGCG), co sprawia, że zielona herbata jest popularną zdrową żywnością spożywaną jako napój i ekstrakt. EGCG to dobrze znana katechina, która występuje w dużych ilościach w suszonych liściach zielonej herbaty (7380 mg na 100 g), białej herbaty (4245 mg na 100 g) oraz w mniejszych ilościach w czarnej herbacie (936 mg na 100 g). Podczas produkcji czarnej herbaty katechiny są w większości przekształcane w teaflawiny i tearubiginy za pośrednictwem oksydaz polifenolowych.

Korzyści zdrowotne wynikające ze stosowania galusanu epigallokatechiny (EGCG)

Z grupy katechin, galusan epigalokatechiny (EGCG) jest najlepiej przebadanym i najbardziej obiecującym związkiem. Od działania przeciwnowotworowego, przeciwutleniającego, przeciwzapalnego, przeciwwłóknieniowego, przeciwkolagenazowego po wzmacnianie układu odpornościowego i działanie przeciwstarzeniowe, EGCG wykazuje wiele korzyści i dlatego jest spożywany w postaci napoju z zielonej herbaty, a także w postaci suplementów diety, takich jak kapsułki, proszki, tabletki itp.
Badania naukowe sugerują, że katechiny, takie jak galusan epigallokatechiny (EGCG), mogą zmniejszać stan zapalny i zapobiegać niektórym chorobom przewlekłym, takim jak choroby serca, cukrzyca i niektóre formy raka.

EGCG i jego działanie przeciwnowotworowe

Ponieważ rak jest chorobą często zagrażającą życiu, właściwości przeciwnowotworowe EGCG są przedmiotem intensywnych badań. Badania sugerują, że EGCG może hamować proces nowotworzenia poprzez zmniejszanie lub eliminowanie działania czynników rakotwórczych. Istnieją odkrycia sugerujące, że EGCG zapobiega nowotworzeniu wątroby związanemu z otyłością poprzez hamowanie osi IGF/IGF-1R, poprawę hiperinsulinemii i łagodzenie przewlekłego stanu zapalnego. Innym mechanizmem działania przeciwnowotworowego EGCG jest hamowanie angiogenezy, a tym samym ograniczanie proliferacji guza.

EGCG i jego działanie przeciwutleniające

Niezliczone procesy antyoksydacyjne zachodzą w ludzkim organizmie i przyczyniają się do zdrowia, siły i dobrego samopoczucia. EGCG jest przeciwutleniaczem. Przeciwutleniacze mogą chronić przed uszkodzeniem komórek poprzez wychwytywanie wolnych rodników i ich neutralizację. Pierścienie fenolowe w strukturze EGCG działają jako pułapki elektronowe i zmiatacze wolnych rodników, hamują powstawanie reaktywnych form tlenu, a tym samym zmniejszają uszkodzenia spowodowane stresem oksydacyjnym.

EGCG i jego działanie przeciwzapalne

Stan zapalny może być spowodowany chorobą, przewlekłym stresem i zanieczyszczeniem środowiska. Organizm reaguje na takie czynniki stresowe stanem zapalnym, który charakteryzuje się agregacją dużej liczby komórek odpornościowych w miejscach zapalnych, uwalnianiem cytokin prozapalnych i reaktywnych form tlenu/azotu (ROS/RNS). ROS/RNS są związane z aktywacją czynnika transkrypcyjnego NF-B i białka aktywatora (AP-)1. Po aktywacji, NF-jB i AP-1 przenoszą się z cytoplazmy do jądra i regulują w górę różne ekspresje genów zapalnych, które następnie powodują nasiloną odpowiedź zapalną i uszkodzenie tkanek.
EGCG hamuje transmisję NF-B i AP-1, dzięki czemu ekspresja iNOS i COX-2 jest obniżana głównie poprzez zmiatanie tlenku azotu, nadtlenoazotynu i innych ROS/RNS, a produkcja czynników zapalnych jest zmniejszona.

EGCG i jego wpływ na promocję osteogenezy

Osteoporoza jest poważną chorobą charakteryzującą się degeneracją macierzy kostnej i utratą gęstości kości. EGCG wykazuje działanie regulujące metabolizm kości. EGCG może indukować apoptozę osteoklastów i hamować tworzenie osteoklastów poprzez blokowanie wytwarzania NF-B i IL-1b. Ponadto może promować tworzenie zmineralizowanych guzków kostnych.
[por. Chenyu Chu; Jia Deng; Yi Man; Yili Qu (2017): Green Tea Extracts Epigallocatechin-3-gallate for Different Treatments [Ekstrakty z zielonej herbaty - galusan epigallokatechiny-3 w różnych terapiach]. BioMed Research International Vol. 2017]