Doskonałe ekstrakty katechin dzięki ultradźwiękom

Warto wiedzieć

Ekstrakcja ultradźwiękowa – zasada 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 wprowadzane do zawiesiny (np. składającej się ze zmacerowanych cząstek roślinnych w wodzie lub rozpuszczalniku), wysokoenergetyczne fale ultradźwiękowe wywołują kawitację. Zjawisko kawitacji prowadzi lokalnie do występowania ekstremalnych temperatur, ciśnień, szybkości ogrzewania/chłodzenia, różnic ciśnienia i dużych sił ścinających w ośrodku. Gdy pęcherzyki kawitacyjne implodują na powierzchni ciał stałych (takich jak cząstki, komórki roślinne, tkanki itp.), mikrostrumienie i zderzenia między cząstkami wywołują efekty takie jak złuszczanie powierzchni, erozja i rozpad cząstek. Ponadto implozja pęcherzyków kawitacyjnych w ośrodkach ciekłych powoduje makroturbulencje i mikromieszanie.
Oddziaływanie ultradźwięków stanowi skuteczny sposób intensyfikacji procesów przenoszenia masy, ponieważ sonikacja wywołuje kawitację i związane z nią mechanizmy, takie jak mikroruchy powodowane przez strumienie cieczy, ściskanie i rozprężanie materiału prowadzące do rozrywania ścian komórkowych, a także duże szybkości ogrzewania i chłodzenia.

Ekstrakcja ultradźwiękowa z komórek roślinnych: mikroskopowy przekrój poprzeczny (TS) przedstawia mechanizm działania podczas ultradźwiękowej ekstrakcji z komórek (powiększenie 2000x) [źródło: Vilkhu i in. 2011]

Sonikacja materiału roślinnego rozdrabnia matrycę komórek roślinnych i zwiększa jej uwodnienie. Chemat i in. (2015) stwierdzają, że ultradźwiękowa ekstrakcja związków bioaktywnych z materiału roślinnego jest wynikiem różnych niezależnych lub połączonych mechanizmów, obejmujących fragmentację, erozję, zjawiska kapilarne, destrukturyzację i sonoporację. Efekty te rozrywają ścianę komórkową, poprawiają przenoszenie masy poprzez wtłaczanie rozpuszczalnika do komórki i odsysanie rozpuszczalnika zawierającego związki roślinne oraz zapewniają ruch cieczy dzięki mikromieszaniu.

Jakie są główne zalety ekstrakcji ultradźwiękowej?

• Szybki proces i wysoka wydajność
• Niskie zużycie energii
• Obniżone koszty przetwarzania
• Technologia nietermiczna
• Wyższa czystość
• Technologia ekologiczna

Kawitacja akustyczna i jej efekty

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

Ekstrakcja ultradźwiękowa opiera się na kawitacji akustycznej i wywoływanych przez nią hydrodynamicznych siłach ścinających

Katechiny

Zielona herbata jest znana z wysokiej zawartości polifenoli, takich jak kwas kawowy, kwas galusowy, katechina, epikatechina, gallokatechina, galusan katechiny, galusan gallokatechiny, galusan epikatechiny, epigallokatechina i galusan epigallokatechiny (EGCG), co czyni ją popularnym produktem spożywczym korzystnym dla zdrowia, spożywanym jako napój i jako ekstrakt. EGCG jest dobrze znaną katechiną, występującą 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 galusanu epigallokatechiny (EGCG)

Spośród katechin galusan epigallokatechiny (EGCG) jest najlepiej przebadany i najbardziej obiecujący. EGCG wykazuje liczne korzystne działania, od przeciwnowotworowego, przeciwutleniającego, przeciwzapalnego, przeciwzwłóknieniowego i hamującego kolagenazę po wzmacniające układ odpornościowy i przeciwdziałające starzeniu, dlatego jest spożywany zarówno w postaci napoju z zielonej herbaty, jak i suplementów diety, takich jak kapsułki, proszki, tabletki itp.
Badania naukowe sugerują, że katechiny, takie jak galusan epigallokatechiny (EGCG), mogłyby zmniejszać stan zapalny i mogą zapobiegać niektórym schorzeniom przewlekłym, takim jak choroby serca, cukrzyca i niektóre postacie nowotworów.

EGCG i jego działanie przeciwnowotworowe

Ponieważ nowotwory często zagrażają życiu, właściwości przeciwnowotworowe EGCG są przedmiotem intensywnych badań. Badania sugerują, że EGCG może hamować rozwój nowotworów poprzez ograniczanie lub eliminowanie działania czynników rakotwórczych. Istnieją wyniki badań sugerujące, że EGCG zapobiega wywołanemu przez dietylonitrozaminę rozwojowi nowotworów wątroby związanemu z otyłością poprzez hamowanie osi IGF/IGF-1R, łagodzenie hiperinsulinemii i osłabianie przewlekłego stanu zapalnego. Innym mechanizmem przeciwnowotworowego działania EGCG jest hamowanie angiogenezy, a tym samym ograniczanie proliferacji nowotworu.

EGCG i jego działanie przeciwutleniające

W organizmie człowieka zachodzą niezliczone procesy przeciwutleniające, które 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 elektronów i wychwytywacze wolnych rodników, hamują powstawanie reaktywnych form tlenu i tym samym zmniejszają uszkodzenia wywołane stresem oksydacyjnym.

EGCG i jego działanie przeciwzapalne

Stan zapalny może być wywołany chorobą, przewlekłym stresem i zanieczyszczeniem środowiska. Organizm reaguje na takie czynniki stresowe stanem zapalnym, który charakteryzuje się gromadzeniem dużej liczby komórek odpornościowych w miejscach zapalenia oraz uwalnianiem cytokin prozapalnych i reaktywnych form tlenu/azotu (ROS/RNS). ROS/RNS są związane z aktywacją czynnika transkrypcyjnego NF-B i białka aktywatorowego-(AP-)1. Po aktywacji NF-jB i AP-1 przemieszczają się z cytoplazmy do jądra i zwiększają ekspresję różnych genów związanych ze stanem zapalnym, co następnie powoduje nasiloną odpowiedź zapalną i uszkodzenie tkanek.
EGCG hamuje transmisję NF-B i AP-1, przez co ekspresja iNOS i COX-2 zostaje obniżona głównie poprzez wychwytywanie tlenku azotu, nadtlenoazotynu i innych ROS/RNS, a wytwarzanie czynników zapalnych zostaje zmniejszone.

EGCG i jego działanie wspomagające osteogenezę

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 powstawanie osteoklastów poprzez blokowanie wytwarzania NF-B i IL-1b. Ponadto może wspomagać tworzenie zmineralizowanych guzków kostnych.
[por. Chenyu Chu; Jia Deng; Yi Man; Yili Qu (2017): Galusan epigallokatechiny-3 z ekstraktów zielonej herbaty w różnych zastosowaniach terapeutycznych. BioMed Research International, t. 2017]