Extracte superioare de catechine cu ultrasunete

Catechinele, precum galatul de epigalocatechină (EGCG), epigalocatechina (EGC), galatul de epicatechină (ECG) și epicatechina (EC), sunt polifenoli care prezintă beneficii semnificative pentru sănătate. Deși catechinele se găsesc în cantități mai mici în ceaiul verde, cacao, fructe și alte câteva alimente, pentru aporturi în doze mari sunt preferate extractele de catechine. Extracția cu ultrasunete este o tehnică ecologică simplă și rapidă pentru izolarea catechinelor din plante, de exemplu din frunze de ceai verde, folosind apa ca solvent. Extractele de catechine produse cu ultrasunete sunt compuși de înaltă calitate, fără solvenți, destinați utilizării în suplimente nutritive și produse farmaceutice.

Extracția cu ultrasunete a catechinelor

Extracția cu ultrasunete este o tehnică netermică, bazată pe aplicarea unor forțe pur mecanice. Undele ultrasonice de joasă frecvență și intensitate ridicată sunt cuplate printr-o sondă ultrasonică (sonotrodă) într-un mediu lichid. Forțele intense de forfecare ale cavitației acustice perforează și distrug membranele celulare, intensifică transferul de masă între interiorul celulei și solvent și eliberează compușii intracelulari în solvent.

Extracția cu ultrasunete a compușilor vegetali oferă randamente mai mari. Omogenizatorul Hielscher UIP2000hdT, de 2000 wați, este suficient de puternic pentru a realiza cu ușurință extracția în loturi de la 10 litri la 120 litri.

În amplul lor studiu de sinteză privind metodele de extracție din ceaiul verde (Camellia sinensis), Banerjee și Chatterjee (2015) au constatat că ultrasonicatoarele cu sondă sunt semnificativ mai eficiente decât băile cu ultrasunete. În plus, autorii afirmă că extracția cu ultrasunete este modul preferat de extracție a catechinelor din ceai datorită eficacității crescute a procesului de extracție la temperatură mai scăzută, ceea ce previne degradarea termică a compușilor sensibili la căldură și le păstrează valoarea medicinală. Extracția la temperatură ridicată duce adesea la degradarea polifenolilor și crește eliberarea de proteine și pectine, care afectează calitatea organoleptică a ceaiului prin formarea așa-numitei „creme” a ceaiului. Avantajul sonicării constă în mecanismul său netermic. În studiul lor, cercetătorii au demonstrat că extracția cu ultrasunete poate crește randamentul de polifenoli din ceai la 65°C comparativ cu extracția tradițională la 85°C. Totuși, extracția cu ultrasunete funcționează și la temperatura camerei. Ca tehnică de extracție netermică, sonicatoarele aplică forțe mecanice pentru a deschide celulele și a elibera în solvent, cu o eficiență superioară, compuși bioactivi precum polifenolii și catechinele.
Extracția cu ultrasunete oferă un randament ridicat de nutrienți de înaltă calitate. Fiind un proces netermic, extracția cu ultrasunete evită pierderea nutrienților sensibili la căldură.
Extracția cu ultrasunete poate fi efectuată și la temperatura camerei sau în lichide răcite. Faceți clic aici pentru a citi mai multe despre ceaiul preparat la rece cu ultrasunete!

Avantajele extracției EGCG cu ultrasunete

Fără solvenți / pe bază de apă
Randament ridicat de extracție
Extracte de înaltă calitate
Extracte cu spectru complet
Proces rapid
Ecologic, prietenos cu mediul
Operare simplă și sigură
Întreținere redusă
Recuperare rapidă a investiției (RoI)

Procesor cu ultrasunete UIP2000hdT (2kW) cu reactor batch cu agitare

Extractor cu ultrasunete UIP2000hdT (2kW) cu reactor batch cu agitare continuă

În această prezentare vă introducem în producția de extracte vegetale. Explicăm provocările obținerii unor extracte vegetale de înaltă calitate și modul în care un sonicator vă poate ajuta să le depășiți. Această prezentare vă arată cum funcționează extracția cu ultrasunete. Veți afla ce beneficii puteți obține utilizând un sonicator pentru extracție și cum puteți integra un extractor cu ultrasunete în procesul de producție a extractelor.

Studiu de caz privind extracția catechinelor cu ultrasunete

Extracția cu ultrasunete poate fi realizată folosind diverși solvenți, inclusiv apă, etanol, amestec apă : etanol, izopropanol, ulei vegetal, glicerină etc.
Într-un studiu din 2018, Ayyildiz et al. au comparat extracția cu ultrasunete folosind apă și etanol ca solvenți cu metoda convențională de extracție cu apă fierbinte. Pentru acest studiu la scară pilot, au utilizat un ultrasonicator Hielscher UIP2000hd (2kW, 20kHz) în configurație batch și în flux continuu.
Rezultatele au arătat că extracția cu ultrasunete cu etanol a fost semnificativ (p < 0,05) mai eficientă în obținerea unor randamente mai mari de EGCG, EGC, ECG și EC decât extracția convențională cu apă fierbinte și extracția cu ultrasunete pe bază de apă. În condiții de proces optimizate, prin extracția cu ultrasunete cu etanol s-a obținut un conținut de EGCG cu aproape 100% și, respectiv, 50% mai mare decât prin extracția convențională cu apă fierbinte și prin extracția cu ultrasunete cu apă. Condițiile optime pentru extracția cu ultrasunete a EGCG cu etanol au fost 66.53ºC, 43,75 min și 67,81% etanol.
Extracția cu ultrasunete este modul preferat de extracție a catechinelor din ceai datorită eficacității crescute a procesului de extracție la temperatură mai scăzută, cu păstrarea activității lor antioxidante.

Extractoare cu ultrasunete de înaltă performanță

Sistemele de extracție Hielscher Ultrasonics sunt utilizate în întreaga lume în industria alimentară și farmaceutică pentru producția comercială de extracte vegetale de înaltă calitate folosite ca suplimente alimentare și produse farmaceutice. Fie că doriți să produceți loturi mai mici de ceai preparat la rece, fie să procesați cantități mari de extracte de polifenoli / catechine de înaltă calitate, Hielscher Ultrasonics are extractorul cu ultrasunete potrivit pentru dumneavoastră. Ultrasonicatoarele sunt ușor și sigur de operat. Software-ul intuitiv și controlul digital prin ecran tactil permit un control precis al procesului. Robustețea echipamentelor cu ultrasunete Hielscher permite funcționarea 24/7 în regim intensiv și în medii solicitante.

Ultrasonicator UP100H pentru extracția catechinelor din frunze de ceai verde

Sonicator cu sondă UP100H pentru extracția catechinelor din frunze de ceai

Standardizarea proceselor cu Hielscher Ultrasonics

Extractele de calitate alimentară și farmaceutică ar trebui să fie produse în conformitate cu Bunele Practici de Fabricație (GMP) și conform unor specificații de procesare standardizate. Sistemele digitale de extracție Hielscher Ultrasonics sunt dotate cu un software inteligent, care facilitează setarea și controlul precis al procesului de sonicare. Înregistrarea automată a datelor scrie pe cardul SD încorporat toți parametrii procesului ultrasonic, precum energia ultrasonică (energia totală și netă), amplitudinea, temperatura, presiunea (atunci când sunt montați senzori de temperatură și presiune), cu marcaj de dată și oră. Aceasta vă permite să verificați fiecare lot procesat cu ultrasunete. Totodată, sunt asigurate reproductibilitatea și o calitate constant ridicată a produsului.
Tabelul de mai jos vă oferă o indicație privind capacitatea aproximativă de procesare a ultrasonicatoarelor noastre:

Volumul lotului	Debit	Dispozitive recomandate
1 până la 500mL	10 până la 200mL/min	UP100H
10 până la 2000mL	20 până la 400mL/min	UP200Ht, UP400St
0,1 până la 20L	0,2 până la 4L/min	UIP2000hdT
10 până la 100L	2 până la 10L/min	UIP4000hdT
n.a.	10 până la 100L/min	UIP16000
n.a.	mai mare	cluster de UIP16000

Contactați-ne! / Întrebați-ne!

Hielscher Ultrasonics produce omogenizatoare cu ultrasunete de înaltă performanță pentru dispersie, emulsionare și extracție celulară.

Omogenizatoare cu ultrasunete de mare putere, de la laborator la pilot și la scară industrială.

Subiecte conexe

Literatură/Referințe

Ayyildiz, Sena Saklar; Karadeniz, Bulent; Sagcanb, Nihan; Bahara, Banu; Us, Ahmet Abdullah; Alasalvar, Cesarettin (2018): Optimizing the extraction parameters of epigallocatechin gallate using conventional hot water and ultrasound assisted methods from green tea. Food and Bioproducts Processing 111 (2018). 37–44.
Banerjee, S., Chatterjee, J. (2015): Efficient extraction strategies of tea (Camellia sinensis) biomolecules. J. Food Sci. Technol. 52, 2015. 3158–3168.
Martín-García Beatriz; Pasini, Federica; Verardo, Vito; Díaz-de-Cerio, Elixabet; Tylewicz, Urszula; Gómez-Caravaca, Ana María; Caboni Maria Fiorenza (2019): Optimization of Sonotrode Ultrasonic-Assisted Extraction of Proanthocyanidins from Brewers’ Spent Grains. Antioxidants 2019, 8, 282.
Petigny L., Périno-Issartier S., Wajsman J., Chemat F. (2013): Batch and Continuous Ultrasound Assisted Extraction of Boldo Leaves (Peumus boldus Mol.). International journal of Molecular Science 14, 2013. 5750-5764.
K.S. Suslick, K. Othmer, “Encyclopaedia of Chemical Technology”; 4th Ed. J. Wiley & Sons: New York, 1998, vol. 26, pp. 517-541.

Informații utile

Extracția cu ultrasunete – principiu de funcționare

Extracția cu ultrasunete este o metodă mecanică de eliberare și izolare a compușilor intracelulari din matrice celulare, precum celulele vegetale. Atunci când undele ultrasonice de mare putere sunt cuplate într-o suspensie (de exemplu, constând din particule vegetale macerate în apă sau solvent), undele ultrasonice de înaltă energie generează cavitație. Fenomenul de cavitație conduce local la temperaturi și presiuni extreme, viteze extreme de încălzire/răcire, diferențe de presiune și forțe mari de forfecare în mediu. Atunci când bulele de cavitație implodează pe suprafața solidelor (precum particule, celule vegetale, țesuturi etc.), microjeturile și coliziunile dintre particule generează efecte precum exfolierea suprafeței, eroziunea și fragmentarea particulelor. În plus, implozia bulelor de cavitație în mediile lichide creează macroturbulențe și micro-amestecare.
Iradierea cu ultrasunete reprezintă o modalitate eficientă de intensificare a proceselor de transfer de masă, deoarece sonicarea duce la cavitație și la mecanismele asociate acesteia, precum micromișcarea prin jeturi de lichid, compresia și decompresia în material, cu distrugerea ulterioară a pereților celulari, precum și viteze mari de încălzire și răcire.

Dezintegratoarele cu ultrasunete sunt utilizate pentru extracții din surse fito (de exemplu, plante, alge, ciuperci)

Extracția cu ultrasunete din celulele vegetale: secțiunea transversală microscopică (TS) arată mecanismul de acțiune în timpul extracției cu ultrasunete din celule (mărire 2000x) [sursă: Vilkhu et al. 2011]

Ultrasonicarea materialului vegetal fragmentează matricea celulelor vegetale și îmbunătățește hidratarea acesteia. Chemat et al. (2015) concluzionează că extracția cu ultrasunete a compușilor bioactivi din plante este rezultatul unor mecanisme diferite, independente sau combinate, inclusiv fragmentarea, eroziunea, capilaritatea, detexturarea și sonoporarea. Aceste efecte distrug peretele celular, îmbunătățesc transferul de masă prin împingerea solventului în celulă și aspirarea în exterior a solventului încărcat cu fitocompuși și asigură mișcarea lichidului prin micro-amestecare.

Care sunt principalele avantaje ale extracției cu ultrasunete?

Proces rapid și producție ridicată
Consum redus de energie
Costuri de procesare reduse
Tehnologie netermică
Puritate mai mare
Tehnologie ecologică

Cavitația acustică și efectele sale

În lichid, undele ultrasonice creează cicluri intense alternante de înaltă presiune / joasă presiune, care duc la formarea bulelor de cavitație. Pe parcursul mai multor cicluri de presiune, bulele de cavitație cresc până când ating o limită la care bula nu mai poate absorbi energie. În acest punct, bula implodează violent. În timpul imploziei bulei apar condiții extreme, precum temperaturi ridicate de până la 5000K, presiuni de până la 2000atm, viteze foarte mari de încălzire/răcire și diferențe de presiune. Deoarece dinamica colapsului bulei este mai rapidă decât transferul de masă și de căldură, energia din cavitatea care colapsează este concentrată într-o zonă foarte mică, numită și „hot spot” (punct fierbinte). Implozia bulei de cavitație are ca rezultat și microturbulențe, jeturi de lichid cu viteze de până la 280m/s și forțele de forfecare rezultate. Acest fenomen este cunoscut drept cavitație ultrasonică sau acustică.

Cavitația ultrasonică / acustică creează forțe extrem de intense care deschid pereții celulari, proces cunoscut sub numele de liză (Faceți clic pentru a mări!)

Extracția cu ultrasunete se bazează pe cavitația acustică și pe forțele sale hidrodinamice de forfecare

Catechine

Se știe că ceaiul verde este bogat în polifenoli precum acidul cafeic, acidul galic, catechina, epicatechina, galocatechina, galatul de catechină, galatul de galocatechină, galatul de epicatechină, epigalocatechina și galatul de epigalocatechină (EGCG), ceea ce face din ceaiul verde un aliment sănătos popular, consumat ca băutură și ca extract. EGCG este o catechină bine cunoscută, prezentă în cantități mari în frunzele uscate de ceai verde (7380 mg per 100 g), de ceai alb (4245 mg per 100 g) și în cantități mai mici în ceaiul negru (936 mg per 100 g). În timpul producției ceaiului negru, catechinele sunt în mare parte transformate în teaflavine și tearubigine prin intermediul polifenoloxidazelor.

Beneficiile pentru sănătate ale galatului de epigalocatechină (EGCG)

Din grupul catechinelor, galatul de epigalocatechină (EGCG) este cea mai cercetată și cea mai promițătoare. De la efecte anticancerigene, antioxidante, antiinflamatoare, antifibrotice și anticolagenază, până la stimularea sistemului imunitar și efecte anti-îmbătrânire, EGCG prezintă numeroase beneficii și, prin urmare, este consumat sub formă de băutură din ceai verde, precum și sub formă de suplimente alimentare, cum ar fi capsule, pulberi, tablete etc.
Studiile de cercetare sugerează că catechinele precum galatul de epigalocatechină (EGCG) ar putea reduce inflamația și pot preveni anumite afecțiuni cronice, precum bolile de inimă, diabetul și unele forme de cancer.

EGCG și efectele sale anticancerigene

Deoarece cancerul este o boală care pune adesea viața în pericol, proprietățile anticancerigene ale EGCG sunt intens cercetate. Studiile sugerează că EGCG poate inhiba tumorigeneza prin reducerea sau eliminarea efectelor carcinogenilor. Există constatări care sugerează că EGCG previne tumorigeneza hepatică asociată obezității, indusă de dietilnitrozamină, prin inhibarea axei IGF/IGF-1R, ameliorarea hiperinsulinemiei și atenuarea inflamației cronice. Un alt mecanism al efectului anticancerigen al EGCG este inhibarea angiogenezei și, prin aceasta, limitarea proliferării tumorale.

EGCG și efectele sale antioxidante

În corpul uman au loc nenumărate procese antioxidante care contribuie la sănătate, forță și bunăstare. EGCG este un antioxidant. Antioxidanții pot proteja împotriva leziunilor celulare prin captarea radicalilor liberi și neutralizarea acestora. Inelele fenolice din structura EGCG acționează ca capcane de electroni și captatori de radicali liberi, inhibă formarea speciilor reactive de oxigen și reduc astfel daunele cauzate de stresul oxidativ.

EGCG și efectele sale antiinflamatoare

Inflamația poate fi cauzată de boli, stres cronic și poluarea mediului. Organismul reacționează la astfel de factori de stres prin inflamație, care se caracterizează prin agregarea unui număr mare de celule imunitare în zonele inflamate, eliberarea de citokine proinflamatorii și de specii reactive de oxigen/azot (ROS/RNS). ROS/RNS sunt legate de activarea factorului de transcripție NF-B și a proteinei activatoare-(AP-)1. După activare, NF-jB și AP-1 se transferă din citoplasmă în nucleu și reglează în sus expresia unei varietăți de gene inflamatorii, ceea ce provoacă ulterior un răspuns inflamator exacerbat și leziuni tisulare.
EGCG inhibă transmisia NF-B și AP-1, astfel încât expresia iNOS și COX-2 este reglată în jos, în principal prin captarea oxidului nitric, a peroxinitritului și a altor ROS/RNS, iar producția de factori inflamatori este redusă.

EGCG și efectele sale de stimulare a osteogenezei

Osteoporoza este o boală gravă caracterizată prin degenerarea matricei osoase și pierderea densității osoase. EGCG prezintă efecte reglatoare asupra metabolismului osos. EGCG poate induce apoptoza osteoclastelor și poate inhiba formarea osteoclastelor prin blocarea generării NF-B și IL-1b. În plus, poate stimula formarea nodulilor osoși mineralizați.
[cf. Chenyu Chu; Jia Deng; Yi Man; Yili Qu (2017): Green Tea Extracts Epigallocatechin-3-gallate for Different Treatments. BioMed Research International Vol. 2017]