Превосходные экстракты катехинов с помощью ультразвука

Полезные сведения

Ультразвуковая экстракция – принцип действия

Ультразвуковая экстракция – механический метод высвобождения и выделения внутриклеточных соединений из клеточных матриц, таких как растительные клетки. При передаче мощных ультразвуковых волн в суспензию (например, состоящую из мацерированных растительных частиц в воде или растворителе) высокоэнергетические ультразвуковые волны вызывают кавитацию. Явление кавитации локально приводит к возникновению экстремальных температур, давлений, скоростей нагревания и охлаждения, перепадов давления и высоких сил сдвига в среде. Когда кавитационные пузырьки схлопываются на поверхности твёрдых объектов (таких как частицы, растительные клетки, ткани и т. д.), микроструи и столкновения между частицами вызывают такие эффекты, как отслаивание поверхности, эрозия и разрушение частиц. Кроме того, схлопывание кавитационных пузырьков в жидких средах создаёт макротурбулентность и микроперемешивание.
Ультразвуковое воздействие представляет собой эффективный способ усиления процессов массопереноса, поскольку обработка ультразвуком вызывает кавитацию и связанные с ней механизмы, такие как микродвижения под действием струй жидкости, сжатие и декомпрессия в материале с последующим разрушением клеточных стенок, а также высокие скорости нагревания и охлаждения.

Ультразвуковая экстракция из растительных клеток: микроскопический поперечный срез (TS) показывает механизм действия при ультразвуковой экстракции из клеток (увеличение 2000x) [источник: Vilkhu и соавт. 2011]

Обработка растительного материала ультразвуком фрагментирует матрицу растительных клеток и усиливает её гидратацию. Chemat и соавт. (2015) заключают, что ультразвуковая экстракция биологически активных соединений из растительного сырья является результатом различных независимых или совместно действующих механизмов, включая фрагментацию, эрозию, капиллярность, разрушение текстуры и сонопорацию. Эти эффекты разрушают клеточную стенку, улучшают массоперенос, проталкивая растворитель внутрь клетки и вытягивая наружу растворитель, насыщенный растительными соединениями, и обеспечивают движение жидкости за счёт микроперемешивания.

Каковы основные преимущества ультразвуковой экстракции?

• Быстрый процесс и высокая производительность
• Низкое энергопотребление
• Снижение затрат на обработку
• Нетермическая технология
• Более высокая чистота
• Экологичная технология

Акустическая кавитация и её эффекты

В жидкости ультразвуковые волны создают интенсивные чередующиеся циклы высокого / низкого давления, которые приводят к образованию кавитационных пузырьков. В течение нескольких циклов давления кавитационные пузырьки растут, пока не достигают предела, при котором пузырёк больше не может поглощать энергию. В этот момент пузырёк резко схлопывается. При схлопывании пузырька возникают экстремальные условия, такие как высокие температуры до 5000K, давления до 2000atm, очень высокие скорости нагревания и охлаждения и перепады давления. Поскольку динамика схлопывания пузырька быстрее переноса массы и тепла, энергия в схлопывающейся полости сосредоточена в очень небольшой зоне, также называемой «горячей точкой». Схлопывание кавитационного пузырька также приводит к возникновению микротурбулентности, струй жидкости со скоростью до 280m/s и обусловленных ими сил сдвига. Это явление известно как ультразвуковая или акустическая кавитация.

Ультразвуковая экстракция основана на акустической кавитации и возникающих при ней гидродинамических силах сдвига

Катехины

Известно, что зелёный чай богат полифенолами, такими как кофейная кислота, галловая кислота, катехин, эпикатехин, галлокатехин, галлат катехина, галлат галлокатехина, галлат эпикатехина, эпигаллокатехин и галлат эпигаллокатехина (EGCG), что делает зелёный чай популярным полезным для здоровья продуктом, употребляемым в виде напитка и экстракта. EGCG – хорошо известный катехин, который содержится в больших количествах в высушенных листьях зелёного чая (7380 mg на 100 g), белого чая (4245 mg на 100 g) и в меньших количествах в чёрном чае (936 mg на 100 g). При производстве чёрного чая катехины в основном преобразуются в теафлавины и теарубигины под действием полифенолоксидаз.

Полезные для здоровья свойства галлата эпигаллокатехина (EGCG)

Из группы катехинов галлат эпигаллокатехина (EGCG) является наиболее изученным и наиболее перспективным. EGCG обладает множеством полезных свойств: противораковым, антиоксидантным, противовоспалительным, антифиброзным и антиколлагеназным действием, а также эффектами укрепления иммунной системы и замедления старения. Поэтому его употребляют как в виде напитка из зелёного чая, так и в виде пищевых добавок, таких как капсулы, порошки, таблетки и т. д.
Исследования позволяют предположить, что катехины, такие как галлат эпигаллокатехина (EGCG), могут уменьшать воспаление и способны предотвращать некоторые хронические заболевания, такие как болезни сердца, диабет и некоторые формы рака.

EGCG и его противораковое действие

Поскольку рак часто является заболеванием, угрожающим жизни, противораковые свойства EGCG интенсивно изучаются. Исследования позволяют предположить, что EGCG способен подавлять развитие опухолей, уменьшая или устраняя действие канцерогенов. Имеются данные, указывающие на то, что EGCG предотвращает индуцированное диэтилнитрозамином развитие опухолей печени, связанное с ожирением, путём ингибирования оси IGF/IGF-1R, уменьшения гиперинсулинемии и ослабления хронического воспаления. Ещё одним механизмом противоракового действия EGCG является ингибирование ангиогенеза и тем самым сдерживание пролиферации опухоли.

EGCG и его антиоксидантное действие

В организме человека происходят бесчисленные антиоксидантные процессы, которые способствуют здоровью, силе и хорошему самочувствию. EGCG является антиоксидантом. Антиоксиданты могут защищать клетки от повреждения, улавливая и нейтрализуя свободные радикалы. Фенольные кольца в структуре EGCG действуют как ловушки электронов и улавливают свободные радикалы, подавляют образование активных форм кислорода и тем самым уменьшают повреждения, вызванные окислительным стрессом.

EGCG и его противовоспалительное действие

Воспаление может быть вызвано заболеванием, хроническим стрессом и загрязнением окружающей среды. Организм реагирует на такие стрессовые факторы воспалением, которое характеризуется скоплением большого количества иммунных клеток в очагах воспаления, высвобождением провоспалительных цитокинов и активных форм кислорода / азота (ROS/RNS). ROS/RNS связаны с активацией транскрипционного фактора NF-B и белка-активатора (AP-)1. После активации NF-jB и AP-1 перемещаются из цитоплазмы в ядро и усиливают экспрессию различных генов воспаления, что впоследствии вызывает усиленную воспалительную реакцию и повреждение тканей.
EGCG ингибирует передачу NF-B и AP-1, вследствие чего экспрессия iNOS и COX-2 снижается преимущественно за счёт улавливания оксида азота, пероксинитрита и других ROS/RNS, а выработка факторов воспаления уменьшается.

EGCG и его действие, способствующее остеогенезу

Остеопороз – тяжёлое заболевание, характеризующееся дегенерацией костного матрикса и потерей плотности костной ткани. EGCG оказывает регулирующее действие на метаболизм костной ткани. EGCG способен вызывать апоптоз остеокластов и подавлять образование остеокластов, блокируя образование NF-B и IL-1b. Кроме того, он может способствовать образованию минерализованных костных узелков.
[ср. Chenyu Chu; Jia Deng; Yi Man; Yili Qu (2017): Экстракты зелёного чая: эпигаллокатехин-3-галлат для различных методов лечения. BioMed Research International Vol. 2017]