Vynikajúce výťažky z katechínu s ultrazvukom
Ultrazvuková extrakcia katechínov
Ultrazvuková extrakcia je netepelná technika, ktorá je založená na pôsobení čistých mechanických síl. Nízkofrekvenčné ultrazvukové vlny s vysokou intenzitou sú spojené ultrazvukovou sondou (sonotrodou) v kvapalnom médiu. Intenzívne šmykové sily akustickej kavitácie perforujú a narúšajú bunkové membrány, zvyšujú prenos hmoty medzi vnútrom bunky a rozpúšťadlom a uvoľňujú intracelulárne zlúčeniny do rozpúšťadla.
Vo svojom rozsiahlom prehľade extrakčných metód zo zeleného čaju (Camellia sinensis) Banerjee a Chatterjee (2015) zistili, že ultrazvukové ultrazvuky typu sondy sú výrazne účinnejšie ako ultrazvukové kúpele. Ďalej autori uvádzajú, že ultrazvuková extrakcia je preferovaným spôsobom extrakcie čajových katechínov z dôvodu zvýšenej účinnosti extrakčného procesu pri nižšej teplote, čo zabraňuje tepelnej degradácii zlúčenín citlivých na teplo a zachováva ich liečivú hodnotu. Extrakcia pri vysokej teplote často vedie k degradácii polyfenolov a zvyšuje uvoľňovanie bielkovín a pektínov, ktoré tvorbou smotany narúšajú organoleptickú kvalitu čaju. Výhoda sonikácie spočíva v jej netepelnom mechanizme. Vedci vo svojej štúdii preukázali, že ultrazvuková extrakcia môže zvýšiť výťažok čajových polyfenolov pri 65 °C v porovnaní s tradičnou extrakciou pri 85 °C. Ultrazvuková extrakcia však funguje aj pri izbovej teplote. Ako netepelná extrakčná technika pôsobia sonikátory mechanické sily na rozbitie buniek a uvoľnenie bioaktívnych zlúčenín, ako sú polyfenoly a katechíny, s vynikajúcou účinnosťou do rozpúšťadla.
Ultrazvuková extrakcia poskytuje vysoký výnos vysoko kvalitných živín. Ako netepelný proces ultrazvuková extrakcia zabraňuje strate živín citlivých na teplo.
Ultrazvukovú extrakciu je možné vykonávať aj pri izbovej teplote alebo v chladených kvapalinách. Kliknite sem a prečítajte si viac o ultrazvukovom čaji za studena!
- Bez rozpúšťadiel / na vodnej báze
- Vysoký výťažok extrakcie
- Vysoko kvalitné extrakty
- Plnospektrálne extrakty
- rýchly proces
- Ekologické, šetrné k životnému prostrediu
- jednoduchá a bezpečná obsluha
- nízka údržba
- Rýchla návratnosť investícií
Ultrazvukový extraktor UIP2000hdT (2 kW) s kontinuálne miešaným dávkovým reaktorom
Prípadová štúdia ultrazvukovej extrakcie katechínu
Ultrazvukovú extrakciu je možné vykonať pomocou rôznych rozpúšťadiel vrátane vody, etanolu, vody: etanolová zmes, izopropanol, rastlinný olej, glycerín atď.
V štúdii z roku 2018 Ayyildiz a kol. porovnávali ultrazvukovú extrakciu pomocou vody a etanolu ako rozpúšťadiel s konvenčnou metódou extrakcie horúcou vodou. Pre túto štúdiu v pilotnom meradle bol použitý ultrazvukový prístroj Hielscher UIP2000hd (2kW, 20kHz) v dávke a v nastavení kontinuálneho prietoku.
Výsledky ukázali, že ultrazvuková extrakcia etanolom bola významne (p < 0.05) more efficient to extract higher yields of EGCG, EGC, ECG, and EC than conventional hot water extraction and ultrasonic water-based extraction. Under optimised process conditions, almost 100% and 50% more EGCG content was obtained ultrasonic ethanol extraction than conventional hot water extraction and ultrasonic extraction with water, respectively. The optimal conditions for the ultrasonic extraction of EGCG with ethanol were 66.53ºC, 43.75 min and, 67.81% ethanol.
Ultrasonic extraction is the preferred mode of tea catechins due to the increased efficacy of extraction process at lower temperature by retaining their antioxidant activity.
Vysokovýkonné ultrazvukové odsávače
Extrakčné systémy Hielscher Ultrasonics sa používajú na celom svete v potravinárstve a farmaceutickom priemysle na komerčnú výrobu vysoko kvalitných rastlinných extraktov používaných ako doplnky stravy a liečivá. Či už chcete vyrábať menšie dávky čaju za studena alebo spracovávať veľké množstvá vysokokvalitných polyfenolových / katechínových extraktov, Hielscher Ultrasonics má pre vás vhodný ultrazvukový extraktor. Ultrazvukové prístroje sa ľahko a bezpečne ovládajú. Intuitívny softvér a digitálne ovládanie pomocou dotykového displeja umožňujú presné riadenie procesu. Robustnosť ultrazvukových zariadení Hielscher umožňuje prevádzku 24 hodín denne, 7 dní v týždni pri náročných nákladoch a v náročných prostrediach.
Sondový sonikátor UP100H na extrakciu katechínu z čajových lístkov
Štandardizácia procesov pomocou Hielscher Ultrasonics
Extrakty potravinárskej a farmaceutickej kvality by sa mali vyrábať v súlade so správnou výrobnou praxou (GMP) a podľa štandardizovaných špecifikácií spracovania. Digitálne extrakčné systémy Hielscher Ultrasonics sa dodávajú s inteligentným softvérom, ktorý uľahčuje nastavenie a presné riadenie procesu sonikácie. Automatické zaznamenávanie údajov zapisuje všetky parametre ultrazvukového procesu, ako je ultrazvuková energia (celková a čistá energia), amplitúda, teplota, tlak (keď sú namontované snímače teploty a tlaku) s dátumovou a časovou pečiatkou na vstavanej SD karte. To vám umožní revidovať každú ultrazvukom spracovanú dávku. Zároveň je zabezpečená reprodukovateľnosť a trvalo vysoká kvalita výrobkov.
Nasledujúca tabuľka vám poskytuje približnú kapacitu spracovania našich ultrazvukových prístrojov:
| Objem dávky | Prietok | Odporúčané zariadenia |
|---|---|---|
| 1 až 500 ml | 10 až 200 ml/min | UP100H |
| 10 až 2000 ml | 20 až 400 ml/min | UP200Ht, UP400St |
| 0.1 až 20 l | 00,2 až 4 l/min | UIP2000hdT |
| 10 až 100 l | 2 až 10 l/min | UIP4000hdT |
| N.A. | 10 až 100 l/min | UIP16000 |
| N.A. | väčší | Zhluk UIP16000 |
Kontaktujte nás! / Opýtajte sa nás!
Vysokovýkonné ultrazvukové homogenizátory od laboratórium do pilot a priemyselný stupnica.
Literatúra/Referencie
- Ayyildiz, Sena Saklar; Karadeniz, Bulent; Sagcanb, Nihan; Bahara, Banu; My, Ahmet Abdullah; Alasalvar, Cesarettin (2018): Optimalizácia extrakčných parametrov epigalokatechín galátu pomocou konvenčných metód horúcej vody a ultrazvukom zo zeleného čaju. Spracovanie potravín a bioproduktov 111 (2018). 37–44.
- Banerjee, S., Chatterjee, J. (2015): Efektívne stratégie extrakcie biomolekúl čaju (Camellia sinensis). 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): Optimalizácia ultrazvukom asistovanej extrakcie proantokyanidínov z mlátla pivovarov. Antioxidanty 2019, 8, 282.
- Petigny L., Périno-Issartier S., Wajsman J., Chemat F. (2013): Dávková a kontinuálna ultrazvuková extrakcia listov bolda (Peumus boldus mol.). Medzinárodný časopis molekulárnych vied 14, 2013. 5750-5764.
- K.S. Suslick, K. Othmer, "Encyklopédia chemickej technológie"; 4. vydanie J. Wiley & Synovia: New York, 1998, zv. 26, s. 517-541.
Fakty, ktoré stoja za to vedieť
ultrazvuková extrakcia – Pracovný princíp
Ultrazvuková extrakcia je mechanická metóda na uvoľňovanie a izoláciu intracelulárnej zlúčeniny z bunkových matríc, ako sú rastlinné bunky. Keď sa vysokovýkonné ultrazvukové vlny spoja do suspenzie (napr. pozostávajúcej z macerovaných častíc rastlín vo vode alebo rozpúšťadle), vysokoenergetické ultrazvukové vlny vytvárajú kavitáciu. Fenomén kavitácie vedie lokálne k extrémnym teplotám, tlakom, rýchlosti ohrevu/chladenia, tlakovým rozdielom a vysokým šmykovým silám v médiu. Keď kavitačné bubliny implodujú na povrchu pevných látok (ako sú častice, rastlinné bunky, tkanivá atď.), mikroprúdy a interpartikulárna kolízia vytvárajú efekty, ako je povrchové odlupovanie, erózia a rozpad častíc. Okrem toho implózia kavitačných bublín v kvapalných médiách vytvára makroturbulencie a mikromiešanie.
Ultrazvukové ožarovanie predstavuje efektívny spôsob, ako zlepšiť procesy prenosu hmoty, pretože sonikácia má za následok kavitáciu a s ňou súvisiace mechanizmy, ako je mikropohyb prúdmi kvapaliny, kompresia a dekompresia v materiáli s následným narušením bunkových stien, ako aj vysoká rýchlosť zahrievania a chladenia.
Ultrazvuková extrakcia z rastlinných buniek: mikroskopický priečny rez (TS) ukazuje mechanizmus účinku počas ultrazvukovej extrakcie z buniek (zväčšenie 2000x) [zdroj: Vilkhu et al. 2011]
Ultrazvuk rastlinného materiálu fragmentuje matricu rastlinných buniek a zvyšuje ich hydratáciu. Chemat et al. (2015) dospeli k záveru, že ultrazvuková extrakcia bioaktívnych zlúčenín z rastlín je výsledkom rôznych nezávislých alebo kombinovaných mechanizmov vrátane fragmentácie, erózie, kapilarity, detexturácie a sonoporácie. Tieto účinky narúšajú bunkovú stenu, zlepšujú prenos hmoty tlačením rozpúšťadla do bunky a odsávaním rozpúšťadla zaťaženého fytozlúčeninami a zabezpečujú pohyb kvapaliny mikromiešaním.
Aké sú hlavné výhody ultrazvukovej extrakcie?
- Rýchly proces a vysoký výkon
- Nízka spotreba energie
- Znížené náklady na spracovanie
- Netepelná technológia
- Vyššia čistota
- Zelená technológia
Akustická kavitácia a jej účinky
V kvapaline vytvárajú ultrazvukové vlny intenzívne striedavé vysokotlakové / nízkotlakové cykly, ktoré vedú k tvorbe kavitačných bublín. Počas niekoľkých tlakových cyklov kavitačné bubliny rastú, až kým nedosiahnu limit, kedy bublina nemôže absorbovať viac energie. V tomto bode bublina prudko imploduje. Počas implózie bublín sa vyskytujú extrémne podmienky, ako sú vysoké teploty až 5000 K, tlaky až 2000 atm, veľmi vysoké rýchlosti ohrevu/chladenia a tlakové rozdiely. Pretože dynamika kolapsu bublín je rýchlejšia ako prenos hmoty a tepla, energia v kolabujúcej dutine je obmedzená na veľmi malú zónu, nazývanú aj "horúca škvrna". Implózia kavitačnej bubliny má za následok aj mikroturbulencie, kvapalné prúdy s rýchlosťou až 280 m/s a výsledné šmykové sily. Tento jav je známy ako ultrazvuková alebo akustická kavitácia.
Ultrazvuková extrakcia je založená na akustickej kavitácii a jej hydrodynamických šmykových silách
Katechíny
Je známe, že zelený čaj je bohatý na polyfenoly, ako je kyselina kávová, kyselina gallová, katechín, epikatechín, galokatechín, katechín galát, epikatechín galát, epigalokatechín galát, epigalokatechín a epigalokatechín galát (EGCG), vďaka čomu je zelený čaj obľúbenou zdravou potravinou konzumovanou ako nápoj a ako extrakt. EGCG je známy katechín, ktorý je prítomný vo vysokých množstvách v sušených listoch zeleného čaju (7380 mg na 100 g), bieleho čaju (4245 mg na 100 g) a v menšom množstve v čiernom čaji (936 mg na 100 g). Počas výroby čierneho čaju sa katechíny väčšinou premieňajú na theaflavíny a thearubiginy prostredníctvom polyfenoloxidáz.
Zdravotné výhody epigalokatechín galátu (EGCG)
Zo skupiny katechínov je najpreskúmanejší a najsľubnejší epigalokatechín galát (EGCG). Od protirakovinových, antioxidačných, protizápalových, antifibróznych, antikolagenázových účinkov až po posilnenie imunitného systému a proti starnutiu, EGCG vykazuje mnoho výhod, a preto sa konzumuje vo forme nápoja zo zeleného čaju, ako aj vo forme doplnkov stravy, ako sú kapsuly, prášky, tablety atď.
Výskumné štúdie naznačujú, že katechíny ako epigalokatechín galát (EGCG) môžu znížiť zápal a môžu zabrániť určitým chronickým stavom, ako sú srdcové choroby, cukrovka a niektoré formy rakoviny.
EGCG a jeho protirakovinové účinky
Keďže rakovina je často život ohrozujúce ochorenie, protirakovinové vlastnosti EGCG sú predmetom intenzívneho výskumu. Štúdie naznačujú, že EGCG môže inhibovať tumorigenézu znížením alebo elimináciou karcinogénnych účinkov. Existujú zistenia, ktoré naznačujú, že EGCG zabraňuje tumorigenéze pečene súvisiacej s obezitou vyvolanou dietylnitrozamínom inhibíciou osi IGF/IGF-1R, zlepšením hyperinzulínémie a zmiernením chronického zápalu. Ďalším mechanizmom protirakovinového účinku EGCG je inhibícia angiogenézy a tým obmedzenie proliferácie nádoru.
EGCG a jeho antioxidačné účinky
V ľudskom tele prebieha nespočetné množstvo antioxidačných procesov, ktoré prispievajú k zdraviu, sile a pohode. EGCG je antioxidant. Antioxidanty môžu chrániť pred poškodením buniek tým, že zachytávajú voľné radikály a neutralizujú ich. Fenolové kruhy v štruktúre EGCG pôsobia ako lapače elektrónov a zachytávače voľných radikálov, inhibujú tvorbu reaktívnych foriem kyslíka a tým znižujú škody spôsobené oxidačným stresom.
EGCG a jeho protizápalové účinky
Zápal môže byť spôsobený chorobou, chronickým stresom a znečistením životného prostredia. Telo reaguje na tieto stresové faktory zápalom, ktorý je charakterizovaný agregáciou veľkého počtu imunitných buniek v zápalových miestach, uvoľňovaním prozápalových cytokínov a reaktívnych foriem kyslíka/dusíka (ROS/RNS). ROS/RNS súvisia s aktiváciou transkripčného faktora NF-B a aktivačného proteínu-(AP-)1. Po aktivácii sa NF-jB a AP-1 prenášajú z cytoplazmy do jadra a upregulujú rôzne zápalové génové expresie, ktoré následne spôsobujú zhoršenú zápalovú reakciu a poškodenie tkaniva.
EGCG inhibuje prenos NF-B a AP-1, že expresia iNOS a COX-2 je znížená hlavne zachytávaním oxidu dusnatého, peroxynitritu a iných ROS/RNS a produkcia zápalových faktorov je znížená.
EGCG a jeho účinky na podporu osteogenézy
Osteoporóza je závažné ochorenie charakterizované degeneráciou kostnej matrice a stratou hustoty kostí. EGCG vykazuje regulačné účinky na metabolizmus kostí. EGCG môže vyvolať apoptózu osteoklastov a inhibovať tvorbu osteoklastov blokovaním tvorby NF-B a IL-1b. Okrem toho môže podporovať tvorbu mineralizovaných kostných uzlín.
[porovnaj Chenyu Chu; Jia Teng; Yi Man; Yili Qu (2017): Zelený čaj extrahuje epigalokatechín-3-galát na rôzne ošetrenia. BioMed Research International zv. 2017]