Špičkové katechínové extrakty pomocou ultrazvuku

Užitočné fakty

Ultrazvuková extrakcia – princíp fungovania

Ultrazvuková extrakcia je mechanická metóda na uvoľňovanie a izoláciu vnútrobunkových zlúčenín z bunkových matríc, napríklad z rastlinných buniek. Keď sa vysokovýkonné ultrazvukové vlny privádzajú do suspenzie (napr. tvorenej macerovanými rastlinnými časticami vo vode alebo rozpúšťadle), ultrazvukové vlny s vysokou energiou vytvárajú kavitáciu. Jav kavitácie vedie lokálne k extrémnym teplotám, tlakom, rýchlostiam ohrevu a chladenia, tlakovým rozdielom a vysokým šmykovým silám v médiu. Keď kavitačné bubliny implodujú na povrchu pevných látok (napríklad častíc, rastlinných buniek, tkanív atď.), mikroprúdy a zrážky medzi časticami vyvolávajú účinky, ako sú odlupovanie povrchu, erózia a rozpad častíc. Implózia kavitačných bublín v kvapalných médiách navyše vytvára makroturbulencie a mikromiešanie.
Pôsobenie ultrazvuku predstavuje účinný spôsob zintenzívnenia procesov prenosu hmoty, pretože sonikácia vyvoláva kavitáciu a s ňou súvisiace mechanizmy, ako sú mikropohyby spôsobené prúdmi kvapaliny, kompresia a dekompresia v materiáli s následným narušením bunkových stien, ako aj vysoké rýchlosti ohrevu a chladenia.

Ultrazvuková extrakcia z rastlinných buniek: mikroskopický priečny rez (TS) zobrazuje mechanizmus pôsobenia počas ultrazvukovej extrakcie z buniek (zväčšenie 2000x) [zdroj: Vilkhu et al. 2011]

Pôsobenie ultrazvuku na rastlinný materiál fragmentuje matricu rastlinných buniek a zvyšuje jej 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, narušenia štruktúry a sonoporácie. Tieto účinky narúšajú bunkovú stenu, zlepšujú prenos hmoty tým, že vtláčajú rozpúšťadlo do bunky a vysávajú z nej rozpúšťadlo obsahujúce rastlinné zlúčeniny, a zabezpečujú pohyb kvapaliny prostredníctvom mikromiešania.

Aké sú hlavné výhody ultrazvukovej extrakcie?

• Rýchly proces a vysoká produkcia
• Nízka spotreba energie
• Znížené náklady na spracovanie
• Netepelná technológia
• Vyššia čistota
• Ekologická technológia

Akustická kavitácia a jej účinky

V kvapaline vytvárajú ultrazvukové vlny intenzívne striedajúce sa cykly vysokého a nízkeho tlaku, ktoré vedú k tvorbe kavitačných bublín. Počas niekoľkých tlakových cyklov kavitačné bubliny rastú, až kým nedosiahnu hranicu, pri ktorej už bublina nedokáže absorbovať viac energie. V tomto okamihu bublina prudko imploduje. Počas implózie bubliny vznikajú extrémne podmienky, ako sú vysoké teploty až 5000K, tlaky až 2000atm, veľmi vysoké rýchlosti ohrevu a chladenia a tlakové rozdiely. Keďže dynamika kolapsu bubliny je rýchlejšia než prenos hmoty a tepla, energia v kolabujúcej dutine je sústredená vo veľmi malej oblasti, nazývanej aj „horúci bod“. Implózia kavitačnej bubliny vedie aj k mikroturbulenciám, prúdom kvapaliny s rýchlosťou až 280m/s a z nich vyplývajúcim šmykovým silám. Tento jav je známy ako ultrazvuková alebo akustická kavitácia.

Ultrazvuková extrakcia je založená na akustickej kavitácii a jej hydrodynamických šmykových silách

Katechíny

Zelený čaj je známy vysokým obsahom polyfenolov, ako sú kyselina kávová, kyselina galová, katechín, epikatechín, galokatechín, katechín galát, galokatechín galát, epikatechín galát, epigalokatechín a epigalokatechín galát (EGCG), vďaka čomu je zelený čaj obľúbenou zdraviu prospešnou potravinou konzumovanou vo forme nápoja aj extraktu. EGCG je dobre známy katechín, ktorý je vo vysokých množstvách prítomný v sušených listoch zeleného čaju (7380 mg na 100 g), bieleho čaju (4245 mg na 100 g) a v menších množstvách v čiernom čaji (936 mg na 100 g). Pri výrobe čierneho čaju sa katechíny pôsobením polyfenoloxidáz prevažne premieňajú na teaflavíny a tearubigíny.

Zdravotné prínosy epigalokatechín galátu (EGCG)

Zo skupiny katechínov je epigalokatechín galát (EGCG) najviac skúmaný a najsľubnejší. EGCG má mnoho priaznivých účinkov, od protirakovinových, antioxidačných, protizápalových, antifibrotických a antikolagenázových až po posilňovanie imunitného systému a účinky proti starnutiu, a preto sa konzumuje vo forme nápoja zo zeleného čaju, ako aj vo forme výživových doplnkov, napríklad kapsúl, práškov, tabliet atď.
Výskumné štúdie naznačujú, že katechíny, ako je epigalokatechín galát (EGCG), by mohli zmierňovať zápal a môžu predchádzať určitým chronickým ochoreniam, ako sú srdcové ochorenia, cukrovka a niektoré formy rakoviny.

EGCG a jeho protirakovinové účinky

Keďže rakovina je často život ohrozujúcim ochorením, protirakovinové vlastnosti EGCG sú predmetom intenzívneho výskumu. Štúdie naznačujú, že EGCG môže inhibovať vznik nádorov znižovaním alebo eliminovaním účinkov karcinogénov. Existujú zistenia naznačujúce, že EGCG zabraňuje dietyl nitrózamínom vyvolanému vzniku nádorov pečene súvisiacemu s obezitou tým, že inhibuje os IGF/IGF-1R, zmierňuje hyperinzulinémiu a tlmí chronický zápal. Ďalším mechanizmom protirakovinového účinku EGCG je inhibícia angiogenézy, čím sa obmedzuje proliferácia nádorov.

EGCG a jeho antioxidačné účinky

V ľudskom tele prebieha nespočetné množstvo antioxidačných procesov, ktoré prispievajú k zdraviu, sile a celkovej pohode. EGCG je antioxidant. Antioxidanty môžu chrániť bunky pred poškodením tým, že zachytávajú voľné radikály a neutralizujú ich. Fenolové kruhy v štruktúre EGCG pôsobia ako pasce na elektróny a zachytávače voľných radikálov, inhibujú tvorbu reaktívnych foriem kyslíka, a tým znižujú poškodenie spôsobené oxidačným stresom.

EGCG a jeho protizápalové účinky

Zápal môže byť spôsobený ochorením, chronickým stresom a znečistením životného prostredia. Telo na takéto stresové faktory reaguje zápalom, ktorý sa vyznačuje hromadením veľkého počtu imunitných buniek v miestach zápalu, uvoľňovaním prozápalových cytokínov a reaktívnych foriem kyslíka/dusíka (ROS/RNS). ROS/RNS súvisia s aktiváciou transkripčného faktora NF-B a aktivátorového proteínu-(AP-)1. Po aktivácii sa NF-jB a AP-1 presúvajú z cytoplazmy do jadra a zvyšujú expresiu rôznych zápalových génov, čo následne spôsobuje vystupňovanú zápalovú odpoveď a poškodenie tkaniva.
EGCG inhibuje prenos NF-B a AP-1, takže sa expresia iNOS a COX-2 znižuje najmä zachytávaním oxidu dusnatého, peroxynitritu a ďalších ROS/RNS a znižuje sa produkcia zápalových faktorov.

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 indukovať apoptózu osteoklastov a inhibovať tvorbu osteoklastov blokovaním tvorby NF-B a IL-1b. Okrem toho môže podporovať tvorbu mineralizovaných kostných uzlíkov.
[cf. Chenyu Chu; Jia Deng; Yi Man; Yili Qu (2017): Green Tea Extracts Epigallocatechin-3-gallate for Different Treatments. BioMed Research International Vol. 2017]