Vrhunski izvlečki katehinov z ultrazvokom
Ultrazvočna ekstrakcija katehinov
Ultrazvočna ekstrakcija je netermična tehnika, ki temelji na uporabi izključno mehanskih sil. Nizkofrekvenčni ultrazvočni valovi visoke intenzivnosti se prek ultrazvočne sonde (sonotrode) sklapljajo v tekoči medij. Intenzivne strižne sile akustične kavitacije preluknjajo in razgradijo celične membrane, izboljšajo prenos snovi med notranjostjo celice in topilom ter sprostijo znotrajcelične spojine v topilo.
Banerjee in Chatterjee (2015) sta v svojem obsežnem pregledu metod ekstrakcije iz zelenega čaja (Camellia sinensis) ugotovila, da so ultrazvočne naprave s sondo bistveno učinkovitejše od ultrazvočnih kopeli. Avtorja nadalje navajata, da je ultrazvočna ekstrakcija prednostna metoda za ekstrakcijo katehinov iz čaja zaradi večje učinkovitosti ekstrakcijskega postopka pri nižji temperaturi, kar preprečuje termično razgradnjo toplotno občutljivih spojin in ohranja njihovo zdravilno vrednost. Ekstrakcija pri visoki temperaturi pogosto povzroči razgradnjo polifenolov in poveča sproščanje beljakovin in pektina, ki s tvorbo kremaste usedline poslabšajo organoleptično kakovost čaja. Prednost sonikacije je v njenem netermičnem mehanizmu. Raziskovalca sta v svoji študiji dokazala, da lahko ultrazvočna ekstrakcija pri 65°C poveča izkoristek polifenolov iz čaja v primerjavi s tradicionalno ekstrakcijo pri 85°C. Vendar ultrazvočna ekstrakcija deluje tudi pri sobni temperaturi. Pri tej netermični ekstrakcijski tehniki sonikatorji z mehanskimi silami odpirajo celice in z vrhunsko učinkovitostjo sproščajo bioaktivne spojine, kot so polifenoli in katehini, v topilo.
Ultrazvočna ekstrakcija zagotavlja visok izkoristek visokokakovostnih hranil. Kot netermični postopek preprečuje izgubo toplotno občutljivih hranil.
Ultrazvočno ekstrakcijo je mogoče izvajati tudi pri sobni temperaturi ali v ohlajenih tekočinah. Kliknite tukaj, če želite izvedeti več o ultrazvočno hladno pripravljenem čaju!
- Brez topil / na vodni osnovi
- Visok izkoristek ekstrakcije
- Visokokakovostni izvlečki
- Izvlečki s celotnim spektrom spojin
- Hiter postopek
- Zeleno, okolju prijazno
- Preprosto in varno upravljanje
- Malo vzdrževanja
- Hitra povrnitev naložbe
Ultrazvočni ekstraktor UIP2000hdT (2kW) s šaržnim reaktorjem z neprekinjenim mešanjem
Študija primera ultrazvočne ekstrakcije katehinov
Ultrazvočno ekstrakcijo je mogoče izvajati z različnimi topili, vključno z vodo, etanolom, mešanico vode : etanola, izopropanolom, rastlinskim oljem, glicerolom itd.
Ayyildiz in sod. so v študiji iz leta 2018 primerjali ultrazvočno ekstrakcijo z vodo in etanolom kot topiloma s konvencionalno metodo ekstrakcije z vročo vodo. Za to študijo v pilotnem merilu so uporabili ultrazvočno napravo Hielscher UIP2000hd (2kW, 20kHz) v šaržni izvedbi in izvedbi z neprekinjenim pretokom.
Rezultati so pokazali, da je bila ultrazvočna ekstrakcija z etanolom pri doseganju višjih izkoristkov EGCG, EGC, ECG in EC statistično značilno (p < 0,05) učinkovitejša od konvencionalne ekstrakcije z vročo vodo in ultrazvočne ekstrakcije na vodni osnovi. Pri optimiziranih procesnih pogojih je bila z ultrazvočno ekstrakcijo z etanolom pridobljena skoraj 100% večja vsebnost EGCG kot s konvencionalno ekstrakcijo z vročo vodo oziroma 50% večja kot z ultrazvočno ekstrakcijo z vodo. Optimalni pogoji za ultrazvočno ekstrakcijo EGCG z etanolom so bili 66.53ºC, 43,75 min in 67,81% etanola.
Ultrazvočna ekstrakcija je prednostna metoda za pridobivanje katehinov iz čaja zaradi večje učinkovitosti ekstrakcijskega postopka pri nižji temperaturi, pri čemer se ohranja njihova antioksidativna aktivnost.
Visokozmogljivi ultrazvočni ekstraktorji
Ekstrakcijski sistemi Hielscher Ultrasonics se po vsem svetu uporabljajo v živilski in farmacevtski industriji za komercialno proizvodnjo visokokakovostnih rastlinskih izvlečkov, ki se uporabljajo kot prehranska dopolnila in zdravila. Ne glede na to, ali želite proizvajati manjše šarže hladno pripravljenega čaja ali obdelovati velike količine visokokakovostnih izvlečkov polifenolov / katehinov, ima Hielscher Ultrasonics za vas ustrezen ultrazvočni ekstraktor. Ultrazvočne naprave so preproste in varne za upravljanje. Intuitivna programska oprema in digitalno upravljanje prek zaslona na dotik omogočata natančen nadzor procesa. Robustnost ultrazvočne opreme Hielscher omogoča delovanje 24/7 pri velikih obremenitvah in v zahtevnih okoljih.
Sonikator s sondo UP100H za ekstrakcijo katehinov iz čajnih listov
Standardizacija procesov s Hielscher Ultrasonics
Izvlečke za živilsko in farmacevtsko uporabo je treba proizvajati v skladu z dobro proizvodno prakso (GMP) in standardiziranimi specifikacijami obdelave. Digitalni ekstrakcijski sistemi Hielscher Ultrasonics so opremljeni z inteligentno programsko opremo, ki omogoča preprosto in natančno nastavitev ter nadzor procesa sonikacije. Samodejno beleženje podatkov zapisuje vse parametre ultrazvočnega procesa, kot so ultrazvočna energija (skupna in neto energija), amplituda, temperatura in tlak (če sta nameščena temperaturno in tlačno tipalo), skupaj z datumskim in časovnim žigom na vgrajeno kartico SD. To vam omogoča pregled vsake ultrazvočno obdelane serije. Hkrati sta zagotovljeni ponovljivost in stalno visoka kakovost izdelkov.
Spodnja tabela prikazuje približno zmogljivost obdelave naših ultrazvočnih naprav:
| Prostornina šarže | Pretok | Priporočene naprave |
|---|---|---|
| 1 do 500mL | 10 do 200mL/min | UP100H |
| 10 do 2000mL | 20 do 400mL/min | UP200Ht, UP400St |
| 0,1 do 20L | 0,2 do 4L/min | UIP2000hdT |
| 10 do 100L | 2 do 10L/min | UIP4000hdT |
| n.a. | 10 do 100L/min | UIP16000 |
| n.a. | večji | sklop naprav UIP16000 |
Stopite v stik z nami! / Vprašajte nas!
Ultrazvočni homogenizatorji velike moči za uporabo od laboratorijskega do pilotnega in industrijskega merila.
Literatura/Reference
- Ayyildiz, Sena Saklar; Karadeniz, Bulent; Sagcanb, Nihan; Bahara, Banu; Us, Ahmet Abdullah; Alasalvar, Cesarettin (2018): Optimizacija parametrov ekstrakcije epigalokatehin galata iz zelenega čaja s konvencionalnimi metodami z vročo vodo in metodami s pomočjo ultrazvoka. Food and Bioproducts Processing 111 (2018). 37–44.
- Banerjee, S., Chatterjee, J. (2015): Učinkovite strategije ekstrakcije biomolekul čaja (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): Optimizacija ekstrakcije proantocianidinov iz pivovarskih tropin s pomočjo ultrazvočne sonotrode. Antioxidants 2019, 8, 282.
- Petigny L., Périno-Issartier S., Wajsman J., Chemat F. (2013): Šaržna in neprekinjena ekstrakcija listov bolda (Peumus boldus Mol.) s pomočjo ultrazvoka. International journal of Molecular Science 14, 2013. 5750–5764.
- K.S. Suslick, K. Othmer, »Enciklopedija kemijske tehnologije«; 4. izd. J. Wiley & Sons: New York, 1998, zv. 26, str. 517–541.
Dejstva, ki jih je vredno poznati
Ultrazvočna ekstrakcija – načelo delovanja
Ultrazvočna ekstrakcija je mehanska metoda za sproščanje in izolacijo znotrajcelične spojine iz celičnih matriksov, kot so rastlinske celice. Ko se ultrazvočni valovi velike moči sklapljajo v suspenzijo (npr. iz maceriranih rastlinskih delcev v vodi ali topilu), ti visokoenergijski ultrazvočni valovi povzročijo kavitacijo. Pojav kavitacije lokalno povzroča ekstremne temperature, tlake, hitrosti segrevanja/ohlajanja, tlačne razlike in velike strižne sile v mediju. Ko kavitacijski mehurčki implodirajo na površini trdnih snovi (kot so delci, rastlinske celice, tkiva itd.), mikrocurki in trki med delci povzročajo učinke, kot so luščenje površine, erozija in razpad delcev. Poleg tega implozija kavitacijskih mehurčkov v tekočih medijih povzroča makroturbulenco in mikromešanje.
Ultrazvočno obsevanje je učinkovit način za izboljšanje procesov prenosa snovi, saj sonikacija povzroča kavitacijo in z njo povezane mehanizme, kot so mikrogibanje zaradi tekočinskih curkov, stiskanje in raztezanje materiala s posledično razgradnjo celičnih sten ter visoke hitrosti segrevanja in ohlajanja.
Ultrazvočna ekstrakcija iz rastlinskih celic: mikroskopski prečni prerez (TS) prikazuje mehanizem delovanja med ultrazvočno ekstrakcijo iz celic (povečava 2000x) [vir: Vilkhu in sod. 2011]
Sonikacija rastlinskega materiala razdrobi matriks rastlinskih celic in izboljša njegovo hidratacijo. Chemat in sod. (2015) ugotavljajo, da je ultrazvočna ekstrakcija bioaktivnih spojin iz rastlin rezultat različnih neodvisnih ali kombiniranih mehanizmov, vključno s fragmentacijo, erozijo, kapilarnostjo, razgradnjo strukture in sonoporacijo. Ti učinki razgradijo celično steno, izboljšajo prenos snovi s potiskanjem topila v celico in izsesavanjem topila, obogatenega z rastlinskimi spojinami, iz nje ter z mikromešanjem zagotavljajo gibanje tekočine.
Katere so glavne prednosti ultrazvočne ekstrakcije?
- Hiter postopek in velika proizvodna zmogljivost
- Majhna poraba energije
- Nižji stroški obdelave
- Netermična tehnologija
- Višja čistost
- Zelena tehnologija
Akustična kavitacija in njeni učinki
V tekočini ultrazvočni valovi ustvarjajo intenzivne izmenjujoče se cikle visokega / nizkega tlaka, ki povzročajo nastanek kavitacijskih mehurčkov. V več tlačnih ciklih kavitacijski mehurčki rastejo, dokler ne dosežejo meje, pri kateri mehurček ne more več absorbirati energije. Takrat mehurček silovito implodira. Med implozijo mehurčka nastanejo ekstremni pogoji, kot so visoke temperature do 5000K, tlaki do 2000atm, zelo visoke hitrosti segrevanja/ohlajanja in tlačne razlike. Ker je dinamika sesedanja mehurčka hitrejša od prenosa snovi in toplote, je energija v sesedajoči se votlini omejena na zelo majhno območje, imenovano tudi »vroča točka«. Implozija kavitacijskega mehurčka povzroči tudi mikroturbulenco, tekočinske curke s hitrostjo do 280m/s in posledične strižne sile. Ta pojav je znan kot ultrazvočna ali akustična kavitacija.
Ultrazvočna ekstrakcija temelji na akustični kavitaciji in njenih hidrodinamičnih strižnih silah
Katehini
Zeleni čaj je znan po bogati vsebnosti polifenolov, kot so kavna kislina, galna kislina, katehin, epikatehin, galokatehin, katehin galat, galokatehin galat, epikatehin galat, epigalokatehin in epigalokatehin galat (EGCG), zaradi česar je priljubljeno živilo z ugodnimi učinki na zdravje, ki se uživa kot napitek in izvleček. EGCG je dobro znan katehin, ki je v velikih količinah prisoten v posušenih listih zelenega čaja (7380 mg na 100 g) in belega čaja (4245 mg na 100 g), v manjših količinah pa v črnem čaju (936 mg na 100 g). Med proizvodnjo črnega čaja se katehini večinoma pretvorijo v teaflavine in tearubigine s pomočjo polifenol oksidaz.
Koristi epigalokatehin galata (EGCG) za zdravje
V skupini katehinov je epigalokatehin galat (EGCG) najbolj raziskan in najbolj obetaven. EGCG izkazuje številne koristne učinke, od protirakavih, antioksidativnih, protivnetnih, antifibrotičnih in antikolagenaznih do učinkov na krepitev imunskega sistema in preprečevanje staranja, zato se uživa v obliki napitka iz zelenega čaja ter v obliki prehranskih dopolnil, kot so kapsule, praški, tablete itd.
Raziskave nakazujejo, da bi katehini, kot je epigalokatehin galat (EGCG), lahko zmanjšali vnetje in lahko preprečijo nekatere kronične bolezni, kot so bolezni srca, sladkorna bolezen in nekatere oblike raka.
EGCG in njegovi protirakavi učinki
Ker je rak pogosto življenjsko nevarna bolezen, se protirakave lastnosti EGCG intenzivno raziskujejo. Študije nakazujejo, da lahko EGCG zavira tumorigenezo z zmanjševanjem ali odpravljanjem učinkov rakotvornih snovi. Obstajajo ugotovitve, ki nakazujejo, da EGCG preprečuje z debelostjo povezano tumorigenezo jeter, povzročeno z dietilnitrozaminom, tako da zavira os IGF/IGF-1R, izboljšuje stanje hiperinzulinemije in blaži kronično vnetje. Drug mehanizem protirakavega učinka EGCG je zaviranje angiogeneze in s tem omejevanje proliferacije tumorja.
EGCG in njegovi antioksidativni učinki
V človeškem telesu potekajo nešteti antioksidativni procesi, ki prispevajo k zdravju, moči in dobremu počutju. EGCG je antioksidant. Antioksidanti lahko ščitijo pred poškodbami celic tako, da lovijo proste radikale in jih nevtralizirajo. Fenolni obroči v strukturi EGCG delujejo kot pasti za elektrone in lovilci prostih radikalov, zavirajo nastajanje reaktivnih kisikovih zvrsti ter s tem zmanjšujejo poškodbe zaradi oksidativnega stresa.
EGCG in njegovi protivnetni učinki
Vnetje lahko povzročijo bolezen, kronični stres in onesnaženost okolja. Telo se na takšne stresne dejavnike odzove z vnetjem, za katero so značilni kopičenje velikega števila imunskih celic na mestih vnetja, sproščanje provnetnih citokinov in reaktivnih kisikovih/dušikovih zvrsti (ROS/RNS). ROS/RNS so povezane z aktivacijo transkripcijskega faktorja NF-B in aktivatorskega proteina-(AP-)1. Po aktivaciji se NF-jB in AP-1 preneseta iz citoplazme v jedro in povečata izražanje različnih vnetnih genov, kar nato povzroči okrepljen vnetni odziv in poškodbe tkiva.
EGCG zavira prenos NF-B in AP-1, tako da se izražanje iNOS in COX-2 zmanjša predvsem z lovljenjem dušikovega monoksida, peroksinitrita in drugih ROS/RNS, zmanjša pa se tudi tvorba vnetnih dejavnikov.
EGCG in njegovi učinki na spodbujanje osteogeneze
Osteoporoza je huda bolezen, za katero sta značilni degeneracija kostnega matriksa in izguba kostne gostote. EGCG izkazuje uravnalne učinke na presnovo kosti. EGCG lahko sproži apoptozo osteoklastov in zavira nastajanje osteoklastov z blokiranjem tvorbe NF-B in IL-1b. Poleg tega lahko spodbuja nastajanje mineraliziranih kostnih vozličev.
[prim. Chenyu Chu; Jia Deng; Yi Man; Yili Qu (2017): Izvlečki zelenega čaja – epigalokatehin-3-galat za različna zdravljenja. BioMed Research International zv. 2017]