Врхунски екстракти катехина помоћу ултразвука
Ултразвучна екстракција катехина
Ултразвучна екстракција је нетермичка техника која се заснива на примени искључиво механичких сила. Ултразвучни таласи ниске фреквенције и високог интензитета уводе се у течну средину преко ултразвучне сонде (сонотроде). Интензивне смицајне силе акустичне кавитације перфорирају и разарају ћелијске мембране, поспешују пренос масе између унутрашњости ћелије и растварача и ослобађају унутарћелијска једињења у растварач.
У свом опсежном прегледу метода екстракције из зеленог чаја (Camellia sinensis), Banerjee и Chatterjee (2015) установили су да су ултразвучни уређаји са сондом знатно ефикаснији од ултразвучних купатила. Поред тога, аутори наводе да је ултразвучна екстракција пожељан начин екстракције катехина из чаја због повећане ефикасности процеса екстракције на нижој температури, чиме се спречава термичка разградња једињења осетљивих на топлоту и чува њихова лековита вредност. Екстракција на високој температури често доводи до разградње полифенола и повећава ослобађање протеина и пектина, који образовањем кремастог талога нарушавају органолептички квалитет чаја. Предност соникације лежи у њеном нетермичком механизму. У својој студији истраживачи су показали да ултразвучна екстракција може повећати принос полифенола из чаја на 65°C у поређењу са традиционалном екстракцијом на 85°C. Међутим, ултразвучна екстракција делује и на собној температури. Као нетермичка техника екстракције, ултразвучни уређаји примењују механичке силе како би отворили ћелије и са изузетном ефикасношћу ослободили биоактивна једињења, као што су полифеноли и катехини, у растварач.
Ултразвучна екстракција даје висок принос висококвалитетних хранљивих материја. Као нетермички процес, ултразвучна екстракција спречава губитак хранљивих материја осетљивих на топлоту.
Ултразвучна екстракција може се изводити и на собној температури или у охлађеним течностима. Кликните овде да бисте прочитали више о хладној припреми чаја помоћу ултразвука!
- Без растварача / на бази воде
- Висок принос екстракције
- Висококвалитетни екстракти
- Екстракти пуног спектра
- Брз процес
- Еколошки поступак, нешкодљив за животну средину
- Једноставан и безбедан рад
- Мали захтеви за одржавање
- Брз повраћај улагања
Ултразвучни екстрактор UIP2000hdT (2kW) са шаржним реактором са непрекидним мешањем
Студија случаја ултразвучне екстракције катехина
Ултразвучна екстракција може се изводити уз употребу различитих растварача, укључујући воду, етанол, смешу вода : етанол, изопропанол, биљно уље, глицерин итд.
У студији из 2018. године, Ayyildiz и сарадници упоредили су ултразвучну екстракцију уз употребу воде и етанола као растварача са конвенционалном методом екстракције топлом водом. За ову студију у пилотском обиму користили су ултразвучни уређај Hielscher UIP2000hd (2kW, 20kHz) у шаржној поставци и поставци са континуалним протоком.
Резултати су показали да је ултразвучна екстракција етанолом била значајно (p < 0,05) ефикаснија у остваривању већих приноса EGCG, EGC, ECG и EC од конвенционалне екстракције топлом водом и ултразвучне екстракције водом. Под оптимизованим процесним условима, ултразвучном екстракцијом етанолом добијен је скоро 100% и 50% већи садржај EGCG него конвенционалном екстракцијом топлом водом, односно ултразвучном екстракцијом водом. Оптимални услови за ултразвучну екстракцију EGCG етанолом били су 66.53ºC, 43,75 min и 67,81% етанола.
Ултразвучна екстракција је пожељна метода екстракције катехина из чаја због повећане ефикасности процеса екстракције на нижој температури, уз очување њихове антиоксидативне активности.
Ултразвучни екстрактори високих перформанси
Системи за екстракцију компаније Hielscher Ultrasonics користе се широм света у прехрамбеној и фармацеутској индустрији за комерцијалну производњу висококвалитетних биљних екстраката који се користе као додаци исхрани и фармацеутски препарати. Било да желите да производите мање шарже хладно припремљеног чаја или да обрађујете велике количине висококвалитетних екстраката полифенола / катехина, Hielscher Ultrasonics има одговарајући ултразвучни екстрактор за вас. Ултразвучни уређаји су једноставни и безбедни за руковање. Интуитиван софтвер и дигитално управљање преко екрана осетљивог на додир омогућавају прецизну контролу процеса. Робусност ултразвучне опреме Hielscher омогућава рад 24/7 при великим оптерећењима и у захтевним окружењима.
Соникатор са сондом UP100H за екстракцију катехина из листова чаја
Стандардизација процеса уз Hielscher Ultrasonics
Екстракте прехрамбеног и фармацеутског квалитета треба производити у складу са добром произвођачком праксом (GMP) и стандардизованим спецификацијама обраде. Дигитални системи за екстракцију компаније Hielscher Ultrasonics опремљени су интелигентним софтвером који олакшава прецизно подешавање и контролу процеса соникације. Аутоматско бележење података уписује све параметре ултразвучног процеса, као што су ултразвучна енергија (укупна и нето енергија), амплитуда, температура и притисак (када су постављени сензори температуре и притиска), са датумском и временском ознаком на уграђену SD картицу. То вам омогућава да проверите сваку ултразвучно обрађену шаржу. Истовремено се обезбеђују поновљивост и стално висок квалитет производа.
Табела у наставку даје оријентациони преглед приближног капацитета обраде наших ултразвучних уређаја:
| Запремина шарже | Проток | Препоручени уређаји |
|---|---|---|
| 1 до 500mL | 10 до 200mL/min | UP100H |
| 10 до 2000mL | 20 до 400mL/min | UP200Ht, UP400St |
| 0,1 до 20L | 0,2 до 4L/min | UIP2000hdT |
| 10 до 100L | 2 до 10L/min | UIP4000hdT |
| n.a. | 10 до 100L/min | UIP16000 |
| n.a. | већи | група уређаја UIP16000 |
Контактирајте нас! / Питајте нас!
Ултразвучни хомогенизатори велике снаге за рад од лабораторијског до пилотског и индустријског обима.
Литература/Референце
- Ayyildiz, Sena Saklar; Karadeniz, Bulent; Sagcanb, Nihan; Bahara, Banu; Us, Ahmet Abdullah; Alasalvar, Cesarettin (2018): Оптимизација параметара екстракције епигалокатехин галата из зеленог чаја конвенционалном методом са топлом водом и методама потпомогнутим ултразвуком. Прерада хране и биопроизвода 111 (2018). 37–44.
- Banerjee, S., Chatterjee, J. (2015): Ефикасне стратегије екстракције биомолекула чаја (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): Оптимизација екстракције проантоцијанидина из пивског тропа потпомогнуте ултразвуком помоћу сонотроде. Antioxidants 2019, 8, 282.
- Petigny L., Périno-Issartier S., Wajsman J., Chemat F. (2013): Шаржна и континуална екстракција листова болда (Peumus boldus Mol.) уз помоћ ултразвука. Међународни часопис за молекуларну науку 14, 2013. 5750–5764.
- K.S. Suslick, K. Othmer, „Енциклопедија хемијске технологије“; 4. изд. J. Wiley & Sons: Њујорк, 1998, том 26, стр. 517–541.
Чињенице које вреди знати
Ултразвучна екстракција – принцип рада
Ултразвучна екстракција је механичка метода за ослобађање и изоловање унутарћелијских једињења из ћелијских матрикса, као што су биљне ћелије. Када се ултразвучни таласи велике снаге уводе у суспензију (нпр. састављену од мацерираних биљних честица у води или растварачу), ултразвучни таласи високе енергије стварају кавитацију. Појава кавитације локално доводи до екстремних температура, притисака, брзина загревања/хлађења, разлика у притиску и великих сила смицања у медијуму. Када кавитациони мехурићи имплодирају на површини чврстих материја (као што су честице, биљне ћелије, ткива итд.), микромлазеви и судари између честица изазивају ефекте као што су љуштење површине, ерозија и уситњавање честица. Поред тога, имплозија кавитационих мехурића у течним медијумима ствара макротурбуленције и микромешање.
Излагање ултразвуку представља ефикасан начин за побољшање процеса преноса масе, јер соникација доводи до кавитације и са њом повезаних механизама, као што су микрокретања изазвана млазевима течности, компресија и декомпресија у материјалу са накнадним разарањем ћелијских зидова, као и велике брзине загревања и хлађења.
Ултразвучна екстракција из биљних ћелија: микроскопски попречни пресек (TS) приказује механизам деловања током ултразвучне екстракције из ћелија (увећање 2000x) [извор: Vilkhu et al. 2011]
Ултразвучна обрада биљног материјала фрагментише матрикс биљних ћелија и побољшава његову хидратацију. Chemat et al. (2015) закључују да је ултразвучна екстракција биоактивних једињења из биљака резултат различитих независних или комбинованих механизама, укључујући фрагментацију, ерозију, капиларност, нарушавање текстуре и сонопорацију. Ови ефекти разарају ћелијски зид, побољшавају пренос масе потискивањем растварача у ћелију и извлачењем растварача обогаћеног биљним једињењима из ње и обезбеђују кретање течности микромешањем.
Које су главне предности ултразвучне екстракције?
- Брз процес и велика продуктивност
- Мала потрошња енергије
- Смањени трошкови обраде
- Нетермичка технологија
- Већа чистоћа
- Еколошка технологија
Акустична кавитација и њени ефекти
У течности ултразвучни таласи стварају интензивне наизменичне циклусе високог / ниског притиска, који доводе до формирања кавитационих мехурића. Током неколико циклуса притиска кавитациони мехурићи расту док не достигну границу на којој мехурић више не може да апсорбује енергију. У том тренутку мехурић снажно имплодира. Током имплозије мехурића јављају се екстремни услови, као што су високе температуре до 5000K, притисци до 2000atm, веома велике брзине загревања/хлађења и разлике у притиску. Пошто је динамика колапса мехурића бржа од преноса масе и топлоте, енергија у шупљини која колабира ограничена је на веома малу зону, која се назива и „врућа тачка“. Имплозија кавитационог мехурића такође доводи до микротурбуленција, млазева течности брзине до 280m/s и последичних сила смицања. Ова појава је позната као ултразвучна или акустична кавитација.
Ултразвучна екстракција заснива се на акустичној кавитацији и њеним хидродинамичким силама смицања
Катехини
Познато је да је зелени чај богат полифенолима као што су кафеинска киселина, гална киселина, катехин, епикатехин, галокатехин, катехин-галат, галокатехин-галат, епикатехин-галат, епигалокатехин и епигалокатехин-галат (EGCG), што зелени чај чини популарном намирницом корисном за здравље која се конзумира као напитак и као екстракт. EGCG је добро познат катехин који је присутан у великим количинама у осушеним листовима зеленог чаја (7380 mg на 100 g), белог чаја (4245 mg на 100 g), а у мањим количинама у црном чају (936 mg на 100 g). Током производње црног чаја, катехини се углавном претварају у теафлавине и теарубигине посредством полифенол-оксидаза.
Здравствене користи епигалокатехин-галата (EGCG)
У групи катехина, епигалокатехин-галат (EGCG) је најистраженији и најперспективнији. Од антиканцерогеног, антиоксидативног и антиинфламаторног деловања, преко деловања против фиброзе и инхибиције колагеназе, до јачања имунског система и деловања против старења, EGCG показује многе корисне ефекте, па се зато конзумира у облику напитка од зеленог чаја, као и у облику додатака исхрани као што су капсуле, прашкови, таблете итд.
Истраживања указују на то да би катехини попут епигалокатехин-галата (EGCG) могли да смање упалу и да могу да спрече одређена хронична обољења, као што су срчана обољења, дијабетес и неки облици рака.
EGCG и његови антиканцерогени ефекти
Пошто је рак болест која често угрожава живот, антиканцерогена својства EGCG интензивно се истражују. Студије указују на то да EGCG може да инхибира туморогенезу смањивањем или елиминисањем дејства канцерогена. Постоје налази који указују на то да EGCG спречава диетилнитрозамином изазвану туморогенезу јетре повезану са гојазношћу тако што инхибира осу IGF/IGF-1R, ублажава хиперинсулинемију и смањује хроничну упалу. Још један механизам антиканцерогеног деловања EGCG јесте инхибиција ангиогенезе, чиме се ограничава пролиферација тумора.
EGCG и његови антиоксидативни ефекти
У људском организму одвијају се безбројни антиоксидативни процеси који доприносе здрављу, снази и добром општем стању. EGCG је антиоксиданс. Антиоксиданси могу да заштите ћелије од оштећења хватањем и неутрализацијом слободних радикала. Фенолни прстенови у структури EGCG делују као замке за електроне и хватачи слободних радикала, инхибирају стварање реактивних врста кисеоника и тиме смањују оштећења изазвана оксидативним стресом.
EGCG и његови антиинфламаторни ефекти
Упала може бити изазвана болешћу, хроничним стресом и загађењем животне средине. Организам на такве стресне факторе реагује упалом, коју карактеришу нагомилавање великог броја имунских ћелија на местима упале, ослобађање проинфламаторних цитокина и реактивних врста кисеоника/азота (ROS/RNS). ROS/RNS су повезане са активацијом транскрипционог фактора NF-B и активаторског протеина-(AP-)1. Након активације, NF-jB и AP-1 прелазе из цитоплазме у једро и повећавају експресију различитих гена повезаних са упалом, што потом изазива појачан инфламаторни одговор и оштећење ткива.
EGCG инхибира пренос сигнала посредством NF-B и AP-1, тако да се експресија iNOS и COX-2 смањује првенствено хватањем азот-моноксида, пероксинитрита и других ROS/RNS, а производња инфламаторних фактора се смањује.
EGCG и његови ефекти на подстицање остеогенезе
Остеопороза је тешка болест коју карактеришу дегенерација коштаног матрикса и губитак густине костију. EGCG показује регулаторне ефекте на метаболизам костију. EGCG може да изазове апоптозу остеокласта и инхибира стварање остеокласта блокирањем стварања NF-B и IL-1b. Поред тога, може да подстакне стварање минерализованих коштаних чворића.
[уп. Chenyu Chu; Jia Deng; Yi Man; Yili Qu (2017): Green Tea Extracts Epigallocatechin-3-gallate for Different Treatments. BioMed Research International Vol. 2017]