Överlägsna katekinextrakt med ultraljud
Ultraljudsextraktion av katekiner
Ultraljudsextraktion är en icke-termisk teknik som bygger på användning av enbart mekaniska krafter. Lågfrekventa ultraljudsvågor med hög intensitet kopplas in i ett flytande medium via en ultraljudssond (sonotrod). De intensiva skjuvkrafterna från akustisk kavitation perforerar och bryter sönder cellmembran, förbättrar massöverföringen mellan cellens inre och lösningsmedlet och frigör de intracellulära föreningarna till lösningsmedlet.
I sin omfattande översikt över extraktionsmetoder för grönt te (Camellia sinensis) fann Banerjee och Chatterjee (2015) att ultraljudsapparater med sond är betydligt effektivare än ultraljudsbad. Författarna anger dessutom att ultraljudsextraktion är den föredragna metoden för extraktion av tekatekiner tack vare extraktionsprocessens ökade effektivitet vid lägre temperatur, vilket förhindrar termisk nedbrytning av värmekänsliga föreningar och bevarar deras medicinska värde. Extraktion vid hög temperatur leder ofta till nedbrytning av polyfenoler och ökar frisättningen av protein och pektin, vilket påverkar teets organoleptiska kvalitet negativt genom grumlingsbildning. Fördelen med ultraljudsbehandling ligger i dess icke-termiska mekanism. I sin studie visade forskarna att ultraljudsextraktion vid 65°C kan öka utbytet av tepolyfenoler jämfört med traditionell extraktion vid 85°C. Ultraljudsextraktion fungerar dock även vid rumstemperatur. Vid ultraljudsextraktion, som är en icke-termisk extraktionsteknik, använder ultraljudsapparater mekaniska krafter för att bryta upp celler och med överlägsen effektivitet frigöra bioaktiva föreningar såsom polyfenoler och katekiner till lösningsmedlet.
Ultraljudsextraktion ger ett högt utbyte av högkvalitativa näringsämnen. Som en icke-termisk process undviker ultraljudsextraktion förlust av värmekänsliga näringsämnen.
Ultraljudsextraktion kan även utföras vid rumstemperatur eller i kylda vätskor. Klicka här för att läsa mer om kallbryggt te med ultraljud!
- Lösningsmedelsfri / vattenbaserad
- Högt extraktionsutbyte
- Högkvalitativa extrakt
- Fullspektrumextrakt
- Snabb process
- Grön, miljövänlig
- Enkel och säker drift
- Lågt underhållsbehov
- Snabb avkastning på investeringen
Ultraljudsextraktor UIP2000hdT (2kW) med kontinuerligt omrörd satsreaktor
Fallstudie om ultraljudsextraktion av katekiner
Ultraljudsextraktion kan utföras med olika lösningsmedel, däribland vatten, etanol, en blandning av vatten : etanol, isopropanol, vegetabilisk olja, glycerol osv.
I en studie från 2018 jämförde Ayyildiz et al. ultraljudsextraktion med vatten och etanol som lösningsmedel med den konventionella metoden för varmvattenextraktion. För denna studie i pilotskala använde de en Hielscher UIP2000hd (2kW, 20kHz) ultraljudsbehandlare i satsdrift och i en uppställning med kontinuerligt flöde.
Resultaten visade att ultraljudsextraktion med etanol var signifikant (p < 0,05) effektivare för att uppnå högre utbyten av EGCG, EGC, ECG och EC än konventionell varmvattenextraktion och vattenbaserad ultraljudsextraktion. Under optimerade processförhållanden erhölls nästan 100% respektive 50% högre EGCG-halt med ultraljudsextraktion med etanol än med konventionell varmvattenextraktion respektive ultraljudsextraktion med vatten. De optimala förhållandena för ultraljudsextraktion av EGCG med etanol var 66.53ºC, 43,75 min och 67,81% etanol.
Ultraljudsextraktion är den föredragna metoden för extraktion av tekatekiner tack vare extraktionsprocessens ökade effektivitet vid lägre temperatur, samtidigt som deras antioxidantaktivitet bevaras.
Högpresterande ultraljudsextraktorer
Hielscher Ultrasonics extraktionssystem används över hela världen inom livsmedels- och läkemedelsindustrin för kommersiell produktion av högkvalitativa växtextrakt som används som kosttillskott och läkemedel. Oavsett om du vill producera mindre satser kallbryggt te eller bearbeta stora mängder högkvalitativa polyfenol- / katekinextrakt har Hielscher Ultrasonics en lämplig ultraljudsextraktor för dig. Ultraljudsbehandlarna är enkla och säkra att använda. Intuitiv programvara och digital styrning via pekskärm möjliggör exakt processtyrning. Hielschers robusta ultraljudsutrustning möjliggör drift dygnet runt, alla dagar i veckan, vid hög belastning och i krävande miljöer.
Ultraljudsbehandlare UP100H med sond för extraktion av katekiner ur teblad
Processtandardisering med Hielscher Ultrasonics
Extrakt av livsmedels- och läkemedelskvalitet bör produceras i enlighet med god tillverkningssed (GMP) och enligt standardiserade processpecifikationer. Hielscher Ultrasonics digitala extraktionssystem levereras med intelligent programvara som gör det enkelt att ställa in och styra ultraljudsbehandlingen exakt. Automatisk dataregistrering skriver alla parametrar för ultraljudsprocessen, såsom ultraljudsenergi (total energi och nettoenergi), amplitud, temperatur och tryck (när temperatur- och tryckgivare är monterade), med datum- och tidsstämpel till det inbyggda SD-kortet. Detta gör att du kan granska varje ultraljudsbehandlat parti. Samtidigt säkerställs reproducerbarhet och genomgående hög produktkvalitet.
Tabellen nedan ger en uppfattning om den ungefärliga bearbetningskapaciteten hos våra ultraljudsbehandlare:
| Satsvolym | Flöde | Rekommenderade enheter |
|---|---|---|
| 1 till 500mL | 10 till 200mL/min | UP100H |
| 10 till 2000mL | 20 till 400mL/min | UP200Ht, UP400St |
| 0,1 till 20L | 0,2 till 4L/min | UIP2000hdT |
| 10 till 100L | 2 till 10L/min | UIP4000hdT |
| n.a. | 10 till 100L/min | UIP16000 |
| n.a. | högre | kluster av UIP16000 |
Kontakta oss! / Fråga oss!
Ultraljudshomogenisatorer med hög effekt från laboratorieskala till pilotskala och industriell skala.
Litteratur/Referenser
- Ayyildiz, Sena Saklar; Karadeniz, Bulent; Sagcanb, Nihan; Bahara, Banu; Us, Ahmet Abdullah; Alasalvar, Cesarettin (2018): Optimering av extraktionsparametrarna för epigallokatekingallat ur grönt te med konventionella varmvattenmetoder och ultraljudsassisterade metoder. Food and Bioproducts Processing 111 (2018). 37–44.
- Banerjee, S., Chatterjee, J. (2015): Effektiva strategier för extraktion av biomolekyler ur te (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): Optimering av ultraljudsassisterad extraktion av proantocyanidiner ur bryggeridrav med sonotrod. Antioxidants 2019, 8, 282.
- Petigny L., Périno-Issartier S., Wajsman J., Chemat F. (2013): Satsvis och kontinuerlig ultraljudsassisterad extraktion av boldoblad (Peumus boldus Mol.). Internationell tidskrift för molekylär vetenskap 14, 2013. 5750–5764.
- K.S. Suslick, K. Othmer, ”Encyklopedi över kemisk teknik”; 4:e uppl. J. Wiley & Sons: New York, 1998, vol. 26, s. 517-541.
Fakta värda att känna till
Ultraljudsextraktion – funktionsprincip
Ultraljudsextraktion är en mekanisk metod för att frigöra och isolera intracellulära föreningar från cellmatriser såsom växtceller. När ultraljudsvågor med hög effekt kopplas in i en slurry (t.ex. bestående av macererade växtpartiklar i vatten eller lösningsmedel) genererar de energirika ultraljudsvågorna kavitation. Kavitationsfenomenet leder lokalt till extrema temperaturer, tryck, uppvärmnings-/kylningshastigheter, tryckskillnader och höga skjuvkrafter i mediet. När kavitationsbubblor imploderar på ytan av fasta material (såsom partiklar, växtceller, vävnader osv.) ger mikrostrålar och kollisioner mellan partiklar upphov till effekter såsom avskalning av ytor, erosion och sönderdelning av partiklar. Dessutom skapar implosionen av kavitationsbubblor i flytande medier makroturbulens och mikroblandning.
Ultraljudsbestrålning är ett effektivt sätt att förbättra masstransportprocesser, eftersom ultraljudsbehandling ger upphov till kavitation och tillhörande mekanismer såsom mikrorörelser genom vätskestrålar, kompression och dekompression i materialet med efterföljande sönderbrytning av cellväggar samt höga uppvärmnings- och kylningshastigheter.
Ultraljudsextraktion ur växtceller: det mikroskopiska tvärsnittet (TS) visar verkningsmekanismen vid ultraljudsextraktion ur celler (förstoring 2000x) [källa: Vilkhu et al. 2011]
Ultraljudsbehandling av växtmaterial fragmenterar växtcellernas matris och förbättrar dess hydrering. Chemat et al. (2015) drar slutsatsen att ultraljudsextraktion av bioaktiva föreningar ur växter är resultatet av olika oberoende eller kombinerade mekanismer, däribland fragmentering, erosion, kapillaritet, strukturnedbrytning och sonoporation. Dessa effekter bryter sönder cellväggen, förbättrar masstransporten genom att pressa in lösningsmedel i cellen och suga ut lösningsmedel som innehåller växtföreningar samt säkerställer vätskerörelse genom mikroblandning.
Vilka är de främsta fördelarna med ultraljudsextraktion?
- Snabb process och hög produktionskapacitet
- Låg energiförbrukning
- Minskade bearbetningskostnader
- Icke-termisk teknik
- Högre renhet
- Grön teknik
Akustisk kavitation och dess effekter
I vätskan skapar ultraljudsvågorna intensiva, växlande högtrycks-/lågtryckscykler som leder till att kavitationsbubblor bildas. Under flera tryckcykler växer kavitationsbubblorna tills de når en gräns där bubblan inte kan absorbera mer energi. Vid denna punkt imploderar bubblan våldsamt. Under bubbelimplosionen uppstår extrema förhållanden såsom höga temperaturer på upp till 5000K, tryck på upp till 2000atm, mycket höga uppvärmnings-/kylningshastigheter och tryckskillnader. Eftersom bubblans kollapsförlopp är snabbare än mass- och värmetransporten begränsas energin i den kollapsande kaviteten till en mycket liten zon, även kallad ”hot spot”. Kavitationsbubblans implosion ger också upphov till mikroturbulens, vätskestrålar med hastigheter på upp till 280m/s och resulterande skjuvkrafter. Detta fenomen kallas ultraljudskavitation eller akustisk kavitation.
Ultraljudsextraktion bygger på akustisk kavitation och dess hydrodynamiska skjuvkrafter
Katekiner
Grönt te är känt för att vara rikt på polyfenoler såsom kaffesyra, gallussyra, katekin, epikatekin, gallokatekin, katekingallat, gallokatekingallat, epikatekingallat, epigallokatekin och epigallokatekingallat (EGCG), vilket gör grönt te till ett populärt hälsolivsmedel som konsumeras som dryck och som extrakt. EGCG är en välkänd katekin som förekommer i stora mängder i torkade blad av grönt te (7380 mg per 100 g), vitt te (4245 mg per 100 g) och i mindre mängder i svart te (936 mg per 100 g). Vid framställning av svart te omvandlas katekinerna till största delen till teaflaviner och tearubiginer med hjälp av polyfenoloxidaser.
Hälsofördelar med epigallokatekingallat (EGCG)
Bland katekinerna är epigallokatekingallat (EGCG) den mest studerade och mest lovande. EGCG uppvisar många fördelar, från cancerhämmande, antioxidativa, antiinflammatoriska, fibros- och kollagenashämmande effekter till immunförsvarsstärkande och åldringshämmande effekter, och konsumeras därför både som grönt te och som kosttillskott i form av kapslar, pulver, tabletter etc.
Forskningsstudier tyder på att katekiner som epigallokatekingallat (EGCG) skulle kunna minska inflammation och kan förebygga vissa kroniska sjukdomar, såsom hjärtsjukdom, diabetes och vissa former av cancer.
EGCG och dess cancerhämmande effekter
Eftersom cancer ofta är en livshotande sjukdom bedrivs omfattande forskning om EGCG:s cancerhämmande egenskaper. Studier tyder på att EGCG kan hämma tumörbildning genom att minska eller eliminera effekterna av cancerframkallande ämnen. Det finns resultat som tyder på att EGCG förebygger dietylnitrosamininducerad fetmarelaterad tumörbildning i levern genom att hämma IGF/IGF-1R-axeln, lindra hyperinsulinemi och dämpa kronisk inflammation. En annan mekanism bakom EGCG:s cancerhämmande effekt är hämning av angiogenes, vilket därmed begränsar tumörtillväxten.
EGCG och dess antioxidativa effekter
Otaliga antioxidativa processer sker i människokroppen och bidrar till hälsa, styrka och välbefinnande. EGCG är en antioxidant. Antioxidanter kan skydda mot cellskador genom att fånga upp fria radikaler och neutralisera dem. Fenolringarna i EGCG:s struktur fungerar som elektronfällor och fångar upp fria radikaler, hämmar bildningen av reaktiva syreföreningar och minskar därmed skador orsakade av oxidativ stress.
EGCG och dess antiinflammatoriska effekter
Inflammation kan orsakas av sjukdom, kronisk stress och miljöföroreningar. Kroppen reagerar på sådana stressfaktorer med inflammation, som kännetecknas av ansamling av ett stort antal immunceller vid inflammationsställena, frisättning av proinflammatoriska cytokiner samt reaktiva syre- och kväveföreningar (ROS/RNS). ROS/RNS är kopplade till aktivering av transkriptionsfaktorn NF-B och aktivatorprotein-(AP-)1. Efter aktivering förflyttas NF-jB och AP-1 från cytoplasman till cellkärnan och uppreglerar uttrycket av en rad inflammatoriska gener, vilket därefter orsakar en förstärkt inflammatorisk reaktion och vävnadsskador.
EGCG hämmar signalöverföringen via NF-B och AP-1 så att uttrycket av iNOS och COX-2 nedregleras, främst genom att fånga upp kvävemonoxid, peroxynitrit och andra ROS/RNS, och produktionen av inflammatoriska faktorer minskar.
EGCG och dess effekter på främjandet av osteogenes
Osteoporos är en allvarlig sjukdom som kännetecknas av nedbrytning av benmatrix och förlust av bentäthet. EGCG uppvisar reglerande effekter på benmetabolismen. EGCG kan inducera apoptos hos osteoklaster och hämma bildningen av osteoklaster genom att blockera bildningen av NF-B och IL-1b. Dessutom kan det främja bildningen av mineraliserade benknutor.
[jfr. Chenyu Chu; Jia Deng; Yi Man; Yili Qu (2017): Green Tea Extracts Epigallocatechin-3-gallate for Different Treatments. BioMed Research International Vol. 2017]