สารสกัดคาเทชินคุณภาพเหนือกว่าด้วยอัลตราโซนิก

ข้อเท็จจริงที่ควรรู้

การสกัดด้วยอัลตราโซนิก – หลักการทำงาน

การสกัดด้วยอัลตราโซนิกเป็นวิธีเชิงกลในการปลดปล่อยและแยกสารประกอบภายในเซลล์ออกจากเมทริกซ์ของเซลล์ เช่น เซลล์พืช เมื่อส่งผ่านคลื่นอัลตราซาวนด์กำลังสูงเข้าสู่สารแขวนลอยข้น (เช่น อนุภาคพืชที่ผ่านการแช่ให้นิ่มในน้ำหรือตัวทำละลาย) คลื่นอัลตราซาวนด์ที่มีพลังงานสูงจะทำให้เกิดคาวิเทชัน ปรากฏการณ์คาวิเทชันทำให้เกิดอุณหภูมิ ความดัน อัตราการให้ความร้อน/การทำให้เย็น ความต่างความดัน และแรงเฉือนที่สูงอย่างยิ่งเฉพาะจุดในตัวกลาง เมื่อฟองคาวิเทชันยุบตัวอย่างรุนแรงบนพื้นผิวของของแข็ง (เช่น อนุภาค เซลล์พืช เนื้อเยื่อ เป็นต้น) เจ็ตของเหลวขนาดจุลภาคและการชนกันระหว่างอนุภาคทำให้เกิดผลต่าง ๆ เช่น การลอกผิว การสึกกร่อน และการแตกตัวของอนุภาค นอกจากนี้ การยุบตัวอย่างรุนแรงของฟองคาวิเทชันในตัวกลางของเหลวยังทำให้เกิดความปั่นป่วนระดับมหภาคและการผสมระดับจุลภาค
การฉายคลื่นอัลตราโซนิกเป็นวิธีที่มีประสิทธิภาพในการเพิ่มการถ่ายเทมวล เนื่องจากการใช้คลื่นอัลตราโซนิกทำให้เกิดคาวิเทชันและกลไกที่เกี่ยวข้อง เช่น การเคลื่อนที่ระดับจุลภาคจากเจ็ตของเหลว การอัดและการคลายการอัดในวัสดุซึ่งตามมาด้วยการแตกของผนังเซลล์ ตลอดจนอัตราการให้ความร้อนและการทำให้เย็นที่สูง

การสกัดจากเซลล์พืชด้วยอัลตราโซนิก: ภาพตัดขวาง (TS) จากกล้องจุลทรรศน์แสดงกลไกการทำงานระหว่างการสกัดจากเซลล์ด้วยอัลตราโซนิก (กำลังขยาย 2000x) [แหล่งข้อมูล: Vilkhu et al. 2011]

การใช้คลื่นอัลตราโซนิกกับวัสดุจากพืชทำให้เมทริกซ์ของเซลล์พืชแตกเป็นชิ้นเล็ก ๆ และเพิ่มการดูดซับน้ำของเมทริกซ์ดังกล่าว Chemat และคณะ (2015) สรุปว่าการสกัดสารประกอบออกฤทธิ์ทางชีวภาพจากพืชด้วยอัลตราโซนิกเป็นผลจากกลไกต่าง ๆ ที่ทำงานอย่างอิสระหรือร่วมกัน ได้แก่ การแตกเป็นชิ้นเล็ก ๆ การสึกกร่อน การไหลตามรูเล็ก การทำลายโครงสร้างเนื้อวัสดุ และการเกิดรูพรุนด้วยคลื่นเสียง ผลเหล่านี้ทำให้ผนังเซลล์แตก เพิ่มการถ่ายเทมวลโดยผลักตัวทำละลายเข้าไปในเซลล์และดูดตัวทำละลายที่มีสารประกอบจากพืชออกมา และทำให้ของเหลวเคลื่อนที่ด้วยการผสมระดับจุลภาค

ข้อดีหลักของการสกัดด้วยอัลตราโซนิกมีอะไรบ้าง?

• กระบวนการรวดเร็วและปริมาณผลผลิตสูง
• ใช้พลังงานต่ำ
• ลดต้นทุนการแปรรูป
• เทคโนโลยีที่ไม่ใช้ความร้อน
• ความบริสุทธิ์สูงกว่า
• เทคโนโลยีสีเขียว

คาวิเทชันทางเสียงและผลที่เกิดขึ้น

ในของเหลว คลื่นอัลตราซาวนด์สร้างวัฏจักรความดันสูง / ความดันต่ำที่สลับกันอย่างรุนแรง ซึ่งทำให้เกิดฟองคาวิเทชัน เมื่อผ่านวัฏจักรความดันหลายรอบ ฟองคาวิเทชันจะเติบโตจนถึงขีดจำกัดที่ฟองไม่สามารถดูดซับพลังงานได้มากกว่านี้ ณ จุดนี้ ฟองจะยุบตัวอย่างรุนแรง ระหว่างการยุบตัวของฟองจะเกิดสภาวะสุดขั้ว เช่น อุณหภูมิสูงถึง 5000K ความดันสูงถึง 2000atm อัตราการให้ความร้อน/การทำให้เย็นที่สูงมาก และความต่างความดัน เนื่องจากพลวัตการยุบตัวของฟองเกิดขึ้นเร็วกว่าการถ่ายเทมวลและความร้อน พลังงานในโพรงที่กำลังยุบตัวจึงถูกจำกัดอยู่ในบริเวณที่เล็กมาก ซึ่งเรียกอีกอย่างว่า “จุดร้อน” การยุบตัวอย่างรุนแรงของฟองคาวิเทชันยังทำให้เกิดความปั่นป่วนระดับจุลภาค เจ็ตของเหลวที่มีความเร็วสูงถึง 280m/s และแรงเฉือนที่เกิดตามมา ปรากฏการณ์นี้เรียกว่าคาวิเทชันจากอัลตราโซนิกหรือคาวิเทชันทางเสียง

การสกัดด้วยอัลตราโซนิกอาศัยคาวิเทชันทางเสียงและแรงเฉือนเชิงอุทกพลศาสตร์ที่เกิดจากคาวิเทชัน

คาเทชิน

ชาเขียวเป็นที่ทราบกันว่าอุดมไปด้วยโพลีฟีนอล เช่น caffeic acid, gallic acid, catechin, epicatechin, gallocatechin, catechin gallate, gallocatechin gallate, epicatechin gallate, epigallocatechin และ epigallocatechin gallate (EGCG) ซึ่งทำให้ชาเขียวเป็นอาหารเพื่อสุขภาพที่นิยมบริโภคทั้งในรูปเครื่องดื่มและสารสกัด EGCG เป็นคาเทชินที่รู้จักกันดี ซึ่งพบในปริมาณสูงในใบแห้งของชาเขียว (7380 mg ต่อ 100 g) และชาขาว (4245 mg ต่อ 100 g) และพบในปริมาณน้อยกว่าในชาดำ (936 mg ต่อ 100 g) ระหว่างการผลิตชาดำ คาเทชินส่วนใหญ่จะเปลี่ยนเป็น theaflavins และ thearubigins โดยเอนไซม์โพลีฟีนอลออกซิเดส

ประโยชน์ต่อสุขภาพของ Epigallocatechin Gallate (EGCG)

ในกลุ่มคาเทชิน epigallocatechin gallate (EGCG) เป็นสารที่มีการวิจัยมากที่สุดและมีแนวโน้มให้ผลดีมากที่สุด EGCG มีประโยชน์มากมาย ตั้งแต่ฤทธิ์ต้านมะเร็ง ต้านอนุมูลอิสระ ต้านการอักเสบ ต้านการเกิดพังผืด ต้านเอนไซม์คอลลาเจเนส ไปจนถึงการเสริมระบบภูมิคุ้มกันและการชะลอวัย จึงมีการบริโภคในรูปเครื่องดื่มชาเขียว รวมถึงในรูปผลิตภัณฑ์เสริมอาหาร เช่น แคปซูล ผง เม็ด เป็นต้น
งานวิจัยบ่งชี้ว่าคาเทชิน เช่น epigallocatechin gallate (EGCG) อาจลดการอักเสบและสามารถป้องกันภาวะเรื้อรังบางชนิด เช่น โรคหัวใจ เบาหวาน และมะเร็งบางรูปแบบ

EGCG และฤทธิ์ต้านมะเร็ง

เนื่องจากมะเร็งเป็นโรคที่มักเป็นอันตรายถึงชีวิต จึงมีการวิจัยคุณสมบัติต้านมะเร็งของ EGCG อย่างเข้มข้น การศึกษาบ่งชี้ว่า EGCG สามารถยับยั้งการเกิดเนื้องอกโดยลดหรือขจัดผลของสารก่อมะเร็ง มีผลการศึกษาที่บ่งชี้ว่า EGCG ป้องกันการเกิดเนื้องอกตับที่เกี่ยวข้องกับโรคอ้วนซึ่งเหนี่ยวนำโดย diethylnitrosamine โดยยับยั้งแกน IGF/IGF-1R บรรเทาภาวะอินซูลินในเลือดสูง และลดการอักเสบเรื้อรัง อีกกลไกหนึ่งของฤทธิ์ต้านมะเร็งของ EGCG คือการยับยั้งการสร้างหลอดเลือดใหม่ ซึ่งส่งผลให้ยับยั้งการเพิ่มจำนวนของเซลล์เนื้องอก

EGCG และฤทธิ์ต้านอนุมูลอิสระ

กระบวนการต้านออกซิเดชันนับไม่ถ้วนเกิดขึ้นในร่างกายมนุษย์และส่งเสริมสุขภาพ ความแข็งแรง และความเป็นอยู่ที่ดี EGCG เป็นสารต้านอนุมูลอิสระ สารต้านอนุมูลอิสระสามารถป้องกันความเสียหายของเซลล์โดยดักจับอนุมูลอิสระและทำให้หมดฤทธิ์ วงแหวนฟีนอลในโครงสร้างของ EGCG ทำหน้าที่ดักจับอิเล็กตรอนและอนุมูลอิสระ ยับยั้งการเกิดชนิดออกซิเจนที่ไวต่อปฏิกิริยา และจึงลดความเสียหายที่เกิดจากภาวะเครียดออกซิเดชัน

EGCG และฤทธิ์ต้านการอักเสบ

การอักเสบอาจเกิดจากโรค ความเครียดเรื้อรัง และมลพิษในสิ่งแวดล้อม ร่างกายตอบสนองต่อปัจจัยก่อความเครียดดังกล่าวด้วยการอักเสบ ซึ่งมีลักษณะเฉพาะคือการรวมตัวของเซลล์ภูมิคุ้มกันจำนวนมากในบริเวณที่อักเสบ การปลดปล่อยไซโตไคน์ที่ส่งเสริมการอักเสบ และชนิดออกซิเจน/ไนโตรเจนที่ไวต่อปฏิกิริยา (ROS/RNS) ROS/RNS เกี่ยวข้องกับการกระตุ้นปัจจัยการถอดรหัส NF-B และโปรตีนกระตุ้น-(AP-)1 หลังจากถูกกระตุ้น NF-jB และ AP-1 จะเคลื่อนย้ายจากไซโทพลาซึมเข้าสู่นิวเคลียสและเพิ่มการแสดงออกของยีนที่เกี่ยวข้องกับการอักเสบหลายชนิด ซึ่งต่อมาทำให้การตอบสนองต่อการอักเสบรุนแรงขึ้นและเกิดความเสียหายของเนื้อเยื่อ
EGCG ยับยั้งการส่งผ่านของ NF-B และ AP-1 ทำให้การแสดงออกของ iNOS และ COX-2 ลดลง โดยส่วนใหญ่ผ่านการดักจับ nitric oxide, peroxynitrite และ ROS/RNS อื่น ๆ และการผลิตปัจจัยที่เกี่ยวข้องกับการอักเสบลดลง

EGCG และผลในการส่งเสริมการสร้างกระดูก

โรคกระดูกพรุนเป็นโรครุนแรงที่มีลักษณะเฉพาะคือการเสื่อมสภาพของเมทริกซ์กระดูกและการสูญเสียความหนาแน่นของกระดูก EGCG มีผลในการควบคุมเมแทบอลิซึมของกระดูก EGCG สามารถเหนี่ยวนำให้เกิดการตายแบบอะพอพโทซิสของเซลล์สลายกระดูก และยับยั้งการเกิดเซลล์สลายกระดูกโดยขัดขวางการสร้าง NF-B และ IL-1b นอกจากนี้ ยังสามารถส่งเสริมการเกิดปุ่มกระดูกที่มีการสะสมแร่ธาตุได้
[เปรียบเทียบ: Chenyu Chu; Jia Deng; Yi Man; Yili Qu (2017): สารสกัดชาเขียว Epigallocatechin-3-gallate สำหรับการรักษาต่าง ๆ. BioMed Research International เล่ม 2017]