Ultrasonik Teknolojiyle Üstün Kateşin Ekstraktları

Bilinmesi Gerekenler

Ultrasonik Ekstraksiyon – Çalışma Prensibi

Ultrasonik ekstraksiyon, hücre içi bileşikleri bitki hücreleri gibi hücresel matrislerden serbest bırakmak ve izole etmek için kullanılan mekanik bir yöntemdir. Yüksek güçlü ultrason dalgaları bir bulamaca (örneğin su veya çözücü içindeki masere edilmiş bitki parçacıklarından oluşan bir bulamaca) aktarıldığında, yüksek enerjili ultrason dalgaları kavitasyon oluşturur. Kavitasyon olgusu, ortamda yerel olarak aşırı sıcaklıklara, basınçlara, ısıtma/soğutma hızlarına, basınç farklarına ve yüksek kesme kuvvetlerine yol açar. Kavitasyon kabarcıkları katıların (parçacıklar, bitki hücreleri, dokular vb.) yüzeyinde içe doğru çöktüğünde, mikro jetler ve parçacıklar arası çarpışmalar yüzey soyulması, erozyon ve parçacık parçalanması gibi etkiler oluşturur. Ayrıca, sıvı ortamlarda kavitasyon kabarcıklarının içe doğru çökmesi makro türbülanslar ve mikro karışma oluşturur.
Ultrasonik ışınlama, kütle aktarımı işlemlerini artırmak için verimli bir yoldur; çünkü sonikasyon, kavitasyona ve bununla ilişkili olarak sıvı jetlerinin oluşturduğu mikro hareketler, malzemenin sıkışması ve basıncının düşmesi ile bunları izleyen hücre duvarı parçalanması gibi mekanizmalara ve ayrıca yüksek ısıtma ve soğutma hızlarına yol açar.

Bitki hücrelerinden ultrasonik ekstraksiyon: mikroskobik enine kesit (TS), hücrelerden ultrasonik ekstraksiyon sırasındaki etki mekanizmasını gösterir (büyütme 2000x) [kaynak: Vilkhu ve ark. 2011]

Bitki materyalinin ultrasonik olarak işlenmesi, bitki hücrelerinin matrisini parçalar ve bu matrisin hidratasyonunu artırır. Chemat ve ark. (2015), bitkilerden biyoaktif bileşiklerin ultrasonik ekstraksiyonunun; parçalanma, erozyon, kapilarite, dokunun bozulması ve sonoporasyon dahil olmak üzere farklı bağımsız veya birleşik mekanizmaların sonucu olduğu sonucuna varmıştır. Bu etkiler hücre duvarını parçalar, çözücüyü hücre içine iterek ve bitkisel bileşiklerle yüklü çözücüyü dışarı çekerek kütle aktarımını iyileştirir ve mikro karışma yoluyla sıvı hareketini sağlar.

Ultrasonik Ekstraksiyonun Başlıca Avantajları Nelerdir?

• Hızlı işlem ve yüksek üretim miktarı
• Düşük enerji tüketimi
• Azaltılmış işleme maliyeti
• Termal olmayan teknoloji
• Daha yüksek saflık
• Çevreci teknoloji

Akustik Kavitasyon ve Etkileri

Sıvıda ultrason dalgaları, dönüşümlü olarak yoğun yüksek basınç / düşük basınç döngüleri oluşturur ve bunlar kavitasyon kabarcıklarının oluşmasına yol açar. Birkaç basınç döngüsü boyunca kavitasyon kabarcıkları, kabarcığın daha fazla enerji soğuramadığı bir sınıra ulaşıncaya kadar büyür. Bu noktada kabarcık şiddetle içe doğru çöker. Kabarcığın içe doğru çökmesi sırasında 5000K’ye kadar yüksek sıcaklıklar, 2000atm’ye kadar basınçlar, çok yüksek ısıtma/soğutma hızları ve basınç farkları gibi aşırı koşullar oluşur. Kabarcık çöküş dinamikleri kütle ve ısı aktarımından daha hızlı olduğundan, çöken boşluktaki enerji, “sıcak nokta” olarak da adlandırılan çok küçük bir bölgeyle sınırlı kalır. Kavitasyon kabarcığının içe doğru çökmesi ayrıca mikro türbülanslara, hızları 280m/s’ye kadar ulaşan sıvı jetlerine ve bunlardan kaynaklanan kesme kuvvetlerine yol açar. Bu olgu ultrasonik veya akustik kavitasyon olarak bilinir.

Ultrasonik ekstraksiyon, akustik kavitasyona ve onun hidrodinamik kesme kuvvetlerine dayanır

Kateşinler

Yeşil çayın kafeik asit, gallik asit, kateşin, epikateşin, gallokateşin, kateşin gallat, gallokateşin gallat, epikateşin gallat, epigallokateşin ve epigallokateşin gallat (EGCG) gibi polifenoller açısından zengin olduğu bilinmektedir; bu da yeşil çayı içecek ve ekstrakt olarak tüketilen popüler bir sağlıklı gıda haline getirir. EGCG, yeşil çayın kurutulmuş yapraklarında (100 g başına 7380 mg), beyaz çayın kurutulmuş yapraklarında (100 g başına 4245 mg) yüksek miktarlarda ve siyah çayda (100 g başına 936 mg) daha küçük miktarlarda bulunan, iyi bilinen bir kateşindir. Siyah çay üretimi sırasında kateşinler, polifenol oksidazlar aracılığıyla büyük ölçüde teaflavinlere ve tearubiginlere dönüştürülür.

Epigallokateşin Gallatın (EGCG) Sağlığa Faydaları

Kateşin grubunda epigallokateşin gallat (EGCG), en çok araştırılan ve en umut verici olanıdır. Kanser karşıtı, antioksidatif, antiinflamatuvar, fibrozis karşıtı ve kollajenaz karşıtı etkilerden bağışıklık sistemini güçlendirici ve yaşlanma karşıtı etkilere kadar EGCG birçok fayda gösterir; bu nedenle hem yeşil çay içeceği biçiminde hem de kapsül, toz, tablet vb. besin takviyeleri biçiminde tüketilir.
Araştırmalar, epigallokateşin gallat (EGCG) gibi kateşinlerin inflamasyonu azaltabileceğini ve kalp hastalığı, diyabet ve bazı kanser türleri gibi belirli kronik rahatsızlıkları önleyebileceğini düşündürmektedir.

EGCG ve Kanser Karşıtı Etkileri

Kanser sıklıkla yaşamı tehdit eden bir hastalık olduğundan, EGCG’nin kanser karşıtı özellikleri yoğun biçimde araştırılmaktadır. Çalışmalar, EGCG’nin kanserojen etkileri azaltarak veya ortadan kaldırarak tümör oluşumunu inhibe edebileceğini düşündürmektedir. EGCG’nin IGF/IGF-1R eksenini inhibe ederek, hiperinsülinemiyi iyileştirerek ve kronik inflamasyonu hafifleterek, dietilnitrozaminin tetiklediği obeziteyle ilişkili karaciğer tümörü oluşumunu önlediğini düşündüren bulgular vardır. EGCG’nin kanser karşıtı etkisinin bir diğer mekanizması, anjiyogenezin inhibisyonu ve böylece tümör proliferasyonunun sınırlandırılmasıdır.

EGCG ve Antioksidatif Etkileri

İnsan vücudunda sayısız antioksidatif süreç gerçekleşir ve sağlığa, güce ve iyi oluşa katkıda bulunur. EGCG bir antioksidandır. Antioksidanlar, serbest radikalleri yakalayarak ve nötralize ederek hücresel hasara karşı koruma sağlayabilir. EGCG yapısındaki fenol halkaları, elektron tuzakları ve serbest radikal yakalayıcıları olarak işlev görür, reaktif oksijen türlerinin oluşumunu inhibe eder ve böylece oksidatif stresin neden olduğu hasarları azaltır.

EGCG ve Antiinflamatuvar Etkileri

İnflamasyona hastalık, kronik stres ve çevre kirliliği neden olabilir. Vücut bu tür stres faktörlerine; inflamasyon bölgelerinde çok sayıda bağışıklık hücresinin birikmesi, proinflamatuvar sitokinlerin ve reaktif oksijen/azot türlerinin (ROS/RNS) salınmasıyla karakterize olan inflamasyonla yanıt verir. ROS/RNS, transkripsiyon faktörü NF-B ve aktivatör protein-(AP-)1’in aktivasyonuyla ilişkilidir. Aktivasyondan sonra NF-jB ve AP-1, sitoplazmadan çekirdeğe geçer ve çeşitli inflamatuvar genlerin ekspresyonunu artırır; bu da daha sonra şiddetlenmiş bir inflamatuvar yanıta ve doku hasarına neden olur.
EGCG, NF-B ve AP-1’in iletimini inhibe eder; böylece başlıca nitrik oksit, peroksinitrit ve diğer ROS/RNS’nin yakalanması yoluyla iNOS ve COX-2 ekspresyonu aşağı regüle edilir ve inflamatuvar faktörlerin üretimi azalır.

EGCG ve Osteogenezin Desteklenmesine Etkileri

Osteoporoz, kemik matrisinin dejenerasyonu ve kemik yoğunluğunun kaybıyla karakterize olan ciddi bir hastalıktır. EGCG, kemik metabolizması üzerinde düzenleyici etkiler gösterir. EGCG, osteoklastların apoptozunu tetikleyebilir ve NF-B ile IL-1b oluşumunu engelleyerek osteoklast oluşumunu inhibe edebilir. Ayrıca mineralize kemik nodüllerinin oluşumunu destekleyebilir.
[krş. Chenyu Chu; Jia Deng; Yi Man; Yili Qu (2017): Farklı Tedaviler için Yeşil Çay Ekstraktları Epigallokateşin-3-gallat. BioMed Research International Cilt 2017]