Превосходні екстракти катехінів за допомогою ультразвуку

Факти, які варто знати

Ультразвукова екстракція – принцип дії

Ультразвукова екстракція – це механічний метод вивільнення та ізоляції внутрішньоклітинних сполук з клітинних матриць, таких як рослинні клітини. Коли хвилі високопотужного ультразвуку вводяться в суспензію (наприклад, що складається з подрібнених частинок рослин у воді або розчиннику), високоенергетичні ультразвукові хвилі генерують кавітацію. Явище кавітації призводить локально до екстремальних температур, тисків, швидкостей нагрівання/охолодження, різниць тисків та високих зсувних сил у середовищі. Коли кавітаційні бульбашки імплодують на поверхні твердих тіл (таких як частинки, рослинні клітини, тканини тощо), мікрострумені та міжчастинкові зіткнення генерують такі ефекти, як зняття поверхневого шару, ерозія та руйнування частинок. Додатково, імплозія кавітаційних бульбашок у рідких середовищах створює макротурбулентності та мікромікшування.
Ультразвукове опромінення є ефективним способом інтенсифікації процесів масопереносу, оскільки ультразвукова обробка призводить до кавітації та пов’язаних з нею механізмів, таких як мікрорухи рідкісних струменів, стиснення та розширення в матеріалі з подальшим руйнуванням клітинних стінок, а також високих швидкостей нагрівання та охолодження.

Ультразвукова екстракція з рослинних клітин: мікроскопічний поперечний зріз (TS) показує механізм дії під час ультразвукової екстракції з клітин (збільшення 2000x) [джерело: Vilkhu et al. 2011]

Ультразвукова обробка фрагментує матрицю рослинних клітин та покращує їхню гідратацію. Chemat et al. (2015) приходять до висновку, що ультразвукова екстракція біоактивних сполук з рослинної сировини є результатом різних незалежних або комбінованих механізмів, включаючи фрагментацію, ерозію, капілярність, детекстурацію та сонопорацію. Ці ефекти руйнують клітинну стінку, покращують масоперенос, заштовхуючи розчинник у клітину та витягуючи навантажений фітокомпонентами розчинник назовні, а також забезпечують рух рідини за допомогою мікромікшування.

Які є основні переваги ультразвукової екстракції?

• Швидкий процес та висока продуктивність
• Низьке енергоспоживання
• Знижені витрати на обробку
• Нетермічна технологія
• Вища чистота
• Зелена технологія

Акустична кавітація та її ефекти

У рідині ультразвукові хвилі створюють інтенсивні чергування високого тиску / низького тиску, що призводить до утворення кавітаційних бульбашок. Протягом кількох циклів тиску кавітаційні бульбашки зростають, доки не досягають межі, де бульбашка не може поглинати більше енергії. У цей момент бульбашка імплодує насильно. Під час імплозії бульбашки виникають екстремальні умови, такі як високі температури до 5000K, тиски до 2000atm, дуже високі швидкості нагрівання/охолодження та різниці тисків. Оскільки динаміка колапсу бульбашки швидша за масо- та теплоперенос, енергія в колапсуючій порожнині зосереджена в дуже малій зоні, також відомій як “гаряча точка”. Імплозія кавітаційної бульбашки також призводить до мікротурбулентностей, рідинних струменів зі швидкістю до 280m/s та виникаючих зсувних сил. Це явище відоме як ультразвукова або акустична кавітація.

Ультразвукова екстракція базується на акустичній кавітації та її гідродинамічних зсувних силах

Катехіни

Зелений чай відомий тим, що багатий на поліфеноли, такі як кавова кислота, галова кислота, катехін, епікатехін, галокатехін, катехінгалат, галокатехінгалат, епікатехінгалат, епігалокатехін та епігалокатехінгалат (EGCG), що робить зелений чай популярним продуктом здорового харчування, який вживають як напій та як екстракт. EGCG – це відомий катехін, який міститься у великих кількостях у сухих листках зеленого чаю (7380 mg на 100 g), білого чаю (4245 mg на 100 g) та у менших кількостях у чорному чаю (936 mg на 100 g). Під час виробництва чорного чаю катехіни переважно перетворюються на теафлавіни та теарубігіни за допомогою поліфенолоксидаз.

Корисні для здоров’я властивості епігалокатехінгалату (EGCG)

З групи катехінів епігалокатехінгалат (EGCG) є найбільш дослідженим і найбільш перспективним. Від протиракових, антиоксидантних, протизапальних, антифібротичних, антиколагеназних до імуностимулюючих та антистарінг-ефектів, EGCG демонструє багато переваг і тому вживається у формі напою з зеленого чаю, а також у формі дієтичних добавок, таких як капсули, порошки, таблетки тощо.
Дослідження свідчать про те, що катехіни, такі як епігалокатехінгалат (EGCG), можуть зменшувати запалення та запобігати певним хронічним захворюванням, таким як серцеві захворювання, діабет та деякі форми раку.

EGCG та його протиракові ефекти

Оскільки рак є часто загрозливим для життя захворюванням, протиракові властивості EGCG активно досліджуються. Дослідження свідчать про те, що EGCG може пригнічувати туморогенез, зменшуючи або усуваючи ефекти канцерогенів. Є дані, що свідчать про те, що EGCG запобігає ожирінню-асоційованому печінковому туморогенезу, індукованому діетилнітрозаміном, пригнічуючи вісь IGF/IGF-1R, покращуючи гіперінсулінемію та пом’якшуючи хронічне запалення. Іншим механізмом протиракового ефекту EGCG є пригнічення ангіогенезу та, як наслідок, стримування проліферації пухлини.

EGCG та його антиоксидантні ефекти

У людському організмі відбуваються незліченні антиоксидантні процеси, які сприяють здоров’ю, силі та самопочуттю. EGCG є антиоксидантом. Антиоксиданти можуть захищати від клітинних пошкоджень, вловлюючи вільні радикали та нейтралізуючи їх. Фенольні кільця в структурі EGCG діють як електронні пастки та вловлювачі вільних радикалів, пригнічують утворення активних форм кисню та, таким чином, зменшують пошкодження, спричинені оксидативним стресом.

EGCG та його протизапальні ефекти

Запалення може бути спричинене хворобою, хронічним стресом та забрудненням навколишнього середовища. Організм реагує на такі стресові фактори запаленням, яке характеризується агрегацією великої кількості імунних клітин у вогнищах запалення, вивільненням прозапальних цитокінів та активних форм кисню/азоту (ROS/RNS). ROS/RNS пов’язані з активацією транскрипційного фактора NF-B та активаторного білка-(AP-)1. Після активації NF-jB та AP-1 переміщуються з цитоплазми в ядро та підвищують експресію різноманітних запальних генів, що згодом спричиняє посилений запальний відповідь та пошкодження тканин.
EGCG пригнічує передачу сигналів NF-B та AP-1, так що експресія iNOS та COX-2 знижується переважно за рахунок вловлювання оксиду азоту, пероксинітриту та інших ROS/RNS, а виробництво запальних факторів зменшується.

EGCG та його ефекти на стимуляцію остеогенезу

Остеопороз – це тяжке захворювання, що характеризується дегенерацією кісткового матриксу та втратою кісткової щільності. EGCG демонструє регуляторні ефекти на кістковий метаболізм. EGCG може індукувати апоптоз остеокластів та пригнічувати утворення остеокластів, блокуючи генерацію NF-B та IL-1b. Крім того, він може стимулювати утворення мінералізованих кісткових вузликів.
[cf. Chenyu Chu; Jia Deng; Yi Man; Yili Qu (2017): Green Tea Extracts Epigallocatechin-3-gallate for Different Treatments. BioMed Research International Vol. 2017]