Dịch chiết catechin vượt trội nhờ siêu âm

Những điều cần biết

Chiết xuất bằng siêu âm – Nguyên lý hoạt động

Chiết xuất bằng siêu âm là phương pháp cơ học để giải phóng và phân lập các hợp chất nội bào từ nền tế bào, chẳng hạn như tế bào thực vật. Khi sóng siêu âm công suất cao được truyền vào huyền phù (ví dụ gồm các hạt thực vật đã ngâm mềm trong nước hoặc dung môi), sóng siêu âm mang năng lượng cao tạo ra hiện tượng xâm thực. Hiện tượng xâm thực tạo ra cục bộ nhiệt độ, áp suất, tốc độ gia nhiệt/làm nguội và chênh lệch áp suất ở mức cực cao, cùng với lực cắt lớn trong môi trường. Khi các bọt xâm thực sụp đổ trên bề mặt chất rắn (như các hạt, tế bào thực vật, mô, v.v.), các tia vi mô và sự va chạm giữa các hạt tạo ra những tác động như bóc tách bề mặt, xói mòn và phá vỡ hạt. Ngoài ra, sự sụp đổ của các bọt xâm thực trong môi trường lỏng tạo ra dòng chảy rối vĩ mô và sự trộn vi mô.
Chiếu xạ siêu âm là một cách hiệu quả để tăng cường các quá trình truyền khối, vì xử lý bằng siêu âm tạo ra hiện tượng xâm thực và các cơ chế liên quan như chuyển động vi mô do các tia chất lỏng, sự nén và giải nén trong vật liệu dẫn đến phá vỡ thành tế bào, cũng như tốc độ gia nhiệt và làm nguội cao.

Chiết xuất bằng siêu âm từ tế bào thực vật: lát cắt ngang (TS) quan sát dưới kính hiển vi cho thấy cơ chế tác động trong quá trình chiết xuất bằng siêu âm từ tế bào (độ phóng đại 2000x) [nguồn: Vilkhu và cộng sự 2011]

Xử lý vật liệu thực vật bằng siêu âm làm phân mảnh nền tế bào thực vật và tăng cường sự hydrat hóa của nền này. Chemat và cộng sự (2015) kết luận rằng việc chiết xuất các hợp chất có hoạt tính sinh học từ thực vật bằng siêu âm là kết quả của các cơ chế khác nhau hoạt động độc lập hoặc kết hợp, bao gồm phân mảnh, xói mòn, mao dẫn, phá vỡ cấu trúc và tạo lỗ bằng siêu âm. Những tác động này phá vỡ thành tế bào, cải thiện sự truyền khối bằng cách đẩy dung môi vào tế bào và hút dung môi chứa các hợp chất thực vật ra ngoài, đồng thời bảo đảm sự chuyển động của chất lỏng nhờ sự trộn vi mô.

Những ưu điểm chính của chiết xuất bằng siêu âm là gì?

• Quá trình nhanh và sản lượng cao
• Tiêu thụ năng lượng thấp
• Giảm chi phí xử lý
• Công nghệ không dùng nhiệt
• Độ tinh khiết cao hơn
• Công nghệ xanh

Xâm thực âm học và các tác động của hiện tượng này

Trong chất lỏng, sóng siêu âm tạo ra các chu kỳ áp suất cao / áp suất thấp luân phiên mạnh, dẫn đến sự hình thành các bọt xâm thực. Qua nhiều chu kỳ áp suất, các bọt xâm thực phát triển cho đến khi đạt đến giới hạn mà bọt không thể hấp thụ thêm năng lượng. Tại thời điểm này, bọt sụp đổ dữ dội. Trong quá trình bọt sụp đổ, các điều kiện cực đoan xuất hiện, chẳng hạn như nhiệt độ cao lên đến 5000K, áp suất lên đến 2000atm, tốc độ gia nhiệt/làm nguội và chênh lệch áp suất rất cao. Vì động lực học của quá trình bọt sụp đổ diễn ra nhanh hơn quá trình truyền khối và truyền nhiệt, năng lượng trong khoang đang sụp đổ bị giới hạn trong một vùng rất nhỏ, còn được gọi là “điểm nóng”. Sự sụp đổ của bọt xâm thực cũng tạo ra dòng chảy rối vi mô, các tia chất lỏng có vận tốc lên đến 280m/s và lực cắt phát sinh từ đó. Hiện tượng này được gọi là xâm thực siêu âm hoặc xâm thực âm học.

Chiết xuất bằng siêu âm dựa trên hiện tượng xâm thực âm học và các lực cắt thủy động lực học của hiện tượng này

Các catechin

Trà xanh được biết đến là giàu polyphenol như axit caffeic, axit gallic, catechin, epicatechin, gallocatechin, catechin gallate, gallocatechin gallate, epicatechin gallate, epigallocatechin và epigallocatechin gallate (EGCG), khiến trà xanh trở thành một loại thực phẩm có lợi cho sức khỏe phổ biến, được sử dụng dưới dạng đồ uống và dịch chiết. EGCG là một catechin được biết đến rộng rãi, có hàm lượng cao trong lá khô của trà xanh (7380 mg trên 100 g), trà trắng (4245 mg trên 100 g) và hàm lượng thấp hơn trong trà đen (936 mg trên 100 g). Trong quá trình sản xuất trà đen, phần lớn catechin được chuyển hóa thành theaflavin và thearubigin nhờ các enzyme polyphenol oxidase.

Lợi ích của Epigallocatechin Gallate (EGCG) đối với sức khỏe

Trong nhóm catechin, epigallocatechin gallate (EGCG) là chất được nghiên cứu nhiều nhất và có triển vọng nhất. Từ tác dụng chống ung thư, chống oxy hóa, chống viêm, chống xơ hóa, ức chế collagenase đến tăng cường hệ miễn dịch và chống lão hóa, EGCG cho thấy nhiều lợi ích và do đó được sử dụng dưới dạng đồ uống trà xanh cũng như thực phẩm bổ sung như viên nang, bột, viên nén, v.v.
Các nghiên cứu gợi ý rằng những catechin như epigallocatechin gallate (EGCG) có thể làm giảm viêm và có thể ngăn ngừa một số bệnh mạn tính nhất định, chẳng hạn như bệnh tim, tiểu đường và một số dạng ung thư.

EGCG và tác dụng chống ung thư

Vì ung thư là một căn bệnh thường đe dọa tính mạng, các đặc tính chống ung thư của EGCG đang được nghiên cứu chuyên sâu. Các nghiên cứu gợi ý rằng EGCG có thể ức chế sự hình thành khối u bằng cách làm giảm hoặc loại bỏ tác động của các chất gây ung thư. Một số phát hiện gợi ý rằng EGCG ngăn ngừa sự hình thành khối u gan liên quan đến béo phì do diethylnitrosamine gây ra bằng cách ức chế trục IGF/IGF-1R, cải thiện tình trạng tăng insulin máu và làm giảm viêm mạn tính. Một cơ chế khác trong tác dụng chống ung thư của EGCG là ức chế sự hình thành mạch máu, qua đó kìm hãm sự tăng sinh của khối u.

EGCG và tác dụng chống oxy hóa

Vô số quá trình chống oxy hóa diễn ra trong cơ thể con người và góp phần duy trì sức khỏe, thể lực và trạng thái khỏe mạnh. EGCG là một chất chống oxy hóa. Các chất chống oxy hóa có thể bảo vệ tế bào khỏi tổn thương bằng cách bắt giữ và trung hòa các gốc tự do. Các vòng phenol trong cấu trúc EGCG đóng vai trò bẫy electron và bắt giữ các gốc tự do, ức chế sự hình thành các dạng oxy phản ứng, nhờ đó làm giảm tổn thương do stress oxy hóa gây ra.

EGCG và tác dụng chống viêm

Viêm có thể do bệnh tật, căng thẳng mạn tính và ô nhiễm môi trường gây ra. Cơ thể phản ứng với các yếu tố gây căng thẳng này bằng tình trạng viêm, đặc trưng bởi sự tập trung của một lượng lớn tế bào miễn dịch tại các vị trí viêm, sự giải phóng các cytokine tiền viêm và các dạng oxy/nitơ phản ứng (ROS/RNS). ROS/RNS có liên quan đến sự hoạt hóa yếu tố phiên mã NF-B và protein hoạt hóa-(AP-)1. Sau khi được hoạt hóa, NF-jB và AP-1 di chuyển từ tế bào chất vào nhân và làm tăng biểu hiện của nhiều gen liên quan đến viêm, sau đó gây ra phản ứng viêm trầm trọng hơn và tổn thương mô.
EGCG ức chế sự truyền tín hiệu của NF-B và AP-1, khiến biểu hiện của iNOS và COX-2 được điều hòa giảm, chủ yếu thông qua việc bắt giữ nitric oxide, peroxynitrite và các ROS/RNS khác, đồng thời làm giảm sự sản sinh các yếu tố gây viêm.

EGCG và tác dụng thúc đẩy tạo xương

Loãng xương là một bệnh nghiêm trọng, đặc trưng bởi sự thoái hóa chất nền xương và suy giảm mật độ xương. EGCG cho thấy tác dụng điều hòa chuyển hóa xương. EGCG có thể gây chết tế bào theo chương trình ở các tế bào hủy xương và ức chế sự hình thành các tế bào hủy xương bằng cách ngăn chặn sự tạo thành NF-B và IL-1b. Ngoài ra, chất này có thể thúc đẩy sự hình thành các nốt xương khoáng hóa.
[cf. Chenyu Chu; Jia Deng; Yi Man; Yili Qu (2017): Green Tea Extracts Epigallocatechin-3-gallate for Different Treatments. BioMed Research International Vol. 2017]