Glycerin als Lösungsmittel für die Ultraschallextraktion

Glycerin oder Glycerol kann für die Pflanzenextraktion in reiner Form (100%) oder als Mischung mit Wasser oder Ethanol verwendet werden. Erfahren Sie mehr über die Vorteile von Glycerin als Extraktionslösungsmittel bei Ultraschallprozessen.

Pflanzenextraktion in Glycerin mittels Ultraschall

Die Pflanzenextraktion ist ein grundlegendes Verfahren in der analytischen Chemie, Biochemie und Naturstoffforschung, das darauf abzielt, bestimmte Bestandteile aus komplexen Gemischen zu isolieren. Herkömmliche Extraktionsverfahren wie die Mazeration oder die Soxhlet-Extraktion erfordern häufig lange Verarbeitungszeiten und den Einsatz organischer Lösungsmittel, die Umwelt- und Gesundheitsrisiken bergen können. Im letzten Jahrzehnt hat die Ultraschallextraktion herkömmliche Extraktionstechniken wie Mazeration, Soxhlet-Extraktion und Lösungsmittelextraktion abgelöst, da die Ultraschallbehandlung effizienter, schneller, wirksamer und umweltfreundlicher ist. Neben diesen Vorteilen ermöglicht die Ultraschallextraktion den Einsatz des Lösungsmittels Ihrer Wahl. Ultraschallextraktoren können sogar reines pflanzliches Glycerin als Lösungsmittel verarbeiten.

Wie funktionieren Sonotroden-Ultraschallgeräte für die Extraktion?

Ultraschallgeräte für die Pflanzenextraktion nutzen die Leistung intensiven Ultraschalls. Über die Sonotrode wird Ultraschall hoher Intensität in das Lösungsmittel übertragen, in dem zahlreiche Kavitationsblasen entstehen. Die rasche Bildung und der Kollaps mikroskopisch kleiner Kavitationsblasen erzeugen Scherkräfte und intensive Durchmischung sowie lokal hohe Temperaturen und Drücke. Diese sonomechanischen Kräfte brechen Zellwände wirksam auf und erleichtern die Freisetzung intrazellulärer Verbindungen. Diese durch Ultraschall intensivierte Extraktionstechnik bietet mehrere Vorteile, darunter kürzere Extraktionszeiten, eine höhere Ausbeute und die Möglichkeit, thermolabile Substanzen ohne wesentlichen Abbau zu verarbeiten.

Pflanzliches Glycerin als Extraktionslösungsmittel

Pflanzliches Glycerin ist eine farblose, geruchlose und viskose Flüssigkeit, die aus Pflanzenölen gewonnen wird und für ihre Lösungsmitteleigenschaften weithin bekannt ist. Es ist ungiftig, biologisch abbaubar und besitzt ein hervorragendes Lösungsvermögen für eine Vielzahl organischer Verbindungen. Als Lösungsmittel bietet pflanzliches Glycerin mehrere Vorteile gegenüber herkömmlichen organischen Lösungsmitteln:

• Sicherheit und Umweltfreundlichkeit: Glycerin ist ungiftig und umweltverträglich und daher eine bevorzugte Wahl für Anwendungen der grünen Chemie.
• Lebensmittel- und Pharmaqualität: Pflanzliches Glycerin ist in Lebensmittel- und Pharmaqualität erhältlich. Da Glycerin alkoholfrei, essbar und süß schmeckend ist, ist es ein geschätztes Lösungsmittel für Extrakte, die für Lebensmittel und Arzneimittel bestimmt sind. In der Kosmetik ist Glycerin aufgrund seiner hautweichmachenden Eigenschaften ein anerkanntes Lösungsmittel.
• Lösungsvermögen: Es kann sowohl hydrophile als auch hydrophobe Substanzen lösen und erweitert damit das Spektrum extrahierbarer Verbindungen.
• Stabilität: Glycerin ist chemisch stabil, was dazu beiträgt, die Integrität empfindlicher Verbindungen während der Extraktion zu bewahren.

Protokoll: Ultraschallextraktion aus Kräuterblättern in Glycerin

In diesem Protokoll führen wir Sie durch die einzelnen Schritte der Ultraschallextraktion bioaktiver Verbindungen aus Kräuterblättern in reines Glycerin. Das ergänzende Video oben vermittelt Ihnen einen visuellen Eindruck des Ultraschallextraktionsprozesses.
 
Sie benötigen:

• frische oder getrocknete Kräuter
• 100% pflanzliches Glycerin
• ein Sonotroden-Ultraschallgerät, z. B. den UP400St mit Sonotrode S24d22L2D
• ein Becherglas
• eine dunkle Glasflasche zur Aufbewahrung

 
 
Schritt-für-Schritt-Anleitung

• Zerkleinern Sie die Kräuterblätter in kleine Stücke (ca. 5x5mm).
• Geben Sie die Kräuterblätter in das Becherglas.
• Geben Sie das Glycerin hinzu. Sie können die Kräuter einige Minuten einweichen lassen.
• Führen Sie die Sonotrode des Ultraschallgeräts in das Becherglas ein. Positionieren Sie die Sonotrode mittig im Becherglas und achten Sie darauf, dass sie die Gefäßwände nicht berührt.
• Stellen Sie die Amplitude auf 100% ein und starten Sie die Ultraschallbehandlung.
• Überwachen Sie die Temperatur mit dem Temperatursensor, der mit dem UP400St geliefert wird.
• Wenn die Temperatur über den Wert steigt, den Sie nicht überschreiten möchten, können Sie das Ultraschallgerät pausieren, damit die Glycerinsuspension abkühlt. Im Menü des UP400St können Sie eine Temperaturgrenze einstellen. Zusätzlich können Sie das Becherglas in ein Eisbad stellen.
• Beschallen Sie bis zu einem Gesamtenergieeintrag von ca. 200–250 Ws/g. (Den angestrebten Energieeintrag können Sie im Menü des UP400ST und aller digitalen Ultraschallgeräte von Hielscher einstellen.)
• Entfernen Sie nach der Ultraschallbehandlung das ausgelaugte Pflanzenmaterial durch Filtration aus dem Glycerin. Sie können ein Sieb, Filterpapier oder ein Käsetuch verwenden. Um die Filtration des viskosen Glycerins zu erleichtern, verwenden Sie eine Vakuumfiltration.

 
Fehlerbehebung und Tipps:
Je kälter das Glycerin, desto höher ist seine Viskosität. Hochviskose Flüssigkeiten erfordern ein leistungsstärkeres Ultraschallgerät. Das 400 Watt starke Ultraschallgerät UP400St verarbeitet 100% Glycerin bei Raumtemperatur souverän. Wenn Sie ein Ultraschallgerät mit geringerer Leistung verwenden, können Sie eine Glycerin-Wasser-Mischung einsetzen (z. B. 50:50 %v/v).
Für kaltes Glycerin ist ein industrielles Ultraschallgerät wie der 1000 Watt starke Ultraschallprozessor UIP1000hdT ideal, um hochviskose Lösungsmittel zu verarbeiten.
 

Protokoll: Extraktion von Phytochemikalien aus Enzianwurzel

Eine praktische Anwendung von Glycerin-Wasser-Mischungen bei der Ultraschallextraktion aus Pflanzen zeigt sich bei der Isolierung von Phytochemikalien wie Amarogentin aus Enzianwurzel in 50% Glycerin mit dem Ultraschallgerät UP200Ht von Hielscher. Enzianwurzel enthält bittere Aromastoffe, die sowohl für die Lebensmittel- und Getränkeindustrie als auch für die traditionelle Medizin von Interesse sind.
Amarogentin besitzt einen Bitterwert von 58.000.000 und kommt in der Enzianwurzel in einer Konzentration von 0,15% vor. Die Bitterkeit von Enzian zeichnet sich durch einen reinen Geschmack aus. Aufgrund ihrer hohen Wirksamkeit werden die Bitterstoffe der Enzianwurzel als starke Aromastoffe geschätzt.

 
 
Schritt-für-Schritt-Anleitung zur Ultraschallextraktion aus Enzianwurzel mit Glycerin als Lösungsmittel
 

 
Die Verwendung einer Glycerin-Wasser-Mischung in Kombination mit dem leistungsstarken Ultraschallgerät UP200Ht führt zu einer hohen Ausbeute an extrahierten Phytochemikalien. Die milden Bedingungen des Glycerins gewährleisten, dass die empfindlichen Verbindungen während des gesamten Prozesses stabil bleiben.

Glycerin und seine Mischungen mit Wasser oder Ethanol bieten vielseitige Lösungsmitteloptionen für die Ultraschallextraktion aus Pflanzen. Trotz der Herausforderungen durch die hohe Viskosität von Glycerin können fortschrittliche Ultraschallgeräte wie der UP200Ht von Hielscher diese Lösungsmittel wirksam verarbeiten und eine effiziente Extraktion wertvoller Phytochemikalien gewährleisten. Die Möglichkeit, die Lösungsmittelzusammensetzung anzupassen und die Leistung der Ultraschallwellen zu nutzen, macht die ultraschallunterstützte Extraktion zu einer leistungsfähigen Technik zur Isolierung bioaktiver Verbindungen aus Pflanzenmaterial.

Ultraschallunterstützte Extraktion in Glycerin

Die Kombination von Sonotroden-Ultraschallgeräten mit pflanzlichem Glycerin als Lösungsmittel bietet einen leistungsfähigen Ansatz für die Extraktion. Die mechanischen Wirkungen der Ultraschallbehandlung verbessern den Stofftransport und erhöhen dadurch die Effizienz von Glycerin beim Lösen der Zielverbindungen. Diese Kombination ist besonders wirksam bei der Extraktion bioaktiver Verbindungen aus Pflanzenmaterial, beispielsweise von Polyphenolen, Alkaloiden und ätherischen Ölen.

Anwendungen der Ultraschallextraktion aus Pflanzen in Glycerin

Diese Extraktionstechnik bietet vielversprechende Anwendungen in verschiedenen Bereichen:

1. Pharmazeutika: Isolierung pharmazeutischer Wirkstoffe aus Heilpflanzen.
2. Lebensmittelindustrie: Extraktion natürlicher Aroma- und Farbstoffe sowie Antioxidantien.
3. Kosmetik: Herstellung bioaktiver Verbindungen für Hautpflege- und Schönheitsprodukte.
4. Tief eutektische Lösungsmittel: Aufgrund ihrer niedrigen Kosten, hohen Verfügbarkeit, Ungiftigkeit, Nichtentflammbarkeit und Nichtflüchtigkeit sind Glycerol und glycerolbasierte tief eutektische Lösungsmittel ideal für die Ultraschallextraktion von Polyphenolen und bieten eine äußerst nachhaltige Lösung.

Entwicklung, Fertigung und Beratung – Qualität aus Deutschland

Ultraschallgeräte von Hielscher sind für höchste Qualitäts- und Konstruktionsstandards bekannt. Robustheit und einfache Bedienung ermöglichen eine reibungslose Integration unserer Ultraschallgeräte in industrielle Anlagen. Raue Bedingungen und anspruchsvolle Umgebungen bewältigen Ultraschallgeräte von Hielscher problemlos.

Hielscher Ultrasonics ist ein ISO-zertifiziertes Unternehmen und legt besonderen Wert auf leistungsstarke Ultraschallgeräte mit modernster Technologie und hoher Benutzerfreundlichkeit. Selbstverständlich sind Ultraschallgeräte von Hielscher CE-konform und erfüllen die Anforderungen von UL, CSA und RoHs.

Die folgende Tabelle gibt Ihnen einen Anhaltspunkt für die ungefähre Verarbeitungskapazität unserer Ultraschallgeräte: