Glycerin als Lösungsmittel für die Ultraschallextraktion
Glycerin oder Glycerin kann als reines Lösungsmittel (100 %) oder als Mischung aus Glycerin und Wasser oder Ethanol für die Extraktion von Pflanzen verwendet werden. Erfahren Sie mehr über die Vorteile der Verwendung von Glyzerin als Extraktionslösungsmittel in Beschallungsprozessen.
Extraktion von Pflanzen in Glyzerin durch Sonikation
Die Botanikextraktion ist ein grundlegender Prozess in der analytischen Chemie, Biochemie und Naturstoffforschung, der darauf abzielt, spezifische Komponenten aus komplexen Gemischen zu isolieren. Herkömmliche Extraktionsverfahren wie die Mazeration oder die Soxhlet-Extraktion erfordern oft lange Verarbeitungszeiten und den Einsatz organischer Lösungsmittel, die Umwelt- und Gesundheitsrisiken bergen können. In den letzten zehn Jahren hat die Ultraschallextraktion die traditionellen Extraktionsverfahren wie Mazeration, Soxhlet- und Lösungsmittelextraktion ersetzt, da die Beschallung effizienter, schneller, effektiver und umweltfreundlicher ist. Neben diesen Vorteilen der Ultraschallextraktion erlaubt diese Technik die Verwendung des Lösungsmittels der Wahl. Ultraschallextraktoren können sogar rein pflanzliches Glycerin als Lösungsmittel verwenden.
Ultraschall-Homogenisator UP400ST für die Kräuterextraktion mit Glycerin als Lösungsmittel.
Pflanzliches Glyzerin ist ein ideales Extraktionslösungsmittel, da es nicht toxisch und nicht reizend ist und die Stabilität und Wirksamkeit empfindlicher bioaktiver Verbindungen bewahrt. Sowohl reines Glycerin als auch Glycerin-Wasser-Gemische sind nützliche Lösungsmittel für die Herstellung von Extrakten für Nahrungsergänzungsmittel und Nutraceuticals, Aromaextrakte, Lebensmittelzusatzstoffe und Kosmetika.
Wie funktionieren Sonden-Ultraschallgeräte für die Extraktion?
Die für die Pflanzenextraktion verwendeten Sonicators nutzen die Kraft des intensiven Ultraschalls. Über die Ultraschallsonde wird hochintensiver Ultraschall in das Lösungsmittel übertragen, wo zahlreiche Kavitationsblasen entstehen. Die rasche Bildung und das Kollabieren der mikroskopisch kleinen Kavitationsblasen erzeugen Scherkräfte und intensive Bewegung sowie lokal hohe Temperaturen und Drücke. Durch diese sonomechanischen Kräfte werden die Zellwände effektiv aufgebrochen und die Freisetzung intrazellulärer Verbindungen erleichtert. Diese durch Ultraschall verstärkte Extraktionstechnik bietet mehrere Vorteile, darunter kürzere Extraktionszeiten, eine höhere Ausbeute und die Möglichkeit, thermolabile Substanzen ohne signifikanten Abbau zu verarbeiten.
Pflanzliches Glycerin als Extraktionslösungsmittel
Pflanzliches Glycerin, eine farblose, geruchlose und viskose Flüssigkeit, die aus Pflanzenölen gewonnen wird, ist weithin für seine Lösungsmitteleigenschaften bekannt. Es ist ungiftig, biologisch abbaubar und weist eine ausgezeichnete Löslichkeit für eine Vielzahl von organischen Verbindungen auf. Als Lösungsmittel bietet pflanzliches Glycerin mehrere Vorteile gegenüber herkömmlichen organischen Lösungsmitteln:
- Sicherheit und Umweltauswirkungen: Glycerin ist ungiftig und umweltverträglich, was es zu einer bevorzugten Wahl für Anwendungen der grünen Chemie macht.
- Lebensmittel- und Pharmaqualität: Pflanzliches Glycerin ist in Lebensmittel- und Pharmaqualität erhältlich. Da es alkoholfrei, essbar und süß schmeckt, ist Glycerin ein geschätztes Lösungsmittel für Extrakte, die für Lebensmittel und Pharmazeutika bestimmt sind. In der Kosmetik ist Glycerin aufgrund seiner weichmachenden Eigenschaften ein beliebtes Lösungsmittel.
- Löslichkeit: Es kann sowohl hydrophile als auch hydrophobe Substanzen auflösen, wodurch sich die Bandbreite der extrahierbaren Verbindungen erweitert.
- Stabilität: Glyzerin ist chemisch stabil, was dazu beiträgt, die Integrität empfindlicher Verbindungen während der Extraktion zu bewahren.
Ultraschallgerät UIP1000hdT für die botanische Extraktion.
Protokoll: Ultraschallextraktion aus Kräuterblättern in Glyzerin
In diesem Protokoll führen wir Sie durch die Schritte der Ultraschallextraktion bioaktiver Verbindungen aus Kräuterblättern in reines Glyzerin. Sie können sich das ergänzende Video oben ansehen, um einen visuellen Eindruck des Ultraschallextraktionsprozesses zu erhalten.
Sie benötigen:
- frische oder getrocknete Kräuter
- 100% pflanzliches Glyzerin
- Sonotrode, z. B. die UP400St mit Sonotrode S24d22L2D
- Glasbecher
- dunkle Glasflasche zur Aufbewahrung
Schritt-für-Schritt-Anleitung
- Die Kräuterblätter in kleine Stücke (ca. 5x5 mm) hacken.
- Geben Sie die Kräuterblätter in das Becherglas.
- Fügen Sie das Glyzerin hinzu. Lassen Sie die Kräuter ein paar Minuten lang einweichen.
- Führen Sie die Sonotrode des Sonicators in das Becherglas ein. Zentrieren Sie die Sonde in der Mitte des Becherglases und achten Sie darauf, dass die Sonotrode nicht die Wände des Gefäßes berührt.
- Stellen Sie die Amplitude auf 100 % ein und starten Sie die Beschallung.
- Überwachen Sie die Temperatur mit dem Temperatursensor, der im Lieferumfang der UP400St enthalten ist.
- Wenn die Temperatur über den Wert ansteigt, den Sie nicht überschreiten möchten, können Sie den Sonicator entweder anhalten, um die Glyzerinaufschlämmung abkühlen zu lassen. Sie können im Menü der UP400St einen Temperaturgrenzwert einstellen. Zusätzlich können Sie das Becherglas in ein Eisbad stellen.
- Beschallen Sie bei einem Gesamtenergieeintrag von ca. 200-250 Ws/g. (Sie können den angestrebten Energieeintrag im Menü der UP400ST und aller digitalen Hielscher-Schallgeräte einstellen).
- Nach der Beschallung entfernen Sie das erschöpfte Pflanzenmaterial durch Filtration aus dem Glyzerin. Sie können ein Sieb, Filterpapier oder ein Käsetuch verwenden. Um die Filtration des zähflüssigen Glyzerins zu erleichtern, verwenden Sie eine Vakuumfiltration.
Störungsbeseitigung und Tipps:
Je kälter das Glyzerin ist, desto höher ist seine Viskosität. Hochviskose Flüssigkeiten erfordern einen leistungsstärkeren Schallgeber. Das 400 Watt starke Ultraschallgerät UP400St verarbeitet 100% Glyzerin bei Raumtemperatur souverän. Wenn Sie einen Schallkopf mit geringerer Leistung verwenden, können Sie ein Glyzerin-Wasser-Gemisch (z. B. 50:50 %v/v) verwenden.
Für kaltes Glyzerin, Ein Industriesonicator wie der 1000-Watt-Ultraschallprozessor UIP1000hdT ist ideal für die Verarbeitung hochviskoser Lösungsmittel.
Glycerin (Glycerin) ist in der Lage, die Integrität bioaktiver Verbindungen zu bewahren, was es in Verbindung mit seiner ungiftigen und biologisch abbaubaren Beschaffenheit zu einem attraktiven Lösungsmittel für die Pharma-, Kosmetik- und Lebensmittelindustrie macht. In Verbindung mit den milden Extraktionsbedingungen der Ultraschallbehandlung weisen Glyzerinextrakte mit Ultraschall eine ausgezeichnete Qualität und Bioverfügbarkeit auf. Der Beschallungsprozess gewährleistet höchste Effizienz, was zu hohen Ausbeuten, verkürzter Extraktionszeit und niedrigen Verarbeitungskosten führt! Verwenden Sie das Lösungsmittel Ihrer Wahl, erzielen Sie exzellente Extraktionsausbeuten und überlegene Extraktqualität mit Hielscher Sonicators!
Protokoll: Extraktion von Phytochemikalien aus Enzianwurzel
Eine praktische Anwendung von Glyzerin-Wasser-Gemischen bei der botanischen Ultraschallextraktion wird anhand der Isolierung von Phytochemikalien wie Amarogentin aus Enzianwurzel in 50 % Glyzerin mit dem Hielscher UP200Ht-Sonicator demonstriert. Die Enzianwurzel enthält bittere Geschmacksstoffe, die sowohl für die Lebensmittel- und Getränkeindustrie als auch für die traditionelle Medizin von Interesse sind.
Amarogentin hat einen Bitterkeitswert von 58.000.000 und ist in der Enzianwurzel in einer Konzentration von 0,15% enthalten. Die Bitterkeit von Enzian zeichnet sich durch einen sauberen Geschmack aus. Die Bitterstoffe der Enzianwurzel bieten eine hohe Potenz und werden als starke Geschmacksverbindung geschätzt.
Schritt-für-Schritt-Anleitung für die Extraktion von Enzianwurzeln mit Ultraschall und Glycerin als Lösungsmittel
Die Verwendung einer Glyzerin-Wasser-Mischung in Kombination mit dem Hochleistungssonicator UP200Ht führt zu einer hohen Ausbeute an extrahierten Phytochemikalien. Die milden Bedingungen des Glyzerins gewährleisten, dass die empfindlichen Verbindungen während des gesamten Prozesses stabil bleiben.
Glyzerin und seine Mischungen mit Wasser oder Ethanol bieten vielseitige Lösungsmitteloptionen für die botanische Extraktion mit Ultraschall. Trotz der Herausforderungen, die die hohe Viskosität von Glycerin mit sich bringt, können fortschrittliche Beschallungsgeräte wie die Hielscher UP200Ht diese Lösungsmittel effektiv handhaben und eine effiziente Extraktion wertvoller Phytochemikalien gewährleisten. Die Möglichkeit, die Zusammensetzung des Lösungsmittels anzupassen und die Kraft der Ultraschallwellen zu nutzen, macht die ultraschallgestützte Extraktion zu einer leistungsstarken Technik für die Isolierung bioaktiver Verbindungen aus Pflanzenmaterialien.
Ultraschall-unterstützte Extraktion in Glycerin
Die Kombination von Sonden-Ultraschallgeräten mit pflanzlichem Glycerin als Lösungsmittel stellt einen leistungsstarken Ansatz für die Extraktion dar. Die mechanischen Effekte der Ultraschallbehandlung verbessern den Stofftransport und damit die Effizienz des Glyzerins bei der Solubilisierung der Zielverbindungen. Diese Kombination ist besonders wirksam für die Extraktion bioaktiver Verbindungen aus Pflanzenmaterialien, wie Polyphenole, Alkaloide und ätherische Öle.
Anwendungen für die botanische Ultraschallextraktion in Glyzerin
Diese Extraktionstechnik hat vielversprechende Anwendungen in verschiedenen Bereichen:
- Pharmazeutika: Isolierung von pharmazeutischen Wirkstoffen aus Heilpflanzen.
- Lebensmittelindustrie: Extraktion von natürlichen Aromen, Farbstoffen und Antioxidantien.
- Kosmetika: Herstellung von bioaktiven Verbindungen für Hautpflege- und Schönheitsprodukte.
- tief eutektische Lösungsmittel Aufgrund der niedrigen Kosten, der hohen Verfügbarkeit, der Ungiftigkeit, der Nichtentflammbarkeit und der Nichtflüchtigkeit sind Glycerin und tief eutektische Lösungsmittel auf Glycerinbasis ideal für die Ultraschallextraktion von Polyphenolen und bieten eine äußerst nachhaltige Lösung.
- hoher Wirkungsgrad
- Modernste Technik
- Zuverlässigkeit & Robustheit
- einstellbare, präzise Prozesskontrolle
- Batch & Inline
- für jedes Volumen
- intelligente Software
- intelligente Funktionen (z. B. programmierbar, Datenprotokollierung, Fernsteuerung)
- einfach und sicher zu bedienen
- Geringer Wartungsaufwand
- CIP (Clean-in-Place)
Design, Herstellung und Beratung – Qualität Made in Germany
Hielscher Ultraschallgeräte sind bekannt für höchste Qualität und Designstandards. Robustheit und einfache Bedienung ermöglichen die problemlose Integration unserer Ultraschallgeräte in industrielle Anlagen. Raue Bedingungen und anspruchsvolle Umgebungen sind für Hielscher Ultraschallgeräte kein Problem.
Hielscher Ultrasonics ist ein ISO-zertifiziertes Unternehmen und legt großen Wert darauf, Hochleistungs-Ultraschallgeräte zu entwickeln und zu produzieren, die sich durch modernste Technik und Benutzerfreundlichkeit auszeichnen. Selbstverständlich sind Hielscher Ultraschallgeräte CE-konform und erfüllen die Anforderungen von UL, CSA und RoHs.
In der folgenden Tabelle finden Sie die ungefähre Verarbeitungskapazität unserer Ultraschallhomogenisatoren:
| Batch-Volumen | Durchfluss | Empfohlenes Ultraschallgerät |
|---|---|---|
| 0,5 bis 1,5 ml | n.a. | VialTweeter |
| 1 bis 500ml | 10 bis 200ml/min | UP100H |
| 10 bis 2000ml | 20 bis 400ml/min | UP200Ht, UP400St |
| 0.1 bis 20l | 0,2 bis 4l/min | UIP2000hdT |
| 10 bis 100l | 2 bis 10l/min | UIP4000hdT |
| 15 bis 150 Liter | 3 bis 15 l/min | UIP6000hdT |
| n.a. | 10 bis 100l/min | UIP16000 |
| n.a. | größere | Cluster aus UIP16000 |
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Sonicator MSR-4 mit 4x 4kW-Ultraschallsonden (insgesamt 16kW Ultraschallleistung) für die industrielle Extraktion von bioaktiven Substanzen.
Literatur / Literaturhinweise
- Sumbal Jamshaid, Dildar Ahmed (2022): Optimization of ultrasound-assisted extraction of valuable compounds from fruit of Melia azedarach with glycerol-choline chloride deep eutectic solvent. Sustainable Chemistry and Pharmacy, Volume 29, 2022.
- Jamshaid, S., Ahmed, D. & Aydar, A. Y. (2022): Ultrasound-assisted extraction optimization of polyphenols, flavonoids, and antioxidant compounds from fruit of Melia azedarach using a glycerol-based green deep eutectic solvent. Journal of Food Processing and Preservation, 46, e16657.
- Turrini, Federica; Donno, Dario; Beccaro, Gabriele; Zunin, Paola; Pittaluga, Anna; Boggia, Raffaella (2019): Pulsed Ultrasound-Assisted Extraction as an Alternative Method to Conventional Maceration for the Extraction of the Polyphenolic Fraction of Ribes nigrum Buds: A New Category of Food Supplements Proposed by The FINNOVER Project. Foods. 8. 466; 2019
- Petigny L., Périno-Issartier S., Wajsman J., Chemat F. (2013): Batch and Continuous Ultrasound Assisted Extraction of Boldo Leaves (Peumus boldus Mol.). International Journal of Molecular Science 14, 2013. 5750-5764.
Wissenswertes über Glyzerin
Was ist Glyzerin? Glycerin, auch bekannt als Glycerin, ist ein dreiwertiger Alkohol mit hoher Wasserlöslichkeit und Hygroskopizität. Dies macht es zu einem vielseitigen Lösungsmittel in verschiedenen Anwendungen. Die Viskosität von pflanzlichem Glycerin beträgt etwa 1400 Centipoise bei 20ºC. Glycerin ist ungiftig, biologisch abbaubar und recycelbar. Es wird aus erneuerbaren Quellen hergestellt, was es zu einem umweltfreundlichen Lösungsmittel macht. Da Glyzerin kostengünstig und leicht verfügbar ist, wird es in vielen Branchen eingesetzt. Da es nicht entflammbar und nicht flüchtig ist, ist Glycerin sicher in der Handhabung und Lagerung.
Glycerin ist in Wasser, Ethanol und Methanol löslich, was seine Anwendbarkeit als Lösungsmittel in verschiedenen chemischen Prozessen erweitert.
Für welche Anwendungen wird Glyzerin als Lösungsmittel verwendet?
Glyzerin wird für seine vielfältigen Anwendungen in der Lebensmittel- und Kosmetikindustrie geschätzt. Die Verwendung von Glyzerin als Lösungsmittel ist eine seiner wichtigsten Anwendungen, da es chemische Eigenschaften und eine hohe Vielseitigkeit als Lösungsmittel bietet.
In Kosmetika und Medizin: In der Kosmetik und Medizin wird Glycerin häufig als Weichmacher in Cremes und Gelen verwendet. Es dient als Lösungsmittel für viele schwer lösliche Stoffe und verbessert deren Bioverfügbarkeit. Die Wirksamkeit von Glycerin in diesen Anwendungen ergibt sich aus seiner chemischen Natur als dreiwertiger Alkohol, der eine hohe Wasserlöslichkeit und Hygroskopizität verleiht.
In Lebensmittel und Getränke: Glycerin erfüllt in der Lebensmittel- und Getränkeindustrie mehrere Funktionen. Es wirkt als Feuchthaltemittel, Lösungsmittel und Süßungsmittel und trägt zur Konservierung von Lebensmitteln bei. Es wird auch als Füllstoff in handelsüblichen fettarmen Lebensmitteln, wie z. B. Keksen, und als Verdickungsmittel in Likören verwendet.
Polyol-Eigenschaften: Glycerin, ein Polyol (Zuckeralkohol), ist bekannt dafür, dass es ungiftig, biologisch abbaubar und recycelbar ist. Es wird aus erneuerbaren Quellen hergestellt und fungiert aufgrund seiner dreiwertigen Alkoholstruktur als polares protisches Lösungsmittel. Das macht es sehr hydrophil und löslich in Wasser, Ethanol und Methanol.
Wasser-Extraktion Co-Lösungsmittel: Glyzerin ist ein wirksames Co-Lösungsmittel für Wasserextraktionsverfahren, das sich insbesondere durch seine Wirksamkeit bei der Gewinnung von Polyphenolextrakten auszeichnet.
Welche Rolle spielt Glyzerin bei der Ultraschallextraktion?
Glycerin, auch bekannt als Glycerin, ist eine farblose, geruchlose, viskose Flüssigkeit, die häufig als Lösungsmittel für botanische Extraktionen verwendet wird. Aufgrund seiner einzigartigen Eigenschaften eignet es sich besonders für die Extraktion empfindlicher sekundärer Pflanzenstoffe, die unter härteren Bedingungen abgebaut werden könnten. Diese Fähigkeit von Glycerin, die Integrität bioaktiver Verbindungen zu bewahren, in Verbindung mit seiner ungiftigen und biologisch abbaubaren Beschaffenheit, macht es zu einem attraktiven Lösungsmittel für die Pharma-, Kosmetik- und Lebensmittelindustrie. Reines Glyzerin wird häufig als Extraktionslösungsmittel verwendet, aber auch mit Wasser oder Ethanol in unterschiedlichen Verhältnissen gemischt.
Glyzerin-Wasser-Gemische: Durch das Mischen von Glyzerin mit Wasser wird die Viskosität der Lösung verringert, was die Kavitationseffizienz bei der Ultraschallextraktion erhöht. Ein typisches Gemisch könnte aus 50 % Glyzerin und 50 % Wasser bestehen, um ein Gleichgewicht zwischen Viskosität und Lösungsmittelwirksamkeit herzustellen. Diese Kombination ist besonders wirksam bei der Extraktion von Verbindungen wie Bitterstoffen aus Enzianwurzeln, wie sich bei Ultraschallverfahren gezeigt hat.
Glyzerin-Ethanol-Gemische: Durch die Zugabe von Ethanol zu Glycerin entsteht ein Lösungsmittelgemisch mit geringerer Viskosität und verbesserten Lösungsmitteleigenschaften. Da Ethanol ein gutes Lösungsmittel für viele sekundäre Pflanzenstoffe ist, trägt es zu einer effizienteren Extraktion der Verbindungen bei, während die Glycerinkomponente die Stabilität und Biokompatibilität des fertigen Extrakts gewährleistet.
Hielscher Ultrasonics fertigt Hochleistungs-Ultraschall-Homogenisatoren vom Labor bis zum voll-kommerziellen Industriemaßstab.