Hocheffiziente Chaga-Extraktion mittels Ultraschall

Chaga-Pilze (Inonotus obliquus) sind reich an sehr wirksamen sekundären Pflanzenstoffen (z.B. Polysacchariden, Betulinsäure und Triterpenoiden), die bekanntermaßen zur Gesundheit beitragen und Krankheiten bekämpfen. Der Einsatz von Hochleistungs-Ultraschall zur Chaga-Extraktion ist das bevorzugte Verfahren, um hochwertige Chaga-Extrakte mit höchster Qualität und Ausbeute herzustellen.

Chaga-Pilzextrakte durch Ultraschall

Die Ultraschallextraktion ist ein äußerst wirksames Verfahren zur Freisetzung sekundärer Pflanzenstoffe aus biologischen Rohstoffen wie Pflanzen und Pilzen.
Chaga-Pilze sind reich an verschiedenen Verbindungen wie Polysacchariden, Triterpenen und Polyphenolen, die für den Großteil ihrer gesundheitsfördernden und therapeutischen Wirkungen verantwortlich sind. Zu den wichtigsten bioaktiven Verbindungen des Chaga gehören unter anderem Polysaccharide (z.B. β-Glucane und Proteoglykane mit d-Galactose, d-Glucose, d-Xylose und d-Mannose), Triterpenoide (z.B. Betulin und Betulinsäure), Polyphenole und Phytosterole (z.B. Inotodiol).

Die Ultraschallextraktion schließt die Zellen des Chaga-Pilzes effizient auf und setzt die intrazellulären Verbindungen, also die bioaktiven sekundären Pflanzenstoffe, in das Lösungsmittel frei. Die Ultraschallextraktion beruht auf dem Wirkprinzip der akustischen Kavitation. Die Auswirkungen der Ultraschallkavitation bzw. akustischen Kavitation sind hohe Scherkräfte, Turbulenzen und starke Druckunterschiede. Diese sonomechanischen Kräfte brechen Zellstrukturen wie die chitinhaltigen Zellwände der Pilze auf, fördern den Stofftransport zwischen Chaga-Material und Lösungsmittel und ermöglichen sehr hohe Extraktausbeuten in einem schnellen Prozess. Darüber hinaus fördert die Beschallung die Sterilisation der Extrakte, indem sie Bakterien und Mikroben abtötet. Die mikrobielle Inaktivierung durch Beschallung beruht auf der zerstörerischen Wirkung der Kavitationskräfte auf die Zellmembran, der Bildung freier Radikale und lokaler Erwärmung.

Warum ist die Chaga-Extraktion mit Ultraschall so vorteilhaft?

Die Ultraschallextraktion wird in vielen Bereichen der Extraktherstellung eingesetzt, z.B. zur Gewinnung von Pflanzen- und Kräuterextrakten für Lebensmittel, Nahrungsergänzungsmittel, Arzneimittel und Kosmetika. Ein besonders bekanntes Beispiel für die Ultraschallextraktion ist die Extraktion von Cannabidiol (CBD) und anderen Verbindungen aus der Cannabispflanze.
Da die Ultraschallextraktion ein nichtthermisches Extraktionsverfahren ist, werden die bioaktiven Verbindungen schonend mit Ultraschallwellen behandelt. Dadurch wird der thermische Abbau empfindlicher Pflanzenstoffe verhindert. Alle Ultraschallprozessparameter, also Amplitude, Intensität, Temperatur und Druck, lassen sich exakt kontrollieren. Dies ermöglicht eine präzise Prozess- und Qualitätskontrolle und erleichtert die Wiederholung und Reproduktion einmal erzielter Extraktionsergebnisse. Extrakthersteller schätzen die Ultraschallbehandlung wegen ihrer zuverlässigen Prozesswiederholbarkeit, die zur Standardisierung von Prozessen und Produkten auf hohem Qualitätsniveau beiträgt.

Hochwertige Chaga-Extrakte mit hoher Ausbeute durch Ultraschall

Forschungsergebnisse bestätigen, dass mittels Ultraschall hergestellte Chaga-Pilzextrakte mehr Triterpenoide enthalten als ein herkömmlicher Heißwasserextrakt. Das Ultraschallextraktionsverfahren fördert die Freisetzung und Isolierung aller wichtigen Verbindungen aus Chaga-Pilzen (I. obliquus). Die ultraschallgestützte Extraktion übertrifft alternative Extraktionsverfahren durch eine höhere Effizienz und eine verbesserte Bioverfügbarkeit der bioaktiven sekundären Pflanzenstoffe im Pilzextrakt. Die Auszüge aus wissenschaftlichen Studien belegen die hohe Effizienz und Ausbeute der Chaga-Extraktion mit Ultraschall.

Extraktion von Polysacchariden aus Chaga

Zhang et al. setzten die ultraschallgestützte Extraktion ein, um optimale Bedingungen für die Extraktion von Polysacchariden aus I. obliquus zu ermitteln. Die besten Bedingungen umfassten die Verwendung von Wasser als Lösungsmittel über 15 Minuten bei 95 °C mittels Ultraschallextraktion, wobei Extraktionswerte von 1,82% erzielt wurden.

Extraktion von Betulin / Betulinsäure aus Chaga

Die Ergebnisse zeigen, dass Ultraschall eine aktive Rolle bei der Extraktion von Betulin und Betulinsäure spielte, da er Zellwände aufbrechen und den Stoff- und Wärmetransport verbessern kann. Dies trägt wiederum dazu bei, die gewünschten sekundären Pflanzenstoffe in kurzer Zeit mit hoher Effizienz erfolgreich zu extrahieren. Der geringe Anstieg der Ausbeuten durch einen zusätzlichen Lösungsmittel-Extraktionsschritt nach der Ultraschallbehandlung deutete darauf hin, dass der Großteil dieser Verbindungen bereits aus der Biomasse extrahiert worden sein musste. Die erzielten Ergebnisse geben die maximal extrahierbare Betulinmenge in der Biomasse an. (Alhazmi, 2017) Insgesamt erhöhte die Ultraschallbehandlung die Ausbeute an Betulin und Betulinsäure erheblich.

Schrittweise Extraktionsanleitung

Um einen wirkstoffreichen Vollspektrumextrakt aus Chaga-Pilzen (Inonotus obliquus) zu isolieren, wird ein zweistufiges Extraktionsverfahren mit Leistungsultraschall angewendet.
Material: Getrockneter I. obliquus (100g) wird in kleinere Stücke von etwa 1,3cm² (0,5×0,5 Zoll) zerkleinert. Das zerkleinerte Pilzmaterial wird in ein Becherglas mit 1,5L Fassungsvermögen gegeben.

1. Schritt: Ultraschall-Kaltextraktion: Der getrocknete, gemahlene Chaga wird in 1000 mL einer Lösung aus 60% Ethanol in gereinigtem oder destilliertem Wasser (v/v; 60% Ethanol : 40% Wasser) suspendiert, indem das Lösungsmittelgemisch in das Becherglas mit dem Chaga gegeben wird. Für die Extraktion wird ein Ultraschallextraktor UP400St mit der Sonotrode S24d22L2D verwendet. Die Sonotrode des Ultraschallgeräts wird in die Suspension aus Pilzmaterial und Lösungsmittel eingetaucht. Ein Rührer kann optional eingesetzt werden und dazu beitragen, die Pflanzenpartikel gleichmäßig zur Sonotrode zu transportieren. Achten Sie darauf, dass die Sonotrode die Wände des Becherglases nicht berührt. Stellen Sie die Amplitude auf 100% ein und beschallen Sie etwa 10 min lang. Der UP400St wird mit einem steckbaren Temperatursensor geliefert. Verbinden Sie das Thermoelement mit dem Ultraschallgerät und tauchen Sie den Sensor in die Suspension ein. Im digitalen Menü des Ultraschallgeräts UP400St können Sie eine obere Temperaturgrenze einstellen. Das Ultraschallgerät pausiert, sobald diese Höchsttemperatur erreicht ist, und startet automatisch wieder, sobald die Suspension den unteren Wert des eingestellten ∆T erreicht hat. Empfohlene ∆T-Werte sind etwa 30°C als oberer und 20°C als unterer Temperaturwert. Ein Wasser- oder Eisbad hilft, die Temperatur während der Beschallung niedrig zu halten. Nach der Beschallung werden die Pilzfeststoffe durch Filtration und Auspressen entfernt. Das Lösungsmittel mit den extrahierten sekundären Pflanzenstoffen wird einer Vakuumverdampfung oder Rotationsverdampfung unterzogen, sodass schließlich die Chaga-Fraktion aus der Ethanolextraktion gewonnen wird. Die verbleibenden Chaga-Feststoffe können für einen optionalen zweiten Einweichschritt, die Ultraschall-Heißextraktion, verwendet werden.
2. Schritt (optional): Ultraschall-Heißextraktion: Das aus der ersten Extraktion zurückgewonnene Chaga-Rohmaterial wird im zweiten Schritt, der Ultraschall-Heißextraktion, verwendet, um die Fraktion der noch in den Chaga-Pilzen verbliebenen sekundären Pflanzenstoffe zu isolieren. Das Pilzmaterial wird in ein Becherglas gegeben, mit 600mL frischem Lösungsmittelgemisch aus 60% Ethanol : 40% Wasser versetzt und auf etwa 70°C erhitzt. Während der Beschallung kann die Temperatur auf bis zu 95°C steigen. Die zusätzliche Wärme fördert die Freisetzung der verbleibenden sekundären Pflanzenstoffe. Da nahezu alle temperaturempfindlichen Verbindungen in Schritt 1 unter kontrollierten Temperaturbedingungen extrahiert wurden, kann dieser zweite Schritt optional eingesetzt werden, um einen sehr wirkstoffreichen Extrakt herzustellen, der sämtliche sekundären Pflanzenstoffe des Chaga-Pilzes enthält. Die Suspension wird mit dem UP400St auf die oben beschriebene Weise beschallt. Filtrieren Sie, pressen Sie das Pilzmaterial aus und trennen Sie es vom Wasserextrakt. Die Pflanzeninhaltsstoffe aus der zweiten Extraktion werden ebenfalls durch Verdampfung isoliert.

Die beiden Chaga-Extraktfraktionen aus der Wasser- und Ethanolextraktion werden miteinander vermischt, sodass ein Vollspektrum-Chaga-Pilzextrakt entsteht. Dieser Extrakt kann zu verschiedenen Produkten wie Tinkturen, Kapseln oder essbaren Produkten formuliert werden.

Dieser Prozess lässt sich vollständig linear auf jedes andere Volumen skalieren. Bei Anwendung derselben Ultraschallparameter (Ultraschallintensität Ws/L, Druck, Temperatur, Feststoff-Flüssigkeits-Konzentration) können alle einmal erzielten Ergebnisse der Chaga-Extraktion mit Ultraschall einfach auf größere oder kleinere Volumina übertragen werden, wobei dieselben Ergebnisse hinsichtlich Ausbeute und Prozesseffizienz erzielt werden.

Mittels Ultraschall hergestellte Pilzextrakte sind reich an Polysacchariden, die für zahlreiche gesundheitsfördernde Wirkungen bekannt sind. Das Ultraschallgerät UP100H ist ein Ultraschallextraktor mit einer Leistung von 100 Watt zur effizienten Extraktion von Heilpilzen wie Chaga, Igelstachelbart, Reishi oder Cordyceps.

Ihre Wahl des Lösungsmittels

Die Ultraschallextraktion ist mit jedem Lösungsmittel kompatibel. Dadurch können Sie das Lösungsmittel Ihrer Wahl verwenden. In der obigen Anleitung zur Chaga-Extraktion empfehlen wir ein Lösungsmittelgemisch aus 60% Ethanol : 40% Wasser (v/v). Die Kombination aus Ethanol und Wasser ermöglicht die Freisetzung sekundärer Pflanzenstoffe unterschiedlicher Polarität. Alternativ kann eine zweiphasige Extraktion mit Ethanol im ersten und Wasser im zweiten Extraktionsschritt durchgeführt werden. Die Ultraschallextraktion mit einer Lösungsmittelkombination aus Alkohol und Wasser setzt wasserlösliche und alkohollösliche sekundäre Pflanzenstoffe aus Pilzen wie Chaga frei.
Die Extraktion ist daher grundlegend für die Herstellung reiner und wirkstoffreicher Pilzextrakte.
Weitere Lösungsmittel für die Extraktion von Inonotus obliquus sind unter anderem Isopropanol, Methanol, Methanol mit 10% Essigsäure und Ethylacetat. Für Extrakte in Lebensmittelqualität wird ein ungiftiges Lösungsmittel empfohlen, da nach der Entfernung des Lösungsmittels (z.B. durch Verdampfung) gelegentlich Spuren davon im Extrakt zurückbleiben können.

Warum liefern Ultraschallbäder unzureichende Ergebnisse bei der Chaga-Extraktion?

Ultraschallbäder werden häufig für schonende Reinigungsanwendungen eingesetzt. In einem Ultraschallbad tritt akustische Kavitation unkontrolliert und ungleichmäßig verteilt in einem relativ großen Becken auf. Wenn Sie ein Becherglas mit Ihrem Pilz-Lösungsmittel-Gemisch in ein Ultraschallbad stellen, müssen die bereits schwachen Ultraschallwellen die Wände des Becherglases durchdringen, wodurch die Ultraschallintensität noch weiter abnimmt. Das bedeutet, dass die Ultraschallintensität eines Ultraschallreinigungsbeckens für eine effiziente Pilzextraktion zu gering ist. Pilzzellwände enthalten Chitin, ein widerstandsfähiges Material, das Pilzzellen sehr starr und schwer aufschließbar macht. Um die bioaktiven Verbindungen aus Pilzen wie Chaga freizusetzen, ist Ultraschall hoher Intensität erforderlich. Sonotroden erzeugen eine wesentlich intensivere akustische Kavitation, deren Kräfte die Pilzzellwände aufbrechen.

Das UV-Vis-Analysediagramm zeigt den Vergleich zwischen der Chaga-Pilzextraktion mit einer Sonotrode und mit einem Ultraschallbad. Das Sonotroden-Ultraschallgerät UP100H (schwarze Kurve) liefert deutlich höhere Ausbeuten an bioaktiven Chaga-Verbindungen.

 
Erfahren Sie mehr über die Unterschiede zwischen Sonotroden und Ultraschallbädern und vergleichen Sie deren Extraktionseffizienz!

Hochleistungs-Ultraschallgeräte zur Chaga-Extraktion

Die Ultraschallextraktion ist eine zuverlässige Verfahrenstechnologie, die die Herstellung hochwertiger Extrakte aus verschiedenen Rohstoffen wie Chaga und anderen Pilzen erleichtert und beschleunigt. Das Portfolio von Hielscher Ultrasonics umfasst das gesamte Spektrum von kompakten Labor-Ultraschallgeräten bis hin zu industriellen Extraktionssystemen. So können wir bei Hielscher Ihnen das am besten geeignete Ultraschallgerät für Ihre geplante Verarbeitungskapazität anbieten. Unsere langjährig erfahrenen Mitarbeiter unterstützen Sie von Machbarkeitstests und der Prozessoptimierung bis zur Installation Ihres Ultraschallsystems im endgültigen Produktionsmaßstab.
Dank ihres geringen Platzbedarfs und ihrer vielseitigen Installationsmöglichkeiten passen unsere Ultraschallextraktoren auch in Pektinverarbeitungsanlagen mit begrenztem Raumangebot. Ultraschallprozessoren werden weltweit in Produktionsanlagen für Lebensmittel, Arzneimittel und Nahrungsergänzungsmittel installiert.

Hielscher Ultrasonics – Ausgereifte Extraktionstechnik

Das Produktportfolio von Hielscher Ultrasonics umfasst das gesamte Spektrum leistungsstarker Ultraschallextraktoren vom kleinen bis zum großen Maßstab. Zusätzliches Zubehör ermöglicht die einfache Zusammenstellung der für Ihren Chaga-Extraktionsprozess am besten geeigneten Ultraschallgerätekonfiguration. Die optimale Ultraschallkonfiguration hängt von der geplanten Kapazität, dem Volumen, dem Rohmaterial, dem Chargen- oder Inline-Verfahren sowie dem Zeitplan ab.

Chargenbetrieb und kontinuierlicher Durchfluss

Ultraschallgeräte von Hielscher können sowohl im Chargenbetrieb als auch im kontinuierlichen Durchfluss eingesetzt werden. Die Ultraschallbehandlung im Chargenbetrieb eignet sich ideal für Prozessversuche, die Optimierung und die Produktion in kleinem bis mittlerem Maßstab. Für die Verarbeitung großer Mengen an Chaga-Pilzen kann der Inline-Betrieb vorteilhafter sein. Ein kontinuierlicher Inline-Mischprozess erfordert einen durchdachten Aufbau – bestehend aus einer Pumpe, Schläuchen oder Rohrleitungen und Tanks –, ist jedoch hocheffizient, schnell und mit deutlich weniger Arbeitsaufwand verbunden. Alle industriellen Systeme können unter erhöhtem Druck betrieben werden, was die Kavitation und damit die Extraktionseffizienz steigert. Hielscher Ultrasonics bietet die für Ihr Extraktionsvolumen und Ihre Prozessziele am besten geeignete Extraktionskonfiguration.

Ultraschallextraktoren für jede Produktionskapazität

Das Produktsortiment von Hielscher Ultrasonics umfasst das gesamte Spektrum an Ultraschallprozessoren: von kompakten Labor-Ultraschallgeräten über Tischgeräte und Pilotanlagen bis hin zu industriellen Ultraschallprozessoren, die Lkw-Ladungen pro Stunde verarbeiten können. Dieses umfassende Produktsortiment ermöglicht es uns, Ihnen den am besten geeigneten Ultraschallextraktor für Ihren Chaga sowie andere Pilze, Ihre Verarbeitungskapazität und Ihre Produktionsziele anzubieten.
Ultraschall-Tischgeräte eignen sich ideal für Machbarkeitstests und die Prozessoptimierung. Die lineare Maßstabsvergrößerung auf Basis etablierter Prozessparameter ermöglicht es, die Verarbeitungskapazität sehr einfach von kleineren Chargen auf die kommerzielle Produktion im vollen Umfang zu erhöhen. Die Maßstabsvergrößerung kann entweder durch die Installation eines leistungsstärkeren Ultraschallextraktors oder durch die Parallelschaltung mehrerer Ultraschallgeräte erfolgen. Mit dem UIP16000 bietet Hielscher den weltweit leistungsstärksten Ultraschallextraktor an.

Präzise einstellbare Amplituden für optimale Ergebnisse

Alle Ultraschallgeräte von Hielscher lassen sich präzise steuern und sind damit zuverlässige Arbeitspferde in der Produktion. Die Amplitude ist einer der entscheidenden Prozessparameter, die die Effizienz und Wirksamkeit der Ultraschallextraktion sekundärer Pflanzenstoffe aus dem Chaga-Pilz (Inonotus obliquus) beeinflussen.
Alle Prozessoren von Hielscher Ultrasonics ermöglichen eine präzise Einstellung der Amplitude. Sonotroden und Booster sind Zubehörteile, mit denen sich die Amplitude in einem noch größeren Bereich verändern lässt. Die industriellen Ultraschallprozessoren von Hielscher können sehr hohe Amplituden erzeugen und die erforderliche Ultraschallintensität für anspruchsvolle Anwendungen bereitstellen. Amplituden von bis zu 200µm lassen sich problemlos dauerhaft im 24/7-Betrieb einsetzen.
Präzise Amplitudeneinstellungen und die kontinuierliche Überwachung der Ultraschallprozessparameter durch intelligente Software ermöglichen es Ihnen, Ihr Pilzrohmaterial unter den wirksamsten Ultraschallbedingungen zu behandeln. Optimale Beschallung für beste Extraktionsergebnisse!
Die Robustheit der Ultraschallgeräte von Hielscher ermöglicht den 24/7-Betrieb unter hoher Belastung und in anspruchsvollen Umgebungen. Damit sind die Ultraschallgeräte von Hielscher zuverlässige Arbeitsgeräte, die Ihre Extraktionsanforderungen erfüllen.

Einfache, risikofreie Tests

Ultraschallprozesse lassen sich vollständig linear skalieren. Das bedeutet, dass jedes Ergebnis, das Sie mit einem Labor-Ultraschallgerät oder einem Ultraschall-Tischgerät erzielt haben, unter Verwendung exakt derselben Prozessparameter mit genau demselben Resultat auf einen größeren Maßstab übertragen werden kann. Dadurch eignet sich die Ultraschallbehandlung ideal für risikofreie Machbarkeitstests, die Prozessoptimierung und die anschließende Umsetzung in der kommerziellen Produktion. Kontaktieren Sie uns, um zu erfahren, wie die Beschallung Ihre Produktion von Chaga-Extrakten steigern kann.

Höchste Qualität – in Deutschland entwickelt und gefertigt

Als Unternehmen in Familienbesitz und unter Familienführung legt Hielscher größten Wert auf höchste Qualitätsstandards für seine Ultraschallprozessoren. Alle Ultraschallgeräte werden an unserem Hauptsitz in Teltow bei Berlin in Deutschland entwickelt, gefertigt und auf Herz und Nieren geprüft. Die Robustheit und Zuverlässigkeit der Ultraschallgeräte von Hielscher machen sie zu Arbeitspferden in Ihrer Produktion. Der 24/7-Betrieb unter Volllast und in anspruchsvollen Umgebungen ist eine selbstverständliche Eigenschaft der Hochleistungs-Extraktoren von Hielscher.
Sie können Ultraschallprozessoren von Hielscher in verschiedenen Größen und exakt auf Ihre Prozessanforderungen bei der Pilzextraktion abgestimmt kaufen. Von der Behandlung von Pilzen in einem kleinen Laborbecherglas bis zum kontinuierlichen Mischen von Pilzsuspensionen im Durchfluss auf industriellem Niveau bietet Hielscher Ultrasonics Ihnen ein geeignetes Ultraschallgerät! Kontaktieren Sie uns – wir empfehlen Ihnen gerne die ideale Ultraschallkonfiguration!

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