Hocheffiziente Chaga-Extraktion mittels Ultraschall

Chaga-Pilze (Inonotus obliquus) sind reich an hochpotenten Phyto-Nährstoffen (z.B. Polysaccharide, Betulinsäure, Triterpenoide), die dafür bekannt sind, dass sie zur Erhaltung der Gesundheit und zur Bekämpfung von Krankheiten beitragen. Die Verwendung von Hochleistungs-Ultraschall für die Chaga-Extraktion ist die bevorzugte Technik, um überlegene Chaga-Extrakte von höchster Qualität und Ausbeute herzustellen.

Chaga-Pilzextrakte mittels Ultraschall

Die Ultraschallextraktion ist ein hochwirksames Verfahren zur Freisetzung phytochemischer Verbindungen aus pflanzlichen Stoffen wie Pflanzen und Pilzen.
Chaga-Pilze sind reich an verschiedenen Verbindungen wie Polysacchariden, Triterpenen und Polyphenolen, die für die meisten seiner gesundheitsfördernden und therapeutischen Wirkungen verantwortlich sind. Die wichtigsten bioaktiven Verbindungen des Chaga sind Polysacchardide (z.B. β-Glucane, Proteoglykane, die d-Galactose, d-Glucose, d-Xylose und d-Mannose enthalten), Triterpene (z.B. Betulin, Betulinsäure), Polyphenole, Phytosterole (z.B. Inotodiol) und andere Verbindungen.

Die Ultraschallextraktion bricht die Zellen des Chaga-Pilzes effizient auf und setzt die intrazellulären Verbindungen (d.h. die bioaktiven Phytochemikalien) in das Lösungsmittel frei. Die Ultraschallextraktion basiert auf dem Wirkprinzip der akustischen Kavitation. Die Auswirkungen der Ultraschall- / akustischen Kavitation sind hohe Scherkräfte, Turbulenzen und intensive Druckunterschiede. Diese sonomechanischen Kräfte brechen zelluläre Strukturen wie die chitinösen Pilzzellwände auf, fördern den Stoffaustausch zwischen Chaga-Material und Lösungsmittel und führen zu sehr hohen Extraktausbeuten innerhalb eines schnellen Prozesses. Zusätzlich fördert die Beschallung (Sonifizierung) die Sterilisation der Extrakte durch Abtötung von Bakterien und Mikroben. Die mikrobielle Inaktivierung durch Beschallung ist das Ergebnis der zerstörerischen Kavitationskräfte auf die bakterielle Zellmembran, der Produktion von freien Radikalen und der lokalen Erwärmung.

Warum ist die Chaga-Extraktion mit Ultraschall so vorteilhaft?

Die Ultraschall-Extraktion wird in vielen Bereichen der Extraktherstellung eingesetzt, z.B. bei Pflanzen- und Kräuterextrakten für Lebensmittel, Nahrungsergänzungsmittel, Pharmazeutika und Kosmetika. Ein sehr prominentes Beispiel für die Ultraschall-Extraktion ist die Gewinnung von Cannabidiol (CBD) und anderen Verbindungen aus der Cannabispflanze.
Da es sich bei der Ultraschallextraktion um eine nicht-thermische Extraktionstechnik handelt, werden die bioaktiven Verbindungen schonend mit Ultraschallwellen bearbeitet. Durch das schonende, nicht-thermische Ultraschallverfahren wird der thermische Abbau von empfindlichen Pflanzenstoffen verhindert. Alle Ultraschall-Prozessparameter, d.h. Amplitude, Intensität, Temperatur und Druck, können exakt gesteuert werden. Dies ermöglicht eine präzise Prozess- und Qualitätskontrolle und macht es einfach, einmal erzielte Extraktionsergebnisse zu wiederholen und zu reproduzieren. Extrakthersteller schätzen die Ultraschallbehandlung wegen ihrer zuverlässigen Prozesswiederholbarkeit, die zur Standardisierung von Prozessen und Produkten von höchstem Qualitätsniveau beiträgt.

Hochwertige Chaga-Extrakte mit hoher Ausbeute durch Ultraschall

Die Forschung bestätigt, dass mit Ultraschall hergestellte Chaga-Pilzextrakte mehr Triterpenoide enthalten als ein herkömmliches Heißwasser-Extrakt. Die Ultraschallextraktionstechnik fördert die Freisetzung und Isolierung aller wichtigen Verbindungen aus Chaga (I. obliquus) Pilzen. Die ultraschall-gestützte Extraktion übertrifft alternative Extraktionsmethoden durch eine höhere Effizienz und eine verbesserte Bioverfügbarkeit der bioaktiven Phytochemikalien im Pilzextrakt. Die unten stehenden Auszüge aus wissenschaftlichen Forschungsstudien belegen die hohe Effizienz und Ausbeute der ultraschall-gestützten Chaga-Extraktion.

Extraktion von Polysacchariden aus Chaga

Zhang et al. nutzten die ultraschall-gestützte Extraktion, um optimale Bedingungen für die Extraktion von Polysacchariden aus I. obliquus zu entwickeln, wobei die besten Bedingungen mittels Ultraschallextraktion unter Verwendung von Wasser als Lösungsmittel für 15 Minuten bei 95°C mit einer waren. Damit wurden Extraktionswerte von 1,82 % erzielt.

Betulin / Betulinsäure-Extraktion aus Chaga

Die Ergebnisse zeigen, dass Ultraschall eine aktive Rolle bei der Extraktion von Betulin und Betulinsäure spielt, da die intensiven Ultraschallwellen die Zellwände aufschließen und einen besseren Massen- und Wärmetransfer fördert. Dies wiederum hilft, die gewünschten Phytochemikalien in kurzer Zeit mit hoher Effizienz erfolgreich zu extrahieren. Der geringe Anstieg der Ausbeuten bei der Hinzufügung eines Lösungsmittelextraktionsschritts nach der Ultraschallextraktion deutet darauf hin, dass die meisten bioaktiven Verbindungen bereits aus der Biomasse extrahiert wurden. Die erzielten Ergebnisse weisen auf die maximale Menge an extrahierbarem Betulin in der Biomasse hin. (Alhazmi, 2017) Insgesamt erhöhte die Ultraschallextraktion die Ausbeute an Betulin und Betulinsäure drastisch.

Schritt-für-Schritt-Extraktionsprotokoll

Um ein starkes Vollspektrum-Extrakt aus Chaga-Pilzen (Inonotus obliquus) zu isolieren, wird vorzugsweise ein zweistufiges Extraktionsprotokoll unter Verwendung von Leistungsultraschall angewendet.
Material: Getrockneter Chaga (I. obliquus) (100 g) wird in kleinere Stücke von ca. 1,3 cm2 (0,5 ×0,5 Zoll) zerkleinert. Das zerkleinerte Pilzmaterial wird in einen 1,5-Liter-Glasbecher gegeben.

1. Schritt: Kaltextraktion mit Ultraschall: Der getrocknete, gemahlene Chaga wird in 1000 mL 60%igem Ethanol in gereinigtem oder destilliertem Wasser (v/v; 60% Ethanol : 40% Wasser) suspendiert, indem das Lösungsmittelgemisch in das Glasbecherglas mit dem Chaga gegeben wird. Für die Extraktion wird ein Ultraschallextraktor UP400St mit der Sonotrode S24d22L2D verwendet. Das Horn (Sonotrode) des Ultraschallgeräts wird in die Suspension aus Pilz und Lösungsmittel getaucht. Die Verwendung eines Rührers ist optional, kann aber helfen, die Pilzteile gleichmäßig zur Sonotrode zu transportieren. Achten Sie darauf, dass die Sonotrode nicht die Wände des Becherglases berührt. Stellen Sie die Amplitude auf 100 % und beschallen Sie für ca. 10 min. Die UP400St ist mit einem steckbaren Temperatursensor ausgestattet. Verbinden Sie das Thermoelement mit dem Ultraschallgerät und stecken Sie den Sensor in die Suspension. Im digitalen Menü des Ultraschallgeräts UP400St können Sie eine obere Temperaturgrenze einstellen. Das Ultraschallgerät pausiert bei Erreichen dieses Temperaturmaximums und startet automatisch, sobald die Suspension den unteren Wert des eingestellten ∆T erreicht hat. Empfohlene ∆T-Werte sind ca. 30°C als oberer und 20°C als unterer Temperaturwert. Die Verwendung eines Wasser- oder Eisbades hilft, die Temperatur während der Beschallung konstant niedrig zu halten. Nach der Beschallung werden die Pilzfeststoffe durch Filtration und Pressen entfernt. Das Lösungsmittel mit den extrahierten Phyto-Chemikalien wird einer Vakuumverdampfung oder Rotorverdampfung unterzogen, so dass schließlich die Chaga-Fraktion aus der Ethanol/Wasser-Extraktion gewonnen wird. Die restlichen Chaga-Feststoffe können für einen optionalen zweiten Extraktionsschritt, die Ultraschall-Heißextraktion, verwendet werden.
2. Schritt (optional): Ultraschall-Heißextraktion: Das aus der ersten Extraktion gewonnene Chaga-Rohmaterial wird im zweiten Schritt der Ultraschall-Heißextraktion verwendet, um die Fraktion der noch verbliebenen Phytochemikalien in den Chaga-Pilzen zu isolieren. Das Pilzmaterial wird in ein Glasbecherglas gegeben, 600mL frische 60% Ethanol : 40% Wasser-Lösungsmittellösung werden hinzugefügt und auf ca. 70°C erhitzt. Während der Sonifizierung kann die Temperatur auf bis zu 95°C ansteigen. Die zusätzliche Hitze fördert die Freisetzung der restlichen Phytochemikalien. Da in Schritt 1 fast alle thermosensiblen Verbindungen unter thermisch kontrollierten Bedingungen extrahiert wurden, kann dieser zweite Schritt optional angewendet werden, um ein sehr starkes Extrakt zu erzeugen, das alle Phytochemikalien des Chaga-Pilzes enthält. Die Suspension wird mit der UP400St auf die gleiche Weise wie oben beschrieben beschallt. Filtern, pressen und trennen Sie die Pilze vom Ethanol/Wasser-Lösungsmittel. Auch bei der zweiten Extraktion werden die Phyto-Substanzen durch Eindampfen isoliert.

Beide Chaga-Extraktfraktionen, aus der Kalt- und Heiß-Extraktion, werden miteinander vermischt, so dass ein Vollspektrum-Chaga-Pilzextrakt erhalten wird. Dieser Extrakt kann in verschiedene Produkte wie Tinkturen, Kapseln oder essbare Produkte formuliert werden.

Der Ultraschallextraktions-Prozess ist vollständig linear auf jedes andere Volumen skalierbar. Unter Anwendung der gleichen Ultraschallparameter (Ultraschallintensität Ws/L, Druck, Temperatur, Feststoff:Flüssigkeits-Konzentration) können alle einmal erzielten Ergebnisse der Ultraschall-Pilzextraktion problemlos auf größere (oder kleinere) Volumina skaliert werden, wobei die gleichen Ergebnisse (d.h. Ausbeuten, Prozesseffizienz) erzielt werden.

Mit Ultraschall hergestellte Pilzextrakte sind reich an Polysacchariden, die für zahlreiche gesundheitsfördernde Wirkungen bekannt sind. Das Ultraschallgerät UP100H ist ein 100 Watt starker Ultraschallextraktor für die effiziente Extraktion von Heilpilzen wie Chaga, Löwenmähne, Reishi oder Cordyceps.

Ihre Wahl des Lösungsmittels

Die Ultraschallextraktion ist mit jedem Lösungsmittel kompatibel. Dies ermöglicht Ihnen, das Lösungsmittel Ihrer Wahl zu verwenden. Im obigen Chaga-Extraktionsprotokoll empfehlen wir eine Lösungsmittellösung aus 60% Ethanol : 40% Wasser (v/v). Die Kombination von Ethanol und Wasser ermöglicht die Freisetzung von Phytochemikalien unterschiedlicher Polarität. Alternativ kann auch eine Zweiphasenextraktion mit Ethanol in einem ersten Extraktionsschritt und Wasser in einem zweiten Extraktionsschritt angewendet werden. Die Ultraschallextraktion mit einer Lösungsmittelkombination aus Alkohol und Wasser setzt wasserlösliche und alkohollösliche Phytochemikalien aus Pilzen wie Chaga frei.
Daher ist die Verwendung einer geeigneten Extraktion von grundlegender Bedeutung für die Herstellung reiner und potenter Pilzextrakte.
Andere Lösungsmittel, die für die Extraktion von Inonotus obliquus verwendet werden, sind u.a. Isopropanol, Methanol, Methanol mit 10 % Essigsäure und Ethylacetat. Für lebensmitteltaugliche Extrakte wird ein ungiftiges Lösungsmittel empfohlen, da nach der Entfernung des Lösungsmittels (z.B. durch Verdampfen) manchmal Restspuren im Extrakt verbleiben können.

Warum liefern Ultraschallbäder unzureichende Ergebnisse bei der Chaga-Extraktion?

Ultraschallbäder werden in der Regel für milde Reinigungsanwendungen eingesetzt. In einem Ultraschallbad wird akustische Kavitation unkontrolliert und ungleichmäßig in einem relativ großen Behälter erzeugt. Wenn Sie einen Glasbecher mit Ihrem Pilz-Lösungemittel-Gemisch in ein Ultraschallbad stellen, müssen die ohnehin schwachen Ultraschallwellen die Gefäßwände durchdringen, was die Intensität des Ultraschalls noch weiter abschwächt. Das bedeutet, dass die Ultraschallintensität einer Ultraschallreinigungswanne zu schwach für eine effiziente Pilzextraktion ist. Die Zellwände der Pilze enthalten Chitin, ein zähes Material, das die Pilzzellen sehr steif macht und dadurch schwer zu aufzubrechen sind. Um die bioaktiven Verbindungen aus Pilzen wie dem Chaga-Pilz freizusetzen, ist hochintensiver Ultraschall erforderlich. Ultraschallstabschwinger erzeugen eine viel intensivere akustische Kavitation. Ultraschallkavitation ist die Kraft, welche die Zellwände der Pilze aufbricht.
 

Das UV-Vis-Analysediagramm zeigt den Vergleich zwischen der Chaga-Extraktion mit einem Ultraschallsonden- und der Ultraschallbadextraktion des Chaga-Pilzes. Mit dem Ultraschalstab UP100H (schwarze Kurve) wird eine deutlich höhere Ausbeute an bioaktiven Chaga-Verbindungen erzielt.

 
Lesen Sie mehr über den Vergleich zwischen Ultraschallstabschwingern und Ultraschallbädern und sehen Sie, wie sich die beiden Gerätearten bezüglich Extraktionsleistung unterscheiden!

Hochleistungs-Ultraschallgeräte für die Chaga-Extraktion

Die Ultraschallextraktion ist eine zuverlässige Verarbeitungstechnologie, die die Herstellung von hochwertigen Extrakten aus verschiedenen Rohstoffen wie Chaga und anderen Pilzen intensiviert, beschleunigt und vereinfacht. Das Portfolio von Hielscher Ultrasonics deckt die gesamte Bandbreite von kompakten Labor-Ultraschallgeräten bis hin zu industriellen Extraktionssystemen ab. Dadurch können wir bei Hielscher Ihnen den für Ihre angestrebte Prozessleistung am besten geeigneten Ultraschallextraktor anbieten. Unsere langjährig erfahrenen Mitarbeiter begleiten Sie von der Machbarkeitsprüfung über die Prozessoptimierung bis hin zur Installation Ihres Ultraschallsystems auf der finalen Produktionsebene.
Aufgrund der platzsparenden Stellfläche unserer Ultraschall-Extraktoren sowie ihrer vielseitigen Installationsmöglichkeiten passen diese selbst in beengte Pektin-Verarbeitungsanlagen. Ultraschallprozessoren werden weltweit in Produktionsanlagen für Lebensmittel, Pharmazeutika und Nahrungsergänzungsmittel eingesetzt.

Hielscher Ultrasonics – Hochentwickelte Extraktionssysteme

Das Produktportfolio von Hielscher Ultrasonics deckt das gesamte Spektrum an Hochleistungs-Ultraschallextraktoren vom kleinen bis zum großen Maßstab ab. Zusätzliches Zubehör ermöglicht die einfache Zusammenstellung der am besten geeigneten Ultraschallgerätekonfiguration für Ihren Chaga-Extraktionsprozess. Das optimale Ultraschall-Setup hängt von der geplanten Kapazität, dem Volumen, dem Rohmaterial, dem Batch- oder Inline-Prozess und dem angestrebten Zeitplan ab.

Batch und kontinuierlicher Durchfluss

Hielscher Ultraschallgeräte können für die Verarbeitung im Batch und im kontinuierlichen Durchfluss eingesetzt werden. Die Ultraschall-Batch-Verarbeitung ist ideal für Prozesstests, Optimierungen und kleine bis mittlere Produktionsstufen. Für die Produktion großer Mengen von Chaga-Pilzen kann eine Inline-Verarbeitung vorteilhafter sein. Ein kontinuierlicher Inline-Mischprozess erfordert ein ausgeklügeltes Setup – bestehend aus einer Pumpe, Schläuchen oder Rohren und Tanks -, aber es ist hocheffizient, schnell und erfordert deutlich weniger Arbeitsaufwand. Alle industriellen Systeme können unter erhöhtem Druck betrieben werden, was die Kavitation und damit die Effizienz der Extraktion erhöht. Hielscher Ultrasonics hat das passende Extraktionssystem für Ihr Extrationsvolumen und Ihre Prozessziele.

Ultraschall-Extraktoren für jede Produktkapazität

Die Produktpalette von Hielscher Ultrasonics deckt das gesamte Spektrum an Ultraschallprozessoren ab, von kompakten Labor-Ultraschallgeräten über Tisch- und Pilotsysteme bis hin zu vollindustriellen Ultraschallprozessoren mit der Kapazität, LKW-Ladungen pro Stunde zu verarbeiten. Diese vollständige Produktpalette ermöglicht es uns, Ihnen den am besten geeigneten Ultraschallextraktor für Ihre Chaga-Extraktion passend zu Ihrer Prozesskapazität und Ihren Produktionszielen anzubieten.
Ultraschall-Bechtop-Systeme sind ideal für Machbarkeitstests und Prozessoptimierung. Das lineare Scale-up auf der Grundlage etablierter Prozessparameter macht es sehr einfach, die Verarbeitungskapazitäten von kleineren Losen auf die vollständig kommerzielle Produktion zu erhöhen. Das Sclae-up kann entweder durch die Installation eines leistungsstärkeren Ultraschall-Extraktionssystems oder durch den parallelen Cluster-Aufbau mehrerer Ultraschallgeräte erfolgen. Mit dem UIP16000 bietet Hielscher den weltweit leistungsstärksten Ultraschall-Extraktor an.

Präzise kontrollierbare Amplituden für optimale Ergebnisse

Alle Hielscher Ultraschallgeräte sind präzise steuerbare und damit zuverlässige Arbeitstiere in der Produktion. Die Amplitude ist einer der entscheidenden Prozessparameter, die die Effizienz und Effektivität der Ultraschallextraktion von Phytochemikalien aus dem Chaga-Pilz (Inonotus obliquus) beeinflussen.
Alle Hielscher Ultrasonics‘ Prozessoren ermöglichen die präzise Einstellung der Amplitude. Sonotroden und Booster-Hörner sind Zubehörteile, welche es erlauben, die Amplitude in einem noch größeren Spektrum zu verändern. Die industriellen Ultraschallprozessoren von Hielscher können sehr hohe Amplituden erzeugen und liefern die erforderliche Ultraschallintensität für anspruchsvolle Anwendungen. Amplituden von bis zu 200µm können problemlos im 24/7-Betrieb kontinuierlich betrieben werden.
Präzise Amplitudeneinstellungen und die permanente Überwachung der Ultraschall-Prozessparameter über eine intelligente Software geben Ihnen die Möglichkeit, Ihr Pilz-Rohmaterial unter den effektivsten Ultraschallbedingungen zu verarbeiten. Optimale Beschallung für beste Extraktionsergebnisse!
Die Robustheit der Ultraschallgeräte von Hielscher ermöglicht einen 24/7/365-Betrieb bei hoher Beanspruchung und in anspruchsvollen Umgebungen. Das macht die Ultraschallgeräte von Hielscher zu einem zuverlässigen Arbeitsgerät, das Ihre Extraktionsanforderungen erfüllt.

Einfache, risikofreie Erprobung

Ultraschallprozesse können vollständig linear skaliert werden. Das bedeutet, dass jedes Ergebnis, das Sie mit einem Labor- oder Tisch-Ultraschallgerät erzielt haben, mit denselben Prozessparametern auf genau dieselben Ergebnisse hochskaliert werden kann. Das macht die Beschallung ideal für risikofreie Machbarkeitstests, Prozessoptimierung und die anschließende Implementierung in die kommerzielle Fertigung. Kontaktieren Sie uns, um zu erfahren, wie die Beschallung die Effizienz Ihrer Chaga-Extrakt-Produktion steigern kann.

Höchste Qualität – entwickelt und hergestellt in Deutschland

Als familiengeführtes Unternehmen setzt Hielscher bei seinen Ultraschallprozessoren auf höchste Qualitätsstandards. Alle Ultraschallgeräte werden in unserem Head Quarter in Teltow bei Berlin entwickelt, gefertigt und auf Herz und Nieren geprüft. Robustheit und Zuverlässigkeit der Hielscher Ultraschallgeräte machen sie zu einem Arbeitstier in Ihrer Produktion. Der 24/7-Betrieb unter Volllast und in anspruchsvollen Umgebungen ist eine selbstverständliche Eigenschaft der Hochleistungsextraktoren von Hielscher.
Sie können Hielscher Ultraschallprozessoren in jeder beliebigen anderen Größe und exakt auf Ihre Prozessanforderungen der Pilzextraktion konfiguriert kaufen. Von der Behandlung von Pilzen in einem kleinen Laborbecher bis hin zur kontinuierlichen Durchflussverarbeitung von Pilzen auf industrieller Ebene bietet Hielscher Ultrasonics das passende Ultraschallgerät für Sie! Bitte kontaktieren Sie uns – wir empfehlen Ihnen gerne den idealen Ultraschallaufbau!

In der folgenden Tabelle finden Sie die ungefähre Verarbeitungskapazität unserer Ultraschallsysteme: