Extraktion von Rosmarin mit Leistungsultraschall

Rosmarin ist ein duftendes, immergrünes Kraut, das reich an bioaktiven Verbindungen und ätherischen Ölen ist, welche in Arzneimitteln, Lebensmitteln und kosmetischen Produkten verwendet werden. Die Ultraschallextraktion ist ein mildes, aber hocheffizientes Verfahren zur Isolierung bioaktiver Stoffe und ätherischer Öle aus Rosmarin und anderen Kräutern. Die Ultraschallextraktion ermöglicht eine höhere Ausbeute und bessere Extraktqualität bei kurzer Verarbeitungszeit.

Herstellung von Rosmarin-Extrakt mit Ultraschall

Ultraschallgeräte sind sehr effizient bei der Herstellung von Pflanzenextrakten. Ultraschall ist eine milde, nicht-thermische Extraktionstechnik, die eine schonende Verarbeitung und Isolierung empfindlicher bioaktiver Moleküle aus Pflanzen ermöglicht. Da bei der Beschallung nur rein mechanische Kräfte wirken, werden hitzeempfindliche Moleküle nicht geschädigt. Auf diese Weise lässt sich ein Gesamtextrakt herstellen, der zahlreiche bioaktive Verbindungen enthält, welche miteinander interagieren und den so genannten Entourage-Effekt bewirken. So enthält der mit Ultraschall gewonnene Rosmarinextrakt große Mengen bioaktiver Moleküle wie Carnosinsäure, Carnosol, Rosmarinsäure, Oleanolsäure, Ursolsäure, Kampfer, 1,8-Cineol, p-Cumarsäure und Kaffeesäure.
Zur Herstellung eines Rosmarinextrakts werden bioaktive Verbindungen aus den nadelartigen Blättern der Rosmarinpflanze (Salvia rosmarinus, Rosmarinus officinalis) isoliert. Rosmarin wird häufig als natürliches Konservierungsmittel und Aromastoff in der Lebensmittel- und Kosmetikindustrie verwendet.
 

Rosmarinextrakt enthält zahlreiche bioaktive Verbindungen, darunter Antioxidantien wie Carnosinsäure und Rosmarinsäure, welche nachweislich entzündungshemmende, antimikrobielle und krebshemmende Eigenschaften haben. Aufgrund dieser Eigenschaften eignet sich Rosmarinextrakt auch als Zusatzstoff, um Frische und Qualität von Lebensmitteln zu erhalten. Zudem bieten Rosmarinextrakte gesundheitsfördernde Vorteile und werden daher als in Nahrungsergänzungsmitteln und Naturheilmitteln eingesetzt.
In der Lebensmittelindustrie wird Rosmarinextrakt häufig verarbeiteten Fleischwaren, Backwaren und Snacks zugesetzt, um deren Haltbarkeit zu verlängern und eine Oxidation zu verhindern. Er wird auch als natürlicher Aromastoff in Soßen, Dressings und Marinaden verwendet.
In der Kosmetikindustrie wird Rosmarinextrakt in Haut- und Haarpflegeprodukten wegen seiner antioxidativen und entzündungshemmenden Eigenschaften verwendet, die zum Schutz und zur Pflege von Haut und Haar beitragen können. Rosmarinextrakt wird auch als natürlicher Duft- und Farbstoff in einigen kosmetischen Produkten verwendet.

Der Mechanismus des Zellaufschlusses mit Ultraschall (a) Aufbrechen der Zellwand durch Kavitation. (b) Diffusion von Lösungsmitteln in die Zellstruktur.
(Grafik übernommen und angepasst von Shirsath et al., 2012)

Wie funktioniert die Herstellung von Rosmarinextrakt mit einem Ultraschallstab?

Die Herstellung von Rosmarinextrakt mit einer Ultraschallsonotrode umfasst in der Regel die folgenden Schritte:

1. Zubereitung des Rosmarins: Die Rosmarinblätter werden gereinigt, getrocknet und zu einem feinen Pulver gemahlen.
2. Extraktion: Das gemahlene Rosmarinpulver wird mit einem Lösungsmittel wie Ethanol oder Wasser vermischt, und die Mischung wird mit einem Ultraschallhomogenisator beschallt. Das Ultraschallgerät verwendet Hochfrequenz-Schallwellen, um Kavitationsblasen zu erzeugen, die dazu beitragen, das Pflanzenmaterial aufzubrechen und die Wirkstoffe freizusetzen.
3. Filtration: Das Gemisch wird gefiltert, um alle Pflanzenreste zu entfernen, so dass ein flüssiger Extrakt zurückbleibt.
4. Konzentration: Der Flüssigextrakt wird mit einem Rotationsverdampfer oder einer anderen geeigneten Methode aufkonzentriert, um die Konzentration der Wirkstoffe zu erhöhen.
5. Trocknen: Der konzentrierte Extrakt wird durch ein geeignetes Verfahren wie Sprühtrocknung oder Gefriertrocknung getrocknet, um einen Extrakt in trockener Pulverform zu erhalten.
6. Verpackung: Das trockene Pulver wird dann verpackt und an einem kühlen, trockenen Ort gelagert, bis es verbraucht werden soll.

Die Verwendung eines Ultraschallgeräts für den Extraktionsprozess ermöglicht eine effizientere und effektivere Extraktion der Wirkstoffe aus den Rosmarinblättern, was zu einem hochwertigeren Extrakt mit einer höheren Konzentration an nützlichen Verbindungen führt. Darüber hinaus kann diese Methode in großem Maßstab angewendet werden, so dass sie sich für die kommerzielle Produktion eignet. Hielscher Ultraschallextraktoren ermöglichen eine präzise Steuerung der Prozessparameter und die lineare Skalierung des Extraktionsprozesses auf jedes gewünschte Volumen.

Wissenschaftlich nachgewiesene Überlegenheit der Rosmarin-Extraktion mit Ultraschall

In ihrem wissenschaftlichen Forschungsbericht untersuchen Dhoubi et al. (2020) die Auswirkungen verschiedener Extraktionsmethoden auf die chemische Zusammensetzung und die antioxidative Wirksamkeit von Rosmarinus officinalis L.-Extrakten. Sie vergleichen drei Extraktionsmethoden: die Extraktion mit überkritischer Flüssigkeit, die ultraschall-gestützte Extraktion (ultrasound-assisted extraction - UAE) mit dem Hielscher Ultraschallgerät UIP1000hdT und die mikrowellen-gestützte Extraktion (microwave-assisted extraction -MAE).

Highlights der Studie:

• Die Autoren stellten fest, dass die Extraktionsmethode die chemische Zusammensetzung und die antioxidative Wirksamkeit der Rosmarinextrakte erheblich beeinflusst. Im Vergleich zu den beiden anderen Extraktionsverfahren - der Extraktion mit überkritischer Flüssigkeit und der Mikrowellenextraktion - lieferte die ultraschall-gestützte Extraktion die besten Ergebnisse.
• Der Ultraschallextrakt aus Rosmarin mit Ethanol ist sehr reich an Polyphenolen.
• Bei der Beschallung wurde bereits bei kurzer Extraktionszeit (10 Minuten) eine höhere antioxidative Kapazität des Extraktes festgestellt.

Protokoll für die Extraktion von Rosmarin mit Ultraschall

Die ultraschall-gestützte Extraktion wurde in einem Ultraschallhomogenisator mit Sonotrode (UIP1000hd, Hielscher Ultrasonics, siehe Abbildung unten) durchgeführt. Eine Mischung aus pulverisiertem Rosmarin und absolutem Ethanol (1:3 w/v) wurde in ein Gefäß gegeben und 10 Minuten lang bei 750 W mit Ultraschall beschallt. Die Extraktionstemperatur wurde bei ca. 25°C gehalten. Anschließend wurde der Ultraschallextrakt 10 Minuten lang bei 4000 U/min zentrifugiert. Der Überstand wurde abgenommen und unter Vakuum mit einem Rotationsvakuumverdampfer konzentriert.

Ultraschallextraktionsaufbau mit dem Hielscher Ultraschallgerät UIP1000hdT mit Sonotrode für die Batch-Extraktion von pflanzlichen Stoffen.
(Bild: © Petigny et al., 2013)

Im Vergleich zur Mazeration wurden bei der Ultraschallextraktion vor allem Extrakte mit höheren Konzentrationen an phenolischen Verbindungen, Flavonoiden und Carotinoiden sowie einer höheren antioxidativen Aktivität gewonnen. Darüber hinaus war die Ultraschallextraktion eine effizientere Methode, mit der in kürzerer Zeit eine höhere Ausbeute an Extrakten produziert wurden.
Die Autoren kommen zu dem Schluss, dass die Wahl der Extraktionsmethode ein wichtiger Faktor ist, der bei der Herstellung von Rosmarinextrakten für die Lebensmittel-, Kosmetik- und Pharmaindustrie berücksichtigt werden sollte. Die Ultraschallextraktion ist eine vielversprechende Extraktionsmethode, die wirksamere und effizientere Extrakte mit höherer Ausbeute erzeugen kann.
Zudem kam Forschungsteam zu dem Schluss, dass „von allen untersuchten Extrakten der mit Ultraschall extrahierte Rosmarin bei beiden Antioxidationstests eine höhere antioxidative Aktivität aufwies. Dies hing mit dem höheren Gesamtphenolgehalt und insbesondere mit dem höheren Gehalt an Carnosinsäure und Rosmarinsäure zusammen. Darüber hinaus zeigte unser Ultraschallextrakt bei Tests an menschlichen Fibroblastenzellen, die oxidativem Stress ausgesetzt waren, eine starke antioxidative Aktivität im Vergleich zu Gallussäure und N-Acetylcystein. Als Ersatz für synthetische Antioxidantien könnte unser mit Ultraschall hergestellter Rosmarinextrakt, eine natürliche Quelle von Antioxidantien, daher für verschiedene industrielle Anwendungen interessant sein.“

Antioxidative Aktivität von Rosmarinextrakten. Blaue Säulen: bei 60°C mit destilliertem Wasser; Orange Säulen: nach Ultraschallbehandlung.
(Studie und Grafik: Suchkova et al., 2021)

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