Rosmarinextraktion mit Leistungsultraschall

Rosmarin ist ein duftendes, immergrünes Kraut, das reich an bioaktiven Verbindungen und ätherischen Ölen ist, die in medizinischen Produkten, Lebensmitteln und Kosmetika verwendet werden. Die Ultraschallextraktion ist ein schonendes und zugleich hocheffizientes Verfahren zur Isolierung bioaktiver Verbindungen und ätherischer Öle aus Rosmarin und anderen Kräutern. Sie ermöglicht höhere Ausbeuten und eine überlegene Extraktqualität bei kurzer Verarbeitungszeit.

Herstellung von Rosmarinextrakt durch Ultraschallbehandlung

Ultraschallgeräte sind bei der Herstellung pflanzlicher Extrakte hocheffizient. Ultraschall ist ein mildes, nichtthermisches Extraktionsverfahren, das eine schonende Verarbeitung und Isolierung empfindlicher bioaktiver Moleküle aus Pflanzen ermöglicht. Da bei der Beschallung ausschließlich mechanische Kräfte wirken, wird eine Schädigung hitzeempfindlicher Moleküle vermieden. So lässt sich ein Vollspektrumextrakt herstellen, der zahlreiche bioaktive Verbindungen enthält, die miteinander wechselwirken und den sogenannten Entourage-Effekt bewirken. Beispielsweise enthält mittels Ultraschall gewonnener Rosmarinextrakt hohe Mengen bioaktiver Moleküle wie Carnosolsäure, Carnosol, Rosmarinsäure, Oleanolsäure, Ursolsäure, Campher, 1,8-Cineol, p-Cumarsäure und Kaffeesäure.
Zur Herstellung eines Rosmarinextrakts werden bioaktive Verbindungen aus den nadelförmigen Blättern der Rosmarinpflanze (Salvia rosmarinus, Rosmarinus officinalis) isoliert. Der Extrakt wird in der Lebensmittel- und Kosmetikindustrie häufig als natürliches Konservierungsmittel und Aromastoff verwendet.
 

Rosmarinextrakt enthält mehrere bioaktive Verbindungen, darunter Antioxidantien wie Carnosolsäure und Rosmarinsäure, für die entzündungshemmende, antimikrobielle und krebshemmende Eigenschaften nachgewiesen wurden. Aufgrund dieser Eigenschaften eignet sich Rosmarinextrakt zur Erhaltung der Frische und Qualität von Lebensmitteln und kann als Bestandteil von Nahrungsergänzungsmitteln und natürlichen Heilmitteln potenzielle gesundheitliche Vorteile bieten.
In der Lebensmittelindustrie wird Rosmarinextrakt häufig verarbeiteten Fleischprodukten, Backwaren und Snacks zugesetzt, um deren Haltbarkeit zu verlängern und Oxidation zu verhindern. Er wird auch als natürlicher Aromastoff in Saucen, Dressings und Marinaden verwendet.
In der Kosmetikindustrie wird Rosmarinextrakt aufgrund seiner antioxidativen und entzündungshemmenden Eigenschaften in Haut- und Haarpflegeprodukten eingesetzt. Diese Eigenschaften können dazu beitragen, Haut und Haar zu schützen und zu pflegen. In einigen Kosmetikprodukten wird er auch als natürlicher Duft- und Farbstoff verwendet.

Der Mechanismus des Zellwandaufschlusses: (a) Aufbrechen der Zellwand durch Kavitation. (b) Diffusion des Lösungsmittels in die Zellstruktur.
(Grafik nach Shirsath et al., 2012)

Wie funktioniert die Herstellung von Rosmarinextrakt mit einem Ultraschallgerät mit Sonotrode?

Die Herstellung von Rosmarinextrakt mit einem Ultraschallgerät mit Sonotrode umfasst üblicherweise folgende Schritte:

1. Vorbereitung des Rosmarins: Die Rosmarinblätter werden gereinigt, getrocknet und zu einem feinen Pulver vermahlen.
2. Extraktion: Das gemahlene Rosmarinpulver wird mit einem Lösungsmittel wie Ethanol oder Wasser vermischt und die Mischung mit einem Ultraschallgerät mit Sonotrode beschallt. Das Ultraschallgerät erzeugt mit hochfrequenten Schallwellen Kavitationsblasen, die dazu beitragen, das Pflanzenmaterial aufzuschließen und die Wirkstoffe freizusetzen.
3. Filtration: Die Mischung wird filtriert, um verbliebenes Pflanzenmaterial zu entfernen, sodass ein flüssiger Extrakt zurückbleibt.
4. Konzentrierung: Der flüssige Extrakt wird mit einem Rotationsverdampfer oder einem anderen geeigneten Verfahren konzentriert, um die Konzentration der Wirkstoffe zu erhöhen.
5. Trocknung: Der konzentrierte Extrakt wird mit einem geeigneten Verfahren wie Sprühtrocknung oder Gefriertrocknung (Lyophilisation) getrocknet, um einen Extrakt in Form eines trockenen Pulvers herzustellen.
6. Verpackung: Das trockene Pulver wird anschließend verpackt und bis zur Verwendung an einem kühlen, trockenen Ort gelagert.

Der Einsatz eines Ultraschallgeräts mit Sonotrode im Extraktionsprozess ermöglicht eine effizientere und wirksamere Extraktion der Wirkstoffe aus den Rosmarinblättern. Das Ergebnis ist ein hochwertigerer Extrakt mit einer höheren Konzentration vorteilhafter Verbindungen. Darüber hinaus lässt sich dieses Verfahren in großem Maßstab einsetzen und eignet sich somit für die kommerzielle Produktion. Die Ultraschallgeräte von Hielscher ermöglichen eine präzise Steuerung der Prozessparameter und eine lineare Maßstabsvergrößerung des Extraktionsprozesses auf jedes gewünschte Volumen.

Wissenschaftlich belegte Überlegenheit der Ultraschallextraktion von Rosmarin

In ihrem wissenschaftlichen Forschungsbericht untersuchen Dhoubi et al. (2020) den Einfluss verschiedener Extraktionsverfahren auf die chemische Zusammensetzung und die antioxidative Wirksamkeit von Extrakten aus Rosmarinus officinalis L. Sie vergleichen drei Extraktionsverfahren: die Extraktion mit überkritischen Fluiden, die ultraschallgestützte Extraktion (UAE) mit dem Ultraschallgerät UIP1000hdT von Hielscher und die mikrowellengestützte Extraktion (MAE).

Wichtigste Ergebnisse der Studie:

• Die Autoren stellten fest, dass das Extraktionsverfahren die chemische Zusammensetzung und die antioxidative Wirksamkeit der Rosmarinextrakte erheblich beeinflusste. Im Vergleich zu den beiden anderen Extraktionsverfahren, der Extraktion mit überkritischen Fluiden und der Mikrowellenextraktion, lieferte die ultraschallgestützte Extraktion die besten Ergebnisse.
• Der mit Ethanol durch Ultraschallextraktion gewonnene Rosmarinextrakt war sehr reich an Polyphenolen.
• Bei der Beschallung wurde bereits bei kurzer Extraktionszeit (10 Minuten) eine höhere antioxidative Kapazität beobachtet.

Protokoll für die Ultraschallextraktion von Rosmarin

Die ultraschallgestützte Extraktion wurde mit einem Ultraschallgerät unter Verwendung einer Sonotrode (UIP1000hd, Hielscher Ultrasonics, siehe Abbildung unten) durchgeführt. Eine Mischung aus pulverisiertem Rosmarin und absolutem Ethanol (1:3 w/v) wurde in einen Doppelmantelreaktor gegeben und für 10 min bei 750 W beschallt. Die Extraktionstemperatur wurde auf 25°C geregelt. Der mittels Ultraschall gewonnene Extrakt wurde für 10 min bei 4000 rpm zentrifugiert. Der Überstand wurde abgenommen und mit einem Vakuumrotationsverdampfer unter Vakuum konzentriert.

Versuchsaufbau zur Ultraschallextraktion mit dem Ultraschallgerät UIP1000hdT mit Sonotrode von Hielscher zur chargenweisen Extraktion pflanzlicher Stoffe.
(Abbildung: © Petigny et al., 2013)

Insbesondere lieferte die Ultraschallextraktion im Vergleich zur Mazeration Extrakte mit höheren Konzentrationen an Gesamtphenolen, Flavonoiden und Carotinoiden sowie einer höheren antioxidativen Aktivität. Darüber hinaus war die Ultraschallextraktion effizienter und lieferte höhere Extraktausbeuten in kürzerer Zeit.
Die Autoren kommen zu dem Schluss, dass die Wahl des Extraktionsverfahrens ein wichtiger Faktor bei der Herstellung von Rosmarinextrakten für den Einsatz in der Lebensmittel-, Kosmetik- und Pharmaindustrie ist. Die Ultraschallextraktion ist ein vielversprechendes Extraktionsverfahren, mit dem sich möglicherweise wirksamere und effizientere Extrakte bei höheren Ausbeuten herstellen lassen.
Das Forschungsteam kam zu folgendem Schluss: „Unter den untersuchten Extrakten wies der mittels Ultraschall gewonnene Rosmarinextrakt in beiden Tests zur antioxidativen Aktivität eine höhere antioxidative Aktivität auf. Dies stand im Zusammenhang mit dem höheren Gesamtphenolgehalt und insbesondere mit den höheren Gehalten an Carnosolsäure und Rosmarinsäure. Darüber hinaus zeigte unser Ultraschallextrakt bei Tests an menschlichen Fibroblasten, die oxidativem Stress ausgesetzt waren, im Vergleich zu Gallussäure und N-Acetylcystein eine starke antioxidative Aktivität. Im Hinblick auf den Ersatz synthetischer Antioxidantien könnte unser mittels Ultraschall hergestellter Rosmarinextrakt als natürliche Quelle von Antioxidantien daher für verschiedene industrielle Anwendungen von Interesse sein.“

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

Hochleistungsultraschallgeräte zur Extraktion von Rosmarin und anderen Kräutern

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