Silymarin-Extraktion aus Mariendistel – am effizientesten mit Ultraschall

Silymarin ist ein standardisierter Extrakt aus Mariendistelsamen und enthält hauptsächlich verschiedene Flavonolignane wie Silibin. Silymarin ist für verschiedene medizinische Wirkungen bekannt und wird daher in Arzneimitteln und Nahrungsergänzungsmitteln eingesetzt. Die Ultraschallextraktion hat sich als wirksamste Methode zur Isolierung von Flavonolignanen aus Mariendistel erwiesen. Ultraschallextraktoren liefern innerhalb kurzer Verarbeitungszeit hohe Ausbeuten von hervorragender Qualität.

Ultraschallextraktion von Silymarin aus Mariendistelsamen

Silymarin ist ein standardisierter Extrakt aus Mariendistelsamen und enthält eine Mischung von Flavonolignanen, die in den Samen der Mariendistel (Silybum marianum L. Gaertner, Asteraceae) vorkommen. Die wichtigsten bioaktiven Verbindungen in dieser isomeren Mischung polyphenolischer Flavonolignane sind die Polyphenole Taxifolin, Silychristin, Silydianin, Silybin A, Silybin B, Isosilybin A und Isosilybin B.


 

Die Herausforderung bei der Silymarin-Extraktion:

Der größte Teil des Silymarins in den Samen von Silybum marianum befindet sich in den Zellwänden, die hauptsächlich aus Cellulose bestehen und eine starre Matrix bilden. Diese starre Zellmatrix lässt sich nur schwer aufbrechen. Bei der konventionellen Lösungsmittelextraktion (z.B. mit Ethanol, Methanol oder Hexan) werden die Zellwände nicht vollständig aufgebrochen, sodass eine große Menge Silymarin in der Zellmatrix eingeschlossen bleibt und nicht in das Lösungsmittel freigesetzt wird. Das bedeutet, dass durch ineffiziente Extraktionsverfahren große Mengen wertvoller bioaktiver Verbindungen verloren gehen.

Die Lösung für eine wirksame Silymarin-Extraktion:

Die Ultraschallextraktion ist anderen Extraktionsmethoden insbesondere durch hohe Ausbeuten, kurze Verarbeitungszeiten und ihre nichtthermische Behandlung, also eine niedrige Extraktionstemperatur, überlegen. Das Wirkprinzip der Ultraschallbehandlung beruht auf akustischer Kavitation. Akustische Kavitation, auch Ultraschallkavitation genannt, erzeugt Blasenimplosionen, intensive Scherkräfte, hohe Druckunterschiede und Flüssigkeitsstrahlen. Diese rein mechanischen Kräfte brechen selbst sehr starre Zellwände auf und setzen eingeschlossene bioaktive Verbindungen wie Silymarin in das umgebende Lösungsmittel frei. Erfahren Sie mehr über das Wirkprinzip der Ultraschallkavitation bei Extraktionsprozessen!
Die niedrige Extraktionstemperatur bei der Ultraschallextraktion verhindert den thermischen Abbau bioaktiver Verbindungen, sodass deren Wirksamkeit vollständig erhalten bleibt.

Protokoll zur Extraktion von Silybum mariannum

Etwa 500 g fein pulverisierte Samen wurden 15 min lang mit n-Hexan extrahiert. Zur direkten Beschallung wurde eine Sonotrode mit einem Spitzendurchmesser von 20 mm eingesetzt (die Sonotrodenspitze befand sich im Extraktionsgefäß 1 cm unter dem Lösungsmittelspiegel). Die Extraktion erfolgte mit einem Ultraschallprozessor UP400S (400 Watt, 24 kHz). Die Extraktion wurde 15 min lang bei Raumtemperatur durchgeführt (die Temperatur wurde mit einem Thermoelement im Extraktionsgemisch überwacht und durch ein Eiskühlbad um das Extraktionsgefäß konstant bei 25°C ±5°C gehalten). Nach der Extraktion wurde der Extrakt bei 4000 rpm zentrifugiert.
(vgl. Sherif et al., 2017)
Alternativ eignet sich wässriges Ethanol hervorragend als Lösungsmittel. Versuche bestätigten, dass 70%iges Ethanol als Lösungsmittel sehr hohe Silymarin-Ausbeuten liefert.

HPLC-Chromatogramme von Silybum-marianum-Samen, die mit einem Ultraschallgerät mit Sonotrode über unterschiedliche Zeiträume von 15, 30 und 60 min extrahiert wurden. Nachgewiesene Verbindungen: Taxifolin, Silychristin, Silydianin, Silybin A, Silybin B, Isosilybin A und Isosilybin B.
(Diagramme und Studie: © Saleh et al., 2015)

Nachgeschaltete Verkapselung: Herstellung von Silymarin-Nanogel mit Ultraschall

Protokoll zur Herstellung eines Gels mit Silymarin-beladenen nanostrukturierten Lipidträgern
Silymarin-beladene nanostrukturierte Lipidträger (NLCs) wurden durch Lösungsmitteldiffusion mit anschließender Ultraschallbehandlung hergestellt. Die Lösungsmitteldiffusion ist die wirksamste Methode zur Herstellung der Nanopartikel, da sie kleine Partikel mit geringer Polydispersität erzeugt, während die Ultraschallbehandlung die Scherspannung reduziert. Die Lipide Sefsol® 218 (0,5% w/w) und Geleol® (1,4% w/w) wurden geschmolzen und bei 60ºC in 2 ml Ethanol gelöst (organische Phase). Silymarin wurde in einer Menge von etwa 2% w/w, bezogen auf die binäre Lipidmischung, in der organischen Phase gelöst. Cremophor® RH40 (2,7% w/w) als Tensid und Gallensalz (1,3% w/w) als Cotensid wurden in 19 ml auf 70ºC erwärmtem destilliertem Wasser gelöst. Die organische Phase wurde unter ständigem Rühren bei 70ºC hinzugegeben, um das organische Lösungsmittel zu verdampfen. Die entstandene Emulsion wurde 5 min lang mit einem Ultraschallgerät mit Sonotrode beschallt. Um eine rheologisch geeignete Formulierung für die topische Anwendung herzustellen, wurde die Dispersion der optimierten, gefriergetrockneten Silymarin-NLCs in Carbopol-Gel eingearbeitet. (vgl. Iqbal et al., 2019)

Hochleistungs-Ultraschallprozessoren zur Silymarin-Extraktion

Extraktoren von Hielscher Ultrasonics sind im Bereich der Pflanzenextraktion fest etabliert, unabhängig vom verwendeten Pflanzenmaterial oder Lösungsmittel. Extrakthersteller – sowohl exklusive Manufakturen als auch industrielle Großproduzenten – finden im breiten Gerätesortiment von Hielscher die ideale Ultraschallextraktionsanlage für ihre Produktionsanforderungen. Anlagen für den Chargenbetrieb sowie für kontinuierliche Inline-Prozesse sind sofort verfügbar und können noch am selben Tag versandt werden.

Hocheffiziente Extraktionsanlagen

Ultraschallextraktoren von Hielscher schließen Pflanzenzellen effizient auf, vergrößern die für das Eindringen des Lösungsmittels verfügbare Oberfläche des Pflanzenmaterials und verbessern den Stofftransport. Dadurch werden Pflanzeninhaltsstoffe (sekundäre Metaboliten) schnell und vollständig freigesetzt. Die auf Benutzerfreundlichkeit ausgelegten Extraktoren von Hielscher sind schnell installiert und lassen sich sicher und intuitiv bedienen.

Automatische Datenprotokollierung

Um die Produktionsstandards für Lebensmittel, Nahrungsergänzungsmittel und therapeutische Produkte zu erfüllen, müssen Produktionsprozesse detailliert überwacht und dokumentiert werden. Die digitalen Ultraschallgeräte von Hielscher Ultrasonics verfügen über eine automatische Datenprotokollierung. Dank dieser intelligenten Funktion werden alle wichtigen Prozessparameter wie Ultraschallenergie (Gesamt- und Nettoenergie), Temperatur, Druck und Zeit automatisch auf einer integrierten SD-Karte gespeichert, sobald das Gerät eingeschaltet wird. Prozessüberwachung und Datenaufzeichnung sind wichtig für die fortlaufende Prozessstandardisierung und die Produktqualität. Durch den Zugriff auf die automatisch aufgezeichneten Prozessdaten können Sie frühere Beschallungsdurchläufe überprüfen und deren Ergebnisse auswerten.
Eine weitere benutzerfreundliche Funktion ist die Fernsteuerung unserer digitalen Ultraschallsysteme über den Browser. Damit können Sie Ihren Ultraschallprozessor von jedem Ort aus starten, stoppen, einstellen und überwachen.
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Höchste Qualitätsstandards – entwickelt und hergestellt in Deutschland

Die ausgereifte Hardware und intelligente Software der Ultraschallgeräte von Hielscher sind darauf ausgelegt, zuverlässige, reproduzierbare Ergebnisse bei der Ultraschallextraktion Ihrer pflanzlichen Rohstoffe sowie eine benutzerfreundliche und sichere Bedienung zu gewährleisten. Robustheit, Zuverlässigkeit, 24/7-Betrieb unter Volllast und eine aus Sicht des Bedienpersonals einfache Handhabung sind weitere Qualitätsmerkmale, die für Ultraschallgeräte von Hielscher sprechen.
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Zertifizierte Qualität: Hielscher Ultrasonics in Teltow, Deutschland, ist ein inhabergeführtes Familienunternehmen. Hielscher Ultrasonics ist ISO-zertifiziert. Selbstverständlich sind alle Standard-Ultraschallgeräte von Hielscher CE-konform und erfüllen die Anforderungen von UL, CSA und RoHs.

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