Extraktion von Silymarin aus Mariendistel – Am effizientesten mittels Ultraschall

Silymarin ist ein Mix aus Flavonolignanen, der in der Mariendistelpflanze vorkommt. Silymarin ist als medizinischer Wirkstoff bekannt und wird sowohl in Arzneimitteln als auch Nahrungsergänzungsmitteln verwendet. Die Ultraschallextraktion hat sich als das wirksamste Verfahren zur Isolierung von Flavonolignanen aus der Mariendistel erwiesen. Ultraschallextraktoren liefern in kurzer Zeit hohe Ausbeuten von hervorragender Qualität.

Ultraschallextraktion von Silymarin aus Mariendistelsamen

Mariendistel-BlüteSilymarin, eine Mischung aus Flavonolignanen mit zahlreichen pharmakologischen Wirkungen, wird aus den Samen der Mariendistel (Silybum marianum L. Gaertner, Asteraceae) gewonnen. Das isomere Gemisch der polyphenolischen Flavonolignane in den Samen der Mariendistel ist als Silymarin bekannt und enthält vor allem die Polyphenole Taxifolin, Silychristin, Silydianin, Silybin A, Silybin B, Isosilybin A und Isosilybin B.

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Aufbau für die Ultraschallextraktion: Ultraschallgerät UIP2000hdT (2000 Watt) in einem Reaktor aus rostfreiem Stahl in Pharmaziequalität.

Aufbau einer Ultraschallextraktions-Anlage: Sonden-Ultraschallgerät UIP2000hdT (2000 Watt) in einem Reaktor aus rostfreiem Stahl nach Pharma-Standard.

Häufige Schwierigkeiten bei der Silymarin-Extraktion:

Der Hauptanteil des Silymarins in den Samen von Silybum marianum ist in den Zellwänden enthalten, welche hauptsächlich aus Zellulose bestehen und eine starre Matrix bilden. Diese starre Zellmatrix ist schwer aufzubrechen. Die herkömmliche Lösungsmittelextraktion (z.B. mit Ethanol, Methanol oder Hexan) kann die Zellwände nicht vollständig aufschließen, so dass ein großer Teil des Silymarins in der Zellmatrix eingeschlossen bleibt und nicht in das Lösungsmittel abgegeben wird. Dies bedeutet, dass große Mengen wertvoller bioaktiver Verbindungen aufgrund ineffizienter Extraktionsverfahren verschwendet werden.

Die Lösung für eine wirksame Silymarin-Extraktion:

Die Ultraschallextraktion übertrifft andere Extraktionsverfahren vor allem durch die hohe Ausbeute, die kurze Verarbeitungsdauer und die nicht-thermische Behandlung, d.h. die niedrige Extraktionstemperatur. Das Funktionsprinzip der Ultraschallextraktion beruht auf akustischer Kavitation. Die akustische Kavitation, auch Ultraschallkavitation genannt, erzeugt Blasenimplosionen, starke Scherkräfte, hohe Druckunterschiede und Flüssigkeitsstrahlen. Diese rein mechanischen Kräfte zerstören selbst sehr starre Zellwände und setzen eingeschlossene bioaktive Verbindungen wie Silymarin in das umgebende Lösungsmittel frei. Lesen Sie mehr über das Funktionsprinzip der Ultraschallkavitation für Extraktionsprozesse!
Die niedrige Extraktionstemperatur bei der Ultraschallextraktion verhindert die thermischen Zersetzung der bioaktiven Substanzen, so dass ihre Wirksamkeit voll erhalten bleibt.

Vorteile der Ultraschall-gestützen Extraktion von Phytochemikalien (z.B. Silymarin)

  • hohe Extraktionsausbeute
  • Hochwertige Extrakte
  • schnelles Verfahren
  • Nicht-thermische Behandlung
  • Kompatibel mit allen Lösungsmitteln
  • sicher und einfach zu bedienen
  • energieeffizient

Protokoll für die Ultraschall-Extraktion von Silybum mariannum

Ultraschallextraktor UP400St für die Extraktion von Flavonolignanen und Silymarin aus Mariendistelsamen.Etwa 500 g fein gemahlene Samen wurden 15 Minuten lang mit n-Hexan extrahiert. Für die direkte Beschallung wurde eine Ultraschallsonotrode mit einem Spitzendurchmesser von 20 mm verwendet (die Sonotrodenspitze wurde ca. 1 cm in das Lösungsmittel eingetaucht). Die Extraktion wurde mit einem Ultraschallprozessor UP400S (400 Watt, 24 kHz) durchgeführt. Die Extraktion wurde 15 Minuten lang bei Raumtemperatur durchgeführt (die Temperatur wurde mit einem Temperatursensor überwacht, wobei ein Eisbad um das Extraktionsgefäß herum verwendet wurde, um die Temperatur konstant bei 25 °C ± 5 °C zu halten). Nach der Extraktion wurde der Extrakt bei 4000 U/min zentrifugiert.
(vgl. Sherif et al., 2017)
Alternativ dazu eignet sich wässriges Ethanol hervorragend als Lösungsmittel. Experimente bestätigten, dass 70 %iges Ethanol als Lösungsmittel zu sehr hohen Silymarin-Extraktionsraten führt.

Die Ultraschallextraktion von Silymarin aus Mariendistel mit einem Sonotroden-Ultraschallgerät liefert sehr hohe Ausbeuten bei sehr kurzer Prozessdauer.

HPLC-Chromatogramme der Extrakte aus Silybum marianum-Samen, welche mit einem Ultraschallgerät in den Zeitintervallen von 15, 30 und 60 Minuten extrahiert wurden. Nachgewiesene Verbindungen: Taxifolin, Silychristin, Silydianin, Silybin A, Silybin B, Isosilybin A und Isosilybin B.
(Grafiken und Studie: © Saleh et al., 2015)

Nachgeschaltete Verkapselung: Herstellung von Silymarin-Nanogel mit Ultraschall

Protokoll für die Herstellung eines Gels mit nano-verkapseltem Silymarin
Mit Silymarin beladene nanostrukturierte Lipidträger (NLCs) wurden durch Lösungsmitteldiffusion und anschließende Ultraschallbehandlung hergestellt. Die Lösungsmitteldiffusion ist die effektivste Methode für die Herstellung von Nanopartikeln, da sie kleine Partikelgrößen mit geringer Polydispersität erzeugt, während die Ultraschallbehandlung die Scherbelastung reduziert. Die Lipide Sefsol® 218 (0,5 % w/w) und Geleol® (1,4 % w/w) wurden geschmolzen und in 2 ml Ethanol bei 60 ºC (organische Phase) aufgelöst. Silymarin (ca. 2 % w/w der binären Lipidmischung) wurde in der organischen Phase aufgelöst. Cremophor® RH40 (2,7 Gew.-%) und Gallensalz (1,3 Gew.-%) als Tensid bzw. Co-Tensid wurden in 19 ml destilliertem Wasser gelöst, das auf 70 ºC erhitzt wurde, und die organische Phase wurde unter ständigem Rühren bei 70 ºC zugegeben, um das organische Lösungsmittel zu verdampfen. Die entstandene Emulsion wurde 5 Minuten lang mit einem Sonden-Ultraschallgerät beschallt. Um eine rheologisch akzeptable Formulierung für die topische Anwendung herzustellen, wurde die Dispersion der optimierten gefriergetrockneten Silymarin-NLCs in Carbopol-Gel eingearbeitet. (vgl. Iqbal et al., 2019)

Ultraschallprozessor mit Sonotode für die Extraktion von Silymarin aus Mariendistelsamen.

Das Ultraschallextraktionsgerät UP400St ist ein zuverlässiges Gerät für die Extraktion von Silymarin in 8Liter / 2 Gallonen Gefäßen

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Hochleistungs-Ultraschallprozessoren für die Extraktion von Silymarin

Hielscher Ultraschall-Extraktoren haben sich im Bereich der Pflanzenextraktion etabliert, unabhängig davon, welche Pflanzenmaterialien oder Lösungsmittel verwendet werden. Extrakthersteller – sowohl exklusive Boutique-Extrakthersteller als auch große Massenproduzenten – können aus Hielscher's breitem Produktportfolio die ideale Ultraschallextraktionsanlage für ihre Produktionsanforderungen wählen. Sowohl Batch- als auch kontinuierliche Inline-Prozessanlagen sind verfügbar und können noch am selben Tag ausgeliefert werden.

Hocheffiziente Extraktionsgeräte

Hielscher Ultraschallextraktoren sorgen für einen effizienten Aufschluss der pflanzlichen Zellen, eine Vergrößerung der Oberfläche des Pflanzenmaterials für die Penetration des Lösungsmittels sowie einen verbesserten Stoffaustausch, der zu einer schnellen und vollständigen Freisetzung der sekundären Pflanzenstoffe führt. Die Hielscher Extraktoren sind schnell installiert und können sicher und intuitiv bedient werden.

Automatische Datenprotokollierung

Präzise Kontrolle über die Ultraschall-Prozessparameter von Hielscher Ultrasonics' intelligente SoftwareUm die Produktionsstandards von Lebensmitteln, Nahrungsergänzungsmitteln und therapeutischen Produkten zu erfüllen, müssen Produktionsprozesse detailliert überwacht und protokolliert werden. Die digitalen Ultraschallgeräte von Hielscher Ultrasonics verfügen über eine automatische Datenprotokollierung. Durch diese intelligente Funktion werden alle wichtigen Prozessparameter wie Ultraschallenergie (Gesamt- und Nettoenergie), Temperatur, Druck und Zeit automatisch auf einer eingebauten SD-Karte gespeichert, sobald das Gerät eingeschaltet wird. Prozessüberwachung und Datenaufzeichnung sind wichtig für eine kontinuierliche Prozessstandardisierung und Produktqualität. Durch den Zugriff auf die automatisch aufgezeichneten Prozessdaten können Sie durchgeführte Beschallungsdurchläufe revidieren und das Ergebnis auswerten.
Ein weiteres benutzerfreundliches Feature ist die Browser-Fernsteuerung unserer digitalen Ultraschallsysteme. Per Browser-Fernsteuerung können Sie Ihren Ultraschallprozessor von überall aus starten, stoppen, einstellen und überwachen.
Möchten Sie mehr über die Vorteile der Ultraschallextraktion erfahren? Nehmen Sie jetzt Kontakt mit uns auf und besprechen Sie mit uns Ihren Herstellungsprozess für botanische Extrakte! Unsere erfahrenen Mitarbeiter geben Ihnen gerne weitere Informationen über die Ultraschallextraktion, unsere Ultraschallsysteme und Preise!

Höchste Qualitätsstandards – Designt & Hergestellt in Deutschland

Die ausgefeilte Hardware und die intelligente Software der Hielscher Ultraschallgeräte sind so konzipiert, dass zuverlässige Extraktionsergebnisse aus Ihrem pflanzlichen Rohmaterial garantiert sind. Reproduzierbare Ergebnisse und eine benutzerfreundliche, sichere Bedienung der Geräte sind klare Vorteile der Hielscher Ultraschallgeräte. Robustheit, Zuverlässigkeit, 24/7-Betrieb unter Volllast und die intuitive Bedienung sind weitere Qualitätsfaktoren, wodurch sich Hielscher Ultraschallprozessoren von der Konkurrenz abheben.
Hielscher Ultraschallextraktoren werden weltweit für die Extraktuion hochwertiger Phytochemikalien eingesetzt. Es wurde sowohl in wissenschaftlichen Arbeiten als auch in der industriellen Produktion bewiesen, dass Hielscher Ultraschallextraktoren nachweislich hochwertige pflanzliche Verbindungen liefern. Daher werden Hielscher Ultraschallsysteme sowohl von kleineren Herstellern von Spezial- und Boutique-Extrakten verwendet, aber auch insbesondere in der industriellen Produktion von pflanzlichen Extrakten und Therapeutika eingesetzt. Dank ihrer robusten Hardware und intelligenten Software lassen sich Hielscher Ultraschallprozessoren einfach bedienen.
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.

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

Batch-Volumen Durchfluss Empfohlenes Ultraschallgerät
1 bis 500ml 10 bis 200ml/min UP100H
10 bis 2000ml 20 bis 400ml/min UP200Ht, UP400St
0.1 bis 20l 0,2 bis 4l/min UIP2000hdT
10 bis 100l 2 bis 10l/min UIP4000hdT
n.a. 10 bis 100l/min UIP16000
n.a. größere Cluster aus UIP16000

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Ultraschall-High-Shear-Homogenisatoren werden im Labor, Benchtop, in der Pilotanlage und in der industriellen Verarbeitung eingesetzt.

Hielscher Ultrasonics stellt Hochleistungs-Ultraschallhomogenisatoren für Mischanwendungen, Dispergierung, Emulgierung und Extraktion im Labor-, Pilot- und Industriemaßstab her.



Literatur / Literaturhinweise


Hochleistungs-Ultraschall! Die Produktpalette von Hielscher deckt das gesamte Spektrum vom kompakten Labor-Ultraschallgerät über Bench-top-Homogenisatoren bis hin zu vollindustriellen Ultraschallsystemen ab.

Hielscher Ultrasonics fertigt Hochleistungs-Ultraschall-Homogenisatoren vom Labor bis zum voll-kommerziellen Industriemaßstab.