Hielscher Ultraschalltechnik

Lösungsmittel für die ultraschall-gestütze Gewinnung von Pflanzenextrakten

  • Die Ultraschallextraktion bietet zahlreiche Vorteile wie z.B. eine hohe Ausbeute, sehr schnelle Extraktionsrate, Umweltfreundlichkeit sowie einen geringen Energieverbrauch.
  • Als Hauptvorteil gilt u.a. die Verwendung von Wasser als Extraktionsmedium. Bei der Ultraschallextraktion können Sie jedoch zahlreiche andere Lösungsmittel auswählen, um optimale Extraktionsergebnisse zu erzielen.
  • Das optimale Lösungsmittel für die Ultraschallextraktion pflanzlicher Biokomponenten wird immer unter Beachtung des Ausgangsmaterial gewählt.

 

Ultraschall-Extraktion

Intensiver Ultraschall ist dafür bekannt, Zellstrukturen aufzuschließen und den Stoffaustausch zu intensivieren, wodurch die Extrahierbarkeit biochemischer Verbindungen deutlich verbessert wird (z.B. Phenole, Carotinoide).
Da die Scherkräfte des Ultraschalls den Stoffaustausch und damit den Extraktionsprozess deutlich intensivieren, ist die Verwendung organischer Lösungsmitteln häufig überflüssig. Dies bedeutet, dass Wasser für die Ultraschallextraktion oftmals als ein Lösungsmittel ausreicht. Dies bringt zahlreiche Vorteile mit sich, da Wasser kostengünstig, ungefährlich, leicht verfügbar und umweltfreundlich ist.
Für einige spezielle bioaktive Verbindungen werden die besten Ergebnissen einer Ultraschallextraktion jedoch in Kombination mit einem flüchtigen Lösungsmittel erreicht.
Um das richtige Lösungsmittel auszuwählen, müssen sowohl Ausgangsstoff (z.B. frisches o. getrocknetes, mazeriertes/gemahlenes oder pulverisiertes Pflanzenmaterial) als auch die Zielsubstanzen (z.B. lipophiles o. hydrophiles Extrakt) berücksichtigt werden.

In der folgenden Tabelle finden Sie verschiedene Lösungsmittel, welche sich für die Ultraschallextraktion von pflanzlichen Stoffen bewährt haben.

Lösungsmittel Pflanze pflanzl. Gewebeart
Essigsäure / Urea / Cetyltrim-Äthylammoniumbromid Reis Kleie
wässriges Ethanol Distiller's Grain Korn
wässrige Isopropanol Soja, Raps Saat
Ethanol Saccharina japonica
Glaziale Essigsäure Hirse (Sorghum)
Phenol Tomaten / Kartoffeln / Aloe Vera / Sojabohnen Pollen / Knolle / Blatt / Samen
Phenol / Ammoniumacetat Gerste / Banane Wurzel / Blatt
Phenol / Ammoniumacetat Avocado / Tomate / Orange / Banane / Birne / Traube / Apfel / Erdbeere Früchte
Phenol / Methanol-Ammoniumacetat Nadelholz / Banane / Apfel / Kartoffel Samen / Früchte
Natriumdodecylsulfat / Aceton Nadelholz / Kartoffel Samen / Knollen
Natriumdodecylsulfat / TCA / Aceton Apfel / Banane Gewebe
TCA Bohnen Staubbeutel
TCA / Aceton Zitrus / Soja / Aloe Vera Blätter
TCA / Aceton Soja / Nadelholz Saat
TCA / Aceton Tomate Pollenkorn
TCA / Aceton / Phenol Olive / Bambus / Traube / Zitrone Blätter
TCA / Aceton / Phenol Apfel / Orange / Tomate Früchte
Thioharnstoff / Urea Sojabohnen Samen
Thioharnstoff / Urea Apfel / Banane Gewebe
Tris-HCl-Puffer Tomate Pollenkorn

Ultraschall-Extraktion von Chiliflocken

Ultraschall-Disruptoren werden für die Extraktion von Phytostoffen aus Pflanzenmaterialien verwendet

Ultraschallextraktion aus Zellen: der mikroskopische Querschnitt (TS) eines apikalen Minzstengels (Mentha piperita) zeigt die Mechanismen während der Ultraschallextraktion aus Zellen (2000x Vergrößerung) [resource: Vilkhu et al. 2011]

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Ultraschallsysteme für die Extraktion

Von kleinen Labor- und Benchtop-Ultraschallgeräten bis zu industriellen Ultraschall-Extraktionsanlagen – Hielscher Ultrasonics ist Ihr langjährig erfahrener Partner, wenn es um leistungsstarke und zuverlässige Ultraschallprozessoren für erfolgreiche Extraktionsverfahren geht.
Unsere Ultraschallsysteme werden weltweit in biochemischen Laboratorien und pharmazeutischen Produktionsanlagen eingesetzt. Die Ultraschallsonotroden und Reaktoren sind autoklavierbar und erfüllen die pharmazeutischen Produktionsstandards.

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Unsere Ultraschallsysteme können auch mit konventionellen Extraktionsmethoden, wie z.B. der Soxhlet-Extraktion oder überkritischen CO2 Extraktion kombiniert werden. Unsere Ultraschallgeräte können einfach in bestehende Systeme und Produktionslinien integriert werden (Retrofitting).

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Literatur



Wissenswertes

Ultraschallextraktion mittels Kavitation

Intensive Ultraschallwellen erzeugen in Flüssigkeiten akustische Kavitation. Die durch Kavitation generierten Scherkräfte brechen Zellwände und Membranen auf, so dass das intrazelluläre Material freigesetzt wird. Bei der Ultraschallextraktion wird das Lösungsmittels in die Zellen hinein- und herausgepresst, wodurch der Stoffaustausch zwischen Zellinnenraum und Zellaußenraum deutlich verbessert wird. Durch Ultraschall wird der Extraktionsprozess also erheblich intensiviert, wodurch höhere Ausbeuten, schnelle Extraktionsraten und eine vollständigere Extraktion erzielt werden.

Lösungsmittelsysteme

Für die Extraktion von bioaktiven Verbindungen aus pflanzlichem Material stehen verschiedene Lösungsmittelsysteme zur Verfügung. Für die Extraktion von hydrophilen Verbindungen werden vor allem polare Lösungsmittel, wie Methanol, Ethanol oder Ethyl-Acetat gewählt, während für die Extraktion von lipophilen Verbindungen (z.B. Lipiden) Lösungsmittelsysteme wie Dichlormethan oder Dichlormethan / Methanol (V/V 1:1) bevorzugt werden. Hexan wird häufig als Lösungsmittel für die Chlorophyllextraktion verwendet.

Organische Lösungsmittel

Ein organisches Lösungsmittel ist eine Form flüchtiger organischer Verbindungen (engl. volatile organic compound, abbrev. VOC). Flüchtige organische Verbindungen sind organische Chemikalien, die bereits bei Raumtemperatur verdampfen.
Zu den organische Verbindungen, die häufig als Lösungsmittel verwendet werden, gehören u.a.:

  • aromatische Verbindungen, z.B. Benzol und Toluol
  • Alkohole, z.B. Methanol
  • Ester und Ether
  • Ketone, z.B. Aceton
  • Amine
  • nitrierte und halogenierte Kohlenwasserstoffe

Viele organische Lösungsmittel sind als giftig oder krebserregend eingestuft. Bei falscher Handhabung können sie für den Menschen gefährlich sein und Luft, Wasser sowie Boden kontaminieren.

Bioaktive Verbindungen

Bioaktive Verbindungen sind als Substanzen definiert, welche Auswirkungen auf lebende Organismen, Gewebe oder Zellen haben. Zu biologisch aktiven Substanzen gehören u.a. Antibiotika, Enzyme und Vitamine. Bioaktive Substanzen wie Carotinoide und Polyphenole können z.B. aus Früchten, Blättern und Gemüse extrahiert werden, während Phytosterole v.a. in pflanzlichen Ölen zu finden sind.
Zu den aus Pflanzen gewonnenen bioaktiven Stoffen gehören z.B. Flavonoide, Koffein, Carotenoide, Choline, Dithiolthione, Phytosterole, Polysaccharide, Phytoöstrogene, Glucosinolate, Polyphenole sowie Anthocyanine. Viele bioaktive Substanzen werden aufgrund ihrer antioxidativen Wirkung als gesundheitsfördernd eingestuft.