Strategien zur Gewinnung höherer Erträge bei der Pflanzenextraktion
Um hochwertige Extrakte aus pflanzlichem Material bei hoher Prozesseffizienz (d.h. hohe Ausbeuten an hochwertigen Extrakten in kurzer Extraktionszeit) zu gewinnen, ist eine leistungsstarke Extraktionstechnik erforderlich. Die Ultraschallextraktion ist eine prozessintensivierende Technik, die es erlaubt, so ziemlich alle Rohstoffe zu verwenden und dabei hohe Erträge an hochwertigen Extrakten auf schnelle und kostengünstige Weise zu gewinnen.
Hochwertige botanische Extrakte mittels Power-Ultraschall
Wenn eine spezifische bioaktive Verbindung oder eine bioaktive Fraktion aus einer Pflanze extrahiert wird, beeinflussen verschiedene Faktoren den Extraktionsprozess. Neben der gewählten Extraktionstechnologie (z. B. Ultraschallextraktion) sind die Polarität des Lösungsmittels, das Rohmaterial und dessen Vorbehandlung, das Feststoff-Flüssigkeits-Verhältnis (d. h. das Verhältnis von Pflanzenmaterial zu Lösungsmittel), die Extraktionszeit und die Temperatur wichtige Prozessfaktoren, die sorgfältig berücksichtigt werden müssen. Die ultraschall-gestützte Extraktion (ultrasonically assisted extraction = UAE) ermöglicht ideale Prozessbedingungen, die sich durch Milde und gleichzeitig hohe Effizienz auszeichnen. Die freie Wahl von milden Lösungsmitteln bzw. die Möglichkeit der Kaltwasserextraktion, niedrige Temperaturen und kurze Prozesszeiten machen die Ultraschallextraktion zur überlegenen Extraktionstechnik, die eine thermische bzw. chemische Zersetzung der bioaktiven Moleküle verhindert. Darüber hinaus kann die Ultraschallextraktion die gesamte verfügbare Menge an bioaktiven Molekülen aus dem pflanzlichen Rohstoff freisetzen. Aus diesem Grund ist die Ultraschallextraktion die am weitesten verbreitete Extraktionstechnologie für die Herstellung hochpotenter Extrakte.
Botanische Extraktion mit dem UP400St (400W, 24kHz)
Was macht die Ultraschallextraktion überlegen?
Die ultraschallunterstützte Extraktion (UAE) ist eine hocheffiziente Extraktionstechnik, die auf rein mechanischen Kräften beruht. Die Ultraschall- oder akustische Kavitation ist durch intensive Scherkräfte sowie lokal auftretende hohe Temperatur- und Druckunterschiede gekennzeichnet. Diese hochintensiven Kavitationskräfte bewirken die so genannte Sonoporation, d. h. die Bildung neuer und die Vergrößerung bestehender Poren in der Zellmembran sowie die Zerstörung pflanzlicher Zellstrukturen. Der durch Ultraschall verstärkte Fluss von Lösungsmitteln in und aus dem Zellinneren trägt zur schnellen und vollständigen Freisetzung der pflanzlichen Substanzen bei. Durch den ausschließlichen Einsatz mechanischer Kräfte verändert UAE die pflanzlichen Moleküle nicht durch Chemikalien oder intensive Wärmebehandlung und verhindert so chemische oder hitzebedingte Veränderungen der bioaktiven Substanzen in den Pflanzen. Das Ergebnis der Ultraschallextraktion sind qualitativ hochwertige Vollspektrum-Extrakte, die die volle Wirkung der kombinierten pflanzlichen Substanzen, den so genannten Entourage-Effekt, bieten.
Ultraschall-Extraktion: mildes, nicht-thermisches, aber hocheffizientes Verfahren für hohe Extrakterträge in Premium-Qualität.
Vergleich der Ultraschallextraktion mit anderen Techniken
Die Ultraschallextraktion ist eine weit verbreitete Technik zur Freisetzung und Isolierung bioaktiver Verbindungen wie Antioxidantien, Polyphenole, Polysaccharide, Proteine, Lipide, Cannabinoide und andere Phytochemikalien aus Pflanzenmaterialien.Die Sonifizierung ist die bevorzugte Methode aufgrund zahlreicher Vorteile wie der hohen bzw. vollständigen Extraktionsausbeuten, der schnellen, nicht-thermischen Verarbeitung, der Kompatibilität mit fast allen Lösungsmitteln (z. B. Wasser, Ethanol, Methanol, Isopropanol, Pflanzenöle, Glycerin usw.), dem einfachen und sicheren Betrieb, dem geringen Wartungsaufwand unter vielen weiteren Vorteilen.
Die folgende Tabelle vergleicht die Ultraschallextraktion mit anderen konventionellen Extraktionsmethoden und hebt dadurch dabei die Vorteile der Ultraschallextraktion hervor.
Ultraschallextraktoren von Hielscher zeichnen sich durch Effizienz, Zuverlässigkeit und Benutzerfreundlichkeit aus.
| Ultraschall-Extraktion | Mazeration | CO2 Extraktion | Soxhlet | Perkolation | |
|---|---|---|---|---|---|
| Lösungsmittel | kompatibel mit fast jedem Lösungsmittel | Wasser, wässrige und nichtwässrige Lösungsmittel | CO2 | Wasser, wässrige und nichtwässrige Lösungsmittel | Organische Lösungsmittel |
| Temperatur | nicht-thermische Extraktion, präzise Temperaturkontrolle |
Raumtemperatur | unter Hitze | Umgebungstemperatur, gelegentlich wird Wärme angewendet |
über der kritischen Temperatur von 31°C |
| Druck | sowohl atmosphärischer als auch erhöhter Druck möglich |
atmosphärisch | atmosphärisch | atmosphärisch | sehr hohe Drücke (über dem kritischen Druck von 74 bar) |
| Verarbeitungsdauer | Schnell | sehr langsam | langsam | sehr langsam | moderat |
| Lösungsmittelbedarf | niedrig, hohe Feststoffbelastung des Pflanzenmaterials im Lösungsmittel, insbesondere wenn eine Durchflusszelle verwendet wird |
hoch | moderat | hoch | große Mengen an Überkritisches CO2 |
| Polarität des natürlichen Extrakts | abhängig vom Lösungsmittel; zur Extraktion unpolarer und polarer Verbindungen wird eine zweistufige Extraktion mit zwei Lösungsmitteln empfohlen |
abhängig vom Lösungsmittel | abhängig vom Lösungsmittel | abhängig vom Lösungsmittel | abhängig vom Druck (unter höheren Drücken polarer) |
| Flexibilität/Skalierbarkeit | für Batch- und Inline-Extraktion, lineare Skalierbarkeit |
nur Batch-Extraktion, begrenzte Skalierbarkeit |
nur Batch-Extraktion, begrenzte Skalierbarkeit |
nur Batch-Extraktion, begrenzte Skalierbarkeit |
nur Batch-Extraktion, begrenzte lineare Skalierbarkeit, sehr teuer |
Warum ist die Ultraschallextraktion so effizient?
Der die Extraktion verstärkende Mechanismus des Leistungsultraschalls wird hauptsächlich auf das Phänomen der akustischen Kavitation zurückgeführt. Die Ultraschallkavitation verursacht Kollisionen zwischen den Teilchen der pflanzlichen Biomasse, was zu einer interpartikulären Fraktionierung und einer Verringerung der Teilchengröße führt. Wenn die Kavitationsblasen an der Oberfläche der pflanzlichen Feststoffe kollabieren, vergrößern Erosion und Sonoporation die Partikeloberfläche weiter. Der dadurch intensivierte Stoffaustausch erleichtert die Freisetzung von Molekülen wie Proteinen, Lipiden, Zuckern, Vitaminen, Antioxidantien, Phytochemikalien und Ballaststoffen. Durch die mit Ultraschall erzeugten Scherkräfte wird das Eindringen des Lösungsmittels in die Zellmatrix der pflanzlichen Stoffe bzw. die Durchlässigkeit der Zellmembranen verbessert. Diese Mechanismen des Leistungsultraschalls sind für die erhebliche Prozessintensivierung verantwortlich, die durch den Einsatz von Ultraschall bei der Pflanzenextraktion erreicht wird.
- hohe Erträge
- Extrakte von höchster Qualität
- hocheffizienter, schneller Prozess
- geringe Betriebskosten
- reproduzierbare Ergebnisse
- lineare Skalierbarkeit
- Einfach & sicherer Betrieb
- Robustheit
Fordern Sie technische Informationen über Hielscher Ultraschallextraktoren und deren Vorteile an!
Hielscher Ultrasonics entwickelt, fertigt und vertreibt Hochleistungs-Ultraschall-Extraktoren für die Chargen- / Batch- sowie die kontinuierliche Inline-Verarbeitung in jedem Produktionsmaßstab. Während höchste technische Standards, herausragende Robustheit und der 24/7/365-Betrieb für hohe Effizienz sorgen, sind Hielscher-Ultraschallgeräte zudem auch einfach und zuverlässig zu bedienen. Hohe Effizienz, intelligente Software, intuitive Menüführung, automatische Datenprotokollierung und Browser-Fernsteuerung sind nur einige Merkmale, die Hielscher-Extraktoren von anderen Extraktionsgeräten unterscheiden.
Vorteile der Hielscher Ultraschallextraktoren
Effizienz
- Höhere Erträge
- Schneller Extraktionsprozess – innerhalb weniger Minuten
- Hochwertige Extrakte – milde, nicht thermische Extraktion
- Grüne Lösungsmittel (Wasser, Ethanol, Glycerin, Pflanzenöle etc.)
Einfachheit
- Plug ‚n‘ play - Aufbau und Training innerhalb weniger Stunden
- Hoher Durchsatz - Für die großtechnische Extraktproduktion
- im Batch oder kontinuierlichen Inline-Betrieb
- Einfache Einrichtung - Unterstützt mehrere Spannungen, und benötigt nur den Anschluß von max. 4 Schläuchen
- Beweglich und flexibel einsatzbar
- Lineare Skalierung - fügen Sie weitere Ultraschallsysteme parallel hinzu, um die Kapazität zu erweitern.
- Fernüberwachung und -steuerung - über PC, Smartphone oder Tablet
- Keine Prozessüberwachung erforderlich - Gerät anschalten und laufen lassen
- Leistungsstark - ausgelegt für den kontinuierlichen 24/7-Betrieb
- Robustheit und geringer Wartungsaufwand
- hohe Qualität – in Deutschland entwickelt und gebaut
- Schneller Wechsel zwischen den Extraktions-Chargen
- einfach zu reinigen
Sicherheit
- Einfach und sicher zu bedienen
- Lösungsmittelfreie oder lösungsmittelbasierte Extraktion (Wasser, Ethanol, Pflanzenöle, Glycerin, etc.)
- Keine hohen Drücke und Temperaturen
- ATEX-zertifizierte explosionsgeschützte Systeme verfügbar
- Einfache Bedienung (auch über Fernbedienung)
Lösungsmittel für die Ultraschall-Extraktion
Wählen Sie das ideale Lösungsmittel für Ihren Extraktionsprozess: Wasser, Wasser-Alkohol-Gemisch, Isopropylalkohol, Hexan, Ethanol, Methanol, Butan, Pflanzenöle, Glyzerin, etc.
Sowohl nicht-toxische Lösungsmittel sowie alle anderen Standardlösungsmittel sind problemlos mit der Ultraschallextraktion kompatibel.
Kaltwasserextraktion mit Ultraschall: Obwohl Wasser technisch gesehen ein Lösungsmittel ist, das sogenannte universelle Lösungsmittel, wird eine wasserbasierte Extraktion im Allgemeinen als lösungsmittelfreie Extraktion betrachtet. Eine lösungsmittelfreie Extraktion mit Ultraschall kommt ohne Fremdstoffe aus. Die Slurry aus Wasser und Pflanzenmaterial wird beschallt, um die Zellwände der Pflanze aufzubrechen, so dass die bioaktiven Moleküle in das Wasser (Lösungsmittel) freigesetzt werden. Die Beschallung ist eine rein mechanische Methode, die den Rohstoff und das Extrakt chemisch nicht verändert. Daher ist die Ultraschallextraktion die bevorzugte Technik zur Herstellung hochwertiger botanischer Extrakte.
Ultraschall-Stabschwinger UIP1000hdT mit Rührwerk zur Herstellung von pflanzlichen Extrakten wie Cannabinoiden (z.B. CBD, THC, CBG)
Die folgende Tabelle gibt Ihnen einen Hinweis auf die ungefähre Verarbeitungskapazität unserer Ultraschallextraktoren (in Chargen- und Durchflussverarbeitung):
| 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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Installation des industriellen Ultraschallextraktors UIP4000hdT zur Herstellung von botanischen Extrakten.
Hielscher Ultrasonics fertigt und liefert Hochleistungs-Ultraschallextraktoren für den Labor-, Pilot- und Industriemaßstab.
Literatur / Literaturhinweise
- Petigny L., Périno-Issartier S., Wajsman J., Chemat F. (2013): Batch and Continuous Ultrasound Assisted Extraction of Boldo Leaves (Peumus boldus Mol.). International journal of Molecular Science 14, 2013. 5750-5764.
- Fooladi, Hamed; Mortazavi, Seyyed Ali; Rajaei, Ahmad; Elhami Rad, Amir Hossein; Salar Bashi, Davoud; Savabi Sani Kargar, Samira (2013): Optimize the extraction of phenolic compounds of jujube (Ziziphus Jujube) using ultrasound-assisted extraction method.
- Dogan Kubra, P.K. Akman, F. Tornuk (2019): Improvement of Bioavailability of Sage and Mint by Ultrasonic Extraction. International Journal of Life Sciences and Biotechnology, 2019. 2(2): p.122- 135.
- Sitthiya, K.; Devkota, L.; Sadiq, M.B.; Anal A.K. (2018): Extraction and characterization of proteins from banana (Musa Sapientum L) flower and evaluation of antimicrobial activities. J Food Sci Technol (February 2018) 55(2):658–666.
- Ayyildiz, Sena Saklar; Karadeniz, Bulent; Sagcanb, Nihan; Bahara, Banu; Us, Ahmet Abdullah; Alasalvar, Cesarettin (2018): Optimizing the extraction parameters of epigallocatechin gallate using conventional hot water and ultrasound assisted methods from green tea. Food and Bioproducts Processing 111 (2018). 37–44.
- V. Lobo, A. Patil,A. Phatak, N. Chandra (2010): Free radicals, antioxidants and functional foods: Impact on human health. Pharmacognosy Reviews 2010 Jul-Dec; 4(8): 118–126.
Hielscher Ultrasonics fertigt Hochleistungs-Ultraschall-Homogenisatoren vom Labor bis zum voll-kommerziellen Industriemaßstab.