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

Ultrasonic extraction is a highly efficient technique to produce high yields of botanical extracts.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.

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Ultrasonic extraction is a highly efficacious method for the production of premium extracts

Botanische Extraktion mit dem UP400St (400W, 24kHz)

Die Ultraschallextraktion ist eine schnelle und schonende Extraktionsmethode zur Herstellung von hochwertigem Pilzextrakt. Im Video wird ein UP400St zur Heilpilzextraktion verwendet.

Kaltwasserextraktion mit dem Ultraschallextraktor UP400St mit 22mm-Sonotrode S24d22

Was macht die Ultraschallextraktion überlegen?

Die ultraschall-gestützte Extraktion (engl. Ultrasonically Assisted Extraction; Abkürzung: UAE) ist eine hocheffiziente Extraktionstechnik, die auf rein mechanischen Kräften beruht. Die Ultraschall-generierte (akustische) Kavitation ist durch intensive Scherkräfte sowie lokal auftretende hohe Temperatur- und Druckunterschiede gekennzeichnet. Diese hoch-intensiven Kavitationskräfte bewirken die sogenannte Sonoporation, d.h. die Erzeugung neuer sowie die Vergrößerung bestehender Poren in der Zellmembran sowie den Aufschluss pflanzlicher Zellstrukturen. Der durch Ultraschall verstärkte Flux von Lösungsmittel in und aus dem Zellinneren trägt zur schnellen und vollständigen Freisetzung der pflanzlichen Substanzen bei. Durch den Einsatz rein mechanischer Kräfte verändert die Ultrascahllextraktion die pflanzlichen Moleküle nicht durch Chemikalien oder hohe Temperaturen und verhindert so chemische bzw. hitzebedingte Veränderungen der bioaktiven Substanzen in den Pflanzen. Das Ergebnis der Ultraschallextraktion sind hochwertige Vollspektrumextrakte, welche die volle Wirkung der kombinierten Pflanzenstoffe, den sogenannte 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.

Ultrasonic Extraction of Botanicals: a highly effiicent extraction technique to produce premium extracts

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 Feststoffladung an Pflanzenmaterial
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 extraktionsverstärkende Mechanismus des Leistungs-Ultraschalls ist hauptsächlich auf das Phänomen der akustischen Kavitation zurückzuführen. Die Ultraschallkavitation verursacht Kollisionen zwischen den Partikeln der pflanzlichen Biomasse, was zu einer interpartikulären Fraktionierung und Reduzierung der Partikelgröße führt. Wenn die Kavitationsblasen an der Oberfläche der pflanzlichen Feststoffe kollabieren, wird durch Erosion und Sonoporation die Partikeloberfläche weiter vergrößert. Der dadurch intensivierte Stoffaustausch erleichtert die Freisetzung von Molekülen wie Proteinen, Lipiden, Zuckern, Vitaminen, Antioxidantien, Phyto-Chemikalien und Ballaststoffen. Durch die mit Ultraschall erzeugten Scherkräfte wird die Penetration des Lösungsmittels in die Zellmatrix der pflanzlichen Substanz bzw. die Durchlässigkeit der Zellmembranen verbessert. Diese Mechanismen des Leistungsultraschalls sind verantwortlich für die signifikante Prozessintensivierung, welche durch die Anwendung von Ultraschall zu Extraktionszwecken erreicht wird.

Vorteile des Einsatzes von Ultraschallgeräten für die botanische Extraktion

  • hohe Erträge
  • Extrakte von höchster Qualität
  • hocheffizienter, schneller Prozess
  • geringe Betriebskosten
  • reproduzierbare Ergebnisse
  • Lineare Skalierbarkeit
  • Einfach & sicherer Betrieb
  • Robustheit

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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.

Ultrasonic extraction setup with probe-ultrasonicator UIP1000hdT and stirrer for botanical extraction

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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Ultrasonic extraction is a simple and efficient strategy to produce higher yields of premium extracts from botanicals.

Installation des industriellen Ultraschallextraktors UIP4000hdT zur Herstellung von botanischen Extrakten.


Ultrasonic high-shear homogenizers are used in lab, bench-top, pilot and industrial processing.

Hielscher Ultrasonics fertigt und liefert Hochleistungs-Ultraschallextraktoren für den Labor-, Pilot- und Industriemaßstab.



Literatur / Literaturhinweise


High performance ultrasonics! Hielscher's product range covers the full spectrum from the compact lab ultrasonicator over bench-top units to full-industrial ultrasonic systems.

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