Ultraschall-Extraktion von Astaxanthin für höhere Erträge

  • Astaxanthin ist ein hochwirksames Antioxidans, das in Arzneimitteln und Nahrungsergänzungsmitteln eingesetzt wird.
  • Um hochwertiges Astaxanthin aus natürlichen Quellen wie Algen herzustellen, ist eine leistungsstarke Extraktionstechnik erforderlich.
  • Die Ultraschallextraktion ist eine mechanische Behandlung, die eine hohe Ausbeute an Astaxanthin in einer sehr kurzen Extraktionszeit ermöglicht.

Hochleistungssonicatoren für Astaxanthin-Extrakte von hoher Qualität

Die Ultraschallextraktion ist ein Hochleistungsextraktionsverfahren, bei dem intensive Ultraschallwellen zur Extraktion von Astaxanthin aus natürlichen Quellen wie Mikroalgen, Krill oder Krustentieren eingesetzt werden. Astaxanthin ist ein natürlich vorkommendes Carotinoid-Pigment, das für seine starken antioxidativen Eigenschaften und seine vielfältigen gesundheitlichen Vorteile bekannt ist. Es wird häufig als Nahrungsergänzungsmittel und Lebensmittelfarbstoff verwendet. Erfahren Sie, wie die Beschallung den Extraktionsprozess für Astaxanthin verbessert!

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MultiSonoReactor zur verbesserten Astaxanthin-Extraktion mit Hochleistungs-Ultraschall

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Ultraschall-Extraktion von Astaxanthin aus Mikroalgen

Astaxanthin wird als Nahrungsergänzungsmittel sowohl Menschen als auch Tieren verabreicht, da es zahlreiche gesundheitsfördernde Effekte mit sich bringt. Astaxanthin wird aus Meeresfrüchten oder aus der Alge H. pluvialis gewonnen. Haematococcus pluvialis ist eine grüne Mikroalge, die unter Stressbedingungen, wie z.B. hohem Salzgehalt, Stickstoffmangel, hohen Temperaturen und viel Licht, hohe Astaxanthingehalte produziert. Mit bis zu 9,2mg/g Astaxanthin pro Algenzelle (= bis zu 3,8% auf das Trockengewicht von H. pluvialis) akkumuliert der Haematococcus pluvialis einen sehr hohen Gehalt an natürlichem Astaxanthin und ist daher der bevorzugte Organismus für die Produktion von Astaxanthin.
Um Astaxanthin aus grünen Mikroalgen freizusetzen, müssen die Algenzellen aufgeschlüsselt werden. Die Ultraschallbehandlung ist für den Zweck des Zellaufschlusses, der Lyse und der Isolierung bioaktiver Verbindungen wie Lipide, Antioxidantien, Polyphenole und natürliche Pigmente gut etabliert. Hochleistungs-Ultraschall erzeugt rein mechanische Kräfte, die durch Scherkräfte die Zellwände aufbrechen und die Freisetzung bioaktiver Substanzen wie Astaxanthin bewirken.

Ultraschall-Extraktion von Astaxanthin aus Hefe

UIP4000hdT 4kW leistungsstarker Ultraschallprozessor für die ExtraktionPhaffia rhodozyma ist eine Hefe, die reich an Astaxanthin ist. Die dicke Zellwand von P. rhodozyma, die hauptsächlich aus Glucan besteht und für die Zellsteifigkeit verantwortlich ist, macht den Zellaufschluss und die Astaxanthinisolierung jedoch zu einer anspruchsvollen Aufgabe. Forscher (Gogate et al. 2015) fanden heraus, dass Ultraschallextraktion in Kombination mit Milchsäure den Zellaufschluss intensiviert und die Extraktion von Astaxanthin aus P. rhodozyma zu einem umweltfreundlicheren Verfahren macht. Sie verwendeten Milchsäure als Medium für den Aufschluss und Ethanol als Lösungsmittel für die Extraktion. Die höchste Ausbeute an Astaxanthin (90 %) wurde bei der ultraschallgestützten Extraktion mit 3 M Milchsäure und einer Aufschlusszeit von 15 Minuten erzielt. Leistungsstarke Ultraschallextraktoren wie der UIP4000hd (4 kW, siehe Abb. links) in Kombination mit einem druckbeaufschlagbaren Durchflussreaktor ermöglichen die Erzeugung einer sehr intensiven Kavitation. Die Scherkräfte der Kavitation brechen die Hefezellwände auf und fördern den Stoffaustausch zwischen dem Zellinneren und dem Lösungsmittel.

Vorteile der Astaxanthin-Extraktion mit Ultraschall

  • Höhere Ausbeute
  • Schnelle Extraktion – innerhalb weniger Minuten
  • Hochwertige Extrakte – Mild, nicht-thermisch
  • Grüne Lösungsmittel (z.B. Wasser/Ethanol)
  • kostengünstig
  • einfache und sichere Bedienung
  • geringe Investitions- und Betriebskosten
  • 24/7 Betrieb unter hoher Last
  • grüne, umweltfreundliche Methode

 

In dieser Präsentation führen wir Sie in die Herstellung botanischer Extrakte ein. Wir erläutern die Herausforderungen bei der Herstellung hochwertiger botanischer Extrakte und wie ein Sonicator Ihnen helfen kann, diese Herausforderungen zu meistern. Diese Präsentation zeigt Ihnen, wie die Ultraschallextraktion funktioniert. Sie erfahren, welche Vorteile Sie bei der Verwendung eines Sonicators für die Extraktion erwarten können und wie Sie einen Ultraschallextraktor in Ihre Extraktproduktion integrieren können.

Botanische Ultraschallextraktion - Wie man Ultraschallgeräte zur Extraktion botanischer Substanzen verwendet

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Ultraschall-gestützte Astaxanthin-Extraktion – im Batch oder im kontinuierlichen Durchfluss

UP400St mit Rührwerk im 8L-ExtraktionsbatchAstaxanthin ist eine lipophile Verbindung und kann in Lösungsmitteln (z.B. 48,0% Ethanol in Ethylacetat) und Ölen (z.B. Sojaöl) gelöst werden.
Batch: Ultraschallextraktionsprozesse können als einfache Batchprozesse oder im Inline-Verfahren betrieben werden. Im Inline- bzw. Durchflussverfahren wird Medium kontinuierlich durch einen Ultraschall-Durchflussreaktor geführt.
Die Beschallung im Batch ist ein einfaches Verfahren, bei dem die Extraktion chargenweise durchgeführt wird. Hielscher Ultrasonics bietet Ultraschallprozessoren für die Verarbeitung kleiner bis großer Chargen im Batch, d.h. 1L bis 120L.
Für die Verarbeitung von Lotgrößen von 5 bis 10L empfehlen wir die Verwendung des UP400St mit Sonotrode S24d22L2D (siehe Bild links).
Für die Verarbeitung von Chargen von ca. 120L empfehlen wir die Verwendung des Sonicator UIP2000hdT mit der Sonotrode RS4d40L4.

Durchfluss: Für größere Mengen und eine großtechnische Extraktion wird ein kontinuierlicher Flüssigkeitsstrom durch einen Ultraschallreaktor geleitet, in dem die lösungsmittelhaltige/botanische Slurry intensiv beschallt wird.
Für ein Volumen von ca. 8L/min. empfehlen wir den UIP4000hdT mit Sonotrode RS4d40L3 und druckbeaufschlagbarer Durchflusszelle FC130L4-3G0

Ultraschallextraktion mit 2kW-System UIP2000hdT

UIP2000hdT (2kW) für die Extraktion im Großmaßstab

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Hochleistungs-Ultraschallprozessoren für die Extraktion

Hielscher Ultrasonics ist spezialisiert auf die Herstellung von Hochleistungsschallgeräten für die Gewinnung hochwertiger Extrakte aus Pflanzen, Hefen und Zellen. Das breite Produktportfolio von Hielscher Ultrasonics reicht von kleinen, leistungsstarken Labor-Ultraschallgeräten bis hin zu robusten Tisch- und vollindustriellen Systemen, die hochintensiven Ultraschall für die effiziente Extraktion und Isolierung bioaktiver Komponenten wie Astaxanthin, Quercetin, Koffein, Curcumin, Terpene etc. liefern. Alle digitalen Sonicators von 200W bis 16.000W verfügen über ein intuitives Menü mit programmierbaren Einstellungen, ein farbiges Touch-Display für eine komfortable Bedienung, eine integrierte SD-Karte zur automatischen Datenaufzeichnung, eine Browser-Fernbedienung und viele weitere benutzerfreundliche Funktionen. Die Sonotroden und Durchflusszellen (die Teile, die mit dem Medium in Berührung kommen) können autoklaviert werden und sind leicht zu reinigen. Alle unsere Ultraschallgeräte sind für den 24/7-Betrieb ausgelegt, erfordern wenig Wartung und sind einfach und sicher zu bedienen.
Farbiges Touch-Display von Hielscher Digital-Ultraschallgeräten.Ein digitales Farbdisplay ermöglicht eine benutzerfreundliche Steuerung der Ultraschallgeräte. Unsere Systeme sind in der Lage, von niedrigen bis zu sehr hohen Amplituden zu liefern. Für die Extraktion von chemischen Verbindungen wie z.B. Astaxanthin bieten wir spezielle Ultraschallsonotroden (auch Ultraschallsonden oder -hörner genannt) an, die für die empfindliche Isolierung von hochwertigen Wirkstoffen optimiert sind. Hielscher bietet spezielle Sonotroden für hohe Amplituden in Kombination mit druckbeaufschlagbaren Durchflusszellen an, die in der Lage sind, extreme Kavitationsscherkräfte zu erzeugen, die selbst sehr robuste Hefezellen zerstören. Die Robustheit der Hielscher-Ultraschallgeräte ermöglicht einen 24/7-Betrieb unter hoher Belastung und in anspruchsvollen Umgebungen.
Die präzise Steuerung der Ultraschall-Prozessparameter gewährleistet Reproduzierbarkeit und Prozessstandardisierung. Die automatisierten Ultraschallextraktionssysteme von Hielscher im industriellen Maßstab sind für hohe Produktionskapazitäten von Extrakten höchster Qualität bei gleichzeitiger Reduzierung von Arbeit, Kosten und Energie ausgelegt.

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Ultraschallsonden sind sehr effizient für die nicht-thermische Extraktion von Heilpilzen wie Chaga. Dieses Video zeigt die schnelle Vollspektrumextraktion aus Chaga mit dem Ultraschallgerät UP100H.

Pilzextraktion - Kaltextraktion von Chaga-Pilzen durch Ultraschallbehandlung

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Literatur

Wissenswertes

Sono-Extraktion

Die Ultraschallextraktion oder Sono-Extraktion basiert auf dem Prinzip der akustischen Kavitation.
Wenn intensive Ultraschallwellen auf Flüssigkeitssysteme angewendet werden, tritt akustische Kavitation auf. Kavitation ist das Phänomen der Erzeugung, des Wachstums und des eventuellen Kollapses von Vakuumblasen in einer Flüssigkeit (siehe Bild unten). Während der Ausbreitung der Ultraschallwellen schwingen und wachsen die Vakuumblasen, bis sie einen Punkt erreichen, an dem sie keine weitere Energie mehr absorbieren können. Sobald eine Vakuumblase ihre maximale Größe erreicht hat, implodiert sie heftig, was lokal thermische, mechanische und chemische Effekte verursacht. Zu den mechanischen Effekten gehören hohe Drücke von bis zu 1000atm, Turbulenzen und intensive Scherkräfte. Diese Kräfte schließen die Zellwände auf und fördern den Stoffaustausch zwischen dem Zellinneren und den lösungsmittelfreien bioaktiven Verbindungen in die umgebende Flüssigkeit (d.h. Lösungsmittel).

Akustische oder Ultraschall-Kavitation: Kavitationsblasenwachstum und Implosion

Die akustische Kavitation, die durch hochintensiven Niederfrequenz-Ultraschall erzeugt wird, führt zu starken Scherkräften und lokal auftretenden hohen Druck- und Temperaturunterschieden, die die notwendige Wirkung für den Zellaufschluss, die intensive Durchmischung und den Stofftransport haben. Diese Ultraschall-Scherkräfte werden erfolgreich zur Cannabisextraktion eingesetzt.

Die Ultraschallextraktion von Verbindungen aus Pflanzen und Zellgewebe ist gut erforscht. Die Anwendung von hochintensiven Ultraschallwellen intensiviert die Extraktionsprozesse erheblich. Neben der Prozessintensivierung – was zu höheren Erträgen und kürzerer Extraktionszeit führt – wird eine thermischer Abbau und Verlust temperaturempfindlicher Bestandteile verhindert, da die Ultraschallbehandlung eine nicht-thermische Behandlungsmethode ist. Darüber hinaus sind mit der Ultraschallextraktion niedrige Investitions- und Betriebskosten verbunden. Außerdem reduziert Ultraschall den Einsatz von Lösungsmitteln und/oder ermöglicht den Einsatz umweltfreundlicherer Lösungsmittel, was die Ultraschallextraktion zu einer wirtschaftlichen und umweltfreundlichen Extraktionstechnik macht. Die ultraschall-gestützte Extraktion (UAE) wurde schnell in der Pharma- und Lebensmittelindustrie implementiert, um bioaktive Verbindungen mit wirtschaftlichen Vorteilen herzustellen.

Die Ultraschallextraktion ist deshalb so effizient, weil sie die Zellstrukturen aufbricht und den Stoffaustausch fördert. Dieses Funktionsprinzip des Ultraschalls wird von Hielscher Ultrasonics Extraktions-Equipment für eine hocheffiziente Cannabisextraktion genutzt.

Intensive Ultraschallwellen schliepen die Zellmatrix biologischer Strukturen auf und setzen die bioaktiven Verbindungen frei. Der Stoffaustausch zwischen dem Pflanzenmaterial und dem Lösungsmittel wird intensiviert. Aufgrund dieser Mechanismen ist die Ultraschallextraktion für die Cannabisextraktion äußerst effizient.

Astaxanthin

Astaxanthin zeichnet sich durch eine tiefrote Farbe aus. Es ist ein fettlösliches Pigment, das in Algen (z.B. Haematococcus pluvialis, Chlorella zofingiensis, Chlorococcum), Hefe (z.B. Phaffia rhodozyma), Lachs, Forelle, Krill, Garnelen und Krebsen vorkommt. Astaxanthin gilt als Super-Antioxidans, da seine antioxidative Wirksamkeit zehn- bis zwanzigmal stärker als bei vielen anderen Carotinoiden wie z.B. Beta-Carotin, Lutein und Zeaxanthin sowie hundertmal stärker als Alpha-Tocopherol (Vitamin E) ist.
Astaxanthin (3,3′-dihydroxy-β, β′-carotin-4,4′-dion) ist ein Keto-Carotinoid und gehört zu einer größeren Klasse von chemischen Verbindungen, die als Terpene (als Tetraterpenoid) bezeichnet werden und aus fünf Kohlenstoffvorläufern, Isopentenyldiphosphat und Dimethylallyldiphosphat bestehen. Astaxanthin wird als eine Art von Carotinoidverbindungen mit sauerstoffhaltigen Komponenten, nämlich Hydroxyl (-OH) oder Keton (C=O) - wie auch Zeaxanthin und Canthaxanthin - eingestuft. Astaxanthin ist ein Metabolit von Zeaxanthin und/oder Canthaxanthin, das sowohl Hydroxyl- als auch Ketonfunktionsgruppen enthält. Wie viele Carotinoide ist Astaxanthin ein fettlösliches Pigment und zeichnet sich durch seine rote Farbe aus. Carotinoide wie Astaxanthin sind für ihre antioxidative Kapazität bekannt.
Astaxanthin ist ein rotes Pigment und ist in der Natur in den Regenwassermikroalgen (Haematococcus pluvialis) und der Hefe Xanthophyllomyces dendrorhous (auch bekannt als Phaffia rhodozyma) zu finden. Werden die Algen Stress ausgestzt, z.B. durch Nährstoffmangel, erhöhtem Salzgehalt oder übermäßigem Sonnenschein bilden sie vermehrt Astaxanthin. Andere Arten, die diese gestressten Süßwasser-Mikroalgen konsumieren, wie Lachs, Forelle, Rote Goldbrasse, Flamingo, Krustentiere (z.B. Garnelen, Krill, Krabben, Hummer, Krebse), reflektieren die Pigmentierung der rot-orangen Farbtöne in ihrem Erscheinungsbild.
Aufgrund seiner gesundheitsfördernden und krankheitsbekämpfenden Effekte wird Astaxanthin als Nahrungsergänzungsmittel und Medikament verwendet. Astaxanthin ist ein weitverbeitetes Nutrazeutikum zur Verbesserung der Hautheilung (z.B. zur Reduzierung von Falten, Schäden durch Sonnenbrand etc.).
Darüber hinaus wird Astaxanthin zunehmend zur Behandlung von Alzheimer, Parkinson, Herz-Kreislauf-Erkrankungen, hohem Cholesterinspiegel, Lebererkrankungen, altersbedingter Makuladegeneration und Krebsprävention eingesetzt.

Hochleistungs-Ultraschall! Die Hielscher-Produktpalette deckt das gesamte Spektrum vom kompakten Labor-Ultraschallhomogenisator über Benchtop-Sonicator bis hin zu vollindustriellen Ultraschallsystemen ab.

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

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