Ultraschallextraktion von Wirkstoffen aus Nebenprodukten der Traubenverarbeitung und Weinherstellung

Trauben (Vitis vinifera) sowie Nebenprodukte aus Weinbau und Weinherstellung sind reich an Polyphenolen und anderen bioaktiven Substanzen, die wertvolle Verbindungen für die Herstellung medizinischer Präparate und Nahrungsergänzungsmittel sind. Die Ultraschallextraktion ermöglicht die einfache und hocheffiziente Isolierung von Verbindungen aus Trauben und Weinreben (z. B. Traubentrester, Kerne, Blätter, Stiele, Weintrub). Die ultraschallgestützte Extraktion ist schnell und zuverlässig und übertrifft andere Extraktionsverfahren durch höhere Ausbeuten, mildere Extraktionsbedingungen, kürzere Extraktionszeiten und geringere Kosten.

Ultraschallextraktion sekundärer Pflanzenstoffe aus Trauben und Weinreben

Zu den Nebenprodukten aus Weinbau und Weinherstellung zählen Traubenfruchtfleisch, Trester (Schalen und Kerne), Weintrub, Weinblätter, Stiele und Rebholz. Diese machen bis zu 30–40% w/w Feststoffe aus und werden überwiegend ungenutzt als Abfall entsorgt. Seit der Entdeckung des hohen Gehalts an Polyphenolen und anderen bioaktiven Verbindungen in diesen Nebenprodukten der Traubenverarbeitung und Weinherstellung nutzt die Industrie diese pflanzlichen Materialien zunehmend zur Herstellung wertvoller Extrakte. Resveratrol, Anthocyanidine, Proanthocyanidin, Quercitin und andere in Trauben und Weinreben (Vitis vinifera) vorkommende Substanzen werden bereits in großem Umfang als medizinische Präparate und Nahrungsergänzungsmittel eingenommen. Als Quelle gesundheitsfördernder Verbindungen werden Extrakte aus Nebenprodukten von Vitis vinifera in der Pharma- und Lebensmittelindustrie eingesetzt und unterstützen zugleich eine nachhaltige Landwirtschaft. Die Ultraschallextraktion erleichtert die Freisetzung bioaktiver Verbindungen aus Trauben und Nebenprodukten der Traubenverarbeitung. Die ultraschallgestützte Extraktion ist ein seit Langem etabliertes Verfahren zur Gewinnung von Inhaltsstoffen für Arznei- und Lebensmittel. Sie liefert innerhalb eines kurzen Extraktionsprozesses sehr hohe Extraktausbeuten und funktioniert mit jedem Lösungsmittel (z. B. Wasser, Ethanol, Isopropanol, Hexan usw.).

Ultraschallextraktion von Polyphenolen aus Traubenkernen

Traubenkerne sind reich an Proanthocyanidinen und daher ein hervorragender Ausgangsstoff zur Herstellung von Proanthocyanidinextrakten für medizinische Präparate und Nahrungsergänzungsmittel. Thilakarathna und Rupasinghe (2022) konnten die überlegene Effizienz der Ultraschallbehandlung bei kontrollierten erhöhten Temperaturen nachweisen. Sie führte zu höheren Proanthocyanidinausbeuten und einer deutlich kürzeren Extraktionszeit (Ultraschall 53 min. gegenüber konventioneller Lösungsmittelextraktion mit 150 h!).
Der Einsatz von Wärme und Ultraschall verkürzte die Extraktionszeit deutlich (Beschallungsdauer von 53 min) und verringerte den Bedarf an wässrigem Ethanol (10,14:1 v:w), während die PAC-Ausbeute erheblich stieg (16,1 mg CE/g FW gegenüber einem vorhergesagten Wert von 26,6 mg CE/g FW). Die abschließend ermittelten optimalen Bedingungen waren 47% Ethanol, ein s:s-Verhältnis von 10:1 (v:w), eine Beschallungsdauer von 53 min und eine Extraktionstemperatur von 60◦C.

Effiziente Herstellung von Weinblattextrakten mittels Ultraschallbehandlung

Die Blätter der Echten Weinrebe (Vitis vinifera) sind reich an Resveratrol, Anthocyanidinen, Quercetin, Isoquercetin sowie vielen weiteren bioaktiven Verbindungen, die häufig in Form von Extrakten für medizinische und gesundheitsfördernde Zwecke verabreicht werden.
Die Ultraschallextraktion liefert nachweislich hohe Ausbeuten an Vollspektrumextrakt aus Weinblättern und macht den Extraktionsprozess dadurch sehr effizient. Wässriges Ethanol hat sich als bevorzugtes Lösungsmittel für Weinrebenextrakte erwiesen, da es ein ausgezeichnetes Lösungsvermögen für die Zielmoleküle besitzt und keine Toxizität aufweist. Der Extraktionsprozess mit Ultraschall dauert nur wenige Minuten und kann sowohl im Chargenbetrieb als auch im kontinuierlichen Durchflussbetrieb durchgeführt werden.
Beispielsweise lässt sich mittels Ultraschall aus Weinblättern extrahiertes Resveratrol mithilfe einer Säule mit mesoporösem Kohlenstoff reinigen, wodurch die Reinheit des Resveratrols von 2,1 auf 20,6% steigt. (Vgl. Sun et al., 2018)

Ultraschallextraktion von Stilbenoiden aus Traubenstielen

Das Ultraschallextraktionsprotokoll von Piñeiro et al. (2013) ermöglicht eine hohe Wiederfindung von Stilbenen wie trans-Resveratrol, ε-Viniferin, Piceatannol und Vitisin B, die vorwiegend in Rebholz und Traubenstielen vorkommen.

Grafische Zusammenfassung der Studie zur Ultraschallextraktion von Stilbenoiden aus Traubenstielen.
(Studie und Abbildung: Piñeiro et al., 2013)

Mit dem Ultraschallgerät UP200S (200W, 24kHz) lassen sich die wichtigsten in Traubenstielen vorkommenden Stilbenoide innerhalb von 15 min bei einer Extraktionstemperatur von 75°C und mit 80% Ethanol als Extraktionsmittel extrahieren. Ein Reinigungsschritt mit einem organischen Lösungsmittel ist dabei nicht erforderlich. Die optimierte Methode ermöglichte eine einfache und effektive Analyse des Stilbenoidgehalts von 22 Traubenstielproben.

Haupteffektdiagramm der mittleren Wiederfindung (Fläche 10.000−1) bei der Ultraschallextraktion mit dem UP200S unter Anwendung verschiedener Parameter: Piceatannol (a), trans-Resveratrol (b), ε-Viniferin (c) und Vitisin B (d).
(Studie und Diagramme: Piñeiro et al., 2013)

HPLC-DAD-Chromatogramm des mit Stilbenoiden angereicherten Referenzextrakts.
(Studie und Diagramme: Piñeiro et al., 2013)

Hochleistungs-Ultraschallprozessoren zur Extraktion aus Trauben und Weinreben

Extraktoren von Hielscher Ultrasonics sind im Bereich der Pflanzenextraktion fest etabliert, unabhängig davon, welche pflanzlichen Materialien oder Lösungsmittel verwendet werden. Extrakthersteller – sowohl exklusive Manufakturen als auch industrielle Großproduzenten – finden im breiten Gerätesortiment von Hielscher die ideale Ultraschallextraktionsanlage für ihre Produktionsanforderungen. Anlagen für den Chargenbetrieb sowie für kontinuierliche Inline-Prozesse sind kurzfristig verfügbar und können noch am selben Tag versandt werden.

Hocheffiziente Extraktion mit Hielscher-Ultraschallgeräten

Hielscher-Ultraschallextraktoren schließen Pflanzenzellen effizient auf, vergrößern die für das Eindringen des Lösungsmittels verfügbare Oberfläche des Pflanzenmaterials und verbessern den Stofftransport. Dadurch werden sekundäre Pflanzenstoffe (Sekundärmetaboliten) schnell und vollständig freigesetzt. Die auf Benutzerfreundlichkeit ausgelegten Extraktoren von Hielscher sind schnell installiert und lassen sich sicher und intuitiv bedienen.
 
Die folgende Tabelle gibt Ihnen einen Überblick über die ungefähre Verarbeitungskapazität unserer Ultraschallgeräte: