Ultraschallextraktion von Wirkstoffen aus Trauben- und Weinnebenerzeugnissen
Weintrauben (Vitis vinifera), Weinreben und Weinnebenprodukte sind reich an Polyphenolen und anderen bioaktiven Stoffen, welche als wertvolle Verbindungen für die Herstellung von Arznei- und Nahrungsergänzungsmitteln gelten. Die Ultraschallextraktion ermöglicht die einfache und hocheffiziente Isolierung von aus Trauben und Wein gewonnenen Verbindungen (z. B. Traubentrester, Kerne, Blätter, Stängel, Blattwerk). Die ultraschall-gestützte Extraktion ist schnell und zuverlässig und übertrifft andere Extraktionsmethoden durch höhere Ausbeute, mildere Extraktionsbedingungen, kürzere Extraktionszeit und geringere Kosten.
Ultraschallextraktion von Phytochemikalien aus Trauben und Trester
Zu den Nebenprodukten des Weinbaus und des Weinherstellungsprozesses gehören Traubenpulpe, Trester (Schalen und Kerne), Weintrub, Traubenblätter und Stiele, welche bis zu 30-40 % des Gewichts an Feststoffen ausmachen und meist ungenutzt als Abfall entsorgt werden. Die Industrie hat den Reichtum an Polyphenolen und anderen bioaktiven Verbindungen in diesen Trauben- und Weinnebenprodukten entdeckt und nutzt diese pflanzlichen Materialien zunehmend zur Herstellung wertvoller Extrakte. Resveratrol, Anthocyanidine, Proanthocyanidine, Quercitin und andere in Trauben und Wein (Vitis vinifera) enthaltene Stoffe werden bereits in großem Umfang als Arzneimittel und Nahrungsergänzungsmittel konsumiert. Als Quelle für gesundheitsfördernde Verbindungen werden Extrakte aus Nebenprodukten von Vitis vinifera in der Pharma- und Lebensmittelindustrie verwendet und unterstützen gleichzeitig eine nachhaltige Landwirtschaft. Die Ultraschallextraktion erleichtert die Freisetzung der bioaktiven Verbindungen aus Trauben und Traubennebenprodukten. Die ultraschall-gestützte Extraktion ist eine seit langem etablierte Extraktionstechnik, die für pharmazeutische und Lebensmittelverbindungen verwendet wird. Sie liefert sehr hohe Extraktausbeuten in einem kurzen Extraktionsverfahren und funktioniert mit jedem Lösungsmittel (z. B. Wasser, Ethanol, Isopropanol, Hexan usw.)

Industrielle Installation des Ultraschallextraktor UIP4000hdT zur Herstellung von botanischen Extrakten.
- hohe Extraktionsausbeute
- Hochwertige Extrakte
- schnelles Verfahren
- Nicht-thermische Behandlung
- kompatibel mit allen Lösungsmitteln
- sicher und einfach zu bedienen
- energieeffizient
Ultraschallextraktion von Polyphenolen aus Traubenkernen
Traubenkerne sind reich an Proanthocyanidinen und daher eine hervorragende Quelle für die Herstellung von Proanthocyanidin-Extrakten für Arzneimittel und Nahrungsergänzungsmittel. Thilakarathna und Rupasinghe (2022) konnten die überlegene Effizienz der Ultraschallextraktion unter kontrolliert erhöhten Temperaturen nachweisen, wodurch höhere Proanthocyanidinausbeuten und einer deutlich kürzeren Extraktionszeit erzielt wurden (Ultraschall 53 Min. gegenüber konventioneller Lösungsmittelextraktion 150 h!)
Die Kombination von Wärme und Ultraschall reduzierte die Extraktionszeit (Beschallungszeit von 53 min) und den Bedarf an wässrigem Ethanol (10,14:1 v:w) erheblich und erhöhte gleichzeitig die PAC-Ausbeute (16,1 mg CE/g FW gegenüber 26,6 vorhergesagten mg CE/g FW). Die endgültigen optimalen Bedingungen waren 47% Ethanol, 10:1 s:s-Verhältnis (v:w), 53 Minuten Beschallungszeit und 60◦C Extraktionstemperatur.
Effiziente Herstellung von Traubenblattextrakt durch Sonifikation
Die Blätter der Weinrebe (Vitis vinifera) sind reich an Reseveratrol, Anthocyanidinen, Quercetin, Isoquercetin und vielen anderen bioaktiven Verbindungen, welche daher häufig in Form von Extrakten zu medizinischen und gesundheitsfördernden Zwecken verabreicht werden.
Es hat sich gezeigt, dass die Ultraschallextraktion eine hohe Ausbeute an Vollspektrum-Extrakten aus Traubenblättern liefert und gleichzeitig den Extraktionsprozess sehr effizient macht. Wässriges Ethanol hat sich als bevorzugtes Lösungsmittel für Traubenextrakte erwiesen, da es ein ausgezeichnetes Lösungsvermögen für die Zielmoleküle aufweist und nicht toxisch ist. Der Extraktionsprozess mit Ultraschall dauert nur wenige Minuten und kann sowohl im Batch-Verfahren als auch im kontinuierlichen Durchflussverfahren durchgeführt werden.
Anschließend kann das mit Ultraschall extrahiertes Resveratrol aus Traubenblättern beispielsweise mithilfe einer Säule aus mesoporösem Kohlenstoff gereinigt werden, wodurch die Reinheit des Resveratrols von 2,1 auf 20,6 % verbessert wird. (vgl. Sun et al., 2018)

Installation des Ultraschallgeräts UIP4000hdT für die industrielle Weinverarbeitung mit hohen Durchflussraten.
Extraktion von Stilbenoiden aus Traubenstielen mittels Ultraschall
Das Ultraschallextraktionsprotokoll von Piñeiro et al. (2013) führt zu einer hohen Wiedergewinnung von Stilbenen wie trans-Resveratrol, ε-Viniferin, Piceatannol und Vitisin B, die hauptsächlich in Traubenstöcken (Stämmen) und Traubenstielen vorhanden sind.

Grafische Zusammenfassung der Studie zur Extraktion von Stilbenoiden aus Traubenstielen mittels Ultraschall.
(Studie und Bild: Piñeiro et al., 2013)
Mit dem Ultraschallgerät UP200S (200 W, 24 kHz) können die wichtigsten Stilbenoide in Traubenstielen in 15 Minuten extrahiert werden, wobei 75 °C als Extraktionstemperatur und 80 % Ethanol als Extraktionslösungsmittel verwendet werden und kein Reinigungsschritt mit organischen Lösungsmitteln erforderlich ist. Die optimierte Methode ermöglichte die einfache und effiziente Analyse des Stilbenoidgehalts von 22 Traubenstielproben.

Ultraschall-Extraktionsgerät UP400St zur Herstellung von Extrakten aus Weintrauben und Weinreben (z. B. Trester, Kerne, Blätter, Stängel, Schilf).
Hochleistungs-Ultraschallprozessoren für die Trauben- und Rebenextraktion
Hielscher Ultraschall-Extraktoren haben sich im Bereich der Pflanzenextraktion etabliert, unabhängig davon, welche Pflanzenmaterialien oder Lösungsmittel verwendet werden. Extrakthersteller – sowohl exklusive Boutique-Extrakthersteller als auch große Massenproduzenten – können aus Hielscher's breitem Produktportfolio die ideale Ultraschallextraktionsanlage für ihre Produktionsanforderungen wählen. Sowohl Batch- als auch kontinuierliche Inline-Prozessanlagen sind verfügbar und können noch am selben Tag ausgeliefert werden.
Hocheffiziente Extraktion mit Hielscher Ultraschallgeräten
Hielscher Ultraschallextraktoren sorgen für einen effizienten Aufschluss der pflanzlichen Zellen, eine Vergrößerung der Oberfläche des Pflanzenmaterials für die Penetration des Lösungsmittels sowie einen verbesserten Stoffaustausch, der zu einer schnellen und vollständigen Freisetzung der sekundären Pflanzenstoffe führt. Die Hielscher Extraktoren sind schnell installiert und können sicher und intuitiv bedient werden.
In der folgenden Tabelle finden Sie die ungefähre Verarbeitungskapazität unserer Ultraschallhomogenisatoren:
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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Literatur / Literaturhinweise
- Ceferino Carrera, Ana Ruiz-Rodríguez, Miguel Palma, Carmelo G. Barroso (2015): Ultrasound-assisted extraction of amino acids from grapes. Ultrasonics Sonochemistry, Vol. 22, 2015. 499-505.
- Piñeiro, Z.; Guerrero, R. F.; Fernández-Marin, M. I.; Cantos-Villar, Emma; Palma, M. (2013): Ultrasound-Assisted Extraction of Stilbenoids from Grape Stems. Journal of Agricultural and Food Chemistry, 61(51), 2013. 12549–12556.
- M. Palma; C.G. Barroso (2002): Ultrasound-assisted extraction and determination of tartaric and malic acids from grapes and winemaking by-products. Analytica Chimica Acta, 458(1), 2002. 119–130.
- Thilakarathna, W.P.D.W.; Rupasinghe, H.P.V. (2022): Optimization of the Extraction of Proanthocyanidins from Grape Seeds Using Ultrasonication-Assisted Aqueous Ethanol and Evaluation of Anti-Steatosis Activity In Vitro. Molecules 27, 1363.

Chemische Strukturen von Piceatannol (a), trans-Resveratrol (b), Isorhapontigenin (c), ε-Viniferin (d) und Vitisin-B (e).
(Studie und Diagramme: Piñeiro et al., 2013)
Wissenswertes
Das Wirkprinzip der Ultraschallextraktion
Hochleistungs-Ultraschall mit niedriger Frequenz (ca. 20kHz) erzeugt Schwingungen und akustische Kavitation im flüssigen Medium, was zu starken Turbulenzen, intensiver Durchmischung, Zellaufschluss und hohem Stoffaustausch führt. Diese Ultraschalleffekte werden auf Pflanzenmaterial angewandt, um Zellstrukturen wie Zellwände und Vesikel aufzubrechen. Aufgrund des hohen Stofftransfers werden die intrazellulären Verbindungen wie Phytochemikalien (Polyphenole, Flavanole, Antioxidantien usw.) in das umgebende Lösungsmittel freigesetzt. Diese Intensität der Beschallung macht die Ultraschallextraktion zu einer überlegenen Isolierungsmethode bei der die Herstellung von Naturstoffextrakten. Die Ultraschallextraktion ist eine etablierte Extraktionstechnik, die seit Jahrzehnten in der Lebensmittel- und Pharmaproduktion eingesetzt wird.

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