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

Ultraschallextraktion von Polyphenolen aus Traubentrester, Traubenkernen, Blättern und Stängeln.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.)

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Die Ultraschallextraktion ist eine einfache und effiziente Strategie zur Gewinnung hochwertiger Pflanzenextrakte mit höherer Ausbeute.

Industrielle Installation des Ultraschallextraktor UIP4000hdT zur Herstellung von botanischen Extrakten.

Vorteile der Ultraschallextraktion von Phytochemikalien

  • hohe Extraktionsausbeute
  • Hochwertige Extrakte
  • schnelles Verfahren
  • Nicht-thermische Behandlung
  • kompatibel mit allen Lösungsmitteln
  • sicher und einfach zu bedienen
  • energieeffizient

Ultraschallextraktion von Polyphenolen aus Traubenkernen

Ultraschall-BatchextraktorTraubenkerne 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)

Ultraschallgerät UIP4000hdT für die kommerzielle Weinbereitung mit hohem Durchsatz

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.

Die grafische Zusammenfassung gibt einen Überblick über die Studie zur Extraktion von Stilbenoiden aus Traubenstielen mit Hilfe des Hielscher Ultraschallhomogenisators UP200S.

Grafische Zusammenfassung der Studie zur Extraktion von Stilbenoiden aus Traubenstielen mittels Ultraschall.
(Studie und Bild: Piñeiro et al., 2013)

With the ultrasonicator UP200S (200W, 24kHz), the main stilbenoids found in grape stems can be extracted in 15 min, using 75°C as the extraction temperature and 80% ethanol as the extraction solvent, and no cleaning step with organic solvent is needed. The optimized method allowed for the simple and efficacious analysis of stilbenoid content from 22 grape stem samples.

Das Hielscher Ultraschallgerät UP200S wurde erfolgreich für die Stilbenoidextraktion aus Traubenstielen eingesetzt.

Diagramm zur Darstellung der durchschnittlich gewonnen Extraktausbeuten mittels 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)

Ultrasonication as highly efficacious extraction method for stilbenoids from grape and vine.

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

Ultraschallextraktor für die effiziente Freisetzung von Phytochemikalien und pflanzlichen Stoffen aus Pflanzen.

Ultraschall-Extraktionsgerät UP400St zur Herstellung von Extrakten aus Weintrauben und Weinreben (z. B. Trester, Kerne, Blätter, Stängel, Schilf).

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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-VolumenDurchflussEmpfohlenes Ultraschallgerät
1 bis 500ml10 bis 200ml/minUP100H
10 bis 2000ml20 bis 400ml/minUP200Ht, UP400St
0.1 bis 20l0,2 bis 4l/minUIP2000hdT
10 bis 100l2 bis 10l/minUIP4000hdT
n.a.10 bis 100l/minUIP16000
n.a.größereCluster aus UIP16000

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Ultraschall-High-Shear-Homogenisatoren werden im Labor, Technikum, in der Pilotanlage sowie in der industriellen Produktion eingesetzt. Die Ultraschallbehandlung ist hocheffizient bei der Herstellung von langzeitstabilen Nanoemulsionen.

Hielscher Ultrasonics stellt Hochleistungs-Ultraschallhomogenisatoren für Mischanwendungen, Dispergierung, Emulgierung und Extraktion im Labor-, Pilot- und Industriemaßstab her.



Literatur / Literaturhinweise

Die Ultraschallextraktion ist eine effiziente Methode zur Freisetzung von Stilbenoiden aus Traubenstielen.

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.

Bei der Extraktion mittels Ultraschall sorgen die Effekte der akustischen Kavitation dafür, dass Zellstrukturen aufgebrochen und der Stofftransfer intensiviert werden.

Hochintensive Ultraschallwellen brechen die pflanzliche Zellstruktur auf, setzen bioaktiven Verbindungen frei und fördern den Stoffaustausch zwischen dem Pflanzenmaterial und Lösungsmittel (z.B. Ethanol).


Hochleistungs-Ultraschall! Die Produktpalette von Hielscher deckt das gesamte Spektrum vom kompakten Labor-Ultraschallgerät über Bench-top-Homogenisatoren bis hin zu vollindustriellen Ultraschallsystemen ab.

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


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