Ultraschallextraktion von Speiseölen

Speiseöle werden beim Kochen und in der Lebensmittelproduktion vielfältig eingesetzt. Die mechanische Extraktion von Speiseölen verhindert den Abbau der Öle. Die Ultraschallextraktion von Speiseölen ist eine überlegene Methode zur Freisetzung von Ölen aus Samen, Kernen und Früchten. Als nichtthermisches Extraktionsverfahren liefert die Ultraschallextraktion hochwertige Speiseöle und zeichnet sich durch höhere Ausbeuten und eine kürzere Verarbeitungszeit aus.

Intensivierung der Speiseölproduktion durch Ultraschallbehandlung

Die Ultraschallextraktion wird häufig eingesetzt, um wertvolle intrazelluläre Substanzen aus Pflanzenmaterial freizusetzen. Zu den gewünschten Extrakten gehören Lipide / Fettsäuren, Proteine, Vitamine, Polyphenole und andere bioaktive Verbindungen. Als Verfahren zur Prozessintensivierung erhöht die Ultraschallextraktion von Speiseölen wie nativem Olivenöl extra, Avocadoöl, Sonnenblumenöl und Leinöl die Ausbeute an extrahiertem Öl (Fettsäuren), verkürzt die Extraktionszeit und reduziert oder vermeidet den Lösungsmittelverbrauch. Das Wirkprinzip der ultraschallunterstützten Extraktion als nichtthermischem Extraktionsverfahren beruht auf dem Phänomen der akustischen Kavitation. Akustische Kavitation, auch Ultraschallkavitation genannt, erzeugt starke Scherkräfte, die Zellwände aufbrechen und den Stofftransport zwischen dem Zellinneren und dem umgebenden Lösungsmittel erhöhen. Dies macht die Ultraschallextraktion zum überlegenen Verfahren für die Freisetzung und Isolierung von Verbindungen, die in Pflanzenzellen eingeschlossen sind.

Fallstudien zur Ultraschallextraktion von Speiseölen

Die Ultraschallextraktion wurde an verschiedenen Ölsaaten und Früchten getestet und hat sich dabei als effizient erwiesen.

Ultraschallextraktion von Sonnenblumenöl

Moradi et al. (2018) untersuchten den Einfluss der ultraschallunterstützten Extraktion auf die Ölausbeute und die Nährstoffzusammensetzung bei geschälten und ungeschälten Sonnenblumenkernen. Sie verwendeten ein Ultraschallgerät UP400S (400 Watt, 24 kHz), um Sonnenblumenöl aus Sonnenblumenkernen mit n-Hexan als Lösungsmittel zu extrahieren.
Zur Bewertung der Extraktionsergebnisse wurde Öl auch mittels konventioneller chargenweiser Lösungsmittelextraktion und Soxhlet-Extraktion gewonnen, wobei bei allen Extraktionsverfahren n-Hexan verwendet wurde.
Die Ultraschallextraktion von Sonnenblumenöl lieferte die höchsten Ölausbeuten mit 45,44 ± 0,27% bei ungeschälten und 23,71 ± 0,22% bei geschälten Sonnenblumenkernen. In den mittels Ultraschall extrahierten Sonnenblumenschroten verblieben bei ungeschälten Sonnenblumenkernen weniger als 4% und bei geschälten Sonnenblumenkernen weniger als 5% Restöl.
Die erforderliche Extraktionszeit wurde durch die Ultraschallextraktion auf nur 105 min verkürzt, während die Soxhlet-Extraktion 6 Stunden und die chargenweise Lösungsmittelextraktion eine Verarbeitungszeit von 10 Stunden benötigte.
Die gaschromatographische Analyse zeigte, dass die ultraschallunterstützte Extraktion die Qualität der extrahierten Öle und der α-Linolensäure deutlich verbessert.

Gaschromatogramm von Öl, das mittels Ultraschall aus geschälten Sonnenblumenkernen extrahiert wurde
Studie und Diagramm von: Moradi et al. 2018

Ultraschallextraktion von nativem Olivenöl extra

Servili et al. (2019) integrierten ein Ultraschallgerät mit 4 kW, das UIP4000hdT, in eine konventionelle Malaxationslinie zur Olivenölherstellung. Die mechanische Behandlung von Olivenpaste mittels Ultraschall verbessert die Leistungsfähigkeit des Extraktionsprozesses und erhöht dadurch die Extraktionskapazität von Olivenölmühlen. Da der Druck ein wichtiger Faktor ist, wurde die Beschallung in einer Ultraschalldurchflusszelle mit Kaskatrode bei 3,5 bar durchgeführt. Die Ultraschallextraktion verursachte keine Veränderungen der wichtigsten gesetzlich festgelegten Qualitätsparameter und wirkte sich bei einem erhöhten Druck von 3,5 bar positiv auf die phenolische Zusammensetzung des nativen Olivenöls extra (EVOO) aus. Die ultraschallunterstützte Malaxation von Olivenpaste führt zu höheren Ausbeuten und einer verbesserten phenolischen Zusammensetzung des EVOO.
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Ultraschallextraktion von Avocadoöl

Martinez-Oadilla et al. (2018) zeigten in ihrer Studie, dass die Ultraschallbehandlung mit einem UIP1000hdT (20 kHz, 1000 W) zur Behandlung des nicht malaxierten Avocadopürees die Extrahierbarkeit verbesserte und eine zusätzliche Ölgewinnung von 15–24% ermöglichte.
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Ultraschallextraktion von Leinöl

Gutte et al. (2015) verwendeten Ultraschall, um Öl aus gemahlenen Leinsamen mit n-Hexan als Lösungsmittel zu extrahieren. Alternativ können Dichlormethan, Petrolether oder Ethanol als Lösungsmittel verwendet werden. Die Ultraschallextraktion erhöhte die Extraktionsausbeute um 11,5% bei einer ähnlichen Lösungsmittelmenge wie bei der konventionellen Extraktion. Die chromatographische Analyse zeigte, dass die Ultraschallextraktion keine signifikanten Auswirkungen auf die α-Linolensäure (ω-3) hatte, etwa einen Abbau. Die Studie zeigt, dass die Ultraschallbehandlung die Extraktionsausbeute an Speiseöl erhöht und die Extraktionszeit verkürzt, während die hohe ernährungsphysiologische Qualität des Leinöls erhalten bleibt.

Synergistische Effekte der Ultraschallextraktion von Öl

Die Ultraschallextraktion kann als eigenständiges Verfahren eingesetzt werden, um Öl aus Samen und ölreichen Früchten freizusetzen. Sie kann auch in konventionelle / bereits bestehende Anlagen zur Speiseölherstellung integriert oder nachgerüstet werden, um die Ölausbeute und die Ölqualität zu erhöhen. Ultraschallextraktionssysteme lassen sich einfach zur Vor- oder Nachbehandlung bei der Malaxation, in Kombination mit der Soxhlet-Extraktion oder nach einer mechanischen Ölpresse oder einem Expeller installieren.
Die Extraktionsanlagen von Hielscher Ultrasonics sind einfach zu installieren, benötigen nur sehr wenig Platz (kleine Stellfläche) und können daher in bestehenden Ölmühlen nachgerüstet werden. Dank ihrer Robustheit und industrietauglichen Ausführung sind die industriellen Ultraschallgeräte von Hielscher für den 24/7-Betrieb unter hoher Belastung und in anspruchsvollen Umgebungen ausgelegt.
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Hochleistungs-Ultraschallextraktoren für die Speiseölproduktion

Für die lebensmittelgerechte Verarbeitung von Speiseölen im industriellen Maßstab sind leistungsstarke Ultraschallanlagen erforderlich, um große Volumenströme von Ölsaaten in einem kontinuierlichen Durchflusssystem zu verarbeiten. Hielscher Ultrasonics ist ein erfahrener und zuverlässiger Anbieter leistungsstarker Ultraschallextraktionsanlagen, die weltweit in Anlagen zur Lebensmittelherstellung integriert sind.
Die ausgereiften Ultraschallgeräte von Hielscher Ultrasonics lassen sich präzise steuern und geben dem Bediener die volle Kontrolle über wichtige Prozessparameter wie Amplitude, Druck, Temperatur und Beschallungsdauer.
Das umfangreiche Zubehörsortiment mit Sonotroden, Amplitudenverstärkern, Durchflussreaktoren und weiteren Ergänzungen ermöglicht es, das Ultraschallextraktionssystem gezielt auf den verarbeiteten Rohstoff und die angestrebte Produktionsleistung abzustimmen.
Die Hochleistungs-Ultraschallgeräte von Hielscher Ultrasonic verarbeiten problemlos Suspensionen mit hohem Feststoffgehalt, also einem hohen Verhältnis von Feststoffen (Samen) zu Lösungsmittel.

Temperaturkontrolle während der Ultraschallverarbeitung

Da die ultraschallunterstützte Extraktion ein nichtthermisches Verarbeitungsverfahren ist, kann der thermische Abbau wärmeempfindlicher Nährstoffe verhindert werden. Die Ultraschalldurchflussreaktoren von Hielscher verfügen über einen Kühlmantel zur Wärmeabfuhr. Zusätzlich lässt sich der Energieeintrag exakt an optimale Verarbeitungsbedingungen anpassen, beispielsweise durch Nutzung des Pulsationsmodus des Ultraschallextraktors. Die Ultraschallextraktion von Speiseölen bei niedrigen Temperaturen vermeidet die thermisch bedingte Zersetzung der extrahierten Öle und minimiert den Verlust bioaktiver Verbindungen.

Überwachung des Ultraschallprozesses

Alle digitalen Ultraschallgeräte von Hielscher – vom Laborgerät bis zur Industrieanlage – sind mit einer intelligenten Software ausgestattet, mit der sich der Ultraschallprozess einfach und präzise steuern, überwachen und überprüfen lässt. Amplitude, Grenzwert für den Energieeintrag, Pulszyklen und Beschallungsdauer können über die benutzerfreundliche Software voreingestellt werden. Über das farbige Touchdisplay lässt sich das Menü leicht aufrufen und intuitiv bedienen. Mit der Browserfernsteuerung kann der Bediener das Ultraschallsystem aus der Ferne bedienen und überwachen.
Alle wichtigen Ultraschallprozessdaten (wie Amplitude, Temperatur, Druck, Nettoenergie, Gesamtenergie, Uhrzeit und Datum) werden automatisch auf einer integrierten SD-Karte gespeichert. Die automatische Datenprotokollierung wird in der Lebensmittel- und Pharmaindustrie sehr geschätzt, da sie dem Lebensmittelhersteller ermöglicht, die Verarbeitungsbedingungen jeder beschallten Charge nachträglich zu überprüfen. Dies ermöglicht die Standardisierung von Prozessen, eine gleichbleibend hohe Produktqualität und die Umsetzung der Guten Herstellungspraxis (GMP).
 

Ultraschallgerät UIP4000hdT zur Inline-Verarbeitung von Ölsaaten für höhere Ausbeuten an hochwertigen Speiseölen

 
Die industriellen Ultraschallgeräte von Hielscher Ultrasonics können sehr hohe Amplituden erzeugen. Amplituden von bis zu 200 µm lassen sich problemlos kontinuierlich im 24/7-Betrieb aufrechterhalten. Für noch höhere Amplituden sind kundenspezifische Ultraschallsonotroden erhältlich. Die Robustheit der Ultraschallanlagen von Hielscher ermöglicht den 24/7-Betrieb unter hoher Belastung und in anspruchsvollen Umgebungen.
Die folgende Tabelle gibt Ihnen einen Anhaltspunkt für die ungefähre Verarbeitungskapazität unserer Ultraschallgeräte: