Ultraschall-Extraktion von Speiseölen

Speiseöle werden für zahlreiche Anwendungen in der Küche und in der Lebensmittelproduktion verwendet. Eine mechanische Extraktion von Speiseölen verhindert, dass die Öle zersetzt und qualitativ beeinträchtigt werden. Die Ultraschall-Extraktion von Speiseölen ist eine überlegene Extraktionsmethode, die Öle aus Samen, Kernen und Früchten freisetzt ohne die Öle thermisch oder chemisch zu schädigen. Als nicht-thermisches Extraktionsverfahren zeichnet sich die Ultraschall-Extraktion hochwertiger Speiseöle durch höhere Ausbeuten und eine verkürzte Verarbeitungszeit aus.

Verbesserte Speiseölproduktion mittels Ultraschall

Die Ultraschallextraktion ist weit verbreitet, um wertvolle intrazelluläre Materie aus Pflanzenmaterial freizusetzen. Zu den Extrakten gehören Lipide / Fettsäuren, Proteine, Vitamine, Polyphenole und andere bioaktive Verbindungen. Als prozessverstärkende Technologie erhöht die Ultraschall-Extraktion die Ausbeute an extrahiertem Öl (Fettsäuren), verkürzt die Extraktionszeit und reduziert oder vermeidet die Verwendung von Lösungsmitteln. Die Ultraschallextraktion kann für die Gewinnung aller gängigen Speiseöle eingesetzt werden,beispielsweise werden extra natives Olivenöl, Avocadoöl, Sonnenblumenkernöl, Leinsamenöl etc. mittels Ultraschall gewonnen. Da es sich um ein nicht-thermisches Extraktionsverfahren handelt, beruht das Wirkprinzip der ultraschall-gestützten Extraktion auf dem Phänomen der akustischen Kavitation. Die akustische Kavitation, auch bekannt als Ultraschallkavitation, erzeugt intensive Scherkräfte, welche Zellwände aufbrechen und den Stoffaustausch zwischen dem Zellinneren und dem umgebenden Lösungsmittel erhöhen. Dies macht die Ultraschallextraktion zur überlegenen Technik, wenn es um die Freisetzung und Isolierung von Substanzen geht, welche in Pflanzenzellen eingeschlossen sind.

Fallstudien zur Ultraschall-gestützten Speiseöl-Extraktion

Die Ultraschallextraktion von Speiseölen wurde bereits ausgiebig getestet und hat sich bei verschiedenen Ölsaaten und Früchten als effizient erwiesen. Zahlreiche Ölmühlen nutzen heute bereits die ultraschall-gestützte Ölextraktion.

Ultraschall-gestützte Sonnenblumenöl-Extraktion

Moradi et al. (2018) untersuchten den Einfluss der ultraschall-gestützten Extraktion auf den Ölertrag und die Nährstoffzusammensetzung von geschälten und ungeschälten Sonnenblumenkernen. Sie verwendeten das Ultraschallgerät UP400S (400Watt, 24kHz) zur Extraktion von Sonnenblumenöl aus Sonnenblumenkernen unter Verwendung von n-Hexan als Lösungsmittel.
Um die Extraktionsergebnisse bewerten zu können, wurde das Öl auch mittels konventioneller Batch-Lösungsmittelextraktion und Soxhlet-Extraktion extrahiert, wobei für alle Extraktionsmethoden n-Hexan als Lösungsmittel eingesetzt wurde.
Die Ultraschall-Extraktion von Sonnenblumenöl ergab die höchsten Ölerträge mit 45,44 ± 0,27% bzw. 23,71 ± 0,22% bei ungeschälten und geschälten Sonnenblumenkernen. In den mittels Ultraschall extrahierten Sonnenblumenmehlen blieben weniger als 4% bzw. 5% Restöl für ungeschälte und geschälte Sonnenblumenkerne übrig.
Die benötigte Extraktionszeit bei der Ultraschallextraktion wurde auf nur 105 Minuten reduziert, während die Soxhlet-Extraktion 6 Stunden und die Lösungsmittelbatch-Extraktion eine Verarbeitungszeit von 10 Stunden erforderte.
Gaschromatographische Analysen zeigten, dass die ultraschall-gestützte Extraktion die Qualität der extrahierten Öle und α-Linolensäure signifikant verbessert.

Gaschromatogramm des mittels Ultraschall extrahierten Sonnenblumenöls (aus geschälten Sonnenblumenkernen)
Studie und Diagramm von: Moradi et al. 2018

Ultraschall-Extraktion von Extra Nativem Olivenöl

Servili et al. (2019) integrierten einen 4kW-Ultraschallgenerator UIP4000hdT in eine konventionelle Olivenöl-Malaxationslinie. Die mechanische Behandlung der Olivenpaste durch Beschallung verbessert die Leistung des Extraktionsprozesses und erhöht die Extraktionskapazität der Olivenölmühlen. Da der Druck ein wichtiger Faktor ist, wurde die Beschallung mit einer Ultraschall-Durchflusszelle mit Cascatrode bei 3,5 bar durchgeführt. Die Ultraschallextraktion verursachte keine Veränderungen der wichtigsten gesetzlichen Qualitätsparameter und zeigte eine positive Auswirkung auf die phenolische Zusammensetzung des extra nativen Olivenöls (EVOO) bei erhöhtem Druck von 3,5 bar. Die ultraschall-gestützte Malaxation der Olivenpaste führt zu höheren Erträgen und einer verbesserten phenolischen Zusammensetzung des EVOO.
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Ultraschall-gestützte Avocadoöl-Extraktion

Martinez-Oadilla et al. (2018) zeigten in ihrer Studie, dass die Beschallung mit einem UIP1000hdT (20kHz, 1000W) die Behandlung von nicht-malaxierten Avocadopürees verbesserte und die Extrationsquote um 15-24% steigerte.
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Ultraschall-gestütze Leinsamenöl-Extraktion

Gutte et al. (2015) extrahierten mit Ultraschall Öl aus gemahlenen Leinsamen unter Verwendung von n-Hexan als Lösungsmittel. Alternativ können auch Dichlormethan, Petrolether oder Ethanol als Lösungsmittel verwendet werden. Die Ultraschallextraktion verbesserte die Extraktionsausbeute um 11,5 % bei einer ähnlichen Lösungsmittelmenge wie bei der herkömmlichen Extraktion. Die chromatografische Analyse zeigte, dass die Ultraschallextraktion keine signifikanten Auswirkungen auf die α-Linolensäure (ω-3) hatte, wie z. B. einen Abbau. Die Studie zeigt, dass die Ultraschallextraktion die Ausbeute an Speiseöl erhöht und die Extraktionszeit verkürzt, während das hohe Nährwertprofil des Leinsamenöls erhalten bleibt.

Synergistische Effekte der Ultraschall-Ölextraktion

Die Ultraschall-Extraktion kann als alleinige Methode angewendet werden, um Öl aus Samen und ölreichen Früchten zu gewinnen, oder sie kann in konventionelle / bereits bestehende Speiseöl-Produktionsanlagen integriert bzw. nachgerüstet werden, um die Ölausbeute und -qualität zu erhöhen. Ultraschall-Extraktionssysteme können leicht als Vor- oder Nachbehandlung von Malaxern, in Kombination mit der Soxhlet-Extraktion verwendet oder hinter einer mechanischen Ölpresse oder einem Expeller installiert werden.
Hielscher-Ultraschallextraktoren sind einfach zu installieren, benötigen nur sehr wenig Platz (geringe Aufstellfläche) und können dadurch in bestehende Ölmühlen nachgerüstet werden. Durch ihre Robustheit und Industrietauglichkeit sind Hielscher Industrie-Ultraschallgeräte für den 24/7-Betrieb unter hoher Belastung und in anspruchsvollen Umgebungen geeignet.
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Hochleistungs-Ultraschallextraktoren für die Speiseölproduktion

Für die lebensmittelgerechte Verarbeitung von Speiseölen auf industriellem Niveau werden Hochleistungs-Ultraschallgeräte benötigt, um große Volumenströme von Ölsaaten in einem kontinuierlichen Durchflusssystem zu verarbeiten. Hielscher Ultrasonics ist langjährig erfahrener und zuverlässiger Lieferant von Hochleistungs-Ultraschall-Extraktionsgeräten, die weltweit in Lebensmittelherstellungsanlagen integriert werden.
Die hochentwickelten Ultraschallgeräte von Hielscher Ultrasonics lassen sich präzise steuern und geben dem Bediener die volle Kontrolle über die wichtigen Prozessparameter wie Amplitude, Druck, Temperatur und Beschallungszeit.
Das umfangreiche Zubehör wie Sonotroden (Ultraschallgeber), Booster-Hörner, Durchflusszellenreaktoren und weitere Zusatzgeräte ermöglichen es, das Ultraschall-Extraktionssystem spezifisch für den verarbeiteten Rohstoff und die angestrebte Leistung zu konfigurieren.
Hielscher Ultrasonicas' Hochleistungs-Ultraschallgeräte verarbeiten problemlos Slurries mit einem hohen Feststoffgehalt, d.h. einem hohen Verhältnis von Feststoffen (Ölsaatpaste) zu Lösungsmittel

Temperaturkontrolle während der Ultraschallverarbeitung

Da es sich bei der ultraschallgestützten Extraktion um eine nicht-thermische Verarbeitungsmethode handelt, kann der thermische Abbau von wärmeempfindlichen Nährstoffen verhindert werden. Hielscher-Ultraschall-Durchflusszellenreaktoren sind mit einem Kühlmantel zur Wärmeabfuhr ausgestattet. Zusätzlich kann der Energieeintrag exakt an die optimalen Verarbeitungsbedingungen angepasst werden, z.B. durch den Pulsationsmodus des Ultraschallextraktors. Die Ultraschallextraktion von Speiseölen bei niedrigen Temperaturen vermeidet die thermisch bedingte Zersetzung der extrahierten Öle und minimiert den Verlust bioaktiver Substanzen.

Ultraschallprozesskontrolle

Alle digitalen Hielscher-Ultraschallgeräte – vom Labor- bis zur Industriegerät – sind mit einer intelligenten Software ausgestattet, mit der der Ultraschallprozess präzise gesteuert, überwacht und kontrolliert werden kann. Amplitude, Energieeintragsgrenze, Pulszyklen und Beschallungszeit können über die benutzerfreundliche Software voreingestellt werden. Über ein farbiges Touch-Display ist das Menü leicht zugänglich und intuitiv zu bedienen. Mit der Browser-Fernsteuerung kann der Bediener das Ultraschallsystem aus der Ferne bedienen und überwachen.
Alle wichtigen Ultraschall-Prozessdaten (wie z.B. Amplitude, Temperatur, Druck, Nettoenergie, Gesamtenergie, Zeit und Datum) werden automatisch auf einer integrierten SD-Karte gespeichert. Die automatische Datenprotokollierung wird in der Lebensmittel- und Pharmaindustrie sehr geschätzt, da sie es dem Lebensmittelhersteller ermöglicht, den Verarbeitungsprozess jeder beschallten Charge zu revidieren. Dies ermöglicht eine Standardisierung der Prozesse, eine kontinuierlich hohe Qualität des Produktes und die Umsetzung von Good Manufacturing Practices (GMP).
 

UIP4000hdT Beschallungsanlage für die Inline-Verarbeitung von Ölsaaten zur Steigerung der Ausbeute an hochwertigen Speiseölen

 
Die Industrieschallköpfe von Hielscher Ultrasonics können sehr hohe Amplituden liefern. Amplituden von bis zu 200µm können problemlos im 24/7-Betrieb gefahren werden. Für noch höhere Amplituden sind kundenspezifische Ultraschallsonotroden erhältlich. Die Robustheit der Hielscher-Ultraschallgeräte ermöglicht einen 24/7-Betrieb bei hoher Belastung und in anspruchsvollen Umgebungen.
In der folgenden Tabelle finden Sie die ungefähre Verarbeitungskapazität unserer Ultraschallhomogenisatoren: