Hielscher Ultraschalltechnik

Ultraschall-Extraktion von Olivenblattextrakt

Olivenblattextrakt ist ein potentes und therapeutisch eingesetztes Nahrungsergänzungsmittel, in dem starke Antioxidantien wie die Polyphenole Oleuropein, Hydroxytyrosol und Verbascosid enthalten sind. Die Ultraschallextraktion ist eine hocheffiziente Methode zur Freisetzung und Isolierung bioaktiver Verbindungen wie Polyphenolen, Flavonen und Terpenoiden aus Olivenblättern.

Olivenblatt-Extrakt

Ultrasonic extraction is used to release bioactive compounds such as oleuropein, hydroxytyrosol and other polyphenols from olive leaves.Olivenblätter (Olea europaea), ein landwirtschaftliches Abfall- oder Nebenprodukt, sind eine reichhaltige Quelle an natürlichen Antioxidantien. Olivenblätter enthalten verschiedene Polyphenole (auch als Biophenole bekannt), wie z.B. Oleuropein und Oleacein. Polyphenole sind natürlich vorkommende Metabolite in Pflanzen und tragen wesentlich zu den gesundheitlich positiven Effekten des Olivenblattextrakts bei. Neben Polyphenolen sind die Blätter des Olivenbaums reich an weiteren Antioxidantien, wie z.B. Ligstrosid-Isomeren, Hydroxytyrosol, Tyrosol und Kaffeesäure.
Olivenblattextrakt ist das Konzentrat der Phytochemikalien aus Olivenblättern und weist daher einen sehr hohen Antioxidantiengehalt auf. Olivenblattextrakt wird traditionell zur Stärkung des Immunsystems verwendet. Er wird zum Beispiel verabreicht, um Symptome von Erkältung, Husten und Halsschmerzen zu lindern.
Darüber hinaus deuten Forschungsergebnisse darauf hin, dass die Polyphenole in Olivenblattextrakt das Risiko von Herz-Kreislauf-Erkrankungen verringern, den Cholesterinspiegel senken, bei der Gewichtsabnahme helfen, antimikrobielle Wirkungen zeigen und als Anti-Krebsmittel wirken könnten.
Aus diesem Grund werden Extrakte aus Olivenblättern (Olea europaea L. folium) als Wirkstoff in Produktformulierungen von Arzneimitteln und Nahrungsergänzungsmitteln verwendet. Darüber hinaus werden Olivenblattextrakte auch in Therapeutika, Kosmetika sowie in Lebensmitteln und Getränken verwendet.
Angereichertes Olivenöl: Olivenblattextrakt wird auch zur Anreicherung von Olivenölen wie extra nativem Olivenöl verwendet. Durch den Zusatz von Olivenblattextrakt erhält das Olivenöl ein komplexeres, intensiveres Geschmacksprofil. Zudem wird der ORAC-Wert des Olivenöls erhöht. Mit Olivenblattextrakt angereicherte Olivenöle weisen eine verbesserte Haltbarkeit und höhere Hitzestabilität auf, da die Antioxidantien freie Radikale neutralisieren und das Öl gegen Ranzigwerden schützen.

Ultrasonic extraction increases the yield of olive oil and olive leaf extract.

UIP4000hdTein 4kW starker Ultraschallprozessor für die Extraktion von Pflanzenstoffen

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Phytochemikalien im Olivenblatt

Die Zusammensetzung der phenolischen Verbindungen in Olivenblättern umfasst Oleuroside (Oleuropein, Verbascosid), Flavone (Luteolin, Diosmetin, Apigenin-7-glucose, Luteolin-7-glucose, Diosmetin-7-glucose), Flavonole (Rutin), Flavan-3-ole (Catechin) und phenolische Derivate (Tyrosol, Hydroxytyrosol, Vanillin, Vanillinsäure, Kaffeesäure). Oleuropein und Hydroxytyrosol sind die wichtigsten phenolischen Verbindungen in Olivenblättern.

Oleuropein

Oleuropein, ein nicht-toxisches Oliveniridoid (ein Monoterpenoid-Form), ist eine Art phenolischer Bitterstoffe. Oleuropein ist zwar auch in der Schale, dem Fruchtfleisch, den Kernen und den Blättern der grünen Olive vorhanden, aber die höchste Konzentration ist in Olivenblättern zu finden. Mit einem Gehalt von 6-14% Trockengewicht ist es das prominenteste bioaktive Molekül in Olivenblättern. Je nach Olivensorte, Boden und Erntezeit kann der Oleuropeingehalt sogar bis zu 17-23% Trockengewicht ansteigen.

Hydroxytyrosol

Hydroxytyrosol ist ein Oleuropein-Metabolit. Beide Moleküle sind für ihre starke antioxidative Aktivität bekannt, welche zu der antioxidativen, entzündungshemmenden und krankheitsbekämpfenden Wirkung von Olivenöls beitragen. Hydroxytyrosol hat einen der höchsten bekannten ORAC-Werte (Sauerstoffradikal-Absorptionskapazität), der bei natürlichen Antioxidantien zu finden ist.

Ein Vollspektrum-Olivenblattextrakt enthält zahlreiche Polyphenole, Antioxidantien und andere Phytochemikalien, welche synergistische Wirkungen entfalten. Die Ultraschallextraktion ist eine zuverlässige Extraktionstechnik, die alle Phytochemikalien aus den Olivenblättern freisetzt und dadurch einen hochwirksamen Vollspektrum-Extrakt produziert.

UP100H mit MS14-Sonotrode für die Extraktion von phyto-chemischen Komponenten aus Pflanzenmaterial, wie z.B. Olivenblättern

Was ist Ultraschall und Ultraschallextraktion?

Ultraschall wird definiert als Schallschwingungen mit mehr als 20kHz, d.h. mehr als 20.000 Schwingungen pro Sekunde. Dies ist der Bereich, der oberhalb des menschlichen Hörspektrums liegt. Ultraschall deckt somit einen sehr grossen Bereich an akustischen Schwingungen ab, so dass zahlreiche unterschiedliche Anwendungen in den Bereich des Ultraschalls fallen. Zu den bekanntesten Anwendungsbeispielen gehören bildgebende Verfahren beim Arzt, die Einparkhilfe im Auto und die zerstörungsfreie Werkstoffprüfung. Für die genannten Beispiele wird hochfrequenter, zerstörungsfreier Ultraschall eingesetzt.
Hochleistungsultraschall ist definiert als hochintensive, niederfrequente Schallwellen mit einer Frequenz von ca. 20-60kHz. Diese energiedichten Schallwellen erzeugen abwechselnd hohe Druckzyklen (Kompression) und niedrige Druckzyklen (Rarefaktion) in Flüssigkeiten. Während eines Niederdruckzyklusses erzeugen die hochenergetischen Ultraschallwellen kleine Vakuumblasen oder Hohlräume in der Flüssigkeit. Wenn diese Blasen eine Größe erreichen, bei der sie keine weitere Energie absorbieren können, zerplatzen sie während eines Hochdruckzyklus. Dieses Blasenimplosion und die entstehenden Kräfte werden als Kavitation bezeichnet.
Durch Kavitation entstehen lokale "Hot-Spots" in der Flüssigkeit bzw. Slurry, die Temperaturen von bis zu 5000K und Drücke von bis zu 2000atm erreichen können. Darüber hinaus erzeugt die Implosion der Kavitationsblasen Flüssigkeitsstrahlen mit Geschwindigkeiten von bis zu 280 m/s. Diese lokal auftretenden Extrembedingungen führen zum Platzen der Pflanzenzellen, so dass bioaktive Substanzen, die im Inneren der Pflanzenzelle eingeschlossen sind, freigesetzt werden. Das bedeutet, akustische Kavitation schließt Pflanzenzellen auf und führt zu einer höheren Diffusion der intrazellulären Moleküle in die Extraktionslösung (Lösungsmittel). Durch diese Ultraschalleffekte wird der Massetransfer deutlich verbessert. Höherer Massetransfer bedeutet höhere Extraktionsraten. Daher sind Ultraschallsonotroden eines der am weitesten verbreiteten Werkzeuge zur Herstellung hochwertiger Extrakte aus pflanzlichen Rohstoffen wie Kräutern, Blättern, Früchten und anderen Pflanzenmaterialien.
Die Ultraschallextraktion wartet mit verschiedenen Vorteilen auf. Dazu gehören die vollständige Extraktion und sehr hohe Ausbeuten, verkürzte Extraktionsdauer, deutlich höhere Effizienz, die Kompatibilität mit jedem Lösungsmittel sowie die nicht-thermische Verarbeitung.

The UHPLC plot shows the oleuropein, verbascoside and luteolin-4'-O-glucoside in the ultrasonically extracted olive leaf extract.

Die Abbildung zeigt das Chromatogramm einer Ultra-Hochleistungs-Flüssigkeitschromatographie mit einem Diodenarray-Detektor (UHPLC-DAD) von ultraschall-extrahierten Olivenblatt-Phenolen. Die Peaks 1 und 2 wurden bei 325 nm (rote Linien) detektiert, während Peak 3 (blaue Linie) bei 280 nm detektiert wurde.
Grafik und Studie: Giocometti, J. et al. (2018)

Ultraschallprozessor UIP2000hdT (2kW) mit gerührtem Reaktor

Ultraschall-Extraktor UIP2000hdT (2kW) mit Batchreaktor


Olive leaf extracts are rich in polyphenols such as oleuropein, caffeic acid, hydroxytyrosol, verbascoside, rutin, quercitin amongst others. Ultrasonic extraction is the most efficient technique to extract polyphenols from olive leaves.

Olivenblattextrakt ist reich an Polyphenolen wie Oleuropein, Kaffeesäure, Hydroxytyrosol, Verbascosid, Rutin, Quercitin usw.
Quelle: Omar et al. 2017

Olivenblattextrakte - produziert mit Ultraschall

Die extremen Bedingungen in der ultraschall-induzierten "Hot-Spot"-Zone haben verschiedene Effekte auf das Pflanzenmaterial und die Extrahierbarkeit. Zu diesen Effekten zählen die Überwindung der selektiven Permeabilität der Zellmembran, der verstärkte Stoffaustausch zwischen dem Zellinneren und dem Lösungsmittel, der mechanische Zellaufschluss und die Freisetzung intrazellulärer Substanzen (d.h. Phytochemikalien wie Oleuropwin, Hydroxytyrosol, Gallussäure usw.). Diese Effekte führen zu einer hohen Ausbeute an qualitativ hochwertigen Extrakten innerhalb einer sehr kurzen Beschallungszeit. Ein 400-Watt-Ultraschallprozessor wieUltrasonic extractor UP400St (400 watts) with agitator for the extraction of larger batchesder Hielscher UP400St kann eine 10-Liter-Charge botanischer Slurry innerhalb von 5-8 Minuten verarbeiten. Die industriellen Ultraschallgeräte verarbeiten die aus Pflanzenmaterial und Lösungsmittel bestehende Aufschlämmung im kontinuierlichen Durchfluss. Das Medium wird durch einen Ultraschallreaktor gepumpt und dort beschallt. Im industriellen Massstab kann ein UIP4000hdT (4kW) ca. 3L/min verarbeiten.
Aufgrund der hohen Extraktausbeute und Prozessgeschwindigkeit ist die Ultraschallextraktion besonders effizient. Daher wurde die Ultraschall-Extraktion von zahlreichen Extraktherstellern, die qualitativ hochwertige Extrakte wie z.B. CBD, Cannabinoide, Vanille, Algen, Ingwer und zahlreiche andere botanische Extrakte herstellen, schnell angenommen und auf Produktionsniveau implementiert. Durch Ultraschallkavitation kann eine Extraktausbeute von 95-99% der in den Pflanzenstoffen enthaltenen aktiven Verbindung erreicht werden. Die Forschung zeigte beispielsweise eine Extraktionseffizienz von 99,27% für die Freisetzung von Gesamtphenolen aus Olivenblättern. (Luo, 2011) Das Ultraschallverfahren kann durch Anpassung der Prozessparameter (Ultraschallamplitude, Temperatur, Druck, Viskosität) optimal an den Rohstoff und die gewünschte Extraktqualität angepasst werden.
Die Ultraschall-Extraktion ist mit fast allen Arten von Lösungsmitteln kompatibel. Für die ultraschall-gestützte Olivenblattextraktion hat sich 80%iges wässriges Ethanol als am wirksamsten erwiesen. Die Extraktionsausbeute für bestimmte phytochemische Verbindungen kann jedoch durch die Wahl eines anderen Lösungsmittels mit anderer Polarität (z.B. Methanol) verändert werden.
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Vorteile der Ultraschall-Extraktionssysteme

Die Vorteile der Ultraschall-Extraktion liegen in der hohen Extraktionsausbeute, der freien Wahl des Lösungsmittels (z.B. Wasser, Ethanol, Wasser-Ethanol-Gemisch, Olivenöl usw.) sowie in der einfachen und sicheren Bedienung. Aufgrund der intensiven mechanischen Kräfte des Hochleistungs-Ultraschalls reichen in der Regel ökologische und milde Lösungsmittel wie Wasser, Ethanol etc. aus, um eine außerordentliche Extraktionsrate und Ausbeute zu erzielen. Im Ergebnis verkürzt die Ultraschallextraktion die Extraktionszeit und ermöglicht einen reduzierten Einsatz von Lösungsmitteln oder die Verwendung milderer, schonenderer Lösungsmittel. Dies bedeutet, dass die Ultraschallextraktion sowohl höhere Extraktionsraten als auch gesündere Extrakte (z.B. Kaltwasserextrakte) ermöglicht. Da die Prozesstemperatur während der Beschallung genau kontrolliert werden kann, wird eine thermische Zersetzung der Extrakte durch zu hohe Temperaturen sowie die Verdampfung der Substanzen vermieden.
Im Vergleich zu einer überkritischen CO2 Extraktionsanlage sind die Anschaffungskosten für einen Ultraschall-Extraktor gering. Auch bei den Betriebskosten, der einfachen, benutzerfreundlichen Bedienung und der Arbeitssicherheit können die Ultraschall-Extraktionsanlagen punkten.

Vorteile der Ultraschallextraktion

  • vollständigere Extraktion
  • Höhere Erträge
  • schnelles Verfahren
  • Kompatibel mit allen Lösungsmitteln
  • nicht-thermischer Prozess
  • einfach und sicher zu bedienen
  • Geringer Wartungsaufwand

Ultraschall – für kleinere Mengen bis hin zur industriellen Produktion

Ein besonderes Merkmal der Ultraschallverarbeitung ist die lineare Skalierbarkeit des Extraktionsprozesses. Machbarkeitsstudien und die Herstellung kleinerer Chargen können sehr unkompliziert mit einem handlichen Ultraschallgerät in einem offenen Behälter durchgeführt werden. Durch diese einfache Handhabung ist es einfach, die Effizienz und Qualität des Ultraschall-Extraktionsprozesses im kleinen Maßstab zu testen. Alle in kleinem Maßstab erzielten Ergebnisse können vollständig reproduziert und hochskaliert werden. Die digitale Steuerung des Ultraschallextraktors und die automatische Datenaufzeichnung der Ultraschallparameter auf einer internen SD-Karte ermöglichen eine präzise Überwachung des Prozesses und die Reproduzierbarkeit konstanter Qualitätsstandards. Das Produktportfolio von Hielscher Ultrasonics bietet Ultraschallextraktoren für jedes Produktionsniveau – von 50-Watt-Handgeräten bis zum 16.000-Watt-Industrie-Ultraschall für die Inline-Produktion. Dank der jahrzehntelangen Erfahrung von Hielscher Ultrasonics in der Ultraschall-Extraktion und der Installation von mehreren hundert Ultraschall-Extraktionsanlagen weltweit ist eine kompetente und umfassende Beratung gewährleistet.

In der folgenden Tabelle finden Sie die ungefähre Verarbeitungskapazität unserer Ultraschallsysteme:

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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Hielscher Ultrasonics stellt leistungsstarke Ultraschall-Homogenisatoren für die Dispersion, Emulgierung und Zellenextraktion her.

Leistungsstarke Ultraschall-Homogenisatoren von Labor bis Pilot- und industrielle Maßstab.

Literatur / Literaturhinweise



Wissenswertes

Die gesundheitsfördernde Wirkung von Olivenblattextrakt

Die Hauptkomponenten in Olivenblättern sind Secoiridoide (eine Art Monoterpenoide) wie Oleuropein, Ligstrosid, Methyloleuropein und Oleosid; Flavanoide wie Apigenin, Kaempferol, Luteolin und Chrysoeriol; und phenolische Verbindungen wie Kaffeesäure, Tyrosol und Hydroxytyrosol. Olivenblattextrakte haben entzündungshemmende Wirkungen und es wurde festgestellt, dass sie chronische Krankheiten (z.B. Diabetes, Arthritis), Herz-Kreislauf-Erkrankungen sowie neurodegenerative Erkrankungen verbessern und Wirkmechanismen gegen Krebs aktivieren können. Zum Beispiel sind die positiven Wirkungen von Oleuropein bei Diabetes-Patienten mit einer Verringerung des oxidativen Stresses, einer Senkung des Blutdrucks, einer Hemmung der Bildung von fortgeschrittenen Glykierungsendprodukten (AGE), einer Senkung des Blutzuckerspiegels, einer Erhöhung der Glukose-induzierten Insulin- und GLP-1-Freisetzung, einer Erhöhung der peripheren Aufnahme von Glukose und anderen zellulären und metabolischen Wirkungen verbunden.