Ultraschallextraktion von Polyphenolen aus Baggibuti (Stachys parviflora)
Extrakte aus der Baggibuti-Pflanze (Stachys parviflora L.) werden als Kräutermedizin zur Behandlung von Krämpfen, Arthralgie, Epilepsie, Fallsucht und Dracunculiasis geschätzt. Ultraschallextraktoren werden erfolgreich zur Isolierung von Polyphenolen und anderen Phytochemikalien aus Stachys parviflora eingesetzt.
Was macht die Ultraschallextraktion überlegen? – Das Arbeitsprinzip & Vorteile der Power-Ultraschalltechnik
Wenn bioaktive Verbindungen (d.h. Phytochemikalien, Sekundärmetaboliten) aus Pflanzen isoliert werden sollen, müssen die Zellstrukturen des Pflanzenmaterials aufgebrochen werden, um die Zielverbindungen freizusetzen. Die Ultraschallextraktion ist eine hocheffiziente Methode zur Isolierung der gesamten Menge an sekundären Pflanzenstoffen aus Pflanzen (z. B. Stachys parviflora, Kräuter usw.) in einem schnellen Extraktionsverfahren. Die Anwendung von Hochleistungsultraschall erzeugt starke Kavitationseffekte, Störungen/Turbulenzen und Flüssigkeitsströmungen mit hoher Geschwindigkeit. Diese Ultraschallkräfte fördern den Zellaufschluss und die Durchmischung auf Makro- und Mikroebene. Darüber hinaus werden die Lösungsmittelpenetration, das Lösen bioaktiver Verbindungen und der Stofftransport erheblich verbessert. Dies macht die ultraschallunterstützte Extraktion hochwirksam und führt zu hervorragenden Extraktausbeuten bei kurzer Prozessdauer.

Ultraschallextraktor UP400St (400W, 24kHz) mit Rührwerk für die Extraktion bioaktiver Metaboliten aus Pflanzen wie Stachys parviflora (auch bekannt als Baggibuti).
Die Vorteile von Phytochemikalien aus Baggibuti (Stachys parviflora)
Stachys parviflora L., gemeinhin als "Baggibuti" bekannt, ist eine Art der Lamicae. Stachys parviflora-Verbindungen wie Iridoide, Flavonoide, Phenolsäuren und Diterpenoide sind als Sekundärmetaboliten bekannt für ihre antinephritischen, entzündungshemmenden, radikalfangenden und antimikrobiellen Eigenschaften.
Ultraschallextraktion von bioaktiven Substanzen aus Baggibuti (Stachys parviflora)
Die Ultraschallextraktion, auch bekannt als ultraschallunterstützte Extraktion (UAE), ist eine wissenschaftlich bewährte und industriell etablierte Technologie zur Isolierung bioaktiver Verbindungen wie Polyphenole, Flavonoide, Terpene und vieler anderer sekundärer Metaboliten aus Pflanzen.
Extraktion von Baggibuti (Stachys parviflora): Arbeitsprinzip und Protokoll
Die Ultraschallextraktion ist eine milde, nicht-thermische, aber hocheffiziente Extraktionstechnik, die ausschließlich auf mechanischen Kräften beruht. Dadurch werden empfindliche Pflanzeninhaltsstoffe vor thermischem Abbau bewahrt, aber die durch Ultraschall gewonnenen Extraktausbeuten sind außergewöhnlich hoch und von hervorragender Qualität.
Hochleistungs-Ultraschall für die Extraktion
er die Extraktion verstärkende Mechanismus von niederfrequentem, hochintensivem Ultraschall wird hauptsächlich auf das Phänomen der akustischen Kavitation zurückgeführt. Wenn die Kavitationsblasen an der Oberfläche des pflanzlichen Materials kollabieren, wird die Matrix der Pflanzenzellen (z. B. Stachys parviflora) durch Erosion und Sonoporation aufgebrochen, was zur Zerstörung der Zellstruktur und zur Freisetzung von intrazellulären Substanzen wie Polyphenolen und anderen Phytochemikalien führt. Der dadurch verstärkte Stoffaustausch erleichtert die Freisetzung von Molekülen wie Proteinen, Lipiden und Phytochemikalien.
Die durch den Ultraschall erzeugten Scherkräfte verbessern das Eindringen des Lösungsmittels in die Zellmatrix des Pflanzenmaterials bzw. die Durchlässigkeit der Zellmembranen. Diese Mechanismen des Leistungsultraschalls sind für die erhebliche Prozessintensivierung verantwortlich, die bei der Anwendung von Ultraschall zur Pflanzenextraktion erzielt wird.

SEM von der Oberfläche von Stachys parviflora, (a) unbehandelte Probe, (b) Mazeration, (c) optimierte ultraschallgestützte Extraktion (UAE) (UP200Ht, 4 Minuten Behandlungszeit, 74,5 % hohe Intensität und 74,2 % Lösungsmittelreinheit)
Studie und Bild: ©Salarbashi et al., 2016
Ultraschallextraktionsprotokoll für Phenole aus Baggibuti
Das Forschungsteam von Salarbashi extrahierte polyphenolische Verbindungen aus den Blättern von Stachys parviflora mit dem Ultraschallextraktor UP200Ht (200W, 26kHz). Für die vergleichende Extraktionsstudie von Ultraschallextraktion und Mazeration wurden getrocknete oberirdische Teile (geerntet während der Blütezeit) von S. parviflora zu Pulver mit einer durchschnittlichen Partikelgröße von weniger als 149 µm gemahlen. Die pflanzliche Extraktion wurde bei einer Temperatur von 35°C, einem natürlichen pH-Wert und unter Verwendung von Methanol (60, 80 und 100 % (v v-1)) als Lösungsmittel für 4, 7 und 10 Minuten durchgeführt.
Für die Ultraschallextraktion wurde das Hielscher Sonden-Ultraschallgerät UP200Ht (200W, 26kHz) verwendet. Die Amplitude des Ultraschallextraktors UP200Ht wurde auf 100% eingestellt. Die Intensität der Ultraschallbehandlung betrug 21,8346 Wcm-2 bei 100 % Amplitude.
Die Analyseergebnisse des mit Ultraschall hergestellten Extrakts zeigten, dass der Gesamtflavonoidgehalt (TFC) der Extrakte mit der Ultraschallbehandlung linear anstieg, während die Extraktionsdauer den gegenteiligen Effekt auf den TFC hatte. Der höchste Gesamtflavonoidgehalt wurde bei einer Ultraschallbehandlungsdauer von 4 Minuten (t = 4 min) erreicht.
Kaffeesäure, Gerbsäure, Quercetin, trans-Ferulasäure und Rosmarinsäure wurden als wichtigste phenolische Verbindungen in dem mit Ultraschall hergestellten Extrakt gefunden.
Anhand der REM-Bilder ist deutlich zu erkennen, dass die Ultraschallbehandlung und die daraus resultierende akustische Kavitation eine wichtige Rolle beim wirksamen Aufbrechen der Zellwand und der Struktur des Pflanzenmaterials spielen und dass die Extraktionsausbeute durch die Ultraschallschwingungen und die Kavitationsmikroströmung verbessert wird. Durch diese vom Leistungsultraschall induzierten Effekte verstärkt die ultraschallunterstützte Extraktion den Quellungs- und Erweichungsprozess der Zellwände durch die Hydratation des Pektinmaterials aus der Mittellamelle. Dadurch wird die Matrix der pflanzlichen Zellen aufgebrochen, was in der Folge zu einer viel schnelleren und effizienteren Freisetzung bioaktiver Metaboliten führt als bei anderen klassischen Extraktionsmethoden. REM-Bilder zeigen die Effizienz der Ultraschallextraktion von Phenolverbindungen. Als milde, nicht-thermische Extraktionsmethode führt die Beschallung zu überlegenen antioxidativen und antimikrobiellen Aktivitäten, die die mit herkömmlichen Extraktionsverfahren hergestellten Extrakte übertreffen.
(vgl. Salarbashi et al., 2016)

HPLC-Chromatogramm von Stachys parviflora-Extrakt, der unter optimierten ultraschallunterstützten Extraktionsbedingungen isoliert wurde
Studie und Bild: ©Salarbashi et al., 2016
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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
- Salarbashi D.; Attaran Dowom S.; Fazly Bazzaz B.S.; Khanzadeh F.; Soheili V.; Mohammadpour A. (2016): Evaluation, prediction and optimization the ultrasound-assisted extraction method using response surface methodology: antioxidant and biological properties of Stachys Parviflora L. Iranian Journal of Basic Medicinal Science 19, 2016. 829-841.
- Majd, Mojtaba; Rajaei, Ahmad; Bashi, Davoud; Mortazavi, Seyyed; Bolourian, Shadi. (2014): Optimization of ultrasonic-assisted extraction of phenolic compounds from bovine pennyroyal (Phlomidoschema parviflorum) leaves using response surface methodology. Industrial Crops and Products 57. 2014. 195–202.
- M. Z. Borhan, R. Ahmad, M. Rusop, S. Abdullah (2013): Green Extraction: Enhanced Extraction Yield of Asiatic Acid from Centella asiatica (L.) Nanopowders. Journal of Applied Chemistry, Vol. 2013.
- Petigny L., Périno-Issartier S., Wajsman J., Chemat F. (2013): Batch and Continuous Ultrasound Assisted Extraction of Boldo Leaves (Peumus boldus Mol.). International journal of Molecular Science 14, 2013. 5750-5764.
- Fooladi, Hamed; Mortazavi, Seyyed Ali; Rajaei, Ahmad; Elhami Rad, Amir Hossein; Salar Bashi, Davoud; Savabi Sani Kargar, Samira (2013): Optimize the extraction of phenolic compounds of jujube (Ziziphus Jujube) using ultrasound-assisted extraction method.

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