Ultraschall-Hydrodestillation ätherischer Öle

Die konventionelle Extraktion ätherischer Öle ist teuer und zeitaufwendig. Die Beschallung intensiviert die Extraktion und führt zu höheren Ausbeuten und einer besseren Extraktqualität. Ultraschallgeräte von Hielscher lassen sich problemlos in jedes konventionelle Hydrodestillationssystem integrieren, um Effizienz und Qualität zu verbessern.

Hydrodestillation ätherischer Öle aus Pflanzenmaterial

Die Hydrodestillation ist eine Variante der Wasserdampfdestillation, mit der sekundäre Pflanzenstoffe aus Pflanzenmaterial extrahiert werden. Bei diesem Verfahren wird das Pflanzenmaterial für einen festgelegten Zeitraum in Wasser eingeweicht und das Gemisch anschließend erhitzt. Flüchtige Verbindungen werden vom Wasserdampf mitgeführt, anschließend kondensiert und abgetrennt. Die Wasserdampfdestillation als übergeordnetes Verfahren wird häufig zur Isolierung ätherischer Öle eingesetzt – beispielsweise in der Parfümherstellung.
Da viele organische Verbindungen bei anhaltend hohen Temperaturen zur Zersetzung neigen, setzt die Industrie zunehmend auf schonende alternative Verarbeitungsverfahren, die bessere Ergebnisse liefern (höhere Qualität und höhere Ausbeuten). Die Ultraschall-Hydrodestillation ist eines dieser Verfahren – eine schonende und zugleich hocheffiziente Extraktionsmethode zur Herstellung hochwertiger ätherischer Öle.

Herausforderungen der konventionellen Herstellung ätherischer Öle

Die Probleme traditioneller Extraktionsverfahren wie der Wasserdampfdestillation liegen in den enormen Mengen an Pflanzenmaterial, die zur Extraktion ätherischer Öle im kommerziellen Maßstab benötigt werden. Für 1kg (2 1/4 lb) ätherisches Lavendelöl werden etwa 200kg (440lb) frische Lavendelblüten benötigt, für 1kg Rosenöl zwischen 2,5 und 5 Tonnen Rosenblütenblätter und für 1kg ätherisches Zitronenöl etwa 3.000 Zitronen als Rohmaterial. Deshalb sind ätherische Öle sehr teuer. Für Rosen-Absolue liegt der Preis bei etwa 20.000€ (21,000US$) pro Liter.
Um Rentabilitäts- und Wettbewerbsvorteile zu erzielen, müssen Hersteller ätherischer Öle effizientere und wirksamere Extraktionsverfahren einsetzen. Die vorteilhaften Verfahren der Ultraschallextraktion übertreffen traditionelle Extraktionsmethoden durch schonende Extraktionsbedingungen, hohe Ausbeuten und eine bessere Extraktqualität. Die Beschallung kann als lösungsmittelbasierte oder lösungsmittelfreie Extraktion durchgeführt werden. Alternativ lässt sich die Ultraschallextraktion mittels Sonotrode mit gängigen Extraktionsverfahren kombinieren, z. B. mit der Soxhlet-Extraktion, der Clevenger-Extraktion, der Extraktion mit überkritischem CO2 oder der ohmschen Hydrodestillation (Sono-Soxhlet, Sono-Clevenger, Sono-scCO2, ultraschallunterstützte ohmsche Hydrodestillation).

Sono-Clevenger mit Ultraschallsonotrode UP200S: ein durch Ultraschall intensivierter Hydrodestillationsaufbau zur hocheffizienten Isolierung ätherischer Öle.
(©Rasouli et al. 2021)

Vorteile der Kombination von Ultraschallextraktion und Hydrodestillation

Die ultraschallunterstützte Extraktion und Hydrodestillation ist heute ein etabliertes Verfahren zur Herstellung hochwertiger ätherischer Öle. Als nichtthermisches Extraktionsverfahren vermeidet die Beschallung den thermischen Abbau hitzeempfindlicher Verbindungen. Gleichzeitig werden die Extraktionseffizienz und die Ausbeuten an ätherischen Ölen deutlich gesteigert. Nachfolgend finden Sie die Vorteile der Herstellung ätherischer Öle mit Ultraschall:

1. Hohe Extraktionseffizienz: Die Extraktion mit einem Ultraschallgerät mit Sonotrode isoliert ätherische Öle effizienter als traditionelle Extraktionsverfahren wie Wasserdampfdestillation oder Lösungsmittelextraktion. Dies liegt daran, dass die Schallwellen Kavitation in der Flüssigkeit erzeugen, die dazu beiträgt, die Zellwände des Pflanzenmaterials aufzubrechen und mehr ätherisches Öl freizusetzen.
2. Kürzere Extraktionszeit: Mit der Ultraschallextraktion lassen sich ätherische Öle in wesentlich kürzerer Zeit extrahieren als mit traditionellen Extraktionsverfahren. Dies liegt daran, dass die von einer Sonotrode erzeugten intensiven Schallwellen tiefer in das Pflanzenmaterial eindringen, die Pflanzenzellen effizienter aufschließen und dadurch das ätherische Öl schneller und wirksamer extrahieren können.
3. Verbesserte Qualität des ätherischen Öls: Da die Ultraschallextraktion eine nichtthermische Behandlung ist, lassen sich damit ätherische Öle von höherer Qualität herstellen als mit traditionellen Extraktionsverfahren. Dies liegt daran, dass Ultraschallwellen das ätherische Öl extrahieren können, ohne die empfindlichen aromatischen Verbindungen zu schädigen, die dem Öl seinen Duft und seine therapeutischen Eigenschaften verleihen.
4. Energieeffizient: Die Ultraschallextraktion ist im Vergleich zu traditionellen Verfahren wie der Wasserdampfdestillation, die viel Energie zur Dampferzeugung benötigt, ein energieeffizientes Extraktionsverfahren.
5. Umweltfreundlich: Die Ultraschallbehandlung ist ein sauberes und umweltfreundliches Extraktionsverfahren, da sie keine Lösungsmittel oder Chemikalien erfordert, die die Umwelt schädigen können.

Diese Vorteile machen die Ultraschallextraktion ätherischer Öle zu einem hocheffizienten und wirtschaftlichen Verfahren, das gegenüber traditionellen Extraktionsmethoden zahlreiche Vorteile bietet.

Ein Vergleich der Extraktion mit überkritischem Kohlendioxid (sCO₂), der ultraschallunterstützten Extraktion (UAE), der Extraktion mit überkritischem Kohlendioxid in Kombination mit der Druckwechseltechnik (SCE-PST) und der Soxhlet-Extraktion zeigt, dass UAE das effizienteste und schnellste Extraktionsverfahren ist.

Wissenschaftliche Studie: Ultraschall-Hydrodestillation ätherischer Öle

• Ausgangsmaterial für die Extraktion: Getrocknete Blätter von Thymian, Salbei, Zitronenmelisse, Lavendel und Oregano
• Höhere Ausbeute an ätherischen Ölen: bis zu 29,58% mehr ätherisches Öl
• Kürzere Verarbeitungszeit

Eine aktuelle Studie von Nenciu et al. (2026) zeigte die Vorteile der ultraschallunterstützten Hydrodestillation für ätherische Öle aus Thymian, Salbei, Zitronenmelisse, Lavendel und Oregano. Getrocknetes Pflanzenmaterial wurde mit Wasser gemischt, mit einem Hielscher-Ultraschallgerät UP400St mit Sonotrode vorbehandelt und anschließend einer Wasserdampfdestillation unterzogen. Akustische Kavitation schließt Pflanzengewebe und ölführende Drüsenstrukturen auf und erleichtert dadurch die Freisetzung flüchtiger Verbindungen vor der Destillation. Unter den optimierten Bedingungen – 1 cm große Biomassepartikel, 150 W Ultraschallleistung und eine Extraktionsdauer von 85 Minuten – stieg die Ausbeute an ätherischem Öl von 1,42 auf 1,84% v/w. Dies entspricht einer Verbesserung um bis zu 29,58% gegenüber der konventionellen Hydrodestillation mit einer Dauer von 120 Minuten. Die GC-MS-Analyse bestätigte die charakteristischen Verbindungen der einzelnen Öle, darunter Carvacrol in Oregano, Thymol in Thymian, Citral und Geranial in Zitronenmelisse, Cineol und Campher in Salbei sowie Linalool und Linalylacetat in Lavendel. Die Ergebnisse zeigen, dass eine Ultraschallvorbehandlung die Ausbeute an ätherischem Öl erhöhen und die Hydrodestillationszeit verkürzen kann, wodurch sich die Gesamteffizienz der Herstellung ätherischer Öle verbessert.

Aufbau zur ultraschallunterstützten Hydrodestillation (UAHD): (a) Ultraschallgerät UP400St (b) Hydrodestillationseinheit; (c) Dampfkondensation + Kühlsystem
Abbildung und Studie: Nenciu et al., 2026

Höhere Ausbeute an ätherischen Ölen: Ultraschallextraktion vor der Hydrodestillation

Für die Ultraschallextraktion ätherischer Öle aus Pflanzenmaterial (z. B. Lavandin, Salbei, Zitruspflanzen usw.) kann ein Beschallungssystem mit Sonotrode wie das UIP2000hdT für die Extraktion im Labor-, Pilot- und Produktionsmaßstab eingesetzt werden. Das Extraktionssystem lässt sich als Chargen- oder Inline-System einrichten.
Für die Ultraschallextraktion im Chargenbetrieb wird ein Behälter in einem umgebenden Kaltwasserbad empfohlen. Das Wasserbad ermöglicht es, einen unerwünschten Temperaturanstieg und den daraus resultierenden Abbau zu vermeiden. Zur Extraktion ätherischen Lavandinöls werden Lavendelblüten beispielsweise in 2L destilliertem Wasser für 30 min extrahiert. Die Ultraschallamplitude wird auf 60% eingestellt. Nach der Ultraschallvorbehandlung werden die Lavendelblüten entnommen, und zur Extraktion des ätherischen Öls wird eine konventionelle Wasserdampfdestillation durchgeführt.
Für den Inline-Extraktionsaufbau wird der Ultraschallprozessor mit einer Sonotrode und einer Durchflusszelle ausgestattet. Zur Kühlung verfügt der Durchflusszellenreaktor über einen Kühlmantel. Für die Ultraschallvorbehandlung wird das mazerierte Pflanzenmaterial durch die Reaktionskammer gepumpt, wo es direkt die Kavitationszone durchströmt. Ein weiterer Vorteil der Ultraschall-Inline-Extraktion ist die Möglichkeit, die Reaktionskammer mit Druck zu beaufschlagen, um die Extraktionswirkung zu steigern.
Die Ultraschallvorbehandlung vor der Hydrodestillation erhöht die Ausbeute an extrahierten ätherischen Ölen und verbessert die Extraktionsrate – das Verfahren wird dadurch insgesamt effizienter.

Fallstudie: Ultraschall-Hydrodestillation ätherischen Öls aus Satureja khuzistanica

Rasouli et al. (2021) untersuchten die Extraktionseffizienz für ätherische Öle aus der krautigen Pflanze Satureja khuzistanica Jamzad und verglichen dabei die traditionelle Hydrodestillation mit dem durch Ultraschall intensivierten Clevenger-Verfahren (Sono-Clevenger). Sie verglichen die beiden Extraktionsverfahren, Hydrodestillation und Ultraschall-Clevenger, hinsichtlich Isolierungszeit, Ausbeute und Qualität der gewonnenen ätherischen Öle. Die Ergebnisse zeigen, dass das chemische Profil und die biologischen Eigenschaften der gewonnenen ätherischen Öle jeweils von vergleichbar hoher Qualität sind, während das Ultraschallextraktionsverfahren die Ausbeute bei der Isolierung ätherischer Öle um bis zu 40% steigert. Die rasterelektronenmikroskopischen Aufnahmen (SEM) der behandelten Satureja-Blätter zeigen einen effizienteren Aufschluss der pflanzlichen Zellwände durch die Ultraschallbehandlung. Infolgedessen wurde eine Verbesserung der Extraktion ätherischer Öle um etwa 40% gegenüber der konventionellen Hydrodestillation beobachtet.
Diese Studie untermauert die Ergebnisse zahlreicher weiterer Berichte, in denen die Ultraschallvorbehandlung vor der Hydrodestillation untersucht wurde. Diese zeigten, dass die Beschallung mit einer Sonotrode sowohl die Qualität als auch die Menge des ätherischen Öls verbessert und gleichzeitig die Extraktionszeit sowie den Energieverbrauch gegenüber konventionellen Verfahren verringert.
 

Vergleich der Extraktionsausbeute in Abhängigkeit von der Zeit bei der Hydrodestillation und dem Sono-Clevenger-Verfahren: Die Ultraschallextraktion ätherischer Öle mit einer Sono-Clevenger-Apparatur liefert höhere Ausbeuten an ätherischem Öl bei kürzerer Extraktionszeit.
(©Rasouli et al. 2021)

Rasterelektronenmikroskopische Aufnahmen (SEM) von Satureja-Blättern: (A) nach einer Hydrodestillation über 4 Stunden und (B) nach einer Sono-Clevenger-Behandlung über 60 min. Die kürzere Sono-Clevenger-Behandlung ermöglicht einen besseren Zellaufschluss und damit höhere Ausbeuten an ätherischem Öl.
(©Rasouli et al. 2021)

Ultraschallextraktoren für die Hydrodestillation ätherischer Öle

Die Hochleistungs-Ultraschallextraktoren von Hielscher sind für den Einsatz im Labor sowie in Pilot- und Industrieanlagen erhältlich. Unsere Ultraschallprozessoren lassen sich präzise steuern und können sehr hohe Amplituden erzeugen (bis zu 200µm bei industriellen Ultraschallgeräten, höhere Amplituden auf Anfrage), um ein intensives Schallfeld zu erzeugen. Alle unsere Ultraschallgeräte, von Laborgeräten bis hin zu industriellen Systemen, sind für den 24/7-Betrieb unter Volllast ausgelegt.
Ultraschallextraktoren von Hielscher können für Machbarkeitsversuche und zur Prozessoptimierung im Labormaßstab getestet werden. Anschließend lassen sich alle Prozessergebnisse linear auf die industrielle Großproduktion übertragen. Unsere langjährige Erfahrung in der Ultraschallverarbeitung ermöglicht es uns, unsere Kunden von ersten Versuchen und der Prozessoptimierung bis zur Umsetzung eines hocheffizienten industriellen Betriebs zu beraten und zu unterstützen.
Besuchen Sie unser Technikum und Prozesszentrum, um die Möglichkeiten der Ultraschallsysteme von Hielscher kennenzulernen!
Unsere robusten Ultraschallsysteme können zur Beschallung im Chargen- und Inline-Betrieb eingesetzt werden. Für die Herstellung ätherischer Öle lässt sich durch den Einbau einer Sonotrode in eine konventionelle Hydrodestillationsapparatur eine synergistische Kombination erzielen. Auch bestehende Produktionslinien lassen sich problemlos nachrüsten.

Die folgende Tabelle gibt Ihnen einen Anhaltspunkt für die ungefähre Verarbeitungskapazität unserer Ultraschallgeräte:

Funktionsprinzip der Ultraschallextraktion ätherischer Öle

Die Ultraschallextraktion liefert nachweislich höhere Extraktionsausbeuten und verringert den Energieverbrauch. Das Funktionsprinzip der Ultraschallextraktion beruht auf der durch Ultraschallkavitation hervorgerufenen Implosion von Blasen. Ultraschallkavitation beziehungsweise akustische Kavitation erzeugt Flüssigkeitsmikrostrahlen, die die lipidhaltigen Drüsen im Pflanzengewebe zerstören. Dadurch wird der Stofftransport zwischen Zelle und Lösungsmittel verbessert und das ätherische Öl freigesetzt. Ein wesentlicher Vorteil heutiger moderner Ultraschallextraktoren ist die präzise Steuerung der Betriebsparameter (z. B. Ultraschallintensität, Temperatur, Behandlungszeit, Druck, Verweilzeit usw.). Eine erhöhte Ausbeute an ätherischen Ölen sowie ein geringerer thermischer Abbau, hohe Qualität und ein gutes Aroma- und Geschmacksprofil sind wissenschaftlich belegt (Porto et al. 2009; Asfaw et al. 2005).
Während andere moderne Extraktionsverfahren nur begrenzte Möglichkeiten zur Maßstabsvergrößerung auf die industrielle Produktion bieten, ist die Skalierbarkeit der Ultraschallextraktion auf den industriellen Maßstab bereits nachgewiesen. Beispielsweise wurde die Extraktionsausbeute ätherischer Öle aus japanischen Zitrusfrüchten gegenüber traditionellen Extraktionsverfahren um 44% erhöht (Mason et al. 2011).

Literatur / Quellen

• Nenciu, Florin, Ana-Maria Tăbărașu, Cristina Fătu, Nicolae-Valentin Vlăduț, Iulian Voicea, Sorina Dinu (2026): Ultrasound-Assisted Hydrodistillation of Essential Oils for Eco-Friendly Biocontrol of Botrytis cinerea in Grapevines. Horticulturae 12, no. 9: 1054. 2026
• Rasouli, Seyed Reza; Nejad, Ebrahimi Samad; Rezadoost, Hassan (2021): Simultaneous ultrasound-assisted hydrodistillation of essential oil from aerial parts of the Satureja khuzistanica Jamzad and its antibacterial activity. Journal Of Medicinal Plants, Vol. 20, no. 80; 2021. 47–59.
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