Herstellung von Aromastoffen mit Ultraschall
Die Extraktion von Aromen mit Ultraschall ist ein hocheffizientes und nachhaltiges Verfahren, das die Ausbeute erhöht und gleichzeitig die Verarbeitungszeit erheblich verkürzt. Durch die Verwendung von sicheren, umweltfreundlichen Lösungsmitteln bietet die Ultraschalltechnologie eine umweltfreundliche Extraktionsmethode mit verbesserter Energieeffizienz und ist damit eine umweltfreundliche Alternative zu herkömmlichen Extraktionsverfahren.
Pflanzenextrakte – Besser mit Ultraschall
Bei der Ultraschallextraktion handelt es sich um eine erprobte und kommerzialisierte Prozesstechnologie, welche für die Herstellung von qualitativ hochwertigen Extrakten für die Lebensmittel- & Getränke-, Pharma- sowie die Kosmetik-Industrie eingesetzt wird.
„Mittels Ultraschall können komplette Extraktionsprozesse nun innerhalb von Minuten mit hoher Reproduzierbarkeit und bei einem reduziertem Lösungsmittelbedarf durchgeführt werden. Gleichzeitig vereinfacht die Ultraschallextraktion den Arbeitsprozess und erzielt Extrakte mit einem höheren Reinheitsgrad. Zudem fällt weniger Abwasser an, welches wieder aufbereitet werden muss und es wird nur ein Bruchteil der Energie benötigt, welche normalerweise für konventionelle Extraktionsmethoden wie die Soxhlet-Extraktion, Mazeration oder Clevenger Destillation notwendig ist. Verschiedenste Arten von Nahrungsmittelbestandteilen wie z.B. Aromen, Pigmente, Antioxidantien sowie andere organische und mineralische Verbindungen wurden mittels Ultraschall effizient aus unterschiedlichen Matrizen (u.a. aus Algen, Hefen, Lebensmitteln und Pflanzen) extrahiert, analysiert und weiterverarbeitet.“ [Chemat et al. 2017]
Als Marktführer für Ultraschall-Extraktionssysteme verfügt Hielscher Ultrasonics über fundierte, gesicherte Kenntnisse über verschiedene Ultraschall-Extraktionsverfahren, u.a. über die Extraktgewinnung aus Gewürzen, Kräutern, Blüten, Früchten und Gemüse, welche zu Geschmacks-, Aroma- und Duftstoffen weiterverarbeitet werden. Hielscher Ultrasonics hat sich eine große Datenbank zu Ultraschall-Extraktionsprozessen aus verschiedenen Pflanzenmaterialien, wie z.B. Kaffee, Safran, Trauben (Wein), Eichenholz, Teeblättern, Lavendel, Minze, Stevia, Chili, Vanille, Kakao, Boldus-Blättern sowie vielen anderen Pflanzen aufgebaut.
Ultraschallextraktionsverfahren können mit fast allen Lösungsmitteln, so z.B. mit Wasser, Alkohol, wässrigem Ethanol, Glycerin, Ölen, Isopropanol, Hexan, Benzol usw. durchgeführt werden.
Für die Herstellung von Geschmacksstoffen, Aromen, Düften und aktiven Wirkstoffen, welche als Zutaten in Lebensmitteln & Getränken, Pharmazeutika, Kosmetikprodukten und Parfums verwendet werden, ist der Einsatz von ungefährlichen, umweltfreundlichen Lösungsmitteln wie Wasser und Alkohol ein außerordentlich großer Vorteil.
Industrielle Installation des Ultraschallextraktors UIP4000hdT für die Herstellung botanischer Extrakte.
- Beschallung
- Thermo-Beschallung
- Mano-Beschallung
- Thermo-Mano-Beschallung
- Ultraschall-Soxhlet (Sono-Soxhet)
- Ultraschall-gestützte überkritische Extraktion
Mit dem Ultraschallverfahren lässt sich eine bessere Extraktion im Vergleich zu die meisten konventionellen Extraktionsprozessen, z.B. dem Mazerationsverfahren, erzielen: die Vorteile liegen in einer verkürzten Extraktionszeit, höherer Extraktausbeute, geringerer Energieverbrauch, höherer Produktqualität und- reinheit sowie Sicherheit. Vor allem für die Herstellung von Nahrungsmittel-, Getränke-, pharmazeutischen und kosmetischen Zusatzstoffen ist das milde, grüne Ultraschall-Extraktionsverfahren ein großer Vorteil für die Sicherheit des Endproduktes und seine Konsumenten.
Transparente Aroma-Emulsionen
Emulsionen werden häufig Lebensmitteln und Getränken hinzugefügt, um den Geschmack, die Nährwerte oder die Produktstabilität zu funktionalisieren. Vor allem für die Formulierung von Getränken ist die Klarheit/Transparenz ein wichtiger Faktor, da das Endprodukt nicht nur die gängigen Qualitäts- und Ernährungsstandards erfüllen, sondern auch den optische Ansprüchen der Konsumenten genügen muss. Für klare Getränke und Nahrungsmittel bedeutet dies, dass eine zugesetzte Emulsion das finale Qualitätsziel nicht beeinträchtigen darf. Eine transparente Emulsion ist dementsprechend einfacher zu verarbeiten. Nanoemulsionen sind transparent und transluzent (zumindest für das bloße Auge). Aufgrund ihrer hohen kinetischen Stabilität, niedrigen Viskosität, hohen Transparenz und hohen Stabilität gegen Sedimentation, Aufrahmen, Koaleszenz und Flockung werden sie häufig als Zusatzstoffe in Lebensmitteln verarbeitet.
Je größer die Tröpfchen-/Partikelgröße, desto mehr Opazität erhält das Endprodukt. Für die Formulierung von klaren Getränken liefert die Verwendung einer klaren Emulsion mit Nanotröpfchen die besten Ergebnisse. Die Ultraschall-Emulgierung ermöglicht die Herstellung von W/O-, O/W-, inversen Emulsionen sowie von Doppel- oder Mehrfachemulsionen W/O/W mit Tröpfchen im Nanobereich (so genannte Miniemulsionen, Nanoemulsionen, ultrafeine Emulsionen oder Submikrometer-Emulsionen). Die Tröpfchengröße kann über die Prozessparameter des Ultraschalls eingestellt und kontrolliert werden. Hielscher Sonikatoren sind präzise steuerbar und liefern optimale und reproduzierbare Prozessergebnisse.
Ultraschall-Extraktion aus Kräutern
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Verkapselung von Aromen mit Ultraschall
Die Verwendung von Liposomen in pharmazeutischen Produkten und Lebensmitteln nimmt ständig zu. Liposomen können als Träger für aktive Moleküle, z. B. Nährstoffe und Arzneimittel, verwendet werden. Durch Beschallung können Liposomen durch Emulgierung einer Lipid/Wasser-Suspension oder durch Beschallung multilamellarer Vesikel (MLVs) gebildet werden. Durch den Ultraschall-Emulsionsprozess werden Lipiddoppelschichten in kleinere Bruchstücke zerlegt, so dass sich diese Stücke zu kleinen unilamellaren Vesikeln (SUVs) aus Phospholipiden zusammensetzen. Während des Beschallungsprozesses können Wirkstoffe in die Liposomen eingekapselt werden.
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Ultraschall-Extraktionssysteme
Die folgende Tabelle gibt Ihnen einen Anhaltspunkt bzgl. der ungefähren Verarbeitungskapazität unserer am häufigsten eingesetzten Ultraschall-Extraktionssysteme:
- "grüne" Lösungsmittel
- höhere Ausbeute
- kürzerer Extraktionszeit
- Sicherheit
- schneller Return on Investment
- niedrige Kosten
Ultraschall-gestützte überkritische Extraktion
Überkritische Flüssigkeitsextraktion und überkritische CO2-Extraktion zählen zu den wichtigsten Extraktionstechniken, wenn es um die Gewinnung von Aromen und Duftessenzen geht.
Überkritisches Kohlenstoffdioxid ist genauso dicht wie eine Flüssigkeit, hat aber dieselbe Viskosität wie ein Gas. Überkritisches Kohlendioxid (scCO2) ist daher ein selektives Lösungsmittel, dessen Dichte reguliert werden kann. Seine Selektivität und Lösekraft hängen von der variablen Dichte ab, welche über Druck und Temperatur gesteuert werden kann.
Durch die Kombination der überkritischen Extraktion mit Ultraschall wird es möglich, lebensmitteltaugliche Lösungsmittel wie Alkohol oder Wasser zu verwenden und gleichzeitig hohe Extraktionsraten und hohe Ausbeuten zu erzielen.
Nutzen Sie bitte das untenstehende Formular, um weitere Informationen über unsere Ultraschall-Extraktionssysteme und deren Anwendungen zu erhalten!
Im folgenden Video sehen Sie einen Vergleich zwischen der Ultraschallextraktion und der herkömmlichen Mazeration von frischen Spitzwegerichblättern in Wasser. Die Ultraschallextraktion erzeugt nicht nur innerhalb von Sekunden einen potenten Spitzwegerich, sondern auch die Farbe des Extrakts weist auf einen Qualitätsunterschied hin. Während der Ultraschallextrakt eine tiefgrüne Farbe hat, weist der 20 Tage lang mazerierte Extrakt eine bräunliche Farbe auf, die auf einen oxidativen Abbau der bioaktiven Verbindungen hinweist.
Die tiefgrüne Farbe des Ultraschall-Spitzwegerich-Extrakts unterstreicht die überlegene Effizienz der Ultraschalltechnologie bei der Herstellung eines Vollspektrum-Extrakts. Die botanische Extraktion mit Ultraschall ist schneller, wirksamer und effizienter. Die hocheffiziente Ultraschallextraktion mit dem UP200Ht erzeugt einen Spitzwegerichextrakt mit vollem Spektrum.
Literatur / Literaturhinweise
- Dent, M.; Dragović-Uzelac, V; Elez Garofulić, I.; Bosiljkov, T.; Ježek, D.; Brnčić, M. (2015): Comparison of Conventional and Ultrasound-assisted Extraction Techniques on Mass Fraction of Phenolic Compounds from Sage (Salvia officinalis L.). Chem. Biochem. Eng. Q., 29 (3), 2015. 475–484.
- Djenni, Z.; Pingret, D.; Mason, T.J.; Chemat, F. (2013): Sono–Soxhlet: In Situ Ultrasound-Assisted Extraction of Food Products. Food Anal. Methods 6, 2013. 1229-1233.
- Petigny, L.; Périno-Issartier, S.; Wajsman, J.; Chemat, F. (2013): Batch and Continuous Ultrasound Assisted Extraction of Boldo Leaves (Peumus boldus Mol.). Int. J. Mol. Sci. 2013, 14, 5750-5764.
- Sicaire, Anne-Gaëlle; Vian, Maryline Abert; Fine, Frédéric; Carré, Patrick; Tostain, Sylvain; Chemat, Farid (2016): Ultrasound induced green solvent extraction of oil from oleaginous seeds. Ultrasonics Sonochemistry (2016), Vol. 31. 319-329.
- Šic Žlabur, J.; Voća, S.; Dobričević, N.; Brnčić, M.; Dujmić, F.; Rimac Brnčić, S. (2015): Optimization of ultrasound assisted extraction of functional ingredients from Stevia rebaudiana Bertoni leaves. Int. Agrophys. 29, 2015. 231-237.
Mehr über die Ultraschall-Extraktion
Die Ultraschallextraktion ist ein bekanntes und zuverlässiges Verfahren, um Extrakte aus verschiedenen pflanzlichen Rohstoffen zu gewinnen. Hochleistungs-Ultraschall erhöht den Stoffaustausch zwischen dem Rohstoff/Ausgangsmaterial und dem Lösungsmittel, da das Lösungsmittel durch die Ultraschallschwingungen mit einer Rate von ca. 20.000 Mal pro Sekunde (bei 20kHz) in die Zellstruktur hineingedrückt und wieder herausgespült wird. Die intrazellulären Komponenten gelangen dadurch in das Lösungsmittel. Ultraschall ist bewiesenermaßen eine milde und dennoch äußerst effiziente Methode – mittels Ultraschallextraktion lassen sich eine höhere Ausbeute und qualitativ hochwertige Extrakte innerhalb verkürzter Extraktionszeiten gewinnen!
Die folgenden Materialien wurden bereits sehr erfolgreich mit dem Ultraschallextraktionsverfahren verarbeitet:
Gewürze: Chili (z. B. Capsaicin), Ingwer, Zimt, Safran, Vanillin? Vanille, Salbei, Rosmarin, Majoran, Basilikum, etc.
Kräuter: Pfefferminze, Teeblätters (z.B. Schwarztee, Grüner Tee, Rooibos, Honeybush, Pai Mu Tan, Jasmin Tee), grüne Minze, Stevia, Cannabis, etc.
Blüten: Lavendel, Patchouli, Ylang-Ylang, Rose, etc.
Früchte und Gemüse: Wein, Trauben? Traubenkerne, Kaffee, Kakao, Oliven, Orangen? Orangenschalen, Tomaten, Guaranakerne, ölhaltige Samen und Kerne (Mandeln, Sojabohnen, Papayasamen, Leinsamen, Sonnenblumenkerne, Raps), Granatapfel, Spinat, Maulbeeren, Wurzeln, etc.
Mikroorganismen: Algen, Spirulina, Mikroalgen (Nannochloropsis Spp Mikroalgen, Nannochloropsis Oculata Mikroalgen, Dunaliella Salina Mikroalgen), Synechococcus sp. Cyanobakterien, Xanthophyllomyces dendrorhous Hefe, Trichosporon oleaginosisus Hefe, ölhaltige Pilze, Cordyceps sinensis Pilze
Gezielte Extrakte, die durch Beschallung gewonnen werden, sind ätherische Öle, Vitamine, Lipide, Proteine und Phytokomplexe wie Phenole, Antioxidantien, Polysaccharide, Oleoresine, Ester, Essenzen, Proteinhydrolysate, Aminosäuren, Saponine, Flavonoide, Alkaloide (z.z. B. Morphin, Codein, Thebain), Pigmente/Farbstoffe (Carotinoide, Chlorophyll, Phycocyanin), Anthocyane, Limonen, Alantolacton, Isoalantolacton und andere Wirkstoffe.
Über Grüne Extraktionsverfahren
Die "Grüne Extraktion" konzentriert sich auf umweltfreundliche und nachhaltige Methoden. Daher gehören eine Senkung des Energieverbrauchs, der Einsatz von alternativen Lösungsmitteln sowie die Verwendung nachwachsenden natürlichen Rohstoffe die Schlüsselfaktoren für grüne Extraktion. Das Ziel ist ein umweltfreundlicher und sicherer Extraktionsprozess sowie die Gewinnung von sicheren, qualitativ hochwertigen Extrakten. Um eine sicheres, qualitativ hochwertiges Produkt zu erhalten, ist es wichtig, alternative, recyclebare und sichere Lösungsmittel zu verwenden. Durch verringerte Toxizität des Prozesses und der Endprodukte, profitieren sowohl die Konsumenten durch ein gesünderes, sichereres Produkt als auch die Produzenten und deren Mitarbeiter ein sichereres Verarbeitung Umfeld für ihre Mitarbeiter durch eine sichereres Arbeitsumfeld.