Quercetin-Extraktion mittels Ultraschall

Quercetin ist eines der am intensivsten untersuchten pflanzlichen Polyphenole und wird wegen seiner antioxidativen Wirkung sowie seiner Bedeutung in Nahrungsergänzungsmitteln, funktionellen Lebensmitteln und Nutrazeutika geschätzt. Da Quercetin und seine Glykoside (z. B. Rutin, Isoquercetin) hitze- und oxidationsempfindlich sind, erfordert die Herstellung eines hochreinen Extrakts eine effiziente und zugleich schonende, nicht-thermische Extraktionstechnik. Genau hier spielt die Ultraschall-Extraktion von Quercetin ihre Stärken aus.

Hochleistungs-Ultraschall für hochwertige Quercetin-Extrakte

Bei der ultraschallunterstützten Extraktion (UAE) werden pflanzliche Zellwände durch hochleistungsstarken, niederfrequenten Ultraschall mechanisch aufgebrochen, wodurch der Stoffaustausch drastisch gesteigert wird und Quercetin innerhalb von Minuten statt Stunden in das Lösungsmittel freigesetzt wird. Im Vergleich zur Mazeration, Soxhlet-Verfahren oder thermische Aufschlussverfahren liefert die Ultraschallextraktion höhere Ausbeuten, kürzere Verarbeitungszeiten, geringere Lösungsmittelmengen und eine besser erhaltene Bioaktivität – was es zu einer attraktiven Option für Labore, Pilotanlagen und die industrielle Produktion von pflanzlichen Extrakten und Polyphenolextrakten macht.

Ultraschall-Homogenisator UP400St für die gerührte Batch-Extraktion von Botanicals

Erzielen Sie in wenigen Minuten höhere Quercetin-Ausbeuten – Nicht Stunden!
Sind Sie bereit, von der Mazeration und der Soxhlet-Methode auf eine schnelle, schonende und nicht-thermische Extraktion umzusteigen? Kontaktieren Sie uns jetzt – Wir helfen Ihnen dabei, das richtige Ultraschallsystem für Ihr Pflanzenmaterial auszuwählen.

Vorteile der Ultraschallextraktion

Höhere Erträge
Schnelle Extraktion – innerhalb weniger Minuten
Hochwertige Extrakte – Mild, nicht-thermisch
Umweltfreundliche Lösungsmittel (Wasser, Ethanol, Methanol usw.)
einfache und sichere Bedienung
geringe Investitions- und Betriebskosten
24/7 Betrieb unter hoher Last
grüne, umweltfreundliche Methode

Ultraschall stört die Zellstruktur von Pflanzenstoffen und erleichtert so die Extraktion von bioaktiven Verbindungen wie Quercetin und Rutin.

Auswirkungen von Ultraschall auf die Zellstruktur: Der durch Ultraschall induzierte Zellaufschluss ermöglicht die Freisetzung von Quercetin und Rutin aus Euonymus alatus.
Bild und Studie: ©Yang und Zhang, 2008.

Warum Quercetin eine schonende Extraktionsmethode erfordert

Quercetin kommt in vielen Obst- und Gemüsesorten sowie in Kräutern vor – darunter Äpfel, Zwiebeln, Beeren, Tee, Trauben und Blattgemüse. Als Polyphenol/Flavonol kann es bei längerer Hitzeeinwirkung, unter stark alkalischen Bedingungen oder bei längerem Kontakt mit Lösungsmitteln zersetzt werden, was die Ausbeute verringert und die Qualität des Endextrakts beeinträchtigt. Ein schonendes, nicht-thermisches Verfahren mit kurzer Dauer trägt daher dazu bei, sowohl die Menge als auch die funktionelle Qualität (Antioxidationskapazität) des extrahierten Quercetins zu erhalten.

So funktioniert die Ultraschallextraktion von Quercetin

Die Rolle der akustischen Kavitation Hochintensiver Ultraschall erzeugt mikroskopisch kleine Kavitationsblasen in der Flüssigkeit. Ihr implosiver Zusammenbruch erzeugt lokale Hotspots, Scherkräfte und Mikrostrahlen, die die Zellwände der Pflanzen aufbrechen und Gewebematrizen auflösen. Dadurch werden die Zellkompartimente geöffnet, in denen Quercetin gespeichert ist, und seine Diffusion in das umgebende Lösungsmittel beschleunigt, sodass der Wirkstoff schneller und vollständiger freigesetzt wird.

Typischer Prozessablauf für die Ultraschall-Extraktion von Quercetin

Vorbebereitung: Das pflanzliche Rohmaterial (z. B. Blätter, Schalen, Samen) zerkleinern, zerschneiden oder gefriertrocknen, um die Oberfläche zu vergrößern.
Auswahl der Lösungsmittel: Wählen Sie ein umweltfreundliches, lebensmitteltaugliches Lösungsmittel wie Wasser, Ethanol oder eine Wasser-Ethanol-Mischung.
Sonication: Extraktion im Batch-Modus (unter Rühren) oder im Durchflusszellenmodus für 5–30 Minuten.
Öl-Abtrennung: Den Extrakt filtern oder zentrifugieren und die quercetinreiche Flüssigkeit gewinnen.
Konzentration / Reinigung: Je nach Bedarf optional trocknen, ausfällen oder reinigen.

Hinweis: Die genauen Zeiten, Amplituden und Lösungsmittelverhältnisse hängen von der Pflanzenart und der Zielmatrix ab. – Unsere Prozessexperten können Ihnen dabei helfen, die Prozessparameter für Ihren Rohstoff zu optimieren.

Fallstudie: Ultraschallgestützte Quercetin-Extraktion

Sharifi et al. (2017) haben gezeigt, dass die Ultraschallextraktion eine wirksame und praktische Methode zur Gewinnung von Flavonoiden wie Quercetin aus Heilpflanzen ist. Sie verwendeten der Hielscher UP400St (400 W, siehe Bild links) bei einer Amplitudeneinstellung von 50 %. Die Blätter des Rettichs (Raphanus sativus) wurden in Methanol gegeben und 10 Minuten lang beschallt, was zu einer Quercetin-Ausbeute von 11,8 % führte.Die Überlegenheit der ultraschallunterstützten Extraktion im Vergleich zu herkömmlichen Verfahren wie Mazeration, Soxhlet-Extraktion und thermischem Aufschluss. Die Ultraschallextraktion zeichnet sich durch höhere Ausbeuten, deutlich kürzere Extraktionszeiten und geringere Lösungsmittelmengen aus. Die Anwendung von Ultraschallwellen erzeugt Kavitation, die die Zellwände des Pflanzenmaterials aufbricht und den Stoffaustausch fördert. Somit ist die Ultraschallextraktion effektiver als herkömmliche Methoden und zeichnet sich bei der Quercetin-Extraktion aus organischen Matrizen aus. Obwohl die Ultraschallextraktion nur 10 Minuten benötigte. – im Vergleich zu Extraktionszeiten von 24 Stunden für die Mazeration, 60 Minuten für den thermischen Aufschluss und 24 Stunden für die Soxhlet-Extraktion – Die Menge an ultraschallextrahiertem Quercetin war höher als die Menge an Aufschluss, Mazeration und Soxhlet-Extraktion.

Die Ultraschallextraktion von Quercetin aus Radieschenblättern übertrifft herkömmliche Extraktionstechniken. Zum Vergrößern anklicken!

Die Ultraschallextraktion (UAE) führt im Vergleich zu herkömmlichen Extraktionsmethoden zu deutlich höheren Quercetin-Ausbeuten bei kürzeren Extraktionszeiten.
Quelle: Sharifi et al., 2017

In dieser Präsentation führen wir Sie in die Herstellung botanischer Extrakte ein. Wir erläutern die Herausforderungen bei der Herstellung hochwertiger botanischer Extrakte und wie ein Sonicator Ihnen helfen kann, diese Herausforderungen zu meistern. Diese Präsentation zeigt Ihnen, wie die Ultraschallextraktion funktioniert. Sie erfahren, welche Vorteile Sie bei der Verwendung eines Sonicators für die Extraktion erwarten können und wie Sie einen Ultraschallextraktor in Ihre Extraktproduktion integrieren können.

Ultraschall-Extraktionssysteme

Hielscher Ultrasonics ist auf die Herstellung von Hochleistungs-Ultraschallprozessoren für die Produktion hochwertiger Extrakte aus pflanzlichen Stoffen spezialisiert.
Hielscher bietet ein breites Produktportfolio, das von kleinen, leistungsstarken Labor-Ultraschallgeräten bis hin zu robusten Tisch- und vollindustriellen Systemen reicht, die hochintensiven Ultraschall für die effiziente Extraktion und Isolierung bioaktiver Substanzen (z. B. Polyphenole, Gingerol, Piperin, Curcumin usw.). Alle Ultraschallgeräte von 200 Watt bis 16.000 Watt verfügen über ein farbiges Display zur digitalen Steuerung, eine integrierte SD-Karte zur automatischen Datenaufzeichnung, eine Browser-Fernbedienung und viele weitere benutzerfreundliche Funktionen. Die Sonotroden und Durchflusszellen (die Teile, die mit dem Medium in Berührung kommen) können autoklaviert werden und sind leicht zu reinigen. Alle unsere Ultraschallgeräte sind für den 24/7-Betrieb gebaut, wartungsarm und einfach und sicher zu bedienen.
Ein digitales Farbdisplay ermöglicht eine benutzerfreundliche Steuerung des Ultraschallgeräts, wodurch der Prozess präzise einstellbar ist. Unsere Systeme sind in der Lage, von niedrigen bis zu sehr hohen Amplituden zu liefern. Für die Extraktion von Polyphenolen wie Quercetin bieten wir spezielle Ultraschallsonotroden (auch bekannt als Ultraschallsonden oder Hörner) an, die für die sinnvolle Isolierung hochwertiger Wirkstoffe optimiert sind. Die Robustheit der Hielscher Ultraschallgeräte ermöglicht einen 24/7-Betrieb bei hoher Beanspruchung und in anspruchsvollen Umgebungen.
Die präzise Kontrolle der Ultraschallprozessparameter sichern Reproduzierbarkeit und Prozessstandardisierung.

Häufig gestellte Fragen zur Ultraschall-Extraktion von Quercetin

Was ist Quercetin?

Quercetin, ein pflanzliches Flavonol (das eine Untergruppe der Flavonoidgruppe der Polyphenole ist) kommt in vielen Obst-, Gemüse- und Blättern vor. Natürliche Quellen für Quercetin sind Äpfel, Paprika, Rotwein, dunkle Kirschen und Beeren (Heidelbeeren, Heidelbeeren, Brombeeren und andere), Tomaten, Kreuzblütler wie Brokkoli, Kohl und Sprossen; grünes Blattgemüse, auch als Spinat, Grünkohl; Zitrusfrüchte, Kakao, Preiselbeeren, Vollkornprodukte wie Buchweizen, Spargel, Kapern, rote Zwiebeln, Olivenöl, schwarzer und grüner Tee, Bohnen und Hülsenfrüchte; Kräuter wie Salbei, amerikanischer Holunder, Johanniskraut und Ginkgo biloba.

Welche Lösungsmittel werden für die Ultraschall-Extraktion von Quercetin verwendet?

Häufig werden umweltfreundliche, lebensmittelverträgliche Lösungsmittel wie Wasser, Ethanol, Methanol oder Wasser-Ethanol-Gemische verwendet.

Warum ist für Quercetin ein schonendes Extraktionsverfahren erforderlich?

Da Quercetin ein empfindlicher bioaktiver Wirkstoff ist, ist ein effizientes und zugleich schonendes Verfahren erforderlich, um eine Zersetzung bei der Herstellung hochwertiger Extrakte für Lebensmittelzusatzstoffe und Nahrungsergänzungsmittel zu verhindern. Die Ultraschallextraktion ist ein schonendes, nicht-thermisches und rein mechanisches Verfahren, mit dem sich in sehr kurzer Extraktionszeit hohe Mengen an Quercetin gewinnen lassen.

Wie funktioniert die Ultraschallextraktion?

Die Ultraschallextraktion basiert auf dem Phänomen der akustischen Kavitation, die die Zellwände des Pflanzenmaterials aufbricht und den Stoffaustausch fördert, wodurch bioaktive Verbindungen wie Polyphenole, Quercetin und Antioxidantien freigesetzt werden. Dies macht die Ultraschallbehandlung zu einer bevorzugten Methode zur Isolierung empfindlicher pflanzlicher Verbindungen.

Was sind die wichtigsten Vorteile der Ultraschall-Extraktion von Quercetin?

Zu den wichtigsten Vorteilen zählen überragende Ausbeuten, eine schnelle Extraktion innerhalb weniger Minuten, hochwertige, schonende und nicht-thermische Extrakte, die Verwendung umweltfreundlicher Lösungsmittel (Wasser, Ethanol, Methanol usw.), eine einfache und sichere Bedienung, niedrige Investitions- und Betriebskosten sowie die Möglichkeit, das System rund um die Uhr unter hoher Auslastung zu betreiben. Zudem handelt es sich um ein umweltfreundliches Verfahren.

Ist die Ultraschallextraktion reproduzierbar und für den industriellen Maßstab geeignet?

Ja. Die präzise Steuerung der Ultraschallprozessparameter gewährleistet Reproduzierbarkeit und Prozessstandardisierung. Hielscher bietet spezielle Sonotroden an, die für die schonende Isolierung hochwertiger Wirkstoffe optimiert sind und die Skalierung vom Labor zur Pilot- und Industrieproduktion unterstützen.

Welche gesundheitlichen Vorteile werden mit Quercetin in Verbindung gebracht?

Quercetin-Glykoside (wie Isoquercetin) und verwandte Flavonoide gelten als antivirale, antimikrobielle, entzündungshemmende und antiallergische Wirkstoffe, die verschiedene Zelltypen bei Tieren und Menschen positiv beeinflussen können. Quercetin kann dazu beitragen, Entzündungen zu lindern, Allergien zu bekämpfen, die Herzgesundheit zu unterstützen, Schmerzen zu lindern, möglicherweise die Ausdauer zu verbessern, Krebs zu bekämpfen sowie die Gesundheit von Haut und Leber zu schützen.

Literatur

Sharifi, Niusha; Mahernia, Shabnam; Amanlou, Massoud (2017): Vergleich verschiedener Methoden zur Quercetin-Extraktion aus Blättern von Raphanus sativus L. Pharmaceutical Sciences März 2017, 23, 59-65.
Anaya-Esparza, Luis Miguel; Ramos-Aguirre, Dení; Zamora-Gasga, Víctor Manuel; Yahia, Elhadi; Montalvo-González, Efigenia (2018): Optimierung der ultraschallgestützten Extraktion von phenolischen Verbindungen aus Justicia spicigera-Blättern. Lebensmittelwissenschaft und Biotechnologie 27, 2018. 1093–1102.
Wang, L., Li, Z., Huang, J. et al. (2022): Wirkung der ultraschallgestützten Extraktion von Polyphenolen aus Apfelschalen in Wasser-CO2-Systemen. Lebensmittel-Bioprozesstechnik 15, 2022. 1157–1167.
Lucas-González, R., Viuda-Martos, M., Pérez-Álvarez, J. Á., Fernández-López, J. (2024): Untersuchung der Einflussfaktoren auf die ultraschallunterstützte Extraktion von (Poly-)Phenolen aus Dattelpalmenkernen. Frontiers in Chemistry, Band 12, 2024.
Sumbal Jamshaid, Dildar Ahmed (2022): Optimierung der ultraschallgestützten Extraktion wertvoller Verbindungen aus den Früchten von Melia azedarach mit Glycerin-Cholinchlorid, tiefeutektischem Lösungsmittel. Nachhaltige Chemie und Pharmazie, Band 29, 2022.