Lösungsmittelfreie Knoblauchextraktion mit Ultraschall

Knoblauch (Allium sativum) ist reich an organischen Schwefelverbindungen (z. B. Allicin, Glutathion), die zahlreiche gesundheitsfördernde Wirkungen haben. Die Ultraschallextraktion ist ein zuverlässiges und effizientes Verfahren zur Herstellung hochkonzentrierter Knoblauchextrakte. Die Ultraschallbehandlung liefert innerhalb kürzester Extraktionszeit hohe Ausbeuten an hochwertigen Vollspektrumextrakten.

Erstklassige Knoblauchextrakte durch Ultraschallextraktion

Der Einsatz eines Ultraschallgeräts mit Sonotrode zur Extraktion von Allicin und organischen Schwefelverbindungen aus Knoblauch bietet mehrere Vorteile, darunter hohe Ausbeuten und eine hohe Qualität des Knoblauchextrakts, eine schnelle Verarbeitung sowie ein lösungsmittelfreies, umweltfreundliches Verfahren. Gemeinsam tragen diese Faktoren zur Herstellung hochwertiger Knoblauchextrakte mit erhöhter Bioaktivität und gleichbleibender Zusammensetzung bei. Damit ist dieses Verfahren die bevorzugte Methode für Forschende und Industriebetriebe, die erstklassige Produkte aus Knoblauch herstellen möchten.
Im Folgenden erläutern wir die Vorteile der ultraschallgestützten Knoblauchextraktion im Detail:

• Erstens verwendet ein Ultraschallgerät mit Sonotrode Ultraschallwellen, die über eine Titansonde, die sogenannte Sonotrode, in das Extraktionsmedium übertragen werden. Die mechanische Energie der Ultraschallwellen erzeugt Kavitationsblasen in der Flüssigkeit und lässt diese rasch kollabieren. Dabei treten intensive lokale Mikroturbulenzen sowie Druck- und Temperaturänderungen auf. Diese Kräfte fördern den Aufschluss der Zellwände des Knoblauchs. Dieser Aufschluss erleichtert die Freisetzung von Allicin und anderen in den Zellen eingeschlossenen organischen Schwefelverbindungen und ermöglicht so eine effiziente Extraktion.
• Zweitens ermöglicht die kontrollierte und präzise Beschallung mit einer Sonotrode eine individuelle Anpassung des Extraktionsprozesses. Extrakthersteller und Forschende können Parameter wie Beschallungsdauer, Amplitude und Temperatur anpassen, um die Extraktionsbedingungen zu optimieren. Dadurch lässt sich die Ausbeute an Allicin und organischen Schwefelverbindungen maximieren und zugleich der Abbau empfindlicher Verbindungen minimieren. Dieses Maß an Kontrolle ist entscheidend, um hochwertige Extrakte mit gleichbleibender Zusammensetzung und Wirksamkeit zu erhalten.
• Darüber hinaus ist die Beschallung im Vergleich zu herkömmlichen Extraktionsmethoden wie der Mazeration oder der Soxhlet-Extraktion relativ schnell. Diese Effizienz spart nicht nur Zeit, sondern trägt auch dazu bei, die Frische und Bioaktivität der extrahierten Verbindungen zu erhalten. Die kürzere Extraktionsdauer verringert die Einwirkung von Wärme und Sauerstoff auf den Knoblauchextrakt, die zum Abbau der empfindlichen organischen Schwefelverbindungen führen können.
• Außerdem ist die Ultraschallextraktion mit jedem Lösungsmittel kompatibel, einschließlich milder und umweltfreundlicher Lösungsmittel wie Wasser, wässrigem Ethanol oder Alkohol. Dies ist besonders wichtig, wenn der Knoblauchextrakt für den Einsatz als Lebensmittelzusatzstoff, Aroma, Nahrungsergänzungsmittel, Nutrazeutikum oder Arzneimittel hergestellt wird. Bei diesen Anwendungen muss das Risiko einer Verunreinigung durch Lösungsmittel oder andere Chemikalien vermieden werden, um die Reinheit und Sicherheit des Endprodukts zu gewährleisten.

Wasserbasierte Allicinextraktion mit Ultraschall

Allicin ist das in Knoblauchextrakt am häufigsten vorkommende Thiosulfinatmolekül. Allicin besitzt antibakterielle, antivirale, antimykotische, antiprotozoische, krebshemmende und blutzuckersenkende Wirkungen und ist außerdem dafür bekannt, die Herz-Kreislauf-Gesundheit und das Immunsystem zu unterstützen. Die pharmakologischen Wirkungen von Knoblauch hängen überwiegend mit Thiol-Disulfid-Austauschreaktionen mit thiolhaltigen Proteinen zusammen.
Für die Herstellung hochkonzentrierter Knoblauchextrakte mit einem hohen Gehalt an organischen Schwefelverbindungen ist die Ultraschallextraktion ein zuverlässiges und effizientes Verfahren zur Isolierung von Thiolen und anderen bioaktiven Substanzen aus Knoblauch. Die Beschallung setzt die Thiole aus dem Inneren der Knoblauchzellen frei und ermöglicht die Herstellung eines Vollspektrumextrakts der Biomoleküle des Knoblauchs. Für die Ultraschallextraktion von Knoblauch kann Wasser als ungiftiges, kostengünstiges und umweltfreundliches Lösungsmittel verwendet werden.

Querschnitt einer Knoblauchzehe vor und nach der Beschallung
Studie und Bilder von Bose et al. 2014

Protokolle zur Allicinextraktion mit Ultraschall

Für die Ultraschallextraktion von Knoblauch wurden mehrere Protokolle etabliert. In wissenschaftlichen Studien haben mehrere Forschungsteams nachgewiesen, dass die Beschallung hohe Ausbeuten an Allicin, Alliin, organischen Schwefelverbindungen und anderen sekundären Pflanzenstoffen aus Knoblauch liefert.
Arzanlou et al. (2010) berichten über die Ultraschallextraktion von Allicin aus Knoblauchzehen mit Wasser als Lösungsmittel. Sie verwendeten 20 g manuell zerdrückte Knoblauchzehen. Den mazerierten Knoblauch beschallten sie in 600 mL destilliertem Wasser für 5 min mit dem Hielscher UP200S (200 Watt) bei 100 % Amplitude. Zur Wärmeabfuhr wurde ein Eisbad verwendet. Nach der Ultraschallextraktion wurde der Knoblauchbrei durch ein fünflagiges Seihtuch gepresst. Die Suspension wurde in ein 50-mL-Röhrchen überführt und bei 1258 g und 4 ºC für 20 min zentrifugiert, um die verbliebenen Rückstände von der Flüssigkeit zu trennen. Der Überstand wurde in ein steriles 50-mL-Röhrchen überführt, das zur Lagerung verschlossen wurde.

Bose et al. (2014) verglichen die Ultraschallextraktion mit einer Sonotrode mit der herkömmlichen Mazeration, der Beschallung im Ultraschallbad und der Mikrowellenextraktion. Die Ergebnisse zeigten, dass die Ultraschallextraktion mit einer Sonotrode die höchsten Allicinausbeuten lieferte.

Ismail et al. (2014) berichten über die effiziente Ultraschallextraktion der schwefelhaltigen Biomoleküle Cystein und Glutathion aus Knoblauchknollen. Sie setzten die wasserbasierte Ultraschallextraktion ein, um Thiole mit einem UP100H bei einer Amplitudeneinstellung von 100 % aus Knoblauchknollen zu extrahieren. Sie stellten fest, dass die optimale Knoblauchkonzentration bei der Extraktion in einem offenen Becherglas 10 % (w/v) betrug. Die Quantifizierung der Thiole erfolgte mit der Ellman-Reagenz-Methode. Sie erzielten eine Extraktionsausbeute von 0,170 mM Thiolen. Die Forschenden kommen zu dem Schluss, dass die wasserbasierte Ultraschallextraktion eine einfache, sichere und kostengünstige Methode zur Isolierung von Thiolen aus Knoblauch ist.

Hochleistungs-Ultraschallgeräte zur Knoblauchextraktion

Extraktionssysteme von Hielscher Ultrasonics werden weltweit in der Lebensmittel- und Pharmaindustrie zur kommerziellen Herstellung hochwertiger Pflanzenextrakte eingesetzt, die als Lebensmittelzusatzstoffe, Nahrungsergänzungsmittel und Therapeutika verwendet werden. Ob Sie kleinere Chargen von Knoblauchextrakten herstellen oder große Mengen hochwertiger Pflanzenextrakte verarbeiten möchten – Hielscher Ultrasonics bietet Ihnen den idealen Ultraschallextraktor.

Wettbewerbsvorteile durch Ultraschallextraktion

Zu den wesentlichen Vorteilen der Ultraschallextraktion bioaktiver Verbindungen aus pflanzlichen Materialien wie Knoblauch zählen die deutlich verkürzte Extraktions- und Verarbeitungszeit, die Umweltfreundlichkeit durch wasserbasierte Extraktion oder einen reduzierten Lösungsmittelverbrauch und vernachlässigbar geringe CO₂-Emissionen, der geringe Energieverbrauch sowie die einfache und sichere Bedienung der Ultraschallsysteme.

Prozessstandardisierung mit Hielscher Ultrasonics

Extrakte, die in Lebensmitteln oder Arzneimitteln verwendet werden, sollten gemäß der Guten Herstellungspraxis (GMP) und unter standardisierten Prozessvorgaben hergestellt werden. Die digitalen Ultraschallgeräte von Hielscher Ultrasonics sind mit intelligenter Software ausgestattet, die eine präzise Einstellung und Steuerung des Beschallungsprozesses erleichtert. Die automatische Datenaufzeichnung speichert alle Ultraschallprozessparameter wie Ultraschallenergie (Gesamt- und Nettoenergie), Amplitude, Temperatur und Druck (sofern Temperatur- und Drucksensoren montiert sind) mit Datums- und Zeitstempel auf der integrierten SD-Karte. So können Sie jede mit Ultraschall verarbeitete Charge überprüfen. Gleichzeitig werden Reproduzierbarkeit und eine kontinuierlich hohe Produktqualität gewährleistet. Die Robustheit aller Ultraschallgeräte von Hielscher ermöglicht einen 24/7-Betrieb unter hoher Belastung und in anspruchsvollen Umgebungen.
Die folgende Tabelle gibt Ihnen einen Überblick über die ungefähre Verarbeitungskapazität unserer Ultraschallgeräte: