Knoblauch (Allium sativum) ist reich an schwefelorganischen Verbindungen (z.B. Allicin, Glutathion), die für ihre gesundheitsfördernde Wirkung bekannt sind. Die Ultraschallextraktion ist eine zuverlässige und effiziente Technik zur Herstellung hochkonzentrierter Knoblauchextrakte. Die Ultraschall-Extraktion führt zu hohen Erträgen an qualitativ hochwertigen Vollspektrum-Extrakten innerhalb einer sehr kurzen Extraktionszeit.

Erstklassige Knoblauchextrakte durch Ultraschallextraktion

Die Verwendung eines Sondensonicators für die Extraktion von Allicin und schwefelorganischen Verbindungen aus Knoblauch bietet mehrere Vorteile: hohe Ausbeute und hohe Qualität des Knoblauchextrakts, schnelle Verarbeitung und ein lösungsmittelfreies, umweltfreundliches Verfahren. Diese Faktoren tragen gemeinsam zur Herstellung hochwertiger Knoblauchextrakte mit erhöhter Bioaktivität und gleichbleibender Zusammensetzung bei und machen sie zur bevorzugten Methode für Forscher und Industrieunternehmen, die hochwertige Produkte aus Knoblauch herstellen wollen.
Im Folgenden werden die positiven Auswirkungen einer ultraschallunterstützten Knoblauchextraktion im Detail erläutert:

• Erstens erzeugt ein Sondensonicator mit Hilfe von Ultraschallwellen hochintensive Ultraschallwellen, die durch eine Titansonde, eine so genannte Sonotrode, in das Extraktionsmedium übertragen werden. Durch diese mechanische Energie werden in der Flüssigkeit Kavitationsblasen erzeugt, die schnell zusammenfallen. Während dieses Prozesses kommt es zu einer starken lokalen Erwärmung und Abkühlung, wodurch Mikroturbulenzen und Druckänderungen erzeugt werden, die das Aufbrechen der Zellwände des Knoblauchs unterstützen. Dieses Aufbrechen erleichtert die Freisetzung von Allicin und anderen schwefelorganischen Verbindungen, die in den Zellen eingeschlossen sind, was zu einer effizienten Extraktion führt.
• Zweitens ermöglicht die kontrollierte und präzise Art der Sondenbeschallung eine individuelle Anpassung des Extraktionsprozesses. Sowohl Extrakthersteller als auch Forscher können Parameter wie Beschallungszeit, Amplitude und Temperatur einstellen, um die Extraktionsbedingungen zu optimieren und so die Ausbeute an Allicin und schwefelorganischen Verbindungen zu maximieren und gleichzeitig den Abbau empfindlicher Verbindungen zu minimieren. Dieses Maß an Kontrolle ist entscheidend für die Gewinnung hochwertiger Extrakte mit gleichbleibender Zusammensetzung und Wirksamkeit.
• Außerdem ist das Beschallungsverfahren im Vergleich zu herkömmlichen Extraktionsverfahren wie Mazeration oder Soxhlet-Extraktion relativ schnell. Diese Effizienz spart nicht nur Zeit, sondern trägt auch dazu bei, die Frische und Bioaktivität der extrahierten Verbindungen zu erhalten. Durch die kürzere Extraktionsdauer wird der Knoblauchextrakt weniger Hitze und Sauerstoff ausgesetzt, die die empfindlichen schwefelorganischen Verbindungen abbauen können.
• Darüber hinaus ist die Ultraschallextraktion mit jedem Lösungsmittel kompatibel, auch mit so milden und umweltfreundlichen Lösungsmitteln wie Wasser, wässrigem Ethanol oder Alkohol. Dies ist besonders wichtig, wenn der Knoblauchextrakt für die Verwendung als Lebensmittelzusatzstoff, Aroma, Nahrungsergänzungsmittel, Nutraceuticals oder Arzneimittel hergestellt wird, wo das Risiko einer Kontamination durch Lösungsmittel oder andere Chemikalien vermieden werden muss, um die Reinheit und Sicherheit des Endprodukts zu gewährleisten.

Lösungsmittelfreie Allicin-Extraktion mittels Ultraschall

Allicin ist das am häufigsten vorkommende Thiosulfinat-Molekül in Knoblauchextrakt. Allicin weist antibakterielle, antivirale, antimykotische, antiprotozoische, antikarzinomatöse und hypoglykämische Wirkungen auf und ist zudem dafür bekannt, die kardiovaskuläre Gesundheit und das Immunsystem zu unterstützen. Die pharmakologischen Aktivitäten des Knoblauchs entstehen vor allem durch die Thiol-Disulfid-Austauschreaktionen mit den thiolhaltigen Proteinen.
Für die Herstellung hochkonzentrierter Knoblauchextrakte mit einem hohen Gehalt an schwefelorganischen Verbindungen ist die Ultraschallextraktion eine zuverlässige und effiziente Technik zur Isolierung von Thiolen und anderen bioaktiven Substanzen aus Knoblauch. Durch die Ultraschall-Extraktion werden die Thiole aus dem Inneren der Knoblauchzellen freigesetzt und ermöglichen die Herstellung eines Vollspektrum-Extrakts mit Knoblauch-Biomolekülen. Für die Ultraschallextraktion von Knoblauch kann Wasser als ungiftiges, kostengünstiges und umweltfreundliches Lösungsmittel verwendet werden.

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

Protokolle zur ultraschall-gestützen Allicin-Extraktion

Für die Ultraschallextraktion von Knoblauch wurden mehrere Protokolle erstellt. In wissenschaftlichen Studien haben mehrere Forschungsteams nachgewiesen, dass die Beschallung eine hohe Ausbeute an Allicin, Allicin, schwefelorganischen Verbindungen 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 von Hand zerdrückte Knoblauchzehen. Sie beschallten den mazerierten Knoblauch in 600 ml destilliertem Wasser 5 Minuten lang mit dem Hielscher UP200S (200 Watt) bei 100 % Amplitude. Zur Wärmeableitung wurde ein Eisbad verwendet. Nach der Ultraschallextraktion wurde die Knoblauchmaische durch ein fünflagiges Seihtuch gepresst. Die Suspension wurde in ein 50-ml-Röhrchen überführt und 20 Minuten lang bei 1258 g und 4 ºC zentrifugiert, um die verbleibenden Trümmer von der Flüssigkeit zu trennen. Der Überstand wurde in ein steriles 50-ml-Röhrchen umgefüllt und zur Lagerung versiegelt.

Bose et al. (2014) verglichen die Ultraschall-Sonotroden-Extraktion mit der traditionellen Mazeration, der Extraktion im Ultraschallbad und der Mikrowellenextraktion. Die Ergebnisse zeigten, dass die Extraktion mit einer Ultraschallsonotrode (Ultraschallstab) die höchsten Allicin-Ausbeuten erbrachte.

Ismail et al. (2014) berichten über die effiziente Ultraschallextraktion der schwefelhaltigen Biomoleküle Cystein und Glutathion aus Knoblauchzwiebeln. Sie wendeten die wasserbasierte Ultraschallextraktion zur Extraktion von Thiolen aus Knoblauchzwiebeln mit einem UP100H bei einer Amplitudeneinstellung von 100 % an. Sie fanden heraus, dass die optimale Knoblauchkonzentration 10 % (w/v) in einer offenen Becherextraktion betrug. Die Quantifizierung der Thiole erfolgte mit Hilfe der Ellman-Reagenzmethode. Sie erhielten eine Extraktausbeute von 0,170 mM Thiolen. Die Forscher kommen zu dem Schluss, dass die Wasserextraktion mit Ultraschall eine einfache, sichere und kostengünstige Methode zur Isolierung von Thiolen aus Knoblauch ist.
 
 

Hochleistungs-Sonicatoren für die Knoblauch-Extraktion

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 wollen, Hielscher Ultrasonics hat den idealen Ultraschallextraktor für Sie.

Wettbewerbsvorteile durch Ultraschall-Extraktion

Zu den Hauptvorteilen der Ultraschall-Extraktion bioaktiver Verbindungen aus pflanzlichen Materialien wie z.B. Knoblauch gehören die erheblich verkürzte Extraktions- und Verarbeitungszeit, die Umweltfreundlichkeit aufgrund der wasser-basierten Extraktion (bzw. ein deutlich reduzierter Lösungsmittelverbrauch), ein vernachlässigbar geringer CO₂Ausstoß, der geringe Energieverbrauch sowie der einfache und sichere Betrieb der Ultraschallsysteme.

Prozess-Standardisierung mit Hielscher Ultrasconics

Extrakte, die in Lebensmitteln oder Pharmazeutika eingesetzt werden, sollten nach Good Manufacturing Practices (GMP) und unter standardisierten Verarbeitungsvorschriften hergestellt werden. Die digitalen Ultraschallgeräte von Hielscher Ultrasonics verfügen über eine intelligente Software, mit der sich der Beschallungsprozess einfach und präzise einstellen und steuern lässt. Die automatische Datenaufzeichnung schreibt alle Ultraschall-Prozessparameter wie Ultraschallenergie (Gesamt- und Nettoenergie), Amplitude, Temperatur, Druck (bei montierten Temperatur- und Drucksensoren) mit Datum und Zeitstempel auf die eingebaute SD-Karte. So können Sie jede ultraschallverarbeitete Charge nachbearbeiten. Gleichzeitig werden die Reproduzierbarkeit und eine gleichbleibend hohe Produktqualität sichergestellt. Die Robustheit aller Hielscher Ultraschallgeräte ermöglicht einen 24/7-Betrieb bei hoher Beanspruchung und in anspruchsvollen Umgebungen.
In der folgenden Tabelle finden Sie die ungefähre Verarbeitungskapazität unserer Ultraschallhomogenisatoren: