Ultraschallextraktion von Vanille – ein nichtthermisches Verfahren

• Vanilleextrakt ist eine Aromalösung, die durch Extraktion von Vanilleschoten mit einer Lösung aus Ethanol und Wasser gewonnen wird.
• Um hochwertiges Vanillin als Aroma-, Geschmacks- und Duftkomponente herzustellen, ist ein effizientes und zugleich schonendes Extraktionsverfahren erforderlich, das eine Zersetzung verhindert.
• Die Ultraschallextraktion ist ein schonendes mechanisches Extraktionsverfahren, das in sehr kurzer Extraktionszeit hohe Vanillinausbeuten erzielt.

Hochleistungsultraschall für hochwertige Vanillinextrakte

Da Vanille nach Safran das zweitteuerste Gewürz ist, erfordert ihre Verarbeitung ein effizientes Extraktionsverfahren, das den Abbau der wertvollen ätherischen Öle verhindert. Die Ultraschallextraktion ist als schonende, nichtthermische und zugleich hocheffiziente Methode zur Freisetzung bioaktiver Verbindungen aus Pflanzenmaterial bekannt und etabliert. Sie beruht auf dem Phänomen der akustischen Kavitation und ist damit eine rein mechanische Behandlung. Dadurch ist die Beschallung die bevorzugte Methode zur Isolierung empfindlicher bioaktiver Verbindungen wie Aromastoffen und ätherischen Ölen, z. B. Vanillin, Polyphenolen oder Antioxidantien, aus pflanzlichen Rohstoffen.

Ultraschallextraktion von Vanille – im Chargenbetrieb oder kontinuierlichen Durchfluss

Chargenbetrieb: Ultraschallextraktionsprozesse können als einfache Chargenprozesse oder als Inline-Behandlung betrieben werden, bei der das Medium kontinuierlich durch einen Ultraschall-Durchflussreaktor geführt wird.
Die Chargenverarbeitung ist ein einfaches Verfahren, bei dem die Extraktion Charge für Charge erfolgt. Hielscher Ultrasonics bietet Ultraschallprozessoren für kleine bis große Chargen, also von 1L bis 120L.
Für die Verarbeitung von Chargen mit 5 bis 10L empfehlen wir den UP400ST (400W, Video unten) mit der Sonotrode S24d22L2D.

Ultraschallhomogenisator UP400St für die chargenweise Extraktion pflanzlicher Rohstoffe unter Rühren

Für die Verarbeitung von Chargen mit etwa 120L empfehlen wir den UIP2000hdT (2kW, Abbildung oben in der rechten Spalte) mit der Sonotrode RS4d40L4.

Durchflussbetrieb: Für größere Volumina und die kommerzielle Extraktion im Produktionsmaßstab wird ein kontinuierlicher Flüssigkeitsstrom durch einen Ultraschallreaktor geführt, in dem die Suspension aus Lösungsmittel und Pflanzenmaterial intensiv beschallt wird.
Für einen Volumenstrom von etwa 8L/min. empfehlen wir den UIP4000hdT (4kW, Abbildung rechts) mit der Sonotrode RS4d40L3 und der mit Druck beaufschlagbaren Durchflusszelle FC130L4-3G0.

Fallstudie zur Ultraschallextraktion von Vanille

Jadhav et al. (2009) verglichen die ultraschallunterstützte Extraktion (UAE) mit der Soxhlet-Extraktion. Die Untersuchung bestätigte, dass die Ultraschallextraktion die Freisetzung von Vanillin gegenüber der Soxhlet-Extraktion deutlich verstärkt. Die Soxhlet-Behandlung erforderte eine Betriebstemperatur von 95°C, ein Verhältnis von Lösungsmittel zu gelöstem Stoff von 66,67ml/g und eine Extraktionszeit von 8hrs, wobei etwa 180ppm Vanillin freigesetzt wurden. Die ultraschallunterstützte Extraktion (UAE) benötigte bei Raumtemperatur und demselben Verhältnis von Lösungsmittel zu gelöstem Stoff nur 1hr, um etwa 140ppm Vanillin freizusetzen.
Rasoamandrary et al. (2013) verglichen die Effizienz der Vanillinextraktion mit einem 100W-Ultraschallgerät mit Sonotrode (z. B. UP100H), einem Ultraschallbad und einem Heißwasserbad. Die Forschenden kamen zu dem Schluss, dass das Ultraschallgerät mit Sonotrode aufgrund seiner hohen Ultraschallintensität ein leistungsfähiges Extraktionsgerät ist. Es übertraf daher die alternativen Extraktionsverfahren, indem es vergleichbare oder höhere Ausbeuten an extrahiertem Vanillin bei deutlich kürzerer Extraktionszeit und geringerem Lösungsmittelverbrauch (also Ethanol) erzielte.
Der Vergleich der drei Extraktionsverfahren – Ultraschallgerät mit Sonotrode, Ultraschallbad und Heißwasserbad – zeigte, dass die Vanillinextraktion bei der Beschallung mit einer Sonotrode unter Verwendung von 40% Ethanol (v/v), einer Umgebungstemperatur von 30°C und einer Extraktionszeit von 1hr am effizientesten war. Die Wasserbadextraktion erforderte eine Ethanolkonzentration von 50% (v/v) bei 56°C über 15hrs.

 

In dieser Präsentation führen wir Sie in die Herstellung pflanzlicher Extrakte ein. Wir erläutern die Herausforderungen bei der Herstellung hochwertiger Pflanzenextrakte und zeigen, wie ein Ultraschallgerät Ihnen helfen kann, diese zu bewältigen. Diese Präsentation zeigt Ihnen, wie die Ultraschallextraktion funktioniert. Sie erfahren, welche Vorteile Sie beim Einsatz eines Ultraschallgeräts zur Extraktion erwarten können und wie Sie einen Ultraschallextraktor in Ihre Extraktproduktion integrieren können.

 

Ultraschallgeräte für die Hochleistungsextraktion

Hielscher Ultrasonics ist auf die Herstellung von Hochleistungs-Ultraschallprozessoren zur Gewinnung hochwertiger Extrakte aus pflanzlichen Rohstoffen spezialisiert.
Das breite Produktportfolio von Hielscher reicht von kleinen, leistungsstarken Labor-Ultraschallgeräten bis hin zu robusten Tischgeräten und Anlagen für den industriellen Einsatz, die hochintensiven Ultraschall zur effizienten Extraktion und Isolierung bioaktiver Substanzen liefern (z. B. Quercetin, Koffein, Curcumin, Terpene usw.). Alle Ultraschallgeräte von 200W bis 16.000W verfügen über ein Farbdisplay zur digitalen Steuerung, eine integrierte SD-Karte zur automatischen Datenaufzeichnung, eine Fernsteuerung über den Browser und viele weitere benutzerfreundliche Funktionen. Die Sonotroden und Durchflusszellen (die Teile, die mit dem Medium in Kontakt kommen) sind autoklavierbar und leicht zu reinigen. Alle unsere Ultraschallgeräte sind für den 24/7-Betrieb ausgelegt, wartungsarm sowie einfach und sicher zu bedienen.
Ein digitales Farbdisplay ermöglicht die benutzerfreundliche Steuerung des Ultraschallgeräts. Unsere Systeme können niedrige bis sehr hohe Amplituden erzeugen. Für die Extraktion von Polyphenolen und anderen bioaktiven Verbindungen wie Vanillin bieten wir spezielle Ultraschallsonotroden (auch als Ultraschallsonden oder Hörner bezeichnet) an, die für die schonende Isolierung hochwertiger Wirkstoffe optimiert sind. Die Robustheit der Ultraschallgeräte von Hielscher ermöglicht den 24/7-Betrieb unter hoher Belastung und in anspruchsvollen Umgebungen.
Die präzise Steuerung der Ultraschallprozessparameter gewährleistet Reproduzierbarkeit und Prozessstandardisierung.
Die folgende Tabelle gibt Ihnen einen Überblick über die ungefähre Verarbeitungskapazität unserer Ultraschallgeräte: