Ultraschallgestützte Safranextraktion

Ultraschall ist für seine Leistungsfähigkeit bei der Extraktion bekannt. Die ultraschallgestützte Extraktion von Wirkstoffen, Aromastoffen und Gewürzen aus Pflanzenmaterial ist eine sehr erfolgreiche Anwendung, da die durch Ultraschall erzeugte Kavitation Pflanzenzellen aufschließt und den Stofftransport verbessert, sodass das intrazelluläre Material zugänglich wird. Dadurch werden eine effizientere Extraktion und höhere Ausbeuten erzielt.

Safranextraktion mit Ultraschall

Das folgende Video zeigt die effiziente und einfach durchzuführende Extraktion von Safran mit dem Sonotroden-Ultraschallgerät UP100H.
 

Dieses Video zeigt die schnelle und effiziente Ultraschallextraktion von Aroma- und Farbstoffen aus Safran mit einem Hielscher UP100H, einem leistungsstarken Ultraschallgerät mit 100W.

Safran, ein erlesenes Gewürz

Safran (Crocus sativus), bekannt als das teuerste Gewürz auf dem Weltmarkt und gekennzeichnet durch sein feines Aroma, seinen bitteren Geschmack und seine ansprechende gelbe Farbe, wird hauptsächlich im Iran, in Spanien, Griechenland und Indien angebaut. Neben seiner Verwendung als Gewürz und Farbstoff wird Safran auch als Heilpflanze geschätzt. Seit Kurzem wird Crocus sativus zudem als neue, sichere Quelle natürlicher Antioxidantien für die Lebensmittelindustrie untersucht. Für den hohen Preis von bis zu 14 Euro pro Gramm gibt es mehrere Gründe: Erstens werden zwischen 100.000 und 200.000 Krokusblüten benötigt, um 1 Kilogramm Safrangewürz zu gewinnen; zweitens blüht der Safrankrokus im Herbst nur zwei Wochen lang; und drittens erfolgt die Ernte vollständig von Hand. Das Safrangewürz wird aus der roten Narbe der Blüte des Safrankrokus gewonnen. Jede Safranpflanze trägt an der Blüte drei rote Narben. Diese drei Narben (die empfänglichen Spitzen eines Fruchtblatts) und ihre Griffel werden geerntet, um die Safraninhaltsstoffe zu gewinnen. Nach dem Trocknen werden diese Teile als Gewürz in der Küche oder als Farbstoff verwendet.

Ultraschallbehandlung zur Herstellung hochwertiger Safranextrakte

Die ultraschallgestützte Extraktion ist eine bewährte Methode zur Gewinnung intrazellulären Materials sowie funktioneller und bioaktiver Bestandteile. Die roten Narben des Safrans können mit Ultraschall beschallt werden. Sie enthalten mehr als 150 flüchtige Aromastoffe sowie nichtflüchtige Wirkstoffe wie die Carotinoide Lycopin, Zeaxanthin und verschiedene α- und β-Carotine.
Das intensive, charakteristische Geschmacksprofil von Safran beruht insbesondere auf drei Verbindungen: Crocinen, Picrocrocin und Safranal.

Kadkhodaee und Hemmati-Kakhki stellen eine Studie vor, in der sie die „Ultrasonic Extraction of Active Compounds from Saffron“ untersuchten. In dieser Studie zeigten sie, dass die Ultraschallbehandlung die Extraktionsausbeute deutlich erhöhte und die Verarbeitungszeit erheblich verkürzte. Tatsächlich waren die Ergebnisse der Ultraschallextraktion deutlich besser als die der von der ISO vorgeschlagenen herkömmlichen Kaltwasserextraktion. Für ihre Untersuchungen verwendeten Kadkhodaee und Hemmati-Kakhki das Hielscher-Ultraschallgerät UP50H. Um den Vorteil der Ultraschallbestrahlung zu untersuchen, wurde jeweils die gleiche Menge Safran (eine Probe von 0,25g) mittels Kaltwasserextraktion extrahiert: Eine Probe wurde mit dem Hielscher-Ultraschallprozessor behandelt; die andere Probe durchlief das von der ISO empfohlene herkömmliche Kaltwasserextraktionsverfahren. Wie oben beschrieben, wurde mit der Ultraschallextraktion eine deutlich höhere Ausbeute an Safraninhaltsstoffen erzielt. Mit zunehmender Beschallungsdauer stieg die Ausbeute, wobei gegen Ende der Extraktionszeit für Safranal eine Steigerung von bis zu 15% erreicht wurde. Die besten Ergebnisse wurden mit gepulster Beschallung erzielt. Das bedeutet, dass kurze Pulsintervalle wirksamer waren als eine kontinuierliche Ultraschallbehandlung. In einem gepulsten Ultraschallfeld dient die Zeit zwischen zwei Pulsen nämlich als Pause, in der sich die kleinen Blasen und die durch den Blasenkollaps erzeugten instabilen Hohlräume je nach Größe auflösen oder aus der Kavitationszone aufsteigen, sodass die ursprünglichen Bedingungen der Flüssigkeit wiederhergestellt werden. (Kadkhodaee et al., 2007) Da die durch Ultraschall erzeugte Kavitation lokal äußerst intensive Bedingungen hervorruft, ermöglicht die Ultraschallbehandlung durch effizienten Zellaufschluss und einen vollständigeren Stofftransport aus dem Inneren der Zellmatrix bessere Extraktionsergebnisse. Auch die Gewinnung sekundärer Pflanzenstoffe und Biopharmazeutika aus Safran ist eine vielversprechende Anwendung.
Die Wirksamkeit der ultraschallgestützten Extraktion wird seit Langem untersucht und ist gut bekannt. Ultraschallgeräte von Hielscher werden bereits sehr erfolgreich zur Extraktion von Proteinen, Lipiden, phenolischen Verbindungen und Enzymen in der Forschung und der industriellen Produktion eingesetzt.

Die folgende Tabelle gibt Ihnen einen Überblick über die ungefähre Verarbeitungskapazität unserer Ultraschallgeräte:

 

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.

 

Literatur/Quellen

• Kadkhodaee, R.; Hemmati-Kakhki, A. (2007): Ultrasonic Extraction of Active Compounds from Saffron. In: Koochecki, A. et al. (Hrsg.): II. International Symposium on Saffron Biology and Technology. ISHS, Iran 2007.
• Ayyildiz, Sena Saklar; Karadeniz, Bulent; Sagcanb, Nihan; Bahara, Banu; Us, Ahmet Abdullah; Alasalvar, Cesarettin (2018): Optimierung der Parameter für die Extraktion von Epigallocatechingallat aus grünem Tee mit herkömmlichen Heißwasserverfahren und ultraschallgestützten Methoden. Food and Bioproducts Processing 111 (2018). 37–44.
• Sánchez-Hernández E., Balduque-Gil J., González-García V., Barriuso-Vargas J.J., Casanova-Gascón J., Martín-Gil J., Martín-Ramos P. (2023): Phytochemisches Profiling von Blüten- und Blattextrakten aus Sambucus nigra L. und ihr antimikrobielles Potenzial gegen Krankheitserreger im Mandelbaum. Internationale Zeitschrift für Molekularwissenschaften, 2023.
• Turrini, Federica; Donno, Dario; Beccaro, Gabriele; Zunin, Paola; Pittaluga, Anna; Boggia, Raffaella (2019): Gepulste ultraschallunterstützte Extraktion als alternative Methode zur konventionellen Mazeration für die Extraktion der polyphenolischen Fraktion von Ribes nigrum-Knospen: Eine neue Kategorie von Nahrungsergänzungsmitteln, vorgeschlagen vom FINNOVER-Projekt. Foods. 8. 466; 2019