Hielscher – Ultraschall-Technologie

Ultraschallgestützte Safran-Extraktion

Ultraschall ist eine bekannte und zuverlässige Extraktionstechnologie. Die ultraschallgestützte Gewinnung von Wirkstoffen, Aromen und Geschmackstoffen aus Pflanzenmaterial ist eine sehr erfolgreiche Anwendung, da ultraschall-generierte Kavitation Pflanzenzellen aufschließt und den Stoffaustausch zwischen Zellinnerem und dem umgebenden Medium verbessert, so dass das Intrazelluläre Material verfügbar wird. Dadurch lassen sich eine effizientere Extraktion und höhere Erträge erzielen.
Ultraschall-Extraktion von Safran
Safran (Crocus Sativus), welcher als teuerstes Gewürz auf dem Weltmarkt bekannt ist und sich durch seinen feinen Geschmack, bitteren Geschmack und attraktive gelbe Farbe auszeichnet, wird hauptsächlich im Iran, Spanien, Griechenland und Indien angebaut. Neben seiner Verwendung als Gewürz und als Farbstoff wird Safran auch als medizinische Pflanze geschätzt und seit kurzer Zeit wird der Crocus Sativus als neue Quelle für natürlichen Antioxidantien untersucht, welche in der Lebensmittelindustriezum Einsatz kommen sollen. Der hohen Preis von bis zu 14 Euro pro Gramm Safran ist mehreren Faktoren geschuldet: Erstens sind zwischen 100.000 und 200.000 Krokusblüten erforderlich, um 1 kg Safran-Gewürz herzustellen, zweitens blühen die Safranpflanzen nur für ca. zwei Wochen im Herbst, und drittens erfolgt die Ernte komplett durch Handarbeit. Das Safrangewürz wird aus der roten Narbe der Safran-Krokus-Blüte gewonnen. Jede Safranpflanze hat drei dieser roten Narben in der Blüte. Diese drei Narben, welche die rezeptive Spitze eines Fruchtblattes bilden, und ihre Stile werden geerntet, um die wertvollen Safransubstanzen zu gewinnen. Nach der Trocknung werden diese Teile als Gewürz in der Küche oder als Farbstoff verwendet.
Die ultraschall-gestützte Extraktion ist eine bewährte Methode zur Gewinnung von intrazellulärem Material sowie funktionaler und bioaktiver Komponenten. So kann Ultraschall angewendet werden, um die mehr als 150 flüchtigen Aromastoffe wie auch nichtflüchtigen aktiven Verbindungen, wie z.B. Carotinoid Lycopene, Zeaxanthin und verschiedenen α- und β-Carotine aus der Narbe des Safrans zu gewinnen.
Die intensive charakteristische Geschmack von Safran wird vor allem durch drei Verbindungen verursacht: Crocin, Pikrocrocin und Safranal.
Die Ultraschallbestrahlung fördert die Extraktion von Wirkstoffen aus Safran.

Ultraschallgerät UIP1000hd zur Extraktion

Kadkhodaee und Hemmati-Kakhki präsentieren eine Studie, in der sie die "Ultraschall-Extraktion von aktiven Wirkstoffen aus Safran" untersucht haben. In dieser Studie haben sie gezeigt, dass Ultraschall den Extraktionertrag deutlich steigert und die Bearbeitungszeit erheblich reduziert. In der Tat waren die Ergebnisse der Ultraschall-Extraktion deutlich besser als die Ergebnisse, welche mittels traditioneller (ISO-empfohlener) Kaltwasser-Extraktion erzielt wurden. Für ihre Forschung haben Kadkhodaee und Hemmati-Kakhki das Hielscher Ultraschallgerät UP50Hverwendet. Um den Auswirkungen der Ultraschall-Beschallung zu untersuchen wurde jeweils die gleiche Menge an Safran (0,25 g pro Probe) einmal mittels Ultraschall und einmal mittels Kaltwasser-Extraktion behandelt. Wie oben bereits erwähnt, wurde mit der Ultraschall-Extraktionsmethode wurde eine deutlich höhere Ausbeute der Safrankomponenten erzielt. In Relation zu steigenden Beschallungszeiten wurde eine höhere Ausbeute mit bis zu 15 % mehr Safranal gegen Ende der Extraktionszeit erreicht. Beste Ergebnisse wurden bei gepulster Beschallung erreicht. Die kurzen Ultraschallpuls-Intervalle zeigten sich als effektiver als eine kontinuierliche Ultraschall-Behandlung, da in einem gepulsten Ultraschallfeld die Zeit zwischen zwei Impulsen als eine Pause fungiert, während der sich die Kavitationssblasen auflösen oder aus der Kavitationszone schweben, so dass die Anfangsbedingungen der Flüssigkeit wiederhergestellt werden. (Kadkhodaee et al., 2007) Durch die lokal extrem intensive Konditionen, die durch die ultraschall-generierte Kavitation erzeugt werden, resultierte die Ultraschall-Behandlung in deutlich besseren Extraktionsergebnisse durch den effektiven Zellaufschluss und den vollständigeren Massetransfer aus dem Inneren der Zellmatrix. Auch ist die Gewinnung von sekundären Pflanzenstoffen und Biopharmazeutika aus Safran eine vielversprechende Anwendung, welche mittels Ultraschall effizient unterstützt werden kann.
Die Wirksamkeit der Ultraschall-gestützten Extraktion wurde bereits intensiv erforscht und ist seit langem bekannt. Hielscher's Ultraschallgeräte für die Extraktion von Proteinen, Lipiden, Phenolverbindungen und Enzymen wird bereits sehr erfolgreich eingesetzt.

Literatur

  • Kadkhodaee, R.; Hemmati-Kakhki, A. (2007): Ultrasonic Extraction of Active Compounds from Saffron. In: Koochecki, A. et al. (edit): II. International Symposium on Saffron Biology and Technology. ISHS, Iran 2007.
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    Der UP50H Ultraschall-Homogenisator wurde für die Forschungsarbeiten zur Safran-Extraktion eingesetzt.

    Ultraschall-Laborgerät UP50H