Ultraschall übertrifft andere Extraktionsverfahren an Geschwindigkeit
Das schnelle Verfahren der Ultraschallextraktion und die daraus resultierende Zeitersparnis bei der Extraktherstellung gehören zu den vielen Vorteilen der Ultraschallextraktion bioaktiver Verbindungen aus Pflanzen. Die Ultraschallextraktion wurde wissenschaftlich mit alternativen Extraktionsverfahren wie der Extraktion mit überkritischem CO2, der Mazeration, der Heißrückflussextraktion, der Soxhlet-Extraktion und der Mikrowellenextraktion verglichen. Die Forschungsergebnisse belegen den deutlichen Vorteil der Ultraschallbehandlung hinsichtlich Extraktionsgeschwindigkeit und Ausbeute.
Ultraschallbehandlung als schnelles Extraktionsverfahren
Die Ultraschallextraktion bioaktiver Verbindungen ist bekannt für ihre hohen Ausbeuten, hochwertigen Extrakte, kurzen Extraktionszeiten, ihren geringen Energieverbrauch und die Möglichkeit, mit sehr milden Lösungsmitteln zu arbeiten. All diese Faktoren tragen zur außergewöhnlichen Gesamteffizienz der Ultraschallextraktion bioaktiver Inhaltsstoffe aus Pflanzenmaterial bei.
Nachfolgend finden Sie eine Auswahl wissenschaftlicher Forschungsberichte, in denen die Ultraschallextraktion (auch ultraschallgestützte Extraktion / UAE) mit anderen Extraktionsverfahren wie Mazeration, Soxhlet-Extraktion, Heißrückflussextraktion, Extraktion mit überkritischem CO2 und Mikrowellenextraktion verglichen wurde.
Ultraschallgerät UP400St für die schnelle Extraktion pflanzlicher Rohstoffe im Chargenbetrieb
| Extraktionsanwendung | Extraktionszeit mit Ultraschall | Extraktionszeit mit alternativem Verfahren | Zusätzliche Informationen | Quelle |
|---|---|---|---|---|
| Extraktion von Anthocyanen aus Myrtenbeeren | 5 min | 15 min Mikrowellenextraktion |
Ultraschallgerät UP200S | Gonzalez et al., 2019 |
| Extraktion von Boldoblättern | 5-30 min | 15-90 min Mazeration |
Ultraschallgerät UIP1000hdT „Wir können feststellen, dass die Ausbeute nach 5 bis 30 min Beschallung der Ausbeute nach 15 bis 90 min konventioneller Mazeration entspricht: UAE benötigt ein Drittel der Zeit, die bei der konventionellen Mazeration zur Extraktion der löslichen Bestandteile der Blätter erforderlich ist.“ |
Petigny et al., 2013 |
| Extraktion von Gesamtphenolen und Flavonoiden aus Salbei | 11 min | 30 min konventionelle Extraktion im Schüttelwasserbad bei 60ºC |
Ultraschallextraktoren UP100H, UP400S |
Dent et al., 2015 |
| Extraktion von Polyphenolen aus Olivenblättern | 21 min | 60min konventionelle Heißrückflussextraktion |
Ultraschallgerät UP400S | Dobrinčić et al., 2020 |
| Extraktion bioaktiver phenolischer Verbindungen aus Blättern von Malva sylvestris | 49 min 48°C bei 110W |
5 h Extraktion im bewegten Bett bei 150 rpm |
Ultraschallgerät UP200S Die HPLC-Analyse zeigte einen signifikanten Anstieg der Konzentration bioaktiver phenolischer Verbindungen (p≺0,05) unter optimalen UAE-Bedingungen. |
Bimakr et al., 2017 |
| Extraktion von Lipiden aus Samen der Wintermelone (Benincasa hispida) | ∼36 min | Extraktion mit überkritischem Kohlendioxid in Kombination mit Druckwechseltechnik (SCE-PST) (∼50 min), überkritisches CO2 (∼97 min) und konventionelle Soxhlet-Extraktion (∼360 min) | Der Vergleich von überkritischem Kohlendioxid (sCO2), ultraschallgestützter Extraktion (UAE), Extraktion mit überkritischem Kohlendioxid in Kombination mit Druckwechseltechnik (SCE-PST) und Soxhlet-Extraktion zeigt, dass UAE das effizienteste und schnellste Extraktionsverfahren ist. | Bimakr et al. (2015) |
Der Vergleich von überkritischem Kohlendioxid (sCO2), ultraschallgestützter Extraktion (UAE), Extraktion mit überkritischem Kohlendioxid in Kombination mit Druckwechseltechnik (SCE-PST) und Soxhlet-Extraktion zeigt, dass UAE das effizienteste und schnellste Extraktionsverfahren ist.
- Hohe Extraktionseffizienz
- Überlegene Extraktionsausbeuten
- Schnelles Verfahren
- Niedrige Temperaturen
- Zur Extraktion thermolabiler Verbindungen geeignet
- Mit jedem Lösungsmittel kompatibel
- Geringer Energieverbrauch
- Umweltfreundliches Extraktionsverfahren
- Einfache und sichere Bedienung
- Geringe Investitions- und Betriebskosten
- 24/7-Betrieb unter hoher Belastung
Hochleistungs-Ultraschallextraktoren zur schnellen Isolierung von Verbindungen
Die hochmodernen Ultraschallgeräte von Hielscher ermöglichen eine schnelle Extraktion hochwertiger Biomoleküle aus Pflanzen. Die vollständige Kontrolle über Prozessparameter wie Amplitude, Temperatur, Druck und Energieeintrag ermöglicht effizienteste und schonendste Extraktionsbedingungen, unter denen unversehrte, hochgradig bioaktive Extrakte gewonnen werden. Parameter der Ultraschallextraktion wie die Partikelgröße des Rohmaterials, die Art des Lösungsmittels, das Verhältnis von Feststoff zu Lösungsmittel und die Extraktionszeit lassen sich für höchste Effizienz und bestmögliche Gesamtergebnisse optimieren. Da die Ultraschallextraktion ein nichtthermisches Extraktionsverfahren ist, kann der thermische Abbau der bioaktiven Inhaltsstoffe vermieden werden, was zu einer überlegenen Extraktqualität führt.
Insgesamt machen Vorteile wie hohe Ausbeuten, kurze Extraktionszeiten, niedrige Extraktionstemperaturen und ein geringerer Lösungsmittelbedarf die Beschallung zum bevorzugten Extraktionsverfahren.
Ultraschall übertrifft die Mikrowellenextraktion bei der Extraktion von Anthocyanen aus Myrtenbeeren. Die Beschallung ist dreimal so schnell wie die Mikrowellenextraktion.
Der Vergleich der Ultraschallextraktion mit der konventionellen Extraktion im Schüttelwasserbad zeigt eine deutlich verkürzte Extraktionszeit für Gesamtphenole und Flavonoide aus Salbei beim Einsatz von Ultraschall. Die Ultraschallextraktion benötigt nur ein Drittel der Extraktionszeit im Schüttelwasserbad.
Ultraschallextraktion: In Labor und Industrie etabliert
Die Ultraschallextraktion wird häufig zur Extraktion aller Arten bioaktiver Verbindungen aus pflanzlichen Rohstoffen, Pilzen, Algen, Bakterien und Säugetierzellen eingesetzt. Sie hat sich als einfaches, kostengünstiges und hocheffizientes Verfahren etabliert, das andere traditionelle Extraktionsverfahren durch höhere Extraktionsausbeuten und kürzere Verarbeitungszeiten übertrifft.
Da Ultraschallsysteme für das Labor, als Tischgeräte und für den großindustriellen Einsatz problemlos verfügbar sind, ist die Ultraschallextraktion heute eine etablierte und bewährte Technologie. Ultraschallextraktoren von Hielscher werden weltweit in industriellen Verarbeitungsanlagen zur Herstellung bioaktiver Verbindungen in Lebensmittel- und Pharmaqualität eingesetzt.
Die folgende Tabelle gibt Ihnen einen Anhaltspunkt für die ungefähre Verarbeitungskapazität unserer Ultraschallgeräte:
| Chargenvolumen | Volumenstrom | Empfohlene Geräte |
|---|---|---|
| 1 bis 500mL | 10 bis 200mL/min | UP100H |
| 10 bis 2000mL | 20 bis 400mL/min | UP200Ht, UP400St |
| 0,1 bis 20L | 0,2 bis 4L/min | UIP2000hdT |
| 10 bis 100L | 2 bis 10L/min | UIP4000hdT |
| n.a. | 10 bis 100L/min | UIP16000 |
| n.a. | höher | Verbund mehrerer UIP16000 |
Kontaktieren Sie uns! / Fragen Sie uns!
Hielscher Ultrasonics stellt Hochleistungs-Ultraschallhomogenisatoren für Mischanwendungen, Dispergierung, Emulgierung und Extraktion im Labor-, Pilot- und Industriemaßstab her.
Literatur / Quellen
- Bimakr, Mandana; Ganjloo, Ali; Zarringhalami, Soheila; Ansarian, Elham (2017): Ultrasound-assisted extraction of bioactive compounds from Malva sylvestris leaves and its comparison with agitated bed extraction technique. Food Science and Biotechnology 26(6); 2017.
- Petigny L., Périno-Issartier S., Wajsman J., Chemat F. (2013): Batch and Continuous Ultrasound Assisted Extraction of Boldo Leaves (Peumus boldus Mol.). International Journal of Molecular Science 14, 2013. 5750-5764.
- Bimakr, Mandana; Abdul Rahman, Russly; Ganjloo, Ali; Taip, Farah; Mohd Adzahan, Noranizan; Sarker, Md Zaidul (2016): Characterization of Valuable Compounds from Winter Melon (Benincasa hispida (Thunb.) Cogn.) Seeds Using Supercritical Carbon Dioxide Extraction Combined with Pressure Swing Technique. Food and Bioprocess Technology 9, 2016. 396-406.
- Bimakr, Mandana, Russly Abdul Rahman, Farah Saleena Taip, Noranizan Mohd Adzahan, Md. Zaidul Islam Sarker, Ali Ganjloo (2012): Optimization of Ultrasound-Assisted Extraction of Crude Oil from Winter Melon (Benincasa hispida) Seed Using Response Surface Methodology and Evaluation of Its Antioxidant Activity, Total Phenolic Content and Fatty Acid Composition. Molecules 17, No. 10, 2012 11748-11762.
- González de Peredo; Ana V., Vázquez-Espinosa, Mercedes; Espada-Bellido, Estrella; Ferreiro-González, Marta; Amores-Arrocha, Antonio; Palma, Miguel; Barbero, Gerardo; Jiménez-Cantizano, Ana (2019): Alternative Ultrasound-Assisted Method for the Extraction of the Bioactive Compounds Present in Myrtle (Myrtus communis L.). Molecules. 2019 Mar 2;24(5):882.
- Dent, Maja; Verica, Dragović-Uzelac; Garofulić, Ivona; Bosiljkov, Tomislav; Ježek, Damir; Brncic, Mladen (2015): Comparison of Conventional and Ultrasound Assisted Extraction Techniques on Mass Fraction of Phenolic Compounds from sage (Salvia officinalis L.). Chemical and Biochemical Engineering Quarterly 29 (3), 2015.
- Dobrinčić, Ana; Maja Repajić, Ivona E. Garofulić, Lucija Tuđen, Verica Dragović-Uzelac; Branka Levaj (2020): Comparison of Different Extraction Methods for the Recovery of Olive Leaves Polyphenols. Processes 8, no. 9, 2020.
Wissenswertes
Funktionsprinzip der Ultraschallextraktion
Die Ultraschallextraktion ist ein weitverbreitetes Verfahren zur Isolierung und Abtrennung bioaktiver Komponenten aus Pflanzenmaterial. Da die Beschallung mit jeder Art von Lösungsmittel kompatibel ist, lässt sich das Ultraschallextraktionsverfahren optimal auf die bioaktiven Verbindungen (also die Zielverbindungen), deren Polarität, Löslichkeit, Wärmeempfindlichkeit und weitere Faktoren abstimmen. Durch die gezielte Anpassung des Beschallungsprozesses an eine bestimmte Verbindung oder mehrere Verbindungen lässt sich die optimale Prozesskonfiguration wählen, um einen Extrakt von außergewöhnlich hoher Qualität zu erhalten.
In eine Flüssigkeit oder Suspension eingekoppelte Ultraschallwellen erzeugen intensive Schwingungen und akustische Kavitation. Akustische Kavitation, auch Ultraschallkavitation genannt, ist durch lokal auftretende, extrem hohe Druckunterschiede, Scherkräfte und Flüssigkeitsstrahlen gekennzeichnet. Diese Kräfte brechen Zellwände auf, schließen Pflanzenzellen auf und verstärken den Stofftransport zwischen dem Zellinneren und dem Lösungsmittel. Dadurch werden bioaktive Inhaltsstoffe effizient in das umgebende Lösungsmittel freigesetzt, aus dem die Zielmoleküle leicht isoliert und gereinigt werden können (z. B. durch Rotationsverdampfung, Wasserdampfdestillation oder HPLC).
Ultraschallextraktion aus Pflanzenzellen: Der mikroskopische Querschnitt (TS) zeigt den Wirkmechanismus bei der Ultraschallextraktion aus Zellen (Vergrößerung 2000x)
[Quelle: Vilkhu et al. 2011]
Hielscher Ultrasonics stellt Hochleistungs-Ultraschallhomogenisatoren vom Labormaßstab bis zum Industriemaßstab her.