Léisungsmëttel fir d’Ultraschallextraktioun aus Planzen

• D’Ultraschallextraktioun bitt vill Virdeeler, wéi héich Rendementer, héich Extraktiounsvitessen, Ëmweltfrëndlechkeet an e niddregen Energieverbrauch.
• Ee vun de gréisste Virdeeler ass d’Benotzung vu Waasser als Extraktiounsmëttel. D’Beschallung kann awer mat ville verschiddene Léisungsmëttelsystemer agesat ginn, fir iwwerleeë Resultater fir den ugeviséierten Extrait ze liwweren.
• Dat optimalt Léisungsmëttel fir d’Ultraschallextraktioun vu planzleche bioaktive Substanze gëtt no dem Réimaterial ausgewielt.

Ultraschallextraktioun

Et ass bekannt, datt Ultraschall Zellstrukturen opbrécht an de Stofftransport verbessert, wouduerch biologesch Verbindungen (z. B. Phenolverbindungen, Carotenoiden) besser extrahéiert kënne ginn.
Well déi mechanesch Effekter vun der Beschallung den Extraktiounsprozess duerch e verbesserte Stofftransport staark fërderen, ass d’Benotzung vun organesche Léisungsmëttelen dacks iwwerflësseg. Dat bedeit, datt Waasser fir d’Ultraschallextraktioun dacks als Extraktiounsmëttel duergeet a vill Virdeeler bitt: Et ass bëlleg, ongeféierlech, liicht disponibel an ëmweltfrëndlech.
Fir bestëmmt bioaktiv Verbindunge kënnen awer déi bescht Resultater duerch Ultraschallextraktioun a Kombinatioun mat engem liichtflüchtege Léisungsmëttel erreecht ginn.
Fir dat richtegt Léisungsmëttel auszewielen, mussen d’Réimaterial (z. B. frëscht oder gedréchent, mazeréiert/gemuelent oder pulveriséiert Planzematerial) an déi ugeviséiert Substanzen (z. B. lipophil, hydrophil) berücksichtegt ginn.
 

Déi follgend Tabell féiert verschidde Léisungsmëttelen op, déi als Extraktiounsmëttel gutt etabléiert sinn a fir d’Ultraschallextraktioun aus Planzematerial agesat ginn.

Staark Ultraschallwelle briechen d’Zellmatrix vu biologesche Strukturen op a setzen déi bioaktiv Verbindunge fräi. De Stofftransport tëscht dem Planzematerial an dem Léisungsmëttel gëtt verstäerkt. Duerch dës Mechanismen ass d’Ultraschallextraktioun fir d’Extraktioun aus Planzen héich effizient.

Ultraschallapparater fir d’Extraktioun

Vu Labor- an Dëschultraschallapparater bis hin zu Ultraschallextraktiounssystemer fir de vollindustriellen Asaz – Hielscher Ultrasonics ass Äre Partner mat laangjäreger Erfarung, wann et ëm leeschtungsstaark an zouverlässeg Ultraschallapparater fir erfollegräich Extraktiounsprozesser geet.
Eis Ultraschallsystemer gi vill a biochemesche Laboratoiren an a pharmazeetesche Produktiounsanlage benotzt. D’Ultraschallsonotroden an d’Reaktere sinn autoklavéierbar an erfëllen d’Standarde vun der pharmazeetescher Produktioun.

Déi industriell Ultraschallapparater vun Hielscher kënne ganz héich Amplitudë liwweren, fir Zellmatrizen opzebriechen an déi gezielt Substanze fräizesetzen. Amplitudë vu bis zu 200µm kënne problemlos kontinuéierlech am 24/7-Betrib agesat ginn. D’Leeschtung an d’Robustheet vun den Hielscher Ultraschallapparater garantéieren héich Ausbezuelen, séier Extraktiounsraten an eng méi komplett Extraktioun – a si iwwertrëffen domat konventionell Extraktiounsprozesser.
Eis Ultraschallprozessore kënne mat konventionellen Extraktiounsmethode kombinéiert ginn, wéi Soxhlet-Extraktioun oder Extraktioun mat iwwerkriteschem CO2. D’Norëschte vu bestoende Produktiounslinne léisst sech einfach duerchféieren.

Literatur / Referenzen

• Dent M., Dragović-Uzelac V., Elez Garofulić I., Bosiljkov T., Ježek D., Brnčić M. (2015): Comparison of Conventional and Ultrasound Assisted Extraction Techniques on Mass Fraction of Phenolic Compounds from sage (Salvia officinalis L.). Chem. Biochem. Eng. Q. 29(3), 2015. 475–484.
• 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.
• Dogan Kubra, P.K. Akman, F. Tornuk(2019): Improvement of Bioavailability of Sage and Mint by Ultrasonic Extraction. International Journal of Life Sciences and Biotechnology, 2019. 2(2): p.122- 135.

Wëssenswäertes

Ultraschallextraktioun duerch Kavitatioun

Intensiv Ultraschallwelle generéieren akustesch Kavitatioun a Flëssegkeeten. Duerch d’Kavitatioun entstinn Schéierkräften, déi d’Zellwand an d’Membranen opbriechen, soudatt dat intrazelluläert Material fräigesat gëtt. D’Ultraschallextraktioun erméiglecht et dem Léisungsmëttel, méi déif an e planzlecht Geweebe anzedréngen, a verbessert de Stofftransport. Doduerch verstäerkt d’Ultraschallextraktioun den Extraktiounsprozess däitlech, wat zu méi héijen Ausbezuelen, méi séieren Extraktiounsraten an enger méi kompletter Extraktioun féiert.

Léisungsmëttelsystemer

Fir d’Extraktioun vu bioaktive Verbindungen aus planzlechem Material sti verschidde Léisungsmëttelsystemer zur Verfügung. Fir d’Extraktioun vun hydrophille Verbindunge gi meeschtens polar Léisungsmëttel wéi Methanol, Ethanol oder Ethylacetat gewielt, wärend fir d’Extraktioun vu lipophille Verbindungen (z. B. Lipiden) Léisungsmëttelsystemer wéi Dichlormethan oder Dichlormethan/Methanol (v/v 1:1) virgezu ginn. Hexan gëtt dacks als Léisungsmëttel fir d’Chlorophyllextraktioun benotzt.

Wat si bioaktiv Verbindungen?

Bioaktiv Verbindungen oder Phytochemikalie ginn als Substanzen definéiert, déi en Afloss op lieweg Organismen, Geweeben oder Zellen hunn. Zu de biologesch aktive Substanze gehéieren Antibioticken, Enzymer a Vitaminnen. Bioaktiv Substanze wéi Carotenoiden a Polyphenole kënnen z. B. aus Friichten, Blieder a Geméis extrahéiert ginn, wärend Phytosterolen a planzlechen Ueleger virkommen.
Zu de bioaktive Verbindungen, déi aus Planze gewonne ginn, gehéiere Flavonoiden, Koffein, Carotenoiden, Cholin, Dithiolthionen, Phytosterolen, Polysacchariden, Phytoöstrogenen, Glucosinolate, Polyphenolen an Anthocyanen. Vill bioaktiv Substanze gi fir hir Wierkung als Antioxidantien geschat a ginn dofir als gesondheetsfërderlech ugesinn.

Wéi wielen ech dat bescht Extraktiounsléisungsmëttel aus?

Déi folgend Richtlinnen hëllefen Iech, e passend Léisungsmëttel fir d’Ultraschallextraktioun aus Planzen auszewielen. Well d’Sonikatioun mat all Standardléisungsmëttel kompatibel ass, kënnt Dir dat Léisungsmëttel auswielen, dat fir Äert planzlecht Réimaterial, déi gezielt Phytochemikalien an d’Käschteneffizienz am idealsten ass.

• Selektivitéit: Wielt e Léisungsmëttel, dat spezifesch déi gewënscht Verbindungen opléist an onerwënscht Bestanddeeler zeréckléisst. Benotzt zum Beispill Ethanol fir polar Verbindunge wéi Alkaloiden a Flavonoiden.
• Léislechkeet: Wielt nom Prinzip “Änleches léist Änleches op” e Léisungsmëttel mat enger Polaritéit, déi där vum opgeléiste Stoff änlech ass. Polar Léisungsmëttel (z. B. Waasser, Ethanol) léise polar Verbindungen op, wärend onpolar Léisungsmëttel (z. B. Hexan) onpolar Verbindunge wéi Lipiden an Ueleger opléisen.
• Käschten: Berücksichtegt d’Käschteneffizienz vum Léisungsmëttel. Verschidde Léisungsmëttel kéinte méi deier sinn, awer méi héich Ausbezuelen oder eng besser Selektivitéit bidden an domat déi gesamt Extraktiounskäschten ausgläichen.
• Sécherheet: Vergewëssert Iech, datt d’Léisungsmëttel sécher ze benotzen an ze handhaben ass. Zu de Facteure gehéieren d’Toxizitéit, d’Entflammbarkeet an d’Auswierkungen op d’Ëmwelt. Zum Beispill si Waasser an Ethanol méi sécher Optioune wéi Chloroform oder Toluol.

Polaritéit an Auswiel vum Léisungsmëttel
Geméiss dem Gesetz vun der Änlechkeet an der géigesäiteger Mëschbarkeet liwwere Léisungsmëttel, deenen hire Polaritéitswäert no bei der Polaritéit vum ze léisende Stoff läit, warscheinlech besser Resultater. Hei sinn e puer Beispiller:

• Polar Léisungsmëttel: Waasser, Ethanol, Methanol – Gi fir d’Extraktioun vu polare Verbindunge wéi Alkaloiden, Flavonoiden, Glykosiden a Proteinne benotzt.
• Mëttelméisseg polar Léisungsmëttel: Aceton, Ethylacetat, Isopropanol – Gëeegent fir d’Extraktioun vun enger breeder Palett vu Verbindungen, dorënner phenolesch Verbindungen a verschidden Alkaloiden.
• Onpolar Léisungsmëttel: Hexan, Toluol, Petrolether – Ideal fir d’Extraktioun vun onpolare Verbindunge wéi Lipiden, Wuessen, Terpeenen an äthereschen Ueleger.

Beispiller fir d’Benotzung vu Léisungsmëttel

• Ethanol: Eent vun den heefegste Léisungsmëttel fir d’Extraktioun aus Planzen. Als polart Léisungsmëttel léist Ethanol polar Verbindunge wéi Alkaloiden a Flavonoiden.
• Waasser: Dat universellt Léisungsmëttel, dat dacks fir d’Extraktioun vun hydrophille Verbindunge wéi Polysacchariden, Proteinnen a verschiddene Glykoside benotzt gëtt.
• Methanol: E staark polart Léisungsmëttel, dat eng breet Palett vu planzleche Verbindungen effektiv extrahéiert, dorënner phenolesch Verbindungen, Flavonoiden a verschidden Alkaloiden.
• Hexan: En onpolart Léisungsmëttel, dat haaptsächlech fir d’Extraktioun vun onpolare Verbindunge wéi Lipiden, Wuessen an äthereschen Ueleger benotzt gëtt.
• Aceton: Als polart aprotescht Léisungsmëttel extrahéiert Aceton eng breet Palett vu planzleche Verbindungen effektiv, besonnesch déi, déi manner polar si wéi déi, déi mat Waasser oder Methanol extrahéiert ginn.
• Isopropanol: E polart Léisungsmëttel änlech wéi Ethanol, dat heefeg fir d’Extraktioun vun äthereschen Ueleger, Harzer a verschiddenen Alkaloide benotzt gëtt.
• Chloroform: En onpolart Léisungsmëttel, dat Alkaloiden, Terpenoiden a verschidde Glykosiden effektiv extrahéiert. Wéinst senger Toxizitéit gëtt et manner heefeg benotzt.
• Ethylacetat: E mëttelméisseg polart Léisungsmëttel, dat fir d’Extraktioun vun enger Rei vu Verbindunge benotzt gëtt, dorënner Flavonoiden, Alkaloiden a phenolesch Verbindungen.
• Toluol: En onpolart Léisungsmëttel, dat fir d’Extraktioun vun onpolare Verbindunge wéi äthereschen Ueleger, Terpeenen a Wuesse benotzt gëtt.
• Butanol: E mëttelméisseg polart Léisungsmëttel, dat Verbindunge mat mëttlerer Polaritéit effektiv extrahéiert, dorënner verschidde Glykosiden a Saponinnen.
• Petrolether: En onpolart Léisungsmëttel, dat haaptsächlech fir d’Extraktioun vu Fetter, Ueleger an aneren onpolare Verbindungen aus Planzematerial benotzt gëtt.

Déi follgend Léisungsmëttel goufen a Fuerschungsstudie getest, déi d’Ultraschallextraktioun vu bestëmmte Planzematerialien a phytochemesche Verbindungen ënnersicht hunn.

Wat sinn organesch Léisungsmëttel?

En organescht Léisungsmëttel ass eng Zort vu liichtflüchteger organescher Verbindung (VOC). VOCe sinn organesch Chemikalien, déi bei Raumtemperatur verdonsten.
Zu den organesche Verbindungen, déi als Léisungsmëttel benotzt ginn, gehéieren:

• aromatesch Verbindungen, z. B. Benzol an Toluol
• Alkoholen, z. B. Methanol
• Esteren an Etheren
• Ketonen, z. B. Aceton
• Aminen
• nitréiert an halogenéiert Kuelewaasserstoffer

Vill organesch Léisungsmëttele sinn als gëfteg oder kriibserreegend klasséiert. Bei falscher Handhabung kënne si fir Mënsche geféierlech sinn an d’Loft, d’Waasser an de Buedem kontaminéieren. Duerch de staarke Wierkmechanismus vun der Ultraschallextraktioun kann de Gebrauch vun organesche Léisungsmëttele vermidde ginn, andeems si duerch méi mëll, net gëfteg Léisungsmëttel ersat ginn.