Kakaoschalenextrakte mittels Power-Ultraschall

Kakaoabfälle wie Kakaofruchtfleisch und Kakaobohnenschalen können durch die Extraktion von Kakaobutter, Fruchtzucker und bioaktiven Verbindungen gewinnbringend genutzt und dadurch aufgewertet werden. Die Ultraschallextraktion hat sich als hocheffiziente Technik zur Isolierung wertvoller Komponenten aus Kakaoabfällen erwiesen. Ultraschallextraktoren produzieren hohe Ausbeuten an lebensmitteltauglichen Verbindungen aus Kakaoschalen und Fruchtfleisch. Dabei ist die Ultraschallverarbeitung ein schnelle, sicheres und einfaches Verfahren.

Kakao-Nebenprodukte
The cocoa fruit pod, shell, fruit pulp and husks are considered as by-products of cocoa production. Ultrasonic extraction allows to valorize the cocoa waste by extracting valuable compoundsKakao (Theobroma cacao L.) ist eine wertvolle Nutzpflanze, deren Bohnen hauptsächlich zur Schokoladenherstellung verwendet werden. Nach der Ernte der Kakaoschoten, entweder vor oder nach der Röstung der Kakaobohnen, werden die Bohnen von Schale und Fruchtfleisch befreit. Kakaoschalen und Kakaofruchtfleisch gelten als ein Nebenprodukt der Kakaoindustrie. Je nach Kakaofruchtart machen die Bohnen ca. 25 Gew.-% der Kakaofrucht aus. Das Fruchtfleisch trägt zu weiteren 25 Gew.-% bei. Beim Rest handelt es sich um Kakaoschale, welche meist als Abfall entsorgt wird. Kakao-Nebenprodukte wie Schalen und Fruchtfleisch sind jedoch reich an Fasern, Antioxidantien, Polyphenolen, Aromastoffen, Zuckern und Lipiden, welche als Zusatzstoffe in Lebensmitteln und Getränken verwendet werden können.

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Ultrasonic extraction for the production of antioxidants, polyphenols and flavonoids from cocoa shells.

Ultraschall-Extraktionssystem UIP2000hdT für die Verarbeitung von Kakao-Nebenprodukten. Die Ultraschallextraktion setzt Antioxidantien, Polyphenole und Flavonoide aus Kakaoschalen frei.

Ultraschallextraktion von Phyto-Nährstoffen aus Kakaoschalen

Kakaoschalenextraktion mit Ultraschall: Die Ultraschallextraktion verwandelt Kakao-Bioabfall (z.B. Kakaoschalen, Kakaospelzen) in wertvolle Lebensmittelprodukte wie Kakaobutter, Aromastoffe, Phyto-Nährstoffe, Fruchtzucker und Ballaststoffe. Für einen effizienten Ultraschallextraktionsprozess ist nur eine grobe Vorbehandlung der Kakaoschalenbiomasse erforderlich, d.h. die Zerkleinerung und Vermahlung der Kakaoschale.

Leistungs-Ultraschall für die Extraktion

Ultrasonic extraction releases valulable compounds such as phyto-chemicals (antioxidants) and cocoa butter from cocoa by-products.Der extraktionsverstärkende Mechanismus von Leistungsultraschall wird hauptsächlich auf das Phänomen der akustischen Kavitation zurückgeführt. Die Ultraschallkavitation verursacht Kollisionen zwischen den Kakaoschalenpartikeln), was zu einer interpartikulären Fraktionierung und Reduzierung der Partikelgröße führt. Wenn die Kavitationsblasen an der Oberfläche der Kakaofeststoffe kollabieren, vergrößern Erosion und Sonoporation die Partikeloberfläche weiter. Der dadurch intensivierte Stofftransport erleichtert die Freisetzung von Molekülen wie Proteinen, Lipiden und Phyto-Chemikalien. Durch die mit Ultraschall erzeugten Scherkräfte wird das Eindringen des Lösungsmittels in die Zellmatrix des Pflanzenmaterials bzw. die Durchlässigkeit der Zellmembranen verbessert. Diese Mechanismen des Leistungsultraschalls sind verantwortlich für die signifikante Prozessintensivierung, die bei der Anwendung von Ultraschall für die botanische Extraktion erreicht wird.

Vorteile der Ultraschallextraktoren für die Verarbeitung von Kakaoabfällen

  • hohe Erträge
  • schnelles Verfahren
  • geringe Betriebskosten
  • reproduzierbare Ergebnisse
  • Lineare Skalierbarkeit
  • einfache Bedienung
  • Robustheit

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Ultraschall-gestützte Kakaoschalen-Extraktion in Forschungsstudien

Grillo et al. (2018) untersuchten die Extraktion von Kakaobutter, Polyphenolen (z.B. Catechin, Epicatechin, Procyanidin-Dimere, -Trimere und -Tetramere), Antioxidantien und Methylxantin (z.B. Koffein, Theobromin) aus Kakaobohnenschalen mittels Ultraschallextraktion. Wie die untenstehende Tabelle zeigt, erhöhte die Ultraschallextraktion stets sowohl die Ausbeute an lipophilen als auch an hydrophilen Extrakten, was zu Extrakten führte, die reich an antioxidativen Flavanolen (Catechine und Epicatechine), Theobromin (32,7 ± 0,12 mg/g Schalen), Koffein (1,76 ± 0,08 mg/g Schalen) und Kakaobutter waren. Dabei war die Ultraschallextraktion einfach und unkompliziert durchzuführen. Die besten Ergebnisse mittels Ultraschall wurden mit dem ternären Gemisch erzielt, das eine etwas geringere Gesamtausbeute an hydrophilen Fraktionen und eine 16-fache Verkürzung der Extraktionszeit ermöglicht.

Ultrasonic extraction is used to extract valuable compounds from raw cocoa shells.

Ausbeuten der ultraschallunterstützten Extraktion (ultrasonically assisted extraction = UAE) und des konventionellen Verfahrens aus den rohen Kakaoschalen, ausgedrückt in Gew.-%. Die Ultraschallextraktion liefert deutlich höhere Ausbeuten.
Studie und Copyright: Grillo et al. 2019.

Yusof et al. (2019) konnten ebenfalls die Effizienz der Ultraschallextraktion von Flavonoiden aus Kakaoschalen nachweisen. Sie stellten fest, dass die folgenden Extraktionsparameter Ethanolkonzentration, Temperatur und Beschallungsdauer am effizientesten waren, d.h. unter den folgenden Bedingungen wurden die höchsten Extraktausbeuten erzielt: Der Maximalwert des Gesamtflavonoidgehalts (TFC; 7,47 mg RE/g Trockengewicht (DW)) wurde bei einer Ethanolkonzentration von 80 %, einer Prozesstemperatur von 55 ºC und einer 45-minütigen Ultraschallbehandlung erreicht.

Hochleistungs-Ultraschall-Extraktoren für die Verarbeitung von Kakaoabfällen

Hochleistungs-Ultraschall-Extraktionssysteme von Hielscher Ultrasonics sind weltweit in R&D sowie auf kleiner, mittlerer und voll-kommerzieller Produktionsstufe eingesetzt. Hochleistungs-Ultraschallextraktoren intensivieren den Extraktionsprozess und erhöhen die Ausbeute und Gesamteffizienz der hochwertigen Extraktproduktion. Hielscher Ultrasonics bietet Extraktionsgeräte für jedes Volumen / jede Prozesskapazität. Mit mehr als 25 Jahren Erfahrung in der botanischen Extraktion ist Hielscher Ultrasonics Ihr zuverlässiger Partner für die Hochleistungs-Ultraschallextraktion!

Hochleistungs-Ultraschallgeräte, die dem neuesten Stand der Technik entsprechen

Hielscher's industrial processors of the hdT series can be comfortable and user-friendly operated via browser remote control.Die intelligenten Funktionen der Hielscher-Ultraschallgeräte sind so konzipiert, dass sie einen zuverlässigen Betrieb, reproduzierbare Ergebnisse und eine hohe Benutzerfreundlichkeit garantieren. Betriebseinstellungen lassen sich über ein intuitives Menü, das über ein digitales Farb-Touch-Display und eine Browser-Fernbedienung zugänglich ist, einfach aufrufen und anwählen. Dabei werden alle Prozessbedingungen wie Nettoenergie, Gesamtenergie, Amplitude, Zeit, Druck und Temperatur automatisch auf einer eingebauten SD-Karte aufgezeichnet. So können Sie frühere Beschallungsläufe revidieren und vergleichen und den Extraktionsprozess der Kakaobohnenschale auf höchste Effizienz optimieren.
Hielscher Ultraschallsysteme werden weltweit für die Herstellung hochwertiger botanischer Extrakte eingesetzt. Hielscher Industrie-Ultraschallgeräte können problemlos hohe Amplituden im Dauerbetrieb (24/7/365) fahren. Mit Standard-Sonotroden (Ultraschallsonden / -hörner) können Amplituden bis zu 200µm problemlos kontinuierlich erzeugt werden. Für noch höhere Amplituden stehen kundenspezifische Ultraschallsonotroden zur Verfügung. Aufgrund ihrer Robustheit und ihres geringen Wartungsaufwands werden unsere Ultraschall-Extraktionssysteme häufig für Hochleistungsanwendungen und in anspruchsvollen Umgebungen installiert.

Kontaktieren Sie uns jetzt, um mehr über die Ultraschallextraktion von Polyphenolen, Antioxidantien, Zuckern und Kakaobutter aus Kakao-Nebenprodukten zu erfahren. Wir senden Ihnen gerne Informationen über unsere Ultraschallextraktionssysteme und Preise zu! Unsere erfahrenen Mitarbeiter diskutieren gerne mit Ihnen über Ihre Anwendung und Verarbeitungsanforderungen!
In der folgenden Tabelle finden Sie die ungefähre Verarbeitungskapazität unserer Ultraschallsysteme:

Batch-Volumen Durchfluss Empfohlenes Ultraschallgerät
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. größere Cluster aus UIP16000

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Ultrasonic high-shear homogenizers are used in lab, bench-top, pilot and industrial processing.

Hielscher Ultrasonics stellt Hochleistungs-Ultraschallhomogenisatoren für Mischanwendungen, Dispergierung, Emulgierung und Extraktion im Labor-, Pilot- und Industriemaßstab her.



Literatur / Literaturhinweise


High performance ultrasonics! Hielscher's product range covers the full spectrum from the compact lab ultrasonicator over bench-top units to full-industrial ultrasonic systems.

Hielscher Ultrasonics fertigt Hochleistungs-Ultraschall-Homogenisatoren vom Labor bis zum voll-kommerziellen Industriemaßstab.