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
Kakao (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.

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
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.
- hohe Erträge
- schnelles Verfahren
- geringe Betriebskosten
- reproduzierbare Ergebnisse
- lineare Skalierbarkeit
- einfache Bedienung
- Robustheit
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.

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
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 Ultraschallhomogenisatoren:
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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Literatur / Literaturhinweise
- Giorgio Grillo, Luisa Boffa, Arianna Binello, Stefano Mantegna, Giancarlo Cravotto, Farid Chemat, Tatiana Dizhbite, Liga Lauberte, Galina Telysheva (2019): Cocoa bean shell waste valorisation; extraction from lab to pilot-scale cavitational reactors. Food Research International, Volume 115, 2019. 200-208.
- Md Yusof, A. H.; Abd Gani, S. S.; Zaidan, U. H.; Halmi, M.; Zainudin, B. H. (2019): Optimization of an Ultrasound-Assisted Extraction Condition for Flavonoid Compounds from Cocoa Shells (Theobroma cacao) Using Response Surface Methodology. Molecules 2019, 24(4), 711.
- Ruesgas-Ramón M, Suárez-Quiroz ML, González-Ríos O, Baréa B, Cazals G, Figueroa-Espinoza MC, Durand E. (2020): Biomolecules extraction from coffee and cocoa by- and co-products using deep eutectic solvents. J Sci Food Agric 100(1), 2020. 81-91.
- Medina-Torres N.; Ayora-Talavera T.; Espinosa-Andrews H.; Sánchez-Contreras A.; Pacheco N. (2017): Ultrasound Assisted Extraction for the Recovery of Phenolic Compounds from Vegetable Sources. Agronomy 7(3):47, 2017.
- S.R. Shirsath, S.H. Sonawane, P.R. Gogate (2012): Intensification of extraction of natural products using ultrasonic irradiations—A review of current status. Chemical Engineering and Processing: Process Intensification Volume 53, 2012. 10-23.

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