Effiziente Herstellung von Hopfenextrakten durch Sonikation

Hopfen und Hopfenextrakte sind wesentliche Zutaten für die Herstellung von Bier. Die Alphasäuren a-Caryophyllen (Humulon) und beta-Caryophyllen (Humulen) sind wichtige Geschmacksverbindungen, die dem Bier seine Bitterkeit verleihen und zu seinem Aroma, seiner Schaumstruktur und seiner mikrobiologischen Stabilität beitragen. Die Ultraschallextraktion ist eine hocheffiziente Technik, um die bioaktiven Verbindungen aus der Zellmatrix des Hopfens freizusetzen und einen geschmacksintensiven und vollständigen Hopfenextrakt zu gewinnen.

Ultraschallextraktion von Bittersäuren aus Hopfen

Die Ultraschallextraktion von Bittersäuren aus Hopfen ist ein hocheffizientes und zuverlässiges Verfahren, das in der Brauindustrie, bei der Herstellung von Aromen und Düften sowie in Forschungseinrichtungen eingesetzt wird, um die für die Bitterkeit und die Aromastoffe verantwortlichen Verbindungen effizient und wirksam aus den Hopfendolden zu extrahieren.

Die Ultraschallextraktion arbeitet nach dem Prinzip der akustischen Kavitation. Akustische oder Ultraschallkavitation wird durch Niederfrequenz-Ultraschallwellen in Flüssigkeiten erzeugt. Durch die abwechselnden Hoch- und Niederdruckzyklen der Ultraschallwellen entstehen winzige Kavitationsblasen in einem Lösungsmittel. Die rasche Bildung und das schnelle Kollabieren dieser Bläschen erzeugen starke lokale Kräfte, die die Zellwände aufbrechen und Zielverbindungen, wie z. B. Bittersäuren, aus dem Hopfenmaterial freisetzen. Die Ultraschallkavitation ist sehr wirksam bei der Freisetzung von Bittersäuren wie Humulon, Cohumulon und Adhumulon aus dem Hopfen. Diese Verbindungen sind vor allem als Aromastoffe in Bier bekannt, wo sie zur Bitterkeit und zum ausgeprägten Geschmacksprofil des Bieres beitragen.
Ein großer Vorteil der Ultraschallextraktion ist ihre Effizienz und Schnelligkeit. Durch die Beschallung wird die Extraktionszeit im Vergleich zu herkömmlichen Methoden erheblich verkürzt, was sie für Brauereien und Aromahersteller zu einer attraktiven Wahl macht.
Da der Ultraschallextraktionsprozess durch die Einstellung verschiedener Parameter wie Beschallungszeit, Temperatur, Lösungsmittelkonzentration und das Verhältnis von Hopfenmaterial zu Lösungsmittel optimiert werden kann, lässt sich der Prozess an das gewünschte Geschmacksprofil des Hopfenextrakts anpassen. Die Optimierung gewährleistet eine maximale Bitterstoffextraktion unter Beibehaltung des gewünschten Biergeschmacks.
Bei der Ultraschallextraktion ist eine angemessene Temperaturkontrolle unerlässlich. Erhöhte Temperaturen können zum Abbau von Bittersäuren und zur Bildung unerwünschter Nebengeschmacksstoffe führen.

Ultraschall-Vollspektrumextrakte aus Hopfen

Mit Ultraschall aufbereitete Hopfenextrakte sind Vollspektrumextrakte, die das gesamte Spektrum der Wirkstoffe der Hopfendolden bieten. Neben den Alphasäuren a-Caryophyllen (Humulon) und beta-Caryophyllen (Humulen) werden bei der Ultraschallextraktion auch weitere Terpene wie Linalool und Farnesen sowie andere Phytochemikalien wie Polyphenole und Flavonoide freigesetzt. Vollspektrumextrakte werden wegen ihres so genannten Entourage-Effekts geschätzt.
Bei der Ultraschallextraktion werden Pflanzenmaterialien wie Hopfen und andere Kräuter bei milden Temperaturen verarbeitet, wodurch der thermische Abbau begrenzt wird. Die Beschallung ermöglicht die Verwendung von milden, sicheren und umweltfreundlichen Lösungsmitteln – Vermeidung der Verwendung von giftigen Lösungsmitteln.
Die hohe Effektivität der Ultraschallextraktion ermöglicht es, auch aus Althopfen einen Hopfenextrakt herzustellen. Die intensive Ultraschallextraktion löst die restlichen Photoverbindungen aus dem Althopfen und hilft, den Althopfen von allen wertvollen Substanzen zu befreien, so dass keine bioaktiven Substanzen verloren gehen.

Bittere Säuren im Hopfen

Hopfenbitterstoffe werden in α- und β-Säuren unterschieden. Bittere α-Säuren setzen sich aus drei Hauptbestandteilen zusammen: n-Humulon, ad-Humulon und co-Humulon. Ebenso bestehen bittere β-Säuren aus n-Lupulon, ad-Lupulon und co-Lupulon. Für Brauereien und die Bierherstellung sind die α-Säuren die wichtigste Säureform. Durch Kochen von Alphasäuren unter schwach sauren Bedingungen werden die Alphasäuren isomerisiert und dadurch in Iso-α-Säuren umgewandelt. Durch die Isomerisierung werden die schwer wasserlöslichen Alphasäuren in eine besser lösliche Iso-Form umgewandelt, die die charakteristische organoleptische Bitterkeit aufweist. Die β-Säuren, die noch weniger wasserlöslich sind als die α-Säuren, sind für die Brauereiproduktion weniger wichtig, da die Beta-Säuren beim Würzekochen eine sehr geringe Isomerisierungsrate aufweisen.
Neben seiner Verwendung als Aromastoff ist Hopfen auch für seine gesundheitsfördernden Eigenschaften bekannt, zu denen antioxidative, beruhigende, entzündungshemmende, antikarzinogene und östrogene Wirkungen gehören. So ist beispielsweise Xanthohumol, ein im Hopfen enthaltenes Prenylflavonoid, für seine starke antioxidative Wirkung bekannt. Diese natürlichen Hopfenstoffe werden in Nahrungsergänzungsmitteln und Arzneimitteln zur Unterstützung der Gesundheit oder zur Behandlung von Krankheiten eingesetzt.

Warum werden Hopfenextrakte verwendet?

Bei der Verwendung als Aromazutat ermöglichen Extrakte eine sehr genaue Dosierung von Bitterkeit und Aroma, da Hopfenextrakte hinsichtlich bestimmter Mengen und Zusammensetzungen von Alphasäuren standardisiert sind. Dies ermöglicht die Herstellung eines einheitlichen Geschmacksprofils und damit eines gleichbleibend hochwertigen Produkts, das die Erwartungen der Kunden erfüllt.
Als Wirkstoff in Nahrungsergänzungsmitteln und Arzneimitteln bieten Hopfenextrakte eine hochkonzentrierte Menge an bioaktiven Substanzen, z.B. Terpene, Flavonoide. Dadurch ist es möglich, eine hohe Menge der aktiven Fotokomponente aufzunehmen, um die gewünschte Wirkung zu erzielen.

Gaschromatographische Analyse des mit einem Ultraschallhomogenisator hergestellten Hopfenextrakts UP100Hβ-Caryophyllenoxid, α-Caryophyllen, α-Pinen, Mycren, Limonen, α-Caryophylen und Caryophylenoxid und andere.

Extraktion von Hopfen mit Ultraschall

Die ultraschallbeschleunigte Lösungsmittelextraktion ist ein einfaches, schnelles und sicheres Verfahren zur Extraktion von Bittersäuren aus Hopfen. Da es sich um eine Niedrigtemperaturbehandlung handelt, liefert die Ultraschallextraktion hohe Ausbeuten in einer kurzen Prozesszeit, was ein wesentlicher Vorteil gegenüber der konventionellen Hopfensäureextraktion ist.
Niedrige Verarbeitungstemperaturen, hohe Ausbeute, hervorragende Extraktqualität (d. h. volles Aroma/Vollspektrumextrakte) und eine sehr kurze Verarbeitungszeit sind die Hauptvorteile der Ultraschallextraktion von Hopfen.
Extraktion von Hopfen mit Ultraschall – Vorteile:

• vollständigere Extraktion
• höhere Ausbeute
• Vollständiges Geschmacksprofil
• Sortenspezifisches Aroma erhalten
• Konsistente Bitterung/Aromatisierung
• Batch- und Inline-Verarbeitung
• sicher und einfach zu bedienen
• Wirtschaftlich, schneller RoI

Hochleistungs-Ultraschall-Extraktoren

Hielscher Ultrasonics verfügt über langjährige Erfahrung in der Entwicklung, Herstellung und Lieferung von Hochleistungs-Ultraschallextraktoren für kleine bis große industrielle Maßstäbe an renommierte Unternehmen und Forschungsinstitute weltweit. Die Ultraschallextraktion kann in jedem Maßstab durchgeführt werden, von kleinen Laboraufbauten bis hin zu industriellen Großanlagen, so dass die Hersteller ihren Hopfenextraktionsprozess an ihre Produktionsanforderungen anpassen können.
Hielscher-Ultraschallgeräte liefern Hochleistungs-Ultraschall, sind robust und können problemlos rund um die Uhr unter hoher Belastung laufen. Das macht Hielscher-Ultraschall-Extraktoren zu den bewährten Arbeitspferden in der Lebensmittel-, Pharma- und Chemieindustrie.
Alle digitalen Ultraschallprozessoren sind mit einem farbigen Touch-Display ausgestattet, über das Sie die Prozessparameter einfach und präzise einstellen und kontrollieren können. Auf der eingebauten SD-Karte werden alle Prozessparameter automatisch aufgezeichnet, sobald Sie das Ultraschallextraktionsgerät einschalten.
Das ausgeklügelte Design der Batch- und Inline-Beschallungsanlagen von Hielscher wurde ausgiebig getestet und auf Benutzerfreundlichkeit und hohe Qualität optimiert. Durchflusszellenreaktoren sind in verschiedenen Größen und mit unterschiedlichen Geometrien erhältlich. Die breite Palette an Sonotroden (Ultraschallsonden) mit verschiedenen Formen, Größen und Längen sowie weiteres Zubehör ermöglichen die ideale Konfiguration Ihres Ultraschallsystems entsprechend Ihrem Extraktionsprozess und Pflanzenmaterial.
Ein weiterer Vorteil von Hielscher Ultrasonics‘ industriellen Ultraschallprozessoren ist die Lieferung sehr hoher Amplituden von bis zu 200µm, die problemlos und kontinuierlich im 24/7-Betrieb gefahren werden können. Für noch höhere Amplituden sind kundenspezifische Ultraschallsonotroden verfügbar. Die präzise Kontrolle über die Amplitude und die Möglichkeit, sehr niedrige bis sehr hohe Amplituden zu fahren, ermöglicht einen optimalen und effizienten Prozess. Die Robustheit der Hielscher-Ultraschallgeräte ermöglicht einen 24/7-Betrieb bei hoher Beanspruchung und in anspruchsvollen Umgebungen.
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In der folgenden Tabelle finden Sie die ungefähre Verarbeitungskapazität unserer Ultraschallhomogenisatoren: