Hielscher Ultraschalltechnik

Ultraschall-Capsaicin-Extraktion aus Hot Chili Peppers

  • Capsaicin ist die wichtigste Geschmacks- und Gewürzmischung in Peperoni, auch bekannt als Chili.
  • Um hochwertiges Capsaicin als aromatischen Geschmack und Arzneistoff herzustellen, ist eine effiziente, aber schonende Extraktionstechnik erforderlich, um den Abbau zu verhindern.
  • Die Ultraschallextraktion ist eine milde mechanische Extraktionsmethode, die eine hohe Ausbeute an Capsaicin in einer sehr kurzen Extraktionsdauer ermöglicht.

Leistungsstarke Ultraschallgeräte für hochwertige Capsaicin-Extrakte

Die Ultraschallextraktion von Capsaicinoiden aus heißem Chilipfeffer (z.B. Capsicum frutescens) verbessert die Extraktionsausbeute deutlich. Der Leistungsultraschall fördert die Perforation und Disruption der Zellwände sowie die Schwellung und Hydratation, indem er das Lösungsmittel in die Pflanzenzellen drückt. Dies führt zu einem erhöhten Stoffaustausch der intrazellulären Substanzen (einschließlich Capsaicinoide) von den Pflanzenzellen in das Lösungsmittel.
Als rein mechanische, nicht-thermische Verarbeitungstechnik verhindert die Ultraschallextraktion den thermischen Abbau von thermo-labilen Verbindungen. Die Ultraschallkavitation intensiviert den Extraktionsprozess und führt zu hohen Ausbeuten bei bester Extraktqualität. Die Investitions- und Betriebskosten von Ultraschallextraktionsgeräten sind relativ gering und ermöglichen einen schnellen RoI.

Ultraschall-Extraktion von Chiliflocken

Vorteile der Capsaicin-Ultraschall-Extraktion

  • Überlegene Rendite
  • Schnelle Extraktion – innerhalb weniger Minuten
  • Hochwertige Extrakte – Mild, nicht thermisch
  • Grüne Lösungsmittel (z.B. Wasser/Ethanol)
  • kostengünstig
  • einfache und sichere Bedienung
  • Niedrige Investitions- und Betriebskosten
  • 24/7 Betrieb unter hoher Belastung
  • Grüne, umweltfreundliche Methode
2kW Batch-Ultraschallsanlage zur Herstellung von Kräuterextrakten

120L Ultraschall Batch-Extraktion von Pflanzenschutzmitteln mit UIP2000hdT und Rührwerk

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Ultraschall Capsaicinoid-Extraktion – im Batch- oder Continuous Flow-Modus

UP400St mit Rührwerk im 8L-ExtraktionsbatchBatch: Ultraschallextraktionsprozesse können als einfache Batchprozesse oder als Inline-Behandlung betrieben werden, bei der das Medium kontinuierlich durch einen Ultraschall-Durchflussreaktor geleitet wird.
Die Chargenverarbeitung ist ein einfaches Verfahren, bei dem die Extraktion chargenweise durchgeführt wird. Hielscher Ultrasonics bietet Ultraschallprozessoren für kleine bis große Chargen, d.h. 1L bis 120L.
Für die Verarbeitung von Chargen von 5 bis 10L empfehlen wir den UP400ST mit Sonotrode S24d22L2D. (siehe Bild links)
Für die Verarbeitung von Chargen von ca. 120L empfehlen wir den UIP2000hdT mit Sonotrode RS4d40L4. (siehe Bild oben rechts)

Durchfluss: Für größere Mengen und die vollständige kommerzielle Capsaicin-Extraktion wird ein kontinuierlicher Flüssigkeitsstrom mit Paprikaflocken durch einen Ultraschallreaktor geleitet, in dem die Lösungsmittel-/Botanikschlämme intensiv beschallt wird.
Für ein Volumen von ca. 8L/min. empfehlen wir den UIP4000hdT mit Sonotrode RS4d40L3 und druckfester Durchflusszelle FC130L4-3G0.

Fallstudie zur Capsaicin-Extraktion mit Ultraschall

Olguín-Rojas et al. (2019) berichten über die Isolierung der Capsaicinoid-Ausbeute von mehr als 96%. Sie benutzten den Hielscher Sonden-Ultraschall-Apparat. UP200S (200 W, 24 kHz) wobei die Probe in ein temperiertes Wasserbad getaucht wurde. 0,25 g Capsicum Chinense-Probe wurde 10 Minuten lang mit 25 ml Methanol in Kontakt gebracht und dann bei 50ºC, 200 W Ausgangsamplitude und 0,5sec Einschaltdauer in das Wasserbad überführt. Die Auszüge

Sganzerla et al. (2014) fanden heraus, dass die Ultraschallextraktion eine ausgezeichnete Methode zur quantitativen und reproduzierbaren Extraktion von Capsaicinoiden aus Chilipfeffer mit Methanol als Lösungsmittel ist. Aufgrund ihrer Einfachheit und Effizienz kann die Ultraschallextraktion für die schnelle Routineanalyse von Capsaicinoiden in Chili-Paprika eingesetzt werden.

Ultraschall-Absauganlage

Hielscher Ultrasonics ist spezialisiert auf die Herstellung von Hochleistungs-Ultraschallprozessoren zur Herstellung hochwertiger Extrakte aus pflanzlichen Stoffen.
Das breite Produktportfolio von Hielscher reicht von kleinen, leistungsstarken Labor-Ultraschallgebern bis hin zu robusten Tisch- und vollindustriellen Systemen, die hochintensiven Ultraschall zur effizienten Extraktion und Isolierung bioaktiver Substanzen liefern (z.B. Quercetin, Koffein, Curcumin, Terpene etc.). Alle Ultraschallgeräte von 200W bis 16.000W verfügen über ein farbiges Display zur digitalen Steuerung, eine integrierte SD-Karte zur automatischen Datenaufzeichnung, eine Browser-Fernbedienung und viele weitere komfortable Funktionen. Die Sonotroden und Durchflusszellen (die mit dem Medium in Berührung kommenden Teile) sind autoklavierbar und leicht zu reinigen. Alle unsere Ultraschallgeräte sind für den 24/7-Betrieb ausgelegt, wartungsarm, einfach und sicher zu bedienen.
Ein digitales Farbdisplay ermöglicht eine benutzerfreundliche Steuerung des Ultraschallgeräts. Unsere Systeme sind in der Lage, von niedrigen bis zu sehr hohen Amplituden zu liefern. Für die Extraktion von Polyphenolen und anderen bioaktiven Phytochemikalien wie Capsaicinoiden bieten wir spezielle Ultraschallsonotroden (auch bekannt als Ultraschallsonden oder Hörner) an, die für die sinnvolle Isolierung hochwertiger Wirkstoffe optimiert sind. Die Robustheit der Ultraschallgeräte von Hielscher ermöglicht einen 24/7-Betrieb bei hoher Beanspruchung und in anspruchsvollen Umgebungen.
Die präzise Steuerung der Ultraschallprozessparameter gewährleistet Reproduzierbarkeit und Prozessstandardisierung.

In der folgenden Tabelle finden Sie die ungefähre Verarbeitungskapazität unserer Ultraschallsysteme:

Batch-Volumen Durchfluss Empfohlenes Ultraschallgerät
0,5 bis 1,5 ml n.a. VialTweeter
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

  • Barbero G.F., Liazid A., Palma M., Barroso C.G. (2008): Ultraschallunterstützte Extraktion von Capsaicinoiden aus Paprika. Talanta 75, 2008. 1332-1337.
  • Boonkird S.; Phisalaphong C.; Phisalaphong M. (2008): Ultraschallunterstützte Extraktion von Capsaicinoiden aus Capsicum frutescens im Labor- und Technikumsmaßstab. Ultraschallsonochemie, 15, 2008. 1075-1079.
  • Lu M.; Ho Ch.-T.; Huang Q. (2017): Extraktion, Bioverfügbarkeit und Biowirksamkeit von Capsaicinoiden. Journal of Food and Drug Analysis Vol. 25, Ausgabe 1, Jan. 2017. 27-36.
  • Olguín-Rojas J.A.; Fayos O.; Vázquez-León L.A.; Ferreiro-González M.; del Carmen Rodríguez-Jimenes G.; Palma M.; Garcés-Claver A.; Barbero G.F. (2019): Progression des gesamten und individuellen Capsaicinoidgehalts in den Früchten von drei verschiedenen Sorten von Capsicum chinense Jacq. Agronomie 2019, 9, 141.
  • Sganzerla M.; Pereira Coutinho J.; Tavaresde Melo A.M.; Teixeira Godoy H. (2014): Schnelle Methode zur Capsaicinoidanalyse aus Capsicum chinense Früchten. Food Research International, Vol. 64, Oktober 2014. 718-725.


Wissenswertes

Capsaicinoide

Paprika ist auf der ganzen Welt beliebt und wird oft als Nahrungsergänzungsmittel verwendet, um einen scharfen und scharfen Geschmack zu erzielen. Capsaicinoide sind Geschmacksverbindungen in rotem Paprika, die hauptsächlich aus Capsaicin (trans-8 Methyl-N-Vanillyl-6-nonenamid) und Dihydrocapsaicin (8 Methyl-N-Vanillylnonanamid), Nordihydrocapsaicin, Homocapsaicin und Homodihydrocapsaicin bestehen. Capsaicin und Dihydrocapsaicin sind die am häufigsten vorkommenden Capsaicinoide, die für etwa 90% der Würze verantwortlich sind. Insgesamt wurden mehr als 20 Capsaicinoide in verschiedenen Pfefferarten unterschieden.
Capsaicinoide sind die bekannteste Art von Phytochemikalien in Paprika. Es handelt sich um nichtflüchtige Alkaloide, d.h. chemisch saure Amide von C9-C11 verzweigtkettigen Fettsäuren und Vanillylamin. Capsaicinoide sind für den scharfen und würzigen Geschmack in Chili-Paprika verantwortlich und sind eine beliebte Gewürzzutat. Neben ihrer Verwendung als Lebensmittelzutat sind Capsaicinoide bekannt für ihre pharmakologischen Eigenschaften, zu denen auch ihre Funktion als Chemoschutz gegen Mutagenese oder Tumorentstehung, als Antimikrobika, als Antioxidantien, für ihre krebshemmende Wirkung, ihre schmerzstillende Wirkung und ihre Wirkung auf das für die Schmerzübertragung und neurogene Entzündung verantwortliche Neuronale gehören. Eine weitere häufige Anwendung von Capsaicinoiden ist in topischen Schmerzmitteln gegen Schmerzen, antiarthritischen und entzündungshemmenden Salben und als natürlicher Inhibitor von pathogenen Mikroorganismen.
in der Lebensmittelindustrie aufgrund ihrer antimikrobiellen Eigenschaften.

Die Chilifrüchte von Capsicum annuum L., Capsicum frutescens L., Capsicum baccatum L., Capsicum pubescens Ruiz & Pav. und Capsicum chinense werden um das Wort herum angebaut und sind dadurch bekannt.