Ultraschallextraktion von Capsaicin aus scharfen Chilischoten

• Capsaicin ist der wichtigste Geschmacks- und Schärfestoff in scharfen Paprikaschoten, auch als Chilis bekannt.
• Um hochwertiges Capsaicin als Aromastoff und medizinischen Wirkstoff zu gewinnen, ist ein effizientes und zugleich schonendes Extraktionsverfahren erforderlich, das einen Abbau verhindert.
• Die Ultraschallextraktion ist ein schonendes mechanisches Extraktionsverfahren, das in sehr kurzer Extraktionszeit hohe Capsaicinausbeuten liefert.

Hochleistungsultraschall für hochwertige Capsaicinextrakte

Die Ultraschallextraktion von Capsaicinoiden aus scharfen Chilischoten (z. B. Capsicum frutescens) verbessert die Extraktionsausbeute erheblich. Leistungsultraschall fördert die Perforation und den Aufschluss der Zellwände sowie die Quellung und Hydratation, indem er das Lösungsmittel in die Pflanzenzellen drückt. Dadurch wird der Stofftransport der intrazellulären Substanzen (einschließlich der Capsaicinoide) aus den Pflanzenzellen in das Lösungsmittel erhöht.
Als rein mechanisches, nichtthermisches Verfahren verhindert die Ultraschallextraktion den thermischen Abbau thermolabiler Verbindungen. Ultraschallkavitation intensiviert den Extraktionsprozess und ermöglicht hohe Ausbeuten bei hervorragender Extraktqualität. Die Investitions- und Betriebskosten von Ultraschallextraktionsanlagen sind relativ niedrig und ermöglichen eine schnelle Amortisation.

Ultraschallextraktion von Capsaicinoiden – im Chargenbetrieb oder im kontinuierlichen Durchfluss

Chargenbetrieb: Ultraschallextraktionsprozesse können als einfache Chargenprozesse oder als Inline-Behandlung durchgeführt 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. von 1L bis 120L.
Für die Verarbeitung von Chargen mit 5 bis 10L empfehlen wir den UP400ST mit der Sonotrode S24d22L2D (siehe Abbildung links).
Für die Verarbeitung von Chargen mit etwa 120L empfehlen wir den UIP2000hdT mit der Sonotrode RS4d40L4 (siehe Abbildung oben rechts).

Durchflussbetrieb: Für größere Volumina und die kommerzielle Capsaicinextraktion im industriellen Maßstab wird ein kontinuierlicher Flüssigkeitsstrom mit scharfen Chiliflocken durch einen Ultraschallreaktor geleitet, in dem die Suspension aus Lösungsmittel und Pflanzenmaterial intensiv beschallt wird.
Für ein Volumen von etwa 8L/min. empfehlen wir den UIP4000hdT mit der Sonotrode RS4d40L3 und der druckbeaufschlagbaren Durchflusszelle FC130L4-3G0.

Fallstudie zur Capsaicinextraktion mit Ultraschall

Olguín-Rojas et al. (2019) berichten über die Isolierung von Capsaicinoiden mit einer Ausbeute von mehr als 96% aus drei Sorten von Capsicum chinense Jacq. (‘Bode’, ‘Habanero’ und ‘Habanero Roxo’). Sie verwendeten das Hielscher-Ultraschallgerät mit Sonotrode UP200S (200 W, 24 kHz), wobei die Probe in ein temperaturgeregeltes Wasserbad eingetaucht war. Eine Probe von 0,25g Capsicum chinense wurde für 10 Minuten mit 25mL Methanol in Kontakt gebracht und anschließend in das Wasserbad bei 50ºC überführt, bei einer Ausgangsamplitude von 200 W und einem Arbeitszyklus von 0,5sec. Anschließend wurden die Extrakte durch einen Nylon-Spritzenfilter filtriert und chromatographisch analysiert. Bei der Analyse wurden alle fünf wichtigsten Capsaicinoide (n-DHC, C, DHC, h-C und h-DHC) nachgewiesen. Die Ultraschallextraktion liefert einen Vollspektrumextrakt mit einem breiten Geschmacksprofil.

Sganzerla et al. (2014) stellten fest, dass die Ultraschallextraktion ein hervorragendes Verfahren zur quantitativen und reproduzierbaren Extraktion von Capsaicinoiden aus Chilischoten mit Methanol als Lösungsmittel ist. Aufgrund ihrer Einfachheit und Effizienz eignet sich die Ultraschallextraktion für die schnelle Routineanalyse von Capsaicinoiden in Chilischoten.

Ultraschallextraktionsanlagen

Hielscher Ultrasonics ist auf die Herstellung von Hochleistungs-Ultraschallprozessoren zur Gewinnung hochwertiger Extrakte aus Pflanzenmaterial spezialisiert.

Das breite Produktportfolio von Hielscher Ultarsonics reicht von kompakten, leistungsstarken Labor-Ultraschallgeräten bis hin zu robusten Tischgeräten und Anlagen für den industriellen Einsatz, die Ultraschall hoher Intensität für die effiziente Extraktion und Isolierung bioaktiver Substanzen (z. B. Quercetin, Koffein, Curcumin, Terpene usw.) liefern. Alle digitalen Ultraschallgeräte von 200W bis 16.000W verfügen über ein intuitives Menü mit programmierbaren Einstellungen, ein farbiges Touchdisplay zur digitalen Steuerung, eine integrierte SD-Karte zur automatischen Datenaufzeichnung, eine Fernsteuerung über den Browser und viele weitere benutzerfreundliche Funktionen. Die Sonotroden und Durchflusszellen (die Teile, die mit dem Medium in Kontakt kommen) sind autoklavierbar und leicht zu reinigen. Alle unsere Ultraschallgeräte sind für den 24/7-Betrieb ausgelegt, wartungsarm sowie einfach und sicher zu bedienen.
Ein digitales Farbdisplay ermöglicht die benutzerfreundliche Steuerung des Ultraschallgeräts. Unsere Systeme können niedrige bis sehr hohe Amplituden erzeugen. Für die Extraktion von Polyphenolen und anderen bioaktiven sekundären Pflanzenstoffen wie Capsaicinoiden bieten wir spezielle Ultraschallsonotroden (auch als Ultraschallstäbe oder -hörner bezeichnet) an, die für die schonende Isolierung hochwertiger Wirkstoffe optimiert sind. Die Robustheit der Ultraschallgeräte von Hielscher ermöglicht einen 24/7-Betrieb unter hoher Belastung und in anspruchsvollen Umgebungen.
Die präzise Steuerung der Ultraschallprozessparameter gewährleistet Reproduzierbarkeit und Prozessstandardisierung.

Die folgende Tabelle gibt Ihnen einen Überblick über die ungefähre Verarbeitungskapazität unserer Ultraschallgeräte: