Ultraschall-Extraktion von Capsaicin aus Chili
- Capsaicin ist der wichtigste Geschmacks- und Gewürzstoff in Pfefferschoten, welche als Chili bekannt sind.
- Um hochwertiges Capsaicin als aromatischen Geschmack- und Arzneistoff herzustellen, ist eine effiziente, aber gleichzeitig schonende Extraktionsmethode erforderlich, um eine Schädigung des Capsaicins zu vermeiden.
- 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 scharfem Chilipfeffer (z.B. Capsicum frutescens) verbessert die Extraktionsausbeute deutlich. Der Leistungsultraschall fördert den Aufschluß der Zellwände sowie die Hydratation, indem intensive Ultrascahallwellen das Lösungsmittel in die Pflanzenzellen drücken. Dies führt zu einem erhöhten Stoffaustausch, bei dem die intrazellulären Substanzen (einschließlich der Capsaicinoide) aus der Pflanzenzelle in das Lösungsmittel herausgeschwemmt werden.
Als rein mechanische, nicht-thermische Verarbeitungsmethode verhindert die Ultraschallextraktion die thermischen Schädigung von thermo-labilen Verbindungen. Die Ultraschallkavitation intensiviert den Extraktionsprozess und führt zu hohen Ausbeuten bei höchster Extraktqualität. Die Investitions- und Betriebskosten von Ultraschallextraktionsgeräten sind relativ gering und ermöglichen einen schnellen Return on Investment (RoI).
- Höhere Ausbeute
- Schnelle Extraktion – innerhalb weniger Minuten
- Hochwertige Extrakte – Mild, nicht-thermisch
- Grüne Lösungsmittel (z.B. Wasser/Ethanol)
- kostengünstig
- einfache und sichere Bedienung
- geringe Investitions- und Betriebskosten
- 24/7 Betrieb unter hoher Last
- grüne, umweltfreundliche Methode

120L Ultraschall-Batch-Extraktion von pflanzlichen Wirkstoffen mit dem Ultraschallprozessor UIP2000hdT und einem Rührwerk
Ultraschall-gestützte Capsaicinoid-Extraktion – im Batch oder im kontinuierlichen Durchfluss
Batch: Ultraschallextraktionsprozesse können als einfache Batchprozesse oder im Inline-Verfahren betrieben werden. Im Inline- bzw. Durchflussverfahren wird Medium kontinuierlich durch einen Ultraschall-Durchflussreaktor geführt.
Die Beschallung im Batch ist ein einfaches Verfahren, bei dem die Extraktion chargenweise durchgeführt wird. Hielscher Ultrasonics bietet Ultraschallprozessoren für die Verarbeitung kleiner bis großer Chargen im Batch, d.h. 1L bis 120L.
Für die Verarbeitung von Volumina von 5 bis 10L empfehlen wir den UP400ST mit Sonotrode S24d22L2D. (siehe Bild links)
Für die Verarbeitung von Volumina mit bis zu ca. 120L empfehlen wir den UIP2000hdT mit Sonotrode RS4d40L4. (siehe Bild oben rechts)
Durchfluss: Für größere Mengen und die kommerzielle Capsaicin-Extraktion wird ein kontinuierlicher Flüssigkeitsstrom mit Chiliflocken durch einen Ultraschallreaktor geleitet, in dem die Lösungsmittel-/Pflanzen-Slurry intensiv beschallt wird.
Für ein Volumen von ca. 8L/min. empfehlen wir den UIP4000hdT mit Sonotrode RS4d40L3 und druckbeaufschlagbarer Durchflusszelle FC130L4-3G0.
Fallstudie zur Capsaicin-Extraktion mit Ultraschall
Olguín-Rojas et al. (2019) berichten über die Extraktion und Isolierung von Capsaicinoiden miz einer Ausbeute von mehr als 96% aus drei Capsicum chinense Jacq Sorten (‘Bode’, ‘Habanero’ und ‘Habanero Roxo’ Chilis). Sie benutzten das Hielscher Ultraschallgerät UP200S (200 W, 24 kHz) . Das Chili-Probenmaterial wurde in ein temperaturkontrolliertes Wasserbad getaucht. 0,25 g der Capsicum chinense-Probe wurden 10 Minuten lang mit 25 ml Methanol eingeweicht und dann bei 50ºC, 200 W Amplitude und 0,5 Sekunden Pulsmodus beschallt. Danach wurden die Extrakte durch einen Nylon-Spritzenfilter gefiltert und mittels Chromoatographie analysiert. Bei der Analyse wurden alle fünf Hauptcapsaicinoide (n-DHC, C, DHC, h-C und h-DHC) gefunden. Die Ultraschall-Extraktion liefert einen Vollspektrum-Extrakt mit einem breiten Geschmacksprofil.
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 der Einfachheit und Effizienz kann die Ultraschallextraktion auch für die schnelle Routineanalyse von Capsaicinoiden in Chili-Paprika eingesetzt werden.
Ultraschall-Extraktionssysteme
Hielscher Ultrasonics ist auf die Herstellung von Hochleistungs-Ultraschallprozessoren für die Produktion hochwertiger Extrakte aus pflanzlichen Stoffen spezialisiert.
Das breite Produktportfolio von Hielscher Ultarsonics reicht von kompakten, leistungsstarken Laborsonikatoren bis hin zu robusten Tisch- und vollindustriellen Systemen, die hochintensiven Ultraschall für die effiziente Extraktion und Isolierung bioaktiver Substanzen (z.B. Quercetin, Koffein, Curcumin, Terpene etc.) liefern. Alle digitalen Sonicators von 200W bis 16.000W verfügen über ein intuitives Menü mit programmierbaren Einstellungen, ein farbiges Touch-Display zur digitalen Steuerung, eine integrierte SD-Karte zur automatischen Datenaufzeichnung, eine Browser-Fernbedienung und viele weitere benutzerfreundliche Funktionen. Die Sonotroden und Durchflusszellen (die Teile, die mit dem Medium in Berührung kommen) können autoklaviert werden und sind leicht zu reinigen. Alle unsere Ultraschallgeräte sind für den 24/7-Betrieb ausgelegt, erfordern wenig Wartung und sind einfach und sicher zu bedienen.
Ein digitales Farbdisplay ermöglicht eine benutzerfreundliche Steuerung des Ultraschallgeräts. Unsere Systeme sind in der Lage, das volle Spektrum von niedrigen bis sehr hohen Amplituden zu liefern. Für die Extraktion von Polyphenolen und anderen bioaktiven Phytochemikalien wie Capsaicinoiden bieten wir spezielle Ultraschallsonotroden (auch bekannt als Ultraschallstab, -finger oder -horn) an, welche für die effiziente 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 Kontrolle der Ultraschallprozessparameter sichern Reproduzierbarkeit und Prozessstandardisierung.
In der folgenden Tabelle finden Sie die ungefähre Verarbeitungskapazität unserer Ultraschallhomogenisatoren:
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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Das leichte und dennoch leistungsstarke Sonicator UP200Ht ist ideal für die Capsaicin-Extraktion in Bechergläsern
Literatur / Literaturhinweise
- Barbero G.F., Liazid A., Palma M., Barroso C.G. (2008): Ultrasound-assisted extraction of capsaicinoids from peppers. Talanta 75, 2008. 1332-1337.
- Boonkird S.; Phisalaphong C.; Phisalaphong M. (2008): Ultrasound-assisted extraction of capsaicinoids from Capsicum frutescens on a lab- and pilot-plant scale. Ultrasonic Sonochemistry, 15, 2008. 1075-1079.
- Lu M.; Ho Ch.-T.; Huang Q. (2017): Extraction, bioavailability, and bioefficacy of capsaicinoids. Journal of Food and Drug Analysis Vol. 25, Issue 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 of the Total and Individual Capsaicinoids Content in the Fruits of Three Different Cultivars of Capsicum chinense Jacq. Agronomy 2019, 9, 141.
- Sganzerla M.; Pereira Coutinho J.; Tavaresde Melo A.M.; Teixeira Godoy H. (2014): Fast method for capsaicinoids analysis from Capsicum chinense fruits. Food Research International, Vol. 64, October 2014. 718-725.
Wissenswertes
Capsaicinoide
Chilischoten ist auf der ganzen Welt beliebt und werden oft als Gewürz verwendet, um einen scharfen und scharfen Geschmack zu erzielen. Capsaicinoide sind Geschmacksverbindungen in rotem Paprika und Chilis, welche 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, welche für ca. 90% der Schärfe und Würze verantwortlich sind. Insgesamt wurden mehr als 20 Capsaicinoide in verschiedenen Pfefferarten unterschieden.
Capsaicinoide sind die bekanntesten Phytochemikalien in Paprika und Chili. Es handelt sich um nichtflüchtige Alkaloide, d.h. chemisch saure Amide der C9-C11 verzweigtkettigen Fettsäuren und Vanillylamin. Capsaicinoide sind für den scharfen und würzigen Geschmack in Chilis und Paprika verantwortlich und sind eine beliebte Gewürzzutat. Neben ihrer Verwendung als Lebensmittelzutat sind Capsaicinoide bekannt für ihre pharmakologischen Eigenschaften, zu denen u.A. ihre Funktion als Chemoschutz gegen Mutagenese oder Tumorentstehung, als Antimikrobika, als Antioxidantien, für ihre krebshemmende Wirkung, ihre schmerzstillende Wirkung und ihre Wirkung auf die für die Schmerzübertragung und neurogene Entzündung verantwortliche Neuronale gehören. Eine weitere häufige Anwendung von Capsaicinoiden ist in topischen Schmerzmitteln, z.B. in antiarthritischen und entzündungshemmenden Salben sowie als natürlicher Inhibitor von pathogenen Mikroorganismen.
In der Lebensmittelindustrie werden Capsaicinoide aufgrund ihrer antimikrobiellen Eigenschaften manchmal als natürliches Konservierungsmittel zugesetzt.
Die Chilisorten Capsicum annuum L., Capsicum frutescens L., Capsicum baccatum L., Capsicum pubescens Ruiz & Pav., und Capsicum chinense werden weltweit angebaut und sind dadurch sehr bekannt.