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).

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: