Producción eficaz de extractos de lúpulo por sonicación

El lúpulo y los extractos de lúpulo son ingredientes esenciales para la producción de cerveza. Los alfaácidos a-cariofileno (humulona) y beta-cariofileno (humuleno) son importantes compuestos del sabor, que dan a la cerveza su amargor y contribuyen a su aroma, estructura de espuma y estabilidad microbiológica. La extracción ultrasónica es una técnica muy eficaz para liberar los compuestos bioactivos de la matriz celular del lúpulo y producir un extracto de lúpulo completo y rico en sabor.

Extracción ultrasónica de ácidos amargos del lúpulo

La extracción por ultrasonidos de ácidos amargos del lúpulo es una técnica muy eficaz y fiable que se utiliza en la industria cervecera, en la producción de aromas y fragancias, así como en instalaciones de investigación, para extraer de forma eficiente y eficaz los compuestos responsables del amargor y los compuestos de sabor de los conos de lúpulo.

La extracción por ultrasonidos utiliza el principio de funcionamiento de la cavitación acústica. La cavitación acústica o ultrasónica se genera mediante ondas ultrasónicas de baja frecuencia en líquidos. Los ciclos alternos de alta y baja presión de las ondas ultrasónicas crean diminutas burbujas de cavitación en un disolvente. La rápida formación y colapso de estas burbujas generan intensas fuerzas locales que alteran las paredes celulares y liberan compuestos diana, como ácidos amargos, del material del lúpulo. La cavitación ultrasónica es muy eficaz para liberar ácidos amargos como la humulona, la cohumulona y la adhumulona del lúpulo. Estos compuestos son más conocidos como compuestos aromatizantes utilizados en la cerveza, donde contribuyen al amargor y al perfil de sabor distintivo de la cerveza.
Una de las principales ventajas de la extracción por ultrasonidos es su eficacia y rapidez. La sonicación reduce significativamente los tiempos de extracción en comparación con los métodos tradicionales, lo que la convierte en una opción atractiva para cerveceras y fabricantes de aromas.
Dado que el proceso de extracción por ultrasonidos puede optimizarse ajustando diversos parámetros, como el tiempo de sonicación, la temperatura, la concentración de disolvente y la proporción entre el material de lúpulo y el disolvente, el proceso puede ajustarse al perfil de sabor deseado del extracto de lúpulo. La optimización garantiza la máxima extracción de ácido amargo manteniendo el sabor deseado de la cerveza.
Es esencial mantener un control adecuado de la temperatura durante la extracción por ultrasonidos. Las temperaturas elevadas pueden provocar la degradación de los ácidos amargos y la formación de sabores indeseables.

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Extractor ultrasónico UIP4000hdT para la extracción de alto rendimiento de productos botánicos, por ejemplo, para producir extractos de lúpulo.

Sonicator UIP4000hdT para la producción en línea de extractos de lúpulo de alta calidad

Extracción ultrasónica de terpenos del lúpulo: La extracción ultrasónica se realiza utilizando el Hielscher UP100H aislando cariofileno y otros terpenos de los conos de lúpulo.

Extracción ultrasónica de terpenos del lúpulo con UP100H

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Extractos ultrasónicos de lúpulo de espectro completo

Los extractos de lúpulo preparados por ultrasonidos son extractos de espectro completo, que ofrecen toda la gama de principios activos de los conos de lúpulo. Además de los alfaácidos a-cariofileno (humulona) y beta-cariofileno (humuleno), la extracción ultrasónica también libera otros terpenos como linalol y farneseno, así como otros fitoquímicos como polifenoles y flavonoides. Los extractos de espectro completo se valoran por su denominado efecto séquito.
Durante la extracción por ultrasonidos, los materiales vegetales, como el lúpulo y otras hierbas, se procesan a temperaturas suaves, limitando así la degradación térmica. La sonicación permite utilizar disolventes suaves, seguros y respetuosos con el medio ambiente. – evitar el uso de disolventes tóxicos.
La gran eficacia de la extracción por ultrasonidos permite incluso producir extractos de lúpulo a partir de lúpulo usado. El intenso proceso de extracción ultrasónica libera los fotocompuestos restantes del lúpulo usado y ayuda a agotar el lúpulo usado de todas las sustancias valiosas para que no se desperdicie ninguna sustancia bioactiva.

Ácidos amargos en el lúpulo

Los ácidos amargos del lúpulo se distinguen en α- y β-ácidos. Los α-ácidos amargos están formados por tres componentes principales: n-humulona, ad-humulona y co-humulona. Del mismo modo, los β-ácidos amargos se componen de n-lupulona, ad-lupulona y co-lupulona. Para las fábricas y la producción de cerveza, los α-ácidos son la forma ácida esencial. Al hervir los alfaácidos en condiciones de acidez débil, los alfaácidos se isomerizan y se transforman en iso-α-ácidos. Mediante la isomerización, los alfaácidos poco solubles en agua se convierten en una isoforma más soluble, que presenta el característico amargor organoléptico. Los β-ácidos, que son aún menos solubles en agua que los α-ácidos, son menos importantes para la producción de cerveza, ya que los beta-ácidos muestran una tasa de isomerización muy baja durante la ebullición del mosto.
Además de su uso como ingrediente aromatizante, el lúpulo también es conocido por sus propiedades beneficiosas para la salud, que incluyen efectos antioxidantes, sedantes, antiinflamatorios, anticancerígenos y estrogénicos. Por ejemplo, el xantohumol, un prenilflavonoide presente en el lúpulo, es conocido por sus potentes efectos antioxidantes. Estas sustancias naturales del lúpulo se utilizan en suplementos y medicamentos para mejorar la salud o tratar enfermedades.

Los compuestos bioactivos del lúpulo, como los alfaácidos alfa-cariofileno (humulona) y beta-cariofileno (humuleno), pueden extraerse eficazmente por sonicación.

conos de lúpulo

¿Por qué utilizar extractos de lúpulo?

Cuando se utilizan como ingrediente aromatizante, los extractos permiten una dosificación muy precisa del amargor y el aroma, ya que los extractos de lúpulo están estandarizados en cuanto a cantidades y composiciones específicas de ácidos alfa. Esto permite producir el mismo perfil de sabor y, por tanto, un producto de alta calidad que satisface continuamente las expectativas del cliente.
Cuando se utilizan como ingrediente activo en suplementos y medicamentos, los extractos de lúpulo ofrecen una cantidad altamente concentrada de sustancias bioactivas, por ejemplo, terpenos, flavonoides. De este modo, es posible ingerir una cantidad elevada del fotocompuesto activo para conseguir el efecto deseado.

Análisis por CG del extracto ultrasónico de óxido de cariofileno de yemas de lúpulo

Análisis por cromatografía de gases del extracto de lúpulo preparado con homogeneizador ultrasónico UP100H: óxido de β-cariofileno, α-cariofileno, α-pineno, micreno, limoneno, α-cariofileno y óxido de cariofileno y otros.

Extracción ultrasónica del lúpulo

La extracción con disolventes acelerada por ultrasonidos es un método sencillo, rápido y económico para la extracción de ácidos amargos del lúpulo. Al tratarse de un tratamiento a baja temperatura, la extracción ultrasónica del lúpulo proporciona altos rendimientos en un tiempo de proceso corto, lo que supone ventajas significativas en comparación con la extracción convencional de ácidos amargos del lúpulo.
Las principales ventajas de la extracción ultrasónica del lúpulo son las bajas temperaturas de procesamiento, los altos rendimientos, la calidad superior del extracto (es decir, extractos con todo el sabor y todo el espectro) y un tiempo de procesamiento muy corto.
extracción ultrasónica del lúpulo – Ventajas:

  • Extracción más completa
  • mayores rendimientos
  • Perfil aromático completo
  • Se conserva el aroma específico de la variedad
  • Amargor/sabor constante
  • Procesamiento por lotes y en línea
  • Seguro y fácil de manejar
  • Rentabilidad económica y rápida
La SonoStation de Hielscher Ultrasonics es una configuración de ultrasonidos fácil de usar para la escala de producción. (¡Haga clic para ampliar!)

SonoStation – un sistema de ultrasonidos con 2 ultrasonidos de 2 kW, un tanque agitado y una bomba – es un sistema de extracción fácil de usar.

 

En esta presentación le introducimos en la fabricación de extractos botánicos. Explicamos los retos que plantea la producción de extractos botánicos de alta calidad y cómo un sonicador puede ayudarle a superarlos. Esta presentación le mostrará cómo funciona la extracción por ultrasonidos. Aprenderá qué beneficios puede esperar utilizando un sonicador para la extracción y cómo puede implementar un extractor ultrasónico en su producción de extractos.

Extracción botánica por ultrasonidos - Cómo utilizar los sonicadores para extraer compuestos botánicos

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Extractores ultrasónicos de alto rendimiento

Hielscher Ultrasonics cuenta con una larga experiencia en el diseño, la fabricación y el suministro de extractores ultrasónicos de alto rendimiento para pequeñas y grandes escalas industriales a empresas de renombre e institutos de investigación de todo el mundo. La extracción por ultrasonidos puede realizarse a cualquier escala, desde pequeñas instalaciones de laboratorio hasta sistemas industriales a gran escala, lo que permite a los fabricantes adaptar su proceso de extracción de lúpulo a sus necesidades de producción.
Los ultrasonidos de Hielscher proporcionan ultrasonidos de alta potencia, son robustos y pueden funcionar sin problemas las 24 horas del día, los 7 días de la semana, bajo cargas pesadas. Esto convierte a los extractores ultrasónicos de Hielscher en el caballo de batalla de confianza de la industria alimentaria, farmacéutica y química.
Todos los procesadores ultrasónicos digitales están equipados con una pantalla táctil en color que permite ajustar y controlar los parámetros del proceso con facilidad y precisión. En la tarjeta SD integrada se registran automáticamente todos los parámetros del proceso en cuanto se enciende el extractor ultrasónico.
Célula de flujo UIP4000hdT para sonicación en línea a escala industrialEl sofisticado diseño de los equipos de sonicación en línea y por lotes de Hielscher ha sido ampliamente probado y optimizado para ofrecer facilidad de uso y resultados de alta calidad. Los reactores de celda de flujo están disponibles en varios tamaños y con diferentes geometrías. La amplia gama de sonotrodos (sondas ultrasónicas) con diversas formas, tamaños y longitudes, así como accesorios adicionales, permiten la configuración ideal de su sistema ultrasónico de acuerdo con su proceso de extracción y material vegetal.
Otra ventaja de Hielscher Ultrasonics’ de los procesadores ultrasónicos industriales es el suministro de amplitudes muy elevadas, de hasta 200µm, que pueden funcionar de forma sencilla y continua las 24 horas del día, los 7 días de la semana. Para amplitudes aún mayores, se dispone de sonotrodos ultrasónicos personalizados. El control preciso de la amplitud y la posibilidad de trabajar con amplitudes muy bajas o muy altas permiten un proceso óptimo y eficaz. La robustez de los equipos de ultrasonidos de Hielscher permite un funcionamiento ininterrumpido en entornos exigentes.
Extractores ultrasónicos de alto rendimiento Hielscher para extractos de calidad superior.
En la siguiente tabla encontrará algunas indicaciones sobre la capacidad de procesamiento aproximada de nuestros sonicadores:

Volumen del lote Tasa de flujo Dispositivos recomendados
1 a 500 mL 10 a 200 mL/min. UP100H
10 a 2000 mL 20 a 400 mL/min. UP200Ht, UP400St
0,1 a 20 L 0,2 a 4 L/min UIP2000hdT
10 a 100 L 2 a 10 L/min UIP4000hdT
n.a. 10 a 100 L/min UIP16000
n.a. mayor Grupo de UIP16000

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Hielscher Ultrasonics fabrica homogeneizadores ultrasónicos de alto rendimiento para dispersión, emulsificación y extracción celular.

Homogeneizadores ultrasónicos de alta potencia de laboratorio a piloto y Uso industrial escala.



Literatura/Referencias

  • Maša Knez Hrnčič; Eva Španinge; Iztok Jože Košir; Željko Knez; Urban Bre (2019): Compuestos del Lúpulo: Técnicas de extracción, análisis químicos, efectos antioxidantes, antimicrobianos y anticancerígenos. Nutrientes 2019, 11, 257.
  • Steffen Arctander (2019): Materiales de Perfume y Sabor de Origen Natural. Orchard Innovations; octubre de 2019.
  • Sánchez-Hernández E., Balduque-Gil J., González-García V., Barriuso-Vargas J.J., Casanova-Gascón J., Martín-Gil J., Martín-Ramos P. (2023): Perfiles fitoquímicos de extractos de flores y hojas de Sambucus nigra L. y su potencial antimicrobiano frente a patógenos del almendro. Revista Internacional de Ciencias Moleculares, 2023.

Información interesante

Compuestos bioactivos del lúpulo

La planta de lúpulo común humulus lupulus es rico en fotoquímicos, que se utilizan como ingredientes aromatizantes en alimentos y bebidas (por ejemplo, para amargar la cerveza), así como en perfumes y fragancias. En suplementos dietéticos y productos medicinales, los extractos de lúpulo se utilizan para mejorar la salud y curar o aliviar enfermedades. A continuación encontrará una descripción de los fito-compuestos más destacados del lúpulo:

Ácidos alfa

Los alfaácidos o humulonas son los compuestos químicos más importantes del lúpulo. Durante la cocción del mosto, las humulonas se isomerizan térmicamente en iso-alfa-ácidos o isohumulonas, responsables del sabor amargo de la cerveza.

Ácidos beta

El lúpulo contiene los llamados betaácidos o lupulonas. Estos compuestos se valoran sobre todo por su contribución aromática a la cerveza.

aceites esenciales

Los principales componentes de los aceites esenciales de lúpulo son hidrocarburos terpénicos compuestos por mirceno, humuleno y cariofileno. El mirceno confiere al lúpulo fresco su olor acre. El humuleno y sus productos de reacción oxidativa contribuyen al prominente aroma a lúpulo de la cerveza. Juntos, el mirceno, el humuleno y el cariofileno representan entre el 80 y el 90% del contenido total de los aceites esenciales del lúpulo.

flavonoides

El xantohumol es el principal flavonoide del lúpulo. Otros prenilflavonoides importantes y bien estudiados son la 8-prenilnaringenina y el isoxantohumol. Mientras que las propiedades y los efectos del xantohumol siguen siendo objeto de investigación, el prenilflavonoide 8-prenilnaringenina ya es conocido como un potente fitoestrógeno.

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