Ultraljudsextraktion av kapsaicin från starka chilipepparfrukter

• Kapsaicin är det huvudsakliga smak- och hettaämnet i starka pepparfrukter, även kallade chili.
• För att framställa högkvalitativt kapsaicin som aromatiskt smakämne och medicinsk ingrediens krävs en effektiv men skonsam extraktionsteknik för att förhindra nedbrytning.
• Ultraljudsextraktion är en skonsam mekanisk extraktionsmetod som ger höga utbyten av kapsaicin på mycket kort extraktionstid.

Högpresterande ultraljud för högkvalitativa kapsaicinextrakt

Ultraljudsextraktion av kapsaicinoider från starka chilipepparfrukter (t.ex. Capsicum frutescens) förbättrar extraktionsutbytet avsevärt. Högeffektultraljud främjar perforering och sönderdelning av cellväggarna samt svällning och hydratisering genom att pressa in lösningsmedlet i växtcellerna. Detta leder till ökad massöverföring av de intracellulära ämnena (inklusive kapsaicinoider) från växtcellerna till lösningsmedlet.
Som en rent mekanisk, icke-termisk bearbetningsteknik förhindrar ultraljudsextraktion termisk nedbrytning av värmelabila föreningar. Ultraljudskavitation intensifierar extraktionsprocessen och ger höga utbyten av extrakt av överlägsen kvalitet. Investerings- och driftskostnaderna för utrustning för ultraljudsextraktion är relativt låga och möjliggör snabb avkastning på investeringen.

Ultraljudsextraktion av kapsaicinoider – satsvis eller med kontinuerligt flöde

Satsvis: Ultraljudsextraktionsprocesser kan utföras som enkla satsprocesser eller som inlinebehandling, där mediet kontinuerligt matas genom en ultraljudsreaktor för genomflöde.
Satsvis bearbetning är ett enkelt förfarande där extraktionen utförs sats för sats. Hielscher Ultrasonics erbjuder ultraljudsprocessorer för små till stora satser, dvs. 1L till 120L.
För bearbetning av satser på 5 till 10L rekommenderar vi UP400ST med sonotroden S24d22L2D. (se bilden till vänster)
För bearbetning av satser på cirka 120L rekommenderar vi UIP2000hdT med sonotroden RS4d40L4. (se bilden uppe till höger)

Genomflöde: För större volymer och fullskalig kommersiell kapsaicinextraktion matas en kontinuerlig vätskeström som innehåller starka chiliflingor genom en ultraljudsreaktor, där suspensionen av lösningsmedel och växtmaterial behandlas intensivt med ultraljud.
För ett volymflöde på cirka 8L/min. rekommenderar vi UIP4000hdT med sonotroden RS4d40L3 och den trycksättningsbara flödescellen FC130L4-3G0.

Fallstudie av ultraljudsextraktion av kapsaicin

Olguín-Rojas et al. (2019) rapporterar isolering av kapsaicinoider med ett utbyte högre än 96% från tre sorter av Capsicum chinense Jacq. (pepparfrukterna ‘Bode’, ‘Habanero’ och ‘Habanero Roxo’). De använde Hielschers ultraljudsapparat med sond UP200S (200 W, 24 kHz) med provet nedsänkt i ett temperaturreglerat vattenbad. Ett prov på 0,25g av Capsicum chinense fick vara i kontakt med 25mL metanol i 10 minuter och överfördes sedan till vattenbadet vid 50ºC, med en utgångsamplitud på 200 W och en arbetscykel på 0,5sec. Därefter filtrerades extrakten genom ett sprutfilter av nylon och analyserades med kromatografi. Vid analysen påvisades alla fem huvudsakliga kapsaicinoider (n-DHC, C, DHC, h-C och h-DHC). Ultraljudsextraktion ger ett fullspektrumextrakt med en bred smakprofil.

Sganzerla et al. (2014) fann att ultraljudsextraktion är en utmärkt metod för kvantitativ och reproducerbar extraktion av kapsaicinoider från chilipepparfrukter med metanol som lösningsmedel. Tack vare sin enkelhet och effektivitet kan ultraljudsextraktion användas för snabb rutinanalys av kapsaicinoider i chilipepparfrukter.

Utrustning för ultraljudsextraktion

Hielscher Ultrasonics är specialiserat på tillverkning av högpresterande ultraljudsprocessorer för framställning av högkvalitativa extrakt från växtmaterial.

Det breda produktsortimentet från Hielscher Ultarsonics sträcker sig från kompakta, kraftfulla ultraljudsapparater för laboratorier till robusta bänksystem och helt industriella system som levererar högintensivt ultraljud för effektiv extraktion och isolering av bioaktiva ämnen (t.ex. kvercetin, koffein, kurkumin, terpener osv.). Alla digitala ultraljudsapparater från 200W till 16 000W har en intuitiv meny med programmerbara inställningar, en pekskärm i färg för digital styrning, ett integrerat SD-kort för automatisk dataregistrering, fjärrstyrning via webbläsare och många fler användarvänliga funktioner. Sonotroderna och flödescellerna (de delar som kommer i kontakt med mediet) kan autoklaveras och är lätta att rengöra. Alla våra ultraljudsapparater är byggda för drift dygnet runt, kräver lite underhåll och är enkla och säkra att använda.
En digital färgskärm möjliggör användarvänlig styrning av ultraljudsapparaten. Våra system kan leverera allt från låga till mycket höga amplituder. För extraktion av polyfenoler och andra bioaktiva fytokemikalier såsom kapsaicinoider erbjuder vi särskilda ultraljudssonotroder (även kallade ultraljudssonder eller horn) som är optimerade för skonsam isolering av högkvalitativa aktiva ämnen. Hielschers robusta ultraljudsutrustning möjliggör drift dygnet runt under hög belastning och i krävande miljöer.
Den precisa styrningen av ultraljudsprocessens parametrar säkerställer reproducerbarhet och processtandardisering.

Tabellen nedan ger en uppfattning om våra ultraljudsapparaters ungefärliga bearbetningskapacitet: