استخراج الكافيين بالموجات فوق الصوتية
استخدام الموجات فوق الصوتية هو وسيلة فعالة لاستخراج الكافيين والمركبات النشطة الأخرى من القهوة. تساعد أجهزة الموجات فوق الصوتية القوية في عملية الاستخراج مع زيادة العائد وتقصير وقت المعالجة.
تحسين استخراج الكافيين مع الموجات فوق الصوتية السلطة
نكهة القهوة وتأثيرات الكافيين هي شغف مشترك بين الملايين حول العالم لعدة قرون. بينما يبحث هواة القهوة والعلماء على حد سواء عن طرق لتعزيز استخراج الكافيين والمركبات النشطة بيولوجيا والنكهات من حبوب البن ، ظهرت تقنيات مبتكرة لإحداث ثورة في هذه العملية. ظهرت إحدى هذه الطرق ، وهي تسخير قوة الموجات فوق الصوتية ، كأداة واعدة لتحسين كفاءة استخراج الكافيين. Hielscher sonicators تسمح لاستخراج غلة أعلى من الكافيين وفتح أبعاد جديدة من النكهات ورائحة في مشروبات القهوة، والمضافات الغذائية ومقتطفات.
الموجات فوق الصوتية الصناعية UIP6000hdT لاستخراج الكافيين المستمر من حبوب البن
مزايا استخراج حبوب البن باستخدام Sonication
الكفاءة العالية وجودة استخراج القهوة الفائقة ليست سوى معيارين، مما يجعل استخدام صوتيات مسبار Hielscher أفضل طريقة لاستخراج مركبات الكافيين والقهوة من حبوب البن. فيما يلي أهم فوائد استخراج القهوة بالموجات فوق الصوتية المدرجة:
- كفاءة: تولد الصوتيات من نوع المسبار موجات فوق صوتية مكثفة يمكنها اختراق المواد الصلبة بشكل فعال. هذا يساعد على تحطيم بنية حبوب القهوة ويسهل استخراج الكافيين.
- تحكم دقيق: تسمح الصوتونات من نوع المسبار بالتحكم الدقيق في الطاقة فوق الصوتية ووقت التعرض. هذا التحكم ضروري لتجنب الإفراط في الاستخراج ، والذي يمكن أن يؤدي إلى نكهات غير مرغوب فيها ومرارة في مستخلص القهوة.
- سرعة: Sonication هي عملية سريعة ، ويمكن للصوتيات من نوع المسبار أن تقلل بشكل كبير من وقت الاستخراج مقارنة بالطرق التقليدية ، مما يجعل العملية أكثر كفاءة.
- التوحيد: يمكن أن توفر الموجات فوق الصوتية استخراجا أكثر اتساقا في جميع أنحاء مادة حبوب البن ، مما يضمن استخراج الكافيين بالتساوي.
- انخفاض استخدام المذيبات: غالبا ما يتطلب الاستخراج بالموجات فوق الصوتية مذيبا أقل مقارنة بالطرق التقليدية. هذا يمكن أن يكون صديقا للبيئة وفعالا من حيث التكلفة.
- الحفاظ على مركبات النكهة: يمكن تحسين صوتنة المسبار لاستخراج الكافيين بشكل انتقائي مع ترك مركبات النكهة الأخرى سليمة إلى حد كبير. هذا مهم للحفاظ على جودة وطعم مستخلص القهوة.
- قابلية التوسع: مع Hielscher Ultrasonics، يمكن توسيع نطاق عمليات استخراج بالموجات فوق الصوتية خطيا للتطبيقات الصناعية. وهذا يعني أن الجدوى وتحسين العملية يمكن أن يكونا على نطاق المختبر ومن ثم يخلو من المخاطر ويمكن توسيع نطاقهما بسهولة إلى إنتاجية الإنتاج.
مسبار بالموجات فوق الصوتية UP400St لاستخراج الكافيين بكفاءة من حبوب البن والشاي والكاكاو.
استخراج بالموجات فوق الصوتية من مركبات القهوة
الاستخراج بمساعدة الموجات فوق الصوتية هو طريقة شائعة تستخدم لعزل المواد النشطة بيولوجيا من المواد النباتية [Dong et al. 2010]. فيما يتعلق بحبوب البن ، قد يكون الكافيين والمركبات الفينولية المضادة للأكسدة أكثر المركبات قيمة للاستخراج بسبب تطبيقاتها الواسعة في صناعة الأدوية والأغذية. ولكن أيضا مركبات الفلافونويد وحمض الكلوروجينيك وحمض البروتوكاتيكويك هي مقتطفات تستخدم كإضافات.
باستخدام طرق الاستخراج التقليدية مثل استخراج السائل السائل في المذيبات ، تزداد كفاءة الاستخراج بشكل عام مع زيادة درجات حرارة الاستخراج. هذا يسبب في كثير من الأحيان الأضرار وفقدان الجودة من استخراج حيث تؤثر درجة الحرارة على استقرار المركبات الفينولية.
تم إثبات استخراج السائل الصلب بمساعدة الموجات فوق الصوتية كطريقة استخراج فعالة وموفرة للوقت. توفر قوى الموجات فوق الصوتية القوية للغاية الطاقة اللازمة للاستخراج ، بحيث تكون هناك حاجة إلى مذيبات أقل أو حتى معدومة. يمكن التحكم في درجة الحرارة بشكل جيد حيث يمكن تبريد مفاعل الدفعة الصوتية أو خلية التدفق بكفاءة (أو تسخينه إذا لزم الأمر).
نظرا لقوى الاستخراج المكثفة للموجات فوق الصوتية ، لا تزال القهوة المطحونة بالفعل (نفايات القهوة) مادة خام غنية بالمركبات القابلة للاستخراج. نظرا لأن مواد نفايات القهوة رخيصة ومتوفرة بكميات كبيرة ، فهي مادة خام مثالية لاستخراج المركبات النشطة المتبقية. على الرغم من أن محتوى الكافيين والمكونات الأخرى في نفايات القهوة أقل منه في مسحوق القهوة غير المستخدم ، إلا أنه لا تزال هناك كمية كبيرة قابلة للاستخراج. لإطلاق هذه المركبات من أرض القهوة ، يصبح التأثير الكامل على معلمات المعالجة مهما بشكل خاص. الموجات فوق الصوتية عالية الطاقة قادرة على استخراج كميات كبيرة من المركب النشط في غضون فترة معالجة قصيرة.
القهوة الخضراء هي حبوب البن غير المحمصة ، وهي غنية جدا بالكافيين. استخراج بالموجات فوق الصوتية والتخمير البارد هو تقنية ممتازة لإنتاج مستخلصات القهوة الخضراء والمشروبات الباردة!
مستخرج بالموجات فوق الصوتية UIP2000hdT لاستخراج المركبات النشطة بيولوجيا من حبوب البن
سونيكاتور عالية الطاقة لاستخراج القهوة
لضمان فهم أكثر سهولة لإجراء الاستخراج بمساعدة الموجات فوق الصوتية ، يجب شرح تأثير الموجات فوق الصوتية في السوائل.
الموجات فوق الصوتيه – أدخلت في السوائل – يسبب تأثيرات شديدة جدا محليا. عند صوتنة السوائل بكثافة عالية ، تؤدي الموجات الصوتية التي تنتشر في الوسائط السائلة إلى تناوب دورات الضغط العالي (الضغط) والضغط المنخفض (التخلخل) ، مع معدلات تعتمد على التردد. خلال دورة الضغط المنخفض ، تخلق الموجات فوق الصوتية عالية الكثافة فقاعات فراغ صغيرة أو فراغات في السائل. عندما تصل الفقاعات إلى حجم لم تعد قادرة على امتصاص الطاقة عنده ، فإنها تنهار بعنف خلال دورة الضغط العالي. وتسمى هذه الظاهرة التجويف الصوتي. أثناء الانفجار الداخلي ، يتم الوصول إلى درجات حرارة عالية جدا (حوالي 5000 كلفن) وضغوط (حوالي 2000 ضغط جوي) محليا. ينتج عن انفجار فقاعة التجويف أيضا نفاثات سائلة تصل سرعتها إلى 280 م / ث. [سوسليك 1998] من خلال هذه القوى المتطرفة يحدث انحلال الموجات فوق الصوتية ، وتتعطل جدران الخلايا ، ويتم استخراج المواد داخل الخلايا.
الاستخراج بمساعدة الموجات فوق الصوتية هو بديل غير مكلف وبسيط وفعال مقارنة بتقنيات الاستخراج التقليدية. تشمل المزايا الرئيسية للموجات فوق الصوتية في الاستخراج الصلب والسائل زيادة عائد الاستخراج والحركية الأسرع. الاستخراج بالموجات فوق الصوتية هو تقنية تستخدم بشكل متكرر لاستخراج المواد النباتية باستخدام المذيبات السائلة وقد ثبت لعملية استخراج سريعة وأكثر اكتمالا مقارنة بالطرق التقليدية لأن مساحة السطح بين المرحلة الصلبة والسائلة أكبر بكثير بسبب اضطراب الخلية وتشتت الجسيمات.
عن طريق استخدام صوتنة أيضا يمكن خفض درجة حرارة التشغيل ، مما يسمح باستخراج المكونات الحساسة لدرجة الحرارة. بالمقارنة مع تقنيات الاستخراج الجديدة الأخرى مثل الاستخراج بمساعدة الميكروويف ، فإن جهاز الموجات فوق الصوتية أرخص وتشغيله أسهل. علاوة على ذلك ، يمكن استخدام الاستخراج بمساعدة الموجات فوق الصوتية مع أي مذيب ، مثل استخراج Soxhlet ، لاستخراج مجموعة واسعة من المركبات الطبيعية. [وانغ وآخرون 2006]
ميزة كبيرة من الموجات فوق الصوتية هو التأثير على أهم معلمات المعالجة: السعة والوقت ودرجة الحرارة والضغط واللزوجة. وبالتالي ، يمكن تحسين عملية الاستخراج لضمان عدم تلف بنية المستخلصات.
استخراج الكافيين تحسين عن طريق Sonication
يمكن اعتبار الكافيين أكثر المنشطات استهلاكا. نظرا لأن الكافيين لا يستهلك فقط عن طريق شرب القهوة المخمرة ، يتم استخدام مستخلص الكافيين في الصناعة لعلاج المنتجات الأخرى التي تحتوي على الكافيين كمادة مضافة. وبالتالي يصبح من الممكن صنع قهوة أقوى أو صياغة مشروبات غازية (مثل الكولا) أو مشروبات الطاقة أو غيرها من الأطعمة (مثل الشوكولاتة).
لكن الكافيين لا يستخدم فقط كمادة مضافة في إنتاج الغذاء ، بل هو أيضا مركب نشط مهم في المستحضرات الصيدلانية. التطبيق الشائع لمستخلص الكافيين هو على سبيل المثال المزيج في أدوية الصداع والصداع النصفي أو في مسكنات الألم.
لاستخراج الكافيين ، قلويد الرئيسي في القهوة ، الموجات فوق الصوتية هي طريقة مناسبة. وجد وانغ وزملاؤه أن هناك حاجة إلى وقت استخراج قصير فقط للوصول إلى حالة مشبعة ، إذا تم استخدام الموجات فوق الصوتية. هذا يعني أن الموجات فوق الصوتية تقنية فعالة للغاية وموفرة للوقت للحصول على الكافيين. [وانغ وآخرون 2011]
الاستخراج المكثف للجزيئات العطرية ومركبات النكهة باستخدام Sonication
مركبات القهوة المتطايرة هي الجزء الأكثر قيمة من حبوب البن المحمصة وتضفي على القهوة نكهتها ورائحتها الفريدة. يمكن تحسين جودة القهوة القابلة للذوبان بشكل كبير عن طريق إضافة زيوت القهوة الممتصة بالرائحة إلى مسحوق القهوة.
أظهرت دراسة مقارنة ، تفحص استخراج المركبات الفينولية من الفراولة ، أن الاستخراج بالموجات فوق الصوتية يسبب تدهورا أقل للفينولات وهو عملية استخراج أسرع بكثير مقارنة بطرق الاستخراج الأخرى بما في ذلك السائل الصلب والمياه دون الحرجة والطريقة بمساعدة الميكروويف. [هيريرا وآخرون 2005]
تظهر الدراسة التي أجراها وانغ وزملاؤه أن الموجات فوق الصوتية منخفضة التردد وعالية الطاقة أكثر كفاءة لاستخراج نكهات القهوة. خاصة بالنسبة ل 4-Tridecanone و 2-Methoxy-3-Methylpyrazine ، وجدوا أن تقنية الاستخراج بالموجات فوق الصوتية أكثر سهولة وكفاءة للحصول على عوائد استخراج عالية جدا. علاوة على ذلك ، يظهر أنه يجب التحكم في درجة الحرارة لأن مكونات نكهة القهوة متقلبة للغاية في درجات الحرارة العالية. لقد حققوا نتائج استخراج جيدة في نطاق درجة الحرارة بين 35 ~ 65 °C تحت تشعيع بالموجات فوق الصوتية لفترة قصيرة نسبيا. [وانغ وآخرون 2011]
استخراج الشاي تحسين عن طريق Sonication
النتائج التي تحققت عن طريق الاستخراج بمساعدة الموجات فوق الصوتية هي أيضا مناسبة لاستخراج مركبات الشاي (مثل أوراق الشاي الأخضر). أظهرت دراسة أجراها Xia et al. وجود نسبة أعلى بكثير من بوليفينول الشاي والأحماض الأمينية والكافيين في دفعات الشاي المعالجة بالموجات فوق الصوتية مقارنة بتلك التي تم الحصول عليها عن طريق الاستخراج التقليدي. ينتج عن هذا نتائج محسنة خلال التقييم الحسي الذي تبين: كانت الجودة الحسية لتسريب الشاي مع الاستخراج بمساعدة الموجات فوق الصوتية أفضل من ضخ الشاي مع الاستخراج التقليدي. [شيا وآخرون 2005]
اقرأ المزيد عن شاي المشروب البارد بالموجات فوق الصوتية ودفعات الشاي البارد!
استخراج بالموجات فوق الصوتية من الأعشاب
الخلاصة: استخراج الكافيين بكفاءة عالية مع الموجات فوق الصوتية
الاستخراج بمساعدة الموجات فوق الصوتية هو وسيلة فعالة وموفرة للوقت ويمكن التحكم فيها لاستخراج المركبات النشطة من القهوة. المركبات الأكثر إثارة للاهتمام والقيمة هي الكافيين ، ومضادات الأكسدة مثل diterpenes الفينول (cafstol ، kahweol) ، وأحماض الأسكوربيك. المزايا الرئيسية للاستخراج بمساعدة الموجات فوق الصوتية هي استخراج ذات جودة ممتازة في غلة عالية. يتم تحقيق هذه الفوائد من استخراج بالموجات فوق الصوتية عن طريق التحسين والتحكم الدقيق في المعلمات استخراج بالموجات فوق الصوتية.
سونيكاتور عالية الأداء لاستخراج الكافيين
عندما يتعلق الأمر باستخراج الكافيين على أي نطاق معالجة، Hielscher Sonicators تقف كقمة الابتكار والكفاءة. سواء كنت منتجا حرفيا على نطاق صغير أو منشأة تصنيع صناعية واسعة النطاق ، تقدم صوتيات Hielscher حلا دقيقا وقويا لاستخراج الجوهر النقي للكافيين من مادة المصدر الخاصة بك.
- الدقة والاتساقتم تصميم صوتيات مسبار Hielscher لتوفير تحكم دقيق في عملية الاستخراج.: تضمن تقنيتهم الحديثة نتائج متسقة دفعة تلو الأخرى ، مما يسمح لك بالحفاظ على جودة وفعالية مستخلص الكافيين الخاص بك.
- قابلية التوسع: Hielscher يقدم مجموعة من الصوتيات مناسبة لمختلف موازين المعالجة. من نماذج الطاولة المدمجة للبحث والتطوير إلى الأنظمة الصناعية القوية القادرة على التعامل مع كميات كبيرة ، توفر Hielscher المرونة اللازمة لتلبية متطلبات الإنتاج الخاصة بك.
- كفاءة: مع صوتيات Hielscher ، يمكنك تقليل أوقات الاستخراج بشكل كبير مقارنة بالطرق التقليدية. تخلق الموجات فوق الصوتية الناتجة عن هذه الآلات قوى تجويف مكثفة ، وتكسر جدران الخلايا بسرعة وتطلق جزيئات الكافيين ، مما يؤدي إلى دورات معالجة أقصر.
- براعه: لا تقتصر صوتيات Hielscher على استخراج الكافيين وحده. صوتياتنا قابلة للتكيف مع مجموعة واسعة من التطبيقات في الصناعات الغذائية والصيدلانية ومستحضرات التجميل. سواء كنت تستخرج الكافيين من حبوب البن، أوراق الشاي، أو غيرها من المصادر النباتية، صوتيات Hielscher تقدم براعة لتناسب احتياجاتك.
Hielscher Ultrasonics هي شركة حاصلة على شهادة الأيزو وتركز بشكل خاص على الموجات فوق الصوتية عالية الأداء التي تتميز بأحدث التقنيات وسهولة الاستخدام. بطبيعة الحال، الموجات فوق الصوتية Hielscher هي CE المتوافقة وتلبية متطلبات UL، وكالة الفضاء الكندية وبنفايات.
يمنحك الجدول أدناه مؤشرا على قدرة المعالجة التقريبية لأجهزة الموجات فوق الصوتية لدينا:
| حجم الدفعة | معدل التدفق | الأجهزة الموصى بها |
|---|---|---|
| 0.5 إلى 1.5 مل | ن.أ. | VialTweeter | 1 إلى 500 مل | 10 إلى 200 مل / دقيقة | UP100H |
| 10 إلى 2000 مل | 20 إلى 400 مل / دقيقة | UP200Ht, UP400St |
| 0.1 إلى 20 لتر | 0.2 إلى 4 لتر / دقيقة | UIP2000hdT |
| 10 إلى 100 لتر | 2 إلى 10 لتر / دقيقة | UIP4000hdT |
| 15 إلى 150 لتر | 3 إلى 15 لتر / دقيقة | UIP6000hdT |
| ن.أ. | 10 إلى 100 لتر / دقيقة | UIP16000 |
| ن.أ. | أكبر | مجموعة من UIP16000 |
اتصل بنا! / اسألنا!
Hielscher Ultrasonics بتصنيع المجانسات بالموجات فوق الصوتية عالية الأداء لخلط التطبيقات، والتشتت، والاستحلاب والاستخراج على المختبر، التجريبية والصناعية النطاق.
أسئلة يتكرر طرحها عن استخراج القهوة
ما هي القهوة ومستخلص القهوة؟
القهوة - مصنوعة من حبوب البن المحمصة – هو مشروب شائع جدا يتم استهلاكه في جميع أنحاء العالم. إلى جانب تأثيرها الحيوي إذا تم استهلاكها كمشروب منبه ، فإن مركبات القهوة تهم الأغذية والأدوية (على سبيل المثال في مسكنات الألم) وصناعة مستحضرات التجميل كما تستخدم كإضافات قيمة في مختلف المنتجات. وهذا ينطبق بشكل خاص على الكافيين (1،3،7-تريميثيل زانثين) ومضادات الأكسدة المعروفة بآثارها الإيجابية على صحة الإنسان. تحتوي القهوة ، من بين أمور أخرى ، على ديتيربينات الفينول مثل الكافيستول والكاهويول ، وأحماض الأسكوربيك المعروفة بنشاطها المضاد للأكسدة. تشير الدراسات الوبائية إلى أن مكونات القهوة قد يكون لها تأثير وقائي على العديد من الأمراض المزمنة ، بما في ذلك داء السكري من النوع 2 ومرض الزهايمر ومرض باركنسون وأمراض الكبد مثل تليف الكبد وسرطان الخلايا الكبدية.
الموجات فوق الصوتية هي أداة معروفة ومثبتة للعديد من التطبيقات المختلفة في مختلف الصناعات. أحد أبرز وأنجح تطبيقات الموجات فوق الصوتية للطاقة هو استخراج المركبات النشطة بيولوجيا من النباتات. التجويف بالموجات فوق الصوتية يعطل الخلايا ويسبب بالتالي إطلاق المادة داخل الخلايا. بسبب هذه التأثيرات ، يعطي صوتنة عوائد استخراج أعلى وأكثر اكتمالا في غضون وقت معالجة قصير جدا. كتقنية معالجة غير حرارية ، يتم منع الجزيئات النشطة بيولوجيا من التدهور بسبب درجات الحرارة المرتفعة مما يؤدي إلى مستخلصات عالية الجودة.
هل مستخلص القهوة غني بالكافيين؟
نعم ، مستخلص القهوة يحتوي بشكل عام على نسبة عالية من الكافيين ، على الرغم من أن الكمية الدقيقة تعتمد على نوع الحبوب وطريقة الاستخراج المستخدمة. يميل مستخلص القهوة المستخرج بالموجات فوق الصوتية إلى أن يحتوي على نسبة عالية من الكافيين ، حيث تعزز هذه الطريقة كفاءة استخراج المركبات ، بما في ذلك الكافيين ، من حبوب البن.
ما هي المركبات النشطة بيولوجيا في مستخلص القهوة؟
تشمل المركبات النشطة بيولوجيا في مستخلص القهوة الكافيين وأحماض الكلوروجينيك والديتيربين (مثل الكافيستول والكاهويول) والتريجونيلين ومضادات الأكسدة المختلفة.
ما هي فوائد القهوة السوداء ومستخلص القهوة الخضراء؟
القهوة ومستخلص القهوة الخضراء لهما العديد من الفوائد المحتملة ، بما في ذلك تحسين اليقظة العقلية بسبب الكافيين ، والتأثيرات المضادة للأكسدة من أحماض الكلوروجينيك ، والدعم المحتمل لفقدان الوزن ، وتقليل مخاطر الإصابة بأمراض معينة مثل مرض السكري من النوع 2 ، والحماية من الأمراض التنكسية العصبية. مستخلص القهوة الخضراء ، على وجه الخصوص ، قد يكون له تأثير أكثر وضوحا على فقدان الوزن والنشاط المضاد للأكسدة بسبب ارتفاع محتوى حمض الكلوروجينيك.
ما الفرق بين القهوة السوداء وخلاصة القهوة الخضراء؟
القهوة السوداء مصنوعة من حبوب البن المحمصة ، والتي يتم طحنها وتخميرها لإنتاج المشروبات. تغير عملية التحميص التركيب الكيميائي للحبوب ، مما يقلل من محتواها من حمض الكلوروجينيك مع تعزيز النكهة والرائحة. مستخلص البن الأخضر ، من ناحية أخرى ، مشتق من حبوب البن الخضراء غير المحمصة ، الغنية بأحماض الكلوروجينيك ومضادات الأكسدة الأخرى. ويعتقد أن هذه المركبات تقدم فوائد صحية مختلفة، بما في ذلك فقدان الوزن وتقليل خطر الإصابة ببعض الأمراض المزمنة. على عكس القهوة السوداء ، لا يتم استهلاك مستخلص القهوة الخضراء عادة كمشروب ولكن كمكمل غذائي.
الأدب / المراجع
- Caballero Galván, Ashley; Restrepo, Daissy;Ortiz-Sánchez, Mariana; Cardona, Carlos Ariel (2018): Analysis of Extraction Kinetics of Bioactive Compounds from Spent Coffee Grounds (Coffea arábica). Waste and Biomass Valorization 9, 2018.
- Mohammad H. Zamanipoor, Bailina Yakufu, Ernest Tse, Adel Rezaeimotlagh, James M. Hook, Martin P. Bucknall, Donald S. Thomas, Francisco J. Trujillo (2020): Brewing coffee? – Ultra-sonication has clear beneficial effects on the extraction of key volatile aroma components and triglycerides. Ultrasonics Sonochemistry, Volume 60, 2020.
- Huamaní-Meléndez V.J., Darros-Barbosa R. (2018): High intensity ultrasound assisted decaffeination process of coffee beans in aqueous medium. Journal of Food Science and Technology, 55(12), 2018. 4901-4908.
- Suslick, K.S.: Kirk-Othmer Encyclopedia of Chemical Technology. 4th ed. J. Wiley & Sons: New York; 26, 1998. 517-541.
- Wang, Cheng-Chi; Sheu, Shane-Rong; Chou, Ya-Yen; Jang, Ming-Jyi; Yang, Li-Chen (2011): A novel optimized energy-saving extraction process on coffee. Thermal Science 15/1, 2011. 53-59.
Hielscher الفوق صوتيات بتصنيع الخالط بالموجات فوق الصوتية عالية الأداء من المختبر ل الحجم الصناعي.