Декофеинизация без разтворители с мощен ултразвук

• Конвенционалният процес на декофеинизация на кафе и чай изисква използването на токсични разтворители.
• Ултразвуковата декофеинизация е ефективен метод за интензификация, който позволява отстраняването на кофеина чрез екстракция на водна основа без използването на агресивни разтворители.
• Ултразвуковата декофеинизация е икономичен, ефективен и екологичен метод за производство на висококачествени безкофеинови продукти от кафе, чай и какао.

Декофеинизация чрез ултразвукова обработка

Кофеинът е водоразтворимо вещество, така че водата може да се използва за отстраняването му от кафе, чай и какао. Конвенционалните процеси на декофеинизация използват химично вещество като декофеинизиращ агент (например метиленхлорид, CO2 или етилацетат), за да ускорят процеса. Чрез използване на ултразвукова екстракция на водна основа в съчетание с активен въглен като декофеинизиращ агент се получава безкофеинов продукт от кафе, чай или какао чрез биологичен и щадящ околната среда процес.

Усилен чрез ултразвук процес Swiss Water Decaffeination

Декофеинизацията с помощта на ултразвук представлява интензификация на т.нар. процес Swiss water decaffeination .
Процесът на декофеинизация Swiss Water се основава на разтваряне и осмоза за отстраняване на кофеина от кафени зърна, чаени листа и какаови зърна.
Интегрирането на ултразвукови устройства със сонда в процеса на декофеинизация Swiss Water включва прилагане на ултразвукова обработка на определени етапи от процеса за подобряване на екстракцията на кофеин. Процесът на декофеинизация Swiss Water включва четири основни технологични стъпки. Макар че прилагането на ултразвук за по-ефективна декофеинизация може да варира в зависимост от конкретната конфигурация и оборудване, по-долу е представена обща схема на основните начини за интегриране на ултразвукови устройства със сонда за подобряване на процеса:

1. Етап на накисване: Първоначалната стъпка в процеса на декофеинизация Swiss Water включва накисване на зелени кафени зърна в гореща вода, за да се получи воден разтвор, обогатен с ароматни вещества. По време на този етап на накисване може да се използва ултразвуково устройство със сонда за прилагане на ултразвукова обработка, която улеснява екстракцията на кофеин от зърната. Ултразвуковата обработка е добре известна със способността си да интензифицира процесите на екстракция на биоактивни съединения като кофеин от растителни материали. Механичните сили на ултразвуковата / акустичната кавитация перфорират и разрушават клетките и подпомагат масопреноса. По този начин кофеинът се отстранява от зърната и се освобождава ефективно във водата. Благодарение на тези ефекти ултразвуковата обработка значително ускорява процеса на декофеинизация. Кофеинът, извлечен чрез ултразвук, е ценна добавка за храни и напитки, например енергийни напитки.
2. Етап на отстраняване на кофеина: След първоначалното накисване водата, обогатена с ароматни вещества и съдържаща кофеин, се отделя от кафените зърна. Тази вода обикновено преминава през филтри с активен въглен за отстраняване на кофеина. Размерът на порите на този филтър е подбран така, че да улавя само по-големите молекули на кофеина, като същевременно пропуска по-малките молекули на маслата и ароматните вещества. Това означава, че въгленовият филтър задържа кофеина, докато филтрираната вода съдържа всички по-малки биоактивни вещества, за които е известно, че придават на кафето, чая и какаото характерния им аромат и хранителна стойност.
3. Етап на реабсорбция: Декофеинизираните зърна, от които са отстранени кофеинът и молекулите на ароматните вещества, се изхвърлят. Безкофеиновата вода, обогатена с ароматни вещества и полифеноли (известна още като „екстракт от зелено кафе“), е изключително ценна и се използва за отстраняване на кофеина от нова партида кафени зърна, които все още съдържат кофеин.
   Тъй като тази вода е наситена с молекули на ароматни вещества и други биоактивни вещества, тези съединения не могат да се разтворят в новата партида кафени зърна. По този начин от кафените зърна във водата се освобождават само молекулите на кофеина – декофеинизация без отстраняване на аромата и други ценни фитохимични вещества. След като водата, обогатена с ароматни вещества, бъде освободена от кофеина, тя се използва повторно за извличане на кофеин от нова партида зелени кафени зърна. Този етап на реабсорбция също може да се подобри чрез ултразвукова обработка със сонда. Зелените зърна се накисват във водата, обогатена с ароматни вещества, и се прилага ултразвукова обработка за улесняване на екстракцията на кофеин. Ултразвуковата обработка подпомага проникването на водата в зърната, като подобрява ефективността на екстракцията и намалява времето за извличане.
4. Повторна реабсорбция и сушене: Стъпките на реабсорбция и ултразвукова обработка могат да се повтарят многократно до постигане на желаното ниво на декофеинизация. След последната реабсорбция декофеинизираните кафени зърна обикновено се изсушават, а водата, обогатена с ароматни вещества, е готова за повторна употреба в следващата партида.

Изследване на ултразвуковата декофеинизация на кафени зърна

Изследването на Huamaní-Meléndez и Darros-Barbosa (2018) има за цел да проучи влиянието на интензитета на ултразвука, импулса и температурата върху екстракцията на кофеин от кафени зърна арабика във водна среда. Изследователите използват ултразвуковата сонда с висок интензитет Hielscher UP400S (400 вата; вижте изображението вляво) и провеждат експерименти при различни интензитети, продължителности на импулса и температури. Те установяват, че увеличаването на интензитета на ултразвука и продължителността на импулса води до по-висока скорост на екстракция на кофеин, но само до определена граница, след която по-нататъшното увеличение не подобрява значително екстракцията. Установено е, че оптималните условия за екстракция на кофеин са интензитет на ултразвука 75 W/cm2, продължителност на импулса 5 sec и температура 25°C. Изследването предоставя конкретен протокол за използване на ултразвук за извличане на кофеин от кафени зърна и показва, че този метод би могъл да бъде ефективна и щадяща околната среда алтернатива на традиционните процеси на декофеинизация.

Високопроизводителни ултразвукови устройства за декофеинизация без разтворители

Hielscher Ultrasonics ви предлага високопроизводителни ултразвукови устройства за щадящи, но високоефективни процеси на екстракция и декофеинизация. С ултразвукова мощност от 50 до 16 000 вата на устройство, гамата ултразвукови устройства на Hielscher включва идеалното устройство за вашия процес на приготвяне и декофеинизация на кафе!
Като производител и консултант с дългогодишен опит в ултразвуковите устройства с висока мощност и тяхното приложение, Hielscher е вашият партньор за процеси на екстракция с помощта на ултразвук. Ултразвуковите процесори на Hielscher са инсталирани по целия свят за приложения в хранително-вкусовата промишленост и производството на напитки, фармацевтичната и химическата промишленост.
Ние не само доставяме ултразвукови екстрактори с висока мощност, но и подпомагаме нашите клиенти със задълбочените си знания. Обслужването на клиентите обхваща консултации и проучвания за осъществимост, оптимизация на процесите и пилотно оборудване, както и инсталиране на ултразвукови системи в промишлен мащаб.
Предлагайки широка гама ултразвукови процесори и принадлежности (като сонотроди, проточни клетки и реактори), можем да ви препоръчаме най-подходящата система, която отговаря на изискванията за капацитета и условията на вашия процес. Инсталирането и дооборудването на съществуващи технологични линии могат да се извършат лесно, тъй като нашите ултразвукови екстрактори могат да се интегрират без значителни модификации.
Нашите добре обучени технологични консултанти, химици и инженери насочват клиентите ни към успешно инсталиране и експлоатация. Оборудването на Hielscher се отличава с изключителна здравина и изисква съвсем малко поддръжка. За обучение за работа, първоначално въвеждане в експлоатация и сервизна поддръжка разполагаме с добре обучен екип, който подпомага нашите клиенти.