Dekofeinizacija bez otapala pomoću snažnog ultrazvuka

• Konvencionalni proces dekofeinizacije kafe i čaja zahtijeva upotrebu toksičnih otapala.
• Ultrazvučna dekofeinizacija je učinkovita metoda intenzifikacije koja omogućava uklanjanje kofeina u postupku ekstrakcije na bazi vode bez upotrebe agresivnih otapala.
• Ultrazvučna dekofeinizacija je ekonomična, učinkovita i zelena metoda za proizvodnju visokokvalitetnih dekofeiniziranih proizvoda od kafe, čaja i kakaa.

Dekofeinizacija ultrazvučnom obradom

Kofein je tvar topiva u vodi, pa se voda može koristiti za uklanjanje kofeina iz kafe, čaja i kakaa. Konvencionalni procesi dekofeinizacije koriste kemikaliju kao sredstvo za dekofeinizaciju (kao što su metilen-klorid, CO2 ili etil-acetat) kako bi ubrzali proces. Korištenjem ultrazvučne ekstrakcije na bazi vode u kombinaciji s aktivnim ugljenom kao sredstvom za dekofeinizaciju priprema se dekofeinizirani proizvod od kafe, čaja ili kakaa u organskom i ekološki prihvatljivom procesu.

Ultrazvučno intenzivirana Swiss Water Decaffeination

Ultrazvučno potpomognuta dekofeinizacija je proces intenzifikacije takozvane Swiss water decaffeination .
Proces švicarske dekofeinizacije vodom funkcionira na osnovi otapanja i osmoze radi uklanjanja kofeina iz zrna kafe, listova čaja i zrna kakaa.
Ugradnja ultrazvučnih uređaja sondnog tipa u proces švicarske dekofeinizacije vodom podrazumijeva primjenu ultrazvučne obrade (sonikacije) u određenim fazama procesa radi poboljšanja ekstrakcije kofeina. Proces švicarske dekofeinizacije vodom obuhvata četiri glavna koraka. Iako se primjena ultrazvuka za učinkovitiju dekofeinizaciju može razlikovati ovisno o konkretnoj postavci i opremi, u nastavku je opći pregled načina na koji se ultrazvučni uređaji sondnog tipa uglavnom integriraju radi poboljšanja procesa:

1. Faza močenja: Prvi korak u procesu švicarske dekofeinizacije vodom podrazumijeva močenje zelenih zrna kafe u vrućoj vodi kako bi se dobila vodena otopina zasićena aromom. Tokom ove faze močenja može se koristiti ultrazvučni uređaj sondnog tipa za primjenu ultrazvučne obrade (sonikacije) kako bi se olakšala ekstrakcija kofeina iz zrna. Ultrazvučna obrada je poznata po svojoj sposobnosti intenziviranja procesa ekstrakcije bioaktivnih spojeva, kao što je kofein, iz biljnih materijala. Mehaničke sile ultrazvučne / akustične kavitacije perforiraju i razaraju ćelije te potiču prijenos mase. Na taj se način kofein uklanja iz zrna i učinkovito oslobađa u vodu. Zbog ovih učinaka ultrazvučna obrada značajno ubrzava proces dekofeinizacije. Ultrazvučno ekstrahirani kofein je vrijedan aditiv za hranu i pića, npr. energetska pića.
2. Faza uklanjanja kofeina: Nakon početnog močenja, voda zasićena aromom koja sadrži kofein odvaja se od zrna kafe. Ta se voda obično propušta kroz filtere s aktivnim ugljenom radi uklanjanja kofeina. Poroznost ovog filtera je dimenzionirana tako da zadrži samo veće molekule kofeina, dok manjim molekulama ulja i arome omogućava prolaz. To znači da ugljeni filter zadržava kofein, dok filtrirana voda sadrži sve manje bioaktivne tvari, za koje je poznato da kafi, čaju i kakau daju karakterističnu aromu i nutritivnu vrijednost.
3. Faza reapsorpcije: Dekofeinizirana zrna, iz kojih su uklonjeni kofein i molekule arome, odbacuju se. Voda bez kofeina, obogaćena aromom i polifenolima (poznata i kao „Green Coffee Extract“), vrlo je vrijedna i koristi se za uklanjanje kofeina iz svježe šarže zrna kafe koja još sadrže kofein.
   Budući da je ova voda zasićena molekulama arome i drugim bioaktivnim tvarima, ti se spojevi ne mogu otopiti u svježoj šarži zrna kafe. Na taj se način iz zrna kafe u vodu oslobađaju samo molekule kofeina te dekofeinizacija bez uklanjanja arome i drugih vrijednih fitokemikalija. Kada voda zasićena aromom postane bez kofeina, ponovo se koristi za ekstrakciju kofeina iz nove šarže zelenih zrna kafe. Ova faza reapsorpcije opet može imati koristi od primjene ultrazvučne obrade sondnog tipa. Zelena zrna se moče u vodi zasićenoj aromom, a ultrazvučna obrada se primjenjuje kako bi se olakšala ekstrakcija kofeina. Sonikacija pomaže poboljšati prodiranje vode u zrna, čime se povećava učinkovitost ekstrakcije i skraćuje vrijeme ekstrakcije.
4. Ponovljena reapsorpcija i sušenje: Koraci reapsorpcije i ultrazvučne obrade (sonikacije) mogu se ponavljati više puta dok se ne postigne željeni nivo dekofeinizacije. Nakon završne reapsorpcije dekofeinizirana zrna kafe obično se suše, a voda zasićena aromom spremna je za ponovnu upotrebu u sljedećoj šarži.

Studija slučaja ultrazvučne dekofeinizacije zrna kafe

Studija autora Huamaní-Meléndez i Darros-Barbosa (2018) imala je za cilj istražiti učinak intenziteta ultrazvuka, pulsa i temperature na ekstrakciju kofeina iz zrna kafe arabike korištenjem vodenog medija. Istraživači su koristili Hielscher ultrazvučnu sondu visokog intenziteta UP400S (400 vati; vidi sliku lijevo) i proveli eksperimente pri različitim intenzitetima, trajanjima pulsa i temperaturama. Utvrdili su da povećanje intenziteta ultrazvuka i trajanja pulsa dovodi do veće stope ekstrakcije kofeina, ali samo do određene tačke, nakon koje daljnja povećanja nisu značajno poboljšala ekstrakciju. Optimalni uvjeti za ekstrakciju kofeina utvrđeni su kao intenzitet ultrazvuka od 75 W/cm2, trajanje pulsa od 5 sec i temperatura od 25°C. Studija daje konkretan protokol za primjenu ultrazvuka za ekstrakciju kofeina iz zrna kafe i sugeriše da bi ova metoda mogla biti učinkovita i ekološki prihvatljiva alternativa tradicionalnim procesima dekofeinizacije.

Visokoučinkoviti ultrazvučni uređaji za dekofeinizaciju bez otapala

Hielscher Ultrasonics vam nudi visokoučinkovite ultrazvučne uređaje za blage, a ipak vrlo djelotvorne procese ekstrakcije i dekofeinizacije. Uz snagu ultrazvuka od 50 do 16.000 vati po ultrazvučnom uređaju, Hielscher portfelj ultrazvučnih uređaja ima idealan ultrazvučni uređaj za vaš proces kuhanja kafe i dekofeinizacije!
Kao dugogodišnji iskusni proizvođač i konsultant za ultrazvučne uređaje velike snage i njihovu primjenu, Hielscher je vaš partner za procese ekstrakcije potpomognute ultrazvukom. Hielscher ultrazvučni procesori instalirani su širom svijeta za primjene u industriji hrane i pića, farmaceutskoj i hemijskoj industriji.
Ne isporučujemo samo ultrazvučne ekstraktore velike snage, nego našim klijentima pomažemo i svojim dubokim znanjem. Naša korisnička usluga kreće se od konsultacija i studija izvodljivosti preko optimizacije procesa i pilot opreme do instalacije ultrazvučnih sistema u industrijskim razmjerima.
Nudeći široku paletu ultrazvučnih procesora i pribora (kao što su sonotrode, protočne ćelije i reaktori), možemo vam preporučiti najprikladniji sistem koji ispunjava zahtjeve vašeg procesnog kapaciteta i uvjeta. Instalacija i naknadna ugradnja u postojeće procesne linije mogu se lako izvesti jer se naši ultrazvučni ekstraktori mogu integrirati bez velikih preinaka.
Naše dobro obučeno osoblje procesnih konsultanata, hemičara i inženjera vodi naše klijente prema uspješnoj instalaciji i radu. Hielscher oprema ima izuzetnu robusnost i zahtijeva samo vrlo malo održavanja. Za obuku za rad, prvo puštanje u rad i usluge održavanja imamo dobro obučen tim koji pomaže našim klijentima.