Dekofeinace bez rozpouštědel pomocí výkonového ultrazvuku

• Konvenční proces dekofeinace kávy a čaje vyžaduje použití toxických rozpouštědel.
• Ultrazvuková dekofeinace je účinná intenzifikační metoda, která umožňuje odstranit kofein ve vodném extrakčním postupu bez použití agresivních rozpouštědel.
• Ultrazvuková dekofeinace je ekonomická, účinná a ekologická metoda výroby vysoce kvalitních bezkofeinových produktů z kávy, čaje a kakaa.

Dekofeinace pomocí sonikace

Kofein je ve vodě rozpustná látka, takže k odstranění kofeinu z kávy, čaje a kakaa lze použít vodu. Konvenční procesy dekofeinace využívají k urychlení procesu jako dekofeinační činidlo chemickou látku (například methylenchlorid, CO2 nebo ethylacetát). Při použití ultrazvukové vodné extrakce v kombinaci s aktivním uhlím jako dekofeinačním činidlem se bezkofeinová káva, čaj nebo kakaový produkt připravuje v organickém procesu šetrném k životnímu prostředí.

Ultrazvukem intenzifikovaná Swiss Water Decaffeination

Ultrazvukem asistovaná dekofeinace je procesem intenzifikace tzv. Swiss water decaffeination .
Proces dekofeinace Swiss Water funguje na principu rozpouštění a osmózy, díky nimž se odstraňuje kofein z kávových zrn, čajových lístků a kakaových bobů.
Integrace sondových sonikátorů do procesu dekofeinace Swiss Water spočívá v zařazení sonikace do určitých fází procesu za účelem zlepšení extrakce kofeinu. Proces dekofeinace Swiss Water zahrnuje čtyři hlavní procesní kroky. Přestože se implementace ultrazvuku pro účinnější dekofeinaci může lišit v závislosti na konkrétním uspořádání a vybavení, uvádíme zde obecný přehled toho, jak se sondové sonikátory pro zlepšení procesu převážně integrují:

1. Fáze máčení: Prvním krokem procesu dekofeinace Swiss Water je máčení zelených kávových zrn v horké vodě, čímž vzniká vodný roztok obohacený chuťovými látkami. Během této fáze máčení lze použít sondový sonikátor k aplikaci sonikace, která usnadňuje extrakci kofeinu ze zrn. Sonikace je dobře známá svou schopností intenzifikovat extrakční procesy bioaktivních látek, jako je kofein, z rostlinných materiálů. Mechanické síly ultrazvukové / akustické kavitace perforují a narušují buňky a podporují přenos hmoty. Kofein se tak odstraňuje ze zrn a účinně uvolňuje do vody. Díky těmto účinkům sonikace proces dekofeinace výrazně urychluje. Ultrazvukem extrahovaný kofein je cennou přísadou do potravin a nápojů, např. energetických nápojů.
2. Fáze odstranění kofeinu: Po počátečním máčení se voda obohacená chuťovými látkami, která obsahuje kofein, oddělí od kávových zrn. Tato voda se obvykle vede přes filtry s aktivním uhlím, které kofein odstraní. Porozita tohoto filtru je dimenzována tak, aby zachycovala pouze větší molekuly kofeinu a menší molekuly olejů a chuťových látek propouštěla. To znamená, že uhlíkový filtr zadržuje kofein, zatímco přefiltrovaná voda obsahuje všechny menší bioaktivní látky, o nichž je známo, že dávají kávě, čaji a kakau jejich charakteristické aroma a nutriční hodnotu.
3. Fáze reabsorpce: Dekofeinovaná zrna, která byla zbavena kofeinu i molekul chuťových látek, se vyřadí. Voda bez kofeinu obohacená chuťovými látkami a polyfenoly (známá také jako „extrakt ze zelené kávy“) je vysoce cenná a používá se k odstranění kofeinu z nové dávky kávových zrn, která ještě obsahují kofein.
   Protože je tato voda nasycena molekulami chuťových látek a dalšími bioaktivními látkami, nemohou se tyto sloučeniny v nové dávce kávových zrn rozpouštět. Z kávových zrn se tak do vody uvolňují pouze molekuly kofeinu a dochází k dekofeinaci bez odstranění aroma a dalších cenných fytochemikálií. Jakmile je voda obohacená chuťovými látkami zbavena kofeinu, znovu se použije k extrakci kofeinu z nové dávky zelených kávových zrn. Tato fáze reabsorpce může opět těžit z použití sondové sonikace. Zelená zrna se máčí ve vodě obohacené chuťovými látkami a aplikuje se sonikace, která usnadňuje extrakci kofeinu. Sonikace pomáhá zlepšit pronikání vody do zrn, čímž zvyšuje účinnost extrakce a zkracuje dobu extrakce.
4. Opakovaná reabsorpce a sušení: Kroky reabsorpce a sonikace lze opakovat vícekrát, dokud není dosaženo požadované úrovně dekofeinace. Po poslední reabsorpci se dekofeinovaná kávová zrna obvykle suší a voda obohacená chuťovými látkami je připravena k opětovnému použití v další dávce.

Případová studie ultrazvukové dekofeinace kávových zrn

Studie autorů Huamaní-Meléndez a Darros-Barbosa (2018) si kladla za cíl prozkoumat vliv intenzity ultrazvuku, pulzu a teploty na extrakci kofeinu ze zrn kávy arabika ve vodném prostředí. Výzkumníci použili vysoce intenzivní ultrazvukovou sondu Hielscher UP400S (400 wattů; viz obrázek vlevo) a prováděli experimenty při různých intenzitách, délkách pulzu a teplotách. Zjistili, že zvyšování intenzity ultrazvuku a délky pulzu vedlo k vyšší rychlosti extrakce kofeinu, avšak pouze do určitého bodu, po jehož překročení již další zvyšování extrakci významně nezlepšilo. Jako optimální podmínky pro extrakci kofeinu byly stanoveny intenzita ultrazvuku 75 W/cm2, délka pulzu 5 s a teplota 25°C. Studie poskytuje konkrétní protokol pro použití ultrazvuku k extrakci kofeinu z kávových zrn a naznačuje, že tato metoda by mohla být účinnou a k životnímu prostředí šetrnou alternativou k tradičním procesům dekofeinace.

Vysoce výkonné sonikátory pro dekofeinaci bez rozpouštědel

Hielscher Ultrasonics Vám dodává vysoce výkonné sonikátory pro šetrné, a přesto vysoce účinné procesy extrakce a dekofeinace. S ultrazvukovým výkonem od 50 do 16 000 wattů na sonikátor nabízí portfolio sonikátorů Hielscher ideální sonikátor pro Váš proces přípravy kávy a dekofeinace!
Jako dlouholetý zkušený výrobce a konzultant v oblasti vysoce výkonných sonikátorů a jejich aplikací je Hielscher Vaším partnerem pro ultrazvukem asistované extrakční procesy. Ultrazvukové procesory Hielscher jsou instalovány po celém světě pro aplikace v potravinářském a nápojovém, farmaceutickém a chemickém průmyslu.
Nejenže dodáváme vysoce výkonné ultrazvukové extraktory, ale našim zákazníkům pomáháme také svými hlubokými znalostmi. Naše služby zákazníkům sahají od konzultací a studií proveditelnosti přes optimalizaci procesů a pilotní zařízení až po instalaci ultrazvukových systémů v průmyslovém měřítku.
Díky široké nabídce ultrazvukových procesorů a příslušenství (jako jsou sonotrody, průtokové cely a reaktory) Vám můžeme doporučit nejvhodnější systém, který splní požadavky Vaší procesní kapacity a podmínek. Instalace a dodatečná montáž do stávajících výrobních linek je snadná, protože naše ultrazvukové extraktory lze integrovat bez velkých úprav.
Náš dobře vyškolený tým procesních konzultantů, chemiků a inženýrů provází naše zákazníky k úspěšné instalaci a provozu. Zařízení Hielscher se vyznačuje mimořádnou robustností a vyžaduje jen velmi nízkou údržbu. Pro provozní školení, první uvedení do provozu a servisní údržbu máme dobře vyškolený tým, který našim zákazníkům pomáhá.