Dekoffeinering uden opløsningsmidler med højintensiv ultralyd

• Den konventionelle dekoffeineringsproces for kaffe og te kræver brug af giftige opløsningsmidler.
• Dekoffeinering med ultralyd er en effektiv metode til procesintensivering, som gør det muligt at fjerne koffein i en vandbaseret ekstraktionsproces uden brug af aggressive opløsningsmidler.
• Dekoffeinering med ultralyd er en økonomisk, effektiv og grøn metode til fremstilling af koffeinfrie kaffe-, te- og kakaoprodukter af høj kvalitet.

Dekoffeinering med sonikering

Koffein er et vandopløseligt stof, så vand kan bruges til at fjerne koffein fra kaffe, te og kakao. Konventionelle dekoffeineringsprocesser anvender et kemikalie som dekoffeineringsmiddel (såsom methylenchlorid, CO2 eller ethylacetat) til at fremskynde processen. Ved at anvende vandbaseret ekstraktion med ultralyd i kombination med aktivt kul som dekoffeineringsmiddel fremstilles et koffeinfrit kaffe-, te- eller kakaoprodukt i en økologisk og miljøskånsom proces.

Ultralydsintensiveret Swiss Water Decaffeination

Ultralydsassisteret dekoffeinering er en intensivering af den såkaldte Swiss water decaffeination .
Swiss Water-dekoffeineringsprocessen bygger på opløsning og osmose for at fjerne koffein fra kaffebønner, teblade og kakaobønner.
Integration af ultralydsapparater med sonde i Swiss Water-dekoffeineringsprocessen indebærer, at sonikering indarbejdes i bestemte trin af processen for at forbedre koffeinekstraktionen. Swiss Water-dekoffeineringsprocessen omfatter fire hovedtrin. Selvom anvendelsen af ultralyd til mere effektiv dekoffeinering kan variere afhængigt af den specifikke opstilling og det anvendte udstyr, følger her en generel oversigt over, hvordan ultralydsapparater med sonde primært integreres for at forbedre processen:

1. Iblødsætningstrin: Det første trin i Swiss Water-dekoffeineringsprocessen omfatter iblødsætning af grønne kaffebønner i varmt vand for at skabe en vandig opløsning beriget med smagsstoffer. Under dette iblødsætningstrin kan et ultralydsapparat med sonde bruges til sonikering for at lette ekstraktionen af koffein fra bønnerne. Sonikering er velkendt for sin evne til at intensivere ekstraktionen af bioaktive forbindelser såsom koffein fra plantematerialer. De mekaniske kræfter fra ultralydskavitation / akustisk kavitation perforerer og nedbryder celler og fremmer masseoverførslen. Derved fjernes koffein fra bønnerne og frigives effektivt til vandet. På grund af disse virkninger fremskynder sonikering dekoffeineringsprocessen betydeligt. Det koffein, der ekstraheres med ultralyd, er et værdifuldt tilsætningsstof til fødevarer og drikkevarer, f.eks. energidrikke.
2. Trin til fjernelse af koffein: Efter den indledende iblødsætning adskilles det smagsberigede vand, som indeholder koffein, fra kaffebønnerne. Dette vand ledes typisk gennem filtre med aktivt kul for at fjerne koffeinen. Dette filters porøsitet er dimensioneret til kun at opfange større koffeinmolekyler, mens mindre olie- og smagsmolekyler kan passere igennem. Det betyder, at kulfilteret tilbageholder koffeinen, mens det filtrerede vand indeholder alle de mindre bioaktive stoffer, som er kendt for at give kaffe, te og kakao deres karakteristiske aroma og næringsværdi.
3. Reabsorptionstrin: De dekoffeinerede bønner, som er blevet tømt for koffein og smagsmolekyler, kasseres. Det koffeinfrie vand, som er beriget med smagsstoffer og polyfenoler (også kendt som “Green Coffee Extract”), er meget værdifuldt og bruges til at fjerne koffein fra en ny portion kaffebønner, som stadig indeholder koffein.
   Da dette vand er mættet med smagsmolekyler og andre bioaktive stoffer, kan disse forbindelser ikke opløses i den nye portion kaffebønner. Derved frigives kun koffeinmolekyler fra kaffebønnerne til vandet, og der sker en dekoffeinering uden at fjerne aroma og andre værdifulde fytokemiske stoffer. Når det smagsberigede vand er fri for koffein, genbruges det til at ekstrahere koffein fra en ny portion grønne kaffebønner. Dette reabsorptionstrin kan igen drage fordel af sonikering med en sonde. De grønne bønner lægges i blød i det smagsberigede vand, og sonikering anvendes for at lette koffeinekstraktionen. Sonikeringen hjælper med at øge vandets indtrængning i bønnerne, hvilket forbedrer ekstraktionseffektiviteten og reducerer ekstraktionstiden.
4. Gentagen reabsorption og tørring: Reabsorptions- og sonikeringstrinnene kan gentages flere gange, indtil den ønskede grad af dekoffeinering er opnået. Efter den sidste reabsorption tørres de dekoffeinerede kaffebønner typisk, og det smagsberigede vand er klar til genbrug i den næste portion.

Casestudie om dekoffeinering af kaffebønner med ultralyd

Studiet af Huamaní-Meléndez og Darros-Barbosa (2018) havde til formål at undersøge virkningen af ultralydsintensitet, puls og temperatur på ekstraktionen af koffein fra Arabica-kaffebønner ved hjælp af et vandigt medium. Forskerne anvendte Hielschers højintensive ultralydssonde UP400S (400 watt; se billedet til venstre) og udførte forsøg ved forskellige intensiteter, pulsvarigheder og temperaturer. De fandt, at øget ultralydsintensitet og pulsvarighed førte til en højere koffeinekstraktionshastighed, men kun op til et bestemt punkt, hvorefter yderligere stigninger ikke forbedrede ekstraktionen væsentligt. De optimale betingelser for koffeinekstraktion viste sig at være en ultralydsintensitet på 75 W/cm2, en pulsvarighed på 5 sec og en temperatur på 25°C. Studiet giver en specifik protokol for brug af ultralyd til at ekstrahere koffein fra kaffebønner og antyder, at denne metode kunne være et effektivt og miljøvenligt alternativ til traditionelle dekoffeineringsprocesser.

Højtydende ultralydsapparater til dekoffeinering uden opløsningsmidler

Hielscher Ultrasonics tilbyder dig højtydende ultralydsapparater til skånsomme, men yderst effektive ekstraktions- og dekoffeineringsprocesser. Med en ultralydseffekt fra 50 til 16.000 watt pr. ultralydsapparat har Hielschers sortiment af ultralydsapparater det ideelle ultralydsapparat til din kaffebrygnings- og dekoffeineringsproces!
Som producent og rådgiver med mange års erfaring inden for ultralydsapparater med høj effekt og deres anvendelse er Hielscher din partner til ultralydsassisterede ekstraktionsprocesser. Hielschers ultralydsprocessorer er installeret over hele verden til anvendelser i fødevare- og drikkevareindustrien, medicinalindustrien og den kemiske industri.
Vi leverer ikke kun ultralydsekstraktorer med høj effekt, men bistår også vores kunder med vores indgående viden. Vores kundeservice spænder fra rådgivning og gennemførlighedsstudier over procesoptimering og pilotudstyr til installation af ultralydssystemer i industriel skala.
Med et bredt udvalg af ultralydsprocessorer og tilbehør (såsom sonotroder, gennemstrømningsceller og reaktorer) kan vi anbefale dig det bedst egnede system, som opfylder kravene til din proceskapacitet og dine procesbetingelser. Installation og eftermontering i eksisterende proceslinjer kan nemt udføres, da vores ultralydsekstraktorer kan integreres uden store ændringer.
Vores veluddannede medarbejdere inden for procesrådgivning, kemi og ingeniørarbejde vejleder vores kunder til en vellykket installation og drift. Hielschers udstyr har en enestående robusthed og kræver kun meget lidt vedligeholdelse. Til oplæring i betjening, første idriftsættelse og vedligeholdelsesservice har vi et veluddannet team, som bistår vores kunder.