Hielscher Ultralydsteknologi

Ultralydsekstraktion af koffein

Brug af ultralyd er en effektiv metode til udvinding af koffein og andre aktive forbindelser fra kaffe. Kraftfulde ultralydsenheder hjælper udvindingsprocessen, samtidig med at udbytte og forkortning af behandlingstid maksimeres.
Kaffe - lavet af ristede kaffebønner – er en meget populær drik, der forbruges verden over. Foruden dets vitaliserende virkning, hvis den forbruges som en stimulerende drik, er forbindelserne af kaffe af interesse for fødevaren, lægemidlet (f.eks. I smertestillende midler) og Kosmetisk industri som anvendt som værdifulde additiver i forskellige produkter. Dette gælder især for koffein (1,3,7-trimethylxanthin) og antioxidanterne, som er kendt for deres positive virkninger på menneskers sundhed. Kaffen indeholder blandt andet phenoliske diterpener som cafestol og kahweol og ascorbinsyrer, der er kendt for deres antioxidative aktivitet. Epidemiologiske undersøgelser tyder på, at kaffens ingredienser kan have en forebyggende virkning på flere kroniske sygdomme, herunder type 2 diabetes mellitus, Alzheimers sygdom, Parkinsons sygdom og leversygdomme såsom cirrose og hepatocellulær carcinom.
Ultrasonics er et velkendt og dokumenteret værktøj til mange forskellige applikationer inden for forskellige brancher. En meget succesfuld applikation er ultralydet Udvinding. Derved forårsager ultralydkavitationsvirkningerne på cellematerialet celledbrydning og frigivelse af det intracellulære stof.
Ved lydbehandling kan koffein og andre kaffeforbindelser ekstraheres meget effektivt.

Kemisk struktur af koffein

ultralyd med høj effekt

For at sikre en mere let forståelse af ultralydsassistent udvinding, skal effekten af ​​ultralyd i væsker forklares.
Ultralyd – indført i væsker – forårsager lokalt meget ekstreme effekter. Ved lydbehandling af væsker ved høje intensiteter resulterer lydbølgerne, som formeres i væskemedierne, i alternerende højtryks- (kompression) og lavtrykscykluser med frekvenser, der afhænger af frekvensen. Under lavtrykscyklussen skaber højintensitets ultralydbølger små vakuumbobler eller hulrum i væsken. Når boblerne når et volumen, hvor de ikke længere kan absorbere energi, falder de voldsomt under en højtrykscyklus. Dette fænomen er betegnet kavitation. Under implosionen nås meget høje temperaturer (ca. 5.000K) og tryk (ca. 2.000atm) lokalt. Implutionen af ​​kavitationsboblen resulterer også i flydende stråler med en hastighed på op til 280m / s. [Suslick 1998] Ved disse ekstreme kræfter opstår sonolyse, cellevægge forstyrres, og intracellulært materiale ekstraheres.

Ultralyds kavitation genereret på hornet i UIP1500hd - en ultralydsenhed på 1,5 kW. For bedre synlighed er væsken oplyst med blåt lys fra bunden af ​​glasskolonnen.

Ultralyd kavitation i flydende

Den ultralydassisterede ekstraktion er et billigt, enkelt og effektivt alternativ i forhold til konventionelle ekstraktionsteknikker. De vigtigste fordele ved ultralyd i fast-væskeekstraktion omfatter øget udvindingsudbytte og hurtigere kinetik. Ultralydudvinding er en ofte anvendt teknik til udvinding af plantematerialer ved anvendelse af flydende opløsningsmidler og er bevist for en hurtig og mere fuldstændig ekstraktionsproces i forhold til traditionelle metoder, fordi overfladearealet mellem den faste og flydende fase er signifikant større på grund af celleforstyrrelsen og partikel dispersion.
Ved brug af sonikering kan også driftstemperaturen reduceres, hvilket gør det muligt at udvinde temperaturfølsomme komponenter. Sammenlignet med andre nye udtræksteknikker, såsom mikrobølgeassistent ekstraktion, er ultralydapparatet billigere, og dets drift er nemmere. Endvidere kan den ultralydassisterede ekstraktion anvendes med ethvert opløsningsmiddel, såsom Soxhlet-ekstraktionen, til ekstraktion af en bred vifte af naturlige forbindelser. [Wang et al. 2006] Om nødvendigt findes eksplosionssikre systemer til industriel proceskapacitet.
En væsentlig fordel ved ultralyd er indflydelsen på de vigtigste behandlingsparametre: amplitude, tid, temperatur, tryk og viskositet. Derved kan ekstraktionsprocessen optimeres for at sikre, at strukturen af ​​ekstrakterne ikke bliver beskadiget.

Ultralydsekstraktion af kaffeforbindelser

Ultralydassisteret ekstraktion er en fælles metode, der anvendes til at isolere bioaktive stoffer fra plantemateriale [Dong et al. 2010]. Med hensyn til kaffebønner kan koffein- og antioxidantfenolforbindelserne være de mest værdifulde forbindelser til ekstraktion på grund af deres brede anvendelser inden for pharma og fødevareindustrien. Men også flavonoider, chlorogen syre og protocatechuinsyre er ekstrakter, der anvendes som tilsætningsstoffer.
Ved anvendelse af traditionelle ekstraktionsmetoder såsom væske-væskeekstraktion i opløsningsmidler øges udvindingseffektiviteten generelt med stigende ekstraktionstemperaturer. Dette forårsager ofte skader og kvalitetstab af ekstraktet, da temperaturen påvirker stabiliteten af ​​de phenoliske forbindelser.
Den ultralydassisterede fast-væskeekstraktion er blevet vist som en effektiv og tidsbesparende ekstraktionsmetode. De stærkt kraftfulde ultralydskræfter giver den nødvendige energi til udvinding, så mindre eller endda ingen opløsningsmidler er nødvendige. Temperaturen kan styres godt, da den sonikerede batch- eller flowcellereaktor effektivt kan afkøles (eller opvarmes om nødvendigt). Til ekstraktionsprocesserne med opløsningsmidler giver Hielscher Ultrasonics også ATEX- og FM-certificerede eksplosionssikre ultralydsystemer.
På grund af de ekstreme ekstraktionskræfter i ultralyd er også den allerede brugt kaffeplads (kaffeaffald) stadig et råmateriale rigt på ekstraherbare forbindelser. Da kaffeaffaldsmaterialer er billige og tilgængelige i stor mængde, er det et ideelt råmateriale til udvinding af de resterende aktive forbindelser. Selv om indholdet af koffein og andre komponenter i kaffeaffald er lavere end i ubrugt kaffepulver, forbliver der stadig en stor mængde og ekstraherbar. For at frigive disse forbindelser fra kaffebordet bliver den fulde indflydelse på behandlingsparametrene særlig signifikant. High-power ultralyd er i stand til at udvinde store mængder aktiv forbindelse inden for en kort behandlingstid.

Ultralydbehandling er en succesfuld teknik til at udvinde aktive forbindelser, smagsstoffer og andre intracellulære komponenter fra vegetabilske celler.

Ultralyd inline processor UIP1500hd

Anmodning om oplysninger




Bemærk vores Fortrolighedspolitik.


Koffeinekstraktion

Koffein kan påberåbes den mest almindeligt forbrugte stimulant. Da koffein ikke kun indtages ved at drikke brygget kaffe, anvendes koffeinekstrakt i branchen til at behandle andet produkt med koffein som additiv. Derved bliver det muligt at skabe stærkere kaffe eller til at formulere sodavand (f.eks. Cola), energidrikke eller anden mad (f.eks. Chokolade).
Men koffein bruges ikke kun som additiv i Mad produktion er det også en vigtig aktiv forbindelse i lægemidler. En almindelig anvendelse af koffeinekstrakt er f.eks. Blandingen i lægemidler til hovedpine og migræne eller i smertestillende midler.
For at udvinde koffein er den vigtigste alkaloid i kaffe en ultralydbehandling en egnet metode. Wang og hans kolleger [Wang et al. 2011] konstaterede, at kun en kort ekstraktionstid er nødvendig for at nå en mættet tilstand, hvis ultralyd anvendes. Dette betyder, at ultralyd en meget effektiv og tidsbesparende teknik til at få koffein.

UP200St med 14mm Sonotrode til fremstilling af kold bryg kaffe

Aromatiske og smagsstoffer

De flygtige kaffeblandinger er den mest værdifulde fraktion af den brændte kaffebønne og giver kaffe sin unikke smag og duft. Kvaliteten af ​​opløselig kaffe kan forbedres væsentligt ved tilsætning af aromaabsorberede kaffeolier til kaffepulveret.
En sammenligningsundersøgelse, der undersøgte udvinding af phenolforbindelser fra jordbær, viste, at ultralydsekstraktion forårsager mindre nedbrydning af phenolics og er en meget hurtigere udvindingsproces sammenlignet med andre ekstraktionsmetoder, herunder solid-væske, subkritisk vand og mikrobølgeassisteret metode. [Herrera et al. 2005]
Studiet af Wang og hans kolleger [Wang et al. 2011] viser, at lavfrekvent ultralyd med høj effekt er mere effektiv til udvinding af kaffesmag. Især for 4-tridecanon og 2-methoxy-3-methylpyrazin fandt de ultralydsekstraktionen mere nem og effektiv teknik, der opnåede meget høje udvindingsudbytter. Endvidere er det vist, at temperaturen skal styres som kaffesmak komponenter er meget flygtige ved høje temperaturer. De opnåede gode ekstraktionsresultater i temperaturområdet mellem 35 ~ 65 ° C under relativt kort tid ultralydbestråling.

Teekstraktion

Resultaterne opnået ved ultralydassisteret ekstraktion er også velegnede til udvinding af teforbindelser (fx grønte teblad). En undersøgelse af Xia et al. viste et signifikant højere indhold af tepolyphenoler, aminosyre og koffein i ultralydbehandlede teinfusioner end i dem opnået ved konventionel ekstraktion. Dette resulterer i forbedrede resultater under en organoleptisk evaluering, som viste sig: den sensoriske kvalitet af teinfusion med ultralydassisteret ekstraktion var bedre end teinfusionen med konventionel ekstraktion. [Xia et al. 2005]

Hielscher ultralydmaskiner, fx UP200S (på billedet), er meget vellykkede til udvinding af intracellulær materiale.

Ultralydsudvinding fra urter

Konklusion

Den ultralydstøttede Udvinding er en effektiv, tidsbesparende og kontrollerbar metode til udvinding af aktive forbindelser fra kaffe. De mest interessante og værdifulde forbindelser er koffein og antioxidanterne såsom phenoliske diterpener (cafestol, kahweol) og ascorbinsyrer. De vigtigste fordele ved ultralydassisteret ekstraktion er baseret på indflydelse og kontrol over ultralydudvindingsparametrene.

Litteratur / Referencer

  • Cao, Chuanhai; Wang, Li; Lin, Xiaoyang; Mamcarz, Malgorzata; Zhang, Chi; Bai, Ge; Nong, Jasson; Sussman, Sam; Arendash, Gary (2011): Koffein Synergizes With Another Coffee Component for at øge plasma GCSF: Sammenkobling til kognitive fordele i Alzheimers mus. Journal of Alzheimer's Disease 25/2, 2011. 323-335.
  • Dong, Juane; Liu, Yuanbai; Liang, Zongsuo; Wang, Weiling (2010): Undersøgelse af ultralydassisteret ekstraktion af salvianolsyre B fra Salvia miltiorrhiza rod. Ultrasonics Sonochemistry 17/1, 2010. 61-65.
  • Herrera, MC; Luque de Castro, MD (2005): Ultralydassisteret ekstraktion af phenolforbindelser fra jordbær inden væskekromatografisk adskillelse og ultraviolet detektion af fotodiode. Journal of Chromatoraphy A, 1100, 2005. 1-7.
  • Higdon, Jane V .; Frei, Balz (2006): Kaffe og sundhed: En gennemgang af nyere menneskelig forskning. Kritiske anmeldelser i Food Science and Nutrition, 46/2, 2006. 101-123.
  • Mussato, Solange I .; Ballesteros, Lina F .; Martins, Silvia; Teixeira, José A (2011): Udvinding af antioxidant phenolforbindelser fra brugt kaffeområde. Separation and Purification Technology 83 / 2011. 173-179.
  • Sheu, Shane-Rong; Wang, Cheng-Chi; Chang, Sheng-Yu; Yang, Li-Chen, Jang, Ming-Jyi; Cheng, Po-Jen (2009): Påvirkning af Extraction Manufacturing Process på Koffeinkoncentration. I: Proceedings of the International MultiConference of Engineers and Computer Scientists 2009 Vol II, IMECS 2009, 18. marts – 20, 2009, Hongkong.
  • Suslick, KS: Kirk-Othmer Encyclopedia of Chemical Technology. 4. udgave. J. Wiley & Sønner: New York; 26, 1998. 517-541.
  • Wang, Cheng-Chi; Sheu, Shane-Rong; Chou, Ya-Yen; Jang, Ming-Jyi; Yang, Li-Chen (2011): En ny optimeret energibesparende udvindingsproces på kaffe. Termisk videnskab 15/1, 2011. 53-59.
  • Wang, Lijun; Weller, Curtis L. (2006): Nylige fremskridt inden for udvinding af nutraceuticals fra planter. Trends in Food Science & Teknologi 17, 2006. 300-312.
  • Xia, Tao; Shi, Siquan; Wan, Xiaochun (2006): Effekt af ultralydassisteret ekstraktion på kemisk og sensorisk kvalitet af teinfusion. Journal of Food Engineering 74/4, 2006. 557-560.

Kontakt os / bede om flere oplysninger

Tal med os om dine forarbejdning krav. Vi vil anbefale de bedst egnede setup og procesparametre til dit projekt.





Bemærk venligst, at vores Fortrolighedspolitik.