Lösemittelfreie Entkoffeinierung mit Power-Ultraschall

• Das herkömmliche Verfahren zur Entkoffeinierung von Kaffee und Tee erfordert den Einsatz giftiger Lösungsmittel.
• Die Ultraschall-Entkoffeinierung ist eine effiziente Intensivierungsmethode, die es ermöglicht, Koffein in einem wasserbasierten Extraktionsverfahren ohne Verwendung von scharfen Lösungsmitteln zu entfernen.
• Die Ultraschall-Entkoffeinierung ist eine wirtschaftliche, effektive und umweltfreundliche Methode zur Herstellung von hochwertigem entkoffeiniertem Kaffee, Tee und Kakaoprodukten.

Entkoffeinierung mit Ultraschall

Koffein ist eine wasserlösliche Substanz, so dass Wasser für die Entfernung von Koffein aus Kaffee, Tee und Kakao verwendet werden kann. Herkömmliche Entkoffeinierungsverfahren verwenden eine Chemikalie als Entkoffeinierungsmittel (wie Methylenchlorid, CO2 oder Ethylacetat), um den Prozess zu beschleunigen. Durch die Verwendung von Ultraschall-Wasserextraktion in Kombination mit Aktivkohle als Entkoffeinierungsmittel wird ein entkoffeiniertes Kaffee-, Tee- oder Kakaoprodukt in einem organischen und umweltfreundlichen Verfahren hergestellt.

Ultraschall intensiviert Swiss Water Decaffeination

Die ultraschallunterstützte Entkoffeinierung ist ein Intensivierungsverfahren der sogenannten Swiss water decaffeination .
Das Schweizer Wasserentkoffeinierungsverfahren funktioniert auf der Basis von Auflösung und Osmose, um Koffein aus Kaffeebohnen, Teeblättern und Kakaobohnen zu entfernen.
Die Integration von Sonden-Ultraschallgeräten in den Entkoffeinierungsprozess von Swiss Water beinhaltet die Einbindung von Ultraschall in bestimmten Prozessschritten, um die Koffeinextraktion zu verbessern. Der Schweizer Wasserentkoffeinierungsprozess umfasst vier Hauptprozessschritte. Während die Implementierung von Ultraschall für eine effizientere Entkoffeinierung je nach spezifischem Aufbau und Ausrüstung variieren kann, wird hier ein allgemeiner Überblick darüber gegeben, wie Sonden-Ultraschallgeräte hauptsächlich zur Prozessverbesserung integriert werden:

1. Einweichphase: Im ersten Schritt des Swiss Water Entkoffeinierungsverfahrens werden die grünen Kaffeebohnen in heissem Wasser eingeweicht, um eine geschmacksintensive Wasserlösung zu erzeugen. Während dieser Einweichphase kann ein Ultraschallgerät zur Beschallung eingesetzt werden, um die Extraktion von Koffein aus den Bohnen zu erleichtern. Ultraschall ist bekannt für seine Fähigkeit, die Extraktion bioaktiver Verbindungen wie Koffein aus Pflanzenmaterialien zu intensivieren. Die mechanischen Kräfte der Ultraschall- bzw. akustischen Kavitation perforieren und zerstören die Zellen und fördern den Stofftransport. Dadurch wird das Koffein aus den Bohnen gelöst und effizient an das Wasser abgegeben. Aufgrund dieser Effekte beschleunigt die Beschallung den Entkoffeinierungsprozess erheblich. Das mit Ultraschall extrahierte Koffein ist ein wertvoller Zusatzstoff für Lebensmittel und Getränke, z. B. für Energydrinks.
2. Phase der Koffeinentfernung: Nach dem ersten Einweichen wird das koffeinhaltige, aromatisierte Wasser von den Kaffeebohnen getrennt. Dieses Wasser wird normalerweise durch Aktivkohlefilter geleitet, um das Koffein zu entfernen. Die Porosität dieses Filters ist so bemessen, dass nur größere Koffeinmoleküle aufgefangen werden, während kleinere Öl- und Aromamoleküle hindurchgelassen werden. Das bedeutet, dass der Aktivkohlefilter das Koffein zurückhält, während das gefilterte Wasser alle kleineren bioaktiven Substanzen enthält, von denen bekannt ist, dass sie Kaffee, Tee und Kakao ihr unverwechselbares Aroma und ihren Nährwert verleihen.
3. Reabsorptionsphase: Die entkoffeinierten Bohnen, denen Koffein und Aromamoleküle entzogen wurden, werden weggeworfen. Das koffeinfreie, mit Aromen und Polyphenolen angereicherte Wasser (auch als "Grüner Kaffee-Extrakt" bezeichnet) ist sehr wertvoll und wird verwendet, um einer frischen Charge noch koffeinhaltiger Kaffeebohnen das Koffein zu entziehen.
   Da dieses Wasser mit Aromamolekülen und anderen bioaktiven Stoffen gesättigt ist, können sich diese Verbindungen in der frischen Charge Kaffeebohnen nicht auflösen. Dadurch werden nur Koffeinmoleküle aus den Kaffeebohnen an das Wasser abgegeben und eine Entkoffeinierung vorgenommen, ohne dass Aroma und andere wertvolle Phyto-Chemikalien verloren gehen. Sobald das aromatisierte Wasser frei von Koffein ist, wird es zur Extraktion von Koffein aus einer neuen Charge grüner Kaffeebohnen wiederverwendet. Auch in dieser Phase der Reabsorption kann der Einsatz von Sonden-Ultraschall von Vorteil sein. Die grünen Bohnen werden in dem mit Aromastoffen angereicherten Wasser eingeweicht und mit Ultraschall beschallt, um die Koffeinextraktion zu erleichtern. Die Beschallung trägt dazu bei, dass das Wasser besser in die Bohnen eindringt, wodurch die Extraktionsleistung verbessert und die Extraktionszeit verkürzt wird.
4. Wiederholte Resorption und Trocknung: Die Schritte der Reabsorption und Beschallung können mehrfach wiederholt werden, bis der gewünschte Entkoffeinierungsgrad erreicht ist. Nach der endgültigen Resorption werden die entkoffeinierten Kaffeebohnen in der Regel getrocknet, und das mit Aroma angereicherte Wasser kann für die nächste Charge wiederverwendet werden.

Fallstudie zur Entkoffeinierung von Kaffeebohnen mit Ultraschall

Die Studie von Huamaní-Meléndez und Darros-Barbosa (2018) hatte zum Ziel, die Wirkung von Ultraschallintensität, -puls und -temperatur auf die Extraktion von Koffein aus Arabica-Kaffeebohnen in einem wässrigen Medium zu untersuchen. Die Forscher verwendeten die Hielscher Hochintensitäts-Ultraschallsonde UP400S (400 Watt; siehe Bild links) und führten Experimente mit unterschiedlichen Intensitäten, Pulsdauern und Temperaturen durch. Sie fanden heraus, dass eine Erhöhung der Ultraschallintensität und der Pulsdauer zu einer höheren Koffeinextraktionsrate führte, allerdings nur bis zu einem bestimmten Punkt, nach dem weitere Erhöhungen die Extraktion nicht wesentlich verbesserten. Als optimale Bedingungen für die Koffeinextraktion erwiesen sich eine Ultraschallintensität von 75 W/cm2, eine Pulsdauer von 5 Sekunden und eine Temperatur von 25 °C. Die Studie liefert ein spezifisches Protokoll für die Verwendung von Ultraschall zur Extraktion von Koffein aus Kaffeebohnen und legt nahe, dass diese Methode eine wirksame und umweltfreundliche Alternative zu herkömmlichen Entkoffeinierungsverfahren sein könnte.

Hochleistungs-Ultraschallgeräte für lösungsmittelfreie Entkoffeinierung

Hielscher Ultrasonics bietet Ihnen Hochleistungs-Ultraschallgeräte für die schonenden, aber hochwirksamen Extraktions- und Entkoffeinierungsverfahren. Mit Ultraschallleistungen von 50 bis 16.000 Watt pro Ultraschallgerät bietet das Hielscher Ultraschallgeräte-Portfolio den idealen Ultraschall für Ihren Kaffeezubereitungs- und Entkoffeinierungsprozess!
Als langjährig erfahrener Hersteller und Berater für Hochleistungsultraschallgeräte und deren Anwendung ist Hielscher Ihr Partner für ultraschallgestützte Extraktionsverfahren. Hielscher-Ultraschallprozessoren werden weltweit für Anwendungen in der Lebensmittelindustrie installiert. & Getränkeindustrie, Pharmaindustrie und chemische Industrie.
Wir liefern nicht nur Hochleistungs-Ultraschallextraktoren, sondern stehen unseren Kunden auch mit unserem profunden Wissen zur Seite. Unser Kundenservice reicht von Beratung und Machbarkeitsstudien über Prozessoptimierung und Pilotanlagen bis hin zur Installation von Ultraschallsystemen im industriellen Maßstab.
Mit einer breiten Palette von Ultraschallprozessoren und Zubehör (wie Sonotroden, Durchflusszellen und Reaktoren) können wir Ihnen das am besten geeignete System empfehlen, das die Anforderungen Ihrer Prozesskapazität und -bedingungen erfüllt. Die Installation und Nachrüstung in bestehende Prozesslinien ist problemlos möglich, da unsere Ultraschallextraktoren ohne große Modifikationen integriert werden können.
Unser gut geschultes Personal aus Verfahrensberatern, Chemikern und Ingenieuren begleitet unsere Kunden auf dem Weg zu einer erfolgreichen Installation und einem erfolgreichen Betrieb. Die Anlagen von Hielscher zeichnen sich durch eine hohe Robustheit aus und sind sehr wartungsarm. Für Betriebsschulungen, Erstinbetriebnahme und Wartungsservice steht unseren Kunden ein gut ausgebildetes Team zur Seite.

Caution: Video "title" is missing