Descafeinización sin disolventes mediante ultrasonidos de potencia

• El proceso convencional de descafeinización del café y el té requiere el uso de disolventes tóxicos.
• La descafeinización ultrasónica es un método eficaz de intensificación que permite eliminar la cafeína mediante un procedimiento de extracción acuosa sin utilizar disolventes agresivos.
• La descafeinización ultrasónica es un método económico, eficaz y respetuoso con el medio ambiente para producir café, té y productos de cacao descafeinados de alta calidad.

Descafeinización mediante ultrasonicación

La cafeína es una sustancia soluble en agua, por lo que puede utilizarse agua para eliminarla del café, el té y el cacao. Los procesos convencionales de descafeinización utilizan una sustancia química como agente descafeinizante (como el cloruro de metileno, el CO2 o el acetato de etilo) para acelerar el proceso. Mediante la extracción ultrasónica acuosa combinada con carbón activado como agente descafeinizante, se obtiene un producto de café, té o cacao descafeinado mediante un proceso ecológico y respetuoso con el medio ambiente.

Intensificada mediante ultrasonidos Swiss Water Decaffeination

La descafeinización asistida por ultrasonidos es una intensificación del proceso denominado Swiss water decaffeination .
El proceso de descafeinización Swiss water se basa en la disolución y la ósmosis para eliminar la cafeína de los granos de café, las hojas de té y los granos de cacao.
La integración de sonicadores de sonda en el proceso de descafeinización Swiss Water consiste en incorporar la sonicación en etapas específicas del proceso para mejorar la extracción de cafeína. El proceso de descafeinización Swiss water consta de cuatro etapas principales. Aunque la aplicación de ultrasonidos para lograr una descafeinización más eficiente puede variar según la configuración y el equipo específicos, a continuación se presenta una descripción general de cómo se integran habitualmente los sonicadores de sonda para mejorar el proceso:

1. Etapa de remojo: El primer paso del proceso de descafeinización Swiss Water consiste en remojar los granos de café verde en agua caliente para crear una solución acuosa cargada de compuestos de sabor. Durante esta etapa de remojo, puede utilizarse un sonicador de sonda para aplicar sonicación y facilitar la extracción de cafeína de los granos. La ultrasonicación es bien conocida por su capacidad para intensificar los procesos de extracción de compuestos bioactivos, como la cafeína, de materiales vegetales. Las fuerzas mecánicas de la cavitación ultrasónica / acústica perforan y rompen las células y favorecen la transferencia de masa. De este modo, la cafeína se extrae de los granos y se libera eficazmente en el agua. Gracias a estos efectos, la sonicación acelera considerablemente el proceso de descafeinización. La cafeína extraída mediante ultrasonidos es un aditivo valioso para alimentos y bebidas, por ejemplo, bebidas energéticas.
2. Etapa de eliminación de la cafeína: Tras el remojo inicial, el agua cargada de compuestos de sabor y que contiene cafeína se separa de los granos de café. Esta agua suele pasar por filtros de carbón activado para eliminar la cafeína. El tamaño de los poros de este filtro está diseñado para retener únicamente las moléculas de cafeína de mayor tamaño y permitir el paso de las moléculas más pequeñas de aceites y compuestos de sabor. Esto significa que el filtro de carbón retiene la cafeína, mientras que el agua filtrada contiene todas las sustancias bioactivas de menor tamaño, conocidas por conferir al café, al té y al cacao su aroma característico y su valor nutricional.
3. Etapa de reabsorción: Los granos descafeinados, de los que se han eliminado la cafeína y las moléculas de sabor, se desechan. El agua sin cafeína y enriquecida con compuestos de sabor y polifenoles (también conocida como «extracto de café verde») es muy valiosa y se utiliza para eliminar la cafeína de un nuevo lote de granos de café que todavía contienen cafeína.
   Como esta agua está saturada de moléculas de sabor y otras sustancias bioactivas, estos compuestos no pueden disolverse en el nuevo lote de granos de café. De este modo, solo se liberan moléculas de cafeína de los granos de café al agua y se consigue una descafeinización sin eliminar el aroma ni otros compuestos fitoquímicos valiosos. Una vez que el agua cargada de compuestos de sabor está libre de cafeína, se reutiliza para extraer la cafeína de un nuevo lote de granos de café verde. Esta etapa de reabsorción también puede beneficiarse de nuevo de la ultrasonicación mediante sonda. Los granos verdes se remojan en el agua cargada de compuestos de sabor y se aplica ultrasonicación para facilitar la extracción de cafeína. La sonicación ayuda a mejorar la penetración del agua en los granos, lo que aumenta la eficiencia de extracción y reduce el tiempo de extracción.
4. Reabsorción repetida y secado: Las etapas de reabsorción y sonicación pueden repetirse varias veces hasta alcanzar el nivel de descafeinización deseado. Tras la última reabsorción, los granos de café descafeinados suelen secarse y el agua cargada de compuestos de sabor queda lista para reutilizarse en el siguiente lote.

Estudio de caso sobre la descafeinización ultrasónica de granos de café

El estudio de Huamaní-Meléndez y Darros-Barbosa (2018) tuvo como objetivo investigar el efecto de la intensidad de los ultrasonidos, los pulsos y la temperatura sobre la extracción de cafeína de granos de café arábica en un medio acuoso. Los investigadores utilizaron la sonda ultrasónica de alta intensidad UP400S de Hielscher (400 vatios; véase la imagen de la izquierda) y realizaron experimentos con distintas intensidades, duraciones de pulso y temperaturas. Observaron que el aumento de la intensidad de los ultrasonidos y de la duración del pulso daba lugar a una mayor tasa de extracción de cafeína, pero solo hasta cierto punto, a partir del cual los aumentos adicionales no mejoraban significativamente la extracción. Se determinó que las condiciones óptimas para la extracción de cafeína eran una intensidad ultrasónica de 75 W/cm2, una duración de pulso de 5 sec y una temperatura de 25 °C. El estudio proporciona un protocolo específico para utilizar ultrasonidos en la extracción de cafeína de los granos de café y sugiere que este método podría ser una alternativa eficaz y respetuosa con el medio ambiente a los procesos tradicionales de descafeinización.

Sonicadores de alto rendimiento para la descafeinización sin disolventes

Hielscher Ultrasonics le ofrece sonicadores de alto rendimiento para procesos de extracción y descafeinización suaves y, a la vez, muy eficaces. Con una potencia ultrasónica de 50 a 16.000 vatios por sonicador, la gama de sonicadores de Hielscher cuenta con el sonicador ideal para su proceso de preparación y descafeinización del café.
Como fabricante y asesor con amplia experiencia en sonicadores de alta potencia y sus aplicaciones, Hielscher es su socio para los procesos de extracción asistida por ultrasonidos. Los procesadores ultrasónicos de Hielscher están instalados en todo el mundo para aplicaciones en las industrias alimentaria y de bebidas, farmacéutica y química.
Además de suministrar extractores ultrasónicos de alta potencia, apoyamos a nuestros clientes con nuestros amplios conocimientos. Nuestro servicio de atención al cliente abarca desde el asesoramiento y los estudios de viabilidad hasta la optimización de procesos, los equipos piloto y la instalación de sistemas ultrasónicos a escala industrial.
Gracias a nuestra amplia gama de procesadores ultrasónicos y accesorios (como sonotrodos, celdas de flujo y reactores), podemos recomendarle el sistema más adecuado para satisfacer los requisitos de capacidad y las condiciones de su proceso. La instalación y la adaptación de las líneas de proceso existentes pueden realizarse fácilmente, ya que nuestros extractores ultrasónicos pueden integrarse sin grandes modificaciones.
Nuestro personal cualificado de asesores de procesos, químicos e ingenieros guía a nuestros clientes para lograr una instalación y un funcionamiento satisfactorios. Los equipos de Hielscher destacan por su robustez y requieren muy poco mantenimiento. Contamos con un equipo cualificado que ayuda a nuestros clientes con la formación operativa, la puesta en marcha inicial y el servicio de mantenimiento.