Kofeiini ultraheli ekstraheerimine
Ultraheli kasutamine on tõhus meetod kofeiini ja muude aktiivsete ühendite ekstraheerimiseks kohvist. Võimsad sonikaatorid toetavad ekstraheerimisprotsessi, maksimeerides samal ajal saagist ja lühendades töötlemisaega. Vaadake, kuidas Hielscheri sonikaatorid soodustavad kofeiini ekstraheerimist ning kohvijookide külmaparooli valmistamist!
Parandage kofeiini ekstraheerimist võimsa ultraheliga
Kohvi aroom ja kofeiini toime on miljonite inimeste ühine kirg kogu maailmas juba sajandeid. Kuna kohvisõbrad ja teadlased otsivad ühtviisi võimalusi kofeiini, bioaktiivsete ühendite ja aroomainete ekstraheerimise parandamiseks kohviubadest, on tekkinud uuenduslikke tehnikaid, mis protsessi põhjalikult muudavad. Üks selline meetod, ultraheli võimsuse rakendamine, on osutunud lootustandvaks vahendiks kofeiini ekstraheerimise tõhususe parandamiseks. Hielscheri sonikaatorid võimaldavad ekstraheerida suuremat kofeiinisaagist ning avada uusi aroomi- ja lõhnamõõtmeid kohvijookides, toidulisandites ja ekstraktides.
Tööstuslik ultrasonikaator UIP6000hdT kofeiini pidevaks ekstraheerimiseks kohviubadest
Kohviubade ekstraheerimise eelised ultraheli töötluse (sonikeerimise) abil
Kõrge tõhusus ja kohviekstrakti parem kvaliteet on vaid kaks kriteeriumi, mis muudavad Hielscheri sondtüüpi sonikaatorite kasutamise parimaks meetodiks kofeiini ja kohviühendite ekstraheerimisel kohviubadest. Allpool on loetletud ultraheliga kohviekstraktsiooni olulisemad eelised:
- Tõhusus: Sondtüüpi sonikaatorid tekitavad intensiivseid ultrahelilaineid, mis suudavad tahkeid materjale tõhusalt läbistada. See aitab lõhkuda kohvioa struktuuri ja hõlbustab kofeiini ekstraheerimist.
- Täpne kontroll: Sondtüüpi sonikaatorid võimaldavad ultraheli energiat ja kokkupuuteaega täpselt kontrollida. See kontroll on oluline üleekstraheerimise vältimiseks, mis võib põhjustada kohviekstraktis soovimatuid maitseid ja kibedust.
- Kiirus: Ultraheli töötlus (sonikeerimine) on kiire protsess ning sondtüüpi sonikaatorid võivad ekstraheerimisaega traditsiooniliste meetoditega võrreldes oluliselt lühendada, muutes protsessi tõhusamaks.
- Ühtlus: Ultrahelilained võivad tagada ühtlasema ekstraheerimise kogu kohviubade materjalis, tagades kofeiini ühtlase ekstraheerimise.
- Väiksem lahustikasutus: Ultraheliga ekstraheerimine vajab sageli traditsiooniliste meetoditega võrreldes vähem lahustit. See võib olla keskkonnasõbralik ja kuluefektiivne.
- Aroomiühendite säilimine: Sondtüüpi ultraheli töötlust (sonikeerimist) saab optimeerida nii, et kofeiin ekstraheeritakse selektiivselt, jättes muud aroomiühendid suures osas puutumata. See on oluline kohviekstrakti kvaliteedi ja maitse säilitamiseks.
- Skaleeritavus: Hielscher Ultrasonicsi lahendustega saab ultraheliga ekstraheerimise protsesse tööstuslikuks kasutuseks lineaarselt suurendada. See tähendab, et teostatavuse uuringut ja protsessi optimeerimist saab teha laboriskaalas ning seejärel riskivabalt ja lihtsalt skaleerida tootmismahule.
Ultraheli sond UP400St kofeiini tõhusaks ekstraheerimiseks kohviubadest, teest ja kakaost.
Kohviühendite ultraheliga ekstraheerimine
Ultraheli abil ekstraheerimine on levinud meetod bioaktiivsete ainete isoleerimiseks taimsest materjalist [Dong et al. 2010]. Kohvioadega seoses võivad kofeiin ja antioksüdantsed fenoolsed ühendid olla ekstraheerimiseks kõige väärtuslikumad ühendid, kuna neid kasutatakse laialdaselt farmaatsia- ja toiduainetööstuses. Kuid ka flavonoidid, klorogeenhape ja protokatehhiinhape on ekstraktid, mida kasutatakse lisaainetena.
Traditsiooniliste ekstraheerimismeetodite, näiteks vedelik-vedelik-ekstraheerimise lahustites puhul suureneb ekstraheerimise efektiivsus üldjuhul ekstraheerimistemperatuuri tõustes. See põhjustab sageli ekstrakti kahjustusi ja kvaliteedikadu, kuna temperatuur mõjutab fenoolsete ühendite stabiilsust.
Ultraheliga toetatud tahke-vedel-ekstraheerimine on osutunud tõhusaks ja aega säästvaks ekstraheerimismeetodiks. Väga võimsad ultrahelijõud annavad ekstraheerimiseks vajaliku energia, nii et lahusteid on vaja vähem või isegi üldse mitte. Temperatuuri saab hästi kontrollida, kuna ultraheliga töödeldavat partiid või läbivoolukambriga reaktorit saab tõhusalt jahutada (või vajaduse korral soojendada).
Ultraheli intensiivsete ekstraheerimisjõudude tõttu on isegi juba kasutatud kohvipuru (kohvijäätmed) endiselt ekstraheeritavate ühenditega rikas tooraine. Kuna kohvijäätmed on odavad ja kättesaadavad suurtes kogustes, on need ideaalne tooraine allesjäänud aktiivsete ühendite ekstraheerimiseks. Kuigi kofeiini ja muude komponentide sisaldus kohvijäätmetes on madalam kui kasutamata kohvipulbris, jääb siiski suur kogus alles ja seda saab ekstraheerida. Nende ühendite vabastamiseks kohvipurust muutub täielik mõju töötlemisparameetritele eriti oluliseks. Suure võimsusega ultraheli suudab lühikese töötlusaja jooksul ekstraheerida suuri koguseid aktiivset ühendit.
Roheline kohv on röstimata kohvioad, mis on kofeiinirikkad. Ultraheliekstraheerimine ja külmaõlle valmistamine on suurepärane meetod roheliste kohviekstraktide ja külmalt valmistatud kohvide tootmiseks!
Ultraheliekstraktor UIP2000hdT bioaktiivsete ühendite ekstraheerimiseks kohvioadest
Suure võimsusega sonikaatorid kohvi ekstraheerimiseks
Ultraheliga toetatud ekstraheerimise protseduuri hõlpsamaks mõistmiseks tuleb selgitada ultraheli mõju vedelikes.
Ultraheliga toetatud ekstraheerimine on tavapäraste ekstraheerimismeetoditega võrreldes odav, lihtne ja tõhus alternatiiv. Ultraheli peamised eelised tahke-vedel-ekstraheerimisel on ekstraheerimissaagise suurenemine ja kiirem kineetika. Ultraheliekstraheerimine on sageli kasutatav meetod taimsete materjalide ekstraheerimiseks vedelate lahustitega ning see on tõestatud kiirema ja täielikuma ekstraheerimisprotsessina võrreldes traditsiooniliste meetoditega, kuna tahke ja vedela faasi vaheline pindala on rakkude lõhkumise (desintegreerimise) ja osakeste dispergeerumise tõttu oluliselt suurem.
Sonikeerimise kasutamisega saab vähendada ka töötemperatuuri, mis võimaldab ekstraheerida temperatuuritundlikke komponente. Võrreldes teiste uudsete ekstraheerimismeetoditega, näiteks mikrolaineabiga ekstraheerimisega, on ultraheliseade odavam ja selle kasutamine lihtsam. Lisaks saab ultraheliga toetatud ekstraheerimist kasutada mis tahes lahustiga, nagu Soxhleti ekstraheerimisel, mitmesuguste looduslike ühendite ekstraheerimiseks. [Wang et al. 2006]
Ultraheli oluline eelis on mõju kõige tähtsamatele töötlemisparameetritele: amplituudile, ajale, temperatuurile, rõhule ja viskoossusele. Seeläbi saab ekstraheerimisprotsessi optimeerida nii, et ekstraktide struktuur ei kahjustuks.
Sonikeerimisega parandatud kofeiini ekstraheerimine
Kofeiini võib pidada kõige laialdasemalt tarbitavaks stimulaatoriks. Kuna kofeiini ei tarbita ainult keedetud kohvi joomisega, kasutatakse kofeiiniekstrakti tööstuses teiste toodete töötlemiseks kofeiiniga lisandina. Seeläbi muutub võimalikuks valmistada tugevamat kohvi või koostada karastusjooke (nt koolat), energiajooke või muid toiduaineid (nt šokolaadi).
Kuid kofeiini ei kasutata lisandina ainult toidutootmises, see on ka oluline toimeaine ravimites. Kofeiiniekstrakti levinud kasutusala on nt lisamine peavalu- ja migreeniravimitesse või valuvaigistitesse.
Kofeiini, kohvi peamise alkaloidi, ekstraheerimiseks sobib ultraheli töötlus (sonikeerimine). Wang ja tema kolleegid leidsid, et ultraheli töötluse kasutamisel on küllastunud oleku saavutamiseks vaja vaid lühikest ekstraheerimisaega. See tähendab, et ultraheli on väga tõhus ja ajasäästlik tehnika kofeiini saamiseks. [Wang et al. 2011]
Aromaatsete molekulide ja maitseühendite intensiivistatud ekstraheerimine ultraheli töötluse abil
Lenduvad kohviühendid on röstitud kohvioa kõige väärtuslikum fraktsioon ning annavad kohvile selle ainulaadse maitse ja lõhna. Lahustuva kohvi kvaliteeti saab oluliselt parandada, lisades kohvipulbrile aroomiühendeid neelanud kohviõlisid.
Võrdlev uuring, milles uuriti fenoolühendite ekstraheerimist maasikatest, näitas, et ultraheliekstraheerimine põhjustab fenoolühendite väiksemat lagunemist ning on teiste ekstraheerimismeetoditega, sealhulgas tahke-vedel-, subkriitilise vee ja mikrolaine abil toimuva meetodiga, võrreldes palju kiirem ekstraheerimisprotsess. [Herrera et al. 2005]
Wangi ja tema kolleegide uuring näitab, et madala sagedusega suure võimsusega ultraheli on kohvi maitseainete ekstraheerimiseks tõhusam. Eriti 4-tridekanooni ja 2-metoksü-3-metüülpürasiini puhul leidsid nad, et ultraheliekstraheerimine on lihtsam ja tõhusam tehnika, millega saavutatakse väga kõrged ekstraheerimissaagised. Lisaks on näidatud, et temperatuuri tuleb kontrollida, sest kohvi maitseühendid on kõrgetel temperatuuridel väga lenduvad. Nad saavutasid head ekstraheerimistulemused temperatuurivahemikus 35~65 °C suhteliselt lühiajalise ultrahelikiiritamise korral. [Wang et al. 2011]
Tee ekstraheerimise parandamine ultraheli töötlusega
Ultraheli abil toimuva ekstraheerimisega saavutatud tulemused sobivad ka teeühendite (nt rohelise tee lehtede) ekstraheerimiseks. Xia jt uuring näitas oluliselt kõrgemat teepolüfenoolide, aminohappe ja kofeiini sisaldust ultraheliga töödeldud teeinfusioonides kui tavapärase ekstraheerimisega saadutes. Selle tulemuseks olid paremad tulemused organoleptilises hindamises, mis näitas: ultraheli abil ekstraheeritud teeinfusiooni sensoorne kvaliteet oli parem kui tavapärase ekstraheerimisega teeinfusioonil. [Xia et al. 2005]
Lugege lähemalt ultraheliga külmalt valmistatud teede ja külmade teeinfusioonide kohta!
Ultraheliekstraheerimine ürtidest
Kokkuvõte: väga tõhus kofeiini ekstraheerimine ultrahelitega
Ultraheli abil toimuv ekstraheerimine on tõhus, ajasäästlik ja kontrollitav meetod toimeainete ekstraheerimiseks kohvist. Kõige huvitavamad ja väärtuslikumad ühendid on kofeiin ning antioksüdandid, nagu fenoolsed diterpeenid (kafestool, kahweool) ja askorbiinhapped. Ultraheli abil toimuva ekstraheerimise peamised eelised on suure saagisega suurepärase kvaliteediga ekstrakt. Need ultraheliekstraheerimise eelised saavutatakse ultraheliekstraheerimise parameetrite optimeerimise ja täpse kontrolliga.
Suure jõudlusega sonikaatorid kofeiini ekstraheerimiseks
Kui tegemist on kofeiini ekstraheerimisega mis tahes töötlusmahus, on Hielscheri sonikaatorid innovatsiooni ja tõhususe tipp. Olenemata sellest, kas olete väikesemahuline käsitööndustootja või suuremahuline tööstuslik tootmisettevõte, pakuvad Hielscheri sonikaatorid täpset ja võimsat lahendust kofeiini puhta olemuse ekstraheerimiseks teie lähtematerjalist.
- Täpsus ja järjepidevus: Hielscheri sondiga sonikaatorid on loodud ekstraheerimisprotsessi täpseks juhtimiseks. Nende tipptasemel tehnoloogia tagab järjepidevad tulemused partii partii järel, võimaldades teil säilitada oma kofeiiniekstrakti kvaliteeti ja toimet.
- Skaleeritavus: Hielscher pakub mitmesuguseid sonikaatoreid, mis sobivad erinevatele töötlusmahtudele. Alates kompaktsetest laua-mudelitest teadus- ja arendustööks kuni vastupidavate tööstussüsteemideni, mis suudavad töödelda suuri mahtusid – Hielscher pakub paindlikkust, mida vajate oma tootmisnõuete täitmiseks.
- Efektiivsus: Hielscheri sonikaatoritega saate ekstraheerimisaega traditsiooniliste meetoditega võrreldes oluliselt lühendada. Nende seadmete tekitatud ultraheli lained tekitavad intensiivseid kavitatsioonijõude, mis lõhuvad kiiresti rakuseinu ja vabastavad kofeiini molekule, mille tulemuseks on lühemad töötlustsüklid.
- Mitmekülgsus: Hielscheri sonikaatorid ei piirdu üksnes kofeiini ekstraheerimisega. Meie sonikaatorid sobivad paljudeks rakendusteks toidu-, farmaatsia- ja kosmeetikatööstuses. Olenemata sellest, kas ekstraheerite kofeiini kohviubadest, teelehtedest või muudest taimsetest allikatest, pakuvad Hielscheri sonikaatorid mitmekülgsust, mis vastab teie vajadustele.
Hielscher Ultrasonics on ISO-sertifitseeritud ettevõte ja paneb erilist rõhku tipptasemel tehnoloogiaga ning kasutajasõbralikele suure jõudlusega ultraheliseadmetele. Loomulikult vastavad Hielscheri ultraheliseadmed CE nõuetele ning täidavad UL-i, CSA ja RoHs-i nõudeid.
Alltoodud tabel annab ülevaate meie ultraheliseadmete ligikaudsest töötlusvõimsusest:
| Partii maht | Vooluhulk | Soovitatavad seadmed |
|---|---|---|
| 0,5 kuni 1,5mL | n.a. | VialTweeter | 1 kuni 500mL | 10 kuni 200mL/min | UP100H |
| 10 kuni 2000mL | 20 kuni 400mL/min | UP200Ht, UP400St |
| 0,1 kuni 20L | 0,2 kuni 4L/min | UIP2000hdT |
| 10 kuni 100L | 2 kuni 10L/min | UIP4000hdT |
| 15 kuni 150L | 3 kuni 15L/min | UIP6000hdT |
| n.a. | 10 kuni 100L/min | UIP16000 |
| n.a. | suurem | klaster: UIP16000 |
Võtke meiega ühendust! / Küsige meilt!
Hielscher Ultrasonics toodab suure jõudlusega ultraheli homogenisaatoreid segamiseks, dispergeerimiseks, emulgeerimiseks ja ekstraheerimiseks labori-, pilootmahu- ja tööstusskaalal.
Korduma kippuvad küsimused kohvi ekstraheerimise kohta
Mis on kohv ja kohviekstrakt?
Kohv – valmistatud röstitud kohviubadest – on väga populaarne jook, mida tarbitakse kogu maailmas. Lisaks elavdavale toimele stimuleeriva joogina on kohvi koostisosad huvipakkuvad toidu-, farmaatsia- (nt valuvaigistites) ja kosmeetikatööstusele, kuna neid kasutatakse väärtuslike lisanditena erinevates toodetes. See kehtib eriti kofeiini (1,3,7-trimetüülksantiini) ja antioksüdantide kohta, mis on tuntud oma positiivse mõju poolest inimese tervisele. Kohv sisaldab muu hulgas fenoolseid diterpeene, nagu kafestool ja kahweool, ning askorbiinhappeid, mis on tuntud oma antioksüdatiivse toime poolest. Epidemioloogilised uuringud viitavad, et kohvi koostisosadel võib olla ennetav toime mitmete krooniliste haiguste puhul, sealhulgas 2. tüüpi suhkurtõbi, Alzheimeri tõbi, Parkinsoni tõbi ning maksahaigused, nagu tsirroos ja hepatotsellulaarne kartsinoom.
Ultraheli on hästi tuntud ja end tõestanud vahend paljudeks erinevateks rakendusteks eri tööstusharudes. Üks silmapaistvamaid ja edukamaid võimsa ultraheli rakendusi on bioaktiivsete ühendite ekstraheerimine taimedest. Ultraheli kavitatsioon lõhub rakke ja põhjustab seeläbi rakusisese aine vabanemise. Tänu nendele toimetele annab ultraheli töötlus suuremaid ja täielikumaid ekstraktisaake väga lühikese töötlusaja jooksul. Mittetermilise töötlusmeetodina kaitstakse bioaktiivseid molekule kõrgetest temperatuuridest tingitud lagunemise eest, mille tulemuseks on kvaliteetsed ekstraktid.
Kas kohviekstrakt sisaldab palju kofeiini?
Jah, kohviekstrakt sisaldab üldiselt palju kofeiini, kuigi täpne kogus sõltub ubade tüübist ja kasutatud ekstraheerimismeetodist. Ultrahelil ekstraheeritud kohviekstraktil on kalduvus sisaldada palju kofeiini, kuna see meetod suurendab ühendite, sealhulgas kofeiini, ekstraheerimise efektiivsust kohviubadest.
Millised on kohviekstrakti bioaktiivsed ühendid?
Kohviekstrakti bioaktiivsete ühendite hulka kuuluvad kofeiin, klorogeenhapped, diterpeenid (näiteks kafestool ja kahweool), trigonelliin ja mitmesugused antioksüdandid.
Millised on musta kohvi ja rohelise kohvi ekstrakti kasulikud omadused?
Kohvil ja rohelise kohvi ekstraktil on mitmeid võimalikke kasulikke omadusi, sealhulgas kofeiinist tingitud parem vaimne erksus, klorogeenhapete antioksüdantne toime, võimalik kehakaalu languse toetamine, teatud haiguste, nagu 2. tüüpi diabeet, vähenenud risk ning kaitse neurodegeneratiivsete haiguste eest. Rohelise kohvi ekstraktil võib kõrgema klorogeenhappesisalduse tõttu olla eriti selgelt väljendunud mõju kehakaalu langusele ja antioksüdantsele aktiivsusele.
Mis vahe on musta kohvi ja rohelise kohvi ekstraktil?
Must kohv valmistatakse röstitud kohvioakestest, mis jahvatatakse ja mida joogi saamiseks keedetakse. Röstimisprotsess muudab ubade keemilist koostist, vähendades nende klorogeenhappesisaldust ning tugevdades samal ajal maitset ja aroomi. Rohelise kohvi ekstrakt seevastu saadakse röstimata roheliste kohvioakestest, mis on rikkad klorogeenhapete ja muude antioksüdantide poolest. Arvatakse, et need ühendid pakuvad mitmesuguseid tervisega seotud eeliseid, sealhulgas kehakaalu langust ja teatud krooniliste haiguste vähenenud riski. Erinevalt mustast kohvist ei tarbita rohelise kohvi ekstrakti tavaliselt joogina, vaid toidulisandina.
Kuidas ultraheli ekstraheerimine toimib?
Võimsusultraheli – viidud vedelikesse – põhjustab lokaalselt väga äärmuslikke mõjusid. Vedelike sonikeerimisel suure intensiivsusega tekitavad vedelasse keskkonda levivad helilained vahelduvaid kõrgrõhu- (kokkusurumis-) ja madalrõhu- (hõrenemis-) tsükleid, mille sagedus sõltub ultraheli sagedusest. Madalrõhutsükli ajal tekitavad suure intensiivsusega ultrahelilained vedelikku väikesi vaakumimulle ehk õõnsusi. Kui mullid saavutavad mahu, mille juures nad ei suuda enam energiat neelata, kollapseeruvad nad kõrgrõhutsükli ajal vägivaldselt. Seda nähtust nimetatakse akustiliseks kavitatsiooniks. Implosiooni ajal saavutatakse lokaalselt väga kõrged temperatuurid (u 5 000K) ja rõhud (u 2 000atm). Kavitatsioonimulli implosioon tekitab ka vedelikujuga kiirusega kuni 280m/s. [Suslick 1998] Nende äärmuslike jõudude toimel toimub sonolüüs, rakuseinad lõhutakse ja rakusisene materjal ekstraheeritakse.
Kirjandus/viited
- Caballero Galván, Ashley; Restrepo, Daissy;Ortiz-Sánchez, Mariana; Cardona, Carlos Ariel (2018): Analysis of Extraction Kinetics of Bioactive Compounds from Spent Coffee Grounds (Coffea arábica). Waste and Biomass Valorization 9, 2018.
- Mohammad H. Zamanipoor, Bailina Yakufu, Ernest Tse, Adel Rezaeimotlagh, James M. Hook, Martin P. Bucknall, Donald S. Thomas, Francisco J. Trujillo (2020): Brewing coffee? – Ultra-sonication has clear beneficial effects on the extraction of key volatile aroma components and triglycerides. Ultrasonics Sonochemistry, Volume 60, 2020.
- Huamaní-Meléndez V.J., Darros-Barbosa R. (2018): High intensity ultrasound assisted decaffeination process of coffee beans in aqueous medium. Journal of Food Science and Technology, 55(12), 2018. 4901-4908.
- Suslick, K.S.: Kirk-Othmer Encyclopedia of Chemical Technology. 4th ed. J. Wiley & Sons: New York; 26, 1998. 517-541.
- Wang, Cheng-Chi; Sheu, Shane-Rong; Chou, Ya-Yen; Jang, Ming-Jyi; Yang, Li-Chen (2011): A novel optimized energy-saving extraction process on coffee. Thermal Science 15/1, 2011. 53-59.
Hielscher Ultrasonics toodab suure jõudlusega ultraheli homogenisaatoreid alates laborist kuni tööstusliku suuruseni.