کافئین‌زدایی بدون حلال با فراصوت پرتوان

• فرایند متداول کافئین‌زدایی قهوه و چای مستلزم استفاده از حلال‌های سمی است.
• کافئین‌زدایی فراصوتی روشی کارآمد برای تشدید فرایند است که امکان حذف کافئین را طی استخراج با پایهٔ آبی، بدون استفاده از حلال‌های قوی، فراهم می‌کند.
• کافئین‌زدایی فراصوتی روشی اقتصادی، مؤثر و سبز برای تولید محصولات باکیفیت قهوه، چای و کاکائوی بدون کافئین است.

کافئین‌زدایی با فراصوت‌دهی

کافئین ماده‌ای محلول در آب است؛ بنابراین می‌توان از آب برای حذف کافئین از قهوه، چای و کاکائو استفاده کرد. فرایندهای متداول کافئین‌زدایی برای تسریع فرایند از یک مادهٔ شیمیایی به‌عنوان عامل کافئین‌زدا (مانند متیلن کلراید، CO2 یا اتیل استات) استفاده می‌کنند. با استفاده از استخراج فراصوتی با پایهٔ آبی در ترکیب با زغال فعال به‌عنوان عامل کافئین‌زدا، محصول قهوه، چای یا کاکائوی بدون کافئین طی فرایندی ارگانیک و بی‌ضرر برای محیط‌زیست تهیه می‌شود.

تشدیدشده با فراصوت Swiss Water Decaffeination

کافئین‌زدایی به کمک فراصوت، فرایندی برای تشدید روشی است که با این نام شناخته می‌شود: Swiss water decaffeination .
فرایند کافئین‌زدایی به روش آب سوئیسی بر پایهٔ انحلال و اسمز عمل می‌کند تا کافئین را از دانه‌های قهوه، برگ‌های چای و دانه‌های کاکائو حذف کند.
ادغام دستگاه‌های فراصوتی پروبی در فرایند کافئین‌زدایی به روش آب سوئیسی شامل به‌کارگیری فراصوت‌دهی در مراحل مشخصی از فرایند برای بهبود استخراج کافئین است. فرایند کافئین‌زدایی به روش آب سوئیسی شامل چهار مرحلهٔ اصلی است. اگرچه نحوهٔ به‌کارگیری فراصوت برای کافئین‌زدایی کارآمدتر می‌تواند بسته به آرایش سامانه و تجهیزات مورد استفاده متفاوت باشد، در ادامه طرحی کلی از نحوهٔ ادغام معمول دستگاه‌های فراصوتی پروبی برای بهبود فرایند ارائه شده است:

1. مرحلهٔ خیساندن: نخستین مرحله در فرایند کافئین‌زدایی به روش آب سوئیسی، خیساندن دانه‌های سبز قهوه در آب داغ برای تهیهٔ محلولی آبی سرشار از ترکیبات طعم‌دهنده است. در این مرحلهٔ خیساندن، می‌توان با استفاده از یک دستگاه فراصوتی پروبی، فراصوت‌دهی را برای تسهیل استخراج کافئین از دانه‌ها انجام داد. فراصوت‌دهی به‌دلیل توانایی تشدید فرایندهای استخراج ترکیبات زیست‌فعال، مانند کافئین، از مواد گیاهی شناخته شده است. نیروهای مکانیکی ناشی از کاویتاسیون فراصوتی / آکوستیکی، سلول‌ها را سوراخ و تخریب می‌کنند و انتقال جرم را افزایش می‌دهند. در نتیجه، کافئین از دانه‌ها خارج می‌شود و به‌طور کارآمد در آب آزاد می‌شود. به‌واسطهٔ این اثرات، فراصوت‌دهی فرایند کافئین‌زدایی را به‌طور چشمگیری تسریع می‌کند. کافئین استخراج‌شده با فراصوت، افزودنی ارزشمندی برای مواد غذایی و نوشیدنی‌ها، مانند نوشیدنی‌های انرژی‌زا، است.
2. مرحلهٔ حذف کافئین: پس از خیساندن اولیه، آب سرشار از ترکیبات طعم‌دهنده و حاوی کافئین از دانه‌های قهوه جدا می‌شود. این آب معمولاً برای حذف کافئین از فیلترهای زغال فعال عبور داده می‌شود. اندازهٔ منافذ این فیلتر به‌گونه‌ای تعیین شده است که فقط مولکول‌های بزرگ‌تر کافئین را به دام بیندازد و در عین حال به مولکول‌های کوچک‌تر روغن و ترکیبات طعم‌دهنده اجازهٔ عبور بدهد. این بدان معناست که فیلتر زغالی کافئین را نگه می‌دارد، در حالی که آب تصفیه‌شده حاوی تمام مواد زیست‌فعال کوچک‌تری است که به قهوه، چای و کاکائو عطر متمایز و ارزش تغذیه‌ای می‌بخشند.
3. مرحلهٔ بازجذب: دانه‌های کافئین‌زدایی‌شده که کافئین و مولکول‌های طعم‌دهنده از آن‌ها خارج شده‌اند، دور ریخته می‌شوند. آب بدون کافئینِ غنی‌شده با ترکیبات طعم‌دهنده و پلی‌فنول‌ها (که با نام «عصارهٔ قهوهٔ سبز» نیز شناخته می‌شود) بسیار ارزشمند است و برای حذف کافئین از یک بچ تازه از دانه‌های قهوه که هنوز حاوی کافئین هستند، استفاده می‌شود.
   از آنجا که این آب از مولکول‌های طعم‌دهنده و سایر مواد زیست‌فعال اشباع شده است، این ترکیبات نمی‌توانند در بچ تازهٔ دانه‌های قهوه حل شوند. بنابراین، فقط مولکول‌های کافئین از دانه‌های قهوه در آب آزاد می‌شوند و کافئین‌زدایی بدون حذف ترکیبات معطر و سایر مواد شیمیایی گیاهی ارزشمند انجام می‌شود. پس از آنکه آب سرشار از ترکیبات طعم‌دهنده از کافئین عاری شد، برای استخراج کافئین از یک بچ جدید از دانه‌های سبز قهوه دوباره استفاده می‌شود. در این مرحلهٔ بازجذب نیز می‌توان از فراصوت‌دهی پروبی بهره گرفت. دانه‌های سبز در آب سرشار از ترکیبات طعم‌دهنده خیسانده می‌شوند و برای تسهیل استخراج کافئین، فراصوت‌دهی انجام می‌شود. فراصوت‌دهی به افزایش نفوذ آب به درون دانه‌ها کمک می‌کند و در نتیجه، بازده استخراج را بهبود می‌دهد و زمان استخراج را کاهش می‌دهد.
4. بازجذب مکرر و خشک‌کردن: مراحل بازجذب و فراصوت‌دهی را می‌توان چندین بار تکرار کرد تا میزان مطلوب کافئین‌زدایی حاصل شود. پس از آخرین مرحلهٔ بازجذب، دانه‌های قهوهٔ کافئین‌زدایی‌شده معمولاً خشک می‌شوند و آب سرشار از ترکیبات طعم‌دهنده برای استفادهٔ مجدد در بچ بعدی آماده است.

مطالعهٔ موردی کافئین‌زدایی فراصوتی دانه‌های قهوه

مطالعهٔ Huamaní-Meléndez و Darros-Barbosa (2018) با هدف بررسی تأثیر شدت فراصوت، پالس و دما بر استخراج کافئین از دانه‌های قهوهٔ عربیکا در محیط آبی انجام شد. پژوهشگران از پروب فراصوتی با شدت بالای Hielscher، مدل UP400S (400 وات؛ تصویر سمت چپ را ببینید)، استفاده کردند و آزمایش‌ها را با شدت‌ها، مدت‌زمان‌های پالس و دماهای مختلف انجام دادند. آن‌ها دریافتند که افزایش شدت فراصوت و مدت‌زمان پالس باعث افزایش نرخ استخراج کافئین می‌شود، اما فقط تا حد معینی؛ پس از آن، افزایش بیشتر این پارامترها بهبود چشمگیری در استخراج ایجاد نمی‌کند. شرایط بهینهٔ استخراج کافئین، شدت فراصوت 75 W/cm2، مدت‌زمان پالس 5 sec و دمای 25°C تعیین شد. این مطالعه دستورالعمل مشخصی برای استفاده از فراصوت در استخراج کافئین از دانه‌های قهوه ارائه می‌دهد و نشان می‌دهد که این روش می‌تواند جایگزینی مؤثر و سازگار با محیط‌زیست برای فرایندهای سنتی کافئین‌زدایی باشد.

دستگاه‌های فراصوتی با عملکرد بالا برای کافئین‌زدایی بدون حلال

Hielscher Ultrasonics دستگاه‌های فراصوتی با عملکرد بالا را برای فرایندهای استخراج و کافئین‌زدایی ملایم و در عین حال بسیار مؤثر در اختیار شما قرار می‌دهد. با توان فراصوت از 50 تا 16٬000 وات برای هر دستگاه، مجموعهٔ دستگاه‌های فراصوتی Hielscher دستگاه ایدئال را برای فرایند دم‌آوری و کافئین‌زدایی قهوهٔ شما در بر دارد!
Hielscher با تجربهٔ طولانی در تولید و ارائهٔ مشاوره دربارهٔ دستگاه‌های فراصوتی پرتوان و کاربردهای آن‌ها، همراه شما در فرایندهای استخراج به کمک فراصوت است. پردازشگرهای فراصوتی Hielscher در سراسر جهان برای کاربردهای صنایع غذایی و نوشیدنی، دارویی و شیمیایی نصب شده‌اند.
ما علاوه بر تأمین دستگاه‌های استخراج فراصوتی پرتوان، با دانش عمیق خود نیز به مشتریان کمک می‌کنیم. خدمات مشتریان ما از مشاوره و مطالعات امکان‌سنجی تا بهینه‌سازی فرایند، تأمین تجهیزات پایلوت و نصب سامانه‌های فراصوتی در مقیاس صنعتی را در بر می‌گیرد.
با ارائهٔ گسترهٔ وسیعی از پردازشگرهای فراصوتی و تجهیزات جانبی (مانند سونوتْرودها، سلول‌های جریان و راکتورها)، می‌توانیم مناسب‌ترین سامانه را برای برآورده‌کردن الزامات ظرفیت و شرایط فرایند شما پیشنهاد کنیم. نصب و افزودن این تجهیزات به خطوط فرایندی موجود به‌آسانی انجام می‌شود، زیرا دستگاه‌های استخراج فراصوتی ما را می‌توان بدون تغییرات عمده در این خطوط ادغام کرد.
کارکنان آموزش‌دیدهٔ ما، شامل مشاوران فرایند، شیمی‌دانان و مهندسان، مشتریان را برای نصب و بهره‌برداری موفق راهنمایی می‌کنند. تجهیزات Hielscher استحکام فوق‌العاده‌ای دارند و به نگهداری بسیار اندکی نیاز دارند. برای آموزش بهره‌برداری، راه‌اندازی اولیه و خدمات نگهداری نیز تیمی آموزش‌دیده داریم که به مشتریان کمک می‌کند.