Liuottimeton kofeiininpoisto tehokkaalla ultraäänellä

• Kahvin ja teen tavanomainen kofeiininpoistoprosessi edellyttää myrkyllisten liuottimien käyttöä.
• Ultraäänellä tehtävä kofeiininpoisto on tehokas prosessin tehostamismenetelmä, jonka avulla kofeiini voidaan poistaa vesipohjaisella uutolla ilman voimakkaiden liuottimien käyttöä.
• Ultraäänellä tehtävä kofeiininpoisto on taloudellinen, tehokas ja ympäristöystävällinen menetelmä korkealaatuisten kofeiinittomien kahvi-, tee- ja kaakaotuotteiden valmistamiseen.

Kofeiininpoisto ultraäänikäsittelyllä

Kofeiini on vesiliukoinen aine, joten vettä voidaan käyttää kofeiinin poistamiseen kahvista, teestä ja kaakaosta. Tavanomaisissa kofeiininpoistoprosesseissa käytetään kemikaalia kofeiininpoistoaineena (kuten metyleenikloridia, CO2:ta tai etyyliasetaattia) prosessin nopeuttamiseksi. Käyttämällä ultraäänellä tehtävää vesipohjaista uuttoa yhdessä kofeiininpoistoaineena toimivan aktiivihiilen kanssa kofeiiniton kahvi-, tee- tai kaakaotuote valmistetaan luonnonmukaisessa ja ympäristölle harmittomassa prosessissa.

Ultraäänellä tehostettu Swiss Water Decaffeination

Ultraääniavusteinen kofeiininpoisto on tehostettu versio menetelmästä nimeltä Swiss water decaffeination .
Swiss Water -kofeiininpoistoprosessi perustuu liukenemiseen ja osmoosiin kofeiinin poistamiseksi kahvipavuista, teelehdistä ja kaakaopavuista.
Sonotrodilla varustettujen ultraäänilaitteiden integrointi Swiss Water -kofeiininpoistoprosessiin tarkoittaa ultraäänikäsittelyn sisällyttämistä prosessin tiettyihin vaiheisiin kofeiinin uuton tehostamiseksi. Swiss Water -kofeiininpoistoprosessissa on neljä päävaihetta. Vaikka ultraäänen käyttö kofeiininpoiston tehostamiseksi voi vaihdella kokoonpanon ja laitteiston mukaan, seuraavassa esitetään yleiskuva siitä, miten sonotrodilla varustetut ultraäänilaitteet pääasiassa integroidaan prosessin parantamiseksi:

1. Liotusvaihe: Swiss Water -kofeiininpoistoprosessin ensimmäisessä vaiheessa vihreitä kahvipapuja liotetaan kuumassa vedessä aromiaineita sisältävän vesiliuoksen valmistamiseksi. Tässä liotusvaiheessa sonotrodilla varustettua ultraäänilaitetta voidaan käyttää ultraäänikäsittelyyn, joka helpottaa kofeiinin uuttoa pavuista. Ultraäänikäsittely tunnetaan hyvin kyvystään tehostaa bioaktiivisten yhdisteiden, kuten kofeiinin, uuttoa kasvimateriaaleista. Ultraäänikavitaation eli akustisen kavitaation mekaaniset voimat puhkaisevat ja hajottavat soluja sekä edistävät aineensiirtoa. Näin kofeiini poistuu pavuista ja vapautuu tehokkaasti veteen. Näiden vaikutusten ansiosta ultraäänikäsittely nopeuttaa kofeiininpoistoprosessia merkittävästi. Ultraäänellä uutettu kofeiini on arvokas lisäaine elintarvikkeisiin ja juomiin, esimerkiksi energiajuomiin.
2. Kofeiinin poistovaihe: Ensimmäisen liotuksen jälkeen kofeiinia ja aromiaineita sisältävä vesi erotetaan kahvipavuista. Tämä vesi johdetaan yleensä aktiivihiilisuodattimien läpi kofeiinin poistamiseksi. Suodattimen huokoskoko on mitoitettu pidättämään vain suuremmat kofeiinimolekyylit ja päästämään pienemmät öljy- ja aromimolekyylit läpi. Tämä tarkoittaa, että hiilisuodatin pidättää kofeiinin, kun taas suodatettu vesi sisältää kaikki pienemmät bioaktiiviset aineet, joiden tiedetään antavan kahville, teelle ja kaakaolle niiden tunnusomaisen aromin ja ravintoarvon.
3. Uudelleenimeytymisvaihe: Kofeiinittomat pavut, joista kofeiini ja aromimolekyylit on poistettu, hävitetään. Kofeiiniton, aromiaineilla ja polyfenoleilla rikastunut vesi (joka tunnetaan myös nimellä ”vihreä kahviuute”) on erittäin arvokasta, ja sitä käytetään kofeiinin poistamiseen uudesta erästä kahvipapuja, jotka sisältävät vielä kofeiinia.
   Koska tämä vesi on kyllästynyt aromimolekyyleillä ja muilla bioaktiivisilla aineilla, nämä yhdisteet eivät voi liueta uuden erän kahvipapuihin. Näin kahvipavuista vapautuu veteen vain kofeiinimolekyylejä, ja kofeiini poistetaan poistamatta aromiaineita ja muita arvokkaita fytokemikaaleja. Kun aromiaineita sisältävä vesi on kofeiinitonta, sitä käytetään uudelleen kofeiinin uuttamiseen uudesta vihreiden kahvipapujen erästä. Myös tässä uudelleenimeytymisvaiheessa voidaan hyötyä sonotrodilla tehtävästä ultraäänikäsittelystä. Vihreitä papuja liotetaan aromiaineita sisältävässä vedessä, ja ultraäänikäsittelyä käytetään kofeiinin uuton helpottamiseksi. Ultraäänikäsittely auttaa tehostamaan veden tunkeutumista papuihin, mikä parantaa uuton tehokkuutta ja lyhentää uuttoaikaa.
4. Toistuva uudelleenimeytyminen ja kuivaus: Uudelleenimeytymis- ja ultraäänikäsittelyvaiheet voidaan toistaa useita kertoja, kunnes haluttu kofeiininpoiston taso saavutetaan. Viimeisen uudelleenimeytymisvaiheen jälkeen kofeiinittomat kahvipavut yleensä kuivataan, ja aromiaineita sisältävä vesi on valmis käytettäväksi uudelleen seuraavassa erässä.

Tapaustutkimus kahvipapujen kofeiininpoistosta ultraäänellä

Huamaní-Meléndezin ja Darros-Barbosan (2018) tutkimuksen tavoitteena oli selvittää ultraäänen intensiteetin, pulssin ja lämpötilan vaikutusta kofeiinin uuttoon arabica-kahvipavuista vesipohjaisessa väliaineessa. Tutkijat käyttivät Hielscherin suurintensiteettistä ultraäänisonotrodia UP400S (400 wattia; katso kuva vasemmalla) ja tekivät kokeita eri intensiteeteillä, pulssien kestoilla ja lämpötiloilla. He havaitsivat, että ultraäänen intensiteetin ja pulssin keston kasvattaminen nopeutti kofeiinin uuttoa, mutta vain tiettyyn rajaan asti, jonka jälkeen niiden kasvattaminen edelleen ei parantanut uuttoa merkittävästi. Kofeiinin uuton optimaalisiksi olosuhteiksi todettiin ultraäänen intensiteetti 75 W/cm2, pulssin kesto 5 sec ja lämpötila 25°C. Tutkimuksessa esitetään määritelty menettely ultraäänen käyttämiseksi kofeiinin uuttamiseen kahvipavuista, ja sen perusteella tämä menetelmä voisi olla tehokas ja ympäristöystävällinen vaihtoehto perinteisille kofeiininpoistoprosesseille.

Tehokkaat ultraäänilaitteet liuottimettomaan kofeiininpoistoon

Hielscher Ultrasonics tarjoaa tehokkaita ultraäänilaitteita hellävaraisiin mutta erittäin tehokkaisiin uutto- ja kofeiininpoistoprosesseihin. Hielscher tarjoaa ultraäänilaitevalikoimassaan laitekohtaisia ultraäänitehoja 50 watista 16 000 wattiin, joten valikoimasta löytyy ihanteellinen ultraäänilaite kahvinvalmistus- ja kofeiininpoistoprosessiisi!
Hielscher on suuritehoisten ultraäänilaitteiden valmistaja ja niiden sovellusten neuvonantaja, jolla on pitkä kokemus, sekä kumppanisi ultraääniavusteisissa uuttoprosesseissa. Hielscher tarjoaa ultraääniprosessoreita, joita on asennettu elintarvike- ja juomateollisuuden, lääketeollisuuden sekä kemianteollisuuden sovelluksiin kaikkialla maailmassa.
Toimitamme suuritehoisia ultraääniuutinlaitteita ja tuemme asiakkaitamme myös syvällisellä asiantuntemuksellamme. Asiakaspalvelumme kattaa neuvonnan ja toteutettavuustutkimukset, prosessien optimoinnin ja pilottilaitteistot sekä ultraäänijärjestelmien asentamisen teollisessa mittakaavassa.
Laajan ultraääniprosessori- ja lisävarustevalikoimamme (kuten sonotrodit, virtauskennot ja reaktorit) ansiosta voimme suositella sinulle parhaiten soveltuvaa järjestelmää, joka täyttää prosessisi kapasiteetin ja olosuhteiden asettamat vaatimukset. Asennus ja jälkiasennus olemassa oleviin prosessilinjoihin onnistuvat helposti, sillä ultraääniuutinlaitteemme voidaan integroida ilman suuria muutoksia.
Hyvin koulutetut prosessineuvojamme, kemistimme ja insinöörimme opastavat asiakkaitamme onnistuneessa asennuksessa ja käytössä. Hielscher tarjoaa poikkeuksellisen kestäviä laitteita, jotka vaativat vain hyvin vähän huoltoa. Hyvin koulutettu tiimimme tukee asiakkaitamme käyttökoulutuksessa, ensimmäisessä käyttöönotossa ja huoltopalveluissa.