Décaféination sans solvant à l'aide d'ultrasons de puissance

• Le processus conventionnel de décaféination du café et du thé nécessite l'utilisation de solvants toxiques.
• La décaféination ultrasonique est une méthode d'intensification efficace qui permet d'éliminer la caféine dans une procédure d'extraction à base d'eau sans utiliser de solvants agressifs.
• La décaféination par ultrasons est une méthode économique, efficace et écologique pour produire du café, du thé et des produits à base de cacao décaféinés de haute qualité.

Décaféination par ultrasons

La caféine est une substance soluble dans l'eau, de sorte que l'eau peut être utilisée pour éliminer la caféine du café, du thé et du cacao. Les procédés de décaféination conventionnels utilisent un produit chimique comme agent de décaféination (tel que le chlorure de méthylène, le CO2 ou l'acétate d'éthyle) pour accélérer le processus. En utilisant l'extraction ultrasonique à base d'eau en combinaison avec le charbon actif comme agent décaféinant, un café, un thé ou un cacao décaféiné est préparé selon un processus biologique et respectueux de l'environnement.

Intensification par ultrasons Swiss Water Decaffeination

La décaféination assistée par ultrasons est un processus d'intensification de ce que l'on appelle la "décaféination par ultrasons". Swiss water decaffeination .
Le procédé suisse de décaféination à l'eau fonctionne sur la base de la dissolution et de l'osmose pour éliminer la caféine des grains de café, des feuilles de thé et des fèves de cacao.
L'intégration d'ultrasons de type sonde dans le processus de décaféination de l'eau suisse consiste à incorporer la sonication à des étapes spécifiques du processus afin d'améliorer l'extraction de la caféine. Le processus de décaféination de l'eau suisse comprend quatre étapes principales. Bien que la mise en œuvre des ultrasons pour une décaféination plus efficace puisse varier en fonction de la configuration et de l'équipement spécifiques, voici un aperçu général de la façon dont les ultrasons à sonde sont principalement intégrés pour l'amélioration du processus :

1. Phase de trempage : L'étape initiale du processus de décaféination Swiss Water consiste à faire tremper les grains de café vert dans de l'eau chaude pour créer une solution d'eau chargée d'arômes. Au cours de cette phase de trempage, un appareil à ultrasons de type sonde peut être utilisé pour appliquer une sonication afin de faciliter l'extraction de la caféine des grains. Les ultrasons sont bien connus pour leur capacité à intensifier les processus d'extraction de composés bioactifs, tels que la caféine, à partir de matières végétales. Les forces mécaniques de la cavitation ultrasonique/acoustique perforent et perturbent les cellules et favorisent le transfert de masse. La caféine est ainsi extraite des grains et libérée efficacement dans l'eau. Grâce à ces effets, la sonication accélère considérablement le processus de décaféination. La caféine extraite par ultrasons est un additif précieux pour les aliments et les boissons, par exemple les boissons énergisantes.
2. Phase d'élimination de la caféine : Après le trempage initial, l'eau chargée d'arômes et contenant de la caféine est séparée des grains de café. Cette eau passe généralement par des filtres à charbon actif pour éliminer la caféine. La porosité de ce filtre est dimensionnée de manière à ne capturer que les grosses molécules de caféine, tout en laissant passer les petites molécules d'huile et d'arôme. Cela signifie que le filtre à charbon retient la caféine, tandis que l'eau filtrée contient toutes les substances bioactives plus petites, connues pour donner au café, au thé et au cacao leur arôme distinctif et leur valeur nutritionnelle.
3. Phase de réabsorption : Les grains décaféinés, débarrassés de la caféine et des molécules d'arôme, sont jetés. L'eau enrichie en arômes et en polyphénols sans caféine (également connue sous le nom d'"extrait de café vert") a une grande valeur et est utilisée pour éliminer la caféine d'un nouveau lot de grains de café contenant encore de la caféine.
   Comme cette eau est saturée de molécules d'arôme et d'autres substances bioactives, ces composés ne peuvent pas se dissoudre dans le lot de grains de café frais. Ainsi, seules les molécules de caféine sont libérées des grains de café dans l'eau et une décaféination est effectuée sans éliminer l'arôme et d'autres substances phyto-chimiques précieuses. Une fois que l'eau chargée d'arômes est exempte de caféine, elle est réutilisée pour extraire la caféine d'un nouveau lot de grains de café vert. Cette étape de réabsorption peut à nouveau bénéficier de l'utilisation d'ultrasons de type sonde. Les grains verts sont trempés dans l'eau chargée d'arôme et l'ultrason est appliqué pour faciliter l'extraction de la caféine. Les ultrasons favorisent la pénétration de l'eau dans les grains, ce qui améliore l'efficacité de l'extraction et réduit le temps d'extraction.
4. Réabsorption et séchage répétés : Les étapes de réabsorption et de sonication peuvent être répétées plusieurs fois jusqu'à ce que le niveau de décaféination souhaité soit atteint. Après la réabsorption finale, les grains de café décaféinés sont généralement séchés et l'eau chargée d'arômes est prête à être réutilisée dans le lot suivant.

Étude de cas sur la décaféination ultrasonique des grains de café

L'étude de Huamaní-Meléndez et Darros-Barbosa (2018) visait à étudier l'effet de l'intensité, de l'impulsion et de la température des ultrasons sur l'extraction de la caféine des grains de café Arabica en milieu aqueux. Les chercheurs ont utilisé la sonde à ultrasons haute intensité Hielscher UP400S (400 watts ; voir image à gauche) et ont réalisé des expériences à différentes intensités, durées d'impulsion et températures. Ils ont constaté que l'augmentation de l'intensité des ultrasons et de la durée des impulsions entraînait une augmentation du taux d'extraction de la caféine, mais seulement jusqu'à un certain point, après quoi de nouvelles augmentations n'amélioraient pas l'extraction de manière significative. Les conditions optimales pour l'extraction de la caféine sont une intensité d'ultrasons de 75 W/cm2, une durée d'impulsion de 5 secondes et une température de 25°C. L'étude fournit un protocole spécifique pour l'utilisation des ultrasons afin d'extraire la caféine des grains de café et suggère que cette méthode pourrait être une alternative efficace et respectueuse de l'environnement aux processus traditionnels de décaféination.

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