Décaféination sans solvant par ultrasons de puissance

• Le procédé conventionnel de décaféination du café et du thé nécessite l’utilisation de solvants toxiques.
• La décaféination par ultrasons est une méthode d’intensification efficace qui permet d’éliminer la caféine au moyen d’un procédé d’extraction aqueuse, sans utiliser de solvants agressifs.
• La décaféination par ultrasons est une méthode économique, efficace et écologique pour produire des produits de café, de thé et de cacao décaféinés de haute qualité.

Décaféination par ultrasonication

La caféine est une substance hydrosoluble, 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. Grâce à l’extraction aqueuse par ultrasons combinée au charbon actif comme agent de décaféination, un café, un thé ou un produit à base de cacao décaféiné est préparé selon un procédé biologique et respectueux de l’environnement.

Intensification par ultrasons de la Swiss Water Decaffeination

La décaféination assistée par ultrasons est un procédé d’intensification de la méthode dite de Swiss water decaffeination .
Le procédé de décaféination Swiss Water repose sur la dissolution et l’osmose pour éliminer la caféine des grains de café, des feuilles de thé et des fèves de cacao.
L’intégration d’ultrasonicateurs de type sonde dans le procédé de décaféination Swiss Water consiste à appliquer la sonication à des étapes spécifiques du procédé afin d’améliorer l’extraction de la caféine. Le procédé de décaféination Swiss Water comprend quatre étapes principales. Bien que la mise en œuvre des ultrasons pour une décaféination plus efficace puisse varier selon la configuration et l’équipement spécifiques, voici un aperçu général de la manière dont les ultrasonicateurs de type sonde sont principalement intégrés pour améliorer le procédé :

1. Étape de trempage : La première étape du procédé de décaféination Swiss Water consiste à faire tremper les grains de café vert dans de l’eau chaude pour créer une solution aqueuse chargée en arômes. Durant cette étape de trempage, un ultrasonicateur de type sonde peut être utilisé pour appliquer une sonication afin de faciliter l’extraction de la caféine des grains. L’ultrasonication est bien connue pour sa capacité à intensifier les procédés d’extraction de composés bioactifs tels que la caféine à partir de matières végétales. Les forces mécaniques de la cavitation ultrasonore / acoustique perforent et désorganisent les cellules et favorisent le transfert de matière. Ainsi, la caféine est éliminée des grains et libérée efficacement dans l’eau. Grâce à ces effets, la sonication accélère considérablement le procédé de décaféination. La caféine extraite par ultrasons est un additif précieux pour les aliments et les boissons, par exemple les boissons énergisantes.
2. Étape d’élimination de la caféine : Après le trempage initial, l’eau chargée en arômes et contenant de la caféine est séparée des grains de café. Cette eau passe généralement à travers des filtres à charbon actif pour éliminer la caféine. La porosité de ce filtre est dimensionnée pour retenir uniquement les molécules de caféine, plus grandes, tout en laissant passer les molécules d’huile et les molécules aromatiques, plus petites. Cela signifie que le filtre à charbon retient la caféine, tandis que l’eau filtrée contient toutes les substances bioactives plus petites, connues pour conférer au café, au thé et au cacao leur arôme distinctif et leur valeur nutritionnelle.
3. Étape de réabsorption : Les grains décaféinés, dont la caféine et les molécules aromatiques ont été éliminées, sont jetés. L’eau sans caféine, enrichie en arômes et en polyphénols (également appelée « Green Coffee Extract »), est très précieuse et sert à éliminer la caféine d’un nouveau lot de grains de café contenant encore de la caféine.
   Comme cette eau est saturée de molécules aromatiques et d’autres substances bioactives, ces composés ne peuvent pas se dissoudre dans le nouveau lot de grains de café. Ainsi, seules les molécules de caféine sont libérées des grains de café dans l’eau, ce qui permet une décaféination sans éliminer les arômes ni les autres composés phytochimiques précieux. Une fois que l’eau chargée en 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, elle aussi, bénéficier de l’ultrasonication à l’aide d’une sonde. Les grains verts sont trempés dans l’eau chargée en arômes, et l’ultrasonication est appliquée pour faciliter l’extraction de la caféine. La sonication contribue à améliorer la pénétration de l’eau dans les grains, ce qui améliore l’efficacité de l’extraction et réduit le temps d’extraction.
4. Réabsorption répétée et séchage : 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 dernière réabsorption, les grains de café décaféinés sont généralement séchés, et l’eau chargée en arômes est prête à être réutilisée pour le lot suivant.

Étude de cas sur la décaféination par ultrasons des grains de café

L’étude de Huamaní-Meléndez et Darros-Barbosa (2018) visait à étudier l’effet de l’intensité des ultrasons, du pouls et de la température sur l’extraction de la caféine à partir de grains de café Arabica à l’aide d’un milieu aqueux. Les chercheurs ont utilisé la sonde à ultrasons de haute intensité Hielscher UP400S (400 watts ; voir photo de gauche) et ont réalisé des expériences à différentes intensités, durées d’impulsions et températures. Ils ont constaté que l’augmentation de l’intensité des ultrasons et de la durée du pouls entraînait un taux d’extraction de caféine plus élevé, mais seulement jusqu’à un certain point, après quoi d’autres augmentations n’amélioraient pas significativement l’extraction. Les conditions optimales pour l’extraction de la caféine se sont avérées être une intensité ultrasonore 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 pour extraire la caféine des grains de café et suggère que cette méthode pourrait être une alternative efficace et respectueuse de l’environnement aux processus de décaféination traditionnels.

High-Performance Ultrasonicators for Solvent-Free Decaffeination

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