Extraction ultrasonique de la caféine

L'utilisation des ultrasons est une méthode efficace pour l'extraction de la caféine et d'autres composés actifs du café. Des appareils à ultrasons puissants facilitent le processus d'extraction tout en maximisant le rendement et en réduisant le temps de traitement.

Améliorer l'extraction de la caféine grâce aux ultrasons de puissance

La saveur du café et les effets de la caféine sont une passion partagée par des millions de personnes à travers le monde depuis des siècles. Alors que les amateurs de café et les scientifiques cherchent des moyens d'améliorer l'extraction de la caféine, des composés bioactifs et des arômes des grains de café, des techniques innovantes sont apparues pour révolutionner le processus. L'une de ces méthodes, qui exploite la puissance des ultrasons, est apparue comme un outil prometteur pour améliorer l'efficacité de l'extraction de la caféine. Les sonicateurs Hielscher permettent d'extraire des rendements plus élevés de caféine et de découvrir de nouvelles dimensions de saveurs et d'arômes dans les boissons à base de café, les additifs alimentaires et les extraits.

Les avantages de l'extraction des grains de café par sonication

L'efficacité élevée et la qualité supérieure de l'extrait de café ne sont que deux critères qui font de l'utilisation des sonicateurs à sonde Hielscher la meilleure méthode pour l'extraction de la caféine et des composés du café à partir des grains de café. Les avantages les plus importants de l'extraction du café par ultrasons sont énumérés ci-dessous :

• Efficacité : Les sonicateurs à sonde génèrent des ondes ultrasoniques intenses qui pénètrent efficacement les matériaux solides. Cela permet de décomposer la structure des grains de café et de faciliter l'extraction de la caféine.
• Contrôle précis : Les sonicateurs à sonde permettent un contrôle précis de l'énergie ultrasonique et du temps d'exposition. Ce contrôle est essentiel pour éviter la surextraction, qui peut entraîner des saveurs et une amertume indésirables dans l'extrait de café.
• Vitesse : La sonication est un processus rapide, et les sonicateurs à sonde peuvent réduire considérablement le temps d'extraction par rapport aux méthodes traditionnelles, ce qui rend le processus plus efficace.
• Uniformité : Les ondes ultrasoniques permettent une extraction plus uniforme dans le grain de café, ce qui garantit une extraction régulière de la caféine.
• Réduction de l'utilisation de solvants : L'extraction par ultrasons nécessite souvent moins de solvant que les méthodes traditionnelles. Cette méthode peut être respectueuse de l'environnement et rentable.
• Préservation des composés aromatiques : La sonication de type sonde peut être optimisée pour extraire sélectivement la caféine tout en laissant les autres composés aromatiques largement intacts. Ceci est important pour maintenir la qualité et le goût de l'extrait de café.
• Évolutivité : Avec Hielscher Ultrasonics, les procédés d'extraction par ultrasons peuvent être mis à l'échelle de façon linéaire pour des applications industrielles. Cela signifie que la faisabilité et l'optimisation du processus peuvent se faire à l'échelle du laboratoire, puis sans risque et facilement à l'échelle de la production.

Extraction ultrasonique des composés du café

L'extraction assistée par ultrasons est une méthode couramment utilisée pour isoler les substances bioactives du matériel végétal [Dong et al. 2010]. En ce qui concerne les grains de café, la caféine et les composés phénoliques antioxydants pourraient être les composés les plus précieux pour l'extraction en raison de leurs nombreuses applications dans l'industrie pharmaceutique et alimentaire. Mais les flavonoïdes, l'acide chlorogénique et l'acide protocatéchuique sont également des extraits utilisés comme additifs.
En utilisant des méthodes d'extraction traditionnelles telles que l'extraction liquide-liquide dans des solvants, l'efficacité de l'extraction augmente généralement avec l'augmentation des températures d'extraction. Cela entraîne souvent des dommages et une perte de qualité de l'extrait, car la température affecte la stabilité des composés phénoliques.
L'extraction solide-liquide assistée par ultrasons s'est révélée être une méthode d'extraction efficace qui permet de gagner du temps. Les forces ultrasoniques très puissantes fournissent l'énergie nécessaire à l'extraction, de sorte que moins de solvants sont nécessaires, voire aucun. La température peut être bien contrôlée car le réacteur sonique en discontinu ou en flux peut être efficacement refroidi (ou chauffé si nécessaire).
En raison des forces d'extraction intenses des ultrasons, le marc de café déjà épuisé (déchets de café) reste une matière première riche en composés extractibles. Les déchets de café étant bon marché et disponibles en grande quantité, ils constituent une matière première idéale pour l'extraction des composés actifs restants. Bien que la teneur en caféine et autres composants des déchets de café soit inférieure à celle de la poudre de café non utilisée, il en reste une grande quantité qui peut être extraite. Pour libérer ces composés du marc de café, l'influence totale des paramètres de traitement devient particulièrement importante. Les ultrasons de forte puissance permettent d'extraire de grandes quantités de composés actifs en peu de temps.
Le café vert est un grain de café non torréfié, très riche en caféine. L'extraction par ultrasons et l'infusion à froid sont d'excellentes techniques pour la production d'extraits de café vert et d'infusions à froid !

Sonicateurs haute puissance pour l'extraction du café

Pour faciliter la compréhension de la procédure d'extraction assistée par ultrasons, il convient d'expliquer l'effet des ultrasons dans les liquides.
ultrasons – introduit dans les liquides – provoque localement des effets très extrêmes. Lors de la sonification de liquides à des intensités élevées, les ondes sonores qui se propagent dans le milieu liquide entraînent une alternance de cycles de haute pression (compression) et de basse pression (raréfaction), dont les taux dépendent de la fréquence. Pendant le cycle de basse pression, les ondes ultrasonores de haute intensité créent de petites bulles de vide ou des vides dans le liquide. Lorsque les bulles atteignent un volume tel qu'elles ne peuvent plus absorber d'énergie, elles s'effondrent violemment au cours d'un cycle de haute pression. Ce phénomène est appelé cavitation acoustique. Lors de l'implosion, des températures (environ 5 000 K) et des pressions (environ 2 000 atm) très élevées sont atteintes localement. L'implosion de la bulle de cavitation produit également des jets de liquide d'une vitesse pouvant atteindre 280 m/s [Suslick 1998]. [Sous l'effet de ces forces extrêmes, la sonolyse se produit, les parois cellulaires sont rompues et le matériel intracellulaire est extrait.
L'extraction assistée par ultrasons est une alternative peu coûteuse, simple et efficace par rapport aux techniques d'extraction conventionnelles. Les principaux avantages des ultrasons dans l'extraction solide-liquide sont l'augmentation du rendement de l'extraction et une cinétique plus rapide. L'extraction par ultrasons est une technique fréquemment utilisée pour l'extraction de matières végétales à l'aide de solvants liquides et il est prouvé qu'elle permet un processus d'extraction rapide et plus complet par rapport aux méthodes traditionnelles, car la surface entre la phase solide et la phase liquide est nettement plus grande en raison de la rupture des cellules et de la dispersion des particules.
L'utilisation de la sonication permet également de réduire la température de fonctionnement, ce qui permet d'extraire des composants sensibles à la température. Comparé à d'autres nouvelles techniques d'extraction telles que l'extraction assistée par micro-ondes, l'appareil à ultrasons est moins cher et plus facile à utiliser. En outre, l'extraction assistée par ultrasons peut être utilisée avec n'importe quel solvant, comme l'extraction Soxhlet, pour extraire une grande variété de composés naturels. [Wang et al. 2006]
Un avantage substantiel des ultrasons est l'influence sur les paramètres de traitement les plus importants : amplitude, temps, température, pression et viscosité. Ainsi, le processus d'extraction peut être optimisé pour garantir que la structure des extraits n'est pas endommagée.

Extraction de caféine améliorée par sonication

La caféine peut être considérée comme le stimulant le plus couramment consommé. Comme la caféine n'est pas seulement consommée en buvant du café, l'extrait de caféine est utilisé dans l'industrie pour traiter d'autres produits contenant de la caféine en tant qu'additif. Il est ainsi possible de créer un café plus fort ou de formuler des boissons non alcoolisées (par exemple, le cola), des boissons énergétiques ou d'autres aliments (par exemple, le chocolat).
Mais la caféine n'est pas seulement utilisée comme additif dans la production alimentaire, c'est aussi un composé actif important dans les produits pharmaceutiques. Une application courante de l'extrait de caféine est par exemple le mélange dans les médicaments contre les maux de tête et la migraine ou dans les analgésiques.
Pour extraire la caféine, le principal alcaloïde du café, les ultrasons sont une méthode appropriée. Wang et ses collègues ont constaté qu'il suffisait d'une courte durée d'extraction pour atteindre un état saturé si l'on utilisait les ultrasons. Cela signifie que les ultrasons sont une technique très efficace et qui permet de gagner du temps pour obtenir de la caféine. [Wang et al. 2011]

Extraction intensifiée de molécules aromatiques et de composés aromatiques par sonication

Les composés volatils du café constituent la fraction la plus précieuse du grain de café torréfié et confèrent au café sa saveur et son parfum uniques. La qualité du café soluble peut être considérablement améliorée par l'ajout d'huiles de café absorbant les arômes à la poudre de café.
Une étude comparative portant sur l'extraction des composés phénoliques des fraises a montré que l'extraction par ultrasons entraîne une dégradation moindre des composés phénoliques et constitue un processus d'extraction beaucoup plus rapide que les autres méthodes d'extraction, notamment la méthode solide-liquide, la méthode de l'eau sous-critique et la méthode assistée par micro-ondes [Herrera al. 2005]. [Herrera et al. 2005]
L'étude de Wang et de ses collègues montre que les ultrasons à basse fréquence et à haute puissance sont plus efficaces pour l'extraction des arômes de café. En particulier pour la 4-Tridécanone et la 2-Méthoxy-3-Méthylpyrazine, ils ont trouvé que l'extraction par ultrasons était une technique plus facile et plus efficace, permettant d'obtenir des rendements d'extraction très élevés. En outre, il a été démontré que la température doit être contrôlée car les composants de l'arôme de café sont très volatils à haute température. Ils ont obtenu de bons résultats d'extraction à des températures comprises entre 35 et 65 °C sous une irradiation ultrasonique relativement courte. [Wang et al. 2011]

Extraction du thé améliorée par sonication

Les résultats obtenus par l'extraction assistée par ultrasons conviennent également à l'extraction des composés du thé (par exemple, les feuilles de thé vert). Une étude réalisée par Xia et al. a montré que la teneur en polyphénols, en acides aminés et en caféine des infusions de thé traitées par ultrasons était significativement plus élevée que celle des infusions obtenues par extraction conventionnelle. Il en résulte de meilleurs résultats lors d'une évaluation organoleptique qui s'est avérée : la qualité sensorielle de l'infusion de thé avec une extraction assistée par ultrasons était meilleure que celle de l'infusion de thé avec une extraction conventionnelle. [Xia et al. 2005]
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Conclusion : Extraction très efficace de la caféine par ultrasons

L'extraction assistée par ultrasons est une méthode efficace, rapide et contrôlable pour l'extraction des composés actifs du café. Les composés les plus intéressants et les plus précieux sont la caféine et les antioxydants tels que les diterpènes phénoliques (cafestol, kahweol) et les acides ascorbiques. Les principaux avantages de l'extraction assistée par ultrasons sont des extraits d'excellente qualité avec des rendements élevés. Ces avantages de l'extraction par ultrasons sont obtenus par l'optimisation et le contrôle précis des paramètres d'extraction par ultrasons.

Sonicateurs haute performance pour l'extraction de caféine

Lorsqu'il s'agit d'extraire la caféine, quelle que soit l'échelle de traitement, les sonicateurs Hielscher représentent le summum de l'innovation et de l'efficacité. Que vous soyez un petit producteur artisanal ou une grande usine de fabrication industrielle, les sonicateurs Hielscher offrent une solution précise et puissante pour extraire l'essence pure de la caféine de votre matière première.

• Précision et cohérence: Les sonicateurs à sonde Hielscher sont conçus pour assurer un contrôle précis du processus d'extraction. Leur technologie de pointe garantit des résultats constants d'un lot à l'autre, ce qui vous permet de maintenir la qualité et la puissance de votre extrait de caféine.
• Évolutivité : Hielscher propose une gamme de sonicateurs adaptés à différentes échelles de traitement. Des modèles de table compacts pour la recherche et le développement aux systèmes industriels robustes capables de traiter des volumes importants, Hielscher offre la flexibilité nécessaire pour répondre à vos exigences de production.
• Efficacité : Les sonicateurs Hielscher permettent de réduire considérablement les temps d'extraction par rapport aux méthodes traditionnelles. Les ondes ultrasoniques générées par ces machines créent des forces de cavitation intenses qui brisent rapidement les parois cellulaires et libèrent les molécules de caféine, ce qui permet de raccourcir les cycles de traitement.
• Polyvalence : Les sonicateurs Hielscher ne se limitent pas à l'extraction de la caféine. Nos sonicateurs s'adaptent à une large gamme d'applications dans les industries alimentaire, pharmaceutique et cosmétique. Qu'il s'agisse d'extraire la caféine des grains de café, des feuilles de thé ou d'autres sources botaniques, les sonicateurs Hielscher offrent la polyvalence nécessaire pour répondre à vos besoins.

Hielscher Ultrasonics est une entreprise certifiée ISO et met l'accent sur les ultrasons de haute performance, dotés d'une technologie de pointe et d'une grande facilité d'utilisation. Bien entendu, les ultrasons Hielscher sont conformes à la norme CE et répondent aux exigences des normes UL, CSA et RoHs.

Le tableau ci-dessous vous donne une indication de la capacité de traitement approximative de nos ultrasons :