Extraction de la caféine par ultrasons
L’utilisation des ultrasons est une méthode efficace pour extraire la caféine et d’autres composés actifs du café. Les sonicateurs puissants facilitent le processus d’extraction tout en maximisant le rendement et en réduisant le temps de traitement. Découvrez comment les sonicateurs Hielscher favorisent l’extraction de la caféine ainsi que l’infusion à froid des boissons à base de café !
Améliorez l’extraction de la caféine grâce aux ultrasons de puissance
La saveur du café et les effets de la caféine suscitent une passion partagée par des millions de personnes dans le monde depuis des siècles. Alors que les amateurs de café et les scientifiques cherchent à améliorer l’extraction de la caféine, des composés bioactifs et des arômes des grains de café, des techniques innovantes sont apparues pour révolutionner ce processus. L’une de ces méthodes, qui exploite la puissance des ultrasons, s’est imposée comme un outil prometteur pour améliorer l’efficacité de l’extraction de la caféine. Les sonicateurs Hielscher permettent d’obtenir des rendements d’extraction de caféine plus élevés et de révéler de nouvelles dimensions gustatives et aromatiques dans les boissons à base de café, les additifs alimentaires et les extraits.
Appareil à ultrasons industriel UIP6000hdT pour l’extraction continue de la caféine des grains de café
Les avantages de l’extraction des grains de café par sonication
Une efficacité élevée et une qualité supérieure de l’extrait de café ne sont que deux des critères qui font des sonicateurs à sonde Hielscher la meilleure méthode pour extraire la caféine et les composés du café à partir des grains. Les principaux avantages de l’extraction du café par ultrasons sont présentés ci-dessous :
- Efficacité : Les sonicateurs à sonde génèrent des ondes ultrasonores intenses qui peuvent pénétrer efficacement dans les matériaux solides. Cela contribue à désagréger la structure des grains de café et facilite l’extraction de la caféine.
- Contrôle précis : Les sonicateurs à sonde permettent de contrôler précisément l’énergie ultrasonore et le temps d’exposition. Ce contrôle est essentiel pour éviter une surextraction, qui peut entraîner des saveurs indésirables et de l’amertume dans l’extrait de café.
- Rapidité : 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 ultrasonores peuvent assurer une extraction plus uniforme dans l’ensemble de la matière constituant les grains de café, garantissant ainsi une extraction homogène de la caféine.
- Utilisation réduite de solvants : L’extraction par ultrasons nécessite souvent moins de solvant que les méthodes traditionnelles. Cela peut être favorable à l’environnement et économiquement avantageux.
- Préservation des composés aromatiques : La sonication à sonde peut être optimisée pour extraire sélectivement la caféine tout en laissant les autres composés aromatiques largement intacts. Cela est important pour préserver la qualité et le goût de l’extrait de café.
- Changement d’échelle : Avec Hielscher Ultrasonics, les procédés d’extraction par ultrasons peuvent être transposés de manière linéaire à l’échelle industrielle. Cela signifie que l’étude de faisabilité et l’optimisation du procédé peuvent être réalisées à l’échelle du laboratoire, puis que le procédé peut être facilement transposé à la capacité de production requise, sans risque.
Sonde ultrasonore UP400St pour l’extraction efficace de la caféine des grains de café, du thé et du cacao.
Extraction des composés du café par ultrasons
L’extraction assistée par ultrasons est une méthode couramment utilisée pour isoler des substances bioactives à partir de matières végétales [Dong et al. 2010]. Dans le cas des grains de café, la caféine et les composés phénoliques antioxydants pourraient être les composés les plus intéressants à extraire en raison de leurs nombreuses applications dans les industries pharmaceutique et alimentaire. Les flavonoïdes, l’acide chlorogénique et l’acide protocatéchique sont également des substances extraites utilisées comme additifs.
Avec les méthodes d’extraction traditionnelles, telles que l’extraction liquide–liquide dans des solvants, l’efficacité de l’extraction augmente généralement avec la température d’extraction. Cela provoque souvent une dégradation 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 permettant de gagner du temps. Les forces ultrasonores très puissantes fournissent l’énergie nécessaire à l’extraction, de sorte qu’une quantité moindre de solvant, voire aucun solvant, est nécessaire. La température peut être bien contrôlée, car le lot soumis à la sonication ou le réacteur à cellule à circulation peut être efficacement refroidi, ou chauffé si nécessaire.
Grâce aux forces d’extraction intenses des ultrasons, même le marc de café déjà utilisé, qui constitue un déchet du café, reste une matière première riche en composés extractibles. Comme les déchets de café sont peu coûteux et disponibles en grandes quantités, ils constituent une matière première idéale pour extraire les composés actifs restants. Bien que leur teneur en caféine et en autres composants soit inférieure à celle du café moulu non utilisé, une quantité importante subsiste et peut être extraite. Pour libérer ces composés du marc de café, la maîtrise complète des paramètres de traitement devient particulièrement importante. Les ultrasons de forte puissance permettent d’extraire de grandes quantités de composés actifs en un temps de traitement court.
Le café vert est constitué de grains de café non torréfiés, très riches en caféine. L’extraction par ultrasons et l’infusion à froid constituent une excellente technique pour produire des extraits de café vert et des cafés verts infusés à froid !
Extracteur à ultrasons UIP2000hdT pour l’extraction de composés bioactifs des grains de café
Sonicateurs de forte puissance pour l’extraction du café
Pour faciliter la compréhension du procédé d’extraction assistée par ultrasons, il convient d’expliquer l’effet des ultrasons dans les liquides.
L’extraction assistée par ultrasons constitue une solution peu coûteuse, simple et efficace par rapport aux techniques d’extraction conventionnelles. Les principaux avantages des ultrasons dans l’extraction solide–liquide comprennent une augmentation du rendement d’extraction et une cinétique plus rapide. L’extraction par ultrasons est une technique fréquemment utilisée pour extraire les matières végétales à l’aide de solvants liquides. Elle a démontré sa capacité à assurer une extraction plus rapide et plus complète que les méthodes traditionnelles, car la surface de contact entre les phases solide et liquide est considérablement accrue par la rupture des cellules et la dispersion des particules.
La sonication permet également de réduire la température de fonctionnement et ainsi d’extraire des composants sensibles à la température. Par rapport à d’autres techniques d’extraction récentes, comme l’extraction assistée par micro-ondes, l’appareil à ultrasons est moins coûteux 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 majeur des ultrasons est la possibilité d’agir sur les paramètres de traitement les plus importants : amplitude, temps, température, pression et viscosité. Le procédé d’extraction peut ainsi être optimisé pour garantir que la structure des substances extraites ne soit pas endommagée.
Extraction de la caféine améliorée par sonication
La caféine peut être considérée comme le stimulant le plus couramment consommé. Comme elle n’est pas uniquement consommée sous forme de café infusé, l’extrait de caféine est utilisé dans l’industrie pour incorporer de la caféine à d’autres produits en tant qu’additif. Il devient ainsi possible de créer un café plus fort ou de formuler des boissons rafraîchissantes, par exemple du cola, des boissons énergisantes ou d’autres aliments, comme le chocolat.
Mais la caféine n’est pas seulement utilisée comme additif dans la production alimentaire : elle constitue également un composé actif important dans les produits pharmaceutiques. Une application courante de l’extrait de caféine est, par exemple, son incorporation dans des médicaments contre les maux de tête et la migraine ou dans des antalgiques.
La sonication est une méthode adaptée pour extraire la caféine, principal alcaloïde du café. Wang et ses collègues ont constaté qu’un temps d’extraction court suffit pour atteindre un état de saturation lorsque la sonication est utilisée. Les ultrasons constituent donc une technique très efficace qui permet de gagner du temps pour obtenir de la caféine. [Wang et al. 2011]
Extraction intensifiée des molécules aromatiques et des composés responsables de la saveur 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, au café en poudre, d’huiles de café ayant absorbé des arômes.
Une étude comparative portant sur l’extraction des composés phénoliques des fraises a montré que l’extraction par ultrasons entraîne une moindre dégradation des composés phénoliques et constitue un procédé d’extraction beaucoup plus rapide que les autres méthodes, notamment l’extraction solide–liquide, l’extraction à l’eau subcritique et l’extraction assistée par micro-ondes. [Herrera et al. 2005]
L’étude de Wang et de ses collègues montre que les ultrasons de basse fréquence et de forte puissance sont plus efficaces pour extraire les arômes du café. En particulier pour la 4-tridécanone et la 2-méthoxy-3-méthylpyrazine, ils ont constaté que l’extraction par ultrasons était une technique plus simple et plus efficace, permettant d’obtenir des rendements d’extraction très élevés. Il a également été montré que la température doit être contrôlée, car les composants aromatiques du café sont très volatils à haute température. Ils ont obtenu de bons résultats d’extraction dans la plage de température de 35~65 °C avec une irradiation ultrasonore relativement brève. [Wang et al. 2011]
Extraction du thé améliorée par sonication
Les résultats obtenus par extraction assistée par ultrasons sont également applicables à l’extraction des composés du thé, par exemple à partir de feuilles de thé vert. Une étude de Xia et al. a montré une teneur significativement plus élevée en polyphénols du thé, en acides aminés et en caféine dans les infusions de thé traitées par ultrasons que dans celles obtenues par extraction conventionnelle. Cela se traduit par de meilleurs résultats lors de l’évaluation organoleptique : la qualité sensorielle de l’infusion de thé obtenue par extraction assistée par ultrasons était supérieure à celle de l’infusion obtenue par extraction conventionnelle. [Xia et al. 2005]
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Extraction de plantes herbacées par ultrasons
Conclusion : extraction hautement efficace de la caféine par ultrasons
L’extraction assistée par ultrasons est une méthode efficace, rapide et contrôlable pour extraire les 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 l’obtention d’extraits d’excellente qualité avec des rendements élevés. Ces avantages sont obtenus grâce à l’optimisation et au contrôle précis des paramètres de l’extraction par ultrasons.
Sonicateurs haute performance pour l’extraction de la caféine
Pour l’extraction de la caféine à toute 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 installation de fabrication industrielle à grande échelle, les sonicateurs Hielscher offrent une solution précise et puissante pour extraire l’essence pure de la caféine de votre matière première.
- Précision et constance : Les sonicateurs à sonde Hielscher sont conçus pour permettre un contrôle précis du procédé d’extraction. Leur technologie de pointe garantit des résultats constants d’un lot à l’autre, vous permettant de préserver la qualité et l’activité de votre extrait de caféine.
- Changement d’échelle : Hielscher propose une gamme de sonicateurs adaptés à différentes échelles de traitement. Des modèles de paillasse compacts pour la recherche et le développement aux systèmes industriels robustes capables de traiter de grands volumes, Hielscher offre la flexibilité nécessaire pour répondre à vos exigences de production.
- Efficacité : Avec les sonicateurs Hielscher, vous pouvez réduire considérablement les temps d’extraction par rapport aux méthodes traditionnelles. Les ondes ultrasonores générées par ces appareils créent des forces de cavitation intenses, qui désagrègent 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 un large éventail d’applications dans les industries alimentaire, pharmaceutique et cosmétique. Que vous extrayiez de la caféine à partir de grains de café, de feuilles de thé ou d’autres sources végétales, les sonicateurs Hielscher offrent une polyvalence adaptée à vos besoins.
Hielscher Ultrasonics est une entreprise certifiée ISO qui accorde une importance particulière aux appareils à ultrasons haute performance associant technologie de pointe et facilité d’utilisation. Bien entendu, les appareils à ultrasons Hielscher sont conformes aux exigences CE et répondent aux exigences UL, CSA et RoHs.
Le tableau ci-dessous donne une indication de la capacité de traitement approximative de nos appareils à ultrasons :
| Volume du lot | Débit | Appareils recommandés |
|---|---|---|
| 0,5 à 1,5mL | s.o. | VialTweeter | 1 à 500mL | 10 à 200mL/min | UP100H |
| 10 à 2000mL | 20 à 400mL/min | UP200Ht, UP400St |
| 0,1 à 20L | 0,2 à 4L/min | UIP2000hdT |
| 10 à 100L | 2 à 10L/min | UIP4000hdT |
| 15 à 150L | 3 à 15L/min | UIP6000hdT |
| s.o. | 10 à 100L/min | UIP16000 |
| s.o. | supérieur | ensemble de UIP16000 |
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Hielscher Ultrasonics fabrique des homogénéisateurs à ultrasons haute performance pour les applications de mélange, de dispersion, d’émulsification et d’extraction à l’échelle du laboratoire, à l’échelle pilote et à l’échelle industrielle.
Questions fréquentes sur l’extraction du café
Qu’est-ce que le café et l’extrait de café ?
Le café – préparé à partir de grains de café torréfiés – est une boisson très populaire consommée dans le monde entier. Outre leur effet vivifiant lorsqu’ils sont consommés sous forme de boisson stimulante, les composés du café présentent un intérêt pour les industries alimentaire, pharmaceutique, par exemple dans les antalgiques, et cosmétique, car ils sont utilisés comme additifs précieux dans divers produits. Cela concerne particulièrement la caféine (1,3,7-triméthylxanthine) et les antioxydants, connus pour leurs effets positifs sur la santé humaine. Le café contient notamment des diterpènes phénoliques tels que le cafestol et le kahweol, ainsi que des acides ascorbiques, connus pour leur activité antioxydante. Des études épidémiologiques suggèrent que les constituants du café pourraient avoir un effet préventif sur plusieurs maladies chroniques, notamment le diabète de type 2, la maladie d’Alzheimer, la maladie de Parkinson et des maladies hépatiques telles que la cirrhose et le carcinome hépatocellulaire.
Les ultrasons constituent un outil bien connu et éprouvé pour de nombreuses applications dans diverses industries. L’extraction de composés bioactifs à partir de plantes est l’une des applications les plus importantes et les plus efficaces des ultrasons de puissance. La cavitation ultrasonore rompt les cellules et provoque ainsi la libération de la matière intracellulaire. Grâce à ces effets, la sonication permet d’obtenir des rendements d’extraction plus élevés et une extraction plus complète en un temps de traitement très court. Comme il s’agit d’une technique de traitement non thermique, les molécules bioactives sont protégées contre la dégradation due aux températures élevées, ce qui permet d’obtenir des extraits de haute qualité.
L’extrait de café est-il riche en caféine ?
Oui, l’extrait de café est généralement riche en caféine, bien que la quantité exacte dépende du type de grains et de la méthode d’extraction utilisée. L’extrait de café obtenu par ultrasons tend à présenter une teneur élevée en caféine, car cette méthode améliore l’efficacité de l’extraction des composés, dont la caféine, à partir des grains de café.
Quels sont les composés bioactifs de l’extrait de café ?
Les composés bioactifs de l’extrait de café comprennent la caféine, les acides chlorogéniques, les diterpènes tels que le cafestol et le kahweol, la trigonelline et divers antioxydants.
Quels sont les bienfaits du café noir et de l’extrait de café vert ?
Le café et l’extrait de café vert présentent plusieurs bienfaits potentiels, notamment une amélioration de la vigilance mentale grâce à la caféine, des effets antioxydants dus aux acides chlorogéniques, un soutien potentiel à la perte de poids, une réduction du risque de certaines maladies comme le diabète de type 2 et une protection contre les maladies neurodégénératives. L’extrait de café vert, en particulier, pourrait avoir un effet plus marqué sur la perte de poids et l’activité antioxydante en raison de sa teneur plus élevée en acides chlorogéniques.
Quelle est la différence entre le café noir et l’extrait de café vert ?
Le café noir est préparé à partir de grains de café torréfiés, qui sont moulus puis infusés pour produire la boisson. La torréfaction modifie la composition chimique des grains, réduisant leur teneur en acides chlorogéniques tout en renforçant leur saveur et leur arôme. L’extrait de café vert, quant à lui, est obtenu à partir de grains de café vert non torréfiés, riches en acides chlorogéniques et en autres antioxydants. Ces composés sont considérés comme susceptibles d’offrir divers bienfaits pour la santé, notamment une perte de poids et une réduction du risque de certaines maladies chroniques. Contrairement au café noir, l’extrait de café vert n’est généralement pas consommé comme une boisson, mais comme un complément alimentaire.
Comment fonctionne l’extraction par ultrasons ?
Les ultrasons de puissance – introduits dans les liquides – produisent localement des effets extrêmes. Lors de la sonication de liquides à forte intensité, les ondes sonores qui se propagent dans le milieu liquide engendrent une alternance de cycles de haute pression (compression) et de basse pression (raréfaction), à un rythme dépendant de la fréquence. Pendant le cycle de basse pression, les ondes ultrasonores de forte intensité créent de petites bulles de vide ou cavités dans le liquide. Lorsque les bulles atteignent un volume auquel elles ne peuvent plus absorber d’énergie, elles s’effondrent violemment pendant un cycle de haute pression. Ce phénomène est appelé cavitation acoustique. Pendant l’implosion, des températures très élevées (env. 5 000K) et des pressions très élevées (env. 2 000atm) sont atteintes localement. L’implosion de la bulle de cavitation engendre également des jets de liquide dont la vitesse peut atteindre 280m/s. [Suslick 1998] Ces forces extrêmes provoquent la sonolyse, rompent les parois cellulaires et permettent l’extraction de la matière intracellulaire.
Bibliographie/Références
- Caballero Galván, Ashley; Restrepo, Daissy;Ortiz-Sánchez, Mariana; Cardona, Carlos Ariel (2018): Analysis of Extraction Kinetics of Bioactive Compounds from Spent Coffee Grounds (Coffea arábica). Waste and Biomass Valorization 9, 2018.
- Mohammad H. Zamanipoor, Bailina Yakufu, Ernest Tse, Adel Rezaeimotlagh, James M. Hook, Martin P. Bucknall, Donald S. Thomas, Francisco J. Trujillo (2020): Brewing coffee? – Ultra-sonication has clear beneficial effects on the extraction of key volatile aroma components and triglycerides. Ultrasonics Sonochemistry, Volume 60, 2020.
- Huamaní-Meléndez V.J., Darros-Barbosa R. (2018): High intensity ultrasound assisted decaffeination process of coffee beans in aqueous medium. Journal of Food Science and Technology, 55(12), 2018. 4901-4908.
- Suslick, K.S.: Kirk-Othmer Encyclopedia of Chemical Technology. 4th ed. J. Wiley & Sons: New York; 26, 1998. 517-541.
- Wang, Cheng-Chi; Sheu, Shane-Rong; Chou, Ya-Yen; Jang, Ming-Jyi; Yang, Li-Chen (2011): A novel optimized energy-saving extraction process on coffee. Thermal Science 15/1, 2011. 53-59.
Hielscher Ultrasonics fabrique des homogénéisateurs à ultrasons haute performance, de l’échelle du laboratoire à l’échelle industrielle.