הסרת קפאין ללא ממסים באמצעות אולטרסאונד רב־עוצמה

• התהליך המקובל להסרת קפאין מקפה ומתה מחייב שימוש בממסים רעילים.
• הסרת קפאין באולטרסאונד היא שיטה יעילה להגברת התהליך, המאפשרת להסיר קפאין באמצעות מיצוי על בסיס מים ללא שימוש בממסים אגרסיביים.
• הסרת קפאין באולטרסאונד היא שיטה חסכונית, יעילה וירוקה לייצור מוצרי קפה, תה וקקאו נטולי קפאין באיכות גבוהה.

הסרת קפאין באמצעות אולטרסאונד

קפאין הוא חומר מסיס במים, ולכן ניתן להשתמש במים להסרת קפאין מקפה, מתה ומקקאו. בתהליכים מקובלים להסרת קפאין משתמשים בחומר כימי כחומר מסיר קפאין (כגון מתילן כלוריד, CO2 או אתיל אצטט) כדי להאיץ את התהליך. באמצעות מיצוי אולטרסוני על בסיס מים בשילוב פחם פעיל כחומר מסיר קפאין, מכינים מוצר קפה, תה או קקאו נטול קפאין בתהליך אורגני וידידותי לסביבה.

הגברה אולטרסונית של Swiss Water Decaffeination

הסרת קפאין בסיוע אולטרסאונד היא תהליך המגביר את יעילותו של התהליך המכונה Swiss water decaffeination .
תהליך הסרת הקפאין בשיטת המים השווייצרית מבוסס על המסה ואוסמוזה להסרת קפאין מפולי קפה, מעלי תה ומפולי קקאו.
שילוב מכשירי אולטרסאונד מסוג גשוש בתהליך הסרת הקפאין בשיטת המים השווייצרית כולל שימוש בסוניקציה בשלבים מסוימים של התהליך כדי לשפר את מיצוי הקפאין. תהליך הסרת הקפאין בשיטת המים השווייצרית כולל ארבעה שלבים עיקריים. אף שאופן יישום האולטרסאונד להסרת קפאין יעילה יותר עשוי להשתנות בהתאם למערך ולציוד המסוימים, להלן תיאור כללי של הדרכים העיקריות לשילוב מכשירי אולטרסאונד מסוג גשוש לשיפור התהליך:

1. שלב ההשריה: השלב הראשון בתהליך הסרת הקפאין בשיטת המים השווייצרית כולל השריית פולי קפה ירוקים במים חמים ליצירת תמיסה מימית עשירה בחומרי טעם. בשלב השריה זה ניתן להשתמש במכשיר אולטרסאונד מסוג גשוש לביצוע סוניקציה המסייעת למיצוי הקפאין מהפולים. האולטרסאונד מוכר היטב בזכות יכולתו להגביר תהליכי מיצוי של תרכובות פעילות ביולוגית, כגון קפאין, מחומרים צמחיים. הכוחות המכניים של הקוויטציה האולטרסונית / האקוסטית מנקבים ומפרקים תאים ומקדמים מעבר מסה. כך הקפאין מוסר מהפולים ומשתחרר ביעילות אל המים. בזכות השפעות אלו, הסוניקציה מאיצה במידה ניכרת את תהליך הסרת הקפאין. הקפאין הממוצה באולטרסאונד הוא תוסף בעל ערך למזון ולמשקאות, למשל למשקאות אנרגיה.
2. שלב סילוק הקפאין: לאחר ההשריה הראשונית מפרידים מפולי הקפה את המים העשירים בחומרי טעם והמכילים קפאין. מים אלו מועברים בדרך כלל דרך מסנני פחם פעיל לסילוק הקפאין. גודל הנקבוביות במסנן זה מותאם ללכידת מולקולות הקפאין הגדולות יותר בלבד, תוך מתן אפשרות למולקולות השמן וחומרי הטעם הקטנות יותר לעבור דרכו. משמעות הדבר היא שמסנן הפחם לוכד את הקפאין, ואילו המים המסוננים מכילים את כל החומרים הקטנים יותר הפעילים ביולוגית, הידועים כמעניקים לקפה, לתה ולקקאו את הארומה הייחודית ואת ערכם התזונתי.
3. שלב הספיגה החוזרת: הפולים נטולי הקפאין, שמהם הוסרו הקפאין ומולקולות הטעם, מושלכים. המים נטולי הקפאין, המועשרים בחומרי טעם ובפוליפנולים (המכונים גם ״תמצית קפה ירוק״), הם בעלי ערך רב ומשמשים להסרת קפאין מאצווה חדשה של פולי קפה שעדיין מכילים קפאין.
   מכיוון שמים אלו רוויים במולקולות טעם ובחומרים אחרים הפעילים ביולוגית, תרכובות אלו אינן יכולות להתמוסס בתוך האצווה החדשה של פולי הקפה. כך רק מולקולות קפאין משתחררות מפולי הקפה אל המים, ומתרחשת הסרת קפאין ללא הסרת הארומה ופיטוכימיקלים אחרים בעלי ערך. לאחר שהמים העשירים בחומרי טעם נקיים מקפאין, נעשה בהם שימוש חוזר למיצוי קפאין מאצווה חדשה של פולי קפה ירוקים. גם שלב ספיגה חוזרת זה יכול להפיק תועלת משימוש באולטרסאונד מסוג גשוש. הפולים הירוקים מושרים במים העשירים בחומרי טעם, ומופעל אולטרסאונד כדי לסייע למיצוי הקפאין. הסוניקציה מסייעת להגביר את חדירת המים לפולים, וכך משפרת את יעילות המיצוי ומקצרת את משך המיצוי.
4. ספיגה חוזרת במספר מחזורים וייבוש: ניתן לחזור על שלבי הספיגה החוזרת והסוניקציה פעמים רבות עד להשגת רמת הסרת הקפאין הרצויה. לאחר הספיגה החוזרת האחרונה, פולי הקפה נטולי הקפאין מיובשים בדרך כלל, והמים העשירים בחומרי טעם מוכנים לשימוש חוזר באצווה הבאה.

חקר מקרה של הסרת קפאין מפולי קפה באולטרסאונד

המחקר של Huamaní-Meléndez ו־Darros-Barbosa (2018) נועד לבחון את השפעת עוצמת האולטרסאונד, הפולס והטמפרטורה על מיצוי קפאין מפולי קפה ערביקה בתווך מימי. החוקרים השתמשו בגשוש האולטרסאונד בעוצמה גבוהה UP400S של Hielscher (400 ואט; ראו תמונה משמאל) וערכו ניסויים בעוצמות, במשכי פולס ובטמפרטורות שונים. הם מצאו כי הגדלת עוצמת האולטרסאונד ומשך הפולס הביאה לעלייה בקצב מיצוי הקפאין, אך רק עד לנקודה מסוימת, שלאחריה הגדלות נוספות לא שיפרו את המיצוי במידה משמעותית. התנאים המיטביים למיצוי קפאין נמצאו כעוצמת אולטרסאונד של 75 W/cm2, משך פולס של 5 sec וטמפרטורה של 25°C. המחקר מספק פרוטוקול ספציפי לשימוש באולטרסאונד למיצוי קפאין מפולי קפה ומצביע על כך ששיטה זו עשויה להיות חלופה יעילה וידידותית לסביבה לתהליכים מסורתיים להסרת קפאין.

מכשירי אולטרסאונד בעלי ביצועים גבוהים להסרת קפאין ללא ממסים

Hielscher Ultrasonics מספקת לכם מכשירי אולטרסאונד בעלי ביצועים גבוהים לתהליכי מיצוי והסרת קפאין עדינים ועם זאת יעילים ביותר. עם הספק אולטרסוני הנע בין 50 ל־16,000 ואט לכל מכשיר אולטרסאונד, מגוון מכשירי האולטרסאונד של Hielscher כולל את מכשיר האולטרסאונד האידיאלי לתהליך הכנת הקפה והסרת הקפאין שלכם!
כיצרנית וכיועצת בעלת ניסיון רב־שנים במכשירי אולטרסאונד רבי־עוצמה וביישומיהם, Hielscher היא השותפה שלכם לתהליכי מיצוי בסיוע אולטרסאונד. מעבדים אולטרסוניים של Hielscher מותקנים ברחבי העולם ליישומים בתעשיות המזון והמשקאות, התרופות והכימיקלים.
אנו מספקים מכשירי מיצוי אולטרסוניים רבי־עוצמה וגם מסייעים ללקוחותינו באמצעות הידע המעמיק שלנו. שירות הלקוחות שלנו כולל ייעוץ ובדיקות היתכנות, מיטוב תהליכים וציוד פיילוט, וכן התקנת מערכות אולטרסוניות בקנה מידה תעשייתי.
הודות למגוון הרחב של מעבדים אולטרסוניים ואביזרים (כגון סונוטרודות, תאי זרימה וריאקטורים), אנו יכולים להמליץ לכם על המערכת המתאימה ביותר לדרישות קיבולת התהליך ותנאיו. ניתן לבצע בקלות התקנה ושילוב בקווי תהליך קיימים, שכן מכשירי המיצוי האולטרסוניים שלנו ניתנים לשילוב ללא שינויים גדולים.
הצוות המיומן שלנו, הכולל יועצי תהליכים, כימאים ומהנדסים, מנחה את לקוחותינו להתקנה ולהפעלה מוצלחות. הציוד של Hielscher מתאפיין בעמידות יוצאת דופן ודורש תחזוקה מועטה ביותר בלבד. לרשות לקוחותינו עומד צוות מיומן להדרכה תפעולית, להכנסה ראשונית לפעולה ולשירותי תחזוקה.