Dekofeinizacija bez otapala ultrazvukom velike snage

• Konvencionalni postupak dekofeinizacije kave i čaja zahtijeva upotrebu toksičnih otapala.
• Ultrazvučna dekofeinizacija učinkovita je metoda intenziviranja koja omogućuje uklanjanje kofeina postupkom ekstrakcije na bazi vode bez upotrebe agresivnih otapala.
• Ultrazvučna dekofeinizacija ekonomična je, učinkovita i ekološki prihvatljiva metoda za proizvodnju visokokvalitetnih proizvoda od kave, čaja i kakaa bez kofeina.

Dekofeinizacija ultrazvukom

Kofein je tvar topljiva u vodi pa se voda može upotrebljavati za uklanjanje kofeina iz kave, čaja i kakaa. U konvencionalnim postupcima dekofeinizacije upotrebljava se kemikalija kao sredstvo za dekofeinizaciju (poput metilen-klorida, CO2 ili etil-acetata) radi ubrzavanja postupka. Primjenom ultrazvučne ekstrakcije na bazi vode u kombinaciji s aktivnim ugljenom kao sredstvom za dekofeinizaciju dobiva se proizvod od kave, čaja ili kakaa bez kofeina u ekološkom postupku neškodljivom za okoliš.

Ultrazvučno intenziviran postupak Swiss Water Decaffeination

Ultrazvučno potpomognuta dekofeinizacija predstavlja intenziviranje takozvanog postupka Swiss water decaffeination .
Postupak dekofeinizacije Swiss Water temelji se na otapanju i osmozi radi uklanjanja kofeina iz zrna kave, listova čaja i zrna kakaa.
Integracija ultrazvučnih uređaja sa sondom u postupak dekofeinizacije Swiss Water podrazumijeva primjenu sonikacije u određenim fazama postupka radi poboljšanja ekstrakcije kofeina. Postupak dekofeinizacije Swiss Water obuhvaća četiri glavna koraka. Iako se primjena ultrazvuka radi učinkovitije dekofeinizacije može razlikovati ovisno o konkretnoj konfiguraciji i opremi, u nastavku je opći pregled načina na koji se ultrazvučni uređaji sa sondom najčešće integriraju radi poboljšanja postupka:

1. Faza namakanja: Početni korak u postupku dekofeinizacije Swiss Water uključuje namakanje zelenih zrna kave u vrućoj vodi kako bi se dobila vodena otopina obogaćena aromatskim tvarima. Tijekom ove faze namakanja može se upotrebljavati ultrazvučni uređaj sa sondom za primjenu sonikacije kako bi se olakšala ekstrakcija kofeina iz zrna. Ultrazvučna obrada dobro je poznata po svojoj sposobnosti intenziviranja postupaka ekstrakcije bioaktivnih spojeva poput kofeina iz biljnih materijala. Mehaničke sile ultrazvučne / akustične kavitacije perforiraju i razaraju stanice te potiču prijenos tvari. Time se kofein uklanja iz zrna i učinkovito oslobađa u vodu. Zbog tih učinaka sonikacija znatno ubrzava postupak dekofeinizacije. Ultrazvučno ekstrahiran kofein vrijedan je dodatak hrani i pićima, primjerice energetskim napitcima.
2. Faza uklanjanja kofeina: Nakon početnog namakanja voda obogaćena aromatskim tvarima koja sadržava kofein odvaja se od zrna kave. Ta se voda obično propušta kroz filtre s aktivnim ugljenom radi uklanjanja kofeina. Veličina pora ovog filtra prilagođena je tako da zadržava samo veće molekule kofeina, a propušta manje molekule ulja i aromatskih tvari. To znači da filtar s aktivnim ugljenom zadržava kofein, dok filtrirana voda sadržava sve manje bioaktivne tvari za koje je poznato da kavi, čaju i kakau daju njihovu prepoznatljivu aromu i hranjivu vrijednost.
3. Faza ponovne apsorpcije: Dekofeinizirana zrna, iz kojih su uklonjeni kofein i molekule aromatskih tvari, odbacuju se. Voda bez kofeina obogaćena aromatskim tvarima i polifenolima (poznata i kao „ekstrakt zelene kave”) vrlo je vrijedna i upotrebljava se za uklanjanje kofeina iz nove šarže zrna kave koja još sadržavaju kofein.
   Budući da je ta voda zasićena molekulama aromatskih tvari i drugim bioaktivnim tvarima, ti se spojevi ne mogu otopiti u novoj šarži zrna kave. Time se iz zrna kave u vodu oslobađaju samo molekule kofeina te se provodi dekofeinizacija bez uklanjanja arome i drugih vrijednih fitokemikalija. Kada se iz vode obogaćene aromatskim tvarima ukloni kofein, ona se ponovno upotrebljava za ekstrakciju kofeina iz nove šarže zelenih zrna kave. I u ovoj fazi ponovne apsorpcije primjena ultrazvučne obrade sondom može biti korisna. Zelena zrna namaču se u vodi obogaćenoj aromatskim tvarima, a ultrazvučna obrada primjenjuje se radi olakšavanja ekstrakcije kofeina. Sonikacija pomaže poboljšati prodiranje vode u zrna, čime se povećava učinkovitost ekstrakcije i skraćuje njezino trajanje.
4. Ponavljanje apsorpcije i sušenje: Koraci ponovne apsorpcije i sonikacije mogu se ponavljati više puta dok se ne postigne željeni stupanj dekofeinizacije. Nakon završne ponovne apsorpcije dekofeinizirana zrna kave obično se suše, a voda obogaćena aromatskim tvarima spremna je za ponovnu upotrebu u sljedećoj šarži.

Studija slučaja ultrazvučne dekofeinizacije zrna kave

Studija autora Huamaní-Meléndez i Darros-Barbosa (2018) imala je za cilj istražiti učinak intenziteta ultrazvuka, impulsa i temperature na ekstrakciju kofeina iz zrna kave Arabica u vodenom mediju. Istraživači su upotrebljavali Hielscher ultrazvučnu sondu visokog intenziteta UP400S (400 vata; pogledajte sliku lijevo) i provodili pokuse pri različitim intenzitetima, trajanjima impulsa i temperaturama. Utvrdili su da povećanje intenziteta ultrazvuka i trajanja impulsa dovodi do veće brzine ekstrakcije kofeina, ali samo do određene točke, nakon koje daljnja povećanja nisu znatno poboljšala ekstrakciju. Utvrđeno je da su optimalni uvjeti za ekstrakciju kofeina intenzitet ultrazvuka od 75 W/cm2, trajanje impulsa od 5 sec i temperatura od 25°C. Studija donosi konkretan protokol za primjenu ultrazvuka pri ekstrakciji kofeina iz zrna kave i upućuje na to da bi ova metoda mogla biti učinkovita i ekološki prihvatljiva alternativa tradicionalnim postupcima dekofeinizacije.

Ultrazvučni uređaji visokih performansi za dekofeinizaciju bez otapala

Hielscher Ultrasonics nudi vam ultrazvučne uređaje visokih performansi za blage, a ipak vrlo učinkovite postupke ekstrakcije i dekofeinizacije. Uz ultrazvučnu snagu od 50 do 16.000 vata po ultrazvučnom uređaju, asortiman ultrazvučnih uređaja tvrtke Hielscher sadržava idealan ultrazvučni uređaj za vaš postupak pripreme kave i dekofeinizacije!
Kao proizvođač i savjetnik s dugogodišnjim iskustvom u području ultrazvučnih uređaja velike snage i njihove primjene, Hielscher je vaš partner za ultrazvučno potpomognute postupke ekstrakcije. Ultrazvučni procesori tvrtke Hielscher instalirani su diljem svijeta za primjenu u industriji hrane i pića, farmaceutskoj i kemijskoj industriji.
Uz isporuku ultrazvučnih ekstraktora velike snage, svojim kupcima pružamo podršku i svojim opsežnim znanjem. Naša podrška kupcima obuhvaća savjetovanje i studije izvedivosti, optimizaciju procesa i pilot-opremu te instalaciju ultrazvučnih sustava u industrijskom mjerilu.
Zahvaljujući širokom asortimanu ultrazvučnih procesora i dodatne opreme (poput sonotroda, protočnih ćelija i reaktora), možemo vam preporučiti najprikladniji sustav koji ispunjava zahtjeve kapaciteta i uvjeta vašeg procesa. Instalacija i naknadna ugradnja u postojeće procesne linije mogu se jednostavno provesti jer se naši ultrazvučni ekstraktori mogu integrirati bez velikih preinaka.
Naše dobro obučeno osoblje, koje čine savjetnici za procese, kemičari i inženjeri, vodi naše kupce do uspješne instalacije i rada. Opremu tvrtke Hielscher odlikuje iznimna robusnost te zahtijeva tek vrlo malo održavanja. Za obuku za rukovanje, prvo puštanje u rad i usluge održavanja imamo dobro obučen tim koji pruža podršku našim kupcima.