Ultrazvučna ekstrakcija kofeina
Korištenje ultrazvuka je učinkovita metoda za ekstrakciju kofeina i drugih aktivnih spojeva iz kave. Snažni sonikatori pomažu u procesu ekstrakcije, istovremeno povećavajući prinos i skraćujući vrijeme obrade. Saznajte kako Hielscher sonikatori potiču ekstrakciju kofeina kao i hladno kuhanje napitaka od kave!
Poboljšajte ekstrakciju kofeina s moćnim ultrazvukom
Okus kave i učinci kofeina strast su koju stoljećima dijele milijuni diljem svijeta. Dok ljubitelji kave i znanstvenici podjednako traže načine kako poboljšati ekstrakciju kofeina, bioaktivnih spojeva i okusa iz zrna kave, pojavile su se inovativne tehnike koje revolucioniraju proces. Jedna takva metoda, koja koristi snagu ultrazvuka, pokazala se kao obećavajući alat za poboljšanje učinkovitosti ekstrakcije kofeina. Hielscher sonikatori omogućuju ekstrakciju većih prinosa kofeina i otključavanje novih dimenzija okusa i mirisa u napitcima od kave, prehrambenim aditivima i ekstraktima.

Industrijski ultrazvučni uređaj UIP6000hdT za kontinuiranu ekstrakciju kofeina iz zrna kave
Prednosti ekstrakcije zrna kave pomoću sonikacije
Visoka učinkovitost i vrhunska kvaliteta ekstrakta kave samo su dva kriterija koji upotrebu sonikatora tipa Hielscher sonde čine najboljom metodom za ekstrakciju kofeina i spojeva kave iz zrna kave. Ispod su navedene najvažnije prednosti ultrazvučne ekstrakcije kave:
- Učinkovitost: Sonikatori tipa sonde stvaraju intenzivne ultrazvučne valove koji mogu učinkovito prodrijeti kroz čvrste materijale. To pomaže u razgradnji strukture zrna kave i olakšava ekstrakciju kofeina.
- Precizna kontrola: Sonikatori tipa sonde omogućuju preciznu kontrolu ultrazvučne energije i vremena izlaganja. Ova kontrola je neophodna kako bi se izbjegla prekomjerna ekstrakcija, koja može dovesti do neželjenih okusa i gorčine u ekstraktu kave.
- Ubrzati: Sonikacija je brz proces, a sonikatori mogu značajno smanjiti vrijeme ekstrakcije u usporedbi s tradicionalnim metodama, čineći proces učinkovitijim.
- Ujednačenost: Ultrazvučni valovi mogu osigurati ravnomjerniju ekstrakciju kroz cijeli materijal zrna kave, osiguravajući ravnomjernu ekstrakciju kofeina.
- Smanjena upotreba otapala: Ultrazvučna ekstrakcija često zahtijeva manje otapala u usporedbi s tradicionalnim metodama. To može biti ekološki prihvatljivo i isplativo.
- Očuvanje spojeva okusa: Sonikacija tipa sonde može se optimizirati za selektivnu ekstrakciju kofeina, dok druge spojeve okusa ostavlja uglavnom netaknutima. Ovo je važno za održavanje kvalitete i okusa ekstrakta kave.
- Skalabilnost: Uz Hielscher Ultrasonics, procesi ultrazvučne ekstrakcije mogu se linearno povećati za industrijske primjene. To znači da izvedivost i optimizacija procesa mogu biti na laboratorijskoj razini, a zatim bez rizika i lako skalirani na proizvodni protok.

Ultrazvučna sonda UP400St za učinkovitu ekstrakciju kofeina iz zrna kave, čaja i kakaa.
Ultrazvučna ekstrakcija spojeva kave
Ekstrakcija potpomognuta ultrazvukom uobičajena je metoda koja se koristi za izolaciju bioaktivnih tvari iz biljnog materijala [Dong et al. 2010]. Što se tiče zrna kave, kofein i antioksidansi fenolni spojevi mogli bi biti najvrjedniji spojevi za ekstrakciju zbog njihove široke primjene u farmaceutskoj i prehrambenoj industriji. Ali i flavonoidi, klorogenska kiselina i protokatehuinska kiselina su ekstrakti koji se koriste kao aditivi.
Korištenjem tradicionalnih ekstrakcijskih metoda kao što je ekstrakcija tekućina-tekućina u otapalima, općenito se učinkovitost ekstrakcije povećava s povećanjem temperature ekstrakcije. To često uzrokuje oštećenja i gubitak kvalitete ekstrakta jer temperatura utječe na stabilnost fenolnih spojeva.
Ekstrakcija kruto-tekuće potpomognuta ultrazvukom pokazala se kao učinkovita metoda ekstrakcije koja štedi vrijeme. Vrlo snažne ultrazvučne sile daju potrebnu energiju za ekstrakciju, tako da je potrebno manje ili čak nimalo otapala. Temperatura se može dobro kontrolirati jer se ultrazvučno obrađen šaržni ili protočni reaktor može učinkovito ohladiti (ili zagrijati ako je potrebno).
Zbog intenzivne ekstrakcijske sile ultrazvuka, i već potrošena mljevena kava (otpad od kave) još uvijek je sirovina bogata ekstrahiranim spojevima. Kako je otpadni materijal kave jeftin i dostupan u velikim količinama, idealna je sirovina za ekstrakciju preostalih aktivnih spojeva. Iako je sadržaj kofeina i drugih komponenti u otpadnoj kavi manji nego u neiskorištenom prahu kave, još uvijek ostaje velika količina koja se može ekstrahirati. Za oslobađanje ovih spojeva iz mljevene kave, puni utjecaj na parametre obrade postaje posebno značajan. Ultrazvuk velike snage može izdvojiti velike količine aktivnog spoja unutar kratkog vremena obrade.
Zelena kava su nepržena zrna kave, koja su vrlo bogata kofeinom. Ultrazvučna ekstrakcija i hladno kuhanje izvrsna je tehnika za proizvodnju ekstrakata zelene kave i hladnih napitaka!

Ultrazvučni ekstraktor UIP2000hdT za ekstrakciju bioaktivnih spojeva iz zrna kave
Sonikatori velike snage za ekstrakciju kave
Kako bi se osiguralo lakše razumijevanje postupka ekstrakcije uz pomoć ultrazvuka, mora se objasniti učinak ultrazvuka u tekućinama.
Ultrazvučno potpomognuta ekstrakcija je jeftina, jednostavna i učinkovita alternativa u usporedbi s konvencionalnim tehnikama ekstrakcije. Glavne prednosti ultrazvuka u ekstrakciji kruto-tekuće uključuju povećanje prinosa ekstrakcije i bržu kinetiku. Ultrazvučna ekstrakcija je često korištena tehnika za ekstrakciju biljnih materijala pomoću tekućih otapala i dokazano je brza i potpunija ekstrakcija u usporedbi s tradicionalnim metodama jer je površina između krute i tekuće faze znatno veća zbog poremećaja stanica i disperzija čestica.
Upotrebom sonikacije također se može smanjiti radna temperatura, omogućujući ekstrakciju komponenti osjetljivih na temperaturu. U usporedbi s drugim novim tehnikama ekstrakcije kao što je ekstrakcija potpomognuta mikrovalovima, ultrazvučni aparat je jeftiniji, a rukovanje njime lakše. Nadalje, ultrazvučno potpomognuta ekstrakcija može se koristiti s bilo kojim otapalom, kao što je Soxhlet ekstrakcija, za ekstrakciju širokog spektra prirodnih spojeva. [Wang et al. 2006]
Značajna prednost ultrazvuka je utjecaj na najvažnije parametre obrade: amplitudu, vrijeme, temperaturu, tlak i viskoznost. Time se proces ekstrakcije može optimizirati kako bi se osiguralo da se struktura ekstrakata ne ošteti.
Ekstrakcija kofeina poboljšana sonikacijom
Može se reći da je kofein najčešće konzumiran stimulans. Kako se kofein ne konzumira samo ispijanjem kuhane kave, ekstrakt kofeina se koristi u industriji za tretiranje drugih proizvoda s kofeinom kao dodatkom. Time postaje moguće napraviti jaču kavu ili formulirati bezalkoholna pića (npr. kola), energetska pića ili drugu hranu (npr. čokoladu).
Ali kofein se ne koristi samo kao aditiv u proizvodnji hrane, on je također važan aktivni spoj u farmaceutskim proizvodima. Uobičajena primjena ekstrakta kofeina je npr. dodatak u lijekovima protiv glavobolje i migrene ili u lijekovima protiv bolova.
Za ekstrakciju kofeina, glavnog alkaloida u kavi, ultrazvučna obrada je prikladna metoda. Wang i njegovi kolege otkrili su da je potrebno samo kratko vrijeme ekstrakcije da se postigne zasićeno stanje, ako se koristi ultrazvučna obrada. To znači da je ultrazvuk vrlo učinkovita tehnika koja štedi vrijeme za dobivanje kofeina. [Wang et al. 2011.]
Pojačana ekstrakcija aromatskih molekula i spojeva okusa pomoću sonikacije
Hlapljivi spojevi kave najvrjedniji su dio prženog zrna kave i daju kavi jedinstveni okus i miris. Kvaliteta topljive kave može se znatno poboljšati dodavanjem ulja kave koja apsorbiraju aromu kavi u prahu.
Usporedna studija, koja je ispitivala ekstrakciju fenolnih spojeva iz jagoda, pokazala je da ultrazvučna ekstrakcija uzrokuje manju degradaciju fenola i mnogo je brži proces ekstrakcije u usporedbi s drugim metodama ekstrakcije, uključujući kruto-tekuće, subkritičnu vodu i metodu potpomognutu mikrovalovima. [Herrera et al. 2005]
Studija Wanga i njegovih kolega pokazuje da je ultrazvuk niske frekvencije i velike snage učinkovitiji za ekstrakciju okusa kave. Posebno za 4-tridekanon i 2-metoksi-3-metilpirazin, otkrili su da je ultrazvučna ekstrakcija jednostavnija i učinkovitija tehnika koja daje vrlo visoke rezultate ekstrakcije. Nadalje, pokazano je da se temperatura mora kontrolirati jer su komponente okusa kave vrlo hlapljive na visokim temperaturama. Postigli su dobre rezultate ekstrakcije u temperaturnom rasponu između 35~65 °C pod relativno kratkotrajnim ultrazvučnim zračenjem. [Wang et al. 2011.]
Ekstrakcija čaja poboljšana sonikacijom
Rezultati postignuti ultrazvučno potpomognutom ekstrakcijom također su prikladni za ekstrakciju čajnih spojeva (npr. listovi zelenog čaja). Studija Xia i sur. pokazalo je značajno veći sadržaj čajnih polifenola, aminokiselina i kofeina u ultrazvučno tretiranim čajnim infuzijama nego u onima dobivenim konvencionalnom ekstrakcijom. To rezultira poboljšanim rezultatima tijekom organoleptičkog ocjenjivanja koje se pokazalo: senzorska kvaliteta čajne infuzije s ekstrakcijom potpomognutom ultrazvukom bila je bolja od one čajne infuzije s konvencionalnom ekstrakcijom. [Xia et al. 2005]
Pročitajte više o ultrazvučnim hladnim čajevima i hladnim čajnim infuzijama!
Zaključak: Visoko učinkovita ekstrakcija kofeina ultrazvukom
Ultrazvučno potpomognuta ekstrakcija učinkovita je metoda ekstrakcije aktivnih spojeva iz kave koja štedi vrijeme i koju je moguće kontrolirati. Najzanimljiviji i najvrjedniji spojevi su kofein, te antioksidansi poput fenolnih diterpena (kafestol, kahweol) i askorbinske kiseline. Glavne prednosti ekstrakcije potpomognute ultrazvukom su izvrsna kvaliteta ekstrakta uz visoke prinose. Ove prednosti ultrazvučne ekstrakcije postižu se optimizacijom i preciznom kontrolom parametara ultrazvučne ekstrakcije.
Visokoučinkoviti sonikatori za ekstrakciju kofeina
Kada je riječ o ekstrakciji kofeina u bilo kojem stupnju obrade, Hielscher Sonicators predstavljaju vrhunac inovacije i učinkovitosti. Bilo da ste mali zanatski proizvođač ili veliki industrijski proizvodni pogon, Hielscher sonikatori nude precizno i snažno rješenje za ekstrakciju čiste esencije kofeina iz vašeg izvornog materijala.
- Preciznost i dosljednost: Hielscher sonikatori su dizajnirani za pružanje precizne kontrole nad procesom ekstrakcije. Njihova najsuvremenija tehnologija osigurava dosljedne rezultate iz serije u seriju, omogućujući vam da zadržite kvalitetu i snagu svog ekstrakta kofeina.
- Skalabilnost: Hielscher nudi niz sonikatora prikladnih za različite razmjere obrade. Od kompaktnih stolnih modela za istraživanje i razvoj do robusnih industrijskih sustava sposobnih za rukovanje velikim količinama, Hielscher pruža fleksibilnost potrebnu za ispunjavanje vaših proizvodnih zahtjeva.
- Učinkovitost: Uz Hielscher sonikatore možete značajno smanjiti vrijeme ekstrakcije u usporedbi s tradicionalnim metodama. Ultrazvučni valovi koje generiraju ovi strojevi stvaraju intenzivne sile kavitacije, brzo razgrađuju stanične stijenke i oslobađaju molekule kofeina, što rezultira kraćim ciklusima obrade.
- Svestranost: Hielscher sonikatori nisu ograničeni samo na ekstrakciju kofeina. Naši sonikatori prilagodljivi su širokom rasponu primjena u prehrambenoj, farmaceutskoj i kozmetičkoj industriji. Bez obzira izdvajate li kofein iz zrna kave, lišća čaja ili drugih botaničkih izvora, Hielscher sonikatori nude svestranost koja odgovara vašim potrebama.
Hielscher Ultrasonics je ISO certificirana tvrtka i stavlja poseban naglasak na ultrazvučne uređaje visokih performansi koji sadrže najsuvremeniju tehnologiju i jednostavnu su za korištenje. Naravno, Hielscher ultrasonicators sukladni su CE i ispunjavaju zahtjeve UL, CSA i RoHs.
Donja tablica daje vam naznaku približnog kapaciteta obrade naših ultrazvučnih uređaja:
Volumen serije | Protok | Preporučeni uređaji |
---|---|---|
0.5 do 1,5 ml | na | VialTweeter | 1 do 500 ml | 10 do 200 ml/min | UP100H |
10 do 2000 ml | 20 do 400 ml/min | UP200Ht, UP400St |
0.1 do 20L | 0.2 do 4L/min | UIP2000hdT |
10 do 100l | 2 do 10L/min | UIP4000hdT |
15 do 150L | 3 do 15L/min | UIP6000hdT |
na | 10 do 100L/min | UIP16000 |
na | veći | klaster od UIP16000 |
Kontaktirajte nas! / Pitajte nas!
Često postavljana pitanja o ekstrakciji kave
Što je kava i ekstrakt kave?
Kava – od prženih zrna kave – je vrlo popularno piće koje se konzumira diljem svijeta. Osim vitalizirajućeg djelovanja ako se konzumira kao stimulativno piće, spojevi kave zanimljivi su za prehrambenu, farmaceutsku (npr. u lijekovima protiv bolova) i kozmetičku industriju jer se koriste kao vrijedni aditivi u raznim proizvodima. To se posebno odnosi na kofein (1,3,7-trimetilksantin) i antioksidanse koji su poznati po svojim pozitivnim učincima na ljudsko zdravlje. Kava, između ostalog, sadrži fenolne diterpene kao što su cafestol i kahweol te askorbinske kiseline koje su poznate po svom antioksidativnom djelovanju. Epidemiološke studije sugeriraju da sastojci kave mogu imati preventivni učinak na nekoliko kroničnih bolesti, uključujući dijabetes melitus tipa 2, Alzheimerovu bolest, Parkinsonovu bolest te bolesti jetre poput ciroze i hepatocelularnog karcinoma.
Ultrasonics je dobro poznat i dokazan alat za mnoge različite primjene u raznim industrijama. Jedna od najistaknutijih i najuspješnijih primjena snažnog ultrazvuka je ekstrakcija bioaktivnih spojeva iz biljaka. Ultrazvučna kavitacija ometa stanice i time uzrokuje oslobađanje unutarstanične tvari. Zbog ovih učinaka sonikacija daje veće i potpunije prinose ekstrakcije unutar vrlo kratkog vremena obrade. Kao tehnika obrade koja nije toplinska, bioaktivne molekule su spriječene od razgradnje visokim temperaturama, što rezultira visokokvalitetnim ekstraktima.
Je li ekstrakt kave bogat kofeinom?
Da, ekstrakt kave općenito ima visok sadržaj kofeina, iako točna količina ovisi o vrsti zrna i korištenoj metodi ekstrakcije. Ultrazvučno ekstrahirani ekstrakt kave obično ima visok sadržaj kofeina, budući da ova metoda povećava učinkovitost ekstrakcije spojeva, uključujući kofein, iz zrna kave.
Koji su bioaktivni spojevi u ekstraktu kave?
Bioaktivni spojevi u ekstraktu kave uključuju kofein, klorogenske kiseline, diterpene (kao što su cafestol i kahweol), trigonelin i razne antioksidanse.
Koje su dobrobiti crne kave i ekstrakta zelene kave?
Kava i ekstrakt zelene kave imaju nekoliko potencijalnih prednosti, uključujući poboljšanu mentalnu budnost zahvaljujući kofeinu, antioksidativne učinke klorogenskih kiselina, potencijalnu podršku mršavljenju, smanjen rizik od određenih bolesti poput dijabetesa tipa 2 i zaštitu od neurodegenerativnih bolesti. Konkretno, ekstrakt zelene kave može imati izraženiji učinak na gubitak težine i antioksidativno djelovanje zbog većeg sadržaja klorogenske kiseline.
Koja je razlika između crne kave i ekstrakta zelene kave?
Crna kava se proizvodi od prženih zrna kave, koja se melju i kuhaju kako bi se dobio napitak. Proces prženja mijenja kemijski sastav zrna graha, smanjujući sadržaj klorogenske kiseline dok poboljšava okus i aromu. Ekstrakt zelene kave, s druge strane, dobiva se iz neprženih zrna zelene kave, koja su bogata klorogenskim kiselinama i drugim antioksidansima. Vjeruje se da ovi spojevi nude razne zdravstvene prednosti, uključujući gubitak težine i smanjen rizik od određenih kroničnih bolesti. Za razliku od crne kave, ekstrakt zelene kave obično se ne konzumira kao napitak, već kao dodatak prehrani.
Kako radi ultrazvučna ekstrakcija?
moćni ultrazvuk – uveden u tekućine – uzrokuje lokalno vrlo ekstremne učinke. Prilikom sonikiranja tekućina pri visokim intenzitetima, zvučni valovi koji se šire u tekući medij rezultiraju izmjeničnim ciklusima visokog tlaka (kompresija) i niskog tlaka (razrjeđivanje), s brzinama koje ovise o frekvenciji. Tijekom ciklusa niskog tlaka, ultrazvučni valovi visokog intenziteta stvaraju male vakuumske mjehuriće ili šupljine u tekućini. Kada mjehurići dostignu volumen pri kojem više ne mogu apsorbirati energiju, nasilno se kolabiraju tijekom ciklusa visokog tlaka. Ova pojava se naziva akustična kavitacija. Tijekom implozije lokalno se postižu vrlo visoke temperature (cca. 5000 K) i pritisci (cca. 2000 atm). Implozija kavitacijskog mjehurića također rezultira tekućim mlazovima brzine do 280 m/s. [Suslick 1998] Ovim ekstremnim silama dolazi do sonolize, stanične stijenke se poremete, a unutarstanični materijal se ekstrahira.
Literatura/Reference
- 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 proizvodi ultrazvučne homogenizatore visokih performansi od laboratorija do industrijska veličina.