Decaffeinizzazione senza solventi con ultrasuoni di potenza

• Il processo convenzionale di decaffeinizzazione del caffè e del tè richiede l’uso di solventi tossici.
• La decaffeinizzazione a ultrasuoni è un metodo efficiente di intensificazione che consente di rimuovere la caffeina mediante una procedura di estrazione a base acquosa senza l’uso di solventi aggressivi.
• La decaffeinizzazione a ultrasuoni è un metodo economico, efficace ed ecologico per produrre prodotti decaffeinati di alta qualità a base di caffè, tè e cacao.

Decaffeinizzazione mediante sonicazione

La caffeina è una sostanza idrosolubile, quindi è possibile utilizzare l’acqua per rimuoverla dal caffè, dal tè e dal cacao. I processi convenzionali di decaffeinizzazione utilizzano una sostanza chimica come agente decaffeinizzante (ad esempio cloruro di metilene, CO2 o acetato di etile) per accelerare il processo. Utilizzando l’estrazione a ultrasuoni a base acquosa in combinazione con carbone attivo come agente decaffeinizzante, si ottiene un prodotto decaffeinato a base di caffè, tè o cacao mediante un processo biologico e rispettoso dell’ambiente.

Intensificazione mediante ultrasuoni del processo Swiss Water Decaffeination

La decaffeinizzazione assistita da ultrasuoni è un processo di intensificazione del cosiddetto processo Swiss water decaffeination .
Il processo di decaffeinizzazione Swiss Water si basa sulla dissoluzione e sull’osmosi per rimuovere la caffeina dai chicchi di caffè, dalle foglie di tè e dalle fave di cacao.
L’integrazione di sonicatori a sonda nel processo di decaffeinizzazione Swiss Water prevede l’impiego della sonicazione in fasi specifiche del processo per migliorare l’estrazione della caffeina. Il processo di decaffeinizzazione Swiss Water comprende quattro fasi principali. Sebbene l’impiego degli ultrasuoni per una decaffeinizzazione più efficiente possa variare a seconda della configurazione e delle apparecchiature specifiche, di seguito viene fornita una panoramica generale delle principali modalità di integrazione dei sonicatori a sonda per migliorare il processo:

1. Fase di ammollo: La fase iniziale del processo di decaffeinizzazione Swiss Water prevede l’ammollo dei chicchi di caffè verde in acqua calda per creare una soluzione acquosa ricca di aromi. Durante questa fase di ammollo, è possibile utilizzare un sonicatore a sonda per applicare la sonicazione e facilitare l’estrazione della caffeina dai chicchi. La sonicazione è ben nota per la sua capacità di intensificare i processi di estrazione di composti bioattivi, come la caffeina, dai materiali vegetali. Le forze meccaniche della cavitazione ultrasonica / acustica perforano e disgregano le cellule e favoriscono il trasferimento di massa. In questo modo, la caffeina viene rimossa dai chicchi e rilasciata efficacemente nell’acqua. Grazie a questi effetti, la sonicazione accelera significativamente il processo di decaffeinizzazione. La caffeina estratta mediante ultrasuoni è un additivo prezioso per alimenti e bevande, ad esempio le bevande energetiche.
2. Fase di rimozione della caffeina: Dopo l’ammollo iniziale, l’acqua ricca di aromi e contenente caffeina viene separata dai chicchi di caffè. Quest’acqua viene generalmente fatta passare attraverso filtri a carbone attivo per rimuovere la caffeina. La porosità di questo filtro è dimensionata in modo da catturare soltanto le molecole più grandi di caffeina, lasciando passare le molecole più piccole degli oli e dei composti aromatici. Ciò significa che il filtro a carbone trattiene la caffeina, mentre l’acqua filtrata contiene tutte le sostanze bioattive più piccole, note per conferire al caffè, al tè e al cacao il loro aroma caratteristico e il loro valore nutrizionale.
3. Fase di riassorbimento: I chicchi decaffeinati, dai quali sono state rimosse la caffeina e le molecole aromatiche, vengono scartati. L’acqua priva di caffeina e arricchita di aromi e polifenoli (nota anche come “estratto di caffè verde”) è molto preziosa e viene utilizzata per rimuovere la caffeina da un nuovo lotto di chicchi di caffè che la contengono ancora.
   Poiché quest’acqua è satura di molecole aromatiche e di altre sostanze bioattive, questi composti non possono dissolversi nel nuovo lotto di chicchi di caffè. Di conseguenza, soltanto le molecole di caffeina vengono rilasciate dai chicchi di caffè nell’acqua, consentendo una decaffeinizzazione senza rimuovere gli aromi e altre preziose sostanze fitochimiche. Una volta che l’acqua ricca di aromi è priva di caffeina, viene riutilizzata per estrarre la caffeina da un nuovo lotto di chicchi di caffè verde. Anche questa fase di riassorbimento può beneficiare dell’impiego della sonicazione a sonda. I chicchi verdi vengono immersi nell’acqua ricca di aromi e si applica la sonicazione per facilitare l’estrazione della caffeina. La sonicazione contribuisce a migliorare la penetrazione dell’acqua nei chicchi, aumentando l’efficienza dell’estrazione e riducendone i tempi.
4. Riassorbimento ripetuto ed essiccazione: Le fasi di riassorbimento e sonicazione possono essere ripetute più volte fino a raggiungere il livello di decaffeinizzazione desiderato. Dopo il riassorbimento finale, i chicchi di caffè decaffeinati vengono generalmente essiccati e l’acqua ricca di aromi è pronta per essere riutilizzata nel lotto successivo.

Caso di studio sulla decaffeinizzazione a ultrasuoni dei chicchi di caffè

Lo studio di Huamaní-Meléndez e Darros-Barbosa (2018) mirava a indagare l’effetto dell’intensità, dell’impulso e della temperatura degli ultrasuoni sull’estrazione della caffeina dai chicchi di caffè Arabica utilizzando un mezzo acquoso. I ricercatori hanno utilizzato la sonda a ultrasuoni ad alta intensità UP400S di Hielscher (400 watt; si veda l’immagine a sinistra) e hanno eseguito esperimenti a diverse intensità, durate degli impulsi e temperature. Hanno scoperto che l’aumento dell’intensità degli ultrasuoni e della durata degli impulsi ha portato a un tasso di estrazione della caffeina più elevato, ma solo fino a un certo punto, dopo il quale ulteriori aumenti non hanno migliorato significativamente l’estrazione. Le condizioni ottimali per l’estrazione della caffeina sono risultate essere un’intensità di ultrasuoni di 75 W/cm2 , una durata dell’impulso di 5 secondi e una temperatura di 25°C. Lo studio fornisce un protocollo specifico per l’utilizzo degli ultrasuoni per estrarre la caffeina dai chicchi di caffè e suggerisce che questo metodo potrebbe essere un’alternativa efficace ed ecologica ai tradizionali processi di decaffeinizzazione.

High-Performance Ultrasonicators for Solvent-Free Decaffeination

Hielscher Ultrasonics offre sonicatori ad alte prestazioni per processi di estrazione e decaffeinizzazione delicati ma altamente efficaci. Con una potenza ultrasonica da 50 a 16.000 watt per sonicatore, la gamma di sonicatori Hielscher comprende il sonicatore ideale per il vostro processo di preparazione e decaffeinizzazione del caffè!
In qualità di produttore e consulente con una lunga esperienza nei sonicatori ad alta potenza e nelle loro applicazioni, Hielscher è il vostro partner per i processi di estrazione assistita da ultrasuoni. I processori a ultrasuoni Hielscher sono installati in tutto il mondo per applicazioni nei settori alimentare e delle bevande, farmaceutico e chimico.
Oltre a fornire estrattori a ultrasuoni ad alta potenza, assistiamo i nostri clienti con le nostre approfondite conoscenze. La nostra assistenza clienti spazia dalla consulenza e dagli studi di fattibilità all’ottimizzazione dei processi e alle apparecchiature pilota, fino all’installazione di sistemi a ultrasuoni su scala industriale.
Grazie a un’ampia gamma di processori a ultrasuoni e accessori (come sonotrodi, celle a flusso e reattori), possiamo consigliarvi il sistema più adatto ai requisiti di capacità e alle condizioni del vostro processo. L’installazione e l’integrazione nelle linee di processo esistenti possono essere eseguite facilmente, poiché i nostri estrattori a ultrasuoni possono essere integrati senza modifiche sostanziali.
Il nostro personale qualificato, composto da consulenti di processo, chimici e ingegneri, guida i clienti verso un’installazione e un funzionamento di successo. Le apparecchiature Hielscher presentano una robustezza eccezionale e richiedono pochissima manutenzione. Per la formazione operativa, la prima messa in servizio e l’assistenza per la manutenzione, disponiamo di un team qualificato che assiste i nostri clienti.