Estrazione ultrasonica di caffeina

Mediante ultrasuoni è un metodo efficace per l'estrazione della caffeina e altri composti attivi dal caffè. Potenti dispositivi ad ultrasuoni assistono il processo di estrazione, mentre massimizzare resa e accorciamento elaborazione tempo.

Migliorare l'estrazione della caffeina con gli ultrasuoni di potenza

Il sapore del caffè e gli effetti della caffeina sono una passione condivisa da milioni di persone in tutto il mondo da secoli. Mentre gli appassionati di caffè e gli scienziati cercano modi per migliorare l'estrazione della caffeina, dei composti bioattivi e degli aromi dai chicchi di caffè, sono emerse tecniche innovative per rivoluzionare il processo. Uno di questi metodi, che sfrutta la potenza degli ultrasuoni, è emerso come uno strumento promettente per migliorare l'efficienza dell'estrazione della caffeina. I sonicatori Hielscher consentono di estrarre rese più elevate di caffeina e di liberare nuove dimensioni di sapori e aromi nelle bevande a base di caffè, negli additivi alimentari e negli estratti.

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Ultrasuonatore UIP6000hdT per la decaffeinizzazione industriale di caffè in grani, tè e cacao. Gli ultrasuoni facilitano e intensificano il processo di decaffeinizzazione con acqua svizzera.

Ultrasuonatore industriale UIP6000hdT per l'estrazione continua di caffeina dai chicchi di caffè

 

L'estrazione ad ultrasuoni è il metodo superiore per produrre caffè a freddo da caffè macinato. La sonicazione rilascia i composti aromatici e la caffeina in pochi secondi.

Estrazione ad ultrasuoni di caffeina e preparazione di caffè a freddo

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I vantaggi dell'estrazione dei chicchi di caffè con la sonicazione

L'alta efficienza e la qualità superiore dell'estratto di caffè sono solo due criteri che rendono l'uso dei sonicatori a sonda Hielscher il metodo migliore per l'estrazione della caffeina e dei composti del caffè dai chicchi di caffè. Di seguito sono elencati i principali vantaggi dell'estrazione del caffè a ultrasuoni:

  • Efficienza: I sonicatori a sonda generano onde ultrasoniche intense che possono penetrare efficacemente nei materiali solidi. Questo aiuta a rompere la struttura dei chicchi di caffè e facilita l'estrazione della caffeina.
  • Controllo preciso: I sonicatori a sonda consentono un controllo preciso dell'energia ultrasonica e del tempo di esposizione. Questo controllo è essenziale per evitare un'estrazione eccessiva, che può portare a sapori indesiderati e amarezza nell'estratto di caffè.
  • Velocità: La sonicazione è un processo rapido e i sonicatori a sonda possono ridurre significativamente il tempo di estrazione rispetto ai metodi tradizionali, rendendo il processo più efficiente.
  • Uniformità: Le onde ultrasoniche possono garantire un'estrazione più uniforme in tutto il materiale del chicco di caffè, assicurando che la caffeina venga estratta in modo uniforme.
  • Riduzione dell'uso di solventi: L'estrazione a ultrasuoni spesso richiede meno solvente rispetto ai metodi tradizionali. Questo può essere ecologico e conveniente.
  • Conservazione dei composti aromatici: La sonicazione a sonda può essere ottimizzata per estrarre selettivamente la caffeina lasciando in gran parte intatti gli altri composti aromatici. Questo è importante per mantenere la qualità e il gusto dell'estratto di caffè.
  • Scalabilità: Con Hielscher Ultrasonica, i processi di estrazione a ultrasuoni possono essere scalati linearmente per applicazioni industriali. Ciò significa che la fattibilità e l'ottimizzazione del processo possono essere eseguite su scala di laboratorio, per poi essere scalate senza rischi alla produzione.
Sonda a ultrasuoni UP400St per l'estrazione efficiente della caffeina da chicchi di caffè, tè e cacao. Gli ultrasuoni intensificano e migliorano il processo di decaffeinizzazione con acqua svizzera.

Sonda a ultrasuoni UP400ST per l'estrazione efficiente della caffeina da chicchi di caffè, tè e cacao.

 

In questa presentazione vi presentiamo la produzione di estratti botanici. Spiegheremo le sfide della produzione di estratti botanici di alta qualità e come un sonicatore può aiutarvi a superarle. Questa presentazione vi mostrerà come funziona l'estrazione a ultrasuoni. Imparerete quali vantaggi potete aspettarvi utilizzando un sonicatore per l'estrazione e come potete implementare un estrattore a ultrasuoni nella vostra produzione di estratti.

Estrazione botanica a ultrasuoni - Come utilizzare i sonicatori per estrarre i composti botanici

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Estrazione ad Ultrasuoni di Caffè Composti

Estrazione assistita ecografia è un metodo comune utilizzato per isolare le sostanze bioattive da materiale vegetale [Dong et al., 2010]. Per quanto riguarda i chicchi di caffè, la caffeina e antiossidanti composti fenolici potrebbero essere i composti più preziosi per l'estrazione a causa della loro ampie applicazioni nel settore farmaceutico e alimentare. Ma anche flavonoidi, acido clorogenico e l'acido protocatechico sono estratti che vengono utilizzati come additivi.
Utilizzando metodi di estrazione tradizionali quali l'estrazione liquido-liquido in solventi, generalmente l'efficienza di estrazione aumenta con l'aumento di temperature di estrazione. Questo causa spesso danni e perdita di qualità dell'estratto come temperatura influisce sulla stabilità dei composti fenolici.
L'estrazione solido-liquido assistita da ultrasuoni si è dimostrata un metodo di estrazione efficace e che fa risparmiare tempo. Le forze ultrasoniche altamente potenti forniscono l'energia necessaria per l'estrazione, in modo che siano necessari meno solventi o addirittura nessuno. La temperatura può essere ben controllata, in quanto il reattore sonicato a batch o a celle di flusso può essere efficacemente raffreddato (o riscaldato, se necessario).
A causa delle intense forze di estrazione degli ultrasuoni, anche il caffè macinato (scarti di caffè) è ancora una materia prima ricca di composti estraibili. Poiché il materiale di scarto del caffè è economico e disponibile in grandi quantità, è una materia prima ideale per l'estrazione dei rimanenti composti attivi. Anche se il contenuto di caffeina e di altri componenti nei rifiuti di caffè è inferiore a quello della polvere di caffè inutilizzata, ne rimane comunque una grande quantità ed è estraibile. Per liberare questi composti dal caffè macinato, l'influenza totale sui parametri di lavorazione diventa particolarmente significativa. Gli ultrasuoni ad alta potenza sono in grado di estrarre elevate quantità di composti attivi in un breve tempo di elaborazione.

Estrattore a ultrasuoni installato su un reattore per l'estrazione di composti bioattivi da tè e caffè

Estrattore a ultrasuoni UIP2000hdT per l'estrazione di composti bioattivi dai chicchi di caffè

Sonicatori ad alta potenza per l'estrazione del caffè

Acoustic cavitation as shown here at the Hielscher ultrasonicator UIP1500hdT is used to initiate and promote chemical reactions. Ultrasonic cavitation at Hielscher's UIP1500hdT (1500W) ultrasonicator for sonochemical reactions.Per garantire una più facile comprensione della procedura di estrazione ad ultrasuoni assistita, l'effetto degli ultrasuoni in liquidi deve essere spiegato.
Ultrasuono – introdotto in liquidi – provoca localmente effetti molto estremi. Quando si sonicano i liquidi ad alta intensità, le onde sonore che si propagano nel mezzo liquido danno luogo a cicli alternati di alta pressione (compressione) e bassa pressione (rarefazione), con velocità che dipendono dalla frequenza. Durante il ciclo di bassa pressione, le onde ultrasoniche ad alta intensità creano piccole bolle o vuoti nel liquido. Quando le bolle raggiungono un volume tale da non poter più assorbire energia, collassano violentemente durante un ciclo di alta pressione. Questo fenomeno è definito cavitazione acustica. Durante l'implosione si raggiungono localmente temperature (circa 5.000K) e pressioni (circa 2.000atm) molto elevate. L'implosione della bolla di cavitazione provoca anche getti di liquido con velocità fino a 280m/s. [Queste forze estreme provocano la sonolisi, la rottura delle pareti cellulari e l'estrazione di materiale intracellulare.
L'estrazione con ultrasuoni assistita è un'alternativa economica, semplice ed efficace rispetto alle tecniche convenzionali di estrazione. I principali vantaggi degli ultrasuoni nell'estrazione fortemente includono l'aumento del rendimento di estrazione e cinetiche più veloci. Estrazione ad ultrasuoni è una tecnica frequentemente usata per l'estrazione di materiali vegetali utilizzando solventi liquidi ed è provato per un processo di estrazione più completo e veloce rispetto ai metodi tradizionali perché la superficie tra la fase solida e liquida è significativamente più grande a causa della distruzione cellulare e la dispersione delle particelle.
Con l'uso della sonicazione è possibile ridurre anche la temperatura operativa, consentendo l'estrazione di componenti sensibili alla temperatura. Rispetto ad altre nuove tecniche di estrazione, come l'estrazione assistita da microonde, l'apparecchiatura a ultrasuoni è più economica e il suo funzionamento è più semplice. Inoltre, l'estrazione assistita da ultrasuoni può essere utilizzata con qualsiasi solvente, come l'estrazione Soxhlet, per estrarre un'ampia varietà di composti naturali. [Wang et al. 2006]
Un vantaggio notevole di ultrasuoni è l'influenza sui più importanti parametri di elaborazione: ampiezza, tempo, temperatura, pressione e viscosità. In tal modo, il processo di estrazione può essere ottimizzato per assicurare che la struttura degli estratti non danneggiata.

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Estrazione della caffeina migliorata dalla sonicazione

Caffeina può essere rivendicato il più comunemente consumati stimolante. Come la caffeina non è consumato solo di bere caffè, caffeina Estratto è usato nell'industria per il trattamento di altri prodotti con caffeina come additivo. Diventa quindi possibile creare più forte caffè o formulare (per esempio cola) di bibite, bevande energetiche o altri alimenti (per esempio cioccolato).
Ma la caffeina non è utilizzata solo come additivo nella produzione alimentare, è anche un importante composto attivo nei prodotti farmaceutici. Un'applicazione comune dell'estratto di caffeina è, ad esempio, l'aggiunta a farmaci per il mal di testa e l'emicrania o ad antidolorifici.
Per estrarre la caffeina, il principale alcaloide del caffè, gli ultrasuoni sono un metodo adatto. Wang e i suoi colleghi hanno scoperto che basta un breve tempo di estrazione per raggiungere uno stato di saturazione, se si utilizzano gli ultrasuoni. Ciò significa che gli ultrasuoni sono una tecnica molto efficiente e che permette di risparmiare tempo per ottenere la caffeina. [Wang et al. 2011]

Molecole aromatiche e composti aromatici

La caffeina può essere estratta con i sonicatori. L'estrazione della caffeina con gli ultrasuoni eccelle per le rese più elevate e i tempi di lavorazione più brevi.I composti volatili del caffè sono la frazione più preziosa del chicco di caffè tostato e conferiscono al caffè il suo sapore e la sua fragranza unici. La qualità del caffè solubile può essere notevolmente migliorata con l'aggiunta di oli di caffè aromatizzati alla polvere di caffè.
Uno studio comparativo, che esamina l'estrazione di composti fenolici dalle fragole, ha dimostrato che l'estrazione ad ultrasuoni provoca una minore degradazione della fenolica ed è un processo di estrazione molto più veloce rispetto ad altri metodi di estrazione, tra cui solido-liquido, acqua subcritica e metodo assistito da microonde. [Herrera et al. 2005]
Lo studio di Wang e colleghi dimostra che gli ultrasuoni a bassa frequenza e alta potenza sono più efficienti per l'estrazione degli aromi del caffè. In particolare per il 4-Tridecanone e la 2-metossi-3-metilpirazina, hanno trovato l'estrazione a ultrasuoni una tecnica più facile ed efficiente, ottenendo rese di estrazione molto elevate. Inoltre, è stato dimostrato che la temperatura deve essere controllata, poiché i componenti dell'aroma del caffè sono molto volatili alle alte temperature. Hanno ottenuto buoni risultati di estrazione in un intervallo di temperatura compreso tra 35 e 65 °C con un'irradiazione a ultrasuoni di durata relativamente breve. [Wang et al. 2011]

 

In questo video clip vi mostriamo come potete preparare rapidamente il vostro caffè freddo utilizzando una cialda di caffè e la sonda-ultrasuoni UP200Ht.

Caffè freddo con sonicatore (sonicatore Hielscher UP200Ht)

Miniatura del video

 

Estrazione del tè migliorata dalla sonicazione

I risultati ottenuti con l'estrazione assistita da ultrasuoni sono adatti anche per l'estrazione di composti del tè (ad es. foglie di tè verde). Uno studio di Xia et al. ha mostrato un contenuto significativamente più elevato di polifenoli del tè, aminoacidi e caffeina negli infusi di tè trattati ad ultrasuoni rispetto a quelli ottenuti con estrazione convenzionale. Questo si traduce in risultati migliori durante una valutazione organolettica che si è rivelata: la qualità sensoriale dell'infusione di tè con estrazione assistita da ultrasuoni è stata migliore di quella dell'infusione di tè con estrazione convenzionale. [Xia et al. 2005]

Gli ultrasuoni di Hielscher, ad esempio UP200S (nella foto), sono molto efficaci per l'estrazione di materia intracellulare.

estrazione ad ultrasuoni da erbe aromatiche

Conclusioni: Estrazione altamente efficiente della caffeina con gli ultrasuoni

L'estrazione assistita da ultrasuoni è un metodo efficiente, rapido e controllabile per l'estrazione di composti attivi dal caffè. I composti più interessanti e preziosi sono la caffeina e gli antiossidanti come i diterpeni fenolici (cafestolo, kahweol) e gli acidi ascorbici. I principali vantaggi dell'estrazione assistita da ultrasuoni sono estratti di qualità eccellente con rese elevate. Questi vantaggi dell'estrazione a ultrasuoni si ottengono grazie all'ottimizzazione e al controllo preciso dei parametri di estrazione a ultrasuoni.

Sonicatori ad alte prestazioni per l'estrazione della caffeina

Quando si tratta di estrazione di caffeina su qualsiasi scala di lavorazione, i sonicatori Hielscher rappresentano l'apice dell'innovazione e dell'efficienza. Che si tratti di un piccolo produttore artigianale o di un impianto di produzione industriale su larga scala, i sonicatori Hielscher offrono una soluzione precisa e potente per estrarre la pura essenza della caffeina dal materiale di partenza.

  • Precisione e coerenza: I sonicatori a sonda Hielscher sono progettati per garantire un controllo preciso del processo di estrazione. La loro tecnologia all'avanguardia garantisce risultati costanti lotto dopo lotto, consentendo di mantenere la qualità e la potenza dell'estratto di caffeina.
  • Scalabilità: Hielscher offre una gamma di sonicatori adatti a diverse scale di lavorazione. Dai modelli compatti da banco per la ricerca e lo sviluppo ai robusti sistemi industriali in grado di gestire volumi elevati, Hielscher offre la flessibilità necessaria per soddisfare le vostre esigenze di produzione.
  • Efficienza: Con i sonicatori Hielscher è possibile ridurre notevolmente i tempi di estrazione rispetto ai metodi tradizionali. Le onde ultrasoniche generate da queste macchine creano intense forze di cavitazione, rompendo rapidamente le pareti cellulari e liberando le molecole di caffeina, con conseguenti cicli di lavorazione più brevi.
  • Versatilità: I sonicatori Hielscher non si limitano alla sola estrazione della caffeina. I nostri sonicatori si adattano a un'ampia gamma di applicazioni nei settori alimentare, farmaceutico e cosmetico. Che si tratti di estrazione di caffeina da chicchi di caffè, foglie di tè o altre fonti botaniche, i sonicatori Hielscher offrono la versatilità necessaria per soddisfare le vostre esigenze.

Hielscher Ultrasonics è un'azienda certificata ISO e pone particolare enfasi sugli ultrasuonatori ad alte prestazioni, caratterizzati da tecnologia all'avanguardia e facilità d'uso. Naturalmente, gli ultrasuoni Hielscher sono conformi alla normativa CE e soddisfano i requisiti UL, CSA e RoH.

La tabella seguente fornisce un'indicazione della capacità di lavorazione approssimativa dei nostri ultrasuoni:

Volume di batchPortataDispositivi raccomandati
0,5-1,5 mLn.a.VialTweeter
1 - 500mL10 - 200mL/minUP100H
10 - 2000mL20 - 400mL/minUP200Ht, UP400St
0,1 - 20L0,2 - 4L/minUIP2000hdT
10 - 100L2 - 10L/minUIP4000hdT
Da 15 a 150LDa 3 a 15L/minUIP6000hdT
n.a.10 - 100L/minUIP16000
n.a.più grandecluster di UIP16000

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Gli omogeneizzatori a ultrasuoni ad alto potere di taglio sono utilizzati in laboratorio, su banco, in processi pilota e industriali.

Hielscher Ultrasonics produce omogeneizzatori ad ultrasuoni ad alte prestazioni per applicazioni di miscelazione, dispersione, emulsificazione ed estrazione in laboratorio, pilota e su scala industriale.



Caffè ed estratti di caffè

Caffè – fatto da chicchi di caffè tostati – è una bevanda molto popolare e consumata in tutto il mondo. Oltre al suo impatto vitalizzante se consumata come bevanda stimolante, i composti del caffè sono interessanti per l'industria alimentare, farmaceutica (ad esempio negli antidolorifici) e cosmetica in quanto utilizzati come preziosi additivi in vari prodotti. Questo vale soprattutto per la caffeina (1,3,7-trimetilxantina) e gli antiossidanti, noti per i loro effetti positivi sulla salute umana. Il caffè contiene, tra l'altro, diterpeni fenolici come il cafestolo e il kahweol, e acidi ascorbici, noti per la loro attività antiossidante. Studi epidemiologici suggeriscono che gli ingredienti del caffè possono avere un effetto preventivo su diverse malattie croniche, tra cui il diabete mellito di tipo 2, il morbo di Alzheimer, il morbo di Parkinson e le malattie del fegato come la cirrosi e il carcinoma epatocellulare.
Gli ultrasuoni sono uno strumento ben noto e collaudato per molte applicazioni diverse in vari settori. Una delle applicazioni più importanti e di successo degli ultrasuoni di potenza è l'estrazione di composti bioattivi dalle piante. La cavitazione ultrasonica disgrega le cellule e provoca quindi il rilascio della materia intracellulare. Grazie a questi effetti, la sonicazione offre rese di estrazione più elevate e complete in un tempo di lavorazione molto breve. Essendo una tecnica di lavorazione non termica, le molecole bioattive non vengono degradate dalle alte temperature e si ottengono estratti di alta qualità.

Letteratura/riferimenti


Ultrasuoni ad alte prestazioni! La gamma di prodotti Hielscher copre l'intero spettro dagli ultrasuoni da laboratorio compatti alle unità da banco fino ai sistemi a ultrasuoni industriali completi.

Hielscher Ultrasonics produce omogeneizzatori a ultrasuoni ad alte prestazioni da laboratorio a dimensione industriale.


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