Tecnologia ad ultrasuoni Hielscher

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.
Caffè – fatto da chicchi di caffè tostati – è una bevanda molto popolare che viene consumata in tutto il mondo. Oltre al suo impatto vitalizzante se consumato come bevanda stimolante, i composti di caffè sono di interesse per il cibo, farmaceutico (ad es. in antidolorifici) e industria cosmetica come usato come preziosi additivi in vari prodotti. Questo vale soprattutto per la caffeina (1,3,7-trimetilxantina) e gli antiossidanti, che sono conosciuti per i loro effetti positivi sulla salute umana. Il caffè contiene, tra gli altri, diterpeni fenolici quali cafestol kahweol e acidi ascorbico, che sono 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, malattia di Alzheimer, morbo di Parkinson e malattie del fegato, come cirrosi e carcinoma epatocellulare.
Ultrasuoni sono uno strumento ben noto e collaudato per diverse applicazioni in vari settori industriali. Un'applicazione molto successo è ultrasonico estrazione. Quindi, gli effetti di cavitazione ultrasonica sulla causa materiale delle cellule delle cellule di rottura e il rilascio della sostanza intracellulare.
Con la sonicazione, la caffeina e altri composti del caffè possono essere estratti in modo molto efficiente.

Struttura chimica di caffeina

Ultrasuoni ad Alta Potenza

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 effetti localmente molto estremi. Quando sonicating liquidi ad alta intensità, le onde sonore che si propagano nei mezzi liquidi causare alternando cicli di bassa pressione (rarefazione), con tariffe a seconda della frequenza e ad alta pressione (compressione). Durante il ciclo di bassa pressione, ad alta intensità onde ultrasoniche creare piccole bolle sottovuoto o vuoti nel liquido. Quando le bolle raggiungono un volume al quale non possono assorbire energia, collasso violentemente durante un ciclo ad alta pressione. Questo fenomeno è definito cavitazione. Durante le temperature molto elevate (circa 5, 000K) di implosione e pressioni (circa 2, 000atm) sono raggiungibili localmente. L'implosione della bolla di cavitazione provoca anche getti di liquidi di fino a 280 m/s velocità. [Suslick 1998] Di queste forze estreme sonicazione si verifica, le pareti cellulari sono interrotti, e viene estratto il materiale intracellulare.

Cavitazione ad ultrasuoni generata sul corno del UIP1500hd - un dispositivo ad ultrasuoni da 1,5kW. Per una migliore visibilità, il liquido è stato illuminato con luce blu dal fondo della colonna di vetro.

Cavitazione ultrasonica in liquido

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.
Mediante l'uso di sonicazione anche la temperatura di funzionamento può essere ridotto, che consente l'estrazione di componenti sensibili alla temperatura. Rispetto alle altre tecniche di estrazione romanzo come estrazione assistita da microonde, apparecchio ad ultrasuoni è più conveniente e il suo funzionamento è più facile. Inoltre, l'estrazione con ultrasuoni assistita può essere utilizzato con qualsiasi solvente, come l'estrazione di Soxhlet, per l'estrazione di un'ampia varietà di composti naturali. [Wang et al., 2006] Se necessario, i sistemi antideflagranti per capacità di processo industriale sono disponibili.
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.

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 ad ultrasuoni è stato indicato come metodo di estrazione efficace e risparmiare tempo. Le forze di ultrasuoni altamente potenti forniscono l'energia necessaria per l'estrazione, così che meno o addirittura nessuna solventi sono necessari. La temperatura può essere controllata anche come reattore ultrasonico mediante batch o flusso delle cellule può essere efficientemente raffreddato (o riscaldato se necessario). Per i processi di estrazione con solventi, Hielscher Ultrasonics fornisce ATEX e FM certificato ultrasuoni Sistemi antideflagranti, troppo.
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.

L'ultrasonicazione è una tecnica di successo per estrarre composti attivi, aromi e altri componenti intracellulari da cellule vegetali.

Processore ad ultrasuoni in linea UIP1500hd

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Estrazione della Caffeina

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 usato solo come additivo nella Cibo è un importante principio attivo anche nel settore farmaceutico. Un'applicazione comune dell'estratto di caffeina è, ad esempio, la commistione nei farmaci per il mal di testa e l'emicrania o negli antidolorifici.
Per estrarre la caffeina, il principale alcaloide del caffè, l'ultrasonicazione è un metodo adatto. Wang e i suoi colleghi [Wang et al. 2011] hanno scoperto che è necessario solo un breve tempo di estrazione per raggiungere uno stato di saturazione, se si utilizza l'ultrasuoni. Questo significa che gli ultrasuoni sono una tecnica molto efficiente e che fa risparmiare tempo per ottenere la caffeina.

UP200St con 14mm Sonotrode per fare il caffè freddo della birra

Composti aromatici e aromatici

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 dei suoi colleghi [Wang et al. 2011] mostra che gli ultrasuoni a bassa frequenza e ad alta potenza sono più efficienti per l'estrazione dei sapori del caffè. In particolare per il 4-Tridecanone e il 2-Metossi-3-Metilpirazina, hanno trovato la tecnica di estrazione ad ultrasuoni più semplice ed efficiente, ottenendo rese di estrazione molto elevate. Inoltre, è dimostrato che la temperatura deve essere controllata in quanto i componenti del gusto del caffè sono molto volatili ad alte temperature. Hanno raggiunto buoni risultati di estrazione nel campo di temperatura tra i 35~65 °C con un'irradiazione ultrasonica di durata relativamente breve.

Estrazione del tè

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

Conclusione

L'ecografo assistito da ultrasuoni estrazione è un metodo efficiente, rapido e controllabile per l'estrazione di principi attivi dal caffè. I composti più interessanti e preziosi sono la caffeina e gli antiossidanti come i diterpeni fenolici (cafestol, kahweol) e gli acidi ascorbici. I principali vantaggi dell'estrazione assistita da ultrasuoni si basano sull'influenza e sul controllo dei parametri di estrazione ad ultrasuoni.

Letteratura/riferimenti

  • Cao, Chuanhai; Wang, Li; Lin, Xiaoyang; Mamcarz, Malgorzata; Zhang, Chi; Bai, Ge; Nong, Jasson; Sussman, Sam; Arendash, Gary (2011): La caffeina si sincronizza con un altro componente del caffè per aumentare il plasma GCSF: collegamento ai benefici cognitivi nei topi di Alzheimer. Journal of Alzheimer's Disease 25/2, 2011. 323-335.
  • Dong, Juane; Liu, Yuanbai; Liang, Zongsuo; Wang, Weiling (2010): Indagine sull'estrazione assistita da ultrasuoni dell'acido salviolico B dalla radice di Salvia miltiorrhiza. Ecografia Sonochimica 17/1, 2010. 61-65.
  • Herrera, M.C.; Luque de Castro, M.D. (2005): Estrazione ultrasonica di composti fenolici dalle fragole prima della separazione cromatografica liquida e della rilevazione ultravioletta con fotodiodi a matrice. Journal of Chromatoraphy A, 1100, 2005. 1-7.
  • Higdon, Jane V.; Frei, Balz (2006): Caffè e salute: Una rassegna delle recenti ricerche umane. Critical Reviews in Food Science and Nutrition, 46/2, 2006. 101-123.
  • Mussato, Solange I.; Ballesteros, Lina F.; Martins, Silvia; Teixeira, José A (2011): Estrazione di composti fenolici antiossidanti da fondi di caffè esausti. Tecnologia di separazione e purificazione 83/ 2011. 173-179.
  • Sheu, Shane-Rong; Wang, Cheng-Chi; Chang, Sheng-Yu; Yang, Li-Chen, Jang, Ming-Jyi; Cheng, Po-Jen (2009): Influenza del processo di produzione dell'estrazione sulla concentrazione di caffeina. Dentro: Atti della Conferenza internazionale multi-conferenza di ingegneri e informatici 2009 Vol. II, IMECS 2009, 18 marzo 2009. – 20, 2009, Hong Kong.
  • Suslick, K.S.: Kirk-Othmer Enciclopedia della tecnologia chimica. Quarta elementare. J. Wiley & Figli: New York; 26, 1998. 517-541.
  • Wang, Cheng-Chi; Sheu, Shane-Rong; Chou, Ya-Yen; Jang, Ming-Jyi; Yang, Li-Chen (2011): Un nuovo processo di estrazione del caffè ottimizzato per il risparmio energetico. Scienze termali 15/1, 2011. 53-59.
  • Wang, Lijun; Weller, Curtis L. (2006): Recenti progressi nell'estrazione di nutraceutici dalle piante. Tendenze nella scienza dell'alimentazione & Tecnologia 17, 2006. 300-312.
  • Xia, Tao; Shi, Siquan; Wan, Xiaochun (2006): Impatto dell'estrazione assistita da ultrasuoni sulla qualità chimica e sensoriale dell'infusione di tè. Rivista di ingegneria alimentare 74/4, 2006. 557-560.

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