Decafeïnering zonder oplosmiddelen met hoogvermogenultrasoontechnologie

• Het conventionele decafeïneringsproces voor koffie en thee vereist het gebruik van giftige oplosmiddelen.
• Ultrasone decafeïnering is een efficiënte intensiveringsmethode waarmee cafeïne via een extractieprocedure op waterbasis kan worden verwijderd zonder het gebruik van agressieve oplosmiddelen.
• Ultrasone decafeïnering is een economische, effectieve en milieuvriendelijke methode om hoogwaardige cafeïnevrije koffie-, thee- en cacaoproducten te produceren.

Decafeïnering met ultrasoonbehandeling

Cafeïne is een in water oplosbare stof, waardoor water kan worden gebruikt om cafeïne uit koffie, thee en cacao te verwijderen. Conventionele decafeïneringsprocessen gebruiken een chemische stof als decafeïneringsmiddel (zoals methyleenchloride, CO2 of ethylacetaat) om het proces te versnellen. Door ultrasone extractie op waterbasis te gebruiken in combinatie met actieve kool als decafeïneringsmiddel, wordt een cafeïnevrij koffie-, thee- of cacaoproduct bereid via een biologisch en milieuvriendelijk proces.

Ultrasoon geïntensiveerde Swiss Water Decaffeination

Ultrasoon ondersteunde decafeïnering is een intensivering van de zogenoemde Swiss water decaffeination .
Het Swiss Water-decafeïneringsproces werkt op basis van oplossing en osmose om cafeïne uit koffiebonen, theebladeren en cacaobonen te verwijderen.
Het integreren van ultrasone sondeapparaten in het Swiss Water-decafeïneringsproces houdt in dat tijdens specifieke fasen van het proces sonicatie wordt toegepast om de cafeïne-extractie te verbeteren. Het Swiss Water-decafeïneringsproces omvat vier belangrijke processtappen. Hoewel de toepassing van ultrasoontechnologie voor een efficiëntere decafeïnering kan variëren afhankelijk van de specifieke opstelling en apparatuur, volgt hier een algemeen overzicht van hoe ultrasone sondeapparaten voornamelijk worden geïntegreerd om het proces te verbeteren:

1. Weekfase: De eerste stap in het Swiss Water-decafeïneringsproces bestaat uit het weken van groene koffiebonen in heet water om een waterige oplossing met smaakstoffen te verkrijgen. Tijdens deze weekfase kan een ultrasoon sondeapparaat worden gebruikt om sonicatie toe te passen en zo de extractie van cafeïne uit de bonen te vergemakkelijken. Ultrasoonbehandeling staat bekend om haar vermogen om extractieprocessen voor bioactieve verbindingen zoals cafeïne uit plantaardig materiaal te intensiveren. De mechanische krachten van ultrasone / akoestische cavitatie perforeren en ontsluiten cellen en bevorderen de massaoverdracht. Daardoor wordt cafeïne uit de bonen verwijderd en efficiënt aan het water afgegeven. Door deze effecten versnelt sonicatie het decafeïneringsproces aanzienlijk. De ultrasoon geëxtraheerde cafeïne is een waardevol additief voor voedingsmiddelen en dranken, bijvoorbeeld energiedranken.
2. Fase van cafeïneverwijdering: Na het eerste weken wordt het water met smaakstoffen en cafeïne van de koffiebonen gescheiden. Dit water wordt doorgaans door actievekoolfilters geleid om de cafeïne te verwijderen. De porositeit van dit filter is zo afgestemd dat het alleen grotere cafeïnemoleculen opvangt, terwijl kleinere olie- en smaakmoleculen worden doorgelaten. Dit betekent dat het koolfilter de cafeïne vasthoudt, terwijl het gefilterde water alle kleinere bioactieve stoffen bevat waarvan bekend is dat ze koffie, thee en cacao hun kenmerkende aroma en voedingswaarde geven.
3. Herabsorptiefase: De gedecafeïneerde bonen, waaruit cafeïne en smaakmoleculen zijn verwijderd, worden weggegooid. Het cafeïnevrije water dat is verrijkt met smaakstoffen en polyfenolen (ook bekend als “Green Coffee Extract”) is zeer waardevol en wordt gebruikt om cafeïne te verwijderen uit een nieuwe partij koffiebonen die nog cafeïne bevatten.
   Omdat dit water verzadigd is met smaakmoleculen en andere bioactieve stoffen, kunnen deze verbindingen niet oplossen in de nieuwe partij koffiebonen. Daardoor worden alleen cafeïnemoleculen uit de koffiebonen aan het water afgegeven en vindt decafeïnering plaats zonder aroma en andere waardevolle fytochemicaliën te verwijderen. Zodra het water met smaakstoffen vrij is van cafeïne, wordt het opnieuw gebruikt om cafeïne uit een nieuwe partij groene koffiebonen te extraheren. Ook deze herabsorptiefase kan profiteren van ultrasoonbehandeling met een sondeapparaat. De groene bonen worden geweekt in het water met smaakstoffen en ultrasoonbehandeling wordt toegepast om de cafeïne-extractie te vergemakkelijken. De sonicatie helpt het water beter in de bonen te laten doordringen, waardoor de extractie-efficiëntie verbetert en de extractietijd afneemt.
4. Herhaalde herabsorptie en droging: De herabsorptie- en sonicatiestappen kunnen meerdere keren worden herhaald totdat de gewenste mate van decafeïnering is bereikt. Na de laatste herabsorptie worden de gedecafeïneerde koffiebonen doorgaans gedroogd en is het water met smaakstoffen klaar voor hergebruik bij de volgende partij.

Casestudy over ultrasone decafeïnering van koffiebonen

Het onderzoek van Huamaní-Meléndez en Darros-Barbosa (2018) had tot doel het effect van ultrasone intensiteit, puls en temperatuur op de extractie van cafeïne uit arabicakoffiebonen in een waterig medium te onderzoeken. De onderzoekers gebruikten de ultrasone sonde UP400S van Hielscher met hoge intensiteit (400 watt; zie afbeelding links) en voerden experimenten uit met verschillende intensiteiten, pulsduren en temperaturen. Zij stelden vast dat een verhoging van de ultrasone intensiteit en de pulsduur tot een hogere cafeïne-extractiesnelheid leidde, maar slechts tot een bepaald punt, waarna verdere verhogingen de extractie niet significant verbeterden. De optimale omstandigheden voor cafeïne-extractie bleken een ultrasone intensiteit van 75 W/cm2, een pulsduur van 5 sec en een temperatuur van 25°C te zijn. Het onderzoek biedt een specifiek protocol voor het gebruik van ultrasoontechnologie om cafeïne uit koffiebonen te extraheren en suggereert dat deze methode een effectief en milieuvriendelijk alternatief zou kunnen zijn voor traditionele decafeïneringsprocessen.

Ultrasoonapparaten met hoge prestaties voor decafeïnering zonder oplosmiddelen

Hielscher Ultrasonics biedt u ultrasoonapparaten met hoge prestaties voor milde, maar zeer doeltreffende extractie- en decafeïneringsprocessen. Met een ultrasoonvermogen van 50 tot 16.000 watt per ultrasoonapparaat bevat het assortiment ultrasoonapparaten van Hielscher het ideale ultrasoonapparaat voor uw proces voor koffiezetten en decafeïnering!
Als fabrikant en adviseur met jarenlange ervaring op het gebied van ultrasoonapparaten met hoog vermogen en hun toepassing is Hielscher uw partner voor ultrasoon ondersteunde extractieprocessen. Ultrasone processoren van Hielscher worden wereldwijd ingezet voor toepassingen in de voedingsmiddelen- en drankenindustrie, de farmaceutische industrie en de chemische industrie.
Wij leveren niet alleen ultrasone extractoren met hoog vermogen, maar ondersteunen onze klanten ook met onze diepgaande kennis. Onze klantenservice loopt uiteen van advies en haalbaarheidsstudies tot procesoptimalisatie en pilotapparatuur en de installatie van ultrasone systemen op industriële schaal.
Dankzij ons brede assortiment ultrasone processoren en accessoires (zoals sonotrodes, doorstroomcellen en reactoren) kunnen wij u het meest geschikte systeem aanbevelen dat voldoet aan de eisen van uw procescapaciteit en procesomstandigheden. Installatie en inbouw achteraf in bestaande proceslijnen zijn eenvoudig uit te voeren, omdat onze ultrasone extractoren zonder grote aanpassingen kunnen worden geïntegreerd.
Onze goed opgeleide procesadviseurs, chemici en ingenieurs begeleiden onze klanten bij een succesvolle installatie en bediening. De apparatuur van Hielscher is uitzonderlijk robuust en vereist slechts zeer weinig onderhoud. Voor bedieningstraining, eerste inbedrijfstelling en onderhoudsservice beschikken wij over een goed opgeleid team dat onze klanten ondersteunt.