Dekofeinizacja bez rozpuszczalników z wykorzystaniem ultradźwięków dużej mocy

• Konwencjonalny proces dekofeinizacji kawy i herbaty wymaga stosowania toksycznych rozpuszczalników.
• Dekofeinizacja ultradźwiękowa to skuteczna metoda intensyfikacji, która umożliwia usuwanie kofeiny w procesie ekstrakcji wodnej bez stosowania agresywnych rozpuszczalników.
• Dekofeinizacja ultradźwiękowa to ekonomiczna, skuteczna i ekologiczna metoda wytwarzania wysokiej jakości bezkofeinowych produktów kawowych, herbacianych i kakaowych.

Dekofeinizacja z wykorzystaniem sonikacji

Kofeina jest substancją rozpuszczalną w wodzie, dlatego wodę można stosować do usuwania kofeiny z kawy, herbaty i kakao. Konwencjonalne procesy dekofeinizacji wykorzystują substancję chemiczną jako środek dekofeinizujący (np. chlorek metylenu, CO2 lub octan etylu) w celu przyspieszenia procesu. Dzięki zastosowaniu ultradźwiękowej ekstrakcji wodnej w połączeniu z węglem aktywnym jako środkiem dekofeinizującym bezkofeinowy produkt kawowy, herbaciany lub kakaowy otrzymuje się w procesie ekologicznym i przyjaznym dla środowiska.

Intensyfikacja ultradźwiękowa procesu Swiss Water Decaffeination

Dekofeinizacja wspomagana ultradźwiękami stanowi intensyfikację procesu znanego jako Swiss water decaffeination .
Proces dekofeinizacji Swiss Water opiera się na rozpuszczaniu i osmozie w celu usuwania kofeiny z ziaren kawy, liści herbaty i ziaren kakaowca.
Włączenie sonikatorów sondowych do procesu dekofeinizacji Swiss Water polega na zastosowaniu sonikacji na określonych etapach procesu w celu usprawnienia ekstrakcji kofeiny. Proces dekofeinizacji Swiss Water obejmuje cztery główne etapy. Chociaż sposób zastosowania ultradźwięków w celu zwiększenia efektywności dekofeinizacji może różnić się w zależności od konkretnej konfiguracji i wyposażenia, poniżej przedstawiono ogólny zarys głównych sposobów włączania sonikatorów sondowych w celu usprawnienia procesu:

1. Etap namaczania: Pierwszy etap procesu dekofeinizacji Swiss Water polega na namaczaniu zielonych ziaren kawy w gorącej wodzie w celu uzyskania roztworu wodnego wzbogaconego w związki smakowo-aromatyczne. Na tym etapie namaczania można zastosować sonikator sondowy do prowadzenia sonikacji ułatwiającej ekstrakcję kofeiny z ziaren. Sonikacja jest dobrze znana ze swojej zdolności do intensyfikacji procesów ekstrakcji związków bioaktywnych, takich jak kofeina, z materiałów roślinnych. Siły mechaniczne kawitacji ultradźwiękowej / akustycznej perforują i rozbijają komórki oraz wspomagają przenoszenie masy. Dzięki temu kofeina jest usuwana z ziaren i skutecznie uwalniana do wody. W wyniku tych efektów sonikacja znacznie przyspiesza proces dekofeinizacji. Kofeina wyekstrahowana ultradźwiękowo jest cennym dodatkiem do żywności i napojów, np. napojów energetycznych.
2. Etap usuwania kofeiny: Po wstępnym namaczaniu wodę wzbogaconą w związki smakowo-aromatyczne i zawierającą kofeinę oddziela się od ziaren kawy. Wodę tę zazwyczaj przepuszcza się przez filtry z węglem aktywnym w celu usunięcia kofeiny. Wielkość porów tego filtra jest dobrana tak, aby zatrzymywać wyłącznie większe cząsteczki kofeiny, jednocześnie przepuszczając mniejsze cząsteczki olejów i związków smakowo-aromatycznych. Oznacza to, że filtr węglowy zatrzymuje kofeinę, podczas gdy przefiltrowana woda zawiera wszystkie mniejsze substancje bioaktywne, o których wiadomo, że nadają kawie, herbacie i kakao charakterystyczny aromat oraz wartość odżywczą.
3. Etap ponownego wchłaniania: Zdekofeinizowane ziarna, z których usunięto kofeinę i cząsteczki związków smakowo-aromatycznych, są odrzucane. Woda pozbawiona kofeiny, wzbogacona w związki smakowo-aromatyczne i polifenole (znana również jako „ekstrakt z zielonej kawy”), jest bardzo cenna i służy do usuwania kofeiny ze świeżej partii ziaren kawy, które nadal zawierają kofeinę.
   Ponieważ woda ta jest nasycona cząsteczkami związków smakowo-aromatycznych i innymi substancjami bioaktywnymi, związki te nie mogą rozpuszczać się w świeżej partii ziaren kawy. W rezultacie z ziaren kawy do wody uwalniane są wyłącznie cząsteczki kofeiny, a dekofeinizacja przebiega bez usuwania aromatu i innych cennych związków fitochemicznych. Gdy woda wzbogacona w związki smakowo-aromatyczne zostanie pozbawiona kofeiny, wykorzystuje się ją ponownie do ekstrakcji kofeiny z nowej partii zielonych ziaren kawy. Ten etap ponownego wchłaniania również może skorzystać z zastosowania sonikacji za pomocą sondy. Zielone ziarna namacza się w wodzie wzbogaconej w związki smakowo-aromatyczne i stosuje się sonikację w celu ułatwienia ekstrakcji kofeiny. Sonikacja pomaga zwiększyć wnikanie wody do ziaren, poprawiając efektywność ekstrakcji i skracając jej czas.
4. Powtarzanie ponownego wchłaniania i suszenie: Etapy ponownego wchłaniania i sonikacji można powtarzać wielokrotnie, aż do osiągnięcia pożądanego stopnia dekofeinizacji. Po ostatnim etapie ponownego wchłaniania zdekofeinizowane ziarna kawy są zazwyczaj suszone, a woda wzbogacona w związki smakowo-aromatyczne jest gotowa do ponownego wykorzystania w kolejnej partii.

Studium przypadku ultradźwiękowej dekofeinizacji ziaren kawy

Badanie przeprowadzone przez Huamaní-Meléndez i Darros-Barbosa (2018) miało na celu zbadanie wpływu natężenia ultradźwięków, impulsu i temperatury na ekstrakcję kofeiny z ziaren kawy Arabica w środowisku wodnym. Badacze zastosowali sondę ultradźwiękową Hielscher UP400S o wysokim natężeniu ultradźwięków (400 watów; patrz zdjęcie po lewej) i przeprowadzili eksperymenty przy różnych natężeniach, czasach trwania impulsów i temperaturach. Stwierdzili, że zwiększanie natężenia ultradźwięków i czasu trwania impulsu prowadziło do wzrostu szybkości ekstrakcji kofeiny, ale tylko do pewnego punktu, po którego przekroczeniu dalsze zwiększanie tych parametrów nie poprawiało znacząco ekstrakcji. Ustalono, że optymalne warunki ekstrakcji kofeiny to natężenie ultradźwięków wynoszące 75 W/cm2, czas trwania impulsu 5 sec oraz temperatura 25°C. Badanie przedstawia konkretną procedurę wykorzystania ultradźwięków do ekstrakcji kofeiny z ziaren kawy i sugeruje, że metoda ta mogłaby stanowić skuteczną i przyjazną dla środowiska alternatywę dla tradycyjnych procesów dekofeinizacji.

Sonikatory o wysokiej wydajności do dekofeinizacji bez rozpuszczalników

Hielscher Ultrasonics oferuje sonikatory o wysokiej wydajności do łagodnych, a jednocześnie wysoce skutecznych procesów ekstrakcji i dekofeinizacji. Dzięki mocy ultradźwięków od 50 do 16 000 watów na sonikator oferta sonikatorów Hielscher obejmuje idealny sonikator do Twojego procesu przygotowywania i dekofeinizacji kawy!
Jako producent i doradca z wieloletnim doświadczeniem w zakresie sonikatorów dużej mocy i ich zastosowań, Hielscher jest Twoim partnerem w procesach ekstrakcji wspomaganej ultradźwiękami. Urządzenia ultradźwiękowe Hielscher są instalowane na całym świecie do zastosowań w przemyśle spożywczym i napojowym, farmaceutycznym oraz chemicznym.
Nie tylko dostarczamy ekstraktory ultradźwiękowe dużej mocy, lecz także wspieramy naszych klientów naszą dogłębną wiedzą. Nasza obsługa klienta obejmuje doradztwo i badania wykonalności, optymalizację procesów i wyposażenie pilotażowe, a także instalację systemów ultradźwiękowych na skalę przemysłową.
Oferując szeroką gamę urządzeń ultradźwiękowych i akcesoriów (takich jak sonotrody, komory przepływowe i reaktory), możemy polecić najbardziej odpowiedni system spełniający wymagania dotyczące wydajności i warunków Twojego procesu. Instalację oraz doposażenie istniejących linii technologicznych można przeprowadzić łatwo, ponieważ nasze ekstraktory ultradźwiękowe można zintegrować bez dużych modyfikacji.
Nasz dobrze wyszkolony zespół doradców procesowych, chemików i inżynierów pomaga klientom w skutecznej instalacji i eksploatacji. Urządzenia Hielscher odznaczają się wyjątkową wytrzymałością i wymagają jedynie bardzo niewielkich nakładów na konserwację. Dysponujemy dobrze wyszkolonym zespołem, który wspiera naszych klientów w zakresie szkoleń z obsługi, pierwszego uruchomienia i usług konserwacyjnych.