Descafeinação sem solventes com ultrassons de potência

• O processo convencional de descafeinação do café e do chá requer a utilização de solventes tóxicos.
• A descafeinação ultrassónica é um método eficiente de intensificação que permite remover a cafeína num procedimento de extração à base de água, sem utilizar solventes agressivos.
• A descafeinação ultrassónica é um método económico, eficaz e ecológico para produzir produtos descafeinados de café, chá e cacau de elevada qualidade.

Descafeinação com ultrassons

A cafeína é uma substância solúvel em água, pelo que a água pode ser utilizada para remover a cafeína do café, do chá e do cacau. Os processos convencionais de descafeinação utilizam uma substância química como agente descafeinante (como o cloreto de metileno, CO2 ou o acetato de etilo) para acelerar o processo. Ao utilizar a extração ultrassónica à base de água em combinação com carvão ativado como agente descafeinante, obtém-se um produto descafeinado de café, chá ou cacau através de um processo biológico e ambientalmente benigno.

Intensificação ultrassónica de Swiss Water Decaffeination

A descafeinação assistida por ultrassons é um processo de intensificação da chamada Swiss water decaffeination .
O processo de descafeinação Swiss Water baseia-se na dissolução e na osmose para remover a cafeína dos grãos de café, das folhas de chá e dos grãos de cacau.
A integração de sonicadores de sonda no processo de descafeinação Swiss Water envolve a incorporação da sonicação em etapas específicas do processo para melhorar a extração da cafeína. O processo de descafeinação Swiss Water envolve quatro etapas principais. Embora a implementação de ultrassons para uma descafeinação mais eficiente possa variar consoante a configuração e o equipamento específicos, apresenta-se a seguir uma descrição geral de como os sonicadores de sonda são habitualmente integrados para melhorar o processo:

1. Etapa de imersão: A etapa inicial do processo de descafeinação Swiss Water envolve a imersão de grãos de café verde em água quente para criar uma solução aquosa enriquecida com compostos de sabor. Durante esta etapa de imersão, pode utilizar-se um sonicador de sonda para aplicar sonicação e facilitar a extração da cafeína dos grãos. O tratamento por ultrassons é bem conhecido pela sua capacidade de intensificar os processos de extração de compostos bioativos, como a cafeína, de materiais vegetais. As forças mecânicas da cavitação ultrassónica / acústica perfuram as células, provocam a sua rutura e promovem a transferência de massa. Assim, a cafeína é removida dos grãos e libertada eficientemente para a água. Devido a estes efeitos, a sonicação acelera significativamente o processo de descafeinação. A cafeína extraída por ultrassons é um aditivo valioso para alimentos e bebidas, por exemplo, bebidas energéticas.
2. Etapa de remoção da cafeína: Após a imersão inicial, a água enriquecida com compostos de sabor e que contém cafeína é separada dos grãos de café. Esta água passa normalmente por filtros de carvão ativado para remover a cafeína. A porosidade deste filtro é dimensionada para captar apenas as moléculas maiores de cafeína, permitindo a passagem das moléculas menores de óleo e dos compostos de sabor. Isto significa que o filtro de carvão retém a cafeína, enquanto a água filtrada contém todas as substâncias bioativas menores, conhecidas por conferirem ao café, ao chá e ao cacau o seu aroma característico e o seu valor nutricional.
3. Etapa de reabsorção: Os grãos descafeinados, dos quais foram removidas a cafeína e as moléculas dos compostos de sabor, são descartados. A água sem cafeína, enriquecida com compostos de sabor e polifenóis (também conhecida como «extrato de café verde»), é altamente valiosa e é utilizada para remover a cafeína de um novo lote de grãos de café que ainda contêm cafeína.
   Uma vez que esta água está saturada com moléculas de compostos de sabor e outras substâncias bioativas, estes compostos não podem dissolver-se no novo lote de grãos de café. Assim, apenas as moléculas de cafeína são libertadas dos grãos de café para a água, ocorrendo uma descafeinação sem remover o aroma e outros fitoquímicos valiosos. Assim que a água enriquecida com compostos de sabor fica sem cafeína, é reutilizada para extrair cafeína de um novo lote de grãos de café verde. Esta etapa de reabsorção pode também beneficiar, novamente, da utilização de ultrassons de sonda. Os grãos verdes são imersos na água enriquecida com compostos de sabor e aplicam-se ultrassons para facilitar a extração da cafeína. A sonicação ajuda a aumentar a penetração da água nos grãos, melhorando a eficiência da extração e reduzindo o tempo de extração.
4. Reabsorção repetida e secagem: As etapas de reabsorção e sonicação podem ser repetidas várias vezes até se atingir o nível de descafeinação pretendido. Após a reabsorção final, os grãos de café descafeinados são normalmente secos e a água enriquecida com compostos de sabor fica pronta para ser reutilizada no lote seguinte.

Estudo de caso sobre a descafeinação ultrassónica de grãos de café

O estudo de Huamaní-Meléndez e Darros-Barbosa (2018) teve como objetivo investigar o efeito da intensidade dos ultrassons, do impulso e da temperatura na extração da cafeína de grãos de café arábica utilizando um meio aquoso. Os investigadores utilizaram a sonda ultrassónica de alta intensidade UP400S da Hielscher (400 watts; ver imagem à esquerda) e realizaram experiências com diferentes intensidades, durações dos impulsos e temperaturas. Constataram que o aumento da intensidade dos ultrassons e da duração dos impulsos conduzia a uma maior taxa de extração da cafeína, mas apenas até certo ponto, a partir do qual novos aumentos não melhoravam significativamente a extração. Verificou-se que as condições ótimas para a extração da cafeína eram uma intensidade ultrassónica de 75 W/cm2, uma duração do impulso de 5 sec e uma temperatura de 25°C. O estudo fornece um protocolo específico para utilizar ultrassons na extração da cafeína dos grãos de café e sugere que este método poderá ser uma alternativa eficaz e respeitadora do ambiente aos processos tradicionais de descafeinação.

Sonicadores de alto desempenho para descafeinação sem solventes

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Enquanto fabricante e consultora com muitos anos de experiência em sonicadores de alta potência e na sua aplicação, a Hielscher é o seu parceiro para processos de extração assistida por ultrassons. Os processadores ultrassónicos da Hielscher estão instalados em todo o mundo para aplicações nas indústrias alimentar e de bebidas, farmacêutica e química.
Além de fornecermos extratores ultrassónicos de alta potência, também apoiamos os nossos clientes com os nossos conhecimentos aprofundados. O nosso serviço ao cliente abrange desde a consultoria e os estudos de viabilidade até à otimização de processos, ao equipamento piloto e à instalação de sistemas ultrassónicos à escala industrial.
Ao disponibilizarmos uma ampla gama de processadores ultrassónicos e acessórios (como sonotrodos, células de fluxo e reatores), podemos recomendar o sistema mais adequado aos requisitos de capacidade e às condições do seu processo. A instalação e a adaptação a linhas de processo existentes podem ser facilmente realizadas, uma vez que os nossos extratores ultrassónicos podem ser integrados sem grandes modificações.
A nossa equipa de consultores de processos, químicos e engenheiros com formação sólida orienta os nossos clientes para uma instalação e operação bem-sucedidas. O equipamento da Hielscher apresenta uma robustez excecional e requer apenas uma manutenção muito reduzida. Para a formação operacional, a primeira colocação em serviço e os serviços de manutenção, dispomos de uma equipa com formação sólida que apoia os nossos clientes.