Extração ultra-sónica de cafeína
A utilização de ultra-sons é um método eficaz para a extração de cafeína e de outros compostos activos do café. Os potentes sonicadores auxiliam o processo de extração, maximizando o rendimento e reduzindo o tempo de processamento. Saiba como os sonicadores Hielscher promovem a extração de cafeína, bem como a preparação a frio de bebidas de café!
Melhorar a extração de cafeína com ultra-sons de potência
O sabor do café e os efeitos da cafeína são uma paixão partilhada há séculos por milhões de pessoas em todo o mundo. À medida que os aficionados do café e os cientistas procuram formas de melhorar a extração da cafeína, dos compostos bioactivos e dos sabores dos grãos de café, têm surgido técnicas inovadoras para revolucionar o processo. Um desses métodos, o aproveitamento do poder dos ultra-sons, surgiu como uma ferramenta promissora para melhorar a eficiência da extração da cafeína. Os sonicadores Hielscher permitem extrair maiores rendimentos de cafeína e desbloquear novas dimensões de sabores e aromas nas bebidas de café, aditivos alimentares e extractos.
Ultrassom industrial UIP6000hdT para a extração contínua de cafeína dos grãos de café
As vantagens da extração de café em grão por sonicação
A elevada eficiência e a qualidade superior do extrato de café são apenas dois critérios que tornam a utilização de sonicadores do tipo sonda Hielscher o melhor método para a extração de cafeína e de compostos de café dos grãos de café. Abaixo estão listados os benefícios mais importantes da extração de café por ultra-sons:
- Eficiência: Os sonicadores do tipo sonda geram ondas ultra-sónicas intensas que podem penetrar eficazmente em materiais sólidos. Isto ajuda a quebrar a estrutura do grão de café e facilita a extração da cafeína.
- Controlo preciso: Os sonicadores do tipo sonda permitem um controlo preciso da energia ultra-sónica e do tempo de exposição. Este controlo é essencial para evitar a sobre-extração, que pode levar a sabores e amarguras indesejáveis no extrato de café.
- Velocidade: A sonicação é um processo rápido e os sonicadores do tipo sonda podem reduzir significativamente o tempo de extração em comparação com os métodos tradicionais, tornando o processo mais eficiente.
- Uniformidade: As ondas ultra-sónicas podem proporcionar uma extração mais uniforme em todo o material do grão de café, assegurando que a cafeína é extraída uniformemente.
- Redução do uso de solventes: A extração por ultra-sons requer frequentemente menos solvente em comparação com os métodos tradicionais. Isto pode ser amigo do ambiente e rentável.
- Preservação de compostos de sabor: A sonicação por sonda pode ser optimizada para extrair seletivamente a cafeína, deixando intactos outros compostos de sabor. Isto é importante para manter a qualidade e o sabor do extrato de café.
- Escalabilidade: Com Hielscher Ultrasonics, processos de extração ultra-sônica pode ser linearmente escalado para aplicações industriais. Isso significa que a viabilidade e a otimização do processo podem estar em escala de laboratório e, em seguida, sem risco e facilmente escalado para o rendimento da produção.
Sonda ultra-sónica UP400St para a extração eficaz de cafeína de grãos de café, chá e cacau.
Extração ultra-sónica de compostos de café
A extração assistida por ultra-sons é um método comum utilizado para isolar substâncias bioactivas de material vegetal [Dong et al. 2010]. Em relação aos grãos de café, a cafeína e os compostos fenólicos antioxidantes podem ser os compostos mais valiosos para extração devido às suas vastas aplicações na indústria farmacêutica e alimentar. Mas também os flavonóides, o ácido clorogénico e o ácido protocatecuico são extractos que são utilizados como aditivos.
Utilizando métodos de extração tradicionais, como a extração líquido-líquido em solventes, a eficiência da extração aumenta geralmente com o aumento da temperatura de extração. Isto causa frequentemente danos e perda de qualidade do extrato, uma vez que a temperatura afecta a estabilidade dos compostos fenólicos.
A extração sólido-líquido assistida por ultra-sons tem-se revelado um método de extração eficaz e que permite poupar tempo. As forças ultra-sónicas altamente potentes fornecem a energia necessária para a extração, pelo que são necessários menos solventes ou mesmo nenhum. A temperatura pode ser bem controlada, uma vez que o reator de célula de fluxo ou de lote sonicado pode ser eficientemente arrefecido (ou aquecido, se necessário).
Devido às intensas forças de extração dos ultra-sons, também o café moído já gasto (resíduos de café) continua a ser uma matéria-prima rica em compostos extraíveis. Como os resíduos de café são baratos e estão disponíveis em grande quantidade, são uma matéria-prima ideal para a extração dos restantes compostos activos. Embora o teor de cafeína e de outros componentes nos resíduos de café seja inferior ao do pó de café não utilizado, ainda resta uma grande quantidade que pode ser extraída. Para libertar estes compostos do café moído, a influência total sobre os parâmetros de processamento torna-se especialmente significativa. Os ultra-sons de alta potência são capazes de extrair grandes quantidades de compostos activos num curto espaço de tempo de processamento.
Os cafés verdes são grãos de café não torrados, muito ricos em cafeína. A extração por ultra-sons e a infusão a frio é uma técnica excelente para a produção de extractos de café verde e de infusões a frio!
Extrator ultrassónico UIP2000hdT para a extração de compostos bioactivos de grãos de café
Sonicadores de alta potência para extração de café
Para facilitar a compreensão do processo de extração assistida por ultra-sons, é necessário explicar o efeito dos ultra-sons nos líquidos.
A extração assistida por ultra-sons é uma alternativa barata, simples e eficiente em comparação com as técnicas de extração convencionais. As principais vantagens dos ultra-sons na extração sólido-líquido incluem o aumento do rendimento da extração e uma cinética mais rápida. A extração por ultra-sons é uma técnica frequentemente utilizada para a extração de materiais vegetais utilizando solventes líquidos e está provada para um processo de extração rápido e mais completo em comparação com os métodos tradicionais, porque a área de superfície entre a fase sólida e líquida é significativamente maior devido à rutura celular e à dispersão de partículas.
A utilização da sonicação permite também reduzir a temperatura de funcionamento, permitindo a extração de componentes sensíveis à temperatura. Em comparação com outras técnicas de extração inovadoras, como a extração assistida por micro-ondas, o aparelho de ultra-sons é mais barato e o seu funcionamento é mais fácil. Além disso, a extração assistida por ultra-sons pode ser utilizado com qualquer solvente, tal como a extração Soxhlet, para extrair uma grande variedade de compostos naturais. [Wang et al. 2006]
Uma vantagem substancial dos ultra-sons é a influência sobre os parâmetros de processamento mais importantes: amplitude, tempo, temperatura, pressão e viscosidade. Deste modo, o processo de extração pode ser optimizado para garantir que a estrutura dos extractos não seja danificada.
Extração de cafeína melhorada por sonicação
A cafeína pode ser considerada o estimulante mais comummente consumido. Uma vez que a cafeína não é apenas consumida ao beber café, o extrato de cafeína é utilizado na indústria para tratar outros produtos com cafeína como aditivo. Deste modo, torna-se possível criar um café mais forte ou formular refrigerantes (por exemplo, cola), bebidas energéticas ou outros alimentos (por exemplo, chocolate).
Mas a cafeína não é apenas utilizada como aditivo na produção alimentar, é também um importante composto ativo em produtos farmacêuticos. Uma aplicação comum do extrato de cafeína é, por exemplo, a mistura em medicamentos para dores de cabeça e enxaquecas ou em analgésicos.
Para extrair a cafeína, o principal alcaloide do café, a ultrassonografia é um método adequado. Wang e seus colegas descobriram que apenas um curto tempo de extração é necessário para atingir um estado saturado, se ultrasonication é usado. Isto significa que o ultrassom uma técnica muito eficiente e economia de tempo para ganhar cafeína. [Wang et al. 2011]
Extração intensificada de moléculas aromáticas e compostos aromáticos utilizando a sonicação
Os compostos voláteis do café são a fração mais valiosa do grão de café torrado e conferem ao café o seu sabor e fragrância únicos. A qualidade do café solúvel pode ser substancialmente melhorada pela adição de óleos de café absorvidos pelo aroma ao pó de café.
Um estudo comparativo, examinando a extração de compostos fenólicos de morangos, mostrou que a extração ultra-sónica causa menos degradação dos fenólicos e é um processo de extração muito mais rápido em comparação com outros métodos de extração, incluindo sólido-líquido, água subcrítica e método assistido por micro-ondas. [Herrera et al. 2005]
O estudo de Wang e seus colegas mostra que os ultra-sons de baixa frequência e alta potência são mais eficientes para a extração de aromas de café. Especialmente no caso da 4-Tridecanona e da 2-Metoxi-3-Metilpirazina, consideraram a técnica de extração por ultra-sons mais fácil e eficiente, obtendo rendimentos de extração muito elevados. Além disso, é demonstrado que a temperatura deve ser controlada, uma vez que os componentes do sabor do café são muito voláteis a altas temperaturas. Eles conseguiram bons resultados de extração na faixa de temperatura entre 35 ~ 65 ° C sob irradiação ultra-sônica relativamente curto tempo. [Wang et al. 2011]
Extração de chá melhorada por sonicação
Os resultados alcançados pela extração assistida por ultra-sons são também adequados para a extração de compostos de chá (por exemplo, folhas de chá verde). Um estudo realizado por Xia et al. mostrou um conteúdo significativamente maior de polifenóis de chá, aminoácidos e cafeína em infusões de chá ultrassonicamente tratadas do que naquelas obtidas por extração convencional. Isto resulta em melhores resultados durante uma avaliação organoléptica que acabou: a qualidade sensorial da infusão de chá com extração assistida por ultra-sons foi melhor do que a da infusão de chá com extração convencional. [Xia et al. 2005]
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Extração por ultra-sons de ervas
Conclusão: Extração de cafeína altamente eficiente com ultra-sons
A extração assistida por ultra-sons é um método eficiente, que poupa tempo e é controlável para a extração de compostos activos do café. Os compostos mais interessantes e valiosos são a cafeína e os antioxidantes, como os diterpenos fenólicos (cafestol, kahweol) e os ácidos ascórbicos. As principais vantagens da extração assistida por ultra-sons são a obtenção de um extrato de excelente qualidade com rendimentos elevados. Estes benefícios da extração por ultra-sons são alcançados através da otimização e controlo preciso dos parâmetros de extração por ultra-sons.
Sonicadores de alto desempenho para extração de cafeína
Quando se trata de extração de cafeína em qualquer escala de processamento, os sonicadores Hielscher são o pináculo da inovação e da eficiência. Quer se trate de um pequeno produtor artesanal ou de uma instalação de fabrico industrial em grande escala, os sonicadores Hielscher oferecem uma solução precisa e potente para extrair a essência pura da cafeína do seu material de origem.
- Precisão e consistência: Os sonicadores de tipo sonda Hielscher foram concebidos para proporcionar um controlo preciso do processo de extração. A sua tecnologia de ponta assegura resultados consistentes lote após lote, permitindo-lhe manter a qualidade e a potência do seu extrato de cafeína.
- Escalabilidade: A Hielscher oferece uma gama de sonicadores adequados a várias escalas de processamento. Desde modelos compactos de bancada para investigação e desenvolvimento até sistemas industriais robustos capazes de lidar com grandes volumes, a Hielscher oferece a flexibilidade necessária para satisfazer os seus requisitos de produção.
- Eficiência: Com os sonicadores Hielscher, é possível reduzir significativamente os tempos de extração em comparação com os métodos tradicionais. As ondas ultra-sónicas geradas por estas máquinas criam forças de cavitação intensas, quebrando rapidamente as paredes celulares e libertando as moléculas de cafeína, o que resulta em ciclos de processamento mais curtos.
- Versatilidade: Os sonicadores Hielscher não se limitam apenas à extração de cafeína. Os nossos sonicadores são adaptáveis a uma vasta gama de aplicações nas indústrias alimentar, farmacêutica e cosmética. Quer esteja a extrair cafeína de grãos de café, folhas de chá ou outras fontes botânicas, os sonicadores Hielscher oferecem versatilidade para satisfazer as suas necessidades.
A Hielscher Ultrasonics é uma empresa certificada pela ISO e dá especial ênfase aos ultrassons de alto desempenho com tecnologia de ponta e facilidade de utilização. Naturalmente, os ultrassons da Hielscher estão em conformidade com a CE e cumprem os requisitos da UL, CSA e RoHs.
O quadro seguinte dá-lhe uma indicação da capacidade de processamento aproximada dos nossos ultra-sons:
| Volume do lote | caudal | Dispositivos recomendados |
|---|---|---|
| 0.5 a 1,5mL | n.d. | VialTweeter | 1 a 500mL | 10 a 200mL/min | UP100H |
| 10 a 2000mL | 20 a 400mL/min | UP200Ht, UP400ST |
| 0.1 a 20L | 0.2 a 4L/min | UIP2000hdT |
| 10 a 100L | 2 a 10L/min | UIP4000hdt |
| 15 a 150L | 3 a 15L/min | UIP6000hdT |
| n.d. | 10 a 100L/min | UIP16000 |
| n.d. | maior | grupo de UIP16000 |
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A Hielscher Ultrasonics fabrica homogeneizadores ultra-sónicos de alto desempenho para aplicações de mistura, dispersão, emulsificação e extração à escala laboratorial, piloto e industrial.
Perguntas frequentes sobre a extração de café
O que é o café e o extrato de café?
Café - feito a partir de grãos de café torrados – é uma bebida muito popular e consumida em todo o mundo. Para além do seu impacto vitalizante se consumido como uma bebida estimulante, os compostos do café são de interesse para a indústria alimentar, farmacêutica (por exemplo, em analgésicos) e cosmética, uma vez que são utilizados como aditivos valiosos em vários produtos. Isto aplica-se especialmente à cafeína (1,3,7-trimetilxantina) e aos antioxidantes, que são conhecidos pelos seus efeitos positivos na saúde humana. O café contém, entre outros, diterpenos fenólicos, como o cafestol e o kahweol, e ácidos ascórbicos, conhecidos pela sua atividade antioxidante. Estudos epidemiológicos sugerem que os ingredientes do café podem ter um efeito preventivo em várias doenças crónicas, incluindo a diabetes mellitus tipo 2, a doença de Alzheimer, a doença de Parkinson e doenças hepáticas como a cirrose e o carcinoma hepatocelular.
Os ultra-sons são uma ferramenta bem conhecida e comprovada para muitas aplicações diferentes em várias indústrias. Uma das aplicações mais proeminentes e bem sucedidas dos ultra-sons de potência é a extração de compostos bioactivos das plantas. A cavitação ultra-sónica perturba as células e provoca assim a libertação da matéria intracelular. Devido a estes efeitos, a sonicação dá rendimentos de extração mais elevados e mais completos dentro de um tempo de processamento muito curto. Como técnica de processamento não-térmico, as moléculas bioactivas são impedidas contra a degradação por altas temperaturas, resultando em extractos de alta qualidade.
O extrato de café tem um elevado teor de cafeína?
Sim, o extrato de café é geralmente rico em cafeína, embora a quantidade exacta dependa do tipo de grãos e do método de extração utilizado. O extrato de café extraído por ultra-sons tende a ter um elevado teor de cafeína, uma vez que este método aumenta a eficiência da extração de compostos, incluindo a cafeína, dos grãos de café.
Quais são os compostos bioactivos do extrato de café?
Os compostos bioactivos do extrato de café incluem a cafeína, os ácidos clorogénicos, os diterpenos (como o cafestol e o kahweol), a trigonelina e vários antioxidantes.
Quais são os benefícios do café preto e do extrato de café verde?
O café e o extrato de café verde têm vários benefícios potenciais, incluindo um melhor estado de alerta mental devido à cafeína, efeitos antioxidantes dos ácidos clorogénicos, potencial apoio à perda de peso, redução do risco de certas doenças como a diabetes tipo 2 e proteção contra doenças neurodegenerativas. O extrato de café verde, em particular, pode ter um efeito mais pronunciado na perda de peso e na atividade antioxidante devido ao maior teor de ácido clorogénico.
Qual é a diferença entre o café preto e o extrato de café verde?
O café preto é feito a partir de grãos de café torrados, que são moídos e preparados para produzir a bebida. O processo de torrefação altera a composição química dos grãos, reduzindo o seu teor de ácido clorogénico e melhorando o sabor e o aroma. O extrato de café verde, por outro lado, é derivado de grãos de café verde não torrados, que são ricos em ácidos clorogénicos e outros antioxidantes. Acredita-se que estes compostos oferecem vários benefícios para a saúde, incluindo a perda de peso e a redução do risco de certas doenças crónicas. Ao contrário do café preto, o extrato de café verde não é normalmente consumido como bebida, mas como suplemento alimentar.
Como funciona a extração por ultra-sons?
Ultra-sons de potência – introduzido em líquidos – provoca efeitos muito extremos a nível local. Ao sonicar líquidos a altas intensidades, as ondas sonoras que se propagam no meio líquido resultam em ciclos alternados de alta pressão (compressão) e baixa pressão (rarefação), com taxas que dependem da frequência. Durante o ciclo de baixa pressão, as ondas ultra-sónicas de alta intensidade criam pequenas bolhas de vácuo ou espaços vazios no líquido. Quando as bolhas atingem um volume em que já não conseguem absorver energia, entram em colapso violento durante um ciclo de alta pressão. Este fenómeno é designado por cavitação acústica. Durante a implosão são atingidas localmente temperaturas (aprox. 5.000K) e pressões (aprox. 2.000atm) muito elevadas. A implosão da bolha de cavitação também resulta em jactos de líquido com uma velocidade de até 280m/s. [Suslick 1998] Devido a estas forças extremas ocorre a sonólise, as paredes celulares são rompidas e o material intracelular é extraído.
Literatura/Referências
- Caballero Galván, Ashley; Restrepo, Daissy;Ortiz-Sánchez, Mariana; Cardona, Carlos Ariel (2018): Analysis of Extraction Kinetics of Bioactive Compounds from Spent Coffee Grounds (Coffea arábica). Waste and Biomass Valorization 9, 2018.
- Mohammad H. Zamanipoor, Bailina Yakufu, Ernest Tse, Adel Rezaeimotlagh, James M. Hook, Martin P. Bucknall, Donald S. Thomas, Francisco J. Trujillo (2020): Brewing coffee? – Ultra-sonication has clear beneficial effects on the extraction of key volatile aroma components and triglycerides. Ultrasonics Sonochemistry, Volume 60, 2020.
- Huamaní-Meléndez V.J., Darros-Barbosa R. (2018): High intensity ultrasound assisted decaffeination process of coffee beans in aqueous medium. Journal of Food Science and Technology, 55(12), 2018. 4901-4908.
- Suslick, K.S.: Kirk-Othmer Encyclopedia of Chemical Technology. 4th ed. J. Wiley & Sons: New York; 26, 1998. 517-541.
- Wang, Cheng-Chi; Sheu, Shane-Rong; Chou, Ya-Yen; Jang, Ming-Jyi; Yang, Li-Chen (2011): A novel optimized energy-saving extraction process on coffee. Thermal Science 15/1, 2011. 53-59.
A Hielscher Ultrasonics fabrica homogeneizadores ultra-sónicos de alto desempenho a partir de laboratório para dimensão industrial.