Extração ultrassónica de cafeína
A utilização de ultrassons é um método eficaz para a extração de cafeína e de outros compostos ativos do café. Os sonicadores potentes auxiliam o processo de extração, maximizando o rendimento e reduzindo o tempo de processamento. Descubra como os sonicadores Hielscher promovem a extração de cafeína, bem como a preparação a frio de bebidas de café!
Melhore a extração de cafeína com ultrassons de potência
O sabor do café e os efeitos da cafeína são uma paixão partilhada por milhões de pessoas em todo o mundo há séculos. À medida que tanto os apreciadores de café como os cientistas procuram formas de melhorar a extração de cafeína, compostos bioativos e sabores dos grãos de café, surgiram técnicas inovadoras para revolucionar o processo. Um desses métodos, que aproveita a potência dos ultrassons, surgiu como uma ferramenta promissora para melhorar a eficiência da extração de cafeína. Os sonicadores Hielscher permitem obter maiores rendimentos de cafeína e explorar novas dimensões de sabor e aroma nas bebidas de café, nos aditivos alimentares e nos extratos.
Ultrassonicador industrial UIP6000hdT para a extração contínua de cafeína dos grãos de café
As vantagens da extração de grãos de café por sonicação
A elevada eficiência e a qualidade superior do extrato de café são apenas dois critérios que tornam a utilização de sonicadores de sonda Hielscher o melhor método para a extração de cafeína e de compostos do café a partir dos grãos de café. Abaixo encontram-se as vantagens mais importantes da extração ultrassónica de café:
- Eficiência: Os sonicadores de sonda geram ondas ultrassónicas intensas que conseguem penetrar eficazmente nos materiais sólidos. Isto ajuda a desintegrar a estrutura do grão de café e facilita a extração de cafeína.
- Controlo preciso: Os sonicadores de sonda permitem controlar com precisão a energia ultrassónica e o tempo de exposição. Este controlo é essencial para evitar a extração excessiva, que pode originar sabores indesejados e amargor no extrato de café.
- Rapidez: A sonicação é um processo rápido, e os sonicadores de sonda podem reduzir significativamente o tempo de extração em comparação com os métodos tradicionais, tornando o processo mais eficiente.
- Uniformidade: As ondas ultrassónicas podem proporcionar uma extração mais uniforme em todo o material dos grãos de café, garantindo que a cafeína é extraída uniformemente.
- Utilização reduzida de solventes: A extração ultrassónica requer frequentemente menos solvente do que os métodos tradicionais. Isto pode ser favorável ao ambiente e economicamente vantajoso.
- Preservação dos compostos de sabor: A sonicação com sonda pode ser otimizada para extrair seletivamente a cafeína, deixando os outros compostos de sabor em grande parte intactos. Isto é importante para manter a qualidade e o sabor do extrato de café.
- Escalabilidade: Com a Hielscher Ultrasonics, os processos de extração ultrassónica podem ser ampliados linearmente para aplicações industriais. Isto significa que a avaliação de viabilidade e a otimização do processo podem ser realizadas à escala laboratorial e depois ampliadas facilmente e sem riscos para a capacidade de produção.
Sonda ultrassónica UP400St para a extração eficiente de cafeína dos grãos de café, do chá e do cacau.
Extração ultrassónica de compostos do café
A extração assistida por ultrassons é um método comum utilizado para isolar substâncias bioativas de material vegetal [Dong et al. 2010]. No caso dos grãos de café, a cafeína e os compostos fenólicos antioxidantes poderão ser os compostos mais valiosos para extração devido às suas amplas aplicações nas indústrias farmacêutica e alimentar. Mas os flavonoides, o ácido clorogénico e o ácido protocatecuico também são extratos utilizados como aditivos.
Quando se utilizam 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 provoca frequentemente danos e perda de qualidade do extrato, uma vez que a temperatura afeta a estabilidade dos compostos fenólicos.
A extração sólido–líquido assistida por ultrassons demonstrou ser um método de extração eficaz que permite poupar tempo. As forças ultrassónicas de elevada potência fornecem a energia necessária para a extração, pelo que é necessária uma menor quantidade de solventes ou até nenhum solvente. A temperatura pode ser bem controlada, uma vez que o lote submetido a sonicação ou o reator com célula de fluxo podem ser arrefecidos de forma eficiente (ou aquecidos, se necessário).
Devido às intensas forças de extração dos ultrassons, mesmo as borras de café já utilizadas (resíduos de café) continuam a ser uma matéria-prima rica em compostos extraíveis. Como os resíduos de café são baratos e estão disponíveis em grandes quantidades, constituem uma matéria-prima ideal para a extração dos compostos ativos restantes. Embora o teor de cafeína e de outros componentes nos resíduos de café seja inferior ao do café em pó ainda não utilizado, continua a existir uma grande quantidade que pode ser extraída. Para libertar estes compostos das borras de café, o controlo completo dos parâmetros de processamento torna-se especialmente importante. Os ultrassons de elevada potência conseguem extrair grandes quantidades de compostos ativos num curto período de processamento.
O café verde consiste em grãos de café não torrados, que são muito ricos em cafeína. A extração ultrassónica e a preparação a frio constituem uma excelente técnica para a produção de extratos de café verde e de cafés preparados a frio!
Extrator ultrassónico UIP2000hdT para a extração de compostos bioativos dos grãos de café
Sonicadores de elevada potência para a extração de café
Para facilitar a compreensão do procedimento de extração assistida por ultrassons, é necessário explicar o efeito dos ultrassons nos líquidos.
A extração assistida por ultrassons é uma alternativa económica, simples e eficiente às técnicas de extração convencionais. As principais vantagens dos ultrassons na extração sólido–líquido incluem o aumento do rendimento de extração e uma cinética mais rápida. A extração ultrassónica é uma técnica frequentemente utilizada para a extração de materiais vegetais com solventes líquidos e demonstrou proporcionar um processo de extração rápido e mais completo em comparação com os métodos tradicionais, porque a área de superfície entre as fases sólida e líquida é significativamente maior devido à rutura celular e à dispersão de partículas.
A utilização da sonicação também permite reduzir a temperatura de operação, possibilitando a extração de componentes sensíveis à temperatura. Em comparação com outras técnicas de extração inovadoras, como a extração assistida por micro-ondas, o equipamento de ultrassons é mais barato e mais fácil de operar. Além disso, a extração assistida por ultrassons pode ser utilizada com qualquer solvente, tal como a extração Soxhlet, para extrair uma ampla variedade de compostos naturais. [Wang et al. 2006]
Uma vantagem substancial dos ultrassons é a possibilidade de influenciar os parâmetros de processamento mais importantes: amplitude, tempo, temperatura, pressão e viscosidade. Assim, o processo de extração pode ser otimizado para garantir que a estrutura dos extratos não é danificada.
Extração de cafeína melhorada por sonicação
A cafeína pode ser considerada o estimulante mais consumido. Como a cafeína não é consumida apenas através da ingestão de café preparado, o extrato de cafeína é utilizado na indústria para incorporar cafeína como aditivo noutros produtos. Assim, torna-se possível criar café mais forte ou formular refrigerantes (por exemplo, cola), bebidas energéticas ou outros alimentos (por exemplo, chocolate).
Mas a cafeína não é utilizada apenas 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 sua incorporação em medicamentos para dores de cabeça e enxaquecas ou em analgésicos.
Para extrair cafeína, o principal alcaloide do café, a ultrassonicação é um método adequado. Wang e os seus colegas verificaram que basta um curto tempo de extração para atingir um estado de saturação quando se utiliza a ultrassonicação. Isto significa que os ultrassons são uma técnica muito eficiente e que permite poupar tempo na obtenção de cafeína. [Wang et al. 2011]
Extração intensificada de moléculas de aroma e de compostos de sabor por sonicação
Os compostos voláteis do café são a fração mais valiosa do grão de café torrado e conferem ao café o seu sabor e aroma únicos. A qualidade do café solúvel pode ser substancialmente melhorada pela adição, ao café em pó, de óleos de café que absorveram compostos de aroma.
Um estudo comparativo que examinou a extração de compostos fenólicos de morangos mostrou que a extração ultrassónica provoca menor degradação dos compostos fenólicos e é um processo de extração muito mais rápido do que outros métodos de extração, incluindo a extração sólido–líquido, a extração com água subcrítica e o método assistido por micro-ondas. [Herrera et al. 2005]
O estudo de Wang e dos seus colegas mostra que os ultrassons de baixa frequência e elevada potência são mais eficientes na extração dos compostos de sabor do café. Especialmente para a 4-tridecanona e a 2-metoxi-3-metilpirazina, verificaram que a extração ultrassónica era uma técnica mais fácil e eficiente, obtendo rendimentos de extração muito elevados. Além disso, demonstrou-se que a temperatura deve ser controlada, uma vez que os componentes de sabor do café são muito voláteis a temperaturas elevadas. Obtiveram bons resultados de extração no intervalo de temperaturas de 35~65 °C com um tempo de irradiação ultrassónica relativamente curto. [Wang et al. 2011]
Extração de chá melhorada por sonicação
Os resultados obtidos com a extração assistida por ultrassons também são adequados para a extração de compostos do chá (por exemplo, de folhas de chá verde). Um estudo de Xia et al. demonstrou um teor significativamente mais elevado de polifenóis do chá, aminoácido e cafeína nas infusões de chá tratadas por ultrassons do que nas obtidas por extração convencional. Isto traduz-se em melhores resultados numa avaliação organolética, que revelou que a qualidade sensorial da infusão de chá obtida por extração assistida por ultrassons era superior à da infusão de chá obtida por extração convencional. [Xia et al. 2005]
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Extração ultrassónica de ervas
Conclusão: extração de cafeína altamente eficiente com ultrassons
A extração assistida por ultrassons é um método eficiente, controlável e que permite poupar tempo na extração de compostos ativos 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 ultrassons são a obtenção de extratos de excelente qualidade com elevados rendimentos. Estas vantagens da extração ultrassónica são alcançadas através da otimização e do controlo preciso dos parâmetros de extração ultrassónica.
Sonicadores de elevado desempenho para a extração de cafeína
Quando se trata de extração de cafeína a qualquer escala de processamento, os sonicadores Hielscher representam o auge da inovação e da eficiência. Quer seja um produtor artesanal de pequena escala ou uma unidade de produção industrial de grande escala, os sonicadores Hielscher oferecem uma solução precisa e potente para extrair a essência pura da cafeína da sua matéria-prima.
- Precisão e consistência: Os sonicadores de sonda Hielscher foram concebidos para proporcionar um controlo preciso do processo de extração. A sua tecnologia de ponta garante resultados consistentes lote após lote, permitindo 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 de bancada compactos para investigação e desenvolvimento até sistemas industriais robustos capazes de processar grandes volumes, a Hielscher proporciona a flexibilidade necessária para satisfazer os seus requisitos de produção.
- Eficiência: Com os sonicadores Hielscher, pode reduzir significativamente os tempos de extração em comparação com os métodos tradicionais. As ondas ultrassónicas geradas por estas máquinas criam forças de cavitação intensas, desintegrando rapidamente as paredes celulares e libertando moléculas de cafeína, o que resulta em ciclos de processamento mais curtos.
- Versatilidade: Os sonicadores Hielscher não se limitam à extração de cafeína. Os nossos sonicadores adaptam-se a uma ampla gama de aplicações nas indústrias alimentar, farmacêutica e cosmética. Quer esteja a extrair cafeína dos grãos de café, das folhas de chá ou de outras fontes vegetais, os sonicadores Hielscher oferecem versatilidade para responder às suas necessidades.
A Hielscher Ultrasonics é uma empresa com certificação ISO e atribui especial importância aos ultrassonicadores de elevado desempenho que combinam tecnologia de ponta e facilidade de utilização. Naturalmente, os ultrassonicadores Hielscher estão em conformidade com os requisitos CE e cumprem os requisitos UL, CSA e RoHs.
A tabela abaixo fornece uma indicação da capacidade aproximada de processamento dos nossos ultrassonicadores:
| Volume do lote | Caudal | Dispositivos recomendados |
|---|---|---|
| 0,5 a 1,5mL | não aplicável | 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 |
| não aplicável | 10 a 100L/min | UIP16000 |
| não aplicável | superior | conjunto de UIP16000 |
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A Hielscher Ultrasonics fabrica homogeneizadores ultrassónicos de elevado desempenho para aplicações de mistura, dispersão, emulsificação e extração à escala laboratorial, piloto e industrial.
Perguntas frequentes sobre a extração de café
O que são o café e o extrato de café?
O café – preparado a partir de grãos de café torrados – é uma bebida muito popular consumida em todo o mundo. Além do seu efeito revitalizante quando consumido como bebida estimulante, os compostos do café são de interesse para as indústrias alimentar, farmacêutica (por exemplo, em analgésicos) e cosmética, sendo utilizados como aditivos valiosos em vários produtos. Isto aplica-se especialmente à cafeína (1,3,7-trimetilxantina) e aos antioxidantes, conhecidos pelos seus efeitos positivos na saúde humana. O café contém, entre outros compostos, diterpenos fenólicos, como o cafestol e o kahweol, e ácidos ascórbicos, conhecidos pela sua atividade antioxidante. Estudos epidemiológicos sugerem que os componentes do café podem ter um efeito preventivo sobre 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 ultrassons são uma ferramenta bem conhecida e comprovada para muitas aplicações diferentes em várias indústrias. Uma das aplicações mais relevantes e bem-sucedidas dos ultrassons de potência é a extração de compostos bioativos de plantas. A cavitação ultrassónica provoca a rutura das células e, assim, a libertação do material intracelular. Devido a estes efeitos, a sonicação proporciona rendimentos de extração mais elevados e mais completos num tempo de processamento muito curto. Por se tratar de uma técnica de processamento não térmica, as moléculas bioativas são protegidas da degradação por temperaturas elevadas, resultando em extratos de elevada qualidade.
O extrato de café tem um elevado teor de cafeína?
Sim, o extrato de café tem geralmente um elevado teor de cafeína, embora a quantidade exata dependa do tipo de grãos e do método de extração utilizado. O extrato de café obtido por extração ultrassónica tende a ter um elevado teor de cafeína, uma vez que este método melhora a eficiência da extração de compostos, incluindo a cafeína, dos grãos de café.
Quais são os compostos bioativos do extrato de café?
Os compostos bioativos do extrato de café incluem cafeína, ácidos clorogénicos, diterpenos (como o cafestol e o kahweol), 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 apresentam vários benefícios potenciais, incluindo uma melhoria do estado de alerta mental devido à cafeína, efeitos antioxidantes dos ácidos clorogénicos, um potencial apoio à perda de peso, uma 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 seu teor mais elevado de ácidos clorogénicos.
Qual é a diferença entre o café preto e o extrato de café verde?
O café preto é preparado a partir de grãos de café torrados, que são moídos e usados para preparar a bebida. O processo de torrefação altera a composição química dos grãos, reduzindo o seu teor de ácidos clorogénicos e intensificando o sabor e o aroma. O extrato de café verde, por sua vez, é obtido a partir de grãos de café verde não torrados, ricos em ácidos clorogénicos e outros antioxidantes. Considera-se que estes compostos proporcionam 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 habitualmente consumido como bebida, mas como suplemento alimentar.
Como funciona a extração ultrassónica?
Os ultrassons de potência – introduzidos em líquidos – provocam efeitos localmente muito extremos. Ao submeter líquidos a sonicação com intensidades elevadas, as ondas sonoras que se propagam nos meios líquidos originam ciclos alternados de alta pressão (compressão) e baixa pressão (rarefação), a ritmos que dependem da frequência. Durante o ciclo de baixa pressão, as ondas ultrassónicas de elevada intensidade criam pequenas bolhas de vácuo ou cavidades no líquido. Quando as bolhas atingem um volume em que já não conseguem absorver energia, colapsam violentamente durante um ciclo de alta pressão. Este fenómeno denomina-se cavitação acústica. Durante a implosão, atingem-se localmente temperaturas muito elevadas (aprox. 5 000K) e pressões muito elevadas (aprox. 2 000atm). A implosão da bolha de cavitação também origina jatos de líquido com velocidades de até 280m/s. [Suslick 1998] Devido a estas forças extremas, ocorre sonólise, as paredes celulares sofrem rutura e o material intracelular é extraído.
Bibliografia/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 ultrassónicos de elevado desempenho desde a escala laboratorial até à escala industrial.