Decafeinizare fără solvenți cu ultrasunete de putere

• Procesul convențional de decafeinizare a cafelei și a ceaiului necesită utilizarea unor solvenți toxici.
• Decafeinizarea cu ultrasunete este o metodă eficientă de intensificare care permite îndepărtarea cafeinei printr-o procedură de extracție pe bază de apă, fără utilizarea solvenților agresivi.
• Decafeinizarea cu ultrasunete este o metodă economică, eficace și ecologică de producere a cafelei, a ceaiului și a produselor din cacao decafeinizate de înaltă calitate.

Decafeinizare prin sonicare

Cafeina este o substanță solubilă în apă, astfel încât apa poate fi utilizată pentru îndepărtarea cafeinei din cafea, ceai și cacao. Procesele convenționale de decafeinizare utilizează o substanță chimică drept agent de decafeinizare (cum ar fi clorura de metilen, CO2 sau acetatul de etil) pentru a accelera procesul. Prin utilizarea extracției cu ultrasunete pe bază de apă în combinație cu cărbunele activ ca agent de decafeinizare, se obține un produs de cafea, ceai sau cacao decafeinizat, printr-un proces organic și inofensiv pentru mediu.

Intensificarea cu ultrasunete a procesului Swiss Water Decaffeination

Decafeinizarea asistată de ultrasunete este o metodă de intensificare a așa-numitului procedeu Swiss water decaffeination .
Procesul de decafeinizare Swiss water funcționează pe baza dizolvării și a osmozei pentru a îndepărta cafeina din boabele de cafea, frunzele de ceai și boabele de cacao.
Integrarea sonicatoarelor cu sondă în procesul de decafeinizare Swiss Water presupune aplicarea sonicării în anumite etape ale procesului, pentru a intensifica extracția cafeinei. Procesul de decafeinizare Swiss water cuprinde patru etape principale de proces. Deși implementarea ultrasunetelor pentru o decafeinizare mai eficientă poate varia în funcție de configurația și echipamentul specific, iată o prezentare generală a modului în care sonicatoarele cu sondă sunt integrate, în principal, pentru îmbunătățirea procesului:

1. Etapa de înmuiere: Primul pas al procesului de decafeinizare Swiss Water constă în înmuierea boabelor verzi de cafea în apă fierbinte, pentru a obține o soluție apoasă încărcată cu aromă. În timpul acestei etape de înmuiere, se poate utiliza un sonicator cu sondă pentru aplicarea sonicării, în vederea facilitării extracției cafeinei din boabe. Ultrasonicarea este bine cunoscută pentru capacitatea sa de a intensifica procesele de extracție a compușilor bioactivi, precum cafeina, din materiale vegetale. Forțele mecanice ale cavitației ultrasonice / acustice perforează și distrug celulele și favorizează transferul de masă. Astfel, cafeina este îndepărtată din boabe și eliberată eficient în apă. Datorită acestor efecte, sonicarea accelerează semnificativ procesul de decafeinizare. Cafeina extrasă cu ultrasunete este un aditiv valoros pentru alimente și băuturi, de ex. pentru băuturile energizante.
2. Etapa de îndepărtare a cafeinei: După înmuierea inițială, apa încărcată cu aromă care conține cafeină este separată de boabele de cafea. Această apă este trecută de regulă prin filtre cu cărbune activ pentru a îndepărta cafeina. Porozitatea acestui filtru este dimensionată astfel încât să rețină doar moleculele mai mari de cafeină, permițând în același timp trecerea moleculelor mai mici de ulei și de aromă. Aceasta înseamnă că filtrul de cărbune reține cafeina, în timp ce apa filtrată conține toate substanțele bioactive mai mici, despre care se știe că le conferă cafelei, ceaiului și cacaoei aroma distinctivă și valoarea nutritivă.
3. Etapa de reabsorbție: Boabele decafeinizate, care au fost private de cafeină și de moleculele de aromă, sunt eliminate. Apa fără cafeină, îmbogățită cu arome și polifenoli (cunoscută și sub denumirea de „Extract de cafea verde”), este foarte valoroasă și este utilizată pentru a îndepărta cafeina dintr-un lot proaspăt de boabe de cafea care încă mai conțin cafeină.
   Deoarece această apă este saturată cu molecule de aromă și alte substanțe bioactive, acești compuși nu se pot dizolva în lotul proaspăt de boabe de cafea. Astfel, din boabele de cafea sunt eliberate în apă doar moleculele de cafeină și o decafeinizare fără îndepărtarea aromei și a altor fitochimicale valoroase. Odată ce apa încărcată cu aromă nu mai conține cafeină, aceasta este reutilizată pentru extragerea cafeinei dintr-un nou lot de boabe verzi de cafea. Această etapă de reabsorbție poate beneficia, din nou, de utilizarea sonicării cu sondă. Boabele verzi sunt înmuiate în apa încărcată cu aromă și se aplică ultrasonicarea pentru a facilita extracția cafeinei. Sonicarea contribuie la îmbunătățirea pătrunderii apei în boabe, crescând eficiența extracției și reducând durata extracției.
4. Reabsorbție repetată și uscare: Etapele de reabsorbție și sonicare pot fi repetate de mai multe ori, până la atingerea nivelului dorit de decafeinizare. După reabsorbția finală, boabele de cafea decafeinizate sunt de regulă uscate, iar apa încărcată cu aromă este pregătită pentru reutilizare în următorul lot.

Studiu de caz privind decafeinizarea cu ultrasunete a boabelor de cafea

Studiul realizat de Huamaní-Meléndez și Darros-Barbosa (2018) a avut ca scop investigarea efectului intensității ultrasunetelor, al pulsului și al temperaturii asupra extracției cafeinei din boabele de cafea Arabica, folosind un mediu apos. Cercetătorii au utilizat sonicatorul cu sondă de ultrasunete de intensitate mare UP400S de la Hielscher (400 wați; vedeți imaginea din stânga) și au efectuat experimente la diferite intensități, durate ale pulsului și temperaturi. Aceștia au constatat că creșterea intensității ultrasunetelor și a duratei pulsului a dus la o rată mai mare de extracție a cafeinei, dar numai până la un anumit punct, după care creșterile suplimentare nu au îmbunătățit semnificativ extracția. Condițiile optime pentru extracția cafeinei s-au dovedit a fi o intensitate a ultrasunetelor de 75 W/cm2, o durată a pulsului de 5 sec și o temperatură de 25°C. Studiul oferă un protocol specific pentru utilizarea ultrasunetelor în extracția cafeinei din boabele de cafea și sugerează că această metodă ar putea fi o alternativă eficientă și ecologică la procesele tradiționale de decafeinizare.

Sonicatoare de înaltă performanță pentru decafeinizarea fără solvenți

Hielscher Ultrasonics vă oferă sonicatoare de înaltă performanță pentru procese de extracție și decafeinizare blânde, dar extrem de eficace. Cu o putere ultrasonică de la 50 la 16.000 de wați per sonicator, portofoliul de sonicatoare Hielscher include sonicatorul ideal pentru procesul dumneavoastră de preparare a cafelei și de decafeinizare!
În calitate de producător și consultant cu experiență îndelungată în domeniul sonicatoarelor de mare putere și al aplicațiilor acestora, Hielscher este partenerul dumneavoastră pentru procesele de extracție asistate de ultrasunete. Procesoarele cu ultrasunete Hielscher sunt instalate în întreaga lume pentru aplicații în industria alimentară și a băuturilor, farmaceutică și chimică.
Nu furnizăm doar extractoare cu ultrasunete de mare putere, ci le oferim clienților noștri și sprijin prin cunoștințele noastre aprofundate. Serviciile noastre pentru clienți se întind de la consultanță și studii de fezabilitate, la optimizarea proceselor și echipamente pilot, până la instalarea sistemelor cu ultrasunete la scară industrială.
Oferind o gamă largă de procesoare cu ultrasunete și accesorii (cum ar fi sonotrode, celule de flux și reactoare), vă putem recomanda sistemul cel mai potrivit, care îndeplinește cerințele privind capacitatea și condițiile procesului dumneavoastră. Instalarea și integrarea ulterioară (retro-fitting) în liniile de proces existente se pot realiza cu ușurință, deoarece extractoarele noastre cu ultrasunete pot fi integrate fără modificări majore.
Personalul nostru bine pregătit, format din consultanți de proces, chimiști și ingineri, își îndrumă clienții către o instalare și o operare de succes. Echipamentele Hielscher au o robustețe remarcabilă și necesită doar o întreținere foarte redusă. Pentru instruirea operațională, prima punere în funcțiune și serviciile de întreținere, dispunem de o echipă bine pregătită care își asistă clienții.