Декофеинизация без растворителей с помощью мощного ультразвука

• Традиционный процесс декофеинизации кофе и чая требует применения токсичных растворителей.
• Ультразвуковая декофеинизация – эффективный метод интенсификации, позволяющий удалять кофеин посредством экстракции на водной основе без применения агрессивных растворителей.
• Ультразвуковая декофеинизация – экономичный, эффективный и экологичный метод производства высококачественных продуктов из кофе, чая и какао без кофеина.

Декофеинизация с помощью обработки ультразвуком

Кофеин – водорастворимое вещество, поэтому для удаления кофеина из кофе, чая и какао можно использовать воду. В традиционных процессах декофеинизации для ускорения процесса в качестве декофеинизирующего агента применяют химическое вещество (например, метиленхлорид, CO2 или этилацетат). Применение ультразвуковой экстракции на водной основе в сочетании с активированным углём в качестве декофеинизирующего агента позволяет получать продукт из кофе, чая или какао без кофеина в органическом и экологически безвредном процессе.

Интенсификация ультразвуком: Swiss Water Decaffeination

Декофеинизация с применением ультразвука представляет собой интенсификацию процесса, известного как Swiss water decaffeination .
Процесс декофеинизации Swiss Water основан на растворении и осмосе для удаления кофеина из кофейных зёрен, чайных листьев и какао-бобов.
Интеграция ультразвуковых аппаратов зондового типа в процесс декофеинизации Swiss Water предполагает применение обработки ультразвуком на определённых этапах процесса для улучшения экстракции кофеина. Процесс декофеинизации Swiss Water включает четыре основных технологических этапа. Хотя применение ультразвука для повышения эффективности декофеинизации может различаться в зависимости от конкретной конфигурации и оборудования, ниже приведено общее описание основных способов интеграции ультразвуковых аппаратов зондового типа для улучшения процесса:

1. Этап замачивания: Начальный этап процесса декофеинизации Swiss Water включает замачивание зелёных кофейных зёрен в горячей воде для получения водного раствора, насыщенного ароматическими веществами. На этом этапе замачивания можно использовать ультразвуковой аппарат зондового типа для обработки ультразвуком, облегчающей экстракцию кофеина из зёрен. Обработка ультразвуком хорошо известна своей способностью интенсифицировать процессы экстракции биологически активных соединений, таких как кофеин, из растительного сырья. Механические силы ультразвуковой / акустической кавитации перфорируют и разрушают клетки и способствуют массопереносу. Благодаря этому кофеин удаляется из зёрен и эффективно высвобождается в воду. Эти эффекты позволяют обработке ультразвуком значительно ускорять процесс декофеинизации. Кофеин, экстрагированный ультразвуком, является ценной добавкой для пищевых продуктов и напитков, например энергетических напитков.
2. Этап удаления кофеина: После первоначального замачивания воду, насыщенную ароматическими веществами и содержащую кофеин, отделяют от кофейных зёрен. Для удаления кофеина эту воду обычно пропускают через фильтры с активированным углём. Размер пор этого фильтра подобран так, чтобы задерживать только более крупные молекулы кофеина, пропуская при этом более мелкие молекулы масел и ароматических веществ. Это означает, что угольный фильтр удерживает кофеин, тогда как отфильтрованная вода содержит все более мелкие биологически активные вещества, которые, как известно, придают кофе, чаю и какао их характерный аромат и пищевую ценность.
3. Этап реабсорбции: Декофеинизированные зёрна, из которых были удалены кофеин и молекулы ароматических веществ, выбрасывают. Не содержащая кофеина вода, обогащённая ароматическими веществами и полифенолами (также известная как «экстракт зелёного кофе»), представляет большую ценность и используется для удаления кофеина из новой партии кофейных зёрен, всё ещё содержащих кофеин.
   Поскольку эта вода насыщена молекулами ароматических веществ и другими биологически активными веществами, эти соединения не могут растворяться в новой партии кофейных зёрен. Тем самым из кофейных зёрен в воду высвобождаются только молекулы кофеина, и декофеинизация без удаления аромата и других ценных фитохимических веществ. Как только вода, насыщенная ароматическими веществами, освобождается от кофеина, её повторно используют для экстракции кофеина из новой партии зелёных кофейных зёрен. На этом этапе реабсорбции вновь может быть полезна обработка ультразвуком с помощью аппарата зондового типа. Зелёные зёрна замачивают в воде, насыщенной ароматическими веществами, и применяют обработку ультразвуком для облегчения экстракции кофеина. Обработка ультразвуком способствует более глубокому проникновению воды в зёрна, повышая эффективность экстракции и сокращая её продолжительность.
4. Повторная реабсорбция и сушка: Этапы реабсорбции и обработки ультразвуком можно повторять многократно до достижения желаемой степени декофеинизации. После заключительной реабсорбции декофеинизированные кофейные зёрна обычно сушат, а вода, насыщенная ароматическими веществами, готова к повторному использованию для следующей партии.

Практическое исследование ультразвуковой декофеинизации кофейных зёрен

Исследование Huamaní-Meléndez и Darros-Barbosa (2018) было направлено на изучение влияния интенсивности ультразвука, импульса и температуры на экстракцию кофеина из кофейных зёрен арабики в водной среде. Исследователи использовали высокоинтенсивный ультразвуковой зонд Hielscher UP400S (400 ватт; см. изображение слева) и проводили эксперименты при различных значениях интенсивности, длительности импульсов и температуры. Они установили, что увеличение интенсивности ультразвука и длительности импульса приводило к повышению скорости экстракции кофеина, но только до определённого предела, после которого дальнейшее увеличение не обеспечивало существенного улучшения экстракции. Было установлено, что оптимальными условиями экстракции кофеина являются интенсивность ультразвука 75 W/cm2, длительность импульса 5 sec и температура 25°C. Исследование предлагает конкретный протокол применения ультразвука для экстракции кофеина из кофейных зёрен и указывает на то, что этот метод может быть эффективной и экологичной альтернативой традиционным процессам декофеинизации.

Высокопроизводительные ультразвуковые аппараты для декофеинизации без растворителей

Hielscher Ultrasonics предлагает высокопроизводительные ультразвуковые аппараты для мягких, но при этом высокоэффективных процессов экстракции и декофеинизации. В ассортименте ультразвуковых аппаратов Hielscher с мощностью ультразвука от 50 до 16 000 ватт на аппарат найдётся идеальный ультразвуковой аппарат для вашего процесса заваривания кофе и декофеинизации!
Как производитель и консультант с многолетним опытом в области мощных ультразвуковых аппаратов и их применения, Hielscher является вашим партнёром в процессах экстракции с применением ультразвука. Ультразвуковые процессоры Hielscher установлены по всему миру для применения в производстве пищевых продуктов и напитков, фармацевтической и химической промышленности.
Мы не только поставляем мощные ультразвуковые экстракторы, но и помогаем нашим клиентам, делясь глубокими знаниями. Наше обслуживание клиентов охватывает всё: от консультаций и исследований осуществимости до оптимизации процессов, предоставления пилотного оборудования и установки ультразвуковых систем в промышленном масштабе.
Предлагая широкий ассортимент ультразвуковых процессоров и принадлежностей (таких как сонотроды, проточные ячейки и реакторы), мы можем рекомендовать вам наиболее подходящую систему, отвечающую требованиям к производительности и условиям вашего процесса. Установку и дооснащение существующих технологических линий можно легко выполнить, поскольку наши ультразвуковые экстракторы интегрируются без значительных модификаций.
Наши высококвалифицированные консультанты по технологическим процессам, химики и инженеры помогают клиентам успешно установить и эксплуатировать оборудование. Оборудование Hielscher отличается выдающейся прочностью и требует лишь минимального технического обслуживания. Для обучения эксплуатации, первоначального ввода в эксплуатацию и технического обслуживания у нас есть высококвалифицированная команда, которая помогает нашим клиентам.