Ультразвуковая добыча кофеина

Использование ультразвука - эффективный метод экстракции кофеина и других активных веществ из кофе. Мощные ультразвуковые устройства помогают процессу экстракции, максимизируя выход и сокращая время обработки.
Кофе - из жареных кофейных зерен – это очень популярный напиток, который во всем мире потребляется. Помимо того, что его жизненный эффект употребляется в качестве стимулирующего напитка, соединения кофе представляют интерес для продуктов питания, фармацевтических (например, при обезболивающих средствах) и Косметическая промышленность как используемые в качестве ценных добавок в различных продуктах. Это особенно относится к кофеину (1,3,7-триметилксантин) и антиоксидантам, которые известны своим положительным воздействием на здоровье человека. Кофе содержит, среди прочих, фенольные дитерпены, такие как кафель и кахвеол, и аскорбиновые кислоты, которые известны своей антиоксидантной активностью. Эпидемиологические исследования показывают, что ингредиенты кофе могут оказывать профилактическое действие на несколько хронических заболеваний, включая сахарный диабет 2 типа, болезнь Альцгеймера, болезнь Паркинсона и заболевания печени, такие как цирроз и гепатоцеллюлярная карцинома.
Ultrasonics - хорошо известный и проверенный инструмент для самых разных применений в различных отраслях. Очень успешным применением является ультразвуковая экстракция, Таким образом, воздействие ультразвуковой кавитации на материал ячейки вызывает разрушение клетки и высвобождение внутриклеточного вещества.

Высокая мощность ультразвука

Чтобы обеспечить более легкое понимание процедуры экстракции с помощью ультразвука, необходимо объяснить влияние ультразвука на жидкости.
ультразвук – вводится в жидкости – вызывает локально очень экстремальные эффекты. Звуковые волны, распространяющиеся в жидкие среды, при звукоизменяющих жидкостях при высоких интенсивностях приводят к чередованию циклов высокого давления (сжатия) и низкого давления (разрежения) со скоростями, зависящими от частоты. Во время цикла низкого давления высокоинтенсивные ультразвуковые волны создают небольшие вакуумные пузырьки или пустоты в жидкости. Когда пузырьки достигают объема, при котором они больше не могут поглощать энергию, они сильно разваливаются во время цикла высокого давления. Это явление называется кавитация, Во время имплозии очень высокие температуры (около 5000 К) и давления (около 2000 атм) достигаются локально. Имплозия кавитационного пузырька также приводит к жидкостным струям со скоростью до 280 м / с. [Суслик, 1998]. С помощью этих экстремальных сил происходит сонолиз, разрушаются клеточные стенки и извлекается внутриклеточный материал.

Ультразвуковая экстракция является недорогой, простой и эффективной альтернативой по сравнению с обычными методами экстракции. Основные преимущества ультразвука в экстракции твердых жидкостей включают увеличение выхода экстракции и более быструю кинетику. Ультразвуковая экстракция является часто используемой методикой для извлечения растительных материалов с использованием жидких растворителей и доказана для быстрого и более полного процесса экстракции по сравнению с традиционными методами, поскольку площадь поверхности между твердой и жидкой фазами значительно больше из-за разрушения клеток и дисперсии частиц.
При использовании ультразвука также может быть снижена рабочая температура, что позволяет извлекать температурно-чувствительные компоненты. По сравнению с другими новыми методами экстракции, такими как экстракция с помощью СВЧ-излучения, ультразвуковой аппарат дешевле, и его операция проще. Кроме того, ультразвуковая экстракция может использоваться с любым растворителем, таким как экстракция Сокслета, для извлечения широкого спектра природных соединений. [Wang et al. 2006] При необходимости имеются взрывозащищенные системы для производственных мощностей.
Существенным преимуществом ультразвука является влияние на наиболее важные параметры обработки: амплитуда, время, температура, давление и вязкость. Таким образом, процесс экстракции можно оптимизировать, чтобы гарантировать, что структура экстрактов не будет повреждена.

Ультразвуковая экстракция кофейных соединений

Ультразвуковая экстракция является распространенным методом, используемым для выделения биоактивных веществ из растительного материала [Dong et al. 2010]. Что касается кофейных зерен, фенольные соединения с кофеином и антиоксидантом могут быть наиболее ценными соединениями для экстракции из-за их широкого применения в фармацевтической и пищевой промышленности. Но также флавоноиды, хлорогеновая кислота и протокатехиновая кислота являются экстрактами, которые используются в качестве добавок.
Используя традиционные способы экстракции, такие как экстракция жидкостью и жидкостью в растворителях, как правило, эффективность экстракции увеличивается с увеличением температуры экстракции. Это часто приводит к повреждению и качественной потере экстракта, поскольку температура влияет на стабильность фенольных соединений.
Экстрадированная экстракция твердой жидкостью была показана как эффективный и экономичный способ извлечения. Мощные ультразвуковые силы обеспечивают необходимую энергию для извлечения, так что требуется меньше или даже никаких растворителей. Температуру можно хорошо контролировать, так как реактор с разогретой камерой или проточной ячейкой можно эффективно охлаждать (или при необходимости нагревать). Для экстракционных процессов с растворителями, Hielscher Ultrasonics обеспечивает также сертифицированные ATEX и FM взрывозащищенные ультразвуковые системы.
Из-за интенсивных усилий экстракции ультразвука также уже отработанная кофейная масса (отходы кофе) по-прежнему является сырьем, богатым экстрагируемыми соединениями. Поскольку отходы кофе дешевы и доступны в большом количестве, это идеальное сырье для экстракции оставшихся активных соединений. Хотя содержание кофеина и других компонентов в отходах кофе ниже, чем в неиспользованном кофейном порошке, все еще остается большое количество и его можно экстрагировать. Чтобы высвободить эти соединения из кофейного зерна, полное влияние на параметры обработки становится особенно значительным. Мощное ультразвуковое исследование позволяет извлекать большое количество активного соединения в течение короткого времени обработки.

Удаление кофеина

Кофеин можно назвать наиболее часто потребляемым стимулятором. Поскольку кофеин не только потребляется при питьевом варевом кофе, в промышленности используется экстракт кофеина для обработки другого продукта кофеином в качестве добавки. Таким образом становится возможным создать более сильный кофе или формулировать безалкогольные напитки (например, колу), энергетические напитки или другие продукты (например, шоколад).
Но кофеин не только используется в качестве добавки в питание производства, он также является важным активным соединением в фармацевтических препаратах. Обычным применением экстракта кофеина является, например, примесь в препаратах для головной боли и мигрени или в болеутоляющих средствах.
Для извлечения кофеина основным алкалоидом в кофе, ультразвуком является подходящий метод. Ван и его коллеги [Wang et al. 2011] обнаружили, что для достижения насыщенного состояния требуется только короткое время экстракции, если используется ультразвук. Это означает, что ультразвук - очень эффективный и экономичный способ получения кофеина.

UP200St с 14 мм Sonotrode для изготовления холодного кофе Brew

Ароматические и ароматические соединения

Соли летучих кофе являются наиболее ценной фракцией жареного кофейного зерна и придают кофе свой уникальный аромат и аромат. Качество растворимого кофе может быть существенно улучшено за счет добавления ароматизированного кофейного масла к кофейному порошку.
Исследование сравнения, изучающее экстракцию фенольных соединений из клубники, показало, что ультразвуковая экстракция вызывает меньшую деградацию фенолов и является намного более быстрым процессом экстракции по сравнению с другими методами экстракции, включая твердую жидкость, подкритическую воду и метод микроволновой обработки. [Herrera et al. 2005]
Исследование Ванга и его коллег [Wang et al. 2011] показывает, что низкочастотное ультразвуковое исследование высокой мощности является более эффективным для извлечения ароматизаторов кофе. Особенно для 4-тридеканона и 2-метокси-3-метилпиразина они обнаружили, что ультразвуковая экстракция является более простой и эффективной техникой, обеспечивающей очень высокие выходы экстракции. Кроме того, показано, что температура должна контролироваться, поскольку компоненты ароматизатора кофе очень летучие при высоких температурах. Они добились хороших результатов экстракции в температурном диапазоне от 35 до 65 ° С при относительно коротком времени ультразвукового облучения.

Выделение чая

Результаты, полученные с помощью ультразвуковой экстракции, также пригодны для экстракции чайных соединений (например, листьев зеленого чая). Исследование Xia et al. показали значительно более высокое содержание полифенолов чая, аминокислоты и кофеина в ультразвуковых обработках чая, чем в тех, которые были получены при обычной экстракции. Это приводит к улучшенным результатам при органолептической оценке, которая оказалась: сенсорное качество вливания чая с ультразвуковой экстракцией было лучше, чем при введении чая с обычной экстракцией. [Xia et al. 2005]