Dekofeinizácia bez rozpúšťadiel pomocou výkonového ultrazvuku

• Konvenčný proces dekofeinizácie kávy a čaju vyžaduje použitie toxických rozpúšťadiel.
• Ultrazvuková dekofeinizácia je účinná metóda intenzifikácie, ktorá umožňuje odstrániť kofeín extrakciou na báze vody bez použitia agresívnych rozpúšťadiel.
• Ultrazvuková dekofeinizácia je ekonomická, účinná a ekologická metóda výroby vysokokvalitných bezkofeínových kávových, čajových a kakaových výrobkov.

Dekofeinizácia pomocou ultrazvuku

Kofeín je látka rozpustná vo vode, takže na odstránenie kofeínu z kávy, čaju a kakaa možno použiť vodu. Konvenčné procesy dekofeinizácie využívajú na urýchlenie procesu chemickú látku ako dekofeinizačné činidlo (napríklad metylénchlorid, CO2 alebo etylacetát). Použitím ultrazvukovej extrakcie na báze vody v kombinácii s aktívnym uhlím ako dekofeinizačným činidlom sa bezkofeínový kávový, čajový alebo kakaový výrobok pripravuje ekologickým procesom šetrným k životnému prostrediu.

Ultrazvukom intenzifikovaný proces Swiss Water Decaffeination

Ultrazvukom podporovaná dekofeinizácia predstavuje intenzifikáciu takzvaného procesu Swiss water decaffeination .
Proces dekofeinizácie Swiss Water funguje na princípe rozpúšťania a osmózy s cieľom odstrániť kofeín z kávových zŕn, čajových lístkov a kakaových bôbov.
Integrácia sondových ultrazvukových zariadení do procesu dekofeinizácie Swiss Water zahŕňa zaradenie sonikácie do konkrétnych fáz procesu na zlepšenie extrakcie kofeínu. Proces dekofeinizácie Swiss Water zahŕňa štyri hlavné procesné kroky. Hoci sa zavedenie ultrazvuku na účinnejšiu dekofeinizáciu môže líšiť v závislosti od konkrétneho usporiadania a vybavenia, nasleduje všeobecný prehľad toho, ako sa sondové ultrazvukové zariadenia najčastejšie integrujú na zlepšenie procesu:

1. Fáza namáčania: Úvodný krok procesu dekofeinizácie Swiss Water zahŕňa namáčanie zelených kávových zŕn v horúcej vode na vytvorenie vodného roztoku obohateného o chuťové a aromatické látky. Počas tejto fázy namáčania možno pomocou sondového ultrazvukového zariadenia aplikovať sonikáciu na uľahčenie extrakcie kofeínu zo zŕn. Ultrazvuk je dobre známy svojou schopnosťou intenzifikovať procesy extrakcie bioaktívnych zlúčenín, ako je kofeín, z rastlinných materiálov. Mechanické sily ultrazvukovej / akustickej kavitácie perforujú a narúšajú bunky a podporujú prenos hmoty. Tým sa kofeín odstraňuje zo zŕn a účinne sa uvoľňuje do vody. Vďaka týmto účinkom sonikácia výrazne urýchľuje proces dekofeinizácie. Ultrazvukom extrahovaný kofeín je cennou prísadou do potravín a nápojov, napr. energetických nápojov.
2. Fáza odstraňovania kofeínu: Po úvodnom namáčaní sa voda obohatená o chuťové a aromatické látky a obsahujúca kofeín oddelí od kávových zŕn. Táto voda zvyčajne prechádza cez filtre s aktívnym uhlím na odstránenie kofeínu. Veľkosť pórov tohto filtra je zvolená tak, aby zachytával iba väčšie molekuly kofeínu, zatiaľ čo menším molekulám olejov a chuťových a aromatických látok umožňuje prechádzať. To znamená, že uhlíkový filter zadržiava kofeín, zatiaľ čo prefiltrovaná voda obsahuje všetky menšie bioaktívne látky, o ktorých je známe, že dodávajú káve, čaju a kakau ich charakteristickú arómu a výživovú hodnotu.
3. Fáza reabsorpcie: Dekofeinizované zrná, z ktorých boli odstránené molekuly kofeínu a chuťových a aromatických látok, sa vyradia. Voda bez kofeínu obohatená o chuťové a aromatické látky a polyfenoly (známa aj ako „extrakt zo zelenej kávy“) je veľmi cenná a používa sa na odstránenie kofeínu z novej dávky kávových zŕn, ktoré ešte obsahujú kofeín.
   Keďže je táto voda nasýtená molekulami chuťových a aromatických látok a ďalšími bioaktívnymi látkami, tieto zlúčeniny sa nemôžu rozpúšťať v novej dávke kávových zŕn. Z kávových zŕn sa tak do vody uvoľňujú iba molekuly kofeínu a dochádza k dekofeinizácii bez odstránenia aromatických látok a ďalších cenných fytochemikálií. Keď je voda obohatená o chuťové a aromatické látky zbavená kofeínu, opätovne sa použije na extrakciu kofeínu z novej dávky zelených kávových zŕn. Aj táto fáza reabsorpcie môže ťažiť z použitia sondových ultrazvukových zariadení. Zelené zrná sa namáčajú vo vode obohatenej o chuťové a aromatické látky a na uľahčenie extrakcie kofeínu sa aplikuje ultrazvuk. Sonikácia pomáha zlepšiť prenikanie vody do zŕn, čím zvyšuje účinnosť extrakcie a skracuje čas extrakcie.
4. Opakovaná reabsorpcia a sušenie: Kroky reabsorpcie a sonikácie sa môžu opakovať viackrát, kým sa nedosiahne požadovaný stupeň dekofeinizácie. Po poslednej reabsorpcii sa dekofeinizované kávové zrná zvyčajne vysušia a voda obohatená o chuťové a aromatické látky je pripravená na opätovné použitie pri ďalšej dávke.

Prípadová štúdia ultrazvukovej dekofeinizácie kávových zŕn

Cieľom štúdie autorov Huamaní-Meléndez a Darros-Barbosa (2018) bolo preskúmať vplyv intenzity ultrazvuku, impulzu a teploty na extrakciu kofeínu z kávových zŕn Arabica vo vodnom prostredí. Výskumníci použili sondu Hielscher UP400S s ultrazvukom vysokej intenzity (400 wattov; pozri obrázok vľavo) a vykonali experimenty pri rôznych intenzitách, trvaniach impulzov a teplotách. Zistili, že zvyšovanie intenzity ultrazvuku a trvania impulzu viedlo k vyššej rýchlosti extrakcie kofeínu, ale iba do určitého bodu, po ktorom ďalšie zvyšovanie extrakciu výrazne nezlepšovalo. Ako optimálne podmienky na extrakciu kofeínu boli zistené intenzita ultrazvuku 75 W/cm2, trvanie impulzu 5 sec a teplota 25°C. Štúdia poskytuje konkrétny protokol na použitie ultrazvuku na extrakciu kofeínu z kávových zŕn a naznačuje, že táto metóda by mohla byť účinnou a ekologickou alternatívou k tradičným procesom dekofeinizácie.

Vysokovýkonné ultrazvukové zariadenia na dekofeinizáciu bez rozpúšťadiel

Hielscher Ultrasonics vám poskytuje vysokovýkonné ultrazvukové zariadenia na šetrné, no vysoko účinné procesy extrakcie a dekofeinizácie. S ultrazvukovým výkonom od 50 do 16 000 wattov na jedno ultrazvukové zariadenie ponúka portfólio ultrazvukových zariadení Hielscher ideálne ultrazvukové zariadenie pre váš proces prípravy kávy a dekofeinizácie!
Ako výrobca a poradca s dlhoročnými skúsenosťami s vysokovýkonnými ultrazvukovými zariadeniami a ich použitím je Hielscher vaším partnerom pre ultrazvukom podporované extrakčné procesy. Ultrazvukové procesory Hielscher sú nainštalované po celom svete na použitie v potravinárskom a nápojovom, farmaceutickom a chemickom priemysle.
Nielenže dodávame vysokovýkonné ultrazvukové extraktory, ale našim zákazníkom pomáhame aj našimi rozsiahlymi odbornými znalosťami. Naše služby zákazníkom siahajú od poradenstva a štúdií uskutočniteľnosti cez optimalizáciu procesov a poloprevádzkové zariadenia až po inštaláciu ultrazvukových systémov v priemyselnom meradle.
Vďaka širokej ponuke ultrazvukových procesorov a príslušenstva (ako sú sonotródy, prietokové cely a reaktory) vám môžeme odporučiť najvhodnejší systém, ktorý spĺňa požiadavky na kapacitu a podmienky vášho procesu. Inštaláciu a dodatočné začlenenie do existujúcich procesných liniek možno vykonať jednoducho, pretože naše ultrazvukové extraktory možno integrovať bez rozsiahlych úprav.
Náš dobre vyškolený personál zložený z procesných poradcov, chemikov a inžinierov vedie našich zákazníkov k úspešnej inštalácii a prevádzke. Zariadenia Hielscher sa vyznačujú mimoriadnou robustnosťou a vyžadujú iba veľmi malú údržbu. Na školenie obsluhy, prvé uvedenie do prevádzky a servisnú údržbu máme dobre vyškolený tím, ktorý pomáha našim zákazníkom.