Декофеинизација без растварача помоћу ултразвука велике снаге

• Конвенционални поступак декофеинизације кафе и чаја захтева употребу токсичних растварача.
• Ултразвучна декофеинизација је ефикасна метода интензивирања која омогућава уклањање кофеина поступком екстракције на бази воде без употребе агресивних растварача.
• Ултразвучна декофеинизација је економична, делотворна и еколошка метода за производњу висококвалитетних производа од кафе, чаја и какаоа без кофеина.

Декофеинизација ултразвучном обрадом

Кофеин је супстанца растворљива у води, па се вода може користити за уклањање кофеина из кафе, чаја и какаоа. Конвенционални поступци декофеинизације користе хемијско средство за декофеинизацију (као што су метилен-хлорид, CO2 или етил-ацетат) како би убрзали процес. Применом ултразвучне екстракције на бази воде у комбинацији са активним угљем као средством за декофеинизацију, производ од кафе, чаја или какаоа без кофеина добија се органским поступком нешкодљивим за животну средину.

Ултразвучно интензивирана Swiss Water Decaffeination

Ултразвучно потпомогнута декофеинизација представља интензивирање такозваног поступка Swiss water decaffeination .
Швајцарски водени поступак декофеинизације заснива се на растварању и осмози ради уклањања кофеина из зрна кафе, листова чаја и зрна какаоа.
Интеграција ултразвучних уређаја са сондом у поступак декофеинизације Swiss Water подразумева укључивање ултразвучне обраде у одређене фазе поступка ради побољшања екстракције кофеина. Швајцарски водени поступак декофеинизације обухвата четири главна процесна корака. Иако примена ултразвука ради ефикасније декофеинизације може да варира у зависности од конкретне конфигурације и опреме, у наставку је дат општи приказ начина на који се ултразвучни уређаји са сондом углавном интегришу ради побољшања поступка:

1. Фаза потапања: Почетни корак у поступку декофеинизације Swiss Water подразумева потапање зелених зрна кафе у врућу воду како би се добио водени раствор обогаћен ароматичним материјама. Током ове фазе потапања, ултразвучни уређај са сондом може се користити за ултразвучну обраду ради олакшавања екстракције кофеина из зрна. Ултразвучна обрада је добро позната по способности да интензивира поступке екстракције биоактивних једињења, као што је кофеин, из биљног материјала. Механичке силе ултразвучне / акустичне кавитације перфорирају и разарају ћелије и подстичу пренос масе. Тиме се кофеин уклања из зрна и ефикасно ослобађа у воду. Захваљујући овим ефектима, ултразвучна обрада значајно убрзава поступак декофеинизације. Ултразвучно екстрахован кофеин је вредан додатак храни и пићима, нпр. енергетским напицима.
2. Фаза уклањања кофеина: Након почетног потапања, вода обогаћена ароматичним материјама која садржи кофеин одваја се од зрна кафе. Ова вода се обично пропушта кроз филтере са активним угљем ради уклањања кофеина. Величина пора овог филтера подешена је тако да задржава само веће молекуле кофеина, док мањим молекулима уља и ароматичних материја омогућава пролаз. То значи да угљени филтер задржава кофеин, док филтрирана вода садржи све мање биоактивне супстанце за које је познато да кафи, чају и какаоу дају карактеристичну арому и хранљиву вредност.
3. Фаза реапсорпције: Декофеинизована зрна, из којих су уклоњени кофеин и молекули ароматичних материја, одбацују се. Вода без кофеина, обогаћена ароматичним материјама и полифенолима (позната и као „екстракт зелене кафе“), веома је вредна и користи се за уклањање кофеина из нове шарже зрна кафе која још садрже кофеин.
   Пошто је ова вода засићена молекулима ароматичних материја и другим биоактивним супстанцама, ова једињења не могу да се растворе у новој шаржи зрна кафе. Тако се из зрна кафе у воду ослобађају само молекули кофеина и постиже се декофеинизација без уклањања ароме и других вредних фитохемикалија. Када вода обогаћена ароматичним материјама буде ослобођена кофеина, поново се користи за екстракцију кофеина из нове шарже зелених зрна кафе. И у овој фази реапсорпције може бити корисна ултразвучна обрада сондом. Зелена зрна потапају се у воду обогаћену ароматичним материјама, а ултразвучна обрада примењује се ради олакшавања екстракције кофеина. Ултразвучна обрада помаже да се побољша продирање воде у зрна, повећавајући ефикасност екстракције и скраћујући време екстракције.
4. Поновљена реапсорпција и сушење: Кораци реапсорпције и ултразвучне обраде могу се поновити више пута док се не постигне жељени степен декофеинизације. Након завршне реапсорпције, декофеинизована зрна кафе обично се суше, а вода обогаћена ароматичним материјама спремна је за поновну употребу у следећој шаржи.

Студија случаја ултразвучне декофеинизације зрна кафе

Студија коју су спровели Huamaní-Meléndez и Darros-Barbosa (2018) имала је за циљ да испита утицај интензитета ултразвука, импулса и температуре на екстракцију кофеина из зрна кафе арабике у воденој средини. Истраживачи су користили Hielscher ултразвучну сонду високог интензитета UP400S (400 вати; видети слику лево) и спровели експерименте при различитим интензитетима, трајањима импулса и температурама. Утврдили су да повећање интензитета ултразвука и трајања импулса доводи до веће брзине екстракције кофеина, али само до одређене тачке, након које даља повећања нису значајно побољшала екстракцију. Утврђено је да су оптимални услови за екстракцију кофеина интензитет ултразвука од 75 W/cm2, трајање импулса од 5 sec и температура од 25°C. Студија даје конкретан протокол за примену ултразвука за екстракцију кофеина из зрна кафе и указује на то да би ова метода могла бити делотворна и еколошки прихватљива алтернатива традиционалним поступцима декофеинизације.

Ултразвучни уређаји високих перформанси за декофеинизацију без растварача

Hielscher Ultrasonics вам нуди ултразвучне уређаје високих перформанси за благе, али веома делотворне поступке екстракције и декофеинизације. Са ултразвучном снагом од 50 до 16.000 вати по уређају, Hielscher асортиман ултразвучних уређаја садржи идеалан ултразвучни уређај за ваш поступак припреме кафе и декофеинизације!
Као произвођач и саветник са дугогодишњим искуством у области ултразвучних уређаја велике снаге и њихове примене, Hielscher је ваш партнер за ултразвучно потпомогнуте поступке екстракције. Hielscher ултразвучни процесори инсталирани су широм света за примене у индустрији хране и пића, фармацеутској и хемијској индустрији.
Поред испоруке ултразвучних екстрактора велике снаге, нашим купцима пружамо подршку и својим дубоким стручним знањем. Наша корисничка подршка обухвата саветовање и студије изводљивости, оптимизацију процеса и пилот-опрему, као и инсталацију ултразвучних система у индустријским размерама.
Захваљујући широкој понуди ултразвучних процесора и пратеће опреме (као што су сонотроде, проточне ћелије и реактори), можемо вам препоручити најпогоднији систем који испуњава захтеве у погледу капацитета и услова вашег процеса. Инсталација и накнадна уградња у постојеће процесне линије могу се лако извести јер се наши ултразвучни екстрактори могу интегрисати без великих измена.
Наше добро обучено особље, које чине саветници за процесе, хемичари и инжењери, води наше купце ка успешној инсталацији и раду. Hielscher опрема је изузетно робусна и захтева само минимално одржавање. За обуку за руковање, прво пуштање у рад и услуге одржавања имамо добро обучен тим који пружа подршку нашим купцима.