Lösningsmedelsfri avkoffeinering med högeffektsultraljud

• Den konventionella avkoffeineringsprocessen för kaffe och te kräver användning av giftiga lösningsmedel.
• Avkoffeinering med ultraljud är en effektiv intensifieringsmetod som gör det möjligt att avlägsna koffein genom ett vattenbaserat extraktionsförfarande utan användning av starka lösningsmedel.
• Avkoffeinering med ultraljud är en ekonomisk, effektiv och miljövänlig metod för att framställa koffeinfria kaffe-, te- och kakaoprodukter av hög kvalitet.

Avkoffeinering med ultraljudsbehandling

Koffein är ett vattenlösligt ämne, vilket innebär att vatten kan användas för att avlägsna koffein från kaffe, te och kakao. Konventionella avkoffeineringsprocesser använder en kemikalie som avkoffeineringsmedel (såsom metylenklorid, CO2 eller etylacetat) för att påskynda processen. Genom att använda vattenbaserad ultraljudsextraktion i kombination med aktivt kol som avkoffeineringsmedel framställs en koffeinfri kaffe-, te- eller kakaoprodukt i en ekologisk och miljövänlig process.

Ultraljudsintensifierad Swiss Water Decaffeination

Den ultraljudsassisterade avkoffeineringen är en intensifiering av så kallad Swiss water decaffeination .
Avkoffeinering med Swiss Water-processen bygger på upplösning och osmos för att avlägsna koffein från kaffebönor, teblad och kakaobönor.
Att integrera ultraljudsapparater av sondtyp i Swiss Water-processen för avkoffeinering innebär att ultraljudsbehandling införs under specifika steg i processen för att förbättra koffeinextraktionen. Swiss Water-processen för avkoffeinering omfattar fyra huvudsakliga processteg. Hur ultraljud används för effektivare avkoffeinering kan variera beroende på den specifika uppställningen och utrustningen. Här följer en allmän översikt över hur ultraljudsapparater av sondtyp huvudsakligen integreras för att förbättra processen:

1. Blötläggningssteg: Det första steget i Swiss Water-processen för avkoffeinering innebär att gröna kaffebönor blötläggs i hett vatten för att skapa en smakrik vattenlösning. Under detta blötläggningssteg kan en ultraljudsapparat av sondtyp användas för ultraljudsbehandling som underlättar extraktionen av koffein från bönorna. Ultraljudsbehandling är välkänd för sin förmåga att intensifiera extraktion av bioaktiva föreningar såsom koffein ur växtmaterial. De mekaniska krafterna från ultraljudskavitation / akustisk kavitation perforerar och bryter sönder celler och främjar massöverföring. Därigenom avlägsnas koffein från bönorna och frigörs effektivt i vattnet. Tack vare dessa effekter påskyndar ultraljudsbehandlingen avkoffeineringsprocessen avsevärt. Det ultraljudsextraherade koffeinet är en värdefull tillsats i livsmedel och drycker, t.ex. energidrycker.
2. Steg för avlägsnande av koffein: Efter den inledande blötläggningen separeras det smakrika vattnet som innehåller koffein från kaffebönorna. Detta vatten leds vanligtvis genom filter med aktivt kol för att avlägsna koffeinet. Filtrets porositet är anpassad för att endast fånga upp större koffeinmolekyler, samtidigt som mindre olje- och smakmolekyler tillåts passera. Det innebär att kolfiltret håller kvar koffeinet, medan det filtrerade vattnet innehåller alla de mindre bioaktiva ämnen som är kända för att ge kaffe, te och kakao deras särpräglade arom och näringsvärde.
3. Återabsorptionssteg: De avkoffeinerade bönorna, från vilka koffein och smakmolekyler har avlägsnats, kasseras. Det koffeinfria vattnet, som är berikat med smakämnen och polyfenoler (även kallat ”grönt kaffeextrakt”), är mycket värdefullt och används för att avlägsna koffeinet från en ny sats kaffebönor som fortfarande innehåller koffein.
   Eftersom detta vatten är mättat med smakmolekyler och andra bioaktiva ämnen kan dessa föreningar inte lösas upp i den nya satsen kaffebönor. Därigenom frigörs endast koffeinmolekyler från kaffebönorna till vattnet, och avkoffeinering sker utan att aromämnen och andra värdefulla fytokemikalier avlägsnas. När det smakrika vattnet är fritt från koffein återanvänds det för att extrahera koffein från en ny sats gröna kaffebönor. Även detta återabsorptionssteg kan dra nytta av ultraljudsbehandling med en sond. De gröna bönorna blötläggs i det smakrika vattnet, och ultraljudsbehandling används för att underlätta koffeinextraktionen. Ultraljudsbehandlingen hjälper vattnet att tränga in bättre i bönorna, vilket förbättrar extraktionseffektiviteten och förkortar extraktionstiden.
4. Upprepad återabsorption och torkning: Återabsorptions- och ultraljudsbehandlingsstegen kan upprepas flera gånger tills önskad grad av avkoffeinering har uppnåtts. Efter den sista återabsorptionen torkas vanligtvis de avkoffeinerade kaffebönorna, och det smakrika vattnet är redo att återanvändas i nästa sats.

Fallstudie av avkoffeinering av kaffebönor med ultraljud

Studien av Huamaní-Meléndez och Darros-Barbosa (2018) syftade till att undersöka effekten av ultraljudsintensitet, puls och temperatur på extraktion av koffein från arabicabönor i ett vattenbaserat medium. Forskarna använde Hielschers högintensiva ultraljudssond UP400S (400 watt; se bilden till vänster) och utförde experiment med olika intensiteter, pulslängder och temperaturer. De fann att ökad ultraljudsintensitet och pulslängd ledde till högre koffeinextraktionshastighet, men endast upp till en viss punkt, varefter ytterligare ökningar inte förbättrade extraktionen nämnvärt. De optimala förhållandena för koffeinextraktion visade sig vara en ultraljudsintensitet på 75 W/cm2, en pulslängd på 5 sec och en temperatur på 25°C. Studien tillhandahåller ett specifikt protokoll för att använda ultraljud för att extrahera koffein från kaffebönor och tyder på att denna metod skulle kunna vara ett effektivt och miljövänligt alternativ till traditionella avkoffeineringsprocesser.

Högpresterande ultraljudsapparater för lösningsmedelsfri avkoffeinering

Hielscher Ultrasonics erbjuder högpresterande ultraljudsapparater för skonsamma men mycket effektiva extraktions- och avkoffeineringsprocesser. Med ultraljudseffekter från 50 till 16 000 watt per ultraljudsapparat har Hielschers sortiment den idealiska ultraljudsapparaten för din kaffebryggnings- och avkoffeineringsprocess!
Som tillverkare och rådgivare med mångårig erfarenhet av ultraljudsapparater med hög effekt och deras användning är Hielscher din partner för ultraljudsassisterade extraktionsprocesser. Hielschers ultraljudsprocessorer är installerade över hela världen för tillämpningar inom livsmedels- och dryckesindustrin, läkemedelsindustrin och den kemiska industrin.
Vi levererar inte bara ultraljudsextraktorer med hög effekt, utan hjälper också våra kunder med vår djupa kunskap. Vår kundservice omfattar allt från rådgivning och genomförbarhetsstudier till processoptimering och pilotutrustning samt installation av ultraljudssystem i industriell skala.
Med ett brett sortiment av ultraljudsprocessorer och tillbehör (såsom sonotroder, flödesceller och reaktorer) kan vi rekommendera det lämpligaste systemet som uppfyller kraven på din processkapacitet och dina processförhållanden. Installation och eftermontering i befintliga processlinjer kan enkelt utföras eftersom våra ultraljudsextraktorer kan integreras utan stora modifieringar.
Vår välutbildade personal av processrådgivare, kemister och ingenjörer vägleder våra kunder till framgångsrik installation och drift. Hielschers utrustning är enastående robust och kräver endast mycket lite underhåll. För utbildning i handhavande, första driftsättning och underhållsservice har vi ett välutbildat team som hjälper våra kunder.