Yüksek Güçlü Ultrason ile Solventsiz Kafeinsizleştirme

• Kahve ve çayın geleneksel kafeinsizleştirme işlemi, toksik solventlerin kullanılmasını gerektirir.
• Ultrasonik kafeinsizleştirme, sert solventler kullanılmadan su bazlı bir ekstraksiyon prosedürüyle kafeinin uzaklaştırılmasını sağlayan verimli bir yoğunlaştırma yöntemidir.
• Ultrasonik kafeinsizleştirme, yüksek kaliteli kafeinsiz kahve, çay ve kakao ürünleri üretmek için ekonomik, etkili ve çevreci bir yöntemdir.

Ultrasonikasyon ile Kafeinsizleştirme

Kafein suda çözünen bir maddedir; bu nedenle kahve, çay ve kakaodan kafeinin uzaklaştırılması için su kullanılabilir. Geleneksel kafeinsizleştirme işlemlerinde, işlemi hızlandırmak için kafeinsizleştirme maddesi olarak bir kimyasal (metilen klorür, CO2 veya etil asetat gibi) kullanılır. Ultrasonik su bazlı ekstraksiyonun, kafeinsizleştirme maddesi olarak kullanılan aktif karbonla birlikte uygulanmasıyla, organik ve çevreye zarar vermeyen bir işlemde kafeinsiz kahve, çay veya kakao ürünü hazırlanır.

Ultrasonik Olarak Yoğunlaştırılmış Swiss Water Decaffeination

Ultrasonik destekli kafeinsizleştirme, Swiss water decaffeination olarak adlandırılan işlemin yoğunlaştırılmasıdır.
Swiss Water kafeinsizleştirme işlemi, kahve çekirdeklerinden, çay yapraklarından ve kakao çekirdeklerinden kafeini uzaklaştırmak için çözünme ve ozmoz esasına göre çalışır.
Prob tipi sonikatörlerin Swiss Water kafeinsizleştirme işlemine entegre edilmesi, kafein ekstraksiyonunu artırmak için işlemin belirli aşamalarında sonikasyonun uygulanmasını içerir. Swiss Water kafeinsizleştirme işlemi dört ana işlem adımından oluşur. Daha verimli bir kafeinsizleştirme için ultrasonun uygulanması, belirli düzeneğe ve ekipmana bağlı olarak değişebilse de, prob tipi sonikatörlerin işlemi iyileştirmek için başlıca nasıl entegre edildiğine ilişkin genel bir çerçeve aşağıda sunulmuştur:

1. Suda bekletme aşaması: Swiss Water kafeinsizleştirme işleminin ilk adımında, aroma yüklü bir sulu çözelti oluşturmak için yeşil kahve çekirdekleri sıcak suda bekletilir. Bu suda bekletme aşamasında, çekirdeklerden kafeinin ekstraksiyonunu kolaylaştırmak amacıyla sonikasyon uygulamak için prob tipi bir sonikatör kullanılabilir. Ultrasonikasyon, kafein gibi biyoaktif bileşiklerin bitkisel materyallerden ekstraksiyonunu yoğunlaştırma kapasitesiyle iyi bilinir. Ultrasonik / akustik kavitasyonun mekanik kuvvetleri hücreleri deler ve parçalar ve kütle aktarımını destekler. Böylece kafein çekirdeklerden uzaklaştırılır ve verimli bir şekilde suya salınır. Bu etkiler sayesinde sonikasyon, kafeinsizleştirme işlemini önemli ölçüde hızlandırır. Ultrasonik olarak ekstrakte edilen kafein, örneğin enerji içecekleri gibi gıda ve içecekler için değerli bir katkı maddesidir.
2. Kafein uzaklaştırma aşaması: İlk suda bekletme işleminden sonra, kafein içeren aroma yüklü su kahve çekirdeklerinden ayrılır. Bu su, kafeini uzaklaştırmak için genellikle aktif karbon filtrelerinden geçirilir. Bu filtrenin gözenek boyutları, daha küçük yağ ve aroma moleküllerinin geçmesine izin verirken yalnızca daha büyük kafein moleküllerini tutacak şekilde belirlenir. Bu, karbon filtrenin kafeini tuttuğu, filtrelenmiş suyun ise kahveye, çaya ve kakaoya kendilerine özgü aroma ve besin değerini verdiği bilinen daha küçük biyoaktif maddelerin tümünü içerdiği anlamına gelir.
3. Yeniden emilim aşaması: Kafein ve aroma moleküllerinden arındırılmış kafeinsiz çekirdekler atılır. Kafein içermeyen, aroma ve polifenollerle zenginleştirilmiş su (“Yeşil Kahve Ekstraktı” olarak da bilinir) son derece değerlidir ve hâlâ kafein içeren yeni bir kahve çekirdeği partisinden kafeini uzaklaştırmak için kullanılır.
   Bu su, aroma molekülleri ve diğer biyoaktif maddelerle doymuş olduğundan, bu bileşikler yeni kahve çekirdeği partisinde çözünemez. Böylece kahve çekirdeklerinden suya yalnızca kafein molekülleri salınır ve aroma ile diğer değerli fitokimyasallar uzaklaştırılmadan kafeinsizleştirme gerçekleşir. Aroma yüklü su kafeinden arındırıldıktan sonra, yeni bir yeşil kahve çekirdeği partisinden kafein ekstrakte etmek için yeniden kullanılır. Bu yeniden emilim aşamasında da prob tipi ultrasonikasyon kullanımından yararlanılabilir. Yeşil çekirdekler aroma yüklü suda bekletilir ve kafein ekstraksiyonunu kolaylaştırmak için ultrasonikasyon uygulanır. Sonikasyon, suyun çekirdeklere nüfuz etmesini artırmaya yardımcı olarak ekstraksiyon verimliliğini iyileştirir ve ekstraksiyon süresini azaltır.
4. Tekrarlanan yeniden emilim ve kurutma: Yeniden emilim ve sonikasyon adımları, istenen kafeinsizleştirme düzeyine ulaşılana kadar birden fazla kez tekrarlanabilir. Son yeniden emilimden sonra, kafeinsiz kahve çekirdekleri genellikle kurutulur ve aroma yüklü su bir sonraki partide yeniden kullanıma hazır hâle gelir.

Kahve Çekirdeklerinin Ultrasonik Kafeinsizleştirilmesine İlişkin Vaka Çalışması

Huamaní-Meléndez ve Darros-Barbosa (2018) tarafından yapılan çalışma, sulu bir ortam kullanılarak Arabica kahve çekirdeklerinden kafein ekstraksiyonunda ultrason şiddetinin, darbenin ve sıcaklığın etkisini araştırmayı amaçlamıştır. Araştırmacılar, Hielscher yüksek şiddetli ultrason probu UP400S modelini (400 watt; soldaki resme bakın) kullanmış ve farklı şiddetlerde, darbe sürelerinde ve sıcaklıklarda deneyler gerçekleştirmiştir. Ultrason şiddetinin ve darbe süresinin artırılmasının daha yüksek bir kafein ekstraksiyon hızına yol açtığını, ancak bunun yalnızca belirli bir noktaya kadar geçerli olduğunu ve bu noktadan sonraki artışların ekstraksiyonu önemli ölçüde iyileştirmediğini bulmuşlardır. Kafein ekstraksiyonu için optimum koşulların 75 W/cm2 ultrason şiddeti, 5 sec darbe süresi ve 25°C sıcaklık olduğu belirlenmiştir. Çalışma, kahve çekirdeklerinden kafein ekstrakte etmek için ultrason kullanımına yönelik belirli bir protokol sunmakta ve bu yöntemin geleneksel kafeinsizleştirme işlemlerine etkili ve çevre dostu bir alternatif olabileceğini öne sürmektedir.

Solventsiz Kafeinsizleştirme için Yüksek Performanslı Sonikatörler

Hielscher Ultrasonics, ılımlı ancak son derece etkili ekstraksiyon ve kafeinsizleştirme işlemleri için size yüksek performanslı sonikatörler sunar. Sonikatör başına 50 ile 16.000 watt arasında ultrason gücü sunan Hielscher sonikatör portföyünde, kahve demleme ve kafeinsizleştirme işleminiz için ideal sonikatör bulunur!
Yüksek güçlü sonikatörler ve bunların uygulamaları konusunda uzun yıllara dayanan deneyime sahip bir üretici ve danışman olan Hielscher, ultrasonik destekli ekstraksiyon işlemleri için iş ortağınızdır. Hielscher ultrasonik işlemcileri, gıda ve içecek, ilaç ve kimya endüstrilerindeki uygulamalar için dünya genelinde kurulmuştur.
Yüksek güçlü ultrasonik ekstraktörler tedarik etmenin yanı sıra, kapsamlı bilgi birikimimizle müşterilerimize destek de sağlıyoruz. Müşteri hizmetlerimiz, danışmanlık ve fizibilite çalışmalarından proses optimizasyonuna, pilot ekipmana ve endüstriyel ölçekte ultrasonik sistemlerin kurulumuna kadar uzanır.
Geniş bir ultrasonik işlemci ve aksesuar yelpazesi (sonotrotlar, akış hücreleri ve reaktörler gibi) sunarak, proses kapasitenizin ve koşullarınızın gereksinimlerini karşılayan en uygun sistemi önerebiliriz. Ultrasonik ekstraktörlerimiz büyük değişiklikler yapılmadan entegre edilebildiğinden, mevcut proses hatlarına kurulum ve sonradan entegrasyon kolayca gerçekleştirilebilir.
İyi eğitimli proses danışmanlarımız, kimyagerlerimiz ve mühendislerimiz, müşterilerimize başarılı bir kurulum ve işletim için rehberlik eder. Hielscher ekipmanları olağanüstü sağlamlığa sahiptir ve yalnızca çok az bakım gerektirir. İşletim eğitimi, ilk devreye alma ve bakım hizmetleri için müşterilerimize destek sağlayan iyi eğitimli bir ekibimiz vardır.