Khử caffeine không dùng dung môi bằng siêu âm công suất cao

• Quy trình khử caffeine thông thường cho cà phê và trà đòi hỏi sử dụng dung môi độc hại.
• Khử caffeine bằng siêu âm là một phương pháp tăng cường hiệu quả, cho phép loại bỏ caffeine bằng quy trình chiết xuất dùng nước mà không sử dụng dung môi có tác động mạnh.
• Khử caffeine bằng siêu âm là một phương pháp kinh tế, hiệu quả và thân thiện với môi trường để sản xuất các sản phẩm cà phê, trà và ca cao đã khử caffeine có chất lượng cao.

Khử caffeine bằng xử lý siêu âm

Caffeine là một chất tan trong nước, vì vậy có thể sử dụng nước để loại bỏ caffeine khỏi cà phê, trà và ca cao. Các quy trình khử caffeine thông thường sử dụng một hóa chất làm tác nhân khử caffeine (như methylene chloride, CO2 hoặc ethyl acetate) để đẩy nhanh quá trình. Bằng cách sử dụng phương pháp chiết xuất bằng siêu âm dùng nước kết hợp với than hoạt tính làm tác nhân khử caffeine, sản phẩm cà phê, trà hoặc ca cao đã khử caffeine được tạo ra thông qua một quy trình hữu cơ và lành tính với môi trường.

Tăng cường bằng siêu âm cho Swiss Water Decaffeination

Khử caffeine có hỗ trợ siêu âm là một quá trình tăng cường cho quy trình được gọi là Swiss water decaffeination .
Quy trình khử caffeine bằng nước kiểu Thụy Sĩ hoạt động dựa trên sự hòa tan và thẩm thấu để loại bỏ caffeine khỏi hạt cà phê, lá trà và hạt ca cao.
Việc tích hợp máy siêu âm dạng đầu dò vào quy trình khử caffeine Swiss Water bao gồm việc áp dụng xử lý siêu âm ở những giai đoạn cụ thể của quy trình nhằm tăng cường chiết xuất caffeine. Quy trình khử caffeine bằng nước kiểu Thụy Sĩ gồm bốn bước chính. Mặc dù cách áp dụng siêu âm để khử caffeine hiệu quả hơn có thể thay đổi tùy theo cấu hình và thiết bị cụ thể, dưới đây là phác thảo tổng quát về cách máy siêu âm dạng đầu dò thường được tích hợp để cải thiện quy trình:

1. Giai đoạn ngâm: Bước đầu tiên trong quy trình khử caffeine Swiss Water là ngâm hạt cà phê xanh trong nước nóng để tạo ra dung dịch nước chứa các chất tạo hương vị. Trong giai đoạn ngâm này, có thể sử dụng máy siêu âm dạng đầu dò để xử lý siêu âm, tạo thuận lợi cho việc chiết xuất caffeine từ hạt. Xử lý siêu âm được biết đến rộng rãi nhờ khả năng tăng cường quá trình chiết xuất các hợp chất có hoạt tính sinh học như caffeine từ nguyên liệu thực vật. Các lực cơ học do hiện tượng xâm thực siêu âm / âm học tạo ra làm thủng và phá vỡ tế bào, đồng thời thúc đẩy truyền khối. Nhờ đó, caffeine được loại bỏ khỏi hạt và giải phóng hiệu quả vào nước. Do những tác động này, xử lý siêu âm đẩy nhanh đáng kể quá trình khử caffeine. Caffeine được chiết xuất bằng siêu âm là một phụ gia có giá trị cho thực phẩm và đồ uống, ví dụ như nước tăng lực.
2. Giai đoạn loại bỏ caffeine: Sau bước ngâm ban đầu, nước chứa các chất tạo hương vị và caffeine được tách khỏi hạt cà phê. Nước này thường được đưa qua các bộ lọc than hoạt tính để loại bỏ caffeine. Kích thước lỗ xốp của bộ lọc này được lựa chọn để chỉ giữ lại các phân tử caffeine lớn hơn, đồng thời cho phép các phân tử dầu và chất tạo hương vị nhỏ hơn đi qua. Điều này có nghĩa là bộ lọc than giữ lại caffeine, trong khi nước đã lọc chứa tất cả các chất có hoạt tính sinh học nhỏ hơn, vốn được biết là mang lại hương thơm đặc trưng và giá trị dinh dưỡng cho cà phê, trà và ca cao.
3. Giai đoạn tái hấp thu: Những hạt đã khử caffeine, đã bị loại bỏ caffeine và các phân tử tạo hương vị, được loại bỏ. Nước không chứa caffeine, giàu chất tạo hương vị và polyphenol (còn được gọi là “dịch chiết cà phê xanh”) có giá trị cao và được dùng để loại bỏ caffeine khỏi một mẻ hạt cà phê mới vẫn còn chứa caffeine.
   Vì nước này đã bão hòa các phân tử tạo hương vị và các chất có hoạt tính sinh học khác, những hợp chất này không thể hòa tan trong mẻ hạt cà phê mới. Nhờ đó, chỉ các phân tử caffeine được giải phóng từ hạt cà phê vào nước, giúp khử caffeine mà không loại bỏ hương thơm và các hợp chất hóa học thực vật có giá trị khác. Khi nước chứa các chất tạo hương vị không còn caffeine, nước được tái sử dụng để chiết xuất caffeine từ một mẻ hạt cà phê xanh mới. Giai đoạn tái hấp thu này cũng có thể hưởng lợi từ việc sử dụng xử lý siêu âm dạng đầu dò. Hạt cà phê xanh được ngâm trong nước chứa các chất tạo hương vị và được xử lý siêu âm để tạo thuận lợi cho việc chiết xuất caffeine. Xử lý siêu âm giúp tăng khả năng nước thâm nhập vào hạt, cải thiện hiệu suất chiết xuất và giảm thời gian chiết xuất.
4. Tái hấp thu lặp lại và sấy khô: Các bước tái hấp thu và xử lý siêu âm có thể được lặp lại nhiều lần cho đến khi đạt mức khử caffeine mong muốn. Sau lần tái hấp thu cuối cùng, hạt cà phê đã khử caffeine thường được sấy khô và nước chứa các chất tạo hương vị sẵn sàng để tái sử dụng cho mẻ tiếp theo.

Nghiên cứu điển hình về khử caffeine trong hạt cà phê bằng siêu âm

Nghiên cứu của Huamaní-Meléndez và Darros-Barbosa (2018) nhằm khảo sát ảnh hưởng của cường độ siêu âm, xung và nhiệt độ đến quá trình chiết xuất caffeine từ hạt cà phê Arabica trong môi trường nước. Các nhà nghiên cứu sử dụng đầu dò siêu âm cường độ cao UP400S của Hielscher (400 oát; xem hình bên trái) và tiến hành thí nghiệm ở các cường độ, thời lượng xung và nhiệt độ khác nhau. Họ nhận thấy rằng việc tăng cường độ siêu âm và thời lượng xung dẫn đến tốc độ chiết xuất caffeine cao hơn, nhưng chỉ đến một mức nhất định; sau đó, việc tiếp tục tăng không cải thiện đáng kể khả năng chiết xuất. Các điều kiện tối ưu để chiết xuất caffeine được xác định là cường độ siêu âm 75 W/cm2, thời lượng xung 5 sec và nhiệt độ 25°C. Nghiên cứu cung cấp một quy trình cụ thể để sử dụng siêu âm chiết xuất caffeine từ hạt cà phê và cho thấy phương pháp này có thể là một giải pháp thay thế hiệu quả và thân thiện với môi trường cho các quy trình khử caffeine truyền thống.

Máy siêu âm hiệu năng cao để khử caffeine không dùng dung môi

Hielscher Ultrasonics cung cấp cho bạn các máy siêu âm hiệu năng cao dành cho các quy trình chiết xuất và khử caffeine nhẹ nhàng nhưng đạt hiệu quả rất cao. Với công suất siêu âm từ 50 đến 16.000 oát cho mỗi máy, danh mục máy siêu âm của Hielscher có máy siêu âm lý tưởng cho quy trình pha cà phê và khử caffeine của bạn!
Là nhà sản xuất và tư vấn có kinh nghiệm lâu năm về máy siêu âm công suất cao cùng các ứng dụng của chúng, Hielscher là đối tác của bạn trong các quy trình chiết xuất có hỗ trợ siêu âm. Các thiết bị xử lý siêu âm Hielscher được lắp đặt trên toàn thế giới cho các ứng dụng trong ngành thực phẩm và đồ uống, dược phẩm và hóa chất.
Chúng tôi không chỉ cung cấp thiết bị chiết xuất siêu âm công suất cao mà còn hỗ trợ khách hàng bằng kiến thức chuyên sâu của mình. Dịch vụ khách hàng của chúng tôi trải rộng từ tư vấn và nghiên cứu khả thi đến tối ưu hóa quy trình, thiết bị thí điểm và lắp đặt hệ thống siêu âm ở quy mô công nghiệp.
Với danh mục đa dạng các thiết bị xử lý siêu âm và phụ kiện (như đầu phát siêu âm, buồng dòng chảy và thiết bị phản ứng), chúng tôi có thể đề xuất cho bạn hệ thống phù hợp nhất, đáp ứng các yêu cầu về năng suất và điều kiện của quy trình. Việc lắp đặt và tích hợp bổ sung vào các dây chuyền xử lý hiện có có thể được thực hiện dễ dàng vì thiết bị chiết xuất siêu âm của chúng tôi có thể được tích hợp mà không cần sửa đổi lớn.
Đội ngũ tư vấn quy trình, nhà hóa học và kỹ sư được đào tạo bài bản của chúng tôi hướng dẫn khách hàng lắp đặt và vận hành thành công. Thiết bị của Hielscher có độ bền vượt trội và chỉ cần bảo trì rất ít. Chúng tôi có một đội ngũ được đào tạo bài bản để hỗ trợ khách hàng về đào tạo vận hành, chạy thử lần đầu và dịch vụ bảo trì.