Khai thác siêu âm Caffeine
Sử dụng siêu âm là một phương pháp hiệu quả để chiết xuất caffeine và các hợp chất hoạt động khác từ cà phê. Các thiết bị siêu âm mạnh mẽ hỗ trợ quá trình khai thác trong khi tối đa hóa năng suất và rút ngắn thời gian xử lý.
Cải thiện khai thác caffeine với siêu âm điện
Hương vị của cà phê và tác dụng của caffeine là niềm đam mê được chia sẻ bởi hàng triệu người trên khắp thế giới trong nhiều thế kỷ. Khi những người hâm mộ cà phê và các nhà khoa học tìm cách tăng cường chiết xuất caffeine, các hợp chất hoạt tính sinh học và hương vị từ hạt cà phê, các kỹ thuật sáng tạo đã xuất hiện để cách mạng hóa quy trình. Một phương pháp như vậy, khai thác sức mạnh của siêu âm, đã nổi lên như một công cụ đầy hứa hẹn để cải thiện hiệu quả chiết xuất caffeine. Hielscher sonicators cho phép chiết xuất năng suất cao hơn của caffeine và mở ra kích thước mới của hương vị và hương thơm trong đồ uống cà phê, phụ gia thực phẩm và chiết xuất.
Ultrasonicator công nghiệp UIP6000hdT để chiết xuất caffeine liên tục từ hạt cà phê
Ưu điểm của chiết xuất hạt cà phê bằng cách sử dụng Sonication
Hiệu quả cao và chất lượng chiết xuất cà phê vượt trội chỉ là hai tiêu chí, làm cho việc sử dụng sonicators loại đầu dò Hielscher là phương pháp tốt nhất để chiết xuất caffeine và các hợp chất cà phê từ hạt cà phê. Dưới đây là những lợi ích quan trọng nhất của khai thác cà phê siêu âm được liệt kê:
- Hiệu quả: Sonicators loại đầu dò tạo ra sóng siêu âm cường độ cao có thể xuyên qua vật liệu rắn một cách hiệu quả. Điều này giúp phá vỡ cấu trúc hạt cà phê và tạo điều kiện cho việc chiết xuất caffeine.
- Điều khiển chính xác: Sonicators loại đầu dò cho phép kiểm soát chính xác năng lượng siêu âm và thời gian tiếp xúc. Kiểm soát này là điều cần thiết để tránh chiết xuất quá mức, có thể dẫn đến hương vị không mong muốn và vị đắng trong chiết xuất cà phê.
- Tốc độ: Sonication là một quá trình nhanh chóng, và sonicators loại đầu dò có thể làm giảm đáng kể thời gian khai thác so với các phương pháp truyền thống, làm cho quá trình hiệu quả hơn.
- Tính đồng nhất: Các sóng siêu âm có thể cung cấp khai thác đồng đều hơn trong suốt nguyên liệu hạt cà phê, đảm bảo rằng caffeine được chiết xuất đều.
- Giảm sử dụng dung môi: Khai thác siêu âm thường đòi hỏi ít dung môi hơn so với các phương pháp truyền thống. Điều này có thể thân thiện với môi trường và tiết kiệm chi phí.
- Bảo quản các hợp chất hương vị: Sonication loại đầu dò có thể được tối ưu hóa để chiết xuất caffeine có chọn lọc trong khi để lại các hợp chất hương vị khác phần lớn còn nguyên vẹn. Điều này rất quan trọng để duy trì chất lượng và hương vị của chiết xuất cà phê.
- Khả năng mở rộng: Với Hielscher Ultrasonics, quá trình khai thác siêu âm có thể được mở rộng tuyến tính cho các ứng dụng công nghiệp. Điều này có nghĩa là, tính khả thi và tối ưu hóa quy trình có thể ở quy mô phòng thí nghiệm và sau đó không có rủi ro và dễ dàng mở rộng quy mô theo thông lượng sản xuất.
Đầu dò siêu âm UP400St để chiết xuất caffeine hiệu quả từ hạt cà phê, trà và ca cao.
Khai thác siêu âm các hợp chất cà phê
Khai thác hỗ trợ siêu âm là một phương pháp phổ biến được sử dụng để cô lập các hoạt chất sinh học từ nguyên liệu thực vật [Dong et al. 2010]. Về hạt cà phê, caffeine và các hợp chất phenolic chống oxy hóa có thể là các hợp chất có giá trị nhất để chiết xuất do các ứng dụng rộng rãi của chúng trong ngành dược phẩm và thực phẩm. Nhưng cũng có flavonoid, axit chlorogenic và axit protocatechuic là những chất chiết xuất được sử dụng làm phụ gia.
Sử dụng các phương pháp chiết truyền thống như chiết lỏng-lỏng trong dung môi, nói chung hiệu quả chiết xuất tăng lên khi nhiệt độ chiết tăng. Điều này thường gây ra thiệt hại và mất chất lượng của chiết xuất vì nhiệt độ ảnh hưởng đến sự ổn định của các hợp chất phenolic.
Việc chiết xuất chất rắn-lỏng hỗ trợ siêu âm đã được chứng minh là một phương pháp chiết xuất hiệu quả và tiết kiệm thời gian. Các lực siêu âm rất mạnh cung cấp năng lượng cần thiết cho việc khai thác, do đó ít hoặc thậm chí không cần dung môi. Nhiệt độ có thể được kiểm soát tốt vì lô sonicated hoặc lò phản ứng tế bào dòng chảy có thể được làm mát hiệu quả (hoặc làm nóng nếu cần thiết).
Do lực chiết xuất mạnh mẽ của siêu âm, cũng là bã cà phê đã qua sử dụng (chất thải cà phê) vẫn là một nguyên liệu thô giàu hợp chất có thể chiết xuất. Vì chất thải cà phê rẻ và có sẵn với số lượng lớn, nó là một nguyên liệu lý tưởng để chiết xuất các hợp chất hoạt động còn lại. Mặc dù hàm lượng caffeine và các thành phần khác trong chất thải cà phê thấp hơn so với bột cà phê không sử dụng, nhưng vẫn còn một lượng lớn và có thể chiết xuất được. Để giải phóng các hợp chất này khỏi bã cà phê, ảnh hưởng đầy đủ đến các thông số chế biến trở nên đặc biệt đáng kể. Siêu âm công suất cao có thể trích xuất một lượng lớn hợp chất hoạt động trong một thời gian xử lý ngắn.
Cà phê xanh là hạt cà phê chưa rang, rất giàu caffeine. Khai thác siêu âm và pha lạnh là một kỹ thuật tuyệt vời để sản xuất chiết xuất cà phê xanh và pha lạnh!
Máy vắt siêu âm UIP2000hdT để chiết xuất các hợp chất hoạt tính sinh học từ hạt cà phê
Sonicators công suất cao để chiết xuất cà phê
Để đảm bảo hiểu rõ hơn về quy trình siêu âm hỗ trợ khai thác, tác dụng của siêu âm trong chất lỏng phải được giải thích.
Siêu âm – được giới thiệu trong chất lỏng – gây ra những ảnh hưởng rất cực đoan cục bộ. Khi sonicating chất lỏng ở cường độ cao, sóng âm thanh truyền vào môi trường lỏng dẫn đến các chu kỳ áp suất cao (nén) và áp suất thấp (hiếm) xen kẽ, với tốc độ tùy thuộc vào tần số. Trong chu kỳ áp suất thấp, sóng siêu âm cường độ cao tạo ra bong bóng chân không nhỏ hoặc khoảng trống trong chất lỏng. Khi các bong bóng đạt đến một thể tích mà tại đó chúng không còn có thể hấp thụ năng lượng, chúng sụp đổ dữ dội trong một chu kỳ áp suất cao. Hiện tượng này được gọi là cavitation âm thanh. Trong vụ nổ, nhiệt độ rất cao (khoảng 5.000K) và áp suất (khoảng 2.000atm) đạt được cục bộ. Sự nổ tung của bong bóng xâm thực cũng dẫn đến các tia chất lỏng có vận tốc lên tới 280m / s. [Suslick 1998] Bằng những lực cực đoan này, sự phân giải siêu âm xảy ra, thành tế bào bị phá vỡ và vật liệu nội bào được chiết xuất.
Việc khai thác hỗ trợ siêu âm là một thay thế rẻ tiền, đơn giản và hiệu quả so với các kỹ thuật khai thác thông thường. Những ưu điểm chính của siêu âm trong khai thác rắn-lỏng bao gồm tăng năng suất khai thác và động học nhanh hơn. Khai thác siêu âm là một kỹ thuật thường được sử dụng để khai thác nguyên liệu thực vật bằng dung môi lỏng và được chứng minh cho quá trình khai thác nhanh chóng và hoàn chỉnh hơn so với các phương pháp truyền thống vì diện tích bề mặt giữa pha rắn và lỏng lớn hơn đáng kể do sự gián đoạn tế bào và phân tán hạt.
Bằng cách sử dụng sonication cũng có thể giảm nhiệt độ hoạt động, cho phép khai thác các thành phần nhạy cảm với nhiệt độ. So với các kỹ thuật chiết xuất mới khác như chiết xuất hỗ trợ lò vi sóng, thiết bị siêu âm rẻ hơn và hoạt động dễ dàng hơn. Hơn nữa, việc khai thác hỗ trợ siêu âm có thể được sử dụng với bất kỳ dung môi nào, chẳng hạn như chiết xuất Soxhlet, để chiết xuất nhiều loại hợp chất tự nhiên. [Wang và cộng sự 2006]
Một lợi thế đáng kể của siêu âm là ảnh hưởng đến các thông số xử lý quan trọng nhất: biên độ, thời gian, nhiệt độ, áp suất và độ nhớt. Qua đó, quá trình chiết xuất có thể được tối ưu hóa để đảm bảo rằng cấu trúc của các chất chiết xuất không bị hư hỏng.
Khai thác caffeine được cải thiện bởi sonication
Caffeine có thể được tuyên bố là chất kích thích được tiêu thụ phổ biến nhất. Vì caffeine không chỉ được tiêu thụ bằng cách uống cà phê pha, chiết xuất caffeine được sử dụng trong ngành công nghiệp để xử lý các sản phẩm khác có caffeine làm phụ gia. Do đó, có thể tạo ra cà phê mạnh hơn hoặc pha chế nước ngọt (ví dụ như cola), nước tăng lực hoặc thực phẩm khác (ví dụ như sô cô la).
Nhưng caffeine không chỉ được sử dụng làm phụ gia trong sản xuất thực phẩm, nó còn là một hợp chất hoạt động quan trọng trong dược phẩm. Một ứng dụng phổ biến của chiết xuất caffeine là ví dụ như phụ gia trong thuốc đau đầu và đau nửa đầu hoặc trong thuốc giảm đau.
Để chiết xuất caffeine, alkaloid chính trong cà phê, ultrasonication là một phương pháp phù hợp. Wang và các đồng nghiệp của ông phát hiện ra rằng chỉ cần một thời gian khai thác ngắn để đạt đến trạng thái bão hòa, nếu siêu âm được sử dụng. Điều này có nghĩa là siêu âm là một kỹ thuật rất hiệu quả và tiết kiệm thời gian để đạt được caffeine. [Wang và cộng sự 2011]
Tăng cường khai thác các phân tử thơm và các hợp chất hương vị bằng cách sử dụng Sonication
Các hợp chất cà phê dễ bay hơi là phần có giá trị nhất của hạt cà phê rang và truyền đạt cho cà phê hương vị và hương thơm độc đáo của nó. Chất lượng cà phê hòa tan có thể được cải thiện đáng kể bằng cách bổ sung dầu cà phê hấp thụ hương thơm vào bột cà phê.
Một nghiên cứu so sánh, kiểm tra việc chiết xuất các hợp chất phenolic từ dâu tây, cho thấy khai thác siêu âm gây ra sự xuống cấp của phenolics ít hơn và là một quá trình khai thác nhanh hơn nhiều so với các phương pháp khai thác khác bao gồm rắn-lỏng, nước dưới tới hạn và phương pháp hỗ trợ lò vi sóng. [Herrera và cộng sự 2005]
Nghiên cứu của Wang và các đồng nghiệp cho thấy siêu âm tần số thấp, công suất cao hiệu quả hơn cho việc chiết xuất hương vị cà phê. Đặc biệt đối với 4-Tridecanone và 2-Methoxy-3-Methylpyrazine, họ thấy kỹ thuật khai thác siêu âm dễ dàng và hiệu quả hơn thu được năng suất khai thác rất cao. Hơn nữa, nó cho thấy rằng nhiệt độ phải được kiểm soát vì các thành phần hương vị cà phê rất dễ bay hơi ở nhiệt độ cao. Họ đã đạt được kết quả khai thác tốt trong phạm vi nhiệt độ giữa 35 ~ 65 ° C dưới chiếu xạ siêu âm thời gian tương đối ngắn. [Wang và cộng sự 2011]
Khai thác trà được cải thiện bởi sonication
Các kết quả đạt được bằng cách chiết xuất hỗ trợ siêu âm cũng thích hợp cho việc chiết xuất các hợp chất trà (ví dụ như lá trà xanh). Một nghiên cứu của Xia et al. cho thấy hàm lượng polyphenol trong trà, axit amin và caffeine cao hơn đáng kể trong truyền trà được xử lý bằng siêu âm so với những người thu được bằng cách chiết xuất thông thường. Điều này dẫn đến kết quả được cải thiện trong quá trình đánh giá cảm quan hóa ra: chất lượng cảm quan của truyền trà với khai thác hỗ trợ siêu âm tốt hơn so với truyền trà với chiết xuất thông thường. [Xia và cộng sự 2005]
Đọc thêm về trà pha lạnh siêu âm và truyền trà lạnh!
Khai thác siêu âm từ các loại thảo mộc
Kết luận: Chiết xuất caffeine hiệu quả cao với siêu âm
Khai thác hỗ trợ siêu âm là một phương pháp hiệu quả, tiết kiệm thời gian và có thể kiểm soát để chiết xuất các hợp chất hoạt động từ cà phê. Các hợp chất thú vị và có giá trị nhất là caffeine, và các chất chống oxy hóa như phenolic diterpenes (cafestol, kahweol) và axit ascobic. Những ưu điểm chính của việc khai thác hỗ trợ siêu âm là chiết xuất chất lượng tuyệt vời với năng suất cao. Những lợi ích của khai thác siêu âm đạt được bằng cách tối ưu hóa và kiểm soát chính xác các thông số khai thác siêu âm.
Sonicators hiệu suất cao để chiết xuất caffeine
Khi nói đến chiết xuất caffeine ở bất kỳ quy mô chế biến nào, Hielscher Sonicators là đỉnh cao của sự đổi mới và hiệu quả. Cho dù bạn là một nhà sản xuất thủ công quy mô nhỏ hoặc một cơ sở sản xuất công nghiệp quy mô lớn, Hielscher sonicators cung cấp một giải pháp chính xác và mạnh mẽ để chiết xuất tinh chất tinh khiết của caffeine từ nguyên liệu nguồn của bạn.
- Độ chính xác và nhất quán: Máy sonicators kiểu đầu dò Hielscher được thiết kế để cung cấp kiểm soát chính xác quá trình khai thác. Công nghệ tiên tiến của họ đảm bảo kết quả nhất quán hết đợt này đến đợt khác, cho phép bạn duy trì chất lượng và hiệu lực của chiết xuất caffeine.
- Khả năng mở rộng: Hielscher cung cấp một loạt các sonicators phù hợp với quy mô xử lý khác nhau. Từ các mô hình để bàn nhỏ gọn để nghiên cứu và phát triển đến các hệ thống công nghiệp mạnh mẽ có khả năng xử lý khối lượng lớn, Hielscher cung cấp sự linh hoạt cần thiết để đáp ứng yêu cầu sản xuất của bạn.
- Hiệu quả: Với Hielscher sonicators, bạn có thể giảm đáng kể thời gian khai thác so với các phương pháp truyền thống. Các sóng siêu âm được tạo ra bởi các máy này tạo ra lực xâm thực mạnh, nhanh chóng phá vỡ thành tế bào và giải phóng các phân tử caffeine, dẫn đến chu kỳ xử lý ngắn hơn.
- Linh hoạt: Hielscher sonicators không chỉ giới hạn ở việc chiết xuất caffeine. Sonicators của chúng tôi có thể thích ứng với một loạt các ứng dụng trong ngành công nghiệp thực phẩm, dược phẩm và mỹ phẩm. Cho dù bạn đang chiết xuất caffeine từ hạt cà phê, lá trà hoặc các nguồn thực vật khác, Hielscher sonicators cung cấp tính linh hoạt để phù hợp với nhu cầu của bạn.
Hielscher Ultrasonics là một công ty được chứng nhận ISO và đặc biệt nhấn mạnh vào ultrasonicators hiệu suất cao có công nghệ tiên tiến và thân thiện với người dùng. Tất nhiên, Hielscher ultrasonicators là CE tuân thủ và đáp ứng các yêu cầu của UL, CSA và RoHs.
Bảng dưới đây cung cấp cho bạn một dấu hiệu về khả năng xử lý gần đúng của ultrasonicators của chúng tôi:
| Khối lượng hàng loạt | Tốc độ dòng chảy | Thiết bị được đề xuất |
|---|---|---|
| 0.5 đến 1,5mL | N.A. | LọTweeter | 1 đến 500mL | 10 đến 200ml / phút | UP100H |
| 10 đến 2000mL | 20 đến 400ml / phút | UP200Ht, UP400St |
| 0.1 đến 20L | 0.2 đến 4L / phút | UIP2000hdT |
| 10 đến 100L | 2 đến 10L / phút | UIP4000hdT |
| 15 đến 150L | 3 đến 15L / phút | UIP6000hdT |
| N.A. | 10 đến 100L / phút | UIP16000 |
| N.A. | Lớn | Cụm UIP16000 |
Liên hệ với chúng tôi! / Hãy hỏi chúng tôi!
Hielscher Ultrasonics sản xuất homogenizers siêu âm hiệu suất cao cho các ứng dụng trộn, phân tán, nhũ tương hóa và khai thác trên phòng thí nghiệm, thí điểm và quy mô công nghiệp.
Câu hỏi thường gặp về chiết xuất cà phê
Cà phê và chiết xuất cà phê là gì?
Cà phê – làm từ hạt cà phê rang – là một thức uống rất phổ biến được tiêu thụ trên toàn thế giới. Bên cạnh tác động mạnh mẽ của nó nếu được tiêu thụ như một thức uống kích thích, các hợp chất của cà phê được quan tâm cho thực phẩm, dược phẩm (ví dụ như trong thuốc giảm đau) và ngành công nghiệp mỹ phẩm được sử dụng làm chất phụ gia có giá trị trong các sản phẩm khác nhau. Điều này đặc biệt áp dụng cho caffeine (1,3,7-trimethylxanthine) và các chất chống oxy hóa, được biết đến với tác dụng tích cực của chúng đối với sức khỏe con người. Cà phê chứa, trong số những người khác, phenolic diterpenes như cafestol và kahweol, và axit ascorbic, được biết đến với hoạt động chống oxy hóa của họ. Các nghiên cứu dịch tễ học cho thấy các thành phần của cà phê có thể có tác dụng phòng ngừa một số bệnh mãn tính, bao gồm đái tháo đường loại 2, bệnh Alzheimer, bệnh Parkinson và các bệnh về gan như xơ gan và ung thư biểu mô tế bào gan.
Ultrasonics là một công cụ nổi tiếng và đã được chứng minh cho nhiều ứng dụng khác nhau trong các ngành công nghiệp khác nhau. Một trong những ứng dụng nổi bật và thành công nhất của siêu âm điện là chiết xuất các hợp chất hoạt tính sinh học từ thực vật. Siêu âm cavitation phá vỡ các tế bào và gây ra do đó giải phóng các vấn đề nội bào. Do những hiệu ứng này, sonication cho năng suất khai thác cao hơn và đầy đủ hơn trong một thời gian xử lý rất ngắn. Là một kỹ thuật xử lý không nhiệt, các phân tử hoạt tính sinh học được ngăn chặn chống lại sự xuống cấp bởi nhiệt độ cao dẫn đến chiết xuất chất lượng cao.
Chiết xuất cà phê có chứa nhiều caffeine không?
Có, chiết xuất cà phê thường có hàm lượng caffeine cao, mặc dù số lượng chính xác phụ thuộc vào loại hạt và phương pháp chiết xuất được sử dụng. Chiết xuất cà phê siêu âm có xu hướng có hàm lượng caffeine cao, vì phương pháp này giúp tăng cường hiệu quả khai thác của các hợp chất, bao gồm caffeine, từ hạt cà phê.
Các hợp chất hoạt tính sinh học trong chiết xuất cà phê là gì?
Các hợp chất hoạt tính sinh học trong chiết xuất cà phê bao gồm caffeine, axit chlorogenic, diterpenes (như cafestol và kahweol), trigonelline và các chất chống oxy hóa khác nhau.
Lợi ích của cà phê đen và chiết xuất cà phê xanh là gì?
Cà phê và chiết xuất cà phê xanh có một số lợi ích tiềm năng, bao gồm cải thiện sự tỉnh táo tinh thần do caffeine, tác dụng chống oxy hóa từ axit chlorogenic, hỗ trợ giảm cân tiềm năng, giảm nguy cơ mắc một số bệnh như tiểu đường loại 2 và bảo vệ chống lại các bệnh thoái hóa thần kinh. Chiết xuất cà phê xanh, đặc biệt, có thể có tác dụng rõ rệt hơn trong việc giảm cân và hoạt động chống oxy hóa do hàm lượng axit chlorogenic cao hơn.
Sự khác biệt giữa cà phê đen và chiết xuất cà phê xanh là gì?
Cà phê đen được làm từ hạt cà phê rang, được nghiền và pha để sản xuất đồ uống. Quá trình rang làm thay đổi thành phần hóa học của đậu, làm giảm hàm lượng axit chlorogenic của chúng đồng thời tăng hương vị và mùi thơm. Mặt khác, chiết xuất cà phê xanh có nguồn gốc từ hạt cà phê xanh chưa rang, rất giàu axit chlorogenic và các chất chống oxy hóa khác. Các hợp chất này được cho là mang lại nhiều lợi ích sức khỏe khác nhau, bao gồm giảm cân và giảm nguy cơ mắc một số bệnh mãn tính. Không giống như cà phê đen, chiết xuất cà phê xanh thường không được tiêu thụ như một loại đồ uống mà là một chất bổ sung chế độ ăn uống.
Văn học/Tài liệu tham khảo
- Caballero Galván, Ashley; Restrepo, Daissy;Ortiz-Sánchez, Mariana; Cardona, Carlos Ariel (2018): Analysis of Extraction Kinetics of Bioactive Compounds from Spent Coffee Grounds (Coffea arábica). Waste and Biomass Valorization 9, 2018.
- Mohammad H. Zamanipoor, Bailina Yakufu, Ernest Tse, Adel Rezaeimotlagh, James M. Hook, Martin P. Bucknall, Donald S. Thomas, Francisco J. Trujillo (2020): Brewing coffee? – Ultra-sonication has clear beneficial effects on the extraction of key volatile aroma components and triglycerides. Ultrasonics Sonochemistry, Volume 60, 2020.
- Huamaní-Meléndez V.J., Darros-Barbosa R. (2018): High intensity ultrasound assisted decaffeination process of coffee beans in aqueous medium. Journal of Food Science and Technology, 55(12), 2018. 4901-4908.
- Suslick, K.S.: Kirk-Othmer Encyclopedia of Chemical Technology. 4th ed. J. Wiley & Sons: New York; 26, 1998. 517-541.
- Wang, Cheng-Chi; Sheu, Shane-Rong; Chou, Ya-Yen; Jang, Ming-Jyi; Yang, Li-Chen (2011): A novel optimized energy-saving extraction process on coffee. Thermal Science 15/1, 2011. 53-59.
Hielscher Ultrasonics sản xuất homogenizers siêu âm hiệu suất cao từ phòng thí nghiệm đến quy mô công nghiệp.