BR112020021920A2 - equipamento de extração de um pó rico em cafeína da pele de prata - Google Patents

Abstract

EQUIPAMENTO DE EXTRAÇÃO DE UM PÓ RICO EM CAFEÍNA DA PELE DE PRATA. A presente invenção refere-se a um sistema de extração/isolamento de um pó rico em cafeína da pele de prata que envolve a semente/grão de café através de um equipamento composto pelo menos por uma câmara de pré-mistura de água destilada e pele de prata (1), por uma célula de extração por ultrassons (2) composta pelo menos por um módulo (2a) que íntegra pelo menos um transdutor acústico (14) e um radiador acústico (16), pelo menos um tanque de separação mecânica (3), pelo menos uma unidade de secagem (4) e pelo menos uma unidade de monitorização/controle do equipamento (5), em que o pó rico em cafeína é extraído/isolado por efeito da quebra da estrutura molecular da pele de prata através da energia acústica gerada pelo movimento vibratório do radiador acústico e atuado pelo transdutor acústico e como consequência da sua afinidade química com a água destilada.

Description

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EQUIPAMENTO DE EXTRAÇÃO DE UM PÓ RICO EM CAFEÍNA DA PELE DE PRATA DESCRIÇÃO

[001] A presente invenção refere-se a um sistema de extração de um - pó rico em cafeína (teor em cafeína superior a 90%) a partir da pele de prata e que é extremamente eficiente e limpo, por não recorrer ao uso de solventes.

[002] A pele de prata é um tegumento que recobre o grão verde do café; durante o processo de torrefação do café a semente expande-se e a pele de prata é quebrada e liberta-se, sendo recolhida como subproduto e em geral tratada como um resíduo na indústria do café; A pele de prata contém cafeína e compostos bioativos na sua composição.

[003] A presente invenção permite a extração e isolamento da cafeína que integra a composição da pele de prata, através de um processo que não recorre a solventes e que é puramente físico na sua essência, não produzindo assim qualquer efluente que já não resultasse do tratamento como resíduo da própria pele de prata, sendo, portanto, um processo limpo do ponto de vista ambiental; uma solução composta pela pele de prata e por água destilada é submetida a ultrassons em termos que conduzem à quebra da estrutura molecular da pele de prata e em condições que isolam a cafeína, sendo o restante integrado por outros compostos bioativos; a afinidade química da cafeína com a água destilada permite isolar estes dois compostos dos demais que integram a solução, sendo a água posteriormente removida por evaporação e resultando, no fim do processo, no isolamento de um pó composto em mais de 90% por cafeína pura e no remanescente por compostos bioativos, que pode ser usado para enriquecer em cafeína uma cápsula de café ou de chá ou qualquer outra bebida à qual se queira acrescentar cafeína para potencializar os seus efeitos estimulantes.

[004] Estudos científicos comprovam que as bebidas enriquecidas

2 / 18 com cafeína têm um efeito estimulante que não é prejudicial à saúde e, por isso, são cada vez mais procuradas por pessoas muito ativas, tais como esportistas e profissionais de alto rendimento, o que constitui um incentivo ao desenvolvimento de sistemas que conduzam ao isolamento da cafeína para que a aplicação acima possa ser dada à mesma.

[005] A crescente utilização de cafeína e de outros compostos bioativos na preparação das denominadas bebidas energéticas fez com que a cafeína adquirisse uma posição de relevância elevada no seio da sociedade, motivando o aumento do investimento nas áreas de P&D visando a sua obtenção e originando esforços no sentido de incrementar a sua produção, preferivelmente por meio de soluções que envolvam o aproveitamento de subprodutos do café torrado, assim resultando na redução dos efeitos da torrefação de café causados ao ambiente.

[006] A presente invenção pode ser aplicada em qualquer campo onde seja identificada a necessidade de isolamento de compostos através da quebra da sua estrutura molecular com recurso a energia acústica, sendo a solução técnica subjacente à presente invenção correspondente a uma das modalidades possíveis que foi especificamente projetada para o isolamento da cafeína da pele de prata.

[007] Até a presente data, o processo mais eficaz para a extração da cafeína do café é realizado com o auxílio de solventes orgânicos (Ramalakshmi e Raghavan, 1999) através de um processo químico.

[008] Entretanto, este processo tornou-se ineficiente, essencialmente por recorrer a compostos químicos que produzem efluentes; as crescentes exigências legais quanto ao tratamento destes efluentes e os elevados custos inerentes comprometem, atualmente, a sua viabilidade econômica em escala industrial, juntamente com o fato de que se trata de um processo muito demorado que exige grandes quantidades de solventes e alta temperatura.

[009] Mais recentemente, foram propostas alternativas mais limpas,

3 / 18 incluindo o uso de dióxido de carbono supercrítico (Azevedo et. al., 2008) e de água subcrítica (Bilbao et.al. 2012; Narita e Inouye, 2012), existindo o pedido de patente EP2730171 de Bilbao et. al.) que se refere à utilização de água subcrítica como um processo alternativo. No entanto, Narita e Inouye (2012) demonstraram que a maior parte da cafeína e compostos bioativos pode ser extraída com água a 25°C, sem que se faça necessário usar temperaturas superiores, sendo que também em Bilbao et. al. (2012) não são demonstradas diferenças significativas entre os teores de cafeína e compostos bioativos extraídos com água a 50°C e a 100°C.

[0010] Ambos os estudos mencionam até uma diminuição do teor em cafeína e compostos bioativos extraídos quando são utilizadas temperaturas superiores, sugerindo assim que o uso de água subcrítica é dispensável, pois pode até mesmo prejudicar a extração, concluindo assim pela viabilidade do recurso a água à pressão atmosférica normal.

[0011] Os processos referidos nos dois parágrafos imediatamente anteriores são todavia muito custosos e apenas conduzem ao isolamento de uma pequena parte da cafeína que integra a pele de prata, sendo assim economicamente inviáveis em escala industrial; No estado da técnica foram identificadas algumas outras soluções, as quais falhavam em dar resposta a todas as necessidades cobertas pela presente invenção, que se prendem com o isolamento da cafeína que integra a pele de prata para subsequente enriquecimento de bebidas, de modo limpo e ambientalmente sustentável, por não recorrer a quaisquer solventes orgânicos e economicamente viável em escala industrial, produzido de modo contínuo.

[0012] A utilização de ultrassons na extração de compostos químicos a partir de matrizes naturais está descrita como sendo mais rápida e mais eficaz em comparação com os sistemas de extração tradicionais, adicionalmente possibilitando uma diminuição do uso de solventes orgânicos

4 / 18 (Albu et. al., 2004).

[0013] Albu et. al., 2004 foram percursores no uso de ultrassons para extração de cafeína da folha da planta que produz o café (rosmarinus officionalis) mas o sistema que desenvolveram ainda recorre a solventes orgânicos, não sendo, portanto, um processo limpo do ponto de vista ambiental; acrescenta-se que o processo em causa é pouco produtivo, não sendo, portanto, viável à escala industrial.

[0014] Wang et. al. apresentou em 2011 um trabalho referente à extração de sabor e cafeína a partir de grãos de café; embora este sistema de extração contemple a cafeína e compostos bioativos, estes são extraídos diretamente do grão de café, e não da pele de prata, como ocorre com a presente invenção. Adicionalmente, o produto - o grão de café - deve ser moído antes do processamento da extração, sendo indicado que as frequências de operação dos ultrassons variam entre 28 e 42 kHz, estando situadas em valores que parecem muito difíceis de se obter na prática.

[0015] Também foram identificados como estado da técnica os seguintes documentos: WO 2008/074072 A1; US 2016/030350 A1; WO 2017/039694 A1; KR20180049034A; EP 2545974 A1; KR 2016/0090614 A; US 2013/251824 A1.

[0016] Análise comparativa da presente invenção e os documentos mencionados acima:

1. WO 2008/074072 A1 (i) a presente invenção é um aparelho e não um método; (ii) permitir a extração de cafeína de um subproduto do café (pele de prata, não do grão de café), em modo contínuo (isto é, sem tempos de residência), (iii) volumes de processamento de solvente/pele de prata (subproduto do café) muito superiores aos alcançados pela invenção descrita em WO 2008/074072 A1, (iv) não requerer uma temperatura controlada, o que torna todo o método mais simples e mais ecológico, (v) não requerer uma pressão controlada, o

5 / 18 que torna todo o aparelho mais simples e mais comercialmente “desejável”, (vi) apresentar um conjunto de ultrassons, com uma relação geométrica capaz de dar origem a uma vibração acústica no meio (transmissão axial e radial, com efeito martelo), capaz de permitir a recuperação de 90% da cafeína que ainda está presente na pele de prata, sem a necessidade de uso de nenhum tipo de solvente orgânico. No equipamento da presente invenção, a cafeína é recuperada em uma unidade de secagem com uma certa pressão e temperatura (evaporação da água). No sistema descrito em WO 2008/074072 A1, os compostos químicos extraídos são captados e filtrados com temperatura controlada (dependendo do tipo de compostos).

[0017] 2. US 2016/030350 A1; WO 2017/039694 A1; KR20180049034A que são muito semelhantes.

[0018] Estes documentos descrevem três estágios de preparação de composições enriquecidas com antioxidantes de cerejas do café. Etapa 1: extração da casca da cereja; Etapa 2: produção de pó da cereja; Etapa 3: preparação de um extrato líquido de cerejas de café descascadas.

[0019] Os documentos não descrevem o aparelho de extração (pelo menos em detalhes). Apenas consta a descrição de “método”. Estes documentos não são de forma alguma comparáveis ao equipamento da presente invenção.

[0020] Os documentos referem-se à necessidade de extrair diferentes compostos da cereja do café.

[0021] Nos documentos é descrita a utilização de um agitador mecânico e/ou ultrassônico. Um agitador ultrassônico não precisa ter a função de um extrator, e pode apenas servir para misturar/mexer. Ou seja, dependendo da geometria do sonotrodo e da frequência de trabalho, este dispositivo ultrassônico pode apenas promover a mistura/agitação do meio líquido sem a extração de compostos. Portanto, pode-se inferir desta descrição que a agitação ultrassônica por si só não compreende a função de extrair

6 / 18 compostos, como a obtida com o equipamento da presente invenção. Nenhuma faixa de frequências/potências/intensidade acústica do sistema de ultrassons é descrita nos documentos. O sistema de ultrassons, que pode ser utilizado na invenção dos 3 documentos, pode ser qualquer um, com qualquer morfologia geométrica ou técnica.

[0022] Ao contrário do que acontece com o equipamento da presente invenção, na invenção descrita nos 3 documentos é evidente e claro que, durante a agitação, o meio líquido precisa estar sob condições de vácuo e à temperatura de pelo menos 62,77°C (145°F). Fica claro a partir destas duas necessidades que: (i) o sistema de extração deve ser estático (pequenos volumes com temperatura e pressão controladas), (ii) e que, por si só, o sistema de agitação ultrassônica não é suficiente para obter um rendimento de extração economicamente viável.

[0023] Além disso, na descrição da invenção dos 3 documentos, é necessário quebrar/cortar/fornecer, ao meio líquido, uma casca de cereja com tamanhos controlados (entre 1-2 micrômetros), o que não é observado na presente invenção. Em outras palavras, na presente invenção a dimensão física da pele de prata do café é irrelevante, ela pode ser moída ou não quebrada.

[0024] 3. EP 2545974 A1 (i) as frequências de ressonância do sistema são diferentes, isto é, a faixa de frequências de ressonância para o equipamento da presente invenção é de 19,5 a 20,5 kHz, o que é diferente dos 28 a 40 kHz usados na invenção de EP 2545974 A1. Tecnicamente, a diferença de frequências reflete-se na capacidade de extração. Em outras palavras, um aumento na frequência de ressonância leva a uma diminuição no tamanho da bolha “cavitada/implodida”, com uma influência direta na redução do rendimento de extração, daí a necessidade do uso de uma microbolha adicional (introdução de bolhas de ar através de qualquer dispositivo no meio de

7 / 18 extração - ver o caso do Exemplo 1). Os sistemas de extração com frequências superiores às utilizadas pela instalação descrita na presente invenção são utilizados para a extração “estática”, com volumes reduzidos e muito bem controlados. É necessário que a temperatura de extração seja controlada. Uma mudança física/química no meio de extração resulta na necessidade de alterar a frequência de ressonância.

[0025] (ii) A extração feita com a invenção do documento EP 2545974 A1 é estática, em pequenos recipientes/receptáculos (volume /meio de extração líquido reduzidos), ao contrário do que se verifica com a instalação descrita na presente invenção. Dado o reduzido volume do meio a ser extraído e a intensidade acústica gerada pelo sistema de ultrassons, descrito na invenção de EP 2545974 A1, bem como a extração à temperatura controlada (Exemplo 1), há a necessidade de usar um dispositivo de câmara/arrefecimento para o meio/fluido na extração. A cavitação acústica promove um aumento da temperatura devido à implosão das bolhas (cavitação das bolhas). Em pequenos volumes, a mesma é claramente evidente. No caso da aplicação do aparelho descrito na presente invenção, este aumento de temperatura não é significativo porque o fluido está em movimento contínuo.

[0026] (iii) O uso de frequências mais altas do que as encontradas no aparelho descrito na presente invenção resulta em uma redução no tamanho (geometria) dos sonotrodos (radiadores acústicos) e na potência dos ultrassons. Ou seja, o sistema de extração mencionado no documento EP 2545974 A1 não possui características geométricas, técnicas e físicas para operar um sistema de extração contínuo, tal como o da invenção descrita na presente invenção.

[0027] (iv) O sistema de recolhimento da cafeína extraída da pele de prata usado na presente invenção é diferente do sistema de filtração simples usado na invenção de EP 2545974 A1.

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[0028] 4. Análise comparativa entre o documento KR 2016/0090614 A e a instalação descrita na presente invenção (i) a extração/mistura, através do uso da vibração produzida pelo gerador de ondas ultrassônicas, é alcançada indiretamente, ao contrário da utilizada no aparelho descrito na presente invenção - imersão do sonotrodo diretamente no meio de extração.

[0029] (ii) A geometria do sistema de ultrassons na invenção do documento KR 2016/0090614 A tem a forma do tipo paralelepípedo. Ou seja, é um reservatório com certas dimensões dentro do qual é disposto/instalado um conjunto de transdutores acústicos, controlados por uma fonte que gera ondas de ultrassons. Assim, quem promove a vibração do meio é o dispositivo/invólucro “paralelepípedo” e não os sonotrodos como verificado no equipamento da presente invenção. As características geométricas dos sonotrodos entre as duas invenções em discussão são totalmente diferentes.

[0030] (iii) O tipo de arranjo de ultrassom utilizado na invenção do documento KR 2016/0090614 A é considerado de baixo desempenho devido ao fato de que a transmissão da vibração é feita indiretamente, ao contrário do que foi verificado no equipamento da presente invenção.

[0031] (iv) Este tipo de sistema de ultrassons, usado indiretamente - de acordo com a invenção KR 2016/0090614 A - é benéfico para uma “extração/mistura” suave sem problemas de distribuição do extrato. Pelo contrário, no caso da extração através do equipamento da presente invenção, pretende-se fragmentar/quebrar/destruir o extrato para se obter a recuperação da cafeína ainda presente nas paredes da pele de prata. Este tipo de extração apenas é alcançado com a transmissão ultrassônica direta e com um sistema de ultrassons de 20 kHz e alta potência de trabalho.

[0032] (v) A partir da descrição do documento KR 2016/0090614 A, fica evidente que a extração é feita no modo “estático”, com tempos de residência devidamente predeterminados. Os tempos de residência muito

9 / 18 longos denotam/sugerem que o sistema não é suficientemente eficiente para uma extração “rápida”.

[0033] (vi) Além disso, e novamente, este tipo de invenção tende a recorrer a um meio fluido composto principalmente por água purificada e etanol, ao contrário do aparelho descrito na presente invenção, em que é apenas considerada a água.

[0034] 5. US 2013/251824 A1 (i) embora este documento seja muito vago, o sistema de ultrassons utilizado sugere indiretamente que “É ativado um transdutor sônico ou ultrassônico conectado ao funil”, ao contrário do que se verifica no aparelho descrito na presente invenção.

[0035] (ii) Nada é dito sobre as frequências de trabalho, geometria dos transdutores acústicos e seus sonotrodos.

[0036] (iii) O documento da invenção menciona “agitação acústica” e “lavagem acústica”, quando se refere a “Lavar consiste nas ações combinadas de imersão e enxágue, ou pode incluir etapas adicionais como a agitação (mecânica/acústica), esmagamento”. Além de descrever a agitação acústica como uma etapa adicional (pode incluir etapas adicionais como...), parece que a agitação acústica não é essencial para o método, e o efeito dela não se destina a ser a extração (ou seja, o documento no que diz respeito ao sistema de ultrassons, apenas menciona “Lavagem acústica”). Pelo contrário, no equipamento da presente invenção, o passo de extração por ultrassom é essencial, sem o mesmo a extração não é realizada.

[0037] (iv) Ao contrário do aparelho descrito na presente invenção, na invenção do documento US 2013/251824 A1, é usado vácuo “pelo menos” durante parte das etapas do método.

[0038] (v) No parágrafo [0028], é afirmado que “a utilização de um solvente alimentar no método garante que os extratos contendo cannabis medicinal são de qualidade alimentar, disponibilizando os mesmos para

10 / 18 incorporação em produtos de consumo que contêm cannabis medicinal”. Pode-se verificar a partir desta afirmação que existe um solvente que não é água, ao contrário do que acontece no equipamento descrito na presente invenção.

[0039] Em vista do atual estado da técnica, existe, portanto, a necessidade de um novo sistema de extração de cafeína da pele de prata que seja limpo, rápido, eficiente, que funcione de modo contínuo e seja economicamente viável em escala industrial.

[0040] A presente invenção tem por objeto um sistema de extração de um pó rico em cafeína com um teor em cafeína superior a 90%, sendo o restante integrado por compostos bioativos, o qual inclui uma ou mais câmaras de mistura, uma ou mais células de extração por ultrassons através de transdutores acústicos, um ou mais tanques que separam a água e a cafeína e compostos bioativos de outros compostos orgânicos que integram a pele de prata e um ou mais sistemas de secagem, que provocam a evaporação da água e conduzem ao isolamento de um pó rico em cafeína e compostos bioativos; trata-se de uma concepção inovadora que agrega um conjunto de elementos e técnicas susceptíveis de possibilitar a separação e o recolhimento rápidos, eficientes e contínuos de um pó rico em cafeína a partir da solução aquosa.

[0041] A solução proposta pela presente invenção envolve a extração da cafeína da pele de prata através de energia acústica, utilizando os princípios básicos subjacentes à tecnologia dos ultrassons, tais como a transformação de energia elétrica, provida por um gerador de ondas, em impulsos mecânicos de alta frequência causados pelo deslocamento de material piezoelétrico dos transdutores. Além disso, e de forma a transferir esses impulsos mecânicos para a solução composta por água destilada e pele de prata, são adicionados um conjunto de elementos mecânicos tais como amplificadores de amplitude, percursores (“wave guides”) e radiadores acústicos, de modo a aumentar a eficiência da mistura/extração da cafeína e

11 / 18 compostos bioativos, ou seja, uma célula composta pelos elementos acima descritos que permite a criação de um determinado campo acústico, capaz de induzir na mistura de água destilada e pele de prata um campo de pressões suficientemente elevado para induzir fenômenos tais como a cavitação e feixes acústicos, suficientes para a melhoria da mistura e sua homogeneização, bem como para a extração de pó rico em cafeína da pele de prata. Teoricamente, está estabelecido que quando os impulsos mecânicos induzidos no meio aquoso geram valores de intensidade acústica suficientes em um determinado meio, os fenômenos de cavitação e, consequentemente, os fluxos acústicos começam a surgir, dando origem a transferências de massa.

[0042] A alteração do meio aquoso produzida pelos efeitos acústicos (cavitação e feixes acústicos), provê uma melhor e completa penetração da água destilada na pele de prata, melhora a transferência de massa, ou seja, as ondas acústicas geradas durante a cavitação são capazes de quebrar as paredes celulares da pele de prata, facilitando a libertação dos compostos da matriz natural, incluindo a cafeína e os outros compostos bioativos.

[0043] Mais especificamente, a extração e o respectivo processo de obtenção de cafeína e compostos bioativos são realizados a partir de um processamento por energia acústica da mistura de água destilada e pele de prata contínuo, procedente de um tanque de mistura da água destilada e pele de prata; a mistura de água e cafeína e compostos bioativos e outras partículas, proveniente da(s) célula(s) de extração, passa por um sistema mecânico de separação, por exemplo um hidrociclone, para separação e remoção das partículas sob a forma de lamas; sendo a solução aquosa rica em cafeína originada do sistema mecânico de separação processada em uma unidade de secagem para a separação da água do pó rico em cafeína e outros compostos bioativos, por exemplo, estufa ou pulverizador.

[0044] O sistema de extração aqui apresentado possibilita uma

12 / 18 melhoria na eficiência de extração a partir da utilização de uma célula de extração por energia acústica, composta pelo menos por um módulo e, integrando cada módulo, pelo menos um transdutor acústico e um radiador acústico, com características de mistura/extração/homogeneização, devidamente otimizados para a finalidade a que se destinam. Caso sejam usados mais de um transdutor acústico e radiador acústico no mesmo módulo, todos trabalham de forma independente e em um intervalo de frequências variável, preferivelmente entre 19 e 21 kHz. A combinação dos efeitos produzidos por dois ou mais transdutores acústicos promove a extração de um pó rico em cafeína de forma mais eficiente e com melhor rendimento.

[0045] Cada célula de extração por energia acústica que integra o equipamento de extração apresenta uma capacidade de produção que é função do seu volume, sendo o volume preferível de 5 a 20 litros, capaz de gerar um fluxo de 0,05 a 31 litros/ minuto, rendendo-se um processamento de 0,1 a 0,6 m3/hora da solução pele de prata/água destilada.

[0046] Além disso, o recurso a ultrassons, através de pelo menos uma célula de extração, permite o processamento da pele de prata sem que seja necessário um processamento de moagem e/ou trituração prévios, observado no processo convencional de extração por meio do recurso à utilização de solventes. Além desta vantagem, a presente invenção agrega um conjunto de elementos que, quando conjugados e conectados entre si, possibilitam a maximização da extração do pó rico em cafeína com um número reduzido de passos de processo, bem como com custos de produção reduzidos.

[0047] De acordo com a presente invenção, é descrito um sistema para a extração de um pó rico em cafeína da pele de prata que envolve a semente/grão de café, que compreende uma instalação de extração de pó rico em cafeína, bem como o respetivo processo de obtenção do mesmo, em que a referida instalação de extração compreende pelo menos uma câmara para pré- mistura de água destilada e pele de prata que compreende pelo menos uma

13 / 18 lâmina rotativa, uma célula de extração que compreende pelo menos um módulo, que compreende pelo menos um transdutor acústico e um radiador acústico, pelo menos um tanque de separação mecânico, pelo menos uma unidade de secagem e uma unidade de monitoramento/controle da instalação, em que o pó rico em cafeína é extraído/isolado pela quebra da estrutura molecular da pele de prata e devido à afinidade química da cafeína pela água, compreendendo os seguintes passos: introdução de água destilada na câmara através da válvula e a pele de prata não tratada através da válvula, sendo a pré-mistura da água destilada com a pele de prata realizada pelo menos pela ação de uma lâmina rotativa, sendo a referida pré-mistura de água destilada e pele de prata bombeada da câmara para a célula de extração ultrassônica por meio de uma bomba de fluxo variável, entrando pelo menos num módulo através de uma eletroválvula, sendo a razão volume/tempo da mistura de água e pele prata controlada pelo medidor/regulador de fluxo, exposição da mistura de água e pele de prata, pelo menos em um módulo, ao efeito da energia acústica provida por pelo menos um transdutor acústico e um radiador acústico em cada módulo; após a exposição ao efeito acústico pelo menos num módulo de célula de extração, a solução aquosa de cafeína e compostos bioativos é transferida para pelo menos um tanque dotado de um dispositivo mecânico para separação das partículas na forma de pastas, sendo a pasta enviada para pelo menos um filtro-prensa para remoção da fração de sólidos e sendo o restante da solução aquosa enviado para a unidade de secagem, onde o pó rico em cafeína é obtido por evaporação da água.

[0048] A seguir, uma modalidade da presente invenção será descrita em detalhes, sem caráter limitativo e a título exemplificativo.

[0049] Na Figura 1a e na Figura 1b, é representada,

14 / 18 esquematicamente e de modo simplificado, uma modalidade do sistema de extração de pó rico em cafeína e compostos bioativos, de acordo com a presente invenção.

[0050] O sistema de extração de um pó rico em cafeína da pele de prata, de acordo com a presente invenção, compreende uma câmara de pré- mistura de água destilada e pele de prata 1, uma célula de extração por ultrassons 2 composta por dois módulos 2a e 2b , um tanque 3 com um sistema mecânico de separação 3a, uma unidade de secagem 4 e uma unidade de controle do equipamento 5.

[0051] Na câmara de pré-mistura 1 são introduzidas água destilada pela válvula 6 e pele de prata pela válvula 7, tal como é obtida através da torrefação do café, isto é, sem qualquer processamento prévio, inclusive de moagem ou trituração; a pré-mistura de água destilada e pele de prata é realizada pela ação de uma pá rotativa 1a, de um transdutor acústico 8 e de um radiador acústico 9 com características de mistura, de forma cilíndrica, com o topo plano, com um diâmetro compreendido entre 30 e 60 mm, preferivelmente entre 50 e 60 mm e com um comprimento de onda variável entre 4 e 14 HWL (“wavelength” em mm”), preferivelmente entre 7 e 9 HWL.

[0052] A pré-mistura de água destilada e pele de prata é bombeada da câmara 1 para a célula de extração 2 através da bomba de caudal variável 10.

[0053] A pré-mistura de água destilada e pele de prata entra no módulo 2a da célula de extração 2 através da eletroválvula 11 e passa para o módulo 2b através da eletroválvula 12. O medidor/regulador de caudal 13 permite a variação da relação volume/tempo da mistura de água destilada e pele de prata que é exposta às intensidades acústicas geradas pelos dois transdutores acústicos 14 e 15, presentes respectivamente nos módulos 2a e 2b.

[0054] No primeiro módulo de extração 2a é realizada a

15 / 18 mistura/extração da pré-mistura de água destilada e pele de prata através da utilização do transdutor acústico 15 e do radiador acústico 17, com características de mistura/extração, de formato cilíndrico e com o topo plano (“sonotrode”), com um diâmetro compreendido entre 20 e 60 mm, preferivelmente entre 50 e 60 mm e com um comprimento de onda variável entre 3 e 9 HWL (“wavelength” em mm”) , preferivelmente entre 5 e 7 HWL; No segundo módulo de extração 2b é realizada a extração/homogeneização da mistura de água destilada e pele de prata proveniente do módulo de extração 2a, através da utilização do transdutor acústico 15 e do radiador acústico 17, com características de extração/homogeneização, de formato cilíndrico e com o topo esférico (“sonorode”), com um diâmetro compreendido entre 20 e 60 mm, preferivelmente entre 50 e 60 mm e com um comprimento de onda variável entre 3 e 9 HWL (“wavelength” em mm”), preferivelmente entre 5 e 7 HWL; Os transdutores acústicos 8, 14 e 15 trabalham em uma faixa de frequências compreendida entre 19 e 21 kHz, preferivelmente entre 19,5 e 20,5 kHz; o radiador acústico 9 e 16 emite ondas axiais enquanto o radiador acústico 17 emite ondas radiais; No módulo 2a a mistura de água destilada e pele de prata é exposta a uma intensidade acústica entre 80 e 650 W/cm2 e a uma energia acústica variável entre 50 e 600 W/L, dissipada axialmente e principalmente pelo topo do radiador acústico 16 , em efeito martelo; No módulo 2b a mistura de água destilada e pele de prata é exposta a uma densidade de potência acústica entre 1 e 10 W/cm2 e a uma energia acústica variável entre 50 e 600 W/L, dissipada radialmente ao longo da superfície do radiador acústico 17; Os ultrassons produzem a quebra da estrutura molecular que compõe a pele de prata, isolando a cafeína através da sua incorporação na água, sendo atendentes as afinidades químicas que a estrutura molecular da

16 / 18 cafeína tem com a estrutura molecular da água; é este efeito, obtido por um processo puramente físico, que conduz a que a invenção dispense a trituração prévia da pele de prata e, mais importante ainda, que dispense o uso de solventes, tornando-o um processo limpo que não produz efluentes.

[0055] Após exposição ao efeito acústico produzido pelos radiadores acústicos 9, 16 e 17 a solução aquosa de pó rico em cafeína e compostos bioativos passa, através da eletroválvula 18, para o tanque 3, através do dispositivo mecânico de separação 3a, em que são removidas as partículas aglomeradas na forma de lamas, que, por pressão, são conduzidas para um filtro prensa 19, através do qual são removidas do sistema.

[0056] A solução aquosa de pó rico em cafeína vinda do tanque 3 passa pela eletroválvula 20 e entra na alimentação 21 do sistema de secagem 4; a suspensão aquosa de pó rico em cafeína é sujeita a um processo de remoção da água no sistema de secagem 4; esta remoção deverá ser realizada a uma temperatura não superior a 50°C, com valores de pressão inferiores a 20 bar, de modo a permitir a secagem da solução aquosa e a obtenção de um pó concentrado rico em cafeína com qualidades inalteradas 22.

[0057] A unidade de controle 5 possibilita o controle automático e contínuo de todos os parâmetros do processo, incluindo os caudais, o tempo de exposição da solução aquosa à radiação acústica e o monitoramento das temperaturas.

[0058] A presente invenção apresenta as seguintes vantagens: a. aproveitar a pele de prata, enquanto subproduto da torrefação de café, que normalmente é descartada; b. dispensar a moagem ou trituração da pele de prata, enquanto passo prévio do processo de extração; c. possibilitar a extração contínua de um pó rico em cafeína e compostos bioativos através de um processo extremamente eficiente que, por não recorrer a solventes, não produz efluentes que precisam ser tratados,

17 / 18 sendo, portanto, ambientalmente limpo, não produzindo qualquer resíduo sólido que já não resultasse do tratamento por inteiro da pele de prata; d. maximizar a extração de um pó rico em cafeína através da pele de prata com um número reduzido de etapas, de forma autônoma e contínua, reduzindo os custos e os tempos de produção; e. alojar os radiadores acústicos e transdutores em módulos distintos, que funcionam de forma autônoma, proporcionando efeitos acústicos diferentes de acordo com as geometrias utilizadas. Referências numéricas:

[0059] 1 - Câmara 1a - Pá rotativa 2 - Célula extração por ultrassons 3 - Tanque 3a - Dispositivo mecânico de separação 4 - Unidade de secagem 5 - Unidade de controle do equipamento 6 - Válvula de alimentação de água destilada 7 - Válvula de alimentação de pele de prata 8 - Transdutor acústico 9 - Radiador. acústico 10 - Bomba de caudal variável 11 - Eletroválvula 12 - Eletroválvula 13 - Medidor de caudal 14 - Transdutor acústico 15 - Transdutor acústico 16 - Radiador acústico 17 - Radiador acústico 18 - Eletroválvula

18 / 18 19 - Filtro prensa 20 - Eletroválvula 21 - Eletroválvula 22 – Recolhimento de pó rico em cafeína Bibliografia referida

[0060] Albu et. al. (2004) . Potential for the use of ultrassound in the extraction of antioxidants from Rosmarinus officinalis for the food and pharmaceutical industry. Ultrassonics Sonochemistry 11: 261-265.

[0061] Azevedo et. al. (2008). Extraction of caffeine, chlorogenic acids and lipids from green coffee beans using supercritical carbon dioxide and co-solvents. Brazilian Journal of Chemical Engineering 25: 543-552.

[0062] Bilbao et. al. (2012). Application of products of coffee silverskin in anti-ageing cosmetics and funtional food. Espanha. Disponibilizado em: https://www.google.com/patents/EP2730171A1?cl=en

[0063] Costa et. al. (in press). Nutritional, chemical and antioxidant/pro-oxidant profiles of silverskin, a coffee roasting by-product. Food Chemistry

[0064] Narita e Inouye. (2012). High antioxidant activity of coffee silverskin extracts obtained by the treatment of coffee silverskin with subcritical water. Food Chemistry 135: 903-909.

[0065] Ramalakshmi e Raghavan. (1999). Caffeine in Coffee: Its Removal. Why and How? Critical Reviews in Food. Science and Nutrition 39: 441-456.

[0066] Sheu et. al. (2009). Influence of extraction manufacturing process on caffeine concentration. Proceedings of the International MultiConference of Engineers and Computer Scientists Hong Kong.

[0067] Wang et. al. (2011). Application of ultrassound thermal process on extracting flavor and caffeine of coffee. Thermal Science 1: S69- S74.

Claims (1)

1. REIVINDICAÇÕES 1 - Equipamento de extração de um pó rico em cafeína da pele de prata que envolve a semente/grão de café, compreendendo o referido equipamento de extração: - pelo menos uma câmara (1), que tem pelo menos uma pá rotativa (1a), uma válvula de entrada (6), um transdutor acústico (8), radiador acústico (9) e uma válvula de saída (7), - pelo menos uma bomba de caudal variável (10) com uma eletroválvula (11), e um medidor de caudal (13), - pelo menos uma célula de extração (2) composta por um módulo (2a, 2b), um transdutor acústico (14, 15) e um radiador acústico (16, 17), - pelo menos um tanque de separação mecânica (3), - pelo menos uma unidade de secagem (4) e - pelo menos uma unidade de monitoramento/controle do equipamento (5), caracterizado pelo fato de que: - os transdutores acústicos (8), (14) e (15) operam na faixa de frequências de 19 a 21 kHz, preferivelmente de 19,5 a 20,5 kHz, - os radiadores acústicos (9) e (16) emitem ondas axiais enquanto os radiadores acústicos (17) emitem ondas radiais, - o radiador acústico (16) tem uma forma cilíndrica e um topo plano, com um diâmetro de entre 20 e 60 mm, e um comprimento de onda variável entre 3 e 9 HWL (comprimento de onda em mm), - o radiador acústico (17) tem uma forma cilíndrica e um topo esférico, com um diâmetro de entre 20 e 60 mm, e um comprimento de onda variável entre 3 e 9 HWL (comprimento de onda em mm), - a intensidade acústica no módulo (2a) está entre 80 e 650 W/cm2 e variando a energia acústica entre 50 e 600 W/l a partir do transdutor acústico (14), e - a temperatura de trabalho e a pressão de trabalho na unidade de secagem (4) está respectivamente abaixo de 50ºC e abaixo de 20 bar. 2 – Equipamento de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o radiador acústico (16) tem uma forma cilíndrica e um topo plano, com um diâmetro de entre 50 e 60 mm. 3 – Equipamento de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o radiador acústico (16) tem um comprimento de onda variável ente 5 e 7 HWL (comprimento de onda em mm) 4 – Equipamento de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o radiador acústico (17) tem uma forma cilíndrica e um topo esférico, com um diâmetro entre 50 e 60 mm. 5 – Equipamento de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o radiador acústico (17) tem um comprimento de onda variável entre 5 e 7 HWL (comprimento de onda em mm).monitoramento