طرح توجیهی استخراج کافئین از چای + روش تولید و ماشین آلات خط تولید

طرح توجیهی استخراج کافیین از چای + روش تولید و ماشین آلات خط تولید در زیر آمده است :

هدف از ارایه طرح توجیهی استخراج کافیین از ضایعات چای ، معرفی آن به عنوان یک فرصت سرمایه گذاری و یک طرح نو در زمینه صنایع غدایی دارویی است که در این مطلب به معرفی آن می پردازیم.

کافیین همان تیین است؟ آیا کافیین خاصیت ضد سرطانی دارد؟ آیا کافیین از ریزش مو جلوگیری می کند؟ آیا مصرف کافیین قدرت عضلانی در فعالیت های ورزشی را افزایش می دهد؟ آیا افزودن کافیین به شیر صحیح است؟ تاثیر کافیین بر زنان و مردان یکسان است؟ فواید و مضرات مصرف کافیین چیست؟ و...

تمام اینها سوالاتی هستند که به محض شنیدن نام کافیین در ذهن افراد نقش می بندد . به زبان عامیانه کافیین همان ماده ای است سبب کشش و رقبت انسان به نوشیدن چای و قهوه به صورت مستمر و روزمره می گردد .

کافیین نوعی ماده آلکالویید است که به طور طبیعی در بیش از 60 نوع گیاه از جمله دانه قهوه ، گوارانا ، چای ، کاکایو و ... یافت می شود و همین کافیین است که سبب ایجاد طعم تلخی می گردد .

کافیین اولین بار در سال 1827 میلادی توسط دانشمندی به نام Runge از دانه قهوه استخراج شد و مدتی بعد ، این ماده در بعضی گیاهان دیگر نیز شناسایی شد . بررسی های Runge توسط، Pelletier، coventou، Rebiquiet ادامه یافت و تکمیل شد .

پس از گذشت مدتی دانشمندی به نام E.Fischer تیوری خود را در مورد ساختار مولکولی و ساختمانی کافیین ارایه نمود که با اقبال عمومی مواجه شد و مورد پذیرش محافل علمی قرار گرفت . اولین روش سنتزی نیز در سال 1900 توسط W.Traube ارایه گردید .

در گذشته به کافیین موجود در چای تیین گفته می شد زیرا چنین تصور می کردند که کافیین موجود در چای چیزی جدای از کافیین موجود در قهوه می باشد . کافیین یک آلکالویید می باشد که در چای و قهوه و ... به صورت طبیعی وجود دارد . به نقل از فاکس نیوز بر اساس مطالعه ای که در مجله پوست شناسی تحقیقی Investi gative Dermatology منتشر شده است کافیین موجب کاهش رایج ترین نوع سرطان پوست می شود .

این نوع سرطانها اغلب با قرار گرفتن مدت طولانی زیر نور آفتاب پدید می آید . اشعه فرا بنفش از نوع B وارد سلول های اپیدرم پوست شده و موجب تخریب DNA می شود و در نتیجه خطر تبدیل شدن این سلولها به سلول های سرطانی افزایش می یابد . هنگامی که سلولهای غیر عادی در معرض کافیین قرار بگیرند به جای

اینکه به سلول سرطانی تبدیل شوند تکثیرشان متوقف شده و می میرند. دکتر ژان فرانسوا دوره از مرکز بین المللی تحقیق درباره سرطان می گوید مطالعات نشان می دهد مصرف قهوه کافیین دار موجب کاهش 30 درصدی احتمال ابتلا به سرطان پوست می شود. پژوهشگران سرگرم ساخت کرم های ضد آفتاب حاوی کافیین هستند.

بنا بر گفته محققان آمریکایی به نظر میرسد که مصرف کافیین شانس ایجاد سرطان تخمدان را در زنان کاهش می دهد . همچنین پژوهشگران ژاپنی اعلام کردند در جریان تحقیقات خود متوجه شده اند که خطر گسترش سرطان رحم در بین زنانی که روزانه دو فنجان قهوه و یا بیشتر میل می کنند به نصف می رسد .

در گفتگو با دکتر آدولف کلنک ، داروساز و سرپرست گروه تحقیقاتی موسسه کرت ولف در آلمان : " نتایج تحقیقات آزمایشگاهی پژوهشگران تا این مرحله روی مدلهای کاشت موی زنده در محیط کشت آزمایشگاهی حاکی از این بود که تماس موضعی ( نه مصرف خوراکی ) کافیین با ریشه های مو می تواند با مهار اثرات مضر هورمون های دی هیدرو تسترون از ریزش مو جلوگیری کند"

مطابق آخرین تحقیقات محققان دانشگاه کاوانتری انگلستان مصرف مقادیر بالای کافیین می تواند قدرت و تحمل عضلات را در فعالیت های ورزشی افزایش دهد. به این ترتیب که مصرف کافیین روی گیرنده های عضلات اسکلتی تاثیر گذاشته و به طور موقت انرژی را افزایش می دهد.

از افزودن مواد کافیین دار به شیر بایستی پرهیز نمود زیرا این مواد (قهوه و چای و....) حاوی اگزالات هستند و اگزالات با کلسیم ترکیب شده و مانع از جذب این ماده معدنی می شوند . به طور کلی کافیین آقایان را بیشتر از خانم ها به جنب و جوش می اندازد که به دلیل تاثیر قوی تر آن بر روی آقایان می باشد.

اثرات مفید کافیین

:: مصرف همزمان کافیین وقند می تواند برای حافظه مفید باشد ، درواقع مغز این افراد به انرژی کمتری برای یاد آوری امور نیاز دارد.

:: بین مصرف کافیین و بیماری پارکینسون رابطه عکس وجود دارد به عبارت دیگر مصرف کافیین از احتمال بروز بیماری پارکینسون جلوگیری می کند .

:: مصرف کافیین اختلالات شناختی در رابطه با افزایش سن و نیز بروز بیماری آلزایمر را کاهش می دهد .

:: کافیین با ایجاد تعادل در عملکرد مغز ، از نقایص حرکتی و نیز زوال عقل پیشگیری می کند .

:: کافیین احساس خوب بودن ، شادی ، انرژی ، هشیاری و اجتماعی بودن را در فرد تقویت می کند .

:: کافیین تحمل انجام حرکات ایروبیک را افزایش می دهد .

:: مصرف کافیین منجر به کاهش احتمال ابتلا به دیابت نوع 2 می شود .

:: کافیین قرمزی و تورم چشم را کاهش می دهد.

:: کافیین از نقرس جلوگیری می کند .

:: کافیین خطر ابتلا سرطانهای روده ، دهان و حلق را کاهش می دهد و سبب کاهش احتمال بروز بیماری های قلبی و پوسیدگی های دندانی می شود.

:: از ویژگی های منحصر به فرد این ماده ، مقاوم سازی بدن در برابر تشعشعات رادیو اکتیو بخصوص اشعه مرگبار گاما کبالت 60 است ، که گام بزرگی در درمان بیماری سرطان بکمک اشعه می باشد .

:: کافیین یک آفت کش است و سبب مرگ حشراتی می شود که از آن گیاه تغذیه می کنند.

اثرات مضر کافیین

:: کارشناسان از کافیین به عنوان یک تیغ دو لبه نام می برند زیرا از یک سو می تواند بر خلق و خوی فرد اثر مثبتی بگذارد و خستگی را از او دور کند اما از سوی دیگر ممکن است تعادل فرد را مختل کند.

:: اعتیاد نمی آورد اما برخی از کارشناسان بر این باورند که مصرف زیاد آن ( بیشتر از 200 میلیگرم در روز) تحمل فرد را نسبت به اثرات این ماده بالا می برد .

:: مصرف کافیین تحریک پذیری فرد را بالا برده و گاهی باعث می شود که فرد رفتار نا مطلوبی از خود نشان دهد .

:: از اثرات مضر دیگر این ماده بی نظمی در دفع ادرار و همچنین اختلال و بی نظمی درفعالیت قلب است .

:: مصرف پیوسته و زیاد کافیین موجب کندی واکنش فرد می شود .

:: مصرف چای پر رنگ و قهوه وترکیبات حاوی کافیین علایم سرما خوردگی را تشدید می کند .

:: افرادی که نوشیدنی حاوی کافیین زیاد مصرف کرده بودند ، یکباره احساس هشیاری بیشتری داشتند اما پس از نیم ساعت به مراتب کند تر واکنش نشان می دادند .

:: مصرف کافیین زیاد ممکن است خطر ابتلا به افسردگی و نا امیدی را افزایش دهد .

:: مصرف بیش از حد کافیین (بیش از 250 میلی گرم در روز ) سبب مسمومیت می گردد که علایم آن عبارتند از بیقراری ، عصبی بودن ، هیجان ، بی خوابی ، سرخی صورت ، ادرار بیش از اندازه و ناراحتی های گوارشی ومصرف بیش از یک گرم کافیین در روز می تواند منجر به گرفتگی ماهیچه ای ، افکار و صحبت های پریشان و تنشهای روانی گردد.

منابع کافیین

گوارانا 3.5 –5.5 درصد

ماته 0.8 – 3.4 درصد

چای سبز 1 – 3 درصد

چای سیاه 1 – 3 درصد

قهوه خام 1 – 1.8 درصد

عصاره کولا 1 – 2 درصد

کاکایو 0.15 – 0.2 درصد

کد آیسیک تولید کافیین

کد آیسیک ثبت شده برای این ماده در پرتال سازمان صنایع و معادن 15491230 می باشد.

شماره تعرفه گمرکی کافیین

شماره تعرفه گمرکی قید شده در گمرک جمهوری اسلامی ایران 29393000 می باشد.

موارد مصرف و کاربرد کافیین

به طور کلی اقلامی که درساخت آن از کافیین استفاده شده در دو بخش عمده قرار می گیرد :

الف: محصولات غذایی

در تولید محصولاتی مانند شکلات تلخ و شیرین، شکلات شیری، نوشیدنی انرژی زا و نوشیدنی غیر الکلی کافیین دار از کاففین استفاده می شود.

از سایر خوراکی های حاوی کافیین که به طور طبیعی کافیین در آن وجود دارد می توان چای سیاه ، چای سبز ، کاکایو ، قهوه و اسپرسو را نام برد .

ب: محصولات دارویی

علاوه بر محصولات غذایی، کافیین در بیش از 60 نوع دارو مورد استفاده قرار می گیرد.در بیشتر کشورها کافیین را جزی مواد طعم دهنده تقسیم بندی می نمایند و در کشورهای اتحادیه اروپا هر ماده ای که میزان کافیین آن بیشتر از 150 میلی گرم در لیتر باشد باید روی بسته آن هشدار داده شود . که گاهاً این هشدار روی بطری نوشابه های انرژی زا دیده می شود .

کالاهای جایگزینی و تجزیه و تحلیل اثرات آن بر مصرف کافیین

کافیین در صنایع داروسازی به عنوان یک مخدر ضعیف تلقی شده و معمولا همراه با سایر مسکن ها مصرف می گردد . با توجه به این که مخدرهای بسیار قوی تری ( کدیین و مشتقات آن ) نیز در این صنعت به کار گرفته می شوند به راحتی توسط این مخدرها جایگزین میگردند . با نگاه دیگری به این قضیه می توان دریافت که در سالهای اخیر در اروپا و آمریکا جهت کم کردن مصرف کدیین و مشتقات آن که به نوعی اعتیاد آور محسوب می گردند سعی شده از کافیین استفاده گردد و در واقع این کافیین است که به عنوان کالای جایگزین برای کدیین و مشتقات آن مطرح می گردد . یکی از امتیازات کافیین در مقابل کدیین تفاوت قیمت فاحش آن می باشد .
کافیین در صنایع غذایی به عنوان یک طعم دهنده کاربرد دارد که در برخی موارد می توان استفاده از آن را محدود نمود . کافیین در صنایع غذایی جایگزین و رقیب قدرتمندی ندارد اما می توان محصول جایگزینی برای محصول تولید شده با کافیین ارایه نمود که در رقابت با آن سبب کاهش مصرف کافیین گردد . به عنوان مثال نوشابه های تولید شده با عصاره کوکا در بین مردم بسیار محبوب می باشند که این نوشابه ها همگی دارای کافیین می باشند ، حال می توان نوشابه های پرتقالی را به عنوان رقیبی برای این نوشابه ها در نظر گرفت اما همان گونه که در بررسی بازار مشهود است نوشیدنی های کافیین دار جایگاه ویژه ای نزد مردم داشته و به راحتی جایگزین نمی گردند ولی ممکن است مقدار مصرف را کاهش دهد .

اهمیت استراتژیکی کالا در دنیای امروز

منظور از کالاهای استراتژیک ، کالاهای ضروری و یا کالاهایی که به دلیل تکنولوژی بالای به کار رفته در ساخت آنها تولید آنها انحصاری بوده و فقط در دست یک یا چند شرکت خاص می باشد . به عنوان مثال از یکی از کالا های ضروری استراتژیک گندم می باشد که فراورده های آن بخصوص نان قوت غالب افراد یک جامعه را تشکیل می دهد و یا قطعات حساس الکترونیکی و مخابراتی که به دلیل تکنولوژی بالای به کار رفته در آنها جزء کالاهای استراتژیک محسوب می گردد . کافیین در هیچ کدام از این دو گروه قرار نمی گیرد زیرا با نبود کافیین سلامت جامعه به خطر نمی افتد در حقیقت کافیین در بخش دارو سازی عموما به عنوان آلکالویید جایگزین برای کدیین محسوب می شود و مسکن های عمومی معمولا به وفور یافت شده و به راحتی جایگزین یکدیگر می گردند . در صنایع غذایی نیزعموماً از کافیین به عنوان یک طعم دهنده استفاده شده و نبود آن خللی در روند عرضه محصولات مشابه در بازار ایجاد نمی کند لذا کافیین محصول استراتژیکی محسوب نمی گردد.

کشورهای عمده تولید کننده و مصرف کننده محصول

آمریکا ، آلمان و چین سه کشور عمده تولید کننده کافیین در جهان می باشند که در آمریکا و آلمان کافیین به روش سنتز و در چین به دو روش سنتز و استخراج تولید می گردد . بعد از چین هندوستان نیز بالاترین میزان کافیین به روش استخراج را به خود اختصاص می دهد . همچنین کشور های آمریکا و چین نیز بیشترین سهم مصرف کافیین را در جهان به خود اختصاص می دهند.

:: روش تولید و تکنولوژی استخراج کافیین از چای

در این مطلب به معرفی روش استخراج کافیین از ضایعات چای می پردازیم . امیدوارم این مطلب برای تدوین طرح توجیهی استخراج کافیین از ضایعات چای مناسب باشد و اطلاعات خوبی در خصوص فرآیند تولید این محصول به شما بدهد .

کافیین به دو روش کلی تولید می گردد :

الف) فرایند سنتز

در این روش از متیلاسیون مولکول های : متیل گزافیین ، تیوفیلین و تیو برومین در شرایط خاص و در طی فرایندهای پیچیده شیمیایی مولکول کافیین به صورت خالص سنتز می گردد که به وسیله Fischer و Strecher شرح داده شده است .

این روش به دلیل تکنولوژی بالای به کار رفته در آن در اختیار کشورهای محدودی از جمله آمریکا ، فرانسه ، آلمان و اسپانیا می باشد . کافیین به دست آمده در این روش معمولاً در صنایع داروسازی ( داروهای گران قیمت و خاص ) و همچنین فعالیت های دقیق آزمایشگاهی و به عنوان رفرنس مورد استفاده قرار می گیرد .

ب) فرایند استخراج

روش های استخراج آلکالوییدها از منابع آن که عمدتاً گیاهان می باشند متفاوت بوده و بستگی به وضعیت ماده خام آن دارد . معمولاً دو روش عمده در استخراج وجود دارد که به قرار ذیل است :

1) ماده گیاهی پودر شده را با آب مرطوب و سپس با اکسید کلسیم مخلوط می کنند . اکسید کلسیم با اسیدها و تاننها و ترکیبات فنلی دیگر ترکیب شده و آلکالویید را به صورت باز آزاد در می آورد ( در صورتی که در گیاه به شکل ملح باشد ) و سپس عصاره گیری با حلال های آلی سبک انجام می پذیرد . مایع آلی تغلیظ شده را با محلول اسید در آب مخلوط کرده و اجازه داده می شود که دو فاز جدا شوند . املاح کلوییدی در فاز آبکی وارد شده ، ولی بسیاری از ناخالصی ها در فاز آلی باقی می ماند.

2) ماده گیاهی پودر شده را با آب یا مخلوط آب و الکل که حاوی اسید رقیق است عصاره گیری می نمایند . مواد رنگی و دیگر مواد نا خواسته را به وسیله انحلال در حلال های آلی جدا می سازند . سپس بی کربنات سدیم یا آمونیاک به محلول آبی عصاره اضافه می نمایند تا آلکالوییدها به صورت باز آزاد رسوب کند . سپس با عصاره گیری با حلال ها یا فیلتراسیون آلکالویید ها را جدا می نمایند .

در بحث انتخاب حلال ، در ابتدا مقدار حلالیت کافیین را در حلال های مختلف مقایسه می نمایند جدول ذیل بیانگر این موضوع است که حلالهای زیادی وجود دارند که میتوان برای عمل استخراج از آنها استفاده نمود ولی تمامی آنها با شرایط و پارامتر های لازم منطبق نیستند اهم این پارامتر ها عبارتند از :

امتزاج ناپذیری با آب

حلالیت قابل ملاحظه کافیین در آن

پایداری ویژه

غیر سمی بودن

اختصاصی بودن

در دسترس بودن

قیمت مناسب

انبارداری آسان

قابل بازیافت بودن

با عنایت به مطالب فوق دامنه این رنج به سه حلال محدود خواهد بود :

حلالی که در دهه 60 تا 70 از آن استفاده می شد کلرفرم بود ولی در دهه 80 این حلال جای خود را به دی کلرومتان داد . اما به علت سمیت بالا و احتمال سرطان زایی و همچنین خطرات عملیاتی ، هر دوی این مواد کنار گذاشته شد و در اواخر دهه 80 و اوایل دهه 90 حلالی جدید با ویژگی های خاص جهت عمل استخراج از محلول آبی معرفی گردید که 1- پروپانول نام دارد .

در اثر تجربه مشخص شد این ماده یکی از بهترین حلالهای موجود برای عمل استخراج است و راندمانی بالغ بر 80 % دارد . علاوه بر آن در شرایط عادی نگهداری این حلال به آسانی امکان پذیر است.

ضریب توزیع کافیین بین 1- پروپانول و فاز آبی 3.7 مرتبه کمتر از مقادیر متناظر برای سیستم های کلرفرم – آب و دی کلرو متان – آب است . شایان ذکر است ضریب توزیع کافیین برای سیستم کلرفرم – آب 8.3 است .

روش عملی استخراج کافیین

علاوه بر حلال های متفاوت روشهای متفاوتی نیز برای عملیات استخراج وجود دارد که عموماً برپایه استخراج کلرفرم پی ریزی شده اند که به اجمال به آن خواهیم پرداخت . این روش ها در اغلب مناطقی از جهان مانند چین و هند که با فرایند استخراج کافیین تولید می نمایند مورد استفاده قرار می گیرد .

متد استخراج General

در ابتدا چای را در آب با دمای 95 درجه سانتی گراد غوطه ور نموده و به مدت 15 الی 30 دقیقه عمل اختلاط را انجام می دهند . در این مرحله کلیه مواد آلی موجود در چای وارد آب می گردد . سپس مخلوط را فیلتر نموده و به فیلتریت با حفظ دما ترکیبات بازی استات سرب ، سود ، آهک یا محلول آمونیاک اضافه می نمایند تا تانن موجود در محلول رسوب کند .

سپس جهت خنثی سازی به محلول اسید سولفوریک رقیق یا اسید کلرید ریک رقیق اضافه نموده و مجدداً فیلتر می نمایند تا تانن های رسوب کرده جداسازی شوند . به فیلتریت کربن اکتیو اضافه نموده و مقداری حرارت می دهند و مجدداً فیلتر می نمایند تا رنگ که جذب کربن گردیده است از محیط حذف شود .

فیلتریت را به مرحله استخراج منتقل نموده و به در طی 3 مرحله کلرفرم (تتراکلریدکربن یا دی کلرمتان) اضافه می نمایند و پس از اختلاط کامل کلرفرم(تتراکلرید کربن یا دی کلرمتان ) را بوسیله تقطیر از محیط خارج می نمایند .

در پایان این 3 مرحله به باقیمانده تبخیر مقداری آب اضافه نموده و به آهستگی تقطیر را ادامه می دهند تا هنگامی که کریستال های سوزنی شکل کافیین پدیدار گردد . سپس محتویات ظرف را سانتریفوژ نموده و کافیین حاصل را به خشک کن انتقال می دهند .

کافیین مرطوب خارج شده از مرحله استخراج دو نوع رطوبت را به همراه خود دارد یکی رطوبت غیر پیوندی و دیگری وجود یک مولکول آب پیوندی با مولکول کافیین که در مرحله خشک کردن می توان آنها را جدا نمود . کافیین بدون آب (anhydrous Caffeine) یا کافیین به همراه یک مولکول آب (Caffeine) در طی دو فرایند مجزا خشک نموده و بسته به نیاز مشتری بسته بندی و روانه بازار می نمایند.

متد Peti – velgri

در ابتدا چای را در آب با دمای 95 درجه سانتی گراد غوطه ور نموده و به مدت 15 الی 30 دقیقه عمل اختلاط را انجام می دهند . در این مرحله کلیه مواد آلی موجود در چای وارد آب می گردد . سپس مخلوط را فیلتر نموده و به اواپراتور منتقل نموده و تغلیظ می نمایند . پس از تبخیر قسمت اعظم آب، به باقیمانده تبخیر ( مخلوط غلیظ) کلرفرم اضافه می نمایند و اختلاط را ادامه می دهند تا هنگامی که تانن موجود در مخلوط رسوب نماید و ظاهر گردد .

سپس مقداری از کلرفرم را بوسیله تقطیر از محیط خارج کرده و سپس مخلوط را فیلتر می نمایند . فیلتریت حاصل را به کریستالیزاتور منتقل کرده و با خارج کردن بخش اعظم مایع کریستالکافیین ظاهر می گردد . کریستال های کافیین را با سانتریفوژ جدا نموده و جهت خالص سازی به آن اسید سولفوریک رقیق اضافه نموده و فیلتر می نمایند سپس جهت خنثی سازی به محلول آمونیاک اضافه نموده و به کریستالیزاتور فرستاده می شود . کریستال حاصل در این مرحله کافیین خالص می باشد که به خشک کن منتقل می گردد .

متد M.B Dijkman

در این متد درابتدا به برگهای خشک چای کلرفرم و پودر کایولن اضافه می نمایند و 3 تا 5 ساعت سیستم را به حالت توتال رفلاکس نگه می دارند و سپس سیستم را به حالت تقطیر ساده برگردانده و کلرفرم را از سیستم خارج می نمایند . به باقیمانده تقطیر آب اضافه نموده و مخلوط را فیلتر می نمایند تا تفاله های چای و کایولن موجود در سیستم دفع گردد .

سپس مقداری استات سرب و کربن اکتیو به سیستم اضافه نموده و مجدداً فیلتر می کنند . به فیلتریت مجدداً کلرفرم اضافه می نمایند سپس سیستم را به حالت توتال رفلاکس قرار داده تا فرایند استخراج کامل شود پس طی زمان لازم کلرفرم را از فاز آبی جدا کرده و به کریستالیزور منتقل می نمایند . در این بخش به کمک تقطیر کلرفرم را از محیط خارج می نمایند تا رسوبات سفید رنگ کافیین ظاهر گردد .

سپس سانتریفوژ نموده و کریستال های کافیین را به خشک کن منتقل می نمایند .

متد استخراج با الکل

در این متد که شرح آن در ذیل بیان خواهد گردید ، متد منتخب جهت استخراج کافیین از چای می باشد که مزایا و نقاط قوت آن نسبت به سایر متد در بخش 4 به تفصیل بیان خواهد گردید .

در این متد به میزان 5 برابر وزنی به ضایعات چای آب در دمای 95 درجه سانتیگراد اضافه نموده و ابتدا به مدت 15 دقیقه میکس می نماییم تا فرایند استخراج کامل گردد و سپس 15 دقیقه به مخلوط استراحت داده و سپس فیلتر می نماییم . به فیلتریت حاصل معادل 26 % وزنی کلرید سدیم ( نمک طعام ) و 1% اکسید کلسیم ( آهک ) اضافه می نماییم . این مقدار کلرید سدیم بطور قابل ملاحظه ای کمتر از مقدار مورد نیاز برای سیر کردن محلول آبی است .

اگر لایه آبی با سدیم کلراید سیر شود ، به محض افزودن حلال بخشی از نمک متبلور خواهد شد . مخلوط را مدتی میکس نموده و سپس به آن استراحت داده تا تانن ها و سایر ترکیبات جدا شود . تانن ها ترکیبات فنلی هستند که دارای وزن مولکولی 300 الی 5000 می باشند تانن ها به دو دسته قابل هیدرولیز و غیر قابل هیدرولیز تقسیم می شوند . دسته اول در اثر هیدرولیز تولید گالیک اسید و گلوکز می کنند . دسته دوم تانن ها پلیمرهای بسیار متراکمی از کاتچین هستند .

تانن ها به دلیل داشتن گروه های فنلی و گالیک اسید به دلیل داشتن گروه کربوکسیل ، با کلسیم کربنات ( باز ) واکنش می دهند و تولید نمکهای کلسیم مربوط را می کنند که بصورت رسوب در مخلوط ظاهر می گردند . سپس برای عمل جداسازی از فیلتراسیون استفاده می گردد و رسوبات از مخلوط جدا شده تا از تشکیل امولسیون در مراحل بعدی جلوگیری شود .

فیلتریت را تغلیظ نموده و سپس به ظرف استخراج منتقل کرده و معادل با حجم آن 1- پروپانول اضافه نموده و میکس می نماییم و سپس به محلول استراحت داده تا دوفاز شود و فاز آلی حاوی کافیین را جدا کرده و جمع آوری می نماییم و به فاز آبی تا دو مرحله دیگر 1- پروپانول اضافه نموده و فرآیند را تکرار می نماییم . فاز آبی باقیمانده را دور ریخته و فاز آلی را به تبخیر کننده منتقل می نماییم و با نبخیر حلال کافیین موجود در آن رسوب می کنند .

رسوبات حاصل را از محلول مادر جدا نموده و با هگزان یا تولوین شستشو می دهیم تا ناخالصی های موجود در آن خارج گردد سپس کریستال های باقی مانده را به خشک کن منتقل نموده و با دمای 50 درجه سانتی گراد خشک می نماییم . نکته حایز اهمیت در این روش اختصاصی بودن حلال می باشد که فقط کافیین را در خود حل کرده و فلانویید ها و کلروفیل ها که سبب ایجاد رنگ قهوه ای می گردند را در خود حل نمی کند لذا نیازی با استفاده از کربن اکتیو برای رنگبری محلول نیست .

شرح عملیات استخراج کافیین از برگ چای

مقدار کافیین موجود در برگ چای بسته به موقعیت جغرافیایی زیر کشت آن متفاوت می باشد که به تفکیک در جداول زیر آورده شده است :

بالای اقتصادی خود را از دست می دهند ولی در حین این مراحل تنها میزان کافیین آنها – 0.02 0.05 درصد کاهش می یابد . بنابراین امر می توان از خاک چای بعنوان یک ماده اولیه مطلوب برای استخراج نام برد .

ضایعات چای حمل شده به محل تولید ممکن است خاک و سنگ با خود همراه داشته باشد لذا در ابتدا توسط بلوور ضایعات چای به داخل یک سیکلون مکیده می شود و پس از عبور از آن ذرات خاک و سنگ و چوب و.... که دانسیته سنگین تری نسبت به ضایعات چای دارند از آن جدا شده و از انتهای سیکلون خارج می گردند . ضایعات چای عبور کرده از سیکلون نیز وارد آسیاب شده و به ذرات ریز تری تبدیل می گردند به نحوی که تمامی این ذرات از مش 80 عبور می نمایند .

سپس این ضایعات را جهت ورود به مرحله بعدی در سیلو ذخیره می نمایند . هدف از کاهش اندازه ضایعات چای افزایش نسبت سطح به حجم ذرات می باشد تا استخراج با راندمان بالاتری انجام پذیرد . در این مرحله که استخراج اولیه نامیده می شود ضایعات چای وارد تانکهای استخراج شده و به مقدار 5 برابر وزنی به آن آب بدون یون اضافه می گردد و سپس با تزریق بخار به جداره تانک همزمان با عمل میکسینگ دما تا 95 درجه سانتی گراد افزایش می یابد .

در همین دما 30 دقیقه عمل میکسینگ ادامه پیدا می کند و سپس به مدت 20 الی 30 دقیقه میکسینگ متوقف و به مخلوط استراحت داده می شود . و در نهایت دمای مخلوط را تا 50 درجه سانتیگراد کاهش می دهند .

در این فرایند به این دلیل از عملیات Batch استفاده می گردد که در عمل پس از مقایسه دو روش پیوسته و نا پیوسته مشاهده ردیده با زمان اقامت برابر غلظت فاز خروجی فرآیند پیوسته 75 % غلظت فاز استخراجی یک فرایند ناپیوسته است .

پس از گذشت زمان مذبور محتویات تانک استخراج به داخل سانتریفوژ وارد گردیده تا تفاله چای از محلول جدا گردد . پس از این جدا سازی تفاله چای به داخل یک دستگاه گرانولاتور مرطوب ( رنده ) منتقل شده تا کلوخه های تشکیل شده احتمال خرد گردد و سپس به داخل یک دستگاه خشک کن FBD وارد شده و کاملاً خشک می گردد . در نهایت داخل کیسه بسته بندی شده و به عنوان کود گیاهی وارد بازار می گردد .

محلول خروجی از سانتریفوژ نیز داخل یک مخزن ذخیره می گردد تا به تدریج وارد مراحل بعدی گردد . محلول ذخیره شده در مرحله استخراج اولیه را به مقدار لازم از مخزن ذخیره به داخل تانک میکسر دار وارد نموده و در ابتدا محلول را تا 50 % تغلیظ نموده و سپس به آن معادل 26 % وزنی نمک طعام و 1% وزنی آهک اضافه می نمایند تا عملیات جدا سازی تانن ها و سایر رسوبات انجام پذیرد .

سپس مخلوط را فیلتر نموده و رسوبات باقی مانده در فیلتر را به فاضلاب هدایت می نمایند . فیلتریت را نیز که حاوی کافیین و نمک می باشد جهت ورود به مرحله اختصاصی استخراج در یک تانک ذخیره می نمایند .

در این مرحله در 3 نوبت بوسیله حلال ( 1- پروپانول ) در طی یک فرایند متقاطع ( Cross Current ) استخراج صورت می گیرد به این نحو که حلال خروجی از هر مرحله مستقیماً به مخزن خوراک کریستالیزور هدایت می گردد و وارد مرحله بعدی استخراج نمی گردد . استخراج از فاز آبی نیز در طی 3 مرحله صورت می گیرد به این نحوه که خروجی هر مرحله وارد مرحله بعدی می گردد . و در نهایت فاز آبی به تصفیه خانه هدایت می گردد.

مرحله بعدی مرحله کریستال گیری است که در این مرحله فاز آلی که حاوی کافیین می باشد وارد کریستالیزور گردیده و با تبخیر و تغلیظ محلول 1- پروپانول از محیط خارج گردیده و کریستال های کافیین ظاهر می گردد .

1- پروپانول خروجی که تقریباً خالص می باشد مجدداً جهت مصرف در فرایند استخراج ، جمع آوری گردیده و مجدداً وارد پروسه می گردد . کریستال های کافیین حاصل نیز بوسیله سانتریفوژ از محلول مادر جدا گردیده و جهت حذف ناخالصی ها با نرمال هگزان آن را شستشو می دهند .

پس از تخلیه سانتریفوژ ، محتویات آن ( کافیین ) به یک دستگاه خشک کن تحت خلاء منتقل گردیده و در دمای 50 درجه سانتی گراد و تحت خلاء خشک می گردد . سپس جهت کاهش اندازه ، آن را آسیاب نموده و پس از تایید QC محصول را بسته بندی و روانه بازار می کنند .

نرمال هگزان جمع آوری شده پس از فرایند شستشو در ابتدا تنظیم PH گردیده و سپس ریکاوری می گردد . مقدار Make Up نرمال هگزان 10 % و مقدار Make Upلازم برای 1- پروپانول معادل 10 % فاز آبی دفع شده در انتهای فرایند می باشد . کل بهره حاصل گردیده از این فرایند استخراج 80 % می باشد .

لیست ماشین آلات مورد نیاز جهت استخراج کافیین از چای

PFD

تعیین نقاط قوت وضعف تکنولوژی های مرسوم استخراج کافیین

در جدول ذیل نقاط قوت و ضعف تکنولوژی های استخراج کافیین درج گردیده است توضیحات مربوط به هرکدام در انتهای جدول درج گردیده است :

کلرفرم : ترکیب بسیار فرار ، سمی و نسبتاً گران قیمتی می باشد که استفاده از آن نیاز به رعایت شرایط ، EX ایمنی و استفاده از تجهیزات حفاظت فردی خاص و همچنین ماشین آلات بخصوص از قبیل موتور های مکانیکال سیلها ، تهویه ها و..... می باشد که این خود سبب بالارفتن سرمایه گذاری می گردد . نکته حایز اهمیت در استفاده از کلر فرم شرایط نگهداری و حمل و نقل جاده ای آن می باشد .

اسید سولفوریک و کلرید ریک : استفاده از این دو اسید در خط تولید نیاز به رعایت شرایط خاص پرسنلی و حفاظتی دارد . به عنوان مثال مخزن ها و میکسرهای در تماس با اسید کلریدریک بایستی یا از جنس پلیمر باشند و یا گلاس لایند همچنین پمپ ها ای اسید ها نیز بایستی با پلی اتیلن محافظت .

کلرید سدیم : کلرید سدیم یا نمک طعام به طور کامل در آب محلول می باشد و در نهایت در فاضلاب خروجی به وفور یافت می گردد . اگر این فاضلاب به محیط دفع گردد سبب از بین رفتن زمین های کشاورزی می گردد .

انرژی : با توجه به افزایش قیمت جهانی نفت و بالا رفتن هزینه های انرژی به جرات می توان گفت یکی از عوامل موثر در بقای صنایع کاهش مصرف انرژی و طراحی فرایندهایی با حداقل مصرف انرژی می باشد .

مواد اولیه وارداتی : مواد اولیه وارداتی مشکلات کیفی و مالی متعددی ایجاد می نماید . به عنوان مثال ماده وارداتی ممکن است با هر کیفیتی وارد گردد وعودت دادن کالای وارد شده تقریباً غیر ممکن می باشد. و همچنین از زمان خرید تا وصول کالا زمان زیادی صرف می شود و دیگر اینکه در خرید های خارجی بایستی مقدار بالایی از کالا خریداری گردد و مبلغ آن نقدی پرداخت شود .

جهت دانلود طرحهای توجیهی مرتبط روی نام طرح کلیک نمایید :

طرح توجیهی استخراج کافیین از ضایعات چای
طرح توجیهی تولید قرص قهوه
طرح توجیهی انواع چای های گیاهی
طرح توجیهی محصولات چای سبز
طرح توجیهی چای کیسه ای با منشا گیاهان دارویی
طرح توجیهی تولید چای سبز سرد

لینک های کمکی :

:: دانلود یک مجموعه ی بینظیر از هزاران طرح توجیهی آماده صنعتی ، معدنی ، کشاورزی ، خدماتی و گردشگری