고출력 초음파를 이용한 무용매 디카페인 처리

• 기존의 커피 및 차 디카페인 공정에는 독성 용매를 사용해야 합니다.
• 초음파 디카페인 처리는 강한 용매를 사용하지 않고 수성 추출 절차로 카페인을 제거할 수 있는 효율적인 공정 강화 방법입니다.
• 초음파 디카페인 처리는 고품질 디카페인 커피, 차 및 코코아 제품을 생산하는 경제적이고 효과적이며 친환경적인 방법입니다.

초음파 처리를 이용한 디카페인 처리

카페인은 수용성 물질이므로 물을 사용하여 커피, 차 및 코코아에서 카페인을 제거할 수 있습니다. 기존의 디카페인 공정에서는 공정 속도를 높이기 위해 화학물질(예: 염화메틸렌, CO2 또는 아세트산에틸)을 카페인 제거제로 사용합니다. 초음파 수성 추출과 카페인 제거제로 사용하는 활성탄을 결합하면 유기농 방식의 환경친화적인 공정을 통해 디카페인 커피, 차 또는 코코아 제품을 제조할 수 있습니다.

초음파로 강화한 Swiss Water Decaffeination

초음파 보조 디카페인 처리는 이른바 Swiss water decaffeination 공정을 강화한 공정입니다.
스위스 워터 디카페인 공정은 용해와 삼투를 기반으로 커피 원두, 찻잎 및 코코아 원두에서 카페인을 제거합니다.
프로브형 초음파 처리기를 스위스 워터 디카페인 공정에 통합할 때는 카페인 추출을 향상하기 위해 공정의 특정 단계에 초음파 처리를 도입합니다. 스위스 워터 디카페인 공정은 네 가지 주요 공정 단계로 이루어집니다. 디카페인 처리의 효율을 높이기 위한 초음파 적용 방식은 구체적인 구성과 장비에 따라 달라질 수 있지만, 공정 개선을 위해 프로브형 초음파 처리기를 주로 어떻게 통합하는지에 대한 일반적인 개요는 다음과 같습니다:

1. 침지 단계: 스위스 워터 디카페인 공정의 첫 단계에서는 커피 생두를 뜨거운 물에 담가 풍미 성분이 풍부한 수용액을 만듭니다. 이 침지 단계에서는 프로브형 초음파 처리기로 초음파 처리를 적용하여 원두에서 카페인이 추출되도록 촉진할 수 있습니다. 초음파 처리는 식물 원료에서 카페인과 같은 생리활성 화합물의 추출 공정을 강화하는 능력으로 잘 알려져 있습니다. 초음파 / 음향 캐비테이션의 기계적 힘은 세포에 구멍을 내고 세포를 파쇄하며 물질 전달을 촉진합니다. 이에 따라 카페인이 원두에서 제거되어 물속으로 효율적으로 방출됩니다. 이러한 효과로 인해 초음파 처리는 디카페인 공정의 속도를 크게 높입니다. 초음파로 추출한 카페인은 에너지 음료와 같은 식품 및 음료에 사용되는 가치 있는 첨가물입니다.
2. 카페인 제거 단계: 초기 침지 후, 카페인이 함유된 풍미 성분이 풍부한 물을 커피 원두에서 분리합니다. 이 물은 일반적으로 활성탄 필터를 통과하여 카페인이 제거됩니다. 이 필터의 기공 크기는 더 작은 오일 및 풍미 분자는 통과시키면서 더 큰 카페인 분자만 포집하도록 조정됩니다. 즉, 활성탄 필터는 카페인을 붙잡아 두고, 여과된 물에는 커피, 차 및 코코아에 고유한 향과 영양적 가치를 부여하는 것으로 알려진 더 작은 생리활성 물질이 모두 포함됩니다.
3. 재흡수 단계: 카페인과 풍미 분자가 제거된 디카페인 원두는 폐기합니다. 카페인이 없고 풍미 성분과 폴리페놀이 풍부한 물(“생두 추출물”이라고도 함)은 가치가 매우 높으며, 아직 카페인이 함유된 새로운 배치의 커피 원두에서 카페인을 제거하는 데 사용됩니다.
   이 물은 풍미 분자와 기타 생리활성 물질로 포화되어 있으므로 이러한 화합물은 새로운 배치의 커피 원두 내에서 용해될 수 없습니다. 따라서 커피 원두에서 카페인 분자만 물속으로 방출되어 향과 기타 가치 있는 식물성 화학물질을 제거하지 않고 카페인을 제거할 수 있습니다. 풍미 성분이 풍부한 물에서 카페인이 제거되면 새로운 배치의 커피 생두에서 카페인을 추출하는 데 재사용합니다. 이 재흡수 단계에서도 프로브형 초음파 처리를 사용하면 이점을 얻을 수 있습니다. 생두를 풍미 성분이 풍부한 물에 담그고 초음파 처리를 적용하여 카페인 추출을 촉진합니다. 초음파 처리는 물이 원두에 더 잘 침투하도록 도와 추출 효율을 높이고 추출 시간을 줄입니다.
4. 반복 재흡수 및 건조: 원하는 수준으로 카페인이 제거될 때까지 재흡수 및 초음파 처리 단계를 여러 차례 반복할 수 있습니다. 최종 재흡수 후 디카페인 커피 원두는 일반적으로 건조하며, 풍미 성분이 풍부한 물은 다음 배치에서 재사용할 준비가 됩니다.

커피 원두의 초음파 디카페인 처리 사례 연구

Huamaní-Meléndez와 Darros-Barbosa(2018)의 연구는 수성 매질을 사용하여 아라비카 커피 원두에서 카페인을 추출할 때 초음파 강도, 펄스 및 온도가 미치는 영향을 조사하는 것을 목표로 했습니다. 연구진은 Hielscher 고강도 초음파 프로브 UP400S(400 와트; 왼쪽 사진 참조)를 사용하여 다양한 강도, 펄스 지속 시간 및 온도에서 실험을 수행했습니다. 연구 결과, 초음파 강도와 펄스 지속 시간이 증가하면 카페인 추출률이 높아졌지만 이는 특정 지점까지만 해당하며, 그 이후에는 더 증가시켜도 추출이 유의하게 개선되지 않았습니다. 카페인 추출을 위한 최적 조건은 초음파 강도 75 W/cm2, 펄스 지속 시간 5 sec, 온도 25°C로 확인되었습니다. 이 연구는 초음파를 사용하여 커피 원두에서 카페인을 추출하는 구체적인 프로토콜을 제시하며, 이 방법이 기존 디카페인 공정의 효과적이고 환경친화적인 대안이 될 수 있음을 시사합니다.

무용매 디카페인 처리를 위한 고성능 초음파 처리기

Hielscher Ultrasonics는 온화하면서도 매우 효과적인 추출 및 디카페인 공정을 위한 고성능 초음파 처리기를 제공합니다. 초음파 처리기 한 대당 50 ~ 16,000 와트의 초음파 출력을 제공하는 Hielscher의 초음파 처리기 제품군에는 고객의 커피 추출 및 디카페인 공정에 이상적인 초음파 처리기가 있습니다!
고출력 초음파 처리기와 그 응용 분야에서 오랜 경험을 쌓아 온 제조업체이자 컨설턴트인 Hielscher는 초음파 보조 추출 공정을 위한 파트너입니다. Hielscher 초음파 처리기는 식음료, 제약 및 화학 산업의 응용 분야를 위해 전 세계에 설치되어 있습니다.
당사는 고출력 초음파 추출기를 공급할 뿐만 아니라 깊이 있는 전문 지식으로 고객을 지원합니다. 고객 서비스는 상담과 타당성 연구에서 공정 최적화, 파일럿 장비, 산업 규모의 초음파 시스템 설치에 이르기까지 폭넓게 제공됩니다.
다양한 초음파 처리기와 액세서리(소노트로드, 플로우 셀 및 반응기 등)를 제공하므로 고객의 공정 용량과 조건에 따른 요구 사항을 충족하는 가장 적합한 시스템을 추천할 수 있습니다. 당사의 초음파 추출기는 대대적인 변경 없이 통합할 수 있으므로 기존 공정 라인에 쉽게 설치하고 추가 장착할 수 있습니다.
충분한 교육을 받은 공정 컨설턴트, 화학자 및 엔지니어로 구성된 당사 직원들이 고객의 성공적인 설치와 운전을 안내합니다. Hielscher 장비는 견고성이 뛰어나며 유지보수 필요성이 매우 낮습니다. 운전 교육, 최초 시운전 및 유지보수 서비스를 위해 충분한 교육을 받은 팀이 고객을 지원합니다.