Ultrasonic Extraction of Caffeine
초음파를 사용하는 것은 커피에서 카페인 및 기타 활성 화합물을 추출하는 효과적인 방법입니다. 강력한 초음파 장치는 추출 공정을 지원하는 동시에 수율을 극대화하고 처리 시간을 단축합니다.
Power Ultrasound로 카페인 추출 개선
커피의 풍미와 카페인의 효과는 수 세기 동안 전 세계 수백만 명이 공유하는 열정입니다. 커피 애호가와 과학자 모두가 커피 원두에서 카페인, 생체 활성 화합물 및 향료의 추출을 향상시키는 방법을 모색함에 따라 이 과정에 혁명을 일으키는 혁신적인 기술이 등장했습니다. 초음파의 힘을 활용하는 그러한 방법 중 하나는 카페인 추출 효율을 향상시키는 유망한 도구로 부상했습니다. Hielscher 초음파 발생기를 사용하면 더 높은 수율의 카페인을 추출하고 커피 음료, 식품 첨가물 및 추출물에서 새로운 차원의 맛과 향을 풀 수 있습니다.
Industrial ultrasonicator UIP6000hdT 커피 콩에서 지속적으로 카페인을 추출하기 위해
초음파 처리를 사용한 커피 콩 추출의 장점
고효율과 우수한 커피 추출물 품질은 Hielscher 프로브 형 초음파 발생기를 사용하여 커피 콩에서 카페인과 커피 화합물을 추출하는 가장 좋은 방법인 두 가지 기준에 불과합니다. 다음은 초음파 커피 추출의 가장 중요한 이점입니다.
- 능률: 프로브 형 초음파 발생기는 고체 물질을 효과적으로 관통 할 수있는 강렬한 초음파를 생성합니다. 이것은 커피 원두 구조를 분해하고 카페인 추출을 용이하게 하는 데 도움이 됩니다.
- 정확한 제어: 프로브 형 초음파 발생기를 사용하면 초음파 에너지와 노출 시간을 정밀하게 제어 할 수 있습니다. 이 제어는 커피 추출물에서 원치 않는 풍미와 쓴맛을 유발할 수 있는 과도한 추출을 방지하는 데 필수적입니다.
- 속도: 초음파 처리는 빠른 공정이며 프로브 형 초음파 발생기는 기존 방법에 비해 추출 시간을 크게 줄여 프로세스를보다 효율적으로 만들 수 있습니다.
- 고름: 초음파는 커피 원두 재료 전체에 걸쳐 보다 균일한 추출을 제공하여 카페인이 고르게 추출되도록 할 수 있습니다.
- 용매 사용량 감소: 초음파 추출은 종종 기존 방법에 비해 더 적은 용매를 필요로합니다. 이는 환경 친화적이고 비용 효율적일 수 있습니다.
- 향미 화합물의 보존: 프로브 형 초음파 처리는 다른 향료 화합물을 거의 그대로 유지하면서 카페인을 선택적으로 추출하도록 최적화 할 수 있습니다. 이것은 커피 추출물의 품질과 맛을 유지하는 데 중요합니다.
- 확장성: Hielscher 초음파를 사용하면 초음파 추출 공정을 산업 응용 분야에 맞게 선형으로 확장 할 수 있습니다. 즉, 타당성 및 프로세스 최적화가 실험실 규모에서 이루어질 수 있으며 위험 없이 생산 처리량에 맞게 쉽게 확장할 수 있습니다.
초음파 프로브 UP400St 커피 원두, 차 및 코코아에서 카페인을 효율적으로 추출합니다.
커피 화합물의 초음파 추출
초음파 보조 추출은 식물 재료에서 생체 활성 물질을 분리하는 데 사용되는 일반적인 방법입니다[Dong et al. 2010]. 커피 원두와 관련하여 카페인 및 항산화 페놀 화합물은 제약 및 식품 산업에서 광범위하게 적용되기 때문에 추출에 가장 가치 있는 화합물일 수 있습니다. 그러나 플라보노이드, 클로로겐산 및 프로토 카테 추산은 첨가제로 사용되는 추출물입니다.
용매에서 액체-액체 추출과 같은 전통적인 추출 방법을 사용하면 일반적으로 추출 온도가 증가함에 따라 추출 효율이 증가합니다. 이것은 온도가 페놀 화합물의 안정성에 영향을 미치기 때문에 추출물의 손상 및 품질 손실을 자주 유발합니다.
초음파에 의한 고체-액체 추출은 효과적이고 시간을 절약하는 추출 방법으로 입증되었습니다. 매우 강력한 초음파력은 추출에 필요한 에너지를 제공하므로 용매가 더 적거나 전혀 필요하지 않습니다. 초음파 처리 된 배치 또는 플로우 셀 반응기를 효율적으로 냉각 (또는 필요한 경우 가열) 할 수 있으므로 온도를 잘 제어 할 수 있습니다.
초음파의 강렬한 추출력으로 인해 이미 사용한 커피 찌꺼기(커피 폐기물)도 여전히 추출 가능한 화합물이 풍부한 원료입니다. 커피 폐기물은 저렴하고 대량으로 구할 수 있기 때문에 나머지 활성 화합물을 추출하는 데 이상적인 원료입니다. 커피 폐기물의 카페인 및 기타 성분 함량은 사용하지 않은 커피 가루보다 낮지만 여전히 많은 양이 남아 있어 추출할 수 있습니다. 커피 찌꺼기에서 이러한 화합물을 방출하기 위해서는 가공 매개변수에 대한 완전한 영향이 특히 중요해집니다. 고출력 초음파는 짧은 처리 시간 내에 많은 양의 활성 화합물을 추출할 수 있습니다.
생두는 볶지 않은 커피콩으로 카페인이 매우 풍부합니다. 초음파 추출 및 콜드 브루잉은 녹색 커피 추출물 및 콜드 브루 생산을위한 훌륭한 기술입니다!
초음파 추출기 UIP2000hdT 커피 원두에서 생체 활성 화합물 추출용
커피 추출을 위한 고출력 초음파 발생기
초음파 보조 추출 절차를 보다 쉽게 이해하려면 액체에서 초음파의 영향을 설명해야 합니다.
초음파 – 액체에 도입 – 국부적으로 매우 극단적인 효과를 일으킵니다. 높은 강도로 액체를 초음파 처리 할 때 액체 매체로 전파되는 음파는 주파수에 따라 고압 (압축) 및 저압 (희박) 사이클을 번갈아 가며 속도를 높입니다. 저압 사이클 동안 고강도 초음파는 액체에 작은 진공 기포 또는 공극을 생성합니다. 기포가 더 이상 에너지를 흡수할 수 없는 부피에 도달하면 고압 사이클 동안 격렬하게 붕괴됩니다. 이 현상을 음향 캐비테이션이라고 합니다. 내파 중에는 국부적으로 매우 높은 온도(약 5,000K)와 압력(약 2,000atm)에 도달합니다. 캐비테이션 버블의 내파는 또한 최대 280m/s 속도의 액체 제트를 초래합니다. [서슬릭 1998] 이러한 극한의 힘에 의해 초음파 분해가 일어나고 세포벽이 파괴되며 세포 내 물질이 추출됩니다.
초음파 보조 추출은 기존 추출 기술에 비해 저렴하고 간단하며 효율적인 대안입니다. 고체-액체 추출에서 초음파의 주요 장점은 추출 수율의 증가와 더 빠른 역학을 포함합니다. 초음파 추출은 액체 용매를 사용하여 식물 재료를 추출하는 데 자주 사용되는 기술이며, 세포 파괴 및 입자 분산으로 인해 고체와 액상 사이의 표면적이 훨씬 더 크기 때문에 기존 방법에 비해 빠르고 완전한 추출 공정으로 입증되었습니다.
초음파 처리를 사용하면 작동 온도를 낮출 수 있으므로 온도에 민감한 구성 요소를 추출 할 수 있습니다. 마이크로파 보조 추출과 같은 다른 새로운 추출 기술과 비교할 때 초음파 장치는 저렴하고 작동이 더 쉽습니다. 또한, 초음파 보조 추출은 다양한 천연 화합물을 추출하기 위해 Soxhlet 추출과 같은 모든 용매와 함께 사용할 수 있습니다. [Wang 외. 2006]
초음파의 실질적인 장점은 가장 중요한 처리 매개 변수 인 진폭, 시간, 온도, 압력 및 점도에 대한 영향입니다. 이에 따라, 추출 공정은 추출물의 구조가 손상되지 않도록 최적화될 수 있다.
초음파 처리로 개선된 카페인 추출
카페인은 가장 일반적으로 섭취되는 각성제라고 할 수 있습니다. 카페인은 양조 커피를 마시는 것만으로 섭취되는 것이 아니기 때문에 카페인 추출물은 업계에서 카페인이 첨가물로 포함 된 다른 제품을 처리하는 데 사용됩니다. 이를 통해 더 진한 커피를 만들거나 청량 음료(예: 콜라), 에너지 음료 또는 기타 식품(예: 초콜릿)을 제조할 수 있습니다.
그러나 카페인은 식품 생산의 첨가제로 사용될 뿐만 아니라 의약품의 중요한 활성 화합물이기도 합니다. 카페인 추출물의 일반적인 응용 분야는 예를 들어 두통 및 편두통 약물 또는 진통제의 혼합물입니다.
커피의 주요 알칼로이드 인 카페인을 추출하려면 초음파가 적합한 방법입니다. Wang과 그의 동료들은 초음파를 사용하는 경우 포화 상태에 도달하는 데 짧은 추출 시간 만 필요하다는 것을 발견했습니다. 이것은 초음파가 카페인을 얻기 위한 매우 효율적이고 시간을 절약하는 기술임을 의미합니다. [Wang 외. 2011]
Sonication을 사용한 방향족 분자 및 향료 화합물의 심화 추출
휘발성 커피 화합물은 볶은 커피 원두에서 가장 가치 있는 부분이며 커피에 독특한 풍미와 향을 부여합니다. 수용성 커피의 품질은 커피 분말에 아로마 흡수 커피 오일을 첨가함으로써 실질적으로 향상될 수 있다.
딸기에서 페놀 화합물의 추출을 검사하는 비교 연구는 초음파 추출이 페놀의 분해를 덜 일으키고 고체-액체, 아 임계 수 및 마이크로파 보조 방법을 포함한 다른 추출 방법에 비해 훨씬 빠른 추출 과정임을 보여주었습니다. [Herrera 외. 2005]
Wang과 그의 동료들의 연구는 저주파, 고출력 초음파가 커피 맛 추출에 더 효율적이라는 것을 보여줍니다. 특히 4-Tridecanone와 2-Methoxy-3-Methylpyrazine를 위해, 그들은 초음파 적출이 아주 높은 적출 수확량을 얻는 더 쉽고 능률적인 기술을 찾아냈습니다. 또한, 커피 향 성분은 고온에서 매우 휘발성이 높기 때문에 온도를 제어해야 하는 것으로 나타났습니다. 그들은 상대적으로 짧은 시간의 초음파 조사에서 35 ~ 65 °C 사이의 온도 범위에서 우수한 추출 결과를 얻었습니다. [Wang 외. 2011]
Sonication에 의해 개선 된 차 추출
초음파 보조 추출에 의해 달성된 결과는 차 화합물(예: 녹차 잎)의 추출에도 적합합니다. Xia et al.의 연구에 따르면 초음파 처리 된 차 주입에서 기존 추출로 얻은 것보다 차 폴리페놀, 아미노산 및 카페인 함량이 훨씬 더 높았습니다. 그 결과 관능 평가 중에 개선된 결과가 나타났으며, 초음파 보조 추출을 사용한 차 주입의 감각적 품질은 기존 추출을 사용한 차 주입보다 우수했습니다. [Xia 외. 2005]
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허브에서 초음파 추출
결론: 초음파를 이용한 고효율 카페인 추출
초음파 보조 추출은 커피에서 활성 화합물을 추출하기 위한 효율적이고 시간을 절약하며 제어 가능한 방법입니다. 가장 흥미롭고 가치 있는 화합물은 카페인과 페놀 디테르펜(카페스톨, 카웰) 및 아스코르브산과 같은 항산화제입니다. 초음파 보조 추출의 주요 장점은 높은 수율에서 우수한 품질의 추출물입니다. 초음파 추출의 이러한 이점은 초음파 추출 매개 변수의 최적화와 정밀한 제어에 의해 달성됩니다.
카페인 추출을 위한 고성능 초음파 발생기
모든 처리 규모에서 카페인 추출과 관련하여 Hielscher Sonicators는 혁신과 효율성의 정점입니다. 소규모 장인 생산자이든 대규모 산업 제조 시설이든 Hielscher 초음파 발생기는 소스 재료에서 카페인의 순수한 본질을 추출하기위한 정확하고 강력한 솔루션을 제공합니다.
- 정확성과 일관성: Hielscher 프로브 형 초음파 발생기는 추출 과정을 정밀하게 제어하도록 설계되었습니다. 그들의 최첨단 기술은 배치 후 일관된 결과를 보장하여 카페인 추출물의 품질과 효능을 유지할 수 있도록 합니다.
- 확장성: Hielscher는 다양한 처리 규모에 적합한 다양한 초음파 발생기를 제공합니다. 연구 개발을위한 소형 벤치 탑 모델에서 대량을 처리 할 수있는 견고한 산업 시스템에 이르기까지 Hielscher는 생산 요구 사항을 충족하는 데 필요한 유연성을 제공합니다.
- 능률: Hielscher 초음파 발생기를 사용하면 기존 방법에 비해 추출 시간을 크게 줄일 수 있습니다. 이 기계에서 생성된 초음파는 강렬한 캐비테이션력을 생성하여 세포벽을 빠르게 파괴하고 카페인 분자를 방출하여 처리 주기를 단축합니다.
- 다재: Hielscher 초음파 발생기는 카페인 추출에만 국한되지 않습니다. 당사의 초음파 발생기는 식품, 제약 및 화장품 산업의 광범위한 응용 분야에 적용 할 수 있습니다. 커피 원두, 찻잎 또는 기타 식물 공급원에서 카페인을 추출하든 Hielscher 초음파 발생기는 귀하의 요구에 맞는 다양성을 제공합니다.
Hielscher 초음파는 ISO 인증 회사이며 최첨단 기술과 사용자 친화성을 갖춘 고성능 초음파에 특히 중점을 둡니다. 물론, Hielscher 초음파는 CE를 준수하며 UL, CSA 및 RoHs의 요구 사항을 충족합니다.
아래 표는 초음파기의 대략적인 처리 용량을 나타냅니다.
| 배치 볼륨(Batch Volume) | 유량 | 권장 장치 |
|---|---|---|
| 0.5에서 1.5mL | N.A. 개시 | 바이알트위터 | 1 내지 500mL | 10 내지 200mL/분 | 업100H |
| 10 내지 2000mL | 20 내지 400mL/분 | UP200HT, UP400ST |
| 0.1 내지 20L | 0.2 내지 4L/min | UIP2000hdT 님 |
| 10에서 100L | 2 내지 10L/min | UIP4000hdt 님 |
| 15에서 150L | 3 내지 15L/min | UIP6000hdT 님 |
| N.A. 개시 | 10 내지 100L/min | UIP16000 |
| N.A. 개시 | 큰 | 의 클러스터 UIP16000 |
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Hielscher 초음파는 실험실, 파일럿 및 산업 규모에서 혼합 응용 분야, 분산, 유화 및 추출을위한 고성능 초음파 균질화기를 제조합니다.
Coffee Extraction에 대해 자주 묻는 질문
커피와 커피 추출물이란 무엇입니까?
커피 – 볶은 커피 원두로 만든 – 전 세계적으로 소비되는 매우 인기 있는 음료입니다. 자극제 음료로 소모되는 경우에 그것의 활력을 주는 충격외에, 커피의 화합물은 각종 제품에 있는 귀중한 첨가물로 이용되는 음식, 약제 (예를들면 진통제에서) 및 화장용 기업을 위한 관심사의 이다. 이것은 특히 카페인(1,3,7-트리메틸크산틴)과 항산화제에 적용되는데, 이는 인체 건강에 긍정적인 영향을 미치는 것으로 알려져 있습니다. 커피에는 무엇보다도 카페스톨(Cafestol)과 카웰(kahweol)과 같은 페놀 디테르펜과 항산화 활성으로 알려진 아스코르브산이 함유되어 있습니다. 역학 연구에 따르면 커피의 성분은 제2형 당뇨병, 알츠하이머병, 파킨슨병, 간경변 및 간세포암과 같은 간 질환을 포함한 여러 만성 질환에 예방 효과가 있을 수 있습니다.
초음파는 다양한 산업 분야의 다양한 응용 분야에서 잘 알려져 있고 입증 된 도구입니다. 파워 초음파의 가장 두드러지고 성공적인 응용 분야 중 하나는 식물에서 생체 활성 화합물을 추출하는 것입니다. 초음파 캐비테이션은 세포를 교란시키고 그로 인하여 세포 내 물질의 방출을 일으키는 원인이 됩니다. 이러한 효과로 인해 초음파 처리는 매우 짧은 처리 시간 내에 더 높고 완전한 추출 수율을 제공합니다. 비열처리 기술로서, 생체 활성 분자는 고온에 의한 분해를 방지하여 고품질 추출물을 생성합니다.
커피 추출물은 카페인 함량이 높습니까?
예, 커피 추출물은 일반적으로 카페인 함량이 높지만 정확한 양은 콩의 종류와 사용하는 추출 방법에 따라 다릅니다. 초음파로 추출한 커피 추출물은 카페인 함량이 높은 경향이 있는데, 이 방법은 커피 원두에서 카페인을 포함한 화합물의 추출 효율을 향상시키기 때문입니다.
커피 추출물의 생체 활성 화합물은 무엇입니까?
커피 추출물의 생체 활성 화합물에는 카페인, 클로로겐산, 디테르펜(예: 카페스톨 및 카웰), 트리고넬린 및 다양한 항산화제가 포함됩니다.
블랙 커피와 그린 커피 추출물의 이점은 무엇입니까?
커피와 생두 추출물은 카페인으로 인한 정신 주의력 향상, 클로로겐산의 항산화 효과, 잠재적인 체중 감량 지원, 제2형 당뇨병과 같은 특정 질병의 위험 감소, 신경 퇴행성 질환에 대한 보호 등 여러 가지 잠재적인 이점이 있습니다. 특히 그린 커피 추출물은 클로로겐산 함량이 높기 때문에 체중 감량과 항산화 작용에 더 뚜렷한 영향을 미칠 수 있습니다.
블랙 커피와 그린 커피 추출물의 차이점은 무엇입니까?
블랙 커피는 볶은 커피 원두를 갈아서 양조하여 음료를 생산합니다. 로스팅 과정은 콩의 화학 성분을 변화시켜 클로로겐산 함량을 줄이는 동시에 풍미와 향을 향상시킵니다. 반면에 그린 커피 추출물은 클로로겐산과 기타 항산화제가 풍부한 볶지 않은 생두에서 추출됩니다. 이러한 화합물은 체중 감량 및 특정 만성 질환의 위험 감소를 포함한 다양한 건강상의 이점을 제공하는 것으로 믿어집니다. 블랙 커피와 달리 그린 커피 추출물은 일반적으로 음료가 아닌 건강 보조 식품으로 섭취됩니다.
문헌/참고문헌
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- 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.
