«Невидимый чемпион» по декофеинизации кофе: взгляд на технологию сверхкритического CO₂
Возможно, вы не заметили, но кофе с пометкой "без кофеина-на самом деле бывает разных сортов. В самых дорогих используется разработанная немцами физическая технология-сверхкритической экстракции углекислого газа. Это недешево, но люди, разбирающиеся в кофе, доверяют ему, потому что он удаляет кофеин, не теряя при этом вкуса.
I. Как все началось
Интересно, что сверхкритическое явление было впервые обнаружено французским учёным Туром в 1822 году. Нагревая герметичный стальной шар, он заметил, что когда температура достигла определённой точки, жидкость и газ внутри стали неразличимы-граница раздела просто исчезла. Но открытие — это одно; практическое применение заняло более ста лет.
В 1869 году британский учёный Эндрюс это выяснил и официально предложил концепцию «критической точки»: когда углекислый газ достигает 31 градуса и 7,38 мегапаскаля, он переходит в состояние «ни газа, ни жидкости». Позже, в 1879 году, кто-то обнаружил, что эта жидкость способна растворять твердые тела, но тогда это было просто отмечено, и никто не задумывался об этом глубже.
Настоящий прорыв произошел в 1962 году. Курт Зозель из Института Макса Планка в Германии исследовал сверхкритический диоксид углерода и случайно попробовал растворить с его помощью кофеин,-к своему удивлению, это сработало на удивление хорошо. Он понял, что это может иметь важные применения. В 1978 году в Германии начал работу первый в мире завод, использующий сверхкритический CO₂ для декофеинизации. Путь от лаборатории до промышленного-производства занял 16 лет.
II. Что делает его таким особенным
Состояние сверхкритического CO₂ трудно описать. Его плотность аналогична плотности жидкости, поэтому он обладает растворяющей способностью; но его вязкость низкая, диффузия быстрая, а проницаемость намного сильнее, чем у жидкостей. Проще говоря, это как жидкость в газовой оболочке.
Еще более интересно то, что, регулируя давление и температуру, можно контролировать растворение-как, например, настройку радиочастоты. Если вы хотите растворить кофеин, вы настроите его на «частоту», нацеленную на кофеин; эти крупные-ароматические соединения остаются нерастворенными и естественным образом остаются в зернах.
Обычный жидкий CO₂ — это не-полярный растворитель с ограниченной растворяющей способностью. Но как только он переходит в сверхкритическое состояние, его растворяющая способность «активируется». Это не метафизика; это физика.
III. Как это работает на заводах
Если вы посетите объект с таким оборудованием, на первый взгляд оно может показаться скучным:-ряды реакторов высокого давления-из нержавеющей стали, соединенных лабиринтом труб и клапанов. Но внутренний процесс продуман.
Первый шаг – предварительная обработка. Сырые кофейные зерна замачивают в горячей воде примерно на полчаса, повышая их влажность до 30–50 процентов. Этот шаг открывает структуру клеток зерна, обеспечивая лучшее проникновение во время экстракции.
Второй этап – экстракция. Бобы загружают в реактор высокого-давления, впрыскивают сверхкритический CO₂ и повышают давление на 250–300 атм,-выше, чем давление на дне глубокого моря. Затем наступает игра ожидания, от 5 до 12 часов. В это время сверхкритическая жидкость действует как бесчисленные крошечные пинцеты, проникающие в клетки бобов, чтобы выбрать молекулы кофеина и унести их. Эти вкусовые соединения с молекулярной структурой, отличной от кофеина, остаются позади.
Третий шаг – разделение. Кофеин, содержащий CO₂, поступает в реактор разделения; когда давление снижается, CO₂ снова превращается в газ и уходит, оставляя кофеин в осадок. CO₂ восстанавливается, подвергается повторному сжатию и повторно используется в замкнутом-цикле практически без выбросов.
Конечный результат: от 96 до 98 процентов кофеина удаляется, при этом кофейные зерна сохраняют свой первоначальный вкусовой профиль. Даже отделенный кофеин не выбрасывается впустую,-он продается фармацевтической промышленности и производству напитков.
IV. Сравнение технологий
Сегодня существует три основных метода декофеинизации кофе.
Одним из них является экстракция растворителем с использованием дихлорметана или этилацетата. Стоимость невысока, но потребителей часто беспокоят остатки органических растворителей. Starbucks использует метод с использованием дихлорметана.-Они подчеркивают, что уровни остатков намного ниже стандартов безопасности, но преодолеть психологическое сопротивление потребителей сложно.
Другим примером является Швейцарский водный процесс, разработанный в 1980-х годах. Это физический метод с довольно сложным принципом: горячая вода растворяет кофеин и ароматические соединения из зерен, затем активированный уголь отфильтровывает кофеин, а ароматная-вода возвращается к зернам, чтобы они могли повторно впитать ароматические соединения. Преимущество – отсутствие химических растворителей, но процесс сложен, расход воды высок, а затраты значительны.
Еще есть метод сверхкритического CO₂. Это чисто физический процесс без каких-либо органических растворителей. CO₂ сам по себе не-токсичен, не-воспламеняем, дешев и легко доступен. Температура экстракции близка к комнатной, поэтому чувствительные к теплу-ароматические соединения не повреждаются. Газ перерабатывается, что сводит к минимуму воздействие на окружающую среду.
У него есть только один недостаток: оборудование чрезвычайно дорогое. Для создания систем, способных выдерживать сотни атмосфер, требуются высококачественные-материалы и строгие стандарты безопасности. Без годовой добычи в несколько тысяч тонн окупить эти инвестиции невозможно. В результате фабрики, использующие эту технологию, в основном сосредоточены в США, Германии и Италии, а их продукция в основном проходит через сети супермаркетов, а не через специализированные кофейни.
V. За пределами кофе: более широкое применение
Технология сверхкритического CO₂ уже давно вышла за рамки декофеинизации кофе. В пищевой промышленности его используют для извлечения вкусовых компонентов из хмеля, эфирных масел и ванилина из растений, а также омега-3 из рыбьего жира. В фармацевтике его используют для извлечения активных ингредиентов традиционной китайской медицины и производства ультрамелких частиц лекарств. В области защиты окружающей среды исследователи изучают его в качестве замены перхлорэтилена в химической чистке, стремясь к действительно экологичной уборке.
Изучаются еще более амбициозные области применения: производство электроэнергии, производство наноматериалов, переработка электронных отходов и синтез биопластиков. Углекислый газ,-давно критикуемый как загрязнитель,-может однажды неожиданно стать героем окружающей среды.
VI. Вернемся к этой чашке кофе
В следующий раз, когда вы будете пить кофе без кофеина, обратите на это внимание. Если вы встретите кофе, который по-прежнему имеет насыщенный кофейный вкус и не имеет пресного или водянистого вкуса, скорее всего, он был изготовлен с использованием сверхкритического CO₂. За этой чашкой скрываются физические открытия XIX-века, немецкая инженерия XX-века и процесс разделения молекулярных-уровней поразительной точности.
Назвать его «невидимым чемпионом» не будет преувеличением. Он не обращен непосредственно к потребителям, но лежит в основе всей категории высококачественного кофе без кофеина. То, что вы пьете, — это не просто напиток-, это результат более чем ста лет научного прогресса, дистиллированный в одну чашку.
https://www.landerlee.com/supercritical-co2-cbd-extraction-device/large-supercritical-co2-extraction-equipment/supercritical-extraction-device.html. Если вас интересует наше сверхкритическое оборудование, отправьте нам электронное письмо или свяжитесь с нами через WhatsApp в любое время.