“Nhà vô địch vô hình” trong quá trình khử caffein trong cà phê: Cái nhìn về công nghệ CO₂ siêu tới hạn
Có thể bạn không để ý nhưng cà phê được gắn nhãn "không chứa caffeine" thực sự có nhiều loại khác nhau. Những loại đắt nhất sử dụng công nghệ vật lý được phát triển bởi công nghệ chiết xuất carbon dioxide siêu tới hạn-của người Đức. Nó không rẻ, nhưng những người biết cà phê tin tưởng nó vì nó loại bỏ caffeine mà không làm mất đi hương vị.
I. Mọi chuyện đã bắt đầu như thế nào
Điều thú vị là hiện tượng siêu tới hạn được nhà khoa học người Pháp Tour phát hiện lần đầu tiên vào năm 1822. Khi đun nóng một quả cầu thép kín, ông quan sát thấy rằng khi nhiệt độ đạt đến một điểm nhất định, chất lỏng và khí bên trong trở nên không thể phân biệt được-mặt phân giới biến mất. Nhưng khám phá là một chuyện; ứng dụng thực tế phải mất hơn một trăm năm.
Năm 1869, nhà khoa học người Anh Andrews đã tìm ra điều đó và chính thức đề xuất khái niệm "điểm tới hạn": khi carbon dioxide đạt tới 31 độ và 7,38 megapascal, nó sẽ chuyển sang trạng thái "không phải khí cũng không phải chất lỏng". Sau này, vào năm 1879, có người phát hiện ra rằng chất lỏng này có thể hòa tan chất rắn, nhưng vào thời điểm đó nó chỉ được ghi nhận và không ai nghĩ sâu hơn về nó.
Bước đột phá thực sự đến vào năm 1962. Kurt Zosel tại Viện Max Planck ở Đức đang nghiên cứu carbon dioxide siêu tới hạn và tình cờ thử hòa tan caffeine bằng nó-thật ngạc nhiên, nó hoạt động rất hiệu quả. Ông nhận ra điều này có thể có những ứng dụng quan trọng. Năm 1978, nhà máy đầu tiên trên thế giới sử dụng CO₂ siêu tới hạn để khử caffein bắt đầu hoạt động ở Đức. Phải mất 16 năm để đi từ phòng thí nghiệm đến sản xuất ở quy mô công nghiệp-.
II. Điều gì khiến nó trở nên đặc biệt
Trạng thái của CO₂ siêu tới hạn rất khó mô tả. Mật độ của nó tương tự như chất lỏng nên có khả năng hòa tan; nhưng độ nhớt của nó thấp, độ khuếch tán nhanh và độ thấm mạnh hơn nhiều so với chất lỏng. Nói một cách đơn giản, nó giống như một chất lỏng khoác lên mình lớp áo khí.
Điều thú vị hơn nữa là việc điều chỉnh áp suất và nhiệt độ có thể kiểm soát những gì nó hòa tan-như điều chỉnh tần số vô tuyến. Nếu bạn muốn hòa tan caffeine, bạn điều chỉnh nó theo "tần số" nhắm đến caffeine; những hợp chất hương vị phân tử lớn-đó vẫn không bị hòa tan và tồn tại một cách tự nhiên trong đậu.
CO₂ lỏng thông thường là một-dung môi không phân cực có khả năng hòa tan hạn chế. Nhưng một khi nó đi vào trạng thái siêu tới hạn, khả năng hòa tan của nó sẽ được “kích hoạt”. Đây không phải là siêu hình học; đó là vật lý.
III. Nó hoạt động như thế nào trong các nhà máy
Nếu bạn đến thăm một cơ sở có thiết bị này, bạn có thể thấy-hàng lò phản ứng áp suất cao-bằng thép không gỉ đầu tiên được nối với nhau bằng một mê cung đường ống và van. Nhưng quy trình bên trong được thiết kế khéo léo.
Bước đầu tiên là tiền xử lý. Hạt cà phê thô được ngâm trong nước nóng khoảng nửa giờ, tăng độ ẩm lên 30 đến 50%. Bước này mở ra cấu trúc tế bào của hạt, cho phép thẩm thấu tốt hơn trong quá trình chiết xuất.
Bước thứ hai là khai thác. Đậu được đưa vào-lò phản ứng áp suất cao, CO₂ siêu tới hạn được bơm vào và áp suất được nâng lên 250 đến 300 atm-cao hơn áp suất ở đáy biển sâu. Sau đó là trò chơi chờ đợi, khoảng từ 5 đến 12 giờ. Trong thời gian này, chất lỏng siêu tới hạn hoạt động giống như vô số chiếc nhíp nhỏ xíu, khoan vào tế bào hạt đậu để gắp ra các phân tử caffeine và mang chúng đi. Những hợp chất hương vị đó, với cấu trúc phân tử khác với caffeine, vẫn còn sót lại.
Bước thứ ba là tách biệt. CO₂ chứa caffeine đi vào lò phản ứng phân tách; khi áp suất giảm, CO₂ chuyển trở lại thành khí và thoát ra ngoài, khiến caffeine kết tủa ra ngoài. CO₂ được thu hồi, điều áp lại và tái sử dụng trong một chu trình- khép kín mà hầu như không có khí thải.
Kết quả cuối cùng: 96 đến 98 phần trăm caffeine được loại bỏ, trong khi hạt cà phê vẫn giữ được hương vị ban đầu. Ngay cả caffeine được tách ra cũng không bị lãng phí-nó được bán cho ngành dược phẩm và đồ uống.
IV. So sánh các công nghệ
Ngày nay, có ba phương pháp chính để khử caffein trong cà phê.
Một là chiết bằng dung môi, sử dụng diclometan hoặc etyl axetat. Giá thành thấp nhưng người tiêu dùng thường lo ngại về dư lượng dung môi hữu cơ. Starbucks sử dụng phương pháp dichloromethane-họ nhấn mạnh rằng mức dư lượng thấp hơn nhiều so với tiêu chuẩn an toàn nhưng khó vượt qua sự phản kháng tâm lý của người tiêu dùng.
Một cái khác là Quy trình xử lý nước của Thụy Sĩ, được phát triển vào những năm 1980. Đây là một phương pháp vật lý có nguyên tắc hơi phức tạp: nước nóng hòa tan cả caffeine và hợp chất hương vị trong đậu, sau đó than hoạt tính lọc caffeine và nước giàu hương vị được đưa trở lại đậu để chúng có thể hấp thụ lại các hợp chất hương vị. Ưu điểm là không có dung môi hóa học nhưng quy trình phức tạp, lượng nước tiêu thụ cao và chi phí đáng kể.
Sau đó là phương pháp CO₂ siêu tới hạn. Đó là một quá trình vật lý thuần túy không có dung môi hữu cơ. Bản thân CO₂ không-độc hại, không-dễ cháy, rẻ và sẵn có. Nhiệt độ chiết gần bằng nhiệt độ phòng nên các hợp chất hương vị nhạy cảm với nhiệt-không bị hư hại. Khí được tái chế, giảm thiểu tác động đến môi trường.
Nó chỉ có một nhược điểm: thiết bị cực kỳ đắt tiền. Hệ thống tòa nhà có thể chịu được hàng trăm bầu khí quyển đòi hỏi phải có vật liệu-cao cấp và tiêu chuẩn an toàn nghiêm ngặt. Nếu không có sản lượng vài nghìn tấn/năm thì không thể thu hồi được khoản đầu tư này. Do đó, các nhà máy sử dụng công nghệ này chủ yếu tập trung ở Mỹ, Đức, Ý và sản phẩm của họ chủ yếu đi qua các chuỗi siêu thị hơn là các quán cà phê đặc sản.
V. Ngoài cà phê: Ứng dụng rộng hơn
Công nghệ CO₂ siêu tới hạn từ lâu đã vượt ra ngoài khả năng khử caffein trong cà phê. Trong ngành công nghiệp thực phẩm, nó được sử dụng để chiết xuất các thành phần hương vị từ hoa bia, tinh dầu và vanillin từ thực vật và Omega{3}}3 từ dầu cá. Trong dược phẩm, nó được sử dụng để chiết xuất các hoạt chất từ y học cổ truyền Trung Quốc và sản xuất các hạt thuốc siêu mịn. Để bảo vệ môi trường, các nhà nghiên cứu đang khám phá nó như một chất thay thế cho perchloroethylene trong giặt khô, hướng tới mục tiêu làm sạch thực sự xanh.
Thậm chí nhiều ứng dụng đầy tham vọng hơn đang được khám phá: sản xuất điện, sản xuất vật liệu nano, xử lý chất thải điện tử và tổng hợp nhựa sinh học. Carbon dioxide-từ lâu bị chỉ trích là chất gây ô nhiễm-một ngày nào đó có thể trở thành anh hùng môi trường bất ngờ.
VI. Quay lại với tách cà phê đó
Lần tới khi bạn uống cà phê đã khử caffein, hãy chú ý. Nếu bạn bắt gặp loại cà phê vẫn có hương vị cà phê đậm đà và không có vị nhạt hoặc nhiều nước, rất có thể nó được làm bằng CO₂ siêu tới hạn. Đằng sau chiếc cốc đó là một khám phá vật lý thế kỷ-thế kỷ 19, kỹ thuật Đức thế kỷ 20-và một quy trình phân tách cấp độ phân tử-có độ chính xác vượt trội.
Gọi nó là “nhà vô địch vô hình” cũng không hề quá lời. Nó không trực tiếp đối mặt với người tiêu dùng nhưng nó củng cố toàn bộ danh mục cà phê-cao cấp đã khử caffein. Thứ bạn đang uống không chỉ là đồ uống-mà là tiến bộ khoa học hơn một trăm năm, được chưng cất thành một cốc duy nhất.
https://www.landerlee.com/superessential-co2-cbd-extraction-device/large-super tới hạn-co2-extraction-equipment/superessential-extraction-device.html. Nếu bạn quan tâm đến thiết bị siêu tới hạn của chúng tôi, vui lòng gửi email cho chúng tôi hoặc liên hệ với chúng tôi qua WhatsApp bất cứ lúc nào.