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제목 디카페인커피란? Caffeine = coffee + ine
작성자 momos (ip:)
  • 평점 0점  
  • 작성일 2021-05-10 17:15:59
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  • 조회수 866






카페인이란?

Caffeine = coffee + ine



Friedrich Runge / Search Wikipedia



1819년, 독일의 화학자인 프리드리히 페르디난트 룽게(Friedrich Runge)는 최초로 커피에서 카페인을 추출, 

커피 안에 있는 화학 물질(coffee + ine)의 뜻을 가진 Caffeine이라는 단어를 만들어냈다. 

그 후 19세기 말 헤르만 에밀 피셔(Hermann Emil Fischer)가 카페인의 화학구조를 밝혀냈고, 카페인의 분자식은 C8H10N4O2이다.

 

카페인은 흰색의 결정으로 쓴 맛이 나며, 커피 열매 안의 씨앗, 찻잎, 카카오와 콜라 열매, 마테차 나무와 과리나 등에 들어 있다. 

식물에 함유된 카페인은 식물을 먹고 사는 해충을 마비시켜 죽이는 일종의 살충제 역할을 하며 생존경쟁에서 살아남기 위한 생존 필수전략 역할을 한다.

 

인체에 카페인이 미치는 영향은 개인의 카페인에 대한 내성정도와 신체 사이즈에 따라 다르지만 

적당량을 섭취했을 경우 중추신경계와 신진대사를 자극하여 피로감과 졸음을 일시적으로 막아주는 효과가 있고, 이뇨작용을 촉진시키는 역할도 한다. 

하지만 장시간 다량으로 복용할 경우 불안, 두통, 심장떨림, 호흡성 알칼리증 등 다양한 신체적·정신적 카페인 중독 증상을 수반한다.

 

 

 

디카페인은?

누군가는 잠깐의 피로를 떨쳐내기 위해 , 누군가는 커피의 맛과 향을 즐기며 여가시간을 보내기 위해 커피를 찾는다. 

그만큼 커피를 찾는 이유는 다양하다. 하지만 카페인의 섭취를 확연히 줄이면서 커피의 향과 맛을 즐기고 싶다면 디카페인 커피를 추천해본다.

디카페인커피는 100% 카페인이 제거된 커피가 아니다

EU기준 99%이상 제거, USDA(United States Department of Agriculture)기준 카페인이 97% 제거된 커피를 디카페인으로 정의한다. 

예를 들어, 12온즈 컵 기준 평균 180mg 카페인을 함유한다면, 디카페인커피의 카페인 함유량은 약 5.4mg이다 (USDA기준)

그렇다면 카페인은 어떤 방식을 거쳐 제거되는 것일까?

 

 






대표적인 카페인 제거 방식

 


1. 로셀리우스 방식 Roselius Process


Ludwig Roselius /Search Wikipedia



최초 디카페인 개발자, 루드비히 로젤리우스(Ludwig Roselius)

그는 커피 감정사로 근무했던 아버지의 이른 죽음의 원인이 카페인 과다복용일 것이라는 의문을 시작으로 

수많은 연구 끝에 1902년 상업적으로 카페인을 제거하는 방식을 개발해냈고, 1906년 특허를 받았다. 

*커피 생두에서 최초로 카페인을 제거한 사람은 1819년 앞서 이야기한 룽게(Friedrich Ferdinand Runge)로 알려져 있지만, 

상업적인 카페인 제거기술이 개발된 것은 1900년대 초반이다

 

개발자의 이름을 따서 만들어진 ‘로셀리우스 방식(Roselius Process)’은 

증기를 쐰 생두에 산 또는 염기를 이용하여 카페인을 제거하는데 주로 벤젠(Benzene)을 사용하였다. 

이 방식으로 생산된 커피는 카페산카(Café Sanka)라는 이름으로 유럽에 판매되기 시작하였으나 벤젠의 유해성이 우려되어 현재는 사용하고 있지 않다.

 



2.유기 화학 용매를 통한 직접방식(Direct Process) 및 간접방식(Indirect Process) 추출

용매 추출법은 유기용매를 생두에 직접 닿게 해서 카페인을 추출하는 직접 추출법과, 

생두를 물에 넣어 성분을 녹인 다음 이 물에 용매를 넣어서 카페인만 제거하고, 

카페인을 제거한 물에 새로운 생두를 넣으면 포화 상태의 다른 성분은 녹아나오지 않고 카페인만 녹아 나오게 하는 간접 추출법이 있다.


직접방식(Direct Process)

먼저 생두에 압력을 가한 상태에서 증기를 쐬어 준다. 이 과정을 거친 커피콩은 부풀어 오르고 표면적이 넓어져 카페인 제거가 용이하게 된다. 

다음 단계는 다시 압력을 가한 상태에서 용매의 끓는 점에 가까운 온도에서 약 10시간 동안 

에틸아세테이트(ethyl acetate)와 메틸렌클로라이드(methylene chloride)와 같은 용매를 이용해 생두를 씻어내어 카페인을 제거한다. 

이후 씻어낸 용매에 다시 10시간 동안 수증기를 쬐어 잔류하는 용매를 제거하는데, 

미량의 용매 성분이 커피에 잔류하게 되지만 용매는 휘발성이기 때문에 로스팅 과정에서 조금 남아 있던 용매들도 다 날아간다.


간접방식(Indirect Process)

직접방식과 유사하나 용매와 생두가 직접 접촉되지 않도록 하는 방식이다. 

먼저 뜨거운 물에 몇 시간 동안 담가 성분들을 추출한 후 생두는 빼내고 남은 물에 용매를 넣어 카페인을 제거한다. 

카페인이 제거된 물에 같은 방식으로 다른 생두를 넣어 성분을 우려내고 다시 빼낸 후 용매를 첨가하여 카페인을 제거하는 방식을 반복한다. 

여러 번의 작업을 통하면 액체 내 성분들이 포화상태가 되어 평형이 이루어지므로 

더 이상 생두를 넣어도 맛이나 향 성분들이 빠져 나오지 못하는 상태가 되기 때문에 향미의 손실이 적다는 이점이 있다.

 



3.이산화탄소를 이용한 방식 CO2 Process

초임계 유체 추출 방식 원리

고압의 이산화탄소를 이용해 카페인을 분리하는 방식이다.

카페인 추출을 용이하게 하기 위해 생두를 부풀려 표면적을 넓히는데 우선 생두에 압력을 가한 상태에서 증기를 쐬어준다.

그 후 생두를 고압,고온(약 300기압, 65’C 이상)의 액화 상태의 초임계이산화탄소에 담그는데 이때 이산화탄소가 생두에 침투해 97%에서

최대 99%까지 카페인을 용해 또는 분리한다. 이 방식은 화학물질을 사용하지 않는다는 점과 카페인을 쉽게 녹일 수 있다는 장점이 있다.

하지만 이 방법을 이용하기 위해서는 특수한 설비가 필요하기 때문에 비용이 많이 든다는 단점도 있다.

 



4. 물을 이용한 방식 

스위스 워터 방식 Swiss Water Process

대표적인 디카페인 추출법으로 알려진 ‘스위스 워터 방식(Swiss Water Process)’은 

Swiss Water Decaffeinated Coffee Company에서 1930년대 초에 개발한 방식으로 커피의 향 손실을 줄이고 카페인만을 제거하는 방법으로 많이 알려져 있다. 

이 방식을 사용하기 위해서는 생두추출물(GCE: Green Coffee Extract)이라고 하는 용액이 필요하다. 

먼저 로스팅하지 않은 생두를 뜨거운 물에 넣어 카페인을 포함한 수용성 물질들이 물에 녹아 나오도록 한다. 

이 용액을 활성탄소(Carbon filter)로 거르면 분자량이 큰 카페인만 걸러지게 되는데, 이 과정으로 물속에는 카페인만 제거된 수용성 성분만 녹아져있다. 

이 물을 생두추출물이라 한다. 이 과정에 사용한 생두는 버리고, 생두 추출물에 새로운 생두를 넣는다. 

그러면 생두 추출물에는 카페인을 제외한 다른 수용성 물질은 포화 상태로 녹아 있기 때문에 비어있는 카페인 자리에 새로운 생두 속 카페인이 녹아 나온다. 

즉, 이 새 생두 속 카페인이 제거되어지게 된다. 그리고 나면 생두는 건져서 말린 다음 사용한다. 

카페인을 추출한 물은 다시 카본필터로 걸러서 카페인만 걸러내고 다시 쓸 수 있다. 

용매 추출법 중 간접 추출법과 비슷하며 용매 대신 카본 필터를 사용하는 차이점만 있다고 볼 수 있다.

 

 








출처 및 참고자료

https://www.compoundchem.com/2018/09/26/coffee-decaffeination/

[네이버 지식백과] 카페인 [caffeine] (두산백과)

https://www.newiki.net/wiki/%EB%94%94%EC%B9%B4%ED%8E%98%EC%9D%B8_%EC%BB%A4%ED%94%BC

 http://baristarules.maeil.com/blog/3497/

Wikipedia



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