커피 유용 물질 함량 증가를 위한 초임계 추출법 연구
Studies on Enhancement of Functional Substances in Coffee by Supercritical Fluid Extraction
초록/요약
커피는 커피 빈의 종류나 로스팅 방식 그리고 추출 방식에 따라서 다양한 맛과 향을 느낄 수 있고, 이에 여러 커피 전문점에서 각자만의 개성 있는 맛으로 소비자를 유혹하고 있다. 커피가 기호 식품으로써 널리 알려져 있음에도 불구하고, 커피에 있어서 기능성을 가지는 성분들은 널리 알려지지 못하였고, 또한 기존 방법들로 추출하는데 한계가 있다. drip이나 espresso방식으로 추출이 된 커피에는 커피가 가지는 수많은 기능성 성분들이 포함이 되지 않거나 혹은 일부 조금만 포함이 된다. 본 실험에서 사용된 초임계 이산화탄소를 이용하여 초임계 커피를 추출하는 경우 커피에 있어서 기존 방법에 비해 새로운 성분들과 함량이 더 높은 성분들을 얻어낼 수가 있다. 추출 방식에 따라서 커피 빈에 존재하는 palmitic acid, stearic acid, linoleic acid, oleic acid와 α-tocopherol, β-sitosterol, cafestol(1)을 적게는 10%이하에서 많게는 80%이상의 추출 효율 차이를 가진다. 이는 drip의 경우 물만을 사용해서 필터로 걸러내는 방식이기 때문에 수용성 성분만을 추출해내는 단점을 가지기 때문이며, espresso커피 또한 압력과 온도로 인해 고온, 고압을 이용하는 방식이기는 하나 그 추출시간이 너무 짧고, 초임계 장치에 비해서 저압이 사용되기 때문에 초임계 추출 장치와는 큰 차이가 있다. 또한, 커피가 가지고 있는 악취 성분들을 original방식으로 추출 할 경우 추출 시 향을 맡게 되고, 일부 추출물에 남아 있게 되어서 사람이 섭취하거나 향을 맡게 되지만, 초임계 추출 과정을 거침으로써 악취성분들을 흡착제로 제거함으로써 커피 향에서 질이 떨어지는 향을 제거하거나 함량을 줄이는 것이 가능해진다. 이는 커피에서 고소한 향이나 맛을 내는 대부분의 향은 수용성을 띄게 되고, 악취성분들은 비극성 용매로써 추출이 가능해지기 때문이다. 본 실험에서는 초임계 추출 사용하였다. 초임계 추출은 기체와 액체와 비교할 때 액체의 밀도와 비슷한 값을 가지고, 점도는 기체에 10-1정도의 차이만 나며, 확산 계수는 액체의 1,000배 정도로 큰 값을 가진다. 초임계 커피의 경우 original 방식보다 압력을 높이고, 상대적으로 낮은 온도에서 이루어지므로, 물질의 변성이 적고, 커피 시료에의 멸균 및 불순물 제거 특징을 가지게 된다. 또한 초임계 조건에서 온도와 압력을 조절함으로써 밀도를 이상기체에 가까운 희박상태에서부터 액체 밀도에 가까운 고밀도 상태까지 연속적으로 변화시킬 수 있기 때문에 간단한 조건 변화로 유체의 용해도, 점도, 확산계수, 열전도도와 분자 상태를 조절함으로써 원하는 커피 물질을 추출해내는 것과 추출 시간의 조정으로 추출효율을 변화시키는 것이 가능해지므로, 커피 추출에 있어서 가장 적합하다고 볼 수 있다.
more초록/요약
Coffee has a variety of tastes and flavors according to species of coffee beans, methods of roasting and methods of extraction, so many of coffee specialty store allure to consumers by personality tastes. However, functional group in coffee couldn’t become generally known and original methods have difficulty in extracting functional group. A lot of functional groups in coffee are scarcely or not included by drip and espresso extraction. The study of Super Critical Fluid extraction is possible to get high extract efficiency rather than original methods. This study has high extract efficiency (10%~80%) in palmitic acid, stearic acid, linoleic acid, oleic acid, a-tocopherol, b-sitosterol, cafestol. This is because drip method is just using water to filter through the filter and only being able to extract hydrophilic group, and espresso method uses high pressure and high temperature to extract but it’s extraction time is too short, and compared to the Super Critical Fluid extraction pressure is low causing a big difference. Furthermore when removing odor of the coffee using original methods the odor can be smelled while extracting, odor can be left in the extract and people can intake or smell the odor, on the other hand through Super Critical Fluid procedures using absorbents odor group can be removed, causing reduction in odor groups that lower the quality of coffee flavor. Most of the flavors in coffee are hydrophilic and odor groups can be extracted using non-polar solvent. This is why Super Critical Fluid method was used. Compared with gas and liquid, SFE has similar density as liquid, viscosity difference of 10-1 with gas, and diffusion efficiency 1000 times greater than the liquid. SCF extracted coffee compared to original method extracted coffee goes through higher pressure, relatively lower temperature causing lower denaturation, sterilization and removal impurities. Furthermore, through control of temperature and pressure density can be changed from ideal gas value to liquid value continuously. Therefore slight changes in SCF conditions fluid solubility, viscosity, diffusion efficiency, heat transfer coefficient and molecular state can be controlled for extracting desired coffee extract and through change in extracting time extract efficiency and be changed. These are the reasons why SCE is most ideal for coffee extraction.
more목차
1. 서론 = 1
1.1 초임계 유체 기술 = 1
1.2 커피 = 3
1.2.1 커피 = 3
1.2.2 커피 유용 성분 = 3
1.2.3 커피 추출 방식 = 4
1.3 연구 목적 = 4
2. 실험 재료 및 연구 방법 = 5
2.1 재료 및 시약 = 5
2.2 연구 방법 = 5
2.2.1 Soxhlet 추출 장치 및 추출 방법 = 5
2.2.2 Drip 추출 장치 및 추출 방법 = 6
2.2.3 Espresso 추출 장치 및 추출 방법 = 6
2.2.4 초임계 추출 장치 및 추출 방법 = 6
2.2.5 향기 성분 포집 장치 및 추출 방법 = 9
2.3 분석방법 = 11
2.3.1 커피 지방산 분석 = 11
2.3.2 α-tocopherol 분석 = 11
2.3.3 β-sitosterol 분석 = 11
2.3.4 cafestol 분석 = 12
2.3.5 향기 성분 분석 = 12
3. 결과 및 고찰 = 12
3.1 커피 유용 물질 함량 = 12
3.1.1 초임계 커피와 기존 방식 커피를 이용한 지방산 물질 추출 = 13
3.1.2 초임계 커피와 기존 방식 커피를 이용한 α- tocopherol, β-sitosterol 추출 = 16
3.1.3 초임계 커피와 기존 방식 커피를 이용한 cafestol 추출 = 18
3.2 초임계 커피와 기존 방식 커피에서의 악취 성분 제거 = 20
3.3 초임계 추출 커피 = 23
3.3.1 초임계 이산화탄소를 이용한 커피 기능성 성분 추출에 있어서의 최적화 - 온도 = 23
3.3.2 초임계 이산화탄소를 이용한 커피 기능성 성분 추출에 있어서의 최적화 - 압력 = 26
3.3.3 초임계 유 이용 초임계 커피 (카페라떼) = 29
4. 결론 = 29
5. 참고 문헌 = 31
ABSTRACT = 33
