Use of Instant Controlled Pressure Drop (D.I.C.) Technology for the Decaffeination of Coffee Beans
Utilisation de la technologie de Détente Instantanée Contrôlé pour la décaféination de grains de café
Résumé
Introduction
The Instant Controlled Pressure Drop (D.I.C.) technology is an emerging agri-food technology that applies high-temperature, short-time (HTST) treatments that modify the structure of treated materials by expansion while preserving product quality. This technology has shown great promise for a wide range of applications, including drying, sterilization, and biomolecule extraction. Compared to conventional processes, several studies have demonstrated that D.I.C. reduces energy costs and preserves product quality.
Summary
Arabica coffee beans were used in our study. They have an average caffeine content of 1 to 1.2%, which can range from 0.9% to 1.5% for this variety according to some studies. Decaffeination methods are varied for this coffee as well as for other varieties, with many relying on solvent extraction methods, such as hexane. Research on extraction techniques focuses on reducing the energy consumption of processes like hot extraction, as well as removing purification steps that lead to high energy costs and pose health risks for operators and consumers alike. In our study, we focused on the impact of D.I.C. pretreatment on coffee beans and on the decaffeination process using supercritical CO₂. For this purpose, unroasted and whole coffee beans were pretreated with D.I.C. at 7 bars for 30 seconds. Caffeine extraction from untreated (control) and D.I.C.-treated beans was then conducted using supercritical CO₂. A parametric optimization study was carried out by varying the moisture content of the beans (30% and 50%), pressure (300 and 350 bars), extraction temperature (55 and 70°C), and extraction time (1h30, 3h, and 6h). The extraction kinetics were monitored to analyze the obtained extracts and determine their caffeine content. The impact of the treatment on the roasting stage is under investigation, and we observed that untreated beans burst upon exiting the reactor, due to diffusion-related physical phenomena. Visual differences were also noted in the state of the coffee after extraction. A significant cumulative mass was extracted almost twice as quickly from the treated beans compared to extraction from control beans. However, a decaffeination yield of 60% was achieved from untreated beans compared to 42% for D.I.C.-treated beans for a set extraction time.
Introduction
La technologie de Détente Instantanée Contrôlé (D.I.C.) est une technologie agroalimentaire émergente qui consiste à appliquer un traitement à haute température et de courte durée (HTST) qui modifie la structure des matériaux traités par expansion tout en préservant la qualité du produit. Cette technologie s’est montrée très prometteuse pour un large panel d’applications comme le séchage, la stérilisation et l’extraction de biomolécules. Par rapport aux procédés conventionnels, plusieurs études ont montré que la D.I.C. permet de réduire les coûts énergétiques et de préserver la qualité des produits.
Résumé
Les grains de café ‘arabica’ ont servi à notre étude. Elles ont un taux de caféine moyennant les 1 à 1,2%, cette valeur pouvant aller de 0,9% à 1,5% pour cette variété d’après certains articles. Les méthodes de décaféination sont multiples pour ce café comme pour d’autres variétés et un bon nombre se font par extraction à l’aide de solvants tel que l’hexane. Les extractions font l’objet d’études pour réduire la consommation en énergie des procédés utilisés comme pour les extractions à chaud, ainsi que pour soustraire les étapes de purification qui engendrent des coûts énergétiques et des risques pour la santé des opérateurs mais aussi des consommateurs. Dans le cadre de notre étude, nous nous sommes intéressés à l’impact d’un prétraitement par D.I.C. sur des grains de café, sur le procédé de décaféination par CO2 supercritique. Pour ce faire, des grains de café, non torréfiés et non broyés, ont été prétraités par DICà 7 bars pendant 30 secondes. L’extraction de la caféine à partir des grains non traités (témoin) et ceux traités par DIC a été ensuite réalisée par CO2 supercritique. Une étude paramétrique d’optimisation a été réalisée, en faisant varier le taux d’humidité des grains (30% et 50%), la pression (300 et 350 bars), la température d’extraction (55 et 70°C) et le temps d’extraction (1h30, 3h et 6h). La cinétique d’extraction a été suivie pour ensuite analyser les extraits obtenus et déterminer leur teneur en caféine. L’impact du traitement sur l’étape de torréfaction est en cours d’étude, et nous avons observé que les grains non traités explosent en sortie du réacteur, au vu des phénomènes physiques de diffusion. Des différences visuelles ont aussi été notées sur l’état du café après extraction. Une masse cumulée importante est extraite presque deux fois plus rapidement sur les grains traités par rapport à l’extraction sur un grain témoin. Cependant, un rendement de décaféination de 60% a été obtenu à partir des grains non traités contre 42% pour ceux traités par DIC pour un temps d’extraction de 6h. Ces données sont le fruit d’une analyse par spectrophotométrie UV-Visible. Le traitement par DIC a permis d’extraire plus rapidement la caféine des grains, mais le taux de décaféination reste inférieur pour ces grains. Nous étudierons les phénomènes intervenant avec la désorption des molécules et leur diffusion pour comprendre le fait que la décaféination du grain traité ne soit pas terminée à 6H. Par ailleurs, les grains traités et non traités ont été ensuite torréfiés afin d’en évaluer les propriétés organoleptiques. Aucune dégradation n’a été engendrée par le pré-traitement par DIC.
| Origine | Fichiers produits par l'(les) auteur(s) |
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