कॉफ़ी डिकैफ़िनेशन का "अदृश्य चैंपियन": सुपरक्रिटिकल CO₂ प्रौद्योगिकी पर एक नज़र
आपने ध्यान नहीं दिया होगा, लेकिन "कैफ़ीन-मुक्त" लेबल वाली कॉफ़ी वास्तव में विभिन्न ग्रेडों में आती है। सबसे महंगे जर्मनों द्वारा विकसित सुपरक्रिटिकल कार्बन डाइऑक्साइड निष्कर्षण वाली भौतिक तकनीक का उपयोग करते हैं। यह सस्ता नहीं है, लेकिन जो लोग कॉफी जानते हैं वे इस पर भरोसा करते हैं क्योंकि यह स्वाद को खत्म किए बिना कैफीन को हटा देता है।
I. यह सब कैसे शुरू हुआ
दिलचस्प बात यह है कि इस सुपरक्रिटिकल घटना की खोज सबसे पहले 1822 में फ्रांसीसी वैज्ञानिक टूर ने की थी। एक सीलबंद स्टील की गेंद को गर्म करते समय, उन्होंने देखा कि जब तापमान एक निश्चित बिंदु तक पहुंच गया, तो अंदर का तरल और गैस अप्रभेद्य हो गए थे। इंटरफ़ेस गायब हो गया था। लेकिन खोज एक बात है; व्यावहारिक अनुप्रयोग में सौ वर्ष से अधिक का समय लगा।
1869 में, ब्रिटिश वैज्ञानिक एंड्रयूज ने इसका पता लगाया और औपचारिक रूप से "महत्वपूर्ण बिंदु" की अवधारणा का प्रस्ताव रखा: जब कार्बन डाइऑक्साइड 31 डिग्री और 7.38 मेगापास्कल तक पहुंच जाता है, तो यह एक ऐसी स्थिति में प्रवेश करता है जो "न तो गैस और न ही तरल" होती है। बाद में, 1879 में, किसी ने पता लगाया कि यह द्रव ठोस पदार्थों को घोल सकता है, लेकिन उस समय यह केवल नोट किया गया था, और किसी ने भी इसके बारे में अधिक गहराई से नहीं सोचा था।
वास्तविक सफलता 1962 में मिली। जर्मनी में मैक्स प्लैंक इंस्टीट्यूट में कर्ट ज़ोसेल सुपरक्रिटिकल कार्बन डाइऑक्साइड पर शोध कर रहे थे और उन्होंने आकस्मिक रूप से इसके साथ कैफीन को घोलने की कोशिश की, उन्हें आश्चर्य हुआ कि इसने उल्लेखनीय रूप से अच्छा काम किया। उन्होंने महसूस किया कि इसके महत्वपूर्ण अनुप्रयोग हो सकते हैं। 1978 में, डिकैफ़िनेशन के लिए सुपरक्रिटिकल CO₂ का उपयोग करने वाली दुनिया की पहली फ़ैक्टरी का संचालन जर्मनी में शुरू हुआ। प्रयोगशाला से औद्योगिक पैमाने पर उत्पादन तक पहुंचने में 16 साल लग गए।
द्वितीय. इसे क्या विशेष बनाता है
सुपरक्रिटिकल CO₂ की स्थिति का वर्णन करना कठिन है। इसका घनत्व तरल के समान होता है, इसलिए इसमें घुलने की शक्ति होती है; लेकिन इसकी श्यानता कम है, प्रसार तेज़ है, और पारगम्यता तरल पदार्थों की तुलना में बहुत मजबूत है। सीधे शब्दों में कहें तो यह गैस का कोट पहने हुए तरल पदार्थ की तरह है।
इससे भी दिलचस्प बात यह है कि दबाव और तापमान को समायोजित करने से यह नियंत्रित हो सकता है कि यह क्या घुलता है {{0}जैसे कि रेडियो फ्रीक्वेंसी को ट्यून करना। यदि आप कैफीन को घोलना चाहते हैं, तो आप इसे "आवृत्ति" पर ट्यून करते हैं जो कैफीन को लक्षित करती है; वे बड़े -अणु स्वाद यौगिक अघुलनशील रहते हैं और स्वाभाविक रूप से फलियों में रहते हैं।
साधारण तरल CO₂ सीमित घुलनशील क्षमता वाला एक गैर-ध्रुवीय विलायक है। लेकिन एक बार जब यह सुपरक्रिटिकल स्थिति में प्रवेश कर जाता है, तो इसकी विघटनकारी शक्ति "सक्रिय" हो जाती है। यह तत्वमीमांसा नहीं है; यह भौतिकी है.
तृतीय. यह कारखानों में कैसे काम करता है
यदि आप इस उपकरण के साथ किसी सुविधा केंद्र पर जाते हैं, तो पाइप और वाल्वों की भूलभुलैया से जुड़े स्टेनलेस स्टील के उच्च दबाव वाले रिएक्टरों की पंक्तियाँ पहली नजर में अजीब लग सकती हैं। लेकिन अंदर की प्रक्रिया चतुराई से इंजीनियर की गई है।
पहला कदम प्रीट्रीटमेंट है। कच्ची कॉफी बीन्स को लगभग आधे घंटे तक गर्म पानी में भिगोया जाता है, जिससे उनमें नमी की मात्रा 30 से 50 प्रतिशत तक बढ़ जाती है। यह कदम बीन की कोशिका संरचना को खोलता है, जिससे निष्कर्षण के दौरान बेहतर प्रवेश की अनुमति मिलती है।
दूसरा चरण निष्कर्षण है. बीन्स को उच्च दबाव वाले रिएक्टर में लोड किया जाता है, सुपरक्रिटिकल CO₂ को इंजेक्ट किया जाता है, और दबाव को गहरे समुद्र के तल पर दबाव से 250 से 300 वायुमंडल तक बढ़ा दिया जाता है। फिर प्रतीक्षा का खेल आता है, 5 से 12 घंटे तक। इस समय के दौरान, सुपरक्रिटिकल तरल पदार्थ अनगिनत छोटे चिमटी की तरह काम करता है, कैफीन अणुओं को निकालने और उन्हें दूर ले जाने के लिए बीन कोशिकाओं में ड्रिलिंग करता है। कैफीन से भिन्न आणविक संरचना वाले वे स्वाद यौगिक पीछे रह जाते हैं।
तीसरा चरण है अलगाव. कैफीन युक्त CO₂ एक पृथक्करण रिएक्टर में प्रवेश करता है; जब दबाव कम हो जाता है, तो CO₂ वापस गैस में बदल जाता है और बाहर निकल जाता है, जिससे कैफीन बाहर निकल जाता है। CO₂ को पुनर्प्राप्त किया जाता है, पुन: दबाव डाला जाता है, और एक बंद लूप चक्र में पुन: उपयोग किया जाता है, वस्तुतः कोई उत्सर्जन नहीं होता है।
अंतिम परिणाम: 96 से 98 प्रतिशत कैफीन हटा दिया जाता है, जबकि कॉफी बीन्स अपने मूल स्वाद प्रोफ़ाइल को बरकरार रखते हैं। यहां तक कि अलग की गई कैफीन भी बर्बाद नहीं होती है, इसे दवा और पेय उद्योगों को बेच दिया जाता है।
चतुर्थ. प्रौद्योगिकियों की तुलना करना
आज, कॉफ़ी को डिकैफ़िनेट करने की तीन मुख्य विधियाँ हैं।
एक विलायक निष्कर्षण है, जिसमें डाइक्लोरोमेथेन या एथिल एसीटेट का उपयोग किया जाता है। लागत कम है, लेकिन उपभोक्ताओं को अक्सर कार्बनिक विलायक अवशेषों के बारे में चिंता होती है। स्टारबक्स डाइक्लोरोमेथेन विधि का उपयोग करता है-वे इस बात पर जोर देते हैं कि अवशेषों का स्तर सुरक्षा मानकों से काफी नीचे है, लेकिन उपभोक्ताओं के मनोवैज्ञानिक प्रतिरोध पर काबू पाना कठिन है।
दूसरी स्विस जल प्रक्रिया है, जिसे 1980 के दशक में विकसित किया गया था। यह कुछ हद तक जटिल सिद्धांत के साथ एक भौतिक विधि है: गर्म पानी बीन्स से कैफीन और स्वाद यौगिकों दोनों को घोलता है, फिर सक्रिय कार्बन कैफीन को फ़िल्टर करता है, और स्वाद से भरपूर पानी बीन्स में वापस कर दिया जाता है ताकि वे स्वाद यौगिकों को फिर से अवशोषित कर सकें। फायदा यह है कि कोई रासायनिक विलायक नहीं है, लेकिन प्रक्रिया जटिल है, पानी की खपत अधिक है और लागत महत्वपूर्ण है।
फिर सुपरक्रिटिकल CO₂ विधि है। यह एक शुद्ध भौतिक प्रक्रिया है जिसमें किसी भी प्रकार का कार्बनिक विलायक नहीं है। CO₂ स्वयं गैर-विषाक्त, गैर-ज्वलनशील, सस्ता और आसानी से उपलब्ध है। निष्कर्षण तापमान कमरे के तापमान के करीब है, इसलिए गर्मी के प्रति संवेदनशील स्वाद यौगिक क्षतिग्रस्त नहीं होते हैं। गैस को पुनर्चक्रित किया जाता है, जिससे पर्यावरणीय प्रभाव कम हो जाता है।
इसकी केवल एक खामी है: उपकरण बेहद महंगा है। सैकड़ों वायुमंडलों को झेल सकने वाली प्रणालियों के निर्माण के लिए उच्च स्तरीय सामग्री और कठोर सुरक्षा मानकों की आवश्यकता होती है। कई हज़ार टन के वार्षिक उत्पादन के बिना, इस निवेश की भरपाई करना असंभव है। परिणामस्वरूप, इस तकनीक का उपयोग करने वाले कारखाने मुख्य रूप से संयुक्त राज्य अमेरिका, जर्मनी और इटली में केंद्रित हैं, और उनके उत्पाद विशेष कॉफी दुकानों के बजाय ज्यादातर सुपरमार्केट श्रृंखलाओं के माध्यम से जाते हैं।
वी. कॉफी से परे: व्यापक अनुप्रयोग
सुपरक्रिटिकल CO₂ तकनीक लंबे समय से कॉफी डिकैफ़िनेशन से आगे बढ़ चुकी है। खाद्य उद्योग में, इसका उपयोग हॉप्स से स्वाद घटकों, पौधों से आवश्यक तेल और वैनिलिन, और मछली के तेल से ओमेगा -3 निकालने के लिए किया जाता है। फार्मास्यूटिकल्स में, इसका उपयोग पारंपरिक चीनी चिकित्सा से सक्रिय सामग्री निकालने और अल्ट्रा-फाइन दवा कणों का उत्पादन करने के लिए किया जाता है। पर्यावरण संरक्षण में, शोधकर्ता इसे ड्राई क्लीनिंग में पर्क्लोरेथिलीन के प्रतिस्थापन के रूप में खोज रहे हैं, जिसका लक्ष्य वास्तव में हरित सफाई है।
और भी अधिक महत्वाकांक्षी अनुप्रयोगों की खोज की जा रही है: बिजली उत्पादन, नैनोमटेरियल विनिर्माण, इलेक्ट्रॉनिक अपशिष्ट प्रसंस्करण, और बायोप्लास्टिक संश्लेषण। लंबे समय से प्रदूषक के रूप में आलोचना की जा रही कार्बन डाइऑक्साइड {{1}एक दिन अप्रत्याशित पर्यावरण नायक बन सकती है।
VI. कॉफ़ी के उस कप पर वापस
अगली बार जब आप डिकैफ़िनेटेड कॉफ़ी पियें, तो ध्यान दें। यदि आपको कोई ऐसा मिलता है जिसमें अभी भी मजबूत कॉफी का स्वाद है और उसका स्वाद चपटा या पानी जैसा नहीं है, तो संभावना है कि यह सुपरक्रिटिकल CO₂ के साथ बनाया गया है। उस कप के पीछे 19वीं सदी की भौतिकी खोज, 20वीं सदी की जर्मन इंजीनियरिंग और उल्लेखनीय परिशुद्धता की आणविक स्तर पृथक्करण प्रक्रिया निहित है।
इसे "अदृश्य चैंपियन" कहना अतिशयोक्ति नहीं है। यह सीधे उपभोक्ताओं का सामना नहीं करता है, लेकिन यह उच्च श्रेणी के डिकैफ़िनेटेड कॉफ़ी की पूरी श्रेणी को रेखांकित करता है। आप जो पी रहे हैं वह सिर्फ एक पेय नहीं है, यह सौ वर्षों से अधिक की वैज्ञानिक प्रगति है, जो एक कप में आसवित है।
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