70歳老人の食品学雑記帳

食品学を正式に学んだことの無い70歳の老人が、独断と偏見による食品学を書き綴っています。

抽出速度とコーヒー成分の吸着・拡散、連続抽出、抽出速度の測定

吸着等温式

吸着等温式について、Wikipedia 曰く

気体がある一定温度下で固体に吸着される際の圧力と吸着量の相関関係を表した式である。または溶液中の溶質がある一定温度下で固体に吸着される際の濃度と吸着量の相関関係を表した式である。この場合、圧力を濃度で置き換えた式がそのまま成立する。

理論的な式や経験的な式が数多く提案されている。以下にその代表的な例を示す。

幾つかの吸着等温式の中で、焙煎コーヒー成分の抽出に関係があるのは、ラングミュアの吸着等温式だと年老いた珈琲豆焙煎屋は思い込んでいます。

焙煎コーヒー豆粉砕物粒子中の抽出成分ですが、細胞内に閉じ込められて直接には移動できない成分濃度と、閉じ込められていなくて拡散が可能な成分濃度があって、それら2つの成分濃度の間には Langmuir 型の吸着平衡関係が成立すると考えることもできると年老いた珈琲豆焙煎屋は考えています。

しかし、これは、回分式の抽出、すなわち焙煎コーヒー豆粉砕物粒子や抽出液の供給と排出の無い抽出についてのみ有効な考え方だと年老いた珈琲豆焙煎屋は考えています。

 

【目次】 

コーヒー抽出の法則

コーヒー抽出の法則

 

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ラングミュアの吸着等温式

ラングミュアの吸着等温式について、年老いた珈琲豆焙煎屋の能力では理解不可能です。ですから、メモ書きするのが無理です。

ということで、ラングミュア吸着等温式の部分の一部だけ引用しておきます。

(1)吸着媒には有限な数N の吸着サイトがあり、そこだけで吸着質分子と結合する。

(2)すべての吸着サイトは等価である。

(3)1つの吸着サイトは1つの吸着質分子としか結合しない。

(4)空の吸着サイトのM 、気相中の吸着質のS、吸着サイトに結合した吸着質MSの間には、次の式のような化学平衡が成立する。

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連続抽出

焙煎コーヒー豆粉砕物粒子からのコーヒー成分抽出は、 焙煎コーヒー豆粉砕物粒子を抽出槽(ドリッパー内のペーパーフィルターなど)に仕込んだのち、熱湯(抽剤)の供給とコーヒー抽出液の排出とを連続的に行う抽出の非定常過程だと年老いた珈琲豆焙煎屋は考えています。

焙煎コーヒー豆粉砕粒子の固相部分と熱湯(抽剤)の間のコーヒー成分移動速度は、焙煎コーヒー豆粉砕粒子の組織内拡散が律速となる場合においては、焙煎コーヒー豆粉砕粒子の固相部分と熱湯(抽剤)の界面における固相側の濃度の傾きに比例すると年老いた珈琲豆焙煎屋は考えています。

しかし、固相側の濃度の傾きは、固相内の濃度の平均的な傾きより大きくて、その差は物質移動が促進される条件、すなわちコーヒー豆粉砕粒子組織の空隙率の大きい程増大すると年老いた珈琲豆焙煎屋は考えます。

ということで、空隙率が大きい時程、焙煎コーヒー豆粉砕粒子固相部分内の物質移動係数の値はより大きくなると考えています。

また、この物質移動係数ですが、液体の物性や温度の影響を受けることもあると思います。

 

抽出速度の測定

一般的に、焙煎コーヒー成分抽出のような固液抽出では、その抽出速度は、溶媒(熱湯)の浸透や溶質(コーヒー成分)溶解のプロセスにも依存しているのだと思います。

また、溶質(コーヒー成分)の拡散も、経時的に変化する細胞構造(焙煎コーヒー豆粉砕粒子内の細胞構造)の影響を受けると考えられます。

従って、抽出速度については、抽出の仕組みについて配慮する必要があると思っています。

抽料(焙煎コーヒー豆粉砕粒子の細胞)内抽質(コーヒー成分)残留率が1%になるまでに要する時間は、粒形の2乗に比例し、粒内拡散係数に反比例するというのが拡散理論だと年老いた珈琲豆焙煎屋は理解しています。

 

コーヒー成分の抽出とムラシ

コーヒー成分の抽出では、溶媒(熱湯)が焙煎コーヒー豆粉砕物粒子内に浸透することで、溶媒(熱湯)と溶質(コーヒー成分)の相互拡散が可能になって、抽出速度が大きくなって行って後段のコーヒー成分抽出に移って行くと年老いた珈琲豆焙煎屋は考えています。

ですから、溶媒(熱湯)が焙煎コーヒー豆粉砕物粒子内に浸透する『蒸らし/ムラシ』と呼ばれている操作は、コーヒー成分の抽出においては、必要不可欠な操作だと考えています。『蒸らし/ムラシ』の段階が存在しなければ、コーヒー成分の抽出は不可能だと年老いた珈琲豆焙煎屋は考えています。

コーヒー成分の抽出操作プロセスでは、焙煎コーヒー豆粉砕物粒子内への水(熱湯)の浸透によって、水(熱湯)とコーヒー成分・コーヒーオイルとの相互拡散が可能になって、その後、抽出速度が大きくなって行って『蒸らし/ムラシ』後の抽出に移って行くと年老いた珈琲豆焙煎屋は考えているわけです。

 

紅茶の可溶性成分の濃度変化

紅茶の可溶性成分の濃度変化を、可溶性成分を第1成分、第2成分、第3成分として取り扱った場合の可溶性成分の抽出速度は、瞬間抽出成分、迅速抽出成分、緩慢抽出成分に分類できると言われています。