다 몸과 마음이 더 피곤하여 일에 능률이 저하된다. 그러면 이 피곤함을 없애기 위해 다시 커피를 마시게 되고 계속해서 마셔야 그날 일을 해낼 수가 있게 된다. 이러한 커피에 중독이 되면 누웠다가 갑자기 일어설 때 어지러운 증세가 나타난다. 뇌에 혈액이 충분 하게 공급되지 않기 때문에 어지러움을 느끼게 되는 것이다. 따라서 커피를 자주 마시 게 되면 심장박동수가 증가하고, 혈압이 높아지며, 불면증에 시달리게 된다.
사회에 미치는 영향
→ 제품을 대량생산하게 될 경우 일단 사람들이 커피를 매우 많이 접하게 되고 이로 인 해 많은 양의 카페인을 섭취하게 될 것이다. 따라서 카페인에 의해 나타날 수 있는 여 러 현상들이 많은 사람들에게 일어나게 된다. 긍정적으로는 졸음을 방지할 수 있으므로 사람들 각자 생활에서의 일의 효율을 증진시키겠지만 장기적으로는 대량생산에 의해 너 무 많은 카페인을 섭취하게 되면 심장박동수가 증가하고 혈압이 높아지며 불면증에 시 달리게 되는 등 부정적인 영향을 미칠 것이다. 이에 따라 기존의 커피의 맛과 향은 살 리면서 카페인 함유량을 낮춘 디카페인 커피에 대한 연구와 공정개발이 필요하다. 이번 실험은 디카페인 커피 생산 공정의 기본이 되므로 실제 현장에서 응용되는 공정을 이해 하는 데에 도움이 될 것이다. 실제 커피원두의 카페인제거 공정을 소개하면, 커피원두 의 전처리 방법은 다른 용매추출법과 비슷하여 원두의 챠프(chaff)와 먼지를 제거한 후 증기를 쏘이고(steaming) 수분을 보충하여(watering) 커피원두의 수분함량을 30-50% 까지 증가 시킨다. 수분이 증가된 원두는 추출칼럼에 충전되고 이 칼럼에 액화탄산가스 가 유입되어 원두에 함유된 카페인을 추출한다. 추출된 카페인은 활성탄산칼럼을 통과 하는 동안 할성탄에 남게되고 순수한 액화탄산가스만 추출칼럼으로 재순환되는 방식으 로 카페인의 추출이 이루어진다. 탄산가스의 비활성화로 인하여 다른 카페인 제거방법 에 비해 탈카페인 원두의 품질이 뛰어나고 처리된 원두의 잔류하는 용매가 없다는 큰 이점이 있으나 액화탄산가스를 이용하는 관계로 고압의 비싼 설비가 요구되는 것이 이 공정의 단점이다.
대량생산에 의한 또 다른 영향은 커피를 담는 용기에 따른 문제이다. 커피를 대량생산 하게 되면 커피를 팔고 있는 회사에서 커피를 담는 캔 또한 대량 생산하게 되므로 이에 따른 환경오염의 가능성이 있다.
5. 실험방법
1) 추출을 위해 먼저 soxhlet, 둥근 플라스크, 환류 냉각기를 조립한다.
soxhlt추출기의 장점과 단점
장점 : 고체 시료가 계속적으로 깨끗한 용매와 접할 수 있고, 시료 용기의 온도가 실온보다 높으며, 여과가 필요 없다. 가수분해가 필요 없어 시간 절약이 절 약되며, 광범위한 시료에 적용할 수 있다.
단점 : 시료를 저어 줄 수가 없으며, 추출 시간이 길다. 단백질, 탄수화물의 함량이 많을 때는 부적절하며, 용매의 종류, 추출시간에 따라 결과가 상이하게 나올 수 있다.
2) 커피가루 30g을 잘게 부순 후 원통여과지에 넣는다.
시료의 전처리
→ 전처리 과정은 시료에 섞여있는 불순물이나 먼지를 제거하고 본실험이 더 효율적 으로 잘 일어날 수 있도록 하기 위한 것이다. 우리 조에서 준비하는 커피가루는 병에 담아 시중에서 판매되고 있는 제품으로 내용물이 오염 되었을 가능성이 적다. 따라서 복잡한 전처리는 생략하고 다만 커피가루를 더 잘게 부수어 용매와 접촉하게 되는 시 료의 표면적을 넓게 하여 준다. 이로써 용매에 카페인이 더 효율적으로 용해되어 나 올 것이다.
3) 다음으로 벤젠 100ml을 취하여 둥근 플라스크에 넣는다.
용매의 선택
→ 용해도 및 추출되는 물질의 종류에 의하여 추출용 용매는 선택된다. 카페인은 탄 소고리가 있는 알카로이드로 유기용매인 벤젠에 잘 녹는다. 벤젠의 끓는점은 80℃, 녹는점은 6℃로 각각 끓는점은 물의 끓는점보다 낮고 녹는점은 물의 끓는점보다 높 아서 물을 용매로 사용했을 경우에 비해 용매의 회수가 쉽다. 플라스크에서는 물보다 더 빨리 증발하고 환류냉각기에서는 물보다 더 빨리 응축될 수 있기 때문이다. 따라 서 카페인을 추출해 낼 용매로 벤젠을 사용한다. 다만 벤젠이 발암성 물질이고 인체 에 유해한 점을 감안하여 실험할 때 반드시 마스크를 착용한다.
4) 플라스크를 가열시켜 온도를 70～80℃로 유지시키면서 2～3 시간동안 반응시킨다. 5) 용매와 함께 모인 추출물을 다시 가열시켜 용매를 증발시키고 얻어진 카페인을 관찰, 수득률을 계산한다.
6) 똑같은 양의 커피가루와 용매를 사용하여 다시 실험을 반복한다. 얻어진 카페인의 양 이 같은지 다른지를 살펴보고 만약 다를 경우 어디서 문제점이 발생된 것인가 생각해 본다.
7) 똑같은 양의 커피가루 30g, 벤젠50ml를 용매로 사용하여 실험을 반복하고 그 결과를 5)의 결과와 비교하여 추출에서 유기용매의 양이 영향을 미치는 지에 대하여 알아본 다.
6. 안전사항 및 예상결과
환류냉각기에서는 증발된 유기용매가 갑자기 액체로 응축된다. 이 과정에서 유리가 깨 어지지 않도록 사전에 장치를 잘 살핀다.
카페인 추출에 쓰일 유기용매가 발암성 물질인 벤젠이므로 가급적이면 직접적인 노출 은 피하는 것이 좋다. 반드시 실험가운과 보안경, 마스크를 착용한다.
카페인은 백색 바늘모양 결정으로 커피의 갈색과 대비되어 뚜렷하게 관찰될 것이다.
7. 자료출처 및 참고문헌
“유기화학실험” 화학교재편찬위원회, p.111～p.115, 청문각, 제2판, 1997년
“유기화학실험” 양성보외, 도서출판 대웅, 1990년
“실험 유기화학” 윤용진, 자유아카데미, 1987년
“화학과 생활” 정현채외 8인 공저, 한승, 2000년
한국소비자보호원의 보고서 자료 (카페인함유량)
인터넷 화학공학 www.chemeng.co.kr (추출방법과 유기용매)
모기불통신 http://mogibul.egloos.com/ (카페인)
바이랩-실험기구전문 http://www.buylab.co.kr/pro/ea.htm (soxhlet추출기)
한국산업안전공단 http://www.kosha.or.kr/index.jsp (MSDS)