Problèmes à résoudre




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La décaféination

RAI/ANA : Construire un raisonnement, communiquer sur les étapes

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Obtenu avec des graines de caféier torréfiées, le café est une des boissons les plus consommées au monde.
Une tasse de café contient environ 85 mg de caféine, une molécule aux effets stimulants pour le système nerveux, qui peut entraîner des problèmes cardiaques ou des insomnies. Pour éviter les effets stimulants de la caféine, il est conseillé de consommer du café décaféiné.
Il existe plusieurs techniques qui permettent d’extraire la caféine des grains de café : l’extraction par solvant, l’extraction par fluide supercritique (dioxyde de carbone) et l’extraction à l’eau. L’opération est toujours réalisée sur des grains verts avant leur torréfaction. Le café décaféiné n’est pourtant pas exempt de caféine : il en contient encore, en moyenne 10 mg par tasse.
La caféine extraite du café est vendue aux fabricants de sodas et aux laboratoires pharmaceutiques.

Tasse Cafe

Comparer les différentes méthodes de décaféination en justifiant les choix effectués pour éliminer la caféine.

Données

Propriétés de la caféine :
  • θf=\theta_{\text{f}} = 227 °C ;
  • θeˊb=\theta_{\text{éb}} = 178 °C (sublimation) ;
  • Solubilité : s(eau)=s(\text{eau}) = 21,7 g·L-1 (20 °C) ; s(eau)=s(\text{eau}) = 180 g·L-1 (80 °C) ; s(eau)=s(\text{eau}) = 670 g·L-1 (100 °C) ; s(chloroforme)=s(\text{chloroforme}) = 1 g dans 5,5 mL.

  • Doc. 3
    Extraction par solvants

    L’extraction la plus couramment appliquée pour la décaféination utilise principalement des solvants chlorés, comme le chloroforme dont la représentation est donnée ci-dessous :

    PC1.7.INF20bisa_v2

    Ces solvants chlorés, dangereux pour la santé, sont parfois remplacés par de l’acétate d’éthyle :

    PC1.7.INF20bisb_v2

    Après avoir fait tremper les grains de café dans de l’eau très chaude, on réalise l’extraction liquide-liquide par solvant.

    Doc. 4
    La technique SWP

    La technique SWP utilise uniquement de l’eau. Les grains de café sont trempés dans l’eau chaude. La caféine et les arômes s’y dissolvent. L’eau est ensuite filtrée sur charbon actif, qui élimine la caféine. L’eau encore chargée en arômes peut être à nouveau utilisée pour éliminer la caféine d’un autre groupe de grains de café. Après plusieurs utilisations, l’eau peut ensuite être à nouveau mélangée avec les grains de café, et évaporée. Le café retrouve ainsi une partie de ses arômes.

    La technique SWP

    Doc. 2
    La décaféination

    La décaféination par fluide supercritique consiste à utiliser du dioxyde de carbone à une pression très élevée (73 bars). Le dioxyde de carbone a ainsi des propriétés intermédiaires entre celles d’un gaz et d’un liquide, ce qui lui permet de s’infiltrer à travers les grains en entraînant la caféine. Le dioxyde de carbone chargé en caféine est ensuite mélangé à un jet d’eau puissant qui dissout la caféine et qui l’élimine du fluide.

    Doc. 1
    La molécule de café

    La molécule de caféine (1,3,7-triméthylxanthine), de formule brute C8H10N4O2,\text{C}_{8}\text{H}_{10}\text{N}_{4}\text{O}_{2} , se rencontre dans le café, le thé, le maté mais aussi dans les sodas et les boissons énergisantes.

    PC1.7.INF20_v2
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