DD201642A5

DD201642A5 - Verfahren zur extraktion von coffein

Info

Publication number: DD201642A5
Application number: DD81233672A
Authority: DD
Inventors: Maurice Blanc; Geoffrey Margolis
Original assignee: Produits Nestle Sa Vevey Soc D
Priority date: 1980-10-08
Filing date: 1981-09-29
Publication date: 1983-08-03
Also published as: GB2084848A; CH639245A5; AT376363B; ES505895A0; NZ198396A; MY8500368A; AU541894B2; MX7353E; ES8301092A1; ZA816468B; EP0049357A1; GB2084848B; IL63703A0; PT73676B; PT73676A; PH18698A; JPS5793980A; KE3369A; PL233230A1; GR75054B

Abstract

Vorgeschlagen wird ein Verfahren zur Extraktion von Coffein aus einer waessrigen Loesung, die Feststoffe von gruenem Kaffee enthaelt, und zwar mit Hilfe eines nicht-ionischen mikroporoesen Harzes, welches Poren mit einem mittleren Durchmesser von 6 bis 40 A und eine spezifische Oberflaeche von mehr als 400 m hoch 2/g aufweist. Diese Harze besitzen eine grosse Affinitaet fuer Coffein und koennen mit heissen polaren Loesungsmitteln regeneriert werden. Das Verfahren kann auf eine vollstaendige oder teilweise Entcoffeinisierung von gruenem Kaffee angewendet werden.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Extraktion von Coffein aus einer wäßrigen Lösung, die Coffein neben anderen nicht-coffeinischen Feststoffen enthält und die aus grünem Kaffee erhalten worden ist. Die Erfindung ermöglicht also die Enteoffeinisisrung von grünem Kaffee.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Bs hat sich gezeigt, daß die Verbraucher mehr und mehr den Geschmack von entcoffeinisiertem Kaffee bevorzugen und dieser aus medizinischen oder diäthetischen oder ganz einfach aus Modegründen wachsende Anerkennung findet. Von der Nahrungsmittelindustrie werden deshalb entcoffeinisiarter Kaffee und entcoffeinisierte Kaffee-Extrakte in großen Mengen hergestellt, ^obei üblicherweise Techniken dienen, bei denen chlorierte Lösungsmittel verwendet werden müssen.

Die daraus resultierenden Nachteile sind zweifacher Art. Einesteils sind diese Lösungen nicht genießbar und müssen deshalb nach dem Sntcoffeinisierungsprozeß sorgfältig entfernt .werden, und andernteils bedarf es bei ihrer Handhabung sehr großer Vorsichtsmaßnahmen.

Es ist deshalb bereits versucht vuorden, Kaffee durch andersgeartete Verfahren zu entcoffeinisieren, beispielsweise

fi FPR

233672 3

-2- 23.2.1982

AP A 23 F/233 672/3 (59 763/11)

durch Eint c offe inis ie rang mit Wasser, ^obei das im wäßrigen Kafite-Sxtrakt enthaltene Coffein auf ionischen Harzen fixiert ^ird. Dies hat jedoch den lachteil, daß der pH-Wert des behandalten Kaffees verändert wird.. Es ist deshalb nötig,, den Anfangs—pH-Wert vaiederherzustellen, wozu Stoffe in den Kaffee eingeführt werden müssen, bei denen es sich natürlich um Fremdstoffe handelt, insbesondere um Ne atraIisationsraittel. Man hat auch Hoffnungen auf den Einsatz von Aktivkohle als Adsorptionsmittel gesetzt, jedoch ist. man davon schnell wieder abgekommen, da sie neben Coffein beträchtliche Mengen nicht—coffeinischer Feststoffe zurückhält. Da das Verhältnis hinsichtlich des Goffeins ungünstig ist, müssen dia nicht-coffeinischen F_8S+_stoffe zurückgewonnen und dem Eaffee wieder zugesetzt nerdan, ^sas komplizierte Maßnahmen erforderlich macht.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist die Bereitstellung eines verbesserten Verfahrens zur Extraktion von Coffein aus einer wäßrigen Lösung, bei dem die nicht-coffeinischen Feststoffe im Kaffee verbleiben.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, für die Extraktion Harze zu verwenden, die eine besondere Affinität für Coffein aufweisen.

Die Erfindung betrifft deshalb ein Verfahren zur Extraktion von Coffein aus einer wäßrigen Lösung, die Coffein neben anderen nicht-coffeinischen Feststoffen enthält und die

!3 367 2 3 _₃_

AP A 23 F/233 672/3 (59.763/11)

aus grünem Kaffee erhalten worden ist, wobei' das Kennzeichen darin liegt, daß man diese Lösung mit einem nichtionischen mikroporösen Harz, welches Poren eines mittleren Durchmessers von 6 bis 40 £ aufweist, in Berührung bringt.

Dieses nicht-ionische mikroporöse Harz verändert den pH-Wert der damit in Berührung gebrachten Lösung nicht oder nur so wenig, daß eine eventuelle- Änderung unbedeutend ist, weshalb eine spätere Einstellung nicht nötig ist. Vorzugsweise besitzt das Harz eine spezifische Oberfläche von mindestens 400 m /g. Die wäßrige. Ausgangslösung enthält im allgemeinen insgesamt 1 bis 30 Gew.-% lösliche Feststoffe.

Mit anderen Worten, der als Ausgangsmaterial für die Herstellung der wäßrigen Lösung verwendete grüne Kaffβ wird an Goffein und nicht-coffeinischen Feststoffen verarmt, die dabei in Lösung gehen. Diese Lösung wird ihrerseits an Goffein und nicht-coffeinischen Feststoffen verarmt, die durch das Harz zurückgehalten werden.

Bei einer Ausführungsform zur Bntcoffeinisierung von grünem Kaffee wird die verarmte Lösung dem verarmten grünen Kaffee in der gleichen Herstellung oder in einer anderen Herstellung einverleibt.

Bei einer anderen Ausführungsform, die zur ersten komplementär oder unterschiedlich ist und die "mit Eückführung" benannt wird, wird die verarmte Lösung mit nicht-verarmtem Kaffee in der -Weise in Berührung gebracht, daß eine neue wäßrige Lösung erhalten wird, die ihrerseits mit dem Harz in Berührung gebracht wird, usw. Mit anderen Worten, die mit Hilfe des Harzes verarmte Lösung dient dazu, das Goffein und die nicht—coffeinischen Feststoffe aus grünem

233672 3

-A- 23.2.1982

AP A 23 F/233 672/3 (59 763/11)

Kaffee zu extrahieren. Insgesamt nimmt die verarmte Lösung das Coffein und die nicht-coffeinischen Feststoffe des grünen Kaffees nur im Verhältnis ihrer Fixierung am Harz auf«. . .

Da, 13ie noch erörtert nird, die Affinität des Harzes,.für das Coffein groß ist, liegt das Verhältnis fixierte nichtcoffeinische.Feststoffe : Coffein in der Größenordnung von 0,6 : 1 bis 1,7 : 1. Das heißt, daß schließlich die Verluste an nicht-coffeinischen Feststoffen im.Mittel mit dem Coffeingehalt des Kaffees vergleichbar sind, d. h. also, daß sie sehr akzeptabel sind« Aus den gleichen Gründen ist die Sntcoffeinisierung vorzüglich, ^enn man das Verhältnis nicht-coffeinische Feststoffe : Coffein im Kaffee betrachtet, Werte von 97 bis 99 % können ohne Schwierigkeiten und besondere Komplikationen erreicht werden.

Selbstverständlich lassen sich auch geringere '^erte, welche einer teilweisen.Enteoffeinisierung entsprechen, genauso leicht erreichen,

Ss ist klar, daß man vorteilhaftereise nach einer Mischvariante arbeiten kann, beispielsweise mit !Rückführung während einer gegebenen Zeit und anschließender Beendigung durch Zugabe der verarmten wäßrigen Lösung zum verarmten grünen Kaffee,

Unabhängig von der Ausführungsform wird die verarmte Lösung vorteilhaftereise vor der Zugabe, zum verarmten grünen Kaffee bz-rc. nicht-verarmten grünen Kaffee konzentriert. In ähnlicher Weise viird der verarmte grüne Kaffee vorzugsweise getrocknet, bevor er mit der verarmten Lösung in Berührung gebracht wird.

233672 3

-5- 23.2.1982 .

AP A 23 F/233 672/3 (59 763/11)

Als Harz mit Poren, eines mittleren Durchmessers zwischen 6 bis 40 2. können beispielsweise Produkte der Calcinierung von Styrol/Divinylbenzol-Copolymerharzen verwendet werden, insbesondere solche, die unter dem Warenzeichen Ambersorb XB-340 und XE-34-8 von der Firma Sohm & Haas vertrieben werden. Diese Harze haben in der Tat eine Porenverteilung, daß et^a 20 bis 25 % derselben einen.mittleren Durchmesser zwischen 6 und 40 2. aufweisen. .Sie besitzen die Form von staubfreien harten Kügelchen«.

Wenn die wäßrige Lösung mit diesen Harzen in Berührung gebracht raircl,. dann zeigt sich ihre, sehr große Affinität für Coffein, isobei die Verhältnisse fixierte nicht-coffeinische Feststoffe : Coffein in der Größenordnung von 0,6 : 1 bis 1,7 : 1 liegeji, wie oben bereits erwähnt wurde. Dieses Verhältnis ist im übrigen noch günstiger, Tsenn die Tempe- ratur erhöht ist, weshalb es bevorzugt 'vaird, zwischen 60 und. 90 ⁰C zu arbeiten. Diese Temperaturen begünstigen den Austausch und erhöhen die Fixierungsgeschwindigkeit, Tsas größere stündliche Durchsätze ermöglicht, Schließlich können, anders als bei niedrigeren Temperaturen, keine bakteriologischen Schwierigkeiten auftreten.

Das Inberührungbringeη kann in bekannter Weise im Gegenstrom • oder in einer Batterie erfolgen. Für eine Entcoffeinisierung von et^a 97 %, d. fcu für eine praktisch vollständige Entcoffeinisierung, liegen die Verhältnisse Harz : gesamte lösliche - Feststoffe vorzugsweise zwischen 0,5 · 1 und 2,5 -« d.s^ 0,5 bis 2,5 kg Harz je kg gesamte lösliche Feststoffe. Für Eaffeesorten oder Kaffeegeaische, die beispielsweise einen Coffeingehalt von 1,2 bis 1,4 &ew*-% trocken aufweisen, liegen die Verhältnisse Harz/gesamte lösliche

2 3 3 6 7 2 3 ₆_ _{23 21982}

AP A 23 F/233 672/3 (59 763/11)

Feststoffe typischerweise zwischen 0,5 : 1 und 1:1,

Für eine teilweise Bntcoffeinisierung genügt es, wenn weniger Harz verwendet wird, beispielsweise die Hälfte bis zu. einem Drittel für eine halbe Sntcoffeinisierung«

Die Herstellung der wäßrigen Lösung-, welche Coffein und nicht-coffeinische Feststoffe enthält, wird durch Inberührungbringen mit grünem Kaffee ausgeführt. Hierzu wird Wasser, das vorzugsweise entsalzt ist, oder die wäJBrig8 Lösung verwendet, die mit Hilfe des Har-zes verarmt worden ist, beispielsweise während des Verfahrens mit Bückführung. Das Inberührungbringeη mit dem grünen Kaffee ^ird vorteilhaft erweise 2 bis 10 h lang bei einer temperatur zwischen 60 und 90 ⁰C ausgeführt. Unterhalb 60 ⁰C treten bakteriologische Eisiken auf, während oberhalb 90 ⁰C die Qualität des fertigen Kaffees, insbesondere seine organoleptische Qualität, leiden kann.

Wenn das Inberührungbringen mit dem grünen Kaffee im ^Gegenstrom ausgeführt wird, wird das Wasser oder die verarmte wäßrige Lösung vorzugsweise mit einer Temperatur zwischen .85 und 120 ⁰G zugeführt, wobei die Kontaktzeit 1 bis 6 h beträgt. Aufgrund des d_vo.a2Uschen Zustands und der

fj

geringeren Kontaktzeit entsprechen diese Behandlungsbedingungen für den grünen Kaffee denjenigen, die im vorhergehenden Absatz genannt wurden.

Das Verfahren ist darüber hinaus in wirtschaftlicher Einsicht interessant, weil das Harz regeneriert werden kann, d. h, weil das Harz von zurückgehaltenem Coffein und zurückgehaltenen nicht-coffeinischen Feststoffen befreit

672

23.2.1982

AP A 23 P/233· 672/3

(59 763/11)

«erden kann. Es kann deshalb bei einem späteren Yerfahren mieder verwendet werden. Es wurde in dieser Hinsicht festgestellt, daß es nichts von seinen Eigenschaften" and von seiner Selektivität verliert, atich nicht nach 30, 40 oder gar 50 Adsorptions-/Desorptions(Eegenerierungs)-Z7klen für Coffein und nicht-coffeinischen feststoff. Die mechanischen Eigenschaften ändern sich ebenfalls nicht.

Für die Regenerierung werden heiße polare Lösungsmittel verwendet, wie z, B, Alkohole, z. B. Äthanol oder Isopropanol, Ketone oder Ester, wie Athylacetat« Aikoho!-/Wasser-Gemische, beispielsweise 1 : i-lthanol-ZWasser-Gemische eignen sich besonders gut. Unter diesen Bedingungen wird höchstens bei 90 ⁰C unter 4· bis 8 bar gearbeitet. Das Harz wird dabei von allen fixierten feststoffen, nämlich Coffein und nicht-coffeinischen feststoffen befreit,.

Bs hat sich gezeigt, daß der pH-Wert zwischen der verarmten wäßrigen Lösung und der wäßrigen Ausgangslösung sich um nicht mehr als 0,3 Einheiten unterscheidet, das sind also Werte, welche auf die organoleptischen Qualitäten keinen Einfluß haben und deshalb keiner Korrektur bedürfen.

Die entcoffeinisierten grünen Kaffeebohnen werden geröstet, wobei sich ein Kaffee mit vorzüglicher Qualität ergibt.

Ansführungsbeispiel

Das erfindungsgemäße Yerfahren wird durch die folgenden Beispiele näher erläutert. In diesen Beispielen sind die Prozentangaben und Verhältnisse in Gewicht ausgedrückt, sofern -nichts anderes angegeben ist. Die wichtigsten Zahlen-

L. ό ό O / Z ό _₈_ 23.2.1982

AP A. 23 17233 672/3 (59 763/11)

angaben in diesen Seispielen sind am Ende in einer Tabelle zusammengestellt.

Beispiele 1 bis 5

Man führt in einem geschlossenen Kreislauf 1 1 Wasser durch grünen Kaffee, von diesem durch das Harz und von diesem, nieder durch den grünen Kaffee. Der Durchsatz beträgt 6 l/h. Die temperatur und die Seit der Behandlung sind in der Tabelle angegeben.

Hach Beendigung des Yerfahrens trennt man den Extrakt ab und wäscht das Harz mit Wasser. Dann vereinigt man den Extrakt, das Waschwasser und den grünen Kaffee und trocknet das Ganze, mobei man einen zum Bösten fertigen entcoffeinisierten grünen Kaffee erhält.

Die erhaltenen Resultate sind in der Tabelle angegeben, Festgehalten sei, daß Beispiel 4 eine teilweise Enteoffeinisierung betrifft und daß in Beispiel 5 sin anderes Harz als in den anderen Beispielen verwendet wird.

Beispiel 6

Man stellt als kontinuierliche Charge aus den angegebenen 159 g grünem Kaffee 980 g eines Extrakts mit einem Gesamtgehalt an löslichen Feststoffen von 3»40 % and einem Coffeingehalt von 1,98 g/kg her.

Diesen Extrakt bringt man dann unter den weiter unten angegebenen Bedingungen mit dem Harz in Berührung.

233672 3

-9- 23.2.1982

AP A 23 P/233 672/3 (59 763/11)

Den behandelten Extrakt, der diesem Verfahren unterzogen •worden ist and dem das Waschfässer des Harzes zugesetzt worden ist, vereinigt man mit grünem Aas gangskaf fee, viobei man das Ganze vor dem Hosten trocknet.

Die erhaltenen Hesultate sind in der Tabelle zu finden« Beispiel 7

Aus grünem Kaffee stellt man durch ^Gegenstromtechnik einen Extrakt her, der nach einer thermischen Konzentrierting einen Gesamtgehalt an löslichen ^feststoffen von 19*8 % und einen Coffeingehalt von 1,15 % aufweist.

Dann verfährt man, isie es in Beispiel 6 beschrieben ist. Die erhaltenen Eesultate sind in der folgenden Tabelle angegeben.

Feststoffe	1,20	1,33	1,66	0,48	1,33	⁰C	1,05	0,59
Behandlungszeit (h)	8	8	• 8	8	8	,6	2	2
ΐθ nape ra tür	70 ⁰C	70 ⁰C	70 ⁰C	70 ⁰C	70	,0	65 ⁰C	65 ⁰O
Erhaltener Entooffeini- sierungagrad	96,1	97,5	98,3	58,0	90,	10,9	80,0	70,4
% Coffein/Harz	4,8	4,4	3,5	7,2		1»	4,3	7,0
% Trockenfeststoffe/Harz	7,8	7,4	6,6	11,1		,7	7,2	11,6
Nlcht-coffeinische Fest stoffe /Cof fein	0,63	0,68	0,9	0,6	0,7	0,66

23.2.1982

AP A 23 F/233 672/3 (59 763/11) Beispiel Nr. 1 2 3 4 5 6 7

Harz XB 340 XE 340 XB 340 XS 340 XB 3^8 XB 340 XE 340 Ca.

Menge des grünen Kaffees 250 g 250 g 250 g 250 g 250 g 159 g 284 g CJ

Menge des Harzes . 62,7 g 69,7 g 87,1 g 25,0 g 69,7 g 35 g 35 g

Spezifische Oberfläche

des Harzes (m2/g) 400 400 400 400 500 400 400

Harz/gesamte lösliche

Claims

Brfind tings ansprach

1» Verfahren zur Extraktion von Goffein aus einer wäßrigen Lösung, die Coffein neben anderen nicht-coffeinischen Feststoffen enthält und die aus grünem Kaffee erhalten worden ist, gekennzeichnet dadurch, daß man diese Lösung mit einem nicht-ionischen mikroporösen Harz., welches Poren eines mittleren Durchmessers von 6 bis 40 1 aufweist, in Berührung bringt«

2. Verfahren nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß das Harz eine spezifische Oberfläche von mehr als 400 m²/g aufweist.

3. Verfahren nach Punkt 1 oder 2, gekennzeichnet dadurch, daß die wäßrige Lösung insgesamt 1 bis 30 Geis.--%-lösliche Stoffe enthält.

4. Verfahren nach Punkt 1, 2 oder 3, gekennzeichnet dadurch, daß man die Lösung mit dem Harz bei einer.Temperatur zwischen 60 und 90 ⁰C in Berührung bringt.

5« Verfahren nach Punkt 1, 2, 3 oder 4, gekannzeichnet dadurch, daß man die Lösung mit dem Harz in einem Verhältnis von Harz : gesamte lösliche Stoffe zwischen 0,5 : 1 und 2,5 : 1 in Berührung bringt.