DE2212281B2

DE2212281B2 - Verfahren zur entcoffeinierung von rohkaffee

Info

Publication number: DE2212281B2
Application number: DE19722212281
Authority: DE
Inventors: Peter Hubert; Otto Vitzthum
Original assignee: Hag AG
Current assignee: Hag AG
Priority date: 1972-03-14
Filing date: 1972-03-14
Publication date: 1976-03-25
Also published as: LU67211A1; IL41750A0; CA979725A; JPS5137334B2; HU167122B; DD103551A5; NO136132C; BE796628A; SU539504A3; NL176217C; IT990533B; FR2176008A1; DE2212281C3; SE386812B; NL7303451A; AT327662B; DE2212281A1; CH570770A5; JPS4899368A; FR2176008B1

Description

In den letzten Jahrzehnten ist eine größere Anzahl von Verfahren bekanntgeworden, die die Entcoffeinierung von Kaffee zum Inhalt haben. Die meisten dieser Verfahren entziehen dem mit Wasser aufgeschlossenen Rohkaffee das Coffein durch Behandlung mit Lösungsmitteln, die das Alkaloid möglichst selektiv extrahieren. Hier kommen in Betracht unter anderem Ester, aromatische Kohlenwasserstoffe sowie insbesondere halogeniert«: Kohlenwasserstoffe allein oder in Mischung. Ferner wurde auch wäßrigen Rohkaffee- und Röstkaffee-Extrakten in Gegenstromapparaten das Coffein z. B. mit Trichlorethylen entzogen und die verbleibende coffeinfreie wäßrige Phase den extrahierten Bohnen im Kreislauf wieder zugeführt.

Ein Hauptnachteil dieser Verfahren ist, daß die verwendeten Lösungsmittel aus den Bohnen bzw. Extrakten bei erhöhten Temperaturen vollständig wieder entfernt werden müssen. Dies geschieht durch Ausdämpfen mit gespanntem Wasserdampf im Anschluß an die Coffeinentfernung, was einen erheblichen technischen und analytischen Prüfaufwand erforderlich macht. Es wurden daher Versuche unternommen, dem Rohkaffee das Coffein mit anderen als den oben angegebenen Mitteln zu entziehen. So wurde z. B. im US-PS 16 40 648 die Eigenschaft des Coffeins, bei 178°C zu sublimieren, dadurch ausgenutzt, daß man den Rohkaffee /.ur Freisetzung des Coffeins in der Bohne zuvor mit Alkalien behandelte, ihn dann auf 178°C erhitzte und einen Inertgasstrom, der aus H2, N2 oder CO2 bestehen konnte, hindurch leitete und so das sublimierende Coffein mit dem Gasstrom abtransportierte. Hier konnten allerdings Endwerte von 0,35% Coffein im Rohkaffee nicht unterschritten werden, so daß dieser Kaffee weder als coffeinarm noch als coffeinfrei im Sinne der deutschen Lebensmittelverordnung gelten kann. Als schwerwiegender Nachteil ist außerdem die Tatsache anzusehen, daß der Kaffee mit Alkalien und außerdem bsi sehr hohen Temperaturen behandelt werden muß.

In neuerer Zeit ist auch ein Verfahren bekannt geworden, (DT-OS 20 05 293), das dem feuchten Rohkaffee das Coffein mit überkritischem, also gasförmigem CO2 entzieht. Der hier in bezug auf die

Temperatur bevorzugte Arbeitsbereich liegt zwischen 40 und 80°C, die untere Grenze bildet die kritische Temperatur von CO2. Die Bearbeitung von Rohkaffee in diesem Temperaturbereich führt unter anderem dazu, daß der daraus hergestellte Röstkaffee geschmacklich nicht voll befriedigt.

Es wurde ferner festgestellt, daß das Coffein dem Rohkaffee auch bei Temperaturen unterhalb der kritischen Temperatur, also mit flüssigem Kohlendioxid. entzogen werden kann. Eine Entcoffeinierung des

Rohkaffees ist dabei sowohl mit einem zweiphasigen Gemisch von flüssigem und gasförmigem Kohlendioxid als auch einphasig mit flüssigem Kohlendioxid, d. h., etwas oberhalb des Gleichgewichtsdrucks des Kohlendioxids bzw. seiner Lösungen bei der betreffenden Temperatur möglich. Es hat sich jedoch gezeigt, daß unter diesen Bedingungen die Lösefähigkeit des flüssigen Kohlendioxids nicht sehr selektiv ist und daß dem Rohkaffee außer dem Coffein auch Extraktstoffe entzogen werden, welche für die Aromabildung beim

Rösten von Bedeutung sind und daß der so behandelte Kaffee daher in seinem Aroma beeinträchtigt ist. Ähnliche Beobachtungen sind auch in der oben genannten deutschen Offenlegungsschrift 20 05 293 niedergelegt.

Die Eignung von flüssigem Kohlendioxid als Lösungsmitte! ist in der Literatur an mehreren Stellen beschrieben worden, so vor allem bei der Gewinnung von Kaffee-Aromaöl, siehe M. Sivetz, »Coffee Processing Technology«, Bd. 2, S. 21 bis 23, ferner brit.

Pat. 11 06 468, bzw. österr. Pat. 2 85 307 und von

anderen Aromakonzentraten, z. B. Food Technology 23, 11,50 (1969), d. h. also von Extrakten, die Gemische aus

einer sehr großen Zahl von Komponenten darstellen.

Daraus ergab sich, daß bei der Extraktion von Rohkaffee mit flüssigem Kohlendioxid mit dem Coffein gleichzeitig Extraktstoffe entzogen werden und daß dadurch einerseits das extrahierte Coffein in stark verunreinigter Form anfällt, während andererseits dem Kaffee für die Aromabildung wichtige Komponenten fehlen.

Überraschenderweise wurde nunmehr festgestellt, daß bei der Erhöhung des Drucks im Extraktionssystem die Selektivität des flüssigen Kohlendioxids für Coffein auffallend zunimmt und insbesondere oberhalb des kritischen Drucks dem Kaffee praktisch reines Coffein entzogen wird, ohne daß der Gehalt an aromabildenden Extraktstoffen abnimmt.

Gegenstand der Erfindung ist daher ein Verfahren zur Entcoffeinierung von Rohkaffee durch Extraktion mit flüssigem Kohlendioxid, welches dadurch gekennzeichnet ist, daß man Rohkaffee zunächst mit Wasser auf einen Feuchtigkeitsgehalt von 10 bis 60% bringt und das Coffein selektiv mit wasserhaltigem flüssigem Kohlen-

dioxid bei einem Druck oberhalb des kritischen Drucks extrahiert.

Das mit dem vorliegenden Verfahren extrahierte Coffein fällt in einer Reinheit von über 98% als weißes Pulver an. Dieser Reinheitsgrad wurde mit den bisher bekannten Entcoffeinierungsverfahren noch nicht erzielt. Die hohe Selektivität des flüssigen CO₂ in bezug auf Coffein war daher auf Grund des bisher Bekannten in keiner Weise zu erwarten.

Vorzugsweise wird die Extraktion im Temperaturbereich zwischen O⁰C und der kritischen Temperatur des Kohlendioxids (etwa 31,4°C) und bei Drücken im Bereich von 80 atü aufwärts ausgeführt, wobei sich aus wirtschaftlichen Erwägungen eine Obergrenze des anzuwendenden Drucks im Bereich von etwa 400 atü ergeben wird.

Es ist ferner bevorzugt, daß mit Wasser gesättigtes, flüssiges Kohlendioxid für die Extraktion verwendet wird.

Die Einstellung der Feuchte des Rohkaffees erfolgt in zweckmäßiger Weise durch eine der Extraktion vorangehende Dämpfung; dabei werden die Bohnen aufgeschlossen.

Eine besonders bevorzugte Ausführungsform des Verfahrens (siehe Skizze 1) arbeitet so, daß man den Rohkaffee zunächst so befeuchtet, daß er 50% Wasser enthält. Man pumpt nun flüssiges CO2 bei einer Temperatur von 20°C und einem Systemdruck von 80 atü und darüber durch die Rohkaffeefüllung hindurch und entfernt das hier gelöste Coffein in einem nachgeschalteten Aktivkohle-Adsorber. Die Aktivkohle wurde vorher mit Wasser völlig gesättigt und adsorbiert das gelöste Coffein quantitativ. Das so gereinigte Lösungsmittel wird durch die Pumpe weiterhin im Druckkreislauf gefördert. „

Es ist auch möglich, den Rohkaffee mit einer geringeren Wassermenge alc 60% zu befeuchten, allerdings muß dann der Wasseranteil in der Sorptionsschicht in entsprechendem Maße gesenkt werden. Generell soll so gefahren werden, daß weder der feuchten Rohkaffee- noch der Adsorber-Füllung durch das Lösungsmittel Wasser zugeführt oder entzogen wird, da anderenfalls zusätzliche Extraktverluste (außer Coffein) im Kaffee auftreten, die den Erfolg des Verfahrens in Frage stellen würden, da der Extraktgehalt von Kaffee mit eine wertbestimmenoe Größe ist.

In einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens (siehe Skizze 2) geschieht die Coffeinabscheidung aus dem Lösungsmittel dadurch, daß der coffeinhaltige Lösungsmittelstrom zunächst in den Trennbehälter geleitet, hier verdampft, im Wärmetauscher wieder kondensiert und durch die Flüssiggaspumpe weitergefördert wird. Bei der Verdampfung verbleibt das Coffein quantitativ im Trennbehälter und kann hier abgezogen werden. Allerdings ist bei dieser Verfahrensweise der geringe Wasserverlust auszugleichen, der dadurch zustande kommt, daß die in den Extraktionsbehälter eintretende flüssige Kohlensäure durch die vorangegangene Verdampfung im Trennhehäiter wasserärmer ist als beim Verlassen der feuchten Rohkaffeefüllung. Dies wird durch entsprechende Wasserzugabe im Wasserbehälter vermieden.

je nach Strömungsgeschwindigkeit des Lösungsmittels im Extraktionsbehälter und Systemdruck liegt die Bearbeiiungszeit zur Erreichung eines Coffeinresigehaltes in den Bohnen von 0,02 bis ϋ,08% i. T. zwischen 10 und 50 Stunden. Der Coffe-ngehalt des daraus gewonnenen Röstkaffees liegt im gleichen Bereich, der Extraktgehalt zwischen 23 und 27%, je nach Art der Ausgangskaffeemischung.

Der entscheidende Vorteil dieses Verfahrens gegenüber sämtlichen anderen bisher bekannt gewordenen Methoden zur Entcoffeinierung von Rohkaffee liegt darin, daß der hieraus gewonnene Röstkaffee sich selbst bei einer Bearbeitungsdauer von 50 Stunden von einem unbehandelten Produkt geschmacklich und visuell nicht mehr unterscheiden läßt, woran ohne Zweifel die niedrige Bearbeitungstemperatur einen wesentlichen Anteil hat.

Um dies zu belegen, wurde eine Rohkaffeemischung einmal nach dem Verfahren des Standes der Technik (DT-OS 20 05 293) mit überkritischem CO2 bei 160 bar und 8O⁰C auf einen Resicoffeingehalt von 0,065% gebracht, zum anderen die gleiche Rohkaffeemischung mit dem vorliegenden Verfahren mit flüssigem CO2 bei 80 bar und 27°C auf 0,070% Coffeingehalt. Die Differenz in den Restcoffeinwerten liegt innerhalb der Meßfehler der Bestimmungsmethode.

Nach Röstung der beiden Chargen und Herstellung von trinkfertigen Aufgüssen unter gleichen Bedingungen wurden die Kafffees in einem Triangeltest verglichen (Food Research 13, 503 bis 505 [1948]). Als Auswahlkriterium wurde sowohl nach einem prinzipiellen Unterschied als auch nach der größeren Ähnlichkeit mit unbearbeitetem Kaffee gefragt (s Originalkaffee-Ähnlichkeit). Bei der Auswertung von 20 Tests wurde zunächst ein hochsignifikanter Unterschied mit einer statistischen Sicherheit der Aussage von 99% gefunden. Für die größere Originalkaffee-Ähnlichkeit der Probe aus vorliegendem Verfahren ergab sich eine statistische Sicherheit der Aussage von 95%.

Beispiele

1. In einer Anlage gemäß Skizze 1 wurden 3 kg Rohkaffee mit einer eingestellten Feuchte von 50% 14 Stunden bei 20°C und einem Druck von 350 atü mit flüssiger, wassergesättigter Kohlensäure im Kreislauf bearbeitet. Die Adsorberfüllung hatte ebenfalls einen Wassergehalt von 50%. Nach Trocknung wurden der Rohkaffee sowie auch eine Röstprobe hieraus analysiert.

Ergebnis (die erhaltenen Werte sind in Spalte A angegeben; Spalte B enthält die Vergleichswerte für das unbehandelte Ausgangsprodukt):

Coffeingehalt
A B

Extraktgehalt
A B

Feuchte
A

Rohkaffee
Röstkaffee

0,05%
0,06%

0,99%
1,04%

23,5% 25 % 24,6%
26,2%

11%

10,2%

2. In einer Anlage gemäß Skizze 1 wurden 3 kg Rohkaffee mit einer eingestellten Feuchte von 30% 25 Stunden bei 25° C und 90 atü mit flüssiger, wassergesät tigter Kohlensäure im Kreislauf bearbeitet. Die Adsorberfüllung hatte einen Wassergehalt von ebenfalls 30%.

5 Ergebnis nach Trocknung bzw.	Röstung:	22	B	1	2 281	I	B	6	B	10,0%
	Coffeingehalt A	1,02% 1,11%		Extraktgehalt A	24,0% 25,7%	Feuchte A
Rohkaffee Röstkaffee	0,07% 0,08%		22,8% 24,5%	10%

3. In einer Anlage gemäß Skizze 2 wurde 1kg bearbeitet. Die Temperatur im Trennbehälter wurde aul

Rohkaffee mit einer eingestellten Feuchte von 45% 18 io 28⁰C gehalten, der hier herrschende CCh-Druck betrug

Stunden bei 25⁰C und einem Druck von 380 aiii mit 70atü.

flüssiger, wassergesättigter Kohlensäure im Kreislauf Ergebnis nach Trocknung bzw. Röstung:

Coffeingehalt Extraktgehalt Feuchte

AB A B A B

Rohkaffee 0,05% 1,01% 24,2% 25,0% 9,5% 9.5%

Röstkaffee 0,07% 1,09% 26,8% 27,6% <1 % <1 %

Dem Trennbehälter wurde nach Abziehen des CCh feuchtes Coffein entnommen, das einen Reinheitsgrad von >98% aufwies.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Entcoffeinierung von Rohkaffee durch Extraktion mit flüssigem Kohlendioxid, dadurch gekennzeichnet, daß man Rohkaffee zunächst mit Wasser auf einen Feuchtigkeitsgehalt von 10 bis 60% bringt und das Coffein selektiv mit wasserhaltigem flüssigem Kohlendioxid bei einem Druck oberhalb des kritischen Drucks extrahiert.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man zur Extraktion wassergesättigtes Kohlendioxid verwendet.

3. Verfahren nach Anspruch 1 und/oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß man den Rohkaffee vor der Extraktion mit Wasser oder Wasserdampf aufschließt.

4. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß man das Lösungsmittel im Kreislauf führt und das gelöste Coffein an feuchten Sorbentien adsorbiert, wobei die Feuchtigkeitsgehalte so eingestellt werden, daß die Wassernnengen in Rohkaffee, Adsorbens und Lösungsmittel von vornherein miteinander im Gleichgewicht stehen.

5. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß man die Col'feinabtrennung aus der Lösung durch Verdampfung des Lösungsmittels bewirkt.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß man das Kohlendioxid nach der Verdampfung wieder verflüssigt und vor dem Eintritt in den Extraktionsbehälter mit Wasser sättigt.