DE2221560C3

DE2221560C3 - Verfahren zur Gewinnung von Coffein aus Rohkaffee

Info

Publication number: DE2221560C3
Application number: DE2221560A
Authority: DE
Inventors: Kurt Dipl.-Chem. Dr. 4200 Oberhausen Zosel
Original assignee: Studiengesellschaft Kohle gGmbH
Current assignee: Studiengesellschaft Kohle gGmbH
Priority date: 1971-05-07
Filing date: 1972-05-03
Publication date: 1984-08-30
Also published as: DE2221560B2; DE2221560A1; US3806619A; AT313039B

Description

Gemäß dem Patent 20 05 293 wird ein Verfahren zur Entcoffeinierung von Rohkaffee vorgeschlagen, bei dem durch eine Schicht Rohkaffee und eine Schicht Aktivkohle feuchtes Kohlendioxyd im Kreislauf geleitet wird. Das feuchte Kohlendioxyd passiert die Rohkaffeeschicht im überkritischen Zustand, die Aktivkohleschicht bei niedriger Temperatur im verflüssigten Zustand. Das feuchte Kohlendioxyd im überkritischen Zustand belädt sich dabei mit dem Coffein des Rohkaffees und dieses wird auf die Aktivkohle adsorbiert.

Die Rückgewinnung des Coffeins aus der Aktivkohle ist in dem vorgenannten Patent nicht beschrieben.

Diese Rückgewinnung wird zweckmäßigerweise in einer gesonderten Verfahrensstufe durch Behandlung der an Coffein gesättigten Aktivkohle mit Wasserdampf von etwa 25O⁰C bewerkstelligt. Es sind relativ große Mengen an Wasserdampf erforderlich, um das Coffein weitgehend zurückzugewinnen. Das Coffein fällt also in einer sehr verdünnten wäßrigen Lösung an.

Eine Zurückgewinnung des Coffeins aus der Aktivkohle mittels eines organischen Lösungsmittels ist unzweckmäßig, weil dabei Reste des Lösungsmittels auf der Aktivkohle verbleiben und eine Wiederverwendung dieser Aktivkohle den Geschmack des Kaffees ungünstig beeinflußt.

Es wurde nun gefunden, daß man einerseits auf die Verwendung von Aktivkohle als Adsorptionsmittel verzichten und stattdessen Wasser als Lösungsmittel verwenden kann und andererseits das Coffein auf eine sehr wirtschaftliche Weise aus der dabei erhaltenen verdünnten wäßrigen Lösung gewinnen kann. Die unter optimalen Bedingungen erzielbare Konzentration beträgt lediglich etwa 0,2%. Es stellte sich nämlich heraus, daß sich das Coffein unter den Entcoffeinierungsbedingungen nur bis zu einer gewissen geringen Konzentration im Wasser zurückhalten läßt.

Gegenstand der Ertindung ist ein Verfahren zur Gewinnung von Coffein aus Rohkaffee durch Entzug des Coffeins mittels umlaufendem, feuchten Kohlendioxid im überkritischen Zustand, das dadurch gekennzeichnet ist, daß das Coffein dem mit Coffein beladenen Kohlendioxid durch mehrmalige Behandlung mit Wasser entzogen und das Coffein sowie das Wasser aus der erhaltenen verdünnten wäßrigen Coffeinlösung dadurch zurückgewonnen wird, daß ein Luft- oder Stickstoffstrom unter einem Oberdruck von 1 bis 5 Atm. im Kreislauf durch erhitzte Coffeinlösung kalter Coffeinlösung, der der Gasstrom nach Abscheidung des kondensierten Wassers zugemkcht wird, tntgegengeführt und heiße, gesättigte Coffeinlösung abgezogen, sowie der Wärmebedarf durch Zuführung von Wärme zur heißen Coffeinlösung gedeckt wird.

Das erfindungsgemäße Verfahren sei anhand der

ίο Abbildung erläutert

Im Druckbehälter 1 befindet sich auf einer Siebplatte 2 Rohkaffee 3 und am Boden Wasser 4. Der Druckbehälter wird durch einen Wassermantel 5 auf etwa 70⁰C geheizt Durch den Druckbehälter wird eintretend bei 6 Kohlendioxid bei einer Temperatur von etwa 70⁰C und einem Druck von etwa 150 Atm. geführt Das Kohlendioxid perlt zunächst durch das Wasser, wobei es sich mit Wasser belädt streicht dann durch den Kaffee, wobei es zunächst einen Teil seines Wassers an die Kaffeebohnen abgibt und sich gleichzeitig mit Coffein belädt Das jetzt sowohl mit Wasser als auch mit Coffein beladene Kohlendioxid tritt bei 7 wieder aus dem Druckbehälter 1 aus und wird über eine Zahnradoder Zentrifugalpumpe 8 wieder bei 6 in den Druckbehälter 1 zurückgeführt Das Kohlendioxid läuft also bei praktisch konstanter Temperatur und konstantem Druck um.

Die Kaffeemenge 3 und Wassermenge 4 im Druckbehälter 1 sollen ungefähr gleiches Gewicht haben. Nach etwa vierstündiger Behandlung hat der Rohkaffee nur noch etwa die Hälfte seines ursprünglichen Coffeingehaltes. Das abgetrennte Coffein befindet sich jetzt im Wasser 4 gelöst. Von jetzt ab geht der weitere Entzug des Coffeins aus dem Rohkaffee nur noch langsam vor sich und kommt schließlich zum Stillstand.

Es wird deshalb nach etwa vierstündiger Behandlung das Wasser 4 weitgehend aus dem Druckbehälter 1 über das Ablaßventil 9 in den Vorratsbehälter 10 abgelassen und anschließend die gleiche Menge reinen Wassers aus dem Vorratsbehälter 11 mittels der Pumpe 12 wieder in den Druckbehälter 1 eingepumpt.

Nach einer weiteren etwa vierstündigen Behandlung ist dann der Coffeingehalt des Rohkaffees wiederum auf etwa die Hälfte gesunken. Das Ersetzen des Wassers 4 im Druckbehälter 1 durch reines Wasser wird etwa viermal wiederholt.

Nach rund zwanzigstündiger Behandlung ist dann der Restgehalt an Coffein im Rohkaffee unter 0,08 Gew.-%, der vorgeschriebenen oberen Grenze für coffeinfreien Kaffee, gesunken.

Das gesamte, dem Rohkaffee entzogene Coffein befindet sich jetzt in wäßriger Lösung im Vorratsbehälter 10. Ein kleiner Teil dieser Lösung wird zunächst in dem Abscheider 13 durch den äußeren Heizmantel 14 auf etwa 100⁰C erhitzt. Durch die Lösung wird bei 15 Luft oder Stickstoff unter einem Druck von etwa 4 Atm. geblasen. Die Luft belädt sich mit Wasserdampf, tritt bei 16 aus dem Abscheider 13 wieder aus und gelangt über die Gasumlaufpumpe 17 bei 18 in den Verdampfer 19. Daraus wieder austretend bei 20 strömt die Luft abgekühlt in den Behälter 21, wo sich kondensiertes Wasser und Luft voneinander trennen. Das Wasser wird über Ventil 22 in den Vorratsbehälter 11 zurückgeführt.

Die Luft tritt bei 23 aus dem Behälter 21 aus und strömt bei 24 in das untere Ende des Verdampfers 19.

Gleichzeitig wird kontinuierlich Coffeinlösung aus dem Vorratsbehälter 10 mittels Pumpe 25 über Kühler

26 bei 27 ebenfalls in das untere Ende des Verdampfers 19 gepumpt.

Die kalte Luft und die kalte Lösung strömen im Verdampfer 19, innig gemischt, gemeinsam der aus dem Abscheider 13 kommenden heißen, mit Wasserdampf gesättigten Luft entgegen, wobei sich die Luft wie die Lösung aufheizen und sich die Luft gleichzeitig mit Wasserdampf sättigt Die jetzt wieder heiße und mit Wasserdampf gesättigte Luft sowie heiße, konzentrierte Coffeinlösung treten aus dem Verdampfer 19 bei 28 wieder aus und gelangen bei 15 in den Abscheider 13.

Nach einer Anlaufzeit von etwa 1 Stunde befindet sich in dem Abscheider IJ eine fast konzentrierte heiße Lösung von Coffein in Wasser und heiße, mit Wasserdampf gesättigte Luft Die gesättigte Lösung wird kontinuierlich über Ventil 29 in Auffanggefäße 30 abgezogen. Bei Abkühlung der heißen gesättigten Coffeinlösung auf Zimmertemperatur fällt der g.ößte Teil des gelösten Coffeins kristallin aus, die Mutterlauge wird in den Vorratsbehälter 10 zurückgegeben.

Der Verdampfer 19 bestand bei der Versuchsapparatur aus zwei 5 m langen, konzentrisch ineinander geschobenen Kupferrohren von 3 bzw. 7 cm lichter Weite, die mit Kupferwendeln (Füllkörpern) gefüllt waren.

Die oben bei 18 in den Verdampfer 19 eintretende heiße mit Wasserdampf gesättigte Luft einerseits und die unten bei 24 bzw. 27 eintretende kalte Luft bzw. kalte Lösung andererseits tauschen im Gegenstrom zueinander fließend ihre fühlbare Wärme gegeneinander aus, darüber hinaus wird aber gleichzeitig die anfallende Kondensationswärme (latente Wärme) kontinuierlich über den ganzen Verdampfer direkt als Verdampfungswärme zur Sättigung der Luft des sich erwärmenden Gemisches aus Luft und Lösung mit Wasserdampf umgesetzt Dabei findet über den ganzen

ίο Verdampfer 19 eine Konzentrierung der Lösung statt, die am oberen Ende bereits etwa 90% beträgt Diese Konzentrierung wird hauptsächlich durch die Ausnutzung der Kondensationswärme erreicht
Bei der beschriebenen Methode der Rückgewinnung des Coffeins und des Lösungsmittels aus der verdünnten wäßrigen Lösung werden etwa 50 bis 60 Kcal/kg Wasser verbraucht dies entspricht etwa 'Λο der Verdampfungsenergie des Wassers. Diese noch erforderliche Energie wird über den äußeren Heizmantel 14 des Abscheiders 13 zugeführt Eine vergleichbare günstige Energiebilanz wird bei den hinsichtlich Energieverbrauch sparsamsten bekannten Verdampfungsverfahren unter Rückgewinnung des Lösungsmittels nur auf Kosten eines hohen apparativen Aufwands, wobei zahlreiche Verdampferelemente hintereinandergeschaltet werden, erreicht (vgl. z. B. Chemikerzeitung 88 (1964) S. 433-444, besonders S. 442).

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentanspruch:

Verfahren zur Gewinnung von Coffein aus Rohkaffee durch Entzug des Coffeins mittels umlaufendem, feuchten Kohlendioxyd im überkritischen Zustand, dadurch gekennzeichnet, daß das Coffein dem mit Coffein beladenen Kohlendioxyd durch mehrmalige Behandlung mit Wasser entzogen und das Coffein sowie das Wasser aus der erhaltenen verdünnten, wäßrigen Coffeinlösung dadurch zurückgewonnen wird, daß ein Luftoder Stickstoffstrom unter einem Überdruck von 1—5 Atm. im Kreislauf durch erhitzte Coffeinlösung kalter Coffeinlösung, der der Gasstrom nach Abscheidung des kondensierten Wassers zugemischt wird, entgegengeführt und heiße gesättigte Coffeinlösung abgezogen, sowie der Wärmebedarf durch Zuführung von Wärme zur heißen Coffeinlösung gedeckt wird.