DE2548916A1 - PROCESS FOR DECAFFEINIZATION OF VEGETABLE MATERIALS - Google Patents
PROCESS FOR DECAFFEINIZATION OF VEGETABLE MATERIALSInfo
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Description
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Societe des Produits Nestle S.A. in Vevey / SCHWEIZSociete des Produits Nestle S.A. in Vevey / SWITZERLAND
"Verfahren zur Entkoffeinisierung von pflanzlichen Materialien""Process for decaffeinating herbal products Materials"
Die Erfindung bezieht sich auf die Entkoffeinisierung von pflanzlichen Materialien.The invention relates to the decaffeination of vegetable materials.
Es besteht seit langem ein Bedarf für die Entkoffeinisierung von pflanzlichen Materialien, insbesondere solchen für die Herstellung von Getränken wie Kaffee und Tee. Bei der üblichen Entkoffeinisierung werden im allgemeinen organische Lösungsmittel, wie z.B. Trichloräthylen oder Chloroform, verwendet, welche Lösungsmittel entweder mit dem pflanzlichen Material oder einem wäßrigen Extrakt davon zusammengebracht werden. Wenn eine ausreichende Menge Koffein in das Lösungsmittel überführt worden ist, dann wird die erhaltene Koffeinlösung abgetrennt, so daß eine weitere Behandlung des entkoffeinisierten Materials oder Extrakts ermöglicht wird.There has long been a need for the decaffeination of vegetable materials, especially those for the Manufacture of beverages such as coffee and tea. Ordinary decaffeination generally uses organic Solvents, such as trichlorethylene or chloroform, are used, which solvents either with the vegetable Material or an aqueous extract thereof are brought together. If there is a sufficient amount of caffeine in the solvent has been transferred, then the obtained caffeine solution is separated, so that a further treatment of the decaffeinated Material or extract is made possible.
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Diese auf organischen Lösungsmitteln basierenden Entkoffeinisierungstechniken besitzen einige Nachteile. Besonders wichtig ist dabei für den Verbraucher, daß durch die Verwendung der bisher für die Entkoffeinisierung herangezogenen Lösungsmittel oftmals ein Verlust oder eine Denaturierung von wertvollen Geschmacks- und Aromabestandteilen des später daraus herzustellenden Getränks auftritt. Somit hatte die Entkoffeinisierung häufig Produkte zur Folge, die keine sehr hohen Qualitätseigenschaf ten aufwiesen.These organic solvent based decaffeination techniques have some drawbacks. It is particularly important for the consumer that by using the previously used for decaffeination The solvents used often result in a loss or denaturation of valuable taste and flavor Aroma components of the drink to be produced later occurs. So the decaffeination had often result in products that are not of very high quality exhibited.
Da außerdem die bisher verwendeten Lösungsmittel ihrerseits selbst schädlich sind, ergaben sich auch Bedenken, sie mit pflanzlichen Materialien zusammenzubringen, aus denen Nahrungsprodukte hergestellt werden. Diese Bedenken haben zur Entwicklung von komplizierten und aufwendigen Verfahrenstechniken geführt, um eine vollständige Lösungsmittelabtrennung von den fertigen Produkten zu erzielen.Since the solvents used up to now are themselves harmful, there were also concerns about to associate them with plant materials from which food products are made. These concerns have led to the development of complex and costly process technologies in order to achieve complete solvent separation from the finished products.
Gemäß der Erfindung wird nunmehr ein Verfahren^ zur Herstellung eines entkoffeinisierten pflanzlichen Materials vorgeschlagen, welches dadurch ausgeführt wird, daß man ein flüssiges, was se runmi sehbare s fettes Material, mit einem koffeinhaltigen pflanzlichen Material zusammenbringt, dieses fette Material und das pflanzliche Material während einer ausreichenden Zeit in Kontakt hält, um Koffein aus dem pflanzlichen Material in das fette Material zu überführen, und das resultierende, koffeinhaltige fette Material von. dem entkoffeinisierten pflanzlichen Material abtrennt.According to the invention there is now a method for the production of a decaffeinated vegetable material suggested which is carried out by mixing a liquid, what can be seen, with a caffeinated material vegetable material brings together this fatty material and the vegetable material during a sufficient period Keeps in contact time to convert caffeine from the vegetable matter to the fatty matter, and the resulting, caffeinated fat stuff of. the decaffeinated vegetable matter.
Der hier verwendete Ausdruck "fettes Material" bezieht sich auf irgendwelche tierische oder pflanzliche Fette oder Öle oder Gemische daraus oder Fraktionen davon, die innerhalbAs used herein the term "fatty material" refers to any animal or vegetable fats or Oils or mixtures thereof, or fractions thereof, contained within
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des Temperaturbereichs (wird weiter unten erörtert) eine flüssige Form annehmen, der für die Abtrennung von Koffein aus koffeinhaltigen Zusammensetzungen geeignet ist. Diese fetten Materialien bestehen üblicherweise im wesentlichen aus Estern von Fettsäuren (normalerweise Glycerinester) und können entweder in ihrer ursprünglichen Form oder in anderen Formen, die bei den üblichen in der Technik bekannten Behandlungen entstehen, verwendet werden. Darüber hinaus sollten die verwendeten fetten Materialien für andere Bestandteile des pflanzlichen Materials als Koffein Nichtlöser sein.of the temperature range (to be discussed below) assume a liquid form suitable for the separation of Caffeine from caffeinated compositions is suitable. These bold materials usually exist consisting essentially of esters of fatty acids (usually glycerol esters) and can either be in their original form Form or in other forms resulting from conventional treatments known in the art. In addition, the fatty materials used should be considered for other components of the vegetable material Be caffeine nonsolvent.
So können beispielsweise die fetten Materialien die Form von ungesättigten oder gesättigten Fetten oder ölen aufweisen. In ähnlicher Weise können unraffinierte oder in herkömmlicher Weise raffinierte öle wie auch öle mit oder ohne solche üblichen Zusätze, wie Antioxydationsmittel und Konservierungsmittel, beim erfindungsgemäßen "Verfahren verwendet werden. Es wird jedoch bevorzugt, daß das fette Material im wesentlichen frei von oberflächenaktiven Mitteln ist, die entweder von Natur aus anwesend oder aber zugesetzt sein können. Diese Materialien können Emulsionen stabilisieren, die sich beim Rühren der flüssigen Bestandteile, die beim erfindungsgemäßen Verfahren verwendet werden, bilden und somit Verfahrensstufen wie das Trennen durch Zentrifugieren erschweren können.For example, the fatty materials can be in the form of unsaturated or saturated fats or oils. Similarly, unrefined or conventionally refined oils, as well as oils with or without such customary additives, such as antioxidants and preservatives, in the process according to the invention be used. It is preferred, however, that the fatty material be substantially free of surfactants which can either be naturally present or added. These materials can be emulsions stabilize, which when stirring the liquid components that are used in the method according to the invention, and thus process stages such as separating through Can make centrifugation difficult.
Die beim erfindungs gemäßen Verfahren verwendeten fetten Materialien umfassen handelsübliche öle und Fette. Zahlreiche solche Öle und Fette sind im Handel verfügbar. Von diesen Materialien werden jedoch die eßbaren sehr bevorzugt, da, wenn solche fetten Materialien verwendet werden, keine besondere Achtsamkeit bei der Abtrennung von pflanzlichen Materialien, die anschließend in Nahrungs-The fats used in the fiction, contemporary method Materials include commercially available oils and greases. Numerous such oils and fats are commercially available. Of these materials, however, the edible ones are very preferred since such fatty materials are used do not pay particular attention to the separation of plant materials that are then used in food
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mittel verarbeitet werden, erforderlich ist.medium processed is required.
Diese fetten Materialien sind dazu in der Lage, jeden gewünschten Entkoffeinisierungsgrad eines pflanzlichen Materials zu bewirken. Obwohl eine im wesentlichen vollständige Entfernung von Koffein üblicherweise bevorzugt wird, kann auch ein geringerer Entkoffeirisierungsgrad nach Bedarf erreicht werden. In jedem Fall wird jedoch eine entsprechende Menge Koffein als wertvolles, handelsfähiges Nebenprodukt erhalten.These fatty materials are capable of any desired degree of decaffeination of a vegetable To effect material. Although substantially complete removal of caffeine is usually preferred a lower degree of decaffeination can be achieved as required. In any case, however, will Receive an equivalent amount of caffeine as a valuable, tradable by-product.
Die fetten Materialien werden zur Extraktion von Koffein aus den verschiedensten pflanzlichen Materialien verwendet, und zwar am häufigsten aus Kaffee oder Tee. Damit die Entkoffeinisierung jedoch leicht vonstatten geht, ist es erwünscht, daß Wasser anwesend ist. Es wird angenommen, daß diese Tatsache ihren Grund darin hat, daß es günstig ist, wenn das Koffein zunächst in einer wasser-solubilisierten oder teilweise wasser-solubilisierten Form vorliegt, wodurch der Zugang des als Entkoffeinisierungslösungsmittel verwendeten fetten Materials erleichtert wird. Die Annahme eines solchen Mechanismus beim erfindungsgemäßen Verfahren soll jedoch lediglich eine Erläuterung darstellen und den Bereich der Erfindung in keiner V/eise beschränken,The fatty materials are used to extract caffeine from a wide variety of plant materials, and most often from coffee or tea. However, in order for decaffeination to proceed easily, it is desirable that water is present. It is believed that this fact is because it is favorable is when the caffeine is initially in a water-solubilized or partially water-solubilized form, thereby facilitating access to the fatty material used as the decaffeinating solvent. The assumption such a mechanism in the method according to the invention however, is intended to be illustrative only and in no way restrict the scope of the invention,
Koffeinhaltige pflanzliche Materialien, die durch das erfindungsgemäße Verfahren entkoffeinisiert werden können, werden in geeigneter Weise entweder in wäßriger flüssiger oder in fester Form verwendet. Wenn eine feste Form verwendet wird, dann soll noch Wasser anwesend sein, auch wenn es innerhalb des Feststoffs gebunden ist. Demgemäß werden also wäßrige Lösungen von Pflanzenmaterialien,sowie Pflanzenmaterialien mit einem beträchtlichen Feuchtigkeits-Caffeinated herbal materials that are produced by the Process can be decaffeinated, suitably either in aqueous liquid or used in solid form. If a solid form is used then water should still be present, too when it is bound within the solid. Accordingly, so are aqueous solutions of plant materials, as well Plant materials with a considerable moisture content
gehalt für die Entkoffeinlsierung gemäß der Erfindung bevorzugt .content for decaffeination according to the invention is preferred .
Wäßrige Extrakte von Tee oder geröstetem gemahlenem Kaffee sind allgemein bekannt und können durch in der Technik übliche
Verfahren hergestellt werden. Da diese Extrakte ihrerseits später in Getränkeprodukte überführt v/erden, sollten sie
üblicherweise so behandelt werden, daß sie möglichst wenig Bedingungen ausgesetzt v/erden, die einen Verlust und/oder
Abbau von wertvollen Geschmacksbestandteilen zur Folge
haben können. Eine besondere Klasse von Bestandteilen dieser Getränke, die sogenannten flüchtigen Stoffe oder aromatischen
Stoffe, sind in dieser Hinsicht besonders empfindlich.Aqueous extracts of tea or roasted ground coffee are well known and can be prepared by methods conventional in the art. Since these extracts are later converted into beverage products, they should
usually be treated so as to minimize exposure to conditions that could result in loss and / or
Degradation of valuable flavor components as a result
can have. A special class of constituents in these beverages, the so-called volatile substances or aromatic substances, are particularly sensitive in this regard.
Sie werden deshalb vorzugsweise zu Beginn des Verfahrens
abgetrennt und erst am Ende oder in der Nähe des Endes
der eigentlichen Getränkeherstellung wieder mit den stabileren Bestandteilen vereinigt.They are therefore preferred at the beginning of the procedure
separated and only at the end or near the end
the actual beverage production reunited with the more stable components.
Diese Abtrennung und Bewahrung der flüchtigen oder aromatischen Bestandteile von pflanzlichen Materialien kann durch
in der Technik an sich bekannte Verfahren erfolgen. So ist es beispielsweise üblich, wäßrige Extrakte mit Dampf abzustreifen,
wodurch ein wäßriges Kondensat erhalten wird, das die aromatischen und flüchtigen Bestandteile enthält. Diese
Isolate werden dann unter niedriger Temperatur aufbewahrt, bis sie wieder mit den aus dem pflanzlichen Material herausgeholten
Bestandteilen vereinigt werden, beispielsweise
durch Mischen unmittelbar vor dem Trocknen oder Zugabe zum getrockneten Material selbst, wobei sich dann im letzteren
Fall eine zweite kurze Trocknung anschließt. Wenn demgemäß also wäßrige Extrakte mit fetten Materialien entkoffeinisiert
werden, dann ist die wäßrige Lösung des pflanzliehen Materials vorzugsweise frei von seinen üblichen flüchtigen Bestandteilen.This separation and preservation of the volatile or aromatic constituents of vegetable materials can be carried out by methods known per se in the art. For example, it is customary to steam off aqueous extracts, thereby obtaining an aqueous condensate which contains the aromatic and volatile constituents. These isolates are then kept under low temperature until they are re-combined with the components extracted from the plant material, for example
by mixing immediately before drying or adding to the dried material itself, with a second brief drying then following in the latter case. Accordingly, if aqueous extracts with fatty materials are decaffeinated, then the aqueous solution of the vegetable material is preferably free of its usual volatile constituents.
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Ein anderes flüssiges pflanzliches Material, das durch das erfindungsgemäße Verfahren entkoffeinisiert werden kann, besteht aus einem wäßrigen Extrakt des pflanzlichen Materials, der speziell zum Zwecke der Entkoffeinisierung hergestellt worden ist und nicht einen Teil eines späteren Getränkeprodukts bildet. Diese Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens eignet sich besonders für pflanzliche Materialien, wie z.B. Kaffee, der normalerweise geröstet oder anderweitig behandelt werden muß, um viele der gewünschten Getränkebestandteile zu bilden.Another liquid vegetable material that can be decaffeinated by the method of the invention is from an aqueous extract of the vegetable material that is specially made for the purpose of decaffeination and does not form part of a later beverage product. This embodiment of the invention Process is particularly suitable for vegetable materials, such as coffee, which is normally roasted or otherwise must be treated to form many of the desired beverage ingredients.
Beispielsweise wird bei dieser Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ein wäßriger Extrakt von grünen Kaffeebohnen verwendet. Solche Bohnen können mit Wasser extrahiert v/erden, um ihre Koffeinbestandteile zu entfernen. Der resultierende Extrakt enthält jedoch verhältnismäßig wenig von den normalen Kaffeegetränkebestandteilen, da nämlich diese wasserlöslichen Bestandteile weitgehend erst beim anschließenden Rösten der Bohnen gebildet werden.For example, in this embodiment of the invention Method uses an aqueous extract of green coffee beans. Such beans can be extracted with water v / ground to remove its caffeine components. The resulting However, extract contains relatively little of the normal coffee beverage components, namely these water-soluble components are largely only formed during the subsequent roasting of the beans.
Die Herstellung dieses Extrakte ist ziemlich einfach. Alles was erforderlich ist, besteht darin, daß die grünen Bohnen mit einer Gewichtsmenge Wasser in Berührung gebracht werden, die zur Auflösung des Koffeingehalts ausreicht. Die Bohnen enthalten normalerweise 2 bis 3 Gew.-% Koffein, je nach ihrer Herkunft, üblicherweise wird das Auflösen durch einen Gegenstrom von Bohnen und Wasser bewerkstelligt. Diese Stufe kann jedoch auch einfach darin bestehen, daß man die Bohnen in V/asser oder einer äquivalenten Flüssigkeit aufschlämmt, wobei die Kontaktzeit, üblicherweise 10 bis 60 min, ausreichen soll, um den gewünschten Entkoffeinisierungsgrad zu erzielen.Making these extracts is pretty straightforward. All that is required is that the green beans be placed in contact with an amount by weight of water sufficient to dissolve the caffeine content. The beans typically contain 2 to 3 wt -.% Caffeine, depending on their origin, usually the dissolution is accomplished by a countercurrent flow of beans and water. However, this stage can also simply consist in slurrying the beans in water / water or an equivalent liquid, the contact time, usually 10 to 60 minutes, being sufficient to achieve the desired degree of decaffeination.
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Auch dann, wenn grüne Bohnen mit V/asser extrahiert werden, gehen einige wertvolle Getränkebestanclteile in die wäßrige Phase. Eine Technik, durch die ein wesentlicher Verlust dieser erwünschten Bestandteile vermieden werden kann, besteht darin, daß man einen geschlossenen Kreislauf des wäßrigen Extraktionsmediums verwendet. Bei dieser Technik nimmt das wäßrige Medium rasch die maximale Konzentration der verschiedenen wasserlöslichen Bestandteile, einschließlich Koffein, aus den grünen Bohnen auf. Bei der nachfolgenden selektiven Abtrennung des Koffeins aus dem Medium wird ein rückführbares wäßriges Extraktionsmedium erhalten, das hinsichtlich derjenigen wasserlöslichen Bestandteile von grünen Bohnen, die nicht durch die Entkoffeinisierung des Mediums entfernt werden, rasch sich dem dynamischen Gleichgewicht nähert.Even when green beans are extracted with water, some valuable beverage ingredients go into the watery one Phase. A technique by which a substantial loss of these desired components can be avoided, consists in using a closed circuit of the aqueous extraction medium. With this technique the aqueous medium rapidly takes the maximum concentration of the various water-soluble ingredients, including Caffeine, made from the green beans. During the subsequent selective separation of the caffeine from the medium, a recyclable aqueous extraction medium obtained, which in terms of those water-soluble constituents of green beans that are not decaffeinated by the Medium are removed, rapidly approaches the dynamic equilibrium.
Aufgrund dieses dynamischen Gleichgewichts wird durch das rückgeführte freie Extraktionsmedium beim erneuten Kontakt mit grünen Kaffeebohnen im wesentlichen nur das Koffein daraus entfernt. So kann also in einer kurzen Zeit ein System erhalten werden, bei dem nur Koffein aus den grünen Bohnen abgetrennt wird.Due to this dynamic equilibrium, the returned free extraction medium is released upon renewed contact having green coffee beans essentially just removes the caffeine from it. So it can be in a short time System in which only caffeine is separated from the green beans.
Sowohl das Kreislaufextraktionsmedium als auch der wäßrige Extrakt, der oben näher diskutiert wurde, sind im wesentlichen wäßrige Lösungen, die sowohl Koffein als auch verschiedene wasserlösliche 'Bestandteile von pflanzlichen Materialien enthalten. Demgemäß kann die erfindungsgemäße Technik der Behandlung der flüssigen pflanzlichen Materialien mit fettem Material zur Entfernung von Koffein im wesentlichen in der gleichen V/eise auf beide angewendet werden. So wird ein flüssiges pflanzliches Material mit einem geeigneten Volumen eines flüssigen, wasserunmischbaren fetten Materials gemischt,Both the circulatory extraction medium and the aqueous extract discussed in detail above are essential aqueous solutions containing both caffeine and various water-soluble 'constituents of vegetable materials contain. Accordingly, the inventive technique of treating the liquid vegetable materials with fatty Caffeine removal material can be applied to both in essentially the same manner. So becomes a liquid vegetable material mixed with a suitable volume of a liquid, water-immiscible fatty material,
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damit solange in Mischung gehalten, bis das Koffein in das fette Material gewandert ist, und dann mit einem entsprechend verringerten Koffeingehalt abgetrennt. Diese Stufen können ziemlich einfach durchgeführt werden, und zwar wegen der Tatsache, daß beide Phasen Flüssigkeiten sind. Diese Tatsache gestattet eine leichte und sorgfältige Mischung unter Rühren, während die Unmischbarkeit der beiden Phasen (wäßrig und fett) eine im wesentlichen vollständige Abtrennung durch viele bekannte Techniken, wie z.B. Dekantieren, ermöglicht.keep it in the mixture until the caffeine is in the fatty material has migrated, and then separated with a correspondingly reduced caffeine content. These Stages can be carried out fairly easily because of the fact that both phases are liquids are. This fact allows an easy and thorough mixing with stirring, while the immiscibility of the two Phases (aqueous and fat) an essentially complete separation by many known techniques, such as e.g. decanting, enables.
Von besonderer Wichtigkeit für die Wirksamkeit der Entkoffeinisierung sind die Koffeinlösungseigenschaften des fetten Materials. Diese Eigenschaften hängen vom jeweils ausgewählten Material und von der Temperatur während des Mischens mit dem flüssigen pflanzlichen Material ab. Dieser Effekt kann anhand des Verteilungskoffizienten für Koffein zwischen gleichen Volumina der fetten und der wäßrigen Phase während des· Mischens und beim Gleichgewicht erörtert werden. Die Affinität des fetten Materials für Koffein bei einer gegebenen Temperatur ergibt sich aus der folgenden Beziehung:Of particular importance for the effectiveness of the decaffeination are the caffeine dissolving properties of the fatty material. These properties depend on each selected material and the temperature during mixing with the liquid vegetable material. This The effect can be based on the distribution coefficient for caffeine between equal volumes of fat and water Phase during mixing and at equilibrium. The affinity of fat material for caffeine a given temperature results from the following relationship:
VerteilunP-skoeffizient - Koffeinkonzentration in der fetten Phase verteilunbskoeiiizient - Koffeinkonzentration in der wäßrigen PhaseDistribution coefficient - caffeine concentration in the fat phase distribution coefficient - caffeine concentration in the aqueous phase
Höhere Verteilungskoeffizienten bedeuten also ein höheres Vermögen zur Entkoffeinisierung.So higher distribution coefficients mean higher ones Ability to decaffeinate.
In der folgenden Tabelle I sind beispielhafte Daten für verschiedene fette Materialien bei verschiedenen Temperaturen angegeben. Die Daten zeigen das Gleichgewicht, das durch einfaches Mischen gleicher Volumina fettes Material und wäßriger Koffeinlösungen erhalten wird. Es wird darauf hingewiesen, daß das jeweils verwendete fette Material nurIn the following Table I are exemplary data for various bold materials indicated at different temperatures. The data show the equilibrium that goes through simply mixing equal volumes of fatty material and aqueous caffeine solutions is obtained. It will care pointed out that the fat material used in each case only
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ein Repräsentant handelsüblicher Produkte darstellt. So sind je nach der Vorgeschichte eines bestimmten Materials gewisse Änderungen im Verteilungskoeffizienten zu erwarten. Mt diesen Daten und mit den in dieser Beschreibung zusätzlich zur Verfügung gestellten Angaben können jedoch die Eigenschaften und die optimalen Bedingungen für die Verwendung anderer fetter Materialien innerhalb des Bereichs der Erfindung leicht bestimmt werden.represents a representative of commercially available products. So are depending on the history of a particular material expect certain changes in the partition coefficient. With these dates and with those in this description However, additional information provided may include the properties and the optimal conditions can easily be determined for the use of other fatty materials within the scope of the invention.
TABELLE I Löslichkeitseigenschaften von fetten MaterialienTABLE I Solubility Properties of Fatty Materials
fettes Material Temperaturfat material temperature
SafflorölSafflower oil
SojabohnenölSoybean oil
MaisölCorn oil
Erdnußöl
KaffeeölPeanut oil
Coffee oil
Triolein (ölsäureester von Glycerin)Triolein (oleic acid ester of glycerin)
Olivenöl
Schweinefettolive oil
Pork fat
200C 100C20 0 C 10 0 C
2OWC 10°C20 W C 10 ° C
20°C20 ° C
15°C15 ° C
100C10 0 C
5°C5 ° C
10°C 23°C10 ° C 23 ° C
23°C 23°C 650C23 ° C 23 ° C 65 0 C
KoffeinVerteilungskoeffizient bei gleichen Volumina wäßriger und fetter Phasen Caffeine distribution coefficient with equal volumes of aqueous and fatty phases
0,064 0,0670.064 0.067
0,0ö4 0,0590.064 0.059
0,064 0,064 0,071 0,0850.064 0.064 0.071 0.085
0,067 0,1400.067 0.140
0,085 0,076 0,1970.085 0.076 0.197
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Die Kontaktzeit zwischen den fetten und pflanzlichen Phasen ist weitgehend unwichtig. Es sind nur einige Minuten für die Annäherung an das Gleichgewicht erforderlich. Die optimale Temperatur für die Entkoffeinisierung bei einem bestimmten fetten Material innerhalb des Bereichs der Erfindung sollte jedoch vor der Anwendung bestimmt v/erden. Beispielhafte Daten sind in Tabelle I angegeben, jedoch können auch weitere Bestimmungen durch allgemein bekannte Techniken durchgeführt werden. Die beste Temperatur beim erfindungsgemäßen Verfahren kann nach der Auswahl des verwenceten fetten Materials durch einfachen Versuch bestimmt werden.The contact time between the fatty and vegetable phases is largely unimportant. It's only for a few minutes the approach to equilibrium is required. The optimal temperature for decaffeinating one however, certain fatty materials within the scope of the invention should be determined prior to use. Exemplary data are given in Table I, but further determinations can also be made by well known Techniques are carried out. The best temperature in the process according to the invention can be used after the selection of the fat material can be determined by a simple experiment.
Bei der Bestimmung der optimalen Temperatur zieht die Auswahl eines bestimmten Materials Grenzen der möglichen Variationen nach sich. So definieren der Gefrierpunkt des wäßrigen pflanzlichen Materials und der Verfestigungspunkt des fetten Materials den unteren Grenzwert für brauchbare Temperaturen. Am anderen Ende des Bereichs sollte ein Abbau des Geschmacks vermieden werden, der eintreten kann, wenn die Geschmacks- und Aromabestandteile höheren Temperaturen ausgesetzt werden. Normalerweise kann jedoch die Entkoffeinisierung innerhalb eines Bereichs von 0 bis 50°C, wobei für wäßrige Extrakte 10 bis 30 C bevorzugt werden, erfolgen. Wenn diese Bestandteile weigehend abwesend sind, dann können noch höhere Temperaturen bis zum Instabilitätspunkt des betreffenden pflanzlichen Materials brauchbar sein.When determining the optimal temperature, the choice of a particular material draws the limits of what is possible Variations after itself. So define the freezing point of the aqueous vegetable material and the solidification point of the fat material the lower limit for usable temperatures. There should be a breakdown at the other end of the range of the taste that can occur when the flavor and aroma components are exposed to higher temperatures get abandoned. Normally, however, the decaffeination can be done within a range of 0 to 50 ° C, with Aqueous extracts 10 to 30 C are preferred. If these components are negligibly absent, then even higher temperatures can reach the point of instability of the plant material concerned.
Wenn einmal ein bestimmtes fettes Material und eine Temperatur für die Entkoffeinisierungsstufe ausgewählt worden sind, so bleiben lediglich noch Betrachtungen hinsichtlich des Grads der Entkoffeinisierung anzustellen. Dieser wird im allgemeinen zumindest teilweise durch das Verhältnis des pflanzlichen Materials zum fetten Material beeinflußt.Once a specific fat material and temperature has been selected for the decaffeination stage are only left to consider the degree of decaffeination. This one will generally influenced at least in part by the ratio of vegetable matter to fatty matter.
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üblicherweise gibt ein Verhältnis von fettem Material zu wäßrigem pflanzlichen Material von ungefähr 20:1 nur eine teilweise Entkoffeinisierung in einer einzigen Kontaktierungsstufe. So ergeben beispielsweise bei diesem Verhältnis Verteilungskoeffizienten von 0,035 bzw. 0,085 eine Entkoffeinisierung von ungefähr 40>i bzw. 65$· Eine Erhöhung des Verhältnisses von fettem Material zu pflanzlichem Material steigert natürlich den Entkoffeinisierungsgrad und umgekehrt.usually a proportion of fatty material admits aqueous vegetable material of approximately 20: 1 only partially decaffeinated in a single contacting step. For example, with this ratio distribution coefficients of 0.035 and 0.085 result in decaffeination of about 40> i or $ 65 · An increase the ratio of fatty matter to vegetable matter naturally increases the degree of decaffeination and vice versa.
Jedoch beeinflußt auch die Einrichtung, mit welcher die Kontaktierung mit dem fetten Material durchgeführt wird, den Entkoffeinisierungsgrad. Die Entkoffeinisierung kann, wie weiter oben beschrieben, durch eine Einstufen-Entkoffeinisierung erfolgen, wobei ein bestimmtes Gewicht fettes Material mit einem bestimmten Gewicht vfäßrigem Extrakt kontaktiert wird, diese Materialien eine ausreichende Zeit in Kontakt gehalten werden, daß die Koffeinverteilung das Gleichgewicht erreicht, und dann der Extrakt abgetrennt wird. Die Wirksamkeit der Entkoffeinisierung kann jedoch aureh Erhöhung der Anzahl der Stufen gesteigert werden. Demgemäß wird bei einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens die Entkoffeinisierung mehrstufig durchgeführt, wobei das pflanzliche Material mit aufeinanderfolgenden Portionen des fetten Materials kontaktiert wird, bis der gewünschte Entkoffeinisierungsgrad erreicht worden ist;However, the device with which the contact with the rich material is carried out also influences the degree of decaffeination. As described above, decaffeination can be carried out using one-step decaffeination take place, whereby a certain weight of fatty material comes into contact with a certain weight of aqueous extract If these materials are kept in contact for a sufficient amount of time that the caffeine distribution equilibrium is reached, and then the extract is separated. The effectiveness of decaffeination can be however, aureh increasing the number of stages can be increased. Accordingly, in a preferred embodiment of the method according to the invention, the decaffeination is carried out in several stages, with the vegetable material contacted with successive servings of the fatty material until the desired degree of decaffeination has been achieved;
Diese bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens kann einfach dadurch ausgeführt werden, daß man die koffeinhaltige Zusammensetzung mit Portionen eines bestimmten fetten Materials kontaktiert, die fette Phase und die wäßrige Phase während einer ausreichenden Zeit in" Kontakt hält, damit ein wesentlicher übergang von KoffeinThis preferred embodiment of the invention Method can be carried out simply by adding servings of the caffeinated composition certain fatty material contacted, the fatty phase and the aqueous phase for a sufficient time keeps in touch, thus making an essential transition of caffeine
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in das fette Material stattfindet (ein solcher übergang entspricht üblicherweise mehr als 70$ der Gleichgewichtsverteilung), die wäßrige und die fette Phase trennt und hierauf diese Stufenabfolge mit weiteren Portionen von koffeinfreiem fettem Material wiederholt.in the fat material takes place (such a transition corresponds to usually more than $ 70 of the equilibrium distribution), the aqueous and the fatty phase are separated and then this sequence of steps with further servings of decaffeinated bold material repeated.
Noch eine weitere bevorzugte Ausfuhrungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens umfaßt eine Gegenstromentkoffeinisierung. Hierbei wird ein zunächst koffeinfreies fettes Material durch aufeinanderfolgende Volumina pflanzlichen Materials hindurchgeführt, wobei diese letzteren Volumina bezüglich des Koffeingehalts in umgekehrter Reihenfolge angeordnet sind. So berührt frisches fettes Material zunächst diejenigen Volumina an pflanzlichem Material, die bereits am stärksten entkoffeinisiert worden sind und dann erst diejenigen mit höherem Koffeingehalt. Wenn bei diesem Verfahren das erste Volumen des pflanzlichen Materials den gewünschten Entkoffeinisierungsgrad.erreicht hat, dann wird es einfach ausgelassen, während ein neues Volumen, das den höchsten Koffeingehalt aufweist, stromabwärts angeschlossen, um eine konstante Anzahl von Volumina im Strom und eine richtige Reihenfolge des Kontakts mit dem fetten Material aufrechtzuerhalten.Yet another preferred embodiment of the invention Process includes countercurrent decaffeination. Here, an initially caffeine-free fatty material is used successive volumes of vegetable matter passed through it, the latter volumes being related to the caffeine content are arranged in reverse order. Fresh, fatty material first touches those volumes of plant material that is already the most decaffeinated and only then those with a higher caffeine content. If in this procedure the first Volume of the vegetable material has reached the desired degree of decaffeination then it is simply left out while creating a new volume that has the highest caffeine content connected downstream to a constant number of volumes in the stream and a correct order to maintain contact with the greasy material.
Es wird besonders darauf hingewiesen, daß wäßrige Lösungen oder Extrakte von pflanzlichem Material beispielsweise 2 bis 60 Gew.-i gesamte lösliche Feststoffe enthalten können, üblicherweise wird es jedoch bevorzugt, daß die zu entkoffeinisierenden Lösungen eine Konzentration an lösliehen Feststoffen von 10 bis 50? aufweisen, bevor sie mit dem als Lösungsmittel für Koffein wirkenden fetten Material kontaktiert werden. Solche Konzentrationen werden bevorzugt, damit die nachfolgenden FlüssigkeiteVolumina, bei der Entkoffeinlsierung, klein gehalten wer-It is particularly pointed out that aqueous solutions or extracts of vegetable material, for example May contain 2 to 60 wt-i total soluble solids, Usually, however, it is preferred that the solutions to be decaffeinated contain a concentration of soluble Solids from 10 to 50? have before they start with the as a solvent for caffeine-acting fatty material. Such concentrations will be preferred so that the following liquid volumes, when decaffeinating, be kept small
den können und damit die Wassermenge klein ist, die später von einem Extrakt beim Trocknen in eine feste Form entfernt werden muß.and so the amount of water that is later removed by an extract when it dries into a solid form is small must become.
Eine Konzentrierung kann durch in der Technik an sich bekannte Verfahren erreicht werden. Da der wäßrige Extrakt später das getrocknete Getränkeprodukt abgeben soll, wird es auch hier bevorzugt, daß die Konzentrierung unter Bedingungen erreicht wird, welche einen möglichst geringen abträglichen Einfluß auf den Geschmack ergeben. Demgemäß wird es bevorzugt, Techniken wie Vakuumverdampfung oder Gefrierkonzentrierung zu verwenden, bei denen der Extrakt nicht längere Zeit höheren Temperaturen ausgesetzt werden muß.Concentration can be achieved by methods known per se in the art. Because the aqueous extract is to later release the dried beverage product, it is also preferred here that the concentration under conditions is achieved, which result in the least possible detrimental effect on the taste. Accordingly it is preferred to use techniques such as vacuum evaporation or freeze concentration in which the extract does not have to be exposed to higher temperatures for a long time.
Die vorliegende Erfindung umfaßt auch ein Verfahren, bei welchem fettes Material für die direkte Entkoffeinisierung von festen pflanzlichen Materialien verwendet wird. Beispiele für solche Peststoffe sind grüne Kaffeebohnen, die in gemahlener, zerkleinerter und vorzugsweise ganzer Form verwendet werden können. Geröstete Kaffeebohnen können ebenfalls verwendet werden. Jedoch sollten die flüchtigen Stoffe zuerst entfernt werden, um einen übermäßigen Verlust an wertvollen Getränkebestandteilen zu vermeiden. Demgemäß wird die Entkoffeinisierung von ganzen grünen Bohnen am meisten bevorzugt. Die folgende Erörterung dieser Ausführungsform ist deshalb besonders darauf gerichtet, obwohl natürlich auch andere pflanzliche Materialien in ähnlicher Weise behandelt werden können.The present invention also encompasses a method in which fatty material is used for direct decaffeination of solid vegetable materials is used. Examples of such pests are the green coffee beans can be used in ground, comminuted and preferably whole form. Can of roasted coffee beans can also be used. However, the volatiles should be removed first to avoid undue loss to avoid valuable beverage ingredients. Accordingly, the decaffeination of whole greens is done Beans most preferred. The following discussion of this embodiment is therefore particularly aimed at although, of course, other vegetable materials can be treated in a similar manner.
Die Verwendung von festen pflanzlichen Materialien stellt eine besonders bevorzugte Ausführungsform der Erfindung dar, insofern, als dabei gewisse Nachteile vermieden werden, die mit wäßrigen Lösungen von pflanzlichen Mate-The use of solid vegetable materials represents a particularly preferred embodiment of the invention to the extent that certain disadvantages are avoided, which are associated with aqueous solutions of vegetable matter
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rialien verbunden sind. Somit wird die Abtrennung des fetten Materials von der koffeinhaltigen Zusammensetzung durch die Tatsache erleichtert, daß das fette Material flüssig bleibt und das pflanzliche Material in fester Form vorliegt. Die Trennung der Bohnen und des fetten Materials kann bequem durch einfaches Ablaufenlassen der Bohnen erreicht werden. Wenn Zentrifugalkräfte zur Erleichterung dieser Abtrennung verwendet werden, dann kann eine ziemlich einfache Maschine herangezogen werden.rials are connected. Thus, the separation of the fatty material from the caffeinated composition is achieved facilitated by the fact that the fatty material remains liquid and the vegetable material in solid Form. The separation of the beans and the fatty material can be conveniently accomplished by simply draining the Beans can be achieved. If centrifugal forces are used to facilitate this separation, then a fairly simple machine could be used.
Außerdem kann bei der Trennung der grünen Kaffeebohnen von einem flüssigen fetten Material der Trennungsgrad nahezu 10C# betragen. Dagegen ergeben sogar die ausgeklügeltsten Verfahren zur Trennung von unmischbaren Flüssigkeiten eine gewisse Rückhaltung einer Flüssigkeit in der anderen; ein solches Problem wird hier nicht angetroffen. Wenn einmal der größte Teil des fetten Materials von den Bohnen abgetrennt worden ist, dann gestattet eine zweite physikalische Reinigungsstufe, wie z.B. die Hindurchführung eines Dampfstrahls durch die Bohnen, eine im wesentlichen lOO^ige Abtrennung des zurückgehaltenen fetten Materials. Es kann jedoch sogar diese zusätzliche Stufe unnötig gemacht werden. Wegen der nach der Entkoffeinisierung durchgeführten Röstung und extraktiven Behandlung der Bohnen wird nur ein geringer Einfluß auf den Geschmack des später hergestellten Getränkeprodukts auch bei einer unvollständigen Trennung erhalten, sofern ein im wesentlichen geschmackloses fettes Material zur Verwendung gelangt.In addition, when separating the green coffee beans from a liquid fatty material, the degree of separation can be increased be close to 10C #. On the other hand, even the most sophisticated methods of separating immiscible liquids yield one certain retention of one liquid in the other; no such problem is encountered here. If once most of the fatty material has been separated from the beans, then allowing a second physical Cleaning stage, such as the passage of a steam jet through the beans, an essentially 100% separation of the retained fatty material. It however, even this additional step can be made unnecessary. Because of the done after decaffeination Roasting and extractive treatment of the beans will have little effect on the taste of what is later produced Beverage product even with an incomplete separation obtained if a substantially tasteless fatty material is used.
Damit sie eine leicht für die Entkoffeinisierung zugängliche Form aufweisen, sollten die grünen Kaffeebohnen etwas Feuchtigkeit enthalten. Die Bohnen enthalten üblicherweise von Natur aus 8 bis 10 Gew.-? gesamte Feuchtigkeit, obwohl höhere Mengen von mindestens ungefähr 20 Gew.-% be-To make them easily accessible for decaffeination, the green coffee beans should contain some moisture. The beans usually naturally contain 8 to 10 wt. all moisture, although higher amounts of at least about 20 wt -.% loading
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vorzugt werden. Der obere Grenzwert des Feuchtigkeitsgehalts ist jedoch ziemlich variabel. Die Entkoffeinisierung einer koffeinhaltigen Zusammensetzung, die weitgehend oder vollständig aus grünen Bohnen besteht, wird vorzugsweise in Abwesenheit von freiem flüssigen Wasser ausgeführt, um bei Flüssigkeitsmischungen auftretende Trennungsprobleme und den möglichen Verlust von wertvollen Bestandteilen des pflanzlichen Materials, die in diesem Wasser gelöst werden, zu vermeiden. Demgemäß wird es bei dieser Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens bevorzugt, daß die grünen Bohnen zwischen ungefähr 20 und 60 Gew.-5t, vorzugsweise zwischen ungefähr 40 und 60 Gew.-Ji, Wasser enthalten.be preferred. However, the upper limit of moisture content is quite variable. Decaffeinating a caffeinated composition largely or entirely consists of green beans, is preferably carried out in the absence of free liquid water to help with Separation problems occurring in liquid mixtures and the possible loss of valuable components of the Avoid vegetable matter dissolved in this water. Accordingly, it is preferred in this embodiment of the method according to the invention that the Green beans contain between about 20 and 60 wt. 5t, preferably between about 40 and 60 wt. Ji, of water.
Die Einverleibung von Wasser in die grünen Bohnen kann leicht durchgeführt werden. So können die Bohnen einfach in Wasser eingetaucht und mehrere Stunden darin aufbewahrt werden, bis sie den gewünschten Feuchtigkeitsgehalt aufgenommen haben. Hierauf können sie leicht vom Wasserüberschuß, beispielsweise durch Zentrifugieren, abgetrennt werden. Durch die Verwendung von Wärme und/oder Druck kann diese Einverleibung oder dieses "Quellen" der Bohnen beschleunigt werden. Wenn beispielsweise Bohnen in Wasser mit einer Temperatur von ungefähr 80 bis 90°C eingeweicht werden, dann nehmen sie den gewünschten Feuchtigkeitsgehalt viel rascher auf. Bei der Anwendung von Dampf mit ungefähr 2 at ist sogar noch eine geringere Zeit, normalerweise ungefähr 1 bis 30 min, ausreichend, um den gewünschten Feuchtigkeitsgehalt zu erzielen.The incorporation of water into the green beans can be done easily. So can the beans simply immersed in water and kept in it for several hours until it has absorbed the desired moisture content to have. They can then easily be separated from the excess water, for example by centrifugation. By using heat and / or pressure, this incorporation or this "swelling" of the beans can be accelerated will. For example, if beans are soaked in water at a temperature of about 80 to 90 ° C, then they absorb the desired moisture content much faster. When using steam with about 2 at even less time, usually about 1 to 30 minutes, is sufficient to achieve the desired moisture content to achieve.
Wenn die Bohnen einmal auf einen geeigneten Feuchtigkeitsgehalt gequollen sind, dann werden sie in ein Bad oder in einen Strom aus fettem Material eingebracht, bis der gewünschte Entkoffeinisierungsgrad erreicht worden ist. Hier ist die Zeit des Mischens von Bedeutung, da nämlich derOnce the beans are swollen to a suitable moisture level, then they are placed in or in a bath a stream of fatty material is introduced until the desired degree of decaffeination has been achieved. here the time of mixing is important because the
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übergang von Koffein aus den Bohnen viel langsamer erfolgt als aus einer verdünnten Lösung. Demgemäß ist es erwünscht, daß Zeiten von mindestens 30 min für diese Stufe vorgesehen werden, wobei längere Zeiten für eine vollständigere Entkoffeinisierung erforderlich sind.transition of caffeine from the beans takes place much more slowly than from a dilute solution. Accordingly, it is desirable that times of at least 30 minutes be provided for this stage with longer times for a more complete decaffeination required are.
Bei Verfahren, die zu einem hohen Grad von Entkoffeinisierung führen, ist es auch wichtig sicherzustellen, daß der Feuchtigkeitsgehalt der gequollenen Bohnen während der Behandlung nicht wesentlich fällt. Ein Kontakt zwischen gequollenen Bohnen und fettem Material kann niedrigere Feuchtigkeitsgehalte zur Folge haben, und zwar aufgrund eines Übergangs von V/asser aus den Bohnen zum fetten Material. Wenn diese Abnahme bis zu einem Feuchtigkeitsgehalt unterhalb des bevorzugten Bereichs von 40 bis 60% geht, dann findet eine entsprechende Abnahme in der Wirksamkeit der Entkoffeinisierung statt.In processes that result in a high degree of decaffeination, it is also important to ensure that the moisture content of the swollen beans does not drop significantly during treatment. Contact between swollen beans and fatty material can result in lower moisture levels due to a transition from water from the beans to the fatty material. If this decrease goes to a moisture content below the preferred range of 40 to 60% , then there is a corresponding decrease in the effectiveness of the decaffeination.
Es wird deshalb bevorzugt, daß das für die Entkoffeinisierung verwendete fette Material eine kleine Menge Wasser enthält. 0,9 bis 1,2 Gew.-% und insbesondere ungefähr 1 Gew.-% Wasser, bezogen auf das fette Material, werden üblicherweise bei dieser bevorzugten Ausfuhrungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens verwendet. Diese Menge wirkt so, daß ein Gleichgewicht zwischen der Wassermenge in den Bohnen und demjenigen im fetten Material aufrechterhalten wird, so daß während der Kontaktierung insgesamt gesehen keine Wanderung von Wasser aus den Bohnen in die fette Phase oder umgekehrt stattfindet. Einerseits wird also dabei eine übermäßige Entfernung von Wasser aus den Bohnen verhindert und andererseits wird hierdurch die gesamte Wassermenge, die während der Entkoffeinisierung vorliegt, verringert, wodurch übermäßige Verluste an wasserlöslichen Bestandteilen in den Bohnen, die kein Koffein sind, vermieden werden.It is therefore preferred that the fatty material used for decaffeination contain a small amount of water. 0.9 to 1.2 wt .-% and in particular about 1 wt -.% Water, based on the fatty material commonly used in this preferred embodiment of the method according to the invention. This amount acts to maintain a balance between the amount of water in the beans and that in the fatty material, so that overall there is no migration of water from the beans into the fatty phase or vice versa. On the one hand, this prevents excessive removal of water from the beans and, on the other hand, it reduces the total amount of water that is present during decaffeination, thereby avoiding excessive losses of water-soluble components in the beans that are not caffeine.
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Auch hier kann ein mehrstufiges Verfahren im Gegensatz zu einer einstufigen Kontaktierung des fetten Materials mit dem pflanzlichen Material in der oben beschriebenen Weise durchgeführt werden. So stellen eine Gleichstrom- und insbesondere eine Gegenstromextraktion mit fettem Material besonders günstige Merkmale einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens dar.Here, too, a multi-stage process can be used in contrast to a single-stage contacting of the rich material be carried out with the vegetable material in the manner described above. So make a direct current and in particular countercurrent extraction with fatty material, particularly favorable features of a preferred embodiment of the method according to the invention.
Ein Aspekt, in dem sich die Entkoffeinisierun^ von gequollenen grünen Bohnen beträchtlich von der Entkoffeinisierung von wäßrigen koffeinhaltigen Lösungen unterscheidet, liegt im Einfluß der Temperatur auf die Wirksamkeit der Entkoffeinisierung, Wenn bei der Entkoffeinisierung eine Kontaktierung von fettem Material mit einer wäßrigen koffeinhaltigen Lösung stattfindet, dann haben, wie oben bereits festgestellt, Temperaturunterschiede während einer solchen Kontaktierung keinen größeren Einfluß auf die Wirksamkeit der Entkoffeinisierung. Bei der Behandlung von festen Bohnen wird jedoch durch eine Erhöhung der Temperatur für die Entkoffeinisierung die Geschwindigkeit der Koffeinabtrennung gewaltig gesteigert.One aspect in which the decaffeination of swollen Green beans are considerably different from the decaffeination of aqueous caffeinated solutions is in the Influence of temperature on the effectiveness of decaffeination, if during decaffeination there is contact with fat Material takes place with an aqueous caffeinated solution, then, as already stated above, have temperature differences no major influence on the effectiveness of the decaffeination during such contacting. In the However, treating firm beans will speed up the decaffeination process by increasing the temperature the caffeine separation increased enormously.
Um also eine maximale Wirksamkeit der Koffeinabtrennung zu erreichen, wird die Entkoffeinisierung der Bohnen vorzugsweise bei einer so hohen Temperatur wie möglich ausgeführt. Ein Abbau der fetten Materialien tritt üblicherweise bei einer Temperatur von ungefähr 150°C ein, weshalb diese Temperatur üblicherweise einen praktischen maximalen Grenzwert für die Entkoffeinisierung darstellt. Auch können längere Kontaktzeiten bei sehr hohen Temperaturen einen gewissen Abbau von Geschmacksbestandteilen zur Folge haben. Demgemäß wird es bevorzugt, daß die Entkoffeinisierung von grünen Bohnen innerhalb eines Temperaturbereichs von ungefähr 50 bis 120°C ausgeführt wird.So, for maximum caffeine separation efficiency, decaffeination of the beans is preferred performed at as high a temperature as possible. A breakdown of the fatty materials usually occurs a temperature of about 150 ° C, which is why this temperature is usually a practical maximum limit for decaffeination. Longer contact times at very high temperatures can also be a factor result in certain degradation of flavor components. Accordingly, it is preferred that the decaffeination of green beans within a temperature range of approximately 50 to 120 ° C.
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bin weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft die Regenerierung des koffeinhaltigen fetten Materials, damit es wieder in einem Entkoffeinisierungsprozeß verwendet werden kann. Diese Regenerierung wird in sehr wirksamer Weise dadurch erreicht, daß man das abgetrennte koffeinhaltige fette Material mit Wasser kontaktiert, einen übergang des Koffeins in die wäßrige Phase gestattet und hierauf das fette Material abtrennt, so daß dieses wieder für eine weitere Entkoffeinisierung verwendet werden kann. Die Regenerierungsabfolge ist in weitem Maße eine Umkehr der oben bei der Entkoffeinisierung beschriebenen Stufen. Zusätzlich gestattet sie jedoch leicht die Isolierung des Koffeins aus der regenerierten wäßrigen Phase.relates to another aspect of the present invention the regeneration of the caffeinated fatty material so that it can be reused in a decaffeination process can be. This regeneration is achieved in a very effective manner by removing what is separated Caffeinated fatty material contacted with water, a transition of the caffeine into the aqueous phase and allowed then separates the fatty material so that it can be used again for further decaffeination. The regeneration sequence is largely a reverse of the steps described above for decaffeination. In addition, however, it readily allows the caffeine to be isolated from the regenerated aqueous phase.
Bei der Regenerierung des fetten Materials wird die Wirksamkeit der Koffeinüberführung in die wäßrige Phase wiederum durch die gleichen Parameter der Temperatur, des Koffeinverteilungskoeffizienten des betreffenden Materials und dem GewichtsVerhältnis des fetten Materials zum Wasser bestimmt, wie dies weiter oben bei der Abtrennung des Koffeins von einer wäßrigen Lösung des pflanzlichen Materials diskutiert wurde.When the fatty material is regenerated, the effectiveness of the caffeine transfer to the aqueous phase is again increased by the same parameters of temperature, the caffeine distribution coefficient the material in question and the weight ratio of the fatty material to the water, as discussed above for the separation of the caffeine from an aqueous solution of the vegetable material became.
Da der Abbau von Geschmacksstoffen während der Regenerierung kein Problem darstellt, da Bestandteile des Endprodukts nicht vorliegen, kann die Temperatur während der Regenerierung höher gehalten werden, um die Wirksamkeit des Koffeinübergangs in die wäßrige Phase zu verbessern. Wenn beispielsweise mit zunehmender Temperatur die Löslichkeit des Koffeins in Wasser rascher zunimmt als im fetten Material, dann ist es vorteilhaft, die Regenerierung bei einer Temperatur bis zu 1000C (und sogar darüber, wenn Druck zur Vermeidung einer Verdampfung angewendet wird) durchzuführen. Wenn dagegenSince the breakdown of flavorings during the regeneration is not a problem, since components of the end product are not present, the temperature can be kept higher during the regeneration in order to improve the effectiveness of the caffeine transfer into the aqueous phase. If, for example, the solubility of the caffeine in water increases more rapidly with increasing temperature than in the fatty material, then it is advantageous to carry out the regeneration at a temperature up to 100 ° C. (and even above if pressure is used to avoid evaporation). If against it
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niedrigere Temperaturen diesen übergang begünstigen, dann sollten diese verwendet werden.lower temperatures favor this transition, then these should be used.
Da es hier erwünscht ist3 Koffein vom fetten Material in eine wäßrige Phase zu überführen, gestattet die verhältnismäßig größerer Löslichkeit von Koffein in Wasser die Verwendung von niedrigen Verhältnissen von Fett zu wäßriger Phase, auch für eine im wesentlichen vollständigen überführung. Wenn es außerdem erwünscht ist, die bei -der Regenerierung des fetten Materials verwendete Wassermenge gering zu halten, kann eine mehrstufige Regenerierungsabfolge, die eine Gleichstrom- oder Gegenstromextraktion des fetten Materials mit Wasser umfaßt, in der gleichen Weise angewendet werden, wie es oben bereits beschrieben wurde, um die Regenerierung des fetten Materials wirksamer zu gestalten.Since it is desired here to convert 3 caffeine from the rich material in an aqueous phase, the relatively greater solubility of caffeine in water allows the use of low proportions of fat to an aqueous phase, even for a substantially complete conversion. In addition, if it is desired to keep the amount of water used in regenerating the fatty material low, a multi-stage regeneration sequence comprising cocurrent or countercurrent extraction of the fatty material with water can be employed in the same manner as described above in order to make the regeneration of the fatty material more efficient.
Bei der Regenerierung des fetten Materials durch Entfernung von Koffein mit Wasser wurde festgestellt, daß das abgetrennte fette Material ungefähr 1 Gew.-i£ Wasser enthalten kann, auch wenn die Trennung dieser unmischbaren Flüssigkeiten durch solche wirksame Maßnahmen wie Zentrifugieren durchgeführt wird. Dieses Wasser wird vorzugsweise vom fetten Material vor der erneuten Kontaktierung mit pflanzlichem Material entfernt, um eine Verdünnung von flüssigen pflanzliehen Materialien zu vermeiden. Die Entfernung des im fetten Material festgehaltenen Wassers kann durch solche Maßnahmen wie Ent spannungs des ti'llati on unter Vakuum oder äquivalente bekannte Techniken durchgeführt werden.When the fatty material was regenerated by removing caffeine with water, it was found that the separated Fatty material can contain about 1 wt. i £ of water, too when the separation of these immiscible liquids is carried out by such effective means as centrifugation will. This water is preferably removed from the fatty material before re-contacting with vegetable matter removed to avoid dilution of liquid vegetable materials. The removal of the im bold Trapped water material can be removed by such measures as relaxation of the ti'llati on under vacuum or equivalent known techniques can be performed.
Wie bereits festgestellt, beruhen gewisse bevorzugte Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Entkoffeinisierung von festen pflanzlichen Materialien auf der Verwendung eines fetten Materials, das eine kleine Menge •Wasiser enthält. In der Praxis dieser Ausführungsformen wirdAs stated earlier, certain preferred embodiments are based of the method according to the invention for decaffeinating solid vegetable materials on the Using a greasy material that contains a small amount of • washer. In the practice of these embodiments
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dieser Verdünnungsfaktor vernachlässigbar. Deshalb kann das regenerierte fette Material, das aufgenommenes Wasser enthält, direkt für eine weitere Entkoffeinisierung verwendet werden. Alternativ kann der Wassergehalt des fetten Materials eingestellt werden, beispielsweise dadurch, daß man Wasser zugibt oder daß man eine teilweise Abstreifung vornimmt, je nachdem, was zur Erzielung eines optimalen Wassergehalts erforderlich ist.this dilution factor is negligible. Therefore can the regenerated fat material, which contains absorbed water, is used directly for further decaffeination will. Alternatively, the water content of the fatty material can be adjusted, for example by the fact that one adds water or that one carries out a partial stripping, depending on what to achieve an optimal Water content is required.
Auch wenn die Anwesenheit von Wasser im fetten Material erwünscht ist, wird es doch bevorzugt, das festgehaltene Wasser zu entfernen und dann die gewünschte Menge Wasser dem trockenen fetten Material zuzugeben. Diese Abfolge von Stufen stellt einen optimalen Wassergehalt sicher und vermeidet die Schwierigkeiten und/oder Unterbrechungen, die für die Ermittlung des Wassergehalts im regenerierten fetten Material und für dessen Einstellung erforderlich sind.While it is desirable to have water in the fatty material, it is preferred to have the retained Remove water and then add the desired amount of water to the dry fatty material. This sequence of stages ensures an optimal water content and avoids the difficulties and / or interruptions necessary for the determination the water content in the regenerated fatty material and its adjustment are necessary.
Die Erfindung-wird durch die folgenden Beispiele näher erläutert. Sofern nichts anderes angegeben ist, beziehen sich die Prozentangaben auf das Gewicht.The invention is illustrated in more detail by the following examples. Unless stated otherwise, the percentages relate to weight.
Ein wäßriger Extrakt von gerösteten gemahlenen Kaffeebohnen wird mit Dampf zur Entfernung von flüchtigen Stoffen abgestreift. 10 kg des abgestreiften Extrakts, der eine Konzentration an löslichen Peststoffen von 19% und eine Temperatur von 220C aufweist, werden dann zu 179 kg Maisöl mit 600C zugegeben. Das erhaltene Gemisch wird 30 min gerührt und dann mit einer Geschwindigkeit von 3,16 kg/min durch eine Zentrifugalabtrenneinrichtung hindurchgeführt. Die vom öl in der Zentrifuge abgetrennte Flüssigkeit zeigt einen Entkoffeinisie-An aqueous extract of roasted ground coffee beans is steam stripped to remove volatiles. 10 kg of the stripped extract having a concentration of soluble Peststoffen of 19% and a temperature of 22 0 C which are then added to 179 kg of maize oil with 60 0 C. The resulting mixture is stirred for 30 minutes and then passed through a centrifugal separator at a rate of 3.16 kg / min. The liquid separated from the oil in the centrifuge shows a decaffeination
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rungsgrad vondegree of
Durch eine Wiederholung dieser Behandlung mit weiterem Maisöl kann der Entkoffeinisierungsgrad aufeinanderfolgend herabgesetzt werden, bis eine im wesentliehen vollständige^ Entfernung des Koffeins erreicht worden ist.By repeating this treatment with more corn oil, the degree of decaffeination can be increased successively be decreased until an essentially complete ^ Removal of the caffeine has been achieved.
Ein Tee-Extrakt mit einer Konzentration an löslichen Feststoffen von 27,6/s und mit einer Temperatur von 22°C wird mit Maisöl in einem Volumenverhältnis von 1:20 gemischt und 10 min gerührt. Das Gemisch wird dann einer Zentrifugaltrennung unterworfen, wobei ein Tee-Extrakt erhalten wird, der eine 63#ige Entkoffeinisierung zeigt. Eine erneute Behandlung ergibt einen noch größeren Eni;koffeinisierungsgrad.A tea extract with a concentration of soluble solids of 27.6 / s and with a temperature of 22 ° C is used mixed with corn oil in a volume ratio of 1:20 and stirred for 10 min. The mixture then undergoes centrifugal separation was subjected to a tea extract showing 63 # decaffeination. Another treatment results in an even greater degree of caffeinization.
Grüne Kaffeebohnen werden unter Verwendung eines im Kreislauf befindlichen wäßrigen Mediums, das eine Gleichgewichtskonzentration an löslichen Feststoffen von 29& erreicht hat und eine Temperatur von 22°C aufweist, entkoffeinisiert. Die Entkoffeinisierung wird dadurch ausgeführt, daß das wäßrige Medium im Gegenstrom durch eine Kolonne von grünen Bohnen geführt wird, wobei im wesentlichen koffeinfreie Bohnen aus der Kolonne an einem Ende entnommen werden und frische grüne Bohnen am anderen Ende aufgegeben werden. Innerhalb des zirkulierenden wäßrigen Systems und an einem Punkt außerhalb der Kolonne v/ird das wäßrige Medium durch einen Zentrifugalextraktor geführt, dem Kaffeeöl mit ^00C in einem Verhältnis von 1:21 zugegeben wird, um Koffein aus dem wäßrigen Extrakt abzutrennen. In diesem System werden Wärmeaustauscher verwendet, um die TemperaturGreen coffee beans are decaffeinated using a circulating aqueous medium that has reached an equilibrium soluble solids concentration of 29% and is at a temperature of 22 ° C. Decaffeination is carried out by passing the aqueous medium countercurrently through a column of green beans with substantially decaffeinated beans being removed from the column at one end and fresh green beans being added at the other end. Performed within the circulating aqueous system, and at a point outside of the column v / ith the aqueous medium by means of a centrifugal extractor, the coffee oil with ^ 0 0 C is added in a ratio of 1:21 to caffeine from the aqueous extract to separate. In this system, heat exchangers are used to control the temperature
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dieser beiden Flüssigkeiten auf den angegebenen wert zu halten.to keep these two liquids at the specified value.
Mit einem einzigen Durchgang von Medium und Cl durch die Zentrifuge kann ein Drittel des Koffeins im Medium, entfernt werden. Ein zweiter Durchgang des I-iediuras und einer weiteren gleichen Portion von öl erhöhen die Entkoffeinisierung des Mediums auf über 60/°. Nach dem Rösten, Mahlen und Extrahieren von gesondertem Proben entkoffeinisierter Bohnen, die nach dem ersten und zweiten Durchgang erhalten worden sind, wird festgestellt, daß beide Proben von wäßrigen Extrakten im wesentlichen koffeinfrei sind.One third of the caffeine in the medium can be removed with a single pass of medium and Cl through the centrifuge. A second pass of the I-iediura and another equal portion of oil increase the decaffeination of the medium to over 60 / °. After roasting, grinding and extracting separate samples of decaffeinated beans obtained after the first and second passes, both samples of aqueous extracts are found to be essentially caffeine free.
Grüne Kaffeebohnen werden Dampf mit 110°C ausgesetzt, bis sie einen Feuchtigkeitsgehalt von k5% des Gesamtgewichts erreicht haben. Proben von 10 kg werden in gesonderte Extraktionskammern eingebracht Eine jede der Proben wird 4 st bei 95°C mit kaiso1, das durch die Kammern mit einer Geschwindigkeit von 1,1 kg/min hindurchgeführt wird, entkoffeinisiert.Green coffee beans are exposed to steam at 110 ° C until they have a moisture content of k5% of the total weight. Samples of 10 kg are placed in separate extraction chambers. Each of the samples is decaffeinized for 4 hours at 95 ° C. with kaiso1, which is passed through the chambers at a rate of 1.1 kg / min.
Bei einem Versuch, der mit "A" bezeichnet ist, wird Öl durch nur eine Kammer hindurchgeführt. Hierauf wird es durch Extraktion mit Wasser regeneriert, um den Koffeingehalt zu entfernen, worauf das Wasser abgetrennt wird und das öl zurückgeführt wird, um einen kontinuierlichen Fluß eines koffeinfreien Maisöls zu den gequollenen Bohnen in der Kammer aufrechtzuerhalten.In one experiment, labeled "A", oil is passed through only one chamber. Then it will regenerated by extraction with water to remove the caffeine content, whereupon the water is separated and the oil is returned to a continuous flow of a decaffeinated corn oil to maintain the swollen beans in the chamber.
Bei einem zweiten Versuch, der mit "3" bezeichnet ist, werden vier Kammern in Reihe geschaltet, so daß das Maisöl durch jede hindurchfließt. Die Regenerierung und die Rückführung des Öls werden erst durchgeführt, nachdem es durch alle vierOn a second attempt, labeled "3", four chambers connected in series so that the corn oil flows through each. The regeneration and the return The oil will only be carried out after it has gone through all four
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Kammern hindurchgegangen Ist. Eine Kammer, nämlich in die zuerst das öl hineinläuft, wird nach 1 st abgetrennt und eine neue Kammer wird am stromabwärtigen Ende hinzugefügt. Auf diese Weise und nach einer Anfahrperiode von 6 st wird ein System erhalten, bei dem die vier Kammern Bohnen mit verschiedenem Koffeingehalt aufweisen, und zwar aufgrund der Tatsache, daß sie eine verschiedene Zeit dem einströmenden Entkoffeinisierungsöl ausgesetzt waren.Through chambers. A chamber, namely into which the oil runs first, is separated after 1 hour and a new chamber is added at the downstream end. In this way and after a start-up period of 6 st Obtained a system in which the four chambers have beans with different caffeine content, due to the The fact that they were exposed to the inflowing decaffeinating oil for a different period of time.
Die Koffeingehalte der Bohnen aus dem Versuch "A" und aus einer Kammer, die alle vier Stufen des Versuchs "B" nach dem Anfahren durchlaufen hatte, wurden analysiert. Trotz der Tatsache, daß jede dieser Bohnen unter im wesentlichen den gleichen physikalischen Bedingungen entkoffeinisiert worden ist, sind die entsprechenden Entkoffeinisierungen merklich unterschiedlich. Während die Bohnen des Versuchs "A" eine 52$ige Entkof feLnL sie rung zeigen, haben diejenigen des Versuchs "B" eine 92$ige Entkoffeinisierung erfahren. Es ist deshalb klar, daß eine mehrstufige Extraktion den Entkoffeinisierungsgrad wesentlich erhöht.The caffeine content of the beans from experiment "A" and from a chamber that follows all four stages of experiment "B" the start-up were analyzed. Despite the fact that each of these beans is under essentially decaffeinated under the same physical conditions the corresponding decaffeinations are noticeably different. While the attempt "A" beans are one Some decaf failures show that those of the attempt did "B" underwent a 92 $ decaf. It is therefore clear that a multi-stage extraction increases the degree of decaffeination significantly increased.
Ein wäßriger Extrakt von gerösteten gemahlenen Kaffeebohnen wird mit Dampf abgestreift, um flüchtige Stoffe zu entfernen. 200 g des abgestreiften Extrakts, der eine Konzentration an löslichen Feststoffen von 18,4$ aufweist, werden dann mit 2 kg Saffloröl gemischt und 30 min bei 20°C gerührt. Dieses Gemisch wird dann zentrifugiert, um die Emulsion zu brechen und anschließend dekantiert. Der abgetrennte Extrakt zeigt einen Entkoffeinisierungsgrad von 56%. An aqueous extract of roasted ground coffee beans is steam stripped to remove volatiles. 200 g of the stripped extract, which has a soluble solids concentration of $ 18.4, are then mixed with 2 kg of safflower oil and stirred at 20 ° C. for 30 minutes. This mixture is then centrifuged to break the emulsion and then decanted. The separated extract shows a degree of decaffeination of 56%.
609823/0630609823/0630
Das Verfahren von Beispiel 5 wird wiederholt mit der Abwandlung, daß 2 kg Sojabohnenöl anstelle des Saffloröls verwendet werden. Wach der Abtrennung zeigt der Extrakt einen Entkoffeinisierungsgrad von 56$.The procedure of Example 5 is repeated with the modification, that 2 kg of soybean oil is used in place of the safflower oil. The extract shows after separation a decaffeination level of $ 56.
Das Verfahren von Beispiel 5 wird wiederholt, wobei 2 kg Erdnußöl anstelle des Saffloröls verwendet werden. Außerdem werden während des gesamten Verfahrens der Extrakt und das 01 auf lü°C und nicht auf 200C gehalten. Der abgetrennte Extrakt zeigt einen Entkoffeinisierungsgrad von 56$.The procedure of Example 5 is repeated using 2 kg of peanut oil in place of the safflower oil. In addition, throughout the process the extract and maintained at lu ° C and not at 20 0 C 01 are. The separated extract shows a degree of decaffeination of $ 56.
Grüne Kaffeebohnen werden mit Kaffeeöl in einer Gegenstromextraktionszone mit vier Kammern in der Weise entkoffeinisiert, wie es für Versuch "B" in Beispiel 4 beschrieben ist. Jede Kammer enthält 6,6 kg Bohnen, ausgedrückt als Trockengewicht. Das 01 wird auf 105°C gehalten und die Extraktion wird während einer gesamten Extraktionszeit von 6 st (1,5 st für jeden Zyklus) ausgeführt. Es wird ein gesamtes Öl/Bohnen-Gewichts verhältnis von 120:1 verwendet.Green coffee beans are mixed with coffee oil in a countercurrent extraction zone with four chambers decaffeinated in the manner described for experiment "B" in example 4. Every Chamber contains 6.6 kg of beans expressed as dry weight. The 01 is kept at 105 ° C and the extraction is carried out during a total extraction time of 6 hours (1.5 hours for each cycle). It becomes an overall oil / bean weight ratio of 120: 1 used.
Nach einem jeden Durchgang des im Kreislauf geführten Öls durch alle vier Kammern der Extraktionszone wird das öl durch wäßrige Extraktion des Koffeins regeneriert und dann abgestreift, um den Wassergehalt zu entfernen. Eine vorbestimmte Menge V/asser wird vor der Rückführung in das Öl eingemischt. After each passage of the circulated oil through all four chambers of the extraction zone, the oil becomes regenerated by aqueous extraction of the caffeine and then stripped to remove the water content. A predetermined one The volume of water / water is mixed into the oil before it is returned.
609823/0 6-313609823/0 6-313
Unter Verwendung des obigen Verfahrens werden fünf verschiedene Versuche durchgeführt. Diese Versuche unterscheiden sich im wesentlichen in der Zugabe verschiedener Mengen Wasser zum abgestreiften, koffeinfreien fetten Material. Die Daten für die stetigen Betriebsbedingungen eines jeden Versuchs sinü wie folgt:Five different experiments are carried out using the above procedure. These attempts differ Essentially, adding varying amounts of water to the stripped, decaf, fatty material. The data for the continuous operating conditions of each experiment are as follows:
Versucn Wasser- im öl auf-Nr. gehalt rechte rhal-Try water in oil on no. salary rights rhal-
der Boh- tener Wassernencharge gehaltthe Bohten water charge salary
Entkoffein- Verlust Art derDecaffeine loss type of
stoffen,
die kein
Koffein
sindon feast
fabrics,
the no
caffeine
are
1,33? Koffein"MiIds"
1.33? caffeine
2,15% Koffein"Robusta"
2.15% caffeine
55%55%
555?555?
51%51%
0,370.37
1,001.00
1,001.00
0,750.75
1,201.20
Diese Daten zeigen, daß richtige Feuchtigkeitsgehalte eine optimale Entkoffeinisierung mit einem minimalen Verlust an anderen Bohnenbestandteilen gestattet. Die Wirksamkeit der Entkoffeinisierung nimmt ab, wenn die Konzentration des Wassers im fetten Material während der Entkoffeinisierung fällt. Es ist auch zu sehen, daß zwar die Wirksamkeit der Entkoffeinisierung bei höheren Wassergehalten im fetten Material höher bleibt, daß aber auch höhere Gehalte an Wasser im System einen erhöhten Verlust an löslichen Stoffen aus den Bohnen, die kein Koffein sind, zur Folge haben.These data indicate that proper moisture levels indicate optimal decaffeination with minimal loss other bean ingredients permitted. The effectiveness of decaffeination decreases when the concentration of the Water in the fatty material falls during decaffeination. It can also be seen that although the effectiveness of the Decaffeination remains higher with higher water contents in the fatty material, but that also higher contents of water result in an increased loss of non-caffeine solubles from the beans in the system.
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