DE2634535B2

DE2634535B2 - Verfahren zur Enteoffeinierung von Rohkaffee

Info

Publication number: DE2634535B2
Application number: DE2634535A
Authority: DE
Inventors: Auf Nichtnennung Antrag
Original assignee: Kaffee-Veredelungs-Werk Koffeinfrei Kaffee & Co 2000 Hamburg GmbH
Current assignee: Kaffee-Veredelungs-Werk Koffeinfrei Kaffee & Co 2000 Hamburg GmbH
Priority date: 1976-07-31
Filing date: 1976-07-31
Publication date: 1980-11-27
Also published as: ATA520777A; DE2634535A1; AT352514B; CH628501A5; IT1086342B; US4344974A; DE2634535C3; FR2360261B1; FR2360261A1; NL178648C; NL7708374A

Description

Die Eigenschaften überkritischer Gase, sich in bestimmten Druck- und Temperaturbereichen wie Lösungsmittel zu verhalten sind seit langem bekannt (HANNAY. J.B, HOGART, ].: Proc. Roy. Soc.) London 29.324(1880).

■£s ist femer bekannt, daß sich Stoffe, die in Wasser gelöst oder in einer wäßrigen Emulsion vorliegen, nur sehr schwer in einem Gas im überkritischen Zustand aufnehmen lassen (DE-PS 20 05 293, Spalte 2). Eine Ausnahme macht das CO2 und daher arbeiten bekannte Verfahren zur Entcoffeinierung von Rohkaffee bzw. zur Gewinnung von Coffein mit feuchtem CO₂ im überkritischen Zustand.

So beschreibt die DE-PS 20 05 293 ein Verfahren, bei dem überkritisches CO2 als Lösungsmittel benutzt wird, um dem Rohkaffee das Coffein zu entziehen.

Dabei wird durch eine Schicht Rohkaffee feuchtes, überkritisches CO₂ geleitet. Das CO₂ löst das Coffein aus dem Rohkaffee heraus, und das mit Coffein und Wasser beladene CO₂ wird in einen zweiten Behälter geleitet, wo das Coffein durch Druck- und/oder Temperalursenkung ausgefällt wird.

Eine andere Art der Coffeingewinnung aus dem überkritischen Gas wird ebenfalls in dieser Patentschrift beschrieben. Dabei wird das mit Coffein beladene Gas über eine Aktiv-Kohle Schicht geleitet. Die Aktiv-Kohle bewirkt nun eine Adsorption des Coffeins. Nach Beendigung der Entcoffeinierung wird die Aktiv-Kohle mit Wasserdampf behandelt, wobei das Coffein von der Aktiv-Kohle hcruntcrgclösi wird.

Die DE-OS 22 21560 beschreibt ebenfalls ein Verfahren zur Gewinnung von Coffein aus Rohkaffee in der Weise, daß überkritisches CO₁ als Lösungsmittel verwendet wird, jedoch die Abscheidung des Coffeins so durchgeführt wird, daß zunächst das im überkritischen Gas gelöste Coffein in einer Wasserphase gesammelt wird, und man diese Wasserphase in einer zweiten Stufe atil'konzentriert, in der Form, daß man das Wasser mittels überkritischem Stickstoff austrägt, und eine konzentrierte wäürige Coffcinlösung zurückbleibt.

Die CH-PS 5 70 773 betrifft ein Verfahren zur

Herstellung von coffeinfreiem schwarzem Tee. bei dem man in einem Extraktionsschritt mit feuchtem, überkritischem, gesundheitsschädlich unbedenklichem Gas selektiv das Coffein entzieht und als Gas Kohlendioxid Ί oder Distickstoffoxid, Schwefelhexafluorid, Trifluormethan, Trifluorchlormethan, Difluorchlormethan, 1,1-Difluoräthylen, Äthan, Äthylen oder C₂F₈ jeweils allein oder zusammen mit Kohlendioxid verwendet. Danach wird das Coffein durch Druckentspannung abgeschieden.

Bei der Verwendung von feuchtem Kohlendioxid ließ sich der Fachmann von folgender Überlegung leiten. Die Anwesenheit von Wasserdampf erhöht die Azidität von überkritischem Kohlendioxid, so daß es verständ-

1. lieh ist, daß sich Coffein als Base bei Anwesenheit von Wasserdampf in überkritischem Kohlendioxid besser als in trockenem Kohlendioxid löst, wie beiJts in der DE-PS 20 05 293 angegeben wird. Während Lösungen von Kohlendioxid in Wasser sauer reagieren, sind

;*> Lösungen von Distickstoffoxid in Wasser jedoch neutral. Dementsprechend mußte der Fachmann mit einer weitaus schlechteren Löslichkeit von Coffein in überkritischem Distickstoffoxid als in überkritischem Kohlendioxid rechnen.

Die bekannten Verfahren der Entmischung bzw. der Abtrennung des Coffeins aus der überkritischen Gasphase sind insoweit technisch schwer durchführbar, als z. B. bei der Abscheidung des Coffeins durch Druck und/oder Temperaturerniedrigung sehr große Energiemengen erforderlich sind, die ein wirtschaftliches Verfahren nicht zulassen. Die Abscheidung des Coffeins durch Absorption an Aktivkohle ist ebenfalls in wirtschaftlicher Hinsicht nicht tragbar, da bei der Ablösung des Coffeins von der Aktivkohle mittels Wasserdampf große Mengen einer verdünnten Coffeinlösung anfallen, deren Aufarbeitung hohe Kosten verursacht

In keiner der vorstehend angeführten Druckschriften, die sich mit der Entcoffeinierung mit Hilfe von

AO Trägergasen im überkritischen Zustand befassen, wird gelehrt, das Coffein vom Trägergas durch Ionenaustauscher abzuscheiden. Aus der US-PS 31 08 876 ist es zwar bekannt, Coffein aus konzentriertem wässerigen Kaffeextrakt durch Ionenaustauscher zu entfernen.

Bekanntlich kann man jedoch aus dem Verhalten von Ionenaustauschern in wässerigen Lösungen nicht einmal auf das Verhalten der Ionenaustauscher in nicht-wässerigen Lösungsmitteln schließen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die

w bekannten mit einem feuchten Trägergas im überkritischen Zustand arbeitenden Verfahren wirtschaftlicher zu gestatten und die Aufbereitung des Coffeins zu vereinfachen.
Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur

'Λ Entcoffeinierung von Rohkaffee unter Rückgewinnung des Coffeins durch Entzug des Coffeins mittels eines umlaufenden, feuchten Trägergases im überkritischen Zustand, das nach Entzug des Coffeins in den Prozeß zurückgeleitet wird, wobei das Verfahren dadurch

Wi gekennzeichnet isf, daß man als Trägefgas feuchtes überkritisches Distickstoffoxid einsetzt, das Coffein vom Trägergas durch Ionenaustauscher abscheidet, diesen in Wasser suspendiert und durch Änderung des pH-Wertes das an den Ionenaustauscher gebundene Coffein

*>■> ablöst.

Die Erfindung beruht auf der überraschenden Feststellung, daß die Löslichkeit des Coffeins im überkritischen Dislikstoffoxid erheblich höher ist als in

Kohlendioxid. Die höhere Löslichkeit des Coffejns im überkritischen Distickstoffoxid ergibt kürzere Bearbeitungszeiten und damit eine größere Wirtschaftlichkeit des Verfahrens.

Die Wirtschaftlichkeit des Verfahrens wird weiter dadurch verbessert, daß zur Entfernung des Coffeins aus dem überkritischen Distickstoffoxid ein Ionenaustauscher verwendet wird. Dabei macht man sich nicht einen physikalischen Effekt, wie Entspannung oder Adsorption an Aktivkohle zu Nutze, sondern eine echte chemische Bindung, nämlich Coffein-Ionenaustauscher. Durch dieses Vorgehen wird die Wirtschaftlichkeit des Verfahrens zusätzlich beträchtlich verbessert.

Vorzugsweise verwendet man als Ionenaustauscher ein dreidimensional vernetzten Polysaccharid.

Beim Ablösen des am Ionenaustauscher gebundenen Coffeins suspendiert man den mit Coffein beladenen Ionenaustauscher in Wasser und löst durch Änderung des pH-Wertes dsr an den Ionenaustauscher gebundene Coffein ab. ■ *■ - ■·-.■■

Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, den pH-Wert mit einer organischen halogenfreien Säure, insbesondere Essig- oder Ameisensäure, bis etwa 4 einzustellen.

Eine zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens verwendbare Apparatur besteht im wesentliehen aus drei Hochdruckbehältern, einem Kompressor, einer Gasumlaufpumpe, sowie den dazugehörenden Ventilen, Manometern und Rohre.

Ein Hochdruckbehälter enthält den zu bearbeitenden Rohkaffee, der zweite enthält eine wäßrige Suspension des Ionenaustauschers, der dritte Behälter beinhaltet eine bestimmte Menge Wasser.

Beispiel

2 kg Rohkaffee wurden in der Hochdruckanlage wie folgt bearbeitet:

*> Nach dem Befüllen der Anlage mit Rohkaffee, Ionenaustauscher und Wasser, wurde mittels Kompres^ sor N₂O aus einem Vorratstank angesaugt, und in die Behälter verdichtet. Nach Erreichen des Extrakcionsdruckes ist das Ventil vom Vorratstank abgesperrt

ίο worden, und die Gasumlaufpumpe in Betrieb gesetzt worden.

Das N₂O wird nun zunächst durch den Hochdruckbehälter geleitet, der das Wasser enthält. Dabei findet eine Sättigung des N₂O mit Wasser statt. Dieses gesättigte

i^r· N₂O strömt nun in den Behälter, der den Rohkaffee beinhaltet, und löst das Coffein aus dem Rohkaffee. Das mit Wasser und Coffein beladene überkritische N₂O passiert im Anschluß daran den dritten Behälter, welcher mit dem Ionenaustauscher beschickt worden ist.

μ Der Ionenaustauscher bindet das gelöste Coffein, so daß die Gasumlaufpumpe eoffeinfreies N₂O ansaugt, und wieder in den Wasserbehälter, bzw. in den Extrakteur zurückpumpL Der Kreislauf ist somit geschlossen. Der Druck betrug in allen Behältern 380 bar, die Temperatur 75° C

Dauer des Versuchest h.

Die Coffeinanalyse ergab einen Coffeingehalt von 0,075 in der Trockensubstanz.
Der Ionenaustauscher wird danach in Wasser

jo suspendiert, dessen pH mit Essigsäure und einen Wert von etwa 4 eingestellt wird, wodurch das Coffein abgelöst wird.

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Entcoffeinierung von Rohkaffee unter Rückgewinnung des Coffeins durch Entzug des Coffeins mittels eines umlaufenden feuchten Trägergases im überkritischen Zustand, das nach Entzug des Coffeins in den Prozeß zurückgeleitet wird, dadurch gekennzeichnet, daß man als Trägergas feuchtes überkritisches Distickstoffoxid einsetzt, das Coffein vom Trägergas durch Ionenaustauscher abscheidet, diesen in Wasser suspendiert und durch Änderung des pH-Wertes das an den Ionenaustauscher gebundene Coffein ablöst

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man als Ionenaustauscher ein dreidimensional vernetztes Polysaccharid einsetzt.

3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß man den pH-Wert mit einer organischen halogenfreien Säure, Insbesondere Essig- oder Ameisensäure, bis etwa 4 einstellt.