DE2720203C3

DE2720203C3 - Verfahren zum Entcoffeinieren von Rohkaffeebohnen

Info

Publication number: DE2720203C3
Application number: DE2720203A
Authority: DE
Inventors: Klaus F. Dipl.-Chem. Dr. 2800 Bremen Sylla
Original assignee: DECOFA KAFFEE-BEARBEITUNGS-GMBH 2800 BREMEN DE; Decofa Kaffee Bearbeitungs 2800 Bremen GmbH
Current assignee: HAG GF AG 2800 BREMEN DE
Priority date: 1977-05-05
Filing date: 1977-05-05
Publication date: 1986-04-17
Also published as: DE2720203A1; CH634723A5; US4207352A; BE866564A; NL7804858A; DE2720203B2; CA1106222A; IT1096289B; FR2389333A1; IT7823087A0; FR2389333B1

Description

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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Entcoffeinieren von Rohkaffeebohnen.

Es ist bekannt, Rohkaffeebohnen zunächst mit Wasser oder mit Wasserdampf aufzuschließen und anschiieSend das Cofiein mit einem organischen Lösungsmittel zu extrahieren. Extrahiert man mit einem Halogenkohlenwasserstoff, wie Methylenchlorid oder Trichlorethylen, so muß man das Lösungsmittel möglichst vollständig entfernen, damit nur sehr kleine Mengen Lösungsmittel hinterbleiben, die nach dem 2s heutigen Stand des medizinischen Wissens gesundheitlich unbedenklich sind. Aus Chemiker-Zeitung, Jahrgang 61 (1937), Seite 2 weiß man, daß man Alkohol, Benzol, Essigester und chlorierte organische Lösungsmittel einzeln oder in Mischungen miteinander einsetzen kann.

Verwendet man zur Extraktion Essigsäureester, z. B. Essigsäureäthylester (vgl. z.B. DE-PS 5 88 644) oder Ester aus mehrwertigen Alkoholen und genießbaren Carbonsäuren (vgl. DE-OS 21 25 994), so stellt man fest, daß Röstkaffee, dsr aus nach diesem Verfahren entcoffeinierten Rohkaffeebohnen hergestellt worden ist, einen Beigeschmack aufweist, der auch durch eine intensive Dämpfung der entcoffeinierten Rohkaffeebohnen nicht beseitigt werden kann.

Verwendet man Ketone zum Entcoffeinieren (vgl. z.B. CH-PS 1 00 167 und US-PS 16 29 512), so weisen die Kaffeebohnen nach der Röstung Flecken auf. Der Gehalt der Rohbohnen an wasserlöslichen Substanzen wird in unerwünschter Weise verringert Außerdem bewirken vor allem die niedrigsiedenden Ketone (Aceton, Butanon-2) einen Entzug von Wasser aus den Bohnen, wodurch die notwendige Entcoffeinierdauer stark erhöht wird. Weiter weicht der geröstete Kaffee geschmacklich von einem unbehandelten Röstkaffee ab.

Aufgabe der Erfindung ist die Bereitstellung eines Verfahrens zum Entcoffeinieren von Rohkaffeebohnen durch Behandeln von Rohkaffeebohnen, die 15 bis 55 Gew.-% Wasser enthalten, mit einem Ci- bis Oj-Alkanolester der Ameisensäure oder der Essigsäure, bei welchem die vorstehend geschilderten Nachteile nicht auftreten.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst daß man den Ester zusammen mit einem Cy bis Q-Keton im Gewichtsverhältnis 50 bis 99,95 Teile Ester zu 50 bis 0,05 Teile Keton verwendet. μ

Überraschenderweise weist der aus erfindungsgemäß entcoffeinierten Rohkaffeebohnen hergestellte Röstkaffee-Aufguß keinen unangenehmen Beigeschmack auf und weicht geschmacklich nicht von einem unbehandelten Röstkaffee ab. b5

Als Ester verwendet man vorzugsweise solche Ester, die gesundheitlich unbedenklich sind, insbesondere Ester, die im Rohkaffee oder im Röstkaffee natürlich vorkommen. Ester mit niedrigem Siedepunkt sind günstig, insbesondere mit Siedepunkten unterhalb etwa 100⁰C bei Normaldruck. Als Beispiele seien genannt Ameisensäuremethylester, -äthylester und -propylester und Essigsäuremethylester, -äthylester und -propylester. Besondere bevorzugt sind der Methylester und der Äthylester der Essigsäure. Man kann auch Estergemische einsetzen.

Der eingesetzte Ester soll eine gute Löslichkeit für Coffein haben. Außerdem ist es günstig, wenn der eingesetzte Ester unter den Verfahrensbedingungen keine anderen Stoffe als Coffein löst d. h. eine hohe Selektivität für Coffein aufweist Je nach Lösungsvermögen des Esters für Coffein liegt das Gewichtsverhältnis von Ester zu trockenem Rohkaffee zwischen 0,5 :1 und 50 :1, vorzugsweise zwischen 2 bis 15 :;

Als Ketone werden für das erfindungsgemäße Verfahren die gesundheitlich unbedenklichen Ketone bevorzugt insbesondere Ketone, die im Rohkaffee oder Röstkaffee natürlich vorkommen. Niedrig siedende Ketone, besonders mit Siedepunkten unter 100⁰C, sind günstig. Vorteilhaft ist es auch, wenn das Keton die gleiche Siedekurve wie der Ester hat mit welchem das Keton zusammen verwendet wird. Brauchbare Ketone sind Aceton, Butanon-2, Pentanon-2, Pentanon-3 und Methylisopropylketon. Wenn ein bestimmter Ester verhältnismäßig hohe Ketonkonzentrationen erfordert so soll das Keton vorzugsweise ein Lösungsvermögen für Coffein aufweisen.

Man kann auch Ketongemische verwenden.

Bevorzugte Gewichtsverhältnis-Bereiche von Ester zu Keton sind für

Essigsäuremethylester: Aceton
Essigsäuremethylester: Butanon-2
Essigsäureäthylester: Aceton
Essigsäureäthylester: Butanon-2

85:15bis97:3 75:25 bis 90 .10 65:35 bis 93:7 50:50 bis 80:20

Bevorzugt ist die Ketonkonzentration in der Lösungsmittelkombination verhältnismäßig gering, sie muß aber so hoch sein, daß das Ziel des erfindungsgemäßen Verfahrens, nämlich eine Entcoffeinierung, ohne daß der Röstkaffee einen Beigeschmack aufweist oder die Röstbohnen Flecken zeigen, erreicht wird.

Für das erfindungsgemäße Verfahren setzt man Bohnen ein, deren Wassergehalt 15 bis 55, vorzugsweise 25 bis 45 Gew.-%, bezogen auf trockenen Rohkaffee, beträgt Hierzu werden die Rohkaffeebohnen in üblicher Weise mit flüssigem Wasser c-Ier Wasserdampf behandelt Der im einzelnen gewählte Wassergehalt ist abhängig von der Zusammensetzung der eingesetzten LösungsmittelVambination und der Dauer und Art des Extraktionsverfahrens.

Die Extraktion der wasserhaltigen Rohkaffeebohnen erfolgt in üblicher Weise. Die Extraktion kann nach allen bekannten Verfahren der Fest-Flüssig-Extraktion durchgeführt werden. Man kann sowohl kontinuierlich als auch diskontinuierlich arbeiten.

Um zu verhindern, daß sich während der Extraktion der Wassergehalt der aufgeschlossenen Rohkaffeebohnen ändert und damit der Entcoffeinierungsvorgang behindert wird, kann man zu der Ester-Keton-Kombination gegebenenfalls geringe Mengen Wasser zugeben. Bevorzugt beträgt der Wassergehalt im Lösungsmittelgemisch 1 bis 10 Gew.-%, bezogen auf das Lösungsmittelgemisch, besonders setzt man so viel Wasser zu, daß sich zwischen dem Wassergehalt der Rohkaffeebohnen und dem Wassergehalt des Lösungsmittelgemisches ein dynamisches Gleichgewich», einstellt.

Die Extraktionstemperatur liegt vorzugsweise zwischen etwa 20 und 120⁰C, bevorzugt 60 bis 85° C Der Druck wird so eingestellt, daß das Lösungsmittelgemisch bei der gewählten Extraktionstemperatur nicht siedet Die Extraktionsdauer wird möglichst kurz gehalten.

Das Gewichtsverhältnis von Lösungsmittel zu Rohkaffee soll einerseits so groß sein, daß die Extraktionsdauer möglichst kurz ist Andererseits soll man unwirtschaftlich große Lösungsmittelmengen vermeiden.

Das Gewichtsverhältnis von Lösungsmittel zu trockenen Rohkaffeebohnen beträgt vorzugsweise 1:1 bis 100 :1, bevorzugt 4:1 bis 30 :1. Unter trockenen Rohkaffeebohnen sind dabei die Bohnen mit ihrer natürlichen Feuchte zu verstehen.

Nach Beendigung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das Lö5>ingsmittel vom Rohkaffee abgetrennt Dies kann in fibScher Weise unter Verwendung von Erhitzen, Vakuumverdampfung, mechanischem Abtrennen, Dämpfen mit Sattdampf oder mit überhitztem Dampf oder Zugabe von flüssigem Wasser und anschließender Wärmezufuhr im Vakuum erfolgen. Wenn die Extraktion mit einem Lösungsmittelgemisch vorgenommen worden ist, deren Bestandteile im Rohkaffee oder Röstkaffee natürlich vorkommen, so braucht das Lösungsmittel nur so weit entfernt zu werden, daß nach der Röstung im Kaffee keine Lösungsmittelmengen vorhanden sind, die größer sind als in einem unbehandelten Röstkaffee.

Nach Entfernung des Lösungsmittels wird der Rohkaffee in bekannter Weist getrocknet

Die durch das erfindungsgemäße V .-rfahren entcoffeinierten und anschließend gerösteten Bohnen weisen keinen Beigeschmack auf und zeigen keine Flecken. Das verwendete Lösungsmittel kann zum größten Teile zurückgewonnen werden. Dies zeigen die nachstehenden Versuchsergebnisse.

500 g Rohkaffee, bestehend aus einer Mischung verschiedener Arabicas, wurden im rotierenden Kolben mit 180 g Wasser bei 70⁰C befeuchtet Danach betrug der Wassergehalt der aufgeschlossenen Rohbohner 34,5 Gew.-%. Extrahiert wurde im rotierenden Kolben mit 1000 ml des angegebenen Lösungsmittels bei der angegebenen Temperatur. Die Lösungsmittelcharge wurde erstmals nach 3 Stunden und dann jeweils stündlich gewechselt Es wurde so lange extrahiert, bis der Coff eingehalt des Kaffees von anfänglich 1,2% auf einen Wert unter 0,08% gesunken war. Die Gesamtextraktionsdauer ist angegeben. Nach der Extraktion wurde der Kaffee 10 Stunden lang im rotierenden Kolben bei 95° C unter Vakuum gedämpft Der Restlösungsmittelgehalt betrug nach der Behandlung stets weniger als 20 ppm. Der Extraktgehalt (Gehalt des Rohkaffees an wasserlöslichen Substanzen) betrug vor der Behandlung 28,4 Gew.-%. Der Extraktgehalt der entcoffeinierten Bohnen ist angegeben. Nach der Entcoffeinierung wurde der Kaffee in einem Probenröster geröstet und daraufhin beurteilt, ob oberflächlich auf den Röstkaffeebohpsn helle Flecken auftraten.

Der Tassenaufguß dieser Röstung wurde im Triangeltestverfahren mit dem unbehandelten Kaffee auf Beigeschmack verglichen. Die Ergebnisse dieser Untersuchungen sind in der Tabelle angegeben.

Untersuchungen haben dabei ergeben, daß bei Esterkombinationen mit Ketongehalten ab 0,05 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht von Keton und Ester, für den Kaffee-Experten bereits eine erkennbare Geschmacksverbesserung im Kaffeeaufguß wahrnehmbar ist

Tabelle

Versuch

Lösungsmittel

Tempe- Zeit ratur

(X)

(h)

Cofleingchall des behandelten Kaffees Extraktgehalt des
behandelten Kaffees

(Gew.-%) (Gew.-%)

Beigeschmack

Helle Flecken

1 Methylacetat

2 Äthylacetat

3 Propylacetat

4 Methylformiat

5 Äthylformiat

6 Aceton

7 Butanon-2

8 Pentanon-2

9 Methylisopropylketon

10 90% Methylacetat

10% Aceton

11 70% Äthylacetat

+
30% Aceton

12 80% Methylacetat

+
20% Butanon-2

50 80 80 30 50

50 75

80 80

50 80 50

18

10

16

12 10

9 8

16 11 15

0,078 0,077 0,073 0,080 0,074

0,076 0,080

0,072 0,79

0,075 0,078 0,073 27,8
27,6
27,5
28,1
27,8

17,0
20,6

24,2
25,3

26,8
24,8
27,0

ja (sauer, faulig)
ja (stinkig)
ja (unangenehm)
ja (stechend)
ja (stinkig)

nein
nein

nein

aber Geschmacksabwei-
chung

nein
nein
nein
nein
nein

ja (deutlich)

ja (gut

erkennbar)

ja (einige)
ja (wenige)

nein

Fortsetzung

Ver- Lösungsmittel such

Tempe- Zeit Coffein- Extrakt- Beigeschmack

ratur gehalt des gehalt des behandel- behandelten Kaffees ten Kaffees

CQ (h) (Gew.-%) (Gew.-%)

Helle Flecken

60% Athylacetat

+
40% Butanon-2

62% Propylacetat

80

10

0,072 25,2 nein

38% Methylisopropylketon

90% Methylformiat 1

+ [ 30

10% Aceton J

90% ÄihylföiTniat ]

+ \ 50

10% Aceton

0,074 27,4

13

11

nein

0,079 28,2 nein

0,069 27,9 nein

nein

Die Tabelle zeigt, daß die Ester dem Kaffee einen Beigeschmack verleihen. Die Ketone verleihen dem Kaffee zwar keinen Beigeschmack, die hellen Flecken besagen aber, daß keine vollständige Röstung erzielt wird, wodurch sich Geschmacksabweichungen im fertigen Kaffee ergeben. Außerdem führen die Ketone zu einer Verminderung des erwünschten Gehalts Jes Rohkaffees an wasserlöslichen Substanzen. Diese Verminderung des Extraktgehaltes bei Verwendung von Ketonen ist zwar bei höhermolekularen Ketonen nicht so ausgeprägt wie bei den niedermolekularen, dafür haben die höhermoiekuiaren Ketone den zusätzlichen Nachteil, daß sie sehr viel schwieriger aus dem Rohkaffee wieder zu entfernen sind.

Bei geeigneter Zusammensetzung des erfindungsgemäß verwendeten Lösungsmittelgemisches kann man außer Coffein auch solche Stoffe aus den Rohkaffeebohnen entfernen, die zum Vorhandensein von Reizstoffen im Röstkaffee beitragen. Derartige Röstreizstoffe vermindern die Bekömmlichkeit des Kaffeegetränks. Als Indikator für die erfolgreiche Entfernung von derartigen Bestandteilen, die nach dem Rösten zum Vorhandensein von Reizstoffen beitragen, dienen die Carbonsäure-5-hydroxytryptamide (C-5-HT) (J. Wurziger, 5. ASIC-Kolloquium, Lissabon, 1971, »Carbonsäure — Hydroxy-Tryptamide zur Beurteilung von frischen und bearbeiteten Kaffees«). Durch das erfindungsgemäße Verfahren kann bei geeigneter Wahl der Komponenten des Lösungsmittelgemisches der Gehalt an Bestandteilen, die nach dem Rösten zum Vorhandensein von Reizstoffen beitragen, erheblich gesenkt werden, so daß man durch das erfindungsgemäße Verfahren nicht nur einen coffeinfreien, sondern auch reizarmen Kaffee herstellen kann.

Beispiel 1

500 g Rohkaff«e, bestehend aus einer Mischung verschiedener Arabicas, wurden im rotierenden Kolben mit 130 g Wasser bei 70⁰C befeuchtet Danach betrug der Wassergehalt der aufgeschlossenen Rohkaffeebohnen 28,5 Gew.-'ro. Extrahiert wurde im rotierenden Kolben mit 1000 nil iiner Mischung aus 68 Gew.-% Äthylacetat, 30 Gew.-% Butanon-2 und 2 Gew.-% Wasser je Lösungsmittelcharge bei einer Temperatur voi. 70° C Die Lösungsmittelcharge wurde erstmals nach 3 Stunden und dann jeweils stündlich gewechselt. Die gesamte Extraktionsdauer betrug 10 Stunden. Das Gewichtsverhältnis der gesamten eingesetzten Lösungsmittelmenge zur trockenen Rohkaffeemenge war 14,0 :1. Nach der Extraktion wurde der Rohkaffee 10 Stunden lang im rotierenden Kolben bei 95° C unter Vakuum gedämpft Vor Beginn der Dämpfung wurden dem entcoffeinierten Rohkaffee 50 ml Wasser zugegeben und der Kolben dann unter Vakuum gesetzt Die Menge des durch Verdampfung entfernten Kondensats wurde danach diskontinuierlich im Abstand von 30 Minuten durch Wasser ergänzt Nach dem Dämpfen wurden die Bohnen im rotierenden Kolben unter Vakuum bei einer Temperatur von 80⁰C getrocknet Die Analyse der getrockneten, entcoffeinierten Rohkaffeebohnen ergab einen Coffeingehalt von 0,072 Gew.-%, bezogen auf Trockengewicht, und einen Entcoffeinierungsgrad von 93,5%. Der Restlösungsmittelgehalt der Rohkaffeebohnen betrug 26 ppm als Summe von Äthylacetat und Butanon-2. Im gerösteten Kaffee wurde kein erhöhter Gehalt an Äthylacetat und Butanon-2 festgestellt Der Aufguß des gerösteten Kaffees zeigte keinen feststellbaren Beigeschmack. Im verwendeten Lösungsmittelgemisch wurde als Gesamttrockensubstanz eine Menge von 12,71 g ermittelt Davon bestand 4,65 aus Coffein, der Rest aus Nicht-Coffein-Substan^en.

Beispiel 2

22 kg Rohkaffee, bestehend aus e^:ner Mijchung verschiedener Arabicas, wurden in einer wassergekühlten Drehtrommel mit Sattdampf bei einer Temperatur von 80⁰C 2 Stunden lang befeuchtet Danach betrug der Wassergehalt des aufgeschlossenen Rohkaffees 40,0 Gew.-%. Die feuchten Rohkaffeebohnen wurden in einen Extrakteur gefüllt und darin bei einer Temperatur von 80⁰C und einem Druck von 1,7 bar 9,5 Stunden lang extrahiert Das Lösungsmittelgemisch bestand aus 85,0 Vol.-% Äthylacetat und 15,0 Vol.-% Aceton. Der erste Lösungsmittelwe.-hsel erfolgte nach 33 Stunden, die weiteren Wechsel im Abstand von 1,5 Stunden. Das Gewichtsverhältnis der gesamten eingesetzten Lösungsmittelmenge zur trockenen Rohkaffeemenge betrug 8,0 :1. Im Anschluß an die Extraktion wurde der

Extrakteur bei einer Temperatur von 80⁰C 1 Stunde lang unter ein Vakuum mit 35 Torr Absolutdruck gesetzt, um oberflächlich am Kaffee anhaftende Lösungsmittelreste zu entfernen. Die Dämpfung erfolgte in einer beheizten Drehtrommel bei 80° C mit Vakuumdampf. Die Dämpfzeit betrug 10 Stunden. Anschließend wurde der Rohkaffee 5 Stunden lang bei 80° C in einem Vakuumtrockner auf einer Endfeuchte von 7,2 Gew.-% getrocknet Die entcoffeinierten Rohkaffeebohnen hatten einen Coffeingehalt von 0,054 Gew.-%, bezogen auf Trockengewicht, und einen Entcoffeinierungsgrad von 95,5%. Der Restlösungsmittelgehalt der Rohkaffeebohnen lag unter 10 ppm Aceton und unter 10 ppm Äthylacetat. Der Gehalt des Rohkaffees an wasserlöslichen Substanzen wurde während des Entcoffeinierens von 28,4 Gew.-%, bezogen auf Trockengewicht, auf 25,6 Gew.-%, bezogen

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feinierte Kaffee zeigte keinen erhöhten Gehalt an Aceton und Äthylacetat. Im Tassenaufguß des geröstei:n, entcoffeinierten Kaffees konnte durch Fachleute kein Beigeschmack festgestellt werden.

Beispiel 3

40 kg Rohkaffee, bestehend aus einer Mischung verschiedener Arabicas, wurden mit einer Mischung aus 68,2 Gew.-% Methylacetat. 3,8 Gew.-% Aceton und 28 Gew.-% Wasser aufgeschlossen. Danach betrug der Wassergehalt der Rohkaffeebohnen 273 Gew.-%. Die Extraktion erfolgte im gleichen Apparat bei einer Temperatur von 60° C und einem Druck von 1,4 bar. Die gesamte Extraktionsdauer betrug 13 Stunden. Das j Lösungsmittelgemisch bestand aus 90,9 Gew.-% Methylacetat, 5,0 Gew.-% Aceton und 4,1 Gew.-% Wasser. Das Gewichtsverhältnis der gesamten eingesetzten Lösungsmittelmenge einschließlich Wasser zur Rohkaffeemenge betrug 6,25 :1. Im Anschluß an die Extraktion

ίο wurde der Rohkaffee 5 Stunden lang mit Sattdampf bei einer Temperatur von 105° C gedämpft. Die Trocknung erfolgte in einem Vakuum-Trommeltrockner bei 70° C auf eine Endfeuchte von 10,2 Gew.-°/o. Als Endcoffeingehalt der Rohkaffeebohnen wurde ein Wert von 0,052 Gew.-Vo, bezogen auf Trockengewicht, bei einem Anfangscoffeingehalt von 1,05 Gew.-%, bezogen auf Trockengewicht, ermittelt. Während des Entcoffeinie-

Gew.-Vo, bezogen auf das trockene Rohkaffeegewicht, auf. Der Restlösungsmittelgehalt des entcoffeinierten Rohkaffees betrug weniger als 10 ppm Aceton und weniger als 10 ppm Methylacetat. Der C-5-HT-Gehalt des Rohkaffees wurde während des Entcoffeinierens von 680 ppm auf unter 100 ppm herabgesetzt Der geröstete entcoffeinierte Kaffee zeigte keine merklichen Abweichungen im Aceton- und Methylacetatgehalt Der Aufguß des gerösteten entcoffeinierten Kaffees wurde von Fachleuten als besonders wohlschmeckend und frei von Beigeschmack beurteilt

Claims

Patentanspruch:

Verfahren zum Entcoffeinieren von Rohkaffeebohnen durch Behandeln von Rohkaffeebohnen, die 15 bis 55 Gew.-% Wasser enthalten, mit einem Cibis CrAlkanolester der Ameisensäure oder der Essigsäure, dadurch gekennzeichnet, daß man den Ester zusammen mit einem Cr bis Q-Keton im Gewichtsverhältnis 50 bis 9935 Teile Ester zu 50 bis 0,05 Teile Keton verwendet

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