DE2827002B2

DE2827002B2 - Verfahren zum Behandeln von Hopfen mit CO2 als Extraktionsmittel

Info

Publication number: DE2827002B2
Application number: DE19782827002
Authority: DE
Inventors: Adam Dr. 8421 St Johann Mueller
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1978-06-20
Filing date: 1978-06-20
Publication date: 1980-09-04
Also published as: DE2827002A1; JPS5545391A; BE877125A

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Behandeln von Hopfen oder Hopfenprodukten unter Verwendung von CO[tief]2 als Extraktionsmittel und anschließendem Abtrennen des gewonnenen Extraktes durch Verdampfen des CO[tief]2. Unter Hopfen wird hier die Hopfendolde sowohl in erntefrischem als auch zurückgetrocknetem, handelsüblichem Zustand und unter Hopfenprodukten werden Produkte verstanden wie beispielsweise Hopfenpulver, lupulinangereichertes Hopfenpulver in Form von Pellets, Hopfenextrakte und Hopfenextraktpulver.

Verfahren zur Gewinnung von Hopfenextrakten werden in üblicher Weise mittels organischer Lösungsmittel und Wasser durchgeführt. Diese Lösungsmittel lösen jedoch nicht nur den gewünschten Extrakt aus dem Ausgangsmaterial, sondern daneben auch unerwünschte Stoffe. Es ist auch nicht zu vermeiden, daß Reste des Lösungsmittels mit in den Extrakt übergehen, was für Nahrungsmittelzwecke auf jeden Fall unerwünscht ist.

Es ist ferner bekannt, Extraktionen mittels fluider Gase, insbesondere mittels CO[tief]2 durchzuführen, wodurch die oben beschriebenen Nebenerscheinungen zwar unterbunden werden oder zumindest nur in geringem Umfang auftreten, jedoch nicht verhindert werden kann, daß chlorophylartige Stoffe und höher molekulare Polyphenole in den Extrakt übergehen.

Aus der DE 21 27 618 ist es bekannt, Hopfen mit CO[tief]2 bei überkritischem Druck und überkritischer Temperatur zu extrahieren. Die Dauer der Extraktion ist jedoch bei diesem Verfahren unwirtschaftlich lang.

Aus der russischen Patentschrift 1 67 798 ist es bekannt, Extrakte aus pflanzlichen Stoffen, wie Kaffee, Tee oder Hopfen herzustellen, wobei Temperaturen von 20 bis 25°C und Drucke von 50 bis 60 bar angewandt werden. Aus der japanischen Patentanmeldung 44 864 ist ein CO[tief]2-Extraktionsverfahren bekannt, bei dem mit Temperaturen von -20 bis +25°C und mit Drucken von 20 bis 70 bar gearbeitet wird. Aus der DE 27 45 829 ist schließlich ein Hopfenextraktionsverfahren mit CO[tief]2 bekannt, bei dem Temperatur und Druck so gewählt werden, daß diese nicht zu dicht an der kritischen Temperatur liegen, um die Möglichkeit auszuschalten, daß das Kohlendioxid zufällig überkritisch wird.

Diesen drei Literaturstellen ist gemeinsam, daß im unterkritischen Bereich für Temperatur und Druck gearbeitet wird. Gemeinsam ist diesen Verfahren weiterhin, daß sie unwirtschaftlich lange Extraktionszeiten benötigen oder daß die Ausbeute an wertvollen Bitterstoffen völlig ungenügend ist.

Aus der DE 22 12 281 ist ein Verfahren bekannt, bei dem dem Rohkaffee durch Behandlung mit flüssigem Kohlendioxid das Coffein entzogen wird. Dieses bekannte Verfahren wird bei Temperaturen zwischen 0°C und der kritischen Temperatur des Kohlendioxids durchgeführt, wobei Drucke im Bereich von 80 bar aufwärts bis zu einer praktischen Grenze von 400 bar angewendet werden. Bei diesem Verfahren wird das unerwünschte Alkaloid Coffein im flüssigen, wasserhaltigen CO[tief]2 gelöst und aus dem Extraktionsbehälter abgeführt, während im Extraktionsbehälter der vom Coffein befreite Rohkaffee einschließlich der aromabildenden Extraktstoffe in unveränderter Menge verbleiben.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, einen Extrakt aus Hopfen oder Hopfenprodukten herzustellen, der nahezu alle Bitterstoffe und außerdem nahezu alle Komponenten des Hopfenöls enthält.

Diese Aufgabe wird durch das im Anspruch gekennzeichnete Verfahren gelöst.

Die Hopfenharze und Hopfenöle sind bekanntlich die Wertbestandteile des Hopfens bzw. der Hopfenprodukte.

Es bestand ein Vorurteil, höhere Drucke im flüssigen Bereich anzuwenden, da das Lösungsvermögen im flüssigen Zustand gegenüber dem überkritischen gasförmigen Zustand sprunghaft schlechter wird (vgl. DE 21 27 618, Sp. 2, Z. 58-64).

Weiterhin bestand ein Vorurteil, mit hohen, vermeintlich unwirtschaftlichen Drucken zu experimentieren, da solche Versuche in Chemical Abstracts Nr. 16, S. 221, 19. Oktober 1970 offensichtlich bereits durchgeführt wurden und dabei festgestellt wurde, daß der Einfluß des Druckes unerheblich ist (vgl. insbesondere linke Spalte, Z. 15-25).

Fernerhin geht aus der DE 22 12 281, insbesondere Spalte 2, Z. 56-62 hervor, daß bei steigenden Drucken, insbesondere bei überkritischen Drucken, die Selektivität auffallend zunimmt und damit nicht zu erwarten war, daß die Aufgaben der Erfindung gelöst werden können, "nahezu alle Bitterstoffe und nahezu alle Komponenten der Hopfenöle zu gewinnen".

Bezüglich der Bitterstoffe war es nicht zu erwarten, daß beispielsweise nahezu alle Hartharzkomponenten im Endprodukt enthalten sind.

Auch hinsichtlich der Hopfenöle konnte festgestellt werden, daß nach dem erfindungsgemäßen Verfahren nahezu alle Hopfenölkomponenten, im Gegensatz zu den Verfahren gemäß DE 27 45 829 und DE 21 27 618, aus dem Ausgangsprodukt herausgelöst werden.

Die folgende Tabelle gibt eine Bilanz der Hopfenöle im Treber, wobei von Pellets ausgegangen wurde, die bei Drucken von 70, 180 und 400 bar und verschiedenen Temperaturen jeweils 2,5 Stunden behandelt wurden. Die Tabelle enthält die Anteile der wichtigsten Hopfenöle im Treber.

Tabelle

Bilanz der Hopfenöle im Treber mg/100 g

Tabelle Fortsetzung

Bilanz der Hopfenöle im Treber mg/100 g

Tabelle Fortsetzung

Bilanz der Hopfenöle im Treber mg/100 g

Wenn hier von kritischen Temperaturen und Drucken gesprochen wird, dann beziehen sich diese für das eingeleitete reine CO[tief]2 auf dieses CO[tief]2 selbst, während sich diese Begriffe im Druckbehälter auf das angereicherte Gas beziehen, dessen kritische Temperatur und dessen kritischer Druck von denen des reinen CO[tief]2 verschieden sind, da sie z.B. von dem Verhältnis Konzentrat zu CO[tief]2 abhängen.

Im folgenden wird eine zur Durchführung des Verfahrens geeignete Vorrichtung beschrieben.

Flüssiges CO[tief]2 wird aus dem Tank 1 im unterkritischen Druck- und Temperaturzustand entnommen. Durch den Wärmeaustauscher 2 wird das CO[tief]2 auf die gewünschte unterkritische Temperatur eingestellt und mit Hilfe der Hochdruckpumpe 3 der notwendige überkritische Druck erzielt. Durch das Durchflußmeßgerät 16 gelangt das CO[tief]2 in den Druckbehälter 4, wo die Extraktion des Ausgangsmaterials stattfindet.

Die Befüllung und Entleerung des Druckbehälters 4 mit Produkt erfolgt entweder diskontinuierlich durch Öffnen und Verschließen der Kopföffnung nach jeder Extraktion oder kontinuierlich durch Verwenden der Hochdruckschleusen 5 und 6, die ohne wesentliche Druckminderung einen ständigen Nachschub an frischen Pellets und eine fortlaufende Entnahme extrahierter Pellets gewährleisten.

Der Druck im flüssigen CO[tief]2 wird nach Verlassen des Druckbehälters 4 mit einem Druckaufnehmer 14 bestimmt. Das flüssige CO[tief]2, das die extrahierten Hopfeninhaltsstoffe enthält, wird über das Druckregelventil 8 und den Wärmeaustauscher 9 in den Druckbehälter 10, wo zeitweise drei Phasen (extrahiertes Gut, flüssiges CO[tief]2 und entspanntes gasförmiges CO[tief]2) vorliegen, eingebracht. Die Trennung des im überkritischen Druckbereich befindlichen flüssigen CO[tief]2 von den extrahierten Stoffen wird durch das Druckregelventil 8 eingeleitet und - falls gewünscht - durch weiteres Senken der Temperatur im Wärmeaustauscher 9 unterstützt. Im Druckbehälter 10 fällt der Hopfenextrakt aus und kann am Boden des Druckbehälters 10 kontinuierlich durch das Ventil 17 entnommen werden.

Das aus dem Druckbehälter 10 austretende CO[tief]2 kann über die Leitung 11 rezirkuliert werden. Zur Überwachung der Drucke in den Leitungen sind Druckmeßgeräte vorgesehen. Die Steuerung kann von Hand oder mittels eines elektrischen Steuergeräts 12 erfolgen, dem als Eingänge die mit einem Temperaturfühler 13 im Druckbehälter 4 gemessene Temperatur, die mit Druckaufnehmer 14 und 15 gemessenen Drucke der aus dem Druckbehälter 4 und 10 austretenden Gasströme sowie die mit dem Durchflußmesser 7 gemessene Durchflußmenge dienen. In Abhängigkeit von diesen Meßwerten wird das Druckregelventil 8 und gewünschtenfalls auch die Kühlleistung im Wärmeaustauscher 9 eingestellt.

Die folgenden Beispiele erläutern die Erfindung. Unter kw-Wert wird der kontukometrisch bestimmte Wert der Alpha-Säuren, unter dc-Werten die dünnschichtchromatografisch bestimmten Alphasäuren bzw. Betasäuren verstanden.

Beispiel 1

1 kg lupulinangereichertes Hopfenpulver in Pelletform, Alphagehalt 11,2 % lufttrocken, Wassergehalt 7,2 % wurden in den Druckbehälter 4 gegeben und mit CO[tief]2 2 Stunden lang bei einem Druck von 115 bar und einer Temperatur von 23,2°C extrahiert. Nach erfolgter Extraktion wurden aus dem Druckbehälter 10 am Entnahmeventil 17 361 g goldgelber Hopfenextrakt entnommen. Die Analyse des Ausgangsproduktes und des gewonnenen Extraktes waren:

___________________________________________________________________________________

Ausgangs- Extrakt 1

produkt

Gesamtharz 34,9 % 99,2 %

Weichharz 31,2 % 88,7 %

Alphasäure, kw-Wert 11,2 % 30,5 %

Alphasäure, dc 11,0 % 29,6 %

Betasäure, dc 13,1 % 27,2 %

Gesamt-Hopfenöl 2,5 % 2,1 %

Sämtliche Werte sind Gewichts-% lufttrocken

Wasser 7,2 % 3,9 %

Beispiel 2

Gleiches Hopfenpulver wie in Beispiel 1 wurde im Druckbehälter 4 mit CO[tief]2 90 Minuten bei einem Druck von 500 bar und einer Temperatur von 25°C extrahiert.

Aus dem Druckbehälter 10 wurden 354 g Hopfenextrakt entnommen, seine Analysenwerte waren:

Extrakt 2

Gesamtharz 98,7 %

Weichharz 88,2 %

Alphasäure, kw-Wert 30,6 %

Alphasäure, dc 29,5 %

Betasäure, dc 27,7 %

Gesamt-Hopfenöl 2,3 %

Sämtliche Werte sind Gewichts-% lufttrocken

Wasser 6,3 %

Claims

Verfahren zum Behandeln von Hopfen oder Hopfenprodukten unter Verwendung von CO[tief]2, in einem Temperaturbereich unter seiner kritischen Temperatur, als Extraktionsmittel zur Gewinnung von Harzen und Hopfenölen und anschließendem Abtrennen des gewonnenen Extraktes durch Verdampfen des CO[tief]2, dadurch gekennzeichnet, daß CO[tief]2 in einem Druckbereich über seinem kritischen Druck bis maximal 500 bar eingesetzt wird und überkritische Druckbedingungen während der Extraktion aufrecht erhalten werden.