DE2931258C2

DE2931258C2 - Verwendung von Chitosan zur Entsäuerung eines Kaffee-Extraktes

Info

Publication number: DE2931258C2
Application number: DE2931258A
Authority: DE
Inventors: Danièle Chardonne Magnolato
Original assignee: Societe des Produits Nestle SA
Current assignee: Societe des Produits Nestle SA
Priority date: 1978-09-14
Filing date: 1979-08-01
Publication date: 1986-08-21
Also published as: CA1107128A; FR2435914B1; CH633165A5; DE2931258A1; FR2435914A1; GB2029688B; JPS5542595A; US4278696A; NL187422B; JPS6012008B2; NL7906229A; GB2029688A; NL187422C

Description

Die Erfindung betrifft die Behandlung von Kaffee-Extrakten um deren Gehalt an sauren Stoffen zu verringern. Derartige saure Stoffe werden manchmal als unerwünscht angesehen, und zwar beispielsweise wegen der Verbrauchergewohnheiten oder aus physiologischen Gründen.

Ein naheliegendes Verfahren zur Entsäuerung von Kaffee-Extrakten besteht darin, diese chemisch durch Zusatz eines genießbaren alkalischen Mittels, wie z. B. Natronlauge, Kalilauge und gewisse Karbonate und Bikarbonate, zu neutralisieren. Es ist jedoch leicht einzusehen, daß diese Maßnahme nicht empfehlenswert ist, da man versucht, das »natürliche« Markenimage der fraglichen Extrakte zu bewahren. Bei einem großtechnischen Verfahren ist außerdem eine beträchtliche Vermehrung der Salzbeladung festzustellen.

Aus der DE-OS 16 92 249 ist es ferner bekannt, Chlorogensäure aus Kaffee-Extrakten dadurch zu entfernen, daß man den Kaffee-Extrakt mit Chemisorbentien in Kontakt bringt, für die charakteristisch ist, daß sie zahlreiche zur Wasserstoffbrückenbindung befähigte Säureamidgruppen aufweisen. Zu derartigen Chemisorbentien gehören Eiweißstoffe, Polyamide, Polyurethane und harzähnliche Kondensationsprodukte.

Um einen wünschenswerten Entsäuerungsgrad zu erhalten, müssen dabei beträchtliche Mengen des Chemi-• 25 sorbens verwendet werden.

Aus der US-PS 40 31 251 ist es ferner bekannt, daß bei der Entkoffeinierung von wäßrigen Kaffee-Extrakten mit einem nicht-ionischen, hydrophoben Harz auch ein Ansteigen des pH-Werts beobachtet wird. Die beschriebenen Adsorbentien sind jedoch Kunstharze und weisen keine Selektivität im Hinblick auf die Adsorption von Chlorogensäure auf, die stets zusammen mit anderen Inhaltsstoffen adsorbiert wird.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Entsäuerung eines Kaffee-Extrakts ohne Zugabe von im Kaffee-Extrakt verbleibenden Fremdstoffen zu schaffen, das unter Verwendung eines Naturstoffs in selektiver Weise eine Entsäuerung ermöglicht.

Diese Aufgabe wird durch die Verwendung von Chitosan gemäß Beispiel 1 gelöst. |

Der bevorzugte Bereich von Verfahrensbedingungen für die Verwendung von Chitosan ist in Anspruch 2 ™

wiedergegeben. &

Chitosan ist ein natürliches Polyglucosamin, das in Pilzen vorkommt und das außerdem reichlich in den ·'

Panzern von Schalentieren und zahlreichen Insekten in Form von Chitin (Acetylchitosan) angetroffen wird. Im allgemeinen ist das handelsübliche Chitosan das Produkt der Desacetylierung von Chitin, in welchem üblicherweise 10—30% der Aminogruppen noch in acetylierter Form vorliegen.

So wie er gemäß der vorliegenden Erfindung verstanden wird, umfaßt der Ausdruck »Chitosan« im weitesten Sinne auch Naturprodukte bzw. Produkte natürlichen Ursprungs, die mit ihm nahe verwandt sind und die chemisch als Polysaccharide, welche freie Aminogruppen tragen, definiert werden können. Beispielsweise sollen hier die Bestandteile der Zellwände von grampositiven Bakterien, wie z. B. Bacillus subtilis, genannt werden.

Aus Untersuchungen der Eigenschaften von Chitosan, wie sie beispielsweise beschrieben sind in R. A. A. Muzzarelli, Natural Chelating Polymers, Pergamon Press, Oxford 1973, S. 169—171, ist es bekannt, daß Chitosan eine ausgesprochene vielfältige Reaktivität aufweist und daß es in Anwesenheit organischer Säuren auch eine gewisse Wasserlöslichkeit aufweist. Da ein Adsorbens für eine Verwendung zur Entsäuerung von einem Kaffee-Extrakt eine hohe Selektivität aufnehmen muß, um den Gehalt an den sonstigen vielfältigen erwünschten Inhaltsstoffen nicht negativ zu beeinflussen, und da außerdem keinerlei Anteile des verwendeten Adsorbens in den Kaffee-Extrakt gelangen dürfen, war die Eignung von Chitosan für die erfindungsgemäße Verwendung nicht vorhersehbar. Es war überraschend, als festgestellt wurde, daß die Verwendung von Chitosan als Adsorbens eine vorteilhafte selektive Entsäuerung eines Kaffee-Extrakts ermöglicht.

Chitosan, das in Form von Pulver oder Flocken erhältlich ist, kann für die Entsäuerung so verwendet werden wie es ist, vorzugsweise wird es aber einer vorherigen Reinigungsbehandlung unterworfen. Eine solche Behandlung kann insbesondere darin bestehen, das Chitosan mit Alkohol, beispielsweise mit 35°/oigem wäßrigem Isopropanol, zu waschen. Sofern es sich als nötig erweist, kann man das Chitosan auch desodorieren, indem man , die Geruchsstoffe in alkalischen Medien abdestilliert. Das Zusammenbringen des Kaffee-Extrakts und des

j Chitosans kann auf verschiedenen Wegen erfolgen. Beispielsweise kann man den Extrakt durch eine Kolonne

* von Chitosan laufen lassen, wobei man direkt an der Unterseite der Kolonne den entsäuerten Kaffee-Extrakt

gewinnen kann. Man kann aber auch das Chitosan in Kaffee-Extrakt suspendieren, wobei es anschließend natürlich nötig ist, das Chitosan wieder vom Extrakt abzutrennen, was jedoch auf sehr einfache Weise durch Absaugen nach Dekantieren oder durch Filtrieren erfolgen kann.

Die Kontaktzeit zwischen dem Chitosan und dem Kaffee-Extrakt, wie auch andere verschiedene Parameter, beispielsweise die Temperatur, bei der das Kontaktieren durchgeführt wird, und die Verhältnisse von Chitosan zu Extrakt, hängen in erster Linie davon ab, wie die Entsäuerung getrieben werden soll, aber auch von '. praktischen Erwägungen bei der Durchführung des Verfahrens.

. . Im allgemeinen sind Kontaktzeiten in der Größenordnung von 5 bis 30 Minuten bei Temperaturen zwischen 10 und 80°C ausreichend. Vorteilhafterweise wird mit Extrakt/Chitosan-Verhältnissen zwischen 15 und 400 ml/g

gearbeitet

Der Kaffee-Extrakt kann seinerseits 1 bis 50 Gew.-%, vorzugsweise 12 bis 25 Gew.-%, gelöste Stoffe enthalten. Der Extrakt kann vorher durch Aromadestillation von seinen Aromastoffen befreit worden sein, wobei diese Aromastoffe gesondert aufgefangen und später wieder zugesetzt werden.

Es wurde festgestellt, daß Chitosan eine sehr selektive Absorption für saure Stoffe aufweist und daß die Verluste an Feststoffen immer gering blieben. Zwischen einem nicht behandelten und einem entsäuerten Extrakt kann eine Verringerung an Feststoffen von 2 bis 2,5% Testgestellt werden, was gut mit den Säuremengen übereinstimmt, die der Extrakt vor der Behandlung enthält Weiterhin ist bemerkenswert, daß der Koffeingehalt nicht beeinflußt wird.

Das Ausmaß der Entsäuerung kann entsprechend den weiter oben angegebenen Parametern frei gewählt werden. Werte zwischen 10 und 95% können leicht erreicht werden, was, verglichen mit dem Ausgangs-Kaffee-Extrakt, einem Anstieg des pH-Werts nach oben zwischen 0,3 und 1,4 Einheiten entspricht. Um Anhaltspunkte zu geben, wird darauf hingewiesen, daß beim Arbeiten bei Raumtemperatur mit einem Kaffee-Extrakt, der einen Gehalt an Trockenfeststoffen in der Größenordnung von 13% aufweist, eine Menge von 1 g Chitosan auf 40 ml Extrakt gestattet, 85% der Säuren zu entfernen, was einem Anstieg des pH-Werts von 1,3 Einheiten bedeutet. In gleicher Weise hebt eine Menge von 1 g Chitosan auf 100 ml Extrakt den pH-Wert des Extrakts um ungefähr 1 Einheit, was einer Entsäuerung in der Größenordnung von 70% entspricht.

Die Säure, die sich in Kaffee-Extrakten reichlich findet, ist Chlorogensäure, welche in erster Linie durch das Chitosan festgehalten wird. Andere Säuren, wie z. B. Oxal-, Zitronen-, Fumar-, Apfel-, Brenztrauben-, Chinin- und Kaffeesäure, sind in den Kaffee-Extrakten ebenfalls anwesend. Auch ihr Gehalt wird verringert.

Zwar ist Chitosan ein wohlfeiles Material, es wird jedoch bevorzugt, es nach Gebrauch zurückzugewinnen. Es wurde festgestellt, daß auch nach einem 30- bis 50maligem Zurückgewinnen kein merklicher Aktivitätsverlust festzustellen ist

Selbstverständlich soll es vor einer erneuten Verwendung einer Regenerationsbehandlung unterworfen werden, d. h., es soll von den absorbierten Stoffen befreit werden. Dies kann in sehr einfacher Weise dadurch geschehen, daß man es mit einer alkalischen Lösung zusammenbringt und anschließend mit Wasser bis zum natürlichen pH-Wert des Chitosans wäscht. Das auf diese Weise regenerierte Chitosan kann direkt für eine neue Behandlung verwendet werden, ohne daß es nötig ist, es den Vorbehandlungen zu unterwerfen, die weiter oben für frisches Chitosan erwähnt wurden.

Gemäß einer ersten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung suspendiert man in einem Kaffee-Extrakt mit einem Trockenfeststoffgehalt zwischen 10 und 25% ein von einem vorhergehenden Entsäuerungsverfahren regeneriertes Chitosan oder ein vorher mit wäßrigem Isopropanol gewaschenes und zwecks Desodorierung wasserdampfbehandeltes frisches Chitosan. Die Verhältnisse Extrakt/Chitosan liegen zwischen 20 und 250 ml/g. Man arbeitet in der Nähe von Raumtemperatur. Nach einer Zeit von 10 bis 30 Minuten, währenddessen die Suspension fortlaufend gerührt wird, werden die Feststoffe von der Flüssigkeit durch Filtration abgetrennt, wobei ein entsäuerter Extrakt erhalten wird. Nun wird das Chitosan in Waschwasser suspendiert, und nach der Abtrennung wird das Waschwasser mit dem entsäuerten Extrakt vereinigt. Das erhaltene Gemisch wird dann in der üblichen Weise auf ein Kaffee-Produkt, insbesondere ein lösliches Kaffee-Pulver, verarbeitet.

Gemäß einer zweiten bevorzugten Ausführungsform wird das Chitosan in Kolonnen eingebracht und der Kaffee-Extrakt durch die Kolonnen laufengelassen. Auf diese Weise wird direkt ein entsäuerter Extrakt erhalten. Vorzugsweise wird dabei mit einem Extrakt/Chitosan-Verhältnis zwischen 30 und 400 ml/g gearbeitet. Das verwendete Chitosan soll eine ziemlich lockere Struktur aufweisen. Chitosan in feiner Pulverform ist zu vermeiden, da sonst die Kolonne rasch undurchlässig wird.

Das Chitosan wird in der einen oder in der anderen Form durch alkalische Behandlung und anschließendes Spülen mit Leitungswasser regeneriert. Es kann dann für einen neuen Arbeitsgang verwendet werden.

Die Qualität der erhaltenen Extrakte läßt nichts von der Behandlung mit Chitosan erkennen, ganz im Gegenteil. Weder die Aromaintensität, noch das Aromagleichgewicht der fraglichen Extrakte wird beeinflußt. Die Meinung von Geschmacksprüfern, welche einen schwach sauren Kaffee bevorzugen, ist, daß die Behandlung sich insgesamt als vorteilhaft erweist.

Die Erfindung wird durch die folgenden Beispiele näher erläutert. Zunächst werden die Maßnahmen zur Vorbereitung und zur Regenerierung von Chitosan beschrieben, die entweder fakultativ durchgeführt werden oder die zu einer großtechnischen Durchführung der Erfindung gehören, aber keinen integrierten Bestandteil darstellen.

Beispiele

Vorbereitung von Chitosan

1 kg handelsübliches Chitosanpulver (Chitosan von Krabben, Biosynth. AG, Teilchengröße 0,5 bis 2 mm) wird in 33 I 55%igem wäßrigem Isopropanol suspendiert. Diese Suspension wird 30 Minuten bei Raumtemperatur gerührt. Hierauf wird sie zentrifugiert, wobei einesteils 31,5 1 wäßriges Isopropanol, das zurückgeführt wird, und andernteils das gewaschene Chitosan erhalten wird. Wenn dieses noch einen gewissen Geruch aufweist, dann wird es in 9,9 1 0,1 η KOH suspendiert, worauf die Suspension während 1 Stunde Wasserdampfdestilliert wird. Durch Zentrifugieren wird die KOH-Lösung, die zurückgeführt wird, vom Chitosan abgetrennt. Letzteres wird mit heißem Wasser (90⁰C) gewaschen und nach einer Zentrifugierung in heißer Luft (80°C) getrocknet.

Regenerierung von Chitosan

1 kg »verbrauchtes« Chitosan, d. h. also, daß es bereits als Absorptionsmittel gedient hat, wird in 10 kg eines 1/1-Gemischs von Isopropanol und : η KOH suspendiert Die Suspension wird dann bei Raumtemperatur 15 Minuten lang gerührt Hierauf wird zentrifugiert, wobei einesteils 9 kg der flüssigen Phase und andernteils das Chitosan erhalten wird. Letzteres wird dann mit heißem Wasser (80 bis 90° C) bis zur Neutralität der Waschwässer gewaschen und dann im Vakuum bei 80⁰C getrocknet

Nötigenfalls kann die Regenerierungsbehandlung bei der Waschstufe, bei der sich das Chitosan in heißem Wasser in Suspension befindet, durch eine einstündige Wasserdampfdestillation ergänzt werden. Hierbei wird außerdem etwas Isopropanol zurückgewonnen. Das regenerierte Chitosan wird wie vorher getrocknet

Zum Vergleich wird die Wirkung von 1 Portion frischem gewaschenem Chitosan und 3 Portionen regeneriertem Chitosan in Suspension in einem Kaffee-Extrakt mit einem Feststoffgehalt von 13% verglichen, wobei 2,5 g Chitosan auf 100 ml Extrakt verwendet werden. Dabei wird eine bemerkenswerte Gleichheit der Wirkung der 4 Portionen festgestellt Der pH steigt in jedem Fall von 4,80 auf 6,30, was einem Entsäuerungsgrad in der Größenordnung von 85% entspricht

Parallel wird die Wirkung einer gleichen Portion von Chitosan in Suspension im obigen Kaffee-Extrakt in

einem Verhältnis von 5 g Chitosan auf 250 ml Extrakt nach mehreren aufeinanderfolgenden Regenerationen verglichen. Es wird eine bemerkenswerte Konstanz des Entsäuerungsgrads in der Gegend von 70% sogar nach 15 aufeinanderfolgenden Regenerationen festgestellt Das heißt also, daß das Chitosan viele Male verwendet werden kann.

Beispiele 1 bis 16

Frisches oder regeneriertes Chitosan wird in einem Kaffee-Extrakt entsprechend der weiter unten angegebenen Tabelle in Suspension gebracht und 30 Minuten bei Raumtempertur gerührt Hierauf werden die Phasen durch Zentrifugieren getrennt, wobei die flüssige Phase zur Seite gestellt wird. Das Chitosan wird dann erneut in Wasser in Suspension gebracht und bei Raumtemperatur 15 Minuten vor dem Zentrifugierengerührt. Die dabei gewonnene flüssige Phase wird der ersten flüssigen Phase zugegeben. Das Gemisch stellt den entsäuerten Extrakt dar. Das Chitosan wird regeneriert.

Der entsäuerte Extrakt wird in der für die Herstellung von löslichem Kaffee üblichen Weise konzentriert. Die Aromastoffe werden nun zugegeben, sofern sie vor dem Kontaktieren des Chitosans mit dem Extrakt durch Aromadestillation entfernt worden sind. Das Konzentrat wird dann durch Trockungs- oder Lyophilisationstechniken in ein Pulver überführt.

35

40

45

50

55

Beispiel

% Trocken	Volumen	Gewicht	pH der Extrakte	nach
feststoffe	d. Extrakts	d. Chitosans	vorher
	ml	g		5,95
13	100	1,0	4,95	5,70
13	150	1,0	4,95	5,50
13	200	1,0	4,95	5,40
13	250	1,0	4,95	6,10
5	100	0,77	5,10	6,10
10	100	1,54	5,10	6,10
15	100	2,31	5,10	6,10
20	100	3,08	5,10	6,10
25	100	3,85	5,10	6,10
30	100	4,62	5,10	6,50
5	100	2,0	5,10	6,30
10	100	2,0	5,10	6,15
15	100	2,0	5,10	6,08
20	100	2,0	5,10	6,00
25	100	2,0	5,10	5,90
30	100	2,0	5,10

Entsäuerung

1 2 3

5 6 7 8 9 10

11 12 13 14 15 16

70 61 46 38

66 66 66 66 66 66

81 74 69 63 60 54

60

65

Beispiele 17 bis20

Chitosan wird in eine Kolonne eingebracht, durch welche ein Kaffee-Extrakt mit einem Trockenfeststoffgehalt von 13% hindurchlaufen gelassen wird, wobei die in der folgenden Tabelle angegebenen Parameter
eingehalten werden. Der entsäuerte Extrakt wird unten an der Kolonne aufgefangen. Einzelheiten über die
erhaltenen Extrakte sind ebenfalls in der Tabelle angegeben.

Beispiel	Volumen	Gewicht	pH der Extrakte	nachher	% Entsäuerung
	d. Extrakts	d. Chitosans	vorher
	ml	g		6,20
17	1000	25	4,75	6,00	83
18	50	1,0	4,80	5,80	77
19	100	1,0	4,80	5,50	69
20	500	2,5	5,00	44

Die entsäuerten Kaffee-Extrakte können, wie weiter oben angegeben, in Instant-Kaffees überführt werden.

Es werden Proben dieser Kaffee-Produkte wie auch der Kaffeeprodukte der Beispiele 1 bis 16 mit Wasser
angemacht und dann zum Zwecke einer Geschmacksprüfung Personen vorgesetzt, die wenig sauren Kaffee
bevorzugen. Es ergibt sich anscheinend insgesamt eine Bevorzugung für die Kaffeeprodukte, die einen pH
zwischen 5,5—5,7 und 5,9 aufweisen, was einer Entsäuerung mit Chitosan in abgerundeten Zahlen von 45—55 bis
70% entspricht.

Claims

Patentansprüche:

1. Verwendung von Chitosan zur Entsäuerung eines Kaffee-Extraktes, wobei der pH-Wert des entsäuerten Extraktes nach Abtrennen des Chitosans 0,3—1,4 Einheiten über dem pH-Wert des Ausgangsextraktes liegt

2. Verwendung nacb Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Entsäuerung unter Rühren 5—30 Minuten dauert, bei Temperaturen zwischen 10 bis 80⁰C erfolgt und auf 15—400 ml Kaffee-Extrakt 1 g Chitosan erforderlich ist