-
Aus gesundheitlichen Gründen erfahren pflanzliche Produkte
-
- hauptsächlich Kaffee - mit vermindertem Coffeingehalt zunehmende
Bedeutung. So wurde eine grössere Anzahl Verfahren entwickelt, welche sich in unterschiedlicher
Weise bemühen, die Konzentration des Coffeins zu vermindern. Üblicherweise wurden
zur Extraktion der aufgeschlossenen Kaffeebohnen organische Lösungsmittel verwendet.
Die Rückgewinnung des Lösungsmittels erfolgte z.B. durch Destillation, wobei das
Coffein als Nebenprodukt anfällt.
-
Um zu vermeiden, dass Lösungsmittelreste möglicherweise das pflanzliche
Material kontaminieren, wird in neuerer Zeit mit dem gesundheitlich unbedenklichen
Kohlendioxid als Extraktionsmittel gearbeitet (DE-PSen 20 05 293 und 22 12 281).
-
Das Lösungsmittel Kohlendioxid wird bei diesem Verfahren mittels Aktivkohle
von gelöstem Coffein befreit.
-
Vor der Wiederverwendung gebrauchter Aktivkohle erfolgt üblicherweise
eine Pyrolyse der adsorbierten Substanzen und anschliessend eine thermische Reaktivierung.
Wegen der Verwertbarkeit des Coffeins ist ein derartiges Verfahren unwirtschaftlich.
-
So ist es nicht verwunderlich, dass Anstrengungen unternommen werden,
das adsorbierte Coffein zurückzugewinnen. Massnahmen zur Desorption des Coffeins
müssen berücksichtigen, dass Aktivkohle ein sehr gutes Adsorbens ist, was eine Desorption
erschwert. Ausserdem soll vermieden werden, gesundheitlich bedenkliche Mittel zu
verwenden, denn diese konnten ja gerade durch die Extraktion mit Kohlendioxid ausgeschaltet
werden.
-
Nach der Lehre der DE-OS 25 44 116 wird das Adsorbat mit überkritischen
Gasen insbesondere Kohlendioxid desorbiert.
-
Hierbei muss das gelöste Adsorbat wieder aus dem lösenden Gas entfernt
werden.
-
Gemäss der US-PS 4 298 736 wird an Aktivkohle adsorbiertes Coffein
mit einem flüssigen, für Nahrungsmittel zulässigen Lösungsmittel, welches eine organische
Säure oder ein Alkohol sein kann, desorbiert. Als organische Säuren werden Essigsäure,
Propionsäure und Buttersäure wörtlich genannt.
-
Das Verfahren soll vorzugsweise bei Temperaturen oberhalb 100 CC durchgeführt
werden, und die Lösungsmittel, also die Säuren, sollten einen möglichst hohen Siedepunkt
aufweisen.
-
Überraschenderweise wurde im Rahmen der vorliegenden Erfindung nun
festgestellt, dass eine Desorption mit Ameisensäure, die einen im Vergleich zu der
in der US-PS bevorzugten Essigsäure um 18"C niedrigeren Siedepunkt aufweist, beträchtlich
bessere Ergebnisse trotz niedrigerer Behandlungszeiten und -temperaturen und Verwendung
geringerer Mengen an Behandlungssäure ergibt. Dies konnte aufgrund der allgemeinen
Aussage der US-Patentschrift nicht erwartet werden. Die allgemeine Lehre der US-Patentschrift
zielt eher in Richtung höher siedender Lösungsmittel.
-
Die Erfindung betrifft somit ein Verfahren zur Wiedergewinnung von
Coffein von beladener Aktivkohle, das dadurch gekennzeichnet ist, dass die beladene
Aktivkohle mit Ameisensäure behandelt wird.
-
Die Verfahrenstemperatur liegt vorzugsweise in einem Bereich zwischen
90 und 100°C. Bei Anwendung höherer Temperaturen müssen auch höhere Drücke als atmosphärischer
Druck angewandt werden, da Ameisensäure bei ca. 100°C siedet.
-
Die Behandlungsdauer liegt vorzugsweise in einem Bereich von etwa
2 bis 3 Stunden, wobei die 10- bis 20-fache Menge an Ameisensäure, bezogen auf das
Gewicht der Aktivkohle, ausreichend ist. Die Ameisensäure kann im Gemisch mit Wasser
verwendet werden, wobei solche Gemische maximal 22 % Wasser enthalten. Vorzugsweise
wird die Ameisensäure jedoch unverdünnt eingesetzt.
-
Das Verfahren kann absatzweise oder kontinuierlich durchgeführt werden.
Vorzugsweise wird das erfindungsgemässe Verfahren in einer Batterieschaltung durchgeführt,
d.h., die beladene Aktivkohle kommt zunächst mit Ameisensäure in Berührung, die
in vorangegangenen Behandlungsstufen bereits Coffein aufgenommen hat, und in der
letzten Behandlungsstufe der Batterieschaltung kommt die bereits teilweise vom Coffein
befreite Aktivkohle mit frischer Ameisensäure in Berührung, wobei das restliche
Coffein vollständig von der Aktivkohle desorbiert wird. Man erhält so am einen Ende
der Batterieschaltung die mit dem Coffein beladene Ameisensäure, während am anderen
Ende vom Coffein befreite Aktivkohle anfällt. Diese kann nach Entfernen des überschüssigen
Lösungsmittels durch Dämpfen und/oder Trocknen wieder eingesetzt werden. Die Adsorptionsaktivität
lässt von Einsatz zu Einsatz geringfügig nach. Eine Hochtemperaturreaktivierung
der Aktivkohle ist erst nach mehrmaligem Einsatz erforderlich.
-
Die Trennung des zurückgewonnenen Coffeins von der Ameisensäure erfolgt
am einfachsten durch Abdestillieren der Ameisensäure.
-
In den nachfolgenden Beispielen wurde die nachstehend beschriebene
Arbeitsweise angewandt:
Die Ameisensäure wurde mit Hilfe einer Pumpe
zuerst durch einen Wärmeaustauscher und dann durch das heizbare Extraktionsrohr
gedrückt. Nach Durchlaufen eines weiteren Wärmeaustauschers werden die Ameisenfraktionen
entnommen und analysiert.
-
Die Versuchsgefässe bestanden aus V4A-Stahl (1.4571 = AISI 316). Weitere,
gegenüber siedender Ameisensäure beständige Gefässmaterialien sind z.B. aus den
Dechema-Werkstoff-Tabellen zu ersehen.
-
Die Temperatur betrug in allen Versuchen 100 C.
-
Beispiel 1 50 g Aktivkohle mit einem Coffeingehalt von 10,9 Gew.-%
werden innerhalb von 150 Minuten von 1 kg Ameisensäure durchströmt. Dabei werden
91 % des adsorbierten Coffeins in der Ameisensäure wiedergefunden. Der Rest befindet
sich noch auf der Aktivkohle. Die Lösung ist dabei etwa 0,5 %-ig an Coffein. Bereits
nach der halben Extraktionszeit, nachdem 0,5 kg Ameisensäure durch die Aktivkohle
gedrückt worden waren, wurden 78 % des Coffeins desorbiert.
-
Dieses Beispiel erlaubt einen eindrucksvollen Vergleich mit dem Beispiel
1 der oben genannten US-PS 4 298 736. So wurden dort nach 2-stündiger Behandlung
bei 117"C mit der 10-fachen Menge an Essigsäure, bezogen auf das Gewicht der Aktivkohle,
nur 73 % Coffein desorbiert und gewonnen. Demgegenüber zeigte das vorliegende Beispiel,
dass mit der 10-fachen Menge an Ameisensäure bei einer Temperatur von 100"C während
eines Zeitraums von 1 1/4 Stunden bereits 78 % des Coffeins desorbiert und gewonnen
werden können.
-
Diese unter erheblich günstigeren Verfahrensbedingungen erreichte
höhere
Ausbeute unter Verwendung von Ameisensäure anstelle von Essigsäure, ist ausserordentlich
überraschend.
-
Dies konnte der Fachmann aufgrund der allgemeinen Lehre der US-Patentschrift
nicht erwarten. Vielmehr war zu erwarten, dass mit der Ameisensäure unter vergleichbaren
Bedingungen schlechtere Ergebnisse erzielt werden würden.
-
Beispiel 2 Mit 1 kg Ameisensäure, welche jetzt 0,5 Gew.-% Coffein
aus dem vorherigen Beispiel enthält, wurden nochmals 50 g Aktivkohle mit einem Coffeingehalt
von 10,9 Gew.-% extrahiert.
-
Hierbei wurden noch 64 % des adsorbierten Coffeins extrahiert. Die
Lösung enthielt etwa 0,8 Gew.-% Coffein.