DE3429083A1

DE3429083A1 - Process for removing caffeine from green coffee beans

Info

Publication number: DE3429083A1
Application number: DE19843429083
Authority: DE
Inventors: Saul Norman Monsey N.Y. Katz
Original assignee: General Foods Corp
Current assignee: General Foods Corp
Priority date: 1984-08-07
Filing date: 1984-08-07
Publication date: 1986-02-20

Abstract

A process is described for removing caffeine from both moist and dry green coffee beans, in which liquid or supercritical carbon dioxide is used as extraction medium. Dimethyl sulphoxide is dissolved in the extraction medium prior to the contact with the beans. The degree of extraction is considerably improved, that is in particular in a preferred process in which the dimethyl sulphoxide is used close to the saturation level.

Description

Verfahren zum Entfernen von Koffein aus grü- Method of removing caffeine from green

nen Kaffeebohnen Die Erfindung betrifft die Entkoffeinisierung und insbesondere ein verbessertes Verfahren zum Entkoffeinisieren von grünen Kaffeebohnen unter Verwendung von Kohlendioxid in entweder flüssigem oder überkritischem Zustand. nen coffee beans The invention relates to decaffeination and in particular, an improved method of decaffeinating green coffee beans using carbon dioxide in either a liquid or supercritical state.

Seit langem besteht ein Bedürfnis für ein nicht-zerstörendes und wirksames Verfahren zum Entfernen von Koffein aus Kaffeebohnen. In jüngerer Zeit wurde ein Verfahren zum Entkoffeinisieren von grünen Kaffeebohnen mit überkritischem Kohlendioxid entwickelt, mit dem man eine nahezu quantitative Extraktion des Koffeins erzielen kann und ein hochqualitatives Endprodukt erhalten wird. In ähnlicher Weise kann man einen hochqualitativen koffeinfreien Kaffee erhalten, indem man diesen mit flüssigem Kohlendioxid extrahiert. Diese Verfahren sind jedoch sehr kostspielig und der Extraktionsgrad ist bei Verwendung von grünen Kaffeebohnen technisch nicht befriedigend. Werden die Kaffeebohnen vor dem Extrahieren angefeuchtet, dann wird zwar die Extraktionseffizienz verbessert, das Verfahren bleibt jedoch weiterhin kostspielig. Deshalb ist es wünschenswert, den Extraktionsgrad bei Verwendung von Kohlendioxid unter Erniedrigung der Verfahrenskosten zu erniedrigen und dennoch die Vorteile zu erzielen, die man bei der Verwendung von flüssigem oder überkritischem Kohlendioxid bei der Extraktion von Koffein aus grünem Kaffee erhält.There has long been a need for a non-destructive and effective one Method of removing caffeine from coffee beans. More recently, a Process for decaffeinating green coffee beans with supercritical carbon dioxide with which one can achieve an almost quantitative extraction of the caffeine can and a high quality end product is obtained. Similarly, can You can get high quality decaf coffee by mixing it with liquid Carbon dioxide extracted. However, these methods are very expensive and the degree of extraction is technically unsatisfactory when using green coffee beans. Will If the coffee beans are moistened before extraction, then the extraction efficiency will be increased improved, but the process remains costly. Therefore it is desirable the degree of extraction when using carbon dioxide while lowering the process costs to degrade and still get the benefits that one would get when using it of liquid or supercritical carbon dioxide in the extraction of caffeine green coffee.

Derzeit wird die Entkoffeinisierung von Kaffee durchgeführt, indem man das Koffein aus ganzen grünen Kaffeebohnen entfernt. Die Bohnen werden zunächst befeuchtet und dann mit einem Lösungsmittel, das gegenüber Koffein relativ spezifisch ist, extrahiert. Die technisch verwendeten Lösungsmittel sind entweder chlorierte Kohlenwasserstoffe, wie in US-PS 3 671 263 beschrieben, oder koffeinfreie wäßrige Lösungen von löslichen Stoffen von grünen Kaffeebohnen, wie in US-PS 2 309 092 beschrieben.Currently, coffee decaffeination is done by to remove the caffeine from whole green coffee beans. The beans will be first and then moistened with a solvent that is relatively specific to caffeine is extracted. The solvents used industrially are either chlorinated Hydrocarbons as described in US Pat. No. 3,671,263 or caffeine-free aqueous ones Solutions of solubles from green coffee beans as described in US Pat. No. 2,309,092.

Beim Entkoffeinisierungsverfahren gemäß US-PS 2 309 092, das allgemein als Wasserextraktionssystem bezeichnet wird, wird ein koffeinbeladenes Wasserextrakt, das aus dem Kontakt zwischen koffeinhaltigen grünem Kaffee und der koffeinfreien wäßrigen Lösung entsteht, direkt mit einem Lösungsmittel extrahiert, um das Koffein zu entfernen. Diese Lösungsmittel sind die gleichen chlorierten Kohlenwasserstoffe wie sie bei dem Direktlösungsextraktionsverfahren gemäß der vorerwähnten US-PS 3 671 263 verwendet werden.In the decaffeination process disclosed in U.S. Patent No. 2,309,092, generally called a water extraction system, a caffeine-laden water extract is that from the contact between the caffeinated green coffee and the decaf aqueous solution is formed, extracted directly with a solvent to remove the caffeine to remove. These solvents are the same chlorinated hydrocarbons as in the direct solution extraction process according to the aforementioned US Pat 671 263 can be used.

In jüngerer Zeit hat die Xaffeeindustrie eine Reihe von Verfahren zum Entfernen von Koffein aus grünem Kaffee entwikkelt, bei dem man keine chlorierten Kohlenwasserstoffe verwendet; die meisten dieser Verfahren sind jedoch teurer, als die derzeitigen Konkurrenzbedingungen es zulassen.More recently, the coffee industry has had a number of processes Designed to remove caffeine from green coffee that is not chlorinated Used hydrocarbons; however, most of these procedures are more expensive than the current competitive conditions allow it.

Am vielversprechendsten von diesen Verfahren sind diejenigen Verfahren, bei denen die grünen Kaffeebohnen mit Kohlendioxid in entweder flüssigem oder überkritischem Zustand in Berührung gebracht werden. So wird in US-PS 3 879 569 ein Verfahren beschrieben, bei dem man flüssiges Kohlendioxid mit grünen Kaffeebohnen in Berührung bringt, um das Koffein mit einer guten Selektivität zu extrahieren. In US-PS 3 806 619 wird eine Entkoffeinisierungsmethode be- schrieben, bei der man eine nahezu quantitative Extraktion des Koffeins aus grünen Kaffeebohnen unter Verwendung von überkritischem Kohlendioxid erzielt. Bei diesem Verfahren werden die grünen Kaffeebohnen mit Kohlendioxid im überkritischen Zustand zum Entfernen des Koffeins in Berührung gebracht. Um die Verfahrenswirksamkeit weiter zu verbessern, werden sowuhl bei der Verwendung von flüssigem als auch von überkritischem Kohlendioxid die grünen Kaffeebohnen vorbefeuchtet und das Kohlendioxid wird mit Wasser gesättigt.The most promising of these procedures are those procedures where the green coffee beans contain carbon dioxide in either liquid or supercritical State to be brought into contact. For example, US Pat. No. 3,879,569 describes a process by bringing liquid carbon dioxide into contact with green coffee beans, to extract the caffeine with a good selectivity. In U.S. Patent 3,806,619 a decaffeination method wrote in which one Using nearly quantitative extraction of the caffeine from green coffee beans achieved by supercritical carbon dioxide. In this process, the green ones Coffee beans with carbon dioxide in the supercritical state to remove the caffeine brought into contact. In order to further improve the process efficiency both when using liquid and supercritical carbon dioxide the green coffee beans are pre-moistened and the carbon dioxide becomes saturated with water.

Es besteht ein Bedürfnis nach einem weiter verbesserten Verfahren zum Entfernen des Koffeins aus sowohl trockenen als auch vorbefeuchteten grünen Kaffeebohnen unter Verwendung von flüssigem und auch überkritischem Kohlendioxid.There is a need for a further improved method for removing the caffeine from both dry and pre-moistened greens Coffee beans using liquid and also supercritical carbon dioxide.

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird die Entkoffeinisierung von grünen Kaffeebohnen im feuchten oder trockenen Zustand ermöglicht unter Anwendung eines verbesserten Verfahrens, bei dem man die Bohnen mit einem Koffeinextraktionsmittel aus flüssigem oder überkritischem Kohlendioxid in Berührung bringt, den Kontakt eine ausreichende Zeit beibehält, um wenigstens einen Teil des in den grünen Kaffeebohnen enthaltenen Koffeins zu extrahieren, und das Koffeinextraktionsmittel dann von den grünen Bohnen abtrennt, wobei die Verbesserung darin besteht, daß man Dimethylsulfoxid in dem Kohlendioxid löst.According to the present invention, the decaffeination of greens Coffee beans in the wet or dry state allows using a improved process in which the beans are treated with a caffeine extractant of liquid or supercritical carbon dioxide brings into contact, the contact Retains sufficient time to absorb at least some of the green coffee beans contained caffeine, and then the caffeine extractant from the separating green beans, the improvement being that of dimethyl sulfoxide in which carbon dioxide dissolves.

Die vorliegende Erfindung beruht auf der Entdeckung, daß Diinethylsuifoxid, ein aprotisches Lösungsmittel mit starken Koffeinextraktionseigenschaften aus sowohl feuchten als auch trockenen Kaffeebohnen die Extraktionsrate bei Verwendung von Kohlendioxid in entweder flüssigen oder überkritischen Zustand verbessern kann, wobei die Spezifität für die Extraktion des Koffeins beibehalten und ein hochqualitatives Endprodukt erhalten wird. Die Erhöhung der Effizienz, die man durch die Verwendung von Dimethylsulfoxid erzielt, indem man die Extraktion des Koffeins mit Kohlendioxid erleichtert, ergibt überraschenderweise sowohl eine Erhöhung der Extraktionsrate als auch eine Verbesserung der Qualität des Endproduktes.The present invention is based on the discovery that diethyl sulfoxide, an aprotic solvent with powerful caffeine extraction properties from both wet as well as dry coffee beans reduce the extraction rate when using Can improve carbon dioxide in either liquid or supercritical state, being the specificity maintained for the extraction of the caffeine and a high quality final product is obtained. Increasing the efficiency that obtained by using dimethyl sulfoxide by making the extraction Facilitating the caffeine with carbon dioxide surprisingly results in both one Increase in the extraction rate as well as an improvement in the quality of the end product.

Die grünen Kaffeebohnen können gemäß der vorliegenden Erfindung so verwendet werden, wie sie auf den Markt kommen. Ein Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht jedoch darin, daß die milderen und besonders aromatischen Kaffeesorten, wie kolumbianischer Kaffee, besonders wirksam entkoffeinisiert werden können. Die grünen Kaffeebohnen können jeden gewünschten Feuchtigkeitsgehalt haben, wobei man jedoch höhere Extraktionsraten bei höheren Feuchtigkeitsgehalten erzielt. überraschenderweise kann man grüne Kaffeebohnen mit einem Feuchtigkeitsgehalt von weniger als etwa 20 %, bezogen auf das Gesamtgewicht der Bohnen, und sogar mit einem niedrigen Feuchtigkeitsgehalt von etwa 4 bis etwa 9 %, dem üblichen Feuchtigkeitsgehalt während des Verschiffens und der Lagerung, verwenden und dennoch einen hohen Selektivitätsgrad und Extraktionsgrad erzielen. Der Feuchtiykeitsgehalt der Bohnen hängt von der Ausgeglichenheit zwischen den zusätzlichen Kosten für die Befeuchtung und dem Trocknen der grünen Bohnen einerseits und der Verbesserung der Extraktionsrate, die man durch das Befeuchtungsverfahren erzielen kann, andererseits,ab.The green coffee beans according to the present invention can be so used as they come on the market. An advantage of the present invention is, however, that the milder and particularly aromatic types of coffee, like Colombian coffee, can be particularly effectively decaffeinated. the Green coffee beans can have any desired moisture content, with one however, higher extraction rates are achieved at higher moisture levels. surprisingly you can get green coffee beans with a moisture content of less than about 20 % based on the total weight of the beans, and even with a low moisture content from about 4 to about 9%, the usual moisture content during shipping and storage, and still use a high degree of selectivity and degree of extraction achieve. The moisture content of the beans depends on the balance between the additional costs of moistening and drying the green beans on the one hand and the improvement in the extraction rate achieved by the humidification process can achieve, on the other hand, from.

Das Extraktionsmittel enthält Kohlendioxid in entweder überkritischem oder flüssigem Zustand und auch Dimethylsulfoxid, um das Entfernen des Koffeins aus den grünen Kaffeebohnen zu erleichtern. Das Extraktionsmittel kann alleine im wesentlichen aus diesen beiden Materialien bestehen, jedoch können die Bedingungen so sein, daß es wünschenswert ist, weitere Materialien, wie Wasser oder gelöste Kaffeestoffe und andere Additive, zuzusetzen. Der Ausdruck "überkritisch" bedeutet, daß das Kohlendioxid oberhalb seiner kritischen Temperatur und seines kritischen Druckes ist. Der Ausdruck "flüssig" bedeutet, daß das Kohlendioxid bei einer Temperatur gehalten wird, die unterhalb der kritischen Temperatur von etwa 31 0C liegt, daß es jedoch bei einem Druck vorliegt, der ausreicht, um eine Phasenänderung vom gasförmigen Zustand in den flüssigen Zustand zu erzielen unter Freigabe der bei dieser Phasenänderung auftretenden latenten Wärme.The extractant contains carbon dioxide in either supercritical or liquid state and also dimethyl sulfoxide to help remove the caffeine make it easier from the green coffee beans. The extractant can be used alone in the essential consist of these two materials, but can the conditions must be such that it is desirable to use other materials such as water or dissolved coffee substances and other additives. The term "supercritical" means that the carbon dioxide is above its critical temperature and its critical pressure. The term "liquid" means that the carbon dioxide is at a temperature is maintained below the critical temperature of about 31 ° C, but the pressure is sufficient to cause a phase change to achieve from the gaseous state to the liquid state by releasing the latent heat occurring during this phase change.

Die erfindungsgemäß erzielte Verbesserung erhält man unabhängig davon, ob das Kohlendioxid in flüssigem Zustand oder in überkritischem Zustand vorliegt. Unter diesen Bedingungen beeinflussen die jeweiligen Temperaturen und Drücke beim erfindungsgemäßen Verfahren nicht die Durchführbarkeit des erfindungsgemäßen Verfahrens. Unter gewissen Bedingungen kann es wünschenswert sein, die Temperatur auf ein Niveau anzuheben, die oberhalb der kritischen Temperatur liegt, wenn die dadurch bedingten erhöhten Kosten durch die Erhöhung der Extraktionseffizienz aufgewogen werden.The improvement achieved according to the invention is obtained regardless of whether the carbon dioxide is in a liquid state or in a supercritical state. Under these conditions, the respective temperatures and pressures affect the method according to the invention does not affect the feasibility of the method according to the invention. Under certain conditions it may be desirable to bring the temperature to a level to raise, which is above the critical temperature, if the caused thereby increased costs are offset by the increase in extraction efficiency.

Es gibt jedoch auch andere Fälle, bei denen es wünschenswert sein kann, das Kohlendioxid bei einer Temperatur unterhalb des kritischen Wertes zu halten und den Druck bei einem Niveau zu halten, das hoch genug ist, um es im flüssigen Zustand aufrechtzuerhalten.However, there are other cases when it may be desirable can keep the carbon dioxide at a temperature below the critical value and to keep the pressure at a level high enough to keep it in the liquid Maintain state.

Innerhalb dieser breiten Bereiche wurde festgestellt, daß Temperaturen von weniger als etwa -10°C oder oberhalb etwa 1500C entweder sehr niedrige Extraktionsraten ergeben oder in unerwünschter Weise den Geschmack des fertigen koffein- freien Kaffeeproduktes beeinflussen. Vorzugsweise wird die Temperatur des Extraktionsmittels zwischen etwa 100C und 0 etwa 100°C gehalten.Within these broad ranges it was found that temperatures of less than about -10 ° C or above about 1500C, either very low extraction rates result in or undesirably affect the taste of the finished caffeine free Affect the coffee product. Preferably the temperature of the extractant held between about 100C and 0 about 100 ° C.

Im breitesten Sinne soll der Druck im Bereich von etwa 20 bis etwa 400 bar liegen. Ebenso wie bei der Temperatur hängt der Druck, unter dem das Verfahren durchgeführt wird, vom gewünschten Extraktionsgrad, der jeweiligen Art des durchgeführten Verfahrens und von anderen Variablen der Verfahrensweise ab, wobei man einen jeweiligen speziellen Wert innerhalb dieses Bereiches, wie er sich aus den praktischen Gründen ergibt, anwendet.In the broadest sense, the pressure should be in the range from about 20 to about 400 bar. As with the temperature, the pressure under which the process is carried out depends is carried out, of the desired degree of extraction, the particular type of carried out Procedure and other procedural variables, one being a respective special value within this range, as evidenced by practical reasons results, applies.

Das Dimethylsulfoxid wird in dem Kohlendioxid gelöst, wobei sich wahrscheinlich eine echte Lösung unter den Extraktionsbedingungen bildet. Schon kleine Mengen an Dimethylsulfoxid reichen aus, um die Entfernung von Koffein aus grünen Bohnen aufgrund der hohen Solvatisierungskapazität erheblich zu erleichtern. Dies trifft unabhängig davon zu, ob die Bohnen in dem trockenen Zustand, in dem sie angeliefert werden, vorliegen, oder ob man sie vor dem Verfahren angefeuchtet hat. Typischerweise verwendet man das Dimethylsulfoxid in einer Menge von wenigstens 10 % des Gewichtes, wie es für eine vollständige Sättigung unter den Extraktionsbedingungen erforderlich ist. Vorzugsweise wendet man jedoch größere Mengen an Dimethylsulfoxid an, wobei Mengen von mehr als 50 % des Gewichtes, wie es für eine vollständige Sättigung erforderlich ist, bevorzugt werden. Ganz besonders bevorzugt werden Extraktionsmittelzusammensetzungen, in denen das Dimethylsulfoxid in der Nähe des Sättigungsniveaus angewendet wird.The dimethyl sulfoxide will dissolve in the carbon dioxide, probably causing forms a real solution under the extraction conditions. Even small amounts of Dimethyl sulfoxide is enough due to the removal of caffeine from green beans the high solvation capacity. This is true regardless whether the beans in the dry state in which they are delivered or whether they have been moistened prior to the procedure. Typically used the dimethyl sulfoxide in an amount of at least 10% by weight as it is is required for complete saturation under the extraction conditions. However, larger amounts of dimethyl sulfoxide are preferably used, amounts by more than 50% of the weight, as required for complete saturation is to be preferred. Extractant compositions are very particularly preferred, in which the dimethyl sulfoxide is applied near the saturation level.

Wie in der anhängigen deutschen Patentanmeldung des gleichen Tages (internes Aktenzeichen 40 655) mit dem Titel "Verfahren zum Entfernen von Koffein aus grünen Kaffeebohnen" bereits angegeben wird, nimmt man an, daß in den grünen Kaffeebohnen zwischen Kaliumchlorogenat und dem Koffein ein Komplex vorliegt. Ohne an eine bestimmte Theorie gebunden zu sein, wird weiterhin angenommen, daß das Dimethylsulfoxid in der Lage ist, diesen Komplex wirksam aufzubrechen. Dimethylsulfoxid ist eine farblose hygroskopische Flüssigkeit mit einem Siedepunkt von etwa 1890C. Es ist bekanntlich ein außerordentlich aprotisches Lösungsmittel, welches leicht in die tierische oder menschliche Haut oder in andere Gewebe eindringt. Unabhängig von irgendeiner Verfahrenstheorie ist es offensichtlich, daß das Dimethylsulfoxid schnell in die Zellstruktur der grünen Kaffeebohnen eindringt und die Entfernung des Koffeins mittels des Extraktionsmittels, welches Kohlendioxid enthält, erleichtert.As in the pending German patent application on the same day (internal file number 40 655) entitled "Procedure for removing caffeine from green coffee beans "is already given, it is assumed that in the green Coffee beans there is a complex between potassium chlorogenate and the caffeine. Without To be bound by a particular theory, it is further believed that the dimethyl sulfoxide is able to effectively break down this complex. Dimethyl sulfoxide is one colorless hygroscopic liquid with a boiling point of around 1890C. It is known to be an extremely aprotic solvent, which easily in the penetrates animal or human skin or other tissues. Independent of It is evident from some process theory that the dimethyl sulfoxide is rapidly penetrates the cell structure of the green coffee beans and removes the caffeine by means of the extractant, which contains carbon dioxide.

Sind die grünen Kaffeebohnen zur Erhöhung der Extraktionsrate mittels überkritischem oder flüssigem Kohlendioxid vorbefeuchtet, dann enthält das Extraktionsmittel vorzugsweise Wasser. Vorzugsweise enthält das vYtraktionsmittel Wasser in einer ausreichenden Menge, um das Extraktionsmittel unter den Bedingungen während des Kontaktes mit den grünen Kaffeebohnen zu sättigen. Der Wassergehalt des Extraktionsmittels wird so ausgewählt, daß ein vorbestimmter minimaler Wassergehalt für die grünen Kaffeebohnen während der Verarbeitung aufrechterhalten wird. Ist der Wassergehalt zu niedrig, so wird der Extraktionsgrad vermindert. Ist der Wassergehalt zu hoch, dann werden die Kosten zur Entfernung des zusätzlichen Wassers zu hoch. Ein bevorzugter minimaler Wassergehalt liegt oberhalb 15 Gew.-%.Are the green coffee beans used to increase the extraction rate pre-moistened supercritical or liquid carbon dioxide, then contains the extractant preferably water. Preferably the traction agent contains water in one sufficient amount to absorb the extractant under the conditions during the To saturate contact with the green coffee beans. The water content of the extractant is selected so that a predetermined minimum water content for the greens Coffee beans is maintained during processing. Is the water content too low, the degree of extraction is reduced. If the water content is too high, then the cost of removing the extra water becomes too high. A preferred one the minimum water content is above 15% by weight.

Das Extraktionsmittel soll mit den grünen Kaffeebohnen in einer ausreichenden Menge in Kontakt gebracht werden und unter solchen Bedingungen, die wirksam sind, um annehmbare Extraktionsraten und Extraktionsgrade zu erzielen. Vorzugsweise wird die Konzentrations des Koffeins innerhalb des Extraktionsmittels auf ein Niveau unterhalb etwa 0,010 und vorzugsweise unterhalb 0,002 g pro kg Extraktionsmittel gehalten, um eine wirksame Entkoffeinisierungsrate zu erzielen. Die genaue Konzentration hängt jedoch letztendlich von den wirtschaftlichen überlegungen und einer Anzahl von Verfahrensvariablen ab. Ein Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, daß die hohe Selektivität von Kohlendioxid für Koffein beibehalten wird, während durch die hohe Lösungskraft des Dimethylsulfoxids die Extraktionsrate erhöht wird. Trotz der hohen Selektivität des erfindungsgemäß verwendeten Extraktionsmittels werden gewisse Kaffeekomponenten, wie Zucker, in unterschiedlichen Graden durch das Extraktionsmittel gelöst. Deshalb ist es bevorzugt, daß man die Konzentration dieser löslichen Materialien in dem Extraktionslösungsmittel auf einem relativ hohen Niveau und vorzugsweise in der Nähe des Sättigungspunktes hält.The extractant is said to be sufficient with the green coffee beans Amount to be brought into contact and under such conditions that are effective, to achieve acceptable extraction rates and degrees of extraction. Preferably will the concentration of the caffeine within the extractant to a level below about 0.010 and preferably below 0.002 g per kg of extractant held to achieve an effective rate of decaffeination. The exact concentration however, ultimately depends on the economic considerations and a number of process variables. An advantage of the present invention is that the high selectivity of carbon dioxide for caffeine is maintained while the high solvent power of dimethyl sulfoxide increases the extraction rate. Despite the high selectivity of the extractant used according to the invention Certain coffee components, such as sugar, are absorbed to different degrees the extractant dissolved. Therefore it is preferred that you get the concentration of these soluble materials in the extraction solvent at a relatively high level Level and preferably close to the saturation point.

Der Sättigungsgrad des Extraktionslösungsmittels mit dem Koffein kann bei einem ausreichend wirksamen niedrigen Niveau bei einem absatzweisen Verfahren gehalten werden, indem man eine ausreichend große Menge des Extraktionsmittels zur Erzielung des gewünschten Entkoffeinisierungsgrades anwendet, wobei das Extraktionslösungsmittel in der Lage ist, das gesamte extrahierte Koffein zu lösen.The degree of saturation of the extraction solvent with the caffeine can be at a sufficiently effective low level in a batch process be kept by adding a sufficiently large amount of the extractant Achieve the desired degree of decaffeination using the extraction solvent is able to dissolve all of the extracted caffeine.

Alternativ und vorzugsweise wird ein festes Adsorptionsmittel dem Lösungsmittel zugegeben, welches das Koffein aufnimmt und das Koffein aus der Lösung abzieht, so daß eine wirksame Antriebskraft für die Extraktion des Koffeins aus den grünen Kaffeebohnen aufrechterhalten wird. Bei Verwendung eines festen Adsorptionsmittels soll dieses vorzugsweise hochselektiv gegenüber Koffein, im Gegensatz zu den anderen Komponenten innerhalb der Extraktionslösung, die nach dem Kontakt mit den grünen Kaffeebohnen die verschiedenen Komponenten des Lösungsmittels sowie auch Koffein und die weiteren gelösten Koffeinfeststoffe enthält, sein. Dies kann man dadurch erreichen, daß man als festes Adsorptionsmaterial ein solches auswählt, welches anfangs hochselektiv gegenüber Koffein ist, oder indem man es bis zum Sättigungspunkt mit den anderen löslichen Kaffeestoffen belädt. Gewünschtenfalls kann man die Selektivität des festen Adsorptionsmittels dadurch erhöhen, daß man es mit einem geeigneten koffeinselektiven Überzug versieht, wie dies in der anhängigen US-Patentanmeldung Serial No. 159,725, eingereicht am 16. Juni 1980 mit dem Titel Adsorption Decaffeination" beschrieben wird.Alternatively, and preferably, a solid adsorbent is the Solvent added, which absorbs the caffeine and the caffeine out of the solution withdraws, leaving an effective driving force for the extraction of the caffeine from it the green coffee beans is maintained. at Using a solid adsorbent should this preferably be highly selective towards caffeine, in contrast to the other components within the extraction solution, which after the various components of the solvent after contact with the green coffee beans as well as containing caffeine and the other dissolved caffeine solids. this can be achieved by choosing a solid adsorption material, which is highly selective towards caffeine initially, or by taking it to the point of saturation loaded with the other soluble coffee substances. If desired, you can choose the selectivity of the solid adsorbent by treating it with a suitable caffeine-selective Provides coating, as described in pending U.S. patent application Ser. 159.725, filed June 16, 1980 entitled Adsorption Decaffeination " will.

Das Adsorptionsmittel soll in der Lage sein, das Koffein zu adsorbieren, und es muß unter den Verarbeitungsbedingungen physikalisch stabil sein. Zu solchen bekannten Koffeinadsorptionsmitteln gehören Tone gemäß den US-PS'en 2 391 981 und 2 416 484, Zeolithe und Ionenaustauscher gemäß US-PS 3 108 876, hydratisierte Silikate gemäß US-PS 2 375 550, polymere nichtionogene Adsorptionsharze, insbesondere Styrol-Divinylbenzol-makrovernetzte Harze gemäß US-PS 3 531 463 und Aktivkohle, insbesondere feinteilige Aktivkohle von Kokosnußschalen oder Kohle. Alle diese oder auch andere übliche feste Adsorptionsmittel können als solche verwendet werden, wobei jedoch vorzugsweise ein festes Adsorptionsmittel aus der Gruppe Aktivkohle, Ton, hydratisierte Silikate, Zeolithe, Ionenaustauscherharze, nichtionogene Adsorptionsharze und Kombinationen davon ver- wendet werden. Ganz besonders bevorzugt wird Aktivkohle, weil bei dieser ein ausgeglichenes Gleichgewicht zwischen den Kosten und der Wirksamkeit vorliegt.The adsorbent should be able to adsorb the caffeine, and it must be physically stable under the processing conditions. To such known caffeine adsorbents include clays disclosed in U.S. Patents 2,391,981 and 2,416,484, zeolites and ion exchangers according to US Pat. No. 3,108,876, hydrated silicates according to US Pat. No. 2,375,550, polymeric nonionic adsorption resins, in particular styrene-divinylbenzene macro-crosslinked Resins according to US Pat. No. 3,531,463 and activated carbon, in particular finely divided activated carbon of coconut shells or charcoal. All of these or any other common solid adsorbent can be used as such, but preferably a solid adsorbent from the group of activated carbon, clay, hydrated silicates, zeolites, ion exchange resins, non-ionic adsorption resins and combinations thereof turns will. Activated charcoal is particularly preferred because it is a balanced one There is a balance between cost and effectiveness.

Das feste Adsorptionsmittel kann in einer ausreichenden Menge angewendet werden, um eine wirksame niedrige Konzentration des Koffeins innerhalb des Extraktionslösungsmittels während der Kontaktzeit zwischen den grünen Bohnen und dem Extraktionsmittel aufrechtzuerhalten. Die genaue Menge des verwendeten festen Adsorptionsmittels hängt sowohl von der Kapazität des Extraktionsmittels als auch von dem festen AdsorPtionsmittel unter den jeweils vorliegenden Kontaktbedingungen ab. Es kann auch vorteilhaft sein, einen größeren überschuß des Adsorptionsmittels zu verwenden, um dadurch die größstmögliche Antriebskraft für die Entkoffeinisierung zu bewirken.The solid adsorbent can be used in a sufficient amount to be an effective low concentration of caffeine within the extraction solvent to be maintained during the contact time between the green beans and the extractant. The exact amount of solid adsorbent used depends on both the Capacity of the extractant as well as of the solid adsorbent the current contact conditions. It can also be beneficial to have a to use larger excess of the adsorbent, thereby the greatest possible To provide driving force for decaffeination.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann absatzweise oder kontinuierlich durchgeführt werden. Ein absatzweises Verfahren hat den Vorteil, daß es einfach ist und daß alles, was man zur Durchführung des Verfahrens tun muß, das Abmischen der Materialien ist. Ein kontinuierliches Verfahren wird jedoch bevorzugt, weil die Gesamtgröße der apparativen Ausrüstung vermindert werden kann und ebenso auch die Verarbeitungszeit. Dadurch, daß man konstant entweder die Extraktionsflüssigkeit oder das feste Adsorptionsmaterial durch die Entfernung des Koffeins abzieht und dann wieder erneuert, kann die Menge des Extraktionsmittels und des festen Adsorptionsmittels minimalisiert werden. Die größte Antriebskraft zum Extrahieren erzielt man, wenn der Strom der Bohnen im Gegenstrom zum Strom des Extraktionsmittels läuft. Dies kann man entweder in einer vollkontinuierlichen Verfahrensweise oder in einer absatzweisen Verfahrensweise mit bekannten Vorrichtungen durchführen.The process of the invention can be batchwise or continuously be performed. A batch process has the advantage of being easy and that all one has to do to carry out the procedure is the mixing the materials is. However, a continuous process is preferred because the overall size of the apparatus equipment can and also be reduced the processing time. By having either the extraction liquid constant or withdraws the solid adsorbent material by removing the caffeine and then renewed again, the amount of the extractant and the solid adsorbent be minimized. The greatest driving force for extraction is achieved when the flow of beans is countercurrent to the flow of the extractant. this can be used either in a fully continuous procedure or in a batchwise manner Carry out the procedure with known devices.

Ein weiterer Vorteil der kontinuierlichen oder halbkontinuierlichen Verfahrensweise besteht darin, daß man das Lösungsmittel mit den Bohnen in einen kontinuierlich fließenden Strom in Berührung bringen kann und dann über ein getrenntes Bett des festen Adsorptionsmittels leiten kann, wo das Lösungsmittel durch Entfernung des Koffeins erneuert wird. Bei einer solchen Verfahrensweise kann man den Kontakt zwischen den grünen Kaffeebohnen und dem festen Adsorptionsmittel vermeiden.Another advantage of the continuous or semi-continuous The procedure is that the solvent with the beans in a can bring continuously flowing current into contact and then via a separate Bed of solid adsorbent can pass where the solvent by removal of caffeine is renewed. In such a procedure, one can contact Avoid between the green coffee beans and the solid adsorbent.

Ein weiteres Verfahren zum Abtrennen und kontinuierlichen Erneuern des Extraktionslösungsmittels besteht darin, daß man diese vom Kontakt mit den Bohnen abzieht und den Druck des Extraktionslösungsmittels vermindert, um dadurch eine Zweiphasenmischung zu erzielen, in welcher das flüssige Dimethylsulfoxid mit Koffein angereichert ist. Das gasförmige Kohlendioxid wird dann wieder komprimiert und in das Verfahren zurückgeleitet. Auch das Dimethylsulfoxid wird nach der Entfernung des Koffeins zurückgeleitet. Dies kann man durchführen, indem man es entweder verdampft oder mit einem festen Adsorptionsmittel in Berührung bringt. Wie schon vorher angegeben, wird sowohl der Extraktionsgrad wie auch die Qualität des Endproduktes durch die Temperatur beeinflußt. Die Temperatur beeinflußt die Extraktionsrate, die Selektivität der Extraktionslösung und des festen Adsorptionsmittels sowie auch die relative Kapazität der Extraktionslösung und des festen Adsorptionsmittels hinsichtlich der Zurückhaltung des extrahierten Koffeins.Another method of detaching and continually renewing The extraction solvent consists in removing this from contact with the beans withdraws and the pressure of the extraction solvent is reduced, thereby a To achieve two-phase mixture in which the liquid dimethyl sulfoxide with caffeine is enriched. The gaseous carbon dioxide is then compressed again and in the procedure returned. The dimethyl sulfoxide is also removed after removal of the caffeine. This can be done either by vaporizing it or brings it into contact with a solid adsorbent. As previously stated, both the degree of extraction and the quality of the end product are determined by the Temperature affects. The temperature influences the extraction rate and the selectivity the extraction solution and the solid adsorbent as well as the relative Capacity of the extraction solution and the solid adsorbent in terms of Reluctance to use the extracted caffeine.

Infolgedessen ist es nicht möglich, eine bestimmte Temperatur oder einen bestimmten Temperaturbereich als universelle Optimalbedingung anzugeben. Man kann jedoch annehmen, daß die zuvor erwähnten Temperaturen ausreichend sind, um unter den meisten Verfahrensbedingungen gute Resultate zu ergeben. Die spezielle Auswahl der Temperatur hängt von den verwendeten Materialien und den Apparaturen und den darin angewendeten Bedingungen ab und kann innerhalb oder außerhalb dieses Bereiches liegen.As a result, it is not possible to set a certain temperature or to specify a certain temperature range as a universal optimal condition. Man however, can assume that the aforementioned temperatures are sufficient to to give good results under most process conditions. The special one Choice of temperature depends on the materials used and the equipment and the conditions applied therein and may be within or lie outside this range.

Die gesamte Kontaktzeit oder die Verweilzeit innerhalb des Extraktors hängt von den vorerwähnten Faktoren sowie auch von dem gewünschten Grad der Koffeinextraktion ab. Die Wirtschaftlichkeit ist ein wesentlicher Faktor, wobei man berücksichtigen muß, daß sehr lange Kontaktzeiten das Kaffeearoma nachteilig beeinflussen können. Dem Fachmann ist jedoch klar, daß er zwischen diesen Faktoren im nötigen Rahmen ein Gleichgewicht herstellen kann, wobei in dem nachfolgenden Beispiel geeignete Bedingungen genannt werden.The total contact time or residence time within the extractor depends on the aforementioned factors as well as the desired level of caffeine extraction away. The economy is a major factor that one should take into account must that very long contact times can adversely affect the coffee aroma. However, it is clear to the person skilled in the art that he has to choose between these factors within the necessary framework can establish an equilibrium, in the following example suitable Conditions are mentioned.

Die erfindungsgemäß entkoffeinisierten grünen Kaffeebohnen können in üblicher Weise geröstet werden, wobei man einen hochqualitativen koffeinfreien Kaffee erhält, und man kann die grünen Bohnen in üblicher Weise abmischen. Ein Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, daß, weil man die grünen Kaffeebohnen vor der Entkoffeinisierung nicht anzufeuchten braucht, es nicht nötig ist, die Bohnen vor dem Rösten zu trocknen oder die Röstzeit auszudehnen, um den überschüssigen Feuchtigkeitsgehalt zu entfernen. Dadurch wird die Gesamteffizienz des Verfahrens verbessert und man kann die für das Rösten der Bohnen benötigte Energie vermindern. Da man einen überschußfeuchtigkeitsgehalt nicht zu entfernen braucht, wird auch die Qualität des Endproduktes verbessert. Beim erfindungsgemäßen Verfahren ist es weiterhin auch ein Vorteil, daß man sehr hohe Extraktionsraten mit vorher angefeuchteten Bohnen erzielen kann und trotzdem eine hohe Qualität in dem Endprodukt erreicht.The green coffee beans decaffeinated according to the invention can Roasted in the usual way, getting a high quality decaf Coffee and you can mix the green beans in the usual way. An advantage The present invention is that because you get the green coffee beans It is not necessary to moisten the beans before decaffeination to dry before roasting or to extend the roasting time to remove the excess Remove moisture content. This increases the overall efficiency of the procedure and you can reduce the energy needed to roast the beans. Since there is no need to remove excess moisture, too improves the quality of the end product. In the method according to the invention it is also an advantage that you can get very high extraction rates with previously moistened Can achieve beans and still achieve high quality in the end product.

Im nachfolgenden Beispiel wird die Erfindung beschrieben.The invention is described in the following example.

Wenn nicht anders angegeben, sind alle Teile und Prozente auf das Gewicht bezogen.Unless otherwise stated, all parts and percentages are based on that Based on weight.

Beispiel Vier Proben von grünen Kaffeebohnen wurden entkoffeinisiert, indem man sie bis zu acht Stunden in einer unter Druck befindlichen Apparatur, enthaltend 10 g grüne Kaffeebohnen, mit einer Extraktionslösung, die bei einem Druck von 250 bar und einer Temperatur von 800C gahaltenzçurde, mit einer Extraktionsmittellösung in Kontakt brachte. Das Extraktionslösungsmittel wurde kontinuierlich in die Vorrichtung in einer Rate von 8000 g Extraktionslösung pro g der grünen Kaffeebohnen pro h eingeführt. Die vier Proben schlossen sowohl "feuchte" als auch "trockene" Vergleichsproben ein, die in gleicher Weise wie die erfindungsgemäßen "feuchten" und "trockenen" Bohnen verarbeitet wurden. Beim erfindungsgemäßen Verfahren wurde Dimethylsulfoxid (DMSO) in dem Extraktionsmittel in der Nähe des Sättigungspunktes gelöst. In der nachfolgenden Tabelle werden die Testbedingungen und die Ergebnisse angegeben.Example Four samples of green coffee beans were decaffeinated, by keeping them in a pressurized apparatus for up to eight hours 10 g of green coffee beans, with an extraction solution that is released at a pressure of 250 bar and a temperature of 800C, with an extractant solution brought in contact. The extraction solvent was continuously poured into the device introduced at a rate of 8000 g of extraction solution per g of green coffee beans per hour. The four samples included both "wet" and "dry" controls a, which in the same way as the "wet" and "dry" according to the invention Beans were processed. In the process of the invention, dimethyl sulfoxide was used (DMSO) dissolved in the extractant near the saturation point. In the the following table gives the test conditions and the results.

Bohnen Geschätzte Zeit (h) Probe Feuchtigkeits- Extraktions- für eine 97,4 %ige gehalt (%) lösung Koffeinentfernung Trocken 7,33 Trockenes CO2 85 (Kontrolle) Trocken 7,33 Trockenes C02 + 85 (Erfirldung) DMSO feucht 50 CO2 gesättigt 4,5 (Kontrolle) mit H2O Feucht 50 CO2 gesättigt 3,0 (Erfindung) mit H20 + D5SSO Die Zahlen in der letzten Spalte zeigen, daß die Zeiten, wie sie erforderlich sind, um eine 97,4 %ige Entkoffeinisierung zu erzielen, durch das erfindungsgemäße Verfahren, bei dem man Dimethylsulfoxid in der Extraktionslösung verwendet, erheblich verbessert werden. Diese Zeiten wurden aus den Rohdaten nach einer Standardmethode bestimmt,bei welcher man auf halblogarithmischem Papier den gewünschten Entkoffeinisierungsgrad extrapolierte. Beans Estimated Time (h) Sample Moisture Extraction for a 97.4% content (%) solution Caffeine Removal Dry 7.33 Dry CO2 85 (Control) dry 7.33 dry CO2 + 85 (fulfillment) DMSO moist 50 CO2 saturated 4.5 (control) with H2O moist 50 CO2 saturated 3.0 (invention) with H20 + D5SSO the Numbers in the last column show that the times as they are required to achieve 97.4% decaffeination by the method according to the invention, using dimethyl sulfoxide in the extraction solution is significantly improved will. These times were determined from the raw data using a standard method at which is the desired degree of decaffeination on semi-logarithmic paper extrapolated.

Claims

Method for removing caffeine from green coffee beans 1. Method of removing caffeine from green coffee beans, which involves taking the Beans with a caffeine extractant from a liquid or supercritical Carbon dioxide comes into contact with at least a portion of it for a sufficient amount of time to remove the caffeine from the green coffee beans, thereby g e k e n n -z e i c h n e t that the extracting agent used is dimethyl sulfoxide, dissolved in carbon dioxide, used.

2. The method according to claim 1, characterized in that g e k e n n -z e i c h n e t that the caffeine extractant contains liquid carbon dioxide.

3. The method according to claim 1, characterized in that g e k e n n -z e i c h n e t that the caffeine extractant contains supercritical carbon dioxide.

4. The method according to claim 1, characterized in that g e k e n n -z e i c h n e t that the beans have a moisture content of less than about 20 wt Have contact with the extractant.

5. The method according to claim 4, characterized in that g e k e n n -z e i c h n e t that the beans have a moisture content of about 4 to 9% by weight prior to contact have with the extractant.

6. The method according to claim 1, characterized in that g e k e n n -z e i c h n e t that you can in a further stage the caffeine extractant with a solid Adsorbent for removing at least a portion of the caffeine dissolved therein brings in touch.

7. The method according to claim 6, characterized in that g e k e n n -z e i c h n e t that the solid adsorbent is selected from activated carbon, clay, hydrated Silicates, zeolites, ion exchange resins, nonionic adsorption resins and Combinations of these.

8. The method according to claim 1, characterized in that g e k e n n -z e i c h n e t that the caffeine extractant with respect to soluble coffee components, that aren't caffeine keeps you full.

9. The method according to claim 8, characterized in that g e k e n n -z e i c h n e The next step is to add the caffeine extract to a solid adsorbent contacts to remove at least a portion of the caffeine dissolved therein.

10. The method according to claim 1, characterized in that g e k e n n -z e i c h n e t that the dimethyl sulfoxide in the carbon dioxide in an amount of at least 10 % of the weight required for complete saturation under the contact conditions is required, solves.

11. The method according to claim 10, characterized in that g e k e n n -z e i c h n e t that the dimethyl sulfoxide in the carbon dioxide in an amount of at least 50% of the weight required for complete saturation under the contact conditions is required, solves.

12. The method according to claim 1, characterized in that g e k e n n -z e i c h n e t that the caffeine extractant is water in sufficient amount to prevent the To saturate extraction agent under the contact conditions, contains.