DE3719991A1

DE3719991A1 - Verfahren zur wiedergewinnung von als loesungsmittel fuer coffein verwendetem kohlendioxid

Info

Publication number: DE3719991A1
Application number: DE19873719991
Authority: DE
Inventors: Manfred Dipl Chem Dr Gehrig
Original assignee: Hopfenextraktion Hvg Barth Raiser and Co
Current assignee: Hopfenextraktion Hvg Barth Raiser and Co
Priority date: 1987-06-15
Filing date: 1987-06-15
Publication date: 1988-12-29

Description

Wegen gesundheitlicher Bedenken gegen die physiologische Wirkung des Coffeins besteht schon lange ein Bedarf an entcoffeiniertem Kaffee bzw. Tee. Insbesondere die Nach frage nach entcoffeiniertem Tee steigt in jüngster Zeit stark an.

Die Entcoffeinierung von Kaffee und Tee gelingt, indem das Coffein z. B. einer wäßrigen Lösung aus Kaffee oder Tee entzogen wird. Coffein kann auch direkt aus dem angefeuch teten Ausgangsmaterial mit einem (organischen) Lösungsmit tel extrahiert werden. Solche Lösungsmittel sind z. B.: Methylenchlorid, Trichlorethylen, Chloroform und Benzol. Wegen gesundheitlicher Risiken wird fast nur noch Ethyl acetat verwendet. Die bisher beschriebenen Lösungsmittel leiden unter dem Nachteil, zu wenig selektiv zu sein, d. h. es gehen wichtige Aromapräkursoren aus dem Rohkaffee oder Aromastoffe aus den an sich fertigen Produkten Röst kaffee bzw. Tee verloren.

Eine wesentliche Verbesserung wird hier durch die Verwen dung verdichteter Gase als Lösungsmittel erzielt. Beson ders CO₂ zeigt bevorzugte Eigenschaften.

Das Verfahren der Entcoffeinierung wird so durchgeführt, daß das verdichtete oder verflüssigte Gas das vorgelegte, befeuchtete Ausgangsmaterial durchströmt und sich mit Cof fein belädt. Es ist auch möglich, das CO₂ im Gegenstrom gegen eine zugepumpte Lösung des zu zu entcoffeinierenden Materials zu führen.

Um das Lösungsmittel wiederholt verwenden zu können, muß es vom gelösten Coffein befreit werden. Da die Aufnahmefä higkeit und -geschwindigkeit vom Unterschied der Coffein konzentration zwischen Substrat und Lösungsmittel abhängt, ist eine möglichst vollständige Abtrennung des Coffeins vom Lösungsmittel anzustreben.

Die Abtrennung des Gelösten erfolgt dadurch, daß die Löse fähigkeit durch z. B. folgende Maßnahmen erniedrigt wird:

1. Dichteerniedrigung durch Druckabsenkung und/oder (star ke) Temperaturerhöhung (DE-PS 21 27 642).
2. Filterung mit Adsorptionsmitteln, z. B. Aktivkohle (DE- PS 20 05 293) oder Ionenaustauscher (DE-PS 26 37 197).
3. Filterung mit Membranen (DE-OS 34 43 390).
4. Auswaschen mit Lösungsmitteln. Hierbei wird vorzugswei se Wasser im Gegenstrom zum beladenen CO₂ geführt (DE- PS 22 21 560). Das Lösungsmittel könnte auch mit Kom plexbildnern für Coffein (z. B. Chlorogensäure) ange reichert sein.
5. Verdünnen des Lösungsmittels mit Gasen mit schlechten Lösungseigenschaften (DE-OS 33 31 906).

Diese Verfahren haben aber verschiedene Nachteile. Eine Druckabsenkung erfordert z. B. die Rekompression großer Gasmengen. Bei der Verwendung von Adsorptionsmitteln kann zwar energetisch günstig bei konstantem Druck für Extrak tion und Abtrennung gearbeitet werden, die Mittel müssen jedoch in einem weiteren Schritt wieder gereinigt werden. Ähnliches trifft für die Verdünnung des Lösungsmittels mit Gasen und für das Auswaschen des Coffeins mit Wasser zu.

Aufgabe der Erfindung ist daher die weitere Vereinfachung der Abtrennung des als Lösungsmittel für Coffein verwende ten Kohlendioxids, insbesondere durch Einsparung an Rea genzien bzw. Verfahrensschritten.

Gegenstand der Erfindung ist das in Anspruch 1 angegebene Verfahren.

Unter überkritischem Kohlendioxid ist Kohlendioxid bei überkritischen Temperaturen und Drücken zu verstehen, bei denen die Extraktion erfolgt, was in der Praxis bei Tempe raturen von etwa 35 bis 100°C sowie bei Drücken von etwa 150 bis 400 bar und insbesondere etwa 250 bis 400 bar der Fall ist.

Es wurde nämlich überraschend festgestellt, daß durch Tem peraturabsenkung bei konstantem Druck das Coffein voll ständig aus dem Lösungsmittel abgetrennt werden kann. Überraschend ist dies deswegen, weil beim Extraktionsdruck von z. B. 300 bar auch bei einer Temperatur von z. B. 40°C, die um einige Vielfache von 10°C tiefer als die Ex traktionstemperatur (z. B. 80°C) liegt, an sich noch eine beachtliche Löslichkeit anzutreffen ist, die eine sinnvol le Weiterverwendung des CO₂ ohne zusätzliche Reinigung un möglich erscheinen läßt (siehe E. Stahl, K.W. Quirin, D. Gerard, "Verdichtete Gase zur Extraktion und Raffination", Springer Verlag 1987, Seite 198). Darüber hinaus wäre es dem Fachmann nie in den Sinn gekommen, derartige Versuche für aussichtsreich zu erachten. So werden auch gemäß DE-PS 20 05 293 neben der Temperaturabsenkung noch zusätzlich Adsorptionsmittel eingesetzt.

Die Abkühlung erfolgt zweckmäßig um 10 bis 100 und insbe sondere um 10 bis 80°C. Besonders bevorzugt ist eine Tem peraturdifferenz von 30 bis 50°C.

Im folgenden Beispiel wird das erfindungsgemäße Verfahren anhand der aus einer einzigen Figur bestehenden Zeichnung näher erläutert, die ein Fließschema des Verfahrens gemäß der Erfindung darstellt.

Beispiel

In einem Extraktionsbehälter 5 wurden 500 kg angefeuchte ter schwarzer Tee bei einem Druck von 300 bar und einer Temperatur von 80°C von CO₂ durchströmt. In einem nachfol genden Wärmetauscher 1 wurde die Temperatur des CO₂ auf 30°C abgesenkt. Das dabei aus der Lösung abgetrennte Ge misch aus Wasser und Coffein wurde in einem Abscheidebe hälter 3 aufgefangen und aus diesem am Boden abgelassen. Das gereinigte Lösungsmittel wurde einer Kreislaufpumpe 4 zugeführt, danach in einem weiteren Wärmetauscher 2 wieder auf 80°C erwärmt und erneut durch die Schüttung geleitet. Zum Ausgleich des Wasserverlustes wird nach dem Wärmetau scher 2 Wasser zugespritzt. Der Versuch wurde beendet, nachdem 112,5 t CO₂ in 7,5 Stunden durch die Schüttung ge strömt waren. Der Restcoffeingehalt war kleiner als 0,1% Aus dem Trennbehälter 3 wurden 145 kg Lösung abgelassen, die einen Coffeinanteil von 9,1% hatte. Wegen des hohen Gehalts wurde beim Abkühlen die Sättigungsgrenze über schritten, und es bildete sich eine Aufschlämmung.

Vergleichsbeispiel

Zum Vergleich wurde das beladene CO₂ durch einen Behälter mit einer Aktivkohleschüttung geleitet. Bei gleichen Men gen an Lösungsmittel und gleichen Zeiten wie beim obigen Beispiel wurde der Restcoffeingehalt auf 0,1% reduziert. Durch den Wegfall des Adsorptionsmittels lassen sich er hebliche Kosteneinsparungen sowohl für Anschaffung als auch für Reaktivierung erzielen. Es gelingt auf einfache Weise, eine konzentrierte Coffeinlösung zu erhalten. Die ser Umstand stellt auch eine wesentliche Verbesserung ge genüber der Reinigung des beladenen CO₂ durch Auswaschen mit Wasser dar. Außerdem werden teure Trennkolonnen einge spart. Es wird lediglich ein Abscheidebehälter benötigt, der sogar kleiner sein kann als ein Behälter zur Aufnahme des Adsorptionsmittels.

Diese Vorteile übertreffen bei weitem die zusätzlichen Ko sten für eine Pumpe zum Einspritzen von Wasser und für die benötigten Wärmetauscher.

Die Energiekosten für die Abkühlung und die nachfolgende Wiederaufheizung können minimiert werden, wenn die beiden Wärmetauscher in geeigneter Weise auf der Sekundärseite zusammengeschaltet werden, eventuell unter Verwendung ei ner Wärmepumpe.

Claims

1. Verfahren zur Wiedergewinnung des bei Extraktionen feuchten, coffeinhaltigen Materials als Lösungsmittel für das Coffein verwendeten überkritischen Kohlendioxids unter Abkühlung des mit Coffein beladenen Kohlendioxids beim Ex traktionsdruck, dadurch gekennzeichnet, daß das beladene Kohlendioxid ohne zusätzliche Anwendung einer weiteren, seine Lösefähigkeit herabsetzenden Maßnahme abgekühlt und von der sich abscheidenden coffeinhaltigen wäßrigen Phase abgetrennt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abkühlung um 10 bis 100°C, insbesondere um 30 bis 50°C, erfolgt.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das vom Coffein befreite Kohlendioxid erneut auf Ex traktionstemperatur gebracht und erneut durch coffeinhal tiges Material geleitet wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die bei der Abkühlung auftretende coffeinhaltige wäß rige Phase aufgefangen und die aufgefangene Phase por tionsweise oder stetig abgezogen wird.

5. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß nach der Wiedererhitzung des Kohlendioxids diesem Wasser zum Ausgleich der Wasserverluste bei der Abkühlung zugeführt wird.