CH641934A5 - Process for decaffeinating green coffee - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Entcoffeinierung von Rohkaffee, bei dem der Rohkaffee in Gegenwart von Wasser mit einem gasförmigen überkritischen Lösungsmittel extrahiert wird, wobei das Lösungsmittel einen Teil des Wassers und das Coffein aufnimmt, bei dem anschliessend aus dem beladenen Lösungsmittel das Coffein durch Senkung des Drucks und/oder der Temperatur oder Erhöhung der Temperatur über die Extraktionstemperatur abgetrennt wird, wobei sich aus dem Lösungsmittel auch das gelöste Wasser abscheidet, und bei dem schliesslich das coffeinfreie Lösungsmittel in die Extraktionsstufe zurückgeführt und der teilweise getrocknete Kaffee nachgetrocknet wird. The invention relates to a process for decaffeinating green coffee, in which the green coffee is extracted in the presence of water with a gaseous supercritical solvent, the solvent absorbing part of the water and the caffeine, in which the caffeine is subsequently removed from the loaded solvent by lowering the Pressure and / or the temperature or increase in temperature above the extraction temperature is separated, the dissolved water also separating from the solvent, and finally the caffeine-free solvent is returned to the extraction stage and the partially dried coffee is subsequently dried.

Ein in der Praxis angewendetes Entcoffeinierungsverfah-ren besteht aus folgenden Verfahrensstufen: Vorbehandlung des Rohkaffees (z.B durch Aufschliessen der Kaffeebohnen mit Wasserdampf bei erhöhter Temperatur), Flüssigextraktion der Kaffeebohnen mit Lösungsmitteln, wie Di- und Trichloräthylen, Chloroform und Benzol, Entfernung des Lösungsmittels aus dem Rohkaffee durch Abdampfen, Trocknung des feuchten Rohkaffees. Bei diesem bekannten Verfahren ist nicht auszuschliessen, dass Lösungsmittelreste im Rohkaffee verbleiben und dass eine gewisse Denaturierung des Rohkaffees eintritt. A decaffeination process used in practice consists of the following process steps: pretreatment of the raw coffee (e.g. by disintegrating the coffee beans with steam at elevated temperature), liquid extraction of the coffee beans with solvents such as di- and trichlorethylene, chloroform and benzene, removal of the solvent from the Green coffee by evaporation, drying the moist green coffee. With this known method it cannot be ruled out that solvent residues remain in the green coffee and that a certain denaturation of the green coffee occurs.

Aus der DE-PS 2 005 293 ist ein Verfahren zur Entcoffeinierung von Rohkaffee bekannt, bei dem das Coffein aus dem Rohkaffee mit feuchtem Kohlendioxid in überkritischem Zustand, insbesondere bei einer Temperatur von 40 bis 80 °C und einem Druck von 120 bis 180 atm, extrahiert wird. Das Coffein wird entweder durch Adsorption an Aktivkohle oder durch Entspannung aus dem im Kreislauf geführten Kohlendioxid-Strom entfernt. Aus der DE-PS 2 005 293 geht hervor, dass die Extraktion des Coffeins durch Kohlendioxid darauf zurückzuführen ist, dass sich Kohlendioxid gegenüber einer wässrigen Coffeinlösung nicht inert verhält. Daher kann nicht ausgeschlossen werden, From DE-PS 2 005 293 a method for decaffeinating green coffee is known, in which the caffeine from the green coffee with moist carbon dioxide in a supercritical state, in particular at a temperature of 40 to 80 ° C and a pressure of 120 to 180 atm, is extracted. The caffeine is removed from the circulating carbon dioxide stream either by adsorption on activated carbon or by expansion. From DE-PS 2 005 293 it is apparent that the extraction of the caffeine by carbon dioxide is due to the fact that carbon dioxide is not inert towards an aqueous caffeine solution. Therefore, it cannot be ruled out

dass sich Kohlendioxid auch gegenüber anderen im Rohkaffee vorhandenen Substanzen nicht inert verhält. that carbon dioxide is not inert towards other substances present in green coffee.

Aus der DE-OS 2 634 535 ist ein Verfahren zur Entcoffeinierung von Rohkaffee bekannt, bei dem der Rohkaffe s mit feuchtem überkritischem Distickstoffoxid extrahiert und bei dem das Coffein aus der überkritischen Gasphase durch einen Ionenaustauscher entfernt wird. Bei der Verwendung von Distickstoffoxid können sich Sicherheitsrisiken ergeben, da das Distickstoffoxid recht reaktiv ist und mit vielen Ver-io bindungen heftig reagiert. DE-OS 2 634 535 discloses a process for decaffeinating green coffee in which the green coffee is extracted with moist supercritical nitrous oxide and in which the caffeine is removed from the supercritical gas phase by an ion exchanger. When using nitrous oxide, safety risks can arise since the nitrous oxide is quite reactive and reacts violently with many compounds.

Schliesslich wird in der DE-OS 1 493 190 ein Verfahren zur Auftrennung von flüssigen und/oder festen organischen Stoffgemischen vorgeschlagen, bei dem das Stoffgemisch mit einem unter überkritischen Bedingungen der Temperatur 15 und des Drucks stehenden inerten Gas im Temperaturbereich bis 100 °C über seiner kritischen Temperatur behandelt und nach Abtrennung der beladenen überkritischen Gasphase die in ihr enthaltenen Verbindungen durch Entspannung und/oder Temperaturerhöhung zurückgewonnen wer-20 den. Als Gase sollen bei diesem Verfahren gesättigte oder ungesättigte niedere Kohlenwasserstoffe, chlorierte und/ Finally, DE-OS 1 493 190 proposes a process for the separation of liquid and / or solid organic substance mixtures, in which the substance mixture with an inert gas under supercritical conditions of temperature 15 and pressure in the temperature range up to 100 ° C above it treated critical temperature and after separation of the loaded supercritical gas phase, the compounds contained therein are recovered by relaxation and / or temperature increase. Saturated or unsaturated lower hydrocarbons, chlorinated and / or

oder fluorierte Kohlenwasserstoffe oder anorganische Gase verwendet werden. Den in der DE-OS 1 493 190 genannten Beispielen 61 und 62 ist aber zu entnehmen, dass sich Stoffe, 25 die in Wasser gelöst sind oder in einer wässrigen Emulsion vorliegen, nur sehr schwer in einem inerten überkritischen Gas aufnehmen lassen. or fluorinated hydrocarbons or inorganic gases can be used. However, it can be seen from examples 61 and 62 cited in DE-OS 1 493 190 that substances 25 which are dissolved in water or are present in an aqueous emulsion are very difficult to take up in an inert supercritical gas.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein einfaches betriebssicheres Verfahren zur Entcoffeinierung von Roh-30 kaffee zu schaffen, das eine hohe Coffeinausbeute bei hoher Reinheit des Coffeins garantiert und darüber hinaus eine Denaturierung der weiteren Bestandteile des Rohkaffees vermeidet. The invention has for its object to provide a simple, reliable method for decaffeinating raw coffee, which guarantees a high caffeine yield with high purity of the caffeine and also avoids denaturing the other components of the raw coffee.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird in 35 überraschender Weise dadurch gelöst, dass feuchter Rohkaffee mit Propan als Lösungsmittel bei einem Druck von 43 bis 300 bar sowie einer Temperatur von 97 bis 150°C extrahiert wird. Der Fachmann konnte nicht erwarten, dass Coffein aus Rohkaffee in Gegenwart von Wasser mit überkritischem 40 Propan extrahiert werden kann, da nach der DE-OS The object on which the invention is based is surprisingly achieved in that moist green coffee is extracted with propane as solvent at a pressure of 43 to 300 bar and a temperature of 97 to 150 ° C. The expert could not expect that caffeine can be extracted from green coffee in the presence of water with supercritical 40 propane, since according to DE-OS

1 493 190 eine Extraktion aus wässriger Phase mit überkritischen inerten Gasen nur schwer möglich erscheint und da sich zur Coffeinextraktion nach der DE-PS 2 005 293 und der DE-OS 2 634 535 nur die in Gegenwart von Wasser als 45 polare Lösungsmittel wirkenden Gase Kohlendioxid und Distickstoffoxid eignen, die sich gegenüber dem Coffein nicht inert verhalten. Durch die Schaffung des erfindungsgemäs-sen Verfahrens wird also das Vorurteil überwunden, dass zur Extraktion des Coffeins aus feuchtem Rohkaffee inerte über-50 kritische Lösungsmittel ungeeignet sind, denn durch die Extraktion des feuchten Rohkaffees mit dem inerten unpolaren überkritischen Lösungsmittel Propan ist eine hohe Coffeinausbeute bei hoher Reinheit des Coffeins und eine schonende Behandlung des Rohkaffees zu erreichen, wobei insbeson-55 dere die weiteren Inhaltsstoffe des Rohkaffees unverändert erhalten bleiben. Diese vorteilhafte Wirkung war im Hinblick auf den bekannten Stand der Technik nicht zu erwarten. Der Fachmann wurde auch deshalb von der Schaffung des erfindungsgemässen Verfahrens abgehalten, weil bei der 60 Coffeinextraktion mit C02 bzw. N20 lediglich Temperaturen von 40 bis 80 °C erforderlich sind, während die Coffeinextraktion mit überkritischem Propan bei 97 bis 150°C erfolgt. Der Fachmann wird bei der Coffeinextraktion von der Anwendung hoher Temperaturen deshalb abgehalten, 65 weil er weiss, dass bei hohen Temperaturen auch andere Inhaltsstoffe aus dem Rohkaffee mitextrahiert werden können. In überraschender Weise wurde aber gefunden, dass derartige Entscheidungen trotz der erforderlichen hohen Arbeits 1,493,190 an extraction from the aqueous phase with supercritical inert gases appears to be difficult and since caffeine extraction according to DE-PS 2 005 293 and DE-OS 2 634 535 only involves the gases carbon dioxide, which act as 45 polar solvents in the presence of water and nitrous oxide, which are not inert towards the caffeine. By creating the method according to the invention, the prejudice is overcome that inert, over-50 critical solvents are unsuitable for extracting the caffeine from moist green coffee, because the extraction of the moist green coffee with the inert, non-polar, supercritical solvent propane results in a high caffeine yield to achieve high purity of the caffeine and a gentle treatment of the green coffee, whereby in particular the other ingredients of the green coffee remain unchanged. This advantageous effect was not to be expected in view of the known prior art. The person skilled in the art was also prevented from creating the process according to the invention because the 60 caffeine extraction with CO 2 or N 20 only requires temperatures of 40 to 80 ° C., while the caffeine extraction takes place with supercritical propane at 97 to 150 ° C. The person skilled in the art is prevented from using high temperatures when extracting caffeine, 65 because he knows that other ingredients can also be extracted from green coffee at high temperatures. Surprisingly, it was found that such decisions were made despite the high work required

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temperaturen bei der Coffeinextraktion mit überkritischem Propan nicht auftreten, denn die nach dem erfindungsge-mässen Verfahren entcoffeinierten Kaffees können in geschmacklicher Hinsicht vollauf befriedigen. Temperatures do not occur during caffeine extraction with supercritical propane, because the caffeine decaffeinated according to the method of the invention can be completely satisfactory in terms of taste.

Das Verfahren kann nach der Erfindung besonders vor- 5 teilhaft durchgeführt werden, wenn die Extraktion bei einem Druck von 100 bis 150 bar und einer Temperatur von 97 bis 120°C erfolgt, wenn der zu extrahierende feuchte Rohkaffee einen Wassergehalt von 35 bis 40 Gew.-% aufweist und wenn das beladene Lösungsmittel während der Abtrennung 10 des Coffeins mit Wasser gewaschen wird. According to the invention, the method can be carried out particularly advantageously if the extraction is carried out at a pressure of 100 to 150 bar and a temperature of 97 to 120 ° C., if the moist green coffee to be extracted has a water content of 35 to 40% by weight. -% and if the loaded solvent is washed with water during the separation 10 of the caffeine.

Der Gegenstand der Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert. 231 g Rohkaffee (ungeröstete Bohnen) mit einem Coffeingehalt von 1,15 Gew.-% werden mit Wasser oder Wasserdampf so lange be- 15 The subject matter of the invention is explained in more detail below using an exemplary embodiment. 231 g of raw coffee (unroasted beans) with a caffeine content of 1.15% by weight are brewed with water or steam for as long as 15

feuchtet, bis ihr Wassergehalt 35 bis 40 Gew.-% beträgt. Der feuchte Rohkaffee wird anschliessend in einem beheizbaren Druckgefass 6 Stunden bei 115 bar und 120°C mit Propan extrahiert, das einen Reinheitsgrad von 99,5 % aufweist. Während der Extraktion wird dem Rohkaffee auch ein Teil des Wassers entzogen. Nach der Extraktion wird der Rohkaffee dem Druckgefass entnommen und nachgetrocknet, während das überkritische wasser- und coffeinhaltige Propan in einem Abscheider auf 10 bar entspannt und auf 42,5°C abgekühlt wird. Im Abscheider wird dem Propan-Strom ein Wasser-Strom entgegengeführt, der aus dem Propan das Coffein auswäscht, wobei gleichzeitig das im Pro-pan-Strom enthaltene Wasser abgeschieden wird. Aus der wässrigen Phase wird das Coffein durch Kristallisation gewonnen. Die Coffein-Ausbeute beträgt 75,6 %. moist until their water content is 35 to 40 wt .-%. The moist green coffee is then extracted in a heatable pressure vessel for 6 hours at 115 bar and 120 ° C with propane, which has a purity of 99.5%. Part of the water is also extracted from the green coffee during the extraction. After the extraction, the green coffee is removed from the pressure vessel and dried, while the supercritical water and caffeine-containing propane is expanded to 10 bar in a separator and cooled to 42.5 ° C. In the separator, a stream of water is counteracted to the propane stream, which washes out the caffeine from the propane, at the same time the water contained in the propane stream is separated. The caffeine is obtained from the aqueous phase by crystallization. The caffeine yield is 75.6%.

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Claims (4)

641 934641 934 1. Verfahren zur Entcoffeinierung von Rohkaffee, bei dem der Rohkaffee in Gegenwart von Wasser mit einem gasförmigen überkritischen Lösungsmittel extrahiert wird, wobei das Lösungsmittel einen Teil des Wassers und das Coffein aufnimmt, bei dem anschliessend aus dem beladenen Lösungsmittel das Coffein durch Senkung des Drucks und/ oder der Temperatur oder Erhöhung der Temperatur über die Extraktionstemperatur abgetrennt wird, wobei sich aus dem Lösungsmittel auch das gelöste Wasser abscheidet, und bei dem schliesslich das coffeinfreie Lösungsmittel in die Extraktionsstufe zurückgeführt und der teilweise getrocknete Kaffee nachgetrocknet wird, dadurch gekennzeichnet, dass feuchter Rohkaffee mit Propan als Lösungsmittel bei einem Druck von 43 bis 300 bar sowie einer Temperatur von 97 bis 150 °C extrahiert wird. 1. A process for decaffeinating green coffee, in which the green coffee is extracted in the presence of water with a gaseous supercritical solvent, the solvent absorbing part of the water and the caffeine, in which the caffeine is subsequently removed from the loaded solvent by reducing the pressure and / or the temperature or increasing the temperature above the extraction temperature is separated, the dissolved water also separating from the solvent, and finally the caffeine-free solvent is returned to the extraction stage and the partially dried coffee is subsequently dried, characterized in that moist green coffee extracted with propane as solvent at a pressure of 43 to 300 bar and a temperature of 97 to 150 ° C. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Extraktion bei einem Druck von 100 bis 150 bar und einer Temperatur von 97 bis 120 °C durchgeführt wird. 2. The method according to claim 1, characterized in that the extraction is carried out at a pressure of 100 to 150 bar and a temperature of 97 to 120 ° C. 2 2nd PATENTANSPRÜCHE PATENT CLAIMS 3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass der zu extrahierende feuchte Rohkaffee einen Wassergehalt von 35 bis 40 Gew.-% aufweist. 3. The method according to claims 1 and 2, characterized in that the moist green coffee to be extracted has a water content of 35 to 40 wt .-%. 4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das beladene Lösungsmittel während der Abtrennung des Coffeins mit Wasser gewaschen wird. 4. The method according to claims 1 to 3, characterized in that the loaded solvent is washed with water during the separation of the caffeine.