DE2638383A1 - Caffeine removal from coffee - by extraction with water, stripping with liq. or supercritical and renewed extraction - Google Patents

Abstract

Caffeine is brought into an aq. soln., extd. with supercritical or liq. CO2 and recovered from CO2 soln. Crude coffee is first treated, at higher temp., with water contg. same concn. of soluble coffee constituents, with exception of caffeine. Caffeine is stripped from aq. exn. soln. by using liq. CO2, at >15 degrees, or super-critical CO2. Residual soln. is re-used s extractant. Caffeine is recovered from extract, pref. with water. Caffeine-free or caffeine-deficient coffee can be prepd. without loss in quality and with simultaneous recovery of caffeine. When using liquid CO2, aq. extn. soln. is pref. treated at 20-31 degrees C and 80-300 (250) bar. With super-critical CO2, temp. is esp. 31-95 (60-95) degrees C under 75-400 (120-300) bar.

Description

"Verfahren zum Entfernen des Coffeins aus Kaffee" Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Entfernen des Coffeins aus Kaffee unter gleichzeitiger Gewinnung des Coffeins. "Method for Removing the Caffeine From Coffee" The invention relates to Concurrently on a method of removing the caffeine from coffee Extraction of the caffeine.

Es sind verschiedene Verfahren zum Herstellen coffeinarmen Kaffees bei gleichzeitiger Coffeingewinnung bekannt, die mit gasförmigem oder bei überkritischem Druck mit flüssigem Kohlendioxyd arbeiten. So werden in den niederländischen Offenlegungsschriften 7 101 421 und 7 303 451 sowie in der deutschen Offenlegungsschrift 2 221 560 Verfahren zum Extrahieren des Coffeins aus Rohkaffeebohnen und in der niederländischen Offenlegungsschrift 7 205 361 ein Verfahren zum Extrahieren des Coffeins aus Röstkaffee beschrieben.There are several methods of making low caffeine coffee with simultaneous production of caffeine known that with gaseous or with supercritical Working pressure with liquid carbon dioxide. So are in the Dutch Offenlegungsschrift 7 101 421 and 7 303 451 as well as in the German Offenlegungsschrift 2 221 560 procedure for extracting the caffeine from green coffee beans and in the Dutch patent application 7 205 361 describes a method for extracting the caffeine from roasted coffee.

Bei all diesen Verfahren kommen die Kaffeebohnen in direkte Berührung mit feuchtem Kohlendioxyd hohen Drucks. Außerdem lassen sich die erwähnten Verfahren nicht ohne weiteres kontinuierlich durchführen.In all of these processes, the coffee beans come into direct contact with moist carbon dioxide at high pressure. In addition, the processes mentioned do not simply do this continuously.

Der Erfindung liegt nun dieA ufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Herstellen coffeinarmen bzw. coffeinfreien Kaffees zu schaffen, das sich ohne Qualitätseinbuße kontinuierlich durchführen läßt und gleichzeitig der Gewinnung von Coffein dient. Die Lösung dieser Aufgabe steht in einem Verfahren, bei dem das Coffein in eine wässrige Lösung überführt und anschließend in überkritischem oder flüssigem Kohlendioxyd gelöst sowie aus der Kohlendioxydlösung gewonnen wird.The invention is now based on the object of a method for production To create low-caffeine or caffeine-free coffee that is without any loss of quality can be carried out continuously and at the same time serves to obtain caffeine. The solution to this problem is a process in which the caffeine is converted into a transferred aqueous solution and then in supercritical or liquid carbon dioxide is dissolved as well as obtained from the carbon dioxide solution.

Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich für Roh- oder auch Röstkaffee, sofern dieser zum Herstellen flüssigen oder trockenen Kaffee-Extrakts verwendet wird.The method according to the invention is suitable for raw or roasted coffee, if this is used to produce liquid or dry coffee extract will.

Der Rohkaffee wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zunächst bei erhöhter Temperatur mit Wasser behandelt, das außer Coffein soviele lösliche Kaffeebestandteile enthält, daß sich deren Gehalt im Rohkaffee nicht wesentlich verringert, bzw. daß sich mit Ausnahme des Coffeins kein wesentlicher Konzentrationsunterschied zwischen dem Kaffee und der wässrigen Lösung ergibt. Anschließend wird mit Hilfe flüssigen Kohlendioxyds bei einer Temperatur von über 15°C, vorzugsweise mindestens 200 C oder mit überkritischem Kohlendioxyd das Coffein aus der Extraktionslösung entfernt, die anschließend wiederum zur Behandlung von Rohkaffee eingesetzt wird. Schließlich wird das Coffein aus dem Extrakt gewonnen.In the process according to the invention, the green coffee is initially at Treated with water at an elevated temperature, which contains so many soluble coffee components as well as caffeine contains that their content in the green coffee is not significantly reduced, or that With the exception of the caffeine, there is no significant difference in concentration between the coffee and the aqueous solution. Subsequently, using liquid Carbon dioxide at a temperature above 15 ° C, preferably at least 200 ° C or using supercritical carbon dioxide to remove the caffeine from the extraction solution, which is then used in turn to treat green coffee. In the end the caffeine is obtained from the extract.

Die Behandlung des Rohkaffees mit der Extraktionslösung kann bei normalem Druck und in einer Gegenstromanlage erfolgen, wie sie in der US-Patentschrift 2 309 092 beschrieben ist. Überraschenderweise läßt sich diese Anlage dabei mit einem Tr¢fchenstrom betreiben.The treatment of the green coffee with the extraction solution can occur with normal Pressure and take place in a countercurrent system, as described in US Pat. No. 2 309 092 is described. Surprisingly, this system can be used with a Operate droplet stream.

Die Extraktionslösung enthält neben den üblichen löslichen Kaffeebestandteilen etwa 0,3 bis 3,0% Coffein. Unter wirtschaftlichen Gesichtspunkten ist es vorteilhaft, die Rohkaffeebohnen zu mahlen und dabei auf eine Teilchengröße von etwa 1 bis 3 mm zu bringen. Dies kann zu Schwierigkeiten beim Rösten führen, die sich jedoch mit Hilfe des in der britischen Patentanmeldung 23 370/75 beschriebenen Verfahrens überwinden lassen.The extraction solution contains the usual soluble coffee components about 0.3 to 3.0% caffeine. From an economic point of view, it is advantageous to grind the green coffee beans to a particle size of about 1 to 3 to bring mm. This can lead to difficulty roasting, however using the method described in British patent application 23 370/75 let overcome.

Die Extraktionslösung kann vor der Behandlung mit Kohlendioxyd auch beispielsweise im Wege einer Destillation oder eines Ausfrierens konzentriert werden. Das dabei anfallende Wasser verbleibt im Verfahren.The extraction solution can be treated with carbon dioxide before treatment even be concentrated, for example, by distillation or freezing. The resulting water remains in the process.

Das Strippen mit überkritischem Kohlendioxyd läßt sich in einer Siebbodensäule durchführen. Das Verhältnis von wässriger Lösung zu Kohlendioxyd hängt von der Temperatur und vom Druck ab. Gute Ergebnisse lassen sich bei 700C und einem Druck von 250 bar erzielen.The stripping with supercritical carbon dioxide can be carried out in a sieve tray column carry out. The ratio of aqueous solution to carbon dioxide depends on the temperature and from the pressure. Good results can be achieved at 700C and a pressure of 250 bar achieve.

Die Extraktion mit flüssigem Kohlendioxyd läßt sich mit Hilfe der von Perry und Chilton in "Chemical Engineersl Handbook", Abschnitt 21, S. 24, Fig. 21 bis 29 beschriebenen Vorrichtungen durchführen. Die von dem Coffein befreite Mutterlauge wird fortlaufend erneut zum Extrahieren von Coffein aus Kaffeebohnen eingesetzt.The extraction with liquid carbon dioxide can be carried out using the by Perry and Chilton in "Chemical Engineersl Handbook", Section 21, p. 24, Fig. Perform the devices described in 21 to 29. The one freed from the caffeine Mother liquor is continually re-used to extract caffeine from coffee beans used.

Das Entfernen des Coffeins aus der Kohlendioxydlösung läßt sich auf verschiedene Weise durchführen. So kann das Coffein nach dem in der niederländischen Offenlegungsschrift 7 101 421 beschriebenen Verfahren an Aktivkohle adsorbiert und die Aktivkohle anschließend mit einem organischen Lösungsmittel wie beispielsweise chlorierte Kohlenwasserstoffe behandelt werden.The removal of the caffeine from the carbon dioxide solution can be done on perform different ways. So can the caffeine after that in the Dutch Offenlegungsschrift 7 101 421 described method adsorbed on activated carbon and the activated carbon then with an organic solvent such as chlorinated hydrocarbons are treated.

Aus einer derartigen Lösung läßt sich das Coffein auf übliche Weise, d.h. durch Eindicken bzw. Destillieren und Auskristallisieren gewinnen.The caffeine can be extracted from such a solution in the usual way, i.e. obtained by thickening or distilling and crystallizing.

Vorteilhafterweise wird jedoch das coffeinhaltige Kohlendioxyd mit Wasser behandelt, was mit Hilfe der obenerwähnten Vorrichtungen geschehen kann. Das gestrippte bzw. coffeinfreie Kohlendioxyd kann erneut zur Behandlung der wässrigen Extraktionslösung eingesetzt werden, während das Coffein aus der wässrigen Lösung in üblicher Weise gewonnen wird. Das kann durch Abdestillieren des Wassers und Kühlen der Mutterlauge bzw. Ausfrieren von Coffeinkristallen geschehen. Das Destillationswasser wird nach einem Auffüllen mit Frischwasser auf die erforderliche Menge erneut zum Entfernen des Coffeins aus dem Kohlendioxyd eingesetzt. Andererseits kann die coffeinhaltige wässrige Lösung aber auch einer Gefrierkonzentration mit anschließender Destillation und Abkühlung unterworfen werden. Grundsätzlich lassen sich die Gewinnung des Coffeins aus der wässrigen Extraktionslösung mittels Kohlendioxyd und umgekehrt die Gewinnung des Coffeins aus der Kohlendioxydlösung bei derselben Temperatur und demselben Druck durchführen.Advantageously, however, the caffeinated carbon dioxide is with Treated water, which can be done with the help of the above-mentioned devices. The stripped or caffeine-free carbon dioxide can again be used to treat the aqueous Extraction solution can be used while the caffeine is out of the aqueous solution is obtained in the usual way. This can be done by distilling off the water and cooling the mother liquor or the freezing of caffeine crystals happen. The distillation water will after topping up with fresh water to the required amount again for removal of the caffeine from the carbon dioxide. On the other hand, the caffeinated aqueous solution but also a freeze concentration with subsequent distillation and subjected to cooling. Basically, the extraction of the caffeine from the aqueous extraction solution by means of carbon dioxide and vice versa of the caffeine from the carbon dioxide solution at the same temperature and pressure carry out.

Das Mengenverhältnis der miteinander in Berührung stehenden Phasen spielt eine entscheidende Rolle und ist abhängig von dem Verteilungskoeffizienten des Coffeins in diesen Phasen. Im Falle eines kontinuierlichen Zirkulierens der Extraktionslösung in den beiden ersten Verfahrensstufen und des Kohlendioxyds in der zweiten und dritten Verfahrensstufe müssen die Zirkulationsgeschwindigkeiten und der Mischgrad in der Gegenstrom-Extraktionsanlage aufeinander abgestimmt werden, Das Verfahren läßt sich jedoch auch mit unterschiedlichen Temperaturen und Drücken in den beiden Gegenstrom-Extraktionsvorrichtungen bzw. Verfahrensstufen durchführen. In diesem Falle erfolgt die Extraktion des Coffeins aus der wässrigen Extraktionslösung mit höherem Druck und/oder höherer Temperatur als aus der Kohlendioxydlösung. Aus verfahrenstechnischen Gründen sollten jedoch die Verfahrensdrücke in beiden Stufen gleich sein. Bei Verwendung flüssigen Kohlendioxyds zum Behandeln der wässrigen Extraktionslösung liegen die Temperatur bei 20 bis 31 0C und der Druck vorzugsweise bei 80 bis 300 bar. Bei Verwendung überkritischen Kohlendioxyds beträgt die Temperatur hingegen vorzugsweise 31 bis 95 0C und der Druck 75 bis 400 bar. Besonders vorteilhaft sind eine Temperatur von 60 bis 950C und ein Druck von 120 bis 300 bar.The proportion of the phases in contact with one another plays a crucial role and depends on the distribution coefficient of caffeine in these phases. In the case of continuous circulation of the Extraction solution in the first two process stages and the carbon dioxide in the second and third process stages must be the circulation speeds and the degree of mixing in the countercurrent extraction system are coordinated with one another, However, the process can also be carried out with different temperatures and pressures Carry out in the two countercurrent extraction devices or process stages. In this case, the caffeine is extracted from the aqueous extraction solution with higher pressure and / or higher temperature than from the carbon dioxide solution. the end procedural reasons, however, the process pressures in both stages be equal. When using liquid carbon dioxide to treat the aqueous Extraction solution, the temperature is from 20 to 31 ° C. and the pressure is preferably at 80 to 300 bar. When using supercritical carbon dioxide, the temperature is on the other hand, preferably from 31 to 95 ° C. and the pressure from 75 to 400 bar. Particularly beneficial are a temperature of 60 to 950C and a pressure of 120 to 300 bar.

Bei der Extraktion von Coffein aus geröstetem Kaffee wird der Röstkaffee zunächst bei erhöhter Temperatur mit Wasser behandelt, wobei ein zu Instantkaffee verarbeitbares Extrakt anfällt. Dies kann nach üblichen Verfahren zum Gewinnen von Extrakten geschehen, die zu Instantkaffee weiterverarbeitet werden. Der Extrakt wird in üblicher Weise von seinen Aromastoffen befreit, beispielsweise nach dem in der deutschen Patentschrift 1 807 308 beschriebenen Verfahren.When caffeine is extracted from roasted coffee, it becomes the roasted coffee initially treated with water at an elevated temperature, one being instant coffee processable extract is obtained. This can be done according to standard methods of winning Extracts happen that are further processed into instant coffee. The extract is freed from its flavorings in the usual way, for example after in German Patent 1,807,308.

Aus dem von den Aromastoffen befreiten Extrakt wird anschliessend mit Hilfe von flüssigem Kohlendioxyd bei einer Tempera-0 tur von 20 C oder mittels überkritischen Kohlendioxyds das Coffein entfernt und das Coffein in der oben im Zusammenhang mit der Behandlung von Rohkaffee besprochenen Weise gewonnen. Die Aromastoffe werden schließlich nach herkömmlichen Verfahren in den Instantkaffee eingebracht, der in üblicher Weise aus dem Coffein hergestellt wird.The extract, which has been freed from the aromatic substances, is then used with the help of liquid carbon dioxide at a temperature of 20 C or by means of supercritical carbon dioxide removes the caffeine and the caffeine in the above im Connection with the treatment of green coffee as discussed. The flavorings are finally introduced into the instant coffee using conventional methods, which is made in the usual way from the caffeine.

Andererseits kann der Röstkaffee aber auch zunächst nach herkömmlichen Verfahren von seinen Aromastoffen befreit und erst danach mit Wasser behandelt werden,On the other hand, the roasted coffee can also initially be made according to conventional Process is freed from its flavorings and only then treated with water,

Claims (17)

Patentansprüche: 0 Verfahren zum Entfernen des Coffeins aus Kaffee, d a -d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß das Coffein in eine wässrige Lösung gebracht, aus der wässrigen Lösung mit Hilfe überkritischen oder flüssigen Kohlendioxyds entfernt und aus der Kohlendioxydlösung gewonnen wird. Claims: 0 method for removing caffeine from coffee, d a d u r c h e k e n n n z e i c h n e t that the caffeine is in an aqueous solution brought out of the aqueous solution with the help of supercritical or liquid carbon dioxide removed and recovered from the carbon dioxide solution. 2. Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t , daß Rohkaffee bei erhöhter Temperatur mit einer die löslichen Kaffeebestandteile mit Ausnahme des Coffeins in gleicher Konzentration enthaltendem Wasser behandelt, der wässrigen Extraktionslösung das Coffein mit Hilfe flüssigen Kohlendioxyds bei einer Temperatur über 0 15 C oder mit Hilfe überkritischen Kohlendioxyds entzogen, die Restlösung erneut als Extraktionsmittel eingesetzt und das Coffein aus dem Extrakt gewonnen wird.2. The method according to claim 1, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t that green coffee at elevated temperature with one of the soluble coffee components with the exception of the water containing the same concentration of caffeine, the caffeine is added to the aqueous extraction solution with the aid of liquid carbon dioxide withdrawn from a temperature above 0 15 C or with the help of supercritical carbon dioxide, the remaining solution is used again as an extractant and the caffeine from the extract is won. 3. Verfahren nach Anspruch 2, d a du r c h g e k e n n -z e i c h n e t , daß die Extraktionen im Gegenstrom erfolgen.3. The method according to claim 2, d a du r c h g e k e n n -z e i c h n e t that the extractions are carried out in countercurrent. 4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß die Lösungsmittel umgepumpt werden.4. The method according to claim 2 or 3, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h e t that the solvents are pumped around. 5. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 2 bis 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß das Coffein aus dem feuchten Kohlendioxyd mit Hilfe von Wasser entfernt wird.5. The method according to one or more of claims 2 to 4, d a d u r c h e k e n n n n z e i n e t that the Caffeine from the damp Carbon dioxide is removed with the help of water. 6. Verfahren nach Anspruch 5, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t , daß das Kohlendioxyd und das Wasser im Gegenstrom geführt werden.6. The method according to claim 5, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t that the carbon dioxide and the water are led in countercurrent. 7. Verfahren nach Anspruch 6, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t , daß das Kohlendioxyd umgepumpt wird.7. The method according to claim 6, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t that the carbon dioxide is pumped around. 8. Verfahren nach den Ansprüchen 4 und 7, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Zirkulationsgeschwindigkeiten der Extraktionslösung und des Kohlendioxyds auf den Verteilungskoeffizienten des Coffeins im Wasser und in dem Kohlendioxyd für die jeweilige Temperatur und den jeweiligen Druck abgestimmt werden.8. The method according to claims 4 and 7, d a d u r c h g e k e n It should be noted that the circulation rates of the extraction solution and of carbon dioxide on the partition coefficient of caffeine in water and matched in the carbon dioxide for the respective temperature and pressure will. 9. Verfahren nach den Ansprüchen 4, 7 und 8, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß das Coffein aus der wässrigen Coffeinlösung auskristallisiert, die Coffeinkristalle abgetrennt und die Mutterlauge für die Coffeinextraktion aus der Kohlendioxydlösung eingesetzt wird.9. The method according to claims 4, 7 and 8, d a d u r c h g e k e n n z e i n e t that the caffeine crystallizes out of the aqueous caffeine solution, the caffeine crystals separated and the mother liquor for the caffeine extraction the carbon dioxide solution is used. 10. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 9, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der Rohkaffee zunächst gemahlen wird.10. The method according to one or more of claims 1 to 9, d a It is n e n g e c e n e n e t that the green coffee is first ground. 11. Verfahren nach Anspruch 10, d a du r c h g e k e n n -z e i c h n e t , daß der Rohkaffee bis auf eine Teilchengröße von 1 bis 3 mm gemahlen wird.11. The method according to claim 10, d a du r c h g e k e n n -z e i c It does not mean that the green coffee is ground to a particle size of 1 to 3 mm. 12. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 11, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß das Coffein aus der wässrigen Extraktionslösung bei einem Druck von 80 bis 300 bar mit flüssigem Kohlendioxyd extrahiert wird.12. The method according to one or more of claims 1 to 11, d a it is not stated that the caffeine is extracted from the aqueous extraction solution extracted with liquid carbon dioxide at a pressure of 80 to 300 bar will. 13. Verfahren nach Anspruch 12, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t , daß der Druck 250 bar beträgt.13. The method according to claim 12, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t that the pressure is 250 bar. 14. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 2 bis 11, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß das Coffein bei einer Temperatur von 31 bis 95 0C und einem Druck von 75 bis 400 bar mit überkritischem Kohlendioxyd aus der wässrigen Extraktionslösung entfernt wird.14. The method according to one or more of claims 2 to 11, d a it is noted that the caffeine is at a temperature of 31 to 95 0C and a pressure of 75 to 400 bar with supercritical carbon dioxide is removed from the aqueous extraction solution. 15. Verfahren nach Anspruch 14, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t , daß die Temperatur 60 bis 950C und der Druck 120 bis 300 bar beträgt.15. The method according to claim 14, d a d u r c h g e k e n n -z e i c It should be noted that the temperature is 60 to 950 ° C. and the pressure is 120 to 300 bar. 16. Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t , daß Röstkaffee bei erhöhter Temperatur mit Wasser behandelt, die Aromastoffe aus der wässrigen Lösung entfernt werden, das Coffein aus der wässrigen Lösung 0 bei 15 C mit flüssigem Kohlendioxyd oder mit überkritischem Kohlendioxyd abgetrennt und aus der Kohlendioxydlösung gewonnen wird.16. The method according to claim 1, d a d u r c h g e k e n n -z e i c Not that roasted coffee treats the flavoring substances at an elevated temperature with water removed from the aqueous solution, the caffeine from the aqueous solution 0 separated at 15 C with liquid carbon dioxide or with supercritical carbon dioxide and is recovered from the carbon dioxide solution. 17. Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t , daß Röstkaffee von seinen Aromastoffen befreit und bei erhöhter Temperatur mit Wasser behandelt sowie das Coffein aus der wässrigen Lösung bei einer Temperatur über 15 0C mit flüssigem Kohlendioxyd oder mit überkritischem Kohlendioxyd entfernt und aus der Kohlendioxydlösung gewonnen wird.17. The method according to claim 1, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t that roasted coffee is freed from its aromatic substances and at an elevated temperature treated with water as well as the caffeine from the aqueous solution at one temperature above 15 0C removed with liquid carbon dioxide or with supercritical carbon dioxide and is recovered from the carbon dioxide solution.