JPS5941378B2 - カフエイン含有水性抽出物の脱カフエイン方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は植物性材料の水性抽出物の脱カフェイノ方法に
関する。

以前から脱カフエイン植物性材料、特にコーヒーおよび
茶のような飲料のかなりの要求があった。

脱カフェインの従来の先行技術は一般にトリタロールエ
チンンもしくはクロロフォルムノヨウナ有機溶媒の使用
を含み、該溶媒は植物性材料もしくはそれらの水性抽出
物のいずれかと接触させる。

十分なカフェインが溶媒に移行した時は生成カフェイン
溶液は脱カフエイン材料もしくは抽出物を更に処理する
ように分離される。

中でもカフェイン含有水性抽出物からカフェインの除去
に脂肪性材料を使用する技術はドイツ特許出願第２５４
８９１６号明細書に記載される。

要するに、この技術は液状の水と混合しうる脂肪性材料
を植物性材料の水性抽出物と接触させ、これらの液をカ
フェインの分配平衡に近接もしくは到達するに十分な期
間接触を維持させ１次いで２液を分離することを自む。

この順序により水性抽出物に初めに存在するカフェイン
は一部脂肪性材料に移行する。

次いでカフェイン含有脂肪性材料が分離される時には、
抽出物は相当するカフェインの濃度減少を示す。

しかし１本発明によれば、脂肪性材料および水性抽出物
の接触中の高温の使用は、実質的に脱カフエイン効率を
改良するのみでな（、付加的に予期できる逆の）Ｖ−バ
ー効果を生じさせない。

有利には、カフェインの高分配係数および２種の不混液
を別の相に非常に容易に分離させることはこれらの液が
接触期間中高温に保持され、次いでそれぞれの相に分離
される場合には達成することができる。

このようにして、１種の液量なもう１種の液相内に保有
させる結果となる１液を他液内に包含もしくＱ′！−移
る（ ｅｎｔｒａｉｎｍｅｎｔ ）現 は、減じられる
かもしくは避けられる。

［包含（ｉｎｃｌｕｓｉｏｎ）１なる言葉は１液が実質
的に他液相にゲル状形に不均一に分散される現象を指す
。

エマルジョンより安定さに欠けるが、このような移行は
通常それらを分離もしくは溶解するのに付加的工程を必
要とする。

本発明は （ａ） カフェイン含有の植物性材料の水性抽出物を
液状の水不混和性脂肪性材料と接触させ；（ｂ＞ 水
性抽出物と脂肪性材料を水性抽出物から脂肪性材料にカ
フェインを移行させるに十分な時間接触を維持させ；お
よび （ｅ） カフェイン含有脂肪性材料を水性抽出物から
分離し、その際液状脂肪性材料および水性抽出物はそれ
らの接触中央（とも約６５℃であるかもしくはその温度
にする。

ことより成る植物性材料のカフェイン含有水性抽出物よ
り脱カフェインする方法を供する。

本明細書で使用する「脂肪性材料」とは約６５℃（およ
びそれ以上）の温度で液状の任意の動物性もしくは植物
性脂肪もしくは油もしくは混合物もしくはそれらのフラ
クションを意味する。

これらの脂肪性材料は通例実質的に脂肪酸エステル（通
例グリセロールエステル）より成り、それらの固有形か
もしくは当業者に既知の通例処理の生成物のいずれかで
使用することができる。

望ましくは脂肪性材料は実質的に植物性材料の非カフェ
イン成分の非溶媒である。

たとえば脂肪性材料は不飽和もしくは飽和脂肪もしくは
油でよい。

同様に未精製もしくは通例の精製油と共に、抗酸化剤お
よび保存料のような通常の添加剤を店む油もしくは含ま
ない油は本発明の範囲内にある。

しかし、脂肪性材料は実質的に天然もしくは添加した界
面活性剤を含まぬことが望ましい。

これらの材料は液状脂肪性材料と水性抽出物を攪拌する
際に形成するエマルジョンを安定化し、その結果液−液
分離のような工程の困難性を増大させる。

たとえばベニバナ油、大豆油、とうもろこし油、落花生
油、オリーブ油、コーヒー油、トリオレイン（グリセロ
ールのオフイン酸エステル）およびう・−ドを含む食用
脂肪性材料は特に好ましい。

本発明により脱カフェインすべきカフェイン含有抽出物
はローストコーヒー、生コーヒーおよび茶のような植物
性材料の水性抽出物である。

ローストコーヒーおよび茶の混合には、脱カフエイン後
抽出物中に残留する可溶物を更に処理して飲料生成物を
供する。

生コーヒーでは生豆から選択的にカフェインを除去する
のに水溶液ｈｖ用される。

生豆からカフェインの好ましい抽出はたとえばべり−ら
の米国特許第２３０９０９２号明細書に説明された方法
で密閉水性再循環を使用して行なうことができ。

その開示は本明細書にその方法を記載するために引用挿
入される。

次いで水性抽出物は脂肪性材料でそれ自体脱カフェイン
され、−力説カフェイン生豆は次のローストの際などに
、食用飲料生成物に転換される。

敏感な揮発性フン−バーを含むローストコーヒーもしく
は茶のような植物性材料の抽出物はロスを避けるために
処理されることが好ましい。

従って脱カフエイン前にたとえば蒸気で新鮮抽出物をス
トリッピングすることによって、適当には既知技術で、
揮発性フレーバーを単離することが望ましい。

単離揮発物は後の工程で抽出物もしくは生成物に戻すこ
とができる。

植物性材料の水性抽出物から脂肪性材料にカフェインノ
移行は、一部は２液間のカフェイン分配係数による。

カフェイン分配係数値は特別の液および付随条件で変化
する。

それは脂肪性材料および水性抽出物のカフェインに対す
る相対的親和力を反映し１次の平衡関係で規定される： 分配係数と共に２液の相対的量はそれら間に移行したカ
フェインの総重量を調整する。

本発明によればカフェインの移行は約６５℃もしくはそ
れ以上の高温で行なわれる。

コーヒーおよび茶の抽出フレーバー成分は６５℃以上の
温度で十分に安定で、約１時間より少い時間が好ましい
が約３時間までの時間保持できることが判った。

尚高温では本発明の利点は更に増加し、このような高温
では対応的に一層短かい処理時間を使用することもでき
る。

接触巾約１５０℃を超える温度で２液を維持することに
より実質的に利益は全（得られない。

約６５〜１５０℃の範囲の温度は従って好ましい。

水性抽出物は脂肪相から一度分離されると、水性相は）
Ｖ−バーロスおよび分解の予防としてその後すぐに実行
しうるなら適当には約３０℃以下で、望ましくは乾燥し
もしくは冷却される。

水性抽出物および脂肪性材料は接触を続け１次いで分離
される前にこのような高温にすることは不必要である。

たとえばそれらは低温で接触させ。次いでこの範囲に加
熱することができる。

同様にたとえば低温における抽出物は十分な温度の脂肪
性材料と接触させ、それらの接触時間中両液を所望の温
度範囲内にもたらすことができる。

これまでに温度はカフェインの分配係数に影響すること
が判った。

たとえば前記同じドイツ出願では種々の温度の分配係数
が示される。

しかしそこに示された関係は２０℃およびそれ以下の温
度に対してのみであり、これらの温度の分配係数は使用
した特定の脂肪性材料により温度につれて増加するかも
しくは減少することができる。

しかし本発明の高温では、常にカフェイン分配係数が増
加する実質的に一層大きい差異が観察された。

水性抽出物０・ら脂肪性材料へのカフェインの移行割合
のかなりの増加は実質的に脱カフエイン方法の効率を改
良する。

初めのカフェインの少い脂肪性材料のカフェイン濃度は
急速に増加し、その平衡値に近接する。

少くとも２分間の接触時間は工業的スケールで操作する
時には好ましいけれども、数秒と同じ位の短かい液−液
接触時間にカフエイ／を移行させる。

脂肪性材料と水性抽出物との接触温度と時間の適切な上
限は２液を維持し次いで分離するに使用する機械的手段
を顧慮するならば通常の当業者には容易に決定しうる。

たとえば高度の脱カフェインが抽出物と脂肪性材料つ多
工程混合によって求められる場合には１反覆接触および
分離工程は実質量の処理時間を消費することができる。

他方。向流抽出カラムもしくは非常に多数の理論的プＶ
−トもしくは工程を有する同様の装置を利用する単一工
程説カフェイン技術は全体の処理時間をはるかに短縮す
ることができる。

短期の接触ですむ効率的処理方法では、たとえば約１５
０℃（温度が１００°Ｃな超える場合には。

大気圧を超す適当な条件は勿論材料を液状形に維持する
のに必要である）の温度を使用することができる。

しかし通常は約７５〜１２０℃の温度が好ましい。

約８５〜約１００℃の温度は尚一層好ましく、脂肪性材
料および水性抽出物を液状形に維持するのに加圧を必要
としない。

上記記載に関連して脱カフエイン効率に影響するもう１
つの因子は水性抽出物の可溶性固形濃度である。

水性抽出物の固形濃度の増加は脂肪性材料とエマルジョ
ンを形成する傾向を少くする。

たとえば４５重量飴の可溶性固形の抽出濃度では、水性
抽出物から脂肪性材料の分離を妨害することのできるエ
マルジョン形成問題は著しく減少もしくは排除されるこ
とが判った。

更にこのような高固形抽出物の脱カフェイン中形成する
ことのできるようなエマルジョンは実質的に安定性が減
少する。

従って２液は通例の技術で別の異る相に容易にわけるこ
とができる。

特に高抽出物濃度ではエマルジョン形成とは異るより多
い包含が、水性抽出物と脂肪性材料の密接な混合の際に
生ずることができる。

従って約５５重最多より多い抽出物濃度は避けるのが好
ましい。

しかしこれは尚高い抽出濃度は実行できないことを意味
するものではない。

約７０係までの濃度は特に本発明の最高温度では使用す
ることができる。

このような濃度で生ずることのできる包含は少くとも脂
肪性材料（および好ましくは水性抽出物も）の分離相を
遠心分離のような簡単な精製工程にかけることによって
容易に打勝つことができることが判った。

分離相のこの精製は抽出物が究極の所望脱カフェイン度
（通常たとえばコーヒーに対し約９７％）に到達した後
通常行なうことができる。

別法として、抽出物および１もしくは脂肪性材料は任意
の脱カフエインサイタルもしくは各脱カフエインサイク
ル後に包含液を精製することができる。

従って植物性材料の水性抽出物中の可溶性固形物濃度は
約３０〜７０重最多の範囲内にあることが好ましい。

しかし約３５〜５５φの濃度はカフェインの除去効率を
最高にし、包含効果を最少にするために使用されること
がもつとも好ましい。

接触温度および水性抽出物の固形濃度の効果は相関があ
る。

約４０％（抽出される植物性材料の特別の種類もしくは
混合により若干の変化がある）以上の濃度を有する水性
抽出物は環境温度で抽出することは一層困難である。

たとえば約４０％の固形濃度を有するローストコーヒー
の環境温度水性抽出物は脂肪性材料との緊密な混合を妨
害するようになる粘度と表面張力を有する。

しかし本発明の脱カフェインの高温では効率的混合およ
び抽出物の脱カフェインが達成されることが判った。

本発明の高温の使用によって達成された他の利益の他に
、抽出物から脂肪性材料にカフェインをもって急速に定
量的に移行させる物理性を助長する。

伺その上に本発明の利点は処理の柔軟性の増加である。

本明細書に記載した高温において且特に好ましい高抽出
物固形濃度力液用される場合には。

脂肪性材料と水性抽出物を接触させる。

より効率的方法を使用することが可能である。

これらの液の安定なエマルジョンを形成する傾向の減少
は。

液を更に緊密に接触させる攪拌もしくは同様の方法を改
良させ、それによって分離の容易さに対応するはなはだ
しい損害なしに脱カフエイン割合を増加させる。

本発明の好ましい態様では、ローストコーヒーの脱カフ
エイン抽出物の製造に対し、水性抽出物は含まれる全可
溶性固形物の少（とも約５重最多。

更に望ましくは少（とも約６重最多に等しいカフェイン
含量を有する。

このようなカフェイン含量を有する抽出物は比較的低温
で１通例は約１２０℃を超えない温度で、たとえば９０
〜１２０℃の範囲で水性媒体でコーヒーを抽出して有利
に製造される。

これらの温度ではほんの１部の非カフェイン固形以外に
含まれるすべてのカフェインは抽出すれるので全抽出固
形のカフェイン含量はより太き（なる。

抽出物は脱カフエイン前に前記より高含量の可溶性固形
物に濃縮されることが好ましい。

しかるに実際はコーヒーは高温で好ましくは少（とも約
１４０℃で第２抽出をうけさせることができる。

その後第２抽出物は好ましくは濃縮後に低温脱カフエイ
ン抽出物に添加することができる。

この方法で通例の組成の脱カフエイン抽出物はたとえそ
の成分部分のみが脱カフェインされようとも製造するこ
とができる。

更に本発明の任意の態様は分離したカフェイン含有脂肪
性材料から抽出物の非カフェイン化合物をストリッピン
グすることを含む。

本発明で使用される脂肪性カフェイン溶媒は、実質的に
カフェインに対し選択的であるが、水性抽出物から植物
性材料の少量の他の成分を除去することができる。

これら成分のあるものは脱カフエイン抽出物にその後返
還するために回収に値する。

カフェイン溶媒脂肪性材料から揮発性フン−バーのスト
リッピングは、揮発性フン−バーの除去のための水性抽
出物の既に議論された好ましい前処理に対する別法もし
くは追加であることができる。

一般に茶抽出物の脱カフェインにおいてのみ。脂肪性材
料は回収に値する非揮発性フＶ−バーを含む。

分離した脂肪性材料から抽出成分のストリッピングは脂
肪性材料を選択的に揮発させるに十分な温度と圧力の条
件下にお（ことによって果すことノ〕１できる。

ストリッピングの好ましい条件は約８５〜約１２５℃と
それに対応する約１〜約１５０ｍｆｆｌＨｇ圧である。

これらの条件はフン−バー成分を分離させ１次いで縦締
によってのように集めることができる。

本発明は次列によって説明され、特記しない限り裂およ
び割合は重量規準である。

列 １ １６０℃までの抽出温度で製造し、且１７％の可溶性固
形物濃度を有するロースト粉砕コーヒー豆の水性抽出物
は蒸気でストリップして揮発性フン−バーを除去する。

次いでス） ＩＪツブ抽出物は真空蒸発させて４５．８
重最多に固形濃度を増加させる。

次いで抽出物は脱カフエインシステムに導入する。

脱カフエインシステムは６個の連続連結工程より成り、
各工程はとうもろこし一？岨はよび抽出物を接触させる
ための、これらの混合液を重力分離するジャケット付き
垂直保持カラムに連結する静置式整列ミキサーより成っ
ている。

このシステムは脂肪性材料と抽出物の流れの向流通過よ
り成る。

新しい抽出物と新しい脂肪性材料をシステムに導入し、
カフェイン含有脂肪性材料と脱カフエイン抽出物をシス
テムから回収する。

適当なポンプ、パイピングおよびヴアルブを供しである
。

抽出物（９０℃で）を１分間１２０ｇでミキサーに供給
し、とうもろこし油（同じ（９０℃の温度）を１分間１
．７ユでミキサーに供給する。

操作が不変状態に到達した後脱カフエインシステム内の
抽出物の滞留時間は約４５分である。

抽出物は各静置ミキサー内で約２分間脂肪性材料と混合
し。

約５分間者分離カラム内で安定させろ間約９０℃に維持
する。

脱カフエインシステムを出る抽出物は分析し。

初メの抽出物の１有する３φより少いカフェイン含量を
示す。

脱カフエイン前にストリップされた揮発性フン−バーの
再添加後に抽出物は噴霧乾燥してインスタントコーヒー
粉末を製造する。

水で再構成すると、この粉末はフレーバーで市販の製品
と区数する脱カフエイン飲料を与える。

列 ２ 列１のストリップ抽出物は可溶性固形物濃度を４５５重
量部で真空蒸発によって濃縮する。

脱カフエインシステムは往復運動をする垂直シャフトに
固定する水平円形プｖ−）より成る内装を有する垂直向
流抽出カラムより成る。

このカラムは長さ２．２ ｍ ｕよびカラムおよびプＶ
−トの内径５儂を有する。

９０℃のコーヒーを４４５ｃ、ｃ−／分の供給速度でカ
ラムの底に供給する。

９０℃の抽出物は、油封抽出物の重量比１５：１に対し
３０ｃｍｃ／分の速度でカラムの上部に供給する。

ｉ カラムの操作が不変状態に達した後、カラムの底を
出る抽出物は遠心分離して含油を除去する。

遠心分離抽出物の分離は約９７係の脱カフェイン度を示
す。

次いで抽出物は脱カフエイン前に分離した揮発性フン−
バーと再組み合せし噴霧乾燥す賢 る。

水で舟構成すると生成飲料は実質的に市販製品と同一の
フン−バーであった。

例３ 脱カフェインに及ぼす水性抽出物の固形濃度および温度
の影響は次表に説明する。

指示濃度の可ン溶性固形物を含む１重量部の抽出物は分
液漏斗に入れ、１５重量部のとうもろこし油を添加する
。

材料は指軍温度である。

各漏斗は４０秒の間隔をおいて２０回振盪し、同温に維
持した水浴中に浸漬する。

漏斗は１時間浴に保持し、２液相の分離ヌを確実にする
。

２相の分離の容易さと効率は２液間の異る界面の出現に
要する時間に、エマルジョンの可視検査におよびエマル
ジョンの薄層クロマトグラフィに反映する。

結果は次表に示す：表 １ 一＝ −ｈ −抽出物 温 度 分離時間 摘要固
形濃度 ５．５係 ２０℃３５〜４５分 。

ショア ５．５係 ９０℃ ４〜６分 − １７係 ２０℃４５〜５５分 − １７チ ９０’Ｃ４〜５分 − ３０φ ２０℃３５〜４０分 − ３０係 ９０℃ ４〜５分 − 実質的に “９％ ２０℃°０〜３５分世 含 ４９％ ９０℃ ３〜４分 − −−Ｅ＝ニー抽抽出湿温度 分離時間 摘要固形濃度 ６４係 ２０℃ ８〜１２分包含 ６４係 ９０℃ ３〜５分包含 １）ロースト粉砕コーヒーの抽出物は初めの温度１７０
℃および終りの温度約１００℃の水流を利用する向流抽
出で製造した。

次いで抽出物所望のように稀釈するかもしくは真空蒸発
によって濃縮し指示固形濃度に達せしめた。

表 ２２） ” −ｔ＝＝−−抽出物部 度 分離時間 摘要固形
濃度 エマル ５係 ２０℃ ３０〜３５分 ジョン ５％ ９０℃ ４〜６分 − ３０係 ２０℃ ３５〜４５分 −３０係 ９
０℃ ４〜５分 − ４４係 ２０℃３０〜３５分包含 ４４チ ９０℃ ３〜４分 − ２）ロースト粉砕コーヒーの抽出物は初めの温度約１１
０℃、終りの温度１００℃の水流を使用して向流抽出で
製造した。

次いで抽出物は稀釈するかもしくは真空蒸発で濃縮した
。

表 ３３） 一＝ −１＝ニー抽出物温 度 分離時間 摘要固形
濃度 実質的に ２１％ ２ｏ−Ｃ４５〜６０分包含・実質的にエ マルジョン 実質的に ２１％ ９０’。

５〜６分包含、少いエマル ジョン 実質的に ４２チ ２０℃ １８〜２２分包 店４２％
９０℃ ３〜４分 も９と少い包含 ３） 生コーヒー豆の抽出物は１００℃の恒温の水流を使用し
て製造し、抽出物は真空蒸発で濃縮した。

表 ４４） 茶抽出物 固形濃度 温 度 分離時間 摘 要１４％ ２
０℃ ２５〜３０分 − １４％ ９０℃ ４〜５分 − ４２φ ２０℃ １６〜２０分 高包含４２係 ９
０℃ ３〜４分 包含 ２０℃の各試料では分離油相はクララディの外観を有し
、抽出物のいくらかの包含を示している。

４）茶抽出物は１１５℃の恒温の水流を使用して製造し
た。

抽出物は真空蒸発で濃縮した。例４ 例３の方法を他の脂肪性材料で反覆した。

油封抽出物の重量比は１５二１で、ロースト粉砕コーヒ
ーの水性抽出物の固形含量は３０％である。

表 ５５） 脂肪性材料 温 度 分離時間 摘 要オリーブ油
２０℃ ２５〜４３分 低包含オリーブ油 ９０℃
１〜２分 −ベニバナ油 ２０℃ １８〜３２分
低包含ベニバナ油 ９０℃ １〜２分 −混
合油 （７”−＝？−５００） ２０℃ ２６〜３６分
低包名混合油 （ダーキー５００） ９００ ２〜３分 −５）
ロースト粉砕コーヒー抽出物は初めの温度１６０℃、終
りの温度約１００℃の水流を使用して向流抽出で製造し
１次いで濃縮した。

例５ 種々の温度のカフェイン分配係数はとうもろこし油およ
び５０飴可溶物を含むロースト粉砕コーヒーの水性抽出
物を使用し、て決定する。

これはボンベ中で油と抽出物を２０：１の重量比で混合
して達成する。

次いでボンベは１時間攪拌しながら指示温度（および１
１５℃に対する大気圧以上の圧力）に維持する。

結果は次表に示す。表 ６６） 温 度 脱カフェイン類 分配係数２０℃
３１飴 ０．０２２５０℃
４７φ ０．０４３９０℃
６４％ ０．０９１１１５℃
６８％ ０．１４２前例では抽出物の真
空蒸発は凍結濃縮のような他の濃縮方法で置換すること
ができる。

同様に噴霧乾燥は凍結乾燥もしくは他の適当な乾燥技術
で置換できる。

６）ロースト粉砕コーヒーの抽出物は初めの温度１６０
℃、終りの温度約１００℃の水流を使用して向流抽出で
製造し、次いで濃縮した。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ カフェイン含有の植物性材料の水性抽出物を脱カフ
   ェインする方法において。 （ａ） この水性抽出物と液状の水不混和性脂肪性材
   料とを接触させ： （ｂ）水性抽出物と脂肪性材料とを接触維持させて。 水性抽出物から脂肪性材料にカフェインを移行させそし
   て （。 ） 水性抽出物からカフェイン含有脂肪性材料を分離し
   、その場合液状脂肪性材料を分離し、その場合液状脂肪
   性材料と水性抽出物は接触を維持する間少（とも約６５
   ℃の温度であるかもしくは約６５℃にすることを特徴と
   する。 上記脱カフエイン方法。 ２ 水性抽出物は３０〜７０重量係の可溶性固形物濃度
   を有する第１項記載の方法。 ３ 水性抽出物は３５〜５５重量係の可溶性固形物濃度
   を有する第２項記載の方法。 ４ 液状脂肪性材料および水性抽出物は接触を維持する
   間約７５〜１２０℃の温度であるかもしくは温度にする
   上記任意項記載の方法。 ５ 液状脂肪性材料および水性抽出物は接触を維持する
   間約８５〜１００℃の温度であるかもしくは温度にする
   第４項記載の方法。 ６ 脂肪性材料はベニバナ油、大豆油、とうもろこし油
   、落花生油、オリーブ油、コーヒー油、トリオレインお
   よびラードより成る群から選択する上記任意項記載の方
   法。 ７ 水性抽出物は茶もしくはローストコーヒーの抽出物
   である上記任意項記載の方法。 ８ 揮発物は脂肪性材料と接触させる前に水性抽出物か
   らストリップする第７項記載の方法。 ９ ローストコーヒーの水性抽出物は全可溶性固形物の
   少（とも５重量係に等しいカフェイン含量を有する第７
   項もしくは第８項記載の方法。 １０ 水性抽出物は約１２０℃を超えない温度でロー
   ストコーヒーを抽出して製造する第９項記載の方法。 １１ 水性抽出物は生豆のものである第１項〜第６項
   のうち任意の１項記載の方法。