Przedmiotem wynalazku jest sposób wytwarza¬ nia substancji roslinnych pozbawionych kofeiny.Znanych jest szereg sposobów wytwarzania sub¬ stancji roslinnych pozbawionych kofeiny, zwlaszcza napojów, takich jak kawa i herbata. W sposobach tych stosuje sie zwykle organiczne rozpuszczalniki, takie jak trójchloroetylen lub chloroform, które poddaje sie kontaktowi albo z substancja roslinna albo z jej wodnym ekstraktem. Gdy dostateczna ilosc kofeiny przechodzi do rozpuszczalnika, wów¬ czas powstaly roztwór kofeiny oddziela sie tak, zeby umozliwic dalsza obróbke substancji pozba¬ wionej kofeiny lub jej ekstraktu.Te sposoby usuwania kofeiny na bazie organicz¬ nych rozpuszczalników maja szereg wad. W osta¬ tecznej formie dla konsumenta szczególne znacze¬ nie ma to, ze stosowanie znanych rozpuszczalni¬ ków do usuwania kofeiny czesto powoduje znaczne straty lub denaturalizacje cennych skladników za¬ pachowych i/lub aromatycznych w gotowym napo¬ ju. Tak wiec usuwanie kofeiny czesto powoduje, ze produkty nie maja wysokiej jakosci.Ponadto ze wzgledu na to, ze same znane roz¬ puszczalniki czesto sa szkodliwe, wiec ma znacze¬ nie doprowadzanie do kontaktów ich z substancja¬ mi roslinnymi, z których maja byc wytwarzane artykuly zywnosciowe. Spowodowalo to rozwinie¬ cie skomplikowanych i ograniczonych warunków sposobów usuwania kofeiny w celu zapewnienia pelnego usuniecia rozpuszczalnika z gotowego pro¬ duktu.Sposób wytwarzania substancji roslinnych po¬ zbawionych kofeiny wedlug wynalazku polega na *tym, ze ciekla, nie mieszajaca sie z woda substan¬ cje tluszczowa doprowadza sie do stycznosci z sub¬ stancja roslinna zawierajaca kofeine, utrzymuje sie te substancje w stycznosci w ciagu okresu czasu wystarczajacym do przejscia kofeiny z substancji roslinnej do substancji tluszczowej, a nastepnie od substancji roslinnej pozbawionej kofeiny oddziela sie substancje tluszczowa zawierajaca kofeine.Okreslenie substancja tluszczowa oznacza zwie¬ rzece lub roslinne tluszcze albo oleje albo ich mie¬ szaniny albo ich frakcje, które przyjmuja postac ciekla w zakresie temperatur stosowanych do usu¬ wania kofeiny z mieszanin zawierajacych kofeine.Te substancje tluszczowe stanowia zwykle estry kwasów tluszczowych, zazwyczaj estry glicerolu oraz moga byc stosowane w ich naturalnej postaci lub w postaci wyniklej ze znanych obróbek. Po¬ nadto substancje tluszczowe nie powinny byc roz¬ puszczalnikami dla^ skladników substancji roslin¬ nych innych niz kofeina.Tak wiec na przyklad jako substancje tluszczo¬ we mozna stosowac nie nasycone lub nasycone tluszcze lub oleje. Podobnie w ramach wynalazku mozna stosowac nie oczyszczone lub oczyszczone w znany sposób oleje jak równiez oleje wraz z nor¬ malnymi dodatkami, takimi jak antyutleniacze lub 96 82796 827 3 4 srodki konserwujace lub bez nich. Jednakze ko¬ rzystne jest stosowanie substancji tluszczowej za¬ sadniczo pozbawionej srodków powierzchniowo czynnych, które wystepuja w naturalnej postaci lub sa dodawane. Substancje te stabilizuja emul¬ sje, które tworza po wymieszaniu cieklych miesza¬ nin stosowanych w sposobie wedlug wynalazku i dlatego zwiekszaja trudnosci wystepujace w ta¬ kich etapach obróbki jak na przyklad oddzielanie odsrodkowe.Jako substancje tluszczowe stosowane w sposo¬ bie wedlug wynalazku uzywa sie dostepne na ryn¬ ku oleje i /tluszcze, których jest bardzo duzo i które sa bardzo latwo osiagalne. Jednakze z tych substancji tluszczowych najbardziej korzystne sa substancje jadalne, poniewaz ich stosowanie nie wymaga uzywania specjalnych zabiegów podczas oddzielania ich od substancji roslinnych, które sa dalej obrabiane w celu przetworzenia ich na arty¬ kuly spozywcze.Substancje tluszczowe nadaja sie w rzeczywis¬ tosci do uzyskiwania zadanego stopnia usuniecia kofeiny z substancji roslinnych. Tak wiec chociaz korzystne jest prawie calkowicie usuniecie kofeiny, to mozna realizowac takze usuwanie jej w mniej¬ szym stopniu zaleznie od zyczenia konsumentów.Jednakze w kazdym przypadku odpowiednia ilosc kofeiny jest uzywana jako cenny przemyslowy produkt uboczny.Substancje tluszczowe sa stosowane do ekstra¬ howania kofeiny z róznych substancji roslinnych, najczesciej kawy lub herbaty. Jednakze * dla la¬ twiejszego przeprowadzenia procesu usuwania ko¬ feiny pozadane jest stosowanie wody. Uwaza sie, ze ten wymóg jest spowodowany koniecznoscia uzyskiwania kofeiny w postaci poczatkowo roz¬ puszczalnej w wodzie lub czesciowo rozpuszczalnej w wodzie tak, zeby ulatwic jej przechodzenie do rozpuszczalnika usuwajacego kofeine z substancji tluszczowej.Substancje roslinne zawierajace kofeine, z któ¬ rych usuwa sie kofeine sposobem wedlug wyna¬ lazku, najlepiej poddaje sie obróbce w postaci wodnego roztworu lub w postaci stalej. W przy¬ padku zastosowania w postaci stalej nalezy stoso¬ wac takze wode, chociaz moze ona istniec w for¬ mie zwiazanej, Odpowiednio wodne roztwory sub¬ stancji roslinnych oraz substancje roslinne o duzej zawartosci wilgoci stanowia korzystne mieszaniny do przeprowadzania usuwania kofeiny sposobem wedlug wynalazku.Znane sa wodne ekstrakty herbaty lub palonej i mielonej kawy, które wytwarza sie w znany sposób i w znanych urzadzeniach. Jednakze ze wzgledu na to, ze same te ekstrakty ewentualnie przetwarza sie w gotowe napoje, wiec zwykle po¬ winny byc one obrabiane w ten sposób, zeby do¬ prowadzic do minimum warunki powodujace utra¬ te i/lub zmniejszenie ilosci cennych skladników zapachowych. Szczególnie czuly pod tym wzgledem jest jeden rodzaj skladników tych wywarów, tak zwane substancje lotne lub aromatyczne.Takwiec korzystnie usuwa sie je mozliwie wczes¬ nie podczas procesu obróbczego oraz laczy sie je powtórnie z bardziej stabilnymi skladnikami do¬ piero pod koniec cyklu wytwarzania napojów.Usuwanie i zabezpieczanie lotnych lub aroma¬ tycznych skladników substancji roslinnych reali¬ zuje sie w znany sposób. Tak wiec na przyklad znany jest sposób poddawania wodnych ekstraktów obróbce odpedzania para wodna, dzieki czemu uzy¬ skuje sie latwo wodny kondensat zawierajacy aro¬ matyczne i lotne skladniki. Te odizolowane sklad¬ niki przechowuje sie nastepnie w niskiej tempe¬ raturze, az do momentu, w którym rrfoga byc one ponownie laczone z obrobionymi skladnikami sub¬ stancji roslinnej, na przyklad przez zmieszanie z nimi tuz przed suszeniem lub stosujac je do wy¬ suszonej juz substancji, po czym nastepuje dodat¬ kowe powtórne suszenie, w krótkim okresie czasu.Odpowiednio w przypadku usuwania kofeiny z wo¬ dnych ekstraktów za pomoca substancji tluszczo¬ wych wodny roztwór substancji roslinnej korzyst¬ nie powinien byc pozbawiony skladników lotnych, które w normalnych warunkach zawiera.Inna ciekla substancja roslinna, z której usuwa sie kofeine sposobem wedlug wynalazku, jest wo¬ dny ekstrakt tej substancji, który uprzednio spec¬ jalnie przygotowuje sie dla usuwania kofeiny i któ¬ ry nie stanowi nawet czesci gotowego napoju. Ten przyklad realizacji wynalazku najbardziej nadaje sie do substancji roslinnych, takich jak kawa, któ¬ re normalnie wymagaja palenia lub innej obróbki w celu przygotowania wielu z ich pozadanych skladników napojów.Przykladowo w takim przypadku mozna stoso¬ wac wodny ekstrakt zielonych ziarenek kawy. Zia¬ renka te ekstrahuje sie woda w celu usuniecia z nich kofeiny. Jednakze powstaly ekstrakt zawie¬ ra stosunkowo malo normalnych skladników na¬ poju kawowego, gdyz te skladniki rozpuszczalne w wodzie sa wytwarzane w wiekszosci dopiero po operacji palenia ziarenek.Formowanie tego ekstraktu jest dosc proste. Je¬ dynym warunkiem jest to, zeby zielone ziarenka byly poddawane kontaktowi z dostateczna iloscia wody potrzebna do rozpuszczenia zawartej w nich kofeiny, przy czym ziarenka zawieraja normalnie okolo 2 do 3% wagowych kofeiny zaleznie od swe¬ go pochodzenia. Zwykle rozpuszczanie realizuje sie w przeciwpradzie ziarenek i wody, jednakze etap ten moze byc realizowany po prostu przez wymie¬ szanie ziarenek z woda lub przez zapewnienie od¬ powiedniego kontaktu miedzy nimi w ciagu okresu czasu wystarczajacego do osiagniecia pozadanego stopnia usuniecia kofeiny, zwykle 10—60 minut.Jednakze nawet w przypadku ekstrahowania zielonych ziarenek kawy woda niektóre cenne skladniki napoju moga zostac takze usuniete z nich i przejsc do wodnej fazy. Sposobem, który zapewnia unikniecie wiekszych strat pozadanych skladników jest sposób z zamknieta cykliczna cyr¬ kulacja wodnego czynnika ekstrahujacego. W spo¬ sobie tym nastepuje szybkie osiagniecie maksymal¬ nego stezenia róznych skladników rozpuszczalnych w wodzie pochodzacych z zielonych ziarenek, zwlaszcza kofeiny, w wodnym czynniku ekstrahu¬ jacym. Po nastepnym wybiorczym usuwaniu ko¬ feiny z czynnika ekstrahujacego uzyskuje sie na- 40 45 50 55 605 96 827 dajacy sie do zawracania do obiegu wodny czyn¬ nik ekstrahujacy, który osiaga równowage w od¬ niesieniu do tych skladników zielonych ziarenek rozpuszczalnych w wodzie, które nie sa usuwane podczas usuwania kofeiny z czynnika ekstrahuja¬ cego.Przy takiej dynamicznej równowadze zawrócony do obiegu czynnik ekstrahujacy bez kofeiny po powtórnym zetknieciu z zielonymi ziarenkami ka¬ wy powoduje usuniecie z nich zasadniczo tylko kofeiny. Tak wiec w ciagu krótkiego okresu czasu uzyskuje sie warunki, w których z zielonych zia¬ renek kawy usuwa sie tylko kofeine.Zarówno recyrkulujacy czynnik ekstrahujacy jak i wodny ekstrakt, który zostal opisany bardziej szczególowo powyzej, stanowia zasadniczo wodne roztwory zawierajace zarówno kofeine jak i rózne skladniki substancji roslinnej rozpuszczalne w wo¬ dzie. Odpowiednio sposób obróbki cieklych sub¬ stancji roslinnych za pomoca substancji tluszczo¬ wej w celu usuniecia z nich kofeiny mozna stoso¬ wac do kazdej z nich w ten sam sposób. Tak wiec ciekla substancje roslinna miesza sie z substancja tluszczowa nie mieszajaca sie z woda w odpowied¬ niej objetosci, utrzymuje sie w mieszaninie z nia az do przejscia kofeiny do substancji tluszczowej, a nastepnie wydziela sie ja powodujac odpowied¬ nie zmniejszanie zawartosci kofeiny w substancji tluszczowej. Etapy te realizuje sie w prosty sposób, poniewaz fakt, ze obie fazy sa ciekle umozliwia latwe i dokladne ich wymieszanie, podczas gdy nieuleganie wzajemnemu rozpuszczaniu obu faz wodnej i tluszczowej umozliwia przeprowadzenie zasadniczo calkowitego ich rozdzielenia znanymi sposobami, na przyklad za pomoca dekantacji.Dla sprawnosci usuwania kofeiny duze znaczenie ma zdolnosc rozpuszczania kofeiny z substancji tluszczowej. Wlasnosci te zaleza od konkretnie do¬ branej substancji oraz temperatury mieszania jej z ciekla substancja roslinna. Efekt ten wyraza sie wspólczynnikiem rozprowadzenia kofeiny pomie¬ dzy fazami tluszczowa i wodna o równych obje- tosciach podczas mieszania ich w stanie równowa¬ gi. Mówiac bardziej dokladnie powinowactwo sub¬ stancji tluszczowej w stosunku do kofeiny okreslo¬ ne jest zaleznoscia dla danej temperatury: ws*)ólczynnik _ stezenie kofeiny wfazie tluszczowej rozprowadzenia"- stezenie kofeiny w fazie wodnej Tak wiec oczywista jest sprawa, ze czym wyzszy jest wspólczynnik .rozprowadzenia, tym lepsza jest zdolnosc do usuwania kofeiny.W tablicy 1 przedstawiono przykladowe dane dla róznych substancji tluszczowych w* róznych temperaturach. Dane te wyrazaja stan równowagi osiagany podczas pojedynczej operacji mieszania substancji tluszczowej i wodnych roztworów kofe¬ iny. Nalezy ^zaznaczyc, ze stosowane w 'rzeczywis¬ tosci substancje tluszczowe stanowia tylko przy¬ kladowe produkty handlowe. Tak wiec w zalez¬ nosci od konkretnego rodzaju danej substancji wystepuja róznice w wartosci wspólczynnika roz¬ prowadzenia. Jednakze latwo mozna okreslic wlas¬ nosci i optymalne warunki stosowania innych sub¬ stancji tluszczowych w zakresie sposobu wedlug wynalazku.Tablica 1 Rozpuszczalnosc substancji tluszczowych 1 \ Substancja tluszczowa Olej szafranowy Olej sojowy Olej kukurydziany Olej arachidowy Olej kawowy Oleina (trójoleinian glicerylu) Oliwa | Smalec Tempera¬ tura 2j0°q °C °C$ °C °C °C °C °C /10°C 23°G 23°C 23°0 65°C Wspólczynnik rozprowadze¬ nia kofeiny dla równych obietosci fazy wodnej i tluszczowej 0,064 0,067 0,064 * 0,059 )0,064 P,064 ,071 p,085 0,067 %U0 0,085 0,076 0,197 | Czas kontaktu fazy tluszczowej i roslinnej sto¬ sunkowo nie ma znaczenia. Tylko kilka minut po¬ trzeba do osiagniecia stanu równowagi. Jednakze przed zastosowaniem konkretnej substancji tlusz¬ czowej w sposobie wedlug wynalazku nalezy okre¬ slic optymalna temperature dla operacji usuwania kofeiny. W tablicy 1 podano tylko przykladowe dane lecz dodatkowe dane mozna latwo uzyskac znanymi sposobami i dlatego w tym zakresie wy¬ nalazku nalezy przeprowadzic proste eksperymen¬ ty po dobraniu konkretnej substancji tluszczowej przeznaczonej do zastosowania.Przy okreslaniu optymalnej temperatury zasto¬ sowanie konkretnej substancji wplywa na granice pozadanego zakresu. Tak wiec temperatura krzep¬ niecia wodnej substancji roslinnej oraz substancji tluszczowej okreslaja dolna granice stosowanych temperatur. Z drugiej strony zakresu nalezy uni¬ kac pogarszania zapachu bedacego wynikiem pod¬ dawania skladników zapachowych i aromatycznych dzialaniu wyzszych temperatur. Jednakze normal¬ nie usuwanie kofeiny prowadzi sie w zakresie temperatur od 0—50°C, przy czym dla wodnygh ekstraktów korzystny zakres wynosi od 10—30°C.W przypadku braku takich skladników mozna stosowac wyzsze temperatury az do temperatury niestabilnosci dla konkretnej substancji roslinnej.Po dobraniu konkretnej substancji tluszczowej oraz temperatury dla operacji usuwania kofeiny nalezy okreslic pozadany stopien usuniecia kofe-* iny. Jest on zwykle regulowany co najmniej cze¬ sciowo poprzez ustalanie stosunku substancji ro¬ slinnej do substancji tluszczowej. Zazwyczaj sto¬ sunek substancji tluszczowej do wodnej substancji roslinnej wynoszacy okolo 20:1 pozwala na uzys¬ kanie tylko czesciowego usuniecia kofeiny w po¬ jedynczym etapie kontaktowania. Tak wiec na 40 45 50 55 607 96 827 8 przyklad przy tym stosunku wspólczynniki roz¬ prowadzenia wynoszace od 0,035 i 0,085 pozwalaja na osiagniecie stopnia usuniecia kofeiny odpo¬ wiednio 40% i 65%. Oczywiscie zwiekszanie sto¬ sunku substancji tluszczowej do substancji roslin¬ nej powoduje zwiekszanie stopnia usuniecia ko¬ feiny, a zmniejszanie tego stosunku dziala odwrot¬ nie.Jednakze dodatkowo nalezy zaznaczyc, ze spo¬ sób doprowadzania do stycznosci z substancja tluszczowa wplywa takze na stopien usuniecia ko¬ feiny. Usuwanie kofeiny prowadzi sie tak jak po¬ przednio opisano w jednym cyklu, który obejmuje doprowadzanie do kontaktu substancji tluszczowej o konkretnej masie z wodnym ekstraktem takze o konkretnej masie, utrzymywanie tych substancji w kontakcie w ciagu okresu czasu wystarczajace¬ go do osiagniecia stanu równowagi rozprowadza¬ nia kofeiny a nastepnie wydzielanie ekstraktu.Jednakze sprawnosc usuwania kofeiny mozna zwiekszac przez zwiekszanie ilosci cykli. Odpo¬ wiednio w korzystnym wykonaniu usuwanie kofe¬ iny prowAdzi sie w wielocyklicznym procesie, w którym substancje roslinna poddaje sie kontaktowi z kolejnymi porcjami substancji tluszczowej az do osiagniecia pozadanego stopnia usuniecia kofeiny.To korzystne wykonanie sposobu wedlug wyna¬ lazku najprosciej polega na tym, ze kolejno pod¬ daje sie kontaktowi mieszanine zawierajaca kofe¬ ine z porcjami konkretnej substancji tluszczowej utrzytjiuje sie faze tluszczowa i wodna w stycznosci w ciagu okresu czasu wystarczajacego do przejscia w znacznym stopniu kofeiny do substancji tlusz¬ czowej (przechodzenie to zwykle wystepuje w ilos¬ ci wiekszej niz okolo 70% stopnia rozprowadzenia w stanie równowagi), oddziela sie faze wodna od tluszczowej a nastepnie powtarza sie te cykle wprowadzajac dodatkowe porcje substancji tlusz¬ czowej pozbawionej kofeiny.Nastepne korzystne wykonanie sposobu wedlug wynalazku obejmuje usuwanie kofeiny w przeciw- pradzie. W spos'obie tym poczatkowo pozbawiona kofeiny substancje tluszczowa przepuszcza sie przez kolejne porcje substancji roslinnej, które przepusz¬ cza sie w odwrotnym porzadku,pod wzgledem za¬ wartosci kofeiny. Tak wiec swieza substancje tluszczowa najpierw poddaje sie stycznosci z por¬ cjami substancji roslinnej najbardziej pozbawiony¬ mi kofeiny a nastepnie z porcjami o wyzszej za¬ wartosci kofeiny. W czasie prowadzenia tego spo¬ sobu, gdy pierwsza porcja substancji roslinnej osiaga pozadany stopien usuniecia kofeiny zostaje ona odprowadzona, podczas gdy nowa porcje o wyzszej zawartosci kofeiny doprowadza sie na kon¬ cu obiegu w celu utrzymywania stalej ilosci porcji w obiegu oraz wlasciwego uporzadkowania dopro¬ wadzania do stycznosci z substancja tluszczowa.Dodatkowo nalezy zaznaczyc, ze wodne roztwo¬ ry lub ekstrakty substancji roslinnej moga zawie¬ rac na przyklad od 2 — 60% rozpuszczalnych cial stalych w stosunku do calkowitej masy. Jednakze zwykle stosuje sie korzystnie roztwory przezna¬ czone do usuwania kofeiny, w których zawartosc rozpuszczalnych cial stalych wynosi od 10 — 50% przed doprowadzeniem ich do stycznosci z roz¬ puszczalnikiem kofeiny zawartej w substancji tluszczowej. Stezenia te sa korzystne z punktu widzenia zmniejszenia do minimum kolejnych por¬ cji cieczy stosowanych w procesie usuwania kofe- iny jak równiez w celu zmniejszenia ilosci wody, która trzeba usuwac z wywaru lub ekstraktu do¬ prowadzajac go do stanu stalego.Podane stezenia uzyskuje sie znanymi sposoba¬ mi. Poniewaz z wodnego ekstraktu, wytwarza sie ewentualnie produkt koncowy w stalym stanie wiec pozadane jest uzyskiwanie tych stezen w ta¬ kich warunkach, w których istnieje minimalna mozliwosc wywierania szkodliwego wplywu na za¬ pach. Odpowiednio stosuje sie korzystne sposoby, takie jak odparowanie przy niskim cisnieniu lub suszenie sublimacyjne, które pozwalaja na unik¬ niecie dzialania wyzszych temperatur na wywar w#dluzszym okresie czasu.Wynalazek przewiduje takze stosowanie substan¬ cji tluszczowej do bezposredniego usuwania kofe¬ iny ze stalych substancji roslinnych. Przykladowo takim cialem stalym sa zielone ziarenka kawy, które moga byc stosowane w zmielonej, skruszo¬ nej a najlepiej w calkowitej formie. Mozna stoso¬ wac takze palone ziarenka kawy, jednakze w tym przypadku nalezy najpierw usunac z nich lotne skladniki w celu unikniecia niepozadanych strat cennych skladników napojów. W konsekwencji najkorzystniejsze jest usuwanie kofeiny z calych zielonych ziarenek kawy i dlatego ponizej opisano szczególne zastosowanie wynalazku do tych ziare¬ nek, chociaz inne substancje roslinne moga byc obrabiane w podobny sposób.Stosowanie stalych substancji roslinnych jest szczególnie korzystne w sposobie wedlug wynalaz¬ ku z tego wzgledu, ze nie ma pewnych wad wy¬ stepujacych przy stosowaniu wodnych roztworów substancji roslinnych. Tak wiec oddzielanie sub¬ stancji tluszczowej od mieszaniny zawierajacej ko¬ feine zostaje ulatwione z tego wzgledu, ze gdy sub¬ stancja tluszczowa pozostaje w stanie cieklym, to substancja roslinna jest w stanie stalym. Oddziela¬ nie ziarenek od substancji tluszczowej moze byc w latwy sposób realizowane przez proste odpro¬ wadzenie cieczy od ziarenek, a w przypadku za¬ stosowania sil odsrodkowych do ulatwienia tego oddzielania wystarczy bardzo proste urzadzenie.Ponadto przy oddzielaniu zielonych ziarenek ka- 50 wy. od cieklych substancji tluszczowych stopien oddzielenia moze dochodzic do 100%. Podczas gdy nawet przy najbardziej wyszukanych sposobach oddzielania cieczy nie mieszajacych sie ze soba czesc jednej cieczy moze pozostawac w drugiej, to 55 w tym przypadku nie .wystepuja takie problemy.Po oddzieleniu z ziarenek kawy wiekszosci sub¬ stancji tluszczowej nastepny etap fizycznego oczy¬ szczania, takiego jak kierowanie strumienia pary wodnej na ziarenka, umozliwia odprowadzenie po- 60 zostalej substancji tluszczowej prawie w 100%.Ponadto ten dodatkowy etap nie musi byc koniecz¬ ny. Ze wzgledu na palenie po usunieciu kofeiny oraz obróbke ekstrahujaca ziarenek kawy kiedy to stosuje sie substancje tluszczowa zasadniczo bez- 65 wodna istnieje bardzo maly wplyw obróbki na za- 4096 827 pach gotowego napoju nawet wówczas, gdy roz¬ dzielanie jest niezupelne.Dla ulatwienia podatnosci na usuwanie kofeiny zielone ziarenka kawy powinny zawierac troche wilgoci. Ziarenka zwykle w warunkach natural¬ nych zawieraja od 8 — 10% wilgoci, chociaz ko¬ rzystne sa wieksze ilosci wynoszace co najmniej okolo 20% w stosunku do calkowitej masy. Jednak¬ ze górna granica zawartosci wilgoci jest bardziej zmienna. Usuwanie kofeiny z zielonych ziarenek zawierajacych kofeine korzystnie przeprowadza sie przy braku wody, zeby uniknac problemów wyste¬ pujacych przy mieszaniu cieczy oraz ewentualnie strat cennych skladników substancji roslinnej roz¬ puszczonych w tej wodzie. Odpowiednio w tym przykladzie wykonania sposobu wedlug wynalazku korzystnie stosuje sie zielone ziarenka kawy za¬ wierajace od okolo 20 — 60% wody w stosunku do calej masy a najkorzystniej od okolo 40 — 60%.Wprowadzanie wody do zielonych ziarenek prze¬ prowadza sie w bardzo prosty sposób. Tak wiec na przyklad ziarenka po prostu zanurza sie w wo¬ dzie i utrzymuje sie w niej w ciagu kilku godzin do momentu az zaabsorbuja one pozadana ilosc wilgoci. Nastepnie usuwa sie z nich nadmiar wil¬ goci, na przyklad za pomoca odwirowania. Dzieki stosowaniu wysokiej temperatury i/lub cisnienia mozna przyspieszyc to wprowadzanie wody lub pecznienie ziarenek. Tak wiec, na przyklad w przy¬ padku zanurzenia ziarenek w wodzie o tempera¬ turze okolo 80 — 90°C osiagaja one bardzo szybko pozadana zawartosc wilgoci. Takze po zadzialaniu na nie para wodna o cisnieniu okolo 2 atm nawet w ciagu krótkiego okresu czasu, zwykle w ciagu 1 do 30 minut, osiaga sie pozadana zawartosc wil¬ goci.Po napecznieniu ziarenek kawy do odpowiedniej zawartosci wilgoci umieszcza sie je w kapieli lub strumieniu substancji tluszczowej az do osiagnie¬ cia pozadanego stopnia usuniecia kofeiny. W tym przypadku czas mieszania ma znaczenie, gdyz prze¬ chodzenie kofeiny z ziarenek jest duzo wolniejsze niz z rozcienczonego roztworu. Dlatego tez poza¬ dane jest stosowanie dla tej operacji okresu czasu wynoszacego co najmniej 30 minut, przy czym dluzsze okresy czasu stosuje sie dla wiekszego usu¬ niecia kofeiny.W przypadku dazenia do uzyskania wysokiego stopnia usuniecia kofeiny wazna jest takze spra¬ wa zabezpieczenie, zeby zawartosc wilgoci w na- pecznionych ziarenkach nie zmniejszala sie w zna¬ cznym stopniu podczas obróbki. Kontakt napecz- nionych ziarenek z substancja tluszczowa wplywa na nizsze wartosci zawartosci wilgoci na skutek strat wody przechodzacej z ziarenek do substancji tluszczowej. W przypadku) gdy zawartosc wilgoci zmniejsza sie do wartosci ponizej zakresu korzyst¬ nego od 40 — 60°/o wówczas nastepuje odpowied¬ nie zmniejszenie sie sprawnosci usuwania kofe¬ iny.Dlatego tez korzystne jest stosowanie substancji tluszczowej zawierajacej mala ilosc wody. Korzyst¬ nie stosuje sie od 0,9 — 1,2%, najkorzystniej okolo 1,0% wody w stosunku do masy substancji tlusz¬ czowej. Ilosc ta pozwala na utrzymanie w stanie równowagi pewnej ilosci wody w ziarenkach i sub¬ stancji tluszczowej tak, ze podczas ich zetkniecia nie nastepuje przemieszczanie wody od ziarenek do substancji tluszczowej i odwrotnie. Z drugiej strony przeciwdziala ona nadmiernemu usuwaniu wody z ziarenek a takze doprowadza do minimum calkowita ilosc wody podczas usuwania kofeiny, dzieki czemu unika sie niepozadanych strat sklada ników ziarenek niekofeinowych i rozpuszczalnych w wodzie.I znowu tak jak poprzednio mozna stosowac wie- locykliczna operacje doprowadzania do stycznosci substancje tluszczowa do substancji roslinnej, w przeciwienstwie do operacji jednocyklicznych. Tak » wiec korzystne jest stosowanie ekstrahowania sub¬ stancja tluszczowa we w&pólpradzie a najkorzyst¬ niej w przeciwpradzie.Pod jednym wzgledem usuwanie kofeiny ze specznionych zielonych ziarenek rózni sie znacznie od usuwania kofeiny z wodnych roztworów zawie¬ rajacych kofeine, mianowicie pod wzgledem wply¬ wu temperatury na sprawnosc usuniecia kofeiny.Jak poprzednio zauwazono tam, gdzie przy usuwa¬ niu kofeiny stosuje sie doprowadzanie do stycz^ nosci substancji tluszczowej z wodnym roztworem zawierajacym kofeine, róznice temperatur podczas tej operacji nie maja wiekszego wplywu na spraw¬ nosc usuniecia kofeiny. Jednakze podczas obróbki ziarenek w,postaci stalej wzrost temperatury pod- czas usuwania kofeiny moze spowodowac drasty&zr ny wzrost predkosci usuwania kofeiny.Odpowiednio w celu osiagniecia maksymalnej sprawnosci usuniecia kofeiny operacje te wykonuje sie korzystnie w wysokich, praktycznie dopuszczal- nych temperaturach. Pogorszenie jakosci substancji tluszczowych zwykle nastepuje w temperaturze okolo 150°C lub w poblizu jej i dlatego tez tempe¬ ratura ta zwykle stanowi praktycznie maksymalna granice w procesie usuwania kofeiny. Takze wy- 40 dluzone okresy czasu stycznosci przy bardzo wy¬ sokich temperaturach moga powodowac pogorsze¬ nie jakosci skladników zapachowych. Dlatego tez" korzystne jest prowadzenie operacji usuwania ko¬ feiny w zakresie temperatur od okolo 50° — 120°C. 45 Nastepna sprawa w sposobie wedlug wynalazku jest regenerowanie substancji tluszczowej zawie¬ rajacej kofeine tak, zeby umozliwic jej ponowne zastosowanie w procesie usuwania kofeiny. Naj¬ bardziej efektywnie realizuje sie to przez doprowa- 50 dzenie do stycznosci wydzielonej substancji tlusz¬ czowej zawierajacej kofeine z woda umozliwiajac przechodzenie kofeiny do wodnej fazy a nastepnie oddzielenie substancji tluszczowej umozliwiajac zawrócenie jej do obiegu w procesie usuwania ko- 55 feiny. W duzej mierze kolejnosc operacji podczas regenerowania jest odwrotna do kolejnosci opisa¬ nej powyzej odnosnie procesu usuwania kofeiny.Ponadto pozwala ono w latwy sposób na odizolo¬ wanie kofeiny z regenerowanej wodnej fazy. 60 Przy operacji regenerowania substancji tluszczo¬ wej sprawnosc usuwania kofeiny do wodnej fazy ponownie zalezy od tych samych parametrów co opisano powyzej odnosnie wydzielania kofeiny z wodnego roztworu substancji roslinnej, mianowi- ^5 cie od temperatury, wspólczynnika rozprowadzenia96 827 11 12 kofeiny dla konkretnej substancji tluszczowej oraz stosunku wagowego substancji tluszczowej i wody.Poniewaz pogorszenie zapachu nie stanowi pro¬ blemu podczas regenerowania, gdyz nie wystepuja skladniki koncowego produktu, wiec temperature podczas regeneracji mozna podwyzszac w celu po¬ prawienia sprawnosci przechodzenia kofeiny do wodnej fazy. Tak wiec w ^przypadku, gdy wraz ze wzrostem temperatury rozpuszczalnosc kofeiny w wodzie wzrasta szybciej niz w substancji tluszczo¬ wej, wówczas korzystne jest prowadzenie regene¬ rowania w temperaturze dochodzacej do 100°C (a nawet wyzszej, stosujac zwiekszone cisnienie dla unikniecia odparowania). Z drugiej strony, jezeli przechodzenie to latwiej nastepuje w nizszych tem¬ peraturach, wówczas powinny byc one stosowane.Takze, poniewaz pozadane jest przechodzenie ko¬ feiny z substancji tluszczowej do wodnej fazy, wiec stosunkowo wieksza rozpuszczalnosc kofeiny w wo¬ dzie umozliwia stosowanie niskich stosunków wa¬ gowych substancji tluszczowej do substancji wo¬ dnej nawet przy zasadniczo zupelnym przechodze¬ niu. Dodatkowo w przypadku potrzeby dalszego zmniejszenia do minimum ilosci wody stosowanej do regenerowania substancji tluszczowej stosuje sie wielocykliczna operacje regenerowania zawieraja¬ ca wspólpradowe lub przeciwpradowe ekstrahowa¬ nie substancji tluszczowej woda w taki sam spo¬ sób, jak opisano powyzej tak, aby umozliwic spraw¬ niejsze regenerowanie substancji tluszczowej.Odnosnie regenerowania substancji tluszczowej poprzez usuwanie z niej kofeiny woda okazalo, sie, ze wydzielona substancja tluszczowa, nawet gdy oddzielanie tych nie mieszajacych sie ze soba cie¬ czy, wykonuje sie normalnie za pomoca spraw¬ nych urzadzen wirówkowych, moze zawierac okolo 1% wagowy wody. Wode te korzystnie usuwa sie z substancji tluszczowej przed powtórnym dopro¬ wadzeniem jej do stycznosci z substancja roslinna tak, zeby uniknac rozcienczenia cieklych substancji roslinnych. Usuwanie wody z substancji tluszczo¬ wej prowadzi sie za pomoca destylacji rzutowej w prózni lub ^podobnymi znanymi metodami.Jak poprzednio stwierdzono w pewnych korzyst¬ nych wykonaniach sposobu wedlug wynalazku do¬ tyczacych usuwania kofeiny ze stalych substancji roslinnych stosuje sie substancje tluszczowa zawie¬ rajaca mala ilosc wody. W praktyce czynnik roz¬ cienczenia staje sie pomijamy. Dlatego tez zrege¬ nerowana substancje tluszczowa zawierajaca wode mozna stosowac bezposrednio do dalszej operacji usuwania kofeiny. Alternatywnie zawartosc w niej wilgoci mozna ustalac na przyklad przez dodawa¬ nie wody lub przez czesciowe odpedzanie jej, za¬ leznie od potrzeby doprowadzenia zawartosci wo¬ dy do wartosci optymalnej.Nawet »w przypadku, gdy obecnosc wody w sub¬ stancji tluszczowej jest pozadana, to jednak ko¬ rzystne jest usuwanie zawartej w niej wody a na¬ stepnie dodawanie jej w pozadanej ilosci w celu umozliwienia wysuszenia substancji tluszczowej.Stosowanie operacji w takiej kolejnosci zapewnia uzyskanie optymalnej zawartosci wody i umozli¬ wia unikniecie trudnosci i/lub przerw wymaga¬ nych wyznaczania zawartosci wody w substancji tluszczowej a nastepnie ustalania jej w razie po¬ trzeby.Ponizsze przyklady ilustruja sposób wedlug wy¬ nalazku. Jezeli nie zaznaczono inaczej, to udzialy procentowe podane sa wagowo.Przyklad I. Wodny ekstrakt palonych, zmie¬ lonych ziarenek kawy potraktowano para wodna dla usuniecia lotnych skladników. 10 kg odpedzo¬ nego ekstraktu przy zawartosci rozpuszczalnych cial stalych 19% i w temperaturze 22°C dodano nastepnie do 179 kg oleju kukurydzianego o tem¬ peraturze 60°C. Powstala mieszanine mieszano w ciagu 30 minut a nastepnie przepuszczono ja przez, odsrodkowy separator przy natezeniu przeplywu 3,16 kg/min. Wywar wydzielony z oleju w wirów¬ ce mial stopien usuniecia kofeiny 51%.Powtarzajac te obróbke wywaru dodatkowa ilos¬ cia oleju kukurydzianego zwiekszono kolejno sto¬ pien usuniecia kofeiny az do zasadniczo zupelnego jej usuniecia.Przykladu. Ekstrakt kawy o zawartosci roz¬ puszczalnych cial stalych 27,6% i o temperaturze 22°C zmieszano z olejem kukurydzianym w sto¬ sunku objetosciowym 1:20 i mieszano je w ciagu 10 minut. Nastepnie mieszanine poddano odsrod¬ kowemu rozdzielaniu dla uzyskania ekstraktu her¬ bacianego o stopniu usuniecia kofeiny 63% i zno¬ wu powtarzanie obróbki umozliwilo osiagniecie bardziej pozadanego stopnia usuniecia kofeiny., Przyklad III. Zielone ziarenka kawy poddane zostaly operacji usuwania kofeiny stosujac recyr¬ kulacyjny czynnik wodny, który w stanie równo¬ wagi zawieral 29% rozpuszczonych cial stalych i którego temperatura wynosila 22°C. Usuwanie kofeiny prowadzono przepuszczajac wodny czynnik w przeciwpradzie z zielonymi ziarenkami w ko¬ lumnie, przy czym zasadniczo calkowicie pozba¬ wione kofeiny ziarenka usuwano z kolumny z je¬ dnej strony a naturalne zielone ziarenka dodawa- 40 no z drugiej strony. W ukladzie cyrkulacji wodnej oraz w miejscu wyplywu a kolumny wodny czyn¬ nik przepuszczano przez odsrodkowy ekstraktor, do którego dodawano olej kawowy o temperaturze 50°C w stosunku 21:1 do tego czynnika w celu usu- 45 niecia kofeiny z wodnego ekstraktu. Wymienniki ciepla w tym ukladzie sluzyly do utrzymywania temperatur obydwu cieczy zasadniczo na podanym poziomie. .Przy pojedynczym przejsciu czynnika i oleju 50 przez wirówke ponad 1/3 zawartosci kofeiny w czynniku zostala usunieta. Drugie przejscie czynni¬ ka oraz nastepnej równej porcji oleju spowodowalo zwiekszenie stopnia usuniecia kofeiny z tego czyn¬ nika do ponad 60%. Po prazeniu, zmieleniu i eks- 55 trahowaniu oddzielnych próbek ziarenek pozba¬ wionych kofeiny uzyskanych po pojedynczym przejsciu i po dwóch przejsciach stwierdzono, ze oba próbkowe wodne ekstrakty byly zasadniczo pozbawione kofeiny. 60 Przyklad IV. Zielone ziarenka kawy podda¬ wano dzialaniu pary wodnej o temperaturze 110°C az do osiagniecia zawartosci wilgoci 45% w sto¬ sunku do calkowitej masy a nastepnie 10 kg porcje umieszczono w oddzielnych komorach ekstrakcyj- 65 nych. Kazda z porcji poddawano operacji usuwa-13 96 827 14 nia kofeiny w ciagu 4 godzin w temperaturze 95°C stosujac olej kukurydziany, który przepuszcza¬ no przez komory z predkoscia 1,1 kg/min.W pierwszej próbie A olej przepuszczano tylko przez jedna komore. Nastepnie regenerowano go 5 przez ekstrahowanie woda dla usuniecia z niego kofeiny, wode odprowadzano a olej wówczas za¬ wracano do obiegu utrzymujac ciagly przeplyw oleju kukurydzianego pozbawionego kofeiny do specznionych ziarenek znajdujacych sie w komo- io rze.W drugiej próbie B cztery komory polaczono szeregowo tak, ze olej kukurydziany przeplywal przez kazda z nich. Regenerowanie oraz recyrkula¬ cje oleju prowadzono tylko dopiero po jego przej- 15 sciu przez wszystkie cztery komory. Co godzine odlaczano pierwsza komore, do której wplywal olej oraz dodawano nowa komore na koncu prze¬ plywu oleju. W ten sposób po uplywie 6 godzin osiagnieto stan, w którym w 4 komorach znajdo¬ waly sie ziarenka o róznej zawartosci kofeiny z uwagi na fakt, ze byly one poddawane obróbce usuwania kofeiny w róznych okresach czasu.Nastepnie przeanalizowano zawartosci kofeiny w ziarenkach z próby A oraz z komory, w której zastosowano czterostopniowa obróbke w próbie B.Pomimo tego, ze kazda z tych porcji ziarenek byla poddawana usuwaniu kofeiny zasadniczo w tych samych warunkach fizycznych, to jednak ich odpo¬ wiednie stopnie usuniecia kofeiny znacznie rózni- 30 ly sie miedzy soba. Tak wiec, gdy ziarenka w pró¬ bie A wykazywaly stopien usuniecia kofeiny 52%, to ziarenka z próby B wykazywaly ten sam sto¬ pien wynoszacy 92%. Dlatego tez oczywista jest sprawa, ze wielocykliczna lub wieloetapowa eks- 35 trakcja powoduje znaczne zwiekszenie sprawnosci usuniecia kofeiny.Przyklad V. Wodny ekstrakt prazonych zmie¬ lonych ziarenek kawy potraktowano para wodna w celu usuniecia lotnych skladników. 200 g odpe- 40 dzonego wywaru o zawartosci rozpuszczalnych cial stalych 18,4% zmieszano wówczas z 2 kg oleju szafranowego mieszajac je razem w ciagu 30 minut w temperaturze 20°C. Mieszanine te odwirowano dla wytworzenia emulsji a nastepnie odprowadzo- 45 no wywar za pomoca dekantacji. Oddzielony wy¬ war mial stopien usuniecia kofeiny 56%.Przyklad VI. Czynnosci z przykladu V po¬ wtórzono z ta zmiana, ze zamiast oleju szafrano¬ wego zastosowano olej sojowy takze w ilosci 2 kg.Po oddzieleniu wywar mial stopien usuniecia ko¬ feiny 56%.Przyklad VII. Czynnosci z przykladu V po¬ wtórzono z tym, ze zamiast oleju szafranowego zastosowano olej arachidowy w takiej samej ilosci.Dodatkowo wywar i olej utrzymywano w tempe¬ raturze 10DC zamiast w temperaturze 20°C (w cia¬ gu calego procesu). Wydzielony wywar mial sto¬ pien usuniecia kofeiny 56%.Przyklad VIII. Zielone ziarenka kawy podda¬ wano usuwaniu kofeiny za pomoca oleju kawo¬ wego w czterokomorowej przeciwpradowej strefie ekstrakcyjnej w sposób opisany w przykladzie IV, dla próby B. W kazdej komorze znajdowalo sie 6,8 kg ziarenek w przeliczeniu na sucha mase. Olej utrzymywano w temperaturze 105°C a ekstrakcje prowadzono w ciagu 6 godzin (póltorej godziny dla kazdego cyklu lub etapu). Zastosowano calkowity stosunek wagowy oleju do ziarenek kawy 120:1.Po kazdym przejsciu krazacego oleju poprzez wszystkie cztery komory strefy ekstrakcyjnej ole^ regenerowano ekstrahujac go woda dla usuniecia kofeiny a nastepnie odpedzano w celu usuniecia z niego wody. Do oleju przygotowywanego do re¬ cyrkulacji dodawano z góry okreslona ilosc wody.Stosujac powyzsza procedure wykonano 5 róz¬ nych prób. Próby te róznily sie w znacznym stop¬ niu iloscia wody dodawanej do odpedzonej sub¬ stancji tluszczowej pozbawionej kofeiny. Dane dla stabilnych warunków w kazdej próbie podane zo¬ staly w tablicy 2.Dane te wskazuja, ze odpowiednie zawartosci wil¬ goci zapewniaja optymalny stopien usuniecia ko¬ feiny przy minimalnych stratach niekofeinowych sklaklników ziarenek kawy. Sprawnosc operacji usuwania kofeiny zmniejsza sie wówczas, gdy ste¬ zenie wody w substancji tluszczowej zmniejsza sie podczas usuwania kofeiny. Z tablicy tej widac takze, ze chociaz sprawnosc operacji usuwania ko¬ feiny jest wysoka przy duzych zawartosciach wody w substancji tluszczowej, to jednak wysoki poziom wody w mieszaninie wplywa na zwiekszenie strat niekofeinowych rozpuszczalnych skladników zia¬ renek kawy.Próba nr 1 2 3 4 1 5 Zawartosc wody w ziarenkach kawy 54% 55% 55% 55% 57% Tablica 2 Zawartosc wody w oleju 0,37 1,00 1,00 0,75 1,20 Stopien usuniecia kofeiny 87% 97% 97% 69% 97% Straty cial stalych niekofeinowych 2,5% 1,1% 1,1% 2,4% ,2% Rodzaj ziarenek kawy lagodna (1,33% kofeiny) lagodna (1,33% kofeiny) » robusta (2,15% kofeiny) %• 96 827 16 PL