DE2450978A1

DE2450978A1 - Verfahren und vorrichtung zum entkoffeinieren von kaffee

Info

Publication number: DE2450978A1
Application number: DE19742450978
Authority: DE
Inventors: Helmut Dallinga
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1974-10-26
Filing date: 1974-10-26
Publication date: 1976-04-29

Description

Verfahren und Vorrichtung zum Entkoffeinieren von Kaffee Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Entkoffeinieren von Kaffee, bei dem der zu entkoffeinierende Kaffee mit einem Koffein-Lösungsmittel vermischt wird und die Mischung auf eine vorgegebene Temperatur erwärmt sowie unter Überdruck gesetzt wird.
Die Erfindung betrifft weitorhin eine Vorrichtung zum Entkoffeinieren von Kaffee, im wesentlichen bestehend aus einem beheizbaren, geschlossenen Behältnis zur Aufnahme des zu entkoffeinierenden Kaffees sowie eines Koffein-Lösungsmit teils.
Entkoffeinierungsverfahren, d.h. also Verfahren zum Entzug von Koffein, werden sowohl beim Rohkaffee als auch beim Röstkaffee durchgeführt, wobei bezüglich des Röstkaffees der Entzug des Koffeins üblicllerweise aus Extrakt von geröstetem Kaffee erfolgt.
Zum Entkoffeinieren von IRo}zlcaffeebohnen ist es bekannt, die Kaffeebohnen mit Wasser oder Dampf aufzuschließen.
Beim Aufschließen findet eine Art Quellvorgang statt, bei dem die Zellwände der Rohkaffeebohnen aufgesprengt werden sollen, um anschließend das Koffein besser entziehen zu können.
Die aufgeschlossenen Rohkaffeebohnen werden übli~herweise in geschlossenen Behältnissen mit einem Lösungsmittel vermischt. Als Lösungsmittel haben sich verschiedene Substanzen, beispielsweise Äthylacetat, Methylenchlorid, Dichloräthylen, TrichlorithylenZals geeignet erwiesen, doch sind auch andere Stoffe, beispielsweise Fluorkohlenwasserstoffe oder Alkohole7 als Lösungsmittel für das Koffein verwendbar.
Nach dem Vermischen des Lösungsmittels mit den Rohkaffeebohnen schwimmen letztere in dem Lösungsmittel , wobei der Lösungsvorgang beginnt. Der Austausch des Lösungsmittels durch die Zellen der Rohkaffeebohnen hindurch bis zum Inneren der Kaffeebohnen läuft jedoch unter normalen Temperatur-und Druckverhältnissen, d.h. also bei Umgebungstemperatur und Atmosphärendruck, so langsam ab, daß eine wirtschaftliche Entziehung von Koffein auf diese Weise noch nicht möglich ist. Diese ist auch noch nicht gegeben, wenn beispielsweise über Rührwerke oder mittels Drehung des Behältnisses für eine intensivere Relativbewegung zwischen dem Lösungsmittel einerseits und den Rohkaffeebohnen andererseits gesorgt wird.
Man ist daher dazu übergegangen, das Behältnis und damit das Lösungsmittel bzw. die Lösungsmittel-Kaffeebohnen-Mischung zu beheizen. Beharrungstemperaturen, die eine wirtschaftliche Entkoffeinierung ermöglichen, können etwa zwischen 60 und 950 C liegen. Im allgemeinen wird eine um 700 Cliegende Temperatur gewählt.
Diese verhältnismäßig hohen Temperaturen steigern zwar die Entkoff.einierungsgeschwindigkeit erheblich, sie sind jedoch insofern nachteilig, als aufgrund der hohen Temperatur eine beachtliche Menge an wertvollem Kaffeextrakt und Kaffeearoma verlorengeht.
Da die zum Entkoffeinieren verwendeten Behältnisse geschlossen ausgebildet sInd, stellt sich in dem Behältnis ein von der jeweiligen Temperatur abhängiger Druck ein.
Denn die verwendeten Lösungsmittel unterliegen den bekannten. Gasgesetzen, so daß mithin zu einer bestimmten, vorgegebenen Temperatur ein bestimmter Druck gehört. Der in dem Behältnis wirkende Druck beschleunigt im übrigen die Entkoffeinierung ebenfalls erheblich, enn man den Vorgang mit Ergebnissen vergleicht, wie sie sich unter atmosprischen Druckbedingungen abspielen würde.
Zur weiteren Beschleunigung wäre es daher sehr wünschenswert, den in dem Behältnis herrschenden Druck noch zu erhöhen. Dieser ist jedoch aufgrund der maximal anwendbaren Temperaturen nach oben begrenzt. Es kommt hinzu, daß bei bestimmten Lösungsmitteln bei Überschreitung bestimmter Grenztemperaturen die Gefahr besteht, daß sie sich bei Berührung von Metall zersetzen, so daß es in dem Behältnis zu Zerfallerscheinungen kommen kann, die selbstverständlich unerwünscht sind.
Beim Beginn des Entkoffeinierungsvorganges, d.h. also beim Aufheizen des Extraktionsgefäßes, beginnt das Lösungsmittel zumindest teilweise in bekannter Weise zu sieden, wobei die Lösungsmitteldämpfe gleichzeitig den Druck erhöhen.
Beim Sieden von Lösungsmitteln werden jedoch die letztlich zu gewinnonden wertvollen Kaffcextralctstoffe in verstärktem Maße abgehaut, so daß derartige Sierscheinungen in höchstem Maße unerwünscht sind.
Beim Entkoffeinieren von Röstkaffee wird üblicherweise flüssiger Kaffeextrakt verwendet, wie er mittels Gefriertrocknung oder mit Hilfe von Sprühtürmen in bekannter Weise zu gewinnen ist. Auch der so gewonnene Kaffeextrakt wird sodann mit einem Koffein-Lösungsmittel vermischt. Aufgrund der Konsistenz des Kaffees erfolgt hier zwar eine schnellere Entkoffeinierung als beim Rohkaf fee, doch es treten andererseits beim Aufheizen des Extraktionsgefäßes dieselben Siedeerscheinungen und damit die gleichen Nachteile auf, wie sie oben unter Bezug auf die Aufbereitung von Rohkaffee beschrieben worden sind.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die bekannten Verfahren und Vorrichtungen zum Entkoffeinieren von Kaffee unter Vermeidung ihrer Nachteile zu verbessern, und ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zu schaffen, mittels welcher die Entkoffeinierung von Kaffee - und zwar entweder von Rohkaffee oder von Röstkaffee bzw. Kaffeextrakt - in schneller und wirtschaftlicher Weise durchzuführen ist, ohne daß es zu beachtlichen Verlusten von zu gewinnenden Kaffeextraktstoffen aufgrund von Zersetzungserscheinungen und dergleichen kommt.
Die das Verfahren betreffende Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß dio Lösungsmittel-Kaffee-Mischung vor dem Erwärmen mit einem vorgegebenen Druck beaufschlagt wird.
Der vorgegebene Minimal druck kann dabei in jedem Augenblick (gerade etwas) größer sein als der Dampfdruck des Lösungsmittels bei der jeweils herrschenden Lösungsmitteltempera tur oder er kann auch sogleicH größer gehalten werden als derjenige Dampfdruck des Lösungsmittels, welcher der höchsten auftretenden Lösungsmitteltempratur entspricht.
Bei einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann der Druck zwischen dem vorgegebenen Minimaldruck und einem über dem Minimal druck liegenden Wert verändert werden. Es hat sich nämlich gezeigt, daß durch eine solche Druckveränderung, die vorzugsweise periodisch erfolgen kann, die Entkoffeinierungsgeschwindigkeit und -intensität noch zu steigern ist.
Das Lösungsmittel bzw. die Lösungsmittel-Kaffee->1ischung kann zur Erzielung des erwünschten Ergebnisses mit mindestens einem unter vorgegebenen Druck stehenden Druckmittel beaufschlagt werden, wobei es sich um ein gasförmiges, ein flüssiges oder ein mechanisches Druckmittel handeln kann oder aber auch um eine Kombination dieser Druckmittel.
Als gasförmiges Druckmittel haben sich Inertgase als besonders zweckmäßig erwiesen, wobei Stickstoff unter anderem den Vorteil hat, daß er verhältnismäßig preiswert ist. Statt dessen können jedoch auch Edelgase als gasförmige Druckmittel Verwendung finden.
Als flüssiges Druckmittel kann Wasser dienen, wobei das Wasser auch in Dampf form angewendet werden kann. Dieses Druckmittel kann insbesondere dann vorteilhaft angewendet werden, wenn sowohl ein gasförmiges als auch ei flüssiges Druckmittel gleichzeitig oder alternierend angewendet werden sollen, wobei es sich als vorteilhaft erwiesen hat, wenn der Druck des gasförmigen Druckmittels größer gewählt wird als der jeveilige Dampfdruck des flüssigen Druckmittels.
Zweckmäßigerweise wird selbstverständlich ein Druckmittel gewählt in dem Kaffeextraktst(,ffe entweder weitgehend unlöslich sind oder aber besonders gut löslich, wobei im letzteren Fall dann jedoch eine verhaltnismäßig einfache Trennmöglichkeit zwischen dem flüssigen Druckmittel einerseits und dem Lösungsmittel andererseits möglich sein muß, um die in dem flüssigen Druckmittel gelösten Kaffeextraktstoffe (wieder-)gewinnen zu können.
Die den vorrichtungsmäßigen Teil der Aufgabe betreffende Lösung liegt erfindungsgemäß darin, daß mindestens eine Druclxmittelquelle vorhanden ist, an welche das Behältnis anzuschließen ist, und mittels welcher die in dem Behältnis befindliche Lösungsmittel-Kaffee-Mischung unter einen vorgegebenen Druck zu setzen ist.
Bevorzugte Ausgestaltungen der Vorrichtung ergeben sich aus den Unteransprüchen. Die Zweckmäßigkeit dieser Ausgestaltungen folgt im wesentlichen aus den entsprechenden Verfahrensschritten, wie sie vorstehend bereits abgehandelt sind oder nachstehend noch beschrieben werden.
Die Erfindung wird nachstehend noch an einem Ausführungs beispiel unter Bezugnahme auf eine Schemazeichnung weiter erläutert.
Die Zeichnung zeigt eine Vorrichtung zum Entkoffeinieren von Rohkaffeebohnen, die zuvor mittels Dampf aufgeschlossen worden sind und in Richtung des Pfeiles l in ein geschlossenes Behältnis 2 eingegeben werden können.
Das Behältnis 2 beinhaltet außerdem Methylenchlorid als Lösungsmittel für das zu entziehende Koffein, welches in der Zeichnung mit,3 bezeichnet ist und schraffiert dargestellt ist. Der Flüssigkeitsspiegel 4 im Behältnis 2 liegt mit Abstand zum oberen Endabschnitt. Die in der Zeichnung mit Punkten angedeuteten Kaffeebohnen schwimmen in dem Lösungsmittel 3.
Das Behältnis 2 wird mittels einer äußeren Dampfheizung 6 indirekt beheizt, wobei Dampf in Richtung des Pfeiles 7 in die Mantelheizung 6 einströmt und Kondensat in Richtung des Pfeiles 8 aus der Dampfheizung 6 abfließen kann.
In den oberen Endabschnitt des Behältnisses 2 mündet eine Leitung 9, mittels welcher Stickstoff aus einem Stickstoffreservoir 11 in das Behältnis 2 einströmen kann. Der Stickstoff steht unter einem vorgegebenen Druck, auf den weiter unten noch eingegangen wird.
Die Aufheizung der aus Lösungsmittel 3 und Kaffeebohnen bestehenden Mischung erfolgt bis auf eine Temperatur von 70° C. Dieser Temperatur entspricht ein Dampfdruck von 2 Methylenchlorid in Höhe von 2,592 kp/cm Die Arbeitsweise erfolgt nunmehr derart, daß zunächst über die Leitung 9 Stickstoff aus dem Stickstoffreservoir 11 in das Behältnis 2 eingeleitet wird, so daß sich in dem Behältnis 2 ein Druck von 3 atü aufbaut. Dieser Druck liegt mithin über dem der Beharrungstemperatur von 700 C entsprechenden größten Dampfdruck, so daß es beim nachfolgenden Beheizen nicht zu einem Sieden des Lösungsmittels kommen kann.
Mittels einer auf ein in der Leitung 9 befindliches Reduzierventil 12 einwirkenden Einrichtung 13 wird der von dem Stickstoff im Behältnis 2 aufgebaute Druck periodisch zwischen 3 atü und 6 atü verändert. Der höhere Druck sorgt dabei nicht allein für eine Beschleunigung des Entkoffeiniervorganges, sondern darüber hinaus auch aufgrund der Druckveränderung für eine gewisse Bewegung des in dem Behältnis 2 befindlichen Bades.
Über eine weitere Leitung 14 kann darüber hinaus Wasser aus einem unter Druck stehenden Wasserreservoir 16 in das ehältnis 2 eingegeben werden, wobei mithin der in dem Behältnis 2 herrschende Druck stets über dem Dampfdruck des Wassers liegt. Mittels dieser Einrichtung kann das Behältnis 2 auch zum Aufschließen der Kaffeebohnen verwendet werden.
Hierfür wird mittels einer Wechselschaltung abwechselnd Druckwasser und unter Druck stehender Stickstoff in das Behältnis 2 eingeleitet, wobei sich gezeigt hat, daß auch das Aufschließen von Rohkaffeebohnen durch die Einwirkung von unter Druck stehendem Inertgas heachtlich verbessert werden kann. Dabei kann auch bereits beim Aufschließen eine Beheizung des Behältnisses 2 mittels der Heizung 6 erfolgen.
Es sei noch darauf hingewiesen, daß nach der Koffeinextraktion die Lösungsmittelreste mittels einer Ablaßleitung 17 aus dem Behältnis 2 abgelassen werden.
Die in den Kaffeebohnen verbleibenden Lösungsmittelrückstände werden anschließend auf bekannte Art und Weise entzogen, wobei nach dem Entfernen dieser Lösungsmittelrückstände die Rohkaffeebohnen getrocknet werden.
Der besondere Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens und der erfindungsgemäßen Vorrichtung liegt darin, daß die Entkoffeinierung von Kaffee erfindungsgemäß nicht nur erheblich schneller und wirtschaftlicher durchzuführen ist, sondern daß darüber hinaus auch eine erheblich schonendere Behandlung des Kaffees erfolgen kann, da es nicht zum Sieden des Lösungsmittels und dabei zu einem Abbau von kostbaren Käffeextraktstoffen kommt.

Claims

Ansprüche

Verfahren zum Entkoffeinieren von Kaffee, bei dem der zu entkoffeinierende Kaffe mit einem Koffein-Lösungsmittel vermischt wird und die Mischung auf eine vorgegebene Temperatur erwärmt sowie unter Überdruck gesetzt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Lösungsmittel-Kaffee-Mischung vor dem Erwärmen mit einem vorgegebenen Druck beaufschlagt wird.
2. Verfahren nach Anspruch l, dadurch gekennzeichnet, daß der vorgegebene Minimaldruck größer ist als der Dampfdruck des Lösungsmittels bei der jeweiligen Lösungsmitteltemperatur.
3. Verfahren nach einem oder beiden der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der vorgegebene Minimaldruck größer ist als der Dampfdruck des Lösungsmittels bei der höchsten auftretenden Lösungsmittel temperatur.
4. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Druck zwischen dem Minimal druck und einem über dem Minimal druck liegenden Wert verändert wird.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckänderung periodisch durchgeführt wird.
6. Verfahren nachleinem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Losungsmittel bzw.

die Lösungsmittel-Kaffee-Mischung mit mindestens einem unter dem vorgegebenen Druck stehenden Druckmittel beaufschlagt wird.
7. Verfahren nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch die Verwendung eines gasförmigen Druckmittels.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das gasförmige Druckmittel ein Inertgas ist.
9. Verfahren nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch die Verwendung von Stickstoff.
10. Verfahren nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch die Verwendung von Edelgas.
11. Verfahren nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch die Verwendung eines flüssigen Druckmittels.
12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Druckmittel Wasser ist.
13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Druckmittel Wasserdampf ist.
14. Verfahren nach einem oder beiden der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch die Verwendung eines gasförmigen und eines flüssigen Druckmittels insbesondere zum Aufschließen von Rohkaffeebohnen.
15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Druck des gasförmigen Druckmittels größer ist als der jeweilige Dampfdruck des flüssigen Druckmittels.
16. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 11 bis 15, durch gekennzeichnet, daß das Druckmittel eine Flüssigkeit ist, in der Kaffeextraktstoffe weitgehend unlöslich sind.
17. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 11 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß das Druckmittel eine Flüssigkeit ist, deren Dampfdruck größer ist als der Dampfdruck des Lösungsmittels.
18. Verfahren nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch die Verwendung eines mechanischen Druckmittels.
19. Anwendung des Verfah,rens nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 18 zum Entkoffeinieren von Rohkaffee.
20. Anwendung des Verfahrens nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 18 zum Entkoffeinieren von Röstkaffee, insbesondere Kaffeextrakt.
21. Vorrichtung zum Entkoffeinieren von Kaffee, im wesentlichen bestehend aus einem beheizbaren, geschlossenen Behältnis zur Aufnahme des zu entkoffeinierenden Kaffees sowie eines Koffein-Lösungsmittels, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine Druckmittelquelle (11; 16) vorhanden ist, an welcher das Behältnis (2) anzuschließen ist, und mittels welcher die in dem Behältnis (2) befindliche Lösungsmittel-Kaffee-Mischung unter einen vorgegebenen Druck zu setzen ist.
22. Vorrichtung nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckmittelquelle (11; 16) derart ausgebildet ist, daß der in dem Behältnis (2) vorhandene Minimaldruck stets größer ist als der der jeweiligen Lösungsmittel temperatur entsprechende Dampfdruck des Lösungsmittels (3).
23. Vorrichtung nach einem oder beiden der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckmittelquelle (11; 16) derart ausgebildet ist, daß der in dem Behältnis (2) vorhandene Minimaldruck stets größer ist als der Dampfdruck des Lösungsmittels (3) bei der höchsten auftretenden Lösungsmittel temperatur.
24. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 21 bis 23, dadurch gekennzeichnet, daß ein Mittel (13) vorgesehen ist, mit dem der im dem Behältnis (2) vortandene Druck zwischen dem Minimaldruck und einem über dem Minimaldruck liegendenden Wert zu verändern ist.
25. Vorrichtung nach Anspruch 24, gekennzeichnet durch ein Mittel (13) mit dem der Druck im Behältnis (2) periodisch zu verändern ist.
26. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 20 bis 24, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckmittelquelle (11) eine Inertgasquelle ist.
27. Vorrichtung nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, daß das Inertgas Stickstoff ist.
28. Vorrichtung nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, daß das Inertgas ein Edelgas ist.
29. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 20 bis 28, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckmittelquelle tal6) eine Wasserquelle ist.
30. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 20 bis 25, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckmittelquelle eine Dampfquelle ist.
31. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 20 bis 30, gekennzeichnet durch zwei Druckmittelquellen (11, 16) von denen die eine eine Gasquelle (11) ist und die andere eine Flüssigkeitsquelle (16).