Способ извлечения кофеина из чая и кофе Советский патент 1977 года по МПК A23F1/10 A23F3/02 

1

Изобретение относится к техщисе извлечения кофеина нз растительных материалов, в частности из чая и кофе.

Известны способы нзвлеченяя кофе1та, предусматривающие использование органических растворитёлей, например трихлорэтилена или хлороформа, коитактирзтощих с растительным материалом или с его водным экстрактом. При переходе достаточного количества кофеина в растворитель раствор кофеина отделяют таким образом, чтобы обеспечить последующую обработку обескофеинениого материала шш зкстракта.

ИЬиболее близким к опнсьтаемому изобретению из числа известных способов по технической сущностн и достигаемому результату является отособ извлечения кофеина из чая и кофе путем увлажнения сьфья, введения увлажненного эксграгента с последующим его отделением 1. Все известные способы не обеспечивают достаточного сохранения вкуса чая и кофе, так как в результате использования известных обескофеинивающих растворителей теряются шш денатуризуются ценные дущистые и ароматические составляющие конечного продукта.

С целью сохранения вкуса чая и кофе в описываемом способе извлечения кофеина из чая и кофе путем увлажнения сырья, введения увлажненного экстрагента с последующим его отделением в качестве зкстрагента используют жиры. При этом нэ жиров используют салфоровое, соевое, кукурузное арахисовое, кофейное масло.триоленн или топленое свиное сало.

Способ осуществляют следующим образом.

Увлажненное растительное сырье, содержащее кофеин, например чай и кофе, смешивают с увлажненным экстрагентом, прн этом содержание влаги в последнем поддерживают в равновесии с содержанием влаги в сьфье, предпочтительно в количестве 20-60 вес.%.

В качестве экстрагента используют жиры, например сафлоровое соевое, кукурузное, арахисовое или кофейное масло, триолеин, или топленое свиное сало. Смесь тщательно перемецщвают и выдерживают в течение заданного времени для перехода кофеина в жировой экстрагент, после чего последний отделяют, например, с помощью цешрифугирования. При этом степень извлечения кофеина зависит от типа применяемого экстрагента и температуры перемещива шя фаз, то есть коэффициента рас3

пределения кофеина между равными объемами жировой и водной фаз при смешивании и при равновесии.

Характеристика растворимости кофеина в жировых материалах приведена в табл. 1.

Оптимальную температуру процесса определяют, исходя из требуемой степени извлечения кофеина из сырья, при этом ее низший предел не должен быть ниже температуры замерзания растительного сырья и затвердевания жира, а высший - температуры начала разложения ароматических и душистых веществ. Извлечение кофеина из растительного сьфья проводят при О-5Cf С, предпочтительно IO-3Cf С.

В случае отсутствия в сырье ароматических или душистых веществ процесс проводят при более высоких тe mepaтypax, но более ш-1зких, чем температура точки нестабильности Жйра.

Степень извлечения кофеина зависит также от соотношения ме;кду количеством жира и растительного сьфья и увеличивается при увеличении этого соотношения, причем при коэффициентах распределения 0,035 и 0,085 составляет, соответственно, 40 и 60%.

Степень извлечения кофеина увеличивают путем увеличедаш исла стадами, при этом растительное сырье контактирует с последовательно аликвотщ ми количествами жира, причем из сырья извлекают более 70% кофеина (от равновесного распределения) .

По другому варианту вьшолнения способа извлечение кофеина проводят в противотоке растительного сырья и вводимого экстракта, при этом свежий жир пропускают через последовательно расположенные порции растительного сырья, в связи с чем жир контактирует вначале с обедненным по содержанию кофеина сырьем, а затем с сырьем, имеющим повышеьшое содержание кофеина, причем обедненную кофеином порцию сырья удаляют и заменяют на порцию с его высоким содержанием, поддерживая постоянное количество порций на потоке и порядок контактирования сырья с жиром. Водные растворы или экстракть рас1ш:ельного сырья содержат 2-60 вес.% растворимых твердых веществ от общего веса, предпочтительно 10- 50 вес.%.

В качестве растительного сырья используют зеленые кофейные зерна в измельченном, раздробленном или целом виде. При использовании обжаренных кофейных зерен из них вначале выдеяяют ценные летучие вещества.

После .извлечения кофеина разделение зерен от жира с кофеином проводят простым отстаиванием или центрифугированием, при этом степень отделения составляет 100%.

Для лучшего извлечения кофеина из сырьй зеленые кофейные зерна должны содержать некоторое количество влаги. Обычно природное содержание и шx влаги составляет 8-20 Еес.%. Кофеин извлекают из зеленых кофейных без добавЛенин свободной воды для исключения дополнительного процесса разделения жидкостей и возможных потерь ценных составляющих растительного сьфья. Однако содержание влаги в зеленых кофейных зернах для проведения процесса извлечения кофеина должно составлять 20-60 вес.%, предпочтительно 40-60 вес.% (от их общего веса).

Поэтому перед извлечением кофеина зеленые кофейные зерна выдерживают в течение нескольких часов в воде и отделяют от нее затем центрифугированием.

Для достижения наибольшей эффективности извлечение кофеина из зеленых кофейных зерен проводят при возможно высокой, температуре, что увелищшает сь орость извлечения, при этом температура не ДОЛЖ1Й быть выше 150° С, при которой происходит разложение жиров. Предпочтительно извлечение кофеина из зеленых зерен проводят при 50-120° С.

Жиры, нсЦользуемые для извлечения кофеина, регенерируют для их повторного использования путем контактирования отделенного жира, содержащего кофеин, с в одой с последующим отделением кофеина. Степень отделения кофеина от жира зависит от температуры и коэффициента распределеш1Я для данного жира и весового соУтношегшя жира и воды.

Регенерацию жира проводят при Teiviricparype не выше 100 С. Из регенерированного жира в случае его использования для извлечения кофеина из увлажненного растительного сырья удаляют всю оставшуюся воду путем, например, испарения под вакуумом. В случае извлечения кофеина из увлажненных зеленых кофейных зерен остаточную влагу из жира не удаляют, а содержание в нем воды регулируют путем ее добавления или отпаривания.

Пример. Водный экстракт обжаренных измельченных зерен кофе отпаривают паром для удаления летучих. 10кг отпаренного экстракта с концентрацией твердых веществ 19% при 22f С затем добавляют к 17 кг кукурузного масла при 6(f С, полученную смесь перемешивают в течение 30 мин, а затем пропускают через центробежный сепаратор ее скоростью 3,16 кг в 1 мин. Жидкость, которую отделяют от масла на центрифуге, имеет степень извлечения кофеина 51%.

При повторении этой обработки жидкости дополнительной порцией кукурузного масла степень извлечения кофеина постепенно увеличивается до полного извлечения кофеина.

П р и м е р 2. Экстракт чая, имеюищй концентра1щю растворенных твердаквеществ 27,6% и температуру 2/ С, смешивают с кукурузным маслом при объемном соотношении 1:20 н перемешивают в течение 10 мин. Затем смесь подвергают разделению на центрифуге для получения чайного экстракта, из которого кофеин извлечен на 63%. Повторной обработкой достигают еще большей степени извлечения кофеина.

Примерз. Обескофеинивают зеленые зерна кофе, используя рециркулирующую водную среду, которая имеет равновесную концентрацию твердых растворенных веществ 29%, а ее температура равна 22 С. Проводят извлечение кофеина, пропуская водную среду противотоком через колонну с зеленьпии зернами, из колонны удаляют свободные от кофеина зёрна с одного ее конца, а с другого загружают натуральные зеленые зерна. В циркулирующей водной системе и в точке удаления ее из колонны водную среду направляют в центрифугу экстрактор, в которьш подают кофейное масло при 30°С и соотнощении 21:1 к среде для извлечения кофеина из водного зкстракта. В системе используют теплообменники для поддержа пш температуры зтих двух жидкостей на заданном уровне.

За один проход среды и масла через центрифугу из среды извлекают более одной трети кофеина. Во второй проход среды равного аликвотного количества масла увеличивается обескофеишшание среды до 60%. После обжаривания, измельчения и экстракции отделешп 1х обескофеиненных зерен, полученных после одного и двух проходов, оба образца водных экстрактов не содержат кофеина.

П р и м е р 4. Зеленые зерна кофе обрабатьшают ларом при 110° С до содержания влаги в них 45 вес.% и 10 кг аликвотных частей помещают в отдельные экстракционные камеры. Каждую аликвотную часть Обескофеинивают в течение 4ч при 95° С кукурузным маслом, которое пропускают через камеры со скоростью 1 кг/мин.

В пробе А масло пропускают только через одну камеру, после чего регенерируют экстракцией водой для удаления содержащегосяв нем кофеина, удаляют воду и затем масло снова рециркулнруют для поддержания непрерьшного потока свободного от кофеина кукурузного масла к набухшим зернам в камере.

Во второй пробе Б четыре камеры связаны в серию так, чтобы масло протекало через каждую из них. Регенерацию и рециркуляцию масла проводят только после того, как оно пройдет через все четыре камеры. Одну камеру, первую контактирующую с маслом, каждый час удаляют и црибавляют новую камеру в конце потока. Таким образом через б ч от начала работы в системе четыре камеры содержат зерна с различным содержанием кофеина из-за того, что их подвергают обработке по извлечению кофеина в течение различного времени потоком обескофеинивающего масла.

Содержание кофеина в зернах пробы А, взятых из камеры, которая прошла через все четыре стадии пробы Б, определено аналитически, относительная степень извлечения из них кофеина разяичная. В то время, как зерна из пробы А показьтают степень извлечения кофеина 52%, зерна из проб Б показьшают степень извлечения кофеина 92%. Таким образом многостадийная экстракция увеличивает эффективность извлечения кофеина.

П р и м е р 5. Водный экстракт обжаренных измельченных кофейных зерен отпаривают паром для удаления летучих. 200 г отпаренного напитка. имеющего содержанке растворенных твердых веществ 18,4%, затем смешивают с 2кг caфлq oвoгo масла и перемащивают в течение 30 мин при 20° С. Затем смесь центрифугируют для того, чтобы разбить эмульсию и отделить напиток декантацией. Отделенный напиток показьшает степень -изалечеНИН кофеина 56%.

П р и м е р 6. Извлечение кофеина осуществляют согласно примеру 5 с тем изменением, что вместо сафлорового масла используют 2 кг соевого масла. После отделения напиток показывает степень извлечения кофеина 56%.

Пример. Извлечегше кофеина осуществляют согласно примеру 5, используя 2 кг арахисового вместо сафлорового масла. напиток и масло обрабатьшают при 10° С вместо 20°С. Отделенный напиток показьюает степень извлечения кофеина 56%.

П р и м е р 8. Зеленые зерна кофе подвергают

обескофеиннва1шю кофейным маслом в четырехкамерной противоточной экстракционной зоне, как

описано для пробы Б в примере 4. В каждой

камере или ячейке содержится 6,8 кг зерен (по

сухому весу). Масло поддерживают при 105°С и

проводят экстракцию в течение 6 ч на полную

экстракцию (по 1,5ч на каждый цикл). Использованное соотнощение веса масла к весу зерен равно

120:1.

После каждого прохода рещ ркуяированного ласла через все четыре камеры экстракционной зоны, масло регенерируют водной экстракцией кофеииа и затем отпаривают для удаления содержащейся в нем воды. Заранее опред- ленное количество воды смешивают с маслом для его реииркуляции.

Используя огагсаьгаую выше методику, проводят пягь разшочных опытов. Эти опыты отличаются добавлештем различных количеств вощ; к отпаренному свободному от кофеина жироволту материалу. Данные для условш стационарного состояния проведения каждого опыта приведены в табл. 2.

Эти данные таблицы показьтают, что поддержание заданного содержашм влап позволяет достигнуть onnaiyMa извлечения при ми1шмальных потерях некофенновых составляющих зереи. Эффективность извлечения кофетгаа уменьщается, когда концентрация воды, имеющейся в жире, во время процесса извлечения кофеина уменьшается. Offii также показывают, что хотя эффективность извлечешш кофеига остается высокой при более высоких содержа П1ЯХ вояь в жире, больщое коллчестзо воды, присутствующей в системе, приводит в результате к увеличению потерь некофеиновых растворш.ьос составляющих из :«ерен.