Process for preparing decaffeinated tea

Abstract: To prepare decaffeinated tea, a tea which is adjusted to a water content of 15 to 50 % by weight is first extracted at 50 to 70 DEG C with moist CO2 at 260 to 350 bar, the caffeine is then reextracted from the caffeine-containing CO2 in the same pressure range using active carbon, and the caffeine-free CO2 is then recycled via the tea which has already been extracted, and the tea is separated from the CO2 and dried. <IMAGE>

Description: Beschreibung Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von entkoffeiniertem schwarzem Tee. Es sind bereits verschiedene Methoden zur Entkoffeinierung von Tee bekannt geworden. Während bei der Entkoffeinierung von Kaffee von Rohbohnen ausgegangen werden kann, muss bei der Entkoffeinierung von Tee von einem fermentierten Produkt ausgegangen werden, welches hinsichtlich des Aromas sehr kritisch ist und bei der Entfernung des Koffeins in der Regel erheblich beeinträchtigt wird. So sind verschiedene Verfahren zur Entkoffeinierung unter Verwendung von organischen Lösungsmitteln beschrieben worden, die jedoch sämtlich den Nachteil haben, dass erhebliche Teile des Aromas ebenfalls entfernt werden und eine ruckstandslose Entfernung des Lösungsmittels aus dem Tee schwierig ist. In der DE-AS 21 27 642 wird bereits ein Verfahren zur Entkoffeinierung von Tee beschrieben, bei welchem in einem ersten Verfahrensschritt mit trockenem überkri tischen CO dem trockenen Tee die Aromastoffe entzogen 2 werden, anschliessend in einem zweiten Schritt mit feuchtem überkritischen CO2 selektiv das Koffein extrahiert wird und nach Rücktrocknung des Tees das im ersten Extraktionsschritt abgetrennte Aroma wieder aufimprägniert wird. Dabei soll die Extraktion bei 40 bis 600C erfolgen, um das Aroma nicht zu schädigen und erst nach Aromaentfernung eine höhere Temperatur ange wendet werden. Die Koffeinextraktion soll bei 200 bis 250 bar durchgeführt werden. Die Koffeinabscheidung aus dem CO2 erfolgt dann durch Absenken von Temperatur und Druck unter den kritischen Bereich. Ein wesentlicher Nachteil dieses Verfahrens ist darin zu sehen, dass man zuerst das Aroma unter möglichst milden Bedingungen extrahieren muss, ehe man unter etwas schärferen Teii# > eraturbedingungen in einer zweiten gesonderten Stufe das Koffein entziehen kann. Ein weiterer Nachteil des Verfahrens besteht in der aufwendigen zweistufigen Arbeitsweise. Schliesslich ist auch die Abscheidung des Koffeins durch Druckentspannung und Temperatursenkung aufwendig, da man anschliessend erhebliche Energie aufwenden muss um das C02 wieder in den überkritischen Bereich zu bringen. Man hat bereits versucht, diesen letzteren Nachteil gemäss DE-PS 26 37 197 dadurch zu Gberwinden, dass man dem CO2 das Koffein im überkritischen Druckbereich mit Ionenaustauschern entzieht. Die bekannte zweistufige Extraktion des Tees wurde jedoch unverändert beibehal ten, wobei die Bedingungen 400C und 200 bar waren. Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein wesentlich einfacheres einstufiges Verfahren zur Herstellung von entkoffeiniertem Tee zu schaffen, welches selektiv das Koffein alleine extrahiert, ohne die Aromastoffe mitzuextrahieren und keinen Wechsel zwischen überkritischen und unterkritischen Temperatur- und Druckbedingungen beim Extraktionsmittel C02 erfordert. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss gelöst durch ein Verfahren zur Herstellung von entkoffeiniertem Tee durch Extraktion mit hinsichtlich Druck und Temperatur überkritischem CO2 in Gegenwart von Wasser, welches dadurch gekennzeichnet ist, dass man die Extraktion einstufig mit feuchtem CO2 bei 260 bis 350 bar und 50 bis 700C, vorzugsweise 60 bis 700C durchführt, dem coffeinhaltigen CO2 mit Aktivkohle im angegebenen Druckbereich das Koffein wieder entzieht und das so erhaltene koffein- freie CO2 über den entkoffeinierten Tee recyclisiert, letzteren austrägt und trocknet. Die Erfindung beruht auf der überraschenden Erkenntnis, dass es unter den vorstehend angegebenen Druck- und Temperaturbedingungen bei Einhaltung eines bestimmten Feuchtigkeitsgehaltes im Tee möglich ist, selektiv praktisch nur das Koffein zu extrahieren und so die gesonderte Extraktion der Aromastoffe und die Rückimprägnierung des entkoffeinierten Tees mit denselben überflüssig wird. Überraschenderweise wird dabei trotz der angewandten hohen Temperaturen praktisch keine wesentliche Veränderung der empfindlichen Aromastoffe bewirkt und der Tee behält seinen natürlichen Geschmack und sein natürliches Aroma weitgehend bei. Aufgrund dieser selektiven Extraktion ist es daher auch möglich, anstelle von Ionenaustauschern billige Aktivkohle zur Entfernung des extrahierten Koffeins aus dem CO2 zu verwenden, obwohl in der DE-PS 26 37 197 von der Verwendung von Aktivkohle wegen ihrer nicht ausreichenden Selektivität abgeraten wird. Für das erfindungsgemässe Verfahren setzt man in der Regel üblichen getrockneten Tee an, der vorher durch Wasserzusatz auf den angegebenen Feuchtigkeitsgehalt von 15 bis 50 Gew.-% gebracht wird. Die Einstellung des Feuchtigkeitsgehalts lässt sich ganz einfach durch Zusatz der jeweils erforderlichen Wassermenge zum trockenen Tee in einer geeigneten Mischvorrichtung und Mischung bis zur gleichmässigen Verteilung der Feuchtigkeit erzielen. Vorzugsweise stellt man den Tee auf 25 bis 40 Gew.-% Wasser ein, die besten Ergebnisse werden bei 28 bis 35 Gew.-% erhalten. Das CO2 wird wie erwähnt unter überkritischen Bedingungen in feuchtem Zustand eingesetzt. Der Druck muss, wie erwähnt, zwischen 260 und 350 bar, vorzugsweise zwischen 260 und 300 bar, liegen. Besonders bevorzugt wird ein Druck zwischen 270 und 290 bar angewendet. Der angegebene Temperaturbereich von 50 bis 700C ist kritisch. Unterschreitet man die Untergrenze von 50 C, so sinkt die extrahierte Koffeinmenge drastisch und das Verfahren arbeitet dann wesentlich unwirtschaftlicher und erfordert erheblich verlängerte Extraktionszeiten. Bei Uberschreitung der Obergrenze von 700C treten unerw(1nschte Aromaveränderungen ein. Die einzusetzende CO2-Menge hängt von der Menge des zu extrahierenden Koffeins im Tee ab. Da unter den angegebenen Druck- und Temperaturbedingungen etwa 0,2 g Koffein pro kg C02 aufgenommen werden können, wendet man zweckmässig etwa 2 bis 20 kg CO2, vorzugsweise etwa 5 bis 10 kg ca je Gramm zu extrahierenden Koffein im Tee an. Nach der Extraktion, die im allgemeinen zwischen etwa 2 und 10 Stunden dauert, führt man das mit dem Koffein beladene C02 unter Aufrechterhaltung der Druck- und Temperaturbedingungen im angegebenen Bereich in Kontakt mit Aktivkohle, zweckmässig in Form einer Aktivkohleschüttung. Dabei geht das Koffein in die Aktivkohle über. Das entkoffeinierte CO2 wird anschliessend wieder unter Extraktionsdruck recyclisiert zum bereits extrahierten Tee und führt diesem dabei etwa wieder dieselbe Menge Feuchtigkeit zu, die bei der Extraktion vorher entfernt wurde. Das Verfahren wird dabei zweckmässig unter Verwendung mehrerer Extraktionsautoklaven durchgeführt, die in Serie oder parallel geschaltet sein können und einzeln aus dem Verfahrens zyklus abtrennbar sind. Nach Beendigung der Recyclisierung erhält man so einen feuchten Tee mit stark vermindertem Koffeingehalt und praktisch unverändertem Aromastoffgehalt. Dieser Tee wird noch getrocknet, zweckmässig bei Temperaturen zwischen 60 und 800C und kann dann unmittelbar verwendet werden. Bei der Adsorption des Koffeins an die Aktivkohle wird zweckmässig eine Temperatur von 500C bis 700C eingehalten. Die Recyclisierung des CO2 zum bereits extrahierten Tee unter Rückfeuchtung desselben erfolgt zweckmässig im Temperaturbereich von 500C bis 700C, vorzugsweise von 600C bis 700C. Die Extraktion des Tees kann in einem üblichen Autoklaven durchgeführt werden, welcher mit Tee gefüllt und dann in der Längsachse vom CO2 durchströmt wird. Ein derartiger Extraktionsautoklav weist zweckmässigerweise Zylinderform auf und kann typischerweise ein Längenzu Durchmesser-Verhältnis von etwa 3:1 bis 8:1 aufweisen. Derartige Extraktionsautoklaven sind einfach aufgebaut und lassen sich durch einen abnehmbaren Deckel leicht mit dem Extraktionsgut beschicken. Es wurde nun gefunden, dass bei einem derartig aufgebauten Extraktionsautoklaven häufig eine unerwünschte Verfestigung des Füllgutes auftritt. Die Ursache hierfür liegt darin, dass bei Tee, wie auch bei den meisten anderen Naturstoffen, aufgrund ihrer Partikelform, hohe Kohäsivität vorliegt. Hinzu kommen Verfahrensparameter wie Feuchtegrad, CO2-Volumenstrom, Aufdrückgeschwindigkeit und Xnderungsgeschwindigkeit beim Volumenstrom, Autoklavhöhe und Filterfläche am Autoklavenausgang, welche eine Verfestigungsneigung bedingen. Bei Einsetzen der Verfestigung des Schüttgutes wird der Druckverlust beim Durchströmen der Schüttung erhöht, was zu einer weiteren Verfestigung führt. Als Folge davon tritt eine Kanalbildung auf, die wiederum Inhomo genitäten des auf Autoklavenquerschnitt und -höhe bezogenen Extraktionsgrades bewirkt. Dies kann zu einer wesentlichen Verlängerung der erforderlichen Extrak tionszeiten führen. Diese Nachteile lassen sich gemäss einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung dadurch beseitigen, dass man das zu extrahierende Gut, also den Tee, in Form eines Hohlzylinders anordnet und die Extraktion konzentrisch durchführt, indem man das unbeladene C02 von einer Zylinderoberfläche her zuführt und hinter der anderen Zylinderoberfläche das beladene C02 sammelt und von dort der Aktivkohle zuführt. Besonders zweckmässig erfolgt dabei die Zufuhr des CQ2 von der äusseren Zylin deroberfläche her. Bei einer entsprechenden Gestaltung des Hohlzylinders ergibt sich hierdurch auch die Mög- lichkeit, die Aktivkohle im inneren Hohlraum des Hohlzylinders anzuordnen, wodurch sich besonders günstige Strömungsverhältnisse ergeben. Nach dieser bevorzugten Radial-Strömungsmethode ändert sich der durchströmte Querschnitt auf dem Weg von einer Oberfläche des Hohlzylinders zur anderen Oberfläche ständig, gleichgültig, in welcher Richtung die Durchströmung erfolgt. Bei der besonders bevorzugten Ausführungsform mit Durchströmung von aussen nach innen ist im Vergleich zur üblichen axialen Durchströmung eines zylinderförmigen Extraktionsautoklaven die beaufschlagte Schüttgut-Mantelfläche 15- bis 20 mal grösser, am Ende bei Erreichen des Innenhohlraums etwa fünfmal grösser je nach Durchmesser des inneren Hohlraums. Entsprechend niedrig sind auch die Leerrohr- wie die Kanalgeschwindigkeiten zwischen benachbarten Teilchen. Bei unveränderter mittlerer Verweilzeit innerhalb des Autoklaven wird daher die Kontaktdauer an einem individuell betrachteten Partikel deutlich erhöht. Ebenfalls wird die mechanische Beanspruchung der Schüttung bei dieser Ausführungsform wesentlich reduziert. Der Druckverlust hängt bekanntlich quadratisch von der Leerrohrgeschwindigkeit ab und ist direkt proportional zur Laufstrecke des Fluids. Bei der Radialstrom-Extraktionsmethode beträgt daher die Laufstrecke des CO2 nur etwa 1/10 der Laufstrecke bei axialer Durchströmung des Autoklaven. Daher werden Verpressungen des Schüttgutes vermieden. Die besonders bevorzugte Ausführungsform der Extraktion mit Radialströmung bei Zufuhr des Extraktionsfluids vom äusseren Hohlzylindermantel her hat zudem den Vorteil, dass im hohlen Innenraum des Hohlzylinders die Aktivkohle angeordnet werden kann. Hierdurch werden Druckverluste in Rohrleitungen zwischen Extraktionsautoklaven und Abscheideautoklaven vermieden und eine besonders vorteilhafte Betriebsweise ermöglicht. Eine erfindungsgemässe Vorrichtung zur Durchführung des Radialextraktionsverfahrens gemäss der Erfindung weist daher einen zylindrischen Autoklaven 1, eine Extrak tionsmittelzuführung 2, einen Deckel 3 und einen Extraktionsmittelabzug 4 auf und ist gekennzeichnet durch einen in den Autoklaven eingesetzten zylindrischen Ex traktionsgutSehalter5 rnitperforiertem Mantel undeinem in der Zylinderachse angeordneten perforierten Extrak tionsmittel-Samelzylinder 7, der mit dem Extraktions mittelabzug 4 in Strömungsverbindung steht. Der perforierte Extraktionsmittel-Sazielzylinder 7 kann rohrförmig ausgebildet sein. Dies ist insbesondere dann zweckm#ssig, wenn das Extraktionsfluid gesammelt und direkt aus dem Extraktionsautoklaven über den Extraktionsmittelabzug 4 einem gesonderten Abscheideautoklaven mit Aktivkohlefüllung zugeführt werden soll. Gemäss einer besonderen Ausführungsform der erfindungs gemässen Vorrichtung weist der Extraktionsmittel-Sammelzylinder 7 Jedoch eine Aktivkohleftllung auf und ein gesonderter Abscheideautoklav wird hierdurch überflüssig gemacht. Bei der erfindungsgemässen Vorrichtung erhält man eine gleichmässige Anströmung der zu extrahierenden Schüttung. Der Extraktionsgutbehälter 5 kann im Autoklaven 1 fest angeordnet oder herausziehbar ausgeführt sein. Je nachdem erfolgt die Beschickung mit dem zu extrahierenden Gut im zylindrischen Autoklav oder auch nach Entnahme des Extraktionsqutbehälters ausserhalb davon. Der Extrak tionsmitte1-Ssuxe1zylinder 7 ist zweckmässig so ausgeführt, dass er bei Füllung mit dem Schüttgut aus der Vorrichtung gezogen werden kann. Dies erleichtert das Entleeren des Schtittgutes. Vor erneuter Befüllung wird dann das Rohr wieder eingesetzt. Der Sammelzylinder kann jedoch auch fest installiert sein. Die erfindungsgemässe Ausführungsform von Verfahren und Vorrichtung mit radialer Durchströmung des Extraktionsgutes eignet sich prinzipiell für beliebige Schüttgüter, die der Hochdruckextraktion mit einem Extraktionsmittel wie CO2 unterzogen werden sollen. Im folgenden Beispiel wird die Erfindung näher erläutert in Verbindung mit der beigefügten Zeichnung. In dieser stellen dar: Fig. 1 eine schematische Darstellung einer erfin dungsgemässen Anlage, wie im Beispiel näher erläutert. Fig. 2 eine Darstellung eines Extraktionsautoklaven mit radialer Durchströmung gemäss der Erfin dung. Beispiel 10 kg eines Tees der Sorte Ceylon-Blends mit 5,9 % H2O und 3,3 % Koffein werden mit 3,5 Litern H2O in einer Mischapparatur befeuchtet und anschliessend in den Extraktionsautoklaven (E) eingefüllt. Der Adsorber (A) wird mit 7 kg Aktivkohle beschickt. Extraktionsautoklav und Absorber werden mit CO2 aus einem Flüssigkeitstank (V) mit Hilfe der Pumpe P1 auf einen Druck von 200 bar gebracht, wonach die Pumpe aus dem Kreislauf genommen wird. Nach Einschalten der Pumpe P2 wird CO, über den Extraktionsautoklaven und den Absorber umgewälzt, wobei die Temperatur im Extraktionsautoklav durch den Wärmeaustauscher W1 auf 630C erhöht wird. Der Druck im Extraktionsautoklav beträgt 290 bar. Der Absorber wird bei einem Druck von 280 bar und einer Temperatur von 61 C betrieben. Nach 2,5 Stunden wird die Extraktion abgebrochen, das CO2 des Extraktionsautoklaven bis zum Druckausgleich in das CO2-Vorratsgefäss und danach an die Atmosphäre abgelassen. Der Tee wird dem Extraktionsautoklav entnommen und in einem Trocknerbei 700C getrocknet. Die Anlage ergibt eine Restfeuchte von 4,5 % H2O und 0,08 8 Koffein.

Claims: Single-stage process for the production of decaffeinated tea by extraction with CO 2 , supercritical with regard to pressure and temperature, in the presence of water, characterized in that one first extracts tea, adjusted to a 15 to 50 % by weight H 2 O content, at 50 to 70°C with moist CO 2 at 260 to 350 bar, then removes the caffein from the caffein-containing CO 2 in the same pressure range with activated carbon and thereafter recycles the caffein-free CO 2 over the already extracted tea, separates the tea from the CO 2 and dries. Process according to Claim 1, characterised in that, before the extraction, one adjusts the tea to 20 to 40 % by weight H 2 O. Process according to Claim 2, characterised in that, before extraction, one adjust the tea to 28 to 35 % by weight H 2 O. Process according to Claim 1, characterised in that one maintains the CO 2 at 260 to 300 bar. Process according to Claim 4, characterised in that one maintains the CO 2 at 270 to 290 bar. Process according to Claim 1, characterised in that one carries out the extraction at a temperature of 60 to 70°C. Process according to Claim 1, characterised in that one uses 2 to 20 kg of CO 2 per gram of caffein to be extracted in the tea. Process according to Claim 7, characterised in that one uses 3 to 10 kg of CO 2 per gram of caffein to be extracted in the tea. Process according to any one of the preceding Claims, characterised in that one arranges the tea in the form of a hollow cylinder and carries out the extraction concentrically in that one introduces the unloaded CO 2 from one cylinder surface and collects the loaded CO 2 behind the opposite cylinder surface and passes it to the activated carbon. Process according to Claim 9, characterised in that one introduces the CO 2 from the outer cylindrical surface and collects it in the hollow chamber of the cylinder. Process according to Claim 10, characterised in that one arranges the activated carbon in the inner chamber of the hollow cylinder. Use of a device, characterised by a cylindrical autoclave (1) with an extraction agent inlet (2), a lid (3) and an extraction agent removal means (4), characterised by a cylindrical extraction material container (5) with a perforated mantle (6) placed in the autoclave and a perforated extraction agent collection cylinder (7) arranged on the cylinder axis, which is in flow connection with the extraction agent removal means (4), for carrying out the process according to Claims 1 to 11. Use according to Claim 12, characterised in that the perforated extraction agent collection cylinder (7) is constructed in the form of a pipe. Use according to Claim 12 or 13, characterised in that the extraction agent collection cylinder (7) has an activated carbon filling. Use according to any one of Claims 12 to 14, characterised in that the extraction material container (5) has a ring-shaped lid (8) through which extends the extraction agent collection cylinder (7).

Inventors: KLIMA HUBERTUS, SCHUETZ ERWIN DR, VOLLBRECHT HEINZ-RUEDIGER DR, KLIMA, HUBERTUS, SCHUETZ, ERWIN, DR., VOLLBRECHT, HEINZ-RUEDIGER, DR., Schütz, Erwin, Dr., Vollbrecht, Heinz-Rüdiger, Dr.
Applicants: SUEDDEUTSCHE KALKSTICKSTOFF, SKW TROSTBERG AKTIENGESELLSCHAFT
Application year: 1985
Main classification: A23F3
IPC codes: A23F3, B01D11