專利名稱：用超臨界流體除去咖啡因的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是關(guān)于用超臨界流體從鮮咖啡豆中提取咖啡因的方法，更具體地說，它包括連續(xù)不斷地將基本不含咖啡因的超臨界流體從裝有鮮咖啡豆的提取器一端送入，將載有咖啡因的超臨界流體從提取器的另一端排出;定期排出一部分已脫去咖啡因的咖啡豆，基本上同時(shí)將一部分未脫咖啡因的咖啡豆裝入提取器，隨后在逆流水吸收器中從載咖啡因的超臨界液體中除去幾乎全部咖啡因。本方法比以前的不連續(xù)工藝效率更高，生產(chǎn)的去咖啡因咖啡質(zhì)量更好。
各種脫去咖啡因方法在技術(shù)上是眾所周知的，最通用的技術(shù)包括先用水將咖啡豆膨漲，接著用有機(jī)溶劑提取，或用可溶解鮮咖啡而不含咖啡因的溶液提取，并在提取后再用某種溶劑將其所含的咖啡因提出。在上兩種情況中，至少一些有代表性的溶劑在與咖啡豆接觸后，都要留下痕量，最有用的溶劑是鹵代烴類。然而為得到無任何痕量溶劑的咖啡，正在逐漸地避免使用這些溶劑。
盡管成本高，但較有價(jià)值的轉(zhuǎn)換工藝之一，是用超臨界流體提取鮮咖啡豆中的咖啡因，最可取的流體是超臨界二氧化碳，這種工藝在Zosel公司美國(guó)專利4，260，639中已公開，他們用水潮化過的超臨界二氧化碳與鮮咖啡豆接觸，提取其中所含的咖啡因，利用二氧化碳通過儲(chǔ)水器鼓泡的方法把咖啡因從載有它的超臨界二氧化碳中吸出。如Zosel公司的美國(guó)專利3，806，619所公開的那樣，上述儲(chǔ)水器每隔四小時(shí)換一次新水。然而，這種回收系統(tǒng)效率很低，因?yàn)閮?chǔ)水器不能給回收咖啡因提供連續(xù)的驅(qū)動(dòng)力，并且周期性換水使整個(gè)流程不連續(xù)，這是所不希望的。Zosel公司的美國(guó)專利4，247，570公開的另一種方法，即在咖啡豆和超臨界流體接觸前，先將鮮咖啡豆與咖啡因吸附劑混合，在超臨界流體提取咖啡因的同時(shí)，咖啡因被咖啡因吸附劑吸收，撤掉了咖啡因需要進(jìn)一步分離的步驟，以前的方法均為不連續(xù)性工藝，它們要比更接近連續(xù)的方法效率低。
本發(fā)明的目的(1)提供一種用超臨界流體從鮮咖啡豆中提取咖啡因的更為接近連續(xù)的方法。(2)在脫咖啡因的過程中通過限制非咖啡因物質(zhì)的損失改進(jìn)所生產(chǎn)的脫咖啡因咖啡的質(zhì)量。
本發(fā)明是提供一種連續(xù)不斷地將基本上不含咖啡因的超臨界流體從提取器的一端送入并連續(xù)不斷地將載有咖啡因的超臨界流體從提取器的另一端排出的方法，這種方法同時(shí)還包括周期性地將已脫去咖啡因的一部分咖啡豆從不含咖啡因超臨界流體進(jìn)入提取器的一端排出，與此同時(shí)將一部分未脫咖啡因的咖啡豆從提取器的另一端裝入。再將載有咖啡因的超臨界流體送入逆流流體吸收器，在吸收器中咖啡因從超臨界流體轉(zhuǎn)移到極性流體中，然后將基本上不含咖啡因的超臨界流體重新返回提取器。
圖1提取器的圖表解釋。
圖2提取器中鮮咖啡豆脫咖啡因流程和流體吸收器中從咖啡因溶劑中回收咖啡因流程的圖示解釋。
根據(jù)本發(fā)明，咖啡因通過超臨界流體從鮮咖啡豆中提取得到，超臨界流體是這樣一種流體，典型的超臨界流體在環(huán)境條件下是氣體，它在它自身臨界溫度以上的溫度和臨界壓力以上的壓力下被保存。適于本發(fā)明使用的超臨界流體包括二氧化碳，氮?dú)?，一氧化二氮，甲烷，乙烯，丙烷和丙烯。二氧化碳的臨界溫度為31℃，臨界氣壓為72.8個(gè)大氣壓，特別適用，同時(shí)，二氧化碳豐富易得，相對(duì)價(jià)廉，不會(huì)爆炸以及在食品加工中安全適用。超臨界流體既可以以單體形式使用也可以以幾種超臨界流體混合的形式使用。
此外，可以在超臨界流體中加入某種所謂的增強(qiáng)劑以改善超臨界流體的溶劑特性。最有用的增強(qiáng)劑是一些低、中沸點(diǎn)的醇或醚，典型的增強(qiáng)劑包括甲醇，乙醇、乙酸乙酯等，增強(qiáng)劑按重量算以大約0.1%至20.0%的比例加到基本上不含咖啡因的超臨界流體中，這些打算使用的增強(qiáng)劑在所述的操作條件下均不是最典型的超臨界流體，而是簡(jiǎn)單地將它們?nèi)芙庠诔R界流體中以改善超臨界流體的溶劑性質(zhì)。
在具體使用中，可以在超臨界流體進(jìn)入提取器之前，將所選定的增強(qiáng)劑按上述比例溶在基本上不含咖啡因的超臨界流體中，也可以不加增強(qiáng)劑就將基本上不含咖啡因的超臨界流體送進(jìn)提取器。然后再引入增強(qiáng)劑到提取器中，使增強(qiáng)劑與超臨界流體在超臨界流體加到柱長(zhǎng)的1/4到1/3時(shí)結(jié)合。以這種方式操作可以為沖洗咖啡豆提供一定量的無增強(qiáng)劑超臨界流體，從而達(dá)到除去咖啡豆中存在的任何增強(qiáng)劑殘留物的目的。
所使用的提取器要求能夠?yàn)轷r咖啡豆與超臨界流體提供有效的接觸，能夠承受使用超臨界流體帶來的高壓。最適用的提取器為細(xì)長(zhǎng)柱，其長(zhǎng)度是其直徑的4至10倍，這樣做可以使超臨界流體通過鮮咖啡豆時(shí)，咖啡豆可以保持層狀，提取器，特別是細(xì)長(zhǎng)柱，最典型地是處于垂直狀態(tài)，這種放置可以利用重力作用為咖啡豆通過柱時(shí)提供動(dòng)力。
因?yàn)槌R界流體提取法是逆流提取法，所以卸放已脫去咖啡因的咖啡豆和送入基本上不含咖啡因的超臨界流體是在提取器的同一端，同樣加入未脫咖啡因的鮮咖啡豆和排出載有咖啡因流體也在提取器的同一端。對(duì)于垂直放置的細(xì)長(zhǎng)柱來說，最好將已脫去咖啡因的咖啡豆從柱的底部放出，以便最好地使用重力來幫助鮮咖啡豆穿過柱子移動(dòng)。周期性地排出和添加一部分鮮咖啡豆，使咖啡豆層連續(xù)地通過提取柱。當(dāng)周期性地排出一部分已脫去咖啡因的咖啡豆時(shí)，咖啡豆層靠重量造成層下移，這樣就避免了柱子頂部被同時(shí)投入的那部分未脫咖啡因的咖啡豆填滿，最后效果就是鮮咖啡豆連續(xù)地進(jìn)入提取柱，下移，穿過提取柱，而以脫去咖啡因咖啡豆的形式被排出。當(dāng)然，提取柱不是一定要垂直放置，脫去咖啡因的咖啡豆也不一定必須從柱的底部排出，但是，上面所述的方案是最方便的，由其反映在咖啡豆的投料和排料上。
鑒于涉及高壓，周期性地投入和排出咖啡豆最容易地是通過中間壓力器來完成，這種中間壓力器稱為吹揚(yáng)器，它不過是與周期性投入和排出那部分咖啡豆體積大約相等的較小的壓力器，它的兩端均由閥門隔開，典型的閥門是球形閥，吹揚(yáng)器直接裝在提取器的上部和下部，連接處各有一個(gè)閥門，在周期性的投料和排料前，先將上方吹揚(yáng)器用打算裝入提取器體積的咖啡豆填充(以具體的垂直細(xì)長(zhǎng)柱為例)，關(guān)閉吹揚(yáng)器，吹揚(yáng)器中所剩的未用空間再用超臨界流體填充以增加壓力至與提取器內(nèi)壓力相等，當(dāng)處在周期性投料和排料時(shí)間時(shí)，打開連接在提取器低端的空吹揚(yáng)器上的閥門。同樣地，也打開上端吹揚(yáng)器與提取器之間的連接閥，將未脫咖啡因的咖啡豆投入提取器，然后，兩個(gè)閥門都關(guān)閉。這時(shí)的上端吹揚(yáng)器中除有少量超臨界流體外基本上是空的，而下端吹揚(yáng)器裝有已脫去咖啡因的咖啡豆和一些超臨界流體。下端吹揚(yáng)器中的超臨界流體可以排到儲(chǔ)蓄器或裝有咖啡豆的上端吹揚(yáng)器中，這樣可以保存昂貴的流體。除吹揚(yáng)器外，還可以選用用于壓力器上的回轉(zhuǎn)水閥，它們可以使自動(dòng)操作更平穩(wěn)，更容易，但回轉(zhuǎn)水閥在機(jī)械上更復(fù)雜，使最初的安裝和平時(shí)的維持費(fèi)更高。
在確定時(shí)間周期后，脫去咖啡因的咖啡豆排出和未脫咖啡因的咖啡豆投入均周期性進(jìn)行，過程如下所述，周期性地排出一部分已脫去咖啡因的咖啡豆，這部分咖啡豆的最佳范圍以體積算占提取器中的咖啡豆體積的5%到33%，周期性投入的未脫咖啡因的咖啡豆部分同樣以咖啡豆柱層的體積測(cè)算，同時(shí)，將未脫咖啡因的咖啡豆從細(xì)長(zhǎng)柱的另一端投入，它的體積約等于已排出的脫去咖啡因咖啡豆部分的體積，通常這一端是柱子的頂端。例如，排出的咖啡豆層的體積為15%，那么，與此同時(shí)投入的未脫咖啡因的鮮咖啡豆體積也為15%。
很明顯，具體的操作條件與所給系統(tǒng)的構(gòu)造有關(guān)，本方法在最佳狀態(tài)下操作以達(dá)到充分脫去咖啡豆中咖啡因時(shí)的最大生產(chǎn)能力，通常從咖啡豆中至少可提出最初存在的咖啡因的97%。較為重要的操作條件有二，它們是超臨界流體與咖啡豆的重量比和周期性排放和投入咖啡豆的頻率，在選擇最適宜的重量比時(shí)有要爭(zhēng)取的目標(biāo)，當(dāng)然，選擇使用可能最少量的超臨界流體最合適，這樣可以降低操作成本。然而，超臨界流體用量不足會(huì)削弱生產(chǎn)效率，并且在達(dá)到所需的脫咖啡因水平之前，載咖啡因超臨界流體中咖啡因的濃度過早地達(dá)到它的最高可達(dá)到的水平，因此，也就失去了從鮮咖啡豆中提取咖啡因的全部動(dòng)力。已發(fā)現(xiàn)超臨界流體與咖啡豆的最佳重量比30～100公斤超臨界流體/1公斤通過柱子的咖啡豆。
周期性投料和排料的頻率也是重要的操作條件，它關(guān)系到脫咖啡因的效率，希望達(dá)到最大限度的生產(chǎn)能力，又希望從咖啡豆中提出所要量的咖啡因，因此，選擇排料和投料的頻率必須權(quán)衡這兩個(gè)方面。最佳頻率依賴所給的系統(tǒng)，已發(fā)現(xiàn)基本上不含咖啡因的咖啡豆合適的排出是約每隔10到120分鐘進(jìn)行一次，考慮到未脫咖啡因的鮮咖啡豆投入時(shí)間最好與基本上不含咖啡因的咖啡豆的排出時(shí)間一致，投入未脫咖啡因的咖啡豆頻率也在大約每隔10到120分鐘一次。咖啡豆在提取器中的總存留時(shí)間由周期性排出和投入的頻率以及周期性排出和投入咖啡豆體積的大小來確定，因此，如果每隔54分鐘排出細(xì)長(zhǎng)柱體積的15%(有相應(yīng)的體積裝入)，那么咖啡豆在提取器中的總存留時(shí)間是6小時(shí)，根據(jù)上文所設(shè)的限制，咖啡豆在細(xì)長(zhǎng)柱中的總存留時(shí)間在2到13小時(shí)之間。
此外，提取器中保持的溫度和壓力也是重要的操作變量，因?yàn)闉楂@得超臨界流體，溫度和壓力必須在臨界常數(shù)以上。盡管沒有相應(yīng)的溫度或者壓力上限，溫度也不能高至有損害咖啡豆質(zhì)量的溫度，壓力也不能高得需要昂貴設(shè)備才能保證的地步。鮮咖啡豆對(duì)溫度的影響很敏感，不同的咖啡豆類型對(duì)增高的溫度有不同的耐受度，溫度超過約100℃會(huì)使某些類型的鮮咖啡豆的氣味降級(jí)，盡管相對(duì)高的溫度對(duì)脫咖啡因的速率是有益的，但對(duì)送超臨界流體進(jìn)入嚴(yán)格地處在臨界溫度狀態(tài)的提取器來說是不合適的。將提取器的溫度保持在大約70℃至140℃之間是合適的，比較好的溫度是保持在大約80℃到100℃之間，這取決于鮮咖啡豆對(duì)溫度的耐受度。為得到超臨界流體，柱內(nèi)壓力至少要維持臨界壓力下，早已知道超臨界流體的溶解能力隨壓力增加而增大。然而，要達(dá)到這一點(diǎn)，典型的在大約400個(gè)大氣壓，所增加的溶解能力抵不上維持這種壓力的附加投資。
系統(tǒng)中引入水分有利于脫咖啡因，可以把未脫咖啡因的鮮咖啡豆在投料前先弄濕，使咖啡豆中的咖啡因增溶，更易于提取，典型的未脫咖啡因的咖啡豆潮化以重量濕度算在25%到50%之間。此外，基本上不含咖啡因的超臨界流體在加入提取器前可以用水飽和，典型的這種超臨界流體飽和以重量濕度算大約在1%到3%之間，因此，隨著水份的引入，脫咖啡因的效率提高了。
從本發(fā)明中可發(fā)現(xiàn)，與以前的工藝流程相比，超臨界流體操作提取咖啡因的步驟成功地改進(jìn)了脫咖啡因的效率，同時(shí)也改進(jìn)了脫咖啡因咖啡的質(zhì)量。不管如何設(shè)計(jì)流程，超臨界液體與含咖啡因的鮮咖啡豆接觸導(dǎo)致了咖啡因在流體與咖啡豆之間的分配。當(dāng)然，我們希望盡可能多的使咖啡豆中的咖啡因進(jìn)入流體。然而，這種分配取決于咖啡因在超臨界流體中和在咖啡豆中的相對(duì)溶解度。可以根據(jù)給定條件下的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)計(jì)算分配系數(shù)，分配系數(shù)的定義是在平衡狀態(tài)時(shí)超臨界流體中咖啡因的濃度除以咖啡因在鮮咖啡豆中的濃度。一般地講，影響分配系數(shù)的條件有溫度，壓力和鮮咖啡豆中的含水量。例如，以超臨界二氧化碳作為提取鮮咖啡豆中咖啡因的溶劑時(shí)，在溫度約85℃，壓力約250巴，按重量計(jì)算鮮咖啡豆的含水量約是35%～40%時(shí)，分配系數(shù)是0.026。
已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，本發(fā)明中的連續(xù)逆流系統(tǒng)比任何早期不連續(xù)式工藝流程有極大的優(yōu)點(diǎn)，因?yàn)檩d有咖啡因的超臨界流體僅在離開提取器之前要與新鮮的有著天然咖啡因水平的鮮咖啡豆接觸，天然存在的咖啡因含量隨要脫咖啡因的鮮咖啡豆類型不同而不同，例如，典型的洛巴斯它咖啡豆按重量算含咖啡因約2%，而典型的哥倫比亞咖啡按重量算約含咖啡因1.1%。由于在提取器中載咖啡因流體要與新鮮咖啡豆接觸，超臨界流體中咖啡因濃度將接近或達(dá)到基于給定流體的咖啡因分配系數(shù)的限定值。已經(jīng)知道用逆流操作法，典型的提取器中超臨界流體所含咖啡因的濃度至少可達(dá)最大可得咖啡因濃度的50%，更好的至少可達(dá)到70%。最大可得咖啡因濃度由分配系數(shù)和要脫咖啡因的咖啡豆中咖啡因的天然含量決定。流體中有如此高的咖啡因濃度非常有意義，它反映了脫咖啡因系統(tǒng)的效率，并能使咖啡因這個(gè)有價(jià)值的副產(chǎn)品從超臨界流體中得到有效的回收。
在非連續(xù)性系統(tǒng)中，隨著鮮咖啡豆中的咖啡因被分配，超臨界流體中的咖啡因濃度卻戲劇性地下降，因此，與本發(fā)明的逆流提取系統(tǒng)相比，要達(dá)到相同的脫咖啡因水平，非連續(xù)性系統(tǒng)需要用非常大量的超臨界流體。例如，若以二氧化碳作為超臨界流體，達(dá)到脫去咖啡豆中97%的咖啡因水平，與本發(fā)明的逆流系統(tǒng)相比，非連續(xù)性系統(tǒng)需要用約33倍的超臨界二氧化碳流體。進(jìn)一步講，用本發(fā)明的逆流提取系統(tǒng)提取米爾斯咖啡豆時(shí)，載有咖啡因的超臨界二氧化碳液中的咖啡因的濃度大致相當(dāng)于280ppm，而用非連續(xù)性系統(tǒng)提取，咖啡因在載它的超臨界流體中的濃度僅約8ppm。該逆流提取系統(tǒng)所增加的咖啡因濃度對(duì)從超臨界流體中有效回收咖啡因特別重要。
有幾種咖啡因回收技術(shù)在工藝上是已知的，例如，讓載咖啡因的超臨界流體通過吸收床，如活性炭床，以吸收咖啡因。還可以降低載咖啡因超臨界流體的壓力，使咖啡因和任何增強(qiáng)劑沉淀析出。然而，已知超臨界流體不是僅僅選擇咖啡因而是對(duì)咖啡因和非咖啡因物質(zhì)均有提取作用，例如，具有代表性的超臨界二氧化碳液提取非咖啡因物質(zhì)和咖啡因的比例以重量算非咖啡因物質(zhì)比咖啡因?yàn)?.5∶1至3∶1，因此，如果超臨界二氧化碳從鮮咖啡豆中提取咖啡因達(dá)到其含咖啡因濃度為220ppm，那么也意味著該液體中含非咖啡因物質(zhì)的濃度約為300～600ppm。已發(fā)現(xiàn)以上兩種回收咖啡因的方法，簡(jiǎn)稱吸收法和減壓法，均不能選擇性地回收咖啡因，從而這些對(duì)咖啡味道質(zhì)量起重要作用的咖啡因物質(zhì)在咖啡因回收過程中從超臨界流體中失去了。
根據(jù)本發(fā)明，從提取器中排出的載咖啡因超臨界流體連續(xù)不斷地送入逆流流體吸收器。對(duì)于早先的用超臨界流體脫咖啡因工藝流程來說，由于非連續(xù)性提取方式，提取器中載咖啡因超臨界流體所含的咖啡因濃度低，所以使用連續(xù)逆流流體吸收系統(tǒng)不實(shí)際也不經(jīng)濟(jì)。然而，在本發(fā)明中使用逆流流體吸收器不僅經(jīng)濟(jì)有效，而且還發(fā)現(xiàn)，載有咖啡因和非咖啡因物質(zhì)的超臨界流體進(jìn)入這種吸收器后，極性流體對(duì)咖啡因顯示出很高的選擇性。這樣，當(dāng)幾乎不含咖啡因的超臨界流體從吸收器中排出時(shí)，與載有咖啡因和非咖啡因物質(zhì)的超臨界流體進(jìn)入吸收器時(shí)，含有幾乎相等水平的非咖啡因物質(zhì)。因此，當(dāng)把這種流體再循環(huán)到咖啡因提取器中時(shí)，它從要脫咖啡因的鮮咖啡豆中提出的非咖啡因物質(zhì)就是微乎其微了。結(jié)果，用本發(fā)明的方法生產(chǎn)出的脫咖啡因咖啡具有較好的味道，同時(shí)也消除了涉及非咖啡因物質(zhì)損失帶來的效率損失。
根據(jù)本發(fā)明，流體吸收器在超臨界條件下操作，通常，吸收器內(nèi)的溫度和壓力與提取器中的溫度和壓力相等或近似相等。如上文所討論的，臨界溫度和臨界壓力隨所用的流體不同而變化，吸收器的設(shè)計(jì)在工藝方面很好地考慮了吸收器的常規(guī)操作，典型的吸收器用從那些技術(shù)上易得的填料中選出的填料來完成，一般來講，極性流體與超臨界流體相接觸以重量算超臨界流體與極性流體之比約為5∶1至25∶1，典型的比例大約為10∶1至20∶1。對(duì)本發(fā)明中的連續(xù)逆流吸收器來講，水是較好的極性流體，在本發(fā)明中，極性流體至少可以除去載咖啡因超臨界流體所含咖啡因重量的90%，高的可除去(以重量算)咖啡因量的95%。
本發(fā)明在參考圖中有進(jìn)一步的描述，圖1是具體選用的較好的提取器。在穩(wěn)態(tài)，提取器5被鮮咖啡豆層所填充，基本上不含咖啡因的超臨界流體從提取器的第一尾端6裝入，載有咖啡因的超臨界流體從提取器的第二尾端4排出，鮮咖啡豆周期性地通過閥1進(jìn)入吹揚(yáng)器2，周期性地，閥3和閥7同時(shí)打開使鮮咖啡豆從吹揚(yáng)器2送到提取器的第二尾端4并從提取器的第一尾端6排出一部分基本脫去咖啡因的咖啡豆到吹揚(yáng)器8，然后關(guān)閉閥3和閥7，再打開閥9把基本上脫去咖啡因的咖啡豆從吹揚(yáng)器8中放出，新咖啡豆經(jīng)閥1進(jìn)入吹揚(yáng)器2，步驟重復(fù)。
圖2是對(duì)本發(fā)明脫咖啡因系統(tǒng)的圖示說明，其中鮮咖啡豆(12)被裝入提取器(10)中而作為脫去咖啡因的咖啡豆(14)從提取器中被放出?；旧喜缓Х纫虻某R界流體(流(16))相對(duì)鮮咖啡豆被逆流送入提取器，而作為載咖啡因液流(18)的形式被排出。載咖啡因流(18)接著被送到水吸收器(20)，而作為基本上不含咖啡因的超臨界流體流(16)從吸收器中排出，水(流(22))逆流性地送入水吸收器，而作為含咖啡因的液流(24)排出。
實(shí)施例1于長(zhǎng)度約為其直徑5倍的加長(zhǎng)耐壓提取器中裝入100%的哥倫比亞鮮咖啡豆，這些咖啡豆預(yù)先使含水量以重量算約為30%～40%，耐壓提取器中容納的咖啡豆大約120磅，從提取器的底部連續(xù)不斷地送入基本上不含咖啡因的超臨界二氧化碳流體，壓力約250個(gè)大氣壓，溫度約130℃，隨著超臨界液向上移動(dòng)穿過提取器，二氧化碳從咖啡豆中提取咖啡因和非咖啡因物質(zhì)，含有咖啡因和非咖啡因物質(zhì)的流體連續(xù)不斷從提取器的頂部排出，每19分鐘，排出大約約占咖啡層體積10%的已脫咖啡因咖啡豆至底部吹揚(yáng)器內(nèi)，同時(shí)，預(yù)裝在頂部吹揚(yáng)器內(nèi)的預(yù)濕后的哥倫比亞咖啡豆從提取器的頂部裝入?？Х榷乖谔崛∑髦锌偞媪魰r(shí)間約為3小時(shí)。超臨界二氧化碳與咖啡豆的重量比約為50公斤二氧化碳/1公斤咖啡。
在上操作條件下，超臨界二氧化碳和咖啡豆之間的咖啡因分配系數(shù)計(jì)算約為0.026，哥倫比亞的米爾斯咖啡豆以干重計(jì)算平衡咖啡因濃度約為1.22%，或以重量計(jì)算約為1.08%。因此，超臨界二氧化碳中的最大可得咖啡因濃度約為280ppm，在提取器頂部的載咖啡因超臨界液中咖啡因濃度約為200ppm，即大約是最高可得咖啡因濃度的71%，載咖啡因超臨界液被發(fā)現(xiàn)還含約350ppm的非咖啡因物質(zhì)，排入底部吹揚(yáng)器的咖啡豆以重量算至少脫去了97%的咖啡因。
實(shí)施例2例1中載咖啡因超臨界二氧化碳連續(xù)不斷地送入直徑4.3英寸，高度40英尺及填料高度32英尺的吸收器底部，送入二氧化碳液的速度為1350磅/小時(shí)，水從吸收器的頂部以110～120磅/小時(shí)的速度加入，吸收器在大約250個(gè)大氣壓，約130℃的條件下運(yùn)行，下表中可證明水對(duì)咖啡因的良好選擇性，所得咖啡因純度約為88%。
表速度咖啡因濃度非咖啡因物(磅/小時(shí))(ppm)質(zhì)濃度(ppm)送入吸收器的二氧化碳1350200348排出吸收器的二氧化碳135019332送入吸收器的水 110-120 0 171＊從吸收器排出的水 110-120 2，450 340＊＊171ppm非咖啡因物質(zhì)為水中的無機(jī)鹽吸收器中排出的基本上不含咖啡因的超臨界二氧化碳被重新送入例1的提取器中，由重新循環(huán)的基本上不含咖啡因但含有非咖啡因物質(zhì)的二氧化碳液生產(chǎn)的脫咖啡因咖啡豆用于制備咖啡飲料(A)，對(duì)照的咖啡飲料(B)是由同一種脫去咖啡因的咖啡豆制備，不同在于脫咖啡因的超臨界流體是基本上不含咖啡因和非咖啡因物質(zhì)的二氧化碳液，這種二氧化碳液是由例1過程產(chǎn)生的載咖啡因二氧化碳液通過活性炭層得到的，這種活性炭層吸收了其中的咖啡因和非咖啡因物質(zhì)?？Х蕊嬃?A)由咖啡品嘗專家組裁決與咖啡飲料(B)相比有更好的味道。飲料A味質(zhì)的改進(jìn)歸功于在再循環(huán)的二氧化碳中非咖啡因物質(zhì)的存在，再循環(huán)的二氧化碳避免了脫咖啡因過程中咖啡豆中有價(jià)值的調(diào)味化合物的損失。
權(quán)利要求
1.用超臨界流體從鮮咖啡豆中提取咖啡因的方法，包括(a)連續(xù)不斷地將基本上不含咖啡因的超臨界流體從裝有鮮咖啡豆提取器的第一尾端送入，同時(shí)將載有咖啡因的超臨界流體從提取器的第二尾端放出；(b)周期性地從提取器的第一尾端放出一部分脫去咖啡因的咖啡豆；并(c)同時(shí)從提取器的第二尾端送入一部分未脫咖啡因的咖啡豆。
2.從鮮咖啡豆中用超臨界流體提取咖啡因的方法，包括在足以使咖啡豆中的咖啡因轉(zhuǎn)移到超臨界流體中的時(shí)間周期內(nèi)，讓基本上不含咖啡因的超臨界流體與咖啡豆接觸，這里說的轉(zhuǎn)移是使超臨界流體中的咖啡因濃度不少于最大可獲得咖啡因濃度的50%，所說的最大可獲得咖啡因濃度受給定的超臨界流體的咖啡因分配系數(shù)制約。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的方法，其中所述的轉(zhuǎn)移使超臨界流體中的咖啡因濃度不少于最大可獲得咖啡因濃度的70%。
4.根據(jù)權(quán)利要求2的方法，其中超臨界流體選自氮?dú)猓谎趸?，甲烷，乙烯，丙烷和丙烯?br>
5.根據(jù)權(quán)利要求2的方法，其中所說的超臨界流體是超臨界二氧化碳。
6.根據(jù)權(quán)利要求2的方法，其中所述的接觸包括(a)連續(xù)不斷地把基本上不含咖啡因的超臨界流體從裝有鮮咖啡豆的提取器的第一尾端加入，將載有咖啡因的超臨界流體從提取器的第二尾端排出;(b)周期性地從提取器的第一尾端放出一部分脫去咖啡因的咖啡豆;并(c)同時(shí)從提取器的第二尾端加入一部分未脫咖啡因的咖啡豆。
7.根據(jù)權(quán)利要求6的方法，其中的提取器是直立的，加長(zhǎng)耐壓提取器，它的長(zhǎng)度是它的直徑的4到10倍。
8.根據(jù)權(quán)利要求7的方法，其中提取器的第一尾端是在柱子的底部，第二尾端是在柱子的頂部。
9.根據(jù)權(quán)利要求8的方法，其中周期性地裝入和同時(shí)性地排出的咖啡豆部分的體積約為提取器中的咖啡豆體積的5%至33%。
10.根據(jù)權(quán)利要求9的方法，其中周期性加料和排料是約每隔10至120分鐘進(jìn)行一次。
11.根據(jù)權(quán)利要求10的方法，其中超臨界流體與咖啡豆的重量比約為30～100公斤超臨界流體/1公斤咖啡豆。
12.根據(jù)權(quán)利要求11的方法，其中提取器中溫度保持在80～140℃之間。
13.根據(jù)權(quán)利要求6的方法，其中還包括在咖啡豆裝入提取器之前按水分重量算潮化咖啡豆至含水量25%至50%。
14.根據(jù)權(quán)利要求13的方法，其中還包括在基本上不含咖啡因的超臨界流體加入提取器前，先用水飽和之。
15.根據(jù)權(quán)利要求6的方法，其中咖啡豆周期性通過回旋閥投入到提取器中，然后從提取器中排出。
16.根據(jù)權(quán)利要求6的方法，其中咖啡豆周期性通過吹揚(yáng)器投入到提取器中，然后從中排出。
17.根據(jù)權(quán)利要求6的方法，其中還包括在超臨界流體與咖啡豆接觸前，使基本上不含咖啡因的超臨界流體與增強(qiáng)劑合并。
18.根據(jù)權(quán)利要求6的方法，其中還包括增強(qiáng)劑與超臨界流體合并是在超臨界流體已通過柱長(zhǎng)的1/4至1/3時(shí)，將增強(qiáng)劑引入柱中而成的。
19.根據(jù)權(quán)利要求17或18的方法，其中增強(qiáng)劑選自甲醇，乙醇和乙酸乙酯。
20.根據(jù)權(quán)利要求17或18的方法，其中增強(qiáng)劑與基本上不含咖啡因的超臨界流體結(jié)合的比例以重量算對(duì)增強(qiáng)劑來說為0.1%至20%。
21.從含有咖啡因和非咖啡因物質(zhì)的超臨界流體中分離咖啡因的方法，包括使前面所述的超臨界流體與極性流體接觸一段時(shí)間，這些時(shí)間應(yīng)足以使超臨界流體中所含的基本上所有咖啡因都轉(zhuǎn)移至極性溶液中，接觸也使微量非咖啡因物質(zhì)轉(zhuǎn)移到極性溶液。
22.根據(jù)權(quán)利要求21的方法，其中接觸是在吸收器中進(jìn)行的，極性流體對(duì)超臨界流體而言是逆流運(yùn)動(dòng)的。
23.根據(jù)權(quán)利要求21的方法，其中極性流體是水。
24.根據(jù)權(quán)利要求21的方法，其中接觸至少將90%的咖啡因從含咖啡因和非咖啡因物質(zhì)的超臨界流體中轉(zhuǎn)移到極性流體中。
25.根據(jù)權(quán)利要求21的方法，其中接觸將低于5%的非咖啡因物質(zhì)從含咖啡因和非咖啡因物質(zhì)的超臨界流體中轉(zhuǎn)移至極性流體。
26.根據(jù)權(quán)利要求21的方法，其中還包括從極性液體中回收咖啡因，它是一種有價(jià)值的副產(chǎn)品。
27.脫鮮咖啡豆中咖啡因的方法，包括(a)連續(xù)不斷地將基本上不含咖啡因的超臨界流體從裝有鮮咖啡豆的提取器的第一尾端投入，將含有咖啡因和非咖啡因物質(zhì)的超臨界流體從提取器的第二尾端排出，該流體中咖啡因的濃度不低于最大可獲得咖啡因濃度的50%，這個(gè)最大可獲濃度受給定的鮮咖啡豆和給定的超臨界流體之間的咖啡因分配系數(shù)制約;(b)從提取器的第一尾端周期性排出一部分已脫去咖啡因的咖啡豆;并(c)同時(shí)從提取器的第二尾端投入一部分未脫咖啡因的咖啡豆;(d)連續(xù)不斷地將(a)中含有咖啡因和非咖啡因物質(zhì)的超臨界流體送入吸收器的第一尾端;(e)連續(xù)不斷地將極性流體從上述吸收器的第二尾端送入，該極性流體從上述超臨界流體中萃取出其所含的幾乎所有的咖啡因，同時(shí)也萃取出了微量的非咖啡因物質(zhì);(f)從吸收器的第一尾端排出載有咖啡因的極性流體;(g)從吸收器的第二尾端排出基本上不含咖啡因的超臨界流體，并將其再循環(huán)到(a)中提取器的第一尾端。
28.根據(jù)權(quán)利要求27的方法，其中超臨界流體是二氧化碳。
29.根據(jù)權(quán)利要求27的方法，其中極性流體是水。
30.根據(jù)權(quán)利要求27的方法，其中還包括從(f)排出的載有咖啡因的極性流體中回收咖啡因。
31.根據(jù)權(quán)利要求27的方法，其中重新循環(huán)至裝有咖啡豆的提取器中的基本上不含咖啡因的超臨界流體僅從咖啡豆中提取出很少量的非咖啡因物質(zhì)。
全文摘要
一種從鮮咖啡豆中提取咖啡因的方法，它包括連續(xù)不斷地將基本上不含咖啡因的超臨界流體從裝有鮮咖啡豆提取器的一尾端投入，連續(xù)不斷地將載有咖啡因的超臨界流體從提取器的另一尾端排出；周期性地排出一部分已脫去咖啡因的咖啡豆，同時(shí)將一部分未脫咖啡因的咖啡豆加到提取器中；將載有咖啡因的超臨界流體送入逆流水吸收器中，超臨界二氧化碳是優(yōu)先選擇的超臨界流體。本發(fā)明的方法比不連續(xù)性工藝效率更高，生產(chǎn)出的脫咖啡因咖啡更好。
文檔編號(hào)A23F5/02GK1036125SQ8910085
公開日1989年10月11日 申請(qǐng)日期1988年12月21日 優(yōu)先權(quán)日1988年3月8日
發(fā)明者索爾·諾曼·卡茨 申請(qǐng)人:通用食品公司