JPS5941691B2 - 脱カフエイン植物性材料の製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 脱カフエイン植物材料、特にコーヒーおよび茶のような
飲料の製造について以前からかなりの要求があった。

これらの脱カフエイン製品の改良製造方法の研究におい
て、水不混和性液状脂肪性材料より成るカフェイン溶媒
を使用する技術が発明された。

この技術は１９７４年１１月２７日提出の出願番号第５
２７，８７０号および１９７５年８月１８日提出の出願
番号第６０５，７１７号の同時係属米国特許出願に詳細
に記載され、両出願とも、本明細書に十分に説明引用し
である。

この技術は液状の、水に不混和の脂肪性材料とカフェイ
ン含有植物材料とを接触させ、脂肪性および植物性材料
を、脂肪性材料にカフェインを移行させるに十分な時間
接触させたま一保持し、次いで生成したカフェイン含有
脂肪性材料を脱カフエイン植物材料から分離することを
含む。

この技術は脱カフエイン技術において広い応用を有する
；実質的に任意形の植物材料を使用することができる。

たとえば茶、生もしくはローストコーヒー豆の水性抽出
物は脱カフェインすることができる。

別法として、生もしくはローストコーヒー豆（好ましく
は約２０〜６０重量係の全水分含量を含む豆）を含む固
形植物材料は、液状の、水不混和性脂肪性材料と直接接
触させて脱カフェインすることができる。

脂肪性材料の組成は変化させることもできる。

この材料は任意の動物性、植物性もしくは合成油脂、混
和物もしくは植物性材料と接触する温度で液状形をとる
それらのフラクションでよい。

この脂肪性材料は通例実質的に脂肪酸エステル（主とし
てトリクリセリドエステル）より成り、本来の化学形か
もしくは当業者に既知の通例の処理で生成する形で使用
することができる。

これら脂肪性材料の例はベニバナ油、大豆油、とうもろ
こし油、落花生油、コーヒー油、トリオレイン、オリー
ブ油およびラードである。

この技術によって達成される脱カフエイン度は植物性お
よび脂肪性材料の接触条件を修正して所望のように変化
させることができる。

個々の脂肪性材料、脂肪性材料と植物性材料の重量比、
温度および接触時間は脱カフエイン効率にそれぞれ直接
影響する。

前記脱カフェインカ法において、カフェイン含有脂肪性
材料は通常再生される。

使用された、従ってカフェイン含有脂肪性材料と水を接
触させることによって、そのカフェイン含量は減少する
。

生成水溶液は次いでカフェイン副産物を回収するために
処理することができ、−力脂肪性材料は脱カフェインに
更に使用するため再循環される。

この水性再生産技術は有効であるが、ある欠点を有する
ことが判った。

それはしばしば全体の脱カフエイン速度を遅らせること
である。

又液状媒体の取扱いおよび処理、および有用な副産物成
分（特にカフェイン）の回収はあきあきするもので、費
用がか＼る。

更に脂肪性材料の分解がいくらか処理条件下に起こる。

すべてこれらの分解生成物は再生サイクル中で常に除去
されるとは限らないし、その結果としてそれらの存在は
、方法に対し悪影響を及ぼす。

本発明は液状の、水不混和性脂肪性材料より成る再循環
カフェイン溶媒による植物性材料の脱カフェインに関す
る。

本発明の目的は植物性材料の脱カフェインに使用される
カフェイン含有脂肪性材料の改良再生力法を供する。

特に、脱カフェインされる植物性材料のフレーバーを損
うことなくカフェイン溶媒の有効寿命を延長させること
が望ましい。

尚、更に本発明の目的および利点は次の記載から明かで
ある。

本発明によれば、液状の、水不混和性植物性材料は植物
性材料からカフェインを抽出するのに使用される。

抽出後、カフェイン含有脂肪性材料は気化によるカフェ
イン除去により更に使用するため再生される。

この方法で脂肪性材料は植物性材料の脱カフェインの改
良方法において連続的方法で再循環させることができる
。

効率的且経済的脱カフェインの鍵となる因子はカフェイ
ンの再循環溶媒の使用である。

再循環させうるために使用脂肪性材料はそのカフェイン
含量を減少させるように処理されねばならない。

さもないと植物材料を脱カフェインするその能力はすぐ
に低下する。

本発明によれば、再循環能力は脂肪性材料を含む２つの
明白な別の処理帯に供することによって達成される。

先ず第一の脱カフエイン帯では脂肪性材料は接触する植
物性材料からカフェインを積みこむ。

生成するカフェイン含有材料は次いで第二の再生帯に移
される。

そこでカフェインは気化によって除去される。

この第二の処理後に脂肪性材料は更に脱カフェインに使
用するために第−帯に戻すことができる。

脱カフエイン帯に適切な条件および処理は引用した同時
係属出願に既に記載されたものである。

本発明による任意の変化はきまりきった修正かもしくは
再生の緊急条件にさらされた脂肪性材料の使用による改
良された結果のいずれかである。

操作の通常条件では、植物性材料の脱カフェインに使用
された脂肪性材料のカフェイン含量は広く変化させるこ
とができる。

しかしカフェインの高濃度でその溶媒能は下降する。

従って約１０．０００ｐｐ！１１以下もつとも好ましく
は約２，０００〜５，０００ｐＩＸｎに維持されること
が望ましい。

再生は脂肪性材料からこのカフェインの少くとも若干の
除去を含む。

しかしすべてのカフェインの除去を必要としない。

約１，０００ｐ１Ｎ１１以下好ましくは約５０〜２００
１）Ｉ）ｍの脂肪性材料のカフェイン含量が得られる限
り、全体の工程は円滑に効率的に進行する。

再生帯においてはカフェインの気化は通常脂肪性材料と
植物性材料の各循環接触後に連続様式で遂行される。

しかしこれは必要ではない。再生はたとえばバッチ様式
で遂行することができる。

こうして一定容積のカフェイン含有植物性材料は収集さ
れ、再生され、次いで脱カフエイン帯に戻すことができ
る。

もう１つの態様では、カフェイン含有脂肪性材料のほん
の１部の再生が任意の一定サイクルで遂行される。

カフェイン含有脂肪性材料の再生は種々の条件下で達成
することができる。

この工程の閾要件はカフェイン含有脂肪性材料が曝され
る温度および圧力がカフェインの気化に適切であること
、たとえば大気圧で約１７０°Ｃである。

しかし、最低閾以上の条件はカフェイン気化速度を増加
させるために使用されるのが好ましい。

この増加は高温および／もしくは低圧で起こる。

しかし極端な変化は避けるべきである。

非常に低圧での再生は、たとえば若干の効率のロスを伴
って進行させることができる。

機械的排出限界は最低絶対圧がカフェイン除去速度が低
下しても気化中維持することができるようなものである
。

気化温度が増大するにつれて影響されるのは脂肪性材料
である。

これらの脂肪性材料−特にそれらが水および／もしくは
非カフェイン植物性材料成分および他の溶解不純物を含
む場合−は高温で分解速度の増大を示す。

従ってこの影響を最少にし、一方向カフェインの効率的
除去の行われる気化条件を使用することが望ましい。

従って、脂肪性材料の再生は５０〜４５０℃で、７６０
ＷＨｇもしくはそれ以下の対応する圧で起こるが、通常
は１５０〜３５０℃および１００〜０．０１ａＨｇ圧で
遂行される。

気化の更に好ましい条件は１５０〜２５０℃の温度およ
び１５〜０、１７ＮＩＩＨｇ圧より成ル。

再生温度は通常脱カフェインの起こる温度以上（通例０
〜１５０ ’Ｃ，植物性材料の水性抽出物に対しては０
〜５０℃および固形植物性材料に対しては３０〜１５０
℃が選択される）であるから、しばしばカフェイン含有
脂肪性材料は再生帯に入る前に加熱し、脂肪性材料の排
出後に冷却することが望ましい。

これらの工程は当業者に既知の方法−通例の間美的熱交
換器のような−で遂行することができる。

それらはカフェインの気化が起こりうる前に、再生帯中
の脂肪性材料を加熱する必要を回避するので特に望まし
い。

同様に再生後の敏速な冷却は脂肪性材料の分解を最少に
する。

再生の効率に非常に影響するもう１つの因子は、処理中
のカフェイン含有脂肪性材料の形である。

カフェイン含有脂肪性材料の薄いフィルムはカフエイン
除去速度を非常に加速する。

更にこの加速は脂肪性材料が高い分解温度に曝される時
間を減少させる。

従って脂肪性材料を保存する手段でもある。

通常カフェイン含有脂肪性材料の約２０履より薄い、更
に好ましくは３履より薄いフィルムの厚さが気化中使用
されるべきである。

もつとも好ましくはカフェイン含有脂肪性材料の厚さは
１７１ｇ１より薄い。

薄いフィルムを得るのに数カ法が利用できる。

商業規模ではたとえば、フォーリング フィルム（ｆｏ
ｌｌｉｎｇ ｆｉｌｍ）およびワイプド フィルム（ｗ
ｉｐｅｄ ｆｉｌｍ ）装置が種々の用途のこのような
フィルム製造に使用された。

しかし包装カラムの使用がもつとも好ましい。

それらはこれらの大面積の薄いフィルムを形成する簡潔
な方法を表わし又気化温度および圧力の準備および維持
が特になし易い。

一部ずつ気化させるのに十分な温度および圧力に脂肪性
材料を曝す時間はカフェイン除去の効率を支配する。

上記任意条件下で脂肪性材料からの実質的カフェイン除
去は約１〜４時間までに達成することができる。

しかし、このような時間内に脂肪性材料のいくらかの分
解は起こりうるもので、特にもし温度が十分に１５０℃
以上にあるなら起こりうる。

従って約０．３〜２０分、もつとも好ましくは０．５〜
５分の滞留時間（すなわち、再生気化条件に曝す時間）
の使用されることが望ましい。

上記のような高温、低圧および薄いフィルムの厚さの同
時使用の操作によって、植物性材料から実質的に１ｏｏ
％のカフェイン除去が、これらのきわめて短かい滞留時
間内でさえ達成することができる。

カフェイン含有脂肪性材料の再生効率は脂肪性材料の上
および／もしくは脂肪性材料を通過するキャリアもしく
は一掃ガス（５Ｗｅｅｐ ｇａｓ ）によって改良でき
ることも発見された。

窒素もしくは好ましくは（一層容易に凝縮しおよびこう
して再生帯における低圧維持を助けるので）水蒸気のよ
うなキャリアーガスが脂肪性材料を急速に掃過する場合
には、ガス相えのカフェイン溶質の効果的除去速度は非
常に増大する。

大量のキャリア ガスは再生が大気圧でもしくは大気圧
近くで遂行される場合には使用することができる。

しかし真空が使用される場合には、対応的に低量のガス
が同じ効果に対して必要である。

ガスの最適量は脂肪性材料を囲む自由スペースもしくは
容積に依存し、且脂肪性材料から揮発したガスにより占
有される。

キャリアガスの機能および機作は周知であるので、カフ
ェイン昇華速度を増加させる最適量の決定は容易に決定
される。

この方法中に行なわれる条件のために、脂肪性材料はい
くらか分解をうけるーその量は再生気化条件のきびしさ
および時間によって大きく決定される。

特に脂肪性材料が本来構成される脂肪酸トリグリセリド
は遊離脂肪酸を遊離して加水分解する。

脂肪性材料内に生成される他の分解生成物は多数の酸化
生成物である。

これらの酸化生成物−特にアルデヒド−は脂肪性材料に
当然普通の少くとも何らかの異臭や酸敗の原因となる。

脂肪性材料内の高含量のこれらの遊離脂肪酸および他の
分解生成物は望ましくない。

これらの存在は脂肪性材料の溶媒特性を変化させおよび
／もしくは植物性材料を汚染させることがで〜る。

しかし、これらの有害不純物はカフェインの気化中に除
去されることも発見された。

再生中に脂肪性材料からのこの同時の不純物除去は実質
的に脂肪性材料が脱カフエイン工程内で利用できる時間
を延長させる。

実際、カフェイン気化条件にさらすことは望ましくない
成分を有する脂肪性材料を完全に純化するので、使用脂
肪性材料を毎週もしくはしばしば新しいものに交換する
代りに、事実上脱カフエイン脂肪性材料溶媒の無限の使
用が可能である。

たゾ新しい脂肪性材料の時折の添加が望ましい；これは
工程中央われる少量の脂肪性材料を補うことである。

こうして再循環脂肪性材料の実質的恒量な確保する。

この純化効果は新しい脂肪性材料の前処理として望まし
いことも発見された。

新しいカフェイン溶媒はカフェイン含有植物性材料と初
めに接触させる前に再生気化条件（たとえ全くカフェイ
ンを含まないとしても）に処理されることが好ましい。

脂肪性材料のこの予備的純化は別の気化装置で達成する
ことができるが再循環する使用カフェイン含有溶媒−す
なわち脱カフェイン帯波で且再生帯前のサイクル中の時
点で添加される−に脂肪性材料の新しい補充物を添加す
ることによってもつとも都合よく遂行される。

この方法では、新しい脂脂性材料は、気化条件で純化さ
れる再生帯を少くとも１度通過するまでは植物性材料と
接触しない。

更に付加的の脂肪性材料の前純化は再循環溶媒に添加す
る前に行なうことができる。

脂肪性材料の来源により本方法で使用する条件下で分解
する種々の非グリセリド成分を含むことができる。

従って、これら成分の予備的除去はシステムへのそれら
の導入を阻止し且−それらの分解生成物が気化条件下で
非揮発性の場合には特に−溶媒自体内のそれらの形成を
回避させる。

脂肪性材料からこれらの非グリセリド成分の別の除去は
、たとえば脂肪性材料を吸収剤と接触させることにより
容易に達成することができる。

活性炭などのような吸収剤は脂肪性材料のトリグリセリ
ド含量には実質的に親和性をもたないが、改良された安
定性と純度を有する脱カフエイン溶媒を生成するために
、他の化合物を容易に除去する。

カフェインの再生除去に結合する前記確認された米国出
願第６０５，７１７号記載のようにカフェイン含有脂肪
性材料から水分を除去することが望ましい。

この除去は再生帯でカフェインを気化するための温度お
よび圧力条件下で容易に達成される。

しかし、好ましい態様では、水分はカフェイン担送脂肪
性材料から別に除去される。

再生帯の水の蒸発は蒸気中に脂肪性材料を移す乱流を維
持しおよび／もしくは誘発させる低圧を困難にさせるこ
とができる。

従ってカフェイン含有脂肪性材料から少くとも大部分の
水分はカフェイン気化条件にさらす前にたとえば通例の
装置でクラッシュ蒸溜によって除去することが望ましい
。

再生脂肪性材料（通常は適当な温度に冷却後）はカフェ
イン含有植物性材料と更に接触させるために脱カフエイ
ン帯に再循環される。

追加処理は全く必要ではない。

しかし、同様に米国出願第６０５．７１７号記載のよう
に少量の水を初めに添加することはしばしば望ましい。

固形植物性材料の脱カフェインにおいて、固形材料が約
２０〜６０重量係の水分を含む場合に高効率が得られる
。

しかし、このような固形材料を実質的に無水の脂肪性材
料と接触させることは、この水分含量を減少させる。

従って、固形材料が脱カフェインされる場合には０．９
〜１．２％、モつとも好ましくは約１重量係の水を脂肪
性材料に添加することが好ましい。

この量は固形植物性材料の水性含量を保持させ、最適脱
カフエイン効率を保有させるように作用する。

本発明によるカフェインの除去は貴重な量のカフェイン
副産物を回収する改良方法を可能にする。

再生中に除去された蒸気は通例のコンデンサーで冷却し
てガス状形から容易に再凝縮される。

このようにたとえばカフェイン含有脂肪性材料が水で抽
出（カフェインおよび他の可溶性物は水性相に移される
）して再生される技術に対比して、多段階回収処理は全
く必要としない。

本発明は脂肪性材料から除去された材料−カフェインを
含む−の簡単な回収を可能にする。

本方法を含む工程もしくは材料の多数の変形が本発明の
範囲から離れずに可能である。

しかし、これらの変形は多くは慣例的であり、従って多
くは明細を欠くものである。

本発明の詳な説明である以下の例においては、特記しな
い限り係は重量規準である。

例１ 生コーヒー豆を４室の向流抽出システムより成る帯でコ
ーヒー油で脱カフェインした。

各室（もしくは小室）に乾燥重量で６．８に９、総重量
で約４５係の水分含量を有する豆を入れた。

小室を通過するコーヒー油は脱カフエイン中１０５℃に
維持した。

全部の油と豆の重量比は１０：１を使用し、抽出は８時
間の線抽出時間（各サイクル２時間）にわたり行なった
。

再循環油は脱カフエイン帯を通過後、連続的に水を除去
するためのフラッシュ蒸留帯、１８０℃に温度を上げた
ヒーター、再生帯および次いで１０５℃に戻したクーラ
ーを通過させた。

クーラーの通過後、向流抽出帯に戻す直前に１重量係の
水を油に注入した。

再生帯は高さ２ｍ％径１５ｃＩｒＬのジャケット包装カ
ラムで構成した。

約０．０３３ｍ３の内部容積を有し、その９３係は自由
容積で、残りの係はポールリング（ｐａｉｌ ｒｉｎｇ
）包装材料によって占有された容積である。

包装カラムは２１０℃のジャケット温度および２、２
ｆｆＨｇ圧に維持した。

油はカラムの上部に監視して入れるので、油Ｉ Ｋｙに
ついて１８ｆの蒸気なカラムの底部に噴射した。

噴射水蒸気および油から出た蒸気はカラム上部の排出口
を通り、３０℃に維持した収集室で凝縮させた。

算定したフィルムの厚さおよび包装カラム内の油の滞留
時間は０．２層および１５８分であった。

再生帯においては、脂肪性材料のカフェイン含量は３４
００ｐ１１＋１１から約１７０ｐＩ）ｍ？ご減少した。

こうしてカフェイン含有脂肪性材料の再生効率は約９５
係であった。

これは生豆からカフェイン除去の全体の効率は９７係と
なった。

収集室で凝縮した蒸気を分析した。

主としてカフェイン、水および脂肪酸混合物より成って
いた。

例２ 例１の抽出システムより除去したカフェイン含有コーヒ
ー油をワイプドフィルム蒸発器の昇華条件においた。

蒸発器は約３２伝イのワイラ°トフィルム表面積を有す
る５ｃｒｒｔ径のガラス製蒸発管より成っていた。

４個のテフロン刃が管内を高スピードで回転し油フィル
ムの厚さを１〜２層に維持した。

蒸発カラムおよび供給フラスコは油を同温度に維持する
ように電気加熱した。

蒸発管内のコンデンサーは約５０℃に維持し油から除去
したカフェイン蒸気を凝縮させた。

コンデンサーユニットを有する機械的ポンプを大気圧よ
り低圧を得るために使用した。

ワイプド フィルム蒸発器を使用する一連の再生試験を
約３．２ ｍｌ７分の油供給速度で行なった。

これら試験の結果−油がカラムを単一通過するにに対す
るーは大気圧における再生が７５係の再生効率を達成す
るために約２６０ ’Ｇの温度を必要とすることを示し
た。

カラム中の圧力はＩＪ５００ミクロンおよび１００ミク
ロンＨｇに減じた時にこの効率を必要とする温度はそれ
ぞれ１９００．１５０°および９０℃に低下した。

例３ ０−ストコーヒー水性抽出物の脱カフェインに使用した
とうもろこし油を再生効率に及ぼすフィルムの厚さの効
果を測定するために一連の試験で使用した。

とうもろこし油のフィルム−約１００咽のカフェインを
含有したーは大気圧で予め決定した気化温度に加熱した
。

窒素掃過ガスをカフェイン蒸気を除去するためにフィル
ムの表面内および上を連続的に通した。

試験の条件および結果は次の通りであった：これらの結
果ではより薄いフィルムで達成したカフェインの気化効
率が目ざましい増加を示す。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ カフェイン含有植物性材料を大量の、水不混和性再
   循環液状脂肪性材料で脱カフエイン帯で抽出し、この抽
   出は植物性材料から脂肪性材料にカフェインを移すに十
   分な時間桁ない、そして抽出により生成するカフェイン
   含有脂肪性材料を該植物性材料から分離し、脱カフエイ
   ン帯に再循環する前にカフェインを除去するために再生
   帯に移し、カフェインを再生帯において気化により除去
   することを特徴とする、脱カフエイン植物性材料の製造
   法。 ２ カフェイン含有植物性材料は固形生コーヒー、固形
   ローストコーヒーおよび茶、生コーヒーおよびロースト
   コーヒーの水性抽出物より成る群から選択する第１項記
   載の方法。 ３ 水不混和性液状脂肪性材料はベニバナ油、大豆油、
   とうもろこし油、落花生油、コーヒー油、トリオレイン
   、オリーブ油およびラードより成る群から選択する第１
   項記載の方法。 ４ カフェインは５０〜４５０℃の温度および７６０ｍ
   までのＨｇ圧より成る条件下で除去する第１項記載の方
   法。 ５ カフェインは２０ｗ１までの厚さを有する脂肪性材
   料のフィルムから除去する第４項記載の方法。 ６ カフェイン含有脂肪性材料は約４時間までの開気化
   条件におく第５項記載の方法。 ７ キャリアーガスはカフェイン除去速度を増加させる
   ためにカフェイン含有脂肪性材料上を通過させる第６項
   記載の方法。 ８ カフェインは１５０〜３５０℃の温度および１００
   〜０．０１７’ａＨｇ圧より成る条件下で除去する第１
   項記載の方法。 ９ カフェインは約３履までの厚さを有する脂肪性材料
   のフィルムから除去する第８項記載の方法。 １０ カフェイン含有脂肪性材料は約０．３〜２０分間
   気化条件におく第９項記載の方法。 １１ キャリアーガスはカフェイン除去速度を増加さ
   せるために、カフェイン含有脂肪性材料上を通過させる
   第１０項記載の方法。 １２ カフェインは１５０〜２５０℃の温度および１５
   〜０．１ ’／／ｌ；ＩＩＩＨｇ圧より成る条件下で除
   去する第１項記載の方法。 １３ カフェインはｉｍまでの厚さを有する脂肪性材料
   のフィルムから除去する第１２項記載の方法。 １４ カフェイン含有脂肪性材料は約０．５〜５分間気
   化条件におく第１３項記載の方法。 １５ キャリアーガスはカフェイン除去速度を増加させ
   るために、カフェイン含有脂肪性材料上を通過させる第
   １４項記載の方法。 １６キヤリアーガスは水蒸気より成る第１５項記載の方
   法。 １７ カフェイン含有植物性材料は約２０〜６０重量係
   の水分含量を有する生コーヒー豆より成る第１５項記載
   の方法。 １８ カフェイン含有植物材料は約２０〜６０重量係
   の水分含量を有する生コーヒー豆より成る第１項記載の
   方法。 １９ 約０．９〜１，２重量係の水を脱カフエイン帯に
   再循環する前に再生脂肪性材料と混合する第１８項記載
   の方法。 ２０再循環脂肪性材料の容量は該方法中カフェイン含有
   脂肪性材料に新しい脂肪性材料を添加して実質的に恒量
   に維持する第１項記載の方法。