SE466881B

SE466881B - PROCEDURE TO REMOVE THEOBROMINE AND COFFEE FROM COCKABE OVEN WITH WATER EXTRACTIONS AT DIFFERENT TEMPERATURE

Info

Publication number: SE466881B
Application number: SE8700069A
Authority: SE
Inventors: G L Bigalli; Jr R D Houseal
Original assignee: Hershey Foods Corp
Priority date: 1986-01-22
Filing date: 1987-01-09
Publication date: 1992-04-27
Also published as: GB2185376A; FR2593029B1; JPH084458B2; GB8700272D0; NL8700139A; FR2593029A1; IT1206853B; SE8700069L; GB2185376B; DE3700871A1; JPS62224240A; IT8767031A0; DE3700871C2; SE8700069D0

Description

466 881 10 15 20 25 30 35 2 svårigheter förbundna med användningen av sådana adsorbentmate- rial, vilka negativt påverkar smaken på den slutliga depurinise- rade kakaoprodukten. Dessutom är det procentuella borttagandet av teobromin begränsat. 466 881 10 15 20 25 30 35 2 difficulties associated with the use of such adsorbent materials, which adversely affect the taste of the final depurinated cocoa product. In addition, the percentage removal of theobromine is limited.

Ytterligare ett annat känt förfarande för att extra- hera metylxantiner från kakao omfattar att man kontaktar kakao- materialet, svällt genom behandling med en relativt liten mängd vatten, med en i livsmedel accepterad lösningsmedelsgas såsom hög- renad kväveoxid eller högrenad koldioxid. Detta förfarande kräver dock långa behandlingstider och ger ofta inte en tillräcklig minskning av teobromininnehållet. Dessutom utgör borttagandet av metylxantiner från den högrena gasen ett problem, eftersom det vanligtvis är så, att man önskar återanvända den högrena gasen.Yet another known method of extracting methylxanthines from cocoa involves contacting the cocoa material, swollen by treatment with a relatively small amount of water, with a food-acceptable solvent gas such as highly purified nitric oxide or highly purified carbon dioxide. However, this procedure requires long treatment times and often does not provide a sufficient reduction in theobromine content. In addition, the removal of methylxanthines from the high-purity gas is a problem, since it is usually desired to reuse the high-purity gas.

Ytterligare ett annat förfarande för att ta bort koffein från kaffe beskrivs i det amerikanska patentet 4 474 821 i vilket ett motströmsextraktionsförfarande beskrivs, vilket ut- nyttjar ett flertal extraktionskärl i motströmsoperationen. Emel- lertid utnyttjar man i detta förfarande ett extraktionslösnings- medel som består av etylacetat och vatten, i vilket azeotropen av etylacetat-vatten slutligen avlägsnas medelst ångstrippning i mot- tryck. I förfarandet enligt detta patent används ett turbulent flöde av extraktionslösningsmedlet för att erhålla en förhöjd dekoffineringshastighet, vilket i sin tur reducerar extraktions- tiden för koffein. Detta kända förfarande, liksom andra extrak- tionsförfaranden, vilka utnyttjar organiska lösningsmedel, har den nackdelen av kravet att de mesta av produktmassan eller det extraherade vattnet måste utsättas för lösningsmedlet.Yet another method of removing caffeine from coffee is described in U.S. Patent 4,474,821 in which a countercurrent extraction process is described which utilizes a plurality of extraction vessels in the countercurrent operation. However, this process utilizes an extraction solvent consisting of ethyl acetate and water, in which the azeotrope of ethyl acetate-water is finally removed by vapor stripping in back pressure. In the process of this patent, a turbulent flow of the extraction solvent is used to obtain an increased decaffeination rate, which in turn reduces the extraction time of caffeine. This known process, as well as other extraction processes which use organic solvents, has the disadvantage of requiring that most of the product mass or the extracted water must be exposed to the solvent.

Föreliggande uppfinning är inriktad på ett förfarande för att ta bort väsentligen alla i kakaomaterial närvarande metyl- xantiner utan att utnyttja något steg, vilket negativt inverkar på den depuriniserade slutprodukten och som minskar mängden av slutprodukt vilken utsätts för organiska lösningsmedel. Vi har upptäckt att extraktion av kakaomaterial med vatten upphettat till en temperatur i området från ungefär 4O0C till ungefär GOOC inte tar bort alla i kakaomaterial närvarande metylxantiner även om sådan vattenextraktion upprepas många gånger. Detta är särskilt fallet för teobrominborttagande där den icke borttagna restteobro- \0 minen är i storleksordningen av 1 % till 3 0. Vi har emellertid lr 10 15 20 25 30 35 466 881 3 också upptäckt att ett förbättrat teobrominborttagande uppnås om ett eller flera extraktionssteg med vatten vid ungefär 45OC till ungefär 55oC'följs av många extraktionssteg med vatten vid unge- fär 90OC till ungefär 105OC. Vi har funnit att användningen av en sådan lågtemperaturvattenextraktion följd av en serie vatten- extraktionssteg vid signifikant högre temperatur resulterar i ett mycket högre total teobrominborttagande än som erhålls vid använd- ning av endast den ena eller den andra extraktionstemperaturen en- sam. Troligen ändrar vattenextraktionen vid ungefär 45OC till unge- fär 55oC innehållet, och kanske strukturen av kakaokärnblandningen på ett sådant sätt att den efterföljande serien av vattenextrak- tionssteg vid ungefär 90oC till ungefär 105oC avlägsnar restteo- bromin, vilket inte tidigare förts bort vid någon av dessa tempe- raturer ensam. Användningen av en serie extraktionssteg vid hög temperatur inte föregânget av en lågtemperaturextraktion avlägs- nar inte allt teobromin. På samma sätt avlägsnas inte allt teo- bromin vid användning av en lågtemperaturextraktion, som inte följs av en serie av extraktionssteg vid hög temperatur. Detta överraskande och oväntade resultat visas i tabellerna I och II baserade på resultat erhållna vid vattenextraktionen av kakao- kross vid olika temperaturer och antal extraktionssteg. Resulta- V ten från dessa tabeller användes vid framställningen av kurvorna i fig. 2 resp. 3. Ritningarna utgör en del av denna ansökan.The present invention is directed to a process for removing substantially all methyl xanthines present in cocoa material without utilizing any step which adversely affects the depurinated final product and which reduces the amount of final product which is exposed to organic solvents. We have found that extraction of cocoa material with water heated to a temperature in the range of from about 40 ° C to about GOOC does not remove all methyl xanthines present in cocoa material, although such water extraction is repeated many times. This is especially the case for theobromine removal where the non-removed residual theobramine is in the order of 1% to 3 0. However, we have also discovered that an improved theobromine removal is achieved if one or more extraction steps with water at about 45 ° C to about 55 ° C is followed by many extraction steps with water at about 90 ° C to about 105 ° C. We have found that the use of such a low temperature water extraction followed by a series of water extraction steps at a significantly higher temperature results in a much higher total theobromine removal than that obtained using only one or the other extraction temperature alone. The water extraction at about 45 ° C probably changes the content to about 55 ° C, and perhaps the structure of the cocoa core mixture in such a way that the subsequent series of water extraction steps at about 90 ° C to about 105 ° C removes the residual theobromine, which was not previously removed at any of these temperatures alone. The use of a series of high temperature extraction steps not preceded by a low temperature extraction does not remove all theobromine. Similarly, not all theobromine is removed using a low temperature extraction, which is not followed by a series of high temperature extraction steps. This surprising and unexpected result is shown in Tables I and II based on results obtained from the water extraction of cocoa crush at different temperatures and number of extraction steps. The results from these tables were used in the preparation of the curves in Figs. 3. The drawings form part of this application.

Resultaten, som framgår av tabellerna I och II, erhölls som följer: Exempel 1 _ Fyra satser om 450 gram var av råa, rensade och gro- ningsförhindrade kakaokärnor separerades från en en säck av en enhetlig population. För Varje sats placerades kärnorna inuti en extraktionskorg av rostfritt stål med 100 mesh som därefter pla- cerade i en mantlad extraktionsbehållare av rostfritt stål som hölls vid konstant temperatur medelst ett yttre vattencirkula- tionsbad. 1400 ml vatten tillsattes i extraktionsbehållaren och vattnet omrördes kontinuerligt genom kakaokärnmassan genom recir- kulation från botten till toppen av extraktorn med användning av en recirkulationspump som arbetar vid en hastighet av ungefär 500 ml per minut under 20 minuter. Den första extraktionen följ- des av 7 ytterligare extraktioner i vilka 1100 ml vatten 466 881 10 15 20 25 30 35 4 tillsattes varje gång för att återställa den ursprungliga vätske- volymen. Var och en av de fyra satserna hade ett specifikt mål som framgår av följande: De fyra extraktionssatserna kördes som följer: 1-a I den första satsen utfördes alla åtta extraktionerna vid 55°c. 1-b I den andra satsen utfördes alla åtta extraktionerna vid 95°c. 1-c I den tredje satsen följdes tre extraktioner vid 55OC av 5 extraktioner vid 95oC. 1-d I den fjärde satsen följdes tre extraktioner vid 55oC av 5 extraktioner vid 105OC. (För att uppnå temperaturen 105OC hålls extraktorn vid lämpligt övertryck).The results, as shown in Tables I and II, were obtained as follows: Example 1 - Four batches of 450 grams each of raw, purified and germination prevented cocoa kernels were separated from a sack of a single population. For each batch, the cores were placed inside a 100 mesh stainless steel extraction basket which was then placed in a jacketed stainless steel extraction container maintained at a constant temperature by means of an external water circulation bath. 1400 ml of water was added to the extraction vessel and the water was continuously stirred through the cocoa core mass by recirculation from the bottom to the top of the extractor using a recirculation pump operating at a rate of about 500 ml per minute for 20 minutes. The first extraction was followed by 7 further extractions in which 1100 ml of water 466 881 10 15 20 25 30 35 4 were added each time to restore the original volume of liquid. Each of the four batches had a specific objective as follows: The four extraction batches were run as follows: 1-a In the first batch, all eight extractions were performed at 55 ° c. 1-b In the second batch, all eight extractions were performed at 95 ° C. 1-c In the third batch, three extractions at 55 ° C were followed by 5 extractions at 95 ° C. 1-d In the fourth batch, three extractions at 55 ° C were followed by 5 extractions at 105 ° C. (To reach the temperature 105OC, keep the extractor at the appropriate overpressure).

Resultaten för de fyra extraktionsförfarandena framgår av tabell I.The results of the four extraction procedures are shown in Table I.

Tabell I Kumulativt extraherat teobromin (g) (g teobromin/450 g kakaokärnor) Antal extraktioner l å å å ä .å Z 1 å 1-a 1,31 2,32 3,12 3,67 4,o7 4,39 4,63 4,82 1-b 2,27 3,72 4,55 4,96 5,16 5,24 5,26 5,27 1-C 1,35 2,37 3,18 54,49 5,27 5,65 5,83 5,91 1-d 1,30 2,28 3,05 4,54 5,37 5,67 5,79 5,84 Signifikansen av ovanstående resultat är uppenbar vid utvärderingen av kurvorna visade i fig. 2. Kurvan för 55OC visar en konstant ökning av de kumulativa mängderna av extraherat teo- bromin, med kurvan lutande långt under den prickade linjen efter 8 extraktioner. Den prickade linjen representerar det teoretiska teobromininnehållet under användning av en standard AOAC analys- metod. Kurvan vid 95oC flackar, som noterat, efter 4 extraktioner och lutar väsentligen enligt den prickade linjen efter 8 extrak- tioner. Kurvan markerad 55oC, vid sin lägre ände, och markerad 55oC + 95OC, vid sin övre ände, avslutas klart ovanför den pricka- de linjen, således visande en väsentlig ökning i borttagandet av teobromin när 3 extraktioner vid 5500 följs av 5 extraktioner vid 95°c. 10 15 20 25 30 35 466 881 Exempel 2 Förfarande enligt exempel 1 upprepades för tre extrak- tionssatser och de tre extraktionerna skedde som följer: 2-a I den första satsen följdes en extraktion vid 55OC av 7 extraktioner vid 95OC. 2-b I den andra satsen följdes två extraktioner vid 55oC av 6 extraktioner vid 95OC. 2-c I den tredje satsen följdes tre extraktioner vid 55oC av 5 extraktioner vid 95OC.Table I Cumulatively extracted theobromine (g) (g theobromine / 450 g cocoa kernels) Number of extractions l å å å ä .å Z 1 å 1-a 1.31 2.32 3.12 3.67 4, o7 4.39 4 .63 4.82 1-b 2.27 3.72 4.55 4.96 5.16 5.24 5.26 5.27 1-C 1.35 2.37 3.18 54.49 5.27 5.65 5.83 5.91 1-d 1.30 2.28 3.05 4.54 5.37 5.67 5.79 5.84 The significance of the above results is obvious in the evaluation of the curves shown in fig. The curve for 55 ° C shows a constant increase in the cumulative amounts of extracted theobromine, with the curve sloping well below the dotted line after 8 extractions. The dotted line represents the theoretical theobromine content using a standard AOAC analysis method. The curve at 95oC flattens, as noted, after 4 extractions and slopes substantially along the dotted line after 8 extractions. The curve marked 55oC, at its lower end, and marked 55oC + 95OC, at its upper end, ends clearly above the dotted line, thus showing a significant increase in the removal of theobromine when 3 extractions at 5500 are followed by 5 extractions at 95 ° c. Example 15 The procedure of Example 1 was repeated for three extraction batches and the three extractions were performed as follows: 2-a In the first batch, an extraction at 55 ° C was followed by 7 extractions at 95 ° C. 2-b In the second batch, two extractions at 55 ° C were followed by 6 extractions at 95 ° C. 2-c In the third batch, three extractions at 55 ° C were followed by 5 extractions at 95 ° C.

Resultaten för de tre extraktionsförfarandena framgår av tabell II.The results of the three extraction procedures are shown in Table II.

Tabell II Kumulativt extraherat teobromin (g) (g teobromin/450 g kakaokärnor) Antal extraktioner l Z å å å á Z å 2-6 1,31 3,17 4,43 5,o7 5,40 5,55 5,61 5,64 2-b 1,26 2,21 3,81 4,79 5,29 5,53 5,63 5,67 2-6 1,35 2,37 3,18 4,49 5,27 5,65 5,85 5,91 Antalet extraktioner kan vara 1 och 7, eller 2 och 6, eller 3 och 5 med jämförbara resultat. Tillfredsställande resul- tat erhålls under förutsättning att den första extraktionstempe- raturen inte är högre än ungefär 55oC och inte lägre än ungefär 45°c.Table II Cumulatively extracted theobromine (g) (g theobromine / 450 g cocoa kernels) Number of extractions l Z å å å á Z å 2-6 1.31 3.17 4.43 5, o7 5.40 5.55 5.61 5.64 2-b 1.26 2.21 3.81 4.79 5.29 5.53 5.63 5.67 2-6 1.35 2.37 3.18 4.49 5.27 5, 65 5.85 5.91 The number of extractions can be 1 and 7, or 2 and 6, or 3 and 5 with comparable results. Satisfactory results are obtained provided that the first extraction temperature is not higher than about 55 ° C and not lower than about 45 ° C.

Exemgel 3 Förfarandet enligt exempel 1 upprepades för sju extrak- tionssatser och de sju extraktionssatserna kördes som följer: 3-a I den första satsen följdes 3 extraktioner vid 40OC av 5 extraktioner vid 95OC. 3-b I den andra satsen följdes 3 extraktioner vid SOOC av 5 extraktioner vid 9500. 3-c I den tredje satsen följdes 3 extraktioner vid 55OC av 5 extraktioner vid 95OC. 3-d I den fjärde satsen följdes 3 extraktioner vid 60OC av 5 extraktioner vid 95oC. 3-e I den femte satsen följdes 3 extraktioner vid 70oC av 5 extraktioner vid 95oC. 466 881 5 10 15 20 25 30 35 6 3-f I den sjätte satsen följdes 3 extraktioner vid 80oC av 5 extraktioner vid 95oC. 3-g I den sjunde satsen utfördes 8 extraktioner vid vardera 95OC.Example Gel 3 The procedure of Example 1 was repeated for seven extraction batches and the seven extraction batches were run as follows: 3-a In the first batch, 3 extractions at 40 ° C were followed by 5 extractions at 95 ° C. 3-b In the second batch, 3 extractions at SOOC were followed by 5 extractions at 9500. 3-c In the third batch, 3 extractions at 55OC were followed by 5 extractions at 95OC. 3-d In the fourth batch, 3 extractions at 60 ° C were followed by 5 extractions at 95 ° C. 3-e In the fifth batch, 3 extractions at 70oC were followed by 5 extractions at 95oC. 466 881 5 10 15 20 25 30 35 6 3-f In the sixth batch, 3 extractions at 80oC were followed by 5 extractions at 95oC. 3-g In the seventh batch, 8 extractions were performed at 95 ° C each.

Resultatet av de sju extraktionsförfarandena framgår av tabell III.The results of the seven extraction procedures are shown in Table III.

Tabell III Kumulativt extraherat teobromin (g) (g teobromin/450 g kakaokärnor) Antal extraktioner l å å i å â Z å 3-a 0,81 1,44 1,93 3,49 4,46 4,99 5,26 5,41 3-b 1,26 2,19 2,95 4,43 5,31 5,78 5,99 6,09 3-c 1,40 2,41 3,22 4,47 5,27 5,68 5,89 5,98 3-d 1,45 2,56 3,42 4,49 5,17 5,54 5,73 5,82. 3-e 1,72 2,96 3,82 4,71 5,23 5,50 5,64 5,71 3-f 2,03 3,40 4,25 4,90 5,26 5,45 5,55 5,59 3-g 2,28 3,78 4,62 5,03 5,23 5,32 5,36 5,37 Signifikansen av ovanstående resultat är uppenbar vid utvärderingen av kurvorna visade i fig. 3. I denna figur är var och en av punkterna markerad med ett nummer visande den kumula- tiva mängden i gram av extraherad teobromin. Temperaturerna för varje kurva är också indikerad. Vid varje tillfälle, förutom kurvan vid 95oC, visas två temperaturer. Den första temperaturen anges vid den lägre delen av varje kurva (3 extraktioner) och den andra temperaturen anges vid den övre delen (ytterligare 5 extrak- tioner). Försöket visar att maximal extraktion sker när begynnel- setemperaturen är 500 I 5OC. Översiktig beskrivning av figurerna Fig. 1 består av ett flödesschema som visar ett för- farande för att genomföra uppfinningen.Table III Cumulative extracted theobromine (g) (g theobromine / 450 g cocoa kernels) Number of extractions l å å i å â Z å 3-a 0.81 1.44 1.93 3.49 4.46 4.99 5.26 5.41 3-b 1.26 2.19 2.95 4.43 5.31 5.78 5.99 6.09 3-c 1.40 2.41 3.22 4.47 5.27 5, 68 5.89 5.98 3-d 1.45 2.56 3.42 4.49 5.17 5.54 5.73 5.82. 3rd 1.72 2.96 3.82 4.71 5.23 5.50 5.64 5.71 3-f 2.03 3.40 4.25 4.90 5.26 5.45 5, 55.59 3-g 2.28 3.78 4.62 5.03 5.23 5.32 5.36 5.37 The significance of the above results is obvious in the evaluation of the curves shown in Fig. 3. In this figure is each of the points marked with a number showing the cumulative amount in grams of extracted theobromine. The temperatures for each curve are also indicated. At each occasion, in addition to the curve at 95oC, two temperatures are displayed. The first temperature is given at the lower part of each curve (3 extractions) and the second temperature is given at the upper part (another 5 extractions). The experiment shows that maximum extraction takes place when the initial temperature is 500 I 5OC. General description of the figures Fig. 1 consists of a flow chart showing a method for carrying out the invention.

Fig. 2 består av en serie kurvor, i vilka resultat er- hållna ur tabell I är grafiskt redovisade, för att visa låg tempe- ratur, hög temperatur och kombinerade låg- och högtemperatur- extraktioner med antalet extraktioner avsatta på ordinatan och mängden extraherad teobromin avsatt på abskissan i ett rektangu- lärt koordinatsystem. De använda temperaturerna vid varje kurva är indikerade med hjälp av pilar. 10 15 20 25 30 35 466 881 7 Fig. 3 består av en serie kurvor, i vilka resultat er- hållna ur tabell III är grafiskt avsatta, för att visa effekten av dubbla temperaturextraktionssystem, som arbetar vid skilda be- gynnelsetemperaturer.Fig. 2 consists of a series of curves, in which results obtained from Table I are graphically presented, to show low temperature, high temperature and combined low and high temperature extractions with the number of extractions deposited on the ordinate and the amount of theobromine extracted. deposited on the abscissa in a rectangular coordinate system. The temperatures used for each curve are indicated by arrows. 10 15 20 25 30 35 466 881 7 Fig. 3 consists of a series of curves, in which results obtained from Table III are graphically plotted, to show the effect of double temperature extraction systems operating at different initial temperatures.

Föredragna betingelser för genomförandet av uppfinningen En vanlig startpunkt 10 (fig. 1) för utförandet av för- farandet enligt föreliggande uppfinning består av preparering av en kvantitet av råa kakaokärnor erhållna från kakaobönor under an- vändning av välkända standardförfaranden. Rent praktiskt består föreliggande förfarande av en serie vattenextraktionssteg, som av- skiljer väsentligen allt vattenlösligt material, innefattande koffein och teobromin, från de ursprungliga råa kakaokärnorna, därvid erhålls ett vattenextrakt av kakaokärnor och en mängd av våta kakaokärnor. Denna vattenextraktion genomförs i en serie steg vid två helt olika temperaturer: (1) kärnorna extraheras först med vatten vid ungefär 4500 till ungefär 55OC. (2) Detta följs av extraktion med vatten vid ungefär 90OC till ungefär 105OC under fyra eller fem gånger. Efter varje extraktion avdras väsent- ligen all vätska ur extraktionskärlet och därefter tillsätts vatten.Preferred Conditions for Carrying Out the Invention A common starting point 10 (Fig. 1) for carrying out the process of the present invention consists in preparing a quantity of raw cocoa kernels obtained from cocoa beans using well known standard methods. In practical terms, the present process consists of a series of water extraction steps, which separate substantially all water-soluble material, including caffeine and theobromine, from the original raw cocoa kernels, thereby obtaining an aqueous extract of cocoa kernels and an amount of wet cocoa kernels. This water extraction is carried out in a series of steps at two completely different temperatures: (1) the kernels are first extracted with water at about 4500 to about 55 ° C. (2) This is followed by extraction with water at about 90 ° C to about 105 ° C for four or five times. After each extraction, substantially all of the liquid is withdrawn from the extraction vessel and then water is added.

De våta kakaobönorna 27, som återstår efter vatten- extraktionsstegen, är nu befriade från väsentligen alla metyl- xantiner och det mesta vattenlösliga materialen, och torkas lång- samt 28. När fuktigheten i kärnorna når en punkt under ungefär 4% lagras de och mals 29 eventuellt för erhållandet en produkt känd som rå kakaomassa 30. För att erhålla en pumpbar vätska återmals massan. Denna återmalda råa kakaomassa 31 är sedan klar för att smaksättas med de fasta ämnena av det vattenlösliga materialet 26, som extraherades från de ursprungliga kärnorna.The wet cocoa beans 27, which remain after the water extraction steps, are now freed from essentially all methyl xanthines and most water-soluble materials, and dried slowly 28. When the moisture in the kernels reaches a point below about 4%, they are stored and ground 29 optionally to obtain a product known as raw cocoa mass 30. To obtain a pumpable liquid, the mass is reground. This regrinded raw cocoa mass 31 is then ready to be flavored with the solids of the water-soluble material 26, which was extracted from the original kernels.

Vattenextraktet, som erhålls från extraktionskedjan, filtreras i en filterpress 13 eller i en centrifug för att avskil- ja små partiklar. Det filtrerade extraktet utsätts sedan för ett ultrafiltreringssteg 14, som använder separationsmembran som har molekylviktssteg av ungefär 10 000 eller ungefär 20 000. Filtratet 15 från membranet kommer att innehålla mer än 97 % av det ursprung- ligen närvarande vattnet i vattenextraktet och kommer att inne- hålla koffein, teobromin och molekyler mindre än avskärningsvärdet för membranen. Det återstående materialet är ett ultrafiltrerings- retenat 23, som innehåller lösligt kakaomaterial med större 466 10 15 20 25 30 35 881 8 molekylvikt än 20 000. Vattnet kommer inte att vara mer än 3 pro- cent av den ursprungliga volymen och kommer att innehålla mycket små mängder koffein och teobromin.The aqueous extract obtained from the extraction chain is filtered in a filter press 13 or in a centrifuge to separate small particles. The filtered extract is then subjected to an ultrafiltration step 14, which uses separation membranes having molecular weight steps of about 10,000 or about 20,000. The filtrate 15 from the membrane will contain more than 97% of the originally present water in the aqueous extract and will contain keep caffeine, theobromine and molecules less than the cut-off value of the membranes. The remaining material is an ultrafiltration retentate 23, which contains soluble cocoa material with a molecular weight greater than 20,000. The water will not be more than 3 percent of the original volume and will contain a lot of small amounts of caffeine and theobromine.

De små mängderna av de två största metylxantinerna som återstår i retenatet, nämligen dimetylxantin och trimetylxantin, z minskas genom diafiltrering 24 som utförs genom tillsats av lika volym (3 % av den ursprungliga) av vatten till retenatet. Sedan tillsätts en annan lika stor volym vatten och diafiltreringen 24 upprepas minst fyra gånger. Filtratet från diafiltreringssteget tillsätts till huvudfiltratet 15. Filtratets slutliga volym är från ungefär 109 - 115 % av den ursprungliga volymen av extraktet.The small amounts of the two largest methylxanthines remaining in the retenate, namely dimethylxanthine and trimethylxanthine, z are reduced by diafiltration 24 which is performed by adding equal volume (3% of the original) of water to the retenate. Then another equal volume of water is added and the diafiltration 24 is repeated at least four times. The filtrate from the diafiltration step is added to the main filtrate 15. The final volume of the filtrate is from about 109 - 115% of the original volume of the extract.

Retenatet, som innehåller ungefär 10 % fast kakao, koncentreras i en indunstare till den ursprungliga volymen och är reducerad till ungefär hälften eller en tredjedel. Denna lösning, vilken kallas slutlig UF-retenat 25, är nu i en lämplig form för ytter- ligare processande.The retenate, which contains about 10% solid cocoa, is concentrated in an evaporator to its original volume and is reduced to about half or one third. This solution, which is called final UF retenate 25, is now in a suitable form for further processing.

Det återstående materialet efter filtreringssteget 15 innehåller vattenlösliga substanser med lägre molekylvikt än 20 000 och utsett för ett koncentrationsförfarande 16 i vilket åtminstone 80 % av de innehållna vattnet elimineras genom omvänd osmos vilket är ett välkänt kommersiellt tillgängligt fysikaliskt förfarande för koncentration av fasta ämnen och för avsaltning av havsvatten. Det koncentrerade filtratet 17 som innehåller koffein, teobromin, fast kakao och vattenlösliga molekylära substanser ut- sätts för en motströmsextraktion 18 med metylenklorid. Motströms- extraktionen baseras på fördelningskoefficienten för de två metylxantinerna mellan vatten och metylenklorid. Metylenkloriden recirkuleras och redestilleras vid en konstant hastighet på ett sådant sätt att den cirkuleras i fördelningskolonnen från toppen till botten och har fördel av den specifika vikten av metylenklo- ridlösningsmedlet. Den använda fördelningskolonnen i motströms- extraktionssteget hålls vid en temperatur av ungefär 30OC till ungefär 38OC. Det koncentrerade filtratet pumpas in i fördelnings- kolonnen från botten med en hastighet lika med destillationshas- tigheten för metylenklorid. För att uppnå ett bättre borttagande av koffein än 97 %, måste 6 volymer metylenklorid redestilleras för varje volym koncentrerat filtrat, medan 18 volymer behövs för samma effekt i fallet med extraktion av teobromin. Detta resultat 10 15 20 25 466 881 9 är uppnåbart genom ökning av antalet reaktiva kolonner i serie, genom recyklisering av det koncentrerade filtratet in i samma kolonner som behövs eller genom att proportionellt minska flödes- hastigheten för det koncentrerade filtratet.The remaining material after the filtration step 15 contains water soluble substances of less than 20,000 molecular weight and subjected to a concentration process 16 in which at least 80% of the contained water is eliminated by reverse osmosis which is a well known commercially available physical process for solids concentration and for desalination. of seawater. The concentrated filtrate 17 containing caffeine, theobromine, solid cocoa and water-soluble molecular substances is subjected to a countercurrent extraction 18 with methylene chloride. The countercurrent extraction is based on the partition coefficient of the two methylxanthines between water and methylene chloride. The methylene chloride is recycled and redistilled at a constant rate in such a way that it is recycled in the distribution column from top to bottom and has the advantage of the specific gravity of the methylene chloride solvent. The distribution column used in the countercurrent extraction step is maintained at a temperature of about 30 ° C to about 38 ° C. The concentrated filtrate is pumped into the distribution column from the bottom at a rate equal to the distillation rate of methylene chloride. To achieve a better caffeine removal than 97%, 6 volumes of methylene chloride must be redistilled for each volume of concentrated filtrate, while 18 volumes are needed for the same effect in the case of theobromine extraction. This result is achievable by increasing the number of reactive columns in series, by recycling the concentrated filtrate into the same columns as needed, or by proportionally reducing the flow rate of the concentrated filtrate.

Det koncentrerade filtratet, som erhålls från mot- strömsextraktionen, är nu i form av en metylxantinfri fraktion 20. Koffeinet och teobrominet 19 återvinnas vid en hög renhets- nivå från en indunstare efter metylenkloridextraktionssteget.The concentrated filtrate obtained from the countercurrent extraction is now in the form of a methylxanthine-free fraction 20. The caffeine and theobromine 19 are recovered at a high purity level from an evaporator after the methylene chloride extraction step.

Den metylxantinextraktionsfria fraktionen 20 indunstas sedan under reducerat tryck, vilket steg väsentligen avskiljer alla små res- ter av lösningsmedel. Indunstningen fortsätter tills torrhalten når ungefär 10 volym-%. Detta koncentrerade material benämns slutligt filtrat 21.The methylxanthine extraction-free fraction is then evaporated under reduced pressure, which step essentially separates all small residues of solvent. Evaporation continues until the dry matter content reaches approximately 10% by volume. This concentrated material is finally called filtrate 21.

Det slutliga filtratet och det slutliga UF-retenatet 25 kombineras nu 22. Den kombinerade slutliga lösningen torkas 26 därefter medelst en vanlig torkningsteknik, såsom fritorkning eller sprejtorkning. Det så erhållna pulvret tillsätts till den återmalda råa kakaomassan 31, som därefter rostas i en kakaomass- rostare 32 av känd typ.The final filtrate and the final UF retenate 25 are now combined 22. The combined final solution is then dried 26 by a conventional drying technique, such as free-drying or spray-drying. The powder thus obtained is added to the regrinded cocoa mass 31, which is then roasted in a cocoa mass roaster 32 of known type.

Ett annat alternativ är att koncentrera den slutliga kombinerade lösningen 22 och injicera den direkt i en kakaomass- reaktor. Lösningen tillsätts i flera steg, därvid indunstas vatt- net i samma reaktor innan rostningen av den kompletterade kakao- massan. Den rostade kakaomassan är jämförbar med vanlig kakao- vätska i kvalitet, smak och funktion men är väsentligen fri från xantinstimulantia, särskilt teobromin.Another option is to concentrate the final combined solution 22 and inject it directly into a cocoa mass reactor. The solution is added in several steps, whereby the water is evaporated in the same reactor before the roasting of the supplemented cocoa mass. The roasted cocoa mass is comparable to ordinary cocoa liquid in quality, taste and function but is essentially free of xanthine stimulants, especially theobromine.

Ovanstående beskrivna totala förfarande utgör en illu- stration av ett sätt att utföra flerstegsextraktionsförfarandet enligt föreliggande uppfinning.The overall process described above is an illustration of a method of carrying out the multi-step extraction process of the present invention.

Claims

466 881 10 15 20 25 30 35 10 PATENT REQUIREMENTS

Process for removing theobromine and caffeine from cocoa beans by transferring cocoa beans in the usual manner to cocoa kernels and then treating the cocoa kernels with water for the extraction of theobromine and caffeine therefrom, characterized in that the cocoa kernels are subjected to an extraction treatment with low temperature water at temperatures from about 4500 to about 55 ° C followed by a series of extraction steps with high temperature water at temperatures from about 90 ° C to about 105 ° C.

A method according to claim 1, characterized by the further steps of removing the water extracts from the treated cocoa kernels, grinding the cocoa kernels into cocoa mass and then extracting cocoa liquid, which is substantially free of theobromine and caffeine, from the cocoa mass.

A method according to claim 1 or 2, characterized in that it comprises at least three water extraction steps in the high temperature range.

Process according to Claim 1 or 3, characterized in that the low-temperature extraction treatment is carried out at approximately 55 ° C and that the high-temperature extraction steps are carried out at approximately 95 ° C.

5. A process according to claim 2, characterized in that the removed extraction filtrates are subjected to ultrafiltration and diafiltration to obtain an ultrafiltration retentate and then the retenate is added to the cocoa mass before the recovery of the theobromine- and caffeine-free cocoa bean cocoa.

6. A process according to claim 2, characterized in that methylxanthines are removed from the extraction filtrate and then the methylxanthine-free fraction thus obtained is added to the cocoa mass before the recovery of the cocoa liquid from the cocoa mass.

7. A process according to claim 5, characterized in that the extraction filtrate from the ultrafiltration and diafiltration steps is subjected to concentration steps and extraction steps in countercurrent and then the methyl xanthine-free fraction is added to the cocoa mass before the recovery of the cocoa liquid from the cocoa liquid. 466 881 11

A method according to claim 7, characterized in that the concentration step is performed in reverse osmosis.