[发明专利]利用超临界流体脱除咖啡中咖啡因的方法

说明书

本发明涉及一种利用超临界流体从生咖啡豆中萃取咖啡因的方法，更具体地说，本发明包括向容纳有湿的生咖啡豆的萃取容器的一端连续地加入一种基本上不含咖啡因的超临界流体，并由相对一端连续地排出载有咖啡因的超临界流体，周期性地卸出一部分已脱除咖啡因的咖啡豆，并基本上同时向萃取容器加入一部分新的未脱咖啡因的咖啡豆，然后在一个逆流水吸收塔中从载有咖啡因的超临界流体中基本上除去所有的咖啡因，使存在于吸收塔排出水中的咖啡因经历反渗透过程以获得一种浓缩的咖啡因溶液和一种含有已溶非咖啡因固体且基本上不含咖啡因的渗透流，使该渗透流循环到萃取或水吸收塔之前的生咖啡中，这样不仅回收了固体，也增加了生咖啡的咖啡因萃取率。与已有技术的间歇工艺相比，本发明的方法效率更高，可生产出质量更好的脱咖啡因咖啡。

已知有许多使咖啡脱咖啡因的方法，最常用的技术包括，首先用水泡胀咖啡豆，然后用一种有机溶剂萃取咖啡因，或者用一种贫咖啡因的可溶生咖啡的溶液萃取咖啡因，该溶液随后与一种溶剂接触从中除去咖啡因。在这两种情况下，一般至少有一些溶剂与咖啡豆接触，并将极少的微量溶剂留在其中。最有用的溶剂是卤代烃，但为了不留任何微量的溶剂在咖啡中，越来越希望避免使用这样的溶剂，

虽然昂贵，但较有希望的一种可选技术是使用超临界流体，优选超临界二氧化碳从生咖啡豆中提取咖啡因。Zosel的US4,260,639即披露了这样一种技术，其中，为了提取咖啡因，使生咖啡与水湿超临界二氧化碳接触，再让二氧化碳通过水箱时鼓泡，可以从载有咖啡因的超临界二氧化碳中吸收咖啡因，如Zosel的US3,806,619所述，该水箱每4小时换一次新鲜水。然而这样的回收系统效率极低，原因是水箱不能提供连续的推动力来回收咖啡因，而周期性换水导致了工艺中不希望的间断性，在Zosel专利所用的条件下，仅仅从咖啡豆中专门除去咖啡因。在Zosel的US4,247,570披露的另一种技术中，在咖啡和超临界流体接触之前，使生咖啡与一种咖啡因吸附剂混合，然后，当用超临界流体萃取咖啡因时，它被咖啡因吸附剂所吸附，因而不再需要单独的咖啡因脱除步骤。已有技术中的方法均为间歇方法，其效率低于更接近于连续的方法，此外，非咖啡因固体在固体吸附剂和净化系统中的损失对生咖啡焙炒风味有不良的影响。

本发明的一个优点是采用更接近于连续的方法利用能脱除咖啡因的超临界流体从生咖啡豆中萃取咖啡因，回收并循环非咖啡因固体到生咖啡中。

另一个优点是通过控制脱除咖啡因时的非咖啡因固体损失和大幅度减少生咖啡豆在工艺过程中的停留时间，可以生产质量得到改进的脱咖啡因咖啡。

现已发现，本发明的这些目的可由下述方法实现，包括：向萃取容器的一端连续地加入一种基本上不含咖啡因的超临界流体，并从容器的相对一端连续地排出载有咖啡因的超临界流体，周期性地将一部分已脱除咖啡因的咖啡豆由容器的加入不含咖啡因超临界流体一端卸出，同时在相对一端添加一部分未脱咖啡因的咖啡豆，然后将载有咖啡因的超临界流体送入一个逆流液体吸收塔，在此，咖啡因由超临界流体迁移到一种极性流体中，此后再将基本上不含咖啡因的超临界流体循环到萃取容器，富含咖啡因的液体则随后加到一个反渗透单元以回收已浓缩到98％的咖啡因和一种基本上不含咖啡因的酸性渗透液，该渗透液循环到吸收塔或生咖啡中。

图1是一种萃取容器的示意图。

图2是一种在一萃取容器中脱除生咖啡中咖啡因并在一液体吸收塔中从含咖啡因的溶剂中回收咖啡因的系统示意图。

图3是一种由含咖啡因溶剂回收基本上纯的浓咖啡因和再循环含非咖啡因固体的酸性溶剂到萃取器或吸收塔的系统流程示意图。

按照本发明，用一种超临界流体从生咖啡豆中萃取咖啡因，超临界流体一般是一种在大气条件是气体的流体，它保持在一种高于其临界温度的温度和临界压力的压力下。本发明适用的超临界流体包括二氧化碳、氮、一氧化二氮、甲烷、乙烯、丙烷和丙烯。临界温度为31℃，临界压力为72.8大气压的二氧化碳是特别优选的。二氧化碳于食品加工中是大量可用、比较便宜、无爆炸性和绝对安全的。这些超临界流体可以单独使用，也可以作为混合的超临界溶剂联合使用。

另外，也可向该超临界流体加入一种所称的强化剂来改进超临界流体的溶剂特性，最有用的强化剂是低至中沸点的醇和酯，具体的强化剂包括甲醇、乙醇、乙酸乙酯等。该强化剂可以0.1％至20％(重量)的比例加到基本不含咖啡因的超临界流体中，这里准备使用的强化剂在所公开的操作条件下不是超临界流体，但容易溶入超临界流体，起改进溶剂性质的作用。