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JPS6247043B2 - - Google Patents
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JPS6247043B2 - - Google Patents

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Publication number
JPS6247043B2
JPS6247043B2 JP9942578A JP9942578A JPS6247043B2 JP S6247043 B2 JPS6247043 B2 JP S6247043B2 JP 9942578 A JP9942578 A JP 9942578A JP 9942578 A JP9942578 A JP 9942578A JP S6247043 B2 JPS6247043 B2 JP S6247043B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
solids
adsorbent
adsorption
aqueous solution
adsorbed
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired
Application number
JP9942578A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JPS5527054A (en
Inventor
Kuramaa Furankurin
Suteiibu Henitsugu Yairu
Atsuteraasu Garin Toruun
Jeemusu Boogeru Jerarudo
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
General Foods Corp
Original Assignee
General Foods Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by General Foods Corp filed Critical General Foods Corp
Priority to JP9942578A priority Critical patent/JPS5527054A/en
Publication of JPS5527054A publication Critical patent/JPS5527054A/en
Publication of JPS6247043B2 publication Critical patent/JPS6247043B2/ja
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  • Tea And Coffee (AREA)
  • Treatment Of Liquids With Adsorbents In General (AREA)
  • Solid-Sorbent Or Filter-Aiding Compositions (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention]

水溶液から溶解化合物を除去するために疎水性
吸着媒体を使用することはよく知られておりそし
て2成分混合物を分離するときの比較的簡単な方
法である。吸着煤体が多成分系の1つの成分に対
して排他的選択性である場合、多成分系から1つ
の成分を選択的に除去しようとする吸着法は同様
に比較的複雑でないであろう。不幸なことには、
このようなことは、あつたとしてもまれであり、
そして水溶液中の化合物の複雑な混合物、たとえ
ば、食物の水性抽出液から単一化合物を比較的濃
縮された形で除去したい場合、種々の新らしい処
理法を開発し、使用しなければならない。 水性コーヒー抽出液を、カフエインを吸着でき
る現在入手可能な大きい表面積の吸着媒体と接触
させるとき、多数の他の化合物、最も著しくはク
ロロゲン酸もこの吸着剤によつて吸着され、カフ
エインは吸着された全固形分のうちの小量を構成
するにすぎないことがわかつた。このような方法
は、古典的な吸着法のみを用いた場合失なわれる
ような非カフエイン固形分の有意な部分を回収し
かつ再添加するための技術が開発されないかぎ
り、経済的に魅力がないであろう。 本発明は、多成分水溶液から1つの成分を本質
的に取り出すと同時に他の成分の損失を最小とす
る、向流吸着法の改良に関する。詳しくは、本発
明は、生のコーヒーまたはいつたコーヒーの水性
抽出液からカフエインを除去すると同時に、非カ
フエイン固形分の損失を最小とするために適す
る。本発明を多段固定床吸着系において水性コー
ヒー抽出液からカフエインを除去することに関し
て説明するが、ここに開示する方法は多成分溶液
から選択された化合物を疎水性吸着媒体によつて
比較的濃縮された形で除去しようとする、連続向
流吸着系を含む、広い範囲の種々の処理および系
に応用できることは、この分野の専門家にとつて
明らかであろう。 吸着剤は、水性液流、たとえば、食用物質およ
び/または生物学的に活性なもしくは治療用物質
を含有する流れを含む工業流出液またはプロセス
流から溶解成分を吸着するために有効な任意の材
料であることができる。適当な吸着剤の例は、巨
大網状アクリルおよび/またはスチレンおよび/
またはジビニルベンゼン吸着樹脂である。この樹
脂はイオン交換樹脂であることができ、あるいは
イオン交換能力を欠いていてもよい;しかしなが
ら、本発明は吸着法、したがつてイオン交換樹脂
としてのみでなく、吸着剤としてイオン交換樹脂
の使用のみ適用されることを理解すべきである。 水性コーヒー抽出液(典型的には15〜30%の可
溶性固体)、たとえば、Berry et al.への米国特
許第2309092号に記載されている生のコーヒーの
カフエイン含有水抽出液からカフエインを除去す
るのに有用な吸着剤は、既知の商業的に入手でき
る非イオノゲン巨大網状樹脂である。特に有用な
ものは高い表面積の水不溶性橋かけした粒状重合
体であり、これはジビニルベンゼン、トリビニル
ベンゼン、ベンゼン核が炭素数1〜2のアルキル
基の1〜4個で置換されたアルキル−ジビニルベ
ンゼンからなる群より選ばれた少なくとも1種の
ポリ(ビニル)ベンゼンモノマー約2〜100重量
%、好ましくは少なくとも50重量%からなるエチ
レン系不飽和分子を懸濁重合することによつて製
造され、そしてこの重合体は少なくとも10%の多
孔度と少なくとも10m2/gの表面積をもち、カフ
エインによつて感知しうるほどに膨潤しない。こ
れらのポリ(ビニル)ベンゼンモノマーのホモポ
リマーおよびコポリマーのほかに、これらのモノ
マーの1種または2種以上を(1)モノエチレン性不
飽和モノマー、または(2)上にちようど定義したポ
リ(ビニル)ベンゼン以外のポリエチレン性不飽
和モノマーまたは(3) (1)と(2)との混合物の98%
(全モノマー混合物の重量を基準とする)までと
共重合できる。ジビニルベンゼン重合体とスチレ
ン/ジビニルベンゼン共重合体は本発明の方法に
おいてとくに有効である。 前述のタイプの吸着剤樹脂は知られていて、商
業的に入手可能であり、そしてGustafson
(Rohm & Haas Company)への米国特許第
3531463号にさらに詳しく記載されている。他の
高い表面積の疎水性吸着剤、たとえば、モレキユ
ラーシーブは本発明の方法において同様に有効で
あろう。適当な吸着剤は2.0デバイより小、好ま
しくは0.5デバイより小の双極子モーメントを示
すものであろう。 本発明の方法を、添付図面を参照しながら説明
する。 向流多段吸着法において、複数のカラムを直列
に接続する。各カラムまたは段は吸着剤の固定床
を含有し、そして処理すべきコーヒー抽出液は複
数の床を連続通過し、そしてこれらの床は液の流
れに対して向流の関係に段階的に使用され、これ
によりカフエイン含有抽出液は系(ライン10)
にはいり、最高消耗吸着床(段2)を通過し、最
新のまたは最低消耗吸着床(段4)を通つて系を
出る(ライン14)。典型的にはコーヒー抽出液
は最高負荷(最も吸着が進んだ:即ち最も消耗し
ている)段2へ連続的に供給される抽出液流から
カフエインを吸着する吸着床の容量が飽和となる
かまたはそれに近ずき、すなわち、このカラム
(段2)から出る(ライン12)コーヒー抽出液
のカフエイン濃度はこのカラムにはいる(ライン
11)抽出液のカフエイン濃度同じかまたはそれ
に近ずくまで、連続供給を行う。飽和前の任意の
時点で段2への抽出液の供給を停止できることは
もちろんであろう。所望量のカフエインが段2の
樹脂床上へ吸着されたとき、抽出液の供給を第2
番目に消耗されているがまだ完全には負荷されて
いない吸着床へ切換え、そして新らしい吸着床
(図示せず)を系の下流端に加える。 段2に位置する負荷した床またはカラムは、ふ
つうの向流吸着法において、脱着または溶離の媒
体で系から吸着された固体のすべてを出すことに
よつて直ちにかつ完全に再生され、そして本発明
によれば、再生が達成されるまで、回収操作のた
め保持される。 段2の負荷された床に、カラム中に含有される
抽出液を置換するのに十分な量の水を供給するこ
とはもちろん可能であり、そして捕捉されている
が吸着されていない固形分を吸着剤床から洗い出
すのに十分な追加量の水を用いることもできる。
次いで、置換された抽出液と水性洗浄溶液を新ら
しい供給抽出液と一緒に吸着カラム装置へ供給で
きるであろう。しかしながら、この水の添加は通
常必要ではない。なぜなら、これは後に蒸発のよ
うなエネルギーを要する工程によつて通常除去し
なければならない量の水を、脱カフエイン系に導
入するからである。 好ましくは負荷された床またはカラムは、吸着
カラムの装置から取りはずされると直ちに、処理
段1に配置され、ライン20を経て、以下に詳述
するように、前の再生サイクルにおいて回収また
は溶離された吸着固形分を含有する水溶液が供給
されるであろう。もちろん初めのサイクルにおい
て、流れ20は補充され、この系へ新たに注入さ
れなければなない;しかしながら、いつたん定常
状態に到達すると、補充の必要はない。 本発明の技術に従つて向流系を操作する場合、
追加の吸着床の容量を負荷されたカラムによつて
得ることができること;そして驚ろくべきことに
はこの追加の容量は、吸着床と供給流との間の接
触の間得られたものと異なり、しかもより望まし
い分布パターンに従つて固形分を吸着するのに有
効であることがわかつた。特定の理論に制限され
たくないが、流れ20が段1を通して供給される
とき流れ20の前に吸着された非カフエイン固形
分の、全部ではないにしても、ほとんどは再吸収
されないで供給床を通過し(ライン21を経て出
る)、これに対して前に吸着されたカフエイン固
形分のほとんどは樹脂床上へ再吸着されるように
思われる。向流吸着系(段4〜2)を通過する間
段1の樹脂床上へ吸着された非カフエイン固形分
の一部分を、流れ20から吸着されたカフエイン
固形分と樹脂から置換することもできる。結果と
して、段1の吸着床は新しくかついつそう好まし
い分布で吸着された固形分を含有し、そしてその
分布は段2の負荷吸着床に見出されるよりも高い
百分率(重量基準)のカフエイン、結局低い百分
率の非カフエインを含有するであろう。 再生すべき吸着ベツド中の非カフエイン固形分
の低い重量%が望ましいことは、これらの非カフ
エイン固形分を脱カフエイン系へ再導入できるよ
うな方法でこれらの非カフエイン固形分を容易に
および/または経済的にカフエインから分離され
ないという事実に基ずく。溶離または脱着の間ま
たは後にこれらの吸着された固形分を分別できる
化学処理は、政府の規制が非カフエイン固体を脱
カフエイン系へ再導入を許さないように非カフエ
イン固形分を変化および/または分解するであろ
う。結局溶離前吸着床上に存在する非カフエイン
固形分は脱カフエイン系から除去され、そして経
済的損失ならびに廃物廃棄の問題を構成するであ
ろう。 この分野の専門家には明らかなように、流れ2
0は段2への供給(ライン11)中に存在するよ
りも高い重量%のカフエイン(固形分基準)およ
び低い重量%の非カフエイン固形分を含有するで
あろう。流れ20の固形分濃度は、たとえば、蒸
発器8により、流れ11のそれぞれの濃度よりも
カフエイン濃度(溶液の重量に基ずく)が高くか
つ全固形分濃度が低いように、調節されるであろ
う。これらの臨界条件下で、流れ20と段1の吸
着剤床との間の接触の間、追加のカフエインが床
へ吸着されるための有意の正の駆動力と、追加の
非カフエイン固形分が床へ吸着されるためのほん
のわずかな、あるいは可能ならば負の駆動力が存
在するように思われる。この発見は驚ろくベきこ
とである。なぜなら、流れ20中の全非カフエイ
ン固形分濃度は流れ11のそれより低いが、流れ
20の非カフエイン固形分のすべては吸着される
ことができるからである。前に吸着された非カフ
エイン固形分の多数のあるものの濃度は流れ11
よりも流れ20の方が高いこと、そして正味の結
果は段1樹脂床上に存在する非カフエイン固形分
の比較的一定した百分率(固形分基準)であるこ
とが期待されるであろう。 本発明の方法の他の驚ろくべき面は、ことにコ
ーヒー抽出液の脱カフエインに関するとき、流れ
10および流れ20の両方に存在するカフエイン
が非カフエインのあるもの、最も著しくはクロロ
ゲン酸と錯化することが知られていることであ
る。これらのカフエインと錯化する固形分は、吸
着されたカフエインと錯化しないで、段1のカフ
エイン負荷吸着剤床を通過できるように思わるこ
とは、予測できなかつたことである。 段1の底を出る流れ21は、流れ20がこのカ
ラムの頂部へ供給される間、従来の吸着法におい
ては失なわれたであろう非カフエイン固形分と少
量のカフエインを含有する。吸着装置へ供給しも
どされる(ライン21および31を経て)溶液の
量は、後述するように、吸着装置(段2〜4)中
へ導入されるカフエインの全量を制限するように
調節されるであろう。 ライン20からの流れが止んだ後、回収段1
は、ことに前もつてなされない場合、このカラム
中に存在する溶液を置換しならびに捕捉された固
形分の吸着床を洗うのに十分な量の水で洗浄する
ことができる。しかしながら、再び系への水の添
加および引き続くプロセス流れ21および/また
は23の希釈を避けることが通常好ましいであろ
う。 段1の吸着床は適当な脱着剤(ライン19)に
よつて再生する。この脱着剤は再循環した脱着剤
(ライン17)および新らしい補充脱着剤(ライ
ン16)からなることができる。典型的には再生
は、蒸留のような手段によつて水から分離容易な
有機溶媒、またはアルコール水溶液のような溶媒
の水溶液によつて行う。 ことに食物の処理の応用において、次に望まし
いことは、すべての溶離媒体を吸着剤床から除去
することである。吸着剤のすべてまたは一部分を
除去するために樹脂を水蒸気処理することができ
るであろう。しかしながら好ましくは、吸着剤は
1回または2回以上の水のすすぎ(ライン30)
によつて置換でき、その少なくとも1回は逆方向
(図示せず)であることが好ましいであろう。新
らしい置換水は系に供給し(ライン26)、そし
て蒸発器8の蒸発性凝縮物のような他の存在しう
る水の流れ(ライン27)および再循環した置換
水(ライン29)と一緒にできる。 カラムから出る置換水の初期部分を分別器7へ
通し(ライン28)、ここでその中に含有される
ことがある溶媒を回収して再循環できるようにす
ることが一般に望ましい。きわめて低レベルの溶
媒のみを含有することがある、一般にほぼ後者の
半分である、置換水の順流量は処理せずに再循環
して(ライン29)、引き続くサイクルの置換工
程のための置換水の初期部分を構成できる。 溶離剤(ライン23)は、可溶性固形分の全重
量に基ずいて、向流吸着装置から消耗段として取
り出した直後段2の負荷樹脂を溶離することによ
つて得られるよりも高いレベル(典型的には約35
〜65%)のカフエインを含有し、これは、たとえ
ば分別器7中で、処理して有機溶媒を固形分の水
溶液から除去する。次いで、この本質的に溶媒を
含有しない固体の溶液は、適当な濃度(蒸発器)
または希釈工程に通して、吸着カラム装置への供
給物(ライン11)中に存在したよりも高い濃度
を有する水溶液(ライン24)を生成するために
使用する。この高いカフエインの溶液の一部分を
系から副生物流として抜き出し(ライン25)そ
してこの溶液の残り(ライン20)を使用して吸
着装置から取り出された次の負荷したカラム上に
カフエインを濃縮する。流れ24の一部分をカフ
エインに富んだ副生物として単に分離する別法と
して、流れ24の全部または一部分を、分別法
(図示せず)、たとえば、分別結晶、膜分離、分別
昇華、電気透析などに付して、カフエインレベル
が高い副生物流を形成し、そして生ずる流れ(た
とえば、母液など)をライン20へ供給すること
ができる。 本発明の方法は、段1の負荷された床へ供給さ
れる高いカフエインの流れ(流れ20)のカフエ
イン濃度が供給流11のカフエイン濃度よりも少
なくとも2倍、好ましくは少なくとも約4倍であ
るとき、最も効果的であることがわかつた。比較
的純粋なカフエイン材料を流れ20に加えてこの
高いカフエイン濃度にすることは、本発明におい
て具体的に考えられる。好ましくは流れ20の全
固体濃度(典型的には約6〜15重量%)は、流れ
11のそれより近く、通常約半分以下であろう。
さらに、回収段1から吸着装置へもどす(ライン
21および31を経て)カフエインの量は、供給
抽出液(ライン10)中に存在するカフエインの
量を大きく超えるべきではないことがわかつた。
好ましくは、ここで還流比と定義する、ライン1
0を経て段2へ供給されるカフエイン対ライン3
1を経て供給されるカフエインの量の重量比は、
0.01:1〜5:1、好ましくは0.1:1〜2.5:
1、典型的には約0.5:1〜1.5:1である。 この分野の専門家は認めるように、多数の保持
槽、弁および同様な標準装置(図示せず)を、標
準の化学方法の設計技術に従つて設けることがで
きる。 本発明の好ましい態様を以下の実施例に記載
し、すべての百分率は重量%であり、そして実施
例は平衡条件において向流方式で操作される、図
面に示す系を説明する。実施例中に記載される
種々の流れは、表1に示すパラメーターを有す
る。
The use of hydrophobic adsorption media to remove dissolved compounds from aqueous solutions is well known and is a relatively simple method when separating binary mixtures. If the adsorbed soot body is exclusively selective for one component of a multicomponent system, adsorption methods that seek to selectively remove one component from a multicomponent system will likewise be relatively uncomplicated. Unfortunately,
This is rare, if ever, and
And if it is desired to remove a single compound in relatively concentrated form from a complex mixture of compounds in an aqueous solution, such as an aqueous extract of food, a variety of new processing methods must be developed and used. When aqueous coffee extract was contacted with currently available high surface area adsorption media capable of adsorbing caffeine, a number of other compounds, most significantly chlorogenic acids, were also adsorbed by this adsorbent, and caffeine was adsorbed. It was found that it constituted only a small amount of the total solids. Such methods will be economically unattractive unless techniques are developed to recover and re-add a significant portion of the non-caffeine solids that would be lost using classical adsorption methods alone. Will. The present invention relates to an improved countercurrent adsorption process that essentially removes one component from a multicomponent aqueous solution while minimizing loss of other components. In particular, the present invention is suitable for removing caffein from aqueous extracts of green or aged coffee while minimizing loss of non-caffein solids. Although the present invention is described with respect to the removal of caffeine from aqueous coffee extract in a multi-stage fixed bed adsorption system, the method disclosed herein allows selected compounds from a multi-component solution to be relatively concentrated by a hydrophobic adsorption medium. It will be apparent to those skilled in the art that it has applicability to a wide variety of processes and systems, including continuous countercurrent adsorption systems, which seek to remove oxidized particles in the form of oxidation. An adsorbent is any material effective for adsorbing dissolved components from an aqueous liquid stream, such as an industrial effluent or process stream, including a stream containing edible substances and/or biologically active or therapeutic substances. can be. Examples of suitable adsorbents are macroreticular acrylic and/or styrene and/or
Or divinylbenzene adsorption resin. This resin can be an ion exchange resin, or it can lack ion exchange capacity; however, the present invention relates to an adsorption method and thus the use of an ion exchange resin as an adsorbent as well as an ion exchange resin. It should be understood that only applicable Removing caffeine from aqueous coffee extracts (typically 15-30% soluble solids), such as the caffein-containing aqueous extract of green coffee described in U.S. Patent No. 2,309,092 to Berry et al. Useful adsorbents are known commercially available non-ionogenic macroreticular resins. Particularly useful are high surface area, water-insoluble, cross-linked particulate polymers, such as divinylbenzene, trivinylbenzene, alkyl-benzene substituted with 1 to 4 alkyl groups of 1 to 2 carbon atoms. prepared by suspension polymerization of ethylenically unsaturated molecules consisting of about 2 to 100% by weight, preferably at least 50% by weight, of at least one poly(vinyl)benzene monomer selected from the group consisting of divinylbenzene; , and the polymer has a porosity of at least 10% and a surface area of at least 10 m 2 /g and does not swell appreciably with caffeine. In addition to homopolymers and copolymers of these poly(vinyl)benzene monomers, one or more of these monomers may be used as (1) monoethylenically unsaturated monomers, or (2) poly(vinyl)benzene monomers as just defined above. 98% of a polyethylenically unsaturated monomer other than (vinyl)benzene or (3) a mixture of (1) and (2)
(based on the weight of the total monomer mixture). Divinylbenzene polymers and styrene/divinylbenzene copolymers are particularly effective in the process of the present invention. Adsorbent resins of the aforementioned type are known and commercially available, and Gustafson
(Rohm & Haas Company) US Patent No.
Further details are provided in issue 3531463. Other high surface area hydrophobic adsorbents, such as molecular sieves, may be equally effective in the process of the invention. Suitable adsorbents will exhibit a dipole moment of less than 2.0 debye, preferably less than 0.5 debye. The method of the invention will now be described with reference to the accompanying drawings. In the countercurrent multistage adsorption method, multiple columns are connected in series. Each column or stage contains a fixed bed of adsorbent, and the coffee extract to be treated passes successively through a plurality of beds, and these beds are used in stages in countercurrent relation to the flow of liquid. This causes the caffeine-containing extract to enter the system (line 10).
It enters the system, passes through the most depleted adsorbent bed (stage 2), and exits the system through the most recent or least depleted adsorbent bed (stage 4) (line 14). Typically, the coffee extract is continuously fed to stage 2 where the coffee extract is the most loaded (most adsorbed, i.e. most depleted) until the capacity of the adsorbent bed to adsorb caffeine reaches saturation. or close to it, i.e., the caffeine concentration of the coffee extract leaving this column (stage 2) (line 12) continues until the caffeine concentration of the coffee extract entering this column (line 11) is the same or close to it. supply. Of course, the supply of extract to stage 2 can be stopped at any time before saturation. When the desired amount of caffeine has been adsorbed onto the resin bed in stage 2, the extract supply is switched to the second stage.
Switch to the second depleted but not yet fully loaded bed and add a new bed (not shown) to the downstream end of the system. The loaded bed or column located in stage 2 is immediately and completely regenerated by drawing all of the adsorbed solids out of the system with a desorption or elution medium in a conventional countercurrent adsorption process, and the present invention According to , it is retained for retrieval operations until regeneration is achieved. It is of course possible to supply the loaded bed of stage 2 with sufficient water to displace the extractant contained in the column and to displace the trapped but unadsorbed solids. Additional amounts of water sufficient to wash out the adsorbent bed may also be used.
The displaced extract and aqueous wash solution could then be fed to the adsorption column apparatus along with the fresh feed extract. However, this addition of water is usually not necessary. This is because this introduces an amount of water into the decaffeination system that would normally have to be removed later by energy-intensive steps such as evaporation. Preferably, the loaded bed or column is placed in processing stage 1 immediately upon removal from the adsorption column apparatus, and is passed through line 20 to the bed or column that was recovered or eluted in the previous regeneration cycle, as detailed below. An aqueous solution containing adsorbed solids will be provided. Of course, in the first cycle, stream 20 must be replenished and freshly injected into the system; however, once steady state is reached, there is no need for replenishment. When operating a countercurrent system according to the technique of the present invention,
Additional adsorbent bed capacity can be obtained by means of a loaded column; and surprisingly, this additional capacity is different from that obtained during the contact between the adsorbent bed and the feed stream. Moreover, it was found to be effective in adsorbing solids according to a more desirable distribution pattern. Without wishing to be limited to any particular theory, it is believed that most, if not all, of the non-caffeine solids adsorbed prior to stream 20 as stream 20 is fed through stage 1 leave the feed bed without being reabsorbed. (exiting via line 21), whereas most of the previously adsorbed caffeine solids appear to be readsorbed onto the resin bed. A portion of the non-caffeine solids adsorbed onto the resin bed of stage 1 passing through the countercurrent adsorption system (stages 4-2) can also be replaced by adsorbed caffeine solids from stream 20 from the resin. As a result, the stage 1 bed contains adsorbed solids in a fresh and more favorable distribution, and that distribution contains a higher percentage (by weight) of caffeine, eventually It will contain a low percentage of non-caffeine. The desirability of a low weight percentage of non-caffeinated solids in the adsorbent bed to be regenerated makes it easy to and/or remove these non-caffeic solids in a manner that allows them to be reintroduced into the decaffeinated system. Based on the fact that it cannot be economically separated from caffeine. Chemical treatments that can separate these adsorbed solids during or after elution or desorption alter and/or degrade the non-caffeinated solids so that government regulations do not allow reintroduction of non-caffeinated solids into the decaffeinated system. will. Eventually the non-caffeinated solids present on the pre-elution adsorption bed will be removed from the decaffeinated system and constitute an economic loss as well as a waste disposal problem. As is clear to experts in this field, flow 2
0 will contain a higher weight percent caffein (on a solids basis) and a lower weight percent non-caffeine solids than is present in the feed to stage 2 (line 11). The solids concentration of stream 20 may be adjusted, for example, by evaporator 8 such that it has a higher caffeine concentration (based on the weight of the solution) and a lower total solids concentration than the respective concentration of stream 11. Dew. Under these critical conditions, during contact between stream 20 and the adsorbent bed of stage 1, there is a significant positive driving force for additional caffeine to be adsorbed onto the bed and additional non-caffeine solids. There appears to be a slight or possibly negative driving force for adsorption to the bed. This discovery is surprising. This is because, although the total non-caffeic solids concentration in stream 20 is lower than that of stream 11, all of the non-caffeic solids in stream 20 can be adsorbed. The concentration of a large number of previously adsorbed non-caffeine solids in stream 11
It would be expected that the net result would be a relatively constant percentage (on a solids basis) of non-caffeine solids present on the Stage 1 resin bed. Another surprising aspect of the process of the present invention is that, particularly when relating to decaffeinating coffee extracts, the caffeine present in both stream 10 and stream 20 is complexed with non-caffeinic material, most significantly chlorogenic acid. It is known to do. It was unexpected that these caffeine-complexing solids appeared to be able to pass through the stage 1 caffeine-loaded adsorbent bed without complexing with the adsorbed caffeine. Stream 21 exiting the bottom of stage 1 contains non-caffein solids and a small amount of caffeine that would have been lost in conventional adsorption processes while stream 20 was fed to the top of this column. The amount of solution fed back to the adsorption device (via lines 21 and 31) can be adjusted to limit the total amount of caffeine introduced into the adsorption device (stages 2-4), as described below. Probably. After the flow from line 20 has stopped, collection stage 1
The column can be washed with a sufficient amount of water to displace the solution present in the column and to wash the adsorption bed of trapped solids, especially if not done beforehand. However, it will usually be preferable to avoid adding water to the system again and subsequent dilution of process streams 21 and/or 23. The stage 1 adsorption bed is regenerated by a suitable desorbent (line 19). This desorbent may consist of recycled desorbent (line 17) and fresh replenishment desorbent (line 16). Typically, regeneration is carried out with an organic solvent that is easily separated from water by means such as distillation, or with an aqueous solution of the solvent, such as an aqueous alcohol solution. Particularly in food processing applications, it is then desirable to remove all elution media from the adsorbent bed. The resin could be steam treated to remove all or a portion of the adsorbent. Preferably, however, the adsorbent is subjected to one or more water rinses (line 30).
preferably at least once in the opposite direction (not shown). Fresh displacement water is fed into the system (line 26) and together with other possible water streams such as evaporative condensate of evaporator 8 (line 27) and recycled displacement water (line 29). Can be done. It is generally desirable to pass the initial portion of the displacement water leaving the column to the separator 7 (line 28), where the solvent that may be contained therein can be recovered and recycled. The forward flow of displacement water, which may contain only very low levels of solvent and is generally approximately half of the latter, is recycled without treatment (line 29) to provide displacement water for the displacement step of the subsequent cycle. You can configure the initial part of The eluent (line 23) is at a higher level (typically Approximately 35
~65%) of caffeine, which is treated to remove the organic solvent from the aqueous solution of solids, for example in separator 7. This essentially solvent-free solution of the solid is then reduced to an appropriate concentration (evaporator).
or through a dilution step to produce an aqueous solution (line 24) having a higher concentration than was present in the feed to the adsorption column apparatus (line 11). A portion of this high caffeine solution is withdrawn from the system as a byproduct stream (line 25) and the remainder of this solution (line 20) is used to concentrate the caffeine onto the next loaded column removed from the adsorption device. As an alternative to simply separating a portion of stream 24 as a caffeine-rich by-product, all or a portion of stream 24 may be subjected to a fractionation process (not shown), such as fractional crystallization, membrane separation, fractional sublimation, electrodialysis, etc. A byproduct stream with an elevated caffeine level can then be formed and the resulting stream (eg, mother liquor, etc.) can be fed to line 20. The method of the present invention operates when the caffeine concentration of the high caffeine stream (stream 20) fed to the loaded bed of stage 1 is at least twice, preferably at least about 4 times, the caffeine concentration of feed stream 11. , was found to be the most effective. Adding relatively pure caffeine material to stream 20 to achieve this high caffeine concentration is specifically contemplated in the present invention. Preferably the total solids concentration of stream 20 (typically about 6-15% by weight) will be close to that of stream 11, usually about half or less.
Furthermore, it has been found that the amount of caffein returned from recovery stage 1 to the adsorption device (via lines 21 and 31) should not significantly exceed the amount of caffein present in the feed extract (line 10).
Preferably, line 1, defined herein as reflux ratio
Caffeine supplied to stage 2 via line 3
The weight ratio of the amount of caffeine supplied via 1 is
0.01:1-5:1, preferably 0.1:1-2.5:
1, typically about 0.5:1 to 1.5:1. Those skilled in the art will appreciate that a number of holding tanks, valves and similar standard equipment (not shown) can be provided in accordance with standard chemical process design techniques. Preferred embodiments of the invention are described in the examples below, all percentages are by weight, and the examples describe the systems shown in the figures, operated in countercurrent mode at equilibrium conditions. The various streams described in the examples have the parameters shown in Table 1.

【表】 実施例 1 吸着系の各段は、480gのポリジビニルベンゼ
ン型の水和した非イオノジエン巨大網状吸着樹脂
(Amberlite(商標)XAD−4、Rohm &
Haas Company)を含有し、この樹脂は約50%
の空隙体積を含む540c.c.の床体積を与える。前述
の米国特許第2309092号に記載されるような生の
コーヒーの水性抽出液(83℃)からなる流れ10
(床体積の4.34倍および82℃)を流れ31と一緒
にし(槽5)、消耗段2へ流れ11として供給す
る。ライン12および13によつて接続された吸
着列をコーヒー抽出液が流れるときカフエイン固
形分は非カフエイン固形分と一緒に樹脂床2,3
および4のおのおの上に吸着された。抽出液は系
を出、流れ14はカフエインを実質的に含有しな
いことがわかり、非カフエイン固形分濃度が流れ
10より低かつた(11.37gだけ)。系を出る流れ
25は乾燥基準で37%のカフエイン、11.37gの
非カフエイン固形分を含有することがわかつた。
次いでこの流れを処理して純粋なカフエインを回
収し、非カフエイン固形分を廃棄し脱カフエイン
されたコーヒーからの固形分損失とした。 次に順流吸着サイクルのため、吸着された固形
分約73gを含有し、そのうち23%がカフエインで
ありかつそのうち15.5%がクロロゲン酸である段
2の樹脂床を段1の位置へ移し、一方新らしい樹
脂床4に置き、そして前の段3および4の床をそ
れぞれ2および3段の位置へ取り出した。次いで
段1に初め高いカフエイン濃度(3.99%)の流れ
20を約2.0倍の床体積(1080g)の量で供給
し、そして生ずる流出流21を蒸発器6中で濃縮
した。この濃縮された流れ31を槽5内で流れ1
0と合わせ、そして生ずる混合物の流れ11を段
2へ供給する。 段1を次に、温度が約77℃の約8.0倍の床体積
の希(40%の水)エタノール(流れ19)で希釈
し、生ずる溶離剤流23をまず7で分別して、エ
タノール水溶液を除去しかつ回収し、次いで蒸発
器8において濃縮して、流れ24中に10.8%の固
形分レベルを得る。流れ24の一部分(約19%)
をカフエイン精製工程に流れ25として通し残り
(流れ20)を保持して順流サイクルの段1へ供
給する。段1に次に水(流れ30)を供給してそ
の中に含有されるアルコールを置換し、これによ
つて樹脂床を多段吸着装置において再使用のため
準備する。 実施例 2 図面の3段吸着列を使用するが、回収流20ま
たは還流31を使用しないで、吸着装置から取り
出した直後に段2を溶離し、段1へ位置させる
と、順流が平衡条件において得られる。
[Table] Example 1 Each stage of the adsorption system consisted of 480 g of a hydrated non-ionodiene macroreticular adsorption resin of the polydivinylbenzene type (Amberlite™ XAD-4, Rohm &
Haas Company), this resin is approximately 50%
Gives a bed volume of 540 c.c. with a void volume of . Stream 10 consisting of an aqueous extract of green coffee (83° C.) as described in the aforementioned U.S. Pat. No. 2,309,092.
(4.34 bed volumes and 82° C.) are combined with stream 31 (vessel 5) and fed as stream 11 to consumable stage 2. As the coffee extract flows through the adsorption column connected by lines 12 and 13, the caffeine solids are mixed with non-caffein solids in the resin beds 2, 3.
and 4, respectively. The extract exited the system and stream 14 was found to contain substantially no caffeine and had a lower non-caffein solids concentration than stream 10 (by 11.37 g). Stream 25 exiting the system was found to contain 37% caffeine on a dry basis, 11.37g non-caffein solids.
This stream was then processed to recover pure caffein and discard non-caffeinated solids as solids loss from the decaffeinated coffee. The stage 2 resin bed containing about 73 g of adsorbed solids, of which 23% is caffeine and of which 15.5% is chlorogenic acid, is then transferred to the stage 1 position for a downflow adsorption cycle, while the new A typical resin bed 4 was placed and the beds of previous tiers 3 and 4 were removed to tier 2 and 3 positions, respectively. Stage 1 was then initially fed stream 20 with a high caffeine concentration (3.99%) in an amount of about 2.0 bed volumes (1080 g) and the resulting effluent stream 21 was concentrated in evaporator 6. This concentrated stream 31 is transferred to stream 1 in tank 5.
0 and feed the resulting mixture stream 11 to stage 2. Stage 1 is then diluted with about 8.0 bed volumes of dilute (40% water) ethanol (stream 19) at a temperature of about 77°C and the resulting eluent stream 23 is first fractionated at 7 to form an aqueous ethanol solution. is removed and recovered and then concentrated in evaporator 8 to obtain a solids level of 10.8% in stream 24. Part of flow 24 (approximately 19%)
is passed through the caffeine purification process as stream 25 and the remainder (stream 20) is retained and fed to stage 1 of the downflow cycle. Stage 1 is then fed with water (stream 30) to displace the alcohol contained therein, thereby preparing the resin bed for reuse in a multi-stage adsorption device. Example 2 Using the three-stage adsorption train of the figure, but without using recovery stream 20 or reflux 31, if stage 2 is eluted and placed on stage 1 immediately after removal from the adsorption device, the upstream is at equilibrium conditions. can get.

【表】【table】

【表】 上の表2からわかるように、系を出る副生物流
25(24と同じ)は乾燥基準でわずかに16%の
カフエイン固形分を含有する。このように系から
除去されるカフエイン1g当り5.25gの非カフエ
イン固形分が失なわれる。失なわれた非カフエイ
ン固形分の量は脱カフエイン系の全体の経済性に
直接に影響をおよぼすので、この損失を最小にす
ることが望ましい。実施例1および2における非
カフエイン固形分の損失の比較を、表3に記載す
る。
Table 2 As can be seen from Table 2 above, by-product stream 25 (same as 24) leaving the system contains only 16% caffeine solids on a dry basis. For every gram of caffeine removed from the system in this manner, 5.25 grams of non-caffein solids are lost. Since the amount of non-caffeinated solids lost directly impacts the overall economics of the decaffeinated system, it is desirable to minimize this loss. A comparison of non-caffeine solids loss in Examples 1 and 2 is provided in Table 3.

【表】 の量
いつたコーヒーの水性抽出液を脱カフエインし
ようとするとき匹敵する結果を得ることができる
であろう;しかしながら抽出液を吸着剤樹脂と接
触する前、水蒸気ストリツピングのような手段に
よつて揮発性物質を抽出液から除去することが好
ましいであろう。揮発性物質は、継続する処理工
程において、保持され、脱カフエインしたコーヒ
ー抽出液に加えもどされる。
Comparable results may be obtained when attempting to decaffeinate an aqueous extract of bitter coffee; however, prior to contacting the extract with the adsorbent resin, the extract may be subjected to such means as steam stripping. It may therefore be preferable to remove volatile substances from the extract. The volatile substances are retained and added back to the decaffeinated coffee extract in subsequent processing steps.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

図面は定常状態条件において操作されている3
段向流(段2〜4)吸着装置を示す。 1,2,3,4……段、5……槽、6,8……
蒸発器、7……分別器、10,11,12,1
3,14,16,17,19,20,21,2
3,24,25,26,27,28,29,3
0,31……ライン。
The drawing is operated at steady state conditions3
A stage countercurrent (stages 2-4) adsorption device is shown. 1, 2, 3, 4... stage, 5... tank, 6, 8...
Evaporator, 7...Separator, 10, 11, 12, 1
3, 14, 16, 17, 19, 20, 21, 2
3, 24, 25, 26, 27, 28, 29, 3
0,31... line.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 吸着される他の化合物も含む多成分水溶液か
ら優先的に吸着された成分を分離する向流吸着法
において、この方法が (a) 所期の量の優先吸着成分が、最も吸着量の多
い吸着剤上に吸着されるまで、向流吸着系の流
れの最も消耗された区域に多成分水溶液を通
し; (b) この向流吸着系から最も消耗された吸着剤の
区域を取出し; (c) 上記工程(b)で取出した吸着剤に固形分水溶液
を通して流出液を得、該固形分水溶液は工程(a)
の多成分水溶液よりも優先吸着成分の濃度が高
いが、全固形分濃度が低く、そして該固形分は
後の工程(f)の吸着剤再生処理中に吸着された固
形分から成り: (d) 向流吸着系の最も消耗の少い区域に新鮮な吸
着剤を加え; (e) 工程(c)の流出液の一定量を多成分水溶液の一
定量と共に向流吸着系の最も消耗した区域に通
し、該流出液の量は優先吸着された成分につい
ての還流比を0.01:1〜5:1にするのに十分
な量であり;その後、 (f) 脱着剤を工程(c)の吸着剤に通して吸着された
固形分を取出し、該固形分は乾燥基準で比較的
高い比率の優先吸着された成分を有する; 各工程から成る方法。 2 吸着剤は非イオノゲン性巨大網状橋かけ樹脂
粒子からなる特許請求の範囲第1項記載の方法。 3 工程(f)の脱着剤は有機溶媒またはその水溶液
である特許請求の範囲第2項記載の方法。 4 工程(f)の吸着された固形分を有機溶媒から分
離し、そしてこれらの固形分の一部分を水溶液の
形で工程(c)の吸着が行われた吸着剤へ供給する特
許請求の範囲第3項記載の方法。 5 吸着剤はアクリルおよび/またはスチレンお
よび/またはジビニルベンゼンの樹脂である特許
請求の範囲第2項記載の方法。 6 吸着剤樹脂はジビニルベンゼンの重合体また
はスチレン/ジビニルベンゼンの共重合体である
特許請求の範囲第2項記載の方法。 7 向流吸着系は多段固定床吸着列である特許請
求の範囲第1項記載の方法。 8 工程(a)の多成分水溶液の固形分濃度は15〜30
重量%であり、そして工程(c)の溶液の固形分濃度
は6〜15重量%である特許請求の範囲第1項記載
の方法。 9 還流比は約0.5:1〜1.5:1である特許請求
の範囲第1項記載の方法。 10 優先吸着された成分の吸着に関して、最も
吸着された吸着剤の容量に実質的に到達するまで
多成分溶液を含む流れを工程(a)における最も消耗
された区画へ供給する特許請求の範囲第1項記載
の方法。 11 多成分溶液は生のコーヒーまたはいつたコ
ーヒーの水性抽出液である特許請求の範囲第8項
記載の方法。
[Scope of Claims] 1. In a countercurrent adsorption method for separating preferentially adsorbed components from a multicomponent aqueous solution that also contains other adsorbed compounds, the method is characterized in that (a) a predetermined amount of the preferentially adsorbed component is , passing the multicomponent aqueous solution through the most depleted section of the flow of the countercurrent adsorption system until adsorption onto the adsorbent with the highest adsorption capacity; (c) Pass the solid aqueous solution through the adsorbent taken out in step (b) above to obtain an effluent, and the solid aqueous solution is passed through step (a).
has a higher concentration of preferentially adsorbed components than the multicomponent aqueous solution of (d), but has a lower total solids concentration, and the solids consist of solids adsorbed during the subsequent adsorbent regeneration process in step (f): (d) Adding fresh adsorbent to the least depleted zone of the countercurrent adsorption system; (e) Adding a certain amount of the effluent from step (c) along with a certain amount of the multicomponent aqueous solution to the least depleted zone of the countercurrent adsorption system; (f) replacing the desorbent with the adsorbent of step (c); a method comprising the steps of: removing the adsorbed solids having a relatively high proportion of preferentially adsorbed components on a dry basis; 2. The method according to claim 1, wherein the adsorbent comprises non-ionogenic giant reticular cross-linked resin particles. 3. The method according to claim 2, wherein the desorbent in step (f) is an organic solvent or an aqueous solution thereof. 4 Separating the adsorbed solids of step (f) from the organic solvent and feeding a portion of these solids in the form of an aqueous solution to the adsorbent on which the adsorption of step (c) was carried out The method described in Section 3. 5. The method according to claim 2, wherein the adsorbent is an acrylic and/or styrene and/or divinylbenzene resin. 6. The method of claim 2, wherein the adsorbent resin is a divinylbenzene polymer or a styrene/divinylbenzene copolymer. 7. The method according to claim 1, wherein the countercurrent adsorption system is a multistage fixed bed adsorption train. 8 The solid content concentration of the multi-component aqueous solution in step (a) is 15 to 30
% by weight, and the solids concentration of the solution in step (c) is from 6 to 15% by weight. 9. The method of claim 1, wherein the reflux ratio is about 0.5:1 to 1.5:1. 10. With respect to the adsorption of preferentially adsorbed components, feeding the stream containing the multicomponent solution to the most depleted compartment in step (a) until substantially the capacity of the most adsorbed adsorbent is reached; The method described in Section 1. 11. The method of claim 8, wherein the multicomponent solution is an aqueous extract of green coffee or cold coffee.
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