JP2017510256A - カフェイン除去方法およびシステム - Google Patents

Abstract

開示されるのは、アルカロイド含有物質、特に茶葉から、カフェインを抽出するための水系の方法である。方法は人工の物質を使用せずに行うことができる。方法は、アルカロイド含有物質のその他の可溶性非カフェイン成分、特にカテキンおよび抗酸化剤などの成分をカフェイン除去製品の一部にすることを可能にする。好都合にも、アルカロイド含有物質から抽出されたカフェインは吸着剤に可逆的に吸着され、高比率のカフェインを吸着剤から回収できる。【選択図】図１

Description

本発明は茶葉などのアルカロイド含有物質から物質を処理および／または抽出するシステムと方法に関する。好ましくは人工の化学溶媒、すなわち、人為的な化学溶媒なしで有効に機能する、これらの物質から水系のカフェインを抽出する方法が開示されている。この系および方法が、アルカロイド含有物質のその他の水溶性の非カフェイン成分（例えば、カテキンおよびポリフェノール）がカフェイン除去された生成物の一部となるようにするのが好ましい。好都合にも、アルカロイド含有物質から抽出されたカフェインが吸着剤に可逆的に吸着され、高レベルのカフェインが吸着剤から脱着され、異なる分野でさらに使用され得る。

カフェイン除去された茶製品へのカフェイン除去中に茶の木由来の茶葉の処理に用いられる方法およびステップは、得られる茶製品の品質、特に風味および／または強さに大きな影響を与える。品質は、特に、茶カテキン（これは、緑茶中の茶葉の乾燥重量の最大で３０％になる）、テアフラビン誘導体、例えばテアフラビン−３−ガレート、および／またはその他のポリフェノールの含量により決まる。したがって、茶葉を茶製品、特にカフェイン除去茶へと処理するために採用される方法は、茶製品の商業化、成功または容認にとって極めて重要であると思われる。このような製品の商業化に重要な別の因子は、カフェイン除去の副産物、特にカフェインをどの程度まで回収できるか、ということである。一般に、カフェインは、茶の木由来の茶葉の乾燥重量の約３％を構成し、種類に応じて、３０ｍｇ〜９０ｍｇ／８オンス（２５０ｍｌ）カップに相当する。

コーヒーおよび茶は両方ともアルカロイド含有物質である。それらが含有する主なアルカロイドは、キサンチンアルカロイドカフェイン（Ｃ_８Ｈ_１０Ｎ_４Ｏ_２、１，３，７−トリメチル−１Ｈ−プリン−２，６（３Ｈ，７Ｈ）−ジオン）で、これは、室温で適度に水に溶解する（２ｇ／１００ｍｌ）が、沸騰水には極めてよく溶解する（６６ｇ／１００ｍｌ）。カフェイン分子の半径は３．７６Åで、観察される流体力学的径はカフェイン溶液中で約１ｎｍである。

しかし、カフェインは別として、茶およびコーヒーを飲用として魅力的にしている物質は実質的に異なる。茶の風味は、主として、新しく採取された茶葉ならびにその乾燥および／または酸化タイプ中で認められる水溶性成分によって決まる。他方、コーヒーの風味は、主として、豆の乾燥後にコーヒーが受ける焙煎プロセスによって決まる。

茶またはコーヒー飲料は、通常、茶葉またはコーヒー粉末（焙煎されたコーヒー豆から作られる）を熱水中で煎じることにより得られる。茶を煎じるための水の温度は通常、茶の品質と所望の味に応じて、７０〜１００℃である。コーヒーは通常、１００℃または１００℃を超える温度で煎じられ、多くの場合、水溶性成分の抽出中に圧力が加えられる。

したがって、茶では、新しい、乾燥したおよび／または酸化された（しかし、非焙煎の）茶葉中に多くの望ましい可溶性成分が存在するが、コーヒーでは、ほとんどの水溶性成分は焙煎プロセス中に生成され、一方、生で非焙煎のコーヒー豆のみが、水溶性成分としてカフェインおよびいくつかの非水溶性風味前駆物質を含み、これらが焙煎プロセス中に水溶性になる。

このため、優れた水系コーヒーカフェイン除去プロセス、すなわち、「スイスウォータープロセス」が存在する。このプロセスでは、カフェインは生の非焙煎コーヒー豆から水を使って抽出される。カフェインは混合物から活性炭を使って除去される。カフェイン除去コーヒー豆は乾燥され、焙煎される。焙煎によりコーヒーに風味が付与される。通常、カフェインは非可逆的に活性炭に付着する。

典型的な茶処理手順は、茶葉の採取に始まり、それらの発酵および／または乾燥がそれに続く。摘み取った後、例えば、（カメリアシネンシス（茶の木））（Ｃａｍｅｌｉａ ｓｉｎｅｎｓｉｓ）の葉は、直ちに乾燥しないと、すぐにしおれ酸化を始める。それらのクロロフィルが分解しタンニンが放出されるのに伴い、葉は次第に黒っぽくなる。

この酵素酸化プロセスは、植物の細胞内酵素により引き起こされ、茶を黒ずませる。茶の処理では、黒化は所定の段階での加熱により停止され、これにより、原因である酵素が不活性化される。紅茶の生産では、加熱による酸化の停止が乾燥と同時に行われる。

カフェイン除去プロセスは、通常、いくらかのカフェインを葉の中に残す。法令により、「カフェイン除去」として標識される茶は、大抵の国では、その初期カフェインレベルの２．５パーセント未満でなければならない。この値は、通常、２ｍｇ／カップ未満と同等である。

茶カフェイン除去は、コーヒーのカフェイン除去の「直接法」に類似のプロセスを使用する場合が多い。

直接法では、最初に茶葉を３０分間蒸し、その後、ジクロロメタンまたは酢酸エチルで数時間にわたり繰り返し濯ぐ。その後、溶媒を流し出し、葉を残留溶媒を除去するのに十分な時間にわたり蒸す。酢酸エチルは種々の果実または植物から得ることができるために、酢酸エチルを使ってカフェイン除去される茶は、「自然に処理された」と呼ばれる場合もある。しかし、カフェイン除去に使われるいずれの酢酸エチルもほとんど合成であり、天然ではない。さらに、酢酸エチル系プロセスは、消費者が好む茶の多くの芳香族成分を除去する。したがって、ジクロロメタン系カフェイン除去プロセスが、茶のカフェイン除去に使われる主要なプロセスである。

「有機」と標識されるカフェイン除去茶は、多くの場合、二酸化炭素（ＣＯ_２）系の方法によりカフェイン除去される。ＣＯ_２方法を使いカフェイン除去された茶は、酢酸エチルプロセスを使いカフェイン除去された茶（ポリフェノールの１８％のみを保持する）に比べて、そのポリフェノール（抗酸化剤）の９２％を保持する。ＣＯ_２カフェイン除去法では、カフェイン除去に使用されたＣＯ_２は濾過され、約９９％の比率で再利用される。この方法では、茶葉はＣＯ_２を使って実質的に「圧力調理」される。高圧および高温で、ＣＯ_２は超臨界状態に到達する。ＣＯ_２は、その小さい非極性分子で、低分子カフェイン分子を引きつける溶媒になる。ポリフェノールなどの「風味分子」は通常、より大きいので、それらはそのまま残り、これがこのプロセスが茶の風味をうまく維持する理由である。茶葉を通過した後、カフェインを含むＣＯ_２は濾過されてカフェインを分離し、その後、さらにカフェイン除去に使用するために再利用される。米国特許第４，１６７，５８９号および同第４，９７６，９７９号は、ＣＯ_２系カフェイン除去プロセスについて記載している。本明細書で参照されるこれらの特許、ならびに全ての特許および非特許刊行物は、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる。

ＣＯ_２ベース茶カフェイン除去プロセスは、自然であると見なされるが、それらは高価な設備および複雑なプロセス制御を必要とする。

茶からのカフェインの抽出に一般に使われる両方の有機溶媒、すなわち酢酸エチルおよびジクロロメタンは、カフェインの溶解を可能にするが、極性でより水溶性の味および風味成分の同時抽出を最小限にする媒体極性を有する。その液体状態における超臨界二酸化炭素は、適度に非極性〜中間的極性の溶媒であり、したがってカフェイン抽出に関し一定の選択性を与える。

水が天然溶媒として使われる場合、茶葉からカフェインを除去するために適用される条件は、飲料として茶を調製する場合に適用される条件に比較的近く、したがってカフェイン以外の、最終の茶製品の味に主に寄与するこれらの水溶性成分の同時抽出に繋がると期待される。したがって、茶葉抽出用の水系法の課題の１つは、それにもかかわらず、最終製品の味のプロファイルに寄与する、所望の濃度の水可溶性成分を含む製品を得ることである。

したがって、茶用の「自然な」カフェイン除去プロセスに対する必要性が残されており、特に、カフェインの化学抽出を含まず相対的に単純な装置および／またはプロセス制御を使用する水系プロセスに対する必要性が残されている。また、抽出カフェインを高いレベルで回収する必要性も存在する。本発明は、これ／これらのおよび／またはその他の目標および／または目的を実現することに関する。

本発明はアルカロイド含有物質のカフェイン除去のための方法およびシステムを開示する。大抵の場合、除去されるカフェインはさらなる処理のために回収できる。

本発明の特定の実施形態は、任意のアルカロイド含有物質、例えば、限定されないが、茶葉（新しい、乾燥された、部分的に乾燥された、酸化されたまたは部分的に酸化された）、コーヒーまたはマテのカフェイン除去に関するが、本発明の大部分の実施形態は、通常は採取の後に乾燥されている茶葉のカフェイン除去に関する。

一実施形態では、本発明は、カフェイン除去茶葉などのカフェイン除去茶製品の製造方法に関し、この方法は、
（ｉ）好ましくは７０℃未満の温度の水を茶葉に加えて水性茶葉混合物を形成すること、
（ｉｉ）上記水性茶葉混合物から茶葉を分離して水性抽出物および抽出済み茶葉を得ること、
（ｉｉｉ）（ｉｉ）の水性抽出物を活性炭吸着剤（ＡＣＡ）と接触させること、
（ｉｖ）上記抽出物中のカフェインを可逆的にＡＣＡに吸着して水性カフェイン除去茶抽出物（ＤＴＥ）を得ること、
（ｖ）水性ＤＴＥを（ｉｉ）の抽出済み茶葉と接触させてさらなる水性茶葉混合物を形成し、任意選択で、（ｉｉ）〜（ｉｖ）を２〜１２回または４〜１０回反復すること、および
（ｖｉ）さらなる水性茶葉混合物を乾燥してカフェイン除去茶製品を得ること、を含む。

好ましい実施形態では、ＡＣＡおよびそれに吸着されたカフェインは脱着され、ＡＣＡはさらなる水性抽出物と接触させられる。

水またはＤＴＥを添加して（ｉ）における水性茶葉混合物または（Ｖ）におけるさらなる水性茶葉混合物を形成することと、（ｉｉ）における抽出済み茶葉を分離することとの間の時間は、２分を超えてよいが、６０分未満、好ましくは２〜２０分であってよい。

（ｉ）における茶葉対水の比は、１：５〜１：９、および１：６〜１：８を含む、１：５〜１：１０であってよい。

（ｉ）における水またはカフェイン除去茶抽出物または（ｖ）のＤＴＥは、広範囲の温度、例えば、８０℃未満または、上述のように、７０℃未満の温度を有してよい。それらはまた、上記茶葉または抽出済み茶葉と混合される際、６０℃未満、好ましくは５℃〜６０℃、好ましくは１５℃〜５０℃または１５℃〜３０℃であってもよい。（ｉｉ）における分離は、例えば、向流遠心分離機または並流遠心分離機などの連続流遠心分離機または固形ボウル遠心分離機による遠心分離であってよい。

（ｉ）における茶葉は通常、非カフェイン水可溶性成分を含み、（ｖｉ）におけるカフェイン除去茶生成物は通常、非カフェイン水可溶性成分を含み、この場合、（ｖｉ）におけるカフェイン除去茶生成物は、（ｉ）の茶葉の非カフェイン水可溶性成分の少なくとも約５０％、６０％、７０％、８０％、好ましくは９０％を含んでよい。

非カフェイン水可溶性成分は、特に、カテキンおよび／またはエピカテキンなどの茶ポリフェノール（味成分として作用するが、抗酸化剤としても作用する）（緑茶中の茶葉の乾燥重量の最大で３０％）、Ｌ−テアニン、テアフラビン−３−ガレートなどのテアフラビン誘導体を含むテアフラビン、および／またはテアルビジン（ｔｈｅａｒｕｂｉｇｉｎｅ）などのアミノ酸であってよい。

溶媒をＡＣＡに添加でき、それに吸着されたカフェインを脱着できる。

脱着されたカフェインは溶媒から回収でき、その溶媒は任意選択でＡＣＡに再循環される。カフェインは溶媒を蒸発させることにより乾燥される。

溶媒は、メタノールもしくはエタノールなどのアルコール、または酢酸エチルなどのエステルであってよい。好ましくは吸着されたカフェインの６０％、７０％、８０％、９０％、９５％または９８％が上記ＡＣＡから脱着され、上記溶媒中に溶解される。一実施形態では、ＡＣＡは吸着筒の一部である。ＡＣＡは、好ましくは丸い、多孔性炭素粒子を含み、前記粒子の９０％超が好ましくは０．１〜０．６６ｍｍのサイズ範囲で１３００ｍ^２／ｇを超える表面積を有する。

ＡＣＡは、好ましくは１３５０ｍｇ／ｇより高いヨウ素価を有する。

カフェイン除去茶は、紅茶または緑茶（カメリアシネンシスＬ）であっても、またはマテ茶（イェルバ・マテＬ）であってもよい。カフェインの少なくとも８５％、９０％または９５％を茶葉から除去でき、および／またはカフェイン除去茶生成物中に残っているカフェインは、０．４％、好ましくは０．３％、より好ましくは０．２％または０．１％を超えない。

本発明はまた、本明細書記載のいずれかの方法により得られるカフェイン除去茶製品にも関する。

茶葉から作られるカフェイン除去茶製品は、０．５％未満、好ましくは０．４％、０．３％、０．２％または０．１％未満のカフェインおよび少なくとも４０％、５０％、６０％、７０％、８０％または９０％の茶カテキン、テアフラビン−３−ガレートなどのテアフラビン誘導体を含むテアフラビン、テアルビジン（ｔｈａｒｕｂｉｇｉｎｅ）および／または茶葉から作られる茶葉のエピカテキンなどのポリフェノールを含んでもよい。

本発明はまた、粒子の９０％超が０．１〜０．６６ｍｍのサイズ範囲、１３００ｍ^２／ｇを超える表面積および１３５０ｍｇ／ｇより高いヨウ素価を有し好ましくは丸い、多孔性炭素粒子を含む活性炭吸着剤の、限定されないが、茶、コーヒーまたはマテなどのアルカロイド含有物質のカフェイン除去における、使用に関する。

本発明はまた、アルカロイド含有物質のカフェイン除去システムに関し、このシステムは、
入口および少なくとも１つの流体出口および少なくとも１つの固形物出口を含む連続流遠心分離機または固形ボウル遠心分離機と、
吸着筒であって、上記少なくとも１つの流体出口の１つに機能的に結合され、かつ粒子の９０％超が０．１〜０．６６ｍｍのサイズ範囲、１３００ｍ^２／ｇを超える表面積および１３５０ｍｇ／ｇより高いヨウ素価を有し好ましくは球状のまたは丸い、多孔性炭素粒子を含む活性炭吸着剤を含む吸着筒と、を含む。

特定の実施形態では、本発明は、茶のカフェイン除去用のキットに関し、このキットは、１つの容器中に、アルカロイド含有物質からカフェインを吸着するように構成された吸着筒に収容された、粒子の９０％超が０．１〜０．６６ｍｍのサイズ範囲、１３００ｍ^２／ｇを超える表面積および１３５０ｍｇ／ｇより高いヨウ素価を有し、好ましくは球状のまたは丸い、多孔性炭素粒子を含む活性炭吸着剤を含み、さらに、第２の容器に、アルカロイド含有物質を抽出する際のこの筒の使用方法の説明書を含む。

図１は、カフェイン除去茶製品を得るための全体プロセススキームの例である。 図２は、アルカロイド含有物質をカフェイン除去するためのシステムの例である。

本発明の方法は、水系抽出方法を含む。すなわち、アルカロイド含有物質、特に茶葉が、カフェインを抽出するための水を使ってカフェイン除去される。

本発明は、水を使って茶葉からカフェインを抽出し、同時に、残存する茶葉の所望の成分を最終製品中に保持することにより、カフェイン除去茶、例えば、カフェイン除去茶葉を製造することを目的とする。

低温におけるカフェインの溶解度は低く、例えば、２０℃で２％であるが、水の沸点までに大きく増加することはよく知られている。したがって、９５℃では、溶解度は６０％である。茶のその他の成分、例えば、ポリフェノール、芳香族化合物およびテアニンの溶解度も同様に温度と共に増加し、人の消費のための煎じ茶を調製するのに理想的な温度は７０〜９８℃である。

しかし、本発明の水は７０℃未満、６０℃未満、好ましくは５℃〜６０℃、好ましくは１５℃〜４０℃または１５℃〜３０℃の温度であってよい。水は再利用される。再利用型の水は、本発明のプロセスまたはシステムの少なくとも一部を通過した水、すなわち、前に茶葉に添加されて茶葉混合物を生成し、これらの茶葉から分離され好ましくは次に活性炭吸着剤（ＡＣＡ）と接触させられ、新しい水の代わりに使用されるかもしれない水を意味する。全てのこれらのプロセス（カフェインの吸着を含む）を通過した再利用水は、本明細書では、カフェイン除去茶抽出物（ＤＴＥ）とも呼ばれる。一般に、水は通常の水道水または蒸留水であるが、緩衝塩、有機酸、または食品添加物として許容される他の水溶性成分などの添加物を含んでもよい。

水と混合された茶葉は茶葉混合物を生成する。茶葉を混合物から分離する前に、最長で１５分間、最長で１０分間、最長で５分間を含む、最長で２０分間が経過する。通常、混合物は少なくとも１または２分間、混合された状態でいる。

混合物からの茶葉の分離は遠心分離機で行うことができ、これはまた、混合室としても機能し得る。一般に遠心分離機は、固形物と液体との間の分離を可能にするもの、例えば連続流遠心分離機および固形ボウル遠心分離機が好ましい。特に好ましいのは、繊細な茶葉細胞に損傷を与えず、茶葉への機械的影響を最小限にするように設計された遠心分離機である。したがって、茶葉構造への影響を最小限にするために、分離は通常、低いｇ力で行われるべきである。ｇ力（ｇは重力由来）は重量として感じられる加速の大きさ［ｍ／ｓ^２］である。低ｇ力は、２〜１００、２〜５０、好ましくは５〜４０ｍ／ｓ^２の範囲である。分離により水性抽出物および抽出済み茶葉が得られる。水様の粘稠性を有するが、水の他にさらなる成分を含む場合、本発明との関係においては、そのものは「水性」である。さらなる成分は、必ずそうである必要はないが、真に水に溶解されるか、または水系エマルジョンまたは懸濁液を形成する。本発明による水性混合物は通常、茶葉の形態の固形物を含む。全てではないにしても、大部分の茶葉が除去されているこのような水性抽出物が吸着に供せられる。

本発明との関係においては、吸着は、液体、または溶解された固形物からの原子、イオンおよび／または分子の、表面への付着である。本プロセスは吸着剤の表面上に、吸着質、ここでは主にカフェイン、の膜を形成する。吸着は表面ベースのプロセスである。用語「吸着」は、吸着（ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ）および吸収（ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ）の両方を包含する。一方、脱着は、これも表面現象であり、吸着の逆である。

本発明において、カフェインは吸着剤に可逆的に吸着され得る。このことは、吸着質、ここではカフェイン、は最初に吸着剤に吸着されるが、適切な溶媒、例えば、アルコールまたは酢酸エチルを介して吸着剤から放出され得る。吸着剤は好ましくは、非カフェイン茶成分に対するその特異性に比べて、カフェインに対して高い特異性を有し、すなわち、吸着剤はカフェイン（茶の乾燥重量の約３％を構成する）を吸着するが、遥かに少ない程度で非カフェイン水溶性茶葉成分を吸着し、例えば、そのような他の水溶性茶葉成分（例えば、茶カテキン（緑茶中の茶葉の乾燥重量の最大で３０％）、テアフラビン−３−ガレートなどのテアフラビン誘導体、および／またはその他のポリフェノール）の合計含量の２０％未満、１０％未満、５％未満、３％未満、２％未満を吸着する。水（ここではＤＴＥ）の、カフェイン以外の水溶性構成成分による飽和は、茶葉由来のこれらの成分に対する抽出平衡に好ましい影響を有する。通常、水溶性の非カフェイン構成成分のさらなる抽出は減少し、ＤＴＥ中のより高濃度のこれらの構成成分および茶葉由来のこれらの構成成分の抽出の減少の両方が、最終の茶製品中のこれらの構成成分のより高い含量をもたらす。

溶質、ここではカフェインおよび非カフェイン水可溶性成分、の水／ＤＴＥなどの溶媒への抽出中に、溶質は１つの相（ここでは、茶葉相）から他方の相（ここでは、水／ＤＴＥ相）に移動する。溶媒中の溶質の溶解度および抽出時間に応じて、平衡が達成されることになる。抽出の開始時（時間ｔ＝０）には、溶質は茶葉中のみにあるが、ある抽出時間の後（ｔ＝∞）には、溶質（単一または複数）は溶媒中に輸送され、茶葉相中の溶質濃度（ｃ’_∞）中と水相中の溶質濃度（ｃ_∞）の平衡が達成される。溶媒が１種または複数種の溶質で飽和されると、２つの相間の溶質（単一または複数）のそれ以上の交換は起こらない。

当業者には知られているように、両相中の溶質（単一または複数）の平衡は、ネルンストの分配の法則：「１つの溶質が２つの不混和性の液体に取り込まれ、両方の液体中でその溶質が可溶である場合、分配される溶質の分子状態が両方の相で同じであれば、その溶質はそれ自体が２つの液体の間で、２つの液相中のその濃度の比率が所定の温度で一定であるように分配する」
Ｋ＝ｃ（相１）／ｃ’（相２）
［式中、ｃ’（茶葉相）およびｃ（水／ＤＴＥ相）は、ここでは、水溶性溶質（単一または複数）の２相中の濃度である］により説明される。Ｋは、分布係数（ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ）または分配係数（ｐａｒｔｉｔｉｏｎ ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ）と呼ばれる。

したがって、ＤＴＥ中への非カフェイン水溶性茶成分の増加した濃度は、その後の茶葉からＤＴＥへの抽出／抽出ステップにおける非カフェイン水溶性茶成分の抽出の低下に繋がり、したがって、所望の非カフェイン水溶性茶成分のＤＴＥ中への損失を抑制し、カフェイン除去茶葉中のそれらの含量を最大化する。したがって、１つの茶葉バッチのＤＴＥでの最後の抽出（例えば、３〜５回目）では、有効な速度でなお抽出される唯一の溶質は、吸着剤への吸着により平衡が乱されたカフェインである。したがって、ＤＴＥによる茶葉のバッチのそれぞれの抽出では、Ｋ_{（カフェイン）}はＫ_{（可溶、非カフェイン、茶成分）}より大きくなり、Ｋ_{（カフェイン）}／Ｋ_{（可溶、非カフェイン、茶成分）}の比は、前の抽出で得られたＤＴＥによる２回目、３回目、４回目、５回目、６回目、７回目、８回目、９回目、１０回目、１１回目、または１２回目の茶葉のバッチの抽出において、１より大きく、好ましくは、２、３、４、５、６、７、８より大きい。

本発明との関係においては、活性炭（ＡＣＡ）が使われ、これは再生でき、カフェインは溶媒を介してＡＣＡから脱着可能で、通常脱着されて再生ＡＣＡを生成する。完全再生は、いくつかのプロセスサイクルの後に、例えば、２、３、４、５、６、７、８、９、１０、１１、１２、１３、１４、１５、１６、１７、１８、１９または２０バッチのカフェイン除去茶の製造後に、窒素、酸素または空気などのガス流の適用のある場合とない場合で、熱または蒸気を加えて、しっかりと吸着された成分を除去してＡＣＡを完全に再生することにより、達成される。再生ＡＣＡは、カフェイン不含（完全に再生され、初期の溶媒が脱着されている）であるか、または実質的に不含（溶媒が脱着されている）であり、通常、溶媒脱着に続く水による簡単な洗浄の後に、カフェインの吸着に再使用できる。

本発明のプロセスにより、「無溶媒」で製造され「無溶媒」であるカフェイン除去製品が得られる。すなわち、アルカロイド含有物質（茶およびコーヒーを含む）と溶媒との直接の接触がなく、有機溶媒すらなく、それは、本発明との関係においては、ＡＣＡの再生およびカフェインの回収にのみ使用される。

好都合にも、ＡＣＡは多孔性炭素粒子を含み、これは好ましくは丸く、特定の実施形態では球状であり、好ましくは上記粒子の７０％超、好ましくは８０％または９０％が０．０５〜１ｍｍ、好ましくは０．１〜０．７５ｍｍ、最も好ましくは０．１〜０．６６ｍｍのサイズ範囲であり、１１００ｍ^２／ｇより大きい、１２００ｍ^２／ｇより大きい、好ましくは１３００ｍ^２／ｇより大きい表面積および／または１２００ｍｇ／ｇ、１３００ｍｇ／ｇ、好ましくは１３５０ｍｇ／ｇより高いヨウ素価を有する。活性炭は、気孔率のレベルを高めるために、制御された熱処理に供される任意の炭素質材料に対し使用される総称語である。その高い内部表面積および気孔体積のために、活性炭は強力な吸着剤である。活性炭は主に、炭化に続く物理的活性化の２ステッププロセスにより製造されるが、単一の炭化および化学活性化ステップで製造することも可能である。炭化は、酸素の非存在下で熱プロセスにより有機物質を炭素を含む残留物（木炭）に転換するステージを指す。物理的活性化の場合には、炭化の次に、蒸気およびＣＯ_２などの酸化剤による木炭の気化が行われる。ＺｎＣｌ_２およびＫＯＨなどの化学薬品を使って、多くの場合、炭化と同時に、化学的活性化を行うことができる。ほとんどの任意の高炭素含量の有機材料を使って、活性炭を製造できる。歴史的には、活性炭は木材、石炭および動物由来材料、例えば、骨から作成されてきたが、多くの農業副産物が活性炭の製造のために今日まで研究されてきた。ココナツの殻、オガクズ、もみ殻、堅果の殻、サクランボまたはヤシ果実梅仁、オリーブ廃棄物は、活性炭（ＡＣＡ）を生成するために使われるいくつかのさらに最近の物質であり、これらの全てを本発明との関係において使用可能である。米国特許出願公開第２０１２／０１７２２１６号は吸着剤として使用可能な活性炭を開示しており、この特許は参照によりその全体が本明細書に組み込まれる。好ましい実施形態では、粒子はポリスチレンなどの合成材料から作成される（参照によりその全体が本明細書に組み込まれる、米国特許出願公開第２００４００３８８０２号、米国特許第７，１６０，３６９号または米国特許第７，６６２，７４７号を参照されたい）。

丸い粒子は、肉眼で見た場合に、実質的に球状、すなわち、ボール形状に見える粒子である。丸い粒子は幾何学的な意味で球状であってよいが、必ずしもそうである必要はない。むしろ、それらはボール形状であるが、幾何学的な球形状から５％または１０％ずれていてもよい。表面のギザギザは例外というより通常である。文献では、単純なボール形状粒子は球状と呼ばれることが多い。

吸着剤は好ましくは吸着筒の一部であり、吸着筒は多くの場合、円柱状の本体中に吸着剤を保持し、上端に入口、底部に出口を有する。茶葉が茶葉混合物から分離された後に残された水性抽出物が、筒の入口に注入され、ＤＴＥ（例えば、第１回目には４０％で、６〜１２回目の後では９９％までなどの種々の程度にカフェイン除去されている）が流出物である。水の温度と茶葉（水性茶葉混合物の調製の前に、例えば、粉砕してもよい）の組成の次に、筒のデザインにより、何回の反復（もしあれば）（例えば、１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０、１１、１２、１３、１４、１５、１６回）が適切なカフェイン除去製品、特に適切なカフェイン除去茶葉などのカフェイン除去茶製品を得るのに必要であるかが決まる。反復中に流出物として得られたＤＴＥが水の代わりに使用され、抽出済み茶葉が未抽出の、例えば、乾燥した、茶葉の代わりに使用される。

通常、ＡＣＡを複数回使用してカフェインを、そのカフェインが脱着される前に吸着でき、例えば、１０〜２００回、２０〜１００回または２０〜５０回の間で使用する。

本発明によるシステムは遠心分離機および吸着筒を含み、吸着筒は遠心分離後得られる水性抽出物が吸着筒の入り口に導かれるように設計される。したがって、遠心分離機の液体出口は吸着筒の入口に、例えば、ダクトを介して連結される。当業者なら容易に分かるように、複数の遠心分離機と複数の吸着筒があってもよい。一実施形態では、それぞれの遠心分離機は１つの吸着筒と連結される。「連続流」の実施形態では、１つの遠心分離機は２つ以上の吸着筒に割り付けられ、そのために、最初の吸着筒は、時々、再生された吸着筒により置き換えられ、最初の吸着筒を脱着および再生に供することができる。当業者なら分かるように、多くの可能なシステム構成が存在する。例えば、不連続プロセスでは、遠心分離機と吸着筒との間の連結は、例えば、バルブにより中断されてもよく、カフェインが吸着剤から脱着されている間プロセスを停止してもよい。通常、ＤＴＥは１種または複数種のベイスンに集められ、ベイスンは多くの場合、複数回の抽出後に抽出済み茶葉を含む乾燥室に連結される。しかし、ＤＴＥを直接または間接的に遠心分離機に連結してもよい。後者の連結は、ＤＴＥが、さらに遠心分離および吸着に供せられる抽出済み茶葉と再度混合され得るようにする。一実施形態では、遠心分離機を、本発明による茶葉混合物を製造し維持するためのチャンバーとして機能させることができる。

図１は、カフェイン除去茶製品を得るための全体プロセススキームの例である。抽出とも呼ばれるプロセスの第１の部分では、水（最初は水で、後ではＤＴＥ）および茶葉が混合される。カフェインはＤＴＥを含む水を介して茶葉から抽出され、このプロセスを水系抽出プロセスにする。カフェイン含量が減少した抽出済み茶葉は、この実施形態では、水性抽出物（水性抽出物は図１では「カフェイン含有茶抽出物」（ＣＬＴＥ）と呼ばれている）から分離される。図示した実施形態では、分離はフロースルー遠心分離機を介して行われる。図示した実施形態では、水性抽出物（ＣＬＴＥ）は活性炭吸着剤（ＡＣＡ）を含む固相筒を通過する。ＡＣＡは水性抽出物からカフェインを吸着し、カフェイン除去茶抽出物（ＤＴＥ）が得られる。ＤＴＥは抽出済み茶葉と混合され（特定の実施形態では、非抽出茶葉とも）て、カフェイン除去茶製品の品質を向上させる可溶性非カフェイン茶成分で抽出済み茶葉が富化される。上で概略を述べたように、それぞれの反復で、Ｋ_{（カフェイン）}／Ｋ_{（可溶、非カフェイン、茶成分）}が大きくなる。１バッチの茶葉と、元のバッチの非抽出茶葉に加えられた最初の１つのバッチの水由来のＤＴＥとの、例えば、２〜１２回または６〜１２回の接触があってよい。

それぞれのＤＴＥとの抽出後に、例えば、１回の、例えば、遠心力分離および、例えば、ＡＣＡとの１回の接触が行われる。

このような一般的に複数回の接触後、抽出済み茶葉はもう一回ＤＴＥと接触させられ、乾燥されてカフェイン除去茶製品が得られる。

ＡＣＡは本明細書の別のところで説明されており、脱着溶媒による脱着を可能にし、この溶媒は再利用可能で、再度ＡＣＡを通して再生ＡＣＡで補足されているカフェインを脱着できる。好ましくは、ＡＣＡに吸着されたカフェインの実質的な部分（少なくとも、９０％、好ましくは少なくとも９５％）が単回の溶媒脱着ステップ、すなわち、単回の溶出で脱着される。

図から分かるように、第一ステップとして、例えば、５〜７０℃の温度を有する最初のバッチの水が１〜５分間茶葉と接触させられる。茶葉に対する水の比は、例えば、１：１〜１：１０である。この１〜５分の間に、カフェインは、その他の可溶性非カフェイン茶成分と同時に茶葉から抽出され、水性抽出物（ＣＬＴＥ）が得られる。これらの可溶性非カフェイン茶成分は茶製品に望ましい部分である。抽出済み茶葉は通常、茶葉のカフェイン含量を許容可能なレベルにまで減らすために、さらなる抽出を必要とする。他方では、ＣＬＴＥはカフェインの次に望ましい成分を含む。したがって、カフェインはＣＬＴＥから取り出され、得られたＤＴＥは抽出済み茶葉と再度接触させられる。

任意のその後の吸着で抽出済み茶葉のカフェイン含量は減少するので、ＣＬＴＥ／ＤＴＥは可溶性非カフェイン茶成分中でますます高濃度に飽和される。この高飽和により、次第に減少するこの可溶性非カフェイン茶成分の茶葉からの抽出が確実になり、一方で、ＡＣＡ中のカフェインの除去がカフェインの連続除去を保証する。

カフェインは通常、ポリフェノールなどの可溶性非カフェイン茶成分より小さい。したがって、吸着剤は茶の可溶性非カフェイン成分を優先的に吸着するように設計でき、それにより、カフェインに対し「選択的な」ＡＣＡになる。すなわち、それは非カフェイン可溶性茶成分より多くのカフェインを吸着する。好ましくは、吸着される分子の９０％超、好ましくは９５％超がカフェイン分子である。

本明細書で別のところで説明されるように、ＡＣＡは溶媒を使って再生でき、好ましくは、吸着されたカフェインの７０％超、８０％超、９０％超および９５％超が好ましくは有機溶媒を介して脱着される。再生／脱着中に、ＡＣＡはカフェイン吸着サイクルから取り出され、再生の後にサイクルに戻されるだけである（「ＲＡ」（カフェイン不含）参照）（図２も参照）。脱着溶媒は再利用できる（ＲＤＳ）。

図２は、アルカロイド含有物質をカフェイン除去するためのシステムの例である。示したシステムは茶葉（例えば、粉の、タン皮の、砕けたまたは完全な、乾燥または部分乾燥／酸化茶葉）を含む抽出容器を含む。遠心分離機は抽出容器としての役割もさせることができる。しかし、当業者なら分かるように、遠心分離機は抽出容器の後ろの別の構造物であってもよい。抽出容器は水の入口および任意選択でＤＴＥ用の別の入口ならびに茶葉を導入するための開口部を有する。遠心分離機が抽出容器から分離される場合は、遠心分離機は好ましくは、水性茶葉混合物用の少なくとも１つの入口、および１つは抽出済み茶葉用で１つは水性抽出物用の少なくとも２つの出口を有する。

抽出容器および遠心分離機が１つのユニットである場合には、このユニットは、好ましくは、上述の抽出容器の入口ならびに上述の遠心分離機の出口を含む。通常、茶葉は、最初は水でその後ＤＴＥで行われる何回かの抽出の間、抽出容器／遠心分離機中にとどまる。何回かの抽出の後で、水性茶葉混合物は、例えば、図２に示すベッド乾燥機に導かれ、混合物中の全ての液体が乾燥される。それぞれの遠心分離後に得られた水性抽出物はＡＣＡと接触させられ（「吸着」）、ＤＴＥが得られ、これは抽出容器／遠心分離機中での茶葉のさらなる抽出のために再利用される。例えば、１つの茶葉のバッチの抽出、例えば、１２回の抽出の後で、ＡＣＡは示された抽出／吸着サイクルから取り出され、カフェインの回収用の回収サイクルに移される。半連続または連続プロセスを行えるシステムでは、２つ以上のＡＣＡ筒、好ましくはそれぞれの抽出機／遠心分離機に対し少なくとも２つのＡＣＡ筒がシステムの一部である。回収サイクルでは、ＡＣＡ筒は溶媒で溶出され、この溶媒は、好ましくは筒の上端から導入され、一方、筒の底部は蒸発器に連結され、この蒸発器中でカフェイン含有溶媒が蒸発される。蒸発された溶媒は、この実施形態では、ＡＣＡ筒の溶出で再利用するために別の容器に集められる。ＡＣＡは時々、ヒーターにより完全に再生してもよい。ヒーターはシステムの一部であってもそうでなくてもよい。粗製カフェインは、さらなる処理のために蒸発器の底部に集められる。

上記は請求されたシステムおよび方法の非限定的実施例である。当業者なら、請求された本発明の範囲内に入る代替実施形態を容易に考え出すことができるであろう。

Claims (24)

1. カフェイン除去茶葉などのカフェイン除去茶製品の製造方法であって、
   （ｉ）７０℃未満の温度の水を茶葉に加えて水性茶葉混合物を形成すること、
   （ｉｉ）前記水性茶葉混合物から前記茶葉を分離して水性抽出物および抽出済み茶葉を得ること、
   （ｉｉｉ）（ｉｉ）の前記水性抽出物を活性炭吸着剤（ＡＣＡ）と接触させること、
   （ｉｖ）前記抽出物中のカフェインを可逆的にＡＣＡに吸着して水性カフェイン除去茶抽出物（ＤＴＥ）を得ること、
   （ｖ）前記水性ＤＴＥを（ｉｉ）の前記抽出済み茶葉と接触させてさらなる水性茶葉混合物を形成し、任意選択で、（ｉｉ）〜（ｉｖ）を２〜１２回反復すること、および
   （ｖｉ）前記さらなる水性茶葉混合物を乾燥して前記カフェイン除去茶製品を得ること、を含む方法。
2. （ｖ）において、（ｉｉ）〜（ｉｖ）が２〜１２回、好ましくは４〜１０回反復される、請求項１に記載の方法。
3. 前記水またはＤＴＥを添加して（ｉ）における前記水性茶葉混合物または（Ｖ）における前記さらなる水性茶葉混合物を形成することと（ｉｉ）において前記抽出済み茶葉を分離することとの間の時間が２分を超えるが、６０分未満、好ましくは２〜２０分の間である、請求項１または請求項２に記載の方法。
4. 前記ＡＣＡに溶媒を添加してそれに吸着された前記カフェインを脱着することと、任意選択で（ｉｉ）のさらなる水性抽出物を前記ＡＣＡと接触させることにおいて前記ＡＣＡを再使用することとをさらに含む、請求項１〜３のいずれか１項に記載の方法。
5. 前記脱着されたカフェインが前記溶媒から回収されかつ前記溶媒が任意選択で前記ＡＣＡに再循環される、請求項４に記載の方法。
6. 前記カフェインが前記溶媒を蒸発させることにより乾燥される、請求項５に記載の方法。
7. 前記溶媒がメタノールまたはエタノールなどのアルコール、または酢酸エチルなどのエステルである、請求項４または請求項８〜２４のいずれか１項に記載の方法。
8. 前記吸着されたカフェインの６０％、７０％、８０％、９０％、９５％または９８％超が前記ＡＣＡから再吸収されかつ前記溶媒中に溶解される、請求項４または請求項９〜２４のいずれか１項に記載の方法。
9. 前記ＡＣＡが吸着筒の一部である、請求項１〜８のいずれか１項に記載の方法。
10. 前記ＡＣＡが、好ましくは丸い、多孔性炭素粒子を含み、前記粒子の９０％超が０．１〜０．６６ｍｍのサイズ範囲および１３００ｍ^２／ｇを超える表面積を有する、請求項１〜９のいずれか１項に記載の方法。
11. 前記ＡＣＡが１３５０ｍｇ／ｇより高いヨウ素価を有する、請求項１０に記載の方法。
12. （ｉ）における前記茶葉対水の比が、１：５〜１：９、および１：６〜１：８を含む１：５〜１：１０である、請求項１〜１１のいずれか１項に記載の方法。
13. （ｉ）における前記水またはカフェイン除去茶抽出物または（ｖ）におけるＤＴＥが、前記茶葉または抽出済み茶葉と混合される際に６０℃未満、好ましくは５℃〜６０℃、好ましくは１５℃〜５０℃または１５℃〜３０℃である、請求項１〜１２のいずれか１項に記載の方法。
14. （ｉｉ）における前記分離が遠心力分離である、請求項１〜１３のいずれか１項に記載の方法。
15. 前記遠心力分離が向流遠心分離機または並流遠心分離機などの連続流遠心分離機または固形ボウル遠心分離機で行われる、請求項１３に記載の方法。
16. 前記カフェイン除去茶が紅茶もしくは緑茶（カメリアシネンシスＬ）、またはマテ茶（イェルバ・マテＬ）である、請求項１〜１５のいずれか１項に記載の方法。
17. 前記カフェインの少なくとも８５％、９０％または９５％が茶葉から除去され、および／またはカフェイン除去茶生成物中に残っているカフェインが０．４％、好ましくは０．３％、より好ましくは０．２％または０．１％を超えない、請求項１〜１６のいずれか１項に記載の方法。
18. （ｉ）における前記茶葉が非カフェイン水可溶性成分を含みかつ（ｖｉ）における前記カフェイン除去茶生成物が非カフェイン水可溶性成分を含み、（ｖｉ）における前記カフェイン除去茶製品が（ｉ）の前記茶葉の非カフェイン水可溶性成分の少なくとも約５０％、６０％、７０％、８０％、好ましくは９０％を含む、請求項１〜１７のいずれか１項に記載の方法。
19. 前記非カフェイン水可溶性成分がカテキンおよび／またはエピカテキンなどの茶ポリフェノール（「抗酸化剤」）（緑茶中の茶葉の乾燥重量の最大で３０％）、Ｌ−テアニンなどのアミノ酸、テアフラビン−３−ガレートなどのテアフラビン誘導体を含むテアフラビン、および／またはテアルビジンである、請求項１８に記載の方法。
20. 請求項１〜１９のいずれか１項に記載の方法により得られるカフェイン除去茶製品。
21. 茶葉から作られるカフェイン除去茶製品であって、０．５％未満、好ましくは０．４％、０．３％、０．２％または０．１％のカフェインおよび少なくとも４０％、５０％、６０％、７０％、８０％または９０％の茶カテキン、テアフラビン−３−ガレートなどのテアフラビン誘導体を含むテアフラビン、テアルビジンおよび／または茶葉から作られる茶葉のエピカテキンなどのポリフェノールを含む茶製品。
22. 限定されないが、茶、コーヒーまたはマテなどの、アルカロイド含有物質の前記カフェイン除去における、好ましくは球状のまたは丸い、多孔性炭素粒子であって、前記粒子の９０％超が０．１〜０．６６ｍｍのサイズ範囲、１３００ｍ^２／ｇを超える表面積および１３５０ｍｇ／ｇより高いヨウ素価を有する粒子を含む活性炭吸着剤の使用。
23. アルカロイド含有物質をカフェイン除去するためのシステムであって、
    入口および少なくとも１つの流体出口および少なくとも１つの固形物出口を含む連続流遠心分離機または固形ボウル遠心分離機と、
    吸着筒であって、前記少なくとも１つの流体出口に機能的に結合され、かつ粒子の９０％超が０．１〜０．６６ｍｍのサイズ範囲、１３００ｍ^２／ｇを超える表面積および１３５０ｍｇ／ｇより高いヨウ素価を有する好ましくは球状のまたは丸い、多孔性炭素粒子を含む活性炭吸着剤を含む吸着筒と、を含むシステム。
24. 茶をカフェイン除去するためのキットであって、１つの容器中に、アルカロイド含有物質からカフェインを吸着するように構成された吸着筒に収容された、粒子の９０％超が０．１〜０．６６ｍｍのサイズ範囲、１３００ｍ^２／ｇを超える表面積および１３５０ｍｇ／ｇより高いヨウ素価を有する好ましくは球状のまたは丸い、多孔性炭素粒子を含む活性炭吸着剤を含み、かつ第２の容器に、アルカロイド含有物質を抽出する際の前記筒の使用方法の説明書を含むキット。

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