Procédé de préparation d'un extrait concentré de café ou de thé
La présente invention a pour objet un procédé de préparation d'un extrait concentré de café ou de thé, qui est caractérisé en ce qu'on épuise le café ou le thé à l'eau chaude pour en former un extrait aqueux, on opère la congélation fractionnée dudit extrait pour former un extrait plus concentré et de la glace, on sépare ladite glace desdits extraits plus concentrés, dans des conditions telles qu'une partie de l'extrait plus concentré adhère à la glace, on prépare à partir de la glace et de l'extrait adhérant à celle-ci une solution contenant une faible quantité de l'extrait dissous, et, soit l'on soumet cette solution diluée à une opération de concentration, soit on la recycle au cours d'une des opérations précédentes.
Un processus connu de préparation de café soluble ou instantané consiste, tout d'abord, à procéder à l'épuisement des grains de café à l'eau bouillante, puis à déshydrater l'extrait obtenu par séchage, par atomisation sous vide. Ce procédé a joui d'un grand succès commercial, mais l'arôme du café soluble ainsi obtenu laisse beaucoup à désirer. Le traitement sous vide, non seulement enlève l'eau de l'extrait, mais encore provoque l'évaporation des éléments volatils constitutifs du goût et de l'arôme du café. Le produit soluble qui en résulte n'est donc jamais aussi bon que l'extrait à partir duquel il a été préparé.
Afin d'améliorer l'arôme du café soluble, on a souvent proposé d'enlever des quantités notables d'eau de l'extrait par congélation partielle de celui-ci et séparation de l'extrait concentré des cristaux de glace pure qui en résultent Ce procédé de congélation partielle est ensuite suivi d'une déshydratation complète sous vide.
Par ce moyen, le café perd moins de composants volatils, grâce au fait que l'extrait est soumis au vide pendant des périodes plus courtes.
Dans un mode préféré de mise en oeuvre du procédé selon l'invention, le café moulu fraîchement torréfié est épuisé à contre-courant à l'eau bouillante et l'extrait obtenu est partiellement congelé par réfrigération indirecte dans un cristallisoir approprié, le mélange pâteux de glace et de concentré qui en résulte étant soumis à la centrifugation afin de séparer la glace du concentré. Afin de rendre le procédé économique, cette séparation, ainsi que le lavage à l'eau de la glace du panier centrifugeur effectué ensuite, doivent entraîner un enlèvement relativement complet de l'eau-mère de la glace.
Suivant un autre mode d'exécution préféré, le procédé comprend l'épuisement de grains de café par l'eau à température élevée, I'élimination d'une partie de l'eau par congélation partielle, la séparation de la glace obtenue de l'eau-mère, et la fusion de la glace, avec le recyclage ultérieur de la solution obtenue vers l'étape d'extraction, afin d'éviter la perte de concentré précieux de café qui adhère à la glace ou y est absorbé par occlusion. De préférence, le mélange pâteux de concentré de café et de glace est séparé par l'intermédiaire d'un centrifugeur à panier rotatif.
Un mode de réalisation particulièrement intéressant comprend la préparation et la concentration de l'extrait telles que décrites ci-dessus, la séparation des cristaux de glace de l'extrait concentré, puis le lavage des cristaux de glace avant la fusion et le recyclage vers l'étape d'extraction.
Le lavage de la glace s'effectue normalement pendant la centrifugation et est le plus désirable quand l'eaumère du mélange pâteux contient au moins 20 % environ en poids de café à l'état de solide dissous. Ona trouvé qu'aux concentrations supérieures à 20 % environ, la viscosité élevée de l'eau-mère limite l'efficacité de séparation du centrifugeur, si bien qu'il reste alors des quantités excessives de solides avec la glace fondue.
Au contraire, aux concentrations inférieures à 20 %, le lavage n'est pas utile.
Les étapes initiales du procédé de préparation du café instantané sont les mêmes que dans la préparation de café ordinaire. Après la torréfaction, le café est moulu, mais la granulation pourrait être très grossière et, dans certains cas, les particules fines qui pourraient résulter du broyage sont séparées et utilisées par ailleurs.
Le café moulu est placé dans des récipients fermés, connus sous le nom d'extracteurs. Ces extracteurs sont montés en batteries comportant chacune plusieurs extracteurs.
Le café moulu est introduit, avec de l'eau bouillante, dans le premier extracteur. Le café est ensuite épuisé jusqu'à ce que les matières nécessaires aient été enlevées du café moulu. L'extrait obtenu est ensuite introduit dans le deuxième extracteur qui contient du café frais.
On fait fonctionner le deuxième extracteur jusqu'à l'achèvement de l'extraction. L'extrait de café qui en résulte (qui est maintenant plus fort que le café ordinaire) est placé dans le troisième extracteur contenant du café moulu frais, et le procédé de nouveau mis en oeuvre.
A l'échelle industrielle, le procédé est mis en oeuvre d'une manière semi-continue, l'eau, introduite dans une batterie d'extraction, atteignant en premier lieu l'extracteur qui contient le café le plus épuisé, continuant ensuite de circuler vers le café le moins épuisé et ainsi de suite, jusqu'à ce qu'enfin, dans le dernier extracteur, elle atteigne du café moulu frais qui vient d'être introduit. Ce mode opératoire est conu sous le nom de système d'extraction à contre-courant.
La température et la pression dans le système d'extraction varieront considérablement. Le café produit à partir de café moulu frais est, en général, traité à température peu élevée et à basse pression. Le café produit à partir de café moulu épuisé est extrait à température élevée et à haute pression.
L'extrait de café à concentrer par la concentration par congélation peut avoir un contenu quelconque en matières solides, de quelques unités, par exemple 10 %, jusqu'à 40 à 50 %. Autrement dit, il peut y avoir jusqu'à 40 à 50 kg de constituants du café, à l'état solide, par 100kg d'extrait. Toutefois, plus le contenu en solides de l'extrait est faible, plus la quantité d'eau à enlever au cours des étapes de concentration par congélation et de séchage est grande. D'autre part, on a trouvé que l'arôme de l'extrait est souvent affaibli si le procédé d'extraction est conduit jusqu'au point où un contenu important de café à l'état solide peut être obtenu. Une gamme préférée de proportions du contenu de café à l'état solide dans l'extrait va de 15 à 30 % environ.
La solution concentrée de café résultant de l'extraction est ensuite soumise à une concentration par congélation partielle de l'eau. Ce procédé de concentration par congélation peut être mis en oeuvre dans des appareils fonctionnant par charges discontinues, semi-continues ou continues, suivant des méthodes connues. Toutefois, une méthode quelconque d'élimination de l'eau de l'extrait de café par cristallisation sous forme de glace peut s'appliquer au procédé. Le mélange pâteux de glace et d'extrait concentré de café qui en résulte est ensuite soumis à la centrifugation, afin de débarrasser la solution concentrée des cristaux de glace. Les cristaux de glace ainsi obtenus sont en général lavés dans de l'eau ou de l'extrait dilué de café afin de les débarrasser de l'eau-mère et le produit de ces lavages est recyclé vers le procédé de concentration par congélation.
Le lavage normal n'enlèvera pas complètement toutes les traces d'eau-mère qui restent adhérentes aux cristaux de glace.
Seul un lavage complet permettra aux cristaux de glace d'être à peu près complètement débarrassés de 1 eau mère. Toutefois, un recyclage de l'eau de lavage contenant ces constituants solides dissous de café ne serait pas économique dans les conditions de lavage exhaustif, du fait que les surfaces de transfert de chaleur des récipients de cristallisation devraient être proportionnellement plus grandes afin de pourvoir à de plus grandes quantités de cristaux de glace qui doivent se former dans ces récipients. Après que la glace est enlevée du centrifugeur, elle peut être fondue dans un récipient approprié. La solution produite contiendra normalement jusqu'à 10 % en poids d'extraits solides dissous de café.
Toutefois, il est préférable de régler les conditions opératoires de manière telle que la glace fondue contienne jusqu'à 5 % en poids de constituants solides dissous de café. Par le réglage de ces conditions, de manière que la glace fondue contienne la quantité la plus basse possible de constituants solides dissous de café, on peut voir qu'un avantage économique peut être obtenu, en ce sens qu'une surface de transfert de chaleur moins importante dans le cristallisoir sera nécessaire. Cette solution sera recyclée vers l'opération d'extraction, à la place d'eau pure, afin de préparer une quantité supplémentaire d'extrait, utilisant ainsi tous les extraits de café adhérant aux cristaux de glace provenant de l'opération de centrifugation.
La concentration par congélation de l'extrait s'effectue soit en une opération unique, soit en plusieurs étapes, dont chacune met en oeuvre un cristallisoir dans lequel la chaleur est enlevée de l'extrait de café, afin de former un mélange pâteux de cristaux de glace et d'eau-mère concentrée. Après chaque étape de cristallisation, la glace est enlevée du mélange et l'extrait concentré est, soit traité de nouveau pour la préparation de café soluble ou en poudre. soit concentré davantage dans une étape ultérieure du procédé de concentration par congélation. La cristallisation de glace de l'extrait est de préférence réalisée dans un échangeur de chaleur de forme tubulaire, dont les surfaces extérieures sont refroidies par un réfrigérant en circulation. Le profil intérieur du tube est normalement muni d'un arbre sur lequel des palettes d'agitation sont montées.
En variante, un échangeur de chaleur tubulaire classique, à surface décapée. peut être employé. Un dispositif approprié quelconque de séparation ou un centrifugeur peut être utilisé pour la séparation de l'extrait concentré de café des cristaux de glace obtenus. Ce centrifugeur constitue le moyen préféré pour séparer la glace de l'eau-mère et comprend habituellement un panier rotatif muni de perforations pour le passage.
Exemple:
Du café moulu et de l'eau sont introduits dans un extracteur à contre-courant et sont épuisés pour aboutir à un extrait contenant 24 % d'extrait solide soluble de café. Cet extrait est introduit sans interruption dans un cristallisoir dans lequel environ 4,5 kg d'eau par minute forment des cristaux séparés de glace, pour aboutir à une boue de café concentré contenant 32 % d'extraits solides solubles de café et de glace. Cette boue est amenée à un centrifugeur ayant un panier tournant à 2200 tours/minute, avec un débit d'eau de lavage de 1,8 ka d'eau pure par minute. La solution concentrée de café est évacuée à travers le panier tournant perforé avec un débit de 13,5 kg par minute et contient 32 % d'extraits solides solubles de café. On a trouvé, par fusion de la glace, qu'elle contenait 1,3 % de constituants de café en solution.
Ensuite, la solution diluée de ces constituants du café qui résulte de la fusion de la glace est recyclée vers l'extracteur. L'extrait résultant, contenant 24,5 % de constituants solubles du café, est introduit dans le cristallisoir. La boue produite est centrifugée et le concentré issu du centrifugeur avec un débit de 13,5kg par minute, contient 32,5 OJo d'extraits solides solubles de café, fournissant ainsi un supplément de 13 kg de café par 1000kg extraits.
Le procédé selon l'invention peut être également utilisé pour la concentration du thé par congélation.
Process for preparing a concentrated extract of coffee or tea
The present invention relates to a process for preparing a concentrated extract of coffee or tea, which is characterized in that the coffee or tea is exhausted with hot water to form an aqueous extract, the operation is carried out. fractional freezing of said extract to form a more concentrated extract and ice, said ice is separated from said more concentrated extracts, under conditions such that part of the more concentrated extract adheres to the ice, it is prepared from ice and the extract adhering thereto a solution containing a small amount of the dissolved extract, and either this diluted solution is subjected to a concentration operation, or it is recycled during one of the preceding operations .
A known process for preparing soluble or instant coffee consists, first of all, in depleting the coffee beans with boiling water, then in dehydrating the extract obtained by drying, by vacuum atomization. This process has enjoyed great commercial success, but the aroma of the soluble coffee thus obtained leaves much to be desired. Vacuum treatment not only removes water from the extract, but also causes the volatile elements that make up the taste and aroma of coffee to evaporate. The resulting soluble product is therefore never as good as the extract from which it was prepared.
In order to improve the aroma of soluble coffee, it has often been proposed to remove substantial amounts of water from the extract by partially freezing it and separating the concentrated extract from the resulting pure ice crystals. This partial freezing process is then followed by complete dehydration under vacuum.
By this means the coffee loses less volatile components, thanks to the fact that the extract is subjected to vacuum for shorter periods.
In a preferred embodiment of the process according to the invention, the freshly roasted ground coffee is exhausted against the current with boiling water and the extract obtained is partially frozen by indirect refrigeration in a suitable crystallizer, the pasty mixture. of ice and resulting concentrate being subjected to centrifugation to separate the ice from the concentrate. In order to make the process economical, this separation, as well as the subsequent washing with water of the ice from the centrifuge basket, must result in a relatively complete removal of the mother liquor from the ice.
According to another preferred embodiment, the method comprises depleting coffee beans with water at high temperature, removing part of the water by partial freezing, separating the ice obtained from the ice. mother liquor, and the melting of the ice, with the subsequent recycling of the solution obtained to the extraction step, in order to avoid the loss of valuable coffee concentrate which adheres to the ice or is absorbed there by occlusion . Preferably, the pasty mixture of coffee concentrate and ice cream is separated by means of a rotary basket centrifuge.
A particularly interesting embodiment comprises preparing and concentrating the extract as described above, separating the ice crystals from the concentrated extract, then washing the ice crystals before melting and recycling to the liquid. 'extraction step.
Washing of the ice will normally take place during centrifugation and is most desirable when the water of the pasty mixture contains at least about 20% by weight of coffee as a dissolved solid. It has been found that at concentrations above about 20% the high viscosity of the mother liquor limits the separation efficiency of the centrifuge so that excessive amounts of solids remain with the melted ice.
On the contrary, at concentrations below 20% washing is not useful.
The initial steps in the process of making instant coffee are the same as in making regular coffee. After roasting the coffee is ground, but the granulation could be very coarse, and in some cases the fine particles that could result from the grinding are separated and used elsewhere.
Ground coffee is placed in closed containers, known as extractors. These extractors are assembled in batteries each comprising several extractors.
The ground coffee is introduced with boiling water into the first extractor. The coffee is then used up until the necessary materials have been removed from the ground coffee. The extract obtained is then introduced into the second extractor which contains fresh coffee.
The second extractor is operated until the extraction is complete. The resulting coffee extract (which is now stronger than regular coffee) is placed in the third extractor containing fresh ground coffee, and the process started again.
On an industrial scale, the process is implemented in a semi-continuous manner, the water, introduced into an extraction battery, first reaching the extractor which contains the most exhausted coffee, then continuing to circulate towards the least exhausted coffee and so on, until finally, in the last extractor, it reaches fresh ground coffee which has just been introduced. This procedure is known as the countercurrent extraction system.
The temperature and pressure in the extraction system will vary widely. Coffee produced from fresh ground coffee is generally processed at low temperature and low pressure. Coffee produced from spent ground coffee is extracted at high temperature and high pressure.
The coffee extract to be concentrated by freezing concentration can have any solids content, from a few units, for example 10%, up to 40-50%. In other words, there can be up to 40 to 50 kg of coffee constituents, in the solid state, per 100 kg of extract. However, the lower the solids content of the extract, the greater the amount of water to be removed during the freezing concentration and drying steps. On the other hand, it has been found that the flavor of the extract is often weakened if the extraction process is carried out to the point where a large content of coffee in a solid state can be obtained. A preferred range of proportions of the solid coffee content in the extract is from about 15 to 30%.
The concentrated coffee solution resulting from the extraction is then subjected to concentration by partial freezing of the water. This method of concentration by freezing can be implemented in devices operating by batch, semi-continuous or continuous loads, according to known methods. However, any method of removing water from the coffee extract by crystallization as ice can be applied to the process. The pasty mixture of ice and the resulting concentrated coffee extract is then subjected to centrifugation, in order to rid the concentrated solution of ice crystals. The ice crystals thus obtained are generally washed in water or dilute coffee extract in order to rid them of the mother liquor and the product of these washes is recycled to the concentration process by freezing.
Normal washing will not completely remove all traces of mother liquor that stick to the ice crystals.
Only a complete washing will allow the ice crystals to be more or less completely free of 1 mother liquor. However, recycling of the wash water containing these dissolved solid constituents of coffee would not be economical under the conditions of exhaustive washing, since the heat transfer surfaces of the crystallization vessels would have to be proportionately larger in order to provide larger quantities of ice crystals which must form in these containers. After the ice is removed from the centrifuge, it can be melted in a suitable container. The solution produced will normally contain up to 10% by weight of dissolved solid extracts of coffee.
However, it is preferable to control the operating conditions so that the melted ice contains up to 5% by weight of dissolved solid constituents of coffee. By adjusting these conditions so that the melted ice contains the lowest possible amount of dissolved solid constituents of coffee, it can be seen that an economic advantage can be obtained, in that a heat transfer surface less in the crystallizer will be necessary. This solution will be recycled to the extraction operation, instead of pure water, in order to prepare an additional quantity of extract, thus using all the coffee extracts adhering to the ice crystals coming from the centrifugation operation.
The concentration by freezing of the extract is carried out either in a single operation or in several stages, each of which uses a crystallizer in which the heat is removed from the coffee extract, in order to form a pasty mixture of crystals. of ice and concentrated mother liquor. After each crystallization step, ice is removed from the mixture and the concentrated extract is either processed again for the preparation of soluble or powdered coffee. or concentrated further in a subsequent step of the freezing concentration process. Ice crystallization of the extract is preferably carried out in a tubular-shaped heat exchanger, the outer surfaces of which are cooled by circulating coolant. The inner profile of the tube is normally provided with a shaft on which stirring vanes are mounted.
As a variant, a conventional tubular heat exchanger with a pickled surface. can be used. Any suitable separation device or centrifuge can be used for the separation of the concentrated coffee extract from the obtained ice crystals. This centrifuge is the preferred means of separating ice from mother liquor and usually comprises a rotating basket provided with perforations for passage.
Example:
Ground coffee and water are introduced into a countercurrent extractor and are exhausted to yield an extract containing 24% soluble solid coffee extract. This extract is introduced without interruption into a crystallizer in which about 4.5 kg of water per minute forms separate ice crystals, resulting in a concentrated coffee slurry containing 32% soluble solid extracts of coffee and ice. This sludge is brought to a centrifuge having a rotating basket at 2200 revolutions / minute, with a washing water flow rate of 1.8 ka of pure water per minute. The concentrated coffee solution is discharged through the perforated revolving basket with a flow rate of 13.5 kg per minute and contains 32% soluble solid extracts of coffee. It was found, by melting the ice, to contain 1.3% coffee constituents in solution.
Then, the dilute solution of these coffee constituents which results from the ice melting is recycled to the extractor. The resulting extract, containing 24.5% soluble constituents of coffee, is introduced into the crystallizer. The slurry produced is centrifuged and the concentrate from the centrifuge with a flow rate of 13.5 kg per minute, contains 32.5 OJo of soluble solid coffee extracts, thus providing an additional 13 kg of coffee per 1000 kg of extracts.
The process according to the invention can also be used for the concentration of tea by freezing.