CH622682A5 - - Google Patents
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Description
Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung eines röstreizstoffverminderten Kaffees durch Entfernen des Kaffeewachses aus ungerösteten Kaffeebohnen unter Erhaltung des ursprünglichen Coffeingehaltes, wobei die Kaffeebohnen mit einem gesundheitlich unbedenklichen Lösungsmittel bearbeitet werden, das sich dadurch kennzeichnet, dass man als Lösungsmittel ein überkritisches Fluid verwendet, das das Kaffeewachs den Kaffeebohnen selektiv entzieht.
«Überkritisches Fluid» bedeutet ein Gas oberhalb seiner kritischen Werte von Temperatur und Druck.
Die Feuchte des Rohkaffees kann vor der Reizstoffentfernung durch eine in zweckmässiger Weise durchgeführte Trocknung, Dämpfung oder durch Aufsprühen von flüssigem Wasser auf vorgewärmte Kaffeebohnen auf einen Wassergehalt von 2 bis 60% eingestellt werden. Bevorzugt wird eine Feuchte zwischen 20 und 35 %.
Zur Bildung des überkritischen Fluids können Gase oder Gasmischungen, deren kritische Temperaturen im Bereich bis
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ca. 100° C liegen, verwendet werden, wie z. B. C02, SF6, N20 und gegebenenfalls halogenhaltige Kohlenwasserstoffe mit 1 bis 4 C-Atomen, wie CHF3, CHF2C1, CF3C1, CF2=CH2, C3F8, C2H6, C,H4 und C3H6.
Vorzugsweise kann dem Arbeitsgas ein Schleppmittel zugesetzt werden. Da die Löslichkeit des Wachses im überkritischen Fluid relativ gering ist, kann man seine Löslichkeit in dem umlaufenden überkritischen Fluid durch Zugabe eines Schleppmittels erhöhen. Schleppmittel können die Dampfdruck- und damit die Verteilungsverhältnisse der schwerflüchtigen Substanzen in den im Kreislauf befindlichen fluiden Phasen durch Vergrösserung des Trennfaktors in günstiger Weise verändern (DE-OS 2 340 566), so dass bei den bestehenden Dampfdruckverhältnissen das Kaffeewachs schneller aus dem Rohkaffee entfernt werden kann.
Die Wahl des Schleppmittels oder der Schleppmittelmischung kann zweckmässig so erfolgen, dass die Selektivität des umlaufenden überkritischen Fluids für das Kaffeewachs möglichst stark erhöht wird, und ist von dem zur Trennung gewählten Druck und der Temperatur abhängig. Die bevorzugte Konzentration des Schleppmittels oder der Schleppmittelmischung ist abhängig von seinem bzw. ihrem Mischbarkeitsverhalten.
Bei nicht vollständiger gegenseitiger Mischbarkeit mit der umlaufenden überkritischen fluiden Phase entspricht die Konzentration maximal der Sättigung, bei vollständiger gegenseitiger Mischbarkeit beträgt sie z. B. 0,001 bis 10 Gew. %. Die Zugabe des Schleppmittels kann im Kreislauf an jeder beliebigen Stelle erfolgen, und zwar mit Hilfe einer Dosierpumpe (6 in Fig. 1 ) oder durch Imprägnierung eines Adsorptionsmittels mit dem Schleppmittel oder durch Durchperlen einer Schleppmittelvorlage mit dem überkritischen Fluid.
Als Schleppmittel sind besonders geeignet die natürlichen Inhaltsstoffe des Roh- und Röstkaffees, wie z. B. Alkohole (Methanol, Äthanol), Äther (Diäthyläther), Ketone (Aceton, Butanon-2), Ester (Essigsäure-, Ameisensäureäthylester)
sowie ausserdem Halogenkohlenwasserstoffe (Methylenchlorid, Trichlormonofluormethan), Aromaten (Toluol) und Ali-phaten (n-Hexan).
Der Vorteil bei einem solchen Verfahren liegt insbesondere darin begründet, dass Schleppmittelrückstände bereits während der Entnahme des Kaffees aus dem überkritischen Fluid so weit entfernt werden können, dass eine nachfolgende Ausdämpfung der entwachsten Rohkaffeebohnen entweder entfallen oder gegenüber bisherigen Verfahren erheblich verkürzt werden kann. Trocknung kann wie üblich im Trommeltrockner oder in einer anderen Trocknerkonstruktion vorgenommen werden.
Die Arbeitstemperatur des Verfahrens liegt oberhalb der kritischen Temperatur des Arbeitsgases oder der Gasmischung, z. B. bis zu 150° C oberhalb der kritischen Temperatur. Vorzugsweise liegt sie bei 40 bis 100° C oberhalb des kritischen Wertes.
Der Arbeitsdruck des Verfahrens ist abhängig von der erwünschten Bearbeitungsdauer und ist in weiten Bereichen zwischen 20 und 800 bar einstellbar, wobei sich diese Grenzen insbesondere aus praktischen Erwägungen ergeben.
Die bevorzugte Strömungsgeschwindigkeit und damit die Höhe des umlaufenden Massenstromes des überkritischen Fluids ist von den übrigen für das Verfahren gewählten Parametern, wie Druck, Temperatur, Art des überkritischen Fluids, ggf. Schlepp- und Adsorptionsmittel sowie von der angestrebten Bearbeitungsdauer, die zwischen 0,5 und 50 Stunden liegen kann, abhängig.
Die Carbonsäure-5-hydroxitryptamide und das Kaffeewachs können dem umlaufenden überkritischen Fluid mit Hilfe eines mit Coffein vorbeladenen Adsorptionsmittels entzogen werden (siehe Fig. 1 ). Zur Adsorption der abgetrennten
Wachsbestandteile aus dem umlaufenden überkritischen Fluid kommen alle bekannten Sorptionsmittel in Betracht, bevorzugt Aktivkohle.
Die Vorbeladung des Sorptionsmittels mit Coffein kann dabei bevorzugt durch Kontaktieren des Sorptionsmittels mit einer wässrigen Reincoffeinlösung bei Temperaturen zwischen 20 und 150° C und Drücken zwischen 1 und 10 bar erfolgen. Das Kontaktieren kann z.B. in einem Rührbehälter oder durch Durchleiten der wässrigen Reincoffeinlösung durch eine Sorp-tionsmittelschüttung erfolgen. Anschliessend erfolgt eine Trocknung des Sorptionsmittels nach bekanntem Trocknungsverfahren auf den gewünschten Endwassergehalt.
Der Coffeingehalt des vorbeladenen Sorptionsmittels wird vorzugsweise so gewählt, dass zwischen Rohkaffee, überkritischer Phase und Sorptionsmittel ein dynamisches Gleichgewicht der Coffeinkonzentrationen entsteht, so dass der Coffeingehalt des Rohkaffees unverändert bleibt.
Der Wassergehalt des vorbeladenen Sorptionsmittels kann so gewählt werden, dass bei der Bearbeitung ein bestimmter Mindestwassergehalt des feuchten Rohkaffees nicht unterschritten wird, damit bei der Entnahme des Rohkaffees aus der überkritischen Phase keine Veränderungen des Schüttgewichts der Kaffeebohnen erfolgen. Bevorzugt werden Mindestwassergehalte über 15 Gew.%.
Das Massen Verhältnis zwischen Rohkaffee und Sorptionsmittel kann zweckmässig so eingestellt werden, dass die entfernten Reizstoffmengen vom Adsorptionsmittel vollständig aufgenommen werden können.
Die Abtrennung der Wachsbestandteile und der darin enthaltenen C-5-HT-Stoffe aus dem Sorptionsmittel kann nach den bekannten Verfahren der Sorptionsmittelregenerierung ausgeführt werden. Bevorzugt wird eine Regenerierung des Sorptionsmittels mit einem organischen Lösungsmittel sowie eine anschliessende Restlösungsmittelentfernung durch Dämpfen und Trocknen.
Anstelle einer Adsorption der in dem überkritischen Fluid gelösten Wachsanteile und der darin enthaltenen C-5-HT-Stoffe können diese Substanzen auch durch Druckveränderung und/oder Temperaturveränderung abgeschieden werden.
Diese Verfahrensvariante (siehe Fig. 2) erfordert ein überkritisches Fluid mit besonders hoher Selektivität für die Kaffeewachse, um eine gleichzeitige Verminderung des Coffein- und Wassergehaltes der Rohkaffeebohnen zu vermeiden.
Alternativ können durch Eindosieren einer Coffeinlösung, z.B. mit einer Dosierpumpe (siehe 6 in Fig. 2), in den Kreislauf des überkritischen Fluids Gleichgewichtsbedingungen für Coffein eingestellt werden, so dass damit eine Veränderung des Coffeingehaltes der Rohkaffeebohnen vermieden wird.
Durch das erfindungsgemässe Verfahren erhält man einen reizstoffarmen Rohkaffee, dessen C-5-HT-Gehalt auf unter 200 ppm abgesenkt werden kann, wobei der Ausgangscoffein-gehalt unverändert bleibt. Der Prozess kann so durchgeführt werden, dass die reizstoffarmen Rohkaffeebohnen keine Lösungsmittelspuren enthalten und ohne anschliessende Dämpfung sofort in der üblichen Weise in der Trommel getrocknet werden können. Anschliessend lassen sich die Bohnen in üblicher Weise rösten. Es kann ein Röstkaffee erhalten werden, dessen Aussehen und Geschmack von besten naturmilden Sorten nicht unterscheidbar sind.
Anlagen für die Durchführung von Ausführungsbeispielen des erfindungsgemässen Verfahrens sind in den Fig. 1 und 2 dargestellt.
Fig. 1 zeigt eine Anlage für die kontinuierliche Entfernung von Reizstoffen aus Rohkaffee mit einem überkritischen Fluid. Der Extrakteur 1 enthält eine Schüttung von Rohkaffeebohnen, die vor dem Einbringen in den Extrakteur auf einen definierten Wassergehalt gebracht wurden. Das Fluid wird dem Extraktionskreislauf aus dem Vorratsbehälter 8 zugeführt. Die
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Umlaufpumpe 3 dient zur Umwälzung des Fluids im Extraktionskreislauf, der aus dem Extrakteur 1, dem Adsorber 2 und dem Heizer 5 besteht. Der Adsorber enthält ein Adsorptionsmittel, das mit Reincoffein und/oder Schleppmittel vorbeladen wurde. Mit dem Heizer 5 wird das umlaufende Fluid auf die Arbeitstemperatur aufgeheizt, die oberhalb der kritischen Temperatur des Fluids liegt. Die Dosierpumpe 6 dient der Zugabe von Schleppmitteln und/oder von Coffeinlösung in den Kreislauf. Nach dem Aufheizen durchströmt das überkritische Fluid ständig den Extrakteur 1 und belädt sich dort mit Kaffeewachs und den darin enthaltenen Carbonsäure-5-hydroxi-tryptamiden. Diese Stoffe werden dem umlaufenden Fluid im Adsorber 2 wieder entzogen. Durch eine geeignete Vorbeladung des Adsorptionsmittels mit Reincoffein oder durch Eindosieren einer ausreichenden Menge von Coffeinlösung mit der Dosierpumpe 6 wird der Coffeingehalt und der Wassergehalt des dem Extrakteur 1 zuströmenden überkritischen Fluids stets so eingestellt, dass im Extrakteur den Rohkaffeebohnen kein Coffein und Wasser, sondern nur das Kaffeewachs entzogen wird.
Eine weitere Möglichkeit zur Abtrennung des Kaffeewachses aus dem umlaufenden überkritischen Fluid zeigt Fig. 2. Diese Arbeitsweise ist dadurch gekennzeichnet, dass das überkritische Fluid nach dem Austritt aus dem Extrakteur 1 im Kühler 7 auf eine Temperatur unterhalb der kritischen Temperatur abgekühlt wird. Dabei ändert es seine Lösungseigenschaften, so dass eine Mischung von Kaffeewachs, Coffein und Wasser sich als separate Phase aus dem unterkritischen Fluid abtrennt und im Abscheider 4 vom Fluid separiert werden kann. Bei Verwendung eines Schleppmittels wird auch dieses im Abscheider 4 abgetrennt. Nach dem Wiederaufheizen des Fluids auf überkritische Temperatur im Heizer 5 wird mit der Dosierpumpe 6 soviel Coffeinlösung in das Fluid eindosiert, dass das dem Extrakteur 1 zuströmende Fluid den gleichen Coffeingehalt, Wassergehalt und gleichen Schleppmittelgehalt besitzt wie vor der Abscheidung des Kaffeewachses. Dann wird im Extrakteur den Rohbohnen kein Coffein und Wasser, sondern nur das Kaffeewachs entzogen.
Das Verfahren wird anhand der folgenden Beispiele in Verbindung mit den Zeichnungen näher erläutert.
Beispiel 1
In einer Anlage gemäss Fig. 1 wurden 30 kg Rohkaffee mit einer Feuchte von 33 Gew.% 4 Stunden lang bei einer Temperatur von 80° C und einem Druck von 250 bar mit feuchtem, überkritischem COa bearbeitet. Der feuchte Rohkaffee befand sich dabei als feste Schüttung in einem Extrakteur 1. Als Adsorptionsmittel wurde Aktivkohle verwendet, die mit wäss-riger, gesättigter Coffeinlösung beladen und durch anschliessende Trocknung auf einen Wassergehalt von 16 Gew. % eingestellt war. Das Adsorptionsmittel befand sich als feste Schüttung im Adsorber 2. Nach Füllung der Anlage mit C02 aus dem Vorratsbehälter 8 wurde das C02 mit der Umlaufpumpe 3 im Kreislauf gepumpt und im Heizer 5 auf die gewünschte überkritische Temperatur aufgeheizt. Die C02-Füllmenge wurde so gewählt, dass sich nach Aufheizen des C02 der gewünschte Druck einstellte. Der umlaufende Massenstrom des überkritischen C02 betrug das 150fache des Rohkaffeegewichtes. Die Trocknung des bearbeiteten Rohkaffees erfolgte in einem Vakuum-Trommeltrockner bei einer Temperatur von 75° C und einem Druck von 0,2 bar. Anschliessend wurde der Kaffee in einem konventionellen Trommelröster geröstet.
Die nach der Trocknung und Röstung ermittelten Analysenergebnisse sind in Tabelle 1 zusammengestellt.
Tabelle 1 Analysenergebnisse für Beispiel 1
Stoff Röstkaffee unbehandelt behandelt
C-5-HT, ppm 580 160
Coffein, % 1,11 1,18
wasserlösliche Substanzen, % 26,4 26,7
Beispiel 2
In einer Anlage gemäss Fig. 1 wurden 30 kg Rohkaffee mit einer Feuchte von 10,5% 6 Stunden lang bei 70° C und 300 bar mit trockenem, überkritischem C02 bearbeitet. Der Rohkaffee befand sich im Extrakteur 1, als Adsorptionsmittel wurde Aktivkohle im Adsorber 2 verwendet, die zuvor mit 2,4 Gew.% Aceton imprägniert worden war. Nach Füllung der Anlage mit C02 wurde das Gas im Kreislauf gepumpt und auf die oben angegebenen überkritischen Bedingungen gebracht. Nach Ende der Bearbeitungszeit wurde das C02 so aus der Anlage entnommen, dass keine Veränderungen des Rohkaf-fee-Schüttgewichts erfolgten. Der Kaffee wurde unmittelbar nach Entnahme geröstet.
Tabelle 2 Analysenergebnisse für Beispiel 2
Stoff Röstkaffee unbehandelt behandelt
C-5-HT, ppm 640 130
Coffein, % 1,14 1,16
wasserlösliche Substanzen, % 26,3 26,7
Beispiel 3
In einer Anlage gemäss Fig. 2 wurden 30 kg Rohkaffee mit einer Feuchte von 45 Gew. % 8 Stunden lang bei einer Temperatur von 90° C und 200 bar mit feuchtem überkritischem C02 bearbeitet. Der feuchte Rohkaffee befand sich dabei im Extrakteur 1. Im Kühler 7 wurde das umlaufende C02 von 90 auf 25° C abgekühlt und dabei verflüssigt. Im Abscheider 4 wurde aus dem flüssigen C02 ständig eine Mischung aus Kaffeewachs, Coffein und Wasser als separate Phase abgetrennt und aus dem Abscheider abgezogen. Dem im Heizer 5 auf 90° C aufgeheizten überkritischen Fluid wurde mit der Dosierpumpe 6 ständig eine wässrige Coffeinlösung zugeführt, deren Menge und Coffeingehalt der im Abscheider 4 abgezogenen Wasser-und Coffeinmenge entsprach. Die Trocknung und Röstung des bearbeiteten Rohkaffees erfolgte wie in Beispiel 1, Die nach der Röstung ermittelten Analysenergebnisse sind in Tabelle 3 zusammengestellt.
Tabelle 3 Analysenergebnisse für Beispiel 3
Stoff Röstkaffee unbehandelt behandelt
C-5-HT, ppm 620 175
Coffein, % 1,42 1,45
wasserlösliche Substanzen, % 26,5 26,1
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1 Blatt Zeichnungen
Claims (10)
1. Verfahren zur Herstellung eines röstreizstoffverminder-ten Kaffees durch Entfernen des Kaffeewachses aus ungeröste-ten Kaffeebohnen unter Erhaltung des ursprünglichen Coffein-gehaltes, wobei die Kaffeebohnen mit einem gesundheitlich unbedenklichen Lösungsmittel bearbeitet werden, dadurch gekennzeichnet, dass man als Lösungsmittel ein überkritisches Fluid verwendet, das das Kaffeewachs den Kaffeebohnen selektiv entzieht.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass man bei Drücken zwischen 20 und 800 bar arbeitet.
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PATENTANSPRÜCHE
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass man den Rohkaffee durch Trocknung, Dämpfung oder durch Aufsprühen von flüssigem Wasser auf vorgewärmte Kaffeebohnen auf eine Feuchte zwischen 2 und 60 Gew.%, bevorzugt 20 bis 35 Gew.%, einstellt.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass man als Arbeitsgas gesundheitlich unbedenkliche Gase oder Gasmischungen verwendet, bevorzugt C02, deren kritische Temperaturen unter 100° C liegen.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass man dem Arbeitsgas ein Schleppmittel zusetzt.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass man als Schleppmittel Inhaltsstoffe des Roh- und Röstkaffees einsetzt.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass man das Arbeitsgas im Kreislauf führt und das Kaffeewachs an einem Adsorptionsmittel, bevorzugt Aktivkohle, dadurch selektiv adsorbiert, dass man das Adsorptionsmittel mit Reincoffein vorbelädt, wobei der Coffeingehalt so eingestellt wird, dass die Coffeingehalte von Rohkaffee, Arbeitsgas und Adsorptionsmittel von vornherein miteinander im Gleichgewicht stehen.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass man das Arbeitsgas im Kreislauf führt und das Kaffeewachs durch Absenkung oder Erhöhung von Druck und/oder Temperatur des Arbeitsgases aus dem Gasstrom abscheidet und dass durch gleichzeitiges Eindosieren einer Coffeinlösung in den Kreislauf Gleichgewichtsbedingungen für Coffein so eingestellt werden, dass der Coffeingehalt des Rohkaffees unverändert bleibt.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1, 2, 4, 5, 6, dadurch gekennzeichnet, dass man den Kaffeebohnen dadurch selektiv das Kaffeewachs entzieht, dass man Bohnen von einem Wassergehalt von 10,5 Gew. % bearbeitet, wobei das Kaffeewachs dem überkritischen Fluid, das im Kreislauf geführt wird, entzogen wird.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Kaffeewachs dem überkritischen Fluid durch Adsorption entzogen wird.
Neben der anregenden Wirkung des Coffeins auf die Herztätigkeit können andere Kaffeeinhaltsstoffe der Röstkaffeebohne eine nachteilige physiologische Wirkung auf den Magen-Darm-Kanal ausüben.
Es handelt sich bei diesen Reizstoffen vorwiegend um lipo-phile Substanzen, die im sogenannten Kaffeewachs und Kaf-feeöl vorkommen [vgl. W. Kiekebusch u. a., Arzneimittelforschung, Bd. 14 (1964), Seite 1249; G. Czok u.a., Arzneimittelforschung, Bd. 12 (1962), Seite 1195; U. Harms u.a., Zeitschrift für Lebensmitteluntersuchung und -forschung, Bd. 138 (1968), Seite 75; U. Harms u.a., KTM, Bd. 19 (1969), Heft 6, Seiten 6 bis 9, Heft 7, Seiten 6 bis 9] und bei der herkömmlichen Aufgussbereitung teilweise mit in das Kaffeegetränk übergehen.
Es ist bekannt, dass die Bekömmlichkeit des Röstkaffeeaufgusses durch Entfernung von Kaffeewachsbestandteilen aus Rohkaffee erheblich verbessert werden kann [S. Gal; Lebensmittel und Ernährung 27, 218 bis 220 und 235 bis 237 (1974)].
Als Indikator für die erfolgreiche Entfernung dieser Substanzen, die nach dem Rösten die sogenannten Röstreizstoffe bilden, dienen die im Kaffeewachs gefundenen Carbonsäure-5-hydroxitryptamide (C-5-HT) (J. Wurziger, 5. ASIC-Kollo-quium, Lissabon, 1971, «Carbonsäure-Hydroxy-Tryptamide zur Beurteilung von frischen und bearbeiteten Kaffees»).
1973 hat das eidgenössische Gesundheitsamt in Bern beschlossen, einen Kaffee dann als reizarm zu bezeichnen, wenn er nachweislich einen C-5-HT-Gehalt von weniger als 400 ppm besitzt. Mit der Abnahme des C-5-HT-Gehalts verbessert sich die Bekömmlichkeit des Kaffees.
Es ist daher das Ziel der vorliegenden Erfindung, einen reizarmen Kaffee herzustellen und soweit wie möglich die oben angegebene Grenze zu unterschreiten, ohne dabei den Coffeingehalt des Rohkaffees zu verändern.
Aus DE-PS 576 515 ist ein Veredlungsverfahren bekannt, bei dem die Rohbohnen mit Wasserdampf unter Druck behandelt werden. Dadurch soll eine geschmackliche Verbesserung und eine bessere Bekömmlichkeit erzielt werden. Bei dem in der DE-OS 1 692 284 vorgeschlagenen Veredlungsverfahren werden den Rohbohnen durch lminutige Behandlung mit flüssigem C02 Reizstoffe entzogen. Durch diese Verfahren werden jedoch die Kaffeewachsbestandteile kaum entfernt.
Deshalb gingen spätere Verfahren, wie die Verfahren nach DE-AS 1 960 694 und DE-AS 2 031 830, zur Behandlung mit organischen Lösungsmitteln über. Dabei werden die Rohkaffeebohnen ohne vorherigen Aufschluss mit Wasser oder Dampf unmittelbar mit Methylenchlorid, 1,2-Dichloräthan oder Trichloräthylen unter Erwärmen gewaschen. Nach Ausdämpfen des Lösungsmittels werden die Bohnen getrocknet. Bei dem letztgenannten Verfahren werden C-5-HT-Werte zwischen 90 und 230 ppm erzielt.
In neuester Zeit sind bevorzugt Verfahren für die Kaffee-Industrie von Interesse geworden, die ohne flüssige organische Lösungsmittel arbeiten, wie z. B. die quantitative Coffein-Ent-fernung aus Rohkaffee mit Hilfe von feuchtem, überkritischem C02 (DE-PS 2 005 293).
Überraschenderweise wurde nun gefunden, dass mit Hilfe von überkritischen Gasen Kaffeewachs und die darin enthaltenen Carbonsäure-5-hydroxitryptamide erfolgreich entfernt werden können, wobei man das vom überkritischen Gas aufgenommene Kaffeewachs ständig selektiv aus dem überkritischen Gas entfernen kann.
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