CH644997A5 - Desorptionsverfahren. - Google Patents
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Description
Ziel der vorliegenden Erfindung ist ein kontinuierliches Verfahren zur Desorption von Aroma und Geschmack aus geniessbaren Substraten, insbesondere Kaffee, sowie eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.
Dieses Ziel wird erreicht durch ein Desorptionsverfahren mit den Merkmalen von Anspruch 1. Bevorzugte Ausfüh-rungsformen des Verfahrens haben die Merkmale der Ansprüche 2-6.
Die erfindungsgemässe Desorptionsvorrichtung hat die in Anspruch 8 angegebenen Merkmale; bevorzugte Ausführungsformen der Vorrichtung haben die in den Ansprüchen 9 und 10 angegebenen Merkmale.
Beispiele für die Erfindung werden anhand der Zeichnungen erläutert.
In den Zeichnungen zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung einer kontinuierlichen Desorptionssäule zur Durchführung des Verfahrens;
Fig. 2 eine schematische Teildarstellung des Kolbenzufuhrsystems für eine kontinuierliche Desorptionssäule und
Fig. 3 eine Perspektivansicht, teilweise im Schnitt, einer bevorzugten Trennkammer und eines konischen Siebabschnittes der Desorptionssäule der Fig. 1 und 2.
Die in Fig. 1 gezeigte Vorrichtung besitzt a) eine aufrechte Desorptionssäule 1 mit einer unteren Einlassöffnung 2 für die kontinuierliche Aufnahme eines gekühlten, frischen Substrates 3 und einer oberen Auslassöffnung 4 zum Abführen des desorbierten Substrates 5,
b) eine mit der unteren Einlassöffnung 2 verbundene Zufuhreinrichtung 6, um mit einer zuvor bestimmten Geschwindigkeit zwangsweise frisches Substrat 3 aufwärts durch die aufrecht stehende Desorptionssäule 1 über die Öffnungen 2 und 4 zuzuführen, wodurch ein kontinuierlich strömendes, säulenförmiges Bett 7 des Substrates gebildet wird und eine Einrichtung 8 zum Abführen des desorbierten Substrats 5 mit einer vorbestimmten Geschwindigkeit durch die obere Auslassöffnung 4,
c) eine Nassdampfeinrichtung 9, um eine zuvor bestimmte Menge Nassdampf 9a vom Kopf der Säule 1 nach unten und im Gegenstrom zu dem und durch das trömende, säulenförmige Bett 7 aufzubringen, wobei ein Kontakt mit dem Substrat eintritt und dabei die Geschmacksstoffe aus dem Substrat dearomatisiert und desorbiert werden,
d) Vakuumeinrichtungen 10 mit Auslassrohren 10a und 10b, um die Desorptionssäule 1 unter Vakuum zu halten, wobei die Vakuumeinrichtungen 10 mit der Säule 1 oberhalb der unteren Einlassöffnung 2 in Verbindung stehen; die Vakuumeinrichtungen 10 rufen eine Querkraft in dem aufwärtsströmenden, säulenförmigen Bett 7 hervor und ziehen dabei den Nassdampf 9a nach unten ab und bewirken auch ein Verdampfen des Nassdampfes in der Säule; dabei wird eine im wesentlichen stationäre Desorptionszone 11 in dem strömenden, säulenförmigen Bett 7 oberhalb der unteren Einlassöffnung 2 erzeugt, und zwar:
1. durch die Kondensation des Nassdampfes 9a, wenn dieser in einen Kühltemperaturgradienten eintritt, der durch das frische, gekühlte Substrat 3 erzeugt und aufrechterhalten wird, und
2. durch Verdichtung des säulenförmigen Bettes 7 durch die Querkraft und die Zufuhreinrichtung;
e) Kühlfallen 18b und 19b, die mit der Desorptionszone 11 und den Vakuumeinrichtungen 10 in Verbindung stehen, zum Abtrennen und Sammeln von:
1. einer dampfförmigen, Aroma und Geschmacksstoffe tragenden Fraktion 13 durch die untere Vakuumauslassleitung 10a und
2. einer flüssigen, lösliche Feststoffe enthaltenden Fraktion 14 durch die obere Vakuumauslassöffnung 10b.
Die Vorrichtung gemäss Fig. 1 ist eine Säule mit zylindrisch angeordneten Wänden 15. Die Zufuhreinrichtung 6 umfasst eine Schneckenförder-Mahlvorrichtung mit einem Zufuhrtrichter 6c. Der Förderer mahlt das Substrat beim Weiterbewegen. Ein Kugelventil 6b ist ebenfalls dargestellt. Die Zuführungsgeschwindigkeit kann durch die Umdrehungsgeschwindigkeit der Schnecke 6a oder durch das Kugelventil 6b eingestellt werden.
Eine bevorzugte Zufuhreinrichtung umfasst eine ölaus-treibende Schneckengang-Mahleinrichtung (oil expeller auger grinder), die geeignet ist, kalte Kaffeebohnen zu fördern und zu mahlen. In einem derartigen System wird das gesamte Aroma aufgefangen. Bei einer anderen bevorzugten Zufuhreinrichtung ist ein Schneckengang-Mahlsystem vorgesehen, das im wesentlichen vertikal und in Ausrichtung mit der Desorptionssäule angeordnet ist, und nicht horizontal, wie in Fig. 1 dargestellt. Ein anderes Zufuhrsystem ist in Fig. 2
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im Kolben 28 gezeigt; in einem derartigen System wird gerösteter und gemahlener Kaffee verwendet.
Fig. 3 zeigt:
1. ein starres, konisches Rohr 16 mit zwei konischen Siebabschnitten 17 und 17a, in denen die im wesentlichen stationäre Desorptionszone aufrechterhalten wird, und durch die eine dampfförmige Aroma-Geschmacks-Fraktion 18 und eine flüssige, lösliche Feststoff-Fraktion 19 aus dem kontinuierlichen, säulenförmigen Bett abgetrennt werden, sowie
2. eine Trennkammer 21, die das starre, konische Rohr 17 umgibt, wobei die Kammer ein oberes Auslassrohr 19a und ein unteres Vakuumauslassrohr 18a zum Leiten einer Aroma-Geschmacks-Fraktion 18 bzw. einer, lösliche Feststoffe enthaltenden Fraktion 19 zu Kühlfallen 18 b bzw. 19b aufweist (in Fig. 1 dargestellt).
Die Trennkammer 21 hat im Inneren einen ebenen, ringförmigen Boden 22, der das starre, konische Rohr 16 umgibt. Der Boden 22 trennt die Kammer in zwei Teile 22a und 23. Das obere Auslassrohr 19a befindet sich im oberen Teil 22a, und das untere Auslassrohr 18a im unteren Teil 23. Eine flüssige, lösliche Feststoffe enthaltende Fraktion 19 wird auf dem Boden 22 im oberen Teil der Kammer 21 aufgefangen und durch das obere Auslassrohr 19a zu einer Kühlfalle gebracht. Eine dampfförmige Aroma-Geschmacks-Fraktion tritt in den unteren Kammerteil 23 der Trennkammer 21 ein und wird von hier zu einer anderen Kühlfalle über das Auslassrohr 18a transportiert.
Gemäss Fig. 1 wird nasser Wasserdampf 9a auf den Kopf des säulenförmigen Bettes 7 in Form von heissem Wasser aufgesprüht. Die Desorptionssäule 1 wird durch eine Vakuumeinrichtung 10 (Pumpe) unter einem absoluten Druck von 0,1 bis 400 mbar gehalten. Die Temperatur des Heisswassers, das aus der Nassdampfeinrichtung 9 austritt, liegt vorzugsweise beim Siedepunkt. Die Vakuumbedingungen der Desorptionssäule 1 fuhren das heisse Wasser in Nassdampf 9a über, dessen Temperatur bei Kontakt mit dem säulenförmigen Bett 7 des Substrates verringert wird, wenn er einen Kühltemperaturgradienten durchläuft, der durch die fortlaufende Einführung gekühlten, frischen Substrates 3 erzeugt wird. Die Temperatur des gekühlten, frischen Substrates 3 kann zwischen —200 und 10 °C liegen. Kurz gesagt, es soll kalt genug sein, um (1) den Nassdampf 9a bei der im wesentlichen stationären Desorptionszone 11 innerhalb des säulenförmigen Bettes 7 zu Wasser zu kondensieren, und (2) die Temperatur innerhalb des strömenden, säulenförmigen Bettes bei 10 bis 70 °C zu halten.
Die dampfförmige Geschmacksstoff-Aroma-Fraktion gemäss Fig. 2 wird über ein unteres Auslassrohr 18a, das unterhalb der Mitte der stationären Desorptionszone 24 angeordnet ist, zu einer Kühlfalle gebracht. Die Temperatur der Kühlfalle 19a ist vorzugsweise —200 bis —70 °C. Das gesammelte Eis wird durch Kontakt mit einem wässrigen Extrakt geschmolzen, das die löslichen Feststoffe des Substrates enthält.
Die resultierende Mischung wird vorzugsweise gefriergetrocknet. Die flüssige Fraktion wird vorzugsweise bei einer Temperatur zwischen —70 und 0 °C gesammelt. Vorzugsweise wird der nasse Wasserdampf pulsierend auf das säulenförmige Bett aufgebracht, um eine Kanalbildung zu verhindern.
Die Abfuhreinrichtungen 8 gemäss Fig. 1 sind Vakuum-verschlussabstreifer (vacuum lock wipers), die die obere Schicht des säulenförmigen Bettes in den Haltetank 30 abstreifen. Das desorbierte Substrat 5 kann dann weiter extrahiert werden.
Die Vorrichtung gemäss dem Beispiel wurde aus rostfreiem Stahl hergestellt. Das starre konische Rohr hatte einen
Durchmesser von 5 und 2 Einheiten von je 25 mm am oberen bzw. am unteren Teil. Gemäss Fig. 1 war der Durchmesser der Säule in der Höhe A ungefähr 6,75 Einheiten und der Durchmesser in der Höhe C etwa 5 Einheiten. Der Durchmesser der Einlassöffnung 2 war 2 Einheiten. Die Länge der Säule entlang der Linie B betrug ungefähr 14 Einheiten, und die Länge des starren konischen Rohres etwa 10 Einheiten.
Abänderungen und Modifikationen der Desorptionssäule sind für den Fachmann offensichtlich.
Beispiel
Etwa 10 kg einer Mischung gerösteter Kaffeebohnen wurden mit flüssigem Stickstoff gekühlt und in kleinen Mengen einer Schneckenförder-Mahlemrichtung einer Desorp-tionskolonnenvorrichtung, wie sie in Fig. 1 gezeigt ist, zugeführt. Ein ölaustreibender Schneckengang (auger) wurde zum Mahlen und Fördern angepasst und bestand aus einer festen (polygonalen) Trommel aus rostfreiem Stahl. Die Trommel war mit einem Schaber versehen, um das Mahlen zu erleichtern; der verwendete Schneckengang entsprach einem herkömmlichen ölaustreibenden Schneckengang, d.h., er war mit unterbrochenen gewindeartigen Gängen (flights) versehen. Etwa 5 Gew.-% Trockeneis, bezogen auf die Bohnen, wurden gleichzeitig in die Schneckenförder-MaMvor-richtung eingebracht. s
Die Kaffeebohnen wurden auf eine Teilchengrösse von 50 bis etwa 2500 Jim zermahlen und durch die Schneckengang-Mahleinrichtung zwangsweise bis in die Desorptionssäule hinaufbewegt. Ein Vakuum von etwa 1 mm Hg wurde über beide Desorptionsauslassrohre an die Säule angelegt. Nachdem etwa ein Drittel der Säule mit Kaffee gefüllt worden war (nach etwa 20 Min.), wurden über ein Düsensystem, das knapp unterhalb des oberen Endes der Säule angeordnet war, Spritzer kochenden Wassers aufgebracht. Die Wasserspritzer wurden intermittierend aufgebracht, während der Kaffee kontinuierlich in die Säule eingebracht wurde und sich zu einem kontinuierlichen, säulenförmigen Bett formierte. Die Wasserspritzer (Nassstrom) netzen die Kaffeeteilchen. Die Netzung war durch ein Betrachtungsfenster durch ein dunkles/nasses Aussehen der Kaffeeteilchen in dem strömenden, säulenförmigen Bett sichtbar. Das Aufbringen der Wasserstrahlen wurde fortgesetzt, bis die Front der nassen Desorptionszone nach unten zum konischen Siebabschnitt der Säule getrieben war. Die Desorptionsfront, hier Desorptionszone genannt, wurde in diesem konischen Siebabschnitt durch Synchronisierung der Aufbringung der Wasserspritzer mit der Zufuhrgeschwindigkeit der gekühlten, frischen Kaffeebohnen gehalten. Die Geschwindigkeit der Zufuhr der gekühlten frischen Kaffeebohnen wurde dadurch eingestellt, dass man die Rotationsgeschwindigkeit der Schneckenför-der-Mahleinrichtung veränderte. Der desorbierte Kaffee wurde durch eine am Kopf gelegene Abstreifeinrichtung in eine Vakuumverschlusskammer eingebracht.
Für jedes Kilogramm trockene Kaffeebohnen wurden etwa 60 g einer dampfförmigen Aroma-Geschmacksstoff-Fraktion über das untere Auslassrohr der Desorptionskäm-mer abgezogen, und es wurden etwa 21 einer flüssigen Fraktion mit löslichen Kaffeefeststoffen über das obere Auslassrohr im oberen Abschnitt der Desorptionskammer entfernt. Beide Fraktionen wurden in üblicher Weise weiterverarbeitet, wie dies in der US-PS 3 997 685 beschrieben ist (Säulen 14 und 15), um ein Aroma-Geschmacks-Konzentrat und eine Kaffeebasis herzustellen.
Ein Instantkaffeeprodukt, das mit dem Aroma-Geschmacks-Konzentrat hergestellt wurde, hatte einen sehr naturgetreuen Aroma-Geschmacks-Charakter und wurde im Vergleich zu üblichen Instantkaffees von einer Kaffeetestergruppe signifikant bevorzugt.
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Claims (10)
- 644 9972PATENTANSPRÜCHE1. Desorptionsverfahren zum Abtrennen von Geschmacks- und Aromastoffen von Aroma und Geschmack tragenden Substraten, insbesondere von geröstetem und gemahlenem Kaffee, gekennzeichnet durch die folgenden Schritte:a) Bildung eines kontinuierlichen, säulenförmigen Bettes des Substrates, das durch eine im wesentlichen aufrecht stehende Desorptionssäule nach oben strömt, indem kontinuierlich frisches gekühltes Substrat in die Säule über einen Einlass am Boden eingebracht, und desorbiertes Substrat über einen Auslass am Kopf entnommen werden,b) Halten der Desorptionssäule unter einem Absolutdruck von 0,1 bis 400 mbar,c) Einbringen von Nassdampf im Gegenstrom durch das strömende Bett, um zu dearomatisieren und die Geschmacksstoffe aus dem Substrat zu desorbieren, wobei der Nassdampf in einer Menge und auf eine Weise eingebracht wird, dass er eine im wesentlichen stationäre De-sorptionszone innerhalb des säulenförmigen Bettes in einem begrenzten Abstand oberhalb des Einlasses am Boden bildet und aufrechterhält, wobei die stationäre De-sorptionszone durch Kondensationswasser aus dem Nassdampf gebildet wird, wenn dieser einen Kühltemperaturgradienten im strömenden Bett durchläuft, der durch das kontinuierliche Einbringen des gekühlten Substrates erzeugt wird, und d) Sammeln einer dampfförmigen Aroma-Geschmacksstoff-Fraktion und einer flüssigen, lösliche Feststoffe enthaltenden Fraktion in getrennten Vakuumkühlfallen, die mit der Säule ungefähr bei der Desorptionszone in Verbindung stehen.
- 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Nassdampf und das säulenförmige Bett eine Temperatur von 10 bis 70 °C, und das gekühlte frische Substrat eine Temperatur von —200 bis 1,0 °C haben.
- 3. Verfahren nach Anspruch I oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die dampfförmige Aroma-Geschmacksstoff-Fraktion über ein Auslassrohr zur Kühlfalle gebracht wird, wobei das Auslassrohr mit der Säule in einem begrenzten Abstand unterhalb eines anderen Auslassrohres in Verbindung steht, das eine flüssige, die löslichen Feststoffe enthaltende Fraktion transportiert.
- 4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die dampfförmige Geschmacksstoff-Aroma-Fraktion in Form einer Ausfrierung bei einer Temperatur von —200 bis — 70 °C gesammelt wird, dass die Ausfrierung durch Kontakt mit einem wässrigen Extrakt geschmolzen wird, das lösliche Feststoffe des Substrates enthält, und dass die resultierende Mischung gefriergetrocknet wird.
- 5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die flüssige Geschmacksstoff-Fraktion in einer ersten Falle bei einer Temperatur von — 70 bis 0 °C gesammelt wird.
- 6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Nassdampf pulsierend in Form von heissem Wasser aufgebracht wird.
- 7. Produkt des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 6.
- 8. Desorptionsvorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass sie folgende Teile umfasst:a) eine aufrechte Desorptionssäule mit einer unteren Einlassöffnung zum kontinuierlichen Aufnehmen eines gekühlten, frischen Substrates und einer oberen Auslassöffnung. zum Entfernen des desorbierten Substrates,b) eine mit der unteren Einlassöffnung verbundene Zufuhreinrichtung, um zwangsweise frisches Substrat mit einer vorbestimmten Geschwindigkeit nach oben durch die aufrecht stehende Desorptionssäule über die Öffnungen zuzuführen, wobei ein kontinuierlich fliessendes, säulenförmiges Bett des Substrates gebildet wird, und eine Einrichtung zum Abführen des desorbierten Substrates mit einer vorbestimmten Geschwindigkeit durch die obere Auslassöffnung,c) eine Nassdampfeinrichtung zum Aufbringen einer vorbestimmten Menge an Nass dampf vom Kopf der Säule nach unten und im Gegenstrom zu dem und durch das strömende Bett, wobei eine Berührung mit dem Substrat hergestellt wird und dabei eine Dearomatisierung und eine Desorbierung der Geschmacksstoffe vom Substrat erfolgen,d) eine Einrichtung, um die Desorptionssäule unter Vakuum zu halten, wobei die Vakuumeinrichtung mit der Säule oberhalb der unteren Einlassöffnung in Verbindung steht und eine Querkraft in dem aufwärts strömenden* säulenförmigen Bett hervorruft, so dass dabei der Nassdampf nach unten abgezogen und in der Säule verdampft wird, wobei eine im wesentlichen stationäre Desorptionszone im fliessenden säulenförmigen Bett oberhalb der unteren Einlassöffnung dadurch gebildet wird, dass a sich der Nassdampf beim Einleiten in einen Kühltemperaturgradienten niederschlägt, der durch das frische, gekühlte Substrat hervorgerufen und aufrechterhalten wird, undß sich das Substratbett durch die Querkraft und die Zufuhreinrichtung verdichtet,e) Kühlfallen, die mit der Desorptionszone und der Vakuumeinrichtung in Verbindung stehen, zum Abtrennen und Sammeln von1 einer dampfförmigen, Aroma und Geschmacksstoffe tragenden Fraktion und 8 einer flüssigen, lösliche Feststoffe enthaltenden Fraktion.
- 9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Säule folgende Teile umfasst:(A)ein starres konisches Rohr mit einem konischen Siebabschnitt, in dem die im wesentlichen stationäre Desorptionszone aufrechterhalten wird und durch den die Aroma-Geschmacksstoff-Fraktion und die flüssige, lösliche Feststoffe enthaltende Fraktion aus dem kontinuierlichen, säulenförmigen Bett getrennt werden, und(B) eine Trennkammer, die den konischen Siebabschnitt umgibt, wobei die Kammer obere und untere Vakuumauslassrohre zum Transport der Aroma-Geschmacksstoff-Fraktion und der die löslichen Feststoffe enthaltenden Fraktion zu den Kühlfallen aufweist.
- 10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass innerhalb der Trennkammer ein ebener, ringförmiger Boden vorgesehen ist, der das Rohr umgibt und das obere Auslassrohr vom unteren Auslassrohr trennt, und dass die flüssige, lösliche Feststoffe enthaltende Fraktion auf diesem Boden gesammelt und durch das obere Auslassrohr zu einer Kühlfalle transportiert wird.Die Desorptionstechnik zum Abtrennen von Geschmacks- und Aromastoffen von Aroma und Geschmack tragenden Substraten ist z.B. in den US-PSn 3 717 472 und 3 997 685 beschrieben.51015202530354045505560653644 997Es ist bekannt, dass viele Nahrungsmittel, insbesondere Extrakte für Getränke, eine empfindliche Ausgewogenheit sowohl der geschmacks- als auch der aromatragenden Essenzen aufweisen. Es ist bei diesen Nahrungsmittelarten üblich, dass sie schnell ein ranziges Aroma entwickeln, wenn sie während eines kurzen Zeitraumes atmosphärischen Bedingungen ausgesetzt werden. Überdies wirken die Verbindungen, die zum Ranzigwerden des Aromas beitragen, oft als Katalysatoren für die rasche Entwicklung des Ranzigwerdens in den Geschmackskomponenten des Getränkes. Obwohl gewisse hochflüchtige, Aroma tragende Essenzen vom Standpunkt eines guten anfänglichen Geschmackes ausserordentlich erwünscht sind, sind sie jedoch über längeren Zeitraum gesehen deshalb unerwünscht, weil sie zum raschen Ranzigwerden des Aromas und des Geschmackes beitragen.Einige dieser bekannten Substrate, wie z.B. Kaffee, Tee, Kakaobohnen, Nüsse und Früchte, wie Orangen, Weintrauben, Erdbeeren, Kirschen u.dgl., werden oft mit Extraktionsverfahren behandelt, um konzentrierte Extrakte zu erhalten, die zum Herstellen von Getränken entweder getrocknet oder verdünnt werden können. Es ist jedoch typisch,dass bei der Herstellung der Extrakte die zuvor erwähnte Ausgewogenheit der das Aroma tragenden Essenzen und der den Geschmack tragenden Essenzen gestört wird, wenn sie Wärmen und Druckbedingungen ausgesetzt werden, die für ein wirksames Extraktionsverfahren notwendig sind. Der fertige Getränkeextrakt oder das fertige getrocknete Material enthält eine völlig andere Ausgewogenheit der den Geschmack und das Aroma tragenden Essenzen als das ursprüngliche Nahrungsmittelprodukt.Viele Jahre haben Fachleute dieses Problem so angegangen, dass sie versucht haben, die aromatragenden Essenzen vor der Extraktion aus dem natürlichen Nahrungsmittelprodukt zu entfernen und dann nach dem Extraktionsverfahren die aromatragenden Anteile wieder zuzugeben. Mit anderen Worten, die Aromaanteile werden entfernt, der verbleibende Teil wird den notwendigen, zur Erreichung von hohen Extraktionsausbeuten geeigneten Temperatur- und Druckbedingungen ausgesetzt, und dann werden die aromatragenden Essenzen wieder zugesetzt. Obwohl diese Verfahren einen gewissen Erfolg hatten, insbesondere im Hinblick auf die Kaffee- und Teeproduktion, haben sie noch bestimmte Nachteile.Ein Nachteil des Standes der Technik ist das Fehlen eines zufriedenstellenden, kontinuierlichen Desorptionsverfahrens für die Herstellung von Aroma- und Geschmackskonzentraten. Die Vorteile eines kontinuierlichen Verfahrens gegenüber halbkontinuierlichen oder chargenweisen Verfahren liegen auf der Hand.
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