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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Rösten von Kaffeebohnen, sowie eine Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens.
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Das Rösten von Kaffee mit Hilfe von überhitztem Dampf ist beispielsweise aus der
DE 48 390 A oder
JP 1 256 347 A (Abstract) bekannt. Bei den bekannten Verfahren besteht der Nachteil, dass der überhitzte Dampf in erheblicher Menge Aromastoffe aus dem Kaffee austrägt, die nicht wiedergewonnen werden können. Weiterhin ist nachteilig, dass bei den bekannten Verfahren der zu röstende Kaffee mit reinem überhitztem Dampf beaufschlagt wird, was zur Folge hat, dass Substanzen wie insbesondere Aromastoffe besonders schnell von dem Dampf aufgenommen und aus dem zu röstenden Kaffee extrahiert werden.
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Aus der
DE 198 34 737 A1 ist ein Röstverfahren und eine entsprechende Vorrichtung bekannt, wobei zur Vermeidung von Aromaverlusten ein geschlossener Röstgaskreislauf vorgesehen ist, dem im Normalbetrieb weder Gase entweichen noch Gase zugeführt werden, und überschüssiger Wasserdampf aus dem Röstgas kondensiert wird.
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Aus der
DE 71 033 A ist ein Verfahren zum Rösten von Kaffee bekannt, bei dem die in der Röstkammer entstehenden Röstgase oder Röstdämpfe und die darin enthaltene Menge an Kaffeearomen abgeführt und kondensiert werden sowie als Flüssigkeit nach Abschluss des Röstvorgangs den gerösteten, warmen Kaffeebohnen wieder zugesetzt werden können.
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Zur Lösung der vorgenannten Probleme schlägt die Erfindung ein Verfahren zum Rösten von Kaffeebohnen vor, bei dem ein Röstgasstrom, der zwischen 70 und 90 Vol.-% überhitzten Dampf und zwischen 10 und 30 Vol.-% CO2 enthält, bei einer Temperatur von mindestens 150°C und bei Atmosphärendruck durch die zu röstenden Kaffeebohnen zirkuliert wird, wobei aus den Kaffeebohnen ein Freisetzungsgasstrom enthaltend Wasserdampf, CO2 und Aromastoffe freigesetzt wird und ein Teilstrom des zirkulierten Röstgasstroms, der mengenmäßig dem Freisetzungsgasstrom entspricht, insbesondere kontinuierlich abgezogen und hinsichtlich seines Wasserdampfanteils wenigstens teilweise kondensiert wird.
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Die Erfindung hat erkannt, dass beim Rösten von Kaffeebohnen nicht nur Wasserdampf, sondern auch CO2 und Aromastoffe freigesetzt werden, wobei es vorteilhaft ist, den Röstgasstrom zu zirkulieren, so dass sich dessen Zusammensetzung der Zusammensetzung der aus den Kaffeebohnen freigesetzten Gasmischung annähert und im stationären Betriebszustand damit übereinstimmt. Es hat sich gezeigt, dass die mit einem solchermaßen zusammengesetzten Röstgasstrom gerösteten Kaffeebohnen eine höhere Qualität aufweisen als herkömmlich mit reinem überhitzten Dampf geröstete Kaffeebohnen.
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Es besteht die Möglichkeit, die Kaffeebohnen kontinuierlich oder chargenweise in den Röstgasstrom einzuführen und nach einer vorbestimmten Röstdauer herauszuführen.
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Es ist zweckmäßig, wenn die Kaffeebohnen nach dem Herausführen aus dem Röstgasstrom mit Wasser befeuchtet und abgekühlt werden, wobei es besonderes günstig ist, wenn zur Befeuchtung der Kaffeebohnen wenigstens ein Teil des aus dem abgezogenen Teilstrom kondensierten und Aromastoffe enthaltenden Wassers verwendet wird.
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Es kann vorgesehen sein, dass der zirkulierende Röstgasstrom durch eine geregelte Heizeinrichtung auf einer vorgegebenen Temperatur gehalten wird.
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Insbesondere ist es zweckmäßig, wenn der zirkulierende Röstgasstrom ohne Zutritt von Umgebungsluft geführt wird.
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Der aus dem Röstprozess abgezogene Teilstrom des zirkulierten Röstgasstromes kann zusätzlich auch einem Stofftrennverfahren unterzogen werden. Dadurch bietet sich die Möglichkeit, einerseits die neben Wasserdampf und Kohlenstoffdioxid vorhandenen Inhaltsstoffe aus dem Gasgemisch des überschüssigen Teilstromes oder seinem Kondensat teilweise oder nahezu vollständig zu entfernen und andererseits diese Inhaltsstoffe in hoher Konzentration zu gewinnen.
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Dieses Stofftrennverfahren kann entweder in der Gasphase vor der Kondensation oder in Kombination mit der Kondensation oder in der Flüssigphase nach der Kondensation angewendet werden. Die Anwendung vor der Kondensation sichert auch eine Entfernung der Inhaltsstoffe aus dem Kohlenstoffdioxid. Eine Anwendung in Kombination mit der Kondensation oder nach der Kondensation führt zu einer Entfernung der Inhaltsstoffe, die gemeinsam mit dem Wasserdampf durch Kondensation in die flüssige Phase überführt werden.
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Für diese Stofftrennung bieten sich verschiedene technische Möglichkeiten an:
- 1. Einleitung des überschüssigen gasförmigen Teilstromes in einen Destillationsprozess. Hierbei erfolgt die Kondensation gleichzeitig mit einer Abtrennung von leicht flüchtigen Komponenten aus der Stoffmischung durch eine mehrstufige fraktionierte Kondensation und Verdampfung im Gegenstrom von Flüssigkeit und Dampf.
- 2. Einleitung des gasförmigen Teilstromes oder seines Kondensates in einen zyklisch betriebenen Adsorptionsprozess. Hierbei werden bestimmte Bestandteile der gasförmigen oder flüssigen Mischung an oberflächenaktiven festen Substanzen angelagert und nach Erreichen einer Sättigungskonzentration dieser Substanzen durch einen anschließenden Desorptionsprozess in reiner Form gewonnen.
- 3. Einleitung des Teilstromes nach seiner Kondensation in ein Membrantrennverfahren. Hierbei wird die durch Kondensation des Teilstroms erhaltene Flüssigkeitsmischung unter Druck an speziellen Membranen vorbeigeführt, die für bestimmte Molekülarten durchlässig sind. Dies sind vorbestimmte Aroma- oder Inhaltsstoffe, die aus dem Teilstrom abgetrennt werden sollen. Dadurch werden der Flüssigkeitsmischung diese Inhaltsstoffe, welche die Membranen passieren können, entzogen und in reiner Form gewonnen.
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Die Auswahl zum Einsatz der aufgeführten verschiedenen technischen Möglichkeiten für die Stofftrennung richtet sich nach den Stoffeigenschaften der Inhaltsstoffe und nach der technologischen Zielstellung, die mit der Abtrennung von Inhaltsstoffen aus dem überschüssigen Teilstrom des zirkulierenden Röstgasstromes verbunden ist.
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Die Trennverfahren können einzeln oder auch in Kombination eingesetzt werden.
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Besonderes vorteilhaft ist es, wenn dem Wasser, das zur Befeuchtung und Abkühlung der Kaffeebohnen nach dem Rösten verwendet wird, wenigstens ein Teil der abgetrennten Inhaltsstoffe zugesetzt wird, insbesondere die abgetrennten Aromastoffe, so dass das Verfahren hinsichtlich der Aromastoffe geschlossen geführt wird. Die beim Rösten freigesetzten Aromastoffe werden den Kaffeebohnen beim Befeuchten wieder zugeführt.
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Die Aufgabe der Erfindung wird weiterhin durch eine Vorrichtung zum Durchführen des erfindungsgemäßen Verfahrens gelöst, mit einer Zirkulationsleitung für den Röstgasstrom, in deren Verlauf eine Röstkammer, eine Beheizungseinrichtung und ein Gebläse angeordnet sind, wobei von der Zirkulationsleitung eine Abzugsleitung abzweigt, die mit einem Kondensator verbunden ist, und mit einer Steuerung für die Beheizungseinrichtung, das Gebläse und den Kondensator, die so eingerichtet ist, dass ein Teilstrom durch die Abzugsleitung abgezogen und hinsichtlich seines Wasserdampfanteils wenigstens teilweise kondensiert wird, der mengenmäßig dem Freisetzungsgasstrom entspricht.
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Es ist zweckmäßig, wenn die Abzugsleitung stromab des Gebläses angeordnet ist. In der Abzugsleitung kann ein weiteres Gebläse angeordnet sein.
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Es ist vorteilhaft, wenn eine Befeuchtungseinrichtung für geröstete Kaffeebohnen vorgesehen ist, die zur Verwendung von zumindest einem Teil des kondensierten Wassers zur Befeuchtung der Kaffeebohnen eingerichtet ist.
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Die Steuerung ist zweckmäßigerweise so eingerichtet, dass ein Eindringen von Umgebungsluft in den Röstgasstrom verhindert ist.
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Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels, wobei auf eine Zeichnung Bezug genommen wird, in der 1 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zum Rösten von Kaffeebohnen zeigt, die sich zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens eignet.
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Ein Fülltrichter 1 ist über eine gasdichte Eingangsschleuse (Zellradschleuse) 3 mit einer Röstkammer 4 verbunden, in der der Röstvorgang stattfindet und an die sich eine gasdichte Ausgangsschleuse (Zellradschleuse) 5 anschließt. Die Röstkammer 4 weist einen Röstgaseingang 6 auf, der zu einem Gasverteiler 7 führt, sowie einen Röstgasausgang 8. Die zu röstenden Kaffeebohnen gelangen auf einen horizontalen Schwingförderer 9 unterhalb des Gasverteilers 7, der von einem Motor 10 angetrieben ist. Der Gasverteiler 7 weist eine Anzahl von senkrecht nach unten gerichteten Austrittsrohren 11 auf, durch die das Röstgas auf die zu röstenden Kaffeebohnen auftrifft.
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Alternativ kann die Röstkammer 4 als Wirbelschichtkammer oder Rösttrommel ausgebildet sein.
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Zwischen Röstgasausgang 8 und Röstgaseingang 6 ist eine Zirkulationsleitung 12 angeordnet, in deren Verlauf ein Zyklon 14 als Staubabscheider, ein Gebläse 16 und eine Beheizungseinrichtung 18, beispielsweise in Form einer elektrischen Heizung, angeordnet sind.
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Eine Abzugsleitung 20 zweigt von der Zirkulationsleitung 12 ab, insbesondere stromab des Gebläses 16, und zweckmäßigerweise stromauf der Beheizungseinrichtung 18, und führt zu einem Kondensator 19, in dem der Dampfanteil sowie wasserlösliche Aromastoffe eines aus dem zirkulierenden Röstgasstrom abgezweigten Teilstroms je nach Kondensatortemperatur weitestgehend oder teilweise kondensiert werden können. Außerdem führt eine Restgasleitung 21 zu einer Wascheinrichtung, die eine Extraktion von in dem abgezweigten Teilstrom enthaltenen, nicht kondensierbaren oder wasserlöslichen Aromastoffen oder von sonstigen flüchtigen Stoffen ermöglicht.
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Im Anschluss an die Ausgangsschleuse 5 ist eine Beduschungseinrichtung 30 vorgesehen, mit einem Förderband 32, auf dem die heißen Kaffeebohnen unter einen Sprühkopf 34 gefahren werden, durch den sie mit Frischwasser und/oder aus dem Kondensator 19 erhaltenem Kondensat besprüht und so befeuchtet und abgekühlt werden. Die Beduschungseinrichtung 30 weist ein den Sprühbereich umschließendes Gehäuse 36 mit einem Brüdenabzug 38 auf. Eine Pumpe 40 versorgt den Sprühkopf 34 über eine Zufuhrleitung 42, wobei bedarfsweise Frischwasser über eine Frischwasserleitung 44 zugeführt werden kann.
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Weiterhin ist die Zirkulationsleitung 12 mit einer Dampfzuleitung 22 verbunden, die die Einleitung von überhitztem oder Sattdampf ermöglicht, um das Röstverfahren zu starten. Die Dampfzuleitung 22 mündet vorteilhafterweise unmittelbar stromauf der Beheizungseinrichtung 18, damit der eingeleitete Dampf auf eine benötigte Temperatur erhitzt werden kann.
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Temperatur, Druck, Sauerstoffgehalt und Durchflussmenge werden an mehreren Stellen der Zirkulationsleitung 12 und im Bereich der Röstkammer 4 überwacht. Insbesondere befinden sich Temperatursensoren 24 stromauf des Gebläses 16, stromauf der Röstkammer 4, in der Röstkammer 4, stromab der Röstkammer 4 und erforderlichenfalls in der Abzugsleitung 20 und der Dampfzuleitung 22. Drucksensoren 26 befinden sich stromab des Gebläses 16 und stromab der Röstkammer 4. Ein Sauerstoffsensor 27 und ein Durchflussmessgerät 28 befinden sich stromab der Röstkammer 4.
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Obwohl die gesamte Vorrichtung mit Zirkulationsleitung 12, Röstkammer 4, Eingangs- und Ausgangsschleuse 3, 5 sowie Abzugs- und Dampfzuleitung 20, 22 grundsätzlich druckdicht ausgebildet sein und bei Überdruck arbeiten könnte, erfolgt der Betrieb vorzugsweise atmosphärisch, d. h. unter sehr geringem Überdruck, der sich allein aufgrund des Gebläses 16 und der Strömungswiderstände innerhalb des Systems ergibt. Beispielhaft erzeugt das Gebläse 16 einen Überdruck im Bereich von ca. 50 mbar bis 200 mbar.
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Zum Anfahren der Vorrichtung wird eine bestimmte Dampfmenge durch die Dampfzuleitung 22 zugeführt, während das Gebläse 16 arbeitet und die Beheizungseinrichtung 18 eingeschaltet ist. Aufgrund der Beheizung nimmt das spezifische Volumen des Dampfs innerhalb der Vorrichtung zu, bis die ursprünglich vorhandene Luft mehr und mehr und schließlich praktisch vollständig aus dem System verdrängt ist. Der Sauerstoffgehalt kann unter 10 Vol.-% und vorzugsweise unter 5 Vol.-%, 3 Vol.-%, 2 Vol.-% oder 1 Vol.-% abgesenkt werden. Nachdem sich eine konstante Temperatur und eine Atmosphäre praktisch reinen überhitztem Dampfs eingestellt hat, kann begonnen werden, Kaffeebohnen in die Röstkammer 4 einzuleiten. Dies geschieht bevorzugt kontinuierlich, d. h. die Kaffeebohnen wandern während einer vorbestimmten Aufenthaltsdauer durch die Röstkammer 4 und gelangen nach Ende der vorgeschriebenen Aufenthaltsdauer durch die Ausgangsschleuse 5 in eine geeignete Auffangvorrichtung. Die Temperatur in der Röstkammer 4 kann beispielsweise 230°C bis 250°C betragen.
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Da die Kaffeebohnen während des Röstvorgangs Feuchtigkeit, CO2 und Aromastoffe freisetzen, die sich mit dem hindurchgeleiteten überhitzten Dampf mischen, stellt sich allmählich in der Vorrichtung eine Zusammensetzung des zirkulierten Röstgasstroms mit ca. 70 bis 90 Vol.-% überhitztem Dampf und ca. 10 bis 30% CO2 sowie Spuren von Aromastoffen ein. Aufgrund der Freisetzung der genannten Gase sowie Aromastoffe muss über die Abzugsleitung 20 ein Teilstrom des zirkulierten Röstgasstroms abgezogen werden, da ansonsten der Druck in der Vorrichtung ansteigen oder ein Teil des Röstgasstroms in die Umgebung entweichen würde. Mit anderen Worten wird zweckmäßigerweise aus dem Röstgasstrom ebenso viel abgezogen wie durch die Röstung der Kaffeebohnen freigesetzt und in den Röstgasstrom eingebracht wird. Damit bleibt das in der Vorrichtung befindliche zirkulierende Röstgasvolumen konstant.
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Die Regelung des abgezogenen Teilstroms kann über einen Drucksensor 26 oder über einen Dampfgehalt- oder Sauerstoffsensor 27 im Röstgasstrom erfolgen. Bei einer im Wesentlichen druckdicht ausgebildeten Vorrichtung zeigt ein Druckanstieg an, dass der Teilstrom vergrößert werden muss, und ein Druckabfall, dass der Teilstrom reduziert werden muss. Wenn ein Sauerstoffsensor 27 und/oder Dampfgehaltsensor vorhanden ist, braucht die Vorrichtung nicht vollständig druckdicht zu sein. Ein Sauerstoffanstieg im Röstgasstrom über einen Sollwert von beispielsweise 2 Vol.-% zeigt ein Einsaugen von Umgebungsluft an, so dass der Teilstrom reduziert werden muss, und umgekehrt. Entsprechend gilt für abnehmenden Dampfgehalt im Röstgasstrom, dass der Teilstrom zu reduzieren ist, und umgekehrt.
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Zumindest ein Teil des Wasser- bzw. Dampfanteils des abgezweigten Teilstroms wird in einem Kondensator 19 kondensiert, wobei auch ein Teil der Aromastoffe kondensiert oder in dem entstehenden Kondensat gelöst wird. Ein weiterer Teil der Aromastoffe, der nicht wasserlöslich oder durch Kondensation des Dampfanteils kondensierbar ist, wird in einer dem Kondensator nachgeschalteten Wascheinrichtung extrahiert.
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Zur Abkühlung und Anhebung des Feuchtigkeitsgehalts der gerösteten Kaffeebohnen werden diese nach Austritt aus der Ausgangsschleuse 5 in der Beduschungseinrichtung 30 mit Wasser befeuchtet, wobei vorzugsweise das aus der Kondensation des abgezweigten Teilstroms gewonnene Wasser, welches mit Aromastoffen angereichert ist, verwendet wird. Zusätzlich können die in der Wascheinrichtung zurückgewonnenen Aromastoffe in die gerösteten Kaffeebohnen zurückgeführt werden.
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Durch die Zirkulation des Röstgasstroms, dem lediglich ein Teilstrom entnommen wird, besitzt der Röstgasstrom nach Erreichen eines stationären, im Wesentlichen luftfreien Zustands die Zusammensetzung des Freisetzungsgasstroms aus den Kaffeebohnen, der beispielsweise zu 80 Vol.-% aus Wasserdampf und zu 20 Vol.-% aus CO2 und Aromastoffen besteht. Dies hat den Vorteil, dass der Röstvorgang in einer Gasatmosphäre erfolgt, deren Zusammensetzung dem Freisetzungsgasstrom entspricht, was der Geschmacksqualität der Kaffeebohnen zugute kommt.
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Nach Durchtritt durch den Kondensator 19 und die Wascheinrichtung besteht der abgezweigte Gasstrom aus mit Wasserdampf gesättigtem CO2 und kann leicht entsorgt werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Fülltrichter
- 3
- Eingangsschleuse
- 4
- Röstkammer
- 5
- Ausgangsschleuse
- 6
- Röstgaseingang
- 7
- Gasverteiler
- 8
- Röstgasausgang
- 9
- Schwingförderer
- 10
- Motor
- 11
- Austrittsrohr
- 12
- Zirkulationsleitung
- 14
- Zyklon
- 16
- Gebläse
- 18
- Beheizungseinrichtung
- 19
- Kondensator
- 20
- Abzugsleitung
- 21
- Restgasleitung
- 22
- Dampfzuleitung
- 24
- Temperatursensor
- 26
- Drucksensor
- 27
- Sauerstoffsensor
- 28
- Durchflussmessgerät
- 30
- Beduschungseinrichtung
- 32
- Förderband
- 34
- Sprühkopf
- 36
- Gehäuse
- 38
- Brüdenabzug
- 40
- Pumpe
- 42
- Zufuhrleitung
- 44
- Frischwasserleitung
