DE1113863B - Ultraschall-Foerderschnecken-Extraktor zur Gewinnung von loeslichen Extrakten aus Kaffee u. dgl. - Google Patents

Ultraschall-Foerderschnecken-Extraktor zur Gewinnung von loeslichen Extrakten aus Kaffee u. dgl.

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DE1113863B
DE1113863B DEC16054A DEC0016054A DE1113863B DE 1113863 B DE1113863 B DE 1113863B DE C16054 A DEC16054 A DE C16054A DE C0016054 A DEC0016054 A DE C0016054A DE 1113863 B DE1113863 B DE 1113863B
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DE
Germany
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ultrasonic
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coffee
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DEC16054A
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Eugene N Bilenker
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Curtiss Wright Corp
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Curtiss Wright Corp
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    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D11/00Solvent extraction
    • B01D11/02Solvent extraction of solids
    • B01D11/0215Solid material in other stationary receptacles
    • B01D11/0223Moving bed of solid material
    • B01D11/0226Moving bed of solid material with the general transport direction of the solids parallel to the rotation axis of the conveyor, e.g. worm
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A23FOODS OR FOODSTUFFS; TREATMENT THEREOF, NOT COVERED BY OTHER CLASSES
    • A23FCOFFEE; TEA; THEIR SUBSTITUTES; MANUFACTURE, PREPARATION, OR INFUSION THEREOF
    • A23F5/00Coffee; Coffee substitutes; Preparations thereof
    • A23F5/24Extraction of coffee; Coffee extracts; Making instant coffee
    • A23F5/26Extraction of water-soluble constituents
    • A23F5/265Extraction of water-soluble constituents the solid substances are transported through the apparatus during the extraction cycle
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A23FOODS OR FOODSTUFFS; TREATMENT THEREOF, NOT COVERED BY OTHER CLASSES
    • A23LFOODS, FOODSTUFFS, OR NON-ALCOHOLIC BEVERAGES, NOT COVERED BY SUBCLASSES A21D OR A23B-A23J; THEIR PREPARATION OR TREATMENT, e.g. COOKING, MODIFICATION OF NUTRITIVE QUALITIES, PHYSICAL TREATMENT; PRESERVATION OF FOODS OR FOODSTUFFS, IN GENERAL
    • A23L5/00Preparation or treatment of foods or foodstuffs, in general; Food or foodstuffs obtained thereby; Materials therefor
    • A23L5/30Physical treatment, e.g. electrical or magnetic means, wave energy or irradiation
    • A23L5/32Physical treatment, e.g. electrical or magnetic means, wave energy or irradiation using phonon wave energy, e.g. sound or ultrasonic waves
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B01DSEPARATION
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    • B01D11/02Solvent extraction of solids
    • B01D11/0269Solid material in other moving receptacles
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    • B01D11/0276Solid material in other moving receptacles in rotating drums with the general transport direction of the solids parallel to the rotation axis of the conveyor, e.g. spirals

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Description

  • Ultraschall-Förderschnecken-Extraktor zur Gewinnung von löslichen Extrakten aus Kaffee u. dgl.
  • Die Erfindung betrifft einen Extraktor zur kontinuierlichen Gewinnung von löslichen Stoffen zur Bereitung von Getränken. Derartige Verfahren sind z. B. bei der Herstellung von löslichem Kaffee bekannt.
  • Die Hersteller von löslichen Kaffeepräparaten streben schon lange an, ein Erzeugnis herzustellen, daß bei der Hinzufügung von Wasser sich von einer frisch aufgebrühten Tasse Kaffee nicht unterscheiden läßt.
  • Eine Hauptschwierigkeit bei derartigen Verfahren besteht darin, daß der lösliche Kaffee nicht den gleichen Geschmack und das gleiche Aroma wie frisch zubereiteter Kaffee aufweist.
  • Die bekannten Verfahren machen gewöhnlich von einer Extraktion des gemahlenen gerösteten Kaffees mit heißem Wasser Gebrauch; die Extrakte werden dann in einem heißen oder kalten Trocknungsverfahren getrocknet. Das Verfahren ist auch abgeändert worden, indem der geröstete gemahlene Kaffee weiteren heißen oder kalten Extraktionsvorgängen unterworfen wird, indem ferner verschiedene Arten von geröstetem gemahlenem Kaffee verschiedenen Extraktionsvorgängen bei verschiedenen Temperaturen und warmen oder kalten Trocknungsvorgängen unterworfen werden, und dann die verschiedenen Extraktionen miteinander vermischt werden, um verschiedene Arten von löslichen Kaffeepräparaten zu erhalten.
  • Es ist ferner bekannt, bei der Extraktion und Behandlung fettiger, vegetabiler Stoffe Ultraschall anzuwenden. Der bekannte Extraktor würde jedoch für die Zwecke der Erfindung nicht brauchbar sein, da die Ultraschallerzeuger an einer Stelle der Außenwand des Gehäuses angebracht sind, die keine gleichmäßige Extraktion feinverteilter Stoffe ermöglichen und weil auch keine Vorkehrungen getroffen sind, um die Extraktionsfiüssigkeit auf einer bestimmten Temperatur zu halten. Dies sind aber, wie aus der folgenden Beschreibung noch näher hervorgeht, sehr wesentliche Bedingungen zur Erzielung eines gleichmäßigen Extraktes.
  • Gemäß der Erfindung ist eine zylindrische Kammer mit Einlaß- und Auslaßöffnungen für den zerkleinerten festen Kaffee und mit Einlaß- und Auslaßöffnungen für eine Extraktionsflüssigkeit vorgesehen, ferner eine Fördereinrichtung mit darauf befestigten Ultraschallwandlern, die den zerkleinerten Kaffee beschallen, während er in der Flüssigkeit von der Einlaßöffnung zur Auslaßöffnung befördert wird, wobei eine Temperaturregeleinrichtung, welche die zylindrische Kammer umgibt, die Extraktionsfiüssigkeit auf der vorbestimmten Temperatur hält.
  • In den Zeichnungen sind Ausführungsbeispiele dargestellt: Fig. 1 zeigt einen kontinuierlich arbeitenden Extraktor für die Ultraschallbehandlung der verarbeiteten Stoffe; Fig. 2 ist ein Schnitt nach der Linie 6-6 nach Fig. 1; Fig. 3 ist ein Schnitt eines Teils der Vorrichtung nach Fig. 1 in größerem Maßstab, der die angebauten Ultraschallwandler zeigt; Fig. 4 zeigt eine Abänderung der Fig. 1, bei der die mittlere Welle der Fördereinrichtung in der Nähe der Ultraschallwandler einen erweiterten Querschnitt aufweist, so daß zusammen mit dem Zylinder ein verengter Raum entsteht, um ein genügendes Eindringen der Ultraschallschwingungen in die Masse des behandelten Materials zu erzielen; Fig. 5 zeigt eine Abänderung der Einrichtung der Fig. 4, bei der ebenfalls die Ultraschallschwingungen in den behandelten Stoff eindringen sollen und bei der eine Fördereinrichtung verwendet wird, welche die Verweilzeit der behandelten Stoffe in dem Ultraschallextraktor begrenzt oder anderweitig steuert.
  • In Fig. 1 ist eine Ausführungsform eines Ultraschallextraktors gezeigt, die nach dem Gegenstromprinzip arbeitet. Hierbei werden die festen Bestandteile an einem Ende eingeführt und bewegen sich in einer bestimmten Richtung durch die Vorrichtung hindurch, so daß sie am anderen Ende austreten, während die bei dem Verfahren benutzte Flüssigkeit in den Extraktor in der Nähe des zweiten Endes eingeleitet und als flüssiger Extrakt in der Nähe des ersten Endes entnommen wird.
  • In Fig. 1 ist ein Extraktor 170 dargestellt, der ein zylindrisches Gehäuse 171 mit einer Fördereinrichtung 172 aufweist. Diese enthält eine hohle Welle, die in den Wänden 173 und 174 gelagert ist, welche das zylindrische Gehäuse 171 abschließen. Die Abschlußwände 173 und 174 tragen Lager 175 und 176, in denen die Fördereinrichtung 172 läuft, die im vorliegenden Fall die hohle Welle 183 enthält. Eine Einlaßleitung 177 für die festen Stoffe ist im vorliegenden Fall am unteren Ende des Extraktors angeschlossen, um die Zuführung des gemahlenen Kaffees oder anderer fester Stoffe in den Zylinder des Extraktors zu ermöglichen. Ein Auslaß 178 für die festen Stoffe ist am entgegengesetzten Ende des zylindrischen Gehäuses vorgesehen, damit die festen Stoffe, die in dem Extraktor behandelt worden sind, herausgeführt werden können.
  • Die Anordnung enthält eine ortsfeste Leitung 180, die über eine Kupplung 181 mit dem oberen Ende 182 der hohlen Welle 183 verbunden ist. Die hohle Welle trägt eine Förderschnecke 184, welche den gemahlenen Kaffee oder die anderen festen Stoffe am unteren Ende des Zylinders aufnimmt und sie nach oben bis zu einer Stelle fördert, an der sie durch die Auslaßleitung 178 nach außen abgegeben werden, nachdem der teilweise extrahierte gemahlene Kaffee oder die anderen festen Stoffe in dem Extraktor behandelt worden sind. Eine zweite ortsfeste Leitung 185 ist mit dem unteren Ende 186 der hohlen Welle 183 über eine Kupplung 187 verbunden. Über die flüssigkeitsdichten Kupplungen 181 und 187 kann die Fördereinrichtung 172 mit Hilfe einer geeigneten Vorrichtung, z. B. mit Hilfe eines Riemens 188 und einer Riemenscheibe 189, die an dem oberen Ende 182 der hohlen Welle befestigt ist, in Drehung versetzt werden. Der Pfeil 190 zeigt an, daß die Förderanordnung in der bezeichneten Richtung umläuft, so daß der gemahlene Kaffee oder die anderen festen Stoffe vor dem Einlaß 177 nach oben zum Auslaß 178 befördert werden.
  • Die in dem Extraktor benutzte Flüssigkeit tritt in das zylindrische Gehäuse 171 über einen Einlaß g95 ein. Wenn sich der Extraktor in der in der Zeichnung dargestellten aufrechten Stellung befindet, tröpfelt die Flüssigkeit infolge der Schwerkraft nach unten und benetzt dabei den gemahlenen Kaffee oder die anderen festen Stoffe, die durch das zylindrische Gehäuse mit Hilfe der Fördereinrichtung nach oben gefördert werden. Mehrere äußere Mäntel oder Gehäuse 200 und 201 sind mit Einlässen 202 und 203 an dem unteren Ende und mit Auslässen 204 und 205 am oberen Ende versehen. Wenn die Apparatur für die Ultraschallkaltextraktion verwendet wird, kann ein Kältemittel. z. B. eine Salzlauge, in die Mäntel durch die Einlaßleitungen 202 und 203 eingeführt werden und über die Auslaßleitungen 204 und 205 abgelegte; werden. Das Kältemittel dient dazu. den benetzten gemahlenen Kaffee oder die anderen festen Stoffe auf einer niedrigen Temperatur zu halten.
  • Eine Auslaßleitung206 für den flüssigen Extrakt ist an das zylindrische Gehäuse 171 angeschlossen.
  • Die Auslaßleitung ist in der Wandfläche des zylindrischen Gehäuses durch ein Maschensieb 207 verschlossen. Dieses liegt tiefer als die Ultraschallwandler, um den gemahlenen Kaffee oder die anderen festen Stoffe innerhalb des zylindrischen Gehäuses zu halten, so daß der gemahlene Kaffee durch die Fördereinrichtung nach oben gefördert wird, der flüssige Extrakt jedoch durch das Maschensieb 207 hindurchtreten kann, um ihn weiterbehandeln zu können.
  • Die ortsfesten Leitungen 180 und 185 sind mit der umlaufenden Fördereinrichtung 172 durch geeignete Kupplungen verbunden, so daß die Fördereinrichtung gedreht werden kann, um den Kaffee zwischen dem Einlaß 177 und dem Auslaß 178 nach oben zu fördern. Die hohle Förderschnecke und die hohle Welle können mit einem Wärmeübertragungsmittel oder einer Flüssigkeit gefüllt sein, um eine Wärmeübertragung vorzunehmen. Metallringe 210 und 211 sind an den Enden der hohlen Welle angebracht und elektrisch gegeneinander und gegenüber der hohlen Welle isoliert. Kontaktbürsten 212 und 213, die aus Kohlenstoff od. dgl. bestehen können, stehen mit den Ringen in Berührung, die als Schleifringe dienen, um elektrische Energie über Leitungen, z. B. ein Kabel 216, von einer Energiequelle, z. B. einem Wechselstromgenerator, der mit einer Frequenz im Bereich von 19000 kHz oder darüber arbeitet, einer Anzahl von Ultraschallwandlern 215, die in der Höhe der hohlen Förderschnecke, und den Wandlern 215 A, die in der Nähe der hohlen Welle 183 angeordnet sind, zuzuführen.
  • Ein Mantel 217 hat einen Einlaß 220 zur Aufnahme eines Kältemittels, z. B. Wasser, und einen Auslaß 221, um das Wasser wieder aus dem Mantel 217 herauszuführen. Die Ultraschallwandler 215 können über ein Kabel 216 an die Quelle der Wechselstromenergie angeschlossen sein, während die Wandler 224 A elektrisch an dieselbe Wechselstromquelle über Leitungen 223 und 224 angeschlossen werden.
  • Fig. 2 und 3 zeigen Schnitte der Anordnung von Fig. 1 und lassen insbesondere den Mantel 217 zur Aufnahme der Ultraschallwandler 224 A erkennen, der das zylindrische Gehäuse 171 umgibt, und mit einer Einlaßleitung 220 versehen ist. Im ganzen sind sechs Ultraschallwandler 224 A dargestellt, die in gleichen Abständen am inneren Umfang des Mantels 230 verteilt sind, wobei zwei Gruppen von Wandlern innerhalb des Mantels angeordnet sind.
  • Die hohle Welle 183 trägt die Förderschnecke 184 mit vier Ultraschallwandlern215, die auf eine vollständige Windung der Schnecke verteilt sind. Wandler 215A sind auf gegenüberliegenden Seiten der hohlen Welle 183 zwischen den Windungen der Schnecke 184 angeordnet. Der Wandteil 240 zeigt einen waagerechten Schnitt durch einen Teil des Mantels 241 der Schnecke. In dem Raum 241 zwischen der oberen und der unteren Schicht 242 bzw. 243 der Schnecke sind die Ultraschallwandler 215 angeordnet Die in Fig. 1 dargestellten Ultraschallwandler 215 A und 224 A sind so ausgerichtet, daß sie das behandelte Material in der gewünschten Stärke und während der gewünschten Zeit in Abhängigkeit von der Zuführungsgeschwindigkeit der festen Stoffe und der Zuführungsgeschwindigkeit und Temperatur des flüssigen Mittels beschallen. Die Verteilung der Teilchengröße der festen Stoffe sowie die spezielle Aufnahmefähigkeit der betreffenden festen Stoffe, ferner die Eigenschaften des behandelten Materials mit Bezug auf die Dämpfung der Ultraschallenergie und andere veränderliche Größen bestimmen die optimale Abmessung und die Ultraschalleigenschaften des Extraktors sowie die Ausnutzung der besonderen Konstruktion während des Verfahrens.
  • Die Ultraschallwandler 224 A in Fig. 1 können nach Wunsch über einen angemessenen Teil der Gesamtlänge des zylindrischen Gehäuses 171 verteilt werden. In ähnlicher Weise können die Ultraschallwandler 215 und 215 A in angemessener Anzahl über einen gewünschten Teil der Gesamtlänge der Förderschnecke 184 und der Welle 183 verteilt werden. Die Erregung der Ultraschallwandler kann während des Extraktionsvorganges nach einem Programm gesteuert werden, um das behandelte Material in der richtigen Weise zu beschallen. Die Abmessungen der Extraktionsanlage und die Ausrichtung der Wandler werden durch die Art des Ultraschallfeldes bestimmt und sind jeweils der Ultraschallbehandlung angepaßt.
  • Die hohle Ausbildung der Welle 183 und der Schnecke 184 ermöglichen eine Erwärmung oder Kühlung des Materials in dem Extraktor durch Anwendung einer passenden Wärmeaustauscherflüssigkeit. Die hohle Ausbildung der Welle 183 und der Schnecke 184 kann auch dazu dienen, daß die Ultraschallenergie zur wirksameren Bestrahlung des in dem Extraktor befindlichen Materials reflektiert wird. Die Erwärmung oder Kühlung kann auch dadurch erzielt werden, daß eine geeignete Flüssigkeit durch die Mäntel 200 und 201 in Fig. 1 geleitet wird. Die Anordnung der Mäntel 200 und 201 auf einem Teil des zylindrischen Gehäuses wird durch die Behandlungsverhältnisse bestimmt, die dem betreffenden Material angepaßt sind, sowie durch den Wirkungsgrad und die gewünschte Endqualität des Erzeugnisses.
  • Die Fig. 4 und 5 zeigen Teile, die zum Teil denen der Fig. 1 ähnlich sind und dann die gleichen Bezugszeichen tragen. Die Förderanordnungen der Fig. 4 und 5 sind jedoch voneinander verschieden und unterscheiden sich auch von der Förderanordnung 172 der Fig. 1.
  • Die Anordnung 171 und die verschiedenen Mäntel mit den Antriebsvorrichtungen für die hohle Welle sind in Fig. 4 genauso ausgebildet wie diejenigen in Fig. 1. Die hohle Welle 231 enthält einen hohlen Abschnitt 235, der die gleichen Abmessungen an den beiden Enden der Welle aufweist, aber einen erweiterten Teil 232 trägt, in welchem die Ultraschallwandler 233 in ähnlicher Weise angeordnet sind wie in Fig. 2 und 3. Die Ultraschallwandler 236 können denen der Fig. 1 ähnlich sein. Der erweiterte Teil 232 der Welle ist ebenso wie der Schneckenteil 237, der im wirksamen Bereich der Wandler 233 und 236 liegt, hohl ausgebildet. Der erweiterte Teil 232 der hohlen Welle 231 hat mit Ausnahme desjenigen Teiles, der die Schnecke trägt, innerhalb des wirksamen Bereiches der Wandler im wesentlichen den gleichen inneren und äußeren Durchmesser, wobei der äußere Durchmesser des Teiles 232 im wesentlichen den gleichen Abstand von dem zylindrischen Teil 238 des Extraktors 239 hat.
  • In Fig. 5 ist der Mantel 236 des Wandlers ähnlich ausgebildet wie in Fig. 4. Die Förderanordnung 240 unterscheidet sich jedoch von den Förderanordnungen der Fig. 1 und 4. Die Förderanordnung 241 der Fig. 5 enthält eine Schnecke 242, die über die gesamte Länge der Welle annähernd die gleiche Abmessung hat nur der mittlere Abstand zwischen den Windungen ändert sich in derselben Weise wie der mittlere Abstand zwischen den Windungen der Förderschnecke 184 der Fig. 1.
  • Die Fig. 4 und 5 zeigen hohle Wellen, die sich in ihren Abmessungen von der Welle 183 der Fig. 1 unterscheiden. In Fig. 4 bildet der erweiterte Teil der Welle 232 einen verengten ringförmigen Raum im Bereich der Wandlersätze 233 und 236. Ein Vorteil dieser Anordnung ist die bessere Durchschallung des Materials in dem ringförmigen Raum im Bereich der Wandler 233 und 236. Die festen Stoffe können sich, nachdem sie diesen ringförmigen Raum durchsetzt haben, mit langsamerer Geschwindigkeit durch den übrigen Teil des Extraktors hindurchbewegen, was bei bestimmten Verfahrensverhältnissen erwünscht ist.
  • In Fig. 5 bildet die über die ganze Länge erweiterte Welle einen gleichmäßig verengten ringförmigen Raum über die ganze Länge des Extraktors. Hierdurch erhält man den Vorteil einer intensiveren Ultraschallbestrahlung innerhalb des verengten ringförmigen Raumes, während gleichzeitig die Fördergeschwindigkeit des behandelten Materials gleichförmig bleibt. Bei Materialien, die für die Extraktionsfiüssigkeit und Wärme empfindlich sind, kann der gewünschte Wärmeaustausch und die Reflexion der Ultraschallwellen ausgenutzt werden. um eine rasche Ultraschallkaltextraktion zu bewirken.
  • In der Beschreibung ist stets das Wort »Ultraschall« verwendet worden es sei aber darauf hingewiesen, daß die Frequenzen, die bei der Beschallung des Materials angewendet werden, auch im hörbaren Bereich oder im Überhörbereich liegen können.
  • Als besonders günstig haben sich Frequenzen für die Beschallung von Materialien herausgestellt, die in dem Bereich von 16000 bis zu 800 000 Hz liegen.

Claims (4)

  1. PATENTANSPRÜCHE: 1. Ultraschall-Förderschnecken-Extraktor zur Gewinnung von löslichen Extrakten aus Kaffee u. dgl. für die Getränkebereitung, dadurch ge kennzeichnet, daß eine zylindrische Kammer (171) mit Einlaß- und Auslaßöffnungen (177, 178) für die feinverteilten festen Stoffe und mit Einlaß- und Auslaßöffnungen (195, 206) für die Extraktionsflüssigkeit versehen ist, daß ferner auf der Förderschnecke (172) Ultraschallwandler (215 A, 215, 224 A 233, 236, 243) befestigt sind, die das feinverteilte Material beschallen, während es in der Flüssigkeit von der Einlaßöffnung zur Auslaßöffnung befördert wird, und daß eine Temperaturregeleinrichtung (200, 201, 183, 184) die zylindrische Kammer umgibt und die Extraktionsflüssigkeit auf einer vorbestimmten Temperatur hält.
  2. 2. Extraktor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Förderschnecke (172) mit einem hohlen axialen Teil (183) ausgebildet ist und daß mehrere Ultraschallwandler (215A, 243) auf dem axialen Wandteil der Schnecke angeordnet sind.
  3. 3. Extraktor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß außerhalb der Kammer Durchlässe vorgesehen sind, die mit dem hohlen Innenraum in Verbindung stehen.
  4. 4. Extraktor nach Ansprüchen 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Förderschnecke einen erweiterten axialen Teil (232) aufweist.
    In Betracht gezogene Druckschriften: USA.-Patentschrift Nr. 2717768; französische Patentschrift Nr. 61 105.
DEC16054A 1957-01-09 1958-01-07 Ultraschall-Foerderschnecken-Extraktor zur Gewinnung von loeslichen Extrakten aus Kaffee u. dgl. Pending DE1113863B (de)

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