DE1114074B - Verfahren zur Gewinnung von Kaffee-Extrakt - Google Patents

Description

Die Erfindung befaßt sich mit Verbesserungen auf dem Gebiete der Kaffee-Extraktgewinnung durch wäßrige Gegenstromextraktion von Röstkaffee. Diese Extraktion wird meist in drei unterschiedlich temperierten Zonen durchgeführt, jedoch gibt es auch Verfahren, bei denen das Extraktionsgut in nur zwei unterschiedlich temperierten Zonen verarbeitet wird. Die Erfindung betrifft dieses zweistufige Verfahren und sucht es bezüglich Produktgüte und Wärmewirtschaftlichkeit zu verbessern.

Bei einem bekannten zweistufigen Verfahren werden Frischkaffee und Rückstand der ersten Extraktion je mit Frischwasser behandelt, das bei der ersten Stufe unter 100° C, beispielsweise 50° C, und bei der zweiten, unter Druck arbeitenden Stufe über 130° C, beispielsweise 160° C heiß ist. Der erste Extrakt enthält 20 bis 25% lösliche Kaffeesubstanz, darunter alle aromatischen Bestandteile, während der zweite, etwa 10%ige Extrakt die bei der mehrstündigen und meist durch Säurezugabe verstärkten Druckhydrolyse entstehenden degenerierten Kohlehydrate der Kaffeesubstanz enthält. Beide Extrakte werden auf 10 bis 15° C abgekühlt, miteinander gemischt, und die Mischung wird im Sprühtrockner od. dgl. auf Kaffeepulver verarbeitet. Diese intensive Druckhydrolyse ruft in den extrahierten, löslichen Kaffeebestandteilen kräftige Reaktionen hervor, die ihnen unerwünschte Würze, unerwünschten Geschmack und schlechtes Aroma verleihen. Dieser Mangel wird auch dadurch nicht gebessert, daß ein Zusatz von kaffeefremden Kohlehydraten zur Extramischung vorgeschlagen wird. Die Abkühlung der beiden Extrakte auf Raumtemperatur und darunter vor ihrer Eintrocknung ist wärmewirtschaftlich ungünstig, weil doppelter Kalorienaufwand, nämlich einmal für die direkte Abkühlung und noch einmal für die Wiederaufheizung während des Trocknungsprozesses, erforderlich ist.

Die gleichen Mängel bezüglich Produktqualität und Wärmewirtschaftlichkeit besitzt ein anderes bekanntes zweistufiges Verfahren, bei dem bereits der Frischkaffee einer Druckextraktion mit größeren Mengen von 160 bis 175° C heißem Wasser und das extrahierte Kaffeegut einer sauren Hydrolyse unterworfen wird. Ebenso wie beim erstgeschilderten Verfahren werden dann beide Extraktionsflüssigkeiten zunächst abgekühlt, dann gemischt und als Mischung zu Kaffeepulver getrocknet.

Die Erfindung ist von beiden Unvollkommenheiten der bekannten Verfahren frei: Sie besteht demgemäß aus einem Verfahren zur Gewinnung von Kaffee-Extrakt durch wäßrige Gegenstromextraktion von Röstkaffee in zwei unterschiedlich temperierten

Verfahren zur Gewinnung von Kaffee-Extrakt

Anmelder:

General Foods Corporation,
White Plains, N. Y. (V. St. A.)

Vertreter: Dr. phil. G. Henkel,

Berh'n-Schmargendorf,

und Dr. rer. nat. W.-D. Henkel,

München 9, Eduard-Schmid-Str. 2, Patentanwälte

Herbert Guggenheim, Bronx, N. Y.,

und Roger Maxim Stinchefield,
Mountain Lakes, N. J. (V. St. Α.),
sind als Erfinder genannt worden

Zonen und kennzeichnet sich dadurch, daß die frische

as Extraktionsflüssigkeit durch die auf praktisch konstanter Temperatur von 142 bis 160° C gehaltene erste Zone mit bereits extrahiertem Kaffee und der aus ihr austretende Extrakt durch eine mit frischem Kaffee beschickte Zone hindurchgeleitet wird, die er mit einer Temperatur von 79,5 bis 93° C verläßt. Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß die Extraktionsflüssigkeit, die bei der Behandlung von bereits einmal extrahierter Röstkaffeemasse mit hocherhitztem Wasser anfällt, trotz ihres vergleichsweise hohen Gehaltes an löslicher Kaffeesubstanz durchaus in der Lage ist, aus frischem Röstkaffee bei unter 100° C liegender Temperatur weitere beträchtliche Mengen löslicher Kaffeesubstanz, und zwar vor allem aromatische Anteile auszuziehen. Dadurch ist es möglieh, mit wesentlich geringerer Gesamtmenge an Extraktionsflüssigkeit auszukommen und sie obendrein mit einer nahe am Siedepunkt hegender Temperatur in die Trocknungsapparatur einzugeben. Dies ergibt aus doppeltem Grunde eine wesentliche Verbesserung der Wärmebilanz.

Das erfindungsgemäße Verfahren soll nunmehr nachstehend und an Hand der Zeichnungen näher erläutert werden. Es zeigt

Fig. 1 ein Schemabild einer zur großtechnischen Durchführung der Erfindung geeigneten Anlage mit sechs Perkolatorkolonnen nebst zugehörigem Leitungssystem und

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Fig. 2 ein Diagramm der nach den Regeln der Erfindung in den zwei Extraktionszonen herrschenden Temperaturen.

Das Ausgangsmaterial besteht aus Röstkaffee, der grundsätzlich in Form ganzer Bohnen verarbeitet werden kann, als Mahlkaffee jedoch erfahrungsgemäß die besten Ergebnisse liefert. Die Extraktion erfolgt vorzugsweise in Perkolatorkolonnen bekannter Art.

Als Frischflüssigkeit für die erste, aus einer oder mehreren Kolonnen bestehenden Zone dient vorzugsweise Wasser, jedoch ist auch eine verdünnte, lösliche Kaffeebestandteile enthaltende Extraktionsflüssigkeit beliebiger Herkunft geeignet. Die Temperatur der Frischflüssigkeit in der ersten Zone wird auf 142 bis 160 und vorzugsweise auf 144° C und die Verweilzeit in ihr auf 40 bis 110 und vorzugsweise auf etwa 90 Minuten eingeregelt. Die aus dieser ersten Zone austretende Extraktionsflüssigkeit enthält 10 bis 30 und vorzugsweise 15% lösliche Stoffe. Die Temperatur in dieser ersten, sogenannten Heißzone wird gegebenenfalls unter Zuhilfenahme von Erhitzern möglichst konstant gehalten, so daß die Extraktionsfiüssigkeit am Austritt höchstens 1 bis 5⁰C kühler als am Eintritt ist.

Die heiße Extraktionsflüssigkeit wird direkt in die zweite, ebenfalls aus einer oder mehreren Kolonnen bestehende, sogenannte Kaltzone eingeführt, wo sie mit frischem oder — bei mehreren Kolonnen — nur schwach ausgelaugtem Röstkaffee in Berührung kommt und durch Wärmeabgabe an die Apparatur und die Kaffeemasse oder durch Konvektion allmählich bis auf eine Austrittstemperatur von vorzugsweise 79 oder bis zu 93° C abkühlt. Die Extraktionsflüssigkeit verweilt in dieser zweiten Zone 60 bis 90 und vorzugsweise 75 Minuten und verläßt sie mit einem Gehalt an 35 bis 45 und vorzugsweise 40% löslichen Stoffen.

Im Diagramm gemäß Fig. 2 sind die vorstehend angegebenen Temperaturbereiche der Extraktionsflüssigkeit als Ordinate gegen die zwei Zonenabschnitte in Einheiten der Verweilzeit als Abszisse aufgezeichnet, wobei die Durchlaufsrichtung des Röstkaffees von links nach rechts und die der Extraktionsflüssigkeit von rechts nach links ist. Die dargestellten Zeitkoordinatenwerte sind für die Erfindung nicht entscheidend, sondern können gemäß früherer Angaben variiert werden.

Da das vorstehend beschriebene Extraktionsverfahren halbkontinuierlich arbeitet, d. h. periodisch links eine mit frischem Röstkaffee gefüllte Kolonne hinzu- und rechts eine mit endgültig ausgelaugter Kaffeemasse gefüllte Kolonne abgeschaltet wird, schwanken die Temperaturen in den einzelnen Kolonnen so lange, bis sich die vor dem Wechsel in ihnen herrschende Temperatur auf den jeweils neuen Betriebszustand eingestellt hat. Sowohl die angegebene als auch die gezeichneten Temperaturen beziehen sich daher auf den quasistationären Zustand, der im System z. B. im Zeitpunkt kurz vor einem Umschaltvorgang herrscht. Die in Fig. 2 gestrichelte Linie bezieht sich auf das später beschriebene Ausführungsbeispiel.

Der aus der zweiten Zone austretende, stoffreiche Extrakt kann beispielsweise in einen Sprühtrockner eingegeben werden, in dem das in ihm enthaltene Wasser verdampft und ein trockenes, auflösbares Kaffeepulver als Endprodukt gewonnen wird. Selbst bei Verarbeitung eines 40 bis 45% lösliche Bestandteile enthaltenden Extraktes zeichnet sich das Endprodukt durch eine annehmbare Würze, ein gutes Aroma und vor allem durch völliges Fehlen aller Merkmale aus, die sich normalerweise bei über-

. 5 mäßiger Druckzersetzung oder Hydrolyse bemerkbar machen.

Das erfindungsgemäße Verfahren soll nunmehr an Hand einer bevorzugten Ausführungsform und unter Benutzung der in Fig. 1 schematisch dargestellten

ίο Perkolatorkolonnenanlage beschrieben werden, ohne damit auf dieses nur zur Erläuterung dienende Beispiel beschränkt zu sein.

Die dargestellte Extraktionsanlage besteht aus einer Mehrzahl von Perkolatorkolonnen 10 bis 15, die je in Boden- und Kopfnähe mit Sieben ausgerüstet sind, welche die in der Kolonne befindliche Röstkaffeemasse gegen Verschleppung durch die hochsteigende Extraktionsflüssigkeit schützen. Jede Kolonne weist am Kopf eine Zuführungsleitung 16 bis 21 und am Boden eine mit Ventil 42 bis 47 bestückte Abgabeleitung für die Röstkaffeefüllung auf. Die Extraktionsflüssigkeit tritt je in Bodennähe durch eine Leitung 23 bis 28 in die Kolonne ein und verläßt sie in Kopfnähe durch eine Auslaßleitung, wobei Auslaß- und Einlaßleitung in Strömungsrichtung aufeinanderfolgender Kolonnen je miteinander verbunden sind. In der in Fig. 1 dargestellten Apparatur tritt also die Extraktionsflüssigkeit durch die Leitung 23 in die Kolonne 10 ein, durchläuft nacheinander Leitung 24, Kolonne 11, Leitung 25, Kolonne 12, Leitung 26, Kolonne 13, Leitung 27, Kolonne 14, tritt durch Leitung 28 in die letzte, linke Kolonne 15 ein und verläßt diese durch Auslaß 41.

Jede Kolonne besitzt einen Wärmeaustauscher 29 bis 34 mit Leitung 35 bis 40 für das Medium, z. B. je nach Betriebsbedingung Kühlwasser oder Dampf. Der Austauscher kann in der Kolonne selbst angeordnet sein, wird aber vorzugsweise in die Einlaßleitung kurz vor der Kolonne eingebaut.

Das Verfahren ist natürlich nicht an der Verwendung von sechs Kolonnen gebunden, sondern kann je nach Gegebenheit mit mehr oder weniger Perkolatoren arbeiten.
Bei einem praktischen Betriebsbeispiel wurde zu Beginn jede Säule mit 84 kg gemahlenem Mischröstkaffee gefüllt und mit der Extraktion begonnen. Nach Ablauf einer gewissen Zeit, in der das System ins Gleichgewicht, d. h. auf gleichmäßige Betriebsbedingungen, gekommen war, wurde über Leitung 23 Frischwasser unter einem Druck von etwa 14 kg/cm² eingelassen, im Wärmeaustauscher 29 durch über Leitung 35 zugeführten Dampf auf 144° C erhitzt und in die bei diesem Ausführungsbeispiel erste Kolonne 10 des sogenannten kalten Abschnitts eingeleitet, die mit am stärksten extraktierter Röstkaffeemasse gefüllt war. Diese Masse war vom Zeitpunkt ihrer Eingabe bis zu dem ihrer Herausnahme insgesamt 165 Minuten lang im Gesamtsystem der Einwirkung von Extraktionsflüssigkeit unterworfen. Kurz vor der Herausnähme der Masse enthielt die die Kolonne 10 verlassende Extraktionsflüssigkeit 1,9 Gewichtsprozent lösliche Kaffeesubstanz.

Diese Extraktionsflüssigkeit wurde über Leitung 24 in den Wärmeaustauscher 30 gefördert, hier durch über Leitung 36 zugeführten Dampf auf 144° C erhitzt und dann von unten her in die Kolonne 11 eingeleitet, die eine Schicht aus etwas frischerem, d. h. etwas mehr lösliche Bestandteile als die in der

Kolonne 10 befindliche Füllung enthaltende Röstkaffeemasse enthielt. Die am Kopf dieser Kolonne 11 abgehende, 8 % lösliche Kaffeebestandteile enthaltende Extraktionsflüssigkeit wurde über Leitung 25 dem Wärmeaustauscher 31 zugeführt, hier durch über Leitung 37 zugeführten Dampf auf 144° C erhitzt und in der Kolonne 12 hochgedrückt. Die hier kopfseitig durch Leitung 26 abfließende, etwa 15% lösliche Kaffeebestandteile enthaltende Lösung wurde im über Leitung 38 mit Dampf gespeisten Wärmeaustauscher 32 wieder auf 144° C erhitzt und von unten nach oben durch die letzte Kolonne 13 der Heißzone hindurchgeleitet. Die Gesamtverweilzeit der Extraktionsflüssigkeit in der heißen Zone, d. h. in den Kolonnen 10 bis 13, betrug hierbei 90 Minuten. Natürlich wurde der Druck in der Heißzone so eingestellt, daß die Extraktionsvorgänge in flüssiger Phase vor sich gingen.

Die aus der Kolonne 13 mit einem Feststoffgehalt von 20% austretende Extraktionsflüssigkeit wurde nunmehr über die Leitung 27 mit einer Eintrittstemperatur von 105° C in die erste der beiden Kolonnen 14 und 15 der sogenannten kalten Zone eingeführt, in der sie sich während des Durchlaufs weiter abkühlte (s. die gestrichelte Linie in Fig. 2) und ihren Gehalt an löslicher Kaffeesubstanz auf 28 % erhöhte. Von der Kolonne 14 wurde sie dann über Leitung 28 in die mit frischem Röstkaffee gefüllte, letzte Kolonne 15 dieser Betriebsperiode eingegeben und verließ sie als Endextrakt mit einer Temperatur von 79°C und einem Gehalt von 40% löslicher Kaffeesubstanz. Die Gesamtverweilzeit der Extraktionsflüssigkeit in der kalten Zone, d. h. in den Kolonnen 14 und 15, betrug 75 Minuten. In dieser Betriebsperiode blieben die den Kolonnen 14 und 15 zugeordneten Wärmeaustauscher 33 und 34 außer Betrieb.

Der mittlere Abzugsfaktor, d. h. das Gewichtsverhältnis zwischen der ein Kaffeebett durchströmenden Extraktionsflüssigkeit und dessen Kaffeegehalt betrug hierbei 0,78. Die ein Maß für die Extraktionsvollständigkeit darstellende Konzentration der löslichen Stoffe in der Extraktionsflüssigkeit kurz vor dem Abschalten betrug 1,9%.

Das aus der letzten Kolonne 15 austretende, stoffreiche Extraktionsgut gab bei der Sprühtrocknung ein Kaffeepulver der gewünschten dunklen Farbe.

Claims (3)

PATENTANSPRÜCHE:

1. Verfahren zur Gewinnung von Kaffee-Extrakt durch wäßrige Gegenstromextraktion von Röstkaffee in zwei unterschiedlich temperierten Zonen, dadurch gekennzeichnet, daß die frische Extraktionsflüssigkeit durch die auf praktisch konstanter Temperatur von 142 bis 160° C gehaltene erste Zone mit bereits extrahiertem Kaffee und der aus ihr austretende Extrakt durch eine mit frischem Kaffee beschickte Zone hindurchgeleitet wird, die er mit einer Temperatur von 79,5 bis 93° C verläßt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Perkolierzeit in der ersten Zone so bemessen wird, daß der austretende Extrakt 10 bis 30 Gewichtsprozent an löslichem Kaffee enthält.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Perkolierzeit in der zweiten Zone so bemessen wird, daß der austretende Extrakt 35 bis 45 Gewichtsprozent an löslichem Kaffee enthält.

In Betracht gezogene Druckschriften:
USA.-Patentschriften Nr. 2 324 526, 2 515730.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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