DE1692777B - Verfahren zur Herstellung eines kon zentrierten wasserlöslichen Kaffeeproduk tes - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft ein verbessertes Verfahren zur Herstellung eines konzentrierten flüssigen Kaffeeproduktes, besonders zur Herstellung von löslichen Kaffeefeststoffen oder Pulverkaffee. Insbesondere betrifft die Erfindung eine Vorbehandlung von wäßrigem Kaffee-Extrakt vor der Entfernung des Wassers aus dem Extrakt nach einem Gefrierverfahren.

Löslicher oder pulverisierter Kaffee wurde bisher hergestellt, indem zuerst die Kaffeebohnen mit heißem Wasser extrahiert wurden und anschließend der Extrakt durch Vakuumsprühtrocknung entwässert wurde. Dieses Verfahren war von großem technischem Erfolg, das Aroma des so hergestellten löslichen Kaffees ließ jedoch viel zu wünschen übrig. Unter den angewandten Vakuumbedingungen wird nicht nur das Wasser aus dem Extrakt entfernt, sondern auch flüchtige Geschmacks- und Aromaelemente des Kaffees. Das erhaltene lösliche Produkt ist daher niemais so gut wie der Extrakt, aus dem es hergestellt wurde.

Zur Verbesserung des Aromas von löslichem Kaffee ist es auch bekannt, wesentliche Wassermengen aus dem Extrakt zu entfernen, indem der Extrakt teilweise «ingefroren wird und die erhaltenen reinen Eiskristalle aus dem konzentrierten Extrakt abgetrennt werden. Dieses partielle Gefrierverfahren wird dann von einer vollständigen Entwässerung durch Verdampfung des Wassers gefolgt, die unter Vakuum durchgeführt werden kann. Auf diese Weise verliert der Kaffee weniger flüchtige Komponenten, da der Extrakt nur kürzere Zeit den Verdampfungsbedingungen unterliegt.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform des Gefrierverfahrens wird der Kaffee-Extrakt teilweise eingefroren durch indirekte Kühlung in einem geeigneten Kristallisator, und die erhaltene Aufschlämmung von Eis in dem Konzentrat wird zur Abtrennung des Eises aus dem Konzentrat zentrifugiert. Für eine wirtschaftliche Durchführung dieses Verfahrens muß diese Abtrennung und das anschließende Waschen der Kristalle im Zentrifugenbecher mit Wasser eine ziemlich vollständige Entfernung der Mutterlauge von den Eiskristallen bewirken.

Wenn jedoch der Kaffee-Extrakt nahe an seinen anfänglichen Gefrierpunkt abgekühlt wird, scheidet sich häufig aus der Lösung vor der Bildung von Eis ein gummi- oder wachsartiger fester Stoff ab. Dieses Wachs oder Teer wird zusammen mit den Eiskristallen und dem Kaffee-Extrakt in die Zentrifuge gebracht und sammelt sich im Zentrifugenbecher an, wobei der Becher verstopft wird und eine vollständige Abtrennung des Eises vom konzentrierten Extrakt unmöglich gemacht wird.

Zur Lösung dieses Problems wurde in der USA.-Patentschrift 1 507 410 bereits vorgeschlagen, den Kaffee-Extrakt so nahe als möglich an den Gefrierpunkt des Extraktes, der beispielsweise bei einem Gehalt von 30 Gewichtsprozent Kaffeefeststoffen bei etwa —2,8° C liegt, abzukühlen und die hierbei ausfallenden Feststoffe abzutrennen. Auf diese Weise wurde es zwar möglich, das Verstopfen der Zentrifuge zu verhindern, das so erhaltene Produkt war jedoch geschmacklich nicht zufriedenstellend, da hierbei offenbar erhebliche Anteile der erwünschten Aromastoffe ebenfalls entfernt wurden. Dies entspricht der bekannten Tatsache, daß die Kaffeearomastoffe in den Kaffeewachsen gelöst vorliegen. Da bei diesem bekannten Verfahren die Kaffeewachse entfernt werden, werden mit ihnen auch die Aromastoffe entfernt.

Aufgabe der Erfindung ist daher die Schaffung eines Verfahrens, welches einerseits eine Verstopfung der Zentrifugen verhindert, andererseits aber nicht zu einer Entfernung der erwünschten Aromastoffe führt.

Gelöst wird diese Aufgabe erfindungsgemäß durch ein Verfahren zur Herstellung eines konzentrierten, wasserlöslichen Kaffeeproduktes aus wäßrigem Kaffee-Extrakt durch Abkühlen des Extraktes auf eine niedrige Temperatur, anschließendes Abtrennen der ausgefallenen Feststoffe und Konzentrieren des Extraktes durch teilweises Ausgefrieren des Wassers und Abtrennen der gebildeten Eiskristalle, welches dadurch gekennzeichnet ist, daß ein Kaffee-Extrakt mit 12 bis 32 Gewichtsprozent löslichen Kaffee-Feststoffen auf eine Temperatur zwischen 26,7 und 2,2° C abgekühlt und bis zur Ausfällung von bei dieser Temperatur unlöslichen Feststoffen gehalten wird, die ausgefällten Feststoffe entfernt werden und

der Extrakt der Gefrierkonzentrierung unterworfen wird.

Das erfindungsgemäße Verfahren beruht auf der Entdeckung, daß der grüßte Teil der schädlichen gummi-, wachs- oder teerartigen Feststoffe ausgefällt werden kann, ohne daß die erwünschten Aromastoffe mitgerissen werden, wenn nicht bis möglichst nahe an den Gefrierpunkt, sondern auf eine um mehrere Grad Celsius darüberliegende Mindesttemperatur abgekühlt wird. Diese überraschende Feststellung ermöglicht es, die obengenannte Aufgabe zu lösen.

Die ersten Stufen im Verfahren zur Herstellung von sofort löslichem oder Pulverkaffee sind die gleichen wie bei der Herstellung von normalem Kaffee. Nach dem Rösten wird der Kaffee gemahlen, jedoch kann die Granulierung extrem grob sein, und in einigen Fällen werden feine Teilchen, die beim Mahlen anfallen, ausgesiebt und anderweitig verwendet,

Das Mahlgut wird alsdann in Extraktoren, die in Batterien angeordnet sind, mit heißem Wasser in üblicher Weise extrahiert, bis der Kaffeefeststoffgehalt des Extraktes im gewünschten Bereich zwischen 12 und 32 Gewichtsprozent liegt.

Im technischen Fabrikmaßstab wird das Verfahren halbkontinuierlich im Gegenstrom durchgeführt.

Der so erhaltene Extrakt wird nun der erfindungsgemäßen Kühlbehandlung unterzogen.

In der Praxis wurde gefunden, daß die Ausfällung der Teere, Wachse und Gummis im Kaffee bei Temperaturen von etwa 26,7° C beginnt und daß die Hauptmenge des Unlöslichen bei Temperaturen oberhalb 0° C ausfällt. Daher wird gemäß der Erfindung der Extrakt auf eine Temperatur zwischen 26,7 und 2,2° C abgekühlt, ehe er filtriert und durch Gefrieren konzentriert wird. Bevorzugte Temperaturen für das Abchrecken liegen zwischen etwa 7,2 und 2,2° C, da dieser Temperaturbereich eine praktisch vollständige Entfernung der unlöslichen Bestandteile sicherstellt.

Der Kaffee-Extrakt kann auf jede geeignete Weise abgeschreckt werden. Vorzugsweise wird der Extrakt jedoch gerührt, so daß das Wachs und die Gummis, die während der Ausfällungsstufe gebildet werden, nicht an der Wärmeübertragungsoberfläche der zur Ausfällung verwendeten Vorrichtung ankleben. Der abgekühlte Extrakt wird bei der niedrigen Temperatur zwischen wenigen Sekunden und mehreren oder vielen Stunden gehalten, ehe die V/achse, Teere und Gummis entfernt werden, entweder durch Zentrifugieren oder Filtrieren. Die Ausfällung der Teere, Gummis und Wachse ist oft zeitabhängig, und eine vollständige Ausfällung kann es notwendig machen, das Material bei der angewendeten niedrigen Temperatur längere Zeit zu halten, bis die Fällung vervollständigt ist. Wenn daher das erfindungsgemäße Verfahren kontinuierlich durchgeführt wird, hängt die zwischen dem Abschrecken zur Fällung von Wachsen und der tatsächlichen Abtrennung der Wachse, Teere und Gummis vom abgeschreckten Kaffee-Extrakt verflossene Zeit von der Art des Extraktes ab.

In einigen Kaffee-Extrakten bewirkt eine fortgesetzte Einwirkung niedriger Temperatur auch die Bildung eines nicht wachsartigen, teilchenförmigen Niederschlags. Dieser teilchenförmige Niederschlag entsteht nach der Bildung der unlöslichen Teere, Wachse und Gummis und stört die Abtrennung des konzentrierten Kaffee-Extraktes nach dem Gefrierkonzentrierungsverfahren vom Eis mit der Zentrifuge nicht, Jedoch sollte eine solche Einwirkung niedriger Temperaturen, die ausreicht, um diesen teilchenförmigen Niederschlag hervorzurufen, vermieden werden, da hierdurch der Kaffee-Extrakt verschlechtert wird, Das bei dieser Versichlechterung erhaltene konzentrierte Produkt ist nicht so zufriedenstellend wie ein Kaffee, der aus einem Extrakt hergestellt wird, welches lediglich ausreichend zur Fällung von Teeren, Gummis und Wachsen abgeschreckt wurde.

Je nach der Art der zur Herstellung des Extraktes verwendeten Kaffeemischung und des Extraktes selbst, beträgt die Menge der durch die Abkühlung ausgefällten Teere, Gummis und Wachse zwischen weniger als 0,5 bis etwa 5 Gewichtsprozent. Obwohl die meisten Gummis, Wachse und Teere im angegebenen Temperaturbereich ausfallen, können weitere Ausfällungen dieser Stoffe auch noch nach der Gefrierkonzentrierung des Extrakts auftreten.

Die durch das Abschrecken des Kaffee-Extraktes ausgefällten Teere, Wachse oder Gummis können auf jede geeignete Weise entfernt werden, wie oben erwähnt wurde. Der abgeschreckte Extrakt kann bei der Abschreck-Temperatur so lange gehalten werden, bis sich der Niederschlag am Boden des Behälters absetzt, und der niederschlagsfreie Teil der Lösung kann dekantiert und dann weiter verarbeitet werden. Wahlweise kann der abgeschreckte Extrakt in gleicher Weise wie heißer Kaffee-Extrakt behandelt werden, der von einem Niederschlag frei werden soll. So können kontinuierliche oder diskontinuierliche Zentrifugier- oder Druckfiltrationsverfahren, die alle bekannt sind, zur Abtrennung des Extraktes vom Niederschlag angewendet werden.

Nach der Beseitigung des Niederschlags wird der erhaltene niederschlagsfreie Kaffee-Extrakt durch teilweises Ausgefrieren des Wassers konzentriert. Dieses Gefrierkonzentrierungsverfahren kann in chargenweisen, halbkontinuierlichen oder kontinuierlichen Vorrichtungen nach bekannten Methoden durchgeführt werden. Jedes Verfahren zur Entfernung des Wassers aus dem Kaffee-Extrakt durch Kristallisation in Form von Eis läßt sich im erfindungsgemäßen Verfahren anwenden. Die erhaltene Aufschlämmung von Eis im konzentrierten Kaffee-Extrakt wird dann zentrifugiert, um die konzentrierte Lösung von den Eiskristallen zu befreien. Die erhaltenen Eiskristalle werden gewöhnlich mit Wasser oder verdünntem Kaffee-Extrakt gewaschen, um sie vollständig von restlicher Mutterlauge zu befreien, und die Waschflüssigkeiten können in das Gefrierkonzentrierungsverfahren zurückgeführt werden. Das erfindungsgemäße Verfahren hat den Vorteil, daß der Zentrifugenkörper nicht mit ausgefällten Teeren und Wachsen verstopft wird und die Trennungs- und Waschverfahren in ihrem Wirkungsgrad verbessert werden, ohne daß erwünschte Geschmacksstoffe entfernt werden.

Die Gefrierkonzentrierung des wachs-, teer- und gummifreien Extraktes kann entweder in einer Stufe oder in mehreren Stufen durchgeführt werden. Die Kristallisation von Eis aus dem Extrakt wird vorzugsweise in einem rohrförmigen Wärmeaustauscher durchgeführt, dessen Außenoberflächen durch ein zirkulierendes Kühlmittel gekühlt werden. Zur Abtrennung des konzentrierten Kaffee-Extraktes von den erhaltenen Eiskristallen kann jedes brauchbare Trenngerät verwendet werden. Das bevorzugte Verfahren zur Trennung von Eis und Mutterlauge be-

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steht im Zentrifugieren. Die Zentrifuge kann auch waren. Der Betrieb mußte abgebrochen werden, da

mit Mitteln zum Abwaschen restlicher Mutterlauge die Trennung von Eis und Mutterlauge unzureichend

von den Eiskristallen ausgerüstet sein. war.

Bezugnehmend auf die Zeichnung tritt beim erfin- Das Verfahren wurde wiederholt, jedoch wurde

dungsgemäßen Verfahren ein wäßriger Kaffee-Ex- 5 der Extrakt dem Kristallisator zugeführt, ohne zuerst

trakt durch eine Beschickungsleitung 11 in eine Ab- vorgekühlt zu werden. Teere und Gummis bildeten

schreck- oder Kühlvorrichtung 10 ein. Der Abschrek- sich zusammen mit dem Eis, und die Zentrifuge ver-

ker kann eine übliche Kühlvorrichtung sein, ein kon- stopfte in gleicher Weise, als wenn der Extrakt vorge-

tinuierlicher, rohrförmiger Wärmeaustauscher, oder kühlt worden wäre,
das Abschrecken kann chargenweise durchgeführt io . .

werden, indem Behälter mit dem Extrakt in einen ge- e ι s ρ ι e

kühlten Raum gebracht werden. Der abgeschreckte Das allgemeine Verfahren des Vergleichsbeispiels

Extrakt wird dann durch die Leitung 13 dem Filter wurde wiederholt mit dem Unterschied, daß der ab-

12 zugeführt. Die Filtervorrichtung kann eine übliche geschreckte Kaffee-Extrakt nach Abkühlen auf eine

Chargenfiltriereinheit sein oder kann, falls das ausge- 15 Temperatur zwischen 2,2 und 4,5° C durch ein feines

fällte Wachs oder Teer in einem Zentrifugenbecher Käsetuch filtriert wurde vor der Einführung in den

gehandhabt werden kann, aus einer Zentrifuge beste- Kristallisator. Bei diesem Filtrierungsverfahren wur-

hen. Der gefilterte Extrakt, der nun von Teeren, den ungefähr 1,9 °/o des ursprünglichen Extraktes in

Gummis und Wachsen befreit ist, wird durch die Lei- Form von Teeren, Gummis oder Wachsen entfernt,

tung 14 dem Röhrenkristallisator 15 zugeführt, wo 20 Die erhaltene niederschlagsfreie Kaffeeflüssigkeit

die Temperatur ausreichend erniedrigt wird, um die wurde dann dem Kristallisiergefäß zugeführt, und die

Bildung von Eis im Extrakt hervorzurufen. Der Grad im Kristallisator gebildete Aufschlämmung wurde

der Konzentrierung hängt vom Kühlmedium und der kontinuierlich zentrifugiert. Die Trennung von Eis

Temperatur an der Außenseite des Kristallisators 15 und Mutterlauge wurde nicht durch ein Verstopfen

und der Verweilzeit in diesem ab. Die konzentrierte 25 des Zentrifugensiebs durch Niederschlag beeinträch-

Aufschlämmung von Eis in Mutterlauge wird dann tigt.

durch die Leitung 17 einer Trennvorrichtung 16 zu- . .

geführt. Die Trennvorrichtung 16 besteht Vorzugs- Beispiel l

weise aus einer Siebzentrifuge mit rotierendem Kör- Ein heißer wäßriger Kaffee-Extrakt wurde durch

per, der aus einem offenen Siebmaterial besteht, aus 30 Gegenstromextraktion von geröstetem gemahlenem

der die Entfernung der konzentrierten Mutterlauge Kaffee hergestellt. Der Extrakt hatte einen Gehalt an

am äußeren Umfang der Zentrifuge durch die Lei- gelösten Feststoffen von etwa 23 Gewichtsprozent,

tung 18 erfolgt, während das Eis, welches Vorzugs- Anschließend wurde der Extrakt auf eine Temperatur

weise wieder entweder in Wasser oder Beschickungs- von etwa 4,5° C abgekühlt und etwa 1 Stunde in

extrakt aufgeschlämmt wurde, über die Leitung 19 35 einem Behälter ohne wesentliche Temperaturände-

abgezogen wird. rung gehalten. Während der ersten halben Stunde

Die folgenden Beispiele erläutern das erfindungs- dieser Haltezeit fiel der größte Teil des Niederschla-

gemäße Verfahren. ges aus. Der ausgefällte Niederschlag wurde dann in

. , . . einer Zentrifuge mit kompaktem Rotationskörper ab-

Vergleicnsbeispiel _{40 zentnfugiert Der} Gehalt an nahe am Gefrierpunkt

Ein Ansatz Kaffee-Extrakt, der 24 % Kaffeefest- des Extraktes unlöslichen Bestandteilen wurde hier-

stoffe enthielt, wurde unter 4,5° C vorgekühlt und bei von mehr als 1 % auf weniger als 0,2 °/o, bezogen

einem rohrförmigen Wärmeaustauscher mit Innen- auf das Volumen, verringert.

rührer zugeführt. Die Zufuhr des Kaffee-Extraktes Der entwachste Extrakt wurde dann der Gefrierzum Wärmeaustauscher erfolgte mit einer Geschwin- 43 konzentrierung unterzogen, indem er durch einen digkeit von 11,4 l/Min, und Kaffee-Extrakt wurde Kristallisator geleitet wird, in dem das Eis von der inrund um den Wärmeaustauscher rezirkuliert, bis sich neren Oberfläche der Wärmeaustauschwände, die infolge der Innenkühlung Eiskristalle gebildet hat- durch ein zirkulierendes Kühlmittel indirekt gekühlt ten. werden, abgeschabt wird. Das Eis wurde vom stärker

Die Rezirkulierung von Aufschlämmung und Mut- 50 konzentrierten flüssigen Kaffee-Extrakt mit Hilfe terlauge wurde fortgesetzt, während der Kaffee-Ex- einer rotierenden Siebzentrifuge abgetrennt. Der ertrakt dem Kristallisator zugeführt wurde, dessen In- haltene Extrakt wies eine Konzentration von etwa halt bei einer Temperatur von —2,8° C gehalten 35 Gewichtsprozent gelösten Kaffeefeststoffen auf. wurde. Eine Aufschlämmung von Eis und Kaffeeflüs- Ein Verstopfen oder Verschmieren der Zentrifuge sigkeit, die etwa 3O°/o Kaffeefeststoffe enthielt, 55 mit unlöslichem Material erfolgt nicht,
wurde dann kontinuierlich aus dem Kristallisator ab- Das abzentrifugierte Eis wurde in der Zentrifuge gezogen und einer kontinuierlichen Zentrifuge züge- mit Leitungswasser besprüht, um Kaffeefeststoffe abführt. Der Zentrifugenkörper bestand aus einem per- zuspülen und wiederzugewinnen, und die Waschflüsforierten Sieb, welches der Kaffeeflüssigkeit den sigkeit wurde mit dem Extrakt vereinigt, wobei der Durchtritt durch den Eiskuchen erlaubte unter Tren- 60 Gehalt an Feststoffen von 35 % auf etwa 33,5 % nung von Eis und Kaffeekonzentrat. Nach lOminuti- fiel.

gem Betrieb war das Zentrifugensieb mit Teeren und Der Extrakt wurde dann eingefroren und gefrierge-

Wachsen verstopft, die während der Kühlung und trocknet unter Bildung eines feinteiligen, löslichen

Kristallisierung aus dem Kaffee-Extrakt ausgefallen Instant-Kaffeeproduktes.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung eines konzentrierten, wasserlöslichen Kaffeeproduktes aus wäßrigem Kaffee-Extrakt durch Abkühlen des Extraktes auf eine niedrige Temperatur, anschließendes Abtrennen der ausgefallenen Feststoffe und Konzentrieren des Extraktes durch teilweises Ausgefrieren des Wassers und Abtrennen der gebildeten Eiskristalle, dadurch gekennzeichnet, daß ein Kaffee-Extrakt mit 12 bis 32 Gewichtsprozent löslichen Kaffeefeststoffen auf eine Temperatur zwischen 26,7 und 2,2° C abgekühlt und bis zur Ausfällung von bei dieser Temperatur unlöslichen Feststoffen gehalten wird, die ausgefällten Feststoffe entfernt werden und der Extrakt der Gefrierkonzentrierung unterworfen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß von einem Extrakt ausgegan- ao gen wird, welcher etwa 24 Gewichtsprozent gelöste Kaffee-Feststoffe enthält.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kaffee-Extrakt auf eine Temperatur innerhalb des Bereiches von etwa 7,2 und 2,2, insbesondere auf 4,5° C abgekühlt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Eis von dem Kaffee-Extrakt durch Zentrifugieren oder durch Filtrieren entfernt wird.

5. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Eis in der Zentrifuge mit Wasser oder verdünntem Kaffee-Extrakt gewaschen wird und die anfallenden Waschflüssigkeiten in das Gefrierkonzentrierungsverfahren zurückgeführt werden.

6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der konzentrierte Extrakt in an sich bekannter Weise unter Vakuum getrocknet wird.