DE1767801B - Verfahren zur Herstellung von gefriergetrocknetem, sofort löslichem Kaffee - Google Patents

Description

einem Druck von mindestens etwa 2,1 kg/cm² ab- sistenz des Extrakts in Form eines Wasser-Eisgetrennt werden. Schlamms hervorgebracht wird, welcher anschließend

Im Verfaliren der Erfindung wird somit zunächst weiter gekühlt werden kann, um einen größeren Anein üblicher Kaffee-Extrakt mit einem Feststoffgehalt teil an Eiskristallen zu erzeugen. Diese Kristallisation im Bereich von 20 bis 30 °/o, üblicherweise im Be- -5 kann in einem mit Wandabstreifem versehenen Wärreich von 25 bis 28 %, und mit einer Temperatur metauscher in einem geeigneten Gefäß mit Kühlvon etwa 88 bis 93° C auf eine Temperatur von etwa mantel erfolgen, auf dessen Oberfläche der Extrakt 4 bis 16° C gekühlt und 30 Minuten bis 2 Stunden ständig einer Temperatursenkung ausgesetzt wird, lang oder so lange auf dieser Temperatur belassen, so daß das Wasser schließlich zu Eis kristallisiert bis alle wachsartigen, ausfällbaren Bestandteile ab- io Wie bei Kristallisatoren mit Wandabstreifem üblich, trennbar geworden sind. Der Extrakt wird anschlie- wird das aus dem Wasser gebildete Eis durch die Abßend vom Vorbehandlungsgefäß in eine Zentrifuge Streifwirkung einer Rührschaufel oder einer Reihe überführt und bier nach den Kennzeichen des erfin- solcher Schaufeln von den Kristallisatorwänden abdungsgemäßen Verfahrens unter einem Druck von getragen. In den meisten Kristallisatoren wird der mindestens etwa 2,1 kg/cm^s zentrifugiert. Bevorzugt 15 Extrakt im Bereich an der Oberfläche des Kühlgefäwird im Bereich von 2,1 bis 5,3 kg/cm^s gearbeitet ßes unterkühlt und wird das Eis abgekratzt oder

Bei der Abtrennung der Wachsrückstände vom ge- anderweitig abgetragen, um Wasser-Eiskristallkerne kühlten Extrakt unter dem Einfluß der Zentrifugal- zu erzeugen, durch welche das weitere Wachstum von kraft wird erfindungsgemäß somit in der Zentrifuge Eiskristallen begünstigt wird.

ein beträchtlicher, auf den Extrakt einwirkender 20 Das Absetzen von Teer-Rückständen an der Kri-Cberdruck aufrechterhalten. Dieser gewährleistet, stallisatoiwand, wodurch die Wärmeübertragung bedaß die gelösten Gase beim Zentrifugieren in Lösung hindert werden würde, wird vermieden. Bei der gehalten werden, wodurch eine Schaumbildung in Behandlung des so geklärten Extrakts sind die im beträchtlichem oder störendem Ausmaße vermieden Kristallisator entstehenden Eiskristalk· selbst beim wird. 35 anschließenden Zentrifugieren leichter behandelbar,

Dieser Überdruck wird durch Regulierung der den wobei angenommen wird, daß sie leichter von etwa Extrakt vom Vorbehandlungs- bzw. Absetzbehälter eingeschlossenen Kaffee-Feststoffen befreit werden zum Abscheider fördernden Pumpe od. dgl. Förder- können. Die für die Förderung des Extrakts zum einrichtung sowie der in der Zentrifuge selbst erzeug- Kristallisator verwendeten Geräte und Pumpen Weiten Zentrifugalkraft in Verbindung mit einer ent- 30 ben vergleichsweise frei von störendem Schlamm sprechenden Öffnungseinstellung der Drosselvorrich- oder anderen Rückständen, welche eine häufige Reitung im Auslaß des Abscheiders hervorgebracht Die nigung oder eine zeitweilige Stillegung der Auszwischen dem Entwachsungs- bzw. Absetzbehälter röstung erforderlich machen würden,
und dem Abscheider angeordnete Pumpe kann von Die Mutterlauge des im folgenden als »angerei-

beliebiger Art sein, vorzugsweise wird eine Zentri- 35 cherter Extrakt« bezeichneten kristallisierten »Exfugal- bzw. Kreiselpumpe verwendet. Der Abscheider trakts« kann ohne weiteres und ohne die bei Schaumselbst kann mit herkömmlichen Drehzahlen von 5000 bildung entstehenden Schwierigkeiten beispielsweise bis 6000 U/min betrieben werden, bei welchen Flieh- mittels Pumpen zur Abscheiderzone überführt werkräfte von mehr als 1000 G und bis zu 5000 G, den, in welcher die angereicherte Lauge und das aus üblicherweise im Bereich von etwa 4000 G erzeugt 40 dem Wasser gebildete Eis zentrifugiert werden, um werden. Die Drosselwirkung am Auslaß zum Ab- eine Phasenauftrennung zu erreichen. Das aus dem scheidergefäß sollte so bemessen sein, daß der Durch- Wasser gebildete Eis wird in Form eines Betts bzw. satz an geklärtem Extrakt beschränkt ist, wodurch Kuchens gesammelt, während die angereicherte Laugewährleistet wird, daß im Abscheider ein ausrei- genphase mit oder ohne Überdruck auf physikalichender Druck aufrechterhalten bleibt, während er 45 schem Weg abgetrennt wird. In den offenen Bereichen zur Verhinderung einer Gasentwicklung in ausrei- der Abscheidersieböffnungen, über welche die angechendem Maß gefüllt gehalten wird. Diese Drosse- reicherte Phase durch das angesammelte Wasserlung erfolgt durch eine Durchsatzbeschränkung, so Eiskristall-Bett hindurchgelassen wird, tritt nur ein daß die Extrakt-Durchsatzmenge vom Abscheider im Mindestmaß an Wachsablagerung auf. Die Abtrenentsprechenden Verhältnis zur Extrakt-Zufuhrmenge 50 nung erfolgt unter Atmosphärendruck oder geringzum Abscheider geregelt und hierdurch eine Druck- fügig erhöhtem Druck, wobei die beim Zentrifugieren minderung unter den obengenannten Bereich ver- gebildete Schaummenge unterhalb der Menge liegt, mieden wird. Im Anschluß an die Drosselstelle wird durch welche das Verfahren undurchführbar werden der Extrakt vor dem Einführen in die Gefrierkonzen- würde. Im Vergleich zur Masse des angereicherten trationszone in einen einfachen Speicherbehälter ein- 55 Extrakts wird nur eine so kleine Menge an Schaum geleitet. erzeugt, daß sie ohne weiteres durch Stehenlassen

Der auf diese Weise geklärte Extrakt erleidet einen vernichtet oder wahlweise als Teil der Extraktphase Feststoffverlust von 0,5 bis 3 °/o. Der teilweise oder verwendet werden kann.

praktisch von Wachsen befreite und im wesentlichen Nach der Gefrierkonzentrierung besitzt der Extrakt

schaumfreie Extrakt kann dann zu einem Kristallisa- 60 einen Feststoffgehalt von 35 bis 40 °/o, typischerweise tor überführt werden, in welchem er einer Tempera- etwa 40 °/o, und befindet sich nunmehr in einem tursenkung ausgesetzt wird, durch welche seine Zustand, in welchem er weiterverarbeitet werden Temperatur unter allgemein bekannten Kristallisa- kann, typischerweise mittels eines Band-Gefriervertionsbedingungen von seinem Eisbildungspunkt auf f ahrens, bei welchem der Extrakt einer Ableitkühlung eine Temperatur von etwa —9,5 bis 3,9° C gesenkt 65 auf einer Wärmeabführvorrichtung untenragen wird, werden kann. Üblicherweise kristallisiert ein Anteil wie sie beispielsweise in der USA.-Patentschrift an vorhandenem Wasser bei einer Temperatur von 3 253 420 beschrieben ist. Die Lauge wird vorzugsetwa 3,3° C zu Eis, wodurch die gewünschte Kon- weise langsam während einer längeren Zeitspanne

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von mehr als 10 min eingefroren, wobei die ge- Temperatur von 1,7° C. Anschließend wurde der

wünschten Farbeffekte, nämlich eine du ikle Färbung Extrakt durch Gefrierkonzentrierung auf etwa 35 °/o

in Trockenproduktform, erreicht werden. Üblicher- Feststoffe angereichert und der Gefriertrocknung

weise wird der angereicherte Extrakt durch Ablage- unterworfen.

rung auf einer Band-Gefriereinrichtung eingefroren, 5 Beispiel2

wobei er in einem Bett mit einer Dicke von etwa

13 mm verfestigt wird. Das Verfahren nach Beispiel 1 wurde mit einem

Die auf diese Weise gebildete feste Schicht wird vom Perkolator gelieferten Extrakt mit einem Festvorzugsweise vor dem Gefriertrocknen granuliert stoffgehalt von 27,7% wiederholt. Dieser Extrakt und vorteilhafterweise einer Grobgranulation auf io besaß bei 30,6° C einen Gehalt an abgesetzter Subeine durchschnittliche Teilchengröße unterzogen, bei stanz von 0,4 °/o, gemessen auf einer DeLaval Gyrowelcher zumindest 90 °/o des granulierten Materials Test-Zentrifuge bei 3450 U/min, und wurde dann auf einem Sieb mit einer Maschenweite von etwa auf 4,5° C gekühlt und 60 min lang auf dieser Tem-0,42 mm (40 mesh U.S. Standard Sieve series) zu- peratur gehalten, worauf sich der Gehalt an abgesetzriickgehalten wird. 15 ter Substanz auf 0,8 °/o erhöhte. Der Extrakt wurde

Im allgemeinen zeigt es sich besonders vorteilhaft, auf die in Beispiel 1 beschriebene Weise durch die

den auf diese Weise granulierten Extrakt nach dem dort verwendete Entschlammungs-Zentrifuge geleitet,

Verfahren gemäß der USA.-Patentschrift 3 365 806 wobei der Gehalt an abgesetzter Substanz auf 0,4 °/o

einer Gefriertrocknung zu unterziehen. reduziert wurde. Das Gefrierkonzentrieren des Ex-

Im folgenden ist die Erfindung an Hand von Bei- so trakts warf keinerlei Schwierigkeiten bezüglich einer

spielen näher erläutert: Verschmutzung, Zusetzung oder Verstopfung der

_n . . Abscheiderausrüstung auf. Eine Schaumbildung in-

Beispiel 1 _{o,_{ge der} Abscheidung der Sedimente vom abgestan-

Kaffee-Extrakt wurde auf herkömmliche Weise denen Extrakt war nicht zu beobachten, und der zur auf einen Feststoffgehalt von 22,5 %> perkoliert und 25 Gefrierkonzentriereinrichtung überführte Extrakt ließ anschließend wurde der nach dem Perkolieren eine sich ohne weiteres in dieser handhaben, ohne Wachs Temperatur von etwa 90° C besitzende Extrakt auf abzuscheiden oder übermäßig zu schäumen.
29,4° C gekühlt. Der Gehalt an abgesetzter Extrakt- . substanz bei dieser Temperatur wurde durch Kreisel- Beispiel
tests auf einer DeLaval Gyro-Testing-Zentrifuge bei 30 Das Verfahren nach Beispiel 1 wurde mit dem 3450 U/min bestimmt und betrug auf Volumenbasis Unterschied wiederholt, daß der vom Perkolator 0,2 %>. Dieser Extrakt wurde weiter auf eine Tempe- erhaltene Extrakt einen Gehalt an löslichen Kaffeeratur von 4° C gekühlt und 60 min lang auf dieser Feststoffen von 25,7 °/o besaß. Der Gehalt dieses Temperatur gehalten, um Teere, Wachse und andere Extrakts an abgesetzter Substanz bei 30° C betrug im Extrakt enthaltene Sedimente auszufällen. Ein bei 35 gemäß Messung auf einer DeLaval Gyro-Test-Zentridiesem Extrakt durchgeführter Keiseltest ergab nun- fuge bei 3450 U/min 1,0 Volumprozent. Der Extrakt mehr einen Gehalt von 1 °/o an abgesetzter Substanz. wurde auf 5,0° C gekühlt und 45 min auf dieser Der die Sedimente in Form von suspendierten Tee- Temperatur belassen. Nach dem Absetzen betrug der ren, Wachsen und anderen unlöslichen Stoffen ent- Gehalt an abgesetzter Substanz dann 2,2 Volumprohaltende temperaturbehandelte Extrakt wurde dann 40 zent. Der ausgefällte Niederschlag wurde durch Zengeklärt, indem er durch eine kontinuierlich arbeitende trifugieren in einer Vollmaterial-Behälterzentrifuge, Entschlammungs-Zentrifuge hindurchgeleitet wurde, vorzugsweise mit automatischer Entleerung wie bei die eine Fliehkraft von 900 G und mehr erzeugte und der vorher beschriebenen Entschlammungsvorrichderen Auslaß mit einem Drosselventil zur Aufrecht- rung, abgetrennt, so daß ein geklärter Extrakt mit erhaltung eines Überdrucks am Extrakt von 4,9 bis 4= nur 0,15 % an Sedimenten erhalten wurde. Dieser 5,27 kg/cm² (absolut) während des Zentrifugierens Extrakt verursachte keine Verunreinigung der Abversehen war, wobei die Druckmessung an einem Scheidervorrichtung während des Gefrierkonzentriestromauf des Drosselventils gelegenen Punkt erfolgte. rens.

Eine typische, bevorzugt verwendete Zentrifuge ist Obgleich die Erfindung vorstehend in Verbindung

eine solche mit kegelförmigen Abscheiderscheiben, 50 mit speziellen Beispielen zur Hervorbringung einer

vorzugsweise ein Westphalia-Abscheider Modell SAM einwandfreien Wachsentfernung in einem geklärten

(V-5036), wie er im Westphalia-Bulletin 2636 be- Extrakt, der durch Kristallisatoren unterschiedlicher

schrieben ist, oder eine äquivalente Zentrifuge. In- Bauart geleitet werden soll, beschrieben ist, können

folge des Durchleitens des Extrakts durch diese innerhalb des Rahmens der Erfindung selbstverständ-

Zentrifuge wurden die ausgefällten unlöslichen Stoffe 55 Hch auch andere Abscheidervorrichtungen als die

bis auf einen Gehalt an abgesetzter Substanz von vorstehend beschriebenen angewandt werden. Ebenso

unter 0,3 bis 0,4 °/o entfernt. Während dieser Arbeits- ist zu beachten, daß die durch die Gefrierkonzentra-

gänge wurde der Extrakt auf einer Temperatur von tion gewonnene angereicherte Extraktphase auch auf

unter 21,1° C gehalten und wurde der geklärte Ex- die in der USA.-Patentschrift 3 365 806 beschriebene

trakt in ein Aufnahmegefäß eingeführt, um dann 60 Weise eingefroren, granuliert und gefriergetrocknet

einem Gefrierkonzentrationsvorgang zugeführt zu werden kann. Gleichermaßen kann der angereicherte

werden. Kaffee-Extrakt nach dem Verfahren gemäß der

Der entwachste und geklärte Extrakt war nunmehr USA.-Patentschrift 3 309 779 aufgeschäumt sowie

praktisch schaumfrei und besaß vorzugsweise eine aufgeschlämmt werden.

Claims (2)

tiefen Temperaturen gehalten wird, ist es offen- Patentanspiiiche: sichtlich, daß das Problem der Wachsausfällung infolge der Kristallisation oder der nachfolgenden

1. Verfahren zur Herstellung von gefrier- Abtrennung, beispielsweise durch Zentrifugieren, getrocknetem, sofort löslichem Kaffee, bei wel- 5 ziemlich stark zutage tritt Der während dieser Zeitchem wäßriger Kaffee-Extrakt zunächst zwecks spanne der Kristallisation unterworfene Kaffee-Ausfällung von Wachsfeststoffen gekühlt und Extrakt wird außerdem zwecks Kristallkembildung nach Abtrennen des Niederschlags zur Abschei- und zur Förderung des fortschreitenden Wachstums dung von Eis weitergekühlt wird, woraufhin das von Wasser-Eiskristallen gerührt, wobei alle diese Eis unter Zunicklassung eines konzentrierten für io mechanischen Behandlungen eine Tendenz des Exdas endgültige Gefriertrocknen verwendbaren trakts, in der Kristallisationsvorrichtung selbst zu Extrakts mit einem Feststoffgehalt von mehr als schäumen, begünstigen. Von noch größerer Bedeu-35% abgetrennt wird, dadurch gekenn- rung ist die Tatsache, daß die Mutterlauge, die beizeichnet, daß die Wachsfeststoffe aus dem spielsweise durch die Zentrifugalkraft in einer kontiwäßrigen Kaffee-Extrakt durch Zentrifugieren 15 nuierlich oder chargenweise arbeitenden Korb-Zenunter einem Druck von mindestens etwa triftige von den Wasser-Eiskristallen abgetrennt wer-2,1 kg/cm² abgetrennt werden. den soll, mit ziemlicher Wahrscheinlichkeit zum

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch ge- Schäumen in der Zentrifuge selbst neigt,
kennzeichnet, daß der Extrakt unter einen Druck Der während des Zentrifugierens bei der Gefriervon 2,1 bis 5,3 kg/cm² gesetzt wird, während er 20 konzentration entstehende Schaum überfließt die mit 1000- bis 500Ofacher Schwerkraft zentri- Aufnahmebehälter für die Mutterlauge, wobei dieser fugiertwird. Überlauf nicht verwendet werden kann. Außerdem

kann der Schaum eine Geschmackverschlechterung hervorrufen, wenn er sich über eine längere Zeit-

ä5 spanne hinweg auflösen kann. Dieser Schaum bedeutet daher nicht nur einen Verlust an Kaffee-Feststoffen, sondern macht schließlich eine Stillsetzung der Gewinnungsanlage erforderlich. Außerdem können

Die Erfindung betrifft die Verarbeitung von Kaffee- sich die in der Mutterlauge enthaltenen Teer-RückExtrakt zu einem körnigen gefriergetrockneten Pro- 30 stände, welche als Teil eines aus Wasser und Eis bedukt von verbessertem Geschmack und Aroma. stehenden Schlamms in die Zentrifuge eintreten, am

Einer der Hauptvorteile der Gefriertrocknung be- Zentrifugensieb selbst absetzen und hierdurch das steht in der Möglichkeit, die gewünschten Ge- Abtrennvermögen der Zentrifuge weitgehend einschmack- und Aromastoffe erhalten zu können, vor- schränken und sie schließlich unwirksam machen,
ausgesetzt, daß die Temperaturen des Extrakts so 35 Da die Aufgabe der Gefrierkonzentration in einer niedrig gehalten werden, daß sowohl ein Geschmack- möglichst maximalen Heraufsetzung des Feststoffoder Aromaverlust als auch eine Verschlechterung gehalts des Extrakts vor dem Gefriertrocknen und dieser Komponenten infolge der Verarbeitung ver- mithin in einer Verminderung der dem Gefriertrockmieden werden. Durch die Gefrierkonzentration wird nungsvermögen entgegenwirkenden Belastung beaußerdem jegliche stärkere Verschlechterung der 40 steht, schränken diese Schaumbildungs- und EntGeschmack- und Aromaanteile infolge des Feuchtig- wachsungsprobleme weitgehend die Möglichkeit einer keitsentzugs aus dem normalen Perkolator-Abfluß Durchführung einer Gefrierkonzentration ein, bei vor dem Gefriertrocknen vermieden. Dennoch be- welcher ein Feststoffgehalt von wesentlich mehr als stehen Schwierigkeiten bei der Anwendung der 30 °/o erzielt werden könnte.

Technik der Gefrierkonzentration auf die Gefrier- 45 Im Rahmen der Gefrierkonzentrierung von trocknung von Kaffee. Kaffee-Extrakt ist es bereits bekannt, diesen auf eine

Kaffee-Extrakt, dah heißt beispielsweise ein 20 bis Temperatur zwischen 0 und 7° C abzukühlen und 30 Gewichtsprozent an Feststoffen enthaltender Per- für eine bestimmte Zeit auf dieser Temperatur zu kolatorsud aus einer gemahlenen Röstkaffeecharge, halten, um unerwünschte Stoffe, wie Wachse oder der von einer Perkolartorsäule oder einem anderen 50 Teere auszufällen. Der gebildete Niederschlag kann Extraktionsgefäß geliefert wird, enthält sowohl ge- durch Zentrifugieren abgetrennt und der gereinigte löste Gase als auch Teer- und Wachsbestandteile. Extrakt dann in üblicher Weise zu Pulverkaffee geWenn die gelösten Gase, typischerweise CO₂, bei der trocknet werden.

Handhabung des Extrakts vor oder während der Ge- Gleichwohl besteht das Bedürfnis, die mit der ge-

frierkonzentration einer Rührwirkung ausgesetzt wer- 55 schilderten Schaumbildung auftretenden Probleme den, tragen sie in beträchtlichem Ausmaß zur weiterhin zu reduzieren.

Schaumbildung bei. Da die Gefrierkonzentration Gegenstand der Erfindung ist dementsprechend

andererseits eine vergleichsweise langzeitige Tempe- ein Verfahren zur Herstellung von gefriergetrockneratursenkung erfordert, um sowohl eine Kristallisa- tem, sofort-löslichem Kaffee, bei welchem wäßriger tion als auch eine fortgesetzte Temperaturverminde- 60 Kaffee-Extrakt zunächst zwecks Ausfällung von rung zur Ermöglichung einer Abtrennung von Wachsfeststoffen gekühlt und nach Abtrennen des Wasser in Form von Eiskristallen vom Kaffee-Extrakt Niederschlags zur Abscheidung von Eis weitergekühlt zu bewirken, wird die Tendenz des Extrakts zu einer wird, woraufhin das Eis unter Zurücklassung eines Ausfällung von Wachs- und Teer-Rückständen ver- konzentrierten, für das endgültige Gefriertrocknen stärkt. Wenn man berücksichtigt, daß die Gefrier- 65 verwendbaren Extrakts mit einem Feststoffgehalt konzentration im allgemeinen eine längere Kristalli- von mehr als 35 °/o abgetrennt wird, das dadurch sationsstufe einschließt,, bei welcher der Extrakt gekennzeichnet ist, daß die Wachsfeststoffe aus dem während einer Zeitspanne von 1 bis 2 Stunden auf wäßrigen Kaffee-Extrakt durch Zentrifugieren unter