DE1948102C3

DE1948102C3 - Kontinuierliches Verfahren zur Gefriertrocknung eines Kaffeeextraktes

Info

Publication number: DE1948102C3
Application number: DE19691948102
Authority: DE
Inventors: Neophytos Riverdale Ganiaris; Robert Joseph Bethpage Glasser
Original assignee: Struthers Scientific And International Corp Warren Pa (vsta)
Current assignee: Struthers Scientific And International Corp Warren Pa (vsta)
Priority date: 1968-09-24
Filing date: 1969-09-23
Publication date: 1980-04-30
Also published as: CA944214A; GB1288758A; DE1948102B2; DE1948102A1

Description

Die Erfindung betrifft ein kontinuierliches Verfahren zur Gefriertrocknung eines Kaffee-Extraktes.

Genießbare Flüssigkeiten, wie Kaffee, werden durch Gefriertrocknung im allgemeinen chargenweise hergestellt. Die Flüssigkeit, im FaLI von Kaffee ein gefrierkonzentrierter oder ein gedämpfter Extrakt mit einem Feststoffgehalt von 30 bis 35 Gew.%, wird in Schalen oder auf einem Band ansatzweise oder halbkontinuierlich in Würfeln gefroren. Dies ist von verschiedenen StanJpunkten her unerwünscht: (1) Es sind sehr hohe ^l Ts erforderlich, um niedrige Gefrierzeiten zu induzieren und eine Vorrichtung mit wirtschaftlichen Abmessungen sicherzustellen; (2) große Oberflächen des Kaffees werden einer möglichen Oxidation und/oder bakteriellem Angriff ausgesetzt; (3) die physikalische Handhabung der Würfel, Platten oder Klumpen, die nach diesen Methoden gebildet werden, ist beschwerlich und erfordert häufig ein Eingreifen von Hand; (4) es treten häufig Verklebungsprobleme auf; (5) häufig werden Feinteilchen gebildet, die eine teure Recyclisierung erforderlich machen.

So wird in der GB-PS 1056693 ein Verfahren zur Gefriertrocknung von Kaffee-Extrakt beschrieben. Bei diesem Verfahren wird der Kaffee-Extrakt, der eine Feststoff konzentration von ungefähr 27% besitzt, auf eine Temperatur nahe am Eispunkt abgekühlt. Dieser abgekühlte Extrakt, der noch flüssig ist, wird dann mit gefrorenen Extraktteilchen mit einer bestimmten Teilchengröße angeimpft. Der angeimpfte Extrakt wird dann zu einer festen Masse gefroren. Diese feste Masse wird zu Teilchen mit einer Größe von ca. 1,68 bis 0,177 mm vermählen. Anschließend wird eine Fraktion mit kleineren Teilchen abgetrennt, und diese abgetrennte Fraktion wird zum Animpfen von neuem Extrakt verwendet. Der andere granuläre, gefrorene Extrakt wird dann der Gefriertrocknung unterworfen.

In der GB-PS 1056694 wird ein Verfahren zur Gefriertrocknung von Kaffee beschrieben, bei dem der aromatisicrtc Kaffee-Extrakt mit einer Feststoffkonzentration von etwa 27% auf eine Temperatur unter dem Eispunkt abgekühlt wird. Der noch flüssige Extrakt wird dann mit gefrorenem Extrakt mit bestimmter Teilchengröße angeimpft. Anschließend wird langsam abgekühlt, bis die Masse zu einer festen Masse gefroren ist.

Die gefrorene Masse wird dann in einer Mühle vermählen und das gemahlene Material wird in eine Fraktion gefrorener, fester Teilchen mit einer Teilchengröße unter 0,35 mm in eine Fraktion mit größerer Teilchengröße geteilt. Die Fraktion mit kleinerer Teilchengröße wird zum Animpfen von neuem Extrakt verwendet.

Die aus den britischen Patentschriften 1356693 und 1056694 bekannten Verfahren besitzen den Nachteil, daß nur Kaffee-Extrakte mit einer Feststoffkonzentration von maximal 27% verarbeitet werden können. Bei dem anmeldungsgemäßen Verfahren können dagegen Kaffee-Extrakte, die Feststoffge-

¹S halte von 32 bis 35 Gew.% besitzen, verarbeitet werden.

Die Möglichkeit, Extrakte mit höherem Feststoffgehalt verarbeiten zu können, besitzt den Vorteil, daß geringere Mengen an Reaktionsgemischen gehandhabt werden können. Es können kleinere Reaktionsgefäße verwendet werden und die Energieerfordernisse sind geringer. Die Wirtschaftlichkeit der bekannten Verfahren ist somit nicht zufriedenstellend.

»5 In der US-PS 3 309 779 wird ein Verfahren zur Gefriertrocknung von Flüssigkeiten, wie von Obstsäften und Kaffee-Extrakt, beschrieben. Bei diesem Verfahren wird in die Lösung zur Schaumbildung ein Gas eingeleitet und dann wird der Schaum unter Bildung einer Aufschlämmung von Eiskristallen abgekühlt. Anschließend wird die Aufschlämmung von Eiskristallen abgekühlt. Anschließend wird die Aufschlämmung zu einer festen Masse gefroren und dann wird die feste Masse der Gefriertrocknung unterworfen.

Bei diesem aus der US-PS 3309779 bekannten Verfahren muß eine große Schaummasse gefroren werden. Dieses Verfahren besitzt daher den Nachteil, daß große Temperaturdifferenzen erforderlich sind. Große Temperaturdifferenzen sind unerwünscht, da dabei keine gleichbleibenden Produkte erhalten werden.

In der DE OS 1 693 269 und der entsprechenden CH-PS 434 947 wird ein Verfahren zur Herstellung von Extraktpulver aus Kaffee beschrieben. Bei diesem Verfahren wird der Kaffee-Extrakt geschäuml und anschließend wird der Schaum zu einer festen Masse gefroren. Das vorherige Kühlen der Lösung bis nahe an den Gefrierpunkt, die Recyclisierung gefrorener, fester Feinteilchen in

So dem Extrakt werden in dieser Patentschrift nicht beschrieben. Dieses bekannte Verfahren besitzt den Nachteil, daß die Dichte des Schaums sorgfältig ciiigestellt werden muß und daß große Mengen Schaum gefroren werden müssen. Damit das Endprodukt eine annehmbare Farbe enthält, ist es nur möglich, 1 bis 4 cm dicke Schaumschichten zu gefrieren. Bei diesem Verfahren sind ebenfalls große Temperaturdifferenzen erforderlich, was, wie oben bereits ausgeführt, hinsichtlich der Energieerfordernisse und der verwendeten Anlagen nachteilig ist.

Die Anwendung einer hohen ΔΤ (TemperaturdiN ferenz) ist also unerwünscht unter dem Gesichtspunkt eines gleichmäßigen Produkts. Die Flüssigkeit oder der (konzentrierte) Extrakt, die bzw. der der Wärme-

6s iibcrtragungsoberfläche am nächsten ist, wird sehr niedrigen Temperaturen ausgesetzt, während die Flüssigkeit, die von der Wiirmeübertragungsoberfläche am weitesten entfernt ist, lediglich eine Tempera-

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tür erreichen mag, die geringfügig unter dem eutekti- cyclisierung der Feinteilchen an dieser Stelle wird die

sehen Punkt liegt. Im Falle von Kaffee liegt die Energie eingespart, die erfordexlich ist, um die Fein-

eutektische Temperatur ungefähr bei — 10,3° C teilchen zu trocknen und dann zu recyclisieren. Die

(13,5° F). Die Temperatur des Kaffees direkt an der eine günstige Größe aufweisenden Teilchen können

Wärmeübertragungsoberfläche kann 7,2° C (45° F) 5 dann getrocknet werden.

oder weniger betragen. Innerhalb des gefrorenen Ex- Das Verfahren der Erfindung weist folgende Vortrakts kann daher ein Temperaturgradient von mehr teile auf; (1) Es lassen sich Beschickungen verscniedeals 16,6° C (30° F) vorliegen. Dies führt zu einer un- ner Konzentrationen zur Erzielung eines Produktes gleichmäßig gefrorenen Masse. Die gebildeten Eiskri- bestimmter Schüttdichte durch Schäumung verwenstalle (Gitter) sind verschieden. Die Schüttdichte des ^l0 den. (2) Die Recyclisierung von gefrorenen, nicht getrockenen Produktes wird daher ebenfalls unter- trockneten Feinteilchen ist wirtiichafüicher als die Reschiedlich sein. cyclisierung von getrockneten Feinteilchen. (3) Die

Um diese unerwünschten Effekte zu beseitigen, Feinteilchen stellen außerdem Keime für die anschlie-

schafft die Erfindung ein kontinuierliches Verfahren ßende Matschgefrierung zur Verfügung. (4) Die Auf-

zur Herstellung von gefrorenen, flüssigen Eßwaren ¹S schlämmung ist sehr gleichmäßig und liefert auch ein

vor dem Gefriertrocknen. sehr gleichmäßiges, festes Material. (5) Das Anhaften

Gegenstand der Erfindung ist ein kontinuierliches und Verkleben von Kaffee an den Gefrierflächen im

Verfahren zur Gefriertrocknung eines Kaffee-Ex- Tiefgefrierer wird minimal gehalten durch die große

traktes durch Kühlen des Kaffee-Extraktes, Schau- Menge an festem Eis (niedriger Prozentsatz Extrakt)

men durch Einleiten eines Gases, Gefrieren der ge- ^ao im Matsch. (6) Die eine gleichmäßig:- Größe aufwei-

schäumten Masse, Zerkleinern und Trocknen, das senden, gefrorenen, festen Teilchen liefern ein gleich-

dadurch gekennzeichnet ist, daß mäßigeres Produkt.

a) der zu schäumende Extrakt, der einen Feststoff- Im folgenden wird die Erfindung in Verbindung mit gehalt von 32 bis 35% aufweist, bis nahe an den der Zeichnung näher beschrielijen.
Gefrierpunkt der Lösung abgekühlt, ²5 Die Zeichnung gibt eine sche.matische Darstellung

b) der geschäumten Masse aus der Zerkleinerungs- des erfindungsgemäßen Verfahrens.

stufe anfallende feste gefrorene Teilchen züge- Eine Beschickung, beispielsweise Kaffee-Extrakt,

geben werden und gelangt durch Rohr 10 in das System und durchströmt

c) die Masse zunächst zu einer Eisaufschlämmung die Kühlschlange 11 im Mantel 12. Dem Mantel 12 abgekühlt und diese anschließend tiefgefroren 3° wird ein Kühlmittel durch Leitung 13 zugeführt und wird. durch Leitung 14 abgezogen, um den Extrakt bis nahe

Beim Verfahren der Erfindung wird der konzen- an seinem Gefrierpunkt abzukühlen. Von der trierte Extrakt, insbesondere der Kaffee-Extrakt, Schlange 11 gelangt der gekühlte Extrakt zum Tank nahe seinem Gefrierpunkt abgekühlt und geschäumt. 15, wo er im gewünschten Ausmaß durch einen mo-Der erforderliche Schäumungsgrad hängt von der 35 torangetriebenen Rührer 16 geschäumt wird. Der geKonzentration des Extrakts ab. Um akzeptable schäumte Extrakt gelangt vom Tank 15 durch die Lei-Schüttdichten für das Produkt zu erzielen, erfordern tung 17 zum Tank 18, wo der motorgetriebene Mi-Extrakte mit einer Konzentration über etwa 32 bis scher 19 Feinteilchen, die aus der Leitung 20 abge-35 Gew.-°/o eine Schäumung. geben werden, mit dem geschäumten Extrakt mischt.

Der nächste Schritt besteht im Mischen recyclisier- 40 Die Feinteilchen und der geschäumte Extrakt

ter fester Feinteilchen mit dem geschäumten Extrakt. durchströmen einen aus Hülle und Rohr bestehenden

Dies ist von Vorteil, da hierdurch Feststoffe mit unge- Kristallisierer 22, der ein Rohr 23 aufweist, welches

eigneten Abmessungen zurückgewonnen werden und einen oszillierenden Rührer 24 enthält, der durch den

Keime für das Eiskristallwachstum im nächsten Schritt Motor 25 angetrieben wird. Die Hülle 26 empfängt

-dem Matschgefrieren-zur Verfugung gestellt wer- 45 durch Leitung 27 ein Gefriermittel, velches durch

den. Als Gefriervorrichtung wird ein mit Umwälzvor- Leitung 28 wieder austritt und im Rohr 23 Eiskristalle

richtung bzw. Rührer versehener, röhrenförmiger wachsen läßt unter Bildung einer Aufschlämmung, die

Gefrierer vorgeschlagen. Mit einem solchen Gerät durch Rohr 30 abfließt. Die Aufschlämmung aus Rohr

wird eine äußerst gleichmäßige Eisaufschlämmung 30 wird in Schalen 31, welche durch eine Kältekam-

(Matsch) erzeugt. 50 mer 32 auf einem endlosen Band oder Riemen 33

Nach der Matschherstellung wird die Aufschläm- laufen, festgefroren.

mung tiefgefroren. Dies kann auf einem Band, in Die gefrorenen Blöcke 34 der Aufschlämmung Würfeln, Schalen oder in einer röhrenförmigen Eis- werden durch die Walzen 35 und 36 granuliert und herstellungsmaschine erfolgen. Wenn die Beschik- fallen auf ein Sieb 37, welches von Feinteilchen passung des Tiefgeirici^rs aus einem sehr gleichmäßigen 55 siert wird, die bei 39 gesammelt und durch Leitung Matsch (Aufschlämmung) besteht, erhält man ein 20, wie oben beschrieben, req^clisiert weriten. Das hinsichtlich Eisverteilung und Temperatur sehr übrige granulierte, gefrorene Kaffeematerial gelangt gleichmäßiges Produkt. Die Massentemperatur des vom Trichter 40 auf den endlosen Riemen 41, um gefrorenen Materials ist der Wandtemperatur sehr im Trockner 45 getrocknet zu werden und ein Endnahe, d. h. daß ΔΤ niedrig ist. 60 produkt 42 im Behälter 43 zu liefern.

Das gefrorene Material wird dann dem Brechwerk Das Vorstehende Beispiel beschreibt lediglich eine oder Granuliergerät zugeführt. Die dabei erhaltenen bevorzugte Ausführungsform der Art von Vorrich-Feinteilchen können abgetrennt und in dem gc- tung, die bei der Durchführung der Erfindung verschäumten Extrakt lecyclisicrt werden. Durch die Re- wendet werden kann.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentanspruch;

Kontinuierliches Verfahren zur Gefriertrocknung eines Kaffee-Extraktes durch Kühlen des Kaffee-Extraktes, Schäumen durch Einleiten eines Gases, Gefrieren der geschäumten Masse, Zerkleinern und Trocknen, dadurch gekennzeichnet,daß

a) der zu schäumende Extrakt, der einen Feststoffgehalt von 32 bis 35% aufweist, bis nahe an den Gefrierpunkt der Lösung abgekühlt,

b) der geschäumten Masse aus der Zerkleinerungsstufe anfallende feste gefrorene Teilchen zugegeben werden und

c) die Masse zunächst zu einer Eisaufschlämmung abgekühlt und diese anschließend tiefgefroren wird.