DE19519129A1 - Freeze-drying coffee extract to form pellets, by foaming extract, dropping foam onto cooled belt as pellets - Google Patents

Freeze-drying coffee extract to form pellets, by foaming extract, dropping foam onto cooled belt as pellets

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Abstract

Freeze - drying of coffee extract involves:(a) foaming coffee extract with 35-45 wt./vol. % dry matter, to a foam wt. of 450-750 g/l; (b) dropping the foamed extract onto a cooled belt, to form pellets and freezing the pellets on the band at below -30 deg C; and (c) drying the frozen pellets under a pressure 2-4 x that used in the normal freeze-drying of ground coffee granulate.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Gefriertrocknen von Kaffee-Extrakt, welches gegenüber den bisher bekannten Verfahren energie- und zeitsparend ist. Die Erfindung betrifft ferner den so erhältlichen gefriergetrockneten Kaffee-Extrakt in Pellet- Form.The invention relates to a method for freeze drying Coffee extract, which is compared to the previously known methods is energy and time saving. The invention further relates to the freeze-dried coffee extract available in pellet Shape.

Gefriergetrockneter Kaffee-Extrakt zur Verwendung als "Instant- Kaffee" wird üblicherweise als Granulat hergestellt, indem man wäßrigen Kaffee-Extrakt mit einem Trockenstoffgehalt von etwa 40 Gew./Vol.% bis zu einem Schaumgewicht von etwa 450 bis 750 g/l aufschäumt, die Masse etwa 30 Minuten lang auf Gefrierbän­ dern bis zu einer Schaumtemperatur von etwa -45°C abkühlt und das gefrorene Produkt bei -40 bis -50°C mahlt. Das so erhaltene Granulat wird bei tiefen Temperaturen gesiebt, um den Feinanteil mit Korngrößen von weniger als 0,5 mm und Partikel mit Korngrö­ ßen über 3 mm zu eliminieren. Die Menge des Feinanteils, d. h. der Partikel mit Korngrößen unter 0,5 mm, macht üblicherweise 30 bis 35 Gew.% des eingefrorenen Gesamtproduktes aus. Nach dem Sieben weisen etwa 95% des Granulats Korngrößen im Bereich von 0,5 und 3 mm auf, häufig ist jedoch noch immer bis zu 5% Feinan­ teil mit Korngrößen von 0,5 mm oder weniger vorhanden. Der An­ teil der Partikel zwischen 0,5 mm und 1 mm beträgt etwa 10 bis 20% des gesiebten Produktes. Dieses Granulat wird üblicherweise in Schalen gefüllt und bei Betriebsdrücken zwischen 0,3 und 0,4 mbar (Capacitron-Werte, entsprechend Thermotron-Werten von etwa 0,4 bis 0,6 mbar) gefriergetrocknet. Das gefriergetrocknete Endprodukt weist gewöhnlich eine Dichte von etwa 230 bis 260 g/l auf.Freeze-dried coffee extract for use as an "instant Coffee "is usually made in granules by using aqueous coffee extract with a dry matter content of about 40 w / v% up to a foam weight of about 450 to 750 g / l foams, the mass for about 30 minutes on freezer banks which cools down to a foam temperature of around -45 ° C and the frozen product grinds at -40 to -50 ° C. The so obtained Granules are sieved at low temperatures to remove the fine fraction with grain sizes of less than 0.5 mm and particles with grain size eliminating over 3 mm. The amount of fines, i.e. H. the particle with grain sizes less than 0.5 mm usually makes 30 up to 35% by weight of the frozen total product. After this Seven have about 95% of the granules in the grain size range 0.5 and 3 mm, but often up to 5% is fine Part with grain sizes of 0.5 mm or less available. The An  part of the particles between 0.5 mm and 1 mm is about 10 to 20% of the screened product. These granules are commonly used filled in trays and at operating pressures between 0.3 and 0.4 mbar (Capacitron values, corresponding to Thermotron values of approx 0.4 to 0.6 mbar) freeze-dried. The freeze-dried The final product usually has a density of about 230 to 260 g / l on.

Die oben dargelegte Temperatur- und Druckführung ist auf Er­ kenntnisse von Fachleuten gestützt, wonach bei der Ge­ friertrocknung von Kaffee-Extrakten langsames Einfrieren und vorsichtiges Gefriertrocknen bei relativ niedrigen Drucken (s. o.) zu guten Ergebnisse hinsichtlich der Zurückhaltung von Aro­ mastoffen führt, vgl. beispielsweise Thÿssen, H. A. C. et al. i.i.R. Comm. X., Lausanne 1969, Seiten 99 bis 141.The temperature and pressure control set out above is on Er knowledge supported by experts, according to which the Ge freeze drying of coffee extracts slow freezing and careful freeze drying at relatively low pressures (see above) for good results regarding the reluctance of aro mastoffen leads, cf. for example Thÿssen, H.A.C. et al. i.i.R. Comm. X., Lausanne 1969, pages 99 to 141.

Thÿssen führt die gute Rückhaltung von Aromastoffen auf große Poren im Produkt zurück, in denen hochkonzentrierte Lösung zwi­ schen Eiskristallen eingelagert werde, vgl. a.a.O.Thÿssen leads the good retention of flavorings on large Pores back in the product, in which highly concentrated solution between ice crystals are stored, cf. a.a.O.

Flink, J. (vgl. Journ. Agr. Food Chem., 18 295ff, (1970) und Academic Press 1975, 351-372) berichtet, daß der Verlust an flüchtigen Substanzen bei der Gefriertrocknung von Kaffee-Ex­ trakt im wesentlichen während der Haupttrocknung stattfindet. Er entwickelt ein Modell, wonach flüchtige Stoffe in "Mikroregio­ nen" festgehalten werden und beruft sich dabei auf die Beobach­ tung, daß gemahlenes, gefrorenes Produkt nicht mehr flüchtige Stoffe abgibt, als ein geschlossener "Kuchen". Nach seiner Er­ kenntnis findet an der Oberfläche keine Anreicherung der flüch­ tigen Substanzen statt. Wird jedoch die Mikrostruktur durch Kollaps während der Gefriertrocknung zerstört, so sinkt das Rückhaltevermögen drastisch. Flink zeigt ferner, daß bei langsam eingefrorenen Produkten die Aromaverluste beim Gefriertrocknen mit steigendem Betriebsdruck steigen, vgl. a.a.O.Flink, J. (see Journ. Agr. Food Chem., 18 295ff, (1970) and Academic Press 1975, 351-372) reports that the loss occurred volatile substances in the freeze-drying of coffee ex tract essentially takes place during the main drying. He develops a model according to which volatile substances in "Mikroregio nen "and is based on the observers tion that ground, frozen product is no longer volatile Dispenses fabrics as a closed "cake". According to his he Knowledge does not find any accumulation on the surface substances instead. However, the microstructure is through If the collapse is destroyed during freeze drying, this will decrease Restraint drastically. Flink also shows that at slow frozen products lose their aroma when freeze-drying increase with increasing operating pressure, cf. a.a.O.

Zusammenfassend läßt sich festhalten, daß nach der Lehre des Standes der Technik beim Gefriertrocknen von Kaffee-Extrakt optimale Ergebnisse hinsichtlich der Aromarückhaltung erzielt werden, wenn man den Extrakt langsam einfriert, mahlt und das Granulat anschließend bei relativ niedrigen Drücken, d. h. bei 0,3 bis 0,4 mbar gefriertrocknet.In summary, it can be said that according to the teaching of  State of the art in freeze-drying coffee extract achieved optimal results in terms of flavor retention if you freeze the extract slowly, grind it and that Granules then at relatively low pressures, i.e. H. at 0.3 to 0.4 mbar freeze-dried.

Die herkömmlichen Verfahren zum Herstellen von gefriergetrock­ netem Kaffee-Extrakt haben jedoch wesentliche Nachteile.The conventional methods of making freeze-dried However, coffee extract has significant disadvantages.

  • - Wie oben erläutert, entstehen 30 bis 35% des Granulats als Feinanteil, der durch Sieben eliminiert, zurückgeführt und wieder verarbeitet werden muß.- As explained above, 30 to 35% of the granules arise as Fine fraction that is eliminated by sieving, returned and must be processed again.
  • - Das Verfahren ist kostenintensiv, da der Energieaufwand des Mahlens bei tiefen Temperaturen zwischen etwa -40 und -50°C sowie die Kosten für die Sieb- und Mahlstrecke wesentlich zu den Gesamtherstellungskosten beitragen.- The process is costly because the energy consumption of the Grinding at low temperatures between about -40 and -50 ° C as well as the costs for the screening and grinding section contribute to the total manufacturing cost.
  • - Das Produkt wird bei niedrigen Drücken (etwa 0,3 bis 0,4 mbar) getrocknet, da auf diese Weise optimale Aroma-Rückhal­ tung erwartet wird, und zudem die Trocknung bei niedrigen Drücken mit Rücksicht auf den immer noch vorhandenen Fein­ anteil und die unterschiedliche Granulatgröße erforderlich ist. Die niedrigen Trocknungs-Drücke führen jedoch zu ver­ hältnismäßig langen Trocknungszeiten und relativ tiefen Eis­ temperaturen, wobei Betriebsdrücke von 0,3 bis 0,4 mbar Temperaturen des Produktes an der Sublimationsfront von -22,5 bis -26,5°C entsprechen (diese Eistemperaturen lassen sich ohne Thermoelemente mit Hilfe der barometrischen Tempe­ raturmessung (BTM) sehr genau ermitteln, siehe z. B. H.M. Willemer, PDA Symposion, Tokio, November 14-16, 1994, Seite 296). Auch in dieser Verfahrensstufe ist die Herstel­ lung von gefriergetrocknetem Kaffee-Granulat gemäß Stand der Technik außerordentlich kosten- und energie-intensiv.- The product is used at low pressures (about 0.3 to 0.4 mbar) dried, because in this way optimal aroma retention is expected, and also drying at low Press with due regard to the fine that is still there proportion and the different granule size required is. The low drying pressures lead to ver relatively long drying times and relatively deep ice temperatures, with operating pressures of 0.3 to 0.4 mbar Temperatures of the product on the sublimation front of Correspond to -22.5 to -26.5 ° C (leave these ice temperatures yourself without thermocouples using barometric temp Determine the temperature measurement (BTM) very precisely, see e.g. B. H.M. Willemer, PDA Symposion, Tokyo, November 14-16, 1994, Page 296). The manufacturer is also in this stage of the process Freeze-dried coffee granules according to the state of the art Technology extremely cost and energy intensive.

Aufgabe der Erfindung war es daher, ein Verfahren zur Her­ stellung von gefriergetrocknetem Kaffee-Extrakt zu finden, mit Hilfe dessen die oben zitierten Nachteile vermieden werden können, welches jedoch ein Produkt liefert, das höchsten Qua­ litätsanforderungen entspricht.The object of the invention was therefore to produce a method  position of freeze-dried coffee extract to find with With the help of which the disadvantages cited above are avoided which, however, provides a product of the highest quality conformity requirements.

Die Aufgabe wurde durch das erfindungsgemäße Verfahren gelöst, bei dem manThe object was achieved by the method according to the invention, where you

  • a) Kaffee-Extrakt mit einem Trockenstoffgehalt von 35 bis 45 Gew./Vol% bis zu einem Schaumgewicht von 450 bis 750 g/l, vorzugsweise 500 bis 700 g/l, aufschäumt,a) Coffee extract with a dry matter content of 35 to 45 W / v% up to a foam weight of 450 to 750 g / l, preferably 500 to 700 g / l, foams,
  • b) den aufgeschäumten Kaffee-Extrakt zur Bildung von Pellets auf ein gekühltes Band tropft und die Pellets auf dem Band auf Temperaturen unterhalb -30°C einfriert, undb) the foamed coffee extract to form pellets drips on a chilled belt and the pellets on the belt freezes to temperatures below -30 ° C, and
  • c) die eingefrorenen Pellets bei Drücken trocknet, welche um den Faktor 2 bis 4 oberhalb derjenigen Drücke liegt, die üblicherweise zum Gefriertrocknen von gemahlenem Kaffee- Granulat angewendet werden.c) the frozen pellet dries at pressures around is a factor of 2 to 4 above the pressures that usually for freeze-drying ground coffee Granules can be applied.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren beträgt die Schaumtemperatur am Ende des Aufschäumvorganges vorzugsweise -2 bis -4°C.In the method according to the invention, the foam temperature is at the end of the foaming process, preferably -2 to -4 ° C.

Der Aufschäum-Vorgang kann nach Standardverfahren erfolgen; vorzugsweise wird als Gas Stickstoff oder Kohlendioxid verwen­ det.The foaming process can be carried out according to standard procedures; nitrogen or carbon dioxide is preferably used as the gas det.

Wesentliche Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens zeigen sich in Stufe b). Dort können die auf das gekühlte Band getropf­ ten Pellets innerhalb von 2 bis 3 Minuten auf Temperaturen zwischen -30 und -40°C eingefroren werden. Gegenüber herkömmli­ chen Verfahren wird somit in dieser Stufe ein Zeitgewinn um etwa einen Faktor 10 erzielt. Da das Produkt nicht zerkleinert (ge­ mahlen) werden muß, und daher keine Reibungswärme erzeugt wird, ist es ausreichend, die Pellets bei -30 bis -40°C einzufrieren. Show essential advantages of the method according to the invention in stage b). There they can be dripped onto the cooled belt pellets to temperatures within 2 to 3 minutes be frozen between -30 and -40 ° C. Compared to conventional Chen process thus saves time in this stage by approximately achieved a factor of 10. Since the product does not shred (ge must be ground) and therefore no frictional heat is generated, it is sufficient to freeze the pellets at -30 to -40 ° C.  

Auch in dieser Stufe wird somit Energie eingespart.This also saves energy at this stage.

Vorzugsweise werden in Stufe b) Tropfen einer solchen Größe auf das gekühlte Band gegeben, daß nach dem Gefrieren Pellets mit einem Durchmesser von 4 bis 7 mm, vorzugsweise etwa 6 mm und einer Höhe von 2,5 bis 3,5 mm, vorzugsweise 3 mm erhalten wer­ den. Gegebenenfalls können die Pellets in gefrorenem Zustand gesiebt werden, um "Fehlgrößen" zu eliminieren.Drops of such a size are preferably applied in stage b) the chilled band given that after freezing pellets with a diameter of 4 to 7 mm, preferably about 6 mm and a height of 2.5 to 3.5 mm, preferably 3 mm who obtained the. If necessary, the pellets can be frozen be screened to eliminate "mis sizes".

Die anschließende Gefriertrocknung der gefrorenen Pellets er­ folgt bei Drücken, welche um den Faktor 2 bis 4 oberhalb derje­ nigen Drücke liegt, die üblicherweise zum Gefriertrocknen von gemahlenem Kaffee-Granulat angewendet werden. Wie oben erläu­ tert, liegen diese Drücke gewöhnlich zwischen 0,3 und 0,4 mbar (ausgedrückt als Capacitron-Werte). Demgegenüber werden erfin­ dungsgemäß Drücke zwischen 0,8 und 1,5 mbar, vorzugsweise 1,0 bis 1,3 mbar, angewendet. Rechnet man aus diesen Betriebsdrücken auf die Eistemperatur im Pellet um (siehe oben), so ergeben sich Eistemperaturen zwischen -19 und -23°C. Es kann somit auch in dieser Stufe Energie eingespart werden. Ferner verbessert der höhere Betriebsdruck die Wärmezufuhr von der Heizplatte zum Produkt auf das 1,6-Fache (vgl. Ehlers, H., "Bestimmung der optimalen Trocknungsbedingungen für die Gefriertrocknung von Gütern durch Messung der Wärme- und Strömungsleitwerte", 5. Gefriertrocknungstagung, Leibold AG, Köln 1962).The subsequent freeze drying of the frozen pellets follows at pressures which are a factor of 2 to 4 above that few pressures that are usually used for freeze drying ground coffee granules can be used. As explained above tert, these pressures are usually between 0.3 and 0.4 mbar (expressed as Capacitron values). In contrast, are invented According to the invention, pressures between 0.8 and 1.5 mbar, preferably 1.0 up to 1.3 mbar. If you calculate from these operating pressures to the ice temperature in the pellet (see above) Ice temperatures between -19 and -23 ° C. It can also be used in energy can be saved at this level. Furthermore, the higher operating pressure the supply of heat from the heating plate to the Product 1.6 times (cf. Ehlers, H., "Determination of the optimal drying conditions for freeze drying Goods by measuring the heat and flow conductivities ", 5. Freeze drying conference, Leibold AG, Cologne 1962).

Zusätzlich nimmt bei Drücken zwischen 0,8 und 1,5 mbar das zu transportierende Dampfvolumen auf etwa 1/4 ab, was bei gleicher Strömungsgeschwindigkeit die vierfache Wasserdampfmenge pro Zeit- und Flächeneinheit bedeutet. Das erfindungsgemäße Verfah­ ren führt also auch zu einer meßbaren Erhöhung der Trocknungs­ leistung bei gleichzeitig geringerem Energiebedarf.This also increases at pressures between 0.8 and 1.5 mbar transporting steam volume to about 1/4, which at the same Flow rate four times the amount of water vapor per Unit of time and area means. The inventive method ren also leads to a measurable increase in drying performance with lower energy consumption.

Erfindungsgemäß hat es sich überraschenderweise gezeigt, daß die Umkehr des bei der Gefriertrocknung von Kaffee-Extrakt anerkann­ ten Prinzips der Kombination langsamer Einfrierzeiten mit niedrigen Trocknungsdrücken zu außerordentlich erfolgreichen Ergebnissen führt, wenn man den Kaffee-Extrakt in Pelletform einfriert. Kaffee-Extrakt in Pelletform kann in einem Zehntel der üblichen Zeit, nämlich in 2 bis 3 Minuten, eingefroren und bei 2- bis 4-fach höheren Drücken getrocknet werden als dies mit Granulat möglich ist, und es wird überraschenderweise ein Pro­ dukt mit gutem Aromagehalt und attraktivem Äußeren erhalten.According to the invention, it has surprisingly been found that the Reversal of the recognized in the freeze-drying of coffee extract principle of combining slow freezing times with  low drying pressures to extremely successful ones Results will result if you take the coffee extract in pellet form freezes. Coffee extract in pellet form can be in a tenth the usual time, namely in 2 to 3 minutes, frozen and at 2 to 4 times higher pressures than with Granules are possible and, surprisingly, it becomes a pro preserved product with good aroma content and attractive exterior.

Das Produkt gewinnt an Lagerstabilität, da der Luftsauerstoff geringere Angriffsmöglichkeiten hat. Zudem erhält die Oberfläche ein Aussehen, welches an frische geröstete Kaffeebohnen erin­ nert. Bei Drücken unterhalb von 0,8 mbar geht u. a. dieser Farb­ effekt verloren, d. h. die Pellets erhalten ein helles bzw. sche­ ckiges Aussehen.The product gains in storage stability because of the atmospheric oxygen has fewer opportunities to attack. It also maintains the surface an appearance reminiscent of fresh roasted coffee beans nert. At pressures below 0.8 mbar, a. this color lost effect, d. H. the pellets get a light or bright color cheeky look.

Vorzugsweise weisen die nach erfindungsgemäßen Verfahren herge­ stellten Kaffee-Pellets Abmessungen auf, die bezüglich ihres Durchmessers zwischen 4 und 7 mm, vorzugsweise 6 mm und bezüglich ihrer Höhe zwischen 2,5 und 3,5 mm, vorzugsweise 3 mm liegen. Soll ein gefriergetrocknetes Kaffeeprodukt mit Pellets von im wesentlichen gleicher Größe hergestellt werden, so lassen sich gefrorene Pellets mit Größen, die durch Betriebsschwankungen deutlich von der Sollgröße abweichen, ohne weiteres durch Sieben entfernen.Preferably, the methods according to the invention established coffee pellets dimensions that are related to their Diameter between 4 and 7 mm, preferably 6 mm and with respect their height is between 2.5 and 3.5 mm, preferably 3 mm. If a freeze-dried coffee product with pellets from im can be produced essentially the same size, so frozen pellets with sizes caused by operational fluctuations deviate significantly from the target size, by sieving remove.

Die Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens werden nachstehend anhand eines Vergleiches mit der herkömmlichen Herstellung von gefriergetrocknetem Kaffee-Extrakt in Granulatform verglichen, wobei jeweils drei verschiedene Kaffeesorten verwendet wurden, die sich hinsichtlich ihrer Qualität voneinander unterschieden. Die Kaffeesorte A wies die niedrigste und die Kaffeesorte C die höchste Aroma-Qualität auf. The advantages of the method according to the invention are shown below based on a comparison with the conventional production of freeze-dried coffee extract compared to granules, using three different types of coffee, that differed in quality. Coffee type A had the lowest and coffee type C the highest aroma quality.  

Tabelle 1 Table 1

Tabelle 2 Table 2

Tabelle 3 Table 3

Die Tabellen zeigen, daß mit dem erfindungsgemäßen Verfahren eine wesentliche Einsparung von Zeit und Energie bei gleichzei­ tig verbessertem Aussehen des Produktes möglich ist.The tables show that with the inventive method a substantial saving of time and energy at the same time tig improved appearance of the product is possible.

Claims (7)

1. Verfahren zum Gefriertrocknen von Kaffee-Extrakt, dadurch gekennzeichnet, daß man
  • a) Kaffee-Extrakt mit einem Trockenstoffgehalt von 35 bis 45 Gew./Vol% bis zu einem Schaumgewicht von 450 bis 750 g/l aufschäumt,
  • b) den aufgeschäumten Kaffee-Extrakt zur Bildung von Pellets auf ein gekühltes Band tropft und die Pellets auf dem Band auf Temperaturen unterhalb -30°C einfriert, und
  • c) die eingefrorenen Pellets bei Drücken trocknet, welche um den Faktor 2 bis 4 oberhalb derjenigen Drücke liegt, die üblicherweise zum Gefriertrocknen von gemahlenem Kaffee- Granulat angewendet werden.
1. A method for freeze-drying coffee extract, characterized in that
  • a) coffee extract with a dry matter content of 35 to 45 w / v% foams up to a foam weight of 450 to 750 g / l,
  • b) the foamed coffee extract drips onto a cooled belt to form pellets and freezes the pellets on the belt to temperatures below -30 ° C., and
  • c) the frozen pellets are dried at pressures which are a factor of 2 to 4 above those pressures which are usually used for the freeze-drying of ground coffee granules.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaumtemperatur in Stufe b) am Ende des Aufschäum-Vorganges -2,5 bis -4°C beträgt.2. The method according to claim 1, characterized in that the Foam temperature in stage b) at the end of the foaming process Is -2.5 to -4 ° C. 3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeich­ net, daß man in Stufe b) den aufgeschäumten Kaffee-Extrakt jeweils in einer solchen Menge auf das gekühlte Band auf­ tropft, daß Pellets mit einem Durchmesser von 4 bis 7 mm und mit einer Höhe von etwa 2.5 bis 3.5 mm entstehen.3. The method according to claims 1 or 2, characterized net that one in stage b) the foamed coffee extract each in such an amount on the cooled belt drips that pellets with a diameter of 4 to 7 mm and with a height of about 2.5 to 3.5 mm. 4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeich­ net, daß man die Pellets in Stufe b) 2 bis 3 Minuten lang auf Temperaturen zwischen -30 und -40°C einfriert.4. The method according to claims 1 to 3, characterized in net that the pellets in step b) for 2 to 3 minutes freezes to temperatures between -30 and -40 ° C. 5. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeich­ net, daß man die Gefriertrocknung in Stufe c) bei Drücken im Bereich von 0,8 bis 1,5 mbar durchführt. 5. The method according to claims 1 to 4, characterized in net that you freeze drying in stage c) at pressures in Range from 0.8 to 1.5 mbar.   6. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeich­ net, daß man die Pellets in Stufe c) bis zu einer Dichte von 150 bis 300 g/l gefriertrocknet.6. The method according to claims 1 to 6, characterized in net that the pellets in step c) to a density of 150 to 300 g / l freeze-dried. 7. Gefriergetrockneter Kaffee-Extrakt in Pellet-Form, erhält­ lich nach dem Verfahren gemäß den Ansprüchen 1 bis 6.7. Freeze-dried coffee extract in pellet form Lich according to the method of claims 1 to 6.
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