DE2000311A1

DE2000311A1 - Verfahren bei der Gegenstrom-Fluessigkeitsextraktion loeslichen Stoffes aus einem mehr oder weniger zerteilten Material und Vorrichtung zur Ausfuehrung dieses Verfahrens

Info

Publication number: DE2000311A1
Application number: DE19702000311
Authority: DE
Inventors: Erik Houghton-Larsen; Knud Larsen; Asbjorn Stoltze
Original assignee: Niro Atomizer AS
Current assignee: GEA Process Engineering AS
Priority date: 1969-01-09
Filing date: 1970-01-05
Publication date: 1970-07-23
Also published as: US3726209A; FR2027993A1; DK123904B; GB1255462A

Description

PATENTANWALTS pi*«. DR.-ING.H.FINCK6 5. JAN.

DIPL.-IN G. H. BOHR DIPL-ING. S. STAEOER

M0NCHEN5 2000311

R^TR. 31 "Kaffekolloider"

Aktieselskabet Niro Atomizer, S0borg, Dänemark

i·
Verfahren bei der Gegenstrom-Flüssigkeitsextraktion löslichen Stoffes aus einem möhr oder weniger zerteilten Material und Vorrichtung aur Ausführung dieses Verfahrens.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren bei der Gegenstrom-Flüssigkeitsextraktion löslichen Stoffes aus einem mehr oder weniger zerteilten Material, dessen unlöslicher Teil kolloidfeine Partikeln umfasst, vorzugsweise vermahlene, geröstete Kaffeebohnen, nach welchem Verfahren das Ausgangsmaterial in ständiger Bewegung quer zur Strömungsrichtung der Extraktionsflüssigkeit gehalten wird.

Es ist bekannt, bei der Herstellung pulverförmigen oder granulatförmigen Kaffeeextrakt die vorzugsweise wässrige Extraktion der löslichen Bestandteile gerösteten Kaffees unter Zusatz fester Kaffeebestandteile auszuführen, die auf kolloide Partikelgrösse vermählen sind, woraufhin man einen Extrakt herstellt, der feste Kaffeebestandteile kolloider Partikelgrösse und lösliche Kaffeebestandteile enthält. Man nimmt an, dass die kolloidalen Bestandteile aromaverstärkende und aromabewahrende Eigenschaften haben, vermutlich weil die flüchtigen Aromastoffe an die Kolloidpartikeln gebunden sind, so dass eine Tasse Kaffee, die aus einem auf diese Weise hergestellten Kaffeeextraktpulver oder -granulat bereitet worden ist, mit Bezug auf Geschmack, Duft und Trübung frisch aufgebrühtem Kaffee mehr gleicht, als aus entsprechenden Produkten ohne diese kolloidalen Bestandteile bereiteter Kaffee.

Diesem bekannten Verfahren gemäss muss man jedoch neben dem normalen Vermählen noch einen Teil des gerösteten Kaffees, eventuell nach der Extraktion, auf kolloidale Partikelgrösse vermählen. Ausserdem ist es zur Kolloidstabilisierung erforderlich, dass wenigstens der.kolloidale Kaffeepulverteil auf einen pH-Wert eingestellt ist, der höchstens ca. 5,2 beträgt.

Im Zusammenhang mit Extraktionsverfahren, nach welchen das Extraktionsmaterial in.ständiger Bewegung quer zur Strömungsrichtung

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der Extraktionsflüssigkeit gehalten wird, hat es sich nun erwiesen, dass man auf weit einfachere Weise als nach dem genannten, bekannten Verfahren einen Extrakt erzielen kann, der feste Kaffeebestandteile kolloidaler Partikelgrösse in genügender Menge enthält. Es ist nicht notwendig, eine besondere Kolloidvermahlung vorzunehmen, da Kaffee, der zu Extraktionszwecken normal vermählen worden ist, eine ganze Menge kolloidfeine Partikeln enthält. Wenn dieser Kaffee während des Extrahierens in ständiger Bewegung quer zur Strömungsrichtung der Extraktionsflüssigkeit gehalten wird, wird ein wesentlicher Teil der vorhandenen kolloidfeinen Partikeln in die Extraktionsflüssigkeit übernommen.

Das Problem ist jetzt nur, den Extrakt so vom Extraktionsmaterial zu trennen, dass die kolloidfeinen Partikeln im Extrakt verbleiben. Diese Aufgabe wird durch das erfindungsgemässe Verfahren gelöst, das dadurch gekennzeichnet ist, dass der Extrakt mit Hilfe eines Filters vom Extraktionsmaterial getrennt wird, der einen wesentlichen Teil der vorhandenen kolloidfeinen Partikeln durchlässt, und dass das zerteilte Material in unmittelbarer Nähe des Filters in den Extraktionsbehälter eingetragen wird.

Die Filter, die bisher bei Extraktionen wie der genannten benutzt worden sind, sind nicht dazu vorgesehen gewesen, einen wesentlichen Teil der kolloidalen Partikeln durchzulassen. In der Beschreibung des eingangs erwähnten, bekannten Verfahrens, ist nur von Dekantierverfahren zur Trennung des kolloidalen Teiles vom nicht kolloidalen Teil die Rede, und es ist natürlich wesentlich-, umständlicher, eine Dekantierung auszuführen als eine Filtration mit Hilfe des nach dem erfindungsgemässen Verfahren verwendeten Filters vorzunehmen, der einen integrierenden Teil der Extraktionsvorrichtung bilden kann.

Durch z.B. Zerstäubungstrocknung des nach dem erfindungsgemässen Verfahren gewonnenen Extraktes erhalt man ein Produkt, dessen Eigenschaften, was Geschmack, Duft und Trübungsbildung anbelangt, durch die kolloidfeinen Partikeln in befriedigendem Umfang verbessert sind. Es ist normalerweise nicht erforderlich, besondere Massnahmen zur Kolloidstabilisierung zu treffen.

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Zum Erzielen des günstigen Resultates besüglich des Geschmacks und Aronaa des fertigen Produktes trägt der Umstand bei, dass das zerteilte Material in unmittelbarer Nähe des Filters in den Extraktionsbehälter eingetragen wire., da die Kolloide hierdurch besonders effektiv vom Extrakt ni^snoienen werden, weil sie nur einen verhältnismässig kurzen Weg durch (1ε ε Material hindurch zurückzulegen brauchen und ihr Aufenthalt im Extrakticnsbehälter hierdurch so kurz wie möglich wird.

Dies ist insbesondere bei der Herstellung von Pulverkaffee von Wichtigkeit, bei der kontinuierlich unter Druck bei mehr als 100° C_f z.B. bis zu l80° G, extrahiert wird. Da ein wesentlicher Teil der flüchtigen Aromastoffe an die Kolloide gebunden ist, ist es wahrscheinlich, dass der Gesohrssck des fertigen Produkts davon abhängt, wie lange die Kolloidpartil:eln der hohen Temperatur ausgesetzt werden. Nach dem erfindungsgemässen Verfahren wird erreicht, dass die Kolloidpartikeln im Extrakt der hohen Temperatur nur so kurz wie überhaupt möglich ausgesetzt werden. Zwecks zusätzlichen Stabilisierens der Aromastoffe wird der Extrakt unmittelbar nach dem Trennen vom Rückstand aunter 50° G abgekühlt, vorzugsweise unter 40° C, unter welcher Temperatur der Extrakt eine angemessene Stabilität besitzt, so dass er es verträgt, eine Zeit lang aufbewahrt zu werden, bevor er, gewöhnlich durch Zerstäubungstrocknung, getrocknet wird. Der Extrakt kann in gewissen Fällen bis hinunter auf 2° C abgekühlt werden, indem die gewählte Temperatur von den gewünschten Eigenschaften des durch die Zerstäubungstrocknung gewonnenen Pulvers abhängt.

Die Erfindung betrifft auch eine Vorrichtung zur Ausführung des erfindungsgemässen Verfahrens, die einen Extraktionsbehälter, in diesem drehbar gelagerte Förderorgane zum Bewegen des Extraktionsmateriales quer zur Strömungsrichtung der Extraktionsflüssigkeit und eine mit kreisförmigen Spalten versehene Filterplatte umfasst, welche Vorrichtung dadurch gekennzeichnet ist, dass die Filterplatte teils mit Schabeorganen, die während des Betriebes der Vorrichtung umlaufen und solche Dimensionen haben, dass sie für ein gründliches Umrühren selbst an der Filterplatte befindlichen Extraktionsmateriales sorgen, teils mit Messern versehen ist, dia während des Betriebes der Vorrichtung umlaufen und sich

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- 4 -durch die kreisförmigen Spalte hindurch erstrecken.

Ein derart eingerichteter Filter eignet sich vorzüglich zur Ausführung des erfindungsgemässen Verfahrens. Die Schabeorgane schieben das Extraktionsmaterial von der Filterplatte weg und rühren es um, so dass die Bildung eines Filterkuchens vermieden wird und das Extraktionsmaterial an dieser kritischen Stelle genügend in Bewegung gehalten wird, damit es nicht wie ein Filter für die im Extrakt befindlichen kolloidfeinen Partikeln wirkt. Die Messer halten die Spalte frei.

Es sind ähnliche Filter mit Schabeorganen bekannt, aber es sind keine solche Filter bekannt geworden, bei denen die Schabeorgane in Kombination mit den Messern speziell dazu eingerichtet sind, kolloidfeine Partikeln in grösstmöglichem Umfang durchzulassen.

Insbesondere wird beabsichtigt, das erfindungsgemässe Verfahren mit einer Vorrichtung auszuführen, die einen in seiner Längsrichtung schräggestellten, länglichen Trog, hierin drehbar gelagerte Förderorgane, die dazu berechnet sind, das Extraktionsmaterial durch den Trog zu schrauben sowie es/uber Extraktionsflüssigkeit, die durch Einwirkung der Schwerkraft durch den Trog strömt, hinwegzuheben und in diese hineinzuführen, eine Eintrittöffnung für das zerteilte Material am unteren, mit der Filterplatte versehenen Ende des Troges sowie eine Austrittöffnung für das extrahierte Material und eine Eintrittöffnung für die Extraktionsflüssigkeit am oberen Ende des Troges umfasst.

Mit einer solchen Vorrichtung, bei der das Extraktionsmaterial dazu gebracht wird, den von den Förderorganen beherrschten Querschnitt vollständig auszufüllen, wird eine vortreffliche Extraktion und gleichzeitig eine befriedigende Aufschlämmung der kolloidfeinen Partikeln in der Extraktionsflüssigkeit erreicht. Bei einer solchen Vorrichtung ist es erfindungsgemäss zweckmässig, dass die Schabeorgane und die Messer auf einem mit den Förderorganen drehbaren Ring angebracht sind. Dies stellt eine einfache und wirtschaftliche Konstruktion dar.

Obwohl die Erfindung oben speziell in Verbindung mit der Extrak-

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tion von vermahlenem, geröstetem Kaffee beschrieben ist,, lässt sie sich auch beispielsweise auf die Herstellung eines Extrakts aus Kaffeeersatz und im übrigen auf die Extraktion löslichen Stoffes aus einem beliebigen, mebr oder .weniger zerteilten Material anwenden, bei der man wünscht, dass ,' im Material enthaltene kolloidfeine Bestandteile mit in den Extrakt übernommen werden.

Nachstehend wird die Erfindung an Hand der Zeichnung näher erklärt, und zwar an einer Ausführungsform eines bei dem beschriebenen Verfahren anzuwendenden Filters. Es zeigt

Fig. 1 schematisch die Hälfte einer doppelten Filterplatte mit zugehörigen Schabeorganen und Messern für eine Ausführungsform der besprochenen Vorrichtung in der Form eines doppelten Troges, und zwar wird die Filterplatte von der dem Troginneren zugekehrten Seite aus gesehen,

Fig. 2 die in Fig. 1 gezeigte Filterplatte teils von der rechten Seite her gesehen, teils im Schnitt nach der Linie

Fig. 3 einen Ausschnitt des Schnittes in Fig. 2 in

grösserem Massstab und

Fig. 4 ein einzelnes Messer für die Filterplatte in Fig. 1.

In den Fig, 1 und 2 bezeichnet 1 eine Filterplatte mit kreisförmigen, konzentrischen Spalten 2. Auf einen Ring 3 sind Platten aufgeschweisst, die als Halter für die Schabeorgane 5 dienen. Am Ring 3 sind ausserdem Bolzen 6 befestigt, die Messer 7 der in Fig. 4 gezeigten Form tragen. Die Messer 7 sind an den Bolzen 6 befestigt und mit Hilfe nicht gezeichneter Muttern voneinander getrennt.

In den Fig. 2 und 3 bezeichnet Ö angeschweisste, radial verlaufende Rippen, die die Filterplatte 1 zusammenhalten und mit Aussparungen 9 für die Messer 7 versehen sind.

Lev Ausschnitt in Fig. 3 veranschaulicht die Querschnittform der Spalte 2 in der Filterplatte 1. Wie aus der Figur ersichtlich ist, sind die Spalts 2 teils mit einem den Aussparungen 9 entsprechenden Teil 2^f , liil-i mit einem engeren Teil 2⁵³ ansgsvildst, der für

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die Kaffeeextraktion z.B. eine Spaltbreite von 1 um haben kann.

Das Messer 7 in Fig. 4, das eine dem Bolzen 6 entsprechende öffnung 10 aufweist, kann zur Anwendung mit Spalten 2, die im Spaltenteil 2" eine Spaltbreite von 1 mm haben, aus O,β mm starkem Blech hergestellt sein.

Die Filterplatte 1 ist in beliebiger, bekannter Weise über einer entsprechenden Ausnehmung in der unteren Stirnwand eines Troges befestigt, der dem in Anspruch 4 angegebenen entspricht. Durch eine in der Filterplatte 1 mittig angebrachte Bohrung 11, ist das eine Wellenende der Förderorgane im genannten Trog hindurchgeführt. Der Ring 3 mit den Schabeorganen 5 und den Messern 7 ist so eingerichtet, dass er sich mit den genannten Förderorganen dreht.

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Claims

1. Verfahren bei der Gegenstrom-Flüssigkeitsextraktion löslichen Stoffes aus einem mehr oder weniger zerteilten Material, dessen unlöslicher Teil kolloidfeine Partikeln umfasst, vorzugsweise vermahlene, geröstete Kaffeebohnen, nach welchem Verfahren das Extraktionsmaterial in ständiger Bewegung quer zur Strömungsrichtung der Extraktionsflüssigkeit gehalten wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Extrakt mit Hilfe eines Filters vom Extraktionsmaterial getrennt wird, der einen wesentlichen Teil der vorhandenen kolloidfeinen Partikeln durchlässt, und dass das zerteilte Material in unmittelbarer Nähe des Filters in den Extraktionebehälter eingetragen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1 bei der Flüssigkeitsextraktion vermahlener, gerösteter Kaffeebohnen, dadurch gekennzeichnet, dass die Extraktion unter Druck ausgeführt und der Extrakt unmittelbar nach dem Trennen vom Extraktionsmaterial unter 50° C, vorzugsweise unter 40°, abgekühlt wird.

3. - Vorrichtung zur Ausführung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2, die einen Extraktionsbehälter, in diesem drehbar gelagerte Förderorgane zum Bewegen des Extraktionsmateriales quer zur Strömungsrichtung der Extraktionsflüssigkeit und eine mit kreisförmigen Spalten versehene Filterplatte umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass die Filterplatte (1) teils mit Schabeorganen (5), die während des Betriebes der Vorrichtung umlaufen und solche Dimensionen haben, dass sie für ein gründliches Umrühren selbst an der Filterplatte {lj befindlichen Extraktionsmateriales sorgen, teils mit Messern (7) versehen ist, die während des Betriebes der Vorrichtung umlaufen und sich durch die kreisförmigen Spalte (2) hindurch erstrecken.

V· * Vorrichtung nach Anspruch 3* die einen in seiner Längsrichtung schräggestellten, länglichen Trog, hierin drehbar gelagerte Förderorgane, die dazu berechnet sind, das Extraktionsmaterial durch den Trog zu schrauben sowie es abwechselnd über Extraktionsflüssigkeit, die durch Einwirkung der Schwerkraft durch den Trog strömt, hinwegzuheben und in diese hineinzuführen, eine Eintrittöffnung für das zerteilte Material an unteren, mit der Filterplatte versehenen Ende des Troges sowie eine üustrittöffnung für das extrahierte Material und eine Eintritt öffnung für

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die Extraktionsflüssigkeit am oberen Ende des Troges umfasst, dadurch gekennzeichnet _t dass die Schabeorgane (5) und die Messer (^) auf einem mit den Förderorganen drehbaren Ring (3) angebracht sind«

5. Pulverförmiger Kaffeeextrakt, dadurch gekennzeichnet, dass er nach dem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2 und anschliessendem Trocknen des flüssigen Extraktes hergestellt ist.

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