DE2106133B2 - Verfahren zur Gewinnung von Aromabestandteile enthaltendem Kaffeeöl aus Röstkaffee - Google Patents

Description

Es ist bekannt, Aromafraktionen aus Röstkaffee zu gewinnen, um diese zur Aromatisierung von Kaffee-Extraktpulvfirn zu verwenden.

Nach einem Verfahren wird Röstkaffee mittels Wasserdampf oder feuchten Inertgasen bei niedrigen Überdrucken von flüchtigen Aromabestandteilen befreit, wobei ein aromahaltiges Kondensat entsteht, das den auf übliche Weise hergestellten Kaffeedicksäften vor oder nach der Sprüh- oder Gefriertrocknung 2; zugesetzt wird. Dieses Verfahren hat den Nachteil, daß die feuchtigkeitsempfindlichen, leichtflüchtigen Aromabestandteile mit Wasser in Kontakt kommen und dadurch eine Reihe von unerwünschten Umsetzungen eingeleitet wird, die in wäßriger Phase ablaufen können, to z. B. Kondensationen, Hydrolysereaktionen. Außerdem geht insbesondere bei der Sprühtrocknung ein großer Teil des Aromas wieder verloren.

Nach einem anderen Verfahren wird aus Röstkaffee durch Auspressen mittels Schneckenpressen od. dgl. ein r, Aromaöl gewonnen, das in die fertigen Extrakte, gegebenenfalls in angereicherter Form, eingearbeitet wird. Trotz größerer Ausgewogenheit der mittel- und schwerflüchtigen Aromabestandteile in diesen Extrakten haben diese doch den Nachteil, mehr oder weniger in stark brenzlig zu riechen, was durch die beim Pressen im Innern der gepreßten Masse auftretenden hohen Drücke und Temperaturen und die dadurch erfolgende teilweise Pyrolyse bedingt ist. Außerdem ist in diesen Extrakten infolge der Preßbedingungen der Gehalt an leichtflüchtigen Anteilen niedriger als in frischem Röstkaffee. Die bei dem Preßverfahren anfallenden Preßrückstände haben zwar noch einen hohen Extraktgehalt, können aber nicht ohne weiteres in den üblichen Extraktionsanlagen verarbeitet werden, da ihr Feinan- >o teil sehr hoch ist und zu einer Verstopfung der Filter führt, weshalb die Preßrückstände durch nochmaliges Pressen in extrahierbares, grobkörniges Material überführt werden müßten.

Ferner hat man Aromabestandteile mittels Lösungsmittelextraktion aus Röstkaffee gewonnen, wobei die Polarität der Lösungsmittel so eingestellt wurde, daß möglichst viele Aromaanteile extrahiert werden. Der Nachteil dieses Verfahrens liegt vor allem darin, die Lösungsmittel quantitativ von den Aromabestandteilen bo zu trennen; dies ist nicht ohne Velust insbesondere der leichtflüchtigen Komponenten möglich.

Schließlich ist es bekannt, aus pflanzlichem Material, wie Röstkaffee, mit gasförmigem Kohlendioxid bei Drücken von etwa 5 bis 40 Atm. flüchtige Aromastoffe zu extrahieren, das gasförmige CO2 zu kondensieren und dann das Kondensat mit den in ihm enthaltenen flüchtigen Aromastoffen dem Kaffee-Extrakt zwecks Aromatisierung desselben zuzusetzen. Man kann die flüchtigen Aromastoffe auch mit flüssigem CO2 extrahieren, wobei man — gegenüber der Extraktion mit gasförmigem CO2 — außer den flüchtigen Aromabestandteilen noch etwas fettartige Bestandteile mitextrahiert, aber es fallen hierbei nur verschwindend geringe Mengen an Fettsubstanzen an, so daß praktisch auch mit flüssigem CO2 nur die flüchtigen Aromastoffe gewonnen werden. Ihre Zusammensetzung ist zudem gegenüber dem ursprünglichen Aromaprofil verzerrt, weil mit flüssigem CO2 vorwiegend die leichtflüchtigen Bestandteile des Aromas extrahiert werden.

Hier setzt die Erfindung ein. Sie geht von der Erkenntnis aus, daß es zwar im Prinzip richtig ist, als Extraktionsmittel CO2, d. h. eine geschmacklich neutrale Substanz zu verwenden, daß man aber zu einer einwandfreien Gewinnung des aromatischen Prinzips nicht nur die flüchtigen Duftstoffe extrahieren darf, die nicht haltbar sind, sondern sofort dem Kaffee-Extrakt zugesetzt werden müssen, sondern daß man auch die im Röstkaffee enthaltenen Antioxidantien sowie das Kaffeeöl in erheblichem Umfang ausziehen muß; dadurch fallen nämlich die empfindlichen und flüchtigen Duftstoffe an dem Öl als Matrix adsorbiert an, sind also als öl leicht dosierbar, und außerdem sind sie dann lagerfähig und deshalb technisch sehr einfach zu handhaben, weil der Ölextrakt auch Antioxidantien enthält.

Dieses Ziel, auch die nichtflüchtigen öligen Geschmacksstoffe sowie die Antioxidantien bei der Extraktion zu erfassen, läßt sich allerdings nicht erreichen, wenn man als Extraktionsmittel flüssiges oder gasförmiges CO2 von Drücken von etwa 5 bis 40 Atm. verwendet. Vielmehr muß man das CO2 — und das ist eine weitere Erkenntnis der Erfindung — in überkritischer Fluidphase einsetzen. Überkritisches CO2 im Sinne der Erfindung ist CO₂, dessen Temperatur oberhalb der kritischen Temperatur von CO2 (31,3°C) und dessen Di'uck oberhalb des kritischen Druckes von CO₂(etwa 73 Atm.) liegt.

Überkritisches CO₂ hat ein erhebliches Lösungsvermögen, erheblich höher als CO₂ von Normaldruck oder von nur wenig erhöhten Drücken. Der Druck des überkritischen CO₂ kann bis zu mehreren tausend Atmosphären gesteigert werden, und da das Lösungsvermögen des überkritischen CO₂ mit steigendem Druck zunimmt sowie die Polarität des Lösungsmittels eine Veränderung erfährt, hat man es durch Wahl des Arbeitsdruckes in der Hand, das Lösungsvermögen der Fluidphase dem gewünschten Zweck anzupassen, man hat ein »Lösungsmittel nach Maß«.

Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zum Extrahieren von Aromabestandteilen enthaltendem Kaffeeöl aus Röstkaffee mit CO₂ als Extraktionsmittel, das dadurch gekennzeichnet ist, daß man dem gerösteten Kaffee das öl mit den Aromastoffen durch Extrahieren mit überkritischem CO₂ in der Fluidphase im Kreislauf bei einer Temperatur von 40 bis 170°C und bei Drücken von 73 bis 2000 atü, vorzugsweise von 150 bis 350 atü, entzieht.

Durch dieses Verfahren gelingt es, bis zu 10% öl zu extrahieren. Außerdem werden infolge des erhöhten Lösungsvermögens bei den erfindungsgemäß angewendeten hohen Drücken nicht nur zusätzlich zu den Duftstoffen die öle extrahiert, sondern auch Antioxidantien. Entscheidend ist es hierbei, daß die Duftstoffe immer zusammen mit den Antioxidantien anfallen, also von Beginn an lagerfähig sind und keinem Abbau

unterliegen. Der Anteil des Extraktes an öl läßt sich durch Änderung von Temperatur und Druck bzw. Partialdruck des CO2 beliebig einstellen. Ein gewisser ulanteil soll immer mitextrahiert werden, weil das Öl als Träger für die adsorptive Bindung und den o.ntioxidati- -, ven Schutz der flüchtigen Aromakomponenten erwünscht ist.

Man arbeitet vorzugsweise bei Drücken zwischen 200 und 400 atü, um einen ölanteil von ca. 10 bis 12% des Kaffeegewichtes zu erhalten. ι ο

Drücke über 350 atü haben den Vorteil, daß dadurch die Polarität und damit die Selektivität des CO₂ geändert wird und so die Möglichkeit besteht, die Qualität der Aromakomposition zu beeinflussen.

Das trockene CGj kann sowohl allein als auch in r, Mischung mit anderen inerten Gasen eingesetzt werden, wobei dann oberhalb der höchsten im Gemisch vorkommenden kritischen Temperatur gearbeitet werden muß. Ebenso ist der alleinige Einsatz der erwähnten anderen Gase als Extraktionsmittel mög'ich. Hier kommen die Gase

Schwefelhexafluorid SFi, (krit. Temperatur
45,6⁰C),

Trif luormethan CH F₃ (krit. Temp. 33° C),

Monochlordifluormethan CHF₂CI (krit. Temp. 2> 96° C),

Monochlortrifluormethan CF3CI (krit. Temp.

28,8° C),

PerfluorpropanC3F₈(krit.Temp.71,9⁰C)
in Betracht. jo

Durch Änderung der Extraktionstemperatur ist es ferner möglich, den Geruchscharakter der Öle zu modifizieren. So ändert sich z. B. das: Aroma von »leicht, lieblich« bei 50 bis 70⁰C in Richtung »schwerer, rauchig« bei 130 bis 15O⁰C. r,

Als Extraktionsrückstand werden bei dem Verfahren nach der Erfindung Öle von gelber bis dunkelgelber Farbe erhalten, die ein sehr intensives Kaffeearoma haben und, verglichen mit Ölen aus dem mechanischen Preßverfahren, keinen brenzligen Geruch aufweisen. Die Aromazahlbestimmung nach Wu r ζ ige r (Deutsche Lebensmittel-Rundschau 9, 189 [1952]) ergab z. B. Werte von 9 bis 10, während die Preßöle nur bei ca. 2,5 liegen. Ebenso ist der Gehalt an Antioxidatien höher als bei Preßölen.

In der Zeichnung sind zwei bevorzugte Ausführungsformen des Verfahrens nach der Erfindung erläutert.

Bei dem in F i g. 1 dargestellten Verfahren wird der Behälter 1 mit sehr grob gemahlenem Röstkaffee beschickt, Behälter 2 zur Hälfte mit flüssigem CO₂ so gefüllt und dann CO₂ über die Ventile 8 und 9 und den Vorwärmer 3 durch den Kompressor 4 angesaugt, verdichtet und über den Wärmetauscher 5 in Behälter 1 gedruckt. Nach Erreichen des gewünschten Druckes in 1 wird Ventil 8 geschlossen, 7 geöffnet und Drosselventil 6 so weit geöffnet, daß der Druck in 1 konstant bleibt. Die Temperaturen in 1 müssen oberhalb der kritischen Temperatur von CO₂ liegen. In 1 erfolgt nun die Extraktion der flüchtigen Aromabestandteile und des Öls, die beide mit dem Gasstrom in 2 überführt werden. t>o Hier erfolgt die Kondensation des Gases und die Abscheidung der extrahierten Komponenten. Die Temperaturen in 2 müssen unterhalb der kritischen Temperatur des CO₂ liegen. Aus der Dampfphase von 2 wird dann wieder das CO₂ angesaugt, in 3 vorgewärmt, b5 in 4 komprimiert und gefördert usw. Die Dauer dieses Kreislaufs hängt von der gewünschten Ölausbeute der Temperatur und dem Druck in Behälter 1 ab. Nach beendeter Extraktion wird die gesinnte im Kreislauf befindliche CO₂-Menge in 2 kondensiert und von hier aus sehr langsam abgedampft, so daß die Temperatur nicht wesentlich unter — 10°C sinkt, da anderenfalls bestimmte ölanteile irreversibel gelieren.

Bei dem in F i g. 2 erläuterten Verfahren wird Behälter 1 mit sehr grob gemahlenem Röstkaffee beschickt und der kühlbare Sammelbehälter 4 über 7 mit flüssigem CO₂ völlig gefüllt. Letzteres wird durch Pumpe 5 gefördert, im Nachverdampfer 6 auf überkritische Temperaturen erhitzt und in den Extraktionsbehälter 1 gedrückt. Das Gas verläßt diesen durch Filter 2 und gibt im Wärmetauscher 3 einen Teil seines Wärmeinhalts an das entgegenströmende, noch flüssige CO₂ ab, darf selbst aber nicht kälter als etwa 35° C werden. Der Übergang in den unterkritischen also flüssigen Zustand erfolgt durch zusätzliche Kühlung im Sammelbehälter 4. Hier scheidet sich das in 1 extrahierte Aromaöl ab und sammelt sich am Boden an. Das überstehende flüssige CO₂ wird durch Pumpe 5 wiederum angesaugt und verdampft bereits zum Teil in 3, vollständig in 6 durch Zusatzheizung. Der Druck ist im gesamten Kreislauf überall annähernd gleich, wenn man von einer geringen Druckerhöhung durch die Pumpe zur Überwindung des Strömungswiderstandes absieht. Die Betriebsdauer des Kreislaufs hängt wiederum von der gewünschten Ölausbeute sowie den gewählten Drücken und Temperaturen in 1 ab.

Es ist aus der Literatur bekannt, daß die Aufnahmefähigkeit von gasförmigem CO₂ für Öle mit steigendem Druck zunimmt und bei flüssigem CO₂ ihr Maximum erreicht; auch vom überkritischen CO₂ ist bekannt, daß sein Lösevermögen mit steigendem Druck zunimmt, und zwar auch nur bis zu einem Höchstwert, der jenem des flüssigen CO₂ entspricht.

Es ist daher außerordentlich überraschend, daß beim erfindungsgemäßen Verfahren die Aufnahmefähigkeit der überkritischen CO₂-Phase für Aromabestandteile, Kaffeeöle und Antioxidantien ganz erheblich größer ist als das Lösungsvermögen des flüssigen CO₂, so daß durch die Verflüssigung der überkritischen Phase die Abtrennung der von ihr aufgenommenen Bestandteile möglich ist.

Bei den nachfolgend beschriebenen Vergleichsversuchen wurde die Extraktion des Röstkaffees mit. überkritischem CO₂ (Versuche b—f) in der Apparatur gemäß F i g. 1 und nach der Arbeitsweise von Beispiel 1 vorgenommen. Die Extraktion mit flüssigem CO₂ (Versuch a) erfolgte in der gleichen Apparatur; es wurden lediglich die Wärmetauscher ausgeschaltet. Es wurde in allen Fällen ein Aromaöl in der für Röstkaffee typischen Aromakonzentration gewonnen. Die erzielten Ausbeuten wurden jeweils auf 1 kg Aromaöl umgerechnet.

	Zur Extraktion von	Temperatur	Druck
	1 kg Aromaöl erforderliche
	Menge CO2 in kg	(°C)	(atü)
a	29 400	29	90
b	390	33	310
C	373	70	310
d	472	100	310
e	690	130	310
f	422	160	310

Der entölte Röstkaffee kann ohne weitere Vorbehandlung für die Extraktgewinnung eingesetzt werden.

Der Feinkornanteil, der hier maximal 4% betragen darf, liegt bei dem druckextrahierten Material bei 3%, also deutlich darunter. Der Gehall an wasserlöslichen Extraktanteilen wird durch die CO₂-Behandlung nicht vermindert.

Die Aromatisierung von Kaffee-Extrakten durch die erfindungsgemäß gewonnenen Öle läßt sich nach folgenden Methoden durchführen:

a) Nach Abdampfen des CO2 aus den Behältern 2 bzw. 4 (siehe F i g. 1 und 2) wird das relativ dünnflüssige öl abgelassen und in bekannter Weise durch Mischen usw. in Kaffee-Extraktpulver eingearbeitet.

b) In die Behälter 2 bzw. 4 wird vor Beginn der Extraktion Sprühkaffee vorgelegt, der die öle nebst den Aromastoffen vollständig adsorptiv bindet. Nach Ende der Extraktion zieht man das CO2 durch Verdampfung ab und erhält ein noch frei fließendes Pulver, dessen ölanteil ohne wesentliche Beeinträchtigung der Verarbeitbarkeit bis zu 40% betragen kann. Es kann als Aromaträger in die Extraktpulver in üblicher Weise eingearbeitet werden. Das restliche, im Material verbleibende CO2 wirkt als inertes Schutzgas sehr vorteilhaft.

Beispiele Beispiel 1

g grobgeschroteter Röstkaffee (coffeinhaltig) werden in der Anlage gemäß Fig. 1 drei Stunden bei 70° C und 290 atü mit CO₂ behandelt.

Ergebnis:

Öl:41 g klares, hellgelbes Öl mit Aromazahl 9,6;

Aroma: mild, lieblich.
Kaffee:

Extraktgehalt (wasserlöslich): 28,5%; Petrolätherlösliches: 4,9%

(vor Behandlung 14,6%);

Feinkornanteil <0,5mm:3%.

Die antioxidative Wirksamkeit des so gewonnenen Aromaöls wurde mit Hilfe der Peroxidzahlmethode nach Sully (vgl. Handbuch der Lebensmittelchemie, Band IV, S. 877, Springer-Verlag) gemessen. Zu diesem Zweck wurde reines antioxidantienfreies Fett mit 0,1% Aromaöl versetzt und mit unbehandeltem Fett als Blindprobe verglichen:

Probe	Aus gang	nach 1 Std. 1000C	nach 2 Std.	nach 3 Std.	nach 4 Std.
Reines Fett Fett + 0,1% Aromaöl	1,3 1,4	2,8 2,2	6,9 3,7	13,8 6,7	22,6 15,1

Beispiel 2

400 g grob geschroteter Röstkaffee (coffeinhaltig) werden in der Anlage gemäß Fig. 1 vier Stunden bei 150⁰C und 300 atü mit CO₂ behandelt.

Ergebnis:

öl: 52 g klares, dunkelgelbes Öl mit

Aromazahl 8,7;

Aroma: rauchig, schwerer als aus 1.
Kaffee:

Extraktgehalt (wasserlöslich): 28.7%.

Petrolätherlösliches: 1,6%.

Feinkornanteil <0,5 mm: 3,2%.

Beispiel 3

400 g grob geschroteter Röstkaffee (coffcinfrei) werden in der Anlage gemäß Fig. 2 vier Stunden bei 90⁼C und 320 atü mit CO₂ behandelt.

Ergebnis:

Öl:40 g gelbes, leicht trübes Öl mit

Aromazahl 8,5;

Aroma: leicht rauchig, mittelschwer.
Kaffee:

Extraktgehalt (wasserlöslich): 25,1%;

Petrolätherlösliches: 3,2%

(vor Behandlung 13%);

Feinkornanteil <0,5mm:2,9%.

Beispiel 4

40 g grob geschroteter Röstkaffee (coffeinhaltig) werden in der Anlage gemäß F i g. 1 eine Stunde bei 50° C und 1740 atü mit CO₂ behandelt.

Ergebnis:

öl: 4,5 g hellgelbes, leicht trübes Öl mit
Aromazahl 10,5;
Aroma: mild, mittelschwer.
Kaffee:

Extraktgehalt (wasserlöslich): 26%;

Petrolätherlösliches: <0,5%;
Feinkornanteil <0,5mm:3,5%.

Beispiel 5

400 g grob geschroteter Röstkaffee (coffeinhaltig; werden in der Anlage gemäß Fig. 1 drei Stunden be 8O⁰C und 300 atü mit CO₂ behandelt. In Behälter 2 bzw 4 werden vorher 100 g Sprühkaffee eingebracht. Nach

■-,0 Abdampfen des CO₂ werden 143 g noch fließfähiges hocharomatisches Pulver gewonnen, mit dem 22 kg Gefrierextrakt in herkömmlicher Weise aromatisieri werden können. Dieses Material erweist sich in bezug auf das Aroma auch nach mehrmonatiger Lagerzei

v-, einem mit Preßöl aromatisierten Produkt eindeutig überlegen.

Hierzu I Blatt Zcichnuimcn

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Verfahren zum Extrahieren von Aromabestandteilen enthaltendem Kaffeeöl aus Röstkaffee mit ■-, CO2 als Extraktionsmittel, dadurch gekennzeichnet, daß man dem gerösteten Kaffee das öl mit den Aromastoffen durch Extrahieren mit überkritischem CO₂ in der Fluidphase im Kreislauf bei einer Temperatur von 40 bis 170° C und bei Drücken von 73 bis 2000 atü, vorzugsweise von 150 bis 350 atü, entzieht.