DE2200616A1

DE2200616A1 - Kaffeeauszugherstellungsverfahren und kaffeefilterverpackung fuer dessen durchfuehrung

Info

Publication number: DE2200616A1
Application number: DE19722200616
Authority: DE
Inventors: Franciscus Michielsen
Original assignee: Miko PVBA
Current assignee: Miko PVBA
Priority date: 1971-12-07
Filing date: 1972-01-07
Publication date: 1973-06-20
Also published as: JPS4885771A; NL7200109A; DE2200616B2; DE2200616C3; FR2162335B2; HK18177A; OA04659A; FR2162335A2; JPS5217108B2

Description

"Kaffeeauszugherstellungsverfahren und Kaffeefilterverpackung für dessen Durchführung"

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von Kaffeeauszügen, sowie auf eine Kaffeefilterverpackung für die Durchführung desselben.

Bekanntlich enthalten die Röstkaffeezellen mehr als 250 verschiedene Aromastoffe. Bei der Berührung dieser Zellen mit heissem bzw. kochendem Wasser lösen sich die Polysaccharide der Zellwände im Wasser, demzufolge der Aromatisierungsvorgang unverzüglich in Gang gebracht wird. Während dieses Vorganges werden die Aromastoffe in der Form eines flüchtigen wasserlöslichen ätherischen 01s freigesetzt«

Beim offenen Kaffeeaufbereitungsverfahren entweicht ein grosser Teil der betreffenden flüchtigen Bestandteile, infolgedessen der Aromastoffgehalt des Auszugs, sogar mit den besten Kaffeesorten, sehr beschränkt ista Es hat sich ja herausgestellt, dass es bei offener Aufbereitung unmöglich ist einen höhreren Tassenwert als 35 zu erhalten. Es handelt sich dabei um den gemäss dem u.a. in den Zeitschriften "Deutsche Lebensmittelrundsehau" CBd. H8, Heft 9, September 1952, S. 189-194) und "Cafe, Cacao, The" (Bd.VII, Nr. 3,

309825/0669

Juli-September 19 63, S.253-260) beschriebenen Verfahren gemessenen sogenannten Tassenwert.

Um einen reicheren Auszug zu erhalten wurden schon von verschiedenen Seiten geschlossene Aufbereitungsverfahren vorgeschlagen, wobei äusserliche Drucksteigerungsvorrichtungen angewendet werden um das Lösen der Aromastoffe und sonstiger Bestandteile im Wasser zu fördern. Dies erfordert natürlich die Zuhilfenahme eines teuren Spezialgeräts, dessen Preis den einmaligen Gebrauch ohne weiteres ausschliesst.

Der vorliegenden Erfindung ist nun die Hauptaufgabe gestellt ein Kaffee-Auszug_herstellungsverfahren zu schaffen, das die Herstellung von Auszügen eines Tassenwertes der wesentlich höher ist als 3 5 mittels einer Vorrichtung für einmaligen Gebrauch und mit einer in der Praxis annehmbaren Durchlaufzeit ermöglicht.

Es ist zu bemerken, dass vor der Veröffentlichung der vorliegenden Erfindung schon mehrere verschiedene Filterverpackungen für einmaligen Gebrauch bekannt waren. Sämtliche Filterverpackungen welche sich für die kommerzielle Verwertung als geeignet erwiesen haben, gehören aber zum gemäss der offenen Aufbereitung wirkenden Typ. Ihnen haftet daher der vorgenannte Nachteil des Entweichens des grössten Teiles der flüchtigen Aromastoffe an.

Das erfindungsgemässe Verfahren gehört zum Typ wobei eine bestimmte Menge gerösteten und feingemahlenen Kaffees in einer Hülle mit einer oberen und eine unteren porösen, wasserdurchlässigen Wand eingeschlossen ist und heisses bzw. kochendes Wasser der Aussenseite der oberen Wand zugeführt wird. Es ist

3098 25/0669

im wesentlichen durch die folgenden vorangehenden Massnahmen gekennzeichnet:

1. Abwiegen einer bestimmten Kaffeemenge (Gewichtsmenge- G), welche bis auf einen Fehler von 8% dem durch die fol gende Formel gegebenen Wert entspricht:

r - ν T» Av. V

wo V = erwünschte Auszugsmenge (Volummenge) T = Tassenwert des Auszugs A_v= Aromaverlauf des gebrannten und gerösteten

Kaffees
N= Mahlindex des Kaffees

ρ = mit der betreffenden Kaffeesorte erreichbarer

Höchstdruck
t,= Gesamtdurchlaufzeit

2. Eine derartige Wahl der Hüllenabmessungen, dass die Schichtdicke der in der Hülle verpackten Kaffeemenge 6,5-13 mm und das Verhältnis Kaffeevolumen/Hülleninhalt 0,60 + 0,05 beträgt;

3. eine derartige Wahl des porösen Materials der oberen Wand, dass die betreffende Kapillarsteighöhe(Kapillardruck) der Differenz zwischen dem vorgenannten Höchstdruckwert (p_) und der mit dem betreffenden Wasserzufuhrsystem auf der oberen Wand erreichbaren Höchstwassersäule(hydrostatischem Druck)entspricht.

Die Erfindung bezieht sich, wie aus den untenstehenden Erläuterungen hervorgeht, ebenfalls auf geeignete Vorrichtungen für die praktische Durchführung des neuen erfindungs-

309825/0669

gemässen Kaffeeaufbereitungsverfahrens.

Die Kennzeichen und Vorteile der Erfindung werden jetzt an Hand der beiliegenden Zeichnungen eingehend erläutert, wo die Abbildung 1 einen Schnitt einer erfindungsgemässen Vorrichtung in einer bestimmten Stufe des Kaffeeaufbereitungsvorganges schematischerweise wiedergibt;

die Abbildung 2 ein sogenanntes Aromagramm eines durch ein bestimmtes geröstetes und gemahlenes Kaffeegemisch gemäss offener Aufbereitung erhaltenen Auszugs wiedergibt ·■>und

die Abbildung 3 den Verlauf des in der Vorrichtung gemäss der Abbildung 1 herrschenden Druckes während der Herstellung des Auszugs wiedergibt.

Die Vorrichtung für einmaligen Gebrauch gemäss der Abbildung 1 ist eine Vorrichtung eines bekannten Typs, welche im wesentlichen aus einer geschlossenen, eine obere Wand 2 und eine untere Wand 3 aufweisenden Hülle 1 besteht, welche Wände 2 und 3 aus einem porösen, wasserdurchlässigen Material, wie z.B. Filterpapier, hergestellt sind. Diese Wände 2 und 3 sind mit ihren Rändern an ringförmigen Vorsprüngen eines konischen bzw. nichtkonischen Ringes U befestigt. Wie in dicker ausgezogener Linie gezeichnet ist, lässt der Ring 4 sich oberhalb der Ebene der oberen Wand 2 zwecks Bildung eines Wasserbehälters 5 verlängern. Die Hülle 1 enthält eine bestimmte Menge gerösteten und gemahlenen Kaffees 6. Es handelt sich also um eine Vorrichtung an und für sich bekannter Art.

Zweck der vorliegenden Erfindung ist nun die Kaffeeaufbereitungsvorrichtung der vorgenannten Art derart anzupassen, dass die während des AufbereitungsVorganges freikommenden

309825/0669

flüchtigen Bestandteile sich möglichst weitgehend im Wasser lösen.

Die Herstellung einer erfindungsgemässen Filterverpackung für die Bereitung einer Auszugsmenge V (Volummenge) mit einem Tassenwert T findet folgendermassen statt.

Beim Gebrauch einer neuen Kaffeesorte bzw. eines neuen Kaffeegemisches kommt es darauf an erst das beste Aromagramm durch spektrophotometrische Versuche auf durch geschlossene Aufbereitung erhaltenen Auszügen bei verschiedenen Rost- und Mahlgraden zu bestimmen.

Zu diesem Zweck wird jedesmal 1 ml Auszug mit destilliertem Wasser bis 100 ml verdünnt. Küvetten von 1 cm werden spektrophotometrisch ausgemessen im Spektralbereich von 400 bis 200 nm mit einer Schlitzweite (Strahlenbündelweite) von 1 nm. Die Messungen finden mit destilliertem Wasser als Bezugsmedium statt. Auf der Abbildung 2 ist ein auf diese Weise erhaltenes Aromagramm wiedergegeben.

Dies ermöglicht die Bestimmung des besten Röst- und Mahlgrades, d.h. des Rost- und Mahlgrades, welche die Höchstwerte in den den Chlorogensäuren bzw. dem Koffeintrigolenin entsprechenden Spektralbereichen 310-330 nm und 260-280 nm ergeben.

Der vorgenannte Mahlgrad oder Mahlindex N wird mit der folgenden Formel erreichnet:

100
wo η = Maschenzahl pro cm des angewendeten Siebes g = Gewicht der zurückgehaltenen Kaffeemenge (Siebrest)

309825/0669

Mit den DIN-Standardsieben 10, 20, 30 und 60 erhält man z.B.

die folgenden Werte für 10 g Kaffee:

DIN IO 20 30 60

Kaffee(g) 2,50. 5,10 0,60 1,80

μ - 2,50 χ 100 t 5,10 χ HOO + 0,6 χ 900 + 1,8 χ 3600 _{A Q}, , ^m 100

Die zu verpackende Kaffeemenge (Gewichtsmenge) lässt sich erfindungsgemäss mittels der folgenden Formel errechnen:

T. A . V
G = K „

wo K = 2,87

T = erwünschter Tassenwert

V = erwünschte Auszugsmenge (Volummenge)

N = Mahlindex
m

ρ = mit der betreffenden Kaffeesorte erreichbarer Höchstdruck m

t,= erwünschte Durchlaufzeit

Das obenerwähnte Wurtzigersche Verfahren zur Bestimmung des Tassenwertes ist aber nicht genau genug für die Erfindung und ist, durch das folgende Verfahren zu ersetzen.

Eine bestimmte Menge (4 ml) des zu untersuchenden Auszugs wird zusammen mit einem Filterpapier in einen Behälter gebracht und in einem Erlenmeyerkolben mit Wasserdampf destilliert, wobei die flüchtigen Bestandteile in einer Bichromat-Schwefelsäurelösung (Cr₃O₇ ""/H₂SO^) aufgefangen werden. Das Gemisch wird nach 2 Stunden auf 105⁰C gekühlt und mit einer willkür-

309825/0669

lichen Wassermenge versetzt, wobei der pH-Wert gehalten wird. Es werden darauf zwei Tropfen Ferroin zugefügt. Schliesslich wird mit einer Ferrosulfatlösung titriert bis der Farbumschlag von Blau nach Rot stattfindet. Der p_m-Wert wird mit der Langmuirschen Formel berechnet:

wo K= Proportionalitätsfaktor

k = Faktor

0 = Anzahl (%) eingenommener Stellen t = Zeit

Die Filterverpackung wird erfindungsgemäss derart angepasst, dass während des Druekverlaufes in der Hülle 1 sich während einer bestimmten Zeit ein dynamisches Gleichgewicht beim Druckwert ρ einstellt ο Auf der Abbildung 3 ist ein Bei-

spiel des betreffenden Druekverlaufes kurvenmässig dargestellt. Es sind dabei drei aufeinanderfolgende Stufen zu unterscheiden: Stufe 1, von 0 bis t,: Befeuchtung und Vertreibung der flüchtigen aromatischen Bestandteile (Druckaufbau)\

Stufe 2, von t, bis t₂: automatische Abdichtung der Filterscheiben mit Lösung neu freikommender Dämpfe in dynamischem Gleichgewicht mit den schon vorhandenen;

Stufe 3, von t₂ bis t,: Druckabbau mit Lösung der wasserlöslichen Bestandteile und Durchspülung.

Die errechnete Kaffeemenge (Gewicht) bestimmt die Abmessungen der Hülle, wobei die folgenden Bedingungen zu beachten sind:
1. die Kaffeeschichtdicke muss innerhalb des Bereiches von 6,6

309825/0669

bis 13 rom liegen;

2. das Verhältnis zwischen dem Rauminhalt der betreffenden Kaffeemenge und dem Hülleninhalt muss 0,60 + 0,05 betragen. Um das vorgenannte dynamische Gleichgewicht zu erreichen und im Stand zu erhalten ist das Filterpapier der Wand 2 derart zu wählen, dass seine Kapillarsteighöhe (Kapillardruck) K der

Differenz ρ - p. entspricht, wo p. der durch das Wasser *m w w

während der Stufe 2 auf der Wand 2 ausgeübte Höchstdruck ist. Der ρ -Wert ist von den Abmessungen der Vorrichtung (S = Flächeninhalt, der in der Zeit 0-t, zugeführten Wassermenge (Volummenge V.,) und der in der Zeit 0-t, bereits durch das Filter geflossenen Wassermenge (V_w: experimentell mit schon vorhandenen Parametern und einem willkürlichen Filterpapier zu bestimmen) abhängig:

ρ» ■ ι ^<vti - V

Beispiel

Aufgabe ist die Herstellung einer Kaffeefilterverpackung für die Aufbereitung einer Tasse Kaffee (170 ml), deren Tassenwert 55 beträgt, mit einem bestimmten Kaffeegemisch. Die Rost- und Mahlversuche ergeben für das beste Aromagramm A= 2,4 (Summe der zwei Gipfelwerte A , und A- ^: S.Abb.2). Aus den Siebwerten für den gemahlenen Kaffee ergeben sich N =93,1 und P_m ⁼16· Der Durchlaufzeit beträgt 5 Minuten.

r - ο 07 _v 55 χ 2, k χ 170 _ _fi - _ ^{G S 2}'^{87 X} - ⁸'³ 8

Diese Gewichtsmenge entspricht beim gewählten Mahlgrad einer Vdummenge von 22,5 ml. Die Hülle muss einen Rauminhalt

309825/0669

von 37,5 ml haben. Bei siner Kaffeeschichtdicke von 0,9 cm muss die zylinderförmige Hülle also einen Durchmesser von 5,6 cm haben. In der betreffenden Vorrichtung muss die gesamte Wassermenge in kürzester Zeit auf die Hülle gegossen werden damit keine Perkolation stattfindet. Im Augenblick t^ (Druck = 0,999 p_m> hat man im vorliegenden Beispiel V_t^= 170 ml und V_w=71,6 ml,

infolgedessen p_w s ¹⁷⁰~⁶ = 4. Der Kapillardruck K_Q des Filterpapiers muss demnach einen Wert von 12 haben. Eine sich dafür eignende Papiersorte hat die folgenden Eigenschaften:

- Zusammensetzung: 95% Zellulose und 5% Bindmittelharze

- Löslichkeit in HgO bei 100⁰C nach 5 Minuten:O,55% (Gewichts-%)

- Dicke: 0,053 mm

- Gewicht: 0,09 g für die beiden Papierscheiben

-Durchlässigkeit für 0 HS mm: 7₈5 Liter/1 cc

- Zerreissfestigkeit: Längsrichtung - trocken: 1520 g/mm

2 nass: 235 g/mm

Querrichtung - trocken: 732 g/mm

2 nass: 1^3 g/mm

- Feuchtigkeitsgehalt nach Verarbeitung: Max. 10% (Gewichts-%).

In einer Kaffeeaufbereitungsvorrichtung der obenbeschriebenen Art bilden sich während des Aufbereitungsvorganges sehr schnell aromatische Dämpfe, welche in der Form einer Blase 7 zusammentreten. Die Filterpapierseheibe 2 lässt Wasser durch, während die Kapillarwirkung der Filterpapierscheibe und der auf ihr ausgeübte hydrostatische Druck das Entweichen der aromatischen Dämpfe nach oben durch die Scheibe 2 verhindern. Während des Druckaufbaues wölben sich die beiden Filterpapier⁴-

309825/0689

scheiben 2 und 3 nach aussen. Es empfiehlt sich für verhältnismässig kleine Auszugsmengen die Verformung der Wand 5 derart zu beschränken, dass diese als Ausgleichmittel für die die Filterpapierscheiben beantspruchende Spannung wirken kann. Zu diesem Zweck werden der Ring 4 und die Wand 5 beispielsweise aus einer dünnen Polypropylenfolie hergestellt, wobei die Wand 5 mit Verformungen 8 versehen ist, welche das Schwinden und Dehnen derselben ermöglichen. Die erfindungsgemässen Kaffeeaufbereitungsvorrichtungen lassen sich in vielen Grossen mit oder ohne Wasserbecher herstellen. Sie eignen sich auch ganz besonders für die Ausstattung automatischer oder halbautomatischer Kaffeeaufbereitungsmaschinen.

Die Erfindung beschränkt sich natürlich nicht auf die obenbeschriebene Ausführungsweise, sondern bezieht sich ebenfalls auf sämtliche Abänderungen, Ergänzungen und Anpassungen der betreffenden Vorrichtung, welche mit ihrem Grundprinzip in Einklang sind und innerhalb des durch die folgenden Patentansprüche bestimmten Erfindungsrahmens bleiben.

303825/0669

Claims

ANSPRUCHE.

l.J- Verfahren für die Herstellung von Kaffeeauszügen der bekannten Art wobei eine bestimmte Menge gerösteten und gemahlenen Kaffees in einer mit einer unteren und einer oberen porösen, wasserdurchlässigen Wand (2,3) versehenen Hülle (1) eingeschlossen ist und heisses bzw. kochendes Wasser mit der Aussenseite der oberen Wand (2) in Berührung gebracht wird, dadurch gekennzeichnet dass es im wesentlichen die folgenden vorangehenden Massnahmen in Hinblich auf die Aufbereitung einer bestimmten Auszugsmenge (Volummenge V) umfasst:

1) Abwiegen der erforderlichen Kaffeemenge (Gewichtsmenge (0, welche bis auf einen Fehler von 8% dem sich aus der folgenden Formel ergebenden Wert entspricht:

G- γ ·*« Ay . V

wo K = 2,87

T = der sogenannte Tassenwsrt des Auszugs A= Aromaverlauf des gebrannten una gerosteten

Kaffees

N = Mahlgrad (Mahlindex) des Kaffees p= mit der betreffenden Kaffeesorte erreichbarer

Höchstdruck
t ·,= Gesamt durchlauf ze it

2) eine derartige Wahl der Hüllengro'sse, dass die Schichtdicke der in der Hülle (1) eingeschlossenen Kaffeemenge inderhalb des bereiches von 6,5 bis 13 ram liegt und das Verhältnis Ka'ffeevolumen/HQlleninhalt O₃BO t 0,05 beträgt;

3) eine derartige Wahl des porösen Materials f&p die ober-s

309825/0689

Wand (2) der Hülle (1), dass die betreffende Kapillarsteighöhe (Kapiliardruck) der Differenz zwischen dem vorgenannten Hochstdruckwert (p ) und der mit dem betreffenden Wasserzufuhrsystem auf der oberen Wand (2) erreichbaren Hochstwassersäule (hydrostatischem Druck) entspricht.

2.- Verfahren gemäss dem Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Aromaverlauf für zwei geschmackbestimmende Bereiche, d.h. für den Chlorogensäuren- und den Koffeintrigonelinbereich, spektrophotometrisch bestimmt wird.

3.- Verfahren gemäss dem Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Gesamtdurchlaufzeit vorzugsweise 4 bis 7 Minuten beträgt.

H,- Verfahren gemäss dem Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der beste Aromaverlauf des betreffenden Kaffeesorte, falls er noch unbekannt ist, durch Versuche auf Muster verschiedenen .Rost- und Mahlgrades bestimmt wird.

5.- Verfahren gemäss dem Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet ,dass der Taschenwert (T) folgendermassen möglichst genau bestimmt wird: eine bestimmte Menge des betreffende Kaffeeauszugs wird der Wasserdampfdestillation ausgesetzt, wobei die flüchtigen Bestandteile in einer Bichromat-Schwefelsfiurelösung (Cr₂O₇ /H₂SO^) aufgefangen werden, worauf nach Kühlung und Verdünnung mit Wasser bei pH ^=. 0 Ferroin zugefügt und mit einer Standart-Ferrosulfatlösung titriert wird.

6.- Filterverpackung für einmaligen Gebrauch für die Durchführung des Verfahrens ge»a*ss dem Anspruch 1, der gekannten Art wobei die Verpackung aus einer mit einer oberen und einer

309825/0669

unteren porösen, wasserdurchlässigen Wand (2,3) versehenen und einer bestimmten Kaffeemenge enthaltenden Hülle (1) besteht,
dadurch gekennzeichnet, dass die betreffende Kaffeemenge
(Gewichtsmenge G) dem sich aus der folgenden Formel ergebenden Wert entspricht:

G = K -

während die Schichtdicke der Kaffeemenge in der Hülle 6,5 bis 13 nun beträgt, dass Verhältnis zwischen der Kaffeemenge
(Volummenge) und dem Hülleninhalt 0,60 £ 0,05 beträgt und die Kapillarsteighöhe (Kapillardruck) der vorgenannten Wände (2,3) der Differenz zwischen ρ und der mit dem betreffenden Wasser-

zufuhrsystem auf der oberen Wand (2) erreichbaren Höchstwassersäule (hydrostatischem Druck) entspricht.

309825/088^c