DE2332304A1

DE2332304A1 - Verfahren und vorrichtung zur extraktion von pflanzlichem material

Info

Publication number: DE2332304A1
Application number: DE19732332304
Authority: DE
Inventors: Don Egon Blenford
Original assignee: GEN FOODS Ltd; General Foods Ltd
Current assignee: GEN FOODS Ltd; Mondelez UK Ltd
Priority date: 1972-06-26
Filing date: 1973-06-26
Publication date: 1974-01-10
Also published as: JPS4952177A; AU5712773A; ES416256A1; FR2190492B1; FR2190492A1; CA987945A; GB1440433A

Description

PATENTANWALT

DR.-ING. VON KREISLER Dk.-ING. SCnÖNWALD DR.-ING. TH. MEYER DR. FUES DIPL-CHEM. ALEK VON KREISLER DIPL.-CHEM. CAROLA KELLER DR.-ING. KLDFSCH DIPL.-ING. SELTING

5 KÖLN T, DEICHMANNHAUS

Köln, den 22. Juni 1973 3?u/Ax

GENERAL FOODS LIMITED, Maxwell House, Ruscote Avenue, Banbury, Oxfordshire

(England).

Verfahren und Vorrichtung zur Extraktion von pflanzlichem Material

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Extraktion von pflanzlichem Material, das wasserlösliche und flüchtige Aromästoffe enthält. Die Erfindung ist insbesondere auf ein Verfahren zur Extraktion von gemahlenem Röstkaffee unter Verwendung einer Batterie von Perkolatoren oder Extraktionskolonnen ge-, richtet. Bei dem Verfahren gemäß der Erfindung werden Schwierigkeiten ausgeschaltet, die sonst "bei diesen Batterien von Perkolatoren auftreten, wenn sie mit hohen Extraktionsgeschwindigkeiten betrieben werden.

Die Verwendung von Batterien von Perkolatoren zur Herstellung von Kaffee-Extrakten mit einer Konzentration von Kaffeefeststoffen, bei der der Extrakt für die anschließende Trocknung zu löslichem Kaffeepulver oder -granulat geeignet und wirtschaftlich ist, ist bekannt. Ihre Verwendung und Arbeitsweise ist in der Literatur beschrieben, z.B. in Band 1 von "Coffee Processing Technology" von Sivetz und Foote, The Avi Publishing Company, Inc. (1963).

Eine übliche Perkolatorbatterie enthält gewöhnlich 4 bis 8 Extraktionskolonnen in denen gemahlener Röstkaffee

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extrahiert wird, indem Extrakt und Kaffee im Gegenstrom durch die Batterie geführt wird. Im allgemeinen wird frisches Speisewasser aus einer einzelnen Pumpe auf eine erhöhte Temperatur erhitzt, und das heiße Wasser wird dann in die Extraktionskolonne geleitet, die den am stärksten extrahierten (oder ausgebrauchten) Kaffee enthält, worauf die Flüssigkeit nacheinander durch die Kolonnen fließt und aus der Kolonne, die den am wenigsten extrahierten (frischen) gemahlenen Röstkaffee enthält, abgezogen wird. Die abgezogene Flüssigkeit wird als Extrakt bezeichnet. Sie kann eine durchschnittliche Konzentration von 10 bis ■30 Gew.~<fo Kaffeefeststoffen, bezogen auf den Extrakt, haben. Der Extrakt kann nur intermittierend abgezogen werden, obwohl der gesamte Prozess kontinuierlich' durchgeführt wird.

Die Zeit zwischen der erstmaligen Behandlung einer Kolonne, die frisches Kaffeemehl enthält, bis zu dem Zeitpunkt, zu dem der Abzug von Extraktlösung beendet ist, ist als Zykluszeit bekannt. Die Kolonne, in der das Kaffeepulver am stärksten extrahiert ist, wird periodisch von der Batterie abgeschaltet, und ihr Inhalt wird entleert. Das Speisev/asser wird zur nächsten Kolonne, die das am stärksten ausgebrauchte Kaffeepulver enthält, umgeleitet, um die Kontinuität des Prozesses aufrecht zu erhalten, bevor die Kolonne mit dem ausgebrauchten Kaffeepulver abgeschaltet wird,,

Die entleerte Kolonne wird mit frischem Kaffee beschickt und bei Beendigung des Abzuges aus der vorhergehenden Kolonne in die Batterie eingeschaltet. Es kann somit so gearbeitet werden, daß eine Anzahl von Püolonnen zu jeder gegebenen Zeit eingeschaltet ist, während eine oder mehrere Kolonnen entweder leer sind oder mit frischem Kaffee beschickt werden und sich in Wartestellung für die erneute Einschaltung in das System befinden. Für jede Kolonne kann eine bestimmte Extraktionszeit, die häufig

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als Kontaktzeit bezeichnet wird, festgelegt werden. Die durchschnittliche Zahl von im Betrieb befindlichen Kolonnen läßt sich einfach aus dem Verhältnis von Kontaktzeit zu Zykluszeit ermitteln»

Die Ausbeute (Menge an Extraktstoffen im Extrakt jeder abgezogenen Charge, gewöhnlich als Prozentsatz des Gewichts des ursprünglich in der Kolonne befindlichen Kaffeepulvers ausgedruckt) hängt von einer Anzahl von Paktoren ab, nämlich der Anfangstemperatur des Speisewassers, dem anschließenden Temperaturprofil des Extrakts in der ge-.samten Batterie, der bei jedem Abzug abgenommenen Extraktmenge, der Mahlung, dem Röstgrad, der verwendeten Kaffeeraischung und, was wichtig ist, der gewähltön Kontaktzeit und Zykluszeit. Es ist bekannt, Erhitzer zwischen den Kolonnen zu verwenden, um jedes erforderliche Temperaturprofil aufrecht zu erhalten. Es ist ferner bekannt, die Extraktlösung von oben nach unten anstatt von unten nach oben durch die Kolonnen zu führen.

Eine Extraktionsanlage der vorstehend beschriebenen Art kann so betrieben werden, daß Extrakte mit einer erforderlichen Konzentration bei einer gewünschten Ausbeute erhalten werden.

Bei einer gegebenen Ausbeute an Extraktstoffen bedeuten kurze Zykluszeiten zwangsläufig ein höheres stündlichem Gesamtausbringen an Kaffee-Extrakt aus der Anlage, so daß sie wirtschaftlich vorteilhaft sind. Begrenzungen ergeben sich jedoch, wenn mit kurzen Zykluszeiten gearbeitet v/erden muß, insbesondere in sehr großen Kolonnen (z.B. Kolonnen, die mehr als 227 kg Kaffeepulver enthalten) oder bei Verwendung von anomal feingemahlenem Kaffeepulver in den Kolonnen.

Eines der· größeren Probleme, die sich in der Praxis bei dem Versuch ergeben, mit kurzen Zykluszeiten zu arbeiten, ist die Ausbildung regelloser-hoher Druckdifferenzen

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über der Anlage oder in der Anlage. Zwar können die Per-kolatoren der Batterie ohne weiteres so gebaut werden, daß sie hohem Druck widerstehen. Da jedoch extrahierter Kaffee verdichtbar ist, kann die Anwendung von hohen Drücken sich selbst verbieten. Im Extremfall kann es geschehen, daß überhaupt keine Extraktlösung durch die Anlage strömt. Die Faktoren, die für die Ausbildung von hohem Druck in einer Perkolatorbatterie verantwortlich sind, sind noch nicht eindeutig geklärt, obwohl die Körnung des verwendeten Kaffees und die Geschwindigkeit der Extraktlösung durch die Kolonnen eine wichtige Rolle .spielen. Es gilt-allgemein als gute Praxis, mit einer solchen Speisewasserzuführung, die in erster Linie die Zykluszeit bestimmt, zu arbeiten, daß der beobachtete Druckabfall in der Anlage nicht viel höher ist als 7 "bis 10,5 atü über dem Druckabfall, der dem Dampfdruck des Extraktionswassers entspricht. Die gewählte Mahlung des Kaffees ist in großen Kolonnen normalerweise sehr grob, jedoch wird die feinste Mahlung gewählt, mit der gute Extraktionsgeschwindigkeiten erzielt werden, ohne die Schwierigkeit eines übermäßigen Druckaufbaues zu erhöhen. Druckprobleme können sich auch besonders dann ergeben, wenn eine Menge von feinem Kaffee einbezogen v/erden muß ο In der USA-Patentschrift 2 931 728 wird beschrieben, wie solche Feinteile vor der Einbeziehung in die Perkolation granuliert werden können, um zur Milderung dieses großen Problems beizutragen» Es ist ferner bekannt, daß bei der Extraktion von sehr dunkel gerösteten Kaffeesorten, deren Pulver sich selbst unter mäßigen Drücken stark verdichten lassen^das Problem der Ausbildung von hohem Druck erschwert wird.

Eine Möglichkeit der Verminderung der Ausbildung von hohem Druck ist die Begrenzung der Zahl von in Betrieb befindlichen Kolonnen bei Aufrechterhaltung einer kurzen Zykluszeit, jedoch wird hierdurch fast immer die erhaltene Ausbeute an Kaffee verschlechtert. Ebenso wird eindeutig

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die prozentuale Ausnutzung der Kolonnen in einer Batterie von Perkolatoren verschlechtert. Methoden, "bei denen die Strömungsrichtung umgekehrt wird, wurden in dem Versuch angewandt, das Druckproblem zu lösen, jedoch wurde bisher keine Methode beschrieben, bei der die Drücke, die bei kurzen Zykluszeiten entstehen, gesenkt werden.

Das Problem der Ausbildung von übermäßig hohem Druck in einer Batterie von Perkolatoren steht normalerweise mit den Kolonnen einer Batterie mit dem am stärksten extrahierten Kaffeepulver im Zusammenhang. Je größer die Menge an löslichen Extraktstoffen, die aus den Kolonnen mit dem am stärksten ausgebrauchten Kaffeepulver extrahiert worden sind, um so schlechter ist der Zustand und die Voraussetzung für eine weitere Extraktion der Kaffeeschicht in den Kolonnen, und um so größer ist daher die Druckdifferenz in diesen Kolonnen während des Durchflusses der Extraktlösung, insbesondere bei hohen Geschwindigkeiten und hohen Temperaturen der Extraktlösung. Die Anwendung hoher absoluter Drücke innerhalb der Anlage begünstigt außerdem die Steigerung der Geschwindigkeit, mit der ein tiberdruck entstehte

Es wurde nun gefunden, daß die Einfügung wenigstens einer weiteren Pumpe in die Anlage eine vollständigere Ausnutzung einer vorhandenen Extraktionsanlage mit fünf, sechs oder mehr Kolonnen ermöglicht, während gleichzeitig normale Ausbeuten in kürzeren Zykluszeiten erhalten werden. Auf diese Weise können die höheren absoluten Drücke in der Anlage durch eine Anordnung von Pumpen zwischen den Perkolatoren gesenkt werden.

Gemäß diesem Aspekt ist die Erfindung auf die Extraktion von pflanzlichem Material, das wasserlösliche und flüchtiee Aromastoffe enthält, insbesondere gemahlenem Röstkaffee, nach einem Verfahren gerichtet, bei dem man V/asser bei erhöhter Temperatur in die am stärksten ausgebrauchte Kolonne einer Battexie von Extraktionskolonnen

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führt, die mit de-m zu extrahierenden Material gefüllt sind, die gebildete Extraktlösung kontinuierlich von der Kolonne, die das am stärksten ausgelaugte Material enthält, und jeder folgenden Kolonne nacheinander durch die anschließenden Kolonnen führt und den Extrakt intermittierend aus der letzten Kolonne mit ausgelaugtem Material abzieht, wobei die Strömung von V/asser und Extraktlösung durch die Kolonnen mit einer Pumpe, die vor der Kolonne mit dem am stärksten ausgelaugten Material angeordnet ist, und wenigstens einer zusätzlichen Pumpe, die zwischen beliebigen zwei Kolonnen angeordnet ist, aufxecht erhalten wird.

Außer der vorteilhaften Verwendung wenigstens ein-sr Zwischenkolonnenpumpe in der oben beschriebenen V/eise wurde ferner gefunden, daß die Verwendung von zwei Speisewasserpumpen an Stelle der üblichen einen Pumpe eine vollständigere Ausnutzung einer gegebenen Extraktionsbatterie mit fünf, sechs oder mehr Kolonnen ermöglicht, während normale Ausbeuten in kürzeren Zykluszeiten erzielt werden können., Überraschenderweise wurde gefunden, daß in der Gesamtbatterie kein Überdruck entwickelt wird und die Erzielung kurzer Zykluszeiten mit normalen Ausbeuten möglich ist", wenn die den am stärksten extrahierten Inhalt enthaltende Kolonne oder Kolonnen einer Batterie von Perkolatoren durch eine erste Speisewasserpumpe gespeist werden und dieser Strom mit zusätzlichem Speisewasser aus einer zweiten Wasserpumpe vereinigt wird und die vereinigten Ströme durch die restlichen Kolonnen der Batterie geführt und das Mengenverhältnis des von den beiden Pumpen zugeführten V/assers in geeigneter V/eise eingestellt wird.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird das Verfahren in einer Batterie von sechs Extraktionskolonnen durchgeführt, wobei fünf Kolonnen zu jeder gegebenen Zeit eingeschaltet sind, während die sechste

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Kolonne eine' Wechselkolonne ist, die zu jedem Zeitpunkt des Betriebs entweder leer ist oder vor der Entleerung steht oder mit frischem Kaffee "beschickt wird. Bei dieser Ausfübrungaform liefert eine Pumpe frisches heißes Wasser, das vorzugsweise mit einem mit der Pumpe kombinierten Erhitzer erhitzt wird, in die Kolonne mit dem am stärksten ausgelaugten Inhalt, und¹ zwar normalerweise, jedoch nicht unbedingt in das untere Ende der Kolonne. Extraktlösung wird aus der Kolonne normalerweise, jedoch nicht unbedingt vom oberen Ende abgezogen und nacheinander durch eine Zwischenpumpe, wo sie gegebenenfalls mit frischem heißem Speisewasser ergänzt werden kann, in die nächste benachbarte Kolonne geführt. Die Extraktlösung strömt weiter durch die drei folgenden Kolonnen, und ein Extrakt, der die gewünschte Feststoffkonzentration hat, wird intermittierend aus der Kolonne mit dem am wenigsten extrahierten Inhalt abgezogen» Die Kolonne mit dem am wenigsten extrahierten Inhalt wird zu Beginn mit dem zu extrahierenden frischen Material, z.B. gemahlenem Röstkaffee, gefüllt, und wenn die Kolonne mit dem am stärksten extrahierten Inhalt von der Batterie abgeschaltet wird, rückt diese letzte Kolonne mit dem am wenigsten extrahierten Inhalt einen Schritt in der Reihe weiter, und die letzte Stelle wird von der frisch beschickten Wechselkolonne eingenommen, aus der nunmehr der gewünschte Extrakt abgezogen wird«

Gegenstand der Erfindung ist somit ferner die Extraktion von pflanzlichem Material, das wasserlösliche und flüchtige Aromastoffe enthält, insbesondere von gemahlenem Röstkaffee, nach einem Verfahren, toei dem man Wasser bei erhöhter Temperatur von einer Pumpe und einem Erhitzer in die den am stärksten extrahierten Inhalt enthaltende Kolonne einer Batterie von Perkolaioren einführt und die erhaltene Extraktlösung kontinuierlich in die übrigen Kolonnen der Batterie parallel mit Speisewasser führt,

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das durch eine zweite Pumpe und einen zweiten Erhitzer der Batterie eingeführt wird, wobei das Mengenverhältnis des von den beiden Pumpen gelieferten Speisewassers so eingestellt werden kann, daß kurze Zykluszeiten, jedoch bei minimalem Druckabfall in jedem der beiden Teile der gesamten Batterie von Perkolatoren erreicht werden» Die Extraktlösungsmenge, die durch die Kolonne bzw. Kolonnen mit ausgelaugtem Inhalt geführt wird, ist geringer als die durch den Rest der Batterie von Perkolatoren geführte Extraktlösungsmenge, und zwar in einem Maße, das von der Temperatur der Speisewasserströme, der Zahl der Kolonnen, .durch die der kleinere Strom fließt, und von der Gestaltung der Strömungen insgesamt abhängt. Die Extraktlösung, die durch die Kolonne mit dem am stärksten ausgelaugten Inhalt fließt, wird als Nebenstrom bezeichnet, während die vereinigten Ströme, die durch die frisch beschickte Stufe fließen, als Hauptstrom bezeichnet werden.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung unter Anwendung des vorstehend beschriebenen geteilten Speisesysterns wird das ^erfahren in einer Batterie von sechs Kolonnen durchgeführt, von denen vier Hauptkolonnen zu jeder Zeit eingeschaltet sind, einer fünften Kolonne (der Kolonne mit dem am stärksten extrahierten Inhalt) nur der Nebenstrom zugeführt wird und die sechste Kolonne eine Wechselkolonne ist, die zu jeder Zeit des Extraktionsprozesses entweder leer ist, vor der Entleerung steht oder mit frischem Kaffee beschickt wird. Bei dieser Ausführungsform liefert eine Pumpe frisches heißes V/asser, das von einem vorzugsweise an der Druckseite der Pumpe angeordneten Erhitzer erhitzt wird, in die Kolonne mit dem am stärksten extrahierten Inhalt, und zwar normalerweise, aber nicht unbedingt in das untere Ende der Kolonne. Extraktlösung wird aus der Kolonne normalerweise, aber nicht unbedingt vom oberen Ende abgezogen und den übrigen vier eingeschalteten Kolonnen zusammen mit frischem

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erhitztem Speisewasser aus der Hauptpumpe der Batterie zugeführtc An jeder Pumpe hat das Speisewasser ungefähr die gleiche erhöhte Temperatur, aber die Liefermenge der Pumpe, die das Wasser den Kolonnen mit ausgelaugtem Inhalt zuführt, wird viel niedriger eingestellt als es der Fall sein würde, wenn mit der fünften Kolonne als Teil einer Batterie mit einer einzigen Speisepumpe gearbeitet würde. Der Durchgang von Extraktlösung wird durch den Hauptteil der Batterie aufrecht erhalten, und ein Extrakt mit der gewünschten Feststoffkonzentration wird intermittierend aus der Kolonne mit dem am wenigsten ■extrahierten Inhalt abgezogen. Die Kolonne mit dem am wenigsten ausgelaugten Inhalt wird zu Beginn mit dem zu extrahierenden frischen Material, z.B. gemahlenem Röstkaffee, beschickt, und wenn die Kolonne mit dem am stärksten extrahierten Inhalt von der Batterie abgeschaltet wird, rückt diese Kolonne mit dem am wenigsten extrahierten Inhalt um einen Schritt in der Reihe weiter, und die letzte Stelle wird von der frisch beschickten Wechselkolonne eingenommen, aus der nunmehr der gewünschte Extrakt abgezogen wird.

Die Erfindung umfaßt ferner eine Vorrichtung zur kontinuierlichen Extraktion von pflanzlichem Material, insbesondere gemahlenem Röstkaffee, in Form einer Perkola-'tionsbatterie mit mehreren hintereinandergeschalteten Extraktionskolonnen und zwei oder mehr Pumpen zur Aufrechterhaltung der Strömung von Wasser und/oder Extraktlösung durch die Kolonnen, wobei eine der Pumpen mit dem Eintritt der Kolonne an einem Ende der Batterie verbunden ist und eine oder mehrere weitere Pumpen in Serie zwischen einzelnen Kolonnenpaaren angeschlossen sind.

Die Erfindung ist ferner auf eine Vorrichtung zur kontinuierlichen Extraktion von pflanzlichem Material, insbesondere gemahlenem Röstkaffee, in Form einer Perkolationsbatterie mit mehreren hintereinandergeschalteten

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Extraktionskolonnen und wenigstens zwei Heißwasserpumpeη für die Aufrechterhaltung einer Strömung von Wasser und/ oder Extraktlösung durch die Kolonnen gerichtet, wobei eine der Pumpen an den Eintritt der Kolonne an einem Enda der Batterie und eine zweite Speisepumpe parallel unterhalb dieser Kolonne zur Einführung eines weiteren Speisewasserstroms in den Rest der Batterie angeschlossen ist.

Durch Verwendung einer Vorrichtung gemäß der Erfindung wird der hohe Druckabfall, der andernfalls bei kurzen Zykluszeiten auftreten würde, zwischen zwei oder mehreren Pumpen im wesentlichen ausgeglichen. Der abgezogene endgültige Extrakt kann nach bekannten Verfahren verarbeitet und in bekannter Weise, z.B. durch Sprühtrocknung oder Gefriertrocknung, getrocknet werden.

Die Erfindung wird nachstehend insbesondere im Zusammenhang mit der Extraktion von Kaffee in Verbindung mit den Abbildungen beschrieben.

Fig. 1 zeigt schematisch eine aus sechs Kolonnen bestehende -Batterie für üblichen Betrieb mit langer Zykluszeit.

Fig.2 zeigt ein Schema einer gleichen Batterie, die für üblichen Betrieb mit kurzer Zykluszeit ausgebildet ist.

Fig.3 ist ein Schema einer Batterie gemäß der Erfindung,,

Fig.4 ist ein Schema einer insbesondere für großtechnischen Betrieb ausgebildeten Batterie.

Fig.5 ist ein Schema einer anderen Batterie gemäß der Erfindung.

Fig.6, 7 und 8 zeigen schematisch andere Ausführungsformen der Erfindung.

Die in Fig.-] dargestellte, in üblicher V/eise ausgebildete Eatterie umfaßt sechs Kolonnen und eine- einzelne Speisewasserpumpe mit Erhitzer. Die Kolonnen 1, 2, 3, 4 und 5 sind eingeschaltet, wobei die -Kolonne 5 den am stärksten

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extrahierten Kaffee und die Kolonne 1 den am v/enigsten extrahierten Kaffee oder Frischkaffee enthält. Wie die Abbildung zeigt, ist die Kolonne 6 nicht eingeschaltet. Sie ist entweder leer, steht vor der Entleerung des ausgebrauchten Kaffeepulvers oder wird mit frischem Kaffee beschickt. Frischwasser wird durch Leitung 7 einer Pumpe zugeführt, in einem Erhitzer 9 auf die gewünschte Temperatur erhitzt und durch Leitung 10 unten in die Kolonne eingeführt. Die Extraktlösung läuft nacheinander zu jeder Kolonne durch Leitungen 11. Der endgültige Extrakt wird aus der Kolonne 1 durch Leitung 12. abgezogen.

Bei der in Fig.1 dargestellten Batterie ist die Pumpe 8 die einzige verwendete Pumpe, die der Batterie Frischwasser in der normalen Menge zuführt, die aus den bekann-' ten Parametern des Systems ermittelt wird.

Um mit kürzeren Zykluszeiten zu arbeiten und die gewünschte Ausbeute zu erzielen, muß der Kaffee in den Extraktionskolonnen im wesentlichen der gleichen Wärmebehandlung unterworfen werden. Eine Möglichkeit, dies zu erreichen, wäre die Aufrechterhaltung einer konstanten Durchflußmenge der Extraktlösung durch die Batterie, jedoch die Erhöhung des Temperaturprofils über das System zum Ausgleich für kürzere Kontaktzeiten. Dieser Weg ist nicht allgemein zweckmäßig, da hierdurch die Qualität des extrahierten Kaffees verschlechtert oder der"Druck in der Batterie gesteigert werden kann und Betriebsschwierigkeiten entstehen können.

Eine andere Möglichkeit zur Erzielung kürzerer Zykluszeiten bei gleicher Ausbeute ist die Steigerung der Durchflußmenge der Extraktlösung durch die Batterie. Auch dieser Weg führt zu einem Druckanstieg in der Batterie und 7\x Betriebsschwierigkeiten.

Wenn nun die in Fig.2 dargestellte Batterie von Perkolatoren verwendet wird und nur vier Extraktionskolonnen

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als Mittel zur Senkung: des Drucks in der Perkolationsbatterie mit kürzeren Zykluszeiten eingeschaltet werden, wird die Wärmeeinwirkung auf den Kaffee im System erneut verringert und eine schlechtere Ausbeute erhalten.

Wenn nun gewünscht wird, aus wirtschaftlichen Gründen einer kurzen Zykluszeit von 30 Kinuten oder weniger zu arbeiten, sind nur vier eingeschaltete Kolonnen das Haxiffiüffl, das mit einer einzigen Pumpe bei einer gegebenen Durchflußinenge möglich ist, wie in Pi». 2 dargestellt.. Hierbei ist jedoch die Ausbeute, die im Abzug aus der Batterie bei gleicher Extraktkonzentration abgenommen werden kann, geringer. Es ist jedoch offensichtlich, daß nunmehr bei 2 χ 30 = 60 Minuten von einer insgesamt möglichen Zeit von 6 χ 30 = 180 Minuten zwei Kolonnen nicht für die Extraktion ausgenutzt werden. Etwa 15 bis 20 Minuten müssen jedoch für die Entleerung und erneute Beschickung einer ausgebrauchten Kolonne berücksichtigt werden. Durch Ausnutzung der verfügbaren Stillstandszeit der fünften und sechsten Kolonne, d.h. etwa 60 - 20 = 40 Minuten, und, falls" erforderlich, durch Vorsehen zusätzlicher ,Zeit durch Einbau weiterer Kolonnen kann eine weitere Extraktion mit einem gesonderten Extraktionsstrorn bei diesen Kolonnen, die "ausgebrauchten¹¹ Kaffee enthalten, durchgeführt werden* Dieser zweite Strom oder ^ebenstrom wird durch eine gesonderte, Heißwasser liefernde zweite Pumpe mit Erhitzer zugeführt und mit dem Strom aus der Haupt pumpe" oder dem Haupterhitzer parallel dazu vereinigt,, bevor er in den Hauptteil der Batterie eintritt. Wenn das Speisewasser aus der zweiten Punroe mit Erhitzer im weE.-or.iilichen die gleiche erhöhte Temperatur hat wie das Speisewasser aus der Hauptpumpe mit Erhitzer, müssen die Liefermengen der beiden Pumpen so. aufeinander abgestimmt werden, daß die Zuführungsmengc zur aufgebrauchten Kolonne und daher die Durchflussmenge durch die ausgebrauchte Kolonne viel niedriger ist als die vereinigte Strömung durch don Hauptteil der Batteirie, wobei sich die gewünschte

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Zykluszeit -von 30 Minuten oder weniger ergibt. Der Druckabfall in der ausgebrauchten Kolonne ist auf diese V/eise viel geringer und steigt weniger leicht, als es der Tall sein würde, wenn diese Kolonne in den Hauptteil der Batterie eingezogen würde. Gleichzeitig kann die sonst niedrigere, aber maximal erzielbare, durch die Druckentwicklung bei kurzen Zykluszeiten "begrenzte Ausbeute des ersten Seils der Batterie auf die Höhe gesteigert werden, die im Endextrakt gewünscht wird. Die besonders bevorzugte Ausführungsform ist in Fig.3 dargestellt. Bei dieser Ausführungsform sind insgesamt fünf Kolonnen eingeschaltet; ■ Und die Kolonne 6 ist entweder leer, steht vor der Entleerung oder wird mit frischem Kaffee beschickt. Die Pumpe 14 liefert Frischwasser zur Kolonne 5 mit dem am stärksten extrahierten Inhalt und dient zur Verlängerung der Extraktions- oder Kontaktzeit bei dieser Kolonne, wodurch ein zweiter Teil oder Nebenteil der Batterie gebildet wird. Der aus dem zweiten 5?eil der Batterie austretende Strom wird mit dem heißen Speisewasser aus der Frischwasserpumpe 13 vereinigt, _und äi_e vereinigten Ströme werden durch den aus den Kolonnen 4, 3, 2.und 1 bestehenden Hauptteil der Perkolationsbatterie geführt. Die Liefermengen der einzelnen Pumpen 14 und 13 werden im Vergleich zu der Pumpe 8 des in Fig.1 dargestellten Systems so eingestellt, daß bei gleichen Kaffeeextraktsystemen eine solche Druckbeziehung erhalten v/ird, daß die Summe der Drücke in den Leitungen 16 und 17 niedriger ist als der Druck, der in Leitung 10 bei gleicher Durchflußmenge durch das System entstehen würde. Die Verminderung des Druckanstiegs, während immer noch der gewünschte Extrakt gewonnen wird, ist ein überraschender Vorteil gegenüber den bekannten Systemen mit einer Pumpe.

Fig.4 zeigt eine v/eitere Ausführungsform, die insbesondere für den praktischen Einsatz für die Großherstellung ge-., eignet ist. In die Leitung 24 ist eine Kreiselpumpe 18

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eingesetzt (-so daß beide Speisswasserpurapen auf den gleichen maximalen En-tspannungsdruck eingestellt werden können), die den Druckabfall aufhebt, der in der Kolonne mit ausgebrauchtem Inhalt auftritt. Außerdem liefert der Erhitzer 9' Speisewasser mit einer Temperatur, die etwas höher ist als die Temperatur des Wassers aus der zweiten Pumpe mit Erhitzer, so daß der vereinigte Extraktlösungsstrom zum Hauptteil der Batterie im wesentlichen ebenso heiß ist wie der Strom aus dem ersten Erhitzer. Diese Anordnung wird dem Erhitzen der vereinigten Extraktlösung mit einem Röhrenwärmeaustauscher vor ihrem Eintritt in den Hauptteil der Batterie vorgezogen.

Fig.5 zeigt eine weitere Ausführungsform, bei der der verkleinerte Extraktlösungsstrom aus der Kolonne mit ausgebrauchtem Inhalt mit frischem heißem Speisewasser aus der Hauptwasserpumpe 13 vereinigt v/ird, bevor er in eine Kreiselpumpe 18' eintritt, die die vereinigte Extraktlösung dem Hauptteil der Batterie zuführt.

Bei diesen Ausführungsformen kann die Anordnung so getroffen werden, daß das Speisewasser an der zweiten Pumpe eine wesentlich niedrigere Temperatur hat als das Speisewasser aus der Hauptpumpe, das auf Temperaturen von 121 C oder weniger gesunken ist, bei denen keine weiteren löslichen Kaffeebestandteil in der gleichen ausgebrauchten Kolonne anfallen, aber vorhandene lösliche Kaffeebestandteile durchgespült werden. Unter diesen Bedingungen werden die Liefermengen der beiden Pumpen so aufeinander abgestimmt, daß die zweite Pumpe eine höhere Menge liefert. Im Grenzfall kann, während noch kurze Zykluszeiten bei normalen Ausbeuten erzielt werden, der Beitrag aus der ersten Pumpe KuIl betragen, wenn die in Pig.4- und Pig. 5"dargestellten Ausführung formen, noch besser die Aus führungs form von Fig. 6, wo dor Ro hrenwärmeaus tausch er unmittelbar vor dem Eintritt zum Hauptteil der Batterie liegt, verwendet werden.

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Bei der in Fig. 6 dargestellten weiteren Ausführungsfora kann Extraktlösung durch Leitung 19 und durch die den
am stärksten extrahierten Inhalt enthaltende Kolonne 5
in der Batterie zurückgeführt werden, um die Extraktionsgeschwindigkeit in diesem zweiten Teil der Batterie Ms zu dem Wert zu erhöhen, bei dem die Druckentwicklang noch in Kauf genommen werden kann. Bei dieser Ausführungsforin ermöglicht die Pumpe 1J> parallelen Einsatz mit frisenern" Speisewasser aus Leitung 20- Die Konzentration an löslichen Kaffeebestandteilen wird hierdurch in der Extraktlösung, die aus diesem Kreislaufsystem abgezogen wird,
noch weiter erhöht.

Fig.7 zeigt eine weitere Ausführungsfora, bei der der
aus dem Kreislauf abgezogene Strom unmittelbar zur Zuführungsstelle des Hauptteils der Batterie durch axe
Pumpe 13 mi"t oder ohne Zusatz von frischem Speisewasser durch Leitung 15 gelangt, Ferner ist eine .-iodifikaiion
möglich, die das Kreislaufsystem von Fi£„€ und Fig.7
einschließt und die direkte Zuführung mit einem dosierten Wasserstrom anwendet, wie in Fig.5 dargestellt.

Eine v/eitere Ausführungsforrn der Erfindung ist in Fig.8 dargestellt. Diese Abbildung zeigt eine Batterie mit
fünf eingeschalteten Kolonnen und der zwischen den
Kolonnen 4 und 3 angeordneten Pumpe 21. Falls gewünscht, kann die Batterie sieben oder mehr Kolonnen und/oder
drei oder mehr Pumpen umfassen.

Durch die Erfindung wird somit ein Verfahren verfügbar, bei dein eine Batterie von Perkolatoren für die Extraktion von Kaffee mit zwei oder mehr Pumpen so betrieben wird, daß erwünschte kurze Betriebszykluszeiten bei Aufrechterhaltung einer normalen Ausbeute an Kaffeefeststoffen
erreicht werden, was andernfalls durch die Entwicklung von Überdruck in einem üblichen Cyutem unmöglich sein
würde. Durch Anwendung der Erfindung wird die Entwicklung

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von hohem Druck, die andernfalls eintreten und die Durchflußraengen verringern und die Zykluszeiten verlängern würde, überraschenderweise vermieden, während die zur Erzielung kurzer.Zykluszeiten notwendigen Durchflußmennen im System aufrecht erhalten werden.

Das Verfahren gemäß der Erfindung ist "besonders vorteilhaft in Perkolationsbatterien mit großen Einzelkolonnen in der Größenordnung von etwa 2,4 m oder mehr, wo andernfalls bei Verwendung von mehr als vier eingeschalteten Kolonnen in üblicher Weise die mögliche Zykluszeit begrenzt würde.

Die Erfindung wird durch das folgende Beispiel weiter erläutert, das den Betrieb einer verhältnismäßig kleinen Perkolationsbatterie beschreibt«

Beispiel

Eine übliche, aus sechs Kolonnen "bestehende Perkolationsbatterie mit zugehörigen Verbindungsleitungen zwischen den Kolonnen, von denen jede ein Fassungsvermögen von et v/a Ί84 1 hatte, wurde mit einer zusätzlichen Speisewasserpumpe mit Erhitzer so versehen, daß ihre Druckseite ebenso wie die der Hauptspeisewasserpumpe mit jeder der eingeschalteten Kolonnen verbunden werden konnte. Ein auf 182 C eingestellter Erhitzer zwischen den Kolonnen war erforderlich, und ein zwischen den Kolonnen eingefügter Kühler zur Begrenzung der Eintrittstemperatur des Extrakts in eine frisch beschickte Stufe war vorhanden.

Von den sechs Kolonnen, die jeweils 72,6 kg gemahlenen Röstkaffee enthielten, wurden vier mit einer Zykluszeit von 30 Minuten betrieben. Extrakt mit einer Konzentration von 25 Gew.-^ wurde in einer solchen Menge abgezogen, daß eine unter der Norm liegende, als Prozentsatz des durchschnittlichen Säulengewichts ausgedrückte Ausbeute an Kaffeefeststoffen erhalten wurde ο Speisewasser wurde

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der in Betrieb "befindlichen Kolonne mit dem am stärksten extrahierten Inhalt "bei einer Temperatur von 188⁰C zugeführt, und der auf 182⁰C eingestellte Zwischenkolonnenerhitzer wurde zwischen die in Betrieb befindliche vierte und dritte Kolonne geschaltet.

Anschließend wurden die zweite Pumpe und der Erhitzer verwendet, um Wasser von 188^GC durch die ausgebrauchten Kolonnen während der Zeit zu führen, während der sie verfügbar waren, bevor sie entleert und mit frischem Kaffee neu beschickt werden mußten. Die aus den ausgebrauchten Kolonnen austretende Extraktlösung wurde der Kolonne mit dem am stärksten ausgelaugten Inhalt in dem am stärksten extrahierten Teil der Batterie zugeführt, wobei jedoch die. Liefermengen der beiden Pumpen so aufeinander abgestimmt waren, daß die dem ersten Teil der Batterie zugeführte Menge die gleiche wie vorher und daher die Zykluszeit unverändert war, d.h. etwa 30 Minuten betrug. Es wurde festgestellt, daß die Konzentration der abgezogenen Extraktlösung bei gleichem abgezogenem Gewicht gestiegen und daher die erzielte Ausbeute in der gleichen Weise auf die Norm erhöht war.

Wenn eine einzelne Pumpe verwendet wurde, um Speisev/asser durch 5 (oder 5»5) durchschnittliche in Betrieb befindliche Kolonnen bei direktem Durchfluß in einer solchen Menge zu führen, daß die Zykluszeit 30 Minuten betrug, wurde festgestellt» daß sich regellos Druckerhöhungen ausbildeten, die schließlich eine Verminderung der zugeführten Wasseremge erforderten und hierdurch die Zykluszeit auf 35 Minuten verlängerten, bei der jedoch die gleiche oben genannte Ausbeute erzielt wurde. Die Speisewassertemperatur wurde ebenfalls auf 188⁰C eingestellt und der Zwischenkolonnenerhitzer zwischen die fünfte und sechste in Betrieb befindliche Kolonne geschaltet.

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Claims

Patentansprüche

.T) Verfahren zur Extraktion von pflanzlichem Material in einer wenigstens vier Extraktionskolonnen enthaltenden Perkolationsbatterie, "bei der in jedem Zyklus Flüsaigkeit in die Kolonne, die das am stärksten extrahierte pflanzliche Material enthält, eingeführt wird und durch die Kolonnen bis zu der Kolonne strömt, die das am wenigsten extrahierte pflanzliche Material enthält, und eine vorbestimmte Gewichtsmenge der Extraktionsflüssigkeit bei jedem Zyklus abgezogen wird, am Ende jedes Zyklus die Kolonne mit dem am stärksten extrahierten Inhalt aus der Batterie abgeschaltet und eine frisch beschickte Kolonne in die Batterie eingeschaltet und frische. Extraktionsflüssigkeit der Kolonne in der Batterie mit dem am stärksten extrahierten Inhalt durch eine Speisepumpe zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine weitere, zwischen Kolonnen angeordnete Pumpe verwendet wird, die Extraktlösung von einer Kolonne abzieht und sie der nächsten in Serie geschalteten Kolonne zuführt.
2) Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß gemahlener Röstkaffee als pflanzliches Material extrahiert wird.
3) Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Extraktlösung aus wenigstens der Kolonne mit dem am stärksten extrahierten Inhalt vor der

' Führung durch die nächste Kolonne durch zusätzliche frieche Flüssigkeit aus einer zweiten Speisepumpe ergänzt wird»
4) Verfahren nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Speisepumpe zwischen die Kolonnen geschaltet ist.

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5) Verfahren nach Anspruch 1 bis K, dadurch gekennzeichnet, daß eine Perkolationsbatterie mit sechs Extraktionskolcmien verwendet und die Zwischenkolonnenpumpe bei jedem gegebenen Zyklus zwischen der Kolonne mit dem am stärksten extrahierten Inhalt und der nächsten Extraktionskolonne in der Perkolationsbatterie betrieben wird.
6) Verfahren nach Anspruch 1 bis 5* dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil der Extraktlösung aus der Extraktionskolonne mit dem am stärksten extrahierten Inhalt durch diese Kolonne im Kreislauf geführt wird.
7) Verfahren nach Anspruch 5 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Extraktlösung aus der zwischen die Kolonnen geschalteten Pumpe und frische Extraktionsflüssigkeit aus der zweiten Speisepumpe gemeinsam in die nächste Kolonne in der Batterie eingeführt werden.
8) Verfahren nach Anspruch 5 bis 7» dadurch gekennzeichnet, daß die Extraktlösung aus der Kolonne mit dem arn stärksten extrahierten Inhalt und frische Extraktionsflüssigkeit aus der zweiten Speisepumpe der Zwischenkolonnenpumpe zugeführt werden.
9) Perkolatorbatterie mit wenigstens vier Extraktionskolonnen, einem Zuführungssystem einschließlich einer Speisepumpe für die Zuführung von frischer Extraktionsflüssigkeit zu der Kolonne mit dem am stärksten extrahierten Inhalt in jedem Betriebszyklus, Verbindungsleitungen für die Führung von Extraktlösung von der Kolonne mit dem am stärksten extrahierten Inhalt zu der frisch beschickten Kolonne und einem Steuer- und Schaltsystem zum Abschalten der Kolonne mit dem arn stärksten extrahierten Inhalt aus dem vorherigen Zyklus zur Entleerung und erneuten Beschickung, dadurch gekennzeichnet, daß eine Pumpe (13) zwischen beliebige zwei Extraktionskolonnen in jedem Zyklus geschaltet v/erden kann.

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