DE2822319A1

DE2822319A1 - Verfahren zur herstellung eines loeslichen kaffeepulvers und das dabei erhaltene produkt

Info

Publication number: DE2822319A1
Application number: DE19782822319
Authority: DE
Inventors: Brian Clifford Shrimpton
Original assignee: GEN FOODS Ltd; General Foods Ltd
Current assignee: GEN FOODS Ltd; Mondelez UK Ltd
Priority date: 1978-05-22
Filing date: 1978-05-22
Publication date: 1979-11-29
Also published as: DE2822319C2

Description

Verfahren zur Herstellung eines löslichen Kaffeepulvers
und das dabei erhaltene Produkt Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von löslichem Kaffee und insbesondere ein Verfahren zur Herstellung eines löslichen Kaffeeproduktes mit einem einzigartigen Geschmack bzw. Aroma, wobei grune/pikante bzw. schmackhafte bzw. nußartige Geschmacks- bzw. Aromanoten vorherrschen.
Die Erfindung betrifft insbesondere ein Verfahren, bei dem der konzentrierte Kaffeextrakt mit einer ausgewählten Fraktion der Kaffeearoma- bzw. -geßchmackskomponenten mit den gevünschten Aroma- bzw. Geschmacksnoten verbessert bzw.
verstärkt wird und bei dem dann der Extrakt bei Behandlungsbedingungen getrocknet und agglomeriert wird, die die Retention begünstigen und auf die Qualität der Geschmacks- bzw.
Aromakomponenten nur minimale nachteilige Wirkungen zeigen.
Es wurden viele Informationen publiziert, die die Herstellung von löslichem Kaffee betreffen. Ein wesentlicher Teil dieser Literaturstellen betrifft die verschiedenen Verfahren zur Verstärkung des Aromas und des Geschmacks des fertigen, löslichen Kaffeeproduktes. Das Endziel war und ist es weiterhin, löslichen Kaffee herzustellen, der ein Kaffeegetränk ergibt, das gleiche Aroma und Geschmackseigenschaften besitzt, wie man sie mit frischgeröstetem und gemahlenem Kaffee erhält. Bedauerlicherweise muß man zugeben, daß mit dem heutigen Wissen dieses Ziel noch nicht erreicht wurde, zumindest nicht in technischem Maßstab.
Man hat Versuche unternommen, den Geschmack von löslichem Kaffee zu verbessern, indem man die Geschmackskomponenten des gerösteten, gemahlenen Kaffees entweder vor der Extraktion der Masse der löslichen Feststoffe aus dem Kaffee einfängt bzw. sammelt oder indem man die technischen Kaffeeextrakte durch Verdampfen abstreift und dann diese Geschmackskomponenten zu dem Extrakt vor oder nach dem Sprühtrocknen wieder zugibt.
Im allgemeinen war es in der Vergangenheit das Ziel, löslichen Kaffee herzustellen, der im wesentlichen gleich ist, wie regelmäßig gerösteter und gemahlener Kaffee,hinsichtlich des Geschmacks und des Aromas, da löslicher Kaffee, verglichen mit geröstetem und gemahlenem Kaffee, dem Verbraucher den wesentlichen Vorteil bietet, daß das Kaffeegetränk leichter herzustellen ist, und daher muß man diese Bemühungen auch weiterhin fortsetzen.
Im Gegensatz zu den bekannten Verfahren, die zum größten Teil entwickelt wurden, um lösliche Kaffeeprodukte herzustellen, deren Geschmack und Aroma sich dem von geröstetem und gemahlenem Kaffee nähern, betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines löslichen Kaffeeprodukts mit einem gewünschten Geschmack, wobei die grünen/ schmackhaften bzw. pikanten bzw. nußartigen Geschmacksnoten vorherrschen, und obgleich dieses Kaffeeprodukt einen Geschmack und ein Aroma besitzt, die sich von denen gerösteten und gemahlenen Kaffees wesentlich unterscheiden, wird dieser Kaffee vom Verbraucher vorgezogen, verglichen mit den löslichen Kaffeeprodukten, die nach einigen der bekannten Verfahren hergestellt wurden.
In der Vergangenheit hat man die Tatsache nicht erkannt oder,wenn man sie erkannt hat, nicht ausgenutzt, daß konzentrierter Kaffeextrakt, der durch Extraktion der löslichen Kaffeefeststoffe von geröstetem und gemahlenem Kaffee in einem technischen Extraktionssäulenbatteriesystem erhalten wird, wenn er auf einen löslichen Feststoffgehalt verdünnt wird, der äquivalent ist dem eines typischen Kaffeegetränks, das typische gebraute Kaffeegetränk hinsichtlich seines Aroma-und Geschmackscharakters nicht nachahmt. Der Unterschied ist vermutlich auf die erhöhten Temperaturbedingungen und die langen Behandlungszeiten zurückzuführen, die bei technischen Verfahren verwendet werden. Es ist daher, wenn man einen Extrakt aus einem technischen Extraktionssystem verwendet, praktisch unmöglich, durch weitere Entwässerungsbehandlung ein lösliches Kaffeeprodukt herzustellen, das aufgebrühten bzw. gebrautem, gerösteten und gemahlenem Kaffee hinsichtlich des Geschmacks- und Aromacharakters vollständig ähnelt.
Bei Versuchen, den Geschmack und das Aroma von geröstetem und gemahlenem Kaffee nachzuahmen, haben viele Fachleute in der Vergangenheit versucht, alle aromatischen Stoffe wiederzugewinnen, die während des Verdampfungsabstreifverfahrens abgestreift werden, und alle gewonnenen aromatischen Verbindungen zurück zu dem zu dehydratisierenden, konzentrierten Extrakt zu geben. Da die Zugabe aller dieser aromatischen Fraktionen zurück zu dem Extrakt nicht mehr bewirkt, als daß die Qualität des Aromas und des Geschmacks des ursprünglichen Extrakts aus der Extraktionssäulenbatterie nachgeahmt wird, ist der verstärkte Extrakt, der die gesamten Aroma- und Geschmacksfraktionen, die ihm wieder zurückgegeben wurden* enthält, kein geeignetes Ausgangsmaterial für die Herstellung eines löslichen Kaffees, das den Geschmack und Aroma von geröstetem und gemahlenem, gebrühtem Kaffee besitzt bzw. nachahmt.
Im Gegensatz zu dem bekannten Stand der Technik ist es ein wesentliches Merkmal der vorliegenden Erfindung, selektiv eine spezifische Fraktion der gesamten Geschmackskomponenten zu gewinnen, die bei einem Verdampfungsabstreifver fahren abgestreift werden, und den Kaff eextrakt, nachdem er auf geeignete Weise konzentriert wurde, mit dieser ausgewählten Fraktion zu verstärken. Die Anmelderin erkennt sehr wohl, daß löslicher Kaffee, der im wesentlichen das gleiche Aroma und den gleichen Geschmack von geröstetem und gemahlenem Kaffee besitzt, dabei nicht erhalten wird. Jedoch ist der erhaltene Kaffee, insbesondere durch die Kombination der selektiven Zugabe von Geschmacksfraktionen und der Dehydratisierung des so verstärkten, konzentrierten Extrakts nach einem Niedrigtemperatur-SprUhtrocknungsverfahren, ein einzigartiger, löslicher Kaffee, ein Kaffee, der einen grünen/ pikanten bzw.
nußartigen Geschmack aufweist und der sich auf bestimmte Weise von den bekannten Produkten unterscheidet.
Wenn in der vorliegenden Anmeldung von einem "grünen/ pikanten bzw. nußartigen Geschmack" gesprochen wird, so entspricht dieser Ausdruck dem angelsächsischen Ausdruck "green/ nutty flavour'l. Bei der vorliegenden Erfindung wird dieser grüne/pikante bzw. nußartige Geschmack von erfahrenen Geschmacksprufern verwendet, um die nußartigen Geschmacksnoten zu bezeichnen, die für geröstete Nüsse charakteristisch sind, etwas süß und glatt bzw. wohlgefällig, und die grünen Geschmacksnoten sind mit rohem Gemüse und grünem Kaffee assoziiert.
Die wesentlichen Merkmale der vorliegenden Erfindung bestehen in (1) Entfernung eines wesentlichen Anteils von all den flüchtigen Geschmackskomponenten aus dem Kaffeextrakt, der in einer Extraktionsbatterie hergestellt wird, (2) Isolierung bzw. Gewinnung einer ausgewählten Fraktion dieser flüchtigen Geschmackskomponenten, (3) Wiederzugabe der ausgewählten Fraktion aus flüchtigen Geschmackskomponenten zu der Hauptmasse des Extrakts, nachdem er weiter konzentriert wurde, und (4) Sprühtrocknen bei niedriger Temperatur des verstärkten, konzentrierten, flüssigen Extrakts.
Eine weitere Verfahrensstufe der Agglomeration des sprühgetrockneten Kaffeepulvers unter Bildung von Granulat (wegen des bevorzugten Aussehens und des Schüttgewichts) ist eine weitere Möglichkeit bei dem erfindungsgemäßen Verfahren.
Das entstehende, erfindungsgemäße Produkt, entweder in sprühgetrockneter Pulverform oder in agglomerierter Granulatform, ergibt ein Getränk, das einen ausgeprägten grünen /nußartigen Geschmack aufweist. Obgleich es sich in seinen gesamten Aroma-und Geschmackseigenschaften von denen eines Getränks unter scheidet, das zu Haus aus geröstetem und gemahlenem Kaffee gebraut bzw. gebrüht wird, wird das aus dem erfindungsgemäßen Produkt zubereitete bzw. aufgebrubte Getränk vom Verbraucher angenommen.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird die Tatsache ausgenutzt, daß die Kontrollfaktoren hinsichtlich der Menge der flüchtigen Komponenten, die durch Verdampfen von dem Extrakt abgestreift werden, die relative Flüchtigkeit der Komponenten (genommen bei unbegrenzter Verdünnung) und der Prozentgehalt des Wassers, der aus dem Extrakt verdampft wird, sind. Die Temperatur (absoluter Druck) in der Verdampfwigs zone, bei der die flüchtigen Komponenten durch Verdampfung von dem Extrakt abgestreift werden, ist relativ unwichtig für die Gesamtmenge an Geschmacksverbindungen, die aus dem Extrakt entfernt werden. Damit die gewünschte Menge an abgestreiften Geschmackskomponenten erhalten wird, muß jedoch ein relativ erhöhter absoluter Druck im Bereich von 40,64 cm (16") Hg bis Atmosphärendruck (und dementsprechend die erhöhte Gleichgewichtstemperatur) verwendet werden, und für einen Kaffeeextrakt, der aus der Extraktionsbatterie mit einem löslichen Feststoffgehalt im Bereich von 12 bis 30% (Gew./Gew.) entnommen wird, müssen mindestens 5 bis 15% Wasser in dem Beschikkungsextrakt mit den Geschmackskomponenten entfernt werden.
Der Extrakt aus der Extraktionssäulenbatterie sollte eine Temperatur unter 200C (680F) besitzen, damit die Zersetzung der Geschmackskomponenten darin minimal gehalten wird, und er sollte geklärt sein.
Das Abstreifen der Aromafraktionen aus dem Kaffeextrakt kann ebenfalls bei niedrigen absoluten Drücken und Temperaturen erfolgen, wie es von Adler et al in der GB-PS 871 984 beschrieben wird, und bei absoluten Zwischendrücken von 15,24 bis 38,1 cm (6 bis 15) Hg mit der entsprechenden Zwischentemperatur), wie es in der GB-PS 1 265 206 beschrieben wird.
Jedoch ist die Entfernung eines ausgewählten Anteils der Geschmacksverbindungen mit der gewünschten Qualität durch die Kontrolle des absoluten Druck in der Verdampfungszone allein schwierig.
Die Partialkondensation des die Aroma- und Geschmackskomponenten enthaltenden, wäßrigen Dampfes aus dem Abstreifer ist jedoch ein mögliches und kontrollierbares Verfahren für die Gewinnung einer ausgewählten Fraktion an Geschmackskomponenten für die Wiederzugabe zu dem konzentrierten Kaffeextrakt.
Die ausgewählte Fraktion der flüchtigen Materialien, die von dem Kaffeextrakt während des Verdampfungsabstreifverfahrens abgestreift wird, wird durch ein sorgfältig kontrolliertes Kondensationsverfahren erhalten. Es wurde gefunden, daß ein sorgfältig kontrolliertes Kondensationsverfahren einen ausgewählten Teil der abgestreiften, aromatischen Verbindungen als wäßriges Kondensat ergibt, das vorwiegend grüne/nußartige bzw. pikante Geschmacksnoten aufweist. Dieses Kondensat verleiht, wenn es zu der konzentrierten Hauptmasse des Extrakts zugegeben wird und das Gemisch dann solchen Temperaturbedingungen unterworfen wird, daß das im folgenden beschriebene Sprühtrocknen bei kontrollierter, niedriger Telnperatur durchgeführt durchgeführt wird, dem fertigen, sprühgetrockneten Produkt einen grünen/nußartigen Geschmack.
Sorgfältig kontrollierte Agglomerationsbedindungen, bei denen der Ausdruck des grünen/nußartigen Geschmacks nicht verbessert wird, werden dann zur Umwandlung des sprUhgetrockneten Pulvers in Granulatform verwendet. Das entstehende Produkt ist somit ein sprühgetrocknetes Pulver mit einem ausgeprägten grünen /nußartigen bzw. pikanten Geschmack oder, alternativ, ein sprühgetrocknetes Pulver, das zu Granulatform agglomeriert wurde, wobei der nußartige Geschmack etwas geringer ist.
Die Kontrollfaktoren, die die Menge und Eigenschaften der Geschmackskomponenten in dem Kondensat der Dämpfer der aus der Verdampfungsabstreifzone entnommen wird, bestimmen, sind der absolute Druck in dem Kondensor bzw. Kühler (der gleich oder nicht gleich sein kann, wie der in der Verdampfungs abstreifzone), die Temperatur des Kondensats (die durch die Temperatur der verwendeten Kühloberfläche bestimmt wird) und, was von Bedeutung ist, die Menge an nichtkondensierbaren Gasen, die aus den Kühlen bzw. Kondensoren entweichen (oder besser das Verhältnis von nichtkondensierbarem Gasvolumen zu Kondensatgewicht pro Zeiteinheit). Die nichtkondensierbaren Gase können aus undichten Stellen in der Vorrichtung wie auch aus mitgerissenen Gasen im Extrakt, der in die Verdampfer eingeleitet wird, stammen. Zusammengefaßt gilt, je höher der Druck in den Kühlern ist, je niedriger die Kondensat temperatur und je niedriger das nichtkondensierbare Gasverhältnis ist, umso größer wird die Wirksamkeit bei der Kondensation sein.
Die Zusammensetzung des Kondensats wird daher eindeutig durch die genauen Bedingungen in dem Kühler bestimmt, und diese Kühlerbedingungen sind für die Auswahl der gewünschten Fraktion an Geschmackskomponenten wichtiger als der absolute Druck in der Verdampfungsabstreif zone.
Bei der Durchführg des erfindungsgemäßen Verfahrens werden die flüchtigen Geschmackskomponenten in dem Wasser von dem Kaffeextrakt abgestreift, bevorzugt indem man den Extrakt kontinuierlich durch einen einstufigen Plattenverdampfer leitet, der bei einem Druck von 40,64 am (16") Hg bis Atmosphärendruck (absoluter Druck) betrieben wird, so daß 5 bis 15% des ursprünglich in dem Extrakt vorhandenen Wassers verdampfen, vorzugsweise 5 bis 10%. Man kann irgendeine Art von Verdampfer verwenden, obgleich ein Verdampfer des Filmtyps bevorzugt ist. Es ist bevorzugt, nahe bei Gleichgewichtsbedingungen zu arbeiten, um eine passende Verdampfungsoberfläche zu erhalten. Die Entfernung von 80 bis 96% der flüchtigen Substanzen, die einen relativen Flüchtigkeitswert von mehr als 80 bei unendlicher Verdünnung besitzen, ist eine geeignete Richtlinie für die Praxis, und man stellt fest, daß sie mit einer 5 bis 15%igen Entfernung des Wassers aus dem Kaffeeextrakt erreicht wird.
Die Menge an flüchtigen Substanzen kann für diesen Zweck zweckdienlich aus den gesamten gaschromatographischen Zählungen analysiert werden, die über dem Kopfraum einer geringen Menge an Extrakt nach Standardverfahren bestimmt werden, indem man Kopfraumgas in eine geeignete, gaschromatographische Vorrichtung injiziert, aufzeichnet und die Peakfläche der Spur integriert.
Die durch Verdampfung abgestreiften Materialien werden dann unter sorgfältig kontrollierten Bedingungen teilweise kondensiert. Die Kondensation der durch Verdampfung abgestreiften Materialien in einem Rohrkühler mit Mantel geeigneter Kondensationskapazität kann durchgeführt werden.
Damit man erfindungsgemäß ein Kondensat erhält, das eine grüne/nußartige Geschmacksfraktions zusammensetzung aufweist, ist eine Kondensattemperatur von 0 bis 21,10C (32-700F) zufriedenstellend und bevorzugt, wobei der absolute Druck im wesentlich gleich ist, wie der in der Verdampfungsabstreifzone (zwischen 40,64 cmHg und Atmosphärendruck).
Das Kondensationssystem und die Vakuumpumpe sind bevorzugt mit einer Einrichtung zur Bestimmung der Menge oder des Volumens oder nichtkondensierbarer Gase (der Einfachheit halber bestimmt bei Atmosphärendruck) ausgerüstet. Diese Variable kann durch Einleiten nichtkondensierbarer Gase in das Partialkondensationssystem reguliert werden. Die nichtkondensierbaren Gase besitzen einen materiellen Einfluß auf die Zusammensetzung des Kondensats und stellen eine andere Möglichkeit für die selektive Fraktionierung der gesamten, abgestreiften Geschmackskomponenten dar, die zur Gewinnung einer spezifischen Fraktion aus Geschmackskomponenten führt.
Eine Menge an nichtkondensierbaren Gasen im Bereich von 2,8 bis 56 1 (0,1 bis 2 ft3)(STP), die in die Kondensationszone pro 0,45 kg (1 pound) Kondensat eingeleitet wird, ist bevorzugt.
Somit wird ein potentieller Verlust an irgendwelchen besonders flüchtigen Komponenten, insbesondere den flüchtigen ren, d.h. solchen, die hohe Werte oder relative Flüchtigkeit besitzen (betrachtet bei unendlicher Verdünnung), bezogen auf die geringen Menge dieser Verbindungen, die vorhanden sind, hauptsächlich durch die Variablen, wie Temperatur und Druck (Vakuum), innerhalb des Kühlers und die Menge an austretenden, nichtkondensierbaren Gasen bestimmt.
Wie zuvor angegeben, hat man festgestellt, daß ein gewisser Verlust an flüchtigen Komponenten für den besten Endgeschmack bevorzugt ist und daß eine maximale Retention bei der Kondensationsstufe nicht notwendigerweise das wichtigste Kriterium für die Geschmacksqualität ist, was man in der Vergangenheit angenommen hatte. In der Tat hat man festgesellt, daß ein Kondensat, das 40 bis 90% der abgestreiften Geschmackskomponenten enthält bzw. in dem diese zurUckgehalten sind, ein Endprodukt mit dem allerbesten Geschmack ergibt.
Die ausgewahlte Fraktion an kondensierten, aromatischen Verbindungen wird zu dem Kaffeextrakt, nachdem der Kaffeeextrakt auf eine Konzentration von mindestens 37% Gew./Gew.
löslichen Stoffen, die tatsächlich so hoch wie 55% sein kann, konzentriert wurde, zurückgegeben. Die Verdampfung des abgestreifen Magaenextrakts kann in einem geeigneten Verdampfer, vorzugsweise in einem zweistufigen Filmverdampferw durchgelehrt werden. Geeignete Drücke ia; Verdampfer betragen 38,1 cm (15) Quecksilber oder höher (absoluter Druck) für die erste ßtUio und 10?16 cm (4") Hg oder niedriger bei der zweiten atufe. Das ndenaat aus diesem Verdampfer wird verworfen. Die abgestreiften Materialien sollten sofort in das Konzentrat bei dem richtigen stöchiometrischen Wert, bezogen auf die Menge an vorhandenen, löslichen Feststoffen* abgemessen werden, wobei sichergestellt wird, daß ein homogenes Produkt für die nachfolgende Niedrigtemperatur-Sprühtrocknung erhalten wird. Da die Zugabe der abgestreiften Materialien zu dem konzentrierten Extrakt notwendigerweise seine Konzentration an löslichen Stoffen um einige Prozent erniedrigt, sollte die Konzentration des Extrakts vor dem Sprühtrocknen nicht unter 35% liegen.
Der entstehende, verstärkte, konzentrierte Kaffeeextrakt wird dann sprühgetrocknet, so daß der Geschmack darin in maximalem Ausmaß erhaltenbleibt. Bei Extraktkonzentrationen von etwa 35 bis 40% wird ein an sich bekannter Sprühtrockner mit Zentrifugenspraydüsen verwendet. Man kann auch das in der US-PS 1 289 439 beschriebene Verfahren verwenden.
Die bevorzugte Extraktbeschickungstemperatur beträgt im allgemeinen 21,10C (700F) oder weniger und eine Temperatur bis zu -2,280C (270F) ist von Vorteil. Die richtige Auswahl der Art, der Größe oder der Düsen und des Betriebsdrucks ist wichtig, z.B. sollte bei einer Extraktkonzentration von 36% ein Düsendruck im Bereich von 49,2 bis 98,4 atü (700-1400 psig), eine niedrige Auslaßtemperatur von 93,3 bis 98,90C(2()o-2100F) und eine relativ niedrige Einlaßtemperatur von 216 bis 2270C (420-4400F) verwendet werden. Bei einer Extraktkonzentration von 38% kann eine Einlaßlufttemperatur bis zu 2880C t550°F) verwendet werden. Diese Bedingungen hängen nattirlich etwas von der tatsächlichen Konzentration des Extrakts und der gewünschten Größe der Tröpfchen, die getrocknet werden sollen, ab. Es ist leicht erkennbar, daß sie sich von den üblichen Sprühtrocknungsbedingungen, bei denen niedriger Zentritugen-Düsendrücke verwendet werden, und von den Spraytrocknungsverfahren mit höheren Lufttemperaturen und 4trqUt.rtq Zerstäubung unterscheiden. Es ist ein wesentllcM8 Xernl, daß die durchschnittliche Teilchengröße des erhaltenen Pulvers etwas geringer ist und zwischen 100 und 300 Mikron, bevorzugt etwa 200 Mikron, liegt.
Wenn das Produkt in der anderen, agglomerierten, granularen Form hergestellt wird, muß das Pulver nur auf einen Feuchtigkeitsgehalt von etwa 4 bis 6% getrocknet werden, wodurch ein weiterer Vorteil einer Geschmacksretention erhalten wird. Wenn das fertige Produkt ein sprhhgetrocknetes Pulver ist, ist es dann erforderlich, das Produkt auf einen Feuchtigkeitsgehalt von 4% oder weniger zu trocknen.
Bei einer Extraktkonzentration von 40 bis 5516, die normalerweise erhalten wird, sind die erforderlichen Sprühtro cknungsbedingungen für eine maximale Geschmacksretention der flüchtigen Bestandteile ähnlich, ausgenommen, daß es, um eine zufriedenstellende Sprühbildung zu Erzielung der gleichen Teilchengröße zu erhalten, erforderlich ist, einen Beschickungsextrakt mit etwas höherer Temperatur bis zu etwa 93,30C (2000F) zu verwenden, wobei man jedoch ähnliche Betriebsdüsendrücke, wie zuvor beschrieben, verwendet. Man stellt fest, daß man eine etwas höhere Retention der flüchtigen Komponenten bei diesen höheren Konzentrationen des Extrakts erhält, insbesondere wenn niedrigere Einlaßtemperaturen verwendet werden.
Beispielsweise kann ein Extrakt mit einer Konzentration von 40 bis 55,' sprühgetrocknet werden unter Verwendung einer Zentrifugendruckdüse mit einem Druck von 63,3 bis 176 atü (900-2500 psig) in einer Sprühtrocknungskammer bei einer Einlaßlufttemperatur von 121,1 bis 2880C (250-5500F) und einer Auslaßlufttemperatur von 82,2 bis 93,30C (180-2000F), wobei der Extrakt eine Temperatur zwischen 60 und 93,30C (140-2000F) am Einlaß zu dem Trockner aufweist.
Alternativ und bevorzugter, wegen des Aussehens und der Schüttdichte, kann das sprühgetrocknete Produkt unter Bildung eines Granulats agglomeriert werden, vorzugsweise in der in der US-PS 1 224 807 beschriebenen Vorrichtung.
Das sprühgetrocknete Pulver wird zuerst zu einer feinen Teilchengröße vermahlen, wie es ebenfalls in dieser Patentschrift beschrieben ist, aber die gemahlene Pulverbeschikkung wird dann durch Dampf-Fusion bei milderen Lufttemperaturen, als es im allgemeinen beschrieben wird, agglomeriert.
Die bevorzugten Temperaturen sind: Einlaßlufttemperatur: 138 bis 1490C (280-3000F) Auslaßlufttemperatur: 71,1 bis 93,30C (160-2000F).
Das wichtigste Merkmal des Agglomerationsverfahrens ist die Einstellung der erforderlichen Fusionstemperatur bzw. Verschmelzungstemperatur für die Agglomerate (zwischen 37,8 und 121,10c = 100 bis 2500F), wobei die Luft die niedrigst mögliche Temperatur besitzt. Auf diese Art werden die flüchtigen Geschmacksbestandteile in höherer Menge zurückgehalten, als es sonst bei diesem Verfahren möglich ist.
Der Feuchtigkeitsgehalt des agglomerierten oder granularen Produkts kann jedoch so hoch wie 6 bis 7% sein. Dieser Feuchtigkeitsgehalt wird dann auf 4%, bevorzugt nicht mehr als 3,5% und weniger, wie es für eine gute Lagerungsstabilität des fertigen, gesiebten Produktes erforderlich ist, nach einem darauffolgenden, milden Nachtro cknungsverfahren erniedrigt.
Es wurde gefunden, daß die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Produkte einen wesentlich besseren Geschmack besitzen als solche, bei denen der Kaffeextrakt direkt verdampft oder sprühgetrocknet und nach bekannten Verfahren agglomeriert wurde, ohne daß die flüchtigen Geschmackskomponenten wieder zugegeben wurden und ohne daß darauf geachtet wurde, daß bei den Trocknungs/Agglomerationsstufen eine maximale Geschmacksretention erreicht wird.
Wie aus den obigen Erläuterungen hervorgeht, wird erfindungsgemäß eine ausgewählte Fraktion an Kaffeegeschmacksstoffen zu einem konzentrierten Kaffeextrakt zugegeben, der zuvor von seinen flüchtigen Geschmackskomponenten abgestreift wurde, und dann wird dieser verstärkte, konzentrierte Kaffeextrakt einem Dehydratisierungsverfahren unterworfen, wodurch die Retention der ausgewählten Fraktion an aromatischen Kaffeeverbindungen maximal in dem fertigen Produkt möglich wird und ein lösliches Kaffeeprodukt erhalten wird, das einen ausgeprägten grünen/nußartigen bzw. pikanten Geschmack aufweist und das, wie gezeigt werden konnte, vom Verbraucher gern angenommen wird.
Die wesentlichsten Merkmal der vorliegenden Erfindung sind die beiden folgenden: (1) Die Technik der Partialkondensation der Geschmacksfraktionen durch sorgfältig kontrollierte Kühlerbedingungen, damit man gerade den Teil der gesamten Kaffeegeschmackskomponenten erhält, die ursprünglich in einem technischen Kaffeeextrakt vorhanden sind, wodurch ein fertiges Produkt mit überwiegendem nußartigen bzw. pikanten/grünen Geschmack erhalten wird, und (2) das Niedrigtemperatur-Trocknungs/Agglomerationsverfahren für den konzentrierten Extrakt, der mit einer Auswahl an Kaffeegeschmackskomponenten verstärkt ist.
Der Fachmann wird leicht erkennen, daß ein mehrfaches Kühlersystem verwendet werden kann, um ähnliche Partialkondensationswirkungen zu erhalten, und daß es durch Variation der Kühlerverfahrensbedingungen möglich ist,xunterschiedliehe Fraktionen an Geschmackskomponenten auszuwählen, die Kaffeeprodukte ergeben mit Geschmacksnoten, die sich von denen, die als grUnnußartig bezeichnet werden, unterscheiden.
Solche mehrfachen Kühlersysteme können so angeordnet sein, daß sie J3etriebadrücke in der Klililerzone aufweisen, die sich von dea BetriebJdruck in der tatsächlichen Verdampfungsabstreifzone unterscheiden. Einer der Kühler eines mehrfachen Kondensationssystems kann mit einer GefrierkUhlung verwendet werden, um die Geschmackskomponenten in gefrorener Form zu erhalten.
Die Erfindung betrifft somit ein Verfahren zur Herstellung eines löslichen Kaffeeproduktes, gemäß dem ein Partialkondensat der flüchtigen Geschmackskomponenten zu einerm konzentrierten Kaffeextrakt zugegeben wird, der zuvor von den flüchtigen Geschmackskomponenten abgestreift wurde, und bei dem dieser verstärkte, konzentrierte Kaffeextrakt einem Dehydratisierungsverfahren unterworfen wird, wodurch die Retention der Geschmackskomponenten maximal gehalten wird und ein lösliches Kaffeeprodukt mit ausgeprägten grUnen/nußartigen bzw. pikanten Aromanoten erhalten wird.
Die folgenden Beispiele erläutern die Erfindung und insbesondere die Herstellung des erfindungsgernäßen Kaffeearomas. Die Prozentgehalte sind, sofern nicht anders angegeben, auf Gewichtsbasis ausgedrückt.
Beispiel 1 Ein Gemisch aus geröstetem Kaffee wird in einer dblilichen Gegenstromperkolationsbatterie extrahiert, so daß man bei der Endabdeatillation eine Konzentration an lölichen Stoffen von 20,0% Gew./Gew. erhält, und dann wird auf 15,6°C (600F) gekühlt. Der Extrakt wird durch Durchleiten durch einen Westphalia-Zentrifugenklärer geklärt und zu einem APV-Plattenverdampter (Serien III Modell. Typ PE - mit 7 Platteneinheiten) in einer Rate von 726 kg (1603 lb*2h geleitet, der mit 45,7 cm (18 in.) Quecksilber absoluter Druck betrieben wird. Di Bedingungen werden so eingestellt, daß eine Fraktion aus fitichtigem Material und Vasser von 7,59( des ursprünglichen Gewichts des Wassers in dci dem Extrakt abgestreift wird. Das abgestreifte Material wird in einen Kühler mit vertikalem Rohr und Mantel mit einer Oberfläche von 16,2 m2 (180 sq.ft.) an der Mantelseite kondensiert, wobei der Dampf in den oberen Teil eingeführt wird und das Kondensat und Abblasgas unten entnommen werden. Das Kühlwasser tritt mit einer Temperatur von 10°C (500F) ein und mit einer Temperatur von 15,60C (6O0F) aus (entsprechend der Kondensattemperatur).
Der abgestreifte Extrakt wird direkt in einen zweistufigen APV-Plattenverdampfer, der bei 10,16 cm (4") Quecksilber absoluter Druck in der zweiten Stufe und bei 30,48 cm (12") bei der ersten Stufe betrieben wird, eingeleitet. Der Manteldampfdruck überschreitet Atmosphärendruck nicht. Die Endkonzentration an abgestreiftem, verdampftem Extrakt beträgt 40,3. Der konzentrierte Extrakt wird auf 15,6dz (600F) gekühlt und dann in der Leitung mit dem abgestreiften Material beim Durchgang zu einem Beschickungstank für den Sprüh-Trocknungs-Vorgang vermischt, wo die Konzentration des Extrakts nun 36,0% Gew./Gew. beträgt.
Das Sprühtrocknen wird in einem großen Sprüh-Trock nungsturm mit einem Durchmesser von 7,32 m (24 ft) durchgeführt, der mit vier Zentrifugensprühdüsen (Delavan-Watson, Uniswirl 125/109) ausgerüstet ist.
Der Extrakt wird auf seinem Weg zu den Düsen auf 4,44 bis 10,00C (40-500F) abgekühlt, und ein Spraydüsendruck von 49,2 atü (700 psig) wird verwendet. Die Lufteinlaßtemperasur des Trockners beträgt 2160C (42O0F) und die Auslaßtemperatur wird absichtlich so niedrig wie 2000C eingestellt. Das gesamte Pulverprodukt aus dem Trockner wird gesammelt. Das Pulverprodukt besitzt einen Feuchtigkeitsgehalt von 5% und eine durchschnittliche Teilchengröße von etwa 200 Mikron.
Das sprühgetrocknete Pulver wird dann zu eimer kleinen Teilchengröße (unter 50 Mikron) mit einer Bauermeistermühle in einer Rate von etwa 1720 kg/h (3800 lbs)/h bei Umgebungstemperatur vermahlen. Das feine Pulver wird dann in einen Agglomerator der Art, wie in der GB-PS 1 224 807 beschrieben, eingeleitet, aber dieser wird so betrieben, daß die Haupteinlaßlufttemperatur 1380c (2800F) und die Auslaßtemperatur 90,1 0C (1950F) beträgt.
Die groben Agglomerate werden auf 26,70C (8O0F) abgekühlt und durch ein 350 Mikron-Sieb und über ein 890 Mikron-Sieb gesiebt. Die Feinstoffe werden zu dem Mühlvorgang zurückgeführt, während das gewünschte, granulare Produkt (etwa 50% auf dem 1680 Mikronsieb) mit einem Feuchtigkeitsgehalt von etwa 6% sofort in einen Vibrationsschichttrockner geleitet wird. Dieser Trockner wird mit einem Aufwärts strom von warmer Luft bei 93,30C (200°F) in dem ersten Teil, gefolgt in dem zweiten Teil mit von der Feuchtigkeit befreiter Luft von 20,40C (680F) mit einer Durchgangszeit von etwa 2 min betrieben. Das entstehende Produkt besitzt einen Feuchtigkeitsgehalt von 4%, eine freifließende Schüttdichte von 23 g/100 ml, eine gewEnschte dunkle Farbe mit der folgenden Siebanalyse: 25% auf 2380, 25% auf 1680, 47% auf 429 Mikron und 3% durch 420 Mikron. Das granulare Produkt besitzt die gewünschte Teilchenfestigkeit für die nachfolgenden Handhabungsverfahrensstufen und für die Verwendung beim Verbraucher. Vor dem Abfüllen in Gläser wird das Produkt mit O,25%igem Kaffeearomaöl, das durch Ausdrücken von geröstetem Kaffee in luftfreier Atmosphäre erhalten wird, plattiert bzw. überzogen. Der Endsauerstoffgehalt des gepackten Produktes liegt unter 4%. Das Produkt besitzt grüne/nußartige Aromanoten, verglichen mit dem milden Geschmack eines ähnlichen granularen Produktes, das auf bekannte Weise aus der gleichen Mischung hergestellt wird. Bei einem bekannten Verfahren wird der gleiche Anfangs extrakt auf etwa 3054 einstufig eingedampft, und das gesamte Kondensat wird verworfen. Das Sprühtrocknen wird in der gleichen Art von Vorrichtung bei Temperaturen von 260 bis 115,60c (Auslaß) (500-240°F) mit einem niedrigen Düsendruck von etwa 21,1 atü (300 psig) durchgeführt, und die Agglomeration des sprühgetrockneten Produktes wird in der gleichen Art von Vorrichtung, aber bei höheren Temperaturen durchgeführt, wobei man direkt einen Endfeuchtigkeitsgehalt von 4% erhält. Bei einer Prüfung durch den Verbraucher stellt man fest, daß das verstärkte Produkt besser angenommen wird als das bekannte Produkt.
Im Verlauf dieses Beispiels werden die flüchtigen Mengen oder Werte im Kopfraum der verschiedenen flüssigen Extrakte, die während des Verfahrens erhalten werden, gaschromatographisch untersucht, und die Wirksamkeit bzw. der Nutzeffekt des Abstreifens/Kondensation der Geschmackskomponenten wird berechnet.
Zur Bestimmung der gesamten GC-Werte wird eine Probe des Extrakts verwendet, wobei der Extrakt zuerst auf eine Standardkonzentration von 15% Gew.tew. Feststoffe verdünnt wird. Eine 5 ml-Probe wird dann in eine kleine Ampulle mit einer Kapazität von 30 ml gegeben und mit einer Gummikappe verschlossen. Die Ampulle wird dann in ein bewegtes Wasserbad bei 40°C (1040F) während 20 min gegeben, damit sich zwischen dem Kopfraum und dem Extrakt ein Gleichgewicht einstellen kann. Wenn in der vorliegenden Anmeldung von"Kopfraum" gesprochen wird, soll darunter der freie Gasraum verstanden werden, d.h. der Raum, in dem sich keine Flüssigkeit befindet. Eine 2 ml Probe des Kopfraumgases wird mit einer Spritze entnommen und in die gaschromatographische Vorrichtung injiziert, die einen Flammenionisationsdetektor enthält. Die Abgabe davon wird in einennumerischen Integrator eingeleitet.
Die GC-Werte werden durch Vergleich gegenüber einem Standard von 2-Butanol/Wasser (O,1%ige Lösung), der direkt injiziert wird, erhalten.
Die Abstreifwirksamkeit wird aus dem Prozentgehalt der GC-Werte von ursprünglicher Extrakt - abgestreifter Extrakt ursprünglicher Extrakt berechnet und die Kondensationswirksamkeit wird aus (verdampfter Extrakt + zugegebenes, abgestreiftes Material) -verdampfter Extrakt berechnet.
In diesem Beispiel werden die folgenden Werte erhalten und die entsprechenden Wirksamkeiten bzw. Nutzeffekte berechnet: In die Abstreifzone eingeleiteter Extrakt 44 100 Einheiten abgestreifter Extrakt aus der Abstreifzone 3 400 Einheiten verdampfter Extrakt 400 Einheiten verdampfter Extrakt mit zugegebenem, abgestreiftem Material 32 400 Einheiten Abstreifwirksamkeit 92% Kondensationswirksamkeit 7956 Beispiel 2 227 kg (500 lbs) Kaffeextrakt mit einer Konzentration von 16% Gew./Gew. werden aus einer technischen Extraktionsbatterie entnommen, auf 21,1°C (700F) gekühlt und in zwei Teile geteilt. Der erste Teil wird in einer Pilotanlage Luwa Wiped Film Evaporator in einer Rate von 4,54 kg (10 lbs)/h, bei einem Druck von 25,4 cm (10") Hg absolutem Druck abgestreift, wobei 6,5% Wasser abgestreift werden, wenn man feststellt, daß die Abstreifwirksamkeit 95% beträgt (bestimmt nach dem CG-Kopfraumverfahren, wie bereits beschrieben). Der zweite Teil wird auf ähnliche Weise bei einem absoluten Druck von 45,7 cm (18") Hg abgestreift, bis die gemessene Wirksamkeit 97% beträgt. Diese Werte zeigen die geringen Unterschiede in der Abstreifwirksamkeit bei zwei unterschiedlichen Drücken an. Die abgestreiften Dampfe werden in jedem Fall bei den entsprechenden Abstreifdrücken in einem Kühler mit Glasmantel und Rohr kondensiert, wobei das Kondensat mit einer Temperatur von 20,00C (680F) austritt.
Die Strömungsrate des nichtkondensierbaren Gases ist sehr niedrig und beträgt weniger als 0,1 cfm Quecksilber Atmosphärendruck, oder das Gewichtsverhältnis an nichtkondensierbarem Gas/Kondensat beträgt 0,2 (cfm/lbs). Die Kondensationswirksamkeit bei den beiden Drücken von 25,4 cm (10") und 45,7 cm (18t') Hg abs. beträgt 89% bzw. 92% und erläutert somit einen Grenzunterschied in der Kondensationswirksamkeit und zeigt den Einfluß der niedrigen Rate der nichtkondensierbaren Gase an. Im Vergleich erhält man bei einer höheren Rate der nichtkondensierbaren Gase in der Nachbarschaft von 14 1/2,54 cm (1/2 cu.ft./in) in der gleichen Vorrichtung Kühlerwirksamkeiten um 70 bis 80%, während noch die gewünschten nußartigen/grünen Geschmackseigenschaften erhaltenbleiben. Dies zeigt einen wesentlichen Einfluß des Volumens der nichtkondensierbaren Stoffe (Kondensatgewichtsverhältnis) auf die Kuhlerwirksamkeit, die ihrerseits den Geschmack des Partialkondensats schnell beeinflußt.

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h é 1. Verfahren zur Herstellung eines löslichen Kaffeepulvers durch Dehydratisierung eines wäßrigen Extrakts aus geröstetem und gemahlenem Kaffee, dadurch gekennzeichnet, daß man (a) die flüchtigen Geschmacks- bzw. Aromakomponenten in einer Verdampfungszone aus dem wäßrigen Kaffeextrakt bei solchen Bedingungen durch Verdampfen abstreift, daß ein absoluter Druck im Bereich von 40,64 bis 50,80 cm (16 bis 20 in.) Quecksilber aufrechterhalten wird und 5 bis 15% Wasser in dem wäßrigen Kaffeextrakt verdampft werden, wobei der Wasserdampf die abgestreiften Geschmacksaromakaffeekomponenten enthält; (b) das abgestreifte, die flüchtigen Geschmackskomponenten enthaltende Wasserdampfgemisch in einer Kondensationszone, in der ein absoluter Druck im Bereich von 40,64 cm (16 in.) Quecksilber bis Atmosphärendruck aufrechterhalten wird, teilweise kondensiert, wobei das Kondensat aus der Kondensationszone mit einer Temperatur im Bereich von 0,56 bis 21,10C (33-700F) austritt, um eine wäßrige Lösung aus kondensierten Geschmacks- und Aromakomponenten zu erhalten; (c) den abgestreiften, wäßrigen Kaffeextrakt von der Stufe (a) unter Bildung eines konzentrierten Kaffeextrakts mit einem Feststoffgehalt im Bereich von von 37 bis 55% (Gew. /Gew.) konzentriert; (d) die wäßrige Lösung der Geschmackskomponenten der Stufe (b) mit dem konzentrierten Kaffeextrakt der Stufe (c) vermischt; (e) das Gemisch der Stufe (d) in einen Spruhtrockner bei einer ungefähren Temperatur für die Spruhtrocknung im Temperaturbereich von -2,78 bis 93,30C (27-2000F) einleitet; (f) das Gemisch der Stufe (e) bei einer Tropfengröße zwischen 100 und 300 Mikron unter Verwendung eines Spruhtrocknungsdüsendrucks von 49,2 bis 176 atü (700-2500 psig), einer Einlaßlufttemperatur von 121,1 bis 2880C (250-5500F) und einer Auslaßlufttemperatur von 82,2 bis 1100C (180-2300F) sprühtrocknet, wobei das Gemisch eine Temperatur von 2,78 bis 93,30c (27-2000F) am Einlaß zu dem Trockner aufweist.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gemisch der Stufe (d) einen Gehalt an löslichen Feststoffen von 35 bis 3794 aufweist, auf 4,44 bis 10,00c(40-500F) gekühlt wird und mit einer Tropfengröße von 100 bis 300 Mikron unter Verwendung eines Sprühtrocknungsdüsendrucks von 49,2 bis 70,3 atü (700-1000 psig), einer Einlaßlufttemperatur von 216 bis 2380c (420-4600F) und einer Auslaßlufttemperatur von 87,8 bis 98,90C (190-2100F) sprühgetrocknet wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß nach dem bzw. zusätzlich zum Aufrechterhalten des absoluten Drucks in einem Bereich von 40,6 bis 76,2 cm (16-30 in.) Quecksilber in der Kondensationszone (Stufe b) 5,66 bis 56,6 dm3 (0,2-2 cu.ft.) (Standard-Druck und -Temperaturbedingungen) nichtkondensierbarer Gase in die Kondensationszone pro 0,454 kg (1 pound) Kondensat, das aus der Kondensationszone austritt, eingeleitet werden.
4. Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß /bzw. zusätzlich zum nach dem-Sprühtrocknen der Stufe (f) die sprUhgetrockneten, löslichen Kaffeefeststoffe auf eine durchschnittliche Teilchengröße unter 50 Mikron vermahlen werden und durch Dampfschmelzen der gemahlenen Teilchen bei einer Temperatur im Bereich von 37,8 bis 121,1°C (100-2500F) unter Granulatbildung aus den löslichen Kaffeefeststoffen agglomeriert werden, mit einem Feuchtigkeitsgehalt von 4 bis 7%1das Granulat gesiebt wird und die gewünschte, gesiebte Fraktion sorgfältig auf einen Endfeuchtigkeitsgehalt von 3,5% nachgetrocknet wird.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das getrocknete Granulat mit ausgepreßtem Kaffeearomaöl anschließend überzogen wird.
6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das abgestreifte, die flüchtigen Geschmackskomponenten enthaltende Wasserdampfgemisch in einer zweistufigen Kondensationszone kondensiert wird, wobei die zweite Stufe der Kondensationszone bei Atmosphärendruck betrieben wird und/oder das Kondensat unter Verwendung eines gekühlten Kühlmediums gefroren wird.
7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der absolute Druck der Stufe (a) im Bereich von 50,80 cm (20 in.) Quecksilber bis Atmosphärendruck liegt.