DE3021251C2

DE3021251C2 -

Info

Publication number: DE3021251C2
Application number: DE19803021251
Authority: DE
Inventors: Alois La Tour-De-Peilz Ch Raemy; Rinantonio Attalens Ch Viani
Original assignee: Societe des Produits Nestle SA
Current assignee: Societe des Produits Nestle SA
Priority date: 1979-06-14
Filing date: 1980-06-04
Publication date: 1989-03-30
Also published as: FR2459001A1; ES8103933A1; ES492198A0; JPH0233347B2; CH638379A5; JPS561849A; FR2459001B1; DE3021251A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Schälen und/oder teilweisen Entcoffeinieren von Kaffeebohnen mittels Ultraschall.The invention relates to a method for peeling and / or partial decaffeination of coffee beans using ultrasound.

Ultraschall ist bereits bekannt als Extraktionshilfsmittel auf sehr verschiedenen Gebieten der Technik, wie in der Montanindustrie (Kohle, Kupfer usw.), in der Nahrungsmittelindustrie, beispielsweise in Zuckerfabriken, Brauereien und Ölmühlen, sogar in der pharmazeutischen Industrie (Gewinnung von Drogen und Wirkstoffen pflanzlichen Ursprungs). In diesem Zusammenhang stellt der Aufsatz von P. K. Chendke und H. S. Fogler mit dem Titel "Macrosonics in Industry, 4. Chemical processing", erschienen in Ultrasonics, Jan. 1975, Seiten 31 bis 37, eine gute Zusammenfassung des Standes der Technik dar. In diesem Aufsatz ist beschrieben, daß bei Pflanzen Ultraschallwellen das Aufbrechen von Zellgeweben hervorrufen, woraus sich erkennen läßt, daß eine Extraktion stark erleichtert werden kann. Ultrasound is already known as an extraction aid in very different fields of technology, like in the Mining industry (coal, copper, etc.), in the food industry, for example in sugar factories, breweries and oil mills, even in the pharmaceutical industry (extraction of drugs and active ingredients of plant origin). In this context, P. K. Chendke's essay and H. S. Fogler, entitled "Macrosonics in Industry, 4. Chemical processing ", published in Ultrasonics, Jan. 1975, Pages 31 to 37, a good summary of the state of the Technology. This essay describes that ultrasonic waves break up in plants of cell tissues, from which it can be seen that a Extraction can be greatly facilitated.

Ferner ist aus dem französischen Zusatzpatent 61 105 bekannt, daß Ultraschallwellen dazu beitragen, gleichzeitig Feststoffe und Aromastoffe aus geröstetem Kaffee zu entfernen, wenn dieser in Pulverform in Wasser gebracht wird. In diesem Zusammenhang ist in der japanischen Patentschrift 291 664 angegeben, daß Ultraschallwellen das Freisetzen von Aromastoffen, die in einem pulverförmigen Röstkaffee enthalten sind, in das umgebende Milieu erleichtern.Furthermore, from the French additional patent 61 105 Known that ultrasonic waves help at the same time Solids and flavorings from roasted coffee too remove if put in water in powder form becomes. In this regard, in Japanese Patent Specification 291,664 stated that ultrasonic waves the release of flavorings in a powdered form Roasted coffee is included to facilitate the surrounding environment.

Aus der DE-OS 25 48 916 ist ein Entcoffeinierungsverfahren für pflanzliches Material unter Verwendung von fettem Material, wie zum Beispiel verschiedene pflanzliche Öle, bekannt. Das pflanzliche Material wird dort mit dem Extraktionsmittel in Kontakt gebracht und man kann während einer ausreichenden Extraktionsdauer Kaffee oder Tee von Coffein befreien.DE-OS 25 48 916 is a decaffeination process for vegetable material using fat Material, such as various vegetable Oils, known. The plant material is there with brought into contact with the extractant and you can during a sufficient extraction period of coffee or free caffeine from tea.

In der US-PS 29 75 056 wird ein Ultraschall-Behandlungsverfahren zur Schaumbrechung und -reduktion zur Verwendung bei der Bereitung von wäßrigen Kaffeeauszügen beschrieben.In US-PS 29 75 056 an ultrasound treatment method for foam breakage and reduction for use described in the preparation of aqueous coffee extracts.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Schälen und/oder teilweisen Entcoffeinieren von Kaffeebohnen zu entwickeln, wobei die Kaffebohnen in einer Flüssigkeit suspendiert und mit Ultraschallwellen behandelt werden, so daß die eingesetzte Energie ausreicht, um Kavitationsphänomene herbeizuführen.The invention has for its object a method for peeling and / or partially decaffeinating coffee beans to develop, the coffee beans in one Liquid suspended and treated with ultrasonic waves be so that the energy used is sufficient to To cause cavitation phenomena.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 1 gelöst.The object is achieved by the characterizing Features of claim 1 solved.

Die Erfindung wird durch die Merkmale der Unteransprüche weitergebildet. The invention is characterized by the features of the subclaims trained.

Im Gegensatz zu den aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren wird das erfindungsgemäße Verfahren auf ganze Kaffeebohnen angewendet, das heißt auf ein Material mit einer intakten pflanzlichen Zellenstruktur, ohne daß diese eine Veränderung erfährt. Die erste Wirkung der Ultraschallwellen ist ein beschleunigtes Quellen. Dieses Aufquellen kann einen völligen Bruch der Samenhaut nach sich ziehen. Dies ermöglicht außerdem einen engeren Kontakt zwischen der festen Phase, den aufgeblähten Bohnen, der flüssigen Phase und dem verwendeten Lösungsmittel und erleichtert daher das Entcoffeinieren.In contrast to those known from the prior art The method according to the invention is based on the whole Coffee beans applied to a material with an intact plant cell structure, without that this is undergoing a change. The first effect the ultrasonic waves is an accelerated swelling. This swelling can cause a complete rupture of the seminal membrane entail. This also enables a tighter Contact between the solid phase, the bloated Beans, the liquid phase and the solvent used and therefore makes decaffeinating easier.

Das Verfahren kann ebensogut auf grüne Kaffeebohnen wie auf geröstete Kaffeebohnen angewendet werden. Man führt erfindungsgemäß je nach Art der Flüssigkeit, in welcher die Bohnen suspendiert sind, und gegebenenfalls je nach der Bestrahlungszeit, drei wesentliche Verfahrensvarianten durch:The procedure can just as well apply to green coffee beans how to apply to roasted coffee beans. Man According to the invention, depending on the type of liquid, which is the beans are suspended, and if necessary depending on the Irradiation time, three main process variants through:

1.) Peeling alone
With cold water (20 ° C), for example, the beans in particular are peeled off. The operation is relatively slow and some of the husk can remain in the furrow of the bean. The beans are peeled very effectively and quickly with warm water (70 ° C) and irradiation times of about 5 to 10 minutes.
2.) Decaffeinate alone
The solvent used can be chlorinated (for example CH₂Cl₂), an oil (coffee oil, paraffin oil, etc.) or any other organic solvent that can be used for decaffeination. Decaffeination can be partial or complete.
3.) Peeling and decaffeination
With distilled warm water and an exposure time of more than 15 minutes or with warm water-oil mixtures, both peeling and decaffination are achieved at the same time.

Das Verhältnis Flüssigkeit/Kaffeebohnen muß derart sein, daß der ganze Kaffee in Suspension gebracht werden kann. In der Praxis gewährleisten Gewichtsanteile zwischen 2/1 und 4/1 eine gute Energieverteilung.The liquid / coffee bean ratio must be that all of the coffee can be suspended. In practice, weight percentages between 2/1 and 4/1 good energy distribution.

Die Bestrahlung mit einer Frequenz zwischen 13 und 100 kHz, vorzugsweise zwischen 20 und 40 kHz, kann permanent oder in intermittierender Weise vorgenommen werden. Eine Leistung von 70-80 W ist beispielsweise bereits ausreichend, um Kavitationsphänomene und Stoßwellen innerhalb der Suspension zu erzeugen, derart, daß die Kaffeebohnen aufquellen, ohne daß die Zellstruktur beschädigt wird. Es wurde festgestellt, daß Quellungsgrade von 45% bis 50% ohne größere Schwierigkeit erreicht werden können. Es ist vorteilhaft, jedoch nicht notwendig, daß die Ultraschallbestrahlung zu einer sichtbaren Bewegung der Bohnen führt.Irradiation at a frequency between 13 and 100 kHz, preferably between 20 and 40 kHz, can be permanent or be made in an intermittent manner. An achievement 70-80 W, for example, is already sufficient, about cavitation phenomena and shock waves within the To produce a suspension in such a way that the coffee beans swell, without damaging the cell structure. It was found that degrees of swelling of 45% up to 50% can be achieved without great difficulty can. It is advantageous but not necessary that the ultrasound exposure to a visible movement of beans.

Die Bestrahlungsdauer, vorteilhaft zwischen 3 und 45 Minuten, sowie die Temperatur der Suspension während der Bestrahlung werden als Funktion von der gewünschten oder den gewünschten Wirkungen gewählt. In warmem Wasser beispielsweise, werden die Kaffeebohnen rasch in 3-10 Minuten geschält, wobei die Schalen in feine Teilchen aufgetrennt werden und im Wasser suspendiert bleiben, sobald die Bestrahlung aufhört. Sie können daher leicht beseitigt werden. Wenn die Bestrahlung fortgesetzt wird, ist es sogar möglich, die Bohnenkeimlinge, insbesondere nach einem Aufenthalt von 20-30 Minuten in warmem Wasser, zum Austreten zu bringen. Hinsichtlich des Entcoffeinierungsgrades sind etwa 50-80% ohne Problem erreichbar.The radiation duration, advantageously between 3 and 45 minutes, as well as the temperature of the suspension during the irradiation be as a function of the desired or the desired effects selected. For example, in warm water the coffee beans will quickly in 3-10 minutes peeled, the skins separated into fine particles become and remain suspended in the water as soon as the Radiation stops. They can therefore be eliminated easily will. If radiation continues, it is even possible the bean sprouts, especially after a Soak in warm water for 20-30 minutes Bring out. Regarding the level of decaffeination about 50-80% can be reached without any problem.

Hierbei ist zu erwähnen, daß beim Fehlen einer Kühlung die Zufuhr von Ultraschallenergie ebenfalls zu einer raschen und intensiven Erwärmung der Suspension führt.It should be mentioned that in the absence of cooling the supply of ultrasound energy also to one leads to rapid and intensive heating of the suspension.

Die durch die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens erzielten Ergebnisse sind bemerkenswert. Hervorzuheben sind die Leichtigkeit und die Einfachheit, mit welcher die Kaffeebohnen geschält werden. Ferner ist der Umstand zu erwähnen, daß die Schnelligkeit der erfindungsgemäßen Entcoffeinierung im Vergleich zu ähnlichen Entcoffeinierungsverfahren, die ohne Anwendung von Ultraschall arbeiten, mindestens um einen Faktor 4 erhöht ist. Die erfindungsgemäße Extraktion des Coffeins ist selektiver; die Mutterlaugen der Entcoffeinierung enthalten reineres Coffein als die Mutterlaugen der durch einfaches mechanisches Rühren behandelten Bohnen.By carrying out the method according to the invention The results achieved are remarkable. To be highlighted are the ease and simplicity with which the coffee beans are peeled. Furthermore, the Fact to mention that the speed of decaffeination according to the invention compared to similar decaffeination processes, who work without the use of ultrasound is increased by at least a factor of 4. The extraction according to the invention caffeine is more selective; the mother liquors of decaffeination contain purer caffeine than the mother liquors by simple mechanical Stir treated beans.

Nach einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens werden die grünen oder gerösteten Kaffeebohnen mit dem 2- bis 4fachen ihres Gewichts an Flüssigkeit in Kontakt gebracht. Sodann wird in das Gewicht eine Ultraschallsonde (Ultraschallumformer) getaucht und die Bestrahlung erfolgt permanent oder intermittierend mittels einer Frequenz von 13-100 kHz, vorzugsweise zwischen 20 und 40 kHz, mit einer Leistung von mindestens 70 W. Die Bohnen werden vom Lösungsmittel mechanisch getrennt. Wenn eine Schälung eingetreten ist, können die Schalen von der Flüssigkeit, in der sie suspendiert sind, getrennt werden. Die Zellstruktur der Bohnen hat sich durch die angewendete erfindungsgemäße Behandlung nicht geändert. Dies kann lichtmikroskopisch festgestellt werden.According to a preferred embodiment of the invention The green or roasted process Coffee beans with 2 to 4 times their weight in liquid brought into contact. Then there is a weight Ultrasonic probe (ultrasonic transducer) dipped and the Irradiation is permanent or intermittent a frequency of 13-100 kHz, preferably between 20 and 40 kHz, with a power of at least 70 W. The beans become mechanical from the solvent Cut. If a peeling has occurred, the shells can be separated from the liquid in which they are suspended will. The cell structure of the beans has changed due to the treatment according to the invention not changed. This can be determined by light microscopy.

Der aus diesen Bohnen zubereitete Kaffee weist keine organoleptischen Unterschiede zu einem solchen Kaffee auf, der aus Bohnen zubereitet worden ist, die auf herkömmliche Weise geschält und/oder entcoffeiniert worden sind.The coffee made from these beans has no organoleptic coffee Differences to such Coffee made from beans which are peeled and / or decaffeinated in a conventional manner have been.

Die folgenden Beispiele sollen zur Erläuterung des erfindungsgemäßen Verfahrens dienen. In diesen Beispielen sind die Verhältnisse und Prozentangaben in Gewichtsprozenten angegeben. The following examples are intended to illustrate the invention Serve procedure. In these examples are the ratios and percentages in percentages by weight specified.

Examples

Es werden Bohnen von Caf´ arabica, mexikanischen Ursprungs, mit einer Flüssigkeit in einem Verhältnis Flüssigkeit/ Feststoff = 4/1 in Kontakt gebracht, worauf man das so erhaltene Gemisch mit Hilfe eines eingetauchten Ultraschallumformers bestrahlt. Die Frequenz beträgt 20 kHz, die zugeführte Leistung beträgt etwa 90 W und die Bestrahlung geschieht kontinuierlich. Die erhaltenen Ergebnisse sowie die Verfahrenskenngrößen sind nachfolgend zusammengefaßt:They are beans from Caf´ arabica, of Mexican origin, with a liquid in a liquid / Solid = 4/1 brought in contact, whereupon the so obtained Mix using an immersed ultrasonic transducer irradiated. The frequency is 20 kHz, the power supplied is about 90 W and the radiation happens continuously. The received Results as well as the process parameters are summarized below:

Die Entcoffeinierungsgrade, die mit warmem Wasser erhalten werden, betragen von 36% bei Beispiel 3, bis 68% bei Beispiel 4 und 80% bei Beispiel 5.The levels of decaffeination obtained with warm water are from 36% in Example 3 to 68% in Example 4 and 80% in Example 5.

Hierzu ist zu erwähnen, daß die Kaffeebohnen, welche die Ultraschallbehandlung erfahren haben, noch ihre Zellstruktur aufweisen.It should be mentioned that the coffee beans, which the Ultrasound has still experienced their cell structure exhibit.

Ferner ist zu erwähnen, daß die Kaffeeprodukte, die aus diesen Bohnen hergestellt werden, vollkommen denen gleichen, die aus Bohnen erhalten werden, die in herkömmlicher Weise ohne Ultraschallbehandlung gequollen und/oder coffeiniert worden sind.It should also be mentioned that the coffee products made from these Beans are made entirely to them same that are obtained from beans that swollen and / or caffeinated in a conventional manner without ultrasound treatment have been.

In einem Vergleichsversuch wird identisch wie in den Beispielen 2 und 3 verfahren, jedoch ersetzt man die Ultraschallwellenzufuhr durch eine intensive mechanische Rührbewegung. Es läßt sich in diesem Fall feststellen,In a comparative experiment, it is identical to that in Examples 2 and 3 method, however, the ultrasonic wave supply is replaced through an intensive mechanical stirring movement. In this case it can be determined

- that the beans need 2-3 times as long to swell (Time measured for a volume swell of 32%)
- That the rate of decaffeination is about Is 4 times lower (example 3)
- That the extraction compared to the caffeine less is selective, the mother liquors are more strongly colored and contain lower purity caffeine (Example 3).

Claims

1. A method for peeling and / or partial decaffeination of coffee beans, optionally with liquid oil, characterized in that the coffee beans suspended in the liquid are irradiated with ultrasound waves for 3 to 45 minutes, the frequency of which is between 13 and 100 kHz and electrical power at least 70 W is.

2. The method according to claim 1, characterized in that that the frequency of the ultrasonic waves between 20 and 40 kHz.

3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that green or roasted coffee beans are suspended in water, organic solvents or in water / oil mixtures are available.

4. The method according to any one of claims 1 to 3, characterized in that green coffee beans, suspended be irradiated in warm water for 20 to 30 min.