DE3025095C2

DE3025095C2 -

Info

Publication number: DE3025095C2
Application number: DE3025095A
Authority: DE
Inventors: Marcel Tolochenaz Ch Buhler; Mats Aastorp Se Olofsson
Original assignee: Societe des Produits Nestle SA
Current assignee: Societe des Produits Nestle SA
Priority date: 1979-08-15
Filing date: 1980-07-02
Publication date: 1989-08-31
Also published as: FR2462873B1; ES494289A0; JPH0145347B2; FR2462873A1; CA1157310A; GB2057849A; DE3025095A1; GB2057849B; JPS5629954A; ES8103934A1; CH640704A5

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines konzentrierten Extrakts von Kaffee, Tee oder deren Surro gaten. Dieser konzentrierte Extrakt kann anschließend mittels üblicher Verfahren in Pulverform überführt werden.

Bei der Herstellung von Instant-Kaffeepulvern beispielsweise ist einer der empfindlichsten Schritte die Konzentration des erhaltenen Extrakts, die mit sehr großer Sorgfalt durch geführt werden muß, um zu verhindern, daß ein Nachteil für das Aroma auftritt. Im allgemeinen werden, wenn die Konzen tration durch Verdampfung erreicht wird, die Aromen vom zu konzentrierenden Extrakt entfernt und anschließend nach Konzentration wieder in den Extrakt eingefügt. Thermische Behandlungen sind jedoch unvermeidbar und Verluste an oder Änderungen des Aromas können auftreten.

Es wurde bereits versucht, Kaffee-Extrakte durch Ultrafiltra tion zu behandeln, jedoch mit mäßigem Erfolg. Insbesondere hat die Verwendung von auf diesem Gebiet üblichen Membranen, die Schnitt- oder Durchlaßzonen in der Größenordnung von mindestens 10 000 besitzen, zu Fraktionen oder Bruchteilen geführt, die wenig interessant sind und die sehr aufwendig durch physikalische Mittel, wie umgekehrte Osmose oder anders ausgedrückt Umkehrosmose, zu be handeln sind.

Die Erfindung, die zu dem Bereich dieser physikalischen Verfahren gehört, überwindet die erwähnten Schwierigkeiten, d. h., es ist Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum Her stellen eines konzentrierten Extrakts anzugeben, bei dem bei einfacher Durchführbarkeit Aromaänderungen auf das Äußerste verringerbar sind.

Die Erfindung betrifft also ein Verfahren zum Herstellen eines konzentrierten Extrakts von Kaffee, Tee oder deren Surrogaten, beispielsweise Zichorie und Aufguß und Dekokt, die häufig unter dem Betriff "Tisan" (Absud) bekannt sind.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß im Temperaturbereich zwischen 2 und 25°C

(a) dieser Extrakt einer Ultrafiltration (UF) mit Hilfe von Membranen einer Schnittzone zwischen 500 und 5000 unterworfen wird, um einen Rückstandsbruchteil, der im wesentlichen lösliche Feststoffe enthält, und einen aromatischen Durchlaßbruchteil zu erhalten,
(b) daß der Durchlaßbruchteil der Ultrafiltration gemäß (a) einer Umkehrsmose (OI) mit Hilfe einer Membran unterworfen wird, die mindestens 99% von NaCl zurückhält, und
(c) daß der Rückstandsbruchteil der Umkehrsmose ge mäß (b) und der Rückstandsbruchteil der Ultrafiltra tion gemäß (a) gemischt werden, wobei die Mischung den konzentrierten Extrakt bilden.

Erfindungsgemäß kommt es also auf den bestimmten Ablauf eines Gesamtverfahrens an, bei dem u. a. eine Ultrafiltration unter bestimmten Bedingungen vorgenommen wird und der die erste Stufe passierenden Teil der Umkehrosmose mittels einer durch das Rückhaltevermögen definierten Membran unterworfen wird. In dieser Weise vorzugehen, wurde durch den Stand der Technik - wie er vorstehend als bekannt vorausgesetzt ist bzw. sich aus der Arbeit von V. Pancuska and A. Mlynarczyk in Food Engineering, April 1974, Seiten 85/86 betreffend "Concentrating Caffeine by Reverse Osmosis" bzw. dem Referat J5 2 139-756 zu der JA 0 55 111 in Derwent-abstract vom 14. Mai 1976 betreffend "High grade coffee production" mit dem Hinweis auf u. a. die Entkoffeinierung ergibt - nicht nahegelegt.

Gegebenenfalls wird der Ausgangsextrakt vor Zuführung zur Ultrafiltration geklärt durch beispielsweise Filtrieren oder Zentrifugieren.

Bei einer vorteilhaften Weiterbildung wird der Rückstands bruchteil (die Rückstandsfraktion) der umgekehrten Osmose und der Rückstandsbruchteil (die Rückstandsfraktion) der Ultrafiltration nach Konzentration der Letzteren gemischt.

Gemäß einer anderen Weiterbildung wird der Rückstandsbruch teil während der Ultrafiltration verdünnt, es wird dabei von "Diafiltration" (DF) gesprochen.

Selbstverständlich können UF, DF und/oder DF in Reihe oder parallel kombiniert werden.

Es sei Technologen und Semantikern überlassen, ob die Ver wendung von Membranen mit einer Schnitt- oder Durchlaßzone zwischen 500 und 5000 zu einer Betriebsweise führt, die besser mit Ultrafiltration (UF) oder mit umgekehrter Osmose (OI) zu bezeichnen ist. Die Schnitt- bzw. Durchstichbedingungen sind derart, daß hier ein gemeinsamer Grenzbereich beider Bezeichnungen erreicht ist, wobei sowohl UF als auch OI als Folge eine Segregation (Absonderung) und eine Bruchteils bildung (Fraktionierung) im Molekularbereich zur Folge haben.

Im vorliegenden Fall ist ausdrücklich die Bezeichnung "UF" gewählt, nämlich einerseits zur deutlicheren Erläuterung und andererseits auch, weil es sich bei dem Schritt (a) des Verfahrens gemäß der Erfindung vor allem darum handelt, möglichst viele Feststoffe des Kaffees zurückzuhalten, wo bei die Aromen (insgesamt) hindurchgelassen werden. Im Gegensatz dazu bezweckt der Schritt (b) das Aufsammeln der Aromen (im Rückstand der OI), wobei im Idealfall lediglich Wasser durch die Membranen hindurchtreten wird.

Die Durchführungsbedingungen der UF und der OI sind so, wie man sie üblicherweise findet, und beispielsweise be züglich der Temperaturpegel sind die begrenzenden Faktoren im wesentlichen durch die Sorge vorgegeben, den behandelten Extrakt so schonend wie möglich zu behandeln. Daher wird bei Temperaturen zwischen 2 und 25°C, vorzugsweise zwischen 5 und 25°C gearbeitet. Die Drücke bei der UF liegen in der Größenordnung von 4-20, vorzugsweise bei 8 Atmosphären, und bei der OI zwischen 30 und 80 Atmosphären (atm) (1 atm ≅ 1 bar). Als Membranen können auf diesem Gebiet übliche Membranen verwendet werden, beispielsweise Membranen aus Polysulfon oder Celluloseazetat für die UF und Membranen aus Poly-(Äther)-Amiden oder Polyamiden für die OI, wo bei die Bedingung so ist, daß die Schnitt- oder Durchstich zone der Membranen für die UF zwischen 500 und 5000 liegt, und daß die Membranen für die OI so sind, daß sie mindestens 99% NaCl zurückhalten (Membranen zur Entsalzung von Meer wasser).

Um die Aromen im Schritt (a) soweit wie möglich hindurch zuführen, kann gegebenenfalls der Rückstand im Verlauf der UF mit Wasser verdünnt werden, wodurch das Verhältnis Fettstoffe/Aromen in dem Rückstandsbruchteil erhöht werden kann.

Beispielsweise ermöglicht es die UF Verhältnisse von Fest stoffen/Aromen in den Rückständen von bis zu 3,5 zu erhalten. Die Feststofflecks in dem Durchgangsbruchteil bleiben stets minimal. Deren Vorhandensein in geringer Menge ist im übrigen vorteilhaft für Trägerzwecke des Aromas während der folgenden OI. Im übrigen können Konzentrationsverhältnisse der Aromen in der Größenordnung des 30-40fachen in dem Rück standsbruchteil der OI erhalten werden. Die Aroma-Lecks in dem Durchgangsbruchteil der OI sind unbedeutend. Vorteilhaft wird die UF durchgeführt, bis Konzentrationsgrade in der Größenordnung von 3 erreicht sind, wobei bei der OI Konzen trationsgrade zwischen 5 und 10 beabsichtigt sind.

Der endgültige konzentrierte Kaffee-Extrakt wird durch Kombi nieren des Rückstandsbruchteils der OI, der wie oben erwähnt erhalten ist, und des Rückstandsbruchteils der UF erreicht. Vorteilhaft wird der Rückstandsbruchteil der UF durch übliche Verfahren konzentriert, bevor er dem Rückstandsbruchteil der OI hinzugefügt wird.

Selbstverständlich kann auch lediglich eine teilweise Rekombination durchgeführt werden durch lediglich Mischen eines Teils des Rückstandsbruchteils der OI mit dem Rück standsbruchteil der UF oder umgekehrt.

Auf diese Weise werden mehr oder weniger aromatische Kaffees erhalten oder Kaffees mit einer veränderbaren aromatischen Qualität im Vergleich zu Kaffees, die einer vollkommenen Rekombination bzw. Wiedervereinigung entsprechen.

Das erfindungsgemäße Verfahren, das die UF und die OI durch führt, kann auch durch übliche Vorgänge bei der Kaffeetech nologie ergänzt werden, wie die Verdampfung oder die Dampf destillation der Aromen.

Auf diese Weise wird bei einer anderen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens eine teilweise Dampfdestillation des Ausgangsextrakts vor dem UF durchgeführt, wobei die so zurückgehaltenen Aromen dem konzentrierten Extrakt hinzuge fügt werden. Bei einer anderen Ausführungsform werden durch Dampfdestillation die Spuren von Aromen entnommen, die in den Feststoffen in dem Rückstandsbruchteil der UF zurückge halten sein können, um sie in den konzentrierten Extrakt wiedereinzuführen (oder in den konzentrierten Rückstands bruchteil der UF, wenn dieser einer solchen Behandlung unterworfen wird).

Die folgenden Beispiele zeigen die Durchführung des erfin dungsgemäßen Verfahrens. Bei diesem Verfahren geben Prozent zahlen Gewichtsprozente an.

Beispiel 1

Durch Ultrafiltration in einem Modul DD_S 35.9.3, das mit Polysulfon-Membranen GR 8P ausgerüstet ist, wird ein indu strieller Kaffee-Extrakt, der durch ein übliches Verfahren erhalten ist, behandelt. Die Membranen besitzen eine mittlere Schnittzone oder Durchstichzone von 2500. Die Ultrafiltration wird unter einem Druck von 7 bar bei 20°C durchgeführt. Es wird bis zu einem Konzentrationsverhält nis von 2 vorgegangen. Der erhaltene Durchgangsbruchteil wird nun durch umgekehrte Osmose in einem Modul behandelt, das mit Poly-(Äther)-Amid-Membranen PA 300 TFC ausgerüstet ist, die mindestens 99,4% NaCl zurückhalten. Der Betrieb dieser umgekehrten Osmose wird bei 60 bar und 10°C durchgeführt. Es wird bis zu einem Konzentra tionsverhältnis von 10 vorgegangen. Unter diesen Bedingungen ist festzustellen, daß 99% der Feststoffe in dem Rückstands bruchteil der Ultrafiltration wiedergefunden werden, und es wird angenommen, daß mehr als 90% der Aromen sich wiederum in dem Rückstandsbruchteil der umgekehrten Osmose wiederfinden.

Es werden nun vollständig der Rückstandsbruchteil der um gekehrten Osmose und der Rückstandsbruchteil der Ultrafiltra tion, die zuvor erhalten worden sind, gemischt. Die Mischung wird in Instant-Kaffee-Pulver mittels einer üblichen Vor gehensweise gebracht.

Das in Wasser aufgelöste Pulver ergibt einen Kaffee hervor ragender Qualität, wobei insbesondere das Aroma als sehr rein oder echt beurteilt worden ist.

Beispiel 2

Die Vorgehensweise wie dem Beispiel 1 wird wiederholt, wo bei die Ultrafiltration bis zu einem Konzentrationsver hältnis von 4 fortgeführt wird. Die erhaltenen Ergebnisse sind sehr vergleichbar, wobei die Mischungen der Rückstands bruchteile der Ultrafiltration und der umgekehrten Osmose eine etwas geringere Konzentration besitzen, und wobei es notwendig ist, etwas mehr Wasser zu verdampfen, um das Instant- Pulver zu erreichen.

Beispiel 3

Es wird wie beim Beispiel 1 vorgegangen, jedoch wird, wenn der Konzentrationsgrad oder das Konzentrationsverhältnis 2 bei der Ultrafiltration erreicht ist, mit Verdünnen des Rückstandsbruchteils der Ultrafiltration fortgeschritten (Diafiltration). Zum Diafiltrieren wird eine Wassermenge verwendet, die der Hälfte der Menge des an dem Betrieb be teiligten Kaffee-Extrakts entspricht. Die umgekehrte Osmose erfolgt wie bei den vorhergehenden Beispielen.

Durch Trocknen der Mischung der Rückstandsbruchteile der umgekehrten Osmose und der Ultrafiltration (Diafiltration) wird ein Pulver erhalten, das durch Rückbildung einen Kaffee hervorragender Qualität ergibt.

Die Verluste an Aroma und Feststoffen des Kaffees können als vernachlässigbar angesehen werden.

Beispiel 4

Es wird wie bei dem Beispiel 1 vorgegangen, jedoch mit den folgenden Unterschieden. Einerseits wird die Ultrafiltra tion unter einem Druck von 15 bar durchgeführt, andererseits wird der Rückstandsbruchteil der Ultrafiltration einer Dampf destillation bei 100°C während 1 min unterzogen, wobei die so gesammelten Aromen in die Endmischung nach Trocknung wieder eingeführt bzw. hinzugefügt werden.

Beispiel 5

Es wird wie beim Beispiel 2 vorgegangen, wobei jedoch der am Ende der Ultrafiltration erhaltene Rückstandsbruchteil, der einen Anteil an trockenen Stoffen von 12,2% besitzt, thermisch konzentriert wird, bis zu einem Anteil an trockenen Stoffen von 56%. Dieser konzentrierte Rückstandsbruchteil wird in dieser Form dem Rückstandsbruchteil der umgekehrten Osmose hinzugefügt zur Bildung der Endmischung, die durch Trocknung das Instant-Kaffee-Pulver ergibt.

Beispiel 6

Ein industrieller Kaffee-Extrakt wird in einem Modul DD_S, das mit Cellulose-Labormembranen ausgerüstet ist, die eine Schnittzone bzw. Durchstichzone von 500 besitzen, einer Ultrafiltration unterworfen. Der angelegte Druck liegt bei 30 bar bei einer Temperatur von 20°C. Es wird aufgehört, wenn das Konzentrationsverhältnis 2 erreicht ist.

Der Durchgangsbruchteil der Ultrafiltration wird durch um gekehrte Osmose in einem Modul behandelt, das mit Poly- (Äther)-Amid-Membranen PA 300 TFC versehen ist, wie das weiter oben erwähnt ist. Es wird unter einem Druck von 60 bar bei einer Temperatur von 10°C gearbeitet und es wird bei Erreichen eines Konzentrationsverhältnisses von 4 auf gehört.

Die Rückstandsbruchteile der umgekehrten Osmose und der Ultrafiltration werden vereinigt, wodurch sich ein Gemisch ergibt, von dem ausgehend das Pulver für den Instant-Kaffee hergestellt wird.

Beispiel 7

Es wird die Ultrafiltration wie bei dem Beispiel 1 durch geführt ausgehend von einem industriellen Kaffee-Extrakt, der zuvor thermisch mit einem Faktor 3 konzentriert worden ist. Anschließend wird der Durchgangsbruchteil der Ultra filtration einer umgekehrten Osmose unterworfen, wie sie im vorstehenden Beispiel beschrieben ist.

Die Vereinigung der beiden Rückstandsbruchteile der umge kehrten Osmose und der Ultrafiltration ergibt ein Gemisch, von dem ausgehend das Pulver erhalten wird.

Vergleichsbeispiel

Ein industrieller Kaffee-Extrakt wird mittels Ultrafiltration in einem Modul behandelt, das mit Romicon-Polysulfon-Membranen PM 50 mit einer Schnitt- oder Durchstichzone von 50 000 aus gerüstet ist. Es wird bei 1,5 bar und 20°C gearbeitet, bis ein Konzentrationsverhältnis von 4 erreicht ist. Die Auf teilung der Feststoffe zwischen dem Rückstandsbruchteil und dem Durchgangsbruchteil ist katastrophal, da mindestens 30% der Feststoffe in dem Durchgangsbruchteil wiederzufinden sind. Weiter sind die Aromen zwischen dem Rückstandsbruch teil und dem Durchgangsbruchteil zu etwa zur Hälfte aufge teilt.

Es wird nun der Durchgangsbruchteil der Ultrafiltration durch umgekehrte Osmose behandelt unter den bei den anderen Bei spielen angeführten Bedingungen. Der Druck liegt bei 60 bar, die Temperatur bei 10°C und es wird gearbeitet, bis ein Konzentrationsverhältnis von 4 erreicht ist.

Die Vereinigung der Rückstandsbruchteile der umgekehrten Osmose und der Ultrafiltration ergibt zwar eine Mischung, die zwar in ein Instant-Kaffee-Pulver umgewandelt werden kann, wobei jedoch festzustellen ist, daß dieses Pulver einen verringerten aromatischen Wert besitzt. Die wesentlichen Aromaverluste bei der Ultrafiltration sind offensichtlich dafür die Ursache. Im übrigen machen die Feststoffverluste, die ebenfalls erheblich sind, diese Vorgehensweise industriell wenig attraktiv.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung eines konzentrierten Extrakts von Kaffee, Tee oder deren Surrogaten unter Anwendung von Ultrafiltration (UF) und Umkehrosmose (OI), dadurch gekennzeichnet, daß im Temperaturbereich zwischen 2 und 25°C

(a) der Extrakt einer Ultrafiltration mit Hilfe von Membranen einer Schnittzone (Durchstichzone) zwischen 500 und 5000 unterworfen wird, um einen Rückstandsbruch teil, der im wesentlichen die löslichen Feststoffe enthält, und einen aromatischen Durchgangsbruchteil zu erhalten,
(b) daß der Durchgangsbruchteil der Ultrafiltration gemäß (a) einer Umkehrosmose mit Hilfe einer Membran unterworfen wird, die NaCl mindestens zu 99% zurückhält, und
(c) daß der Rückstandsbruchteil der Umkehrosmose gemäß (b) und der Rückstandsbruchteil der Ultrafiltration gemäß (a) gemischt werden, wobei die Mischung den konzentrierten Extrakt bildet.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Rückstandsbruchteil der Umkehrosmose gemäß (b) und der Rückstandsbruchteil der Ultrafiltration gemäß (a) nach Konzentration des Letzteren ganz oder teilweise gemischt werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Rückstand während der Ultrafiltration verdünnt wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Ultrafiltration und die Umkehrosmose bei Temperaturen zwischen 5 und 25°C durchgeführt, die Ultrafiltration unter einem Druck zwischen 4 und 20 bar, vorzugsweise bei 8 bar, und die Umkehrosmose unter einem Druck zwischen 30 und 80 bar durchgeführt werden.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Ultrafiltration so durch geführt wird, daß ein Konzentrierungsfaktor von 3 bezüglich der Feststoffe erhalten wird und daß der Konzentrierungs faktor für Aromastoffe bei der Umkehrosmose zwischen 5 und 10 liegt.

6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die durch Wasserdampfdestillation des Ausgangsextraktes vor der Ultrafil tration gesammelten Aromastoffe dem konzentrierten Extrakt zugefügt werden.

7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die durch Wasserdampfdestillation des Rückstandsbruch teiles der Ultrafiltration erhaltenen Aromastoffe dem konzentrierten Extrakt zugefügt werden.

8. Durch das Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7 erhaltener Extrakt von Kaffee, Tee oder deren Surrogaten.