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Verfahren zur erstellung von löslichem Kaffee
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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von löslichem
Kaffee durch Sprühtrocknen eines konzentrierten, wässrigen Kaffeeextrakts aus geröstetem
und gemahlenem Kaffee.
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In US-PS 3 345 182 wird beschrieben, wie man die Zurückhaltuny von
flüchtigen Bestandteilen beim Sprühtrocknen dadurch verbessern kann, dass man höhere
Feststoffkonzentrationen an wässrigem Kaffeeextrakt verwendet.
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Da es jedoch wirtschaftlich ist, die Perkulatoren mit hohen Abzugsgeschwindigkeiten
unter hohen Ausbeuten zu betreiben, werden dort nur Extrakte mit niedrigen Konzentrationen
erzeugt. Daher ist eine wirksame Verfahrensweise zum Konzentrieren von Extrakten
wünschenswert.
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Ebenso wünschenswert und wesentlich ist es jedoch, flüchtige Kaffeegeschmacksstoffe
und Aromakomponenten einzufangen und zurückzuhalten.
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Das erfindungsgemässe Verfahren dient der Verbesserung des in US-PS
4 107 339 beschriebenen Verfahrens. Gemäss dem dort beschriebenen Verfahren wird
an eine Verdampfung von wenigen Prozent eine Gesamtverdampfung angeschlossen, wobei
man ein hochkonzentriertes Extrakt erhält. Das Kondensat aus der ersten Verdampfung
wird dann zu dem Konzentrat zugefügt und anschliessend wird eine Sprühtrocknung
durchgeführt.
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Das dort beschriebene Verfahren wird durch drei Faktoren beeinflusst,
die sich mit dem Einfängen und der Zurückhaltung von Geschmacksstoffen und Aroma
befassen. Zunächst begünstigt die Verdampfung um nur wenige Prozent die Entfernung
von Verbindungen mit hoher relativer Flüchtigkeit (in bezug zu Wasser). Die relative
Flüchtigiit (Wi) wird durch K1/K2 bestimmt, wobei K das Verhältnis der Wasserdampfkonzentration
zu der Flüssigkonzentration ist, und der Index 1 sich auf die Geschmacks- und Aromaverbindungen,
die destilliert werden, bezieht, und der Index 2 auf Wasser. Verbindungen mit {D-Werten,
d.h. relativen Flüchtigkeiten von weniger als 40, werden nicht gut entfernt. Zweitens
begün stigt die Kondensation Verbindungen mit niedrigen .5S-Werten. Verbindungen
mit hohen oL-Werten gehen verloren. Drittens wird jede Verbindung, die nicht schon
bei der Verdampfung um wenige Prozent entfernt worden ist, anschliessend bei der
vollständigen Verdampfung
entfernt und verworfen.
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Unterstellt man einmal, dass alle Geschmackskomponenten wichtig sind,
dann hat das in der US-PS 4 107 339 beschriebcnc Verfahren zwei wesentliche Aspekte,
die verbessert werden müssen. Der erste Aspekt ist die Verdampfung um wenige Prozent.
Eine Verdampfung um einen grösseren Prozentsatz könnte schwerer-flüchtige Bestandteile
(mit niedrigen dU-Werten) entfernen, jedoch würde dadurch auch die erhöhte Wasserbeladung
das Produkt verdünnen. Deshalb benötigt man eine Vorrichtung, um die flüchtigen
Bestandteile abzutrennen und zu konzentrieren, bevor man sie wieder zusetzt, z.B.
eine Destillationskolonne. Zweitens könnte man den Kühler dadurch verbessern, dass
man Vorrichtungen vorsieht, um die hochflüchtigen Bestandteile, die normalerweise
verlorengehen, einzufangen.
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Die Erfindung trifft die Verwendung einer Absorptionskolonne zum Einfangen
und Zurückhalten von flüchtigen Kaffeegeschmacksstoffen und Aromaverbindungen durch
Absorption der Verbindungen in einem kalten Kaffeeextrakt.
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Unter "kalt" wird hierbei ein Kaffeeextrakt einer Temperatur von etwa
10 bis 15"C und mit einer Feststoffkonzentration von etwa 10 bis 40 % und vorzugsweise
etwa 35 % verstanden. Als eine Verfahrensstufe ermöglicht die Verwendung der Absorptionskolonne
die überführung von erwünschten Kaffeegeschmacksstoffen und Aromaverbindungen aus
einem abgelüfteten Gasstrom in einen flüssigen Produktstrom ds Raffeeextraktes.
Diese flüchtigen Geschmacks-und Aromakompononten können dann bei der weiteren Verarbeitung
zu dem Lndprodukt, erhalten durch Sprühtrocknen
des konzentrierten
Extraktes, zurückgehalten werden.
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Der gasförmige Aromastrom kann aus jeder beliebigen Quelle von flüchtigen
Aromakomponenten stammen, z.B.
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aus der Ablüftung aus einem Kühler, aus der Lüftung aus Perkolators,
einer Mahlvorrichtung, etc.. Vorzugsweise bestehen die flüchtigen Aromakomponenten
aus nicht-kondensierten Geschmacks- und Aromakomponenten aus dem Kühler. Die Absorptionskolonne
ist für einen Betrieb bei oder wenig oberhalb Atmosphärendruck konstruiert, wobei
jedoch dann, wenn gasförmige Aromastoffe im Vakuum gebildet werden, ein versiegelter
Gaskompressor als solcher, z.B. eine Diaphragmapumpe, verwendet wird, um den Aromastrom
unkontaminiert auf Atmosphärendruck vor dem Eintreten in die Absorptionskolonne
zu komprimieren.
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Die Erfindung beruht auf der Feststellung, dass hochflüchtige Kaffeegeschmacks-
und Aromaverbindungen eine starke Affinität zu kaltem Kaffeeextrakt haben.
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Erfindungsgemäss kann man den Verlust an erwünschten flüchtigen Geschmacks-
und Aromastoffen während der Verarbeitung verhindern. Insbesondere wird bei einem
Verfahren gemäss US-PS 4 107 339 das Problem gelöst, dass während der Verdampfung
des Extraktes aufgrund der schlechten Kondensation von hoch-flüchtigen Geschmacks-
und Aromaverbindungen in dem Aromakondensator Geschmacksstoffc verJorcjehon. l)ic
Erfindung i.st auch geeignet, um Probleme zu lösen, die aufcgrund einer schlechten
Kondensation von wasserdampfflüchtigen Aromabestandteilen bei Verfahren, wie beim
Dampfabstreifen
von geröstetem und gemahlenem Kaffee eintreten.
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Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, dass man mit verhältnismässig
billigen Ausrüstungen arbeiten kann, während die bisher benötigten Vorrichtungen
zum Sammeln von gasförmigen Aromen sehr teuere Vorrichtungen waren, z.B. mit flüssigem
Stickstoff gekühlte Kondensatoren oder Kratzkuhler (Votatoren), die mit Sole gekühlt
wurden. Ein weiterer Vorteil des erf indungsgemässen Verfahrens ist dessen vielfältige
Anwendbarkeit bei solchen Verfahren, bei denen es wünschenswert ist, nicht-kondensierbare
gasförmige Geschmacks-und Aromaverbindungen in dem fertigen Produkt zurückzuhalten.
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Es wurde nun ein Verfahren zur Herstellung von löslichem Kaffee durch
Sprühtrocknen von konzentriertem wässrigen Kaffeeextrakt aus geröstetem und gemahlenem
Kaffee gefunden, bei dem die Verbesserungen die folgenden Stufen des Wiedereinfangens
und Zurückhaltens von flüchtigen ICaffeegeschmac]csstoffen und Aromaverbindungen
umfassen: (a) Verdampfen eines wässrigen Kaffeeextrakts unter Ausbildung einer wässrigen
geschmacks- und aromahaltigen Lösung, (b) Dampfabstreifen der wässrigen Kaffeegeschmacksstoffe
und Aromaverbindungen enthaltenden Lösung in einer Destillationskolonne bei einem
Druck von 100 bis 500 mmHg absolut unter Abstreifen von Geschmacks- und Aromaver-.
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bindungen und unter Erhalt einer konzentrierten Geschmacks-und Aromalösung,
(c)
Kondensieren der Dampfabstroifungsprodukte in einem Kühler, (d) Komprimieren der
gasförmigen, nicht-kondensierten Geschmacks- und Aromaverbindungen aus Stufen (a)
und (c), (e) Durchleiten der komprimierten, gasförmigen, nicht-kondensierten Geschmacks-
und Aromaverbindungen durch eine Absorptionskolonne, (f) Entnehmen eines Teils des
konzentrierten abgestreiften Extraktes aus Stufe (a), (g) Durchleiten des konzentrierten
Extraktes aus Stufe (f) in die Absorptionskolonne im Gegenstrom unter Absorption
der Verbindungen von Stufe (e), (h) Kombinieren der Wasserdampfabstreifungsprodukte
aus Stufe (c), des Restes an konzentriertem abgestreiften Extrakt aus Stufe (a)
und des Teils an konzentriertem Extrakt, enthaltend Geschmacks- und Aromaverbindungen
aus Stufe (g), und (i) Sprühtrocknen der kombinierten Abstreifugsprodukte und Extrakte
aus Stufe (h).
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Vorzugsweise wird der Extrakt in der Stufe (f) bei einer Temperatur
von etwa 10 bis etwa 150C, einerKonzentration von 10 bis 40 % Feststoffgehalt und
vorzugsweise 35 % Feststoffgehalt, und bei einer Viskosität von 70 bis
150
cps gehalten, wenn es durch die Absorptionskolonne geleitet wird.
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Die Verdampfungskonzentration der Stufe (a) kann in einem Einkörper-Verdampfer
oder in einem Mehrkörper-Verdampfer vorgenommen werden.
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Die Feststoffkonzentration der vereinten Abstreifungsprodukte und
Extrakte aus Stufe (h), die in den Sprühtrockner eingeführt werden, beträgt etwa
35 bis 60 % und vorzugsweise 40 bis 45 %.
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Bei der vorliegenden Erfindung macht man von einer mässig viskosen
Flüssigkeit (70 bis 150 cps) mit einer Feststoffkonzentration von typischerweise
35 % und einer Temperatur von 10 bis 15"C als Absorptionsmedium in einer Gasabsorptionskolonne
Gebrauch. Normalerweise werden Absorptionskolonnen nicht mit viskosen Flüssigkeiten
betriebes. Frühere Versuche, gasförmige Aromastoffe in vi5kofsew Flüssigkeiten,
wie konzentrierten Kaffeee>:era]ct, zu absorbielen, waren nicht besonders erfolgreich,
wegen der schlechten Wirkungsweise und der Schaumbildung oder sie wurden aus wirtschaftlichen
Gründen nicht für durchführbar gehalten. Ein besonderer Aspekt der vorliegenden
Erfindung besteht darin, dass man sowohl gasförmige als auch flüssige Ströme als
kontinuierliche Phasen in der Kolonne verwendet und dadurch eine Schaumbildung verhindert
und dennoch eine ausreichende Kontaktfläche zwischen Gas und Flüssigkeit schafft,
um einen Massenübergang von den flüchtigen Stoffen aus dem Gas in die Flüssigkeit
zu bewirken.
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Bei dem Gesamtverfahren kann man einen Kaffeeextrakt mit einer Anfangskonzentration
von etwa 10 bis 20 % bis zu 35 bis 60 % Feststoffgehalt konzentrieren und zwar unter
einem minimalen Verlust an Geschmacks-und Aromastoffen.
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Das Gesamtverfahren besteht aus einer ersten Verdampfungsstufe, die
in einem Einkörper-Verdampfer vorgenommen wird, und zwei anschliessenden Wiedergewinnungssystemen.
Der Kondensatstrom aus dem Einkörper-Verdampfer wird in eine Destillationskolonne
geleitet, wo die flüchtigen Bestandteile abgetrennt und konzentriert werden. Die
nicht-kondensierbaren Ströme werden in einer Absorptionskolonne wiedergewonnen,
indem man sie mit dem aromaarmen, konzentrierten Extrakt einer Viskosität von 70
bis 150 cps bei einer Temperatur von 10 bis 150C in Kontakt bringt. Die konzentrierten
flüchtigen Ströme werden dann vor dem Sprühtrocknen mit dem konzentrierten Extraktstrom
vereint.
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Die Stufe der Dampfabstreifung aus der wässrigen Geschmacksstoff-
und Aromalösung aus der Konzentrations-Kondensation des Extraktes kann in einer
Destillationskolonne vorgenommen werden. Flüchtige Bestandteile werden im unteren
Teil der Destillationskolonne, der auch als Abstreifteil bezeichnet wird, entfernt.
In diesem Teil wird ein grosser Teil der Flüssigkeit verdampft, wobei mehrere Phasen
vorgesehen sind, so dass die flüchtigen Bestandteile entfernt werden können. Im
oberen Teil der Destillationskolonne, der auch als Anreicherungs- oder Rektifizierungsteil
bezeichnet
wird, werden die flüchtigen Bestandteile durch rückfliessende
Flüssigkeit konzentriert und fliessen in die Kolonne zurück, wobei bei einer ausreichenden
Anzahl von Stufen, die gewünschte Konzentrierung erfolgt.
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Nahezu 75 % des in den Verdampfer eingeleiteten Extraktes müssen verdampft
werden. In dieser Stufe wird der grösste Teil, vielleicht soviel wie 90 %, der flüchtigen
Bestandteile aus dem Konzentrat entfernt. Das aus dem Verdampfer austretende Extrakt
hat eine onzentration von ungefähr 52 % Feststoffgehalt. Mehrstufige Verdampfer
können erforderlich sein, um diese Konzentration zu erzielen. Ein wirksamerer Verdampfer,
z.B. ein Mehrkammer-Verdampfer, kann verwendet werden, um den grössten Teil der
Verdampfung zu übernehmen.
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Die Destillationskolonne muss so gebaut sein, dass sie Verbindungen
mit einer unteren Grenze der relativen Flüchtigkeit von 3 bis 15 wiedergewinnt.
Die Anzahl der tatsächlichen Böden kann dem gewünschten Zweck angepasst werden.
Ein Vorteil der Anwendung einer Destillationsstufe besteht darin, dass hinsichtlich
der Abtrenn-und Konzentrierungsapparaturen eine grosse Flexibilität besteht. Indem
man die Bauart und/oder die Betriebsparameter ändert, können Verbindungen mit anderen
relativen Flüchtigkeiten wiedergewonnen werden und dadurch kann man den Geschmack
des Endproduktes entsprechend verändern.
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Nicht-kondensiel-bare Dämpfe aus sowohl dem Verdampfer
als
auch der Destillationskolonne wurden analysiert undman hat festgestellt, dass sie
eine Menge an flüchtigen Bestandteilen enthielten, welche den Geschmack beeinflussen.
Die Wiedergewinnung in dem Absorber lag oberhalb 95 % für Kohlenstoffverbindungen.
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Die Sprühtrocknung wird unter Verwendung eines Extraktes hoher Konzentration
(43 % Feststoffgehalt) und unter Verwendung von hohen Drücken an den Sprühdüsen
(70,3 bar) und Niedrigtempetatur-Trocknungsbedingungen (205"C ein, 1050C aus) durchgeführt.
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Die nach dem erfindungsgemässen Verfahren erhaltenen sprühgetrockneten
Produkte entsprechen in ihrer Qualität gefriergetrockneten Produkten. Der Geschmack
dieser Produkte wird mit weinartig, butterartig, aromatisch, weich und abgerundet
sowie voll bezeichnet.
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Beispiel Mit der vorliegenden Erfindung kann man wirksam nichtkondensierbare,
gasförmige Geschmacks- und Aromaverbindungen aus den Ablüftungen von Kondensatoren
oder von Verdampfern und Destillationskolonne wiedergewinnen.
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(1) Das zugeführte Extrakt (15 % Feststoffgehalt) aus einem Perkolatortank
wird im Vakuum (125 bis 150 mmHg absolut) in einem Einstufen-Verdampfer bis zu einer
55 %-igen Konzentration eingedampft.
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(2) Die Dämpfe werden in einem Turmwasserkühler kondensiert.
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(3) Die nicht-kondensierten, gasförmigen Aromastoffe werden auf Atmosphärendruck
komprimiert und in den Boden der Absorptionskolonne eingeführt.
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(4) Das Geschmacks- und Aromakondensat aus Stufe (2) wird in einer
Destillationskolonne um das 20-fache im Vakuum (360 mmHg absolut) konzentriert.
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(5) Nicht-kondensierte gasförmige Aromastoffe aus der Vakuum-Destillationskolonne
werden auf Atmosphärendruck komprimiert und in den Boden der Absorptionskolonne
eingeführt.
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(6) Ein Teil des konzentrierten Extraktes (10 % des Feststoffgewichtes
aus Stufe (1)) wird auf eine Feststoffkonzentration von 35 % zurückverdünnt und
auf den Kopf des Absorbers gegeben. Das Verfahren verläuft kontinuierlich und im
Gegenstrom.
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(7) Das aromareiche Absorberprodukt wird dann mit dem flüssigen Aroma
aus der Destillationskolonne und dem Rest des konzentrierten Extraktes kombiniert.
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(8) Das kombinierte Destillat und die Extrakte werden dann sprühgetrocknet.
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Gaschromatografische Analysen der Gas ströme wurden durchgeführt.
Geschmacksvergleiche zwischen der Zufuhr
zum Absorber und dem Absorberprodukt
zeigten, dass das Produkt ein merklich höheres Niveau an Kaffeegeschmacksnoten aufwies,
die überwiegend als weinartig, butterartig, aromatisch und reich bezeichnet wurden.
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Weiterhin zeigten die Gaschromatogramme, dass im wesentlichen alle
gasförmigen Aromastoffe aus dem in den Absorber eingeführten gasförmigen Strom wiedergewonnen
wurden.
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Es wurde dann eine Untersuchung der folgenden Produkte vorgenommen,
um die Eigenschaften zu bewerten: (1) Handelsüblicher, gefriergetrockneter Kaffe.
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(2) Ein sprühgetrockneter Kaffee nach dem erfindungsgemässen Verfahren
(high Colombian blend).
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(3) Ein sprühgetrocknetes Kaffeeprodukt nach dem erfindungsgemässen
Verfahren (moderate Colombian blend).
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(4) Ein handelsübliches, gefriergetrocknetes Kaffeeprodukt.
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Insgesamt wurden 576 Bewertungen durch solche Personen durchgeführt,
die entweder nicht-entkoffeinierten, gefriergetrockneten Kaffee oder gemahlenen
und gefriergetrockneten Kaffee verwendeten.
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Es wurde kein Unterschied zwischen den beiden Verbrauchergruppen (gefriergetrockneter
Kaffee und gemahlener
und gefriergetrockneter Kaffee) festgestellt.
Die Ergebnissc aus diesen Versuchen zeigen, dass der Verbraucher keinen Unterschied
zwischen den erfindungsgemäss hergestellten Produkten und handelsüblichen gefriergetrockneten
Produkten erkennt.