DE3211069C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von löslichem Kaffee durch Sprühtrocknen eines konzen­ trierten, wäßrigen Kaffee-Extrakts aus geröstetem und gemahlenem Kaffee.

In US-PS 33 45 182 wird beschrieben, wie man die Zurück­ haltung von flüchtigen Bestandteilen beim Sprühtrock­ nen dadurch verbessern kann, daß man höhere Feststoff­ konzentrationen an wäßrigem Kaffee-Extrakt verwendet. Da es jedoch wirtschaftlich ist, die Perkulatoren mit hohen Abzugsgeschwindigkeiten unter hohen Ausbeuten zu betreiben, werden dort nur Extrakte mit niedrigen Kon­ zentrationen erzeugt. Daher ist eine wirksame Verfahrens­ weise zum Konzentrieren von Extrakten wünschenswert.

Ebenso wünschenswert und wesentlich ist es jedoch, flüchtige Kaffeegeschmacksstoffe und Aromakomponenten einzufangen und zurückzuhalten.

Das erfindungsgemäße Verfahren dient der Verbesserung des in US-PS 41 07 339 beschriebenen Verfahrens. Ge­ mäß 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.

Das dort beschriebene Verfahren wird durch drei Fakto­ ren beeinflußt, die sich mit dem Einfangen und der Zurückhaltung von Geschmacksstoffen und Aroma befas­ sen. Zunächst begünstigt die Verdampfung um nur wenige Prozent die Entfernung von Verbindungen mit hoher relati­ ver Flüchtigkeit (in bezug zu Wasser). Die relative Flüchtigkeit (α) wird durch K₁/K₂ bestimmt, wobei K das Verhältnis der Wasserdampfkonzentration zu der Flüssigkeitskonzentration ist, und der Index 1 sich auf die Geschmacks- und Aromaverbindungen, die destilliert wer­ den, bezieht, und der Index 2 auf Wasser. Verbindungen mit α-Werten, d. h. relativen Flüchtigkeiten von weni­ ger als 40, werden nicht gut entfernt. Zweitens begün­ stigt die Kondensation Verbindungen mit niedrigen α-Werten. Verbindungen mit hohen α-Werten gehen ver­ loren. Drittens wird jede Verbindung, die nicht schon bei der Verdampfung um wenige Prozent entfernt worden ist, anschließend bei der vollständigen Verdampfung entfernt und verworfen.

Unterstellt man einmal, daß alle Geschmackskomponenten wichtig sind, dann hat das in der US-PS 41 07 339 be­ schriebene Verfahren zwei wesentliche Aspekte, die ver­ bessert werden müssen. Der erste Aspekt ist die Ver­ dampfung um wenige Prozent. Eine Verdampfung um einen größeren Prozentsatz könnte schwerer-flüchtige Bestand­ teile (mit niedrigen α-Werten) entfernen, jedoch würde dadurch auch die erhöhte Wasserbeladung das Produkt verdünnen. Deshalb benötigt man eine Vorrichtung, um die flüchtigen Bestandteile abzutrennen und zu konzen­ trieren, bevor man sie wieder zusetzt, z. B. eine Destil­ lationskolonne. Zweitens könnte man den Kühler dadurch verbessern, daß man Vorrichtungen vorsieht, um die hochflüchtigen Bestandteile, die normalerweise verlo­ rengehen, einzufangen.

Bei der vorliegenden Erfindung wird eine Absorptions­ kolonne zum Einfangen und Zurückhalten von flüchtigen Kaffeegeschmacksstoffen und Aromaverbindungen durch Adsorption der Verbindungen in einem kalten Kaffee- Extrakt verwendet. Unter "kalt" wird hierbei ein Kaffee- Extrakt mit einer Temperatur von etwa 10 bis 15°C und mit einer Feststoffkonzentration von etwa 10 bis 40% und vorzugsweise etwa 35% verstanden. Die Verwendung der Adsorptionskolonne ermöglicht die Überführung von er­ wünschten Kaffeegeschmacksstoffen und Aromaverbindungen aus einem abgelüfteten Gasstrom in einen flüssigen Produktstrom des Kaffee-Extraktes. Diese flüchtigen Geschmacks- und Aromakomponenten können dann bei der weiteren Verarbeitung zu dem Endprodukt, erhalten durch Sprühtrocknen des konzentrierten Extraktes, zurückgehalten werden. Der gasförmige Aromastrom kann aus jeder belie­ bigen Quelle von flüchtigen Aromakomponenten stammen, z. B. aus der Ablüftung aus einem Kühler, aus der Lüftung aus Perkolators oder einer Mahlvorrichtung. Vorzugsweise bestehen die flüchtigen Aromakomponenten aus nicht- kondensierten Geschmacks- und Aromakomponenten aus dem Kühler. Die Adsorptionskolonne 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 Adsorptionskolonne zu komprimieren.

Aufgabe der Erfindung ist es, den Verlust an erwünschten flüchtigen Geschmacks- und Aromastoffen bei der Her­ stellung von löslichem Kaffee durch Sprühtrocknen eines konzentrierten wäßrigen Kaffee-Extrakts aus geröstetem und gemahlenem Kaffee zu verhindern. Diese Aufgabe wird durch das Verfahren nach Patentanspruch 1 gelöst.

Ein Vorteil der Erfindung besteht darin, daß man mit verhältnismäßig billigen Ausrüstungen arbei­ ten kann, während die bisher benötigten Vorrichtungen zum Sammeln von gasförmigen Aromen sehr teure Vorrich­ tungen waren, z. B. mit flüssigem Stickstoff gekühlte Kondensatoren oder Kratzkühler (Votatoren), die mit Sole gekühlt wurden. Ein weiterer Vorteil des erfin­ dungsgemäßen Verfahrens ist dessen vielfältige Anwend­ barkeit bei solchen Verfahren, bei denen es wünschens­ wert ist, nicht-kondensierbare gasförmige Geschmacks- und Aromaverbindungen in dem fertigen Produkt zurückzu­ halten.

Vorzugsweise wird der Extrakt in der Stufe (f) bei einer Temperatur von etwa 10 bis etwa 15°C, einer Konzentration von 10 bis 40% Feststoffgehalt und vorzugsweise 35% Feststoffgehalt, und bei einer Viskosität von 70 bis 150 mPa · s gehalten, wenn es durch die Adsorptionskolonne geleitet wird.

Die Verdampfungskonzentration der Stufe (a) kann in einem Einkörper-Verdampfer oder in einem Mehrkörper- Verdampfer vorgenommen werden.

Die Feststoffkonzentration der vereinten Abstreifungs­ produkte und Extrakte aus Stufe (h), die in den Sprüh­ trockner eingeführt werden, beträgt etwa 35 bis 60% und vorzugsweise 40 bis 45%.

Bei der vorliegenden Erfindung macht man von einer mä­ ßig viskosen Flüssigkeit (70 bis 150 mPa · s) mit einer Fest­ stoffkonzentration von typischerweise 35% und einer Tem­ peratur von 10 bis 15°C als Adsorptionsmedium in einer Gasadsorptionskolonne Gebrauch. Normalerweise werden Adsorptionskolonnen nicht mit viskosen Flüssigkeiten be­ trieben. Frühere Versuche, gasförmige Aromastoffe in viskose Flüssigkeiten, wie konzentrierten Kaffee-Extrakt, zu adsorbieren, waren nicht besonders erfolgreich, wegen der schlechten Wirkungsweise und der Schaumbildung oder sie wurden aus wirtschaftlichen Gründen nicht für durchführ­ bar gehalten. Ein besonderer Aspekt der vorliegenden Er­ findung besteht darin, daß man sowohl gasförmige als auch flüssige Ströme als kontinuierliche Phasen in der Kolonne verwendet und dadurch eine Schaumbildung ver­ hindert und dennoch eine ausreichende Kontaktfläche zwischen Gas und Flüssigkeit schafft, um einen Massen­ übergang von den flüchtigen Stoffen aus dem Gas in die Flüssigkeit zu bewirken.

Bei dem Gesamtverfahren kann man einen Kaffee-Extrakt 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.

Die Stufe der Dampfabstreifung aus der wäßrigen Ge­ schmacksstoff- und Aromalösung aus der Konzentrations- Kondensation des Extraktes kann in einer Destillations­ kolonne vorgenommen werden. Flüchtige Bestandteile wer­ den 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 rück­ fließende Flüssigkeit konzentriert und fließen in die Kolonne zurück, wobei bei einer ausreichenden Anzahl von Stufen, die gewünschte Konzentrierung er­ folgt.

Nahezu 75% des in den Verdampfer eingeleiteten Extrak­ tes müssen verdampft werden. In dieser Stufe wird der größte Teil, vielleicht soviel wie 90%, der flüch­ tigen Bestandteile aus dem Konzentrat entfernt. Das aus dem Verdampfer austretende Extrakt hat eine Kon­ zentration von ungefähr 52% Feststoffgehalt. Mehrstu­ fige Verdampfer können erforderlich sein, um diese Konzentration zu erzielen. Ein wirksamerer Verdampfer, z. B. ein Mehrkammer-Verdampfer, kann verwendet wer­ den, um den größten Teil der Verdampfung zu übernehmen.

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 ange­ paßt werden. Ein Vorteil der Anwendung einer Destilla­ tionsstufe besteht darin, daß hinsichtlich der Abtrenn- und Konzentrierungsapparaturen eine große Flexibilität besteht. Indem man die Bauart und/oder die Betriebs­ parameter ändert, können Verbindungen mit anderen rela­ tiven Flüchtigkeiten wiedergewonnen werden und dadurch kann man den Geschmack des Endproduktes entsprechend verändern.

Nicht-kondensierbare Dämpfe aus sowohl dem Verdampfer als auch der Destillationskolonne wurden analysiert und man hat festgestellt, daß sie eine Menge an flüch­ tigen Bestandteilen enthielten, welche den Geschmack beeinflussen. Die Wiedergewinnung in dem Absorber lag oberhalb 95% für Kohlenstoffverbindungen.

Die Sprühtrocknung wird unter Verwendung eines Extrak­ tes hoher Konzentration (43% Feststoffgehalt) und unter Verwendung von hohen Drücken an den Sprühdüsen (70,3 bar) und Niedrigtemperatur-Trocknungsbedingungen (205°C ein, 105°C aus) durchgeführt.

Die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren erhaltenen sprühgetrockneten Produkte entsprechen in ihrer Quali­ tät gefriergetrockneten Produkten. Der Geschmack dieser Produkte wird mit weinartig, butterartig, aromatisch, weich und abgerundet sowie voll bezeichnet.

Beispiel

Mit der vorliegenden Erfindung kann man wirksam nicht- kondensierbare, gasförmige Geschmacks- und Aromaverbin­ dungen aus den Ablüftungen von Kondensatoren oder von Verdampfern und Destillationskolonne wiedergewinnen.

• (1) Das zugeführte Extrakt (15% Feststoffgehalt) aus einem Perkolatortank wird im Vakuum (166 bis 200 mbar absolut) in einem Einstufen-Verdampfer bis zu einer 55%igen Konzentration eingedampft.
• (2) Die Dämpfe werden in einem Turmwasserkühler kondensiert.
• (3) Die nicht-kondensierten, gasförmigen Aroma­ stoffe werden auf Atmosphärendruck komprimiert und in den Boden der Adorptionskolonne eingeführt.
• (4) Das Geschmacks- und Aromakondensat aus Stufe (2) wird in einer Destillationskolonne um das 20fache im Vakuum (479 mbar absolut) konzentriert.
• (5) Nicht-kondensierte gasförmige Aromastoffe aus der Vakuum-Destillationskolonne werden auf Atmosphä­ rendruck komprimiert und in den Boden der Adsorptions­ kolonne eingeführt.
• (6) Ein Teil des konzentrierten Extraktes (10% des Feststoffgewichtes aus Stufe (1)) wird auf eine Feststoffkonzentration von 35% zurückverdünnt und auf den Kopf des Adsorbers gegeben. Das Verfahren verläuft kontinuierlich und im Gegenstrom.
• (7) Das aromareiche Adsorberprodukt wird dann mit dem flüssigen Aroma aus der Destillationskolonne und dem Rest des konzentrierten Extraktes kombiniert.
• (8) Das kombinierte Destillat und die Extrakte werden dann sprühgetrocknet.

Gaschromatografische Analysen der Gasströme wurden durchgeführt. Geschmacksvergleiche zwischen der Zufuhr zum Adsorber und dem Adsorberprodukt zeigten, daß das Produkt ein merklich höheres Niveau an Kaffeege­ schmacksnoten aufwies, die überwiegend als weinartig, butterartig, aromatisch und reich bezeichnet wurden. Weiterhin zeigten die Gaschromatogramme, daß im we­ sentlichen alle gasförmigen Aromastoffe aus dem in den Adsorber eingeführten gasförmigen Strom wiederge­ wonnen wurden.

Es wurde dann eine Untersuchung der folgenden Produkte vorgenommen, um die Eigenschaften zu bewerten:

• (1) Handelsüblicher, gefriergetrockneter Kaffee.
• (2) Ein sprühgetrockneter Kaffee nach dem erfin­ dungsgemäßen Verfahren (high Colombian blend).
• (3) Ein sprühgetrocknetes Kaffeeprodukt nach dem erfindungsgemäßen Verfahren (moderate Colombian blend).
• (4) Ein handelsübliches, gefriergetrocknetes Kaffeeprodukt.

Insgesamt wurden 576 Bewertungen durch solche Personen durchgeführt, die entweder nicht-entkoffeinierten, gefriergetrockneten Kaffee oder gemahlenen und gefrier­ getrockneten Kaffee verwendeten.

Es wurde kein Unterschied zwischen den beiden Verbrau­ chergruppen (gefriergetrockneter Kaffee und gemahlener und gefriergetrockneter Kaffee) festgestellt. Die Er­ gebnisse aus diesen Versuchen zeigen, daß der Verbrau­ cher keinen Unterschied zwischen den erfindungsgemäß hergestellten Produkten und handelsüblichen gefrier­ getrockneten Produkten erkennt.

Claims (5)

1. Verfahren zur Herstellung von löslichem Kaffee durch Sprühtrocknen eines konzentrierten wäßrigen Kaffee- Extrakts aus geröstetem und gemahlenem Kaffee, mit folgenden Stufen:

• (a) Eindampfen eines wäßrigen Kaffee-Extrakts unter Bildung einer wäßrigen geschmacksstoff- und aromahaltigen Lösung,
• (b) Behandeln der wäßrigen, Kaffeegeschmack und Kaffeearoma enthaltenden Lösung in einer Dampf­ abstreiferkolonne bei einem Druck von 133 bis 667 mbar unter Abstreifen von Geschmacks- und Aromaverbindungen und Erhalt einer konzentrierten Geschmacks- und Aromalösung,
• (c) Kondensieren der Dampfabstreifungsprodukte in einem Kühler,

gekennzeichnet durch folgende weitere Stufen:

• (d) Komprimieren der in den Stufen (a) und (c) er­ haltenen gasförmigen, nicht-kondensierten Ge­ schmacks- und Aromaverbindungen und Überführen derselben im Gegenstrom in eine Adsorptions­ kolonne, die einen Teil des konzentrierten, ab­ gestreiften Extrakts aus Stufe (a) enthält,
• (e) Kombinieren der Dampfabstreifungen aus Stufe (c), des Restes von konzentriertem, abgestreiften Extrakt aus Stufe (a) und des Teils des konzen­ trierten Extraktes, welcher Geschmacks- und Aroma­ verbindungen aus Stufe (d) adsorbiert hat und Verwendung von (e) zum Sprühtrocknen.

2. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man den abgestreiften Extrakt in Stufe (d) bei einer Temperatur von etwa 10 bis 15°C und mit einer Viskosität von 70 bis 150 mPa · s durch die Adsorptionskolonne leitet.

3. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verdampfungskonzentration (a) in einem Einkörper- oder Mehrkörper-Verdampfer vorgenommen wird.

4. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Feststoffkonzentration der vereinten Abstreif­ komponenten und Extrakte aus Stufe (e) 40 bis 45% beträgt.