DE4314874A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Rösten eines Röstgutes, insbesondere von Kaffee - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Rösten eines Röstgutes, insbesondere von Kaffee, bei dem das Röstgut mit­ tels einer Heizquelle von einer Röstgut-Anfangstemperatur auf eine Endtemperatur gebracht wird.

Weiter betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zum Rösten von Röstgut, insbesondere von Kaffee, mit einer Röstkammer zum (chargenweisen) Einfüllen von zu röstendem Röstgut und mit ei­ ner Heizquelle, vorzugsweise unter Verwendung von Heißluft, zum Temperieren des Röstgutes in der Röstkammer, vorzugsweise zur Durchführung des vorgenannten Verfahrens.

Zu röstendes Röstgut, insbesondere Kaffee, wird herkömmli­ cherweise in eine Röstkammer eingegeben und besitzt zu diesem Zeitpunkt eine bestimmte Anfangstemperatur. Danach wird das Röstgut, zumeist mit Heißluft, bis auf eine bestimmte Endtem­ peratur aufgeheizt. Diese Endtemperatur wird für den jeweili­ gen Röstvorgang vorgegeben. Sobald diese Endtemperatur als Temperatur des Röstgutes gemessen wird, wird das Röstverfahren abgebrochen, und es wird davon ausgegangen, daß das Röstgut den gewünschten Röstgrad erhalten hat.

Die vorgegebene Endtemperatur wird nach einer Röstdauer erreicht, die zunächst einmal natürlich von der Anfangstempe­ ratur des Röstgutes vor dem Rösten und der Temperatur der Heizquelle, beispielsweise der Heißluft, abhängt. Die Röst­ dauer hängt aber auch noch von weiteren Parametern ab, nämlich der Menge des Röstgutes, d. h. beispielsweise der Chargengröße, der zugeführten Wärmemenge, also nicht nur beispielsweise von der Temperatur der Heißluft, sondern auch von der Durchfluß­ menge dieser Heißluft, von dem Feuchtigkeitsgehalt des Röstgu­ tes und von anderen Parametern mehr.

Bei dem herkömmlichen Röstverfahren wird aber lediglich die Endtemperatur für die Beendigung des Röstverfahrens vorge­ geben, während der Temperaturverlauf der Temperatur des Röst­ gutes zwischen der Anfangstemperatur und der Endtemperatur sich mehr oder weniger willkürlich aufgrund der vorgenannten Parameter einstellt. In der Regel wird der Temperaturverlauf im wesentlichen etwa dem Verlauf einer Exponentialfunktion folgen, die aber aufgrund der möglichen Unterschiede in den Anfangsparametern des Röstgutes mehr oder weniger "steil" ver­ laufen wird, so daß abhängig davon sich eine mehr oder weniger lange Röstdauer bis zum Erreichen der Endtemperatur ergibt.

Maßgeblich für den Geschmack und unter Umständen auch für die Qualität des Röstgutes ist, insbesondere bei Kaffee, aber eigentlich nicht die Endtemperatur, die von dem Röstgut er­ reicht wird, sondern gerade die Röstdauer und mehr noch die Farbe des Röstgutes nach dem Röstprozeß, die allerdings mit der Röstdauer korrelieren sollte. Je nach Geschmack der Kun­ den, welcher stark von nationalen und kulturellen Gepflogen­ heiten abhängt, liegt die Röstdauer für Kaffee beispielsweise zwischen 90 Sekunden und 10 Minuten, wobei beispielsweise mit einer Heißlufttemperatur von etwa 350°C gearbeitet wird.

Um die gewünschte Röstdauer zu erreichen, könnte nach dem vorgeschilderten herkömmlichen Verfahren beispielsweise die Endtemperatur als Funktion der Röstzeit abgeschätzt werden, d. h. die Temperatur, die üblicherweise unter Berücksichtigung der Chargengröße und der Heißlufttemperatur nach der gewünsch­ ten Zeitdauer erreicht sein müßte. Diese Endtemperatur könnte dann zum Abbruch des Röstverfahrens herangezogen werden.

Dennoch beinhaltet das vorgenannte Verfahren gewisse Zu­ fälligkeiten und Unabsehbarkeiten, die für eine Lebensmittel­ technologie an sich unerwünscht sind, insbesondere im Hinblick darauf, daß eine solche Technologie möglichst gut reproduzier­ bar sein sollte, um beispielsweise für eine bestimmte Kaffee­ marke eine gleichbleibende Qualität und einen gleichbleibenden Geschmack garantieren zu können.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, das ein­ gangs genannte Verfahren dahingehend zu verbessern, daß die Röstung und damit das Röstergebnis genauer kontrollierbar ist und genauer reproduzierbar ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß ein bestimmter Verlauf der Temperatur als Funktion der Röstzeit als theoretischer Temperaturverlauf zwischen der Anfangstempe­ ratur und der Endtemperatur vorgegeben wird, und daß der tat­ sächliche Temperaturverlauf der Temperatur des Röstgutes beim Rösten des Röstgutes unter Berücksichtigung des theoretischen Temperaturverlaufes gesteuert wird, indem die tatsächliche Ist-Temperatur des Röstgutes mit der entsprechenden theoreti­ schen Vergleichstemperatur verglichen wird und die Temperatur der Heizquelle je nach Ergebnis dieses Vergleiches geregelt wird.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren dienen somit mit Vor­ teil nicht nur die Anfangstemperatur und die nicht notwendi­ gerweise höhere Endtemperatur bei der Röstung als Orientie­ rungen, sondern als Orientierung dient ein theoretischer Tem­ peraturverlauf, der entweder errechnet oder festgesetzt wird. Mit diesem theoretischen Temperaturverlauf wird der tatsäch­ liche Temperaturverlauf auch während der Röstung zwischen der Anfangstemperatur und der Endtemperatur verglichen, wobei sehr fein gestaffelte Kontrollschritte vorgegeben werden könnten, so daß praktisch schon von einem kontinuierlichen, ständigen Vergleich gesprochen werden könnte. Je nach Ergebnis dieses Vergleiches wird dann (ständig) die Heizquelle derart gere­ gelt, daß der tatsächliche Temperaturverlauf einen gewünschten Verlauf nimmt und sich nicht der sozusagen natürliche, will­ kürliche Temperaturverlauf einstellt, der sich aus den vorlie­ genden Parametern des Röstgutes ergibt. Es wird also dem Röst­ gut während der gesamten Dauer des Röstverfahrens bewußt ein mehr oder weniger künstlicher Temperaturverlauf aufgezwungen, der sich beispielsweise aus Versuchen für die gewünschte Röst­ qualität als bester Verlauf ergeben hat.

Eine Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, daß der theoretische Temperaturverlauf selbst als idea­ ler, erwünschter Temperaturverlauf und die von diesem theore­ tischen Temperaturverlauf jeweils gelieferte Vergleichstempe­ ratur somit als Soll-Temperatur genommen wird, und daß die Temperatur der Heizquelle jeweils so eingeregelt wird, daß der tatsächliche Temperaturverlauf dem theoretischen Temperatur­ verlauf möglichst entspricht.

Es wird also vorzugsweise nicht nur ein theoretischer Temperaturverlauf zum Bezug genommen, beispielsweise als eine Untergrenze oder eine Obergrenze für den gewünschten Verlauf, sondern der vorgegebene theoretische Temperaturverlauf wird als der ideale Temperaturverlauf genommen und der tatsächliche Temperaturverlauf wird genau auf diesen theoretischen Tempera­ turverlauf gezwungen. Liegt also beispielsweise die tatsächli­ che Temperatur des Röstgutes zu einem bestimmten Röstzeitpunkt höher als die entsprechende Vergleichstemperatur bzw. Soll- Temperatur, so wird die Temperatur der Heizquelle um ein ge­ eignetes Maß verringert, um zu verhindern, daß die Temperatur des Produktes noch höher ansteigt, sondern der tatsächliche Temperaturverlauf sich möglichst schnell wieder mit dem theo­ retischen Temperaturverlauf deckt, d. h. möglichst schnell der Ist-Temperaturwert wieder mit dem entsprechenden Soll-Tempera­ turwert übereinstimmt.

Eine nächste Weiterbildung der Erfindung sieht vor, daß als theoretischer Temperaturverlauf wenigstens abschnittsweise ein im wesentlichen linearer Verlauf gewählt wird, der beson­ ders günstig ist, weil sich hierdurch eine besonders gleich­ mäßige Röstung ergibt. Vorzugsweise kann sich der theoretische Temperaturverlauf im wesentlichen aus zwei linearen Abschnit­ ten zusammensetzen, nämlich aus einem ersten, bei der Anfangs­ temperatur ansetzenden Abschnitt mit größerer Steigung und ei­ nem späteren zweiten Abschnitt mit kleinerer Steigung. Es er­ gibt sich dadurch ein abgeknickter Temperaturverlauf, der vielleicht an eine Exponentialfunktion angepaßt ist, aber den­ noch in beiden Abschnitten linear verläuft.

Eine Kontrolle des Röstverlaufes ist durchaus aus verschie­ denen Gründen von Interesse. Je größer beispielsweise die Heiz- bzw. Anfangstemperatur gewählt wird und je schneller das Röstgut aufgeheizt wird, desto größer tritt ein Aufbläh- Effekt, eine Art Popcorn-Effekt, auf. Wenn zu lange eine zu große Temperatur gewählt wird, kommt es beim Röstgut zu Aus­ schwitzvorgängen, die auch später noch sichtbar sind und ge­ gebenenfalls die Qualität des Röstgutes vermindern. Wird ins­ gesamt zu lange geröstet bzw. ist die gewählte Charge zu klein, so kann es gerade auch bei der Kaffeeröstung zu Verkoh­ lungen des Röstgutes kommen, durch die eine große Menge von Kohlendioxyd freigesetzt werden kann, die sogar zu einer Ex­ plosion der Röstvorrichtung führen könnte.

Außerdem bewirkt bei dem "natürlichen" exponentiellen Tem­ peraturverlauf eine geringe Änderung der Endtemperatur bzw. ein kleiner Meßfehler bei der Endtemperatur unter Umständen eine sehr große Schwankung des Endzeitpunktes des Röstverfah­ rens, was sich besonders stark auswirkt, wenn die Röstdauer ohnehin nur kurz sein soll. Durch einen erfindungsgemäßen, künstlichen linearen Temperaturverlauf kann diese Empfindlich­ keit in der Zeitschwankung der Röstdauer mit Vorteil vermin­ dert werden.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist in hohem Maße reprodu­ zierbar, es gewährt eine hohe Ausbeute, eine bessere Durchrö­ stung, eine gute Produktschonung, insbesondere bei Kurzzeitrö­ stung, ein gleichmäßigeres Bild des gerösteten Röstgutes, eine Erhöhung der Extraktionsfähigkeit, insbesondere bei Kaffee, und bedingt, nicht zuletzt, einen reduzierten Energiebedarf.

Zum Heizen des Röstgutes wird vorzugsweise in üblicher Ma­ nier Heißluft verwendet, wobei die Temperatur der Heißluft je nach dem Ergebnis des Vergleiches von Ist-Temperatur und Ver­ gleichstemperatur eingeregelt wird, indem die Heizung zur Auf­ heizung der Luft in angemessener Weise geregelt wird. Die Hei­ zung kann beispielsweise ein Gasgebläse sein, welches sich sehr genau und sehr schnell regeln läßt.

Für eine Vorrichtung zum Rösten von Röstgut, insbesondere von Kaffee, mit einer Röstkammer zum (chargenweisen) Einfüllen von zu röstendem Röstgut und einer Heizquelle, vorzugsweise unter Verwendung von Heißluft, zum Temperieren des Röstgutes in der Röstkammer, vorzugsweise zur Durchführung des erfin­ dungsgemäßen Verfahrens, welche sich auszeichnet durch eine Temperaturmeßeinrichtung zur Bestimmung der jeweiligen Ist- Temperatur des Röstgutes und zur Bestimmung der jeweiligen Heiztemperatur und durch eine Steuerungseinrichtung zur Vorga­ be theoretischer Soll-Temperaturen, zum Vergleich der jeweili­ gen Ist-Temperatur mit der entsprechenden Soll-Temperatur und zur Regelung der Heiztemperatur je nach dem Ergebnis des Ver­ gleichs zwischen Ist-Temperatur und Soll-Temperatur wird selb­ ständiger Schutz beansprucht.

Ausführungsbeispiele, aus denen sich weitere erfinderische Merkmale ergeben, sind in der Zeichnung dargestellt. Es zei­ gen:

Fig. 1 ein Funktionsdiagramm der Röstgut-Temperatur in Ab­ hängigkeit von der Röstzeit und

Fig. 2 ein Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Röst­ vorrichtung.

Die Fig. 1 zeigt in einem Koordinatensystem den Tempera­ turverlauf der Temperatur des Röstgutes T_G beim Rösten, aufgetragen über der Röstzeit t_R. Die Röstung liegt zwischen den Wertepaaren (T_A, t_A) und (T_E, t_E), also der Anfangstempe­ ratur des Röstgutes zum Anfang der Röstung und der Endtempe­ ratur des Röstgutes am Ende der Röstung. Zusätzlich ist auf der Temperaturachse mit T_L in Klammern die Temperatur der Heißluft angedeutet, wie sie bei herkömmlichen Verfahren etwa konstant gehalten wird. Die Anfangstemperatur des Röstgutes könnte beispielsweise bei 60°C liegen, die Endtemperatur des Röstgutes könnte bei 220°C liegen und die Heißlufttemperatur könnte bei 350°C liegen. Bei einem herkömmlichen Röstverfahren würde die Röstung einfach mit der Anfangstemperatur des Röst­ gutes begonnen und beendet, sobald die vorgegebene Endtempe­ ratur des Röstgutes erreicht ist. Der Verlauf der Temperatur des Röstgutes zwischen diesen beiden Temperaturen würde sich rein willkürlich und unkontrolliert einstellen, und zwar qua­ litativ etwa nach Art einer Exponentialfunktion, wie sie mit gestrichelter Linie in der Fig. 1 angedeutet ist.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird dagegen auch der Temperaturverlauf zwischen der Anfangstemperatur und der End­ temperatur vorgegeben und genau kontrolliert. Bei dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel wird der mit durchgezoge­ ner Linie gezeichnete Temperaturverlauf vorgegeben, der sich aus zwei linearen Abschnitten zusammensetzt. Während des Rö­ stens wird der tatsächliche Temperaturverlauf häufig und genau kontrolliert und es wird durch Änderung der Lufttemperatur bzw. der Temperatur der Heizung, die die Luft aufheizt, er­ zwungen, daß der tatsächliche Temperaturverlauf dem gezeich­ neten theoretischen Temperaturverlauf so genau und weitgehend wie möglich folgt. Dadurch wird für unterschiedliche Chargen von Kaffee der Röstverlauf und damit das Endprodukt weitest­ gehend reproduzierbar.

Fig. 2 zeigt ein Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Röstvorrichtung.

Die Röstvorrichtung verfügt über eine Röstkammer 1, in der eine Charge zu röstenden Röstgutes eingefüllt wird. Außerdem wird durch die Röstkammer 1 zum Aufheizen der Röstkammer 1 und zum Rösten des Röstgutes Heißluft entlang eines Kreislauf­ systems 2 hindurchgeleitet. An einer Stelle des Luftkreislau­ fes ist mit einer Gasflamme 3 eine Heizung zum Aufheizen der Luft angedeutet.

Weiter verfügt die erfindungsgemäße Vorrichtung über einen Temperaturmeßfühler 4 zum (ständigen) Messen der Temperatur des Röstgutes während des Röstvorganges, der an eine Steue­ rungseinrichtung 5 angeschlossen ist. Diese Steuerungseinrich­ tung 5 ist außerdem angeschlossen an eine Regelungseinrichtung 6 im Bereich der Heizung 3, durch die einerseits die Tempera­ tur der Heizung gemessen bzw. kontrolliert wird und anderer­ seits diese Temperatur aufgrund der im Temperaturmeßfühler 4 gemessenen Röstguttemperatur jeweils (neu) eingeregelt wird.

Zusätzlich kann die erfindungsgemäße Vorrichtung bei­ spielsweise noch über einen Temperaturmeßfühler 7 verfügen, der die jeweilige Lufttemperatur mißt, also kontrolliert, ob die Regelung der Heizungstemperatur über die Regelungseinrich­ tung 6 auch zu der gewünschten Lufttemperatur in der Röstkam­ mer 1 tatsächlich führt.

Claims (6)

1. Verfahren zum Rösten eines Röstgutes, insbesondere von Kaffee, bei dem das Röstgut mittels einer Heizquelle von einer Röstgut-Anfangstemperatur auf eine Endtemperatur gebracht wird, dadurch gekennzeichnet, daß ein bestimmter Verlauf der Temperatur als Funktion der Röstzeit als theoretischer Temperaturverlauf zwischen der An­ fangstemperatur und der Endtemperatur vorgegeben wird, und daß der tatsächliche Temperaturverlauf beim Rösten des Röstgutes unter Berücksichtigung des theoretischen Temperaturverlaufes gesteuert wird, indem die tatsächliche Ist-Temperatur des Röst­ gutes mit der entsprechenden theoretischen Vergleichstempera­ tur verglichen wird und die Temperatur der Heizquelle je nach Ergebnis dieses Vergleiches geregelt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der theoretische Temperaturverlauf als idealer, erwünschter Temperaturverlauf und die von diesem theoretischen Temperatur­ verlauf jeweils gelieferte Vergleichstemperatur als Soll-Tem­ peratur genommen wird, und daß die Temperatur der Heizquelle jeweils so eingeregelt wird, daß der tatsächliche Temperatur­ verlauf dem theoretischen Temperaturverlauf möglichst ent­ spricht.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich­ net, daß als theoretischer Temperaturverlauf wenigstens ab­ schnittsweise ein im wesentlichen linearer Verlauf gewählt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß sich der theoretische Temperaturverlauf im wesentlichen aus zwei linearen Abschnitten zusammensetzt, nämlich aus einem er­ sten, bei der Anfangstemperatur ansetzenden Abschnitt mit größerer Steigung und einem späteren zweiten Abschnitt mit kleinerer Steigung.

5. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als Heizquelle in übli­ cher Weise Heißluft verwendet wird, und daß die Temperatur der Heißluft je nach dem Ergebnis des Vergleiches von Ist-Tempera­ tur und Vergleichstemperatur eingeregelt wird, indem die Hei­ zung zur Aufheizung der Luft in angemessener Weise geregelt wird.

6. Vorrichtung zum Rösten von Röstgut, insbesondere von Kaffee, mit einer Röstkammer zum (chargenweisen) Einfüllen von zu röstendem Röstgut und mit einer Heizquelle, vorzugsweise unter Verwendung von Heißluft, zum Temperieren des Röstgutes in der Röstkammer, vorzugsweise zur Durchführung des Verfah­ rens nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Temperaturmeßeinrichtung (4, 6, 7) zur Bestimmung der je­ weiligen Ist-Temperatur des Röstgutes und zur Bestimmung der jeweiligen Heiztemperatur und durch eine Steuerungseinrichtung (5) zur Vorgabe theoretischer Soll-Temperaturen, zum Vergleich der jeweiligen Ist-Temperaturen mit der entsprechenden Soll- Temperatur und zur Regelung der Heiztemperatur je nach dem Er­ gebnis des Vergleiches zwischen der Ist-Temperatur und der Soll-Temperatur.