DK149297B - Fremgangsmaade til isolering af en aromatisk fraktion fra kaffe - Google Patents

Description

149297

Den foreliggende opfindelse angår en fremgangsmåde til isolering af en aromatisk fraktion fra kaffe.

Aromastofferne fra kaffe er, efter ekstraktion fra deres naturlige milieu, meget sårbare produkter, som det er vanskeligt at bevare længe i nærværelse af vand. Ved de fleste fremgangsmåder til isolering af aromatiske fraktioner fra kaffe, ved hvilke disse fraktioner kommer til at foreligge i vandig opløsning eller i nærværelse af en høj fugtighedsgrad, ekstraherer man derfor straks disse ved hjælp af en egnet væske, såsom et organisk opløsningsmiddel, en olie, osv..

Det konstateres imidlertid, at selvom man omhyggeligt tørrer den væske, der indeholder nævnte fraktioner, nedbrydes disse hurtigt selv ved lav temperatur og uanset koncentrationen af disse fraktioner i væsken. En 20 %*s kaffearoma i methy- 2 149297 lenchlorid er således, selv ved 20°C og beskyttet mod lys, ikke holdbar i mere end nogle dage. Det har været forsøgt at bekæmpe denne kroniske instabilitet hos flygtige kaffefraktioner ved at kombinere ekstrakter vundet med opløsningsmidler af forskellig polaritet, eller ved til ekstraktionen at anvende blandinger af opløsningsmidler. Stabiliteten af de flygtige fraktioner synes imidlertid ikke at blive væsentligt forbedret.

Den foreliggende opfindelse gør det derimod muligt at vinde flygtige kaffefraktioner med en forbavsende stabilitet. Opfindelsen angår en fremgangsmåde til isolering af en aromatisk fraktion fra kaffe, ved hvilken kaffearomastoffet eks-traheres fra et vandigt medium ved hjælp af et organisk opløsningsmiddel, og aromafraktionen udvindes fra opløsningsmidlet, og fremgangsmåden er ifølge opfindelsen ejendommelig ved, at der som organisk opløsningsmiddel anvendes en azeotrop blanding med kogepunkt lavere end 50°C (ved atmosfærisk, overatmosfærisk eller underatmosfærisk tryk), og bestående af: a) pentan og h) mindst ét af de ikke-aromatiske, halogenerede carbonhydrider methylenchlorid, isopropylchlorid eller trichlortrifluorethan, og/eller c) diethylether.

Det er kendt, at en azeotrop blanding er en blanding, der ved et bestemt tryk opfører sig som et rent stof, navnlig udvisende et fast kogepunkt. Ifølge opfindelsen har den azeotrope blanding et kogepunkt lavere end 50°C. Når fremgangsmåden gennemføres ved atmosfæretryk, er således komponenterne i denne azeotrope blanding forbindelser med relativt lav molekylvægt. Denne azeotrop kan være en mere kompleks blanding end en simpel binær blanding. Nedenfor er anført nogle eksempler på egnede azeotrope blandinger:

Sestanddele Volumenforhold (760 mm Hg)

pentan-methylenchlorid 68-32 30°C

pentan-isopropylchlorid 58-42 30,5°C

pentan-freon 113 (trxchlor —

t rifluor—ethan) 94-6 36°C

pentan-diethylether 20-80 32°G

pentan-methylenchlorid-

diethylether 34,5-3,5-62 33°C

Fremgangsmåden ifølge opfindelsen omfatter naturligvis også anvendelsen af azeotrope blandinger, hvis kogepunkt er lavere end 50°C ved et andet tryk end atmosfæretryk, idet bestanddelene i den azeotrope blanding da skal vælges i overensstemmelse dermed. Hvis for eksempel fremgangsmåden gennemføres ved reduceret 3 149297 tryk, kan bestanddelene i den azeotrope blanding vælges blandt forbindelser med relativt højere molekylvægte. Omvendt kan der anvendes bestanddele med meget lav molekylvægt, f.eks. bestanddele, der er luftformige ved almindelige betingelser, hvis fremgangsmåden gennemføres under tryk.

Udgangsmaterialet er således et vandigt medium indeholdende aromatiske forbindelser fra kaffe. Det vandige medium kan udelukkende indeholde de aromatiske stoffer fra kaffe, uanset med hvilke midler disse stoffer er bragt i opløsning, men mediet kan også indeholde andre elementer, navnlig faste stoffer, såsom faste kaffeprodukter, aromaforstærkende stoffer eller midler beregnet til at korrigere for eventuelle uligevægte. De aromatiske stoffer fra kaffe kan f.eks. stamme fra kondensationen af aromater frigjort under brændingen af ubrændt kaffe eller fra formalingen af ristet kaffe eller fra kondensationen af aromater vundet ved luft-art-medrivning eller vanddamp-medrivning (stripning) enten fra en ristet kaffe i tør form eller i vandig suspension, eller fra en vandig ekstrakt af ristet kaffe.

Som nedenfor nærmere omtalt, udmærker den aromatiske fraktion, der er vundet ved den foreliggende fremgangsmåde, sig ved bemærkelsesværdig stabilitet. Det er konstateret, at denne stabilitet ikke er en funktion af den behandlede kaffesort (arabica, robusta, excelsa, santos, osv.), eller af dens geografiske oprindelse (Amerika, Afrika eller Asien), og heller ikke af brændingsgraden eller af koncentrationen af det vandige udgangsmedium, der kan variere vidtgående. Et egnet middel til at vurdere koncentrationen af et kondensat fra vanddamp-medrivning fra tør ristet kaffe er for eksempel stripningsforholdet, dvs. forholdet mellem vægten af kondenseret vand og vægten af tør kaffe anvendt som udgangsmateriale. Dette forhold er i almindelighed beliggende mellem 1 og 300%.

Fremgangsmåden ifølge opfindelsen omfatter forskellige udførelsesformer. Ifølge en første udførelsesform ekstraheres det vandige medium diskontinuerligt. Ifølge en anden udførelsesform ekstraheres nævnte medium kontinuerligt. I almindelighed er enkelthederne ved ekstraktionen velkendte, og der skal kun omtales nogle enkelte til illustration. Der kan for eksempel ekstraheres i beholder under omrøring. Få grund af opløsningsmidlets azeotrope karakteristika kan der også foretages ekstraktion i et apparat af Soxhlet-type eller lignende, ved den maksimale temperatur, der tillades af opløsningsmidlet. Forskellige varianter er mulige, der benytter for eksempel en gencirkulering af den azeotrope blanding, eller en kaskadeekstraktion i beholderbatterier med mere eller mindre komplicerede cirkulationsprogrammer for nævnte blanding. De aromatiske stoffer kan også ekstraheres kontinuerligt, f.eks. ved cirkulation af de to væsker i modstrøm.

Hvis ekstraktionen gennemføres i beholder, kan der dannes relativt stabile emulsioner, navnlig hvis det vandige medium indeholdende de aromatiske stoffer fra kaffe også indeholder faste stoffer. I dette tilfælde er en simpel frysning af 4 149297 emulsionen efterfulgt af en tilbagevenden til udgangstemperaturen i almindelighed tilstrækkelig til at opbryde emulsionen.

Det er endvidere konstateret, at den mængde azeotrop blanding, der anvendes, målt ved forholdet blanding/vandigt medium, ikke er en afgørende faktor. Det tilstræbes at anvende så små mængder som muligt, samtidig med at der sikres en korrekt ekstraktion af de aromatiske stoffer fra kaffe« Disse mængder er f.eks., i volumen, af størrelsesordnen 0,3 til 3 gange voluminet af det vandige medium, der behandles, for hver ekstraktionsproces.

Hvad angår koncentreringen af de aromatiske fraktioner, kan denne opnås på en hvilken som helst kendt måde, der ikke denaturerer fraktionerne, navnlig ved destillation af opløsningsmidlet, der er en azeotrop blanding med lavt kogepunkt. Da denne destillation forløber ved konstant temperatur og med konstant sammensætning af opløsningsmidlet, er endvidere koncentrationsgraden for den aromatiske fraktion heller ikke en kritisk faktor. Det er konstateret, at man uden skade kan gå ned til et restindhold af opløsningsmiddel i den aromatiske fraktion af størrelsesordnen 5%.

Ifølge en foretrukket udførelsesform for fremgangsmåden ifølge opfindelsen ekstraheres med den azeotrope blanding et vandigt medium vundet ved stripning på 1 til 300% af formalet ristet arabica-kaffe fra Colombia eller af en blanding af arabica-kaffe fra Colombia, Cameroun og Mexico, eller af en blanding af arabica fra Nicaragua, og robusta fra Angola. Til gennemførelse heraf arbejdes diskontinuerligt, i beholdere og i tre eller fire trin, idet der anvendes et totalt volumen azeotrop blanding på ca. 1,5 gange voluminet af det vandige medium. Denne ekstraktion gennemføres ved atmosfæretryk og ved en temperatur på ca. 20°C. Den aromatiske fraktion indeholdt i den azeotrope blanding koncentreres derefter ved destillation af denne ved atmosfæretryk og indtil en reduktion af det oprindelige volumen af størrelsesordnen 40 til 50 gange. Den vundne koncentrerede aromatiske fraktion indeholder derefter omtrent 10% af resterende azeotrop blanding.

Det er allerede nævnt, at den væsentligste egenskab hos den aromatiske fraktion vundet ved fremgangsmåden, foruden dens repræsentative karakter af kaffearo-mat, er dens usædvanlige stabilitet. Mens for eksempel en methylenchlorid-ekstrakt af et aromat strippet fra kaffe, koncentreret til et resterende opløsningsmiddelindhold på ca. 20%, kun holder sig nogle dage ved -20°C og kun nogle dage mere ved -80°C, er en iøvrigt tilsvarende ekstrakt vundet med den azeotrope blanding pentan-methylenchlorid holdbar mindst 1 år ved -20°C. Denne stabilitet kan påvises med nøjagtighed ved chromatografianalyser i gasfase.

Koncentrationsgraden for den aromatiske fraktion synes ikke at påvirke stabiliteten af denne. Det er derfor sædvanligt at fjerne størstedelen af den azeotrope blanding ved destillation, 5 149297

Den organoleptiske kvalitet a£ de ved den foreliggende fremgangsmåde vundne aromatiske fraktioner er bemærkelsesværdig, omend påvirket af koncentrationen af det med den . azeotrope blanding ekstraherede vandige medium. I tilfælde af et medium bestående af et kondensat fra vanddampmedrivning fra formalet, brændt kaffe er der således konstateret en optimal kvalitet for medier med et stripningsforhold beliggende mellem 100 og 150%, dvs. hvis den formalede kaffe er blevet behandlet med 1 til 1,5 gange dens vægt af vanddamp.

Den således fremstillede, eventuelt koncentrerede aromatiske fraktion kan anvendes som aromatiseringsmiddel til at tilføre kaffearoma til et materiale, der er blottet for sådan aroma, eller til at forstærke en allerede foreliggende kaffearoma.

Ved den første type anvendelse, betegnet aromatisering ab initio, vil de mængder af den aromatiske fraktion, der skal sættes til det materiale, som skal aromatiseres, afhænge af arten af dette materiale. Hvis dette er neutralt i aromatisk henseende, kan tilsætningerne være beliggende mellem 0,5 og 12 promille beregnet som vægt af aromatisk fraktion (uden resterende opløsningsmiddel) i forhold til . vægt af faste stoffer i det materiale, der behandles. Således kan der for eksempel aromatiseres mælk, aromafattige kaffepulvere, cremer, is eller tyggegummi, Hvis dette materiale allerede har en egen aroma, må tilsætningerne bestemmes for hvert enkelt tilfælde. I almindelighed er det nødvendigt at anvende forholdsvis større mængder for at overdøve den egne aroma, men undertiden kan relativt mindre mængde vise sig tilstrækkelig som følge af synergistisk virkning.

Ved den anden type anvendelse, der består i at forstærke en allerede eksisterende kaffearoma, er de mængder aromatisk fraktion, der skal tilsættes, betydeligt mindre og sædvanligvis af størrelsesordnen fra 1/5 til 1/20 af de mængder, der er nødvendige for aromatisering ab initio. For at forstærke eller forhøje aromaen af instant-kaffe af gennemsnitskvalitet tilsættes for eksempel til denne mellem 0,1 og 0,6 promille aromatisk fraktion.

Ifølge en variant for nævnte to typer anvendelse fikseres den aromatiske fraktion på en "aromabærer", f.eks. et salt eller et materiale på basis af poly-saccharider, idet der hertil anvendes en hvilken som helst kendt metode, og den således fikserede aromatiske fraktion anvendes til aromatiseringen.

For at aromatisere faste stoffer fra kaffe eller forstærke disses aroma kan man for eksempel tilsætte den aromatiske fraktion enten direkte til et kaffeudtræk, på et instant-kaffepulver eller i den rekonstituerede instant-kaffe, eller indirekte efter at have fikseret den aromatiske fraktion på kaffeolie.

Der anvendes fortrinsvis en koncentreret aromatisk fraktion med meget lille restindhold af opløsningsmiddel, for at det ikke skal være nødvendigt at 6 149297 anvende specifikke midler til at fjerne dette resterende opløsningsmiddel fra slutproduktet. Det skal præciseres, at selv ved højere grader af aromatisering, som defineret ovenfor, viser det aromatiserede materiale ingen smag af opløsningsmiddel.

Ifølge en foretrukket anvendelse af den aromatiske fraktion fremstillet ved fremgangsmåden ifølge opfindelsen sættes denne, efter koncentrering til et restindhold af opløsningsmiddel af størrelsesordnen 10%, direkte til faste stoffer fra kaffe i en mængde på fra 0,35 til 1 promille (i egenskab af forstærker) og fra 3,5 til 10 promille, hvis der er tale om faste stoffer fra kaffe blottet for aroma.

Fremgangsmåden ifølge opfindelsen samt anvendelsen af den ved denne vundne aromatiske fraktion beskrives nærmere gennem følgende eksempler, hvori procenter og forhold er efter vægt.

Eksempel 1

Der blev fremstillet en række aromafraktioner ud fra arabica-kaffe fra Colombia ved at bringe prøver på 100 g af denne kaffe i suspension hver gang i 1 liter vand, hvilken kaffe var formalet og forud brændt ved ca. 165°C indtil et vægttab af størrelsesordnen 18%, hvorefter disse suspensioner blev underkastet en vanddamp-medrivning (stripning) i forskellige tidsrum. Der måltes de mængder kondensat, der blev opsamlet, hvilke blev udtrykt i form af stripningsforhold, idet • disse mængder blev sat i forhold til de som udgangsmateriale anvendte kaffemængder. Hvert af kondensaterne blev derefter behandlet på følgende måde: ekstraktion med 4 gange 25 ml af en azeotrop blanding af pentan 68% - methylenchlorid 32%, samling af de 4 voluminer organisk fase, tørring ved hjælp af vandfrit natriumsulfat og koncentrering ved azeotrop destillation ved 30°C indtil et restindhold af opløsningsmiddel af størrelsesordnen 10%, bestemt ved gasfasechromatografi. Fremstillings-parametrene og egenskaberne hos de således vundne koncentrerede aromatiske fraktioner er samlet i nedenstående tabel, hvori kolonnerne repræsenterer: 1. varighed af stripning i minutter 2. vægt af opsamlet kondensat i g = stripningsforhold i % 3. voluminer af koncentrerede aromatiske fraktioner i ml 4. mindste stabilitet.

7 149297 1 2 3 4 8 50 1,5 6 måneder 11 100 1,9 1 år 14 150 2,3 1 år 17 200 2,5 6 måneder 20 250 2,8 6 måneder

De tilsvarende ikke-koncentrerede aromatiske fraktioner havde en analog stabilitet og førte, efter koncentrering, til koncentrerede fraktioner, der havde de samme karakteristika.

Tilsvarende resultater er endvidere opnået ud fra en blanding af arabica-kaffe fra Colombia 40%, arabica fra Cameroun 30%, arabica fra Mexico 30% eller en blanding af arabica fra Nicaragua 60%, robusta fra Angola 40%.

Endelig er tilsvarende resultater opnået ud fra disse kaffer ellér kaffe-blandinger med andre brændingsgrader.

Eksempel 2-5

Forsøgene fra Eksempel 1 blev gentaget, under anvendelse af arabica-kaffe fra Colombia, med andre azeotrope blandinger. De opnåede resultater er anført i nedenstående tabel, hvor tallene i kolonnerne 2 og 3 har den samme betydning som i Eksempel 1.

Eksempel Art og kp. af azeotrop blanding 2 3 2 pentan 58% 5°c 100 1,9 isopropylchlorid 42% 150 2,3 2 pentan 94% 3gOc 100 1,6 freon 113 6% 150 2,0 4 pentan 20% 100 1,2 diethylether 80% 150 1,6 pentan 34,5% ~ ^ ~ methylenchlorid 3,5% ^ ^ ^ ether 62% I hvert enkelt tilfælde var holdbarheden på over 6 måneder.

149297 8

Eksempel 6

Der blev fremstillet aromafraktioner af arabica-kaffe fra Colombia ud fra udtræk vundet ved behandling af prøver på 100 g af denne kaffe med 1 liter kogende vand til hver prøve. Efter fraskillelse af grumset blev disse udtræk behandlet, som beskrevet i Eksempel 1 (medrivning med vanddamp, ekstraktion med den azeotrope blanding pentan 68% - methylchlorid 32%, osv.). De således fremstillede koncentrerede aromatiske fraktioner havde voluminer på 1,6 ml (stripningsforhold på 100%) og 1,9 ml (stripningsforhold på 150%). De havde en holdbarhed på mindst 1o ar.

Eksempel 7

De i Eksempel 6 beskrevne processer blev gentaget under anvendelse som opløsningsmiddel af en azeotrop blanding af pentan 20% - diethylether 80%. De fremstillede aromatiske fraktioner havde voluminer på 1,2 ml (stripningsforhold på 100%) og 1,6 ml (stripningsforhold på 150%). De havde en holdbarhed på mindst 6 måneder.

Eksempel 8 60 kg Arabica-kaffe fra Colombia, der var formalet og forud brændt ved 165°C til et vægttab af størrelsesordnen 18%, blev behandlet med 300 kg overhedet vanddamp ved 185°C i 18 minutter. Herved vandtes 196 kg af en ekstrakt med en tørstofkoncentration af størrelsesordnen 11%. Denne ekstrakt blev derefter underkastet en medrivning med vanddamp i ca. 10 minutter indtil opsamling af 9 kg kondensat, dvs. et stripningsforhold på 15%. Derefter anvendtes samme fremgangsmåde, som beskrevet i Eksempel 1, idet der som opløsningsmiddel anvendtes den azeotrope blanding pentan 68% - methylenchlorid 32%.

Den aromatiske fraktion (90 ml), der vandtes efter koncentrering til et restindhold af opløsningsmiddel på ca. 10%, var meget stabil og var holdbar uden forringelse i mindst 6 måneder.

Resultaterne var analoge, hvis den aromatiske fraktion var fremstillet under anvendelse af azeotropen pentan 58% - isopropylchlorid 427..

Eksempel 9 60 kg Arabica-kaffe fra Colombia, der var formalet og forud brændt ved 165°C til et vægttab af størrelsesordnen 18%, blev befugtet med overhedet vanddamp ved 185°C, og derefter blev den befugtede kaffe behandlet ved medrivning med vanddamp indtil et stripningsforhold på ca. 4%, idet dampene blev kondenseret ved passage i to successive kondensatorer afkølet med lunkent vand (30°C) for den første og med 9 149297 koldt vand (10°C) for den anden. Det ’‘kolde·* kondensat, med et volumen på 1,2 liter, blev udtaget. Der anvendtes derefter fremgangsmåden beskrevet i Eksempel 1, idet der som opløsningsmiddel anvendtes den azeotrope blanding pentan 68% -methylenchlorid 32%.

Den aromatiske fraktion, der vandtes efter koncentrering til et restindhold af opløsningsmiddel på 10%, var meget stabil. Den var holdbar uden ændring i mindst 6 måneder.

Eksempel 10

Der blev fremstillet et neutralt kaffepulver på følgende måde: Som beskrevet i Eksempel 8, blev der med vanddamp ekstraheret en blanding af tre arabi-ca-kaffer (Colombia 40% - Cameroun 30% - Mexico 307.), der var formalet og forud brændt ved 165°C indtil et vægttab af størrelsesordnen 18%, og ekstrakten blev derefter underkastet en medrivning med vanddamp for at dearomatisere den. Endelig blev den dearomatiserede ekstrakt tørret ved forstøvning, og der vandtes herved det ønskede neutrale kaffepulver.

Der blev udtaget 3 prøver på 15 g af dette pulver, hvortil der blev sat henholdsvis 50 μΐ (dvs. rundt regnet 3,5 promille), 100 μΐ (7 promille) og 150 μΐ (10 promille) af den aromatiske fraktion med stripningsforhold på 100% vundet i Eksempel 1 (pentan-methylenchlorid). Der blev derefter fremstillet tre instant- . kaffer ved at opløse hvert af disse aromatiserede pulvere i 1 liter varmt vand, hvilke kaffer blev forelagt en jury på 8 trænede smagsdommere, der fik til opgave at angive, hvilken de foretrak. Den foretrukne prøve var den, der var aromatiseret med 7 promille, kvalitetsbetegnet som velafbalanceret, efterfulgt af prøven aromatiseret med 10 promille, derefter prøven aromatiseret med 3,5 promille. Generelt blev disse prøver beskrevet som havende en meget repræsentativ aroma og som værende blottet for enhver eftersmag af opløsningsmiddel.

På samme måde blev fremstillet andre instant-kaffer ved hjælp af neutrale kaffepulvere aromatiseret med 7 promille af de aromatiske fraktioner fra Eksempel 1 med forskellig stripningsforhold (50, 150, 200 og 250%). Smagsdommernes afgørelse var følgende: 50%: frisk aroma, svagt pyrazinagtig 150%: som 100%, velafbalanceret 200%: "brændt" aroma, for tung 250%: som 200%, "brændt", for tung.

De opnåede resultater var analoge, hvis det anvendte neutrale kaffepulver var et lyofiliseret pulver.

1A9297 ίο

Eksempler 11-13

Der anvendtes samme fremgangsmåde som 1 Eksempel 10, idet der anvendtes de aromatiske fraktioner fra Eksemplerne 6 til 8. De opnåede resultater er anført nedenfor:

Eksempel Anvendt aromatisk fraktion Aromatiseringsgrad i %,, Foretrukket 6 3,5 3 11 (pentan-methylenchlorid) 7 1 10 2 7 3,5 3 12 (pentan-diethylether) 7 2 10 1 8 3,5 2 13 (pentan-methylenchlorid 7 1 eller pentan-isopropyl- chlorid) 10 3

Eksempel 14

Der blev fremstillet et udtræk på ca. 50 g/liter af en blanding af santoskaffe fra Brasilien 40%, arabica fra Colombia 30%, arabica fra Salvador 30%. Dette udtræk blev forstærket ved tilsætning af 0,7 promille (i forhold til faste stoffer) af den aromatiske fraktion fra Eksempel 1, med et stripningsforhold på 100%. Ifølge smagsdommerne havde det således forstærkede udtræk væsentligt bedre organoleptiske egenskaber end det ikke behandlede udgangs-udtræk og havde en meget intens aroma.

Eksempel 15

Til 1 liter pasteuriseret handelsmælk, med et indhold af tørstoffer af størrelsesordnen 12%, blev der sat 300 μΐ (dvs. 2,5 promille) af den aromatiske fraktion fra Eksempel 1, med stripningsforhold på 100%. Den herved vundne drik havde en sur smag, der ikke desto mindre mindede meget om smagen af café au lait, uden at have dennes udseende.

Eksempel 16

Der blev fremstillet en creme indeholdende 3,5% mel, 13% fint sukker, 2,5% karamel, 0,02% vanillin og ca. 80% pasteuriseret mælk. Efter kogning blev der tilsat 0,1 vægtpromille af den aromatiske fraktion fra Eksempel 1 (stripningsforhold 100%). Denne creme var en meget behagelig kaffecreme.