DK164472B - Fremgangsmaade til fremstilling af kaffeekstrakt - Google Patents

Description

i

DK 164472B

Den foreliggende opfindelse angår en fremgangsmåde til fremstilling af kaffeekstrakt af den i krav 1's indledning angivne art.

5 Der kendes forskellige fremgangsmåder til fremstilling af in-stant-kaffe. Sædvanligvis bliver de kaffebønner, der skal eks-traheres, ristet, malet eller knust og ekstraheret, hvorefter den vundne ekstrakt koncentreres og tørres.

10 Ved ekstraktionen er det muligt at gennemføre forskellige vandige ekstraktionstrin. Således kan der f.eks. ved først at ekstrahere den knuste, ristede kaffe i en perkolator med varmt vand vindes en primær ekstrakt, der indeholder en særlig høj andel af de for ristet kaffe typiske aromastoffer. Derefter 15 kan de ekstraherede kaffebønner viderebehandles med procesvand i et eller flere yderligere ekstraktionstrin under opnåelse af en såkaldt sekundær ekstrakt.

Ved kendte ekstraktionsfremgangsmåder til udvinding af kaffe-20 ekstrakt er smagen hyppigt utilfredsstillende. For at opnå en forbedring er der udviklet forskellige fremgangsmåder for at befri ekstrakter eller delekstrakter fra smagsmæssigt ugunstige stoffer.

25 Det er også allerede kendt at udtrække aromafraktioner ved vanddampdestillation. De på denne måde vundne aromastoffer sættes efter ekstraktionen af den ristede kaffe i den til den øvrige ekstraktmængde til aromaforbedring.

30 Fra DE offentliggørelsesskrift nr. 1.692.236 kendes en fremgangsmåde til standardisering af pulverkaffes syregrad, hvor den samlede ved ekstraktion af ristet kaffe opnåede vandige ekstrakt behandles med ionbytter for at udtrække eller tilsætte syrer henholdsvis fra eller til ekstrakten, indtil den øn-35 skede syregrad er opnået. Denne fremgangsmåde var et resultat af den erkendelse, at de organo 1epti ske egenskaber i væsentligt omfang bestemmes af koncentrationen og arten af indehold- 2

DK 164472 B

te syrer. En ulempe ved behandlingen af det samlede ekstrakt i overensstemmelse med det nævnte DE offentiiggørelsesskrift med ionbytter ligger i, at der ved hjælp af ionbytteren sker absorption eller forandring af de i ekstrakten ønskede, såkaldte 5 "fine syrer" samt andre stoffer, der smagsmæssigt fremtræder på en positiv måde.

Det er formålet med den foreliggende opfindelse at foreslå en fremgangsmåde til fremstilling af kaffeekstrakt, hvormed der 10 inden for økonomisk gunstige rammer kan opnås forbedrede smagsegenskaber.

Denne opgave løses ifølge opfindelsen på overraskende enkel måde ved hjælp af fremgangsmåden ifølge opfindelsen, der er 15 ejendommelig ved det i krav l's kendetegnende del anførte. Således omfatter fremgangsmåden ifølge opfindelsen tilsammen følgende trin: a) kortvarig ristning af kaffebønner, 20 b) knusning af kaffebønner, c) dannelse af et aromadestillat ved dampdesti 11 at i on, d) dannelse af en vandig primær ekstrakt, e) dannelse af en vandig sekundær ekstrakt, f) behandling af den sekundære ekstrakt med en svagt basisk 25 ionbytter, g) forening af de under d) og f) vundne ekstrakter, h) koncentrering af de forenede ekstrakter, og i) forening af koncentratet med det under c) vundne aromade-s t i 11 a t.

30 I overensstemmelse med fremgangsmådens trin a) bliver kaffebønnerne ristet kortvarigt ("short time roastet"). "Short-time-roastet"-kaffe udviser en højere andel af kaffearomastoffer sammenlignet med konventionelt ristet kaffe, hvorved drøjheden 35 ligger højere. Ved korttidsristning på basis af kendte fremgangsmåder eller i kendte ristningsmaskiner med ristetider på fortrinsvis 1 til 3 minutter opnås ristet kaffe med en højere

DK 164472B

andel af aroma- og ekstraktionsstoffer. Desuden er andelen af smagsmæssigt ønskede "fine" syrer højere end ved "normalt ri stet" kaffe.

3 5 Dannelsen af en sekundær ekstrakt og den efterfølgende behandling af den sekundære ekstrakt med en svag basisk ionbytter i overensstemmelse med fremgangsmådetrinnene e) og f) i tilslutning til trinnene a) til d) er af særlig betydning for den smagsforbedring ved kaffeekstrakten, der opnås ved hjælp af 10 fremgangsmåden ifølge opfindelsen.

Ved anvendelse af ionbytter ændres for det første ekstraktens pH-værdi, idet den nemlig stiger. Herved opnås i forbindelse med den primære ekstrakt og de eventuelle ved den forudgående 15 dampdestillation udtrukne aromastoffer alt i alt en gunstig pH-værdi for kaffeekstrakten. Det er i denne forbindelse en betydningsfuld erkendelse, at den sekundære ekstrakt indeholder syrer, der udøver en ugunstig virkning på kaffeekstraktens smag ("uønskede syrer"). Derimod indeholder den primære eks-20 trakt syrer, der er fordelagtige for smagsdannelsen ("fine syrer"). Et særligt træk ved fremgangsmåden ifølge opfindelsen er således en smagsmæssigt virkningsfuld reduktion af den sekundære ekstrakts uønskede syrer.

25 Derudover beror den overraskende gunstige virkning af behandlingen af den sekundære ekstrakt med (svagt basiske) ionbyttere åbenbart også på ionbytterens absorptionsvirkning med hensyn t i 1 (i kke identificerbare) stoffer, der li geledes udøver en ugunstig virkning på kaffeekstraktens smagsdannelse.

30

Det ved opfindelsen opnåede resultat i form af en smagsforbedring af ekstraktkaffe beror i det væsentlige på, at der fra den ristede, knuste kaffe i fraktioner - aromadestillation, primær og sekundær ekstraktion - udtrækkes indholdsstoffer, 35 som først forefindes adskilt og derefter samles. Således kan den tilsigtede reduktion af "uønskede syrer" gennemføres i den sekundære ekstrakt. De følsomme aromastoffer og de "fine" sy- 4

DK 164472 B

rer forbliver således uændrede. Efter behandling af den sekundære ekstrakt, sker der en forening af fraktionerne og efterfølgende koncentrering.

5 Yderligere detaljer vedrørende fremgangsmåden ifølge opfindelsen er angivet i krav 2 til 6.

Ved et foretrukket eksempel på udførelsen af fremgangsmåden ifølge opfindelsen knuses de korttids-ristede kaffebønner på 10 sædvan 1 i g måde, navnlig ved en formalingsgrad på 3,5 mm kornstørrelse. Den knuste, ristede kaffe kan nu direkte underkastes en efterfølgende varmtvandsekstrakti on. Før denne ekstraktion kan der fra den ristede kaffe på kendt eller egnet måde udtrækkes aromastoffer, der, for at disse skal blive skå-15 net, ikke udsættes for ekstraktion og koncentrering, men atter sættes til ekstrakten, efter at disse fremgangsmådetrin er gennemført. Isoleringen af aromastoffer kan navnlig foregå ved vanddampdestillation. Fortrinsvis udføres denne dampdestilla-tion ved et sådant tryk, at behandlingstemperaturen ligger un-20 der 100°C.

I fig. 1 vises arbejdsgangen for et foretrukket udførelseseksempel på fremgangsmåden.

25 I en perkolator Ej gennemføres en dampdestillation af den ristede kaffe. Det ved vakuumbehandling og efterfølgende kondensation opnåede destillat forenes med de øvrige ekstrakter efter deres koncentrering.

30 Det eksempelvis efter den ovenfor nævnte fremgangsmåde behandlede ristede kaffe ekstraheres med varmt vand i et særskilt ekstraktionskredsløb (perkolaterer E2 ... E-j). Herved opnås en såkaldt primær ekstrakt med en høj andel af aromastoffer og "fine syrer". Ekstraktionen foregår i en sædvanlig faststof-35 ekstraktionsindretning, der kan drives med vand under forhøjede temperaturer. Egnet hertil er f.eks. en perkolator. Procesvandet opvarmes, føres gennem perkol atorerne E2 ... E·,·, og 5

DK 164472 B

den vundne primære ekstrakt (PE) forenes med en på den i det følgende beskrevne måde vunden og behandlet sekundær ekstrakt (SE) før koncentrering af de vandige ekstrakter. Den primære ekstraktion foregår ved forholdsvis lave temperaturer op til 5 ca. 130°C, fortrinsvis ved ca. 100°C.

Efter udtrækning af den således vundne vandige primære ekstrakt forbliver den ristede kaffe i ekstraktionsbeholderen og underkastes i denne beholder den sekundære ekstraktion (perko-10 latorer En ... Εη· + ι). Dette foregår ligeledes med vand ved temperaturer mellem 130°C og 200°C, fortrinsvis ved ca. 170°C.

Som det fremgår af rutediagrammet gennemføres den sekundære ekstraktion med fordel på en sådan måde, at flere perkolatorer 15 En - Ei-l koblet efter hinanden, idet proces vandet ledes igennem dem. Procesvandet går ind i perkolatoren En med den ristede kaffe, der forinden har været underkastet den primære ekstraktion. Perkolatoren En med den højeste grad af ekstraktion fjernes, tømmes og forberedes til et nyt ekstrakt ionsfor-20 løb, så snart en efterfølgende perkolator efter udførelse af den primære ekstraktion indtager per ko lato rens E-j+i plads. Fra den ristede kaffe udtrækkes således en maksimal mængde sekundær ekstrakt (SE).

25 Den sekundære ekstrakt (SE) ledes derefter over en ionbytter IA af svag basisk type. Dette bevirker på den ene side en forøgelse af den sekundære ekstrakts pH-værdi. Den sekundære ekstrakts pH-værdi kan ligge i området mellem 4 og 5, for eksempelvis på 4,5 og forøges ved hjælp af ionbytteren (IA) til 6 30 til 7, navn!i g til 6,5. Endvidere vindes der ved hjælp af ionbytteren (IA) endnu ikke identificerede stoffer, der åbenbart har en ugunstig indvirkning på kaffeekstraktens smag. Ved hjælp af absorptionsvirkningen og påvirkningen af den sekundære ekstrakts pH-værdi opnås der en tydelig, overraskende 35 smagsmæssig forbedring af kaffeekstrakten.

Ionbytteren i form af en svagt basisk anionbytter, navnlig i 0H"-formen, kan være mikroporøs eller makroporøs. Særligt eg- 6

DK 164472 B

nede er svagt basiske anionbyttere på polystyren-basis i pulverform eller som granulat (småkugler). I ionbytteren er der endvidere fortri nsvi s i ndføjet en andel {f.eks. 9%) diphenyl-benzen til tværbinding. Ionbytteren type II fra firmaet Merck 5 samt ionbytteren Lewatit MP 62 fra firmaet Bayer A6 har vist sig at være særligt fordelagtige.

Behandlingen af den anden ekstrakt i ionbytter foregår fortrinsvis portionsvis. Ekstrakten med en pH-værdi på f.eks. 4,5 10 ledes gennem ionbytteren og opsamles på udgangssiden i en beholder. Den behandlede ekstrakts pH-værdi bliver målt kontinuerligt. Denne værdi starter på en forholdsvis høj værdi og tager efterhånden af. Så snart der nås en pH-værdi af den tilstræbte størrelsesorden på f.eks. 6,5, afbrydes behandlingen.

15

Behandlingen i ionbytter kan også foregå kontinuerligt. Mængden af den svagt basiske ionbytter, gennemstrømningshastigheden eller ekstraktens kontakt- eller opholdstid i ionbytteren samt temperaturen påvirker den behandlede opløsnings pH-værdi.

20 De ovennævnte data skal vælges på en sådan måde, at der opnås den ønskede forøgelse af den sekundære ekstrakts pH-værdi. Behandlingstemperaturen ligger omkring stuetemperatur eller derunder. Ganske vist nedsættes reaktionshastigheden ved nedsættelse af temperaturen, men ionbytterens absorptionsevne for-25 bedres.

Efter gennemløb af en portion af den sekundære ekstrakt gennem ionbytteren eller efter flere gennemløb, regenereres ionbytteren. Til dette formål gennemspules ionbytteren først med vand.

30 Derefter foregår der en behandling med f.eks. natronlud. I tilslutning hertil foregår der en fornyet skylning med vand. Den ovennævnte rengøring af ionbytteren sker fortrinsvis ved forhøjet temperatur på f.eks. 40 til 80°C.

35 Den på den ovenfor angivne måde behandlede sekundære ekstrakt, en klar, brun væske, forenes med den primære ekstrakt og koncentreres, f.eks. i konventionelle fordampere. Derefter sættes 7

DK 164472 B

det eventuelle i begyndelsen ved vakuumekstraktion vundne destillat til koncentratet. Den samlede blanding kan derefter på sædvanlig måde tørres, f.eks. ved konventionelle fremgangsmåder til forstøvningstørring eller frysetørring.

5

Den ovenfor beskrevne fremgangsmåde er under tilføjelse af den kortvarige ristning vist i fig. 2. Yderligere er der i dette anvendt dampdestillation til isolering af aromastoffer før ekstraktionsprocessen.

10

Den ved fremgangsmåden ifølge opfindelsen fremstillede kaffeekstrakt har en tydeligt forbedret aroma til trods for at også den sekundære ekstrakt anvendes. Ved forarbejdningen af den sekundære ekstrakt sikrer man sig en økonomisk fremgangsmåde, 15 idet der opnås et højere udbytte af den ristede kaffe, samtidig med, at smagsmæssige ulemper undgås.

De efterfølgende eksempler tjener til at belyse opfindelsen, idet eksempel 1 viser resultater under anvendelse af "normal" 20 ristet rå kaffe, og eksempel 2 viser resultaterne på grundlag af kortvarigt ristet rå kaffe.

Eksempel 1.

25 1. Rå kaffeblandinq.

Komponenter: Æthi op i sk mokka 20%

Santos 25%

Guat. 15% 30 Elfenben 20%

Cameroun 20% 2 . Ristning. (Langtidsristning) 35 I handelen tilgængelig Batch-rsiter

Farveværdi 11

Ristetid 11 min. og 55 sek.

DK 164472B

8

Gastryk 6,1 kPa (61 mbar) mængde ristet kaffe 5 kg Samlet mængde ristet kaffe 20 kg 5 3. Formaling.

BUhler-Miag-Malestol (teknisk)

Spaltebredde foroven 3,4 mm forneden 2,4 mm 10 Rumvægt ps 308 g/1

Kornstørrelse d5o 3,1 mm 4. Vakuumstripninq.

15 Teknisk anlæg

Indvejet ristet kaffe 4.000 g

Tryk 10 kPa (100 mbar) SD-mængde 500 g (SD-dampdestiHat) 20 Stripningsfaktor mæn9c!^ -SD- = 0,125 mængde ristet kaffe 5. Opsplittet ekstraktion.

25 Pilotanlæg

Primærekstrakt i on: Mængde ristet kaffe 1,9 kg

Procesvand: temperatur ved indgang ~ 100eC

tryk ~ 1000 kPa (10 bar) 30 mængde 60 1/time

Udløbsmængde 30,0 kg

Faststof 1,31 %

Udbytte 20,7% pH 5,10

Sekundærekstrakt: Mængde ristet kaffe 1,9 kg 35 9

Procesvand: temperatur ved indgang ~ 170*0 tryk ~ 1700 kPa (17 bar) mængde 60 1/time Udløbsmængde 29,5 kg 5 Faststof 1,18¾

Udbytte 18,3% pH 4,5 6. Separation.

10

Westfalia separator Mængdestrøm ~ 100 1/time før separation - TS 1,17% (TS = tørstofindhold) - pH 4,58 , 15 efter separation - TS 1,10% - pH 4,59 TS - tab - 6% 7. Ionbytterbehandlinq.

20

Pilotanlæg Søjlerumfang = ionbytterrumfang = 4 1 = 2 kg Ionbytter Merck type II, svagt basisk anionbytter Fremgangsmådeparametre : Temperatur = stuetemperatur 25 Rumfangsstrøm eksakt 30 1/t

Samlet mængde ekstrakt 40 1 Specifik belastning 7,5 1/t ekstrakt per 1 IA Ekstrakt før behandling - pH 4,59 30 - TS 1,10%

Ekstrakt efter behandling - pH 6,55 - TS 1,00% TS - tab ~ 9% 35

DK 164472 B

10 8. Blanding af den primære og den sekundære ekstrakt i det forhold, der svarer til de ved ekstraktionen fremkomne mængder.

5 9. Koncentrering.

Centr i therm

Parametre: Varmedamptemperatur 65°C

Fordampningstryk 7,5 kPa (75 mbar) 10 Fordampningstemperatur 38°c

Tilført mængde ekstrakt 30 1/time pH 5,46 TS 20% 15 10. Podning.

Af ekstraktets med vakuum SD Podemængde = 100% pH 5,41 20 11. Frvsetørrinq.

Pilotanlæg G 06

Parametre: Kondensatortermperatur - 43°C

25 Kondensatortryk 47 kPa (0,47 mbar)

Varmpiadetemperatur 35°q

Samlet tørringstid 3 timer

Eksempel 2.

30 1. Rå kaffeblandinq.

Komponenter: Æthiopisk mokka 20%

Santos 25% 35 Guat. 15%

Elfenben 20%

Cameroun 20% 11 2. Ri stninq.

Portionsvis jetzonerister Farveværdi 11 5 Ristetid 90 sek.

Temperatur 308°C

Δρ 1,13 kPa {11,3 mbar) mængde ristet kaffe 400 g Samlet mængde ristet kaffe 20 kg 10 3. Formaling.

Biihler-Miag-Malestol (teknisk)

Spaltebredde foroven 3,4 mm 15 forneden 2,4 mm

Rumvægt ps 264 g/1

Kornstørrelse dgg 3,1 mm 4. Vakuumstripninq.

20

Teknisk anlæg Indvejet ristet kaffe 3.500 g

Tryk 10 kPa (100 mbar) 25 SD-mængde 437,5 g

Stripningsfaktor mængde _ SD- _ g , 12 5 mængde ristet kaffe 5. Opsplittet ekstraktion.

30

Primærekstraktion: Mængde ristet kaffe 1,87 kg

Procesvand: temperatur ved indgang ~ 100°C

tryk ~ 1000 kPa (10 bar) 35 mængde 60 1/time (gennempumpet mængde) Udløbsmængde 30,0 kg 12

DK 164472 B

Faststof 1,52 %

Udbytte 24,4 % (regnet på udgangsmængde) pH 4,98 5 Sekundærekstrakt: Mængde ristet kaffe 1,87 kg

Procesvand: temperatur ved indgang ~ 170°C

tryk ~ 1700 kPa (17 bar) mængde 60 1/time 10 Udløbsmængde 27,5 kg

Faststof 1,33%

Udbytte 19,5% pH 4,4 15 6. Separation.

Westfalia separator Mængdestrøm ~ 100 1/time før separation - TS 1,32% 20 - pH 1,38 efter separation - TS 1,30% - pH 4,38 7. Ionbytterbehandlinq.

25

Pilotanlæg Søjlerumfang = ionbytterrumfang = 4 1 = 2 kg Ionbytter Merck type II, svagt basisk anionbytter Fremgangsmådeparametre : Temperatur = stuetemperatur 30 Rumfangsstrøm eksakt 30 til 35 1/time Samlet mængde ekstrakt 40 1 Specifik belastning 7 til 9 1/time ekstrakt per liter 35 ionbytter

Ekstrakt før behandling - pH 4,38 - TS 1,30% 13

Ekstrakt efter behandling - pH 6,54 - TS 1,20% TS - tab ~ 8% 5 8. Blanding af den primære og den sekundære ekstrakt i det forhold, der svarer til de ved ekstraktionen fremkomne mængder.

10 9. Koncentrering.

Centr i therm

Parametre: Varmedamptemperatur 65°C

Fordampn ingstryk 7,5 kPa (75 mbar) 15 Fordampningstemperatur 38°C

Tilført mængde ekstrakt 30 1/time pH 5,34 TS 27% 20 10. Podning.

Af ekstraktets med vakuum SD Podemængde = 100% pH 5,29 25 11. Frysetørring.

Pilotanlæg G 06

Parametre: Kondensatortermperatur - 43eC

30 Kondensatortryk 47 kPa (0,47 mbar)

Varmpiadetemperatur 35°C

Samlet tørringstid 6 timer 35

Claims (6)

14 DK 164472 B Patentkrav.

1. Fremgangsmåde til fremstilling af kaffeekstrakt omfattende 5 følgende trin: a) kortvarig ristning af kaffebønner, b) knusning af kaffebønner, c) dannelse af et aromadesti11 at ved dampdestillation, 10 d) dannelse af en vandig, primær ekstrakt, og e) dannelse af en vandig, sekundær ekstrakt, kendetegnet ved følgende yderligere trin: f) behandling af den sekundære ekstrakt med en svag basisk i onbytter, 15 g) forening af de under d) og f) vundne ekstrakter, h) koncentrering af de kombinerede ekstrakter, og i) forening af koncentratet med det under c) vundne aromadestillat.

2. Fremgangsmåde ifølge krav 1, kendetegnet ved, at dannelsen af den vandige, primære ekstrakt gennemføres ved temperaturer op til 130 °C, fortrinsvis ved 100°C.

3. Fremgangsmåde ifølge krav 1 eller 2, kendetegnet 25 ved, at dannelsen af den vandige sekundære ekstrakt gennemføres ved temperaturer mellem 130°C og 200°C, fortrinsvis ved 170°C.

4. Fremgangsmåde ifølge krav 1, samt et eller flere af de 30 øvrige krav, kendetegnet ved, at dannelsen af den vandige primære ekstrakt og/eller den vandige sekundære ekstrakt gennemføres i flere perko 1 at.orer efter modstrømsprincippet .

5. Fremgangsmåde ifølge krav 1, samt et eller flere af de øvrige krav, kendetegnet ved, at man ved den sekundære ekstrakts behandling med en svagt basisk ionbytter både 15 forøger den sekundære ekstrakts pH-værdi og adsorberer den sekundære ekstrakts smagsforringende stoffer ved hjælp af ionbytteren .

6. Fremgangsmåde ifølge krav 5, samt et eller flere af de øvrige krav, kendetegnet ved, at den sekundære ekstrakts pH-værdi hæves, fortrinsvis til 6 til 7, ved behandlingen med den svagt basiske ionbytter. 10 ..... 15 20 25 30 35