NO172832B - Fremgangsmaate for aa solubilisere delvis ekstrahert, brentog malt kaffe - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse gjelder en fremgangsmåte for å solubilisere en delvis ekstrahert, brent og malt kaffe. Mer spesielt omfatter oppfinnelsen å hydrolysere en delvis ekstrahert, brent og malt kaffe, som f.eks. den brukte gruten fra et kommersielt kaffeperkoleringssystem, i en reaktor ved hjelp av en kort-tids-prosess ved høy temperatur uten innføring av noen tilsatt sur katalysator. En rørformet pluggstrømreaktor er hensiktsmessig, selv om en hvilken som helst reaktor som tilveiebringer en kort-tids-reaksjon ved relativt høy temperatur vil være tilstrekkelig. Tid/temperatur-forholdet velges slik at det oppnås solubilisering og så hydrolyse av de native mannanoligomerene fra et område på

DP 10 til DP 40 til et område på DP 1 til DP 10 og tilstrekkelig til å oppnå en regulert reaksjon av sukkere for å danne kaffesmak, -aroma og -farve. Det således oppnådde hydrolysatet er anvendbart for økning av nivået av løselige kaffefaststoffer, -smak og -aroma, f.eks. i kombinasjon med en vandig ekstrakt av brent kaffe.

På fagområdet løselig kaffe er det lagt stor vekt på å øke utbyttet av løselige stoffer fra brent og malt kaffe mest mulig, oftest ved å variere perkoleringsbetingelsene. Tidlig i utvik-lingen av "instant" kaffe, i perioden før den annen verdenskrig, ble løselige stoffer ekstrahert fra brent og malt kaffe med kokende vann for å gi et utbytte på mindre enn 25% løselige faststoffer. I henhold til US-patent 2.324.526 anvendes temperaturer på fra 160 til 176°C for å oppnå 27% løselige stoffer.

I tillegg ble sure hydrolysebetingelser anvendt for å heve total-utbyttet til 50% løselige stoffer. Som angitt i "Coffee Technology" av Sivetz og Desrosier, 1979, s. 366, er utbyttet av løselige faststoffer fra kommersielle perkoleringssystemer for tiden i området på fra ca. 40 til ca. 50% fra brent og malt kaffe. Selv ved anvendelse av høyere temperaturer og trykk er høyere utbytter ved perkolering ikke realistisk på grunn av problemer angitt av Sivetz omfattende sammenpressing av grut, redusert strømnings- og prosess-hastighet og nedsatt kvalitet på den instant kaffe som produseres under disse betingelser. Utstrakt hydrolyse i en perkolator vil spesielt produsere tjære og usmak.

Å hydrolysere delvis ekstrahert kaffegrut, for å oppnå et øket utbytte av faststoffer, er velkjent på fagområdet og er også anvendt som et middel for å øke utbyttet av løselige faststoffer. F.eks. beskriver US-patent 2.573.406 en fremgangsmåte for frem-stilling av en løselig kaffe som omfatter atmosfærisk å ekstrahere ca. 20% av vekten av kaffen, hydrolysere en del av gruten i en suspensjon med ca. 1% svovelsyre ved 100°C i ca. 1 time, justere pH i hydrolysatet, filtrere hydrolysatet, kombinere dette med den atmosfæriske ekstrakten og tørke den kombinerte ekstrakten. I en annen, lignende prosess som er beskrevet i US-patent 2.687.355, anvendes fosforsyre istedenfor svovelsyre. I enda en fremgangsmåte, beskrevet i US-patent 3.244.879 utføres enten alkalisk eller sur hydrolyse direkte i ekstraksjonsrekkefølgen av kaffegrut som er minst delvis ekstrahert atmosfærisk. Hydrolyse direkte i ekstraksjonsrekkefølgen eliminerer det separate hydrolyse-trinnet i tidligere kjente fremgangsmåter og gir absorpsjon av den alkaliske eller sure katalysatoren i massen av brukt kaffegrut.

Nylig er det i US-patent 4.508.745 beskrevet en fremgangsmåte for å hydrolysere et kaffe-ekstraksjons-rest-materiale for å fremstille mannanoligomerer fra DP 1 til DP 10 ved å fremstille en oppslemming av brukt grut i en konsentrasjon på 5-60 vekt%, justere pH til ca. 0,5 til 4,0 og omsette oppslemmingen ved en temperatur på 160-260°C i 6-60 sek. Ifølge det sistnevnte patent kan den foran nevnte metoden oppnå en økning av utbyttet av løselige faststoffer av størrelsesorden 30 vekt% fra et kaffe-ekstraksjons-rest-materiale, hvilket restmateriale er delvis ekstrahert, som f.eks. den brukte gruten fra et kommersielt perkoleringssystem som er ekstrahert atmosfærisk og delvis varme-hydrolysert.

Et annet viktig område på fagområdet løselig kaffe er det som gjelder smak og aroma i det ferdige løselige kaffe-produktet. Opp til nå har hovedfaktorene for smak- og aroma-utvikling vært brenneprosessen og blandingen av anvendt kaffe. Omdannelse av kaffearoma ved teknikker som f.eks. damp- eller vakuum-stripping, fra den brente og malte kaffen eller fra ekstrakten, for senere tilsetning i prosessen, er godt beskrevet på fagområdet.

Sivetz og Desrosier (s. 250-251 i det arbeide som er sitert ovenfor) indikerer at ønskelig kaffesmak- og aroma oppnås i ønsket grad ved pyrolyse og karamellisering av sukker hvilket kan følges av mørkheten på den farve som utvikles under brenning. Sukrose, som inneholdes i en mengde på ca. 7% i grønn kaffe, forsvinner i stor grad under brenningen for å danne pyrolyseproduktene. De kan reagere ytterligere med protein- og andre nedbrytningsprodukter for å danne andre kaffesubstanser med smak. Den kompliserte kjemien som er beskrevet her, kalles generelt ikke-enzymatiske brunings-reaksjoner. To slike reaksjoner er karamellisering, en fremgangsmåte i hvilken sukkere alene er involvert, og Maillard-reaksjonen, i hvilken reduserende sukkere reagerer med aminer, aminosyrer, peptider og proteiner.

En mer fullstendig beskrivelse av denne kjemien fremgår av en oppsummering av J. Hodge, med tittelen "Origin of Flavor in Foods: Nonenzymatic Browning Reactions" fra et Symposium on Foods:

The Chemistry and Physiology of Flavors, H. Schultz, E. Day og

L. Libbey, utg., AVI Pub. Comp. Inc., (1967). Et annet sammendrag av M. Gianturco om "Coffee Flavor" i samme symposium beskriver kompleksiteten av kaffesmak inkludert flyktige stoffer beskrevet som "aromakomplekset". 103 flyktige bestanddeler er rapportert, av hvilke mange klart er av karbohydratopprinnelse. Over 500 forbindelser er rapportert i et nytt referansearbeide av det hollandske institutt CIVO med tittelen "Volatile Compounds in Food", avsnitt nr. 72: coffee, S. Van Staten og H. Marse utg.,

5. utg. TNO (1983), Zeist Nederland.

Det er fortsatt et behov på kaffe-fagområdet å tilveiebringe en fremgangsmåte for å solubilisere en delvis ekstrahert, brent og malt kaffe, som inneholder mannan som hovedkarbohydrat, i en reaktor ved høy temperatur i en kort tidsperiode uten innføring av noen tilsatt sur katalysator. En slik metode som er tilstrekkelig til å forårsake hydrolyse av mannan-fraksjonen fra den native, polymere størrelsen for å danne et hydrolysat inneholdende mannanoligomerer med et polymerområde som er egnet for tørking såvel som minimal utfelling eller dannelse av slam under henstand eller ved konsentrering.

Denne metode vil generere kaffearoma og -smak og kaffe-lignende farve, ved kontrollert reaksjon mellom karbohydrat-oligomerene og protein-bestanddeler som frigjøres under behand-lingen. Denne smak kan øke, utvide eller modifisere den opprinne-lige smak og aroma som er utviklet under brenne-prosessen og som tidligere ble fjernet i ekstraksjons-prosessen. Denne prosessen søker å optimere tid/temperatur-forholdet i reaktoren slik at det oppnås maksimalt utbytte av løselige faststoffer, og kaffesmak, -aroma og -farve, med minimal tendens til å danne slam eller utfellinger ved konsentrering og videre behandling.

Foreliggende oppfinnelse gjelder en fremgangsmåte for å hydrolysere en delvis ekstrahert, brent og malt kaffe i en reaktor i fravær av tilsatt sur katalysator. Den delvis ekstraherte, brente og malte kaffen underkastes en temperatur fra 200 til 260°C i en tidsperiode som varierer fra 1 min. til 15 min. i en reaktor, for å hydrolysere mannan-fraksjonen til DP-1 til DP 10-området, fortrinnsvis fra DP-1 til DP 6-området, og for å oppnå tilstrekkelig reaksjon av sukkere til å danne kaffesmak, -aroma og -farve. Etter hydrolysen kan den hydrolyserte, delvis ekstraherte, brente og malte kaffen skilles fra de fremstilte, løselige faststoffene.

Før det fortsettes med en detaljert beskrivelse av oppfinnelsen, er det nødvendig å definere noen relevante termer: "Mannan" slik dét anvendes her refererer bredt til et hvilket som helst polysakkarid som består av d-mannose-enheter. Monosakkaridet d-mannose er en aldoheksose og en isomer av d-glukose som skiller seg bare ved å ha det motsatte rommelige arrange-mentet av hydroksylgruppen nærmest karbonylen. Det mannan som finnes i den delvis ekstraherte, brente og malte kaffen kan ha opp til 40 d-mannose-enheter i polysakkaridet. Mannaner med ca. DP 6 og lavere er vannløselige, og de som er over DP 10 er uløselige.

"Arabinogalaktan" er en polymer med høyere molekylvekt med flere hundre sukkerenheter. Hovedkjeden består av galaktose-sukkerenheter og sidekjedene inneholder arabinose- og galaktose-sukkerenheter. På lignende måte refererer "cellulose" bredt til den polymer som består av gjentatte cellobiose-enheter (2 glukose-enheter med en /3-1-4-binding mellom dem) som i sin tur kan hydrolyseres til glukose-enheter. Cellulose gir således monosakkaridet

glukose ved fullstendig hydrolyse. Cellulose utgjør mye av struktur-materialet i planter. En mer fullstendig diskusjon når det gjelder cellulose og dens egenskaper finnes i J. Contant og A. Blatt, The Chemistry of Organic Compounds. N.Y. Macmillan, 1947, s. 295-299.

Med "oligomer" menes en polymer bestående av et relativt lite antall monosakkaridenheter. Spesielt slik det anvendes her, refererer oligomer til polymerer bestående av mindre enn 10 monosakkaridenheter. Mannose refereres til som en oligomer med DP 1 av hensiktsmessighetsgrunner, selv om en oligomer strengt tatt typisk består av mer enn én enhet.

"Polymerisasjonsgrad" eller "DP" refererer til antallet monosakkaridenheter som danner en gitt oligomer. Således består en mannanoligomer med DP 4, f.eks. av 4 mannose-enheter.

"Delvis ekstrahert, brent og malt kaffe" skal bety brent og malt kaffemateriale som er delvis ekstrahert som f.eks. atmosfærisk ekstrahert. Generelt fjerner ekstraksjon under atmosfæriske betingelser karamell- og bruningsproduktet, native bestanddeler i brent og malt, kaffein, trigonellin, klorogensyre, aske, sukkere, protein og kaffesyrer. En prosentdel av arabinogalaktanet og fortrinnsvis en hoveddel av arabinogalaktanet er ekstrahert fra "delvis ekstrahert, brent og malt kaffe". Dessuten menes det også at en "delvis ekstrahert, brent og malt kaffe" skal inkludere en brent og malt kaffe som er hydrolysert i den grad at en prosentdel av de mannaner som inneholdes i den, er hydrolysert samtidig med hydrolysen av arabinogalaktan, proteiner og andre varme-kondensasjonsprodukter. Det ansees at en brent og malt kaffe hvorfra er fjernet ca. 1/3 til halvparten mannan er en "delvis ekstrahert, brent og malt kaffe". Dette kan eksempelvis gjennomføres ved en begrenset varmehydrolyse.

I et kommersielt kaffe-perkoleringssystem ekstraheres brent og malt kaffe i et flerseksjoners, motstrøms-ekstraksjonsbatteri i hvilket friskt vann ved temperatur over ca. 175°C kommer inn i den seksjon som inneholder den mest ekstraherte kaffe (den kaffe som har vært utsatt for størst ekstraksjon). Konsentrert kaffe-ekstrakt trekkes ut fra den seksjon som inneholder den ferskeste kaffen. Nevnte kaffe utsettes tydeligvis for en sammensetnings-forandring under perkoleringen. Tabell 1 illustrerer sammensetningen av brent og malt kaffe, mens tabell 2 illustrerer sammensetningen av delvis ekstrahert, brent og malt kaffe. Mens den totale prosent av karbohydrater forblir omtrent konstant, kan det sees at de varme-hydrolyserte arabinogalaktanene er delvis fjernet. Den foretrukne, delvis ekstraherte, brente og malte kaffen består således av ca. 45 vekt% karbohydrater, av hvilke over halvparten er mannan. Den foretrukne, delvis ekstraherte, brente og malte kaffe er også én som oppstår ved kommersiell ekstraksjon av brent og malt kaffe inntil det er oppnådd minst et kumulativt utbytte på fra 35 til 55% (tørrbasis, brent og malt kaffe) derfra.

Fremgangsmåten i henhold til oppfinnelsen er detaljert beskrevet i krav 1.

Figuren viser et diagram som angir prosent løselig utbytte mot reaksjonstid for fremgangsmåten ifølge foreliggende oppfinnelse. De data som vises her diskuteres mer fullstendig i eks. 4.

Når det gjelder detaljene i fremgangsmåten ifølge foreliggende oppfinnelse, vil den hydratiserte, delvis ekstraherte, brente og malte kaffen inneholde fra 2 til 75 vekt% av den delvis ekstraherte og malte kaffen på tørrbasis i en væske, typisk vann, før den mates til en reaktor, for-trinnsvis en pluggstrømreaktor. Den hydratiserte, delvis ekstraherte, brente og malte kaffen skal være jevn, d.v.s. den skal være fordelt jevnt helt igjennom. Dersom den fremstilles i form av en sats på forhånd, skal det tas forholdsregler for å sikre jevnhet, som f.eks. resirkulering ved hjelp av en oppslemmingspumpe. Dersom hydrolysereaksjonen skal foregå i en pluggstrømreaktor, foretrekkes det å anvende en oppslemming som skal ha mellom 5 og 25 vekt%, mest foretrukket mellom 10 og 20 vekt%, av delvis ekstrahert, brent og malt kaffe på tørrbasis. Når det anvendes en pluggstrømreaktor, og konsen-trasjonen i oppslemmingen overstiger 25 vekt%, blir oppslemmingen for tykk for å sikre riktig strømning. I tilfelle av at det anvendes en annen reaktor, som f.eks. en ekstruder, er det generelt ikke nødvendig å fremstille en oppslemming. Brukt grut fra et konvensjonelt perkolerings-system, som typisk inneholder mellom 65 og 8 0 vekt% væske, kan mates direkte til en slik ekstruder uten ytterligere fortynning. Brukt grut inneholdende fra ca. 40 til 65 vekt% væske kan også anvendes. En slik grut ville vært delvis dehydratisert som f.eks. ved skruepressing, lufttørking eller andre metoder som er kjent på fagområdet.

Etter at den delvis ekstraherte, brente og malte kaffen er hydratisert eller oppslemmet, mates den til en reaktor. Egnede, kontinuerlige reaktorer omfatter dem som kan fremme reaksjoner ved høy temperatur og kort tid, som f.eks. enkelt- eller dobbeltskrue-ekstrudere eller rørformede pluggstrøm-reaktorer. En egnet sats-reaktor er et såkalt trykkved-likeholdskar, f.eks. en autoklav, eller en eksplosjons-fordamper (an explosion puffer) hvor kaffe-ekstraksjons-restmaterialet plasseres i reaksjonskaret, som så trykksettes og oppvarmes, f.eks. med damp. Trykket avlastes så raskt og eksplosivt, og innholdet tømmes ut av reaktorkaret. De løselige faststoffene utflakes så fra det materiale som på denne måten er uttømt fra nevnte reaksjonskar. Rørformede pluggstrøm-reaktorer er spesielt hensiktsmessige. En rørformet pluggstrøm-reaktor er i det vesentlige en sylindrisk rørlengde i hvilken en reaksjon kan finne sted. En åpning eller en annen egnet anordning er plassert på utløpsenden av reaktoren for å regulere trykket i reaktoren såvel som uttømmings-hastigheten fra reaktoren. "Plugg-strøm" refererer til hastighetsprofilen for den oppslemming som strømmer gjennom reaktoren. Normalt oppviser en væske en hastighet med parabolsk profil, hvor væsken i sentrum av en ledning har en høyere hastighet enn væske som strømmer nærmere veggen. I en ideell pluggstrømreaktor er hastighetsprofilen flat på grunn av karets geometri og væskens natur, som således sikrer de samme reaksjonsbetingelser med høy temperatur og kort tid for alt materiale i reaktoren ved å redusere variasjoner i oppholdstiden til et minimum.

Den forhøyede temperaturen oppnås i reaktoren på en hvilken som helst av mange måter. F.eks. kan oppslemmingen føres gjennom en varmeveksler som en del av, eller separat fra reaktorkammeret. Temperaturen kan så bibeholdes ved enkel isolering av reaktoren. Alternativt kan damp med høyt trykk injiseres direkte i reaktoren som et middel for å heve temperaturen. Selv om dampen kan for-tynne oppslemmingen noe, er en slik oppvarming meget rask, og tillater korte reaksjonstider. Valg av den foretrukne oppvarm-ningsmetode, såvel som størrelsen på diameteren i reaktoren og åpningen ligger innenfor en fagmanns dyktighet, basert på standard konstruksj onsprinsipper.

De tid/temperatur-betingelser som bibeholdes i reaktoren er naturligvis kritiske for å sikre at mannanhydrolysen vil foregå mens det produseres ønskelig smak og farve ved regulert reaksjon, og uten å forårsake signifikant insolubilisering (f.eks. tjæredannelse).

Innenfor de tid/temperatur-betingelser som er angitt ovenfor, velges prosessbetingelsene slik at det produseres et hydrolysat som stemmer overens med følgende kriterier: utbytte; smaksgenerering; og DP-fordeling slik at hydrolysatet kan tørkes og slik at hydrolysatet har minimal tjæredannelse. Det utbytte som genereres ved varmehydrolyseprosessen ifølge foreliggende oppfinnelse må være tilstrekkelig til å resultere i et kumulativt utbytte på fra 55 til 73%, fortrinnsvis fra 65 til 73%

(tørrbasis, brent og malt kaffe) når hydrolysatet tilsettes til en konvensjonell kaffeekstrakt. Fremgangsmåten genererer også totalaroma i en mengde overstigende 4000 ppm i hydrolysatet målt ved en rense- og felle-gasskromatografimetode. Denne aroma har et høyt nivå av ønskelig, kaffelignende smak inkludert pyraziner, diketoner, aldehyder og svovelholdige forbindelser. Den totalaroma som produseres inneholder mindre enn 25% furfural. Slik det er velkjent for fagmannen, ansees for store mengder furfural å gi en skadelig, cereal-lignende smak. Indikerende og ønskelig kaffe-lignende smak er 2-3-pentandion og diacetyl som fremstilles i betydelige mengder ved fremgangsmåten ifølge foreliggende oppfinnelse. Fremgangsmåten ifølge foreliggende oppfinnelse produ-serer over 100 ppm diacetyl.

Endelig må DP-fordelingen være slik at hydrolysatet inneholder minimale mengder mannanoligomerer over det DP-6 som vil gi et bunnfall. Hydrolysatet inneholder mindre enn 10% oligomerer med DP over 6, fortrinnsvis mindre enn 5%. Hydrolysatet må også inneholde en mengde av DP-1 mindre enn 50% av de totalt genererte hydrolysatfaststoffene, som er hygroskopiske og vanskeligere å tørke, fortrinnsvis mindre enn 30% for derved å tillate at en kombinasjon av hydrolysat og kaffe-ekstrakt kan tørkes ved hjelp av konvensjonelle metoder, f.eks. spraytørking, frysetørking, trommeltørking o.s.v.

Det er funnet at reaksjonstemperaturen skal være mellom 200 og 260°C, fortrinnsvis fra 210 til 240°C, for å solubilisere og hydrolysere mannanfraksjonen til det ønskede område og gi den ønskede farve, smak og aroma. Minst 50% av mannanfraksjonen fjernes fra kafferesten, fortrinnsvis 75% og mer foretrukket 90%. Dersom arabinogalaktan-fraksjonen er til stede, solubiliseres den lettere enn mannanfraksjonen. Slike temperaturer tilsvarer generelt et trykk i reaktoren på mellom 1,7 MPa og 4,1 MPa (17 og 40 atmosfærer), som er omtrent metningstrykket for vann i den oppslemming som mates til reaktoren.

Den ønskede reaksjonstiden er funnet å være mellom 1 min. og 15 min., fortrinnsvis fra 2 til 8 min., for å gjennomføre nevnte hydrolyse.

Ved en hvilken som helst gitt temperatur innenfor temperatur-området i foreliggende oppfinneriske fremgangsmåte, vil mannanet solubiliseres og hydrolyseres. Utbyttene vil øke med oppholdstiden opp til et maksimum, og deretter vil utbyttet reduseres etterhvert som oligomerene nedbrytes for å produsere enten flyktige eller uløselige stoffer, d.v.s. tjærer eller slam. Reak-sjonens kinetikk vil generelt fordobles ved hver 10°C stigning i temperaturen. I det øvre temperaturområde må oppholdstidene avta innenfor den nedre ende av det spesifiserte tidsområde. I det nedre temperaturområde må derimot oppholdstiden avta innenfor den øvre ende av tidsområdet.

Ved betingelsene ifølge foreliggende oppfinnelse vil mannan-polymerer som typisk finnes i krystallinsk og amorf tilstand og eventuelt gjenværende arabinogalaktan solubiliseres og hydrolyseres til lavere oligomerer og monomerer som utsettes for ytterligere kjemiske reaksjoner, d.v.s. Maillard-reaksjoner og karamel1iserings-reaksjoner for å generere kaffesmak og kaffe-lignende farve.

Som bemerket foran kan utløpsenden i reaktoren og/eller reaktorene ha en åpning for å regulere trykket inne i reaktoren og regulere uttømmingshastigheten. Når oppsiem-mingen føres raskt gjennom åpningen, reduseres det trykk som oppslemmingen utsettes for til ca. atmosfærisk trykk. En slik rask reduksjon av trykket forårsaker ekspansjon og fordampningsavkjøling av oppslemmingen hvorved hydrolyse- og brunings-reaksjonene umiddelbart avsluttes. Ved således å stanse reaksjonen, er det mulig å regulere hydrolyse-reaksjonstiden til innenfor den foreskrevne 1 til 15 min. periode med stor pålitelighet.

Så snart oppslemmingen er uttømt fra pluggstrømreaktoren, avkjøles oppslemmingen videre og kan så skilles i løselige faststoffer og den gjenværende, hydrolyserte, delvis ekstraherte, brente og malte kaffen. En slik ytterligere avkjøling kan foregå ved innføring i en flash-tank. Damp som innføres i, eller dannes i, flash-tanken inneholder kondenserbar og ikke-kondenserbar smak og aroma. Denne aroma separeres og over-føres til en kondensator. Den kondenserbare aroma kondenseres eventuelt, gjenvinnes og anvendes. Nevnte kondenserbare aroma kan destilleres om ønsket.

I tillegg kan ikke-kondenserbar aroma absorberes i et flytende medium og eventuelt anvendes som aroma.

Separering kan foregå ved hjelp av en hvilken som helst metode for faststoff-væske-separasjon som er kjent på fagområdet. F.eks. kan oppslemmingen filtreres for å fjerne den hydrolyserte, delvis ekstraherte, brente og malte kaffen derfra. Alternativt kan oppslemmingen separeres ved sentri-fugering av oppslemmingen, som f.eks. i en kurv-sentrifuge.

Den viktigste bruken av de løselige faststoffene er tilsetning av blandingen til en konvensjonell kaffeekstrakt for å øke mengden av løselig kaffe fremstilt av den brente og malte start-kaffen. Fremgangsmåten ifølge foreliggende oppfinnelse vil resultere i et øket utbytte på 10-60% løselige faststoffer (tørr basis, delvis ekstrahert, brent og malt kaffe) som korrelerer til et kumulativt utbytte og fra 55 til 73% (tørr basis, brent og malt kaffe). De løselige faststoffene som oppnås ved hjelp av fremgangsmåten ifølge foreliggende oppfinnelse kan tilsettes til den konvensjonelle kaffeekstrakten før tørking av denne ekstrakten, eller de løselige faststoffene kan tørkes og så kombineres med en løselig kaffe fremstilt fra en konvensjonell ekstrakt. Tørking kan foregå ved hjelp av en hvilken som helst metode som er kjent på fagområdet, som f.eks.'frysetørking eller spraytørking.

Følgende eksempler illustrerer visse utførelsesformer av foreliggende oppfinnelse.

Eksempel 1

Dekaffeinert, delvis ekstrahert, brent og malt kaffe fra et kommersielt perkoleringssystem fra hvilket det ble oppnådd et utbytte på 50,6% (tørrbasis, brent og malt start-kaffe), ble varmebehandlet i en 10 cm x 1219 cm varmepluggstrømreaktor. En oppslemming av vann og grut ble fremstilt med en konsentrasjon på ca. 11% totale faststoffer og med høytrykksdamp og innført i pluggstrømreaktoren. Oppslemmingen ble eksponert for ca. 221°C i 8 min. i reaktoren. For å vedlikeholde væskeform i karet ble det påført et mottrykk ved bruk av en åpning på 0,64 cm. Materialet ble så "flashet" til atmosfærisk trykk. Utgangs-oppslemmingen ble filtrert for å gjenvinne de løselige faststoffene. Nevnte materiale oppviste en ønskelig, kaffe-lignende farve og smak. Dette filtrat ble konsentrert til 41,2% faststoffer i en fordamper og så frosset. Det utbytte som ble generert over pluggstrømreaktoren var en voksende 11,6% (tørrbasis, brent og malt kaffe), hvilket resulterer i et kombinert utbytte på 62,2% fra totrinns-prosessen. De løselige faststoffene ble kvantitativt hydrolysert til sukkere og analysert ved hjelp av høy-ytelses-væskekromatografi (H.P.L.C.). Totalmengden sukkere var 74%. De gjenværende 26% av de løselige faststoffene var i hovedsak bruningsreaksjons-produkter. Oligomer-fordelingen bestemt ved hjelp av H.P.L.C. var følgende:

Eksempel 2

Delvis ekstrahert, dekaffeinert, brent og malt (50% Robustas, 50% Columbian) kaffe fra en mild ekstraksjonsprosess fra hvilken et utbytte på 35,6% (tørrbasis, brent og malt start-kaffe) ble oppnådd, ble varmebehandlet i en 10 cm x 1219 cm varmepluggstrøm-reaktor. Den brukte gruten ble først malt for å redusere partik-kelstørrelsen til ca. 1 mm for bedre å regulere mateoppslemmings-konsentrasjonene til reaktoren. Nevnte mateoppslemmingskonsentra-sjoner var ca. 14% totalfaststoffer. Oppslemmingen ble pumpet gjennom reaktoren med en hastighet tilsvarende oppholdstider på

8 min. og holdt ved ca. 221°C ved bruk av en 0,64 cm åpning. Reaksjonen ble stanset ved "flashing" til atmosfærisk trykk. Produktoppslemmingen ble filtrert for å skille de løselige fra de uløselige faststoffene. Omdannelser av uløselige startkaffe-faststoffer til løselige kaffe-faststoffer var 45,3% på tørrbasis. Denne omdannelse er relatert til et voksende utbytte over plugg-strømreaktoren på 29,2% og et totalt kombinert utbytte på 64,8% på tørrbasis av brent og malt start-kaffe. Karbohydratet i de løselige og uløselige faststoffene ble kvantitativt hydrolysert til sukkere og analysert ved hjelp av H.P.L.C. Dataene fremgår av tabellen nedenfor og indikerer at den løselige fraksjonen hadde en karbohydrat-konsentrasjon på 47,2%. Hydrolysatet som hadde en middels brun farve og en kaffe-lignende grunnsmak, ble konsentrert til 40-45% faststoffer og kombinert med den konsentrerte kaffeekstrakten i et riktig forhold.

Eksempel 3

Trykk-awannet, brukt kaffegrut (ca. 65% fuktighet) fra et kommersielt perkoleringssystem i hvilket det typisk ble oppnådd et utbytte på 49-55% (tørrbasis, brent og malt start-kaffe), ble varmebehandlet i et modifisert ekstrudersystem av Wenger-fabrikat. Utstyret besto av en drivende bunnbeholder med en dobbelt skrue-transportør som mater inn i en Wenger SX-80 (80 mm) enkeltskrue-ekstruder. Utløpet av SX-80 fører inn til innløpet av en Wenger SX-110 (110 mm) enkeltskrue-ekstruder. SX-80 ble utstyrt med mateskrueseksjoner, dampsluser og 2 elektrisk oppvarmede bånd. SX-80 fungerte som mater, forhåndsoppvarmer og damp- og material-forsegling til SX-110. SX-110 ble utstyrt med 4 større elektrisk oppvarmede bånd (1,7-1,9 kw/bånd), 15 skrueseksjoner og 13 dampsluser og ble delt i tre forskjellige soner: matesone, opp-varmingssone og reaksjonssone. Reaksjonssonen inneholdt 4 inn-løpskraner og en hydraulisk regulert, konisk dyse for å bibeholde mottrykk. En liten mengde vann (170 ml/min.) ble pumpet inn i kran nr. 1. Systemet oppnådde ganske jevne matehastigheter på 95,4 kg/time. I en sperret tilstand oppholdt den brukte gruten seg i 30 sek. i matesonen, 200 sek. i oppvarmingssonen og 80 sek. i reaksjonssonen. Den totale oppholdstiden i SX-110 ble beregnet å være 325 sek. (omfatter oppholdstiden på flere sek. i en kort overføringssone mellom oppvarmingssonen og reaksjonssonen). Oppvarmingsbåndene var på maksimal varme og en temperatur på

ca. 204°C ble målt ved utløpet (dysen) til SX-110. Mottrykket på den hydrauliske dysen var 35 kg/cm<2>. Det er beregnet at den brukte gruten var eksponert for en temperatur på ca. 224°C i ca. 3 min. Da den brukte gruten forlot ekstruderen, ble den raskt avkjølt ved "flashing" til atmosfærisk trykk, og prøver fjernet for analyse ble ytterligere avkjølt med tørris. Gruten ble fortynnet med vann og filtrert. Det ble fastslått at 26% av den brukte gruten var omdannet til løselige faststoffer på tørrbasis.

Eksempel 4

Dekaffeinert, delvis ekstrahert, brent og malt kaffe

(100% Robustas) fra en mild ekstraksjonsprosess ga et utbytte på 44% (tørrbasis, brent og malt start-kaffe). Et forsøk ble utført med en 10 cm x 1219 cm varmepluggstrømreaktor for å bestemme effekten av reaktor-temperatur og oppholdstid på brent utbytte. Tre temperaturer ble undersøkt: ca. 238°C, ca. 221°C og ca. 204°C. Oppholdstidene varierte fra 2 til 23 min. Fig. 1 illustrerer resultatene. Tallene for brent utbytte på y-aksen representerer et totalt utbytte etter en totrinns-prosess (en mild ekstraksjon til et utbytte, så pluggstrømreaktor). Oppnådde utbytter var 56 til 66% kumulativt utbytte av brent og malt kaffe ved et fuktighetsnivå på 7% (lik 60-71% kumulativt utbytte av brent og malt kaffe, tørrbasis) etter behandling. Dette ble oppnådd for oppholdstider som varierer fra 3 til 13 min. ved 204-238°C. Oppvarming utover denne tiden ved disse temperaturene gir minsket utbytte, hvilket indikerer at langvarig behandling ikke er ønskelig.

Eksempel 5

Den pluggstrømreaktor-ekstrakt som ble fremstilt i eks. 2 ble konsentrert til 40-45% totalfaststoffer og satt sammen med den ekstrakt som ble fremstilt fra det første, milde ekstraksjonstrinnet. De to strømmene ble kombinert overensstemmende med utbyttefordelingen.

I dette eksempel var 55% av faststoffene i sluttproduktet fra det milde ekstraksjonstrinnet, mens 45% av faststoffene kom fra varmepluggstrømreaktoren. Denne blandede ekstrakten ble så spray-tørket for å gi en prototype.

Et trenet kaffepanel vurderte produktet på dets smaks- og farve-egenskaper. Prøven ble bedømt å være av akseptabel koke-farve og ble oppfattet å ha kaffesmak som var typisk for vanlig kommersiell løselig kaffe uten noen fortynningssmak-påvirkning på grunn av øket utbytte.

Eksempel 6

En serie sammenligningsforsøk ble utført for å beskrive forskjellene mellom sur hydrolyse av brukt grut (representativ for det som læres i US-patent 4.508.745) sammenlignet med det som læres ifølge foreliggende oppfinnelse. To typer av delvis ekstrahert, brent og malt kaffe (brukt grut) ble anvendt. Grut av type A var representativ for brukt grut fra et kommersielt perkolator-system i hvilket 57% utbytte (basert på brent og malt kaffe, tørrbasis) var ekstrahert. Grut av type B var representativ for brukt grut fra en forsøksanleggs-ekstraktor i hvilken 43% utbytte (basert på brent"og malt kaffe, tørrbasis) var ekstrahert. En pluggstrømreaktor av laboratoriestørrelse ble anvendt som reaktor. Den pluggstrømreaktor som ble brukt i dette arbeide var en reaktor av laboratoriestørrelse som besto av en diafragmapumpe som kunne pumpe kaffegrutoppslemming med ca. 5% faststoffer gjennom en spiral som var neddykket i et elektrisk oppvarmet, luft-fluidisert sandbad. Sandbadet oppvarmes nedenfra, og varmen strømmer oppover med den fluidiserte sanden. Oppslemmingen inneholdende 5% faststoffer ble oppvarmet indirekte, og sandbadet ble holdt noen få grader høyere enn oppslemmingen for å få varme til å strømme eller overføres. Oppholdstiden ble definert av volumet i spiralen og oppslemmingens strømningshastighet. Ved utløp av reaktoren ble oppslemmingen ført gjennom en spiral neddykket i et isbad og reaksjonen stanset ved avkjøling. Hydrolysatet ble skilt fra resten (uløselig grut). Hydrolysatet ble analysert for å bestemme DP-fordeling, utbytte og total mengde aromatiske forbindelser.

I de syre-katalyserte forsøkene (representative for det som læres i US-patent 4.508.745) ble 1% svovelsyre, basert på opp-slemmingsvekten, tilsatt til oppslemmingen. Etter hydrolyse ble oppslemmingen nøytralisert med kalsiumkarbonat til pH 5,5 før filtrering.

Tabell I nedenfor angir de data som dekker forsøk som anvender syre-katalysert hydrolyse av delvis ekstrahert, brent og malt kaffe (brukt grut). Tabell II angir data som dekker forsøk som er representative for varmehydrolyse av delvis ekstrahert, brent og malt kaffe ifølge foreliggende oppfinnelse.

Som det fremgår av de rapporterte resultater, genererer syrehydrolysebetingelser lavere mengder av totale aromatiske forbindelser. Av de aromatiske forbindelser som er produsert er en høy prosent furfural til stede i de totale aromatiske forbindelsene, i alle rapporterte tilfeller større enn 66%. Lave nivåer av diacetyl og 2-3-pentandion ble generert. Syrehydrolysen produserte et produkt inneholdende et høyt nivå av DP-l-oligomer.

I de rapporterte tilfeller oversteg alle konsentrasjoner av DP-1 70%, hvilket gjør disse hydrolysater vanskelige å spraytørke når de kombineres med konvensjonelle kaffeekstrakter.

Fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen produserte i alle tilfeller hydrolysater som inneholdt under 30% DP-l-oligomerer. Varmehydrolysebetingelsene i foreliggende oppfinnelse produserte også signifikant større mengder av totale aromatiske forbindelser, og de aromatiske forbindelsene inneholdt i alle tilfeller mindre enn 21% furfural som en totalprosent av de aromatiske forbindelsene. Meget større mengder diacetyl og 2-3-pentandion ble produsert ved varmehydrolyse sammenlignet med syrehydrolyse. Diacetyl og 2-3-pentandion er eksempler på ønskelige kaffesmak-forbindelser.

Claims (6)

1. Fremgangsmåte for å solubilisere en delvis ekstrahert, brent og malt kaffe og generere kaffesmak og -farve i en reaktor, omfattende å produsere et hydrolysat inneholdende et nivå på DP-l-oligomerer på mindre enn 50% og et nivå på mindre enn 10% oligomerer over DP-6, idet begge nivåer er basert på de totale hydrolysatfaststoffer som genereres, og for å generere totale aromater i en mengde som overstiger 4000 ppm inklusive en mengde av diacetyl i overkant av 100 ppm, karakterisert ved at: (a) det tilveiebringes en oppslemming av den delvis ekstraherte, brente og malte kaffe i vann, idet oppslemmingen omfatter en hydratisert, delvis ekstrahert, brent og malt kaffe som inneholder fra 2 til 75 vekt% delvis ekstrahert, brent og malt kaffe, idet arabinogalaktan i en mengde av inntil 35-55%, regnet på tørr basis av den delvis ekstraherte, brente og malte kaffe, er fjernet fra den delvis ekstraherte, brente og malte kaffe ved ekstraksjon, (b) nevnte hydratiserte, delvis ekstraherte, brente og malte kaffe utsettes for temperaturer fra 200 til 260°C i en tidsperiode som varierer fra 1 min. til 15 min. i en reaktor i fravær av enhver tilsatt sur katalysator for å oppnå hydrolyse av den delvis ekstraherte, brente og malte kaffen og for trinnvis å generere 10-60% utbytte (tørr-basis, delvis ekstrahert, brent og malt kaffe) og for å fjerne minst 50% av mannan-fraksj onen, (c) hydrolyse- og bruningsreaksjonene stanses og (d) løselige faststoffer, farvestoffer og aroma utskilles fra den hydrolyserte, delvis ekstraherte, brente og malte kaffen.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at hydrolysereaksjonen stanses ved å fjerne den hydrolyserte, delvis ekstraherte, brente og malte kaffen som er behandlet i trinn l(b) fra reaktoren og trykket raskt reduseres til atmosfærisk trykk.

3. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at minst 75% av mannan-fraksjonen fjernes ved hydrolyse.

4. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at det som reaktor anvendes en rørformet pluggstrømreaktor.

5. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at tiden varieres fra 2 til 8 min.

6. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at temperaturen i reaktoren varieres fra 210 til 240°C.