NO173585B - Glassaktig kaffeprodukt og fremgangsmaate ved fremstillingderav - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse gjelder vegetabilske ekstrakter, mer spesielt kaffeekstrakter og fremgangsmåter for fremstilling av aromatiserte kaffesmelter i et innelukket topprom som ved avkjøling av smeiten danner harde, glassaktige kaffeprodukter som oppfanger aromaene. Kaffesmelten kan også forgasses før dannelse av det ønskede, formede produkt. Foreliggende oppfinnelse tilveiebringer en forbedret, økonomisk fremgangsmåte for aromatisering og fremstilling av lagringsstabile kaffeprodukter som ikke har vært utsatt for varmeødeleggelse og allikevel raskt kan rekonstitueres i varmt vann for å gi kaffe med utmerket smak og aroma. Fremgangsmåten er spesielt egnet for fremstilling av et aromatisert, stabilt glassaktig kaffeprodukt.

Produktet i henhold til oppfinnelsen er nærmere bestemt et gjennomsiktig, stabilt formet, homogent, aromatisert, hardt, glassaktig, eventuelt gassfylt, kaffeprodukt, fortrinnsvis med utseende som frysetørket eller brent og malt kaffe, og produktet er karakterisert ved at det består av 88-97 vekt% 100% kaffeavledet faststoffmateriale og 3-12 vekt% vann, idet det glassaktige kaffeprodukt har tilføyd aroma innkapslet og bevart i det glassaktige kaffeprodukt og er fremstilt av en homogen smelte som består av 88-97 vekt% av 100% kaffeavledede faststoffer og 3-12 vekt% vann, idet smeiten er dannet ved en temperatur på 60-130°C.

Fremgangsmåten i henhold til oppfinnelsen vedrører fremstilling av et gjennomsiktig, stabilt, formet, aromatisert, hardt, homogent, glassaktig, eventuelt gassfylt, kaffeprodukt, fortrinnsvis med utseende som frysetørket eller brent og malt kaffe, og fremgangsmåten er karakterisert ved at: (a) det fremstilles en blanding av 100% kaffeavledede faststoffer omfattende 3-12% vann og 88-97% kaffefaststoffer, samt eventuelt smaksstoff og/eller aroma, fortrinnsvis kaffeolje, idet nevnte blanding har en glasstemperatur på 30-80°C, (b) blandingen oppvarmes til en temperatur på 60-130°C for

dannelse av en smelte,

(c) blandingen sammenblandes for å danne en jevn og homogen

blanding, eventuelt under injisering av gass i smeiten

under trykk i et begrenset område,

(d) blandingen under trykk tvinges gjennom en dyse for å forme

den,

(e) smeiten eventuelt tørkes slik at fuktighetsinnholdet reduseres til 2,5-5% vann, (f) den eventuelt gassfylte blanding avkjøles hurtig, eventuelt trekkes med en hastighet som er større enn den formede blanding som kommer ut av det avgrensede område for å strekke og avkjøle blandingen slik at det dannes en tynn, kontinuerlig, homogen, fast, gjennomskinnelig film av glassaktig kaffeprodukt som oppviser glans både på over- og

undersiden av filmen,

(g) filmen knuses og

(h) den knuste filmen gjenvinnes med et stabilt fuktighetsinnhold på 6% vann eller mindre.

Foreliggende oppfinnelse omfatter således fremstilling av vegetabilske ekstrakter og spesielt instant-kaffe. Fremstillingen av instant-kaffe omfatter ekstrahering av brente og malte kaffebønner med vann under høye temperatur- og trykkbetingelser for å danne ekstrakter som tørkes med eller uten aroma som er tilsatt ved hjelp av kjente metoder som f.eks. spraytørking, frysetørking eller lignende.

I et tidligere forsøk på å unngå tørking av slike kaffeekstrakter i US-patent 2.989.717 ble en 50/50-blanding av konsentrert kaffeekstrakt og en invert-sukkerløsning konsentrert i en tynnfilmfordamper for å danne et produkt med 4% eller mindre vann som ble pumpet ut av fordamperen og formet på kjøle-valser til små flak som lett ble brutt opp til et grovt produkt før innpakking. I denne fremgangsmåten varierte produkt-temperaturer ved utløpet av fordamperen fra 104 til 143°C, og de produktene som ble fremstilt hadde fuktighetsinnhold på ca. 1-4% og var hygroskopiske på grunn av tilsetningen av store mengder av invert-sukkerne. Denne prosesstypen ble også anvendt i US-patent 2.908.630. Mens fremgangsmåten fra disse to patentene ga kaffeprodukter uten behov for spraytørking, ble det anvendt et fyllstoff som ikke er egnet på dagens marked. Videre ville det være nødvendig med spesialinnpakking for å redusere sjansen for fuktighetsinntrengning som ville være skadelig på grunn av det fremstilte kaffeproduktets hygroskopisitet.

I US-patent 3.419.399 ble det fremstilt aromatiserte, løselige kaffedeiger med et fuktighetsinnhold på 9,5-12,5% ved en temperatur under 60°C og så tørking av deigen til 1-4%. Dette materiale var meget klebrig og vanskelig å behandle.

Et annet forsøk på å fremstille dehydratiserte, vegetabilske ekstrakter er beskrevet i US-patent 4.154.864. Det ble der dannet en pasta eller et pulver som ble ekstrudert inn i et kammer med underatmosfærisk trykk for å blåse opp kaffeproduktet. Frysetørket, instant-kaffepulver med et fuktighetsinnhold på 2,5% ekstruderes f.eks. inn i et kammer ved 80 mb og oppdeles for å danne korn med størrelsen til en ert som oppløses i kaldt vann. Når de sammenlignes med disse kornene som er ekstrudert inn i et atmosfærisk trykk i ekempel 5 i nevnte patent, er produktene med celleformig indre struktur meget bedre løselige.

I US-patent 3.625.704 fremstilles og aromatiseres instant-kaf fe fra valsemalt instant-kaffe.

På området smaksfiksering, spesielt av essensielle oljer, er det gitt flere patenter som beskriver en karbohydratglasur for å beskytte smaken. F.eks. beskriver US-patent 3.041.180 en fremgangsmåte for fiksering av smaksstoffer i et ekstrudert karbohydratsubstrat. Produktet i nevnte oppfinnelse oppnås ved å emulgere en i det vesentlige vann-uløselig, essensiell olje med en smeltet blanding av glycerol og maissirup-faststoffer som den kontinuerlige fasen, ekstrudering av den emulgerte massen i form av filamenter i et kaldt fluid, fortrinnsvis et organisk løsningsmiddel for den essensielle oljen som er et ikke-løsningsmiddel for maissirup-faststoffene, fulgt av oppbrytning av de fastgjorte filamentene til små partikler med brukbar form og så å holde partiklene i løsningsmiddel, fortrinnsvis i en utstrakt periode, for å fjerne essensiell olje fra overflatene av partiklene sammen med en betydelig del av den restfuktighet som inneholdes på og i partiklene. Denne metoden gjennomføres ved temperaturer over 130°C.

US-patent 3.704.137 beskriver en fremgangsmåte for fremstilling av et preparat av essensiell olje. Fremgangsmåten omfatter koking av en vandig løsning av sukroseog hydrolyserte cereal-faststoffer inntil den når et kokepunkt på ca. 122°C, og vann-nivået når et ønsket minimum. På dette punkt stanses oppvarmingen, blandingen omrøres og et emulgeringsmiddel tilsettes.- Emulgeringsmidlet er nødvendig for at det skal dannes en homogen løsning. Mens løsningen avkjøles, tilsettes den essensielle oljen og en antioksydant og blandes godt. Den ferdige blandingen presses gjennom en ekstruder under lufttrykk. På dette punkt tilsettes ca. 0,5 vekt% av sluttpreparatet av et middel for å hindre at partiklene skal klebe seg til hverandre.

US-patent 4.004.039 beskriver en fremgangsmåte for inn-kapsling av "Aspartam" i en rekke matriksdannende materialer. Produktet fremstilles ved å danne en varm smelte som ved avkjøling kan danne en relativt amorf matriks i hvilken søtningsmidlet dispergeres i oppdelt form.

EP-patentsøknad med publikasjonsnr. 0158460 beskriver en fremgangsmåte for fiksering av flyktige smaksstoffer i et nærings-middelgodkjent substrat, og mer spesielt en metode ved lav temperatur for fiksering av flyktige smaksstoffer i et ekstrudert "karbohydrat-glasur"-substrat. Flyktige stoffer eller essensielle oljer tørrblandes med 10-3 0% karbohydrat med lav molekylvekt, næringsmiddelsyre eller lignende og minst 70% av et polymert karbohydrat med høy molekylvekt som inneholder minst 95% materiale med molekylvekt over 1000. Den tørre blandingen ekstruderes for å danne en hård, glasslignende substans ved avkjøling.

Mens disse fremgangsmåtene har gjort det mulig for fagmannen å fremstille anvendbare næringsmiddelprodukter, har de ikke til-veiebragt en metode for fremstilling av aromatisert, glassaktig kaffeprodukt som er fremstilt fra 100% kaffeavledet materiale.

Det er oppdaget at det kan fremstilles et stabilt, instant-kaf feprodukt ved hjelp av en fremgangsmåte som omfatter å oppnå en blanding omfattende 3-12% (fortrinnsvis 4-9%) vann og 88-97%

(fortrinnsvis 91 til 96%) totalt kaffeavledede faststoffer, ved enten å konsentrere kaffeekstrakt eller ved å rekonstituere

instant-kaffeprodukter enten spraytørket, frysetørket eller tørket på annen måte, med vann. Om ønsket kan disse to teknikkene kombineres. Etter oppnåelse av den"fuktige kaffen utsettes den for varme og skjærbehandling for å danne en smeltet væskefase mellom 60 og 13 0°C (fortrinnsvis 70-110°C) inne i et innelukket topp-rom. Én eller flere kaffeavledede eller syntetiske kaffearomaer tilsettes kaffesmelten og blandingen blandes godt for å danne en homogen blanding. Blandingen formes og avkjøles raskt for å gjennomføre en overgang fra flytende kaffesmelte til et glassaktig produkt med et bibehold av minst 50%, fortrinnsvis 70% og mest foretrukket 80% eller mer av flyktige stoffer, og det avkjølte produktet kan til slutt males, fortrinnsvis ved lav temperatur eller på annen måte behandles til anvendbare kaffeprodukter. Det er funnet at retensjon av flyktige stoffer ved hjelp av denne oppfinnelse er bedre enn frysetørking eller spraytørking av kaffe, spesielt aromatisert kaffe.

Foreliggende fremgangsmåte unngår et dehydratiserings- eller tørketrinn under fikseringsprosessen, og tap av flyktige forbin-delser som er forbundet med et slikt tørketrinn. Den muliggjør også fiksering av aromaen under trykk i et innelukket område, hvilket ytterligere hindrer aromatap.

I en foretrukken utførelsesform utføres fremgangsmåten for fremstilling av et forbedret, løselig kaffeprodukt i en ekstruder og omfatter: (a) et 100% kaffeavledet pulver fuktes eller en 100% kaffeavledet ekstrakt konsentreres til 88-97% eller fortrinnsvis

91 til 96 vekt% faststoffer,

(b) faststoffene underkastes tilstrekkelig varme og skjærbehandling for å gi en smeltet, flytende kaffe ved 60-130°C, fortrinnsvis 70-110°C, mest foretrukket 80-100°C, i et innelukket topprom, (c) naturlige eller syntetiske kaffesmaksstoffer og -aromaer

tilsettes kaffesmelten i det innelukkede topprommet,

(d) kaffesmelten og aromastrømmen blandes for å danne en homogen

blanding,

(e) den homogene blandingen formes og avkjøles raskt for å

utvirke en faseoverføring fra kaffesmelte til glassaktig produkt med minst 50% retensjon av flyktige stoffer, fortrinnsvis 70%, mest foretrukket 80% retensjon av flyktige

stoffer,

(f) den fastgjorte blandingen males, fortrinnsvis kryogent, og „(g) blandingen tørkes til under 6% dersom tørking er nødvendig.

Det glassaktige kaffeprodukt innkapsler og tilbakeholder kaffearoma og -smak. Når smeiten forlater ekstruderen, er det viktig å avkjøle produktet raskt for å fastgjøre matriksen og tilbakeholde aroma og smak.

Fordelene med kaffeglasurbehandling omfatter

(1) optimering av retensjon av flyktige stoffer i instant kaffe, (2) dannelse av små biter med konsentrert smak som kan innblandes i kaffeprodukter,

(3) dannelse av nye former for løselig kaffe,

(4) gir øket kaffebehandlingskapasitet ved bruk av konsentrerings- og ekstruderutstyr istedenfor spray- eller

frysetørking for å gi ferdige kaffeprodukter,

(5) eliminerer eller minsker signifikant den dehydratisering som kreves for stabiliteten, (6) innføring av kaffe-mannan og kaffe-cellulosehydrolysater i det glassaktige produkt uten å gi ubrukbare, hygroskopiske produkter. Ved hjelp av disse fordelene kan potensiale for varmenedbrytning reduseres ved å begrense temperatur og oppholdstid.

Ifølge foreliggende oppfinnelse fremstilles et glassaktig kaffeprodukt ved å danne en blanding av 88-97% kaffefaststoffer og 3-12% vann ved en temperatur fra 60 til 130"C. Blandingen aromatiseres så ved bruk av konsentrert kaffearoma, syntetisk aroma eller blanding derav. Fortrinnsvis anvendes ren, kaffeavledet aroma. Blandingen blandes så grundig i et begrenset eller innelukket område under trykk og avkjøles raskt for å utvirke en faseoverføring og danne et glassaktig produkt.

Kaffeblandingen kan fremstilles fra kaffeekstrakt som er oppnådd ved normal perkolering ved å underkaste ekstrakten fallende filmfordampere eller andre egnede anordninger, for å oppnå et faststoffinnhold på minst 88%. Faststoffinnholdet kan imidlertid ikke overstige 97%, siden det er viktig å danne en blanding som er en væske ved en temperatur mellom 60 og 130°C og vil danne et glassaktig produkt ved avkjøling." Kaffeblandingen kan også oppnås ved å blande tørkede kaffefaststoffer, som er spraytørket, frysetørket eller på annen måte tørket, med tilstrekkelig vann for å gi et fuktighetsinnhold mellom 3 og 12%.

Begge metoder for å oppnå et kaffekonsentrat kan naturligvis kombineres, som f.eks. ved å blande konsentrert kaffeekstrakt med tørr, løselig kaffe for å oppnå det ønskede fuktighetsinnholdet. Uavhengig av hvilken metode som anvendes, skal det oppnås en jevn, homogen kaffesmelte mellom 60 og 130°C. I en foretrukken utførelsesform fremstilles en smelte på 91 til 96% faststoffer ved 70-110°C.

I tillegg til å fungere godt med konvensjonelt ekstraherte, brente og malte kaffeekstrakter kan foreliggende oppfinnelse også anvendes på slike ekstrakter som er oppnådd fra kaffe ved varm, sur, enzymatisk eller basisk hydrolyse. En del av kaffefaststoffene kan f.eks. oppnås fra hydrolysert mannan som danner oligomerer med et DP på fra 1 til 8 som f.eks. beskrevet i US-patent 4.544.567. Disse materialene oppnås generelt ved høytrykks-, korttids-, høytemperaturbehandling av rester av valgt kaffe som forårsaker at mannanet hydrolyseres til oligomerer med lavere molekylvekt, med DP opp til 8. Kaffen kan også inneholde cellulosesukkere oppnådd fra cellulosebestanddelene i kaffe, som fremstilles ved enzymatisk, syre- eller base-hydrolyse av slike kaffefaststoffer.

Ifølge et annet aspekt ved foreliggende oppfinnelse fremstilles en jevn, homogen kaffesmelte ved at

(a) en blanding av 88-96%, fortrinnsvis 91 til mindre enn 96%

kaffefaststoffer, og over 4 til 12% vann, fortrinnsvis over 4 til 9% vann dannes,

(b) blandingens temperatur justeres til fra 60 til 130°C, mer

foretrukket 70-110°C, mest foretrukket 80-100°C,

(c) det blandes for å danne en jevn, homogen blanding,

(d) den jevne blandingen presses gjennom et begrenset område,

eller en arkdyse med en åpning på 0,05-0,5 mm, ved trykk opp til 175,8 kg/cm<2>,

(e) blandingen eller smeiten strekkes umiddelbart etter at den uttømmes fra det begrensede område og smeiten utsettes for jevn trekking ved bruk av et transportbånd eller en annen anordning som reduserer arkets tykkelse til 0,025-0,38 mm

(en 2 til 10 gangers reduksjon i tykkelse av den ekspan-derende smeiten som forlater dysen) og muliggjør rask avkjøling for å danne en tynn, gjennomskinnelig, hard

glasur, det avkjølte materiale behandles til slutt

(f) passende ved å redusere glasuren i størrelse, og (g) tørking er nødvendig for å gi et glassaktig produkt med stabilt fuktighetsinnhold.

Overraskende er det funnet at strekking av smeiten faktisk forbedrer aromaretensjonen i det resulterende, underkjølte kaffeprodukt, kanskje ved å akselerere overflateavkjølingen av smeiten til glassform og hindre fordampningstap av aromaen.

Kaffeblandingen kan fremstilles fra kaffeekstrakt som er oppnådd ved normal perkolering ved å utsette ekstrakten for fallende filmfordampere eller andre egnede anordninger, for å oppnå et faststoffinnhold på minst 88% og, mer foretrukket, 91% eller mer. Faststoffinnholdet skal være minst 80%, fortrinnsvis 91% og mest foretrukket mindre enn 96% for å danne en blanding som har visse egenskaper som gir riktig ekstrusjon av kaffesmelten. Kaffeblandingen kan også oppnås ved å blande tørkede kaffefaststoffer som er spraytørket, frysetørket eller tørket på annen måte, med tilstrekkelig vann, aroma, ekstrakt eller konsentrert ekstrakt for å gi et fuktighetsinnhold mellom 4 og 12%, mer foretrukket 4 og 9% vann, og 91 til mindre enn 96% kaffefaststoffer.

Med tilstrekkelig blanding og varme fremstilles et jevnt, homogent materiale som er fysisk likt det som oppnås ved konsentrering av kaffeekstrakt til det ønskede faststoffinnholdet. I alle tilfeller skal kaffefaststoffene ha følgende egenskaper for å sikre fremstillingen av en kaffesmelte som vil danne et egnet glass. Blandingen skal ha en glasstemperatur på mellom 3 0 og 80°C, fortrinnsvis 40-65°C.

Med glasstemperatur menes flytendegjøring ved oppvarming gjennom dette område for et materiale i en glassaktig tilstand til ett i fluid tilstand. Overføringen indikeres av en forand-ring i en termodynamisk kvantitet av andre orden, som f.eks. ekspansjonskoeffisienten eller varmekapasiteten. Forandringen forårsakes av starten av en utstrakt molekylær bevegelse som opptrer ved overføringen fra et glass til en væske. Forandringen Jsan karakteriseres ved en glasstemperatur eller Tg. Målinger av dimensjonsstabilitet for et materiale innen et temperaturområde kan anvendes for å oppnå Tg. Et penetreringstermogram slik det genereres av Thermomechanical Analyzer (TMA, fremstilt av Perkin-Elmer) anvendes som kilde for dimensjonsdata. Som beskrevet i anvendelsesdelen av instruksjonshåndboken (modell TMS-2, publikasjon #993-9246), identifiseres Tg som den temperatur ved hvilken det første tegn på forflytning av penetrerings-termogrammet inntrer fra grunnlinjen før overføringen.

Ifølge et annet aspekt ved foreliggende oppfinnelse fremstilles et glassaktig kaffeprodukt ved å danne en blanding av 88-97%, fortrinnsvis fra 91% til under 96% faststoffer og 3-12%, fortrinnsvis over 4 til 9%, vann ved en temperatur på fra 60 til 130°C. Så injiseres gass i blandingen, fortrinnsvis inert gass i et innelukket område, som om ønsket er aromatisert, og presses gjennom et begrenset område eller en dyse ved trykk opp til 175,8 kg/cm<2>. Blandingen avkjøles så raskt ved hjelp av flytende nitrogen, kald luft eller ved å trekke den forgassede smeiten ved hjelp av et transportbånd eller -valse for å redusere tykkelsen til den produserte formen og tillate rask avkjøling, hvorpå det avkjølte materiale eller glasset passende reduseres i størrelse og tørkes til et stabilt fuktighetsinnhold. Dette glassaktige produkt kan så kombineres med annen kaffe.

Kaffeblandingen kan fremstilles fra kaffeekstrakter som er oppnådd ved normal perkolering ved å utsette ekstrakten for fallende filmfordampere eller andre egnede anordninger, for å oppnå et faststoffinnhold på minst 88% og mer foretrukket 91% eller mer. Faststoffinnholdet justeres for å danne en blanding som vil danne et underkjølt, forgasset glassaktig kaffeprodukt ved avkjøling. Kaffeblandingen kan også oppnås ved å blande tørkede kaffefaststoffer som er spraytørket, frysetørket eller tørket på annen måte, med tilstrekkelig vann til å gi et fuktig-

hetsinnhold opp til 12%, mer foretrukket mellom 4 og 9%.

Med tilstrekkelig blanding fremstilles et.homogent materiale som er lik det som oppnås ved konsentrering av kaffeekstrakt. Kaffeblandingen kan også fremstilles ved å tilsette en liten mengde tørr, løselig kaffe til konsentrert kaffeekstrakt.

J alle tilfeller skal de oppnådde kaffefaststoffene ha en glasstemperatur på mellom 30 og 80"C.

Denne instant-prosessen kan i tillegg til å virke godt med konvensjonelt ekstraherte, brente og malte kaffeekstrakter, også anvendes på slike ekstrakter som er oppnådd fra kaffe ved varme-, enzymatisk-, syre- eller base-hydrolyse. En del av kaffefast-stof f ene kan f.eks. oppnås fra hydrolysert mannan som danner oligomerer med et DP fra 1 til 8. Disse materialene oppnås generelt ved høytrykks-, korttids-, høytemperatur-behandling av fuktede malte kafferester som får mannanet til å hydrolyseres til oligomerer med relativt høy molekylvekt, med DP opp til 8. Kaffen kan også inneholde cellulosesukkere oppnådd fra cellulosebestanddelene i kaffe, som fremstilles ved hjelp av syre- eller base-hydrolyse av slike kaffefaststoffer. I alle tilfeller gir tilsetningen av mannan-oligomerer og cellulose-avledede kaffe-sukkere ikke en slik reduksjon i glasstemperatur, som ville resultere i en svikt i å fremstille et glassaktig kaffeprodukt med akseptabel hygroskopisitet.

I en foretrukken utførelsesform vil fremgangsmåten for fremstilling av et forbedret, løselig kaffeprodukt omfatte: (a) en forhåndskonsentrert, 100% kaffeekstrakt med et faststoffinnhold på 45% eller mer inndampes til et faststoffinnhold på 88-97% eller fortrinnsvis 91 til 96 vekt% faststoffer mens de konsentrerte faststoffene utsettes for tilstrekkelig varme og skjærkraft til å gi en smeltet, flytende kaffe ved 60-130°C, fortrinnsvis 70-110°C, mest foretrukket 80-100°C i

et innelukket topp-rom,

(b) det viskoelastiske fluidet aromatiseres og/eller forgasses i et innelukket topp-rom og blandes for å danne en homogen

blanding,

(c) den homogene blandingen formes og avkjøles raskt for å

utvirke en faseoverføring fra viskoelastisk fluid til glass-

aktig produkt med minst 50% retensjon av flyktige stoffer, fortrinnsvis 75%, mest foretrukket 80% retensjon av flyktige

stoffer og

(d) den fastgjorte blandingen males og sorteres.

Fordelene med total fordampningsfremstilling av glassaktig produkt er en mulighet for

(1) god retensjon av flyktige stoffer ved å unngå forlengede dehydratiseringstrinn, (2) hindring av koagulering og andre fysiske forandringer som opptrer under konvensjonell tørking av kaffeekstrakter, (3) dannelse av små biter av konsentrert smaksstoff som kan innblandes i kaffeprodukter,

(4) dannelse av nye former for løselig kaffe,

(5) tilveiebringe øket kaffebehandlingskapasitet ved å anvende konsentrerings- og ekstruderingsutstyr istedenfor spray-eller frysetørking for å gi ferdige kaffeprodukter, (6) innblanding av kaffe-mannan og cellulosehydrolysater fra kaffe i det glassaktige produkt uten å danne hygroskopiske produkter. Det er viktig å oppnå disse fordelene for å redusere potensialet for varmenedbrytning ved begrensning av temperatur og oppholdstid.

Ifølge den foretrukne utførelsesformen fremstilles et glassaktig kaffeprodukt ved å fordampe kaffe fra en fortynnet ekstrakt til et meget viskøst, tett, viskoelastisk fluid med 88-97% kaffefaststoffer og 3-12% vann ved en temperatur på fra 60 til 130°Ci Blandingen aromatiseres så eventuelt ved bruk av en konsentrert kaffearoma, syntetisk aroma eller blandinger derav. Fortrinnsvis anvendes ren kaffearoma som er oppnådd fra ekstrakten. Blandingen forgasses dersom det er ønskelig med lavere densitet. Blandingen blandes så grundig i et avgrenset eller innelukket område under trykk og avkjøles raskt for å utvirke en faseoverføring og danne et glassaktig produkt.

Kaffeblandingen kan fremstilles fra kaffekstrakt som er oppnådd ved normal perkolering etter stripping av aroma fra ekstrakten for å gjenvinne aroma, ekstrakten utsettes for fallende filmfordampere eller andre egnede konsentrerings-anordninger for å oppnå et faststoffinnhold på minst 45%.

Den konsentrerte kaffen utsettes deretter for Filmtruder Polymer-maskinen, hvor faststoffinnholdet i ekstrakten.heves til 88-96% faststoffer. Aroma føres så tilbake til ekstrakten, som så tildannes til anvendbare produkter.

Ifølge foreliggende oppfinnelse konsentreres kaffeekstrakt Jtil 45% faststoffer eller mer ved bruk av konvensjonelle kaffe-fordampnings- og strippe-teknikker. F.eks. kan kaffeekstrakt konsentreres i en vakuum-fordamper med tredobbelt effekt til over 45% faststoffer. En del av det fordampede kan tilbakeholdes for aromagjenvinning. Alternativt strippes kaffeekstrakten i en kolonne for å fjerne flyktige bestanddeler før fordampning. Den konsentrerte ekstrakten føres deretter gjennom en Filmtruder Polymer-maskin, hvor en rotor som dreier seg raskt legger en tynn ekstraktfilm på fordamperveggen tangensielt til veggen og danner en nedovergående spiralstrøm ved hjelp av rørearmer som retter ekstrakten i et nedovergående mønster mens andre sprer ekstrakten tangensielt og loddrett på rotoraksen. Filmer med 3,2 mm ekstrakt ± 0,4 mm virker bra.

Mens rotorene i slike maskiner kan dreie seg med fra 50 til 700 opm, foretrekkes det å anvende 350-550 opm for kaffeekstrakt. Damp med trykk på 2,5-3,2 kg/cm2 påføres på fordamperens kappe mens et vakuum på fra 178 til 356 mm Hg vanligvis påføres på ekstraktsiden av fordamperen. Trykk over atmosfæretrykket kan anvendes for å vedlikeholde en ekstrakt-temperatur fra 60 til 130°C. Ekstrakten trykkes ned gjennom fordampersylinderen ved den feiende effekten av rotorbladene og forlater fordampningsdelen i en konsentrasjon på 88-97% faststoffer, fortrinnsvis 91 til 96% faststoffer. En høytrykks-tannhjuls-pumpe anvendes for å fjerne ekstrakten, som kan ha en viskositet på opp til 1.000.000 cP fra fordamperen.

Om ønsket anvendes en holdetank eller et holdeområde for å oppsamle den konsentrerte ekstrakten nær fordampningsdelen og før pumpen. Dette område muliggjør bruken av tannhjulspumpen for å avgi en variabel strøm av meget konsentrert fluid til blandere for den etterfølgende aromatiseringen og/eller forgassingen og utgjør deler av prosessen. Alternativt kan en tannhjulspumpe anvendes for å presse den konsentrerte ekstrakten til matetanken og en annen tannhjulspumpe anvendes for å mate senere trinn i prosessen. Fortrinnsvis er holdetanken utstyrt med anordninger for blanding og vedlikehold av temperaturen.

Fra holdetanken kan det konsentrerte, viskoelastiske fluidet presses under trykk gjennom en serie statiske blandere hvor

.kaffearoma og/eller inert gass innføres i fluidet.

Etter innføring av aroma og/eller gass blandes fluidet grundig og føres til en formeanordning hvor det formes filmer, tau eller andre former. Fluidet ved en temperatur på 60-130°C, fortrinnsvis 70-110°C, mest foretrukket 80-100°C, formes og avkjøles raskt til en sprø glasur. Avkjølingen gjennomføres ved neddykking i eller sprøyting med kald gass eller i en kulde-tunnel eller, når det gjelder en film, ved å strekke filmen under utløp av en arkdyse.

Den raske avkjølingen herder det ytre sjiktet av det formede fluidet og hindrer særlige tap av kaffearoma.

Så snart glasuren er sprø, reduseres den i størrelse ved maling eller ved hjelp av andre midler og sorteres ved sikting til det ønskede, ferdige produkt. Når produktet har over 6% vanninnhold, anvendes et tørketrinn for å redusere fuktigheten til 2,5-5% H20. Dette stabiliserer kaffen, hindrer klumpdannelse og stabiliserer produktet mot tap av aroma og smak.

I tillegg til å virke godt med konvensjonelt ekstraherte, brente og malte kaffeekstrakter kan foreliggende oppfinnelse også anvendes på slike ekstrakter som er oppnådd fra kaffe ved varme-, syre-, enzymatisk- eller base-hydrolyse. En del av kaffefast-stof f ene kan f.eks. oppnås fra hydrolysert mannan som danner oligomerer med et DP fra 1 til 8. Disse materialene oppnås generelt ved høytrykks-, korttids-, høytemperatur-behandling av malte kafferester som får mannanet til å hydrolysere til oligomerer med lavere molekylvekt, med DP opp til 8. Kaffen kan også inneholde cellulosesukkere som er oppnådd fra cellulosebestanddelene i kaffe som fremstilles ved enzymatisk, syre- eller base-hydrolyse av slike kaffefaststoffer.

Den tørre, løselige kaffen eller konsentrerte ekstrakten som anvendes i foreliggende oppfinnelse har en sammensetning i prosent på tørr basis som følger:

Det er funnet at mens sammensetningen av malt kaffe har en betydelig mengde karamellisert sukker, er den resulterende glasuren ikke så hygroskopisk at den ikke kan lagres ved høye temperaturer på grunn av den fuktighetsbegrensning som anvendes ved fremstilling av glasursmelten.

Så snart kaffeblandingen er fremstilt, kan den forgasses ved injeksjon av forskjellige gasser i blandingen og blande jevnt, f.eks. nitrogen, luft, karbondioksyd eller andre gasser og blandinger derav, som vil forårsake en reduksjon av kafte-blandingens densitet og tillate fleksibilitet og regulering av densiteten i det ferdige kaffeproduktet. En slik forgassing gir også forbedret løselighet og en lysere farve på produktet, som begge er nyttige når det skal lages nye former for kaffeprodukter ved bruk av glasuren som en bestanddel.

I tillegg tilsettes aroma, enten i forgassingstrinnet, eller separat, som f.eks. ved å injisere aroma i blandingen og så sammenblande blandingen homogent. Det er nødvendig ved til-setning av aroma å redusere temperatureffekten på aromaen ved å holde den aromatiserte kaffesmelten ved høy temperatur i et innelukket rom og så avkjøle massen i løpet av en tid på ikke mer enn 3 minutter. Varmenedbrytning og tap av aromaen hindres ved å avkjøle smeiten umiddelbart etter at den er presset gjennom en åpning eller en serie åpninger under formingen. Ved utløp av åpningene fastgjøres kaffesmelten raskt og avkjøles til en hård glasur. Alternativt kan blandingen avkjøles raskt inne i ekstruderen ved hjelp av kjente metoder. Det er viktig å avkjøle og fastgjøre smeiten for å danne glasuren. I alle tilfeller foretrekkes det å avkjøle den aromatiserte kaffe i løpet av 180 sek., fortrinnsvis i løpet av 120 sek. og mest foretrukket i løpet av 1 min. ved bruk av et bad med flytende nitrogen eller andre raske avkjølingsteknikker.

Aromaen kan stabiliseres i kaffeolje, kaffeekstrakt eller på andre måter som er kjent på fagområdet. Aromaen oppsamles på måter som er kjent på fagområdet.

Kaffeglasuren er spesielt verdifull for beskyttelse og stabilisering av naturlige og syntetiske smaksstoffer og aromaer som kan tilsettes kaffen. Det høye faststoffinnholdet i den smeltede væskefasen under trykk muliggjør tydeligvis rask dannelse av en homogen, aromatisert blanding, som så umiddelbart kan avkjøles for å utvirke en overgang fra kaffesmelte til kaffeglasur med mindre enn 50% tap, mer foretrukket 30% og fortrinnsvis mindre enn 20% tap av flyktige aromaer. Inert gass kan eventuelt innblandes i den aromatiserte smeiten for å beskytte aromaene mot oksydasjon, for å justere densiteten og forbedre løseligheten i den ferdige, avkjølte smeiten eller kaffeglasuren. Så snart den er kald kan kaffeglasuren brytes opp til ønsket størrelse.

Egnede smaksstoffer og aromaer omfatter aromaer som er oppsamlet fra brent og malt kaffe og som kalles malegass, aroma fra kaffeekstrakt som noen ganger kalles luftegass og aromaer fra kaffeolje, damp-aromaer, vakuum-aromaer og hvilke som helst andre kjente former for kaffearoma og -smak. I tillegg kan andre kjente former for kaffe som f.eks. kolloidal kaffe, dispergeres og innkapsles i smeiten.

De følgende eksempler skal illustrere oppfinnelsen.

Eksempel I

Løselig, spray-tørket og agglomerert, instant-kaffe fra Maxwell House med densitet 0,25 g/cm<3> ved et fuktighetsinnhold på 4,9% ble matet for hånd til en K-Tron volumetrisk mater som befinner seg på sylinder 6 i en Werner-Pfleiderer-dobbeltskrue-ekstruder modell nr. 1982 ZSK 57 mm 50/2. Vann ble pumpet inn i sylinder 8 i en mengde på 1,5 kg/time. Flytende kaffearoma som

er fremstilt ifølge US-patent 4.574.089 med en densitet på

0,85 g/cm<3> ble innmålt i ekstruderen i en mengde på 0,25 kg/time. Aroma-avleveringssystemet ble satt under trykk "for å unngå aromatap, og aromatemperaturen ble holdt på maksimum 2°C.

Kaffen ble behandlet gjennom 5 sylindre av ekstruderens

JLl sylindre. De 5 temperatursonene ble regulert for å oppnå følgende betingelser:

Ekstruderen arbeidet med en mengde på 38,6 kg/time og

64% vridningsmoment, idet skruene dreide seg med 60 opm.

Matestrømmene ble homogenisert og smeltet ved mekanisk varme til en kaffematriks. Produktet forlot ekstruderen ved 88°C og 8% fuktighet gjennom en tau-dyse med to 3/4 diameters åpning. Ekstrudatet ble raskt avkjølt ved neddykking i flytende nitrogen og dannet en sprø kaffeglasur. Så snart den ble sprø, ble kaffeglasuren malt.

En aromaretensjon på 93% ble oppnådd ved hjelp av denne fremgangsmåte etter måling ved hjelp av en gasskromatograf ved bruk av en rense- og oppfangnings-fremgangsmåte. Prøver av tilført pulver inneholdende kaffearoma på det støkiometrisk korrekte nivå og aromatisert, ekstrudert produkt ble sammen-lignet. Fremgangsmåten omfattet fremstilling av en løsning av prøve-kaffen og vann. De flyktige stoffene ble avdrevet fra kaffeløsningen til et sorberende rør ved bruk av varme og en heliumgass-blåsning. En Envirochem Unacon-konsentrator ble brukt for å desorbere de flyktige stoffene og overføre dem til en smeltet silikakolonne i en gasskromatograf utstyrt med en FID (karbon)-detektor.

De aromaretensjoner som ble oppnådd var fordelaktige sammen-lignet med dem som typisk ble funnet med spray-tørking (55%), agglomerering (75% pr. passering) eller fryse-tørking (65-75%).

Utformingen av de 1290 mm selv-rensende dobbeltskruene (vises nedenfor) ble sammensatt fra elementer som var tilgjengelig fra Werner Pfleiderer. Det omfattet høyregjengede knablokker (K) som virket som opp- og nedstrømsforseglinger som reduserer mengden av tilsatt aroma som fordamper fra ekstruderen,

Eksempel II

Løselig kaffe, forhåndsfuktet til 8% fuktighet i en båndblander, ble matet med 1,5 kg/time til en Brabender- enkeltskrue-ekstruder med et L/D-forhold på 25/1 med en skrue med et kompresjonsforhold på 2/1 og med 19 mm diameter. Flytende kaffearoma fremstilt ifølge US-patent 4.574.089 ble pumpet inn i ekstruderen med 0,02 kg/time. Skruen gikk med 50 opm og utøvet et vridningsmoment på 4500-5000 (Neutron Meters). De 3 varmesonene holdt den smeltede kaffen på henholdsvis 75, 80 og 80°C. Den temperatur-regulerte dyse-adaptor-seksjonen ble holdt ved 85°C og kaffesmelter kom frem ved 88"C etter en gjennomsnittlig retensjonstid på 1,75-2 min. Kaffesmeltene ble raskt avkjølt og dannet en sprø glasur.

Ekstrudatet ble malt i en Homoloid-mølle ved bruk av 00 til 20 maskers sikter, malt med spray-tørket kaffepulver i et forhold på 10% glasur og 90% spray-tørket materiale og tillatt å komme til likevekt.

En 4 måneders akselerert lagringsundersøkelse bekreftet at produktet holdt seg godt ved lagring, idet aroma forble tilbakeholdt i kaffematriksen i minst 10 uker ved omgivelsestemperatur og 9 uker ved 35°C etter organoleptisk måling.

Om ønsket kan andre produkter fremstilles med en annen aroma og et annet kaffeavledet materiale.

Eksempel III

En ekstrudert form med lav densitet som var forskjellig fra tau og ark ble fremstilt ved bruk av en gass-injisert, loddrett rørdyse. I dette tilfelle ble en C.W. Brabender-enkeltskrue-ekstruder med et L/D-forhold på 15/1 (19 mm diameter) utstyrt med en skrue med kompresjonsforhold på 1/1. Løselig kaffe (9,5% fuktighet) ble matet til ekstruderen. De tre oppvarmede sonene ble holdt på 75"C, 80"C og 85°C, og den loddrette Brabender-rørdysen (8,7 mm ytre diameter, 7,1 mm indre diameter) ble oppvarmet til 85°C.

Den løselige kaffen gikk gjennom ekstruderen i mengder på 0,9-15,4 kg/time og forlot ekstruderen ved 80-86°C. Skruen gikk med hastigheter på 22, 33 og 40 opm og et trykk på 21-28 kg/cm<3 >ble oppbygget ved dysen. Smeiten ble ekstrudert på et teflon-belagt bånd som gikk med 40-60 opm. Ekstrudatet dannet rør med en mørk ytre overflate og en glassaktig mørk indre overflate. Disse rørene kunne oppblåses ved å knipe sammen enden og danne en tynnvegget (0,08 mm) kaffeboble. De avkjølte glasurboblene hadde sprø vegger som når de ble knust dannet florlette partikler som er meget løselige i varmt vann.

Eksempel IV

En C-37 mm ko-roterende dobbeltskrue-ekstruder fremstilt av Werner og Pfleiderer Corp. ble brukt for å utføre disse testene. Med start ved mateseksjonen ble én av skruene utstyrt med 1045 mm transportelementer som gradvis reduseres i stigning fra 60 mm til 26,7 mm, fulgt av tre sett alternerende, 10 mm venstregjengede transport- og nøytrale elementer, fulgt av en høyregjenget kna-blokk ved ekstruderutløpet. Skruelengden var i alt 1158 mm,

og ekstruderen hadde 7 sylindre. En tilsvarende profil ble konstruert for den andre skruen. En arkdyse fremstilt av Haake Buchler ble festet til ekstruderutløpet. Denne dysen hadde en 10 cm bred åpning, og spalten ble satt på 0,12 mm. Dysen inneholdt også en trykkoverfører som muliggjorde beregning av dyse-viskositeten ved hjelp av standard-teknikker basert på trykk-fallet gjennom dysen. Ekstruderen arbeidet med sylinder 1 (mating) ved 21°C, sylinder 2/3 ved 35°C, 4/5/6/7 (uttømming) ved 100°C og arkdysen ved 104°C.

Et kommersielt tilgjengelig, spray-tørket pulver med 3% fuktighet ble matet til C-37 mm som arbeidet med en skruehastig-het på 115 opm. Vann ble tilført til pulveret.i sylinder 2 med en hastighet som ga en blanding med 6% fuktighet. Det fuktede pulveret ble blandet og oppvarmet inne i ekstruderen for å danne en homogen smelte. Den blanding som forlot dysen hadde en temperatur på 113°C og en viskositet på 2600 cP. Blandingen ble raskt fastgjort til en sprø glasur.

En annen test ble utført ved å bruke samme ekstruder/dyse-oppsetning og betingelser. Det tilførte pulver i den annen test bestod av 50 vekt% kommersielt tilgjengelig, spraytørket pulver (det samme som ble brukt tidligere), 25 vekt% kommersielt tilgjengelig dekstrose men 0% fuktighet og 25 vekt% kommersielt tilgjengelig fruktosefaststoffer med 0,3% fuktighet. Vann ble tilsatt pulverblandingen i sylinder 2 med en hastighet som ga en blanding med 6% fuktighet. Den smelte som forlot dysen hadde lysere farve og ble ikke fastgjort til en sprø glasur, men forble myk og klebrig. Denne testen ble fortsatt ved gradvis å redusere mengden av vann som ble tilsatt blandingen av kaffe og monomert sukker. På det punkt der intet vann ble tilsatt ekstruderen, fortsatte den smeiten som forlot dysen å ha lys farve. Denne blandingen hadde en fuktighet på 1,6% (intet prosessvann tilsatt), en temperatur på 113°C og en viskositet på 2550 cP og var myk og klebrig.

Eksempel V

Et spray-tørket, løselig kaffepulver med en massedensitet på ca. 0,26 g/cm<3> og en fuktighet på 2,5%, fremstilt ved hjelp av konvensjonelle spraytørketeknikker, mates til trakten i en K-Tron gravimetrisk mater. K-Tron-enheten mater det spraytørkede pulveret i den fjerde og femte sylinderen i en Werner-Pfleiderer 57 mm, dobbeltskrue-ekstruder, modell nr. ZSK 57, i en mengde på 65 kg/time. Ekstruderskruene, som roterer med 107 opm, transpor-terer det smeltende kaffepulveret gjennom ekstruderen. Vann injiseres i kaffesmelten mellom den sjette og syvende sylinderen i ekstruderen i en mengde på 2,4 kg/time hvilket gir 3,7% vanninnhold basert på pulver-matehastigheten.

Kaffesmelten ekstruderes gjennom en kleshenger-formet, laminær strømdyse som var 45,7 cm bred og hadde en åpning på 0,12 mm fra Scientific Process and Research, Inc. Somerset,

New Jersey. Dysetrykket er 24,6 kg/cm<2>. Det varme kaffesmelte-arket trekkes fra dysen med en 50 cm bred, kontinuerlig bånd-transportør av ståltrådduk av merket Kamflex, modell nr. 731, med en båndhastighet på mellom 15 og 60 m/min. Når arket trekkes fra dysen, strekkes det til en tykkelse på 0,025 mm til 0,125 mm fra en opprinnelig tykkelse på ca. 0,25 til 1,25 mm som er oppstått ved dysesvelling. Det tynne, kontinuerlige arket av kaffesmelte avkjøles raskt til omgivelsestemperaturer langs beltet og danner store, sprø biter av kaffeglasur som er skinnende på begge sider. Fra båndet mates de store bitene til en maleinnretning av typen modell N Urschel, hvor de males til mindre flak. De små flakene siktes så i en 30,5 cm SWECO vibrerende separator. Partikler som faller gjennom toppsikten (8 U.S. mesh) av separatoren og hviler på bunnsikten (20 U.S. mesh) samles som produkt. Alle flak som enten hviler på 8 U.S. maskers-sikten eller faller gjennom 30 U.S. maskers- sikten tilbakeføres som mating til ekstruderen.

De siktede flakene tørkes i et Jeffrey-vibrerende, fluidisert sjikttørke- og kjølesystem (TMV 30 cm x 615 cm) ved bruk av varm luft ved ca. 91°C og 2000 SCFM over de første 3 meter av systemet og omgivende kjøleluft ved 2 000 SCFM over de siste 3 meter av systemet. En oppholdstid for kaffen i tørke-systemet på ca. 2 min. er nødvendig for å redusere glasurens fuktighetsinnhold til ca. 4,5%. Glasuren oppsamles og siktes på nytt ved bruk av en 30 cm SWECO vibrerende separator. Partikler som faller gjennom toppsikten (8 U.S. mesh) i separatoren og hviler på bunnsikten (30 U.S. mesh) oppsamles som produkt.

Spraytørket, løselig kaffepulver, lik det som mates til ekstruderen, males i en Fitzmill Model D maleanordning og blandes så med de siktede flakene i en båndblander i et forhold på ca. 7 deler pulver til 3 deler flak. Pulver/flakblandingen mates inn i tårn-agglomeratoren med diameter 3 m via en Siletta tap av vekt-mater i en mengde på ca. 114 kg/time. Damp kommer inn i agglomeratoren via én, to eller tre dyser med en total hastighet på mellom 57 og 227 kg/time og en temperatur på ca. 107°C.

En luftstrøm på ca. 2 300 SCFM og 246°C rettes ned gjennom tårnet fra det fylte rommet i agglomeratoren. Luften.forlater tårnet ved ca. 104°C. Pulver/flak-matingen agglomererer for å danne et skinnende, strålende pulver/flak-agglomerat. Agglomeratet transporteres fra tårnutløpet til en Rotex-sikter, modell jar. 12 SAN ALSS, via en vibrerende Cardwell-transportør. Agglomerat som faller gjennom toppsikten (8 U.S. mesh) og hviler på bunnsikten (30 U.S. mesh) av Rotex-sikten oppsamles som produkt. Agglomerat som hviler på 8 U.S. mesh-sikten eller faller gjennom 30 U.S. mesh-sikten oppsamles, males og mates som tilbakeføring til agglomeratoren. Det siktede produktet, med en fuktighet på ca. 5,5%, tørkes i et Jeffrey-vibrerende, fluidisert sjikt-tørke- og kjølesystem (TMV 3 0 cm x 615 cm) ved bruk av varm luft ved ca. 90°C og 2 000 SCFM over de første 3 meter av systemet og omgivende kjøleluft ved ca. 2000 SCFM over de siste 3 meter av systemet. En oppholdstid for kaffen i systemet på ca. 115 sek. anvendes. Agglomerat-utløpet, med ca. 4,5% fuktighet, oppsamles som produkt. Produktet har et enestående, strålende utseende.

Eksempel VI

En serie undersøkelser ble utført ved bruk av Werner-Pfleiderer 57 mm dobbeltskrue-ekstruderen ved bruk av en 46 cm laminær dyse med en dyseåpning på 0,12 mm. Ekstruderens utforming fremgår av den følgende tabell, som gir temperaturprofilen i hver av de 10 seksjonene av ekstruderen og plasse-ringen av tilført kaffe, vann eller ekstrakt-tilførsel. I hvert tilfelle ble filmen gjort tynnere ved å trekke filmen vekk fra dysen med en hastighet som er større enn utløpshastigheten fra dysen. Filmtykkelser mellom 0,025 og 0,38 mm ble oppnådd ved å bruke transportørens trekkehastighet.

Tillegg til tabell

Forsøk A

Film ble strukket til tynnere film ved bruk av

et transportbånd med en hastighet på 51 m/min.

Forsøk B

0,06-0,08 mm ark fremstilt ved strekking ved 21 m/min.

Forsøk C

Diacetyl ble blandet med vannet. 84% diacetyl ble tilbakeholdt, og overraskende tilbakeholdt det tynne arket mer aroma.

Forsøk D

75% syntetiske stoffer ble tilbakeholdt.

Forsøk E

1% aromatisk kaffeolje tilsatt med kaffeekstrakt.

Forsøk F

Ekstrakt med 30% faststoffer ble tilsatt inneholdende aroma. Aromaretensjon var 65%.

Forsøk G

Film ble strukket til tynnere film ved bruk av et transportbånd med hastighet 59 m/min.

Forsøk H

Kaffemating blandet med brent og malt kaffe.

Eksempel VII

To granulerte, ekstruderte tauprodukter ble fremstilt fra spraytørket pulver på en Werner Pfleiderer ZSK 57 mm dobbeltskrue-ekstruder. Variantene var et frysetørket produkt med lignende utseende og et brent og malt produkt med lignende utseende.

Frysetørket produkt med lignende utseende

Karbondioksydgass ble injisert i ekstrudersylinderen for å regulere densitet, farve og løselighet. De viktige regulerings-variablene i denne operasjonen var fuktighet, temperatur, forhold mellom gass og kaffe og blandegraden. Den valgte ekstruder-skrue-profilen var slik at den ga en god del blanding mens den også vedlikeholdt en relativt lav temperaturprofil (se ekstruder-betingelse). Fuktighetsmålet på 7% ble valgt i betraktning av det faktum at spraytørket kaffe ikke inneholder hydrolysat-faststoffer. Dette fuktighetsnivå, sammen med den regulerte temperaturprofilen, ga en smelte med den riktige viskositeten for dispergering av C02-gassen og for god ekspansjon ved dysen. Produktet kommer ut med minimal krymping og kollaps under kjøling. Det ble således fremstilt et tau med meget porøs struktur som kunne males til en frysetørket form med lignende utseende og med lav densitet og god løselighetsgrad.

Dysen var en 45° strengdyse med to hull med 4,7 mm i diameter og med variabel overflate. Når taustrengene forlot dysen, ekspanderte de til en diameter på ca. 15,7 mm og ble trukket bort med en hastighet som var ekvivalent med dyseutløps-hastigheten, på et transportbånd av trådduk. (Det er interessant å bemerke at når tauene forlot dysen, tapte de ca. 1% fuktighet). Mens de var på båndet, ble de avkjølt med en spray av flytende nitrogen. Ved slutten av båndet ble tauene lagt ut på et bord av rustfritt stål for ytterligere avkjøling (5-10 min.) før de brytes opp til 5-15 cm biter og pakkes i poser. De ble malt i Urschel Model N-maleanordningen (4 passeringer), sortert i

30 cm Sweco (-8 +24 US-sikter), og tørket i en Jeffrey fluidisert-sjikt-ettertørker (én passering). Ekstruderbetingelser Temperaturprofil Pulvermatehastighet 30 kg/h

Brent og malt produkt med lignende utseende

Ekstruderbetingelsene var de samme som for det frysetørkede produkt med lignende utseende, bortsett fra forholdet mellom gass og kaffe. For å oppnå et svakt marmorert, mørkere produkt, ble gasshastigheten regulert til en meget lav strømningshastighet (25 cm<3>/min.). Dette resulterte i et meget tettere tau enn det fryse-tørkede, med meget mindre porøsitet. Det fikk også temperaturen i den siste ekstrudersylinderen til å stige litt (+ 5°C). Fuktighetstap ved utløpet av dysen var 0,5%. Dette var å vente siden porøsiteten er mindre og siden det er meget mindre C02-gass som unnslipper og som hjelper til med fuktighetsfjerning.

På grunn av den mindre størrelse som kreves for det brente og malte produktet med lignende utseende, var fem passeringer nødvendig gjennom Urschel-maleanordningen som vist nedenfor:

Produktet ble sortert i 30 cm Sweco-sikteren ved bruk av 14/+2 0 US-sikter. På grunn av den lavere porøsitet hos den brente og malte prøven var det nødvendig med to passeringer gjennom Jeffrey fluidisert-sjikt-ettertørkeren for å redusere fuktigheten til et akseptabelt nivå.

Betingelser i Jeffrey fluidisert- siikt- ettertørker

Produktvurdering og - analyse

Organoleptisk og visuelt

De ferdige produktene ble testet for å vurdere effektene av de forskjellige behandlingstrinnene på smakskvaliteten. De ble beskrevet å ha lignende karakter som det spraytørkede pulveret som ble brukt for å fremstille dem. Panelet var enig om at produktene tilsvarte alle forventninger når det gjaldt smak, kvalitet og utseende.

Produktegenskaper

Merknad: fysiske data for spraytørket pulver som ble brukt i dette eksempel er:

Densitet: 0,25 g/cm<3>

Fuktighet: 2,75%

Eksempel VIII

En serie undersøkelser ble utført ved bruk av Werner-Pfleiderer ZSK 57 mm dobbeltskrue-ekstruderen ved bruk av en

3 0 cm laminær dyse med en 0,12 mm dyseåpning eller en to-hullet dyse. Utformingen av ekstruderen fremgår av den følgende tabell som angir temperaturprofilen i hver av de 10 seksjonene av ekstruderen og stillingen for kaffematingen, forgassingen, vann-eller ekstrakt-tilførsel og en generell beskrivelse av produktet.

Tillegg til tabell

Forsøk A

Forgasset ark ikke så elastisk, men kunne strekkes ved 9 m/min. Farven var meget lysere.

Forsøk B

Lange, kontinuerlige strenger av løselig kaffe når den ble granulert -8+24 U.S. mesh med et frysetørket utseende, densitet 0,275 og farve 28.

Forsøk C

Lange, kontinuerlige tau av fast kaffe ble granulert til -10+20 U.S. mesh, med et brent og malt utseende, mørk farve og 0,5 g/cm<3> densitet.

Forsøk D

1% ammoniumbikarbonat jevnt blandet med den spray-tørkede kaffematingen til ekstruderen. Det ble gjen-vunnet en lang, kontinuerlig streng av løselig kaffe når den ble granulert til -8+20 U.S. mesh, med et fryse-tørket utseende, densitet på 0,27 og farve 29.

Forsøk E

Løselig kaffepulver blandes med 5% kolloidal, brent og malt kaffe for å fremstille lange, kontinuerlige strenger av løselig kaffe med et frysetørket utseende.

Eksempel IX

Krystalldannelse

Brun kaffeekstrakt med en konsentrasjon på ca. 55% faststoffer, mates til forhåndsoppvarmeren i en mengde på ca. 73 kg/time med matepumpen Waukesha, størrelse 15. På uttømmings-siden av pumpen går ekstrakten gjennnom en Tate Andale-sil av modell ID for å fjerne eventuelt sediment før ekstrakten kommer inn i forhåndsoppvarmeren. I forhåndsoppvarmeren med varmtvanns-kappe, Luwa modell #TV003 0, heves ekstrakt-temperaturen fra omgivelsestemperatur til 77°C. Forhåndsoppvarmer-rotoren drives med 160 opm/min. Den oppvarmede ekstrakten går ut gjennom toppen av forhåndsoppvarmeren og strømmer til fordamperinnløpet.

Den oppvarmede ekstrakten kommer inn på toppen av fordamperen, Luwa modell #HS0050. Fordamperens rotorhastighet holdes på ca. 380 opm, og drives hydraulisk av et Falk-fluid-kraftdriv-verk, modell #30VCVf-AA-212 3-7 0. En Nash-pumpe, størrelse AT-64, anvendes for å oppnå et vakuum på 18 mm Hg i fordamperen. Mettet damp med et trykk på ca. 2,4 kg/cm<2> føres gjennom fordamperkappen for å varme opp ekstrakten inne i fordamperen til ca. 93°C. Fortykningen av ekstrakten forårsaker et rotor-vridningsmoment på ca. 1268 cm-kg. Det fordampede vannet trekkes ut fra toppen av fordamperen og til toppen av kondensatoren. Den faste skjell- og rør-kondensatoren har et overflateareale på 6,22 m<2> og tilføres vann som er avkjølt i anlegget. En Gould-pumpe, modell #3196, trekker det kondenserte avtrekket fra fordamperen fra kondensatoren til et oppsamlingskar eller til avløp.

Nedenunder fordamperen kommer den konsentrerte ekstrakten, ca. 91% faststoffer, inn i et 11,4 liters spolestykke som er laget på bestilling. Det bibeholdes et nivå på ca. 5,7 1. Spolestykkenivået påvises ved hjelp av en nivåføler av merket K-Ray modell #7062B. Den konsentrerte ekstrakten fjernes fra spolestykket ved hjelp av en MAAG Vacorax tannhjulspumpe, modell #70/70, som arbeider med en hastighet på 30 opm. Et direkte avlesbart viskosimeter av merket Nametra, modell #667-9-87, som befinner seg under utløpet av Vacorax-pumpen, måler viskositeten på det kaffefluid som har en viskositet mellom. 5 x IO<4> og 1 x IO<6 >cp. C-l-kuleventiler av typen med full åpning"fra Mogas anvendes for å avlede fluidet til de statiske blandere og formasjonsdysen. Trykket ved utløpet for Vacorax-pumpen og formasjons-dyseinnløpet javføles via Gentran modell GF-72/6-XXX-5M, -356-trykkoverførere

og Gentran modell GF-434 digitalindikatorer.

Det viskoelastiske kaffefluidet pumpes gjennom tre seksjoner av statiske blandere som hver inneholder 14 blande-elementer av Sultzer SMX-typen. Kaffearoma injiseres i kaffefluidet gjennom Sultzer-injeksjonsdyser som er fremstilt på bestilling. En Eldex-målepumpe, modell #AA-100S, anvendes for å mate aromaen ved mengder og betingelser som varierer med de kaffeblandinger som anvendes. Når det viskoelastiske fluidet og aromaen går gjennom de statiske blandere, danner de et homogent produkt som så ekstruderes gjennom en HPM-arkdyse av serie 2 500. Den 30 cm brede dysen har en spalte med åpning på 0,12 mm. Elektriske oppvarmere fra HPM anvendes for å holde dysetemperaturen på 93°C.

Det kaffeark som ekstruderes gjennom dysen strekkes av en båndtransportør med et bånd av rustfritt stålnett med en hastighet på mellom 15 og 45 m/min. Transportørens lengde er ca. 5,4 m. Etter at kaffearket er avkjølt på båndet, mates det til en Urschel-maleanordning, modell N. En Sweco vibrerende sikt, modell #LS 18S333, anvendes for å sikte de malte kaffeflakene til den spesifiserte størrelsen på -12/+30 U.S. mesh. De siktede flakene tørkes så i en vibrerende, fluidisert sjikt-tørker av merket Jeffrey TMV som er 0,6 x 4,5 m lang, for å oppnå den ønskede fuktighet på 4,5-4,75%.

Eksempel X

Dannelse av en brent og malt form

Brun kaffeekstrakt med en konsentrasjon på ca. 55% faststoffer forhåndsoppvarmes og konsentreres som i Eks. 1. Det resulterende, viskoelastiske kaffefluidet med en konsentrasjon på ca. 92% pumpes gjennom de statiske blandere via Vacorax- tannhjulspumpen som i Eks. l. For å oppnå det ønskede brente og malte utseende injiseres flytende karbondioksyd direkte fra en bærbar karbondioksydtank, GP-45, ved et trykk på 21,1 kg/cm<2> ved en massestrømningshastighet på ca. 0,1 kg karbondioksyd pr. kg kaffefaststoffer. Karbondioksyd-strømhastigheten reguleres ved å jregulere mottrykket ved injeksjonsdysen.

Etter blanding ekstruderes det viskoelastiske kaffefluidet gjennom en elektrisk oppvarmet strengdyse av HPM-serien 100, bestående av mellom 1 og 8 hull med diameter på 3,2 mm med en vinkel nedover på 45°. De resulterende kaffestrengene som nå er svakt ekspandert og har et marmorert utseende på grunn av spyle-karbondioksydet, transporteres fra dysen langs en 5,4 m lang båndtransportør av rustfritt ståltrådnett og avkjøles raskt. Strengene fra båndtransportøren males så, siktes og tørkes som i Eks. 1, idet produktstørrelsen er -8/+24 U.S. mesh. Andre nye, løselige kaffeformer som f.eks. fryse-tørkede og brente hele bønner med lignende utseende er mulig ved å injisere gass eller overkritisk fluid med forskjellige strømningshastigheter med en 55 mm trykkstempelpumpe av merket Bran og Luebbe, modell #A7365. Andre typiske eksempler er oppsummert i den følgende tabell:

Claims (8)

1. Gjennomsiktig, stabilt, formet, homogent, aromatisert, hardt, glassaktig, eventuelt gassfylt, kaffeprodukt, fortrinnsvis med utseende som frysetørket eller brent og malt kaffe, karakterisert ved at det består av 88-97 vekt% 100% kaffeavledet faststoffmateriale og 3-12 vekt% vann, idet det glassaktige kaffeprodukt har tilføyd aroma innkapslet og bevart i det glassaktige kaffeprodukt og er fremstilt av en homogen smelte som består av 88-97 vekt% av 100% kaffeavledede faststoffer og 3-12 vekt% vann, idet smeiten er dannet ved en temperatur på 60-130°C.

2. Glassaktig kaffeprodukt som angitt i krav 1, karakterisert ved at det består av 91-96 vekt% av de kaffeavledede faststoffer og 4-9 vekt% vann, idet det glassaktige kaffeprodukt er fremstilt av en homogen smelte som består av 91-96 vekt% av de nevnte kaffeavledede faststoffer og 4-9 vekt% vann, idet smeiten er dannet ved en temperatur på 70-110"C.

3. Fremgangsmåte for fremstilling av et gjennomsiktig, stabilt, formet, aromatisert, hardt, homogent, glassaktig, eventuelt gassfylt, kaffeprodukt, fortrinnsvis med utseende som frysetørket eller brent og malt kaffe, karakterisert ved at: (a) det fremstilles en blanding av 100% kaffeavledede faststoffer omfattende 3-12% vann og 88-97% kaffefaststoffer, samt eventuelt smaksstoff og/eller aroma, fortrinnsvis kaffeolje, idet nevnte blanding har en glasstemperatur på 30-80°C, (b) blandingen oppvarmes til en temperatur på 60-130°C for dannelse av en smelte, (c) blandingen sammenblandes for å danne en jevn og homogen blanding, eventuelt under injisering av gass i smeiten under trykk i et begrenset område, (d) blandingen under trykk tvinges gjennom en dyse for å forme den, (e) smeiten eventuelt tørkes slik at fuktighetsinnholdet reduseres til 2,5-5% vann, (f) den eventuelt gassfylte blanding avkjøles hurtig, eventuelt trekkes med en hastighet som er større enn den formede blanding som kommer ut av det avgrensede område for å strekke og avkjøle blandingen slik at det dannes en tynn, kontinuerlig, homogen, fast, gjennomskinnelig film av glassaktig kaffeprodukt som oppviser glans både på over- og undersiden av filmen, (g) filmen knuses og (h) den knuste filmen gjenvinnes med et stabilt fuktighetsinnhold på 6% vann eller mindre.

4. Fremgangsmåte ifølge krav 3, karakterisert ved at den formede blandingen strekkes før den tørkes for å danne en tynn, gjennomskinnelig film av glassaktig kaffeprodukt med en tykkelse fra 0,012 til 0,3 8 mm.

5. Fremgangsmåte som angitt i krav 3, karakterisert ved at det fremstilles en blanding som inneholder 91-96% kaffefaststoffer og 4-9% vann i trinn (a).

6. Fremgangsmåte som angitt i krav 3, karakterisert ved at blandingen oppvarmes til 70-110°C.

7. Fremgangsmåte som angitt i krav 3, karakterisert ved at det som gass. anvendes karbondioksyd, nitrogen, luft eller blandinger derav.

8. Fremgangsmåte som angitt i hvilket som helst av kravene 3 til 7, karakterisert ved at smeltingen utføres i en ekstruder.