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Verfahren zur Herstellung eines haltbaren flüssigen oder sprühgetrockneten
Kaffeekonzentrats Die Erfindung bezieht sich auf ein V.erfahren zur Herstellung
eines haltbaren flüssigen oder sprühgetrockneten K affeekonzentrats, bei welchem
Röstkaffe gemahlen und in einer im wesentlichen sauerstofffreien,SKohiendio,xyd
und Kohlenmonoxyd enthaltenden Atmosphäre extrahiert wird.
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Bisher s.ind wäßrige Kaffeekonzentrate dadurch hergestellt worden,
daß m.an gemahlenen Röstkaffee mit heißem Wasser extrahierte. Derartige Konzentrate
können mit oder ohne Anwendung weiterer Ko,nzentrierung durch Verdampfen sprübgetrocknet
werden, um den sogenannten »Instant«-Kaffee (Kaffeeextrakt in Pulverform) zu bilden.
Kaffeegetränk, das durch die Benutzung von solchen Konzentraten hergestellt ist,
ist vergleichsweise geringwertig gegenüber frischem Kaffeegetränk, das unmittelbar
aus gemah lenem Röstkaffee hergestellt wurde. Geschmack und Aroma sind wesentlich
verschlechtert, und das Konzentrat enthält vielfach unerwünschte Feststoffe, die
dazu neigen, sich als Schlamm abzusetzen. Die wirkt same Ausbeute des Verfahrens
ist verhältnismäßig gering, was sich in den Herstellungskosten widerspiegelt. Das
flüssige Konzentrat ist leicht Verderben unterworfen und ist nicht selbst an den
Verbraucher verkauft worden, ausgenommen in begrenztem Um fang in gefrorener Form.
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Zweck der Erfindung ist dfe Schaffung eines Verfahrens zur Herstellung
eines Kaffeekonzentrats von verbessertem Geschmack und Aroma. Die Erfindung bezweckt
ferner, ein Verfahren zu schaffen, bei weichem Kaffeekonzentrate in vergleichsweise
hoher Ausbeute und einem minimalen Prozentsatz an Feststoffen erhalten werden, welche
zu einem Absetzen neigen. Schließlich bezweckt die Erfindung, auch ein wäßriges
Kaffeekonzentrat zu erhalten, das sich durch besonders gute Haltbarkeitseigenschaften
auszeichnet.
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Gemäß der Erfindung wird der Röstkaffee während des Mahlens, des
Extrahierens mit heißem Wasser und gegebenenfalls erfolgendenSprahtrocknensvollständig
von einer Gasatmosphäre eingehüllt, die gasförmige Komponenten enthält, welche sich
aus der unvollständigen Verbrennung eines Kohlenwasserstoffbrenngases mittels unzureichender
Mengen Luft ergeben und außer Kohlendioxyd und Kohlenmonoxyd noch Wasserstoff, Acetylen
und Methan neben geringen Mengen von ungesättigten gasförmigen Stoffen einschließen,
die sich aus der gegenseitigen Einwirkung von H, C 02, CO und ungesättigten Kohlenwasserstoffen
in Gegenwart von Wasserdampf ergeben.
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Das bei dem Verfahren gemäß der Erfindung anzuwenden.de besondere
Gas wird im nachstehenden als »Spezialgas« bezeichnet. Das Spezialgas kann nach
dem in der USA.-Patentschrift 2490951 beschriebenen Verfahren durch geregelte Verbrennung
eines Kohlen-
wasserstoffbrennstoffgases mit einer Menge von Verbrennung unterhaltender
Luft, die nicht zur vollständigen Verbrennung ausreicht, erzeugt werden.
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Es kann ferner bei dem Verfahren gemäß der Erfindung ein Gas verwendet
werden, das dadurch erhalten wurde, daß man Kohlenwasserstoffgas in eine Verbrennuugskammer
mlit katalytisch wirkender Innenfläche zusammen mit einer Menge Luft zuführt, die
zur vollständigen Verbrennung nicht ausreicht, und die Menge der je Stunde erzeugten
gasförmigen Verbrennungsproldukte so regelt, daß für jeden Kubikmeter erzeugtes
Gas 310 bis 380 cm2 katalytische Auskleidungsoberfläche in der Verbrennungskammer
und 9,2 bis 11,2 cmS Kammerraum je Quadratzentimeter der freien katalytischen Obeaflhe
vorhanden sind, wobei die Auskleidung foftlaufend so gekühlt wird, daß die freie
katalytische Oberfläche auf einer Temperatur von etwa 980 bis 12680 C gehalten wird.
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Bei Verwendung von natürlichem Brennstoffgas enthält das Spezialgas
Stickstoff, Kohlendioxyd, Kohlenmonoxyd, Wasserstoff, Methan und Acetylen zusammen
mit geringen Mengen von hochaktiven gasförmigen Produkten, die als ungesättigte
Stoffe bezeichnet werden können und sich vermutlich aus der gegenseitigen Einwirkung
von Wasserstoff, Kohlendioxyd, Kohlenmonoxyd und ungesättigten Kohlenwasserstoffen
in Gegenwart von Wasserdampf ergeben.
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Es ist bei der Herstellung von festen, in Wasser lösbaren Extrakten
von Kaffee bekannt, das Gut unter Ausschluß von Luft (Vakuum oder indifferente Atmosphäre)
und unterhalb der Koagulationstemp eratur von 750 C auszuziehen und ebenfalls unter
Ausschluß von Luft zur Trockene einzudampfen. Es ist ferner bei der Herstellung
von wasserlöslichen trockenen Kaffeeextrakten in Pulver-, Pillen- oder Pastenform
bekannt, mittel fein gepulverten gerösteten Kaffee mit einem Lösungsmittelgemisch,
wie z.B. Alkohol, Essigsäure und Wasser bei einer 400 C nicht übersteigenden Temperatur
nach dem Gegenstromprinzip zu extrahieren und den Extrakt kontinuierlich in Dispersions-
oder Zerstäubungstrocknern zu trocknen, wobei sämtliche Operationen unter sauerstofffreier
oder sauerstoffarmer Atmosphäre vorgenommen werden. Als sauerstoffarme Atmosphäre
können dabei kohlenoxyd- oder kohlendioxydreiche Abgase verwendet werden, besonders
solche, die bei der zur Erwärmung der Extraktionsflüssiglreit und zur Trocknung
notwendigen Feuerung entstehen.
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Bei dem Verfahren gemäß der Erfindung wird demgegenüber ein besonderes
Gas (Spezialgas) verwendet, das nicht inert ist, sondern außer Kohlendioxyd und
Kohlenmonoxyd noch Wasserstoff, Acetylen und Methan neben geringen Mengen von hochaktiven
ungesättigten gasförmigen Stoffen enthält, die sich aus der gegenseitigen Einwirkung
von H, CO2, CO und ungesättigten Kohlenwasserstoffen in Gegenwart von Wasserdampf
ergeben.
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Das erfindungsgemäß zu verwendende Spezialgas hat einen einzigartigen
Effekt auf die extrahierbaren Bestandteile des Röstkaffees, so daß solche Bestandteile
nicht nur mit besserem Geschmack und Aroma extrahierhar, sondern außerdem auch der
Extraktion mehr zugänglich sind, wodurch die Erzielung einer gröberen Ausbeute ermöglicht
wird. Das Spezialgas scheint auch die Extraktion von bitteren Geschmackskomponenten
zu verhindern oder auf ein Minimum herabzusetzen und dient ferner dazu, Feststoffe,
die zu einem Absetzen in dem Konzentrat neigen, auf ein Minimum herabzusetzen. Die
konservierende Wirkung des Spezialgases auf das Konzentrat ist wahrscheinlich auf
die Zerstörung oder Hemmung von Biokatalysatoren, insbesondere solchen mit enzymatischer
Aktivität, zurückzuführen.
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Derartige Wirkungen sind nicht bei Ausschluß von Luft durch Anwen.dung
von Vakuum oder inerten Gasen oder kohlenoxyd- und kohlendioxydreichen Abgasen zu
erzielen.
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Fig. list ein Fließschema, das eine Ausftihrungsform des Verfahrens
gemäß der Erfindung veranschaulicht; Fig. 2 ist eine Seitenansicht einer Vorrichtung,
die für den Extraktionsvorgang benutzt werden kann.
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Fig. 1 veranschaulicht eine geeignete Arbeitsweise zur Ausführung
des Verfahrens gemäß der Erfindung.
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Geröstete Kaffeebohnen werden in der Stufe 10 unter Benutzung einer
geeigneten Mahl vorrichtung, wie sie gewöhnlich in der Kaffeeindustrie benutzt wird,
gemahlen. Es wird eine übermäßige Feinheit des Mahlgutes vermieden. In der Praxis
werden gute Ergebnisse erzielt, wenn die Haup-tmasse der gemahlenen Teilchen durch
ein Sieb mit einer Maschenweite entsprechend 1600 Maschen je Quadratzentimeter geht,
aber auf einem Sieb mit einer Maschenweite entsprechend 3600 Maschen je Quadratzentimeter
zurückbleibt. Die Arbeitsteile der Mahl vorrichtung sind völlig eingeschlossen,
und es wird Spezialgas der zuvor beschriebenen Art zugeführt, so daß der Mahl-
vorgang
völlig in einer Atmosphäre des Gases stattfindet. Die frisch gemahlenen Röstkaffeeteilchen
werden der Einwirkung des Spezialgases ausgesetzt, und es wird ihre Berührung mit
der Außenluft dadurch verhindert. Unmittelbar nach dem Mahlen wird der gemahlene
Kaffee bei 11 in geeigneten geschlossenen Behältern, wie z. B. dicht verschlossenen
feuchtigkeitsdichten Säcken, gelagert. Diese Säcke können aus Kunststoffmateri al,
wie Chlorkautschuk, Mischpolymerisat aus Vinylidenchlorid und Vinylchlorid oder
Polyäthylen, bestehen. Die Lagerung erfolgt während einer längeren Zeitdauer, wie
z. B. 3 bis 5 Tagen; während dieser Zeit wird eine wesentliche Menge von Kohlen
di oxyd entwickelt.
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Nach der Lagerung wird der gemahlene Kaffee in der Stufe 12 einer
Vakuumbehandlung und Begasung unterworfen. Diese Stufe kann dadurch ausgeführt werden,
daß man den Kaffee in einen geschlossenen Behälter bringt, wonach ein Vakuum angelegt
wird, das etwa 630 blis 740 mm Hg entspricht. Das Vakuum wird durch Einführung desselben
obengenannten Spezialgases unterbrochen. Diese Behandlung dient dazu, den größten
Teil des Kohlendioxydgases, das während der Lagerung in der Stufe 11 entwickelt
ist, zu entfernen, und bringt die gemahlenen Teilchen wieder mit dem Spezialgas
in Berührung. Das zugeführte Spezialgas wird so durch das während der Lagerung entwickelte
Kohlendioxyd nicht verdünnt.
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Nach der Behandlung in der Stufe 12 wird der gemahlene Kaffee in der
Stufe 13 dem Extraktionsvorgang unterworfen, der durch die Benutzung einer geeigneten
Perkolieranlage ausgeführt werden kann. Bei diesem Extraktionsvorgang wird heißes
Wasser durch eine Masse des gemahlenen Kaffees perkoliert, wodurch die löslichen
Bestandteile extrahiert werden und das gewünschte wäßrige Konzentrat erzeugt wird.
Das auf den Kaffee angewendete heiße Wasser kann eine Temperatur in der Größenordnung
von 87 bis 930 C hesitzen.
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Gemäß der Erfindung kann an Stelle von gewöhnlichem heißem Wasser
mit Spezialgas behandeltes Wasser für die Extraktion verwendet werden. Dieses Wasser
kann durch Einwirkung von Spezialgas in feinverteilter Form auf Wasser, z. B. mittels
Hindurchführen oder Einführen des Gases in das Wasser in Blasen erhalten werden.
Die Anwendung dieser Behandlung des Wassers erhöht beträchtlich die Qualität des
Konzentrats, insbesondere bezüglich des Geschmacks und Aromas, und erleichtert das
Erhalten des gewünschten Konzentrats mi.t einem hohen Grad von Gleichförmigkeitbei
aufeinanderfolgenden Arbeitsvorgängen. Zusätzlich zu, der Anwendung von heißem Wasser,
das mi.t Spezialgas behandelt worden ist, wird vorzugsweise dauernd Spezialgas der
Extraktionsstufe zugeführt und dauernd aus ihr abgelassen.
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Zweckmäßig wird die Extraktion in einem dicht geschlossenen Gefäß
und bei einem Druck ausgeführt, der wesentlich über Atmosphärendruck liegt.
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In der Stufe 14 kann die restliche flüssige Fraktion, die mit dem
gemahlenen Kaffee zurückbleibt, durch heißes Wasser verdrängt und in das Verfahren
zurückgeführt werden, wie dies aus Fig. 1 ersichtlich ist.
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Hier ist es wieder erwünscht, mit Spezialgas behanhandeltes heißes
Wasser zu verwenden.
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Der flüssige Kaffeeextrakt, der aus der Extraktionsstufe 13 erhalten
worden ist, kann als unmittelbar benutzt werden, oder er kann, wie dies in der Stufe
15 angedeutet ist, steril in Dosen eingeführt werden, die dann geschlossen werden.
Auch die Dosenfü.ll- und verschließ vorgänge werden vorzugsweise
in
einer Atmosphäre des Spezialgases ausgeführt. Es ist auch erwünscht, Luft aus den
Dosen, die den Füll- und Verschließvorgängen zugeführt werden, durch die Benutzung
des Spezialgases zu verdrängen.
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Das Verfahren gemäß der Erfindung beginnt allgemein mit dem Mahlen
der gerösteten Kaffeebohnen in der Stufe 10. Die Kaffeebohnen können jedoch auch
bereits in dem Spezialgas geröstet und dem Mahlvorgan.g unterworfen werden, ohne
daß sie mit Luft in Berührung kommen. Das sich ergebende Röstgut wird vorzugsweise
vor der Mahlstufe in einer Atmosphäre des Spezialgases gekühlt, obwohl gegebenenfalls
auch ein nachfolgendes Luftrösten zur Erzielung bestimmter Farbeigenscihaften zur
Anwendung gelangen kann.
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Das Konzentrat kann gewünschtenfalls in die Form eines trockenen
Pulverproduktes oder von »Instant«-Kaffee gebracht werden. In solchem Fall wird
das Sprühtrocknen auch in Gegenwart des Spezialgases ausgeführt. Das Konzentrat
kann dem Sprühtrockenvorgang in der Stufe 16 mit oder ohne Anwendung einer weiteren
Vakuumverdampfung zugeführt werden.
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Die in Fig. 2 dargestellte Vorrichtung kann zur Ausführung der beiden
Arbeitsvorgänge 12 und 13 benutzt werden. Sie weist im wesentlichen einen senkrechten
Behälter 21 mit einem abnehmbaren Deckel 22 auf. Ein Sieb (nicht dargestellt) ist
in dem unteren Ende des Behälters angeordnet, und weitere Siebe zusammen mit einer
geeigneten Filtermembran sind in dem oberen Ende angeordnet. Ein Rohr 23 dient dazu,
heißes Wasser in das untere Endie des Behälters unterhalb des unteren Siebes einzufüren.
Der ganze Behälter kann einer dauernden Schwingung mittels einer Schwingvorrichtung
24 unterworfen werden. Ein Rohr 25 kann dazu dienen, das Spezialgas einzuführen.
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Oberhalb des oberen Siebes und Filters steht der Behälter mit Rohren
26 und 27 und einem Vakuummesser 28 in Verbindung. Das Rohr 26 kann mit einer Vakuumpumpe
oder einer anderen geeigneten Evakuiereinrichtung in Verbindung stehen, während
das Rohr 27 dazu dient, das Kaffeekonzentrat abzugeben. Ein Rohr 29 kann dazu verwendet
werden, Gas mit einer geregelten Geschwindigkeit abzulassen, und ein Rohr 30 dient
als Abzug. Der Behälter kann mit einem Mantel 31 versehen sein, durch welchen Heißwasser
mittels Ein- und Auslaßrohr 32 bzw. 33 in Umlauf gesetzt wird.
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Die Arbeitsweise der in Fig. 2 dargestellten Vorrichtung ist wie
folgt: Der Deckel 22 des Behälters wird abgenommen, die Schwingvorrichtung 24 wird
in Betrieb gesetzt, und der gemahlene Kaffee wird ein gegossen, bi.s der Behälter
im wesentlichen gefüllt ist.
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Das obere Sieb und die Filtermembran werden dann aufgelegt, und der
Deckel 22 wird geschlos.sen. Das Rohr 26 wird mit einer Evakuierpumpe verbunden,
und der Behälter wird dann führend einer Zeit von etwa 20 Sekunden evakuiert; während
dieser Zeit erhöht sich das Vakuum in dem Behälter rasch auf einen Wert in der Grüßenordnung
von 630 mm Hg. Nach Schließen der Leitung 26 wird das Vakuum durch Zulassen des
Spezialgases durch die Leitung 25 unterbrechen, wodurch bewirkt wird, daß das Spezialgas
nach oben durch die ganze Kaffeebeschickung strömt und einen Druck in einer Höhe
von etwa 0,35 kg/cm2 aufbaut. Die Leitung 23 wird jetzt langsam geöffnet, so daß
das behandelte heiße Wasser (unter Druck) in das untere Ende des Behälters eingeführt
wird, wobei sein Spiegel langsam durch die Kaffeemasse steigt.
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Während der anfänglichen Einführung des heißen Wassers kann der Druck
in dem Behälter, wie oben erwähnt, etwa 0,35 kg/cm2 betragen; dieser Druck
wird allmählich
erhöht, bis innerhalb des Behälters ein Druck in der Größenordnung von 3,5 bi.s
3,9kg/cm2 innerhalb etwa 5 bis 10 Minuten nach Beginn der Einführung des Wassers
erhalten ist. Spezialgas wird ebenfalls durch das Rohr 25 kontinuierlich zugelassen.
und gleichzeitig wird solches Gas kontinuierlich von der Oberseite des Behälters
entweder durch die Vakuumleitung 26 oder durch die getrennte, durch ein Ventil geregelte
Leitung 29 abgelassen. Das für diesen Zweck benutzte Spezialgas kann mit einem Druck
in der Größenordnung von 5,6 kg/em2 gespeichert sein, so daß es mit einer geregelten
Geschwindigkeit gegen den Behälterinnendruck von 3,5 bis 3,9 kg/cm2 eingelassen
werden kann. Während dieser Arbeitsvorgänge wird heißes Wasser durch den Mantel
31 umlaufen gelassen, so daß das Material innerhalb des Behälters auf der gewünschten
Temperaturhöhe von etwa 87 bis 930 C gehalten wird.
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Nachdem der Behälter mit der steigenden Säule von heißem Wasser gefüllt
ist, beginnt das flüssige Konzentrat durch die Leitung 27 in einen geeigneten Lag.ertank
abzufließen. Bei richtiger geregelter Einführung des heißen Wassers zeigt das Konzentrat
einen Wert von 10 bis 121/2 Bricks.
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Nachdem das Konzentrat unter die gewünschten Grenzen gefallen ist,
wird die Einführung von heißem Wasser und Gas unterbrochen und etwas von dem zurückbleibenden
Konzentrat durch das Rohr 30 abgezo gen. Das Mahlgut kann dann der Konzentratgewinnungsstufe
14 zugeführt werden, um die flüssige wässerige Fraktion aus diesem zu gewinnen,
und diese Fraktion kann mit der Flüssigkeit, die durch das Rohr 30 abgezogen ist,
vereinigt und in das Verfahren zurückgeführt werden.
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Aus dem Vorstehenden ist ersichtlich, daß in verschiedenen Stufen
des Extraktionsvorganges eine gewisse Änderung in der Konzentration vorhanden sein
kann. Wenn man jedoch annimmt, daß die in aufeinanderfolgenden Arbeitsvorgängen
erhaltenen Konzentrate zusammengemischt werden, ist das sich ergebende Material
verhältnismäßig gleichförmig. Solche Konzentrationsänderungen, wie sie auftreten
können, können durch weiteres Mischen berichtigt werden, bevor das Material in Dosen
eingefüllt wird. Es können geringe Mengen von Zusatzstoffen, wie sie üblicherweise
bei Kaffeekonzentraten benutzt werden, z. einen gewissen Körper erteilende Kolloide
und Aromaextrakte, zur Anwendung gelangen.
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Die besonderen Vorteile des Verfahrens gemäß der Erfindung können
wie folgt zusammengefaßt werden: Das erhaltene Konzentrat besitzt eine hohe Qualität,
insbesondere bezüglich des Geschmacks, des Aromas, des allgemeinen Aussehens und
der dem Absetzen unterworfenen Feststoffe. Im Gegensatz zu früheren wässerigen Kaffeekonzentraten
ist es nicht leicht einem Verderben unterworfen, und es kann ohne Gefrieren gelagert
werden. Wenn das Konzentrat, wie oben beschrieben, in verschlossene Dosen gebracht
wird, ist es nicht notwendig, die Dosen einer Hochtemperaturbehandlung zu unterwerfen,
wie dies allgemein bei der Konservenindustrie üblich ist. Die sich bei dem Verfahren
gemäß der Erfindung ergebende Ausbeute, d. h. die Menge an nutzbarem wässerigem
Konzentrat, die je Pfund Röstkaffee erzeugt wird, ist verhältnismäßig hoch. Die
Qualität des Konzentrats ist keinen wesentlichen Änderungen unterworfen, und daher
können die gewünschten Eigenschaften mit einem hohen Grad an Verläßlichkeit erzielt
werden.
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Sämtliche vorgenannten Vorteile und Eigenschaften sind im wesentlichen
der Benutzung des Spezialgases
zuzuschreiben, das, wie ausgeführt,
eine einzigartige Wirkung ergibt.
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Wenn das Konzentrat gemäß der Erfindung zur Herstellung von Kaffeegetränk
benutzt wird, wird eine kleine Menge des Konzentrats mit heißem Wasser in Anteilen
entsprechend dem Geschmack und der gewünschten Stärke verdünnt oder in solchem heißen
Wasser aufgelöst. Beispielsweise können 14 g (flüssiges) Konzentrat dazu benutzt
werden, eine Tasse Kaffeegetränk herzustellen.
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Das Verfahren ist hlnsichtlich der Benutzung des Spezialgases vergleichsweise
wirtschaftlich. Bei den verschiedenen Arbeitsvorgängen kann die Menge an verwendetem
Spezialgas beispielsweise in der Größenordnung von 8 bis 28m3 Gas (bei 160 C) je
5Okg gemahlenem Röstkaffee liegen. Die Kosten der Erzeugung des Gases in solchen
Mengen stellen einen geringfügigen Prozentsatz der Gesamtkosten dar.
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PhTESTSOCHE: 1. Verfahren zur Herstellung eines haltbaren flüssigen
oder sprühgetrockneten Kaffeekonzentrats, bei welchem Röstkaffee gemahlen und in
einer im wesentlichen sauerstofffreien, Kohlendioxyd und Kohlenmonoxyd enthaltenden
Atmosphäre extrahiert wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Röstkaffee während des
Mahlens, des Extrahierens mit heißem Wasser und gegebenenfalls erfolgenden Sprübtrocknens
vollständig von einer Gasatmosphäre eingehüllt wird, die gasförmige Komponenten
enthält, welche sich aus der unvoll-
ständigen Verbrennung eines Kohlenwasserstoffbrenngases
mittels unzureichender Mengen Luft ergeben und außer Kohlendioxyd und Kohlenmonoxyd
noch Wasserstoff, Acetylen und Methan neben geringen Mengen von ungesättigten gasförmigen
Stoffen einschließen, die sich aus der gegenseitigen Einwirkung von H, CO2, CO und
ungesättigten Kohlenwasserstoffen in Gegenwart von Wasserdampf ergeben.
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2. Verfahren nach Anpruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß der Kaffee
während des Röstens mit einer solchen Gasatmosphäre umgeben wird.