DE1113864B - Verfahren zur Gewinnung von Kaffee-Extrakt - Google Patents

Description

Die Erfindung geht von dem Verfahren zur Gewinnung von Kaffee-Extrakt durch wäßrige Gegenstromextraktion von Röstkaffee in drei unterschiedlich temperierten Zonen aus, von denen die Temperatur der dritten niedriger als die der zweiten ist, und bezweckt, durch geeignete Temperaturabstimmung einen sehr konzentrierten Kaffee-Extrakt in Sirup- oder Trockenpulverform herzustellen, der sich durch besonders gute Würz-, Geschmacks- und Aromaeigenschaften auszeichnet.

Es ist bereits ein dreistufiges Gegenstromextraktionsverfahren bekannt, bei dem das Frischwasser unter Druck bei einer Temperatur von 125 bis 150° C in die erste, mit am stärksten ausgelaugtem Kaffeegrund gefüllten Zone eingegeben und während seines Durchgangs durch diese Zone im wesentlichen auf dieser Temperatur gehalten wird, der austretende, etwa 8 bis 12% lösliche Stoffe enthaltende Erstextrakt in die nächste, ohne äußere Wärmezufuhr arbeitende Abkühlzone eingegeben und in ihr auf etwa 50° C abgekühlt wird und schließlich der etwa 35°/o lösliche Stoffe enthaltende Zweitextrakt nach vorheriger Abkühlung auf 15° C durch die dritte, mit frischem Kaffeegrund gefüllte Kaltzone hindurchgeschickt wird, aus der der Fertigextrakt mit einem Gehalt von etwa 40 bis 50% löslichen Stoffen abgezogen wird. Dieses bekannte Verfahren ist sowohl vom Gütestandpunkt als auch aus Gründen der Wärmewirtschaft unvollkommen. Die vergleichsweise lange, nämlich praktisch über anderthalb Zonen hinweg währende Druckerhitzung der Extraktionsflüssigkeit ruft in den extrahierten, löslichen Kaffeebestandteilen kräftige Reaktionen, wie Druckzersetzung und Hydrolyse, hervor, die ihnen unerwünschte Würze, unerwünschten Geschmack und schlechtes Aroma verleihen. Die direkte Abkühlung der Extraktionsflüssigkeit auf Raumtemperatur und darunter vor Eintritt in die letzte Zone ist wärmewirtschaftlich ungünstig, weil doppelter Kalorienaufwand, nämlich einmal für die direkte Abkühlung und noch einmal für die Wiederaufheizung während des Trocknungspfozesses, erforderlich ist.

Die Erfindung ist von beiden Unvollkommenheiten des bekannten Verfahrens frei. Sie besteht demgemäß aus einem Verfahren zur Gewinnung von Kaffee-Extrakt durch wäßrige Gegenstromextraktion von Röstkaffee in drei unterschiedlich temperierten Zonen, von denen die Temperatur der dritten niedriger als die der zweiten ist, und kennzeichnet sich dadurch, daß die Extraktion mit frischer Extraktionsflüssigkeit in der ersten Zone bei einer Temperatur durchgeführt wird, die niedriger als die der zweiten Zone ist, wobei Verfahren zur Gewinnung von Kaffee-Extrakt

Anmelder:

General Foods Corporation,
White Plains, N. Y. (V. St. A.)

Vertreter: Dr. phfl. G. Henkel, Berlin-Schmargendorf,

und Dr. rer. nat. W.-D. Henkel,
München 9, Eduard-Schmid-Str. 2, Patentanwälte

William P. Clinton, Morris Plains, N. J.,

Theodore Kraut, Englewood, N. J.,

Roger M. Stinchfield, Mountain Lakes, N. J.,

und Herbert Guggenheim, Bronx, N. Y. (V. St. Α.), sind als Erfinder genannt worden

der Temperaturbereich der ersten Zone zwischen 104 und 132° C und der der zweiten Zone zwischen 121 und 157° C liegt. Es hat sich gezeigt, daß einerseits infolge der milderen Wärmebedingungen in der ersten, den am stärksten ausgelaugten Kaffeegrund enthaltenden Zone keine aromaschädigenden Vorgänge auftreten und andererseits durch die Aufrechterhaltung einer nur ganz zum Schluß etwas unter 100° C absinkenden Temperatur im ganzen System die Wärmebilanz bis zum Trockenprodukt besonders günstig ist.

Das erfindungsgemäße Verfahren soll nunmehr nachstehend und an Hand der Zeichnungen näher erläutert werden. Es zeigt

Fig. 1 ein Schemabild einer zur großtechnischen Durchführung der Erfindung geeigneten Anlage mit sechs Perkolatorkolonnen nebst zugehörigem Leitungssystem, und

Fig. 2 ein Diagramm der nach den Regeln der Erfindung in den drei Extraktionszonen herrschenden Temperaturen.

Das Ausgangsmaterial besteht aus Röstkaffee, der grundsätzlich in Form ganzer Bohnen verarbeitet werden kann, als Mahlkaffee jedoch erfahrungsgemäß die besten Ergebnisse liefert. Die Extraktion erfolgt vorzugsweise in Perkolatorkolonnen bekannter Art.

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Als Frischflüssigkeit für die erste, aus einer oder mehreren Kolonnen bestehende Zone dient vorzugsweise Wasser, jedoch ist auch eine verdünnte, lösliche Kaffeebestandteile enthaltende Extraktionsflüssigkeit beliebiger Herkunft geeignet. Die Temperatur der Frischflüssigkeit in der ersten Zone wird auf 104 bis 132° C und vorzugsweise auf 110,5° C und die Verweilzeit in ihr auf 15 bis 60 und vorzugsweise auf etwa 20 Minuten eingeregelt. Die aus dieser ersten Zone austretende Extraktionsflüssigkeit enthält 0,2 bis 4,0 und vorzugsweise 2⁰Zo lösliche Stoffe. Die. nach Abschalten einer solchen ersten Zone in ihr zurückbleibende Kaffeemasse kann ebenfalls noch 0,2 bis 4,0, beispielsweise 2% löslichen Rest enthalten.

Die Erstextraktionsflüssigkeit wird nunmehr um etwa 22 bis 36° C aufgeheizt, so daß sie beim Eintritt in die zweite, ebenfalls aus einer oder mehreren Kolonnen bestehende Zone eine Temperatur von 121 bis 157° C und vorzugsweise 145,5° C besitzt. Bei mehreren in Reihe geschalteten Kolonnen werden die ao mit stärker extrahierter Kaffeemässe gefüllten Perkolatoren mindestens so hoch wie die mit frischerem Röstkaffee gefüllten erhitzt. Die Extraktionsflüssigkeit verweilt in dieser zweiten, heißen Zone 40 bis 110 und vorzugsweise 75 Minuten und verläßt sie mit einem Gehalt an 12 bis 30% löslichen Stoffen.

Die Temperatur der Zweitextraktionsflüssigkeit wird so eingestellt, daß sie bei Eintritt in die dritte, mit frischem Röstkaffee gefüllte Zone 99 bis 132° C und vorzugsweise 99° C beträgt. Während des Durchlaufs durch die Kaffeemasse, der 35 bis 40 und vorzugsweise etwa 42 Minuten dauert, wird dafür gesorgt, daß die Flüssigkeit teils durch den Kontakt mit der kühleren Kaffeemasse und dem Kolonnenmaterial durch natürliche Konvektion, durch Wärmeaustausch oder sonstwie etwas abgekühlt wird und infolgedessen als Fertigextrakt die letzte Kolonne mit einer Abgangstemperatur von 79,5 bis 93° C und vorzugsweise von 82° C verläßt. Die Konzentration der löslichen Stoffe im Fertigextrakt beträgt 35 bis 45% und vorzugsweise 41,3%, was — auf eingegebene Röstkaffeemenge berechnet — einer Gesamtausbeute von 28 bis 33% und insbesondere von 30% entspricht. Jedes Teilchen Frischflüssigkeit verbleibt im Gesamtsystem etwa 120 bis 200 und vorzugsweise 165 Minuten.

Im Diagramm gemäß Fig. 2 sind die vorstehend angegebenen Temperaturbereiche der Extraktionsflüssigkeit als Ordinate gegen die drei Zonenabschnitte in Einheiten der Verweilzeit als Abszisse aufgezeichnet, wobei die Durchlaufsrichtung des Röstkaffees von links nach rechts und die der Extraktionsflüssigkeit von rechts nach links ist. Die dargestellten Zeitkoordinatenwerte sind.für die Erfindung nicht entscheidend, sondern können gemäß früherer Angaben variiert werden.

Da das vorstehend beschriebene Extraktionsverfahren halbkontinuierlich arbeitet, 'd. h. periodisch eine mit frischem Röstkaffee gefüllte Kolonne hinzu- und rechts eine mit endgültig ausgelaugter Kaffee- e₀ masse gefüllte Kolonne abgeschaltet wird, schwanken die Temperaturen in den einzelnen Kolonnen so lange, bis sich die vor dem Wechsel in ihnen herrschende Temperatur auf den jeweils neuen Betriebszustand eingestellt hat. Sowohl die angegebene als auch die gezeichneten Temperaturen beziehen sich daher auf den quasistationären Zustand, der im System z. B. im Zeitpunkt kurz vor einem Umschaltvorgang herrscht. Die in Fig. 2 gestrichelte Linie bezieht sich auf das später beschriebene Ausführungsbeispiel.

Der aus der dritten Zone austretende, stoffreiche Extrakt kann beispielsweise in einen Sprühtrockner eingegeben werden, in dem das in ihm enthaltene Wasser verdampft und ein trockenes, auflösbares Kaffeepulvef als Endprodukt gewonnen wird. Selbst bei Verarbeitung eines 40 bis 45% lösliche Bestandteile enthaltenden Extraktes zeichnet· sich das Endprodukt durch eine annehmbare Würze, ein gutes Aroma und vor allem durch völliges Fehlen aller Merkmale aus, die sich normalerweise bei übermäßiger Druckzersetzung oder Hydrolyse bemerkbar machen.

Das erfindungsgemäße Verfahren soll nunmehr an Hand einer bevorzugten Ausführungsform und unter Benutzung der in Fig. 1 schematisch dargestellten Perkolatorkolonnenanlage beschrieben werden, ohne damit auf dieses nur zur Erläuterung dienende Beispiel beschränkt zu sein.

Die dargestellte Extraktionsanlage besteht aus einer Mehrzahl von Perkolatorkolonnen 10 bis 15, die je in Boden- und Kopfnähe mit Sieben ausgerüstet sind, welche die in der Kolonne befindliche Röstkaffeemasse gegen Verschleppung durch die hochsteigende Extraktionsflüssigkeit schützen. Jede Kolonne weist am Kopf eine Zuführungsleitung 16 bis 21 und am Boden eine mit Ventil 42 bis 47 bestückte Abgabeleitung für die Röstkaffeefüllung auf. Die Extraktionsflüssigkeit tritt je in Bodennähe durch eine Leitung 23 bis 28 in, die Kolonne ein und verläßt sie in Kopfnähe durch eine Auslaßleitung, wobei Auslaß- und Einlaßleitung in Strömungsrichtung aufeinanderfolgender Kolonnen je miteinander verbunden sind. In der in Fig. 1 dargestellten Apparatur tritt also die Extraktionsflüssigkeit durch die Leitung 23 in die Kolonne 10 ein, durchläuft nacheinander Leitung 24, Kolonne 11, Leitung 25, Kolonne 12, Leitung 26, Kolonne 13, Leitung 27, Kolonne 14, tritt durch Leitung 28 in die letzte, Unke Kolonne 15 ein und verläßt diese durch Auslaß 41.

Jede Kolonne besitzt einen Wärmeaustauscher 29 bis 34 mit Leitung 35 bis 40 für das Medium, z. B. je nach Betriebsbedingung Kühlwasser oder Dampf. Der Austauscher kann in der Kolonne selbst angeordnet sein, wird aber vorzugsweise in die Einlaßleitung kurz vor der Kolonne eingebaut.

Das Verfahren ist natürlich nicht an die Verwendung von sechs Kolonnen gebunden, sondern kann je nach Gegebenheit mit mehr oder weniger Perkolatoren arbeiten.

Bei einem praktischen Betriebsbeispiel wurde zu Beginn jede Säule mit 84 kg gemahlenem Mischröst-. kaffee gefüllt und mit der Extraktion begonnen. Nach Ablauf einer gewissen Zeit, in der das System ins Gleichgewicht, d. h. auf gleichmäßige Betriebsbedingungen, gekommen ist, wird über Leitung 23 Frischwasser unter einem Druck von etwa 14 kg/cm² eingelassen, im Wärmeaustauscher 29 durch über Leitung 35 zugeführten Dampf auf 110° C erhitzt und in die bei diesem Ausführungsbeispiel erste Kolonne 10 des sogenannten kalten Abschnitts eingeleitet, die mit am stärksten extraktierter Röstkaffeemasse gefüllt ist. Diese Masse war vom Zeitpunkt ihrer Eingabe bis zu dem ihrer Herausnahme insgesamt 165 Minuten lang im Gesamtsystem def Einwirkung von Extraktionsflüssigkeit unterworfen. Kurz vor der Herausnahme der Masse enthielt die die Kolonne 10 verlassende

Extraktionsflüssigkeit etwa 2 Gewichtsprozent lösliche Kafieesubstanz.

Diese Extraktionsflüssigkeit wurde über Leitung 24 in den Wärmeaustauscher 30 gefördert, hier durch über Leitung 36 zugeführten Dampf auf 120⁰C erhitzt und dann von unten her in die Kolonne 11 eingeleitet, die eine Schicht aus etwas frischerem, d. h. etwas mehr lösliche Bestandteile als die in der lonne 10 befindliche Füllung enthaltende Röstkaffeemasse enthielt. Die am Kopf dieser Kolonne 11 abgehende Extraktionsflüssigkeit wurde über Leitung 25 "dem Wärmeaustauscher 31 zugeführt, hier durch über Leitung 37 zugeführtem Dampf auf 145° C erhitzt und in der ersten Kolonne 12 des sogenannten Heißabschnitts hochgedrückt. Die hier kopfseitig durch ■ Leitung 26 abfließende Lösung wurde im über Leitung 38 mit Dampf gespeistem Wärmeaustauscher auf 147° C erhitzt und von unten nach oben durch die Kolonne 13 hindurchgeleitet. Nach dem Austritt aus dieser Kolonne 13 wurde die Extraktionsflüssigkeit über die Leitung 27 dem Wärmeaustauscher 33 zugeführt, hier durch über Leitung 39 zugeführtem Dampf auf 123° C eingestellt und in die letzte Kolonne 14 des Heißabschnitts hineingedrückt, die sie mit einem Gehalt von etwa 17,5% löslicher Kaffeesubstanz durch Leitung 28 verließ. Die,Gesamtverweilzeit der Extraktionsflüssigkeit im Heißabschnitt, d. h. in den Kolonnen 12, 13 und 14, betrug hierbei 75 Minuten.

Nach dem Verlassen der Kolonne 14 kühlte sich im vorliegenden Betriebsbeispiel die Extraktionsflüssigkeit in der Leitung 28 durch natürliche Konvektion und ohne Zuhilfenahme des an sich vorhandenen Wärmeaustauschers 34 auf die gewünschte, 99° C betragende Eintrittstemperatur in den letzten, sogenannten Abkühlabschnitt der Anlage ab, der in diesem Fall aus einer einzigen Kolonne 15 bestand. In dieser Kolonne kam die Extraktionsflüssigkeit mit praktisch frischer Röstkaffeemasse in Kontakt und verließ sie nach etwa 42 Minuten durch Leitung 41 mit einer Temperatur von 82° C und einem Stoffgehalt von 41,3%.

In Fig. 2 sind, wie bereits erwähnt, die Temperaturbedingungen dieses Betriebsversuches eingezeichnet. Die frische Extraktionsflüssigkeit tritt in den sögenannten kalten Systemabschnitt mit einer Temperatur von 110⁰C ein, wird im sogenannten heißen Abschnitt bis auf 148° C erhitzt und kühlt sich im weiteren Lauf bis zum Austritt aus dem Abkühlabschnitt auf 82° C ab. , Der mittlere Abzugsfaktor, d. h. das Gewichtsverhältnis zwischen der ein Kaffeebett durchströmenden Extraktionsflüssigkeit und dessen Kaffeegehalt betrug hierbei 0,79. Die ein Maß für die Extraktionsvollständigkeit darstellende Konzentration der löslichen Stoffe in der Extraktionsflüssigkeit kurz vor dem Abschalten betrug 2%.

Das aus der letzten Kolonne 15 austretende, stoffreiche Extraktionsgut gab bei der Sprühtrocknung ein Kaffeepulver der gewünschten, dunklen Farbe.

Claims (5)

PATENTANSPRÜCHE:

1. Verfahren zur Gewinnung von Kaffee-Extrakt durch wäßrige Gegenstromextraktion von Röstkaffee in drei unterschiedlich temperierten Zonen, von denen die Temperatur der dritten niedriger als die der zweiten ist, dadurch gekenn zeichnet, daß die Extraktion mit frischer Extraktionsflüssigkeit in der ersten Zone bei einer Temperatur durchgeführt wird, die niedriger als die der zweiten Zone ist, wobei der Temperaturbereich der ersten Zone zwischen 104 und 132° C und der der zweiten Zone zwischen 121 und 157° C liegt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Eintrittstemperatur der Extraktionsflüssigkeit in der ersten Zone niedriger als die Austrittstemperatur ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Austrittstemperatur der Extraktionsflüssigkeit in der zweiten Zone etwa 22 bis 36° C über der Austrittstemperatur des Extraktes aus der dritten Zone liegt.

4. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Austrittstemperatur des Extraktes aus der dritten Zone etwa 79,5 bis 93° C beträgt.

5. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Extraktionsflüssigkeit in der ersten Zone auf einen Gehalt von 4%, in der zweiten Zone auf einen Gehalt von 12 bis 3O°/o und in der dritten Zone auf einen Gehalt von 35 bis 40% an löslichen Stoffen gebracht wird.

In Betracht gezogene Druckschriften:
USA.-Patentschriften Nr. 2 515 730, 2 380 046.

Hierzu 1 B'att Zeichnungen

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