DE69407995T2

DE69407995T2 - Herstellung von trockenem kaffeearomagas mit verbesserten aromaeigenschaften

Info

Publication number: DE69407995T2
Application number: DE69407995T
Authority: DE
Inventors: Alice Mary Cincinnati Oh 45240 Cormaci
Original assignee: Procter and Gamble Co
Current assignee: Procter and Gamble Co
Priority date: 1993-11-18
Filing date: 1994-05-10
Publication date: 1998-08-20
Anticipated expiration: 2014-05-11
Also published as: CA2175890A1; AU7376894A; DK0729304T3; EP0729304B1; JPH09504958A; EP0729304A1; ES2111316T3; ATE162047T1; GR3025908T3; CN1135163A; WO1995013708A1; DE69407995D1; US5342639A; CA2175890C; CN1040831C

Description

TECHNISCHES GEBIET

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von trockenem Kaffeearomagas, z.B. Kaffeemahlgas, mit verbesserten Aromaeigenschaften. Das trockene Kaffeearomagas kann zur Aromatisierung von Lebensmittelsubstraten, z.B. löslichem Kaffee, verwendet werden.

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Kaffeearomagas wird üblicherweise zur Verstärkung des Aromas verschiedener Kaffeeprodukte verwendet. Um dies zu erreichen, wird das Kaffeearomagas in einen flüssigen Träger, wie etwa Kaffeeöl, eingebaut und dann zur Aromatisierung der verschiedenen Kaffeeprodukte verwendet.
Zum Beispiel offenbart das US-Patent 4,335.149 von Stipp (übertragen an The Procter & Gamble Company), erteilt am 15. Juni 1982, ein Verfahren zur direkten Kondensation von Kaffeearomagas auf ein fluidisiertes Bett von auf Tieftemperatur versetzten Kaffeeöl-Partikeln. Ein Bett von partikelförmigem festen Kaffeeöl wird in einen Behälter eingebracht, der mit Hilfe eines kryogenen Fluids gekühlt ist. Die partikelförmigen Feststoffe werden fluidisiert, um ein adsorbierendes Bett derselben zu ergeben. Gasförmige flüchtige Aromastoffe aus einem Kaffeearomagas werden dann an dem gekühlten und fluidisierten Bett von Partikeln, die eine Temperatur von unter -150ºF aufweisen, kondensiert. Die so gebildeten aromatisierten Partikel können äquilibriert, geschmolzen und dann zu löslichem Kaffee zugesetzt werden, um Aroma beizustellen. Stipp lehrt, daß es üblicherweise wünschenswert ist, jegliche Feuchtigkeit aus dem Kaffeearomagas vor der Kondensation abzutrennen, um unerwünschte Hitzebelastungen zu vermeiden und ein Verstopfen des fluidisierten Bettes der auf Tieftemperatur versetzten Kaffeeöl-Partikel minimal zu halten. Obwohl Stipp nicht ein Verfahren, um dies auszuführen, offenbart, war es hinreichend bekannt, daß wassergekühlte Kondensatoren zur Abtrennung eines Teils der Feuchtigkeit des Aromagases, in der Regel bis zu etwa 50 % der Feuchtigkeit des Aromagases, verwendet werden können.
Ein verbessertes Verfahren zur Abtrennung von Feuchtigkeit aus Kaffeearomagas wurde in der CA-A-2098224 beschrieben, die am 12. Dezember 1993 mit einem Prioritätsdatum vom 23. Juni 1992 veröffentlicht wurde. Bei dem darin beschriebenen Verfahren wird die Feuchtigkeit direkt aus dem Kaffeearomagas abgetrennt, indem dasselbe durch ein Bett aus hydratisierbaren Kalziumsulfatkörnern geleitet wird. Das entstehende getrocknete Gas wird dann kondensiert und mit einem Aromaträger, z.B. Kaffeeöl, vereinigt, äquilibriert und geschmolzen. Das geschmolzene Produkt ist ein aromatisiertes Kaffeeöl, das löslichem Kaffee zur Ausstattung mit Aroma zugesetzt werden kann. Die Abtrennung von Feuchtigkeit direkt aus dem Kaffeearomagas trägt dazu bei, die Erzeugung von übermäßigen schwefeligen Aromastoffen in dem aromatisierten Kaffeeöl minimal zu halten. In Anwesenheit von Wasser können aromatisierte Kaffeeöle rasch übermäßige schwefelige Aromen entwickeln.
Es wurde jedoch herausgefunden, daß das mit Trocknungsmittel behandelte Kaffeearomagas, welches gemäß der Offenbarung der Patentanmeldung hergestellt wurde, oft ein unausgeglichenes und übermäßig muffiges Aroma hat. Aromatisiertes Kaffeeöl, das dieses mit Trocknungsmittel behandelte Kaffeearomagas enthält, zeigt auch oft ein unausgeglichenes und übermäßig muffiges Aroma.
Es ist daher ein Ziel der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Abtrennung von Feuchtigkeit aus Kaffeearomagas unter Verwendung eines Kalziumsulfat-Trocknungsmittels zur Verfügung zu stellen, welches Verfahren die Entwicklung von unausgeglichenen und übermäßig muffigen Aromen in dem mit Trocknungsmittel behandelten Kaffeearomagas nicht verursacht.
Diese und andere Ziele dieser Erfindung werden aus der folgenden Offenbarung klar werden.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung stellt ein Verfahren zur Herstellung von trockenem Kaffeearomagas mit verbesserten Aromaeigenschaften zur Verfügung. Gemäß diesem Verfahren wird ein Strom von feuchtigkeitshaltigem Kaffeearomagas durch ein exsikkierendes Bett von Kalziumsulfatkörnern hindurchgeleitet und daraus austreten gelassen, wobei die genannten Körner anfänglich weniger als etwa 0,5 % adsorbierte Feuchtigkeit, bezogen auf das Gewicht (Trockenbasis) der Kalziumsulfatkörner, enthalten. Der Strom aus feuchtigkeitshaltigem Kaffeearomagas wird unterbrochen, nachdem der Gehalt an adsorbierter Feuchtigkeit der Kalziumsulfatkörner von weniger als etwa 0,5 % auf mindestens etwa 4,3 %, bezogen auf das Gewicht (Trockenbasis) der Kalziumsuffatkörner, angestiegen ist, jedoch bevor der Feuchtigkeitsgehalt des Stroms aus dem mit Trocknungsmittel behandelten Kaffeearomagas, der aus dem exsikkierenden Bett austritt, etwa 1000 ppm übersteigt. Das gesamte aus dem exsikkierenden Bett austretende mit Trocknungsmittel behandelte Kaffeearomagas wird aufgefangen und vereinigt, bis der Strom von feuchtigkeitshaltigem Kaffeearomagas unterbrochen wird. Das aufgefangene und vereinigte mit Trocknungsmittel behandelte Kaffeearomagas enthält zwischen etwa 10 und etwa 200 ppm Feuchtigkeit und weist nicht ein unausgeglichenes und übermäßig muffiges Aroma auf. Dieses mit Trocknungsmittel behandelte Kaffeearomagas kann zur Aromatisierung von Nahrungsmittelsubstraten verwendet werden.
Die Verbesserungen gegenüber dem Stand der Technik, die in das Verfahren hierin eingebaut sind, bestehen aus 1) den kritischen Feuchtigkeitsparametem, bei welchen das Kalziumsulfat-Trocknungsverfahren betrieben werden muß, und 2) der Vereinigung aller mit Trocknungsmittel behandelten Kaffeearomagase, die aus dem exsikkierenden Bett austreten, während bis zu diesen kritischen Feuchtigkeitsparametem und innerhalb derselben gearbeitet wird. Es stellte sich heraus, daß feuchtigkeitshaltiges Kaffeearomagas, welches mit einem Kalziumsulfat-Trocknungsmittel getrocknet wurde, häufig ein unausgeglichenes und übermäßig muffiges Aroma zeigt. Die vorliegende Erfindung stellt ein Verfahren zur Vermeidung der Entwicklung dieser unausgeglichenen und übermäßigen Aromen zur Verfügung.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Fig. list ein Diagramm, das die kritischen Feuchtigkeitsparameter bei dem erfindungsgemäßen Trocknungsverfahren zeigt. Auf der vertikalen Achse sind die Gehalte von adsorbierter Feuchtigkeit in dem Kalziumsulfat- Trocknungsmittel dargestellt. Die horizontale Achse stellt die Anzahl früherer Regenerations- und Wiederverwendungszyklen für das Trocknungsbett dar.
In Fig. 1 zeigt die Linie A die Adsorptionskapazität des exsikkierenden Bettes aus Kalziumsulfatkömern für einen beliebigen gegebenen Regenerations- und Wiederverwendungszyklus. Ein Überschreiten dieser Adsorptionskapazität wird zu unerwünschtem Feuchtigkeitsdurchbruch in dem mit Trocknungsmittel behandelten Kaffeearomagas führen. Übermäßige Mengen an Feuchtigkeit in dem mit Trocknungsmittel behandelten Kaffeearomagas können zu rascher Entwicklung von übermäßigen schwefeligen Aromen führen.
In Fig. 1 stellt die Linie B den minimalen Gehalt an adsorbierter Feuchtigkeit (in einem exsikkierenden Bett von Kalziumsulfatkörnern) für einen beliebigen gegebenen Regenerations- und Wiederverwendungszyklus dar. Versäumt man es, den vorliegenden Trocknungsprozeß jenseits dieses Minimalgehaltes durchzuführen, so ergeben sich unausgeglichene und übermäßig muffige Aromen in dem mit Trocknungsmittel behandelten Kaffeearomagas.
Der schraffierte Bereich CDE stellt den Bereich der Gehalte von adsorbierter Feuchtigkeit in dem exsikkierenden Bett für einen beliebigen Regenerations- und Wiederverwendungszyklus dar, in welchem das Trocknungsverfahren hierin arbeiten muß, um eine übermäßige Bildung von schwefeligen oder muffigen Aromen zu vermeiden.

DEFINITIONEN

Die hierin verwendeten Ausdrücke haben die folgenden Bedeutungen.
"Adsorbierte Feuchtigkeit" bezieht sich auf die Feuchtigkeit eines feuchtigkeitshaltigen Kaffeearomagases, die von einem exsikkierenden Bett von Kalziumsuffatkörnern adsorbiert wurde. "Adsorbierte Feuchtigkeit" wird als ein Prozentwert von adsorbierter Feuchtigkeit, bezogen auf das Gewicht (Trockenbasis) von Kalziumsulfatkörnern in dem exsikkierenden Bett, ausgedrückt.
"Feuchtigkeitshaltiges Kaffeearomagas" ist Kaffeearomagas, das noch nicht durch ein Kalziumsulfat-Trocknungsmittel hindurchgegangen ist und das mehr als etwa 0,10 % Feuchtigkeit enthält.
"Regenerierte Kalziumsulfatkörner" sind Kalziumsulfatkörner, die einem beliebigen bekannten oder üblichen Trocknungsverfahren unterworfen wurden, um adsorbierte Feuchtigkeit zu entfernen. Diese "regenerierten" Körner enthalten weniger als etwa 0,5 % adsorbierte Feuchtigkeit.
"Regenerations- und Wiederverwendungszyklus" bezieht sich auf die Sequenz, in welcher ein exsikkierendes Bett von Kalziumsulfatkörnern in einem Trocknungsprozeß hierin verwendet und anschließend luftgetrocknet wird, um adsorbierte Feuchtigkeit zu entfernen.
"Trockenes", "exsikkiertes" oder "mit Trocknungsmittel behandeltes" Kaffeearomagas bedeutet Kaffeearomagas, das durch ein Kalziumsulfat- Trocknungsmittel hindurchgeschickt wurde und zwischen etwa 10 und etwa 200 ppm Feuchtigkeit enthält.
Alle Prozentangaben, Teile und Verhältnisse beziehen sich, wenn nicht anders angegeben, auf das Gewicht.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG

Das Verfahren gemäß der vorliegenden Erfmdung verwendet ein Trocknungsverfahren, bei welchem Feuchtigkeit aus Kaffeearomagas unter Verwendung eines Kalziumsulfat-Trocknungsmittels abgetrennt wird. Das mit Trocknungsmittel behandelte Kaffeearomagas zeigt ein ausgeglichenes Aroma ohne übermäßig muffige Aromaeigenschaften. Bei einem bevorzugten Verfahren wird das mit Trocknungsmittel behandelte Kaffeearomagas mit einem Aromaträger vereinigt, um ein aromatisiertes Kaffeeöl zu bilden.
Diese Verfahren werden wie folgt detailliert beschrieben.

Feuchtigkeitsabtrennung unter Verwendung eines Kalziumsulfat- Trocknungsmittels

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird feuchtigkeitshaltiges Kaffeearomagas durch ein exsikkierendes Bett von Kalziumsulfatkörnern hindurchgeleitet und aus diesem austreten gelassen. Das gesamte austretende Gas wird aufgefangen und vereinigt, um ein mit Trocknungsmittel behandeltes Kaffeearomagas zu bilden, welches zwischen etwa 10 und etwa 200 ppm Feuchtigkeit enthält. Eine detailliertere Beschreibung des Verfahrens ist wie folgt.

1. Kaffeearomagas

Kaffeearomagas zur Verwendung in dem Trocknungsverfahren hierin kann durch bekannte und übliche Mittel zur Verfügung gestellt werden. Kaffeearomagas umfaßt flüchtige Kaffeebestandteile, die während der Vorgänge der Kaffeeherstellung, wie etwa beim Rösten, Mahlen, bei der Wasserdampfdestillation oder trockenen Destillation, aufgefangen werden. Vorzugsweise wird das Kaffeearomagas während des Mahlens von gerösteten Kaffeebohnen gewonnen (Kaffeemahlgas). Kaffeemahlgas kann leicht dadurch erhalten werden, daß die Mahlvorrichtung während der Mahlvorgänge eingeschlossen oder mit einer Abzugshaube versehen wird. Mahlgase, die vom gemahlenen Kaffee freigesetzt werden, können durch eine Pumpe, ein Rotationsgebläse oder dergleichen abgezogen werden. Beim Einsatz von Pumpen kann es wünschenswert sein, das Gas vor der Pumpe zu kühlen, sodaß die durch Pumpen zugeführte Wärme die flüchtigen Aromastoffe, die im Gas enthalten sind, nicht abbaut.
Wenn Kaffeebohnen geröstet und gemahlen werden, geben sie ein Kaffeemahlgas ab, welches Kohlendioxid, Wasser und flüchtige Aromastoffe umfaßt. Wenn Kaffeemahlgas während des Auffangens mit Luft vermischt wird, enthält es in der Regel 4 bis 8 % Kohlendioxid, 0,80 bis 2,5 % Feuchtigkeit und 0,10 bis 0,20 % flüchtige Aromastoffe. Wie der Ausdruck hierin verwendet wird, sind "flüchtige Aromastoffe" jene Verbindungen, die von geröstetem Kaffee freigesetzt werden und gemeinsam ein typisches Röstkaffeearoma liefern.

2. Trocknung von Kaffeearomagas unter Verwendung von Kalziumsulfat- Trocknungsmittel

Bei dem vorliegenden Trocknungsprozeß wird Feuchtigkeit aus einem Strom von feuchtigkeitshaltigem Kaffeearomagas dadurch entfernt, daß das Gas durch ein exsikkierendes Bett von Kalziumsulfatkörnern geleitet wird. Der Feuchtigkeitsgehalt des Gasstroms wird in der Regel zwischen etwa 1000 und etwa 8000 ppm beim Eintritt in das exsikkierende Bett sein und wird beim Austritt zwischen etwa 10 und etwa 200 ppm sein.
Vor dem Kontakt der Kalziumsulfatkörner mit dem Strom von feuchtigkeitshaltigem Kaffeearomagas werden diese anfänglich weniger als etwa 0,5 % adsorbierte Feuchtigkeit, bezogen auf das Gewicht (Trockenbasis) der Körner, aufweisen. Dieser Gehalt an adsorbierter Feuchtigkeit steigt an, wenn der Strom von feuchtigkeitshaltigem Kaffeearomagas durch das exsikkierende Bett geleitet wird, wodurch Feuchtigkeit aus dem Gasstrom abgetrennt wird. Ein Strom von feuchtigkeitshaltigem Aromagas wird solange durch das exsikkierende Bett geleitet, bis der Gehalt an adsorbierter Feuchtigkeit in dem exsikkierenden Bett von weniger als etwa 0,5 % auf mindestens etwa 4,3 %, bezogen auf das Gewicht (Trockenbasis) der Kalziumsulfatkörner, angestiegen ist. Anschließend kann der Durchgang des Gasstroms nur solange fortgesetzt werden, bis der Feuchtigkeitsgehalt des austretenden Gasstroms plötzlich von etwa 10 bis 50 ppm auf zwischen etwa 200 und etwa 1000 ppm ansteigt. Zu diesem Zeitpunkt ist der Trocknungsvorgang abgeschlossen und der Strom an feuchtigkeitshaltigem Kaffeearomagas muß unterbrochen werden.
Das in Fig. 1 dargestellte Diagramm unterstützt die Darstellung des Bereichs der Gehalte an adsorbierter Feuchtigkeit (in dem exsikkierenden Bett), in welchem das Trocknungsverfahren betrieben werden muß. Der schraffierte Bereich CDE im Diagramm stellt den kritischen Bereich an Gehalten adsorbierter Feuchtigkeit in dem exsikkierenden Bett dar, der erreicht werden muß, jedoch während des Trocknungsverfahrens nicht überschritten werden darf. Wie nachstehend beschrieben, wird das gesamte mit Trocknungsmittel behandelte Aromagas vereinigt und aufgefangen. Dies inkiudiert die Aromagas-Fraktionen, die aus dem exsikkierenden Bett austreten, wenn die Gehalte an adsorbierter Feuchtigkeit unterhalb von 4,3 % liegen (Fig. 1, Linie B), sowie die Aromagas-Fraktionen, die aus dem exsikkierenden Bett austreten, wenn die Gehalte an adsorbierter Feuchtigkeit zwischen etwa 4,3 % (Fig. 1, Linie B) und der Adsorptionskapazität (Fig. 1, Linie A) liegen.
Die Strömungsrate des feuchtigkeitshaltigen Kaffeearomagases wird in der Regel zwischen 8,5 und 33,98 m³/h (etwa 5 bis etwa 20 scfm (std. cu. ft. per min.)) pro 45,36 kg (100 lb) Kalziumsulfatkörner, noch üblicher bei 25,49 m³/h pro 45,36 kg (etwa 15 scfm pro 100 lb) Kalziumsuffatkörner (in einem später beschriebenen Trocknungsgefäß) liegen. Hohe Strömungsraten werden dazu neigen, die Feuchtigkeitsadsorptionskapazität für jeden beliebigen gegebenen Regenerations- und Wiederverwendungszyklus etwas herabzusetzen.
Es ist wichtig, daß das gesamte mit Trocknungsmittel behandelte Kaffeearomagas aufgefangen und vereinigt wird. Dies inkludiert alle Fraktionen des mit Trocknungsmittel behandelten Kaffeearomagases, die aus dem exsikkierenden Bett vom Anfang bis zum Ende des hierin zuvor beschriebenen Trocknungsprozesses austreten. Jede Fraktion des mit Trocknungsmittel behandelten Aromagases hat eine einzigartige Aromacharakteristik. Nur wenn diese Aromagasfraktionen aufgefangen und vereinigt werden, weisen sie insgesamt ein typisches ausgeglichenes Röstkaffeearoma auf. Die Kombination des mit Trocknungsmittel behandelten Kaffeearomagases, das während des Trocknungsprozesses aufgefangen wird, enthält zwischen etwa 10 und etwa 200 ppm, vorzugsweise zwischen etwa 10 und etwa 50 ppm, Feuchtigkeit.
Es ist bekannt, daß Kalziumsulfat-Trocknungsmittel eine Feuchtigkeitsadsorptionskapazität von etwa 6,5 % aufweist. Bei der speziellen Verwendung zur Trocknung von feuchtigkeitshaltigem Kaffeearomagas stellte sich heraus, daß diese Adsorptionskapazität bei jedem Regenerations- und Wiederverwendungszyklus der Kalziumsulfatkörner (die im folgenden beschrieben werden) abnimmt (vgl. Fig. 1). Für einen beliebigen gegebenen Zyklus hängt der Punkt, bei welchem diese Adsorptionskapazität erreicht wird, mit dem Punkt zusammen, bei welchem der Feuchtigkeitsgehalt des austretenden mit Trocknungsmittel behandelten Aromagasstroms rasch von zwischen etwa 10 und etwa 50 ppm auf zwischen etwa 200 und 1000 ppm ansteigt, zusammen. Dieser rasche Anstieg stellt den Feuchtigkeitsdurchbruch dar, wenn die Feuchtigkeitsadsorptionskapazität erreicht oder überschritten wird.
Die Gehalte an adsorbierter Feuchtigkeit in dem exsikkierenden Bett zu einem beliebigen gegebenen Moment können unter Verwendung der Gleichung Mads = [(D x V x HS x 100]/W] + Mp berechnet werden, in welcher Mads die auf Gewicht (Trockenbasis) der Kalziumsulfatkörner zu jedem gegebenen Moment bezogenen Prozente adsorbierter Feuchtigkeit darstellt; D die Dichte (lb/scf) des feuchtigkeitshaltigen Kaffeearomagases ist; V das Volumen (scf) des feuchtigkeitshaltigen Kaffeearomagases, das in das exsikkierende Bett eingeleitet wurde, ist; HS die Sättigungsfeuchtigkeit (lb Feuchtigkeit/1b trockene Luft) in dem feuchtigkeitshaltigen Kaffeearomagas knapp, bevor das Gas in das exsikkierende Bett eintritt, ist; W das Gewicht (lb) von Kalziumsulfat in dem exsikkierenden Bett ist, und Mp die Prozente Feuchtigkeit, bezogen auf das Gewicht (Trockenbasis) der Kalziumsulfatkörner, vor Beginn des vorliegenden Gastrocknungsprozesses sind. Mp wird immer weniger als 0,5 %, in der Regel weniger als 0,1 %, betragen. Die Dichte (D) des feuchtigkeitshaltigen Kaffeearomagases beträgt etwa 12,975 bis 13,295 kg/m³ (0,81 bis 0,83 lb/scf). Andere Verfahren zur Messung der Gehalte an adsorbierter Feuchtigkeit, inklusive direkterer Messungen solcher Gehalte, können bei dem vorliegenden Trocknungsprozeß verwendet werden.
Es ist wichtig, daß das Trocknungsverfahren solange fortgesetzt wird, bis der Gehalt an adsorbierter Feuchtigkeit in dem exsikkierenden Bett auf mindestens etwa 4,3 %, bezogen auf das Gewicht (Trockenbasis) der Kalziumsulfatkörner, angestiegen ist. Es hat sich herausgestellt, daß ein Abbruch des Trocknungsverfahrens vor Erreichen dieses Minimalgehaltes an adsorbierter Feuchtigkeit normalerweise zu einem mit Trocknungsmittel behandelten Kaffeearomagas führt, das ein unausgeglichenes und übermäßig muffiges Aroma hat. Es wird angenommen, daß dieses übermäßig muffige Aroma auf einen Mangel bestimmter unbekannter flüchtiger Aromastoffe, die an die Kalziumsulfatkörner gebunden sind, zurückzuführen ist. Wenn die Gehalte an adsorbierter Feuchtigkeit etwa 4,3 %, bezogen auf das Gewicht (Trockenbasis) des Kalziumsulfat-Trocknungsmittels, erreicht haben, wird angenommen, daß die adsorbierte Feuchtigkeit beginnt, diese bestimmten flüchtigen Aromastoffe in den austretenden Strom des mit Trocknungsmittel behandelten Gases zu verdrängen, wodurch das unausgeglichene und übermäßig muffige Aroma eliminiert wird.
Es wird angenommen, daß die Feuchtigkeitsadsorption und die Verdrängung von gebundenen flüchtigen Kaffeearomastoffen der Schlüssel für das vorliegende Trocknungsverfahren sind. Es wird angenommen, daß flüchtige Kaffeearomastoffe leicht von den Kalziumsulfatkörnern adsorbiert werden, jedoch durch die adsorbierte Feuchtigkeit verdrängt werden. Am Anfang des Trocknungsverfahrens werden sowohl Feuchtigkeit als auch flüchtige Aromabestandteile auf den Kalziumsulfatkörnern adsorbiert. Bei Fortschreiten des Trocknungsprozesses und wenn die Anzahl der verfügbaren Adsorptionsstellen abnimmt, beginnt die Feuchtigkeit aus dem Aromagasstrom, die gebundenen flüchtigen Aromastoffe in den austretenden Strom des mit Trocknungsmittel behandelten Aromagases zu verdrängen. Nur wenn mindestens etwa 4,3 %, bezogen auf Gewicht (Trockenbasis) der Kalziumsulfatkörner, adsorbierte Feuchtigkeit vorliegt, erhalten wir eine ausreichende Verdrängung der flüchtigen Aromastoffe, die für die Eliminierung oder Maskierung des zuvor beschriebenen übermäßig muffigen Aromas verantwortlich sind.
Anders als bei der Feuchtigkeitsadsorptionskapazität des exsikkierenden Bettes gemäß voriger Beschreibung bleibt der minimale Gehalt an adsorbierter Feuchtigkeit bei jedem Regenerations- und Wiederverwendungszyklus konstant (vgl. Fig. 1). Das deutet darauf hin, daß die Kalziumsulfatkörner ihre Affinität für flüchtige Kaffeearomabestandteile nicht verlieren, obwohl sie ihre Affinität für Feuchtigkeit bei jedem neuen Zyklus verlieren. Dementsprechend nimmt bei jedem anschließenden Regenerations- und Wiederverwendungszyklus der verwendbare Bereich zwischen den minimalen und maximalen zulässigen Gehalten an adsorbierter Feuchtigkeit (Adsorptionskapazität) in dem exsikkierenden Bett ab. Nach etwa 30 Zyklen verschwindet dieser Bereich, sodaß die Kalziumsulfatkörner nicht weiter regeneriert und in dem Trocknungsverfahren wiederverwendet werden können. Regeneration und Wiederverwendung nach mehr als etwa 30 Zyklen wird zu einem mit Trocknungsmittel behandelten Kaffeearomagas führen, das ein unausgeglichenes und übermäßig muffiges Aroma hat.
Wie in der CA-A-2098224 beschrieben, wird der Fehler, den Trocknungsprozeß bei der Erreichung oder vor der Erreichung der Feuchtigkeitsadsorptionskapazität des exsikkierenden Bettes anzuhalten, dazu führen, daß übermäßige Mengen an Feuchtigkeit in das mit Trocknungsmittel behandelte Kaffeearomagas durchbrechen. Diese übermäßigen Feuchtigkeitsmengen können zu einer raschen Bildung von übermäßigen schwefeligen Aromen führen.
Das exsikkierende Bett von Kalziumsulfatkörnern kann aus einem Gefäß, bevorzugt einem geschlossenen Gefäß, bestehen, welches einen Einlaß und einen Auslaß zum Eintritt und Austritt eines Stromes von Kaffeearomagas aufweist. Das Gefäß wird in der Regel ein Verhältnis von Länge zu Durchmesser von etwa 10:1 bis etwa 3:1, bevorzugter von etwa 9:1 bis etwa 7:1, aufweisen. Das Gefäß ist mit Kalziumsulfatkörnern befüllt.
In der Praxis werden normalerweise mindestens zwei Trocknungsgefäße bei einem Herstellungsverfahren, welches zur Trocknung von feuchtigkeitshaltigem Kaffeearomagas bestimmt ist, verwendet. Zu jedem beliebigen Zeitpunkt ist mindestens ein Gefäß on-line und trocknet einen Strom von Kaffeearomagas, während das andere Gefäß off-line ist und regeneriert wird.
Die Kalziumsulfatkörner können auf bekannte und übliche Weise zur Verfügung gestellt werden. Besonders bevorzugt ist Drierit, ein gekörntes Kalziumsulfat-Trocknungsmittel, welches von der W. A. Hammond Drierite Company, Xenia, Ohio, hergestellt wird. Drierit ist allgemein bekannt für seine Verwendung bei der Trocknung von Luft und Industriegasen in relativ großen Mengen. Andere allgemein bekannte Trocknungsmittel sind u.a. Kaliumcarbonat, Magnesiumsulfat, Kalziumoxid, Phosphoroxid, Kalziumchlorid, Kaliumhydroxld und Natriumhydroxld.
Der Strom von feuchtigkeitshaltigem Kaffeearomagas kann in kontinuierlicher oder intermittierender Weise durch das exsikkierende Bett hindurchgeleitet werden. Wenn der Strom an feuchtigkeitshaltigem Kaffeearomagas, wie zuvor beschrieben wurde, unterbrochen wird, wird das Trocknungsgefäß off-line genommen und das hydratisierte Kalziumsulfat darin wird regeneriert (luftgetrocknet, um weniger als etwa 0,5 % Feuchtigkeit, bezogen auf das Trockengewicht des Kalziumsulfats, zu enthalten). Die Kalziumsulfatkörner werden wegen der Kritikalität der adsorbierten Feuchtigkeit, die hierin zuvor beschrieben wurde und in Fig. 1 dargestellt ist, nicht mehr als etwa 30 Zyklen hindurch verwendet (die Feuchtigkeitsadsorptionskapazität fällt unter den gestatteten Minimalgehalt an adsorbierter Feuchtigkeit).
Um die Regenerierung von hydratisiertem Kalziumsulfat einzuleiten, wird das Trocknungsgefäß aus dem Strom des feuchtigkeitshaltigen Aromagases off-line genommen. In der Regel wird Umgebungsluft auf zwischen etwa 232,2ºC und 315,6ºC (450ºF bis etwa 600ºF) erhitzt und in den Einlaß des Trocknungsgefäßes gepumpt oder eingeblasen. Die heiße Luft streicht durch die Kalziumsulfatkörner in dem Gefäß und tritt am Auslaß desselben wieder aus. Die heiße feuchtigkeitsbeladene Luft aus dem Auslaß wird in die Atmosphäre abgelassen. Der Strom an heißer Luft wird kontinuierlich durch das Gefäß hindurchgeschickt, bis das Bett der Kalziumsulfatkörner nicht mehr als etwa 0,5 % Feuchtigkeit, bezogen auf das Gewicht (Trockenbasis) der Körner, enthält. Normalerweise dauert es 3-8 Stunden, bis ein Gefäß mit Kalziumsulfatkörnern ausreichend getrocknet ist. Es sind in der Regel etwa 73,27 bis 87,92 Wh (etwa 250 bis 300 BTU) erforderlich, um ein Pfund Kalziumsulfatkörner, unabhängig vom Wärmeverlust, zu regenerieren. Es kann jede Wärmequelle verwendet werden, die für den Betrieb reine Luft bei der erforderlichen Temperatur zur Verfügung stellt. Ein Trocknungsgefäß gemäß voriger Beschreibung wird normalerweise etwa 0,708 m³ (etwa 25 scfm) heiße Luft und etwa 3 KW elektrische Wärme pro 45,36 kg (100 Pfund) Kalziumsulfatkörner zur Regenerierung derselben innerhalb von vier Stunden erfordern.
Die Feuchtigkeitsgehalte des heißen Luftstroms können am Einlaß des Gefäßes und an dessen Auslaß überwacht werden, um indirekt den Punkt festzulegen, bei welchem das Kalziumsulfat ausreichend regeneriert ist. Wenn der Feuchtigkeitsgehalt am Auslaß etwa gleich dem des Einlasses ist, ist das Kalziumsulfat ausreichend regeneriert (es liegen weniger als etwa 0,5 % adsorbierte Feuchtigkeit, bezogen auf das Trockengewicht des Kalziumsulfats, vor). Die Temperaturen am Einlaß und am Auslaß können ebenso überwacht werden, um den Feuchtigkeitsgehalt auf indirekte Weise zu messen. Wenn die Auslaßtemperatur etwa gleich der Einlaßtemperatur ist, ist das Kalziumsulfat ausreichend regeneriert.
Wenn die Kalziumsulfatkörner regeneriert sind, wird die Heizvorrichtung, die den Einlaßluftstrom erwärmt, ausgeschaltet. Ein trockener Luftstrom (Taupunkttemperatur von weniger als etwa -23,3ºC (etwa -10ºF)) wird dann durch das Gefäß hindurchgepumpt, bis die Temperatur der Auslaßluft auf unterhalb von etwa 37,78ºC (etwa 100ºF), vorzugsweise auf 200ºC (etwa 68ºF) absinkt. Das Gefäß kann on-line mit dem feuchtigkeitshaltigen Aromagasstrom gesetzt werden, um die Trocknung des Aromagases wieder aufzunehmen. Andererseits können Einlaß und Auslaß verschlossen werden und das Gefäß kann für eine spätere Verwendung aufbewahrt werden.
Es sei festgehalten, daß andere bekannte Verfahren zur Herabsetzung des Feuchtigkeitsgehaltes von feuchtigkeitshaltigen Kaffeearomagasen verwendet werden können, um das erfindungsgemäße Verfahren der Gastrocknung mit Kalziumsulfat vorzunehmen. Beispiele solcher bekannter Methoden inkludieren, sind jedoch nicht darauf beschränkt, Röstung unter trockenen Bedingungen und die Verwendung von Abschreckungsverfahren auf geringe Feuchtigkeitsmengen und von Abschreckungsmedien während der Röstung. Ein besonders bevorzugtes Verfahren ist die Verwendung eines Vorkühlers, bevor das Kalziumsulfat-Gastrocknungsverfahren vorgenommen wird. Bei einem solchen Verfahren wird ein Strom von feuchtigkeitshaltigem Kaffeearomagas über einen Vorkondensator geleitet, um den Gasstrom auf eine Taupunkttemperatur zwischen 1,67ºC und 15,56ºC (etwa 35ºF bis 60ºF) abzukühlen. Etwa 25 bis 75 % der Feuchtigkeit, in der Regel etwa 50 % der Feuchtigkeit, in dem feuchtigkeitshaltigen Aromagasstrom können auf die gekühlten Oberflächen innerhalb des Vorkondensators kondensiert werden. Je mehr Feuchtigkeit aus dem feuchtigkeitshaltigen Kaffeearomagas abgetrennt wird, umso mehr Volumen feuchtigkeitshaltiges Kaffeearomagas kann durch eine gegebene Menge Kalziumsulfatkörner getrocknet werden. In gleicher Weise steigt auch das Volumen des Gases, das zur Erreichung des gestatteten Minimalgehalts (4,3 %J an adsorbierter Feuchtigkeit in dem exsikkierenden Bett erforderlich ist, an.
Das Kalziumsulfat-Gastrocknungsverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung vermindert den Kontakt von Feuchtigkeit mit den flüchtigen Kaffeearomastoffen während der möglichen Herstellung von aromatisiertem Kaffeeöl, die nachstehend beschrieben wird. Ein solcher Kontakt kann zur raschen Entwicklung von übermäßigen schwefeligen Aromen in dem aromatisierten Kaffeeöl führen. Zum Beispiel wird die Feuchtigkeit aus Kaffeearomagas normalerweise aus dem aromatisierten Kaffeeöl nur nach der Vereinigung eines feuchtigkeitshaltigen Kaffeearomagases mit einem Kaffeeöl zur Bildung von aromatisiertem Öl entfernt. Wasser wird normalerweise aus dem aromatisierten Kaffeeöl durch Dekantieren oder Zentrifugieren abgetrennt. Vor der Abtrennung des Wassers aus dem aromatisierten Öl tritt das Wasser mit den flüchtigen Kaffeebestandteilen in Wechselwirkung, um rasch übermäßige Mengen schwefeliger flüchtiger Stoffe zu erzeugen. Diese unerwünschte Wechselwirkung wird vermieden, wenn die Feuchtigkeit direkt aus dem Kaffeearomagas vor der Kondensation und der Vereinigung des Gases mit einem Kaffeeöl abgetrennt wird.
Es wird angenommen, daß diese übermäßigen schwefeligen Aromen dadurch gebildet werden, daß innerhalb des aromatisierten Kaffeeöls eine Reaktion von Ethanal, Methanthiol und Schwefelwasserstoff mit Wasser stattfindet. Das führt zur Entwicklung von 1-Methylethanthiol, einer Verbindung mit stark schwefeligem Aroma. Diese Reaktion ist, ohne Bezugnahme auf Kaffee, von Schulte, Koenders, Journal Agr. Food Chem., Bd. 20, Nr. 2, S. 181 (1972) beschrieben.
Das mit Trocknungsmittel behandelte Kaffeearomagas, das gemäß dem vorliegenden Verfahren hergestellt wurde, kann in jedem bekannten und üblichen Verfahren zur Aromatisierung verschiedener Substrate eingesetzt werden. Solche Substrate inkludieren löslichen oder Instant-Kaffee, gerösteten und gemahlenen Kaffee, Mischungen hievon, Kaffeepackungen und dergleichen.

Aromatisierung von Substraten unter Verwendung von mit Trocknungsmittel behandeltem Kaffeearomagas

Bei einem bevorzugten Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung wird das mit Trocknungsmittel behandelte Kaffeearomagas kondensiert und mit einem auf Tieftemperatur versetzten Aromaträger vereinigt, äquilibriert und dann geschmolzen. Das geschmolzene Produkt ist ein aromatisiertes Kaffeeöl, das anschließend zur Aromatisierung verschiedener Substrate verwendet werden kann. Eine detaillierte Beschreibung dieses Aromatisierungsverfahrens wird im folgenden angegeben.

1. Aromaträger

Der Aromaträger zur Verwendung bei dem vorliegenden Aromatisierungsverfahren kann jedes geeignete Substrat oder Sorbens sein, auf welches flüchtige Kaffeearomabestandteile übertragen werden können, sodaß das Substrat oder Sorbens als ein Träger für die flüchtigen Stoffe wirkt.
Die Quelle eines beliebigen Aromaträgers, der zur Aromatisierung eines Substrats verwendet wird, wird selbstverständlich im allgemeinen von dem Produkt abhängen, dessen Aroma verstärkt werden soll. Kaffeeöl ist der bevorzugte Träger, wenn das zu transportierende Aroma Kaffeearoma ist, und das Produkt, dessen Aroma verstärkt werden soll, Kaffee ist. Andere Arten von Trägern können jedoch ebenso zur Aromatisierung von Kaffeeprodukten verwendet werden. Typisch für solche andere Aromaträger sind genießbare Fette und Öle, die entweder tierischen oder pflanzlichen Ursprungs sein können und übliche Triglyzeride enthalten können, wie etwa Sojabohnenöl, Rapsöl, Maisöl, Fischöle, tierische Öle, Öle, die aus Früchten, Beeren und Gemüsen extrahiert sind.
Kaffeeöl zur Verwendung in dem wahlweisen Aromatisierungsprozeß hierin kann unter Einsatz von Extraktionsmethoden erhalten werden, die in der Fachwelt zur Gewinnung von Kaffeeöl aus gerösteten Kaffeebohnen allgemein bekannt sind. Im allgemeinen sind zwei Extraktionsverfahren im Einsatz. Das erste umfaßt ein Extraktionsverfahren, bei welchem organische Lösungsmittel und/oder superkritisches Kohlendioxid zur Abtrennung des Kaffeeöls aus geröstetem und gemahlenem Kaffee verwendet werden. Bei diesem Verfahren werden das organische Lösungsmittel und/oder das superkritische Kohlendioxid nach dem Kontakt mit dem gerösteten und gemahlenen Kaffee von dem Extrakt abgetrennt, um einen Rückstand an Kaffeeöl zu erhalten.
Die zweite und üblichere Methode verwendet das Auspressen von Kaffeeöl aus geröstetem Kaffee durch Einwirkung von extremem mechanischen Druck auf den gerösteten Kaffee. Das Produkt dieses Verfahrens wird oft als Expeller-Kaffeeöl bezeichnet. Expeller-Öl ist bevorzugt, da es nicht den Zusatz von Fremdmaterialien, z.B. organischen Lösungsmitteln, zu Kaffeesubstraten erfordert, um das Kaffeeöl zu gewinnen.
Kaffeeöl zur Verwendung bei diesem Aromatisierungsverfahren sollte weniger als etwa 0,1 % Feuchtigkeit vor der Vereinigung mit dem mit Trocknungsmittel behandelten Kaffeearomagas aufweisen. Dieses Öl mit geringem Feuchtigkeitsgehalt kann auf jede bekannte oder übliche Weise, bei welcher Wasser aus solchen Stoffen abgetrennt wird, gewonnen werden. Diese Methoden inkludieren in der Regel Flash-Trocknung, Zentrifugieren, Ultrazentrifugieren, Molekularfiltration, Kontakt mit Trocknungsmitteln, Verwendung von mit Glaswolle gefüllten Säulen und Kombinationen solcher Techniken. Andere Trocknungsverfahren, die das Kaffeeöl nicht verfälschen oder abbauen, können ebenso verwendet werden.
Wie bei anderen Aromaträgerölen fixieren Kaffeeöle die flüchtigen Kaffeearomastoffe oder halten sie zurück, sodaß sie zurückgehalten und später zur Aromatisierung verschiedener Substrate verwendet werden können.

2. Vereinügung und Kondensation von mit Trocknungsmittel behandeltem Aromagas mit auf Tieftemperatur versetztem Aromaträger

Bei dem Aromatisierungsverfahren wird ein mit Trocknungsmittel behandeltes Kaffeearomagas gemäß voriger Beschreibung hergestellt. Das mit Trocknungsmittel behandelte Kaffeearomagas wird dann kondensiert und mit einem auf Tieftemperatur versetzten Aromaträger vereinigt. Ein auf Tieftemperatur versetzter Aromaträger, wie etwa auf Tieftemperatur versetztes Kaffeeöl, kann auf eine Art und Weise hergestellt werden, die ähnlich der ist, die im US-Patent 3,783.163 (Patel), erteilt am 1. Jänner 1974, oder im US-Patent 4,335.149 von Stipp (übertragen auf The Procter & Gamble Company), erteilt am 15. Juni 1982, geoffenbart ist.
Beispielsweise bei der Herstellung eines auf Tieftemperatur versetzten Kaffeeöls wird das Kaffeeöl zu einem kryogenen Fluid zugesetzt, um eine kryogene Aufschlämmung zu bilden. Eine solche Aufschlämmung enthält eine Mischung von kryogenem Fluid und verfestigten Partikel von Kaffeeöl. Das kryogene Fluid wird während des Zusatzes des Kaffeeöls kontinuierlich gerührt. Eine solche Zugabe erfordert in der Regel etwa 10 bis 15 Minuten in Abhängigkeit von den relativen Mengen von Kaffeeöl und kryogenem Fluid. Die Aufschlämmung enthält weniger als etwa 0,1 % Wasser.
Verwendbare kryogene Fluide zur Verwendung bei diesem möglichen Aromatisierungsverfahren sind jene, die einen Siedepunkt (bei atmosphärischem Druck) von weniger als -69,7ºC (-109ºF) aufweisen. Diese inkludieren flüssigen Stickstoff, flüssigen Wasserstoff, flüssiges Helium, flüssige Luft und Mischungen hievon. Flüssiger Stickstoff ist außerordentlich bevorzugt, da er leicht gewonnen wird und auch im wesentlichen inert ist. Die anderen flüssigen Gase sind in der Regel flüchtiger und können daher Sicherheitsrisken darstellen. Das Gewichtsverhältnis von kryogenem Fluid zu Kaffeeöl ist in der Regel größer als etwa 1:1, noch üblicher zwischen etwa 5:1 und etwa 2:1.
Da flüssiger Stickstoff das bevorzugte kryogene Fluid zur Verwendung hierin ist, wird das folgende Aromatisierungsverfahren unter Einsatz von flüssigem Stickstoff beschrieben. Es versteht sich jedoch, daß andere kryogene Fluide, die zuvor beschrieben worden sind, ebenso verwendet werden können.
Nach der Bildung der auf Tieftemperatur versetzten Aufschlämmung (flüssiger Stickstoff und auf Tieftemperatur versetzte Kaffeeöl-Partikel) wird die Temperatur der Aufschlämmung über den Siedepunkt des flüssigen Stickstoffs (-195,6ºC (-320ºF)) ansteigen gelassen. Das führt zum Verdampfen des flüssigen Stickstoffs aus der Aufschlämmung Vollständige Verdampfung erfolgt in der Regel während 10 bis 30 Minuten. Die Verdampfungszeiten können beschleunigt werden, wenn die Aufschlämmung kontinuierlich oder intermittierend gerührt wird. Nach dem Verdampfen bleibt eine Masse von auf Tieftemperatur befindlichen Kaffeeöl- Partikeln zurück, die im wesentlichen frei von flüssigem Stickstoff ist.
Das auf Tieftemperatur versetzte Kaffeeöl wird dann mit dem mit Trocknungsmittel behandelten Kaffeearomagas, vorzugsweise nach einer von zwei Methoden, vereinigt. Bei einer weniger bevorzugten Methode wird das mit Trocknungsmittel behandelte Aromagas zu trockenem Aroma-Reif kondensiert und zu den auf Tieftemperatur versetzten Kaffeeöl-Partikeln zugesetzt. Dies wird dadurch erreicht, daß das mit Trocknungsmittel behandelte Kaffeearomagas über eine gekühlte Oberfläche geleitet wird, die eine Temperatur aufweist, die ausreicht, um das mit Trocknungsmittel behandelte Aromagas auf die gekühlte Oberfläche zu kondensieren. Vorzugsweise wird die Temperatur dieser Oberfläche unter etwa -101,1ºC (-150ºF), am bevorzugtesten unter etwa -134,4ºC (-210ºF) liegen. Es wird mehr Aromagas kondensieren (etwa 90 %), wenn die Oberflächentemperatur unterhalb von -134,4ºC (-210ºF] liegt. Ein geeigneter Kondensator kann einen doppelwandigen, vertikal angeordneten, Kratz-Wärmeaustauscher umfassen, der mit einem flüssigen Kühlgas, wie etwa flüssigem Stickstoff, gekühlt wird. Andere ähnliche Kondensatoren können ebenso eingesetzt werden. Der so gebildete Aroma-Reif kann dann direkt den auf Tieftemperatur versetzten Kaffeeöl-Partikeln zugesetzt werden.
Statt einen vorkondensierten Aroma-Reif zu den auf Tieftemperatur versetzten Ölpartikeln gemäß voriger Beschreibung zuzusetzen, wird bevorzugter das mit Trocknungsmittel behandelte Aromagas direkt auf die auf Tieftemperatur versetzten Kaffeeöl-Partikel kondensiert. Das führt zur Bildung einer Tieftemperatur-Masse von Aroma-/Kaffeeöl-Partikeln, wobei die Partikel einen inneren Kern aus verfestigtem Kaffeeöl und eine äußere Schichte von kondensiertem Aromagas umfassen, z.B. verfestigtes Kohlendioxid, Kaffeearoma-Materialien und weniger als 0,1 % Feuchtigkeit.
Bei dem vorliegenden Aromatisierungsverfahren wird das mit Trocknungsmittel behandelte Aromagas in einen gekühlten Behälter der auf Tieftemperatur versetzten Kaffeeöl-Partikel (die im wesentlichen frei von flüssigem Stickstoff sind) eingeführt. Die auf Tieftemperatur versetzten Kaffeeöl-Partikel in diesem Behälter können auf einer Temperatur von etwa -134,4ºC bis -178,9ºC (-210ºF bis etwa -290ºF) gehalten werden. Temperaturen unterhalb von etwa -178,9ºC (-290ºFJ können verwendet werden, jedoch kann dann Sauerstoff an den Partikeln kondensieren.
Sauerstoffkondensate können ein Sicherheitsrisiko während der Herstellung darstellen und werden vorzugsweise vermieden. Temperaturen oberhalb von etwa -134,4ºC (-210ºF) können ebenso verwendet werden, jedoch wird dabei der kondensierende Anteil von Aromagas unerwünschterweise auf weniger als 90 % herabgesetzt.
Wenn das mit Trocknungsmittel behandelte Aromagas in den gekühlten Behälter eintritt, kondensiert es auf die auf Tieftemperatur befindlichen Kaffeeöl-Partikel. Eine gewisse Kondensation kann auch an den Wänden des gekühlten Behälters stattfinden, jedoch findet die meiste Kondensation direkt auf die Tieftemperatur-Kaffeeöl-Partikel statt. Der Behälter enthält vorzugsweise ein Mittel zum Rühren der auf Tieftemperatur versetzten Ölpartikel, wenn das Aromagas in den Behälter eintritt. Durch das Rühren der Partikel während der Kondensation kondensieren die flüchtigen Kaffeearomabestandteile gleichmäßiger auf die Partikel innerhalb der Partikelmasse. Der gekühlte Behälter kann offen sein oder er kann ein belüfteter Behälter sein mit einem Mittel zur Kühlung des Inhalts darin auf unter etwa -134,4ºC (-210ºF). Das kühlende Mittel ist in der Regel durch einen Mantel aus flüssigem Stickstoff, der den Wänden des gekühlten Behälters zugeordnet ist, beigestellt, ist jedoch nicht darauf beschränkt.

3. Gesteuerte Äquilibrierung

Die auf Tieftemperatur versetzte Masse der Aromaöl-Partikel wird dann einer gesteuerten Temperatur-Äquilibrierung unterworfen, die es ermöglicht, daß im wesentlichen das gesamte feste Kohlendioxid von den Kaffeeöl- Partikeln absublimiert. Die Äquilibrierung gestattet es auch, daß die flüchtigen Kaffeearomabestandteile in das Kaffeeöl wandern oder sich anschließend hierauf am Kaffeeöl fixieren, während das Kohlendioxid sublimiert und von den auf Tieftemperatur befindlichen Partikeln abgezogen wird.
Während der Äquilibrierung kann die Masse der auf Tieftemperatur versetzten Aroma-/Kaffeeöl-Partikel in einem belüfteten Gefäß gehalten werden, wobei dieses Gefäß in einem Umgebungsmedium mit einer Temperatur zwischen etwa -78,3ºC (-109ºFJ und etwa 37,7ºC (100ºF), vorzugsweise von -45ºC bis 21,1ºC (etwa -50ºF bis etwa 70ºF), am bevorzugtesten auf etwa Raumtemperatur von 20ºC (68ºF), eingebettet ist. Das belüftete Gefäß kann in einem Bereich oder Raum gehalten werden, der auf diesen Temperaturen gehalten wird, oder es kann bevorzugter das belüftete Gefäß von einem zirkulierenden Gasmantel umgeben sein, wobei das Gas die soeben genannten Temperaturen aufweist. Bei diesen Umgebungstemperaturen sublimiert das feste Kohlendioxid innerhalb der auf Tieftemperatur versetzten Masse und kann von dem belüfteten Geäß abgezogen werden, da die Sublimationstemperatur von festem Kohlendioxid bei etwa -78,3ºC (-109ºF) liegt. Innerhalb des Gefäßes können Drücke oberhalb oder unterhalb des Atmosphärendrucks verwendet werden, sind jedoch für die praktische Durchführung der vorliegenden Erfindung nicht notwendig. In der Regel wird Atmosphärendruck innerhalb des belüfteten Gefäßes beibehalten, in welchem die Tieftemperaturmasse äquilibriert wird.
Die gesteuerte Temperatur-Äquilibrierung der auf Tieftemperatur versetzten Masse von Kohlendioxid-haltigen Aroma-/Kaffeezöl-Partikein ist ein wesentlicher Aspekt des vorliegenden Aromatisierungsverfahrens. Wenn die Äquilibrierung beginnt, wird die Tieftemperaturmasse in der Regel eine Temperatur unterhalb von etwa -134,4ºC (-210ºFJ aufweisen. Die Temperatur fängt dann anfänglich zu steigen an, wenn die Partikelmasse erwärmt wird, und erreicht in der Folge ein Plateau bei -78,3ºC (-109ºFJ. Bei -78,3ºC (-109ºF) beginnt das feste Kohlendioxid zu sublimieren. Wenn praktisch das gesamte Kohlendioxid sublimiert ist, beginnt die Temperatur der Partikelmasse auf über -109 ºF zu steigen. Zu diesem Zeitpunkt ist die Äquilibrierung abgeschlossen. Die Tieftemperaturmasse enthält dann auf Tieftemperatur befindliches Kaffeeöl, an welchem flüchtige Kaffeearomabestandteile fixiert sind, mit weniger als etwa 0,1 % Wasser und praktisch keinem festen Kohlendioxid. Zur Sicherstellung einer vollständigen Äquilibrierung (z.B. ist im wesentlichen das gesamte feste Kohlendioxid sublimiert) ermöglicht man eine Fortsetzung der Äquilibrierung solange, bis die Partikeimasse eine Temperatur von etwa -76,1 ºC (-105ºF) aufweist. Ein Anstieg der Temperatur über etwa -76,1 ºC (-105ºF) kann zu einem unnötigen Verlust an flüchtigen Kaffeearomabestandteilen führen.
Vorzugsweise wird die Tieftemperaturmasse der Aroma-/Kaffeeöl- Partikel während der Äquilibrierung in intermittierender oder kontinuierlicher Weise, vorzugsweise in kontinuierlicher Weise, gerührt. Das Rühren reduziert die Äquilibrierungszeiten und setzt die Temperaturen herab, die in der Umgebung des belüfteten Gefäßes während der Äquilibrierung herrschen. Bei einem typischen Beispiel eines optionellen Aromatisierungsprozesses erfordert die Äquilibrierung etwa 3 bis etwa 7 Stunden, wobei kontinuierlich in einem belüfteten Gefäß gerührt wird, welches Raumtemperatur-Luft ausgesetzt ist. Ohne Rühren würde die Äquilibrierung bis zu 15 bis 30 Tage dauern.
In der Regel tritt während der kontrollierten Äquilibrierung kein größerer Verlust als etwa 5 % der flüchtigen Kaffeearomabestandteile auf. Praktisch das gesamte auf Tieftemperatur befindliche Kohlendioxid kann in etwa 3 bis 7 Stunden abgetrieben werden, wobei mindestens etwa 95 % der flüchtigen Kaffeebestandteile zurückgehalten werden.

4. Schmelzstufe

In der letzten Stufe des wahlweisen Aromatisierungsprozesses wird die Tieftemperaturmasse der Aromaöl-Partikel, die während des Kalziumsulfat- Trocknungsschrittes im wesentlichen von Feuchtigkeit befreit und während des kontrollierten Temperatur-Äquilibrierungsschrittes im wesentlichen von Kohlendioxid befreit wurde, geschmolzen, um das aromatisierte Kaffeearomaöl (weniger als 0,1 % Feuchtigkeit) zu bilden. Der Schmelzvorgang, der vorzugsweise relativ rasch und in einem geschlossenen Raum vorgenommen wird, wird dadurch erreicht, daß die äquilibrierte Tieftemperaturmasse der Aromaöl-Partikel Temperaturen von etwa 15,5ºC bis 43,3ºC (60ºF bis etwa 110ºF), vorzugsweise von etwa 26,6ºC bis 37,7ºC (80ºF bis etwa 100ºF) während eines Zeitraums ausgesetzt wird, der zum Schmelzen der Partikel ausreicht.
Die Schmelzstufe wird vorzugsweise unter Verwendung eines Erhitzers/Schmelzers mit großer Oberfläche vorgenommen. Die Temperatur der Oberflächen des Erhitzers (die Wärmeoberflächen) wird auf zwischen etwa 15.5ºC und 43,3ºC (60ºF bis etwa 110ºF), vorzugsweise von etwa 26,6ºC bis 37,7ºC (80ºF bis etwa 100ºF), gehalten. Der Schmelzzeitraum kann variieren, jedoch findet das Schmelzen in der Regel während eines Zeitraums von etwa 1 bis 3 Stunden statt. Die Schmelzzeiten können sich auf einen Bereich über 1-3 Stunden erstrecken, je nach der Größe der äquilibrierten Masse, die aufgeschmolzen werden soll, und je nach den ausgewählten Erhitzungsparametern (d.h. Wärmemenge, Ausmaß der Oberfläche pro Volumen äquilibrierter Masse). Das geschmolzene aromatisierte Kaffeeöl kann dann zur Aromatisierung anderer Substrate, z.B. von löslichem Kaffee, verwendet werden.
Durch Abtrennung im wesentlichen des gesamten festen Kohlendioxids aus der Tieftemperaturmasse der Aroma-/Kaffeeöl-Partikel in dem gesteuerten Temperatur-Äquilibrierungsschritt wird anschließend weniger Energie gebraucht, um die Tieftemperaturmasse in dem Schmelzer/Erhitzer zu schmelzen. Da weniger Energie erforderlich ist, kann die Zusammensetzung während eines kürzeren Zeitraums geschmolzen werden. Durch das Niedrigenergie-Schmelzen, das durch das vorliegende Verfahren möglich wurde, wird die Zersetzung der Kaffeearomastoffe in der Aroma- /Kaffeeöl-Zusammensetzung vermindert.

BEISPIELE

Das erfindungsgemäße Kalziumsulfat-Trocknungsverfahren wird durch die folgenden Beispiele erläutert.

Beispiel 1

Etwa 73.548 kg (162.000 lb) geröstete Kaffeebohnen werden etwa 7 Stunden lang (nach dem Rösten) auf etwa Raumtemperatur gehalten, bevor sie gemahlen werden. Die Bohnen werden gemahlen, wodurch ein Strom von Kaffeemahlgas in Mischung mit 991 m³ (etwa 35.000 scf) Luft produziert wird. Der Feuchtigkeitsgehalt der Luft/Mahlgas-Mischung liegt bei etwa 2 %. Wenn das Mahlgas gebildet wird, entsteht ein gasförmiger Strom, der kontinuierlich in einer Abzugshaube aufgefangen und durch einen wassergekühlten Vorkondensator gepumpt wird. Der den Vorkondensator verlassende Strom des Mahlgases hat eine dp-(Taupunkt) Temperatur von etwa 7,2ºC (etwa 45ºF) und einen Feuchtigkeitsgehalt von 0,6 %. Der Strom des Mahlgases wird dann durch ein Trocknungsgefäß gepumpt (Verhältnis von Länge zu Durchmesser 8:1, gefüllt mit 170,25 kg (375 lb) 10 mm Drierit) mit 1,416 m³ (50 scfm). Das Drierit enthält anfänglich weniger als 0,1 % Feuchtigkeit (bezogen auf Trockengewicht) und befindet sich in seinem zehnten Regenerations- und Wiederverwendungszyklus. Nachdem das Mahlgas durch das Trocknungsgefäß hindurchgeleitet wurde, verläßt es das Gefäß und wird aufgefangen. Es wird das gesamte austretende Gas aufgefangen und vereinigt, bis die adsorbierte Feuchtigkeit in der Trocknungssäule etwa 4,8 % erreicht [0,082 lb/cu ft x 35.000 scf x 0,00633 (Sättigungsfeuchtigkeit bei 45ºF) x 100/375 lb Drierit], bezogen auf Gewicht (Trockenbasis) der Drierit-Körner, zu welchem Zeitpunkt der Trocknungsprozeß unterbrochen und die hydratisierte Trocknungssäule offline genommen wird. Mp ist etwa null (weniger als 0,1 % adsorbierte Feuchtigkeit). Das mit Trocknungsmittel behandelte Kaffeemahlgas enthält insgesamt etwa 20 ppm Feuchtigkeit.

Beispiel 2

Etwa 68,04 kg (150 lb) Kaffee-Expelleröl (weniger als 0,1 % Feuchtigkeit) wird in 136,08 kg (300 Pfund) flüssigen Stickstoff, der sich in einem Tieftemperaturtank befindet, eingegossen und kontinuierlich (während 15 Minuten) damit vermischt. Die entstehende Aufschlämmung wird in einem Kryomixer mit flüssigem Stickstoff gewaschen. Der Kryomixer umfaßt ein belüftetes Gefäß mit einem Mantel aus flüssigem Stickstoff und einer Ausrüstung, um den Behälterinhalt zu rühren.
Die Aufschlämmung wird 10-15 Minuten in dem Kryomixer kontinuierlich gerührt, bis der gesamte flüssige Stickstoff verdampft ist und eine Partikelmasse zurückläßt, die auf Tieftemperatur befindliche Kaffeeöl-Partikel umfaßt. Während des kontinuierlichen Rührens der Partikelmasse (auf Tieftemperatur befindliche Kaffeeöl-Partikel) und während die Partikelmasse auf einer Temperatur von etwa -156,7ºC (-250ºF) gehalten wird, wird ein Strom von mit Trocknungsmittel behandeltem Mahlgas von Beispiel 1 in den Kryomixer eingeleitet. Wenn das gesamte Mahlgas von 991 m³ (35.000 scf) in das Gefäß eingezogen und innerhalb des Gefäßes kondensiert wurde (etwa 12 Stunden), wird der flüssige Stickstoff aus dem umgebenden Mantel abgezogen.
Stickstoffgas wird durch den den Kryomixer umgebenden Mantel zirkulieren gelassen. Das zirkulierende Gas tritt anfänglich in den Mantel mit einer Temperatur von etwa 20ºC (68ºF) ein. Die Temperatur der Tieftemperaturmasse steigt von etwa -156,7ºC (-250ºFJ auf ein Plateau von -78,3ºC (-109ºF), während das Kohlendioxid aus dem Kryomixer abgezogen wird. Wenn die Temperatur der Tieftemperaturmasse -76,1 ºC (-105ºF) erreicht, wird die entstehende äquilibrierte kohlendioxidfreie Tieftemperaturmasse mit 68,64 kg (150 lb] unmittelbar anschließend in einen Schmelzer mit großer Oberfläche eingebracht. Die Heizflächen innerhalb des Schmelzers werden auf etwa 32,2ºC (90ºF) gehalten. Sobald die äquilibrierte Masse verflüssigt ist, wird sie in einem geschlossenen Behälter gesammelt. Das entstehende aromatisierte Kaffeeöl enthält weniger als 0,1 % Feuchtigkeit.

Beispiel 3

Dieses Beispiel erläutert die Wirkung, die die Parameter der adsorbierten Feuchtigkeit auf Kaffeearomagas ausüben.
Die Beispiele 1 und 2 werden mehrere Male wiederholt, wobei jedesmal der Gehalt an adsorbierter Feuchtigkeit in dem Trocknungsbett, bei welchem der Trocknungsprozeß unterbrochen wird, variiert wird. Das aromatisierte Kaffeeöl aus jeder Wiederholung wird in einen 30 ml-Glasbehälter, der mit trockenem Instant-Kaffee gefüllt ist, eingespritzt. Das Volumen des eingespritzten Öls wird zwischen etwa 30 und 80 ul variiert, um bei jedem Gefäß von aromatisiertem Instant-Kaffee eine ähnliche Intensität an Kopfraum-Aroma zu schaffen. Jedes Gefäß wird verschlossen und etwa 1-3 Tage lang äquilibrieren gelassen. Das Gefäß wird dann geöffnet und das Aroma auf Ausgeglichenheit und übermäßig muffiges Aroma von einer Gruppe von Experten evaluiert. Die Ergebnisse dieser Evaluierung sind im folgenden angegeben.
Aus diesen Ergebnissen ist ersichtlich, daß die Entwicklung von übermäßig muffigen Aromen weitgehend vermieden werden kann, wenn der Kalziumsulfat-Gastrocknungsvorgang auf einen Gehalt von mindestens etwa 4,3 % adsorbierter Feuchtigkeit, bezogen auf das Gewicht (Trockenbasis) der Kalziumsuffatkörner innerhalb des Trocknungsbettes, geführt wird. Die verminderte Anzahl an Ölansätzen, die bei oder oberhalb von 4,3 % adsorbierter Feuchtigkeit muffiges Aroma zeigen, ist in t-Tests statistisch signifikant mit einem Sicherheitsgrad von 95 %.

Claims

1. Ein Verfahren zur Herstellung von trockenem Kaffeearomagas mit verbesserten Aromaeigenschaften, welches Verfahren folgende Stufen umfaßt:

(a) Durchleiten eines Stroms von feuchtigkeitshaltigem Kaffeearomagas durch ein exsikkierendes Bett von Kalziumsuffatkörnern, in welchem die genannten Körner anfänglich weniger als 0,5 % adsorbierte Feuchtigkeit, bezogen auf das Trockengewicht der genannten Körner, enthalten;

(b) Unterbrechen des Stroms von feuchtigkeitshaltigem Kaffeearomagas, nachdem der Gehalt an adsorbierter Feuchtigkeit der Kalziumsulfatkörner von weniger als 0,5 % auf mindestens 4,3 %, bezogen auf das Trockengewicht der Körner, angestiegen ist, jedoch bevor der Feuchtigkeitsgehalt des Stroms des mit Trocknungsmittel behandelten Kaffeearomagases, das aus dem exsikkierenden Bett austritt, 1000 ppm übersteigt; und

(c) Auffangen und Vereinigen des gesamten mit Trocknungsmittel behandelten Kaffeearomagases aus Stufe (a), welches bis zum Unterbrechen des Stroms des feuchtigkeitshaltigen Kaffeearomagases in Stufe (b) aus dem exsikkierenden Bett austritt;

wobei das aufgefangene und vereinigte mit Trocknungsmittel behandelte Kaffeearomagas zwischen 10 ppm und 200 ppm Feuchtigkeit enthält und nicht ein unausgeglichenes und übermäßig muffiges Aroma hat.

2. Ein Verfahren nach Anspruch 1, in welchem das exsikkierende Bett der Kalziumsulfatkörner 0 bis 30 mal regeneriert wurde.

3. Ein Verfahren nach Anspruch 2, in welchem der Strom des feuchtigkeitshaltigen Kaffeearomagases unterbrochen wird, wenn der Feuchtigkeitsgehalt des Stroms des mit Trocknungsmittel behandelten Kaffeearomagases, das aus dem exsikkierenden Bett austritt, zwischen 200 und 1000 ppm liegt.

4. Ein Verfahren nach Anspruch 2, in welchem das feuchtigkeitshaltige Kaffeearomagas Kaffeemahigas ist.

5. Ein Verfahren zur Herstellung von trockenem aromatisierten Kaffeeöl mit verbesserten Aromaeigenschaften, welches Verfahren folgende Stufen umfaßt:

(a) Durchleiten eines Stroms von feuchtigkeitshaltigem Kaffeearomagas durch ein exsikkierendes Bett von Kalziumsulfatkörnern, in welchem die genannten Körner anfänglich weniger als 0,5 % adsorbierte Feuchtigkeit, bezogen auf das Trockengewicht der genannten Körner, enthalten;

(c) Kondensieren und Vereinigen des gesamten mit Trocknungsmittel behandelten Kaffeearomagases, das aus dem exsikkierenden Bett austritt, mit auf Tieftemperatur versetzten Partikeln eines Aromaträgeröls zur Bildung einer auf Tieftemperatur versetzten Partikelmasse, die nicht mehr als 0,1 Gew.-% Feuchtigkeit und kondensiertes, kohlendioxidhaltiges, mit Trocknungsmittel behandeltes Kaffeearomagas und auf Tieftemperatur versetztes Aromaträgeröl enthält, wobei die auf Tieftemperatur versetzte Partikelmasse auf einer Temperatur gehalten wird, die ausreichend niedrig ist, um das kohlendioxidhaltige, mit Trocknungsmittel behandelte Kaffeearomagas in kondensierter Form zu halten; dann

(d) Äquilibrieren der auf Tieftemperatur versetzten Partikelmasse von Stufe (c) durch Einwirkung einer Umgebungstemperatur von -78,3ºC bis 37,7ºC (-109ºF bis 100ºF) auf die genannte auf Tieftemperatur versetzte Partikelmasse, bis die Temperatur innerhalb der Partikelmasse auf -78,3ºC bis -76,1ºC (-109ºF bis -105ºF) ansteigt, wodurch im wesentlichen das gesamte Kohlendioxid aus der genannten auf Tieftemperatur versetzten Partikelmasse entfernt wird; und dann

(e) Schmelzen der entstehenden kohlendioxidfreien auf Tieftemperatur versetzten Partikeimasse von Stufe (d) durch Einwirkung einer Temperatur von 15,56ºC bis 43,3ºC (60ºF bis 110ºF) auf die genannte Partikelmasse während eines Zeitraums, der zur Verflüssigung der genannten Partikelmasse ausreicht;

wobei die verflüssigte Partikelmasse ein aromatisiertes Kaffeeöl ist, das weniger als 0,1 % Feuchtigkeit enthält und nicht ein übermäßig muffiges Aroma hat.

6. Ein Verfahren nach Anspruch 5, wobei das exsikkierende Bett der Kalziumsulfatkörner 0 bis 30 mal regeneriert wurde.

7. Ein Verfahren nach Anspruch 6, bei welchem der Strom des feuchtigkeitshaltigen Kaffeearomagases unterbrochen wird, wenn der Feuchtigkeitsgehalt des Stroms des mit Trocknungsmittel behandelten Kaffeearomagases, das aus dem exsikkierenden Bett austritt, zwischen 200 und 1000 ppm liegt.

8. Ein Verfahren nach Anspruch 6, bei welchem das feuchtigkeitshaltige Kaffeearomagas ein Kaffeemahlgas ist.

9. Ein Verfahren nach Anspruch 8, bei welchem das Aromaträgeröl Kaffeeöl ist.

10. Ein Verfahren nach Anspruch 5, bei welchem die auf Tieftemperatur versetzten Partikel während der Kondensation von Stufe 5(c) und der Äquilibrierung von Stufe 5(d) bewegt werden.