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"Procédé de concentration de liquides comestibles aqueux et produits obtenus"
La présente invention traite d'un perfectionnement d'un procédé pour la préparation de liquides comestibles concentrés et d' extraits liquides et elle est particulièrement applicable à la préparation de café soluble ou "café en poudre"- Plus particulièrement, la présente invention traite du prétraitement de liquides et d'extraits liquides comme un stade préliminaire à l'élimination d'eau
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de l'extrait par un procédé de congélation.
Le café soluble ou "en poudre- a été préparé d'abord par extraction des grains de café avec de l'eau chaude et ensuite par déshydratation de l'extrait en le desséchant par pulvérisation sous des conditions de vide. Ce procédé a rencontré un énorme succès -commercial, mais la saveur du café soluble laisse beaucoup à dési- rer. Les conditions de vide employées éliminent non seulement l'eau de l'extrait, mais elles provoquent l'évaporation des éléments vola- tils donnant le goût et l'arôme du café. Le produit.soluble qui- en résulte ,par conséquent, n'est jamais aussi bon que l'extrait à partir duquel il est préparé.
Pour améliorer la saveur du café soluble, on a souvent pro- posé d'enlever des quantités importantes d'eau dans l'extrait en congelant partiellement l'extrait et en séparant les cristaux de glace purs résultant de l'extrait concentré. Ce procédé de congéla- tion partielle est ensuite suivi par une déshydratation complète par évaporation d'eau qui pert être réalisée sous des conditions de vide. De cette manière, le café perd moins de composants vola- tils en vertu du fait que l'extrait est soumis aux conditions d'é- vaporation pendant de plus courtes périodes de temps.
Dans une forme de réalisation préférée du procédé de congélation, l'extrait de café est partiellement congelé par réfri- gération indirecte dans un cristalliseur convenable et la pate de glace et le concentré qui en résultent, sont soumis à la centrifu- gation pour séparer la glace du concentré. Afin de rendre le procédé économique, cette séparation et le lavage à l'eau suivant des cristaux sur le panier de la centrifugeuse doivent réaliser une élimination relativement complète de la liqueur-mère des cristaux de glace. cependant, lorsque l'extrait de café est refroidi au voisinage de son point de congélation de départ, une matière solide gommeuse ou cireuse précipite souvent de la solution avant la formation de
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glace.
Cette cire ou goudron est entraînée avec les cristaux le glace et l'extrait de café dans la centrifugeuse et elle se concertre sur le panier de la centrifugeuse, en obturant éventuellement le*' partir panier et en empêchant la séparation complète de la glace à/ de l'extrait concentré de se faire.
Ce problème de la précipitation de matières insolubles dans l'extrait de café n'est pas un.problème exclusif seulement aux ex- traits de café,-maïs on le rencontre aussi dans la préparation d'au- tres extraits' concentrés de matières comestibles. C'est ainsi que le procédé de la présente invention est aussi applicable à la pré- paration d'extraits concentrés de matières comestibles ,telles que le thé, le jus.de raisin, le jus de pomme, la bière et le jus d'o- range.
Il est par conséquent un but de la présente invention de prévoir un procédé amélioré pour la concentration de liquides comes- tibles et d'extraits liquides par congélation partielle du liquide ou des extraits liquides.
Un autre but de la présente invention est de prévoir un pro- cédé dans lequel un liquide comestible ou extrait liquide, exempt d'éléments insolubles à la température de congélation de la glace, est soumis à une concentration par congélation.
Encore un autre but de la présente invention est de prévoir un procédé amélioré pour la concentration d'extrait de café par congélation partielle de l'extrait.
Enfin, encore un autre but de la présente invention est de prévoir un procédé dans lequel l'extrait de café, exempt d'éléments insolubles à la température de congélation de la glace, est soumis à une concentration par congélation.
Les buts de la présente invention sont réalisés par un pro- cédé qui consiste à préparer un liquide comestible ou un extrait liquide comestible, à refroidir le liquide pour précipiter.la ma- tière insoluble à la température à laquelle la glace s'y forme, à
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enlever les insolubles du mélange résultant et ensuite à soumettre le mélange exempt d'insolubles à une concentration en y congelant partiellement l'eau.
Une forme de réalisation préférée de la présente invention est un procédé qui consiste à extraire les grains de café à des tem- pératures élevées avec de l'eau pour reproduire un extrait de café, à refroidir l'extrait pour précipiter les matières insolubles à la température à laquelle la giace se forme dans le mélange, à élimi- ner les insolubles du mélange résultant et ensuite à soumettie le mélange exempt d'insolubles à une concentration par congélation par- tielle de la glace.
Les premiers stades dans le procédé de préparation du @a@é instantané sont les mêmes que pour la préparation du café parcal.
Après le grillage , le café est broyé, mais la granulation peut être extrèmement grossière et, dans certains cas, les fines parti- cules qui peuvent provenir du broyage sont séparées par tamisage at utilisées ailleurs.
La matière broyée est placée dans des récipients fermés con- nus sous le nom d'extracteurs. Ces extracteurs sont montés en batte- ries comprenant chacune plusieurs extracteurs .
Le café broyé et l'eau chaude sont chargés dans le primer extracteur. Le café est ensuite extrait jusqu'à ce que les matières nécessaires soient enlevées de la matière broyée. L'extrait résultant est ensuite chargé dans le second extracteur contenant du café frais. Le second extracteur est mis en marche jusqu'à ce que l'extrac- tion soit achevée. 1.'extrait de café résultant (qui est maintenant plus fort que du café liquide ordinaire) est placé dans le troisiè- me extracteur contenant de la matière broyée fraîche et le procédé de mélange-- est à nouveau répété.
Dans une opération à l'échelle commerciale, le procédé est réalisé d'une manière semi-continue, l'eau fraîche venant dans une batterie d'extraction atteint d'abord l'extracteur ayant la matière broyée la plus épuisée et de là, elle continue vers la matière
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broyée la plus épuisée qui suit et ainsi de suite, jusqu'à ce que finalement elle atteigne dans le dernier extracteur la matière fraî- che, la plus récemment ajoutée. Ceci est connu comme étant un sys- tème d'extraction à contre-courant.
La température et la pression dans le système d'extracteurs varieront beaucoup. Le café qu'on produit à partir de matières broyées fraîches est normalement traité à basse température avec une faible pression. Le café que l'on produit à partir de matières broyées épuisées est extrait à haute température et sous une pres- sion élevée.
L'extrait de café qui est à concentrer par congélation peut avoir n'importe quelle teneur en café à partir de quelques % jusqu'à 40 à 50%. C'est-à-dire, qu'on peut avoir 40 à 50 livres de café dans l'extrait pour 100 livres d'extrait. Cependant, plus la teneur en café de l'extrait est faible, plus on doit enlever de l'eau au cours de la concentration par congélation et au cours des opérations de séchage. D'un autre coté, on a découvert que la réa- lisation du procédé d'extraction jusqu'au point oÙ une teneur éle- vée en café peut être obtenue, abaisse souvent la qualité de la saveur de l'extrait. De la sorte, un intervalle préféré de la teneur en café de 1'extrait pour la pratique de la présente invention est d'environ 10 à 30;(, de café.
Dans les techniques opératoires précédentes, après avoir quitté le système d'extracteurs, l'extrait de café est clarifié des sédiments tout en étant encore à une température élevée. Une des méthodes les plus communes de clarification se fait au moyen d'une centrifugeuse, dans laquelle le liquide de café est envoyé dans un cylindre à rotation rapide et il élimine ainsi le liquide clair.. Une autre méthode se fait au moyen d'une pompe à pression forçant le concentré à passer par un papier poreux ou une toile.
Cependant, suivant une forme de réalisation du procédé de la présente invention, l'extrait de café chaud est d'abord refroidi au voisinage de son point de congélation, de sorte que les cires,
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lesgoudrons et les gommes qui sont solubles dans .t'extrait chaud sont précipités . L'extrait refroidi est ensuite soumis à la fil- tration ou à la centrifugation pour le libérer , non seulement des gommes ,des goudrons et des cires qui ont précipites, mais aussi de tout sédiment provenant du procédé d'extraction..
Parce que le point de congélation de départ de l'extrait de café dépend de la teneur totale en café de l'extrait, la tempé- rature à laquelle l'extrait doit être refroidi pour précipiter les gommes, les goudrons et les cires varie suivant la nature exacte de l'extrait. ordinairement, cependant, des températures minimum de 40 F et inférieures peuvent être employées dans le procédé de la présente invention. S'il n'est pas désirable de former de la glace dans l'extrait au cours du procédé de précipitation, la tem- pérature à laquelle l'extrait est refroidi ne doit pas être infé- rieure au point de congélation de départ. Pour un extrait de café ayant 30% en poids de café, la température est environ de 27 F.
En pratique, on a découvert que les goudrons, les cires et à partir les gommes commenceront à précipiter/du café à des températures aussi élevées qu'environ 80 F et que la majeure partie des inso- lubles précipitera à des températures supérieures à 32 F. èst ainsi qu'une forme de réalisation de la présente invention consiste à refroidir l'extrait à une température entre 80 et 32 F avant de procéder à la filtration et à la concentration par congélation.
Les températures préférées pour l'opération de refroidissement sont comprises entre environ 45 et 32 F car cet intervalle de températu- re assure une élimination pratiquement totale des insolubles.
L'extrait de café peut être refroidi par n'importe quel moyen convenable. Cependant, il est préférable de garder l'extrait sous agitation ,de sorte que les cires et les gommes formées au cours du stade de précipitation n'adhèrent pas à la surface de transfert de chaleur du moyen de réfrigération utilisé pour préci- piter.
Si on le désire, 1extrait.refroidi peut être maintenu à faible température pendant une période allant de quelques secondes
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à plusieurs heures avant que les cires, les goudrons ou les gommes ne soient enlevés, soit par centrifugation, soit par filtration,
La formation et la précipitation des goudrons, des gommes et des cires dépend souvent dvtemps et la précipitation totale peut requérir le maintien de la matière à la basse température utilisée jusqu'à ce que le procédé soit achevé¯ De la sorte, lorsqu'on effec- tue le procédé de la présente invention d'une manière continue, le temps écoulé entre le refroidissement pour précipiter les cires et la séparation réelle des cires ,
des goudrons et des gommes de l'ex- trait de café refroidi dépendra de la nature exacte de l'extrait..
Dans certains extraits de café, l'exposition continue à bas- se température provoquera aussi la formation d'un précipité parti- culaire non cireux. Ce précipité particulaire se forme après la formation des goudrons , cires et gommes insolubles et il n'entrave pas la séparation centrifuge de la glace de 1extrait de café con- centré après le procédé de concentration par congélation. Cependant, cette exposition à de basses températures suffisantes pour provo- quer ce précipité particulaire doit être évitée car cela équivaut à la dégradation de l'extrait de café. Le produit concentré résul- tant, après cette dégradation, n'est pas aussi satisfaisant au consommateur que du café produit à partir d'extrait qui a été re- froidi suffisamment pour provoquer la précipitation des goudrons, gommes et cires.
Suivant la nature exacte du mélange de café utilisé dans la préparation de l'extrait et l'extrait lui-même, moins de 0,5 à environ 5%en poids des goudrons, gommes et cires se formeront au cours du stade de précipitation. Bien que la plupart des gommes, cires et goudrons qui proviendront de l'extrait été café, se forment au voisinage du point de congélation de départ de l'extraite une plus grande quantité de ces gommes, cires et goudrons peut se formez après avoir soumis l'extrait à une concentration par congélation..
C'est ainsi que, une autre forme de réalisation de la présente invention consiste à refroidir l'extrait de café en dessous de la
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température de congélation de départ pour précipiter les cires, goudrons et gommes insolubles , et à former une quantité mineure de glace dans l'extrait. L'extrait peut ensuite être libéré des cires et des goudrons par filtration, décantation ou centrifugation.
Dans cette forme de réalisation de l'invention, la partie mineure de glace formée peut être enlevée avec les cires et les goudrons, ou l'extrait peut être légèrement chauffé pour permettre à la glace ce fondre avant d'enlever les cires et les goudrons par filtration, décantation ou centrifugation.
Les goudrons, cires ou gommes produits par le refroidisse- ment de l'extrait de café peuvent être enlevés de n'importe quelle façon convenable, comme indiqué ci-dessus. L'extrait refroidi peut être maintenu à la température refroidie jusqu à ce que le préci- pité se dépose au fond du récipient et la portion de solution exemp- te de précipité peut être décantée et ensuite être soumise à un traitement plus poussé. Suivant une variante, l'extrait refroidi peut être traité de la même manière que l'extrait de café chaud qui doit être exempt de tout sédiment. C'est ainsi que ,les techniques de centrifugation, de traitement discontinu cu continu,ou de filtration par pression .toutes bien connues par les spécialistes en ce domaine, peuvent être employées pour séparer l'extrait du précipité.
Après être libéré du précipité, l'extrait de café exempt de précipité résultant est ensuite soumis à une concentration par congélation partielle de l'eau. Ce procédé de concentration par congélation peut être réalisé dans un appareil du type discontinu, semi-continu ou continu suivant les méthodes connues de la technique et leurs améliorations. Cependant, n'importe quelle méthode pour enlever l'eau de l'extrait de café par cristallisation sous forme de glace, est applicable au procédé de la présente invention. La pâte de glace résultante et l'extrait de café concentré sont ensuite soumis à une centrifugation pour libérer la solution con-
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centrée des cristaux de glace.
Les cristaux de glace qui en résul- tent sont ordinairement lavés avec de l'eau ou de l'extrait de café dilué pour -libérer complète ment-les cristaux de glace de la liqueur-mère résiduelle et les produits de lavage peuvent être . retournés au procédé de concentration par congélation. La pratique de la présente invention a l'avantage que le panier de la centrifu- geuse ne s'obture pas avec les goudrons et les cires qui ont préci- pités et que les procédés de séparation et de lavage sont facilités dans leur efficacité.
La concentration par congélation de l'extrait ou du liquide comestible exempt de cire, de goudron et de gomme peut être accom- plie soit en un seul étage, soit en plusieurs étages, chacun d'eux comprenant un cristalliseur dans lequel la chaleur est éliminée de 1extrait de café pour former une pate de cristaux de glace et une liqueur-mère concentrée. Après chaque étage de cristallisation, la glace est enlevée de la pate et l'extrait concentré soit continue pour être soumis à un traitement plus poussé dans la préparation du café scluble ou en poudre soit est amené à être plus concentré dans un étage suivant du procédé de concentration par congélation.
La cristallisation de la glace provenant de l'extrait est de préférence réalisée dans un échangeur de chaleur tubulaire .dont les surfaces externes sont refroidies par un réfrigérant à circulation. La section interne du tube est ordinairement munie d'unetige sur laquelle se trouvent des palettes d'un agitateur. Ou bien, on peut utiliser un échangeur de chaleur tubulaire du type à surface grattée courant. N'importe quelle centrifugeuse ou dispositif de séparation acceptable peut être employé pour séparer l'extrait de café concentré des cristaux de glace résultants. La centrifugeuse est la méthode' préférée pour séparer la glace de la liqueur-mère et ordinairement elle se compose d'un panier rotatif qui contient des perforations pour permettre le passage de la liqueur-mère.
La centrifugeuse peut aussi être équipée de certains dispositifs pour le lavage de la liqueur-mère résiduelle provenant des cristaux de
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glace.,
En se référant maintenant au dessin accompagnant le présent brevet, un extrait comestible aqueux entre dans un appareil de re- froidissement 10 par un conduit d'alimentation Il- L'appareil de refroidissement peut être un dispositif de réfrigération courant, un échangeur de chaleur tubulaire du type continu ou l'opération us refroidissement peut être effectué d'une manière discontinue en plaçant des récipients d'extrait dans une chambre réfrigérée.
L'ex- trait refroidi est ensuite alimenté au filtre 12 par un conduit 13- .L'appareil de filtrage peut être un dispositif de filtration du type continu courant ou, si la cire ou le goudron qui ont précipité peuvent être manipulés sur un panier de centrifugeuse, il peut com- prendre une centrifugeuse à panier rotatif ou de laboratoire ordinaire ou une centrifugeuse du type discontinu. L'extrait filtré, maintenant exempt des goudrons, gommes et cires, est entraîné par un conduit 14 vers le cristalliseur tubulaire 15-ou la température est suffisamment abaissée pour qu'il puisse se former de la glace dans l'extrait. Le degré exact de concentration dépend du milieu de refroidissement et de la température sur l'extérieur du cristalliseur 12 et du temps de séjour dans le cristalliseur.
La pate concentrée de glace et la liqueur-mère sont alors envoyées à un appareil de séparation 16 par le conduit 17. L'appareil de séparation 16 est de préférence une centrifugeuse à panier rotatif dans laquelle le panier est un tamis ouvert qui permet à la liqueur-mère concentrée d'être enlevée de la périphérie extérieure de la centrifugeuse par le conduit 18, pendant que la glace, qui est de préférence reconvertie à l'état de pate soit avec de l'eau, soit avec un extrait de matière d'alimentation, est éliminée via le conduit 19.
Comme on peut le remarquer ci-dessus, l'opération de concentration par cristallisation peut être effectué=dans plusieurs étages¯
Les exemples suivants illustrent le procédé de la présen-
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te invention.
EXEMPLE 1
Une quantité d'extrait de café contenant 24% de café est prérefroidie à une température inférieure à 40 F et elle est in- troduite dans un échangeur de chaleur tubulaire ayant un agitateur interne. L'extrait de café est alimenté à l'échangeur de chaleur à la.vitesse de 3 gallons par minute et l'extrait de café est re-' mis en circulation autour de l'échangeur de chaleur jusqu'à ce que des cristaux de glace se soient formés dn au refroidissement interne.- La recirculation de la pâte et de la liqueur mère est mainte- nue lorsque l'extrait de café est alimenté au cristalliseur, dont les parois internes sont maintenues à une température de 27 F.
Une pâte de glace et de liqueur de café contenant environ 30% de café est ensuite enlevée de façon continue du cristalliseur et alimentée à une centrifugeuse à panier rotatif du type continu. Le panier de la centrifugeuse est sous la forme d'un tamis perforé qui permet à la liqueur de café de passer par le cake de glace, en séparant ainsi la glace de la liqueur de café. Après 10 minutes d'opération, le tamis de la centrifugeuse est obturé avec des goudrons et des cires qui ont précipité à partir de l'extrait de café au cours du procédé de refroidissement et de cristallisation. Ceci oblige à arrêter l'opération, à cause de la mauvaise séparation de la glace et de la liqueur-mère.
Ce processus est répété excepté que l'extrait est alimenté au cristalliseur sans prérefroidissement initial. Des goudrons et des gommes se forment avec la glace et la centrifugeuse s'obstrue de la même manière que si l'extrait avait été prérefroidi.
EXEMPLE 2
Le procédé général de l'exemple 1 est répété excepté que l'extrait de café refroidi est filtré à travers une fine toile de fromage avant d'être introduit dans le cristalliseur. Dans ce procédé de filtration, approximativement 1,9% de l'extrait original
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est enlevé sous la forme de goudrons, de gommes ou de cires. La liqueur de café exempte de précipité qui en résulte ,est ensuite introduite dans le cristalliseur et la pate produite dans le cria- talliseur est centrifugée de façon continue. La séparation de la liqueur-mère n'est pas gênée par l'obturation du tamis de la cen- trifugeuse avec du précipité.
D'excellents résultats sont ainsi obtenus lorsque la li- queur de café à concentrer est prérefroidie de 80 à 36 F et lors- que l'extrait a de 12 à 32% de café.
EXEMPLE 3
Un extrait de thé contenant 68% de thé, à une température supérieure à 80 F après extraction, est refroidi dans un échangeur de chaleur jusqu'à 36 F. La matière refroidie est ensuite titrée à travers une presse filtrante et l'extrait exempt de goudron qui en résulte, est concentré par congélation dans un cristalliseur tubulaire. La pâte de thé concentrée en glace qui en résulte, est facilement séparée sur une centrifugeuse à tamis et à panier ro- tatif, comme décrit ci-dessus.
Le procédé de la présente invention est applicable à n'im- porte quel extrait ou matière liquide comestible, aqueuse que doit être concentrée par la formation de glace et ensuite par l'élimi- nation de la glaça. C'est ainsi que, le procédé de la présente in- vention peut être utilisée à propos de la concentration par congé- lation du café, du thé, du jus de raisin , du jus d'orange, de la bière, du vinaigre , etc.
Il doit être entendu que la présente invention n'est en au- cune façon limitée aux formes de réalisation ci-dessus et que bien des modifications peuvent y être apportées sans sortir du cadre du présent brevet.
**ATTENTION** fin du champ DESC peut contenir debut de CLMS **.
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"Process for the concentration of aqueous edible liquids and products obtained"
The present invention relates to an improvement of a process for the preparation of concentrated edible liquids and liquid extracts and is particularly applicable to the preparation of soluble coffee or "powdered coffee" - More particularly, the present invention relates to pretreatment of liquids and liquid extracts as a preliminary stage to water removal
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of the extract by a freezing process.
Soluble or powdered coffee has been prepared first by extracting the coffee beans with hot water and then dehydrating the extract by spray-drying it under vacuum conditions. This method has encountered a problem. huge commercial success, but the flavor of soluble coffee leaves much to be desired. The vacuum conditions employed not only remove water from the extract, but also cause the volatile elements to evaporate, giving the flavor and flavor. aroma of coffee The resulting soluble product, therefore, is never as good as the extract from which it is prepared.
To improve the flavor of soluble coffee, it has often been proposed to remove large amounts of water from the extract by partially freezing the extract and separating the resulting pure ice crystals from the concentrated extract. This partial freezing process is then followed by complete dehydration by evaporation of water which can be carried out under vacuum conditions. In this way, the coffee loses less volatile components by virtue of the fact that the extract is subjected to the evaporation conditions for shorter periods of time.
In a preferred embodiment of the freezing process, the coffee extract is partially frozen by indirect refrigeration in a suitable crystallizer and the resulting ice cream and concentrate are subjected to centrifugation to separate the mixture. ice from concentrate. In order to make the process economical, this separation and subsequent washing with water of the crystals on the centrifuge basket must achieve a relatively complete removal of the mother liquor from the ice crystals. however, when the coffee extract is cooled to near its starting freezing point, a gummy or waxy solid will often precipitate out of solution before the formation of
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ice cream.
This wax or tar is carried along with the crystals, the ice and the coffee extract in the centrifuge and it acts on the basket of the centrifuge, possibly closing the * 'from basket and preventing the complete separation of the ice from / of the concentrated extract to do.
This problem of the precipitation of insoluble matters in the coffee extract is not a problem exclusive only to coffee extracts, but it is also encountered in the preparation of other concentrated extracts of edible matters. . Thus, the process of the present invention is also applicable to the preparation of concentrated extracts of edible materials, such as tea, grape juice, apple juice, beer and juice. o- row.
It is therefore an object of the present invention to provide an improved process for the concentration of edible liquids and liquid extracts by partial freezing of the liquid or liquid extracts.
Another object of the present invention is to provide a process in which an edible liquid or liquid extract, free from elements insoluble at the freezing temperature of ice, is subjected to concentration by freezing.
Yet another object of the present invention is to provide an improved process for the concentration of coffee extract by partial freezing of the extract.
Finally, yet another object of the present invention is to provide a process in which the coffee extract, free of elements insoluble at the freezing temperature of ice, is subjected to concentration by freezing.
The objects of the present invention are achieved by a process which consists in preparing an edible liquid or an edible liquid extract, in cooling the liquid to precipitate the insoluble matter at the temperature at which ice forms therein, at
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removing insolubles from the resulting mixture and then subjecting the insoluble-free mixture to concentration by partially freezing the water therein.
A preferred embodiment of the present invention is a process which comprises extracting the coffee beans at elevated temperatures with water to reproduce a coffee extract, cooling the extract to precipitate the insoluble matter. temperature at which ice forms in the mixture, removing insolubles from the resulting mixture, and then subjecting the insoluble-free mixture to concentration by partially freezing ice.
The early stages in the process of making instant coffee are the same as for making ground coffee.
After roasting, the coffee is ground, but the granulation can be extremely coarse and, in some cases, the fine particles which may arise from the grinding are separated by sieving and used elsewhere.
The ground material is placed in closed containers known as extractors. These extractors are assembled in batches each comprising several extractors.
The ground coffee and hot water are loaded into the extractor primer. The coffee is then extracted until the necessary material is removed from the ground material. The resulting extract is then loaded into the second extractor containing fresh coffee. The second extractor is turned on until extraction is complete. The resulting coffee extract (which is now stronger than ordinary liquid coffee) is placed in the third extractor containing fresh ground material and the mixing process is repeated again.
In a commercial scale operation, the process is carried out in a semi-continuous manner, the fresh water coming into an extraction battery first reaches the extractor with the most exhausted ground material and from there, she continues to matter
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the next most depleted ground, and so on, until finally it reaches in the last extractor the fresh material, the most recently added. This is known as a countercurrent extraction system.
The temperature and pressure in the extractor system will vary a lot. Coffee produced from fresh ground materials is normally processed at low temperature with low pressure. The coffee produced from spent ground material is extracted at high temperature and high pressure.
The coffee extract which is to be concentrated by freezing can have any coffee content from a few% up to 40 to 50%. That is, one can have 40 to 50 pounds of coffee in the extract per 100 pounds of extract. However, the lower the coffee content of the extract, the more water must be removed during freezing concentration and during drying operations. On the other hand, it has been found that carrying out the extraction process to the point where a high coffee content can be obtained often lowers the flavor quality of the extract. Thus, a preferred range of the coffee content of the extract for the practice of the present invention is about 10 to 30% of coffee.
In previous operating techniques, after leaving the extractor system, the coffee extract is clarified from the sediment while still being at an elevated temperature. One of the most common methods of clarification is by means of a centrifuge, in which the coffee liquid is sent to a fast rotating cylinder and thus eliminates the clear liquid. Another method is by means of a pressure pump forcing the concentrate through porous paper or cloth.
However, according to one embodiment of the process of the present invention, the hot coffee extract is first cooled to near its freezing point, so that the waxes,
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the tars and the gums which are soluble in the hot extract are precipitated. The cooled extract is then subjected to filtration or centrifugation to free it not only from the gums, tars and waxes which have precipitated, but also from any sediment from the extraction process.
Because the starting freezing point of coffee extract depends on the total coffee content of the extract, the temperature at which the extract must be cooled to precipitate gums, tars and waxes varies depending on the exact nature of the extract. Ordinarily, however, minimum temperatures of 40 F and lower can be employed in the process of the present invention. If it is not desirable to form ice in the extract during the precipitation process, the temperature at which the extract is cooled should not be below the starting freezing point. For a coffee extract having 30% by weight of coffee, the temperature is about 27 F.
In practice, it has been found that tars, waxes and from gums will begin to precipitate / coffee at temperatures as high as about 80 F and that most of the insoluble matter will precipitate at temperatures above 32 F. Thus, one embodiment of the present invention is to cool the extract to a temperature between 80 and 32 F before proceeding with filtration and concentration by freezing.
Preferred temperatures for the cooling operation are between about 45 and 32 ° F because this temperature range assures virtually complete removal of insolubles.
The coffee extract can be cooled by any suitable means. However, it is preferable to keep the extract under agitation so that the waxes and gums formed during the precipitation step do not adhere to the heat transfer surface of the refrigeration medium used to precipitate.
If desired, the cooled extract can be kept at low temperature for a period of a few seconds.
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several hours before the waxes, tars or gums are removed, either by centrifugation or by filtration,
The formation and precipitation of tars, gums and waxes is often time-dependent and total precipitation may require the material to be maintained at the low temperature used until the process is complete. - kills the process of the present invention in a continuous manner, the time elapsed between the cooling to precipitate the waxes and the actual separation of the waxes,
of the tars and gums of the cooled coffee extract will depend on the exact nature of the extract.
In some coffee extracts, continued exposure to low temperature will also cause the formation of a particulate non-waxy precipitate. This particulate precipitate forms after the formation of insoluble tars, waxes and gums and does not interfere with the centrifugal separation of ice from the concentrated coffee extract after the freezing concentration process. However, this exposure to low temperatures sufficient to cause this particulate precipitate should be avoided as it equates to degradation of the coffee extract. The resulting concentrated product, after this degradation, is not as satisfactory to the consumer as coffee produced from an extract which has been cooled sufficiently to cause the tars, gums and waxes to precipitate.
Depending on the exact nature of the coffee blend used in preparing the extract and the extract itself, less than 0.5 to about 5% by weight of the tars, gums and waxes will form during the precipitation stage. Although most of the gums, waxes and tars that will come from the summer coffee extract, form near the starting freezing point of the extract, more of these gums, waxes and tars can form after submitting. the extract at a concentration by freezing.
Thus, another embodiment of the present invention is to cool the coffee extract below the
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starting freezing temperature to precipitate insoluble waxes, tars and gums, and to form a minor amount of ice in the extract. The extract can then be freed from waxes and tars by filtration, decantation or centrifugation.
In this embodiment of the invention, the minor portion of ice formed can be removed with waxes and tars, or the extract can be slightly heated to allow the ice to melt before removing waxes and tars. by filtration, decantation or centrifugation.
The tars, waxes or gums produced by the cooling of the coffee extract can be removed in any suitable way, as indicated above. The cooled extract can be maintained at the cooled temperature until the precipitate settles to the bottom of the vessel and the portion of solution free of precipitate can be decanted and then subjected to further processing. Alternatively, the cooled extract can be treated in the same way as the hot coffee extract which must be free of any sediment. Thus, the techniques of centrifugation, batch or continuous treatment, or pressure filtration, all well known to those skilled in the art, can be employed to separate the extract from the precipitate.
After being released from the precipitate, the resulting precipitate-free coffee extract is then subjected to concentration by partial freezing of water. This freezing concentration process can be carried out in an apparatus of the batch, semi-continuous or continuous type according to the methods known in the art and their improvements. However, any method for removing water from the coffee extract by crystallization in the form of ice is applicable to the method of the present invention. The resulting ice cream paste and the concentrated coffee extract are then subjected to centrifugation to release the resulting solution.
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centered ice crystals.
The resulting ice crystals are ordinarily washed with water or dilute coffee extract to completely free the ice crystals from the residual mother liquor and the detergents may be. returned to the freezing concentration process. The practice of the present invention has the advantage that the centrifuge basket does not become clogged with the tars and waxes which have precipitated and that the separation and washing processes are facilitated in their efficiency.
The concentration by freezing of the extract or edible liquid free of wax, tar and gum can be accomplished either in a single stage or in several stages, each of which comprises a crystallizer in which the heat is removed. coffee extract to form an ice crystal paste and a concentrated mother liquor. After each stage of crystallization, the ice is removed from the paste and the concentrated extract either continues to be subjected to further processing in the preparation of the scluble or powdered coffee or is brought to be more concentrated in a subsequent stage of the process. concentration by freezing.
The crystallization of the ice from the extract is preferably carried out in a tubular heat exchanger, the outer surfaces of which are cooled by a circulation condenser. The internal section of the tube is usually provided with a rod on which there are blades of an agitator. Alternatively, a tubular heat exchanger of the common scraped surface type can be used. Any acceptable centrifuge or separation device can be employed to separate the concentrated coffee extract from the resulting ice crystals. The centrifuge is the preferred method of separating ice from the mother liquor and usually consists of a rotating basket which contains perforations to allow passage of the mother liquor.
The centrifuge can also be equipped with certain devices for washing the residual mother liquor from the crystals of
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ice.,
Referring now to the drawing accompanying the present patent, an aqueous edible extract enters a cooling apparatus 10 through a supply line II. The cooling apparatus may be a common refrigeration device, a tubular heat exchanger. of the continuous type or the cooling operation can be carried out in a batch manner by placing extract containers in a refrigerated chamber.
The cooled extract is then fed to the filter 12 through a line 13. The filter apparatus may be a filtration device of the current continuous type or, if the wax or the tar which has precipitated can be handled on a basket. As a centrifuge, it may include an ordinary rotary or laboratory basket centrifuge or a batch type centrifuge. The filtered extract, now free of tars, gums and waxes, is entrained through line 14 to tubular crystallizer 15 - where the temperature is sufficiently lowered so that ice can form in the extract. The exact degree of concentration depends on the cooling medium and the temperature on the outside of the crystallizer 12 and the residence time in the crystallizer.
The concentrated ice cream paste and mother liquor are then sent to a separation apparatus 16 through line 17. The separation apparatus 16 is preferably a rotary basket centrifuge in which the basket is an open sieve which allows the separation. concentrated mother liquor to be removed from the outer periphery of the centrifuge through line 18, while the ice, which is preferably reconverted to the paste state either with water or with an extract of material from 'supply is eliminated via line 19.
As can be seen above, the operation of concentration by crystallization can be carried out = in several stages ¯
The following examples illustrate the process of the present invention.
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your invention.
EXAMPLE 1
A quantity of coffee extract containing 24% coffee is precooled to a temperature below 40 F and it is introduced into a tubular heat exchanger having an internal stirrer. The coffee extract is fed to the heat exchanger at a rate of 3 gallons per minute and the coffee extract is recirculated around the heat exchanger until crystals of ice formed on internal cooling.- The recirculation of the paste and the mother liquor is maintained when the coffee extract is fed to the crystallizer, whose internal walls are maintained at a temperature of 27 F.
A paste of ice cream and coffee liquor containing about 30% coffee is then continuously removed from the crystallizer and fed to a continuous type rotary basket centrifuge. The centrifuge basket is in the form of a perforated sieve that allows the coffee liquor to pass through the ice cake, thereby separating the ice from the coffee liquor. After 10 minutes of operation, the sieve of the centrifuge is sealed with tars and waxes which have precipitated from the coffee extract during the cooling and crystallization process. This makes it necessary to stop the operation, because of the poor separation of the ice and the mother liquor.
This process is repeated except that the extract is fed to the crystallizer without initial precooling. Tars and gums form with the ice, and the centrifuge clogs in the same way as if the extract had been precooled.
EXAMPLE 2
The general process of Example 1 is repeated except that the cooled coffee extract is filtered through a fine cheese cloth before being introduced into the crystallizer. In this filtration process, approximately 1.9% of the original extract
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is removed in the form of tars, gums or waxes. The resulting precipitate-free coffee liquor is then introduced into the crystallizer and the paste produced in the crystallizer is continuously centrifuged. The separation of the mother liquor is not hampered by plugging the centrifuge screen with precipitate.
Excellent results are thus obtained when the coffee liquor to be concentrated is pre-cooled from 80 to 36 F and when the extract has 12 to 32% coffee.
EXAMPLE 3
A tea extract containing 68% tea, at a temperature above 80 F after extraction, is cooled in a heat exchanger to 36 F. The cooled material is then titrated through a filter press and the extract free of The resulting tar is concentrated by freezing in a tubular crystallizer. The resulting concentrated ice tea paste is easily separated on a sieve and rotary basket centrifuge as described above.
The process of the present invention is applicable to any edible, aqueous liquid extract or material which is to be concentrated by forming ice and then removing the ice. Thus, the process of the present invention can be used in connection with the freezing concentration of coffee, tea, grape juice, orange juice, beer, vinegar, etc. etc.
It should be understood that the present invention is in no way limited to the above embodiments and that many modifications can be made thereto without departing from the scope of the present patent.
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