DE19519129A1 - Verfahren zum Gefriertrocknen von Kaffee-Extrakt - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Gefriertrocknen von Kaffee-Extrakt, welches gegenüber den bisher bekannten Verfahren energie- und zeitsparend ist. Die Erfindung betrifft ferner den so erhältlichen gefriergetrockneten Kaffee-Extrakt in Pellet- Form.

Gefriergetrockneter Kaffee-Extrakt zur Verwendung als "Instant- Kaffee" wird üblicherweise als Granulat hergestellt, indem man wäßrigen Kaffee-Extrakt mit einem Trockenstoffgehalt von etwa 40 Gew./Vol.% bis zu einem Schaumgewicht von etwa 450 bis 750 g/l aufschäumt, die Masse etwa 30 Minuten lang auf Gefrierbän­ dern bis zu einer Schaumtemperatur von etwa -45°C abkühlt und das gefrorene Produkt bei -40 bis -50°C mahlt. Das so erhaltene Granulat wird bei tiefen Temperaturen gesiebt, um den Feinanteil mit Korngrößen von weniger als 0,5 mm und Partikel mit Korngrö­ ßen über 3 mm zu eliminieren. Die Menge des Feinanteils, d. h. der Partikel mit Korngrößen unter 0,5 mm, macht üblicherweise 30 bis 35 Gew.% des eingefrorenen Gesamtproduktes aus. Nach dem Sieben weisen etwa 95% des Granulats Korngrößen im Bereich von 0,5 und 3 mm auf, häufig ist jedoch noch immer bis zu 5% Feinan­ teil mit Korngrößen von 0,5 mm oder weniger vorhanden. Der An­ teil der Partikel zwischen 0,5 mm und 1 mm beträgt etwa 10 bis 20% des gesiebten Produktes. Dieses Granulat wird üblicherweise in Schalen gefüllt und bei Betriebsdrücken zwischen 0,3 und 0,4 mbar (Capacitron-Werte, entsprechend Thermotron-Werten von etwa 0,4 bis 0,6 mbar) gefriergetrocknet. Das gefriergetrocknete Endprodukt weist gewöhnlich eine Dichte von etwa 230 bis 260 g/l auf.

Die oben dargelegte Temperatur- und Druckführung ist auf Er­ kenntnisse von Fachleuten gestützt, wonach bei der Ge­ friertrocknung von Kaffee-Extrakten langsames Einfrieren und vorsichtiges Gefriertrocknen bei relativ niedrigen Drucken (s. o.) zu guten Ergebnisse hinsichtlich der Zurückhaltung von Aro­ mastoffen führt, vgl. beispielsweise Thÿssen, H. A. C. et al. i.i.R. Comm. X., Lausanne 1969, Seiten 99 bis 141.

Thÿssen führt die gute Rückhaltung von Aromastoffen auf große Poren im Produkt zurück, in denen hochkonzentrierte Lösung zwi­ schen Eiskristallen eingelagert werde, vgl. a.a.O.

Flink, J. (vgl. Journ. Agr. Food Chem., 18 295ff, (1970) und Academic Press 1975, 351-372) berichtet, daß der Verlust an flüchtigen Substanzen bei der Gefriertrocknung von Kaffee-Ex­ trakt im wesentlichen während der Haupttrocknung stattfindet. Er entwickelt ein Modell, wonach flüchtige Stoffe in "Mikroregio­ nen" festgehalten werden und beruft sich dabei auf die Beobach­ tung, daß gemahlenes, gefrorenes Produkt nicht mehr flüchtige Stoffe abgibt, als ein geschlossener "Kuchen". Nach seiner Er­ kenntnis findet an der Oberfläche keine Anreicherung der flüch­ tigen Substanzen statt. Wird jedoch die Mikrostruktur durch Kollaps während der Gefriertrocknung zerstört, so sinkt das Rückhaltevermögen drastisch. Flink zeigt ferner, daß bei langsam eingefrorenen Produkten die Aromaverluste beim Gefriertrocknen mit steigendem Betriebsdruck steigen, vgl. a.a.O.

Zusammenfassend läßt sich festhalten, daß nach der Lehre des Standes der Technik beim Gefriertrocknen von Kaffee-Extrakt optimale Ergebnisse hinsichtlich der Aromarückhaltung erzielt werden, wenn man den Extrakt langsam einfriert, mahlt und das Granulat anschließend bei relativ niedrigen Drücken, d. h. bei 0,3 bis 0,4 mbar gefriertrocknet.

Die herkömmlichen Verfahren zum Herstellen von gefriergetrock­ netem Kaffee-Extrakt haben jedoch wesentliche Nachteile.

• - Wie oben erläutert, entstehen 30 bis 35% des Granulats als Feinanteil, der durch Sieben eliminiert, zurückgeführt und wieder verarbeitet werden muß.
• - Das Verfahren ist kostenintensiv, da der Energieaufwand des Mahlens bei tiefen Temperaturen zwischen etwa -40 und -50°C sowie die Kosten für die Sieb- und Mahlstrecke wesentlich zu den Gesamtherstellungskosten beitragen.
• - Das Produkt wird bei niedrigen Drücken (etwa 0,3 bis 0,4 mbar) getrocknet, da auf diese Weise optimale Aroma-Rückhal­ tung erwartet wird, und zudem die Trocknung bei niedrigen Drücken mit Rücksicht auf den immer noch vorhandenen Fein­ anteil und die unterschiedliche Granulatgröße erforderlich ist. Die niedrigen Trocknungs-Drücke führen jedoch zu ver­ hältnismäßig langen Trocknungszeiten und relativ tiefen Eis­ temperaturen, wobei Betriebsdrücke von 0,3 bis 0,4 mbar Temperaturen des Produktes an der Sublimationsfront von -22,5 bis -26,5°C entsprechen (diese Eistemperaturen lassen sich ohne Thermoelemente mit Hilfe der barometrischen Tempe­ raturmessung (BTM) sehr genau ermitteln, siehe z. B. H.M. Willemer, PDA Symposion, Tokio, November 14-16, 1994, Seite 296). Auch in dieser Verfahrensstufe ist die Herstel­ lung von gefriergetrocknetem Kaffee-Granulat gemäß Stand der Technik außerordentlich kosten- und energie-intensiv.

Aufgabe der Erfindung war es daher, ein Verfahren zur Her­ stellung von gefriergetrocknetem Kaffee-Extrakt zu finden, mit Hilfe dessen die oben zitierten Nachteile vermieden werden können, welches jedoch ein Produkt liefert, das höchsten Qua­ litätsanforderungen entspricht.

Die Aufgabe wurde durch das erfindungsgemäße Verfahren gelöst, bei dem man

• a) Kaffee-Extrakt mit einem Trockenstoffgehalt von 35 bis 45 Gew./Vol% bis zu einem Schaumgewicht von 450 bis 750 g/l, vorzugsweise 500 bis 700 g/l, aufschäumt,
• b) den aufgeschäumten Kaffee-Extrakt zur Bildung von Pellets auf ein gekühltes Band tropft und die Pellets auf dem Band auf Temperaturen unterhalb -30°C einfriert, und
• c) die eingefrorenen Pellets bei Drücken trocknet, welche um den Faktor 2 bis 4 oberhalb derjenigen Drücke liegt, die üblicherweise zum Gefriertrocknen von gemahlenem Kaffee- Granulat angewendet werden.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren beträgt die Schaumtemperatur am Ende des Aufschäumvorganges vorzugsweise -2 bis -4°C.

Der Aufschäum-Vorgang kann nach Standardverfahren erfolgen; vorzugsweise wird als Gas Stickstoff oder Kohlendioxid verwen­ det.

Wesentliche Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens zeigen sich in Stufe b). Dort können die auf das gekühlte Band getropf­ ten Pellets innerhalb von 2 bis 3 Minuten auf Temperaturen zwischen -30 und -40°C eingefroren werden. Gegenüber herkömmli­ chen Verfahren wird somit in dieser Stufe ein Zeitgewinn um etwa einen Faktor 10 erzielt. Da das Produkt nicht zerkleinert (ge­ mahlen) werden muß, und daher keine Reibungswärme erzeugt wird, ist es ausreichend, die Pellets bei -30 bis -40°C einzufrieren.

Auch in dieser Stufe wird somit Energie eingespart.

Vorzugsweise werden in Stufe b) Tropfen einer solchen Größe auf das gekühlte Band gegeben, daß nach dem Gefrieren Pellets mit einem Durchmesser von 4 bis 7 mm, vorzugsweise etwa 6 mm und einer Höhe von 2,5 bis 3,5 mm, vorzugsweise 3 mm erhalten wer­ den. Gegebenenfalls können die Pellets in gefrorenem Zustand gesiebt werden, um "Fehlgrößen" zu eliminieren.

Die anschließende Gefriertrocknung der gefrorenen Pellets er­ folgt bei Drücken, welche um den Faktor 2 bis 4 oberhalb derje­ nigen Drücke liegt, die üblicherweise zum Gefriertrocknen von gemahlenem Kaffee-Granulat angewendet werden. Wie oben erläu­ tert, liegen diese Drücke gewöhnlich zwischen 0,3 und 0,4 mbar (ausgedrückt als Capacitron-Werte). Demgegenüber werden erfin­ dungsgemäß Drücke zwischen 0,8 und 1,5 mbar, vorzugsweise 1,0 bis 1,3 mbar, angewendet. Rechnet man aus diesen Betriebsdrücken auf die Eistemperatur im Pellet um (siehe oben), so ergeben sich Eistemperaturen zwischen -19 und -23°C. Es kann somit auch in dieser Stufe Energie eingespart werden. Ferner verbessert der höhere Betriebsdruck die Wärmezufuhr von der Heizplatte zum Produkt auf das 1,6-Fache (vgl. Ehlers, H., "Bestimmung der optimalen Trocknungsbedingungen für die Gefriertrocknung von Gütern durch Messung der Wärme- und Strömungsleitwerte", 5. Gefriertrocknungstagung, Leibold AG, Köln 1962).

Zusätzlich nimmt bei Drücken zwischen 0,8 und 1,5 mbar das zu transportierende Dampfvolumen auf etwa 1/4 ab, was bei gleicher Strömungsgeschwindigkeit die vierfache Wasserdampfmenge pro Zeit- und Flächeneinheit bedeutet. Das erfindungsgemäße Verfah­ ren führt also auch zu einer meßbaren Erhöhung der Trocknungs­ leistung bei gleichzeitig geringerem Energiebedarf.

Erfindungsgemäß hat es sich überraschenderweise gezeigt, daß die Umkehr des bei der Gefriertrocknung von Kaffee-Extrakt anerkann­ ten Prinzips der Kombination langsamer Einfrierzeiten mit niedrigen Trocknungsdrücken zu außerordentlich erfolgreichen Ergebnissen führt, wenn man den Kaffee-Extrakt in Pelletform einfriert. Kaffee-Extrakt in Pelletform kann in einem Zehntel der üblichen Zeit, nämlich in 2 bis 3 Minuten, eingefroren und bei 2- bis 4-fach höheren Drücken getrocknet werden als dies mit Granulat möglich ist, und es wird überraschenderweise ein Pro­ dukt mit gutem Aromagehalt und attraktivem Äußeren erhalten.

Das Produkt gewinnt an Lagerstabilität, da der Luftsauerstoff geringere Angriffsmöglichkeiten hat. Zudem erhält die Oberfläche ein Aussehen, welches an frische geröstete Kaffeebohnen erin­ nert. Bei Drücken unterhalb von 0,8 mbar geht u. a. dieser Farb­ effekt verloren, d. h. die Pellets erhalten ein helles bzw. sche­ ckiges Aussehen.

Vorzugsweise weisen die nach erfindungsgemäßen Verfahren herge­ stellten Kaffee-Pellets Abmessungen auf, die bezüglich ihres Durchmessers zwischen 4 und 7 mm, vorzugsweise 6 mm und bezüglich ihrer Höhe zwischen 2,5 und 3,5 mm, vorzugsweise 3 mm liegen. Soll ein gefriergetrocknetes Kaffeeprodukt mit Pellets von im wesentlichen gleicher Größe hergestellt werden, so lassen sich gefrorene Pellets mit Größen, die durch Betriebsschwankungen deutlich von der Sollgröße abweichen, ohne weiteres durch Sieben entfernen.

Die Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens werden nachstehend anhand eines Vergleiches mit der herkömmlichen Herstellung von gefriergetrocknetem Kaffee-Extrakt in Granulatform verglichen, wobei jeweils drei verschiedene Kaffeesorten verwendet wurden, die sich hinsichtlich ihrer Qualität voneinander unterschieden. Die Kaffeesorte A wies die niedrigste und die Kaffeesorte C die höchste Aroma-Qualität auf.

Tabelle 1

Tabelle 2

Tabelle 3

Die Tabellen zeigen, daß mit dem erfindungsgemäßen Verfahren eine wesentliche Einsparung von Zeit und Energie bei gleichzei­ tig verbessertem Aussehen des Produktes möglich ist.

Claims (7)

1. Verfahren zum Gefriertrocknen von Kaffee-Extrakt, dadurch gekennzeichnet, daß man

• a) Kaffee-Extrakt mit einem Trockenstoffgehalt von 35 bis 45 Gew./Vol% bis zu einem Schaumgewicht von 450 bis 750 g/l aufschäumt,
• b) den aufgeschäumten Kaffee-Extrakt zur Bildung von Pellets auf ein gekühltes Band tropft und die Pellets auf dem Band auf Temperaturen unterhalb -30°C einfriert, und
• c) die eingefrorenen Pellets bei Drücken trocknet, welche um den Faktor 2 bis 4 oberhalb derjenigen Drücke liegt, die üblicherweise zum Gefriertrocknen von gemahlenem Kaffee- Granulat angewendet werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaumtemperatur in Stufe b) am Ende des Aufschäum-Vorganges -2,5 bis -4°C beträgt.

3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeich­ net, daß man in Stufe b) den aufgeschäumten Kaffee-Extrakt jeweils in einer solchen Menge auf das gekühlte Band auf­ tropft, daß Pellets mit einem Durchmesser von 4 bis 7 mm und mit einer Höhe von etwa 2.5 bis 3.5 mm entstehen.

4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeich­ net, daß man die Pellets in Stufe b) 2 bis 3 Minuten lang auf Temperaturen zwischen -30 und -40°C einfriert.

5. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeich­ net, daß man die Gefriertrocknung in Stufe c) bei Drücken im Bereich von 0,8 bis 1,5 mbar durchführt.

6. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeich­ net, daß man die Pellets in Stufe c) bis zu einer Dichte von 150 bis 300 g/l gefriertrocknet.

7. Gefriergetrockneter Kaffee-Extrakt in Pellet-Form, erhält­ lich nach dem Verfahren gemäß den Ansprüchen 1 bis 6.