DE2038083A1

DE2038083A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von gefriergetrocknetem Kaffee

Info

Publication number: DE2038083A1
Application number: DE19702038083
Authority: DE
Inventors: Dwyer Daniel Edward
Original assignee: General Foods Corp
Current assignee: General Foods Corp
Priority date: 1969-08-01
Filing date: 1970-07-31
Publication date: 1971-02-25
Also published as: DE2038083C2; FR2056936A1; FR2056936B1; ES382341A1; GB1302289A; CA956169A; JPS5114585B1

Description

DR.-ING. VON KREISLER DR.-ING. SCHÖNWALD DR.-ING. TH. MEYER DR. FUES DIPL.-CHEM. ALEK VON KREISLER DIPL.-CHEM. CAROLA KELLER DR.-ING. KLÖPSCH

KÖLN 1, DEICHMANNHAUS

Köln, den 30.JuIi I97O Kl/Ax/Bt

General Foods Corporation, 250 North Street, White Plains, New York, USA

"Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von gefriergetrocknetem Kaffee"

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von gefriergetrocknetem Kaffee, bei dem ein Kaffee-Extrakt auf JO bis 50 Gew.-^ Kaffeefeststoffe gefrierkonzentriert, der konzentrierte Extrakt in einen Schaum überführt, der 'Schaum gefroren und der gefrorene Schaum gefriergetrocknet wird.

Verschiedene Verfahren zur Gefriertrocknung von Kaffee sind bereits vorgeschlagen worden. Im allgemeinen wird der Kaffee vor der Trocknung der Gefrierkonzentration unterworfen, bei der der Extrakt durch Entfernung von Wasser in Form von Eiskristallen konzentriert wird. Bei dieser Stufe ist es wichtig, die Menge an Kaffeefeststoffen, die aus dem Extrakt mit dem kristallisierten Eis entfernt wird, sowohl vom Standpunkt des Wirkungsgrades als auch vom Standpunkt des Geschmacks und Aromas so niedrig wie möglich zu halten. Ebenso ist es bei den Trocknungsstufen erwünscht, Maßnahmen zu ergreifen, durch die die Eigenschaften des Endprodukts in Bezug auf Geschmack, Aroma, Farbe und Dichte in größtmöglichem Maße gesteigert werden.

Zur Vorbereitung eines Kaffee-Extrakts für die Gefriertrocknung wurde vorgeschlagen, die Extrakte durch Einblasen eines Gases zu schäumen, wie in der britischen Patentschrift 1 102 587 und in der USA-Patentschrift 3 309 779 beschrieben. Bei diesen

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Verfahren wird jedoch nicht immer eine homogene Verteilung von Kaffeefeststoffen,, Eis und gegebenenfalls verwendetem Gas inner-

. halb des gesamten zu gefrierenden Systems erzielt. Ferner erhält das Endprodukt durch das'Einblasen von Gas gewöhnlich eine unerwünscht helle Farbe.

Ferner wurde die Herstellung gleichmäßiger Teilchen für die Gefriertrocknung durch Granulierung des gefrorenen Produkts vorgeschlagen, um die Bildung von Feinteilen und Staub zu vermeiden, die in den Gefriertrockenkammern mitgerissen und ausgetragen werden können.

Beim Verfahren gemäß der Erfindung wird die Kristallisation bei der Gefrierkonzentrierung so gelenkt, daß verhältnismäßig große und gleichmäßige Eiskristalle entstehen, wodurch die Kristalle eien Eiskuchen von hoher Durchlässigkeit und Porosität für die Entfernung von Kaffeefeststoffen daraus bilden, worauf mit den gefrorenen Teilchen des Kaffee-Extraktes durch leichte Bewegung bei einer Temperatur von -2 bis -7⁰C eine aus dem konzentrierten Kaffee-Extrakt und Gas bestehende geschäumte Aufschlämmung von geregelter Konsistenz gebildet wird, die der Gefriertroeknung zugeführt wird.

Unter einer geregelten Konsistenz der geschäumten Aufschlämmung ist zu verstehen, daß die Anteile an Gas und gefrorenem Kaffee-Extrakt, die Konzentration des Extrakts und die Temperatur so aufeinander abgestimmt werden, daß die Aufschlämmung bezüglich ihrer Fließeigenschaften einstellbar ist, d.h. beispielsweise gepumpt werden kann, ihre schaumige oder geschäumte Struktur aufrecht erhält und eine homogene Dispersion der verschiedenen Komponenten im gesamten Schaum bleibt. Bei jeder gegebenen Konzentration - 'gibt es optimale Temperaturbegrenzungen, um ?

einen gewünschten Schaum sicherzustellen,, da bei einer gegebenen Konzentration der Fall eintreten kann^ daß die Kristalle im Schaum bei einer höheren Temperatur schmelzen und auf diese

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Weise die geschäumte Struktur zerstören oder schwächen.

Aiii zweckmäßigsten werden Kristalle von gefrorenem Kaffee-Extrakt verwendet, die durch Granulierung, z.B. durch Mahlen des zu einer festen Masse gefrorenen Kaffee-Extrakts unter Rückführung der Feinteile oder des Feinkorns aus der Granulierung gebildet worden sind. Am zweckmäßigsten wird der konzentrierte Extrakt geschäumt, worauf die Eiskristalle dem Schaum zugesetzt werden, um die Aufschlämmung mit den gewünschten Eigenschaften zu bilden. Nach der Bildung der geschäumten Aufschlämmung wird diese zweckmäßig 30 Minuten bis

4 Stunden in diesem Zustand gehalten, bevor endgültig gefroren " wird. Beim Mahlen wird die Größe der Teilchen, die der Gefriertrocknungsstufe zugeführt werden, vorzugsweise so eingestellt, daß wenigstens 90 Gew.-% der Teilchen eine Größe von 200 bis 4 000/U haben. Die Feinteile werden, wie bereits erwähnt, im Kreislauf geführt, während das Oberkorn in die Mühlen zurückgeführt wird.

In der Konzentrierungsstufe ist für die großen Eiskristalle eine Größe von mehr als 254 η (10 mil), z.B. eine Größe von 2,03 mm (80 mil), geeignet. Die Kristalle werden zweckmäßig unter Kristallisationsbedingungen gebildet, bei denen das Verhältnis des Volumens des Kristallisators (d.h. der Extraktmasse) zur gekühlten Wärmeaustauschfläche, gemessen in Kubik- f fuß pro Quadratfuß gekühlte Wärmeaustauschfläche, 1:0,75 bis 1:1,50 bei einem U-Faktor von 25 bis 100 beträgt.

Durch Einstellung der Bedingungen der Konzentrierung und Bildung der geschäumten Aufschlämmung für das Gefrieren wird allgemein eine Verbesserung der Farbe, der Dichte und des Geschmacks des gefriergetrockneten Endprodukts erreicht.

Der Kaffee-Extrakt wird nach beliebigen geeigneten Verfahren aus normalen gerösteten Kaffeetnischungen hergestellt. Der

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ursprüngliche Kaffee-Extrakt wird beispielsweise In einer Batterie von Extrakteren oder Perkolatoren hergestellt und hat einen Feststoffgehalt von 20 bis 30%, im allgemeinen 24 bis 285ε. Die Batterie von Perkolatoren 10 arbeitet beispielsweise

ι 1RO—210 P) mit einer Endtemperatur von 66 bis 99°C/und liefert einen typischen Kaffee-Extrakt mit einem Feststoffgehalt von etwa 21 bis 25 Gew.-%. Es ist vorteilhaft, aus dem perkolierten Extrakt nach üblicher /Cühl ung die verhältnismäßig unlöslischen Feststoffe, z.B. Wachse, Teer und Harze oder Gummen, in einem Klärsystem 12 zu entfernen, um eine Verschmutzung der Oberflächen der nachgeschalteten Apparaturen zu vermeiden. Das Klärsystem 12 wird beispielsweise bei niedriger Temperatur betrieben und kühlt auf eine unterhalb von Raumtemperatur liegende Temperatur und zentrifugiert unter Überdrücken von 1,4 , (20-80 psig) .

bis 5,6 atü>i um das Schäumen weitgehend auszuschalten. Beispielsweise kann der frische perkolierte Kaffee-Extrakt innerhalb von 2 bis 5* vorzugsweise in etwa 2 bis 4 Stunden nach der Perkolation durch Fällung bei Temperaturen oberhalb des Gefrierpunktes und unterhalb von 10°C/zur Entfernung von un-r löslIschen Feststoffen wie Wachsen, Teer, Harzen und Gummen geklärt werden. Der Extrakt kann zur verbesserten Entfernung des Schlammes zentrifugiert werden.

Der perkolierte Kaffee-Extrakt wird dann der Gefrierkonzentrierung unterworfen. Die Gefrierkonzentrierung wird durchgeführt, indem verhältnismäßig große und gleichmäßige Eiskri-

■"'·-'(XO bis So mil) stalle beispielsweise einer Größe von etwa 254 Ai bis 2,03 mm / gezüchtet werden. Diese Kristalle werden unter Aufreehterhaltung leichter Bewegung in einem Kriställisator mit einem geregelten Verhältnis von Volumen zur gekühlten Wärmeaustauschfläche bei einer geregelten Temperaturdifferenz zwischen Kühlmittel und Extrakt und einer geregelten yerweil^eit Mnd Extrakttemperatur gezüchtet. Die aufdiese Weise erzeugten Kristalle bilden einen Eiskuchen jnit bemerkenswert hoher Durch- lässigkeit und Porosität, die maxlmaXe Entferiiung von Kaffeefeststoffeji aus dem Eiskuchen t>et eizier 1» einer Zentrifuge

^:-- ^{: :} : : V2Q38Q83 -5 - ■■.■■■■■

vorgenommenen Trennung ermöglichen« Diese Trennung wird vorteilhaft in zwei Phasen vorgenommen, nämlich in einem bei einer relativ niedrigeren Geschwindigkeit durchgeführten Beladungszyklus und einem bei höherer Drehzahl durchgeführten Endzyklus. Ein äußerst poröser und durchlässiger Eiskuchen einer Dicke von 12,7 bis 50,8 mm (0,5-2 inch) Dicke wird auf diese Weise gebildet und mit verdünntem Extrakt, Wasser oder geschmolzenem abgetrenntemEls vor der Abschlußphase gewaschen» Die Abschlußphase dient dazu, die auf das Eisbett einwirkende Kraft zu steigern und den Gehalt an Kaffeefeststoffen im Eis zu verringern. Durch eine solche Kristallisation und Abtren- λ nung wird der Extrakt auf einen Peststoffgehalt konzentriert, der in einem Bereich von JO bis 50$ und im allgemeinen von 35 bis 45 Gew.-% liegt.

Der geklärte Extrakt wird beispielsweise durch Kristallisation und Zentrifugierung bei Temperaturen von -2° bis -7°C (19-28°F) gefrierkonzentriert, wobei sein ursprünglicher Feststoffgehalt von 20 bis 30 Gew.-% (im allgemeinen 21-25 Gew.-%) auf etwa 30 bis 50 Gew.-% (gewöhnlich etwa 35 bis 45 Gew.-%) erhöht wird. Der Feststoffgehalt der entfernten Kristalle wird in mehreren Zentrifugier- und Waschstufen unter Verwendung einer Waschflüssigkeit aus einer beliebigen Quelle, z.B. nicht konzentriertem Extrakt, Wasser oder durch Schmelzen des abge- | trennten Eises gebildeter Flüssigkeit oder einer Kombination dieser Flüssigkeiten, auf weniger als 5 Gew.-^, gewöhnlich auf etwa 1 bis 3 Gew.-Ji gesenkt.

Der geklärte Extrakt wird konzentriert, indem er zum Kristallisator 14 geführt wird. Der Kristallisator 14 ist ein beliebigsr geeigneter Wärmeaustauscher, in dem der Extrakt unter Bildung großer gesonderter Kristalle in der Flüssigkeitsmasse gefroren wird, und der beispielsweise unter den nachstehend genannten Bedingungen betrieben werden kann. Er ist mit einem Schaber

! oder Schabmesser versehen, wobei die Kristallkeime-von der Wärmeaustauscherwand entfernt werden und auf diese Weise

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ln innerhalb der Plüssigkeitsmass© wachsen« Gesonderte issereiskrlstalle i-jerden" bis zu einer Größe von" mehr .als 254/2 (10 mil) ρ vorzugsweise bis etwa 2,0) mra (80 mil) OTifer den nachstehend genannten Bedingungen gezüchtet» Zu diesen "Bedingungen gehört eine Temperaturdifferenz, bei der eine begrenzte Zahl von Keimen bis zu einem verhältnismäßig großen Urafsag in gerührten Bereichen von unterkühlter " Flüssigkeit wachsen« Durch eine Gefrier- oder Verweilzeit in Kristallisator von etwa 1 bis β Stunden und langer/ insbesondere 1*5 bis 5*5 Stunden, wird ein besonders reiches Konzentrat der Mutterlauge erhalten,, das verhältnismäßig große _s leicht abtrennbare, verhältnismäßig gleichmäßig große und grobe Eiskristalle enthält _s die sich leicht pumpen und handhaben lassen»

Der Kristallisator 1% ist so ausgebildet* daß das Verhältnis von Extraktvolumen zu gekühlter Wärmeaustauschfläche verhältnismäßig hoch ist. Die Verweilzeit des Extraktes im Kristallisator wird so gewählt, daß eine allmähliche Bildung von Kristallen im Extrakt an der gekühlten Wärmeaustauscherwand und in deren Nähe sichergestellt ist. Der Extrakt wild einer leichten Bewegung durch einen Rührer unterworfen, der über die Wärmeaustauscherwand schabt, während er in ständiger Berührung mit dieser Wand ist.Kristalle, die zunächst ungefähr die Dicke von Eisblumen haben, bilden sich und dienen als Keime für verhältnismäßig große und ungefähr kugelförmige , Wassereiskristalle in der Flüssigkeitsmasse. Die Bildung solcher Kristalle wird ausgelöst, durch Arbeiten mit einer geringen Zuführungsmenge, z.B. etwa 5*7. bis 19,9 l/Minute (6 bis 21 Quarts/Min.), während das Kältemittel in Wärmeaustauschbeziehung mit dem eingesetzten Material im Kristallisator bei Temperaturen gehalten wird, die beim Gefrierpunkt oder unter dem Gefrierpunkt für die gewünschte Feststoff konzentration der Mutterlauge, nämlich Im allgemeinen zwischen -2°C (29°F) und -7°C (9°F) liegen.

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... - 7 - . -■■.'■■

Die Verwei]zeit des Extrakts im Kristallisator ist länger als eine Stunde und liegt gewöhnlich in der Nähe von 1,5 bis 3,5 Stunden. Das Verhältnis des Kristallisatorvolumens oder des Volumens der Extraktmasse zur gekühlten Wärmeaustauschfläche, gerechnet als Verhältnis des Volumens in Kubikfuß zur Fläche in Quadratfuß, beträgt im allgemeinen 1 : 1 und kann 1:0,5 bis 1:3,5, insbesondere 1:0,75 bis 1:1,50, betragen, wodurch ein großes Volumen von eingesetztem Material sichergestellt wird, das bei Kristallisation über eine längere Zeit die gewünschten großen Wassereiskristalle bildet. Wichtig in diesem Zusammenhang ist der U-Faktor, d.h. die Wärmemenge in BTU/ ( Stunde pro Quadratfuß der gekühlten Wärmeaustauschfläche pro Grad Färenheit. Der Kristal1isator 14 1st so ausgebildet und wird so betrieben, daß der "U-Faktor 25 bis 100,insbesondere 35 bis 75 und im allgemeinen 50 beträgt. Hierdurch wird gewährleistet, daß die Eiskristalle mit ziemlich niedriger Geschwindigkeit gebildet werden und wachsen, wodurch es den Strömen von gerührtem unterkühltem Extrakt möglich ist, allmählich größer werdende Kristalle mit verhältnismäßig gleichmäßiger endgültiger Größe zu bilden. Der "U"-Faktor ist andererseits nicht so niedrig, daß sich eine unzweckmäßig lange Aufenthaltszeit im Kristallisator 14 ergibt.

Die gewünschte Auslösung der Bildung von Eiskristallen des I Wassers im unterkühlten Extrakt wird begünstigt durch einen Wärmeaustauscher mit einer Kristallisationsbehälterwand, die ständig sauber gewiecht oder geschabt wird, um einen maximalen Wirkungsgrad des Wärmeübergangs zu erzielen. Die Temperaturdifferenz (ΔΤ) zwischen Extrakt und gekühlter Wärmeaustauscherwand oder Kristallisationswand variiert innerhalb der

mit

oben genannten Parameter/der Tiefe des Extrakts Im Kristalli-

sator Ϊ4. Der Extrakt als solcher konzentriert sich von der Eintrittsstelle am unteren Ende des Kristallisators 14, während er von unten nach oben überführt und schließlich am oberen Ende des Kristallisators 14 in die angereiehfcerte Mutterlaugenphase bei einem Peststoff gehalt von 30 bis 50#, im allgemeinen

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35 bis 45$ dekantiert wird. Der Gefrierpunkt der Mutterlauge ändert sich somit von -2 bis -7°C und darunter, während die Extraktkonzentration im Kristallisätor 14 steigt. Die Eiskristalle des Wassers sammeln sich schließlich als schwimmende Aufschlämmungshaube oder -decke in Form eines in der Mitte mit einer Spitze versehenen Hügels mit einer Tiefe von 5 bis 10 cm

- (2 feet)
in der Mitte bis 61 cm/am Umfang. Diese schwimmende Haube ist durch die oben genannte, verhältnismäßig gleichmäßige Teil-¹ chengröfleverteilung gekennzeichnet. Der Extrakt wird durch konstantes leichtes Rühren so bewegt, daß die groben Kristalle nicht zerbrechen oder ihr Wachstum gestört wird.

Bei Einhaltung der oben genannten konstruktiven Ausbildung und Abmessungen und der Arbeitsbedingungen ergibt sich-veine

,(25-6CrTTo Temperaturdifferenz ΔΤ , die im #33gemeinen 34 bis 33*3 C* insbesondere 22,2 bis 27,8⁰C/ beträgt und im allgemeinen bei

ο (45°F)

etwa 25 C/3iegr. Die TemperaturdifferenzΔΤ ist im Rahmen dieser Beschreibung ein veränderlicher Ausdruck, der vom Peststoff gehalt der Mutterlauge während der Kristallisation abhängt, der seinerseits vom Gehalt an löslichen Feststoffen in der Mutterlauge abhängt.

Während der gesamten Kristallisation werden durch einen Rührer ständig Kristallkeime von den Gefäßwänden mit Hilfe eines Schabers aus geeignetem Werkstoff losgelöst. Der Kristallisationsbehälter kann aus einem beliebigen üblichen, hygienisch unbedenklichen und nicht reaktionsfähigen Metall, z.B. nichtrostendem Stahl, bestehen. Der Extrakt bleibt in diesem Kristallisätor 1 bis 6 Stunden, im allgemeinen 1 bis 3,5 Stunden.

Während der gesamten Kristallisation wird ferner Extrakt in eine im wesentlichen sauerstofffreie Umgebung verdrängt. Eiskristalle des Wassers, die sich während der oben genannten Verweil zeit gebildet haben, steigen in der Säule der ExtraktflUssigke.it auf^-die" für alle praktischen Zwecke verhältnis-

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mäßig schaumfrei ist und als angereicherte, leicht pumpfähige Aufschlämmung abgezogen wird.

Die Extraktaufschlämmung wird vom Kristallisator 14 bei einer Temperatur von etwas unter -2°C (29,4⁰F) abgezogen und beispielsweise durch RUtteltrichter und Speisepumpen (nicht dargestellt) dem Abscheider 24 zugeführt, der beispielsweise eine ehargenweise arbeitende senkrechte Siebzentrifuge mit perforierter Trommel des Typs ist, der in "Chemical Engineers' Handbook" von Perry, 4. Auflage, McGraw-Hill Book Company, Inc., 1963, Seite 19-24, Fig. 19-145, beschrieben ist. Die Zentrifuge dieses Typs ermöglicht g eine Fliissigkeitsabtrennung mit geringem Einschluß von löslichen Feststoffen im zentrifugierten Eiskuchen. Der Extrakt wird ehargenweise in die Zentrifuge gegeben, die mit einem Beladungszyklus betrieben wird, bei dem eine Kraft G vorzugsweise von nicht mehr als 400 G und wenigstens 50 g entwickelt wird. Dies wird beispielsweise erreicht, wenn eine Zentrifuge mit einem Sieb von 122 cm (48 inch) Durchmesser mit einer Drehzahl von etwa 400 bis 700 UpM betrieben wird. Die groben Eiskristalle des Wassers (Größe etwa 2 mm) bauen sich zu einem Kuchen auf, der als Filtermittel von hoher Porosität und Durchlässigkeit dientund entsprechend geschleudert wird, wobei sich eine stabile Eisstruktur bildet. Während dieser Zeit wird ein Teil der Mutter- f lauge durch die Austragleitung 26 ausgetragen. Die Zentrifuge wird vorzugsweise 2 bis 5 Minuten während einar Zeit betrieben, die genügt, um einen Eiskuchen einer Dicke von etwa 13 bis 50 mm (1/2 bis 2 Zoll), vorzugsweise etwa 38 mm (1*5 Zoll) zu bilden. Die Dauer des Schleudervorganges hängt von der Extraktkonzentration ab, die vorzugsweise 35 bis 45 Gew.-# löslichen Feststoffen entspricht.

ORIGINAL INSPECTED

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- ίο -

Während des letzten Teils des Beladungsschleuderzyklus läßt man durch den Eiskuchen eine Waschflüssigkeit fließen, die die eingeschlossenen Feststoffe in die Austragleitung spült. Die zurückbleibenden löslichen Feststoffe können durch Waschen mit verdünntem Extrakt oder Waschwasser, das während des letzten Teils des Beladungsschleuderzyklus durch den Kuchen geleitet wird, zurückgewonnen werden, wodurch die Rückgewinnung der Feststoffe erhöht wird.

Anschließend lässt man die oben beschriebene Zentrifuge mit einem abschließendem Schleuderzyklus bei erhöhter G-Kraft über 500 laufen, die durch eine Drehzahl von mehr als 900 U/ Minute erreicht wird. Hierdurch wird zusätzliche Kutterlauge aus dem Kuchen befreit. Gleichzeitig v/erden weitere eingeschlossene löslische Feststoffe aus dem Kuchen entfernt.

Der Feststoffgehalt des Eiskuchens nach diesem abschließenden Schleuderzyklus beträgt im allgemeinen weniger als 5 bis 10 Gew.-#, meistens etwa 1 bis J3 Gew.-%. Abschließend wird der zentrifugierte Eiskuchen von der Zentrifuge abgeschält und durch andere Leitungen, beispielsweise in den erhitzten Schmelztank 16, ausgetragen. Die durch das Schmelzen des Eises gebildete Flüssigkeit kann in einen Eindicker 18 geführt werden, wo die Schmelzflüssigkeit auf einen Feststoffgehalt von etwa 35 bis 45$ konzentriert wird. Die konzentrierte SchmelzflUssigkeit kann in den Hauptstrom des hier beschriebenen Verfahrens, nämlich in den Lagertank 20 eingeführt werden.

In gewissen Fällen kann es erwünscht sein, den Extrakt weiter zu konzentrieren und hierdurch eine optimale Ausnutzung der nachgeschalteten Trockenvorrichtungen zu erzielen. In diesen Fällen kann es zweckmäßig sein, den Konzentratextrakt weiter auf einen hohen Feststoffgehalt bis 50 Gew.-% einzuengen.

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Dies kann beispielsweise mit einem Wärmeaustauschersystem nach Art des Kratzkühlers mit höherer Wärmeaustauschleistung, z.B. mit einem (nicht dargestellten) Kristallisator vom Typ des Votators erreicht vrerden. Ein solches Wärmeaustauscher- -systen ist beispielsweise in "Chemical Engineers' Handbook" von Perry, vierte. .Auflage I96}, McGraw-Hill Book Company, Inc., Seite 17-17 beschrieben. Dieser sekundäre Kristallisator wird mit hohen Wärr.eaustauschgeschwindickeiten und Schabegeschwindigkeiten betrieben und arbeitet somit unter Bildung feiner Eiskristalle mit einer hohen TemperaturdifferenzΔΤ

und kurzer Verweilzeit in seinen Wärmeaustauscherzylindern. " Der aus diesem Kristallisator ausgetragene Extrakt wird mit einer Pumpe zu einer Siebzentrifuge des gleichen Typs gefördert, der vorstehend beschrieben wurde und auch in der beschriebenen Weise betrieben wird. Das Eis aus der Zentrifuge kenn auch zur Extraktkonzentrierung in der oben beschriebenen Weise In eine Schmelzflüssigkeitsvorlage ausgetragen werden.

Im allgemeinen wird vorzugsweisetein zweites Gefrierkonzenrierungssystem des oben beschriebenen Typs verwendet. Statt dessen wird eine Mutterlauge mit hoher Feststoffkonzentration durch die oben beschriebene einmalige Kristallisation gebil- λ det, wobei die ang« strebte Mutterlauge mit einem Gehalt an löslichen feststoffen zwischen 35 und 45 Gew.-% erhalten wird« Wenn jedoch eine Flüssigkeit mit niedrigerer Konzentration an löslichen Feststoffen eingesetzt wird, kann gegebenenfalls das als Kratzkühler ausgebildete sekundäre V/ärmeaustauschsystem mit hoher Wärmeaustauschgeschwindigkeit verwendet werden, um den Gehalt an löslichen Feststoffen auf einen Wert im oben genannten Bereich und bis hinauf zu 50 Gew.-^ zu steigern.

BAD ORIGINAL

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Der konzentrierte Extrakt mit einem Feststoffgehalt zwischen 30 und 50 Gew.-56 wird für eine Zeit von weniger als 4 Stunden, im allgemeinen weniger als j5 Stunden, in der Zwischenvorlage 20 gehalten und dann der nächsten Stufe der Herc stellung von Instantkaffee zugeführt.

In der nächsten Stufe wird der konzentrierte Extrakt vor dem Gefrieren geschäumt, um die Einstellung seiner Fließeigenschaften zu erleichtern and eine optimale Kornstruktur vor dem Mahlen zu erzielen. Das Schäumen wird durch Einführen von Gas und feinteiligem gefrorenem Kaffee-Extrakt erreicht.

Vorzugsweise werden bei einer nachgeschalteten Mahlung gebildete Feinteile von konzentriertem gefrorenem Extrakt zurückgeführt und dem nahezu gefrorenen Kaffee-Extrakt ge-· wohnlich nach dem Schäumen zugemischt. Die Peinteile werden von oben nach unten durch die Oberfläche des Extrakts, möglicherweise zusammen mit der umgebenden Atmosphäre mit geregelter Turbulenz und bei Temperaturen, die ungefähr beim Gefrierpunkt gehalten werden, sorgfältig und innig mit dem Extrakt gemischt. Hierdurch wird eine schaumige, viskose, lösliche Eisextraktaüfschlammung gebildet, die eine Dichte oder ein Raumgewicht von etwa 0,5 bis 0,85 g/cnr, sehr leicht einstellbare und regelbare Fließeigenschaften und verhältnismäßig große Blasen hat. Diese innige Vermischung von Feinteilen bei Temperaturen um den Gefrierpunkt bewahrt die gefrorenen Feinteile und trägt dazu bei, einen gleichmäßigen Feststoffgehalt im gesamten Endgemisch aufrecht zu erhalten. Das Raumgewicht bei einer gegebenen Menge von Feinteilen kann durch Veränderung der RUhrgesehwindigkeit bei der Vermischung, durch Vorgefrieren der Eiskristalle oder durch Einblasen eines schaumbildenden Gases in den Strom eingestellt werden. Der regelbare viskose Zustand der schaumigen Aufschlämmung erleichtert ihre gleich" mäßige Ablage für das Gefrieren in Form von Tafeln. Dies kann in etwa 10 bis' 60 Minuten bei Temperaturen unter «4°F

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erreicht werden. Die gefrorene Tafel zerbricht zu Stücken,

: die in einer mehrstufigen Mühle zu im wesentlichen gleich-

¹ mäßigen, verhältnismäßig groben Teilchen gemahlen werden,

' die eine Größe zwischen 400 und 4000 ax haben. Dieses gleich-

j 5 mäßige Produkt hat eine ungewöhnlich dunkle Farbe, die sehr

i erwünscht ist. Die Feinteile aus jeder Stufe werden im Kreis-

; lauf geführt und in der oben beschriebenen Weise in den.

I Extrakt zurückgeführt. Die Gesamtmenge an gebildeten Pein-

j teilen wird somit in äußerst vorteilhafter Weise ausgenutzt, |

10 um das Gefrieren unter Bildung von bemerkenswert gleichmäßigen Tafeln zu erleichtern und optimal zu gestalten und

; eine wirksame Gefriertrocknung zu erreichen. Durch die Er-

j findung wird somit ein früherer Nachteil in einen enormen

j Vorteil umgewandelt. Das überkorn wird in die Mühle zurück-

15 geführt und erneut gemahlen.

Vor diesem Schäumen kann eine Klärung in der Klärvorrichtung 22 vorgenommen werden, besonders wenn der oben genannte Klärapparat 12 nicht verwendet wird. Für diese Klärung wird der Extrakt zunächst leiGht erwärmt, bei der erhöhten Temperatur

j 20 gehalten und dann wieder gekühlt. Der kombinierte konzentrierte

Extrakt mit einem Feststoff gehalt von etwa 30 bis 50 Gew. -% ' hat auf Grund der Gefrierkonzentrierung beim Eintritt in die

I Zwischenvorlage 20 zwangsläufig eine Temperatur von etwa bis 28>F. Durch diese niedrigen Temperaturen pflegen die un-

^: 25 löslichen Feststoffe ausgefällt und agglomeriert zu werden.

Wenn diese Feststoffe vor der Gefriertrocknung nicht entfernt werden, verunstalten sie das Endprodukt mit unerwünschten schwarzen Flecken. Diese Feststoffe lassen sich daher im

! Klärapparat 22 leicht entfernen, nachdem in der Zwischen-• 30 vorlage 20 auf eine Temperatur von etwa 6o bis 70⁰F leicht erwärmt worden ist· Der Klärapparat 22 ist beispielsweise

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eine Tellerzentrifuge mit geschlossener Beschickung und Austragung (closed feed and discharge disk bowl centrifuge) des Typs, der beispielsweise in "Chemical Engineers' Handbook" von Perry, 3. Auflage 1950, Seite 1000, Fig. 106 beschrieben ist.

Nach dieser Klärung wird der konzentrierte Extrakt, der einen Feststoffgehalt von etwa 30 bis 50 Gew.-# hat, für eine kurze Zeit von weniger als 4 Stunden, gewöhnlich weniger als

: 3 Stunden, in der Zwischenvorlage 28 bei einer Temperatur P 10 gehalten, die unter oder bei etwa 10°C und gewöhnlich im Bereich von etwa 32 bis etwa 50⁰F liegt. Der Extrakt wird aus der vorlage 28 dem als Wärmeaustauscher ausgebildeten Vorgefrierapparat 30 zugeführt, der ihn bis in die Nähe des Gefrierpunktes des Extrakts kühlt, der bei den Üblichen Konzen-

;J5 traten zwischen 28 und 19⁰F variiert. Die Temperatur dee Vorgefrierapparats 30 wird so eingestellt, daß lediglich eine KUhlung erfolgt oder kleine Eiskristalle gebildet werden, um

: dazu beizutragen, die verfügbare Menge an Feinteilen zu ; variieren.

zum Verschäumen des von der Zwischenlagerüng (20) oder von fc der oben genannten Klärung kommenden Extrakts wird ein Schaum-. mittel, z.B. Luft oder ein nicht oxydierendes Inertgas wie Stickstoff beispielsweise durch einen Injektor in das kalte Konzentrat eingeführt. Dies geschieht vorzugsweise vor der Mischvorlage (32), jedoch kann die Verschäumung auch in der Mischvorlage 32 erfolgen. Der Verschäuraungsgrad wird so eingestellt, daß ein gewünschtes Raumgewicht für eine gegebene Menge von Feinteilen erhalten wird. ^

Der kalte konzentrierte Kaffee-Extrakt aus dem Wärmeaustauscher 30 wird vorzugsweise nach der Verschäumung der Mischvorlage 32 zugeführt. Die Mischvorlage 32 wird ebenfalls bei ungefähr dem Gefrierpunkt des Extrakts (-2° bis -T^C bei

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üblichen Kon ?. en trat ion en) Gehalten. Gefrorene Kaffee-Extraktteilchen, vorzugsweise Feinteile von gefrorenem Kaffe-Extrakt (aus der nachgeschalteten Mahlung vor der später beschriebenen Gefriertrocknung entnommen), werden durch Leitung 3^ in den Prozess,und zwar in die Mischvorlage 32 zurückgeführt. Eine erhebliche Menge des endgültigen Gemisches wird durch diese Rückführung von Feinteilen gebildet, wodurch somit das endgültige Genisch bemerkenswert homogenisiert und sein Foststoffgehalt gleiehr.äßiggehalten wird. Mengen von 10 bis ^l'i0ji, vorzugsweise 25 bis 35,1·» des Endgemisches werden auf diese Weise vorteilhaft verwendet.

Die Feinteile werden den flUalgen Extrakt in der Vorlage von oben nach unten durch reine freie Oberfläche mit geregelter Turbulenz zugesetzt und innig und gleichmäßig mit den gesamten Extrakt gemischt. Hierbei bildet sich in der Mischvorlage 32 eine schaumige, viskose Extraktaufschlämmung mit verhältnismäßig großen Blasen und sehr leicht regelbaren Fließeigenschaften. Die Vermischung erfolgt wirksam mit geeigneten (nicht dargestellten) Mischern, beispielsweise mit Paddel- und/oder Schneckensehnellmischern, die durch die freie Oberfläche des flüssigen Extraktes geführt sind und die Feinteile und auch vielleicht die umgebende Atmosphäre nach unten durch uen Extrakt tragen ur.d sie innig und gleichmäßig mit'dem flüssigen Extrakt vermischen. Die in der Kähe des Gefrierpunktes liegende Temperatur in der Mischvorlage 32 bewahrt die gefrorenen Feinteile in ihrem Zustand, ihren gleichmäßigen Feststoffgehalt und ihre sich hieraus ergebende Wirkung auf den gemischten Extrakt, nämlich die Aufrechterhai tung eines bemerkenswert gleichmäßigen Feststoffgehaltes des Extrakts während des Gefrierens. Durch die Kombination dieser Erscheinungen wird in der Mischvorlage 32 eine schaumige, viskose Extraktauf sohl äminung mit einem bemerkenswert gleichmäßigen Feststoffgehalt in der gesamten Masse, einem im wesentlichen gleichmäßigen Raumgewicht (z.B. 0,5 bis 0,85 g/

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cirr, vorzugsweise etwa 0,75 g/cm ) mit sehr leicht regelbaren viskosen Fließeigenschaften und verhältnismäßig großen Blasen gebildet.

Die Dichte oder das Raumgewicht der Aufschlämmung kann auch teilweise durch Veränderung der Drehzahl der (nicht dargestellten) Mischvorrichtung eingestellt werden. Beispielsweise kann die Leistungsaufnahme des Mischermotors ein Anzeichen für die Dichte der Aufschlämmung sein. Wie bereits erwähnt, wird der Inhalt der Mischvorlage J>2 bei ungefähr dem Punkt gehalten, an dem die vorhandenen Kristalle fest bleiben. Das Gemisch von gefrorenen Extraktfeinteilen, Extrakt und Schaummittel (Gas) bildet, wenn es ungefähr beim Gefrierpunkt des Extraktes gehalten wird, ein dickes, homogenes Gemisch mit gleichmäßig in der gesamten Masse verteil-

*5 ten gefrorenen Feststoffen und Gasblasen. Es ist äußerst wichtig, daß die Temperatur ungefähr beim Gefrierpunkt der Aufschlämmung gehalten wird. Eine Senkung der Temperatur in der Vorlage hat zur Folge, daß das Gemisch bis zu dem Punkt erstarrt, bei dem es weder durch den Mischer entfernt noch durch die normalen Prozessleitungen gepumpt werden kann. Eine Erhöhung der Temperatur der Aufschlämmung ist ebenfalls unerwünscht, da hierdurch das Gemisch weich wird und weicher Eiscreme ähnelt. Bei Erwärmung werden die gesonderten oder diskreten gefrorenen Teilchen weich und pflegen zerstört zu

^5 werden. Gleichzeitig v/erden die Gasblasen verändert. Diese Veränderungen der gefrorenen Teilchen und der Größe der Gasblasen verursachen unerwünschte Veränderungen in der Dichte oder im Raumgewicht der Aufschlämmung und in der Dichte und in der Farbe des trockenen Endprodukts. Vorzugsweise wird daher der Inhalt der Vorlage 22 bei einer genau geregelten Temperatur gehalten. Es wurde gefunden,, daß optimale Eigenschaften des Endprodukts erzielt werden, wenn der Inhalt der Vorlage etwa 30 Minuten bis 4 Stunden bei -6° +_ 1«>C gehal- . ten wird. Diese Temperatur wird während des Aufenthalts des

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Extrakts und der Kaffeefeststoffe in der Vorlage und während Ihres Übergangs zum Einfrierband aufrechterhalten.

Der geschäumte Extrakt, d.h. der Schaum von geregelter AufsehJämmungskonsistenz, wird zu einer abschließenden Gefrieranlage* z.B. einer mit umlaufenden Band arbeitenden Anlage des Typs geführt, der In der USA-Patentschrift 3 253 ^20 beschrieben ist. Die gefrorenen Stücke des Extraktes aus der vorstehend genannten, mit umlaufendem Band arbeitenden Gefrieranlage können zerkleinert und in einer Gefriertrocknung von geeigneter Konstruktion getrocknet werden, wobei " das endgültige Instantkaffeeprodukt erhalten wird.

Die schaumige, viskose, aus Eis und Extrakt bestehende Aufschlämmung wird von der Mischvorlage 32 abgezogen und gleichmäßig in die Gefrieranlage 36 ausgetragen, z.B. in eine mit umlaufendem Band arbeitende Anlage des Typs, der in der

USA-Patentschrift 3 253 ^20 beschrieben ist, und das Gut in Form von Tafeln einfriert. Die regelbaren Pließeigenschaften der schaumigen, viskosen, aus Eis und Extrakt bestehenden Aufschlämmung, die auf das Band der Gefrieranlage 36 abgelegt wird, erleichtert ihre Ablage in einer gleichmäßig \ dicken Schicht über die vollständige Breite des Einfrierban- | des mit einem im wesentlichen gleichmäßigen Raumgewicht. Die j erfindungsgemäße Aufschlämmung aus Eis und Extrakt begünstigt ' ferner die Bildung einer körnigen gefrorenen Platten- oder Tafelstruktur, wodurch sich äußerst gleichmäßige Teilchen von vorteilhafter Größe und Form für die Gefriertrocknung sowie die erhebliche Menge an Feinteilen ergeben, die für die oben beschriebene Rückführung vorteilhaft ist. Die Verweil- : zeit in der Gefrieranlage 36 (im allgemeinen ein Einfrierband) 30 beträgt 10 bis 60 Minuten, Im allgemeinen 30 Minuten, beispielsweise 30 bis 50 Minuten. Es ist vorteilhaft, das Produkt langsam auf eine Temperatur unterhalb seines eutektischcn Punktes, im allgemeinen auf eine Temperatur von weniger als

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-4°F , vorteilhaft etwa-22°F oder etwas darunter, zu kühlen.

Das Einfrierband wird an seiner Unterseite durch Berührung mit einem flüssigen Wärmeübertragungsmedium, z.B. einer Salzsole oder dgl. gekühlt. Eine Reihe von Solebehältern berühren das Band auf seinem Weg und werden bei bestimmten Temperaturen gehalten, um die Einfriergeschwindigkeit der auf das Band abgelegten Aufschlämmung zu regeln. Beispielsweise wird vorteilhaft ein Einfrierband mit 9 Solebehältern verwendet. Die ersten drei Solebehälter, die den Teil des Bandes am Zuführungsende der Aufschlämmung berühren, werden bei einer Temperatur von -1*1 bis - 5°F gehalten. Die drei mittleren Behälter werden bei einer Soletemperatur von -V5 bis -31°F und die drei letzten Behälter, die am Abwurfende des Einfrierbandes liegen, unter etwa -22⁰F, normalerweise bei -49⁰F oder darunter gehalten.

Die schaumige viskose Aufschlämmung wird auf das Band der Einfrieranlage 36 bei einer Temperatur von 27 bis 19⁰F , vorzugsweise 21°F + 1 abgelegt. Nach der Ablage läuft die viskose Aufschlämmung auf dem Band über die 9 Soleabschnitte und wird regelbar so eingefroren, daß die gewünschte Farbe und Dichte gewährleistet sind. Gekühlte Luft wird auf das Band und längs des Bandes geleitet, um das Einfrieren zu beschleunigen. Durch das Einfrieren werden hierbei im allgemeinen "Tafeln" gebildet, jedoch können auch andere Verfahren, bei denen "Granulat" gebildet wird, angewandt werden. Im allgemeinen wird jedoch die Tafel gebildet und dann granuliert (z.B. durch Mahlen). Von der Granulierung werden im allgemeinen Feinteile zur Schäumung zurückgeführt. Für die Schäumung können jedoch auch gefrorene Kaffeeteilchen anderer Herkunft verwendet werden.

Die gemahlenen Teilchen können vor der Gefriertrocknung ge-

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siebt werden, um die oben genannten Feinteile zu erhalten

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und eine gleichmäßige Teilchengröße für die Gefriertrocknung r.u erzielen. Die Gefriertrocknung erfolgt in zwei Phasen nit eil.er. hohen Einsatz vcr. Wärmeenergie bei einer Plattentemperatur voi. 200 bis 250⁰F und einem absoluten Druck unter ^OO/U.lie sich ein Feuchtigkeitsgehalt der Teilchen von ^O bis 50'Gew.-% eingestellt hat. Dann wird der absolute Druck unter T.CO/U bei verringerten Wärneeinsatz bei einer Plattentenpcratur von 38 bis ^9⁰C erniedrigt, bis ein stabiler Feuchtigkeitsgehalt der Teilchen von 1,0 bis 2,5 Gew.-^ erreicht ist. ·

Dor gefrorene Extrakt wird tangential von Einfrierband abgenommen, indem er über eine geeignete Tafelbrechanlage (nicht dargestellt) geleitet wird, von der die gebrochenen Stücke (im allgemeinen mit einer Förderrinne und einem Förderer) einer Kühle 38 zugeführt werden, in der der gefrorene Extrakt auf die endgültige Teilchengröße gemahlen wird. Diese endgültige Teilchengröße kann in der Siebanlage 40 erreicht werden und wird so gewählt, daß wenigstens 90 Gew.-Jc, insbesondere 90 bis 95 Gew.-56 der Teilchen eine Größe von 200, insbesondere ^Ü00 bis h 000 Ai haben. Vorteilhaft ist ein solcher Anteil von Teilchen einer Größe von 500 bis 2 000/U, insbesondere 6OO bis 1 500/U.

Uberkorn -wird zurückgeführt und in der Mühle 38 erneut gemahlen. Dies trägt mit dazu bei, die oben genannte gleichmäßige Teilchengrößenverteilung aufrecht zu erhalten. Die beim Mahlen anfallenden Feinteile werden, wie bereits erwähnt, durch Leitung 34 in die Misehvorlage 32 zurückgeführt.

Die auf diese Weise ausgebildete Teilchenstruktur steigert außerdem den Geschmack des nach der Gefriertrocknung als Endprodukt erhaltenen Kaffees als Folge des oben genannten, einzigartig gleichmäßigen Feststoffgehaltes oder aus andere .Gründen, die noch nicht völlig geklärt sind. Die Verwendung

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von gefrierkonzentriertem Extrakt trägt ferner zu dem einzigartig guten Geschmack und Aroma des gefriergetrockneten Endprodukts bei. Das gefriergetrocknete Endprodukt hat ferner eine ungewöhnlich dunkle Farbe, die äußerst erwünscht ist. Dies ist wahrscheinlich auf die verhältnismäßig großen Blasen zurückzuführen, die bei dem oben beschriebenen Zumischen von Feinteilen und Gas gebildet werden.

Die Gefriertrocknung 42 ist vom üblichen Tunnel-Typ und mit P mehreren wesentlichen Kondensatoren (nicht dargestellt) versehen. Sie nimmt mit gefrorenen Teilchen beladene Träger in einem halb-kontinuierlichen Einfriervorgang auf. Böden, die

feet bis zu einer Höhe von 1/2 inch - 4 / mit dem einzufrierenden Gut bedeckt sind, werden in den Tunnel eingeführt, worauf' der Gefriertrockenvorcang beginnt und fortgesetzt wird, bis das V/asser bis auf einen Feuchtigkeitsgehalt von 1 bis 2',5^ aus dem Gut entfernt ist.

Der größere Gewichtsantei! des einzufrierenden Kaffeegranulats besteht aus groben Teilchen, um eine maximale Produktionskapazität im Einklang mit unvermeidlichem Verlust' an löslichem Kaffeepulver durch Mitreißen zu erzielen. Beispielsweise P wird bei der oben beschriebenen halb-kontinuierlichen Gefriertrocknung gefrorener Kaffee-Extrakt verwendet, der zu mehr

als 90# eine mittlere Teilchengröße zwischen 200 und 4 000 ax, vorzugsweise zwischen 500 und 1 500yu, hat. Auf Grund der Masse dieser groben Teilchen und trotz der Tatsache, daß die Dichte oder das Raumgewicht durch das oben beschriebene Schäumen verringert wird, können die auf die Böden des Trägers abgelegten Teilchen in praktischer Weise den Lyophilisierungsbedingungen ausgesetzt werden. Die gemahlenen Teilchen werden gefriergetrocknet. Bei der ersten Phase der Gefriertrocknung wird mit hohem Einsatz an Wärmeenergie bei einer Plattentema

peratur von 200 bis 250°l^!ünd einem absoluten Druck unter 500 ax Hg-gearbeitet. (Bei der Gefriertrocknung werden die Drücke

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üblicherweise im Mikron Hg gemessen.) Der hier gebrauchte Ausdruck "Plattentemperatur" bedeutet die Temperatur des erhitzten Elements (und des darin befindlichen Heizmediums), das direkt oder indirekt von dem zu trocknenden Gut, das eine etwas niedrigere Temperatur hat, berührt wird. In der zweiten Phase des Trocknens wird bei einem Druck unter 200 ,u mit ver- ;' ringertem Wärmeeinsatz bei einer Plattentemperatur von 100 bis 120⁰F gearbeitet, bis ein stabiler Feuchtigkeitsgehalt der Teilchen von etwa 1,0 bis 2,5 Gew.-% erreicht ist. Das Endprodukt hat eine ungewöhnlich dunkle und erwünschte Farbe.

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^; Das grobe Kaffeegranulat wird also in der oben beschriebenen halb-kontinuierlichen Gefriertrocknung mit einem Anfangsdruck von weniger als 500/u getrocknet, um zu gewährleisten, daß ; das Schmelzen, von Extrakt durch erneutes Schmelzen oder Er-'15 wärmung von Teilchen auf eine Temperatur oberhalb des eutektischen Punktes minimal bleibt. Bei einer kontinuierlichen : Gefriertrocknung liegt die Kondensatortemperatur weit unter ; der eutektischen. Temperatur. Sie wird im allgemeinen zu Beginn ^: unter -40°F, insbesondere bei -50 F gehalten. V/ährend der ^f20 ersten Phasen der Wasserentfernung ist es möglich, auf Grund der Kühl effekte, die sich durch hohe Massenverdampfung von Wasser ergeben, das sich sehr leicht als "freies" Wasser ent- * fernen läßt, mit hohem Einsatz von Wärmeenergie zu arbeiten, ; bis ein Feuchtigkeitsgehalt der Teilchen zwischen 40 und 50$ erreicht ist.

Auf diese Weise wird der Vorgang der Gefriertrocknung verkürzt. In der Praxis wird mit einer Plattentemperatur und einer Temperatur des Wärmeaustauschmediums bis etwa 9j5 bis 121°C ge-. ' arbeitet, um das Wasser während der ersten Phasen der Gefrier-•jJO trocknung zu entfernen. Bedingt durch die groben Teilchen der oben genannten Größe und das praktische Fehlen von Feinteilchen verursacht der hohe Stoff übergang, mit dem trotz hohen Einsatzes an Wärmeenergie gearbeitet wird, kein übermäßiges Mitreißen von Teilchen. Im allgemeinen dauert diese Periode

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eines hohen Stoffübergangs unter den angegebenen Bedingungen 2 bis 4 Stunden_v

Danach wird das V/ärmeprofil der Teilchen selbst und des Heizmediums, das durch die Verdampferplatten während des Durchgangs der mit dem zu trocknenden Gut beladenen Baden duroh •die Kammer umgewälzt wird, so eingestellt, daß die Temperatur allmählich auf weniger als 200⁰B gesenkt wird. Vorzugsweise wird die Temperatur der Verdampferplatten allmählich auf eine Endtemperatur von etwa 100 - 120⁰P, insbesondere HO⁰P,, gesenkt, während der Trocknungsvorgang fortgesetzt wird, bis der Feuchtigkeitsgehalt der Teilchen auf einen Wert zwischen 1,0 und 2,5,t gesenkt ist. Die Temperatur des Produkts selbst ist etwas niedriger als die Temperatur der Verdampferpiatten. Während des normalen Betriebs wird der absolute Druck untor 500/U und die Temperatur des Kondensators"unter -50⁰C gehalten.

Das Produkt aus der Gefriertrocknungskammer wird nach Beendigung der Erniedrigung des Feuchtigkeitsgehaltes auf den oben genannten stabilen Wert von 1,0 bis 2,5# auf Normaldruck entspannt^ indem reiner, d.h. im wesentlichen wasserfreier Stickstoff eingeblasen wird. In jedem Fall wird der ■ gefriergetrocknete Kaffee vor und"während der Aufbewahrung und Verpackung unter solchen Bedingungen, gehalten, daß der Feuchtigkeitsgehalt unter 2,5^ bleibt.

Das vorstehend beschriebene Verfahren, bei dem die Gefriertrocknung kontinuierlich durchgeführt wird, kann auch chargenweise durchgeführt v/erden. In diesem Fall wird das Temperaturprofil des Produkts und der Verdampferplatten in ähnlicher Weise bis auf 200 - 25O°F erhöht, bis der größere Anteil der in den Kaffeeteilchen vorhandenen Feuchtigkeit entfernt ist.

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AnnchlieGend wird der Kaffee-Extrakt hei erniedrinten riattenter.'.peraturen weiter dehydratisiert, und die letzten ^O bis ^r;0# Feuchtigkeit werden entfernt, während das Produkt vorzugsweise bei einer Temperatur unter 120 F gehalten wird. WUhrend dieses Vorßan^es schwanken die absoluten Drücke, Jedoch liefen sie zu Jedem Zeitpunkt unter 500 μ und werden nach Entfernung des RröOteren Anteils des vorhandenen Wassers auf unter 200 η erniedrigt.

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Claims

IM Patentansprüche

1) Verfahren zur herstellung von gefriergetrocknetem Kaffee durch Gefrierkonzentrierung eines wäßrigen Kaffee-Extrakts auf einen Gehalt von 3>0 bis 50 Gew.-% Kaffeefeststoff, Schäumen des konzentrierten Extrakts, Frieren des Schaums und Gefriertrocknen, dadurch gekennzeichnet, daß die Gefrierkonzentrierung unter Kristallisationsbedingungen vorgenommen wird, bei denen große und gleichförmige Eiskristalle gebildet werden, die einen Eiskuchen hoher Durchlässigkeit und Porosität liefern, und daß eine geschäumte Aufschlämmung mit regelbarer Konsistenz aus so konzentriertem Extrakt und Gas mit gefrorenen Kaffee-Extraktteilchen durch mildes Rühren beieiner Temperatur von -2 bis -7°C gebildet wird.

2) Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Eiskristalle einer Größe von mehr als 25^M (10 mils) erhalten werden.

3) Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß Kristalle einer Größe von annähernd 2 mm (80 mils) erhalten werden.

l\) Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3* dadurch gekennzeichnet, daß die Kristallisation in der Gefrierkonzentrierung bei einem Verhältnis des Volumens des Kristallisators zur gekühlten VJärmeaustauschflache, gemessen in Kubikfuß/Quadratfuß gekühlte V/ärrr.eaustauschfläche 1:0,75 bis 1:1,5 beträgt.

5) Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis 1:1 beträgt.

6) Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mit einem U-Faktor von 25 bis 100 gearbeitet wird. '

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7) Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß AT im Gefrierkonzentrationsgefäß 14 bis 5>,3°C (25 bis 60°F) beträgt.

8) Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in der Gefrierkonzentrierung Eiskristalle durch Zentrifugieren in einer Beladungsphase niedriger Geschwindigkeit und einer Endphase mit hoher Geschwindigkeit abgetrennt werden, wobei während des letzten Teils der Beladungsphase gewaschen wird.

9) Verfahren nach Ansprüchen 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet,

daß die Kristallisation in der Gefrierkonzentrierung etwa i 1 bis 6 Stunden betrieben wird.

10) Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der gefrorene geschäumte Extrakt granuliert wird.

11) Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Granulierung durch Vermählen erfolgt und die durch Sieben abgetrennten feinteiligen Anteile zu den gefrorenen Kaffeeteilchen zurückgeführt werden.

12) Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die * Teilchen derart gemahlen werden, daß nach dem Sieben 90Jb eine Teilchengröße von größer als 200 und kleiner als 4000 u aufweisen, wobei die Peinteile im Kreislauf geführt und die größeren Teilchen zur Mahlvorrichtung zurückgeführt werden.

13) Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der konzentrierte Extrakt vor dem Vermischen mit gefrorenen Kaffee-Extraktteilchen mit Gas geschäumt wird.

14) Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß unter Bedingungen gearbeitet wird, bei

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denen der geschäumte Kaffee-Extrakt eine Dichte von 0,5 bis 0,85 g/cm-⁵ aufweist.

15) Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die geschäumte Aufschlämmung eine Dichte von etwa 0,75 g/cnr aufweist.

16) Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der geschäumte Kaffee-Extrakt vor dem abschließenden Einfrieren J50 Minuten bis 4 Stunden stehengelassen wird.

I?) Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Schäumen der Aufschlämmung und das Stehenlassen bei Temperaturen von -6 - 1°C stattfindet.

18) Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die zugesetzten feinen Anteile des gefrorenen Kaffees 10 bis 40 Gew.-% der Aufschlämmung ausmaohen.

19) Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Trocknung bei einer Produktteir.peratur unterhalb von 49 C bis zur Erreichung eines stabilen Feuchtigkeitsgehalts von etwa 1,0 bis 2,5 Gew.-# vorgenommen wird.

20) Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Extrakt vor der Gefrierkonzentrierung auf eine Temperatur unterhalb lj5°C vorgekühlt, bei dieser Temperatur zur Ausfällung unlöslicher Materialien stehengelassen wird und die abgeschiedenen unlöslichen Materialien anschließend abzentrifugiert werden.

21) Vorrichtung zur Herstellung von gefriergetrocknetem Kaffee, bestehend aus einer Gefrierkonzentrierungseinrichtung, ei-

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ner Einrichtung zum Schäumen von Kaffee-Extrakt, einer Friervorrichtung für den Schaum und einer Gefriertrockeneinrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß die Gefrierkonzentriereinrichtung aus einem Kristallisator besteht, der große Kristalle erzeugt, und ferner durch eine Zufuhreinrichtung für gefrorenen Kaffee-Extrakt an der Aufschäumeinrichtung. .

2?) Vorrichtung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Gefrierkonr.ontriereinrichtung ein Verhältnis von Volumen zu gekühlter V.'ärineaustausohflache, gemessen in Kubikfuß/Quadratfuß von 1:05 bis 1:3,5, aufweist. i

Vorrichtung nach Anspruch 20 und 21, gekennzeichnet durch eine hinter der Friervorrichtunf¹; angeordnete Granuliereinrichtung sowie Einrichtungen zur Rückführung feinteiliger Partikel aus der Granuliereinricl.tung in die Auf schäume inrichtung.

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