PROCESS FOR PREPARING COFFEE EXTRACT

Abstract: 1. Process for the preparation of coffee extract characterized by the following process steps : (a) short-time roasting of the coffee beans (b) breaking of the coffee beans (c) formation of an aroma distillate by means of steam distillation (d) formation of an aqueous primary extract (e) formation of an aqueous secondary extract (f) treatment of the secondary extract with a weakly basic ion exchanger (g) combining of the extracts obtained in (d) and (f) (h) concentration of the combined extracts (i) combining of the concentrate with the aroma distillate obtained in (c).

Description: Verfahren zum Herstellen von Kaffee-Extrakt Beschreibung: Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von Kaffee-Extrakt durch Extrahieren von gerösteten und gebrochenen Kaffeebohnen. Es sind verschiedene Verfahren zum Herstellen von Instant-Kaffee bekannt. Üblicherweise werden die zu extrahierenden Kaffeebohnen geröstet, gemahlen bzw. gebrochen und extrahiert, worauf der erhaltene Extrakt konzentriert und getrocknet wird. Bei der Extraktion ist es möglich, verschiedene wässrige Extraktionsstufen durchzuführen. So kann beispielsweise durch Extrahieren des gebrochenen Röst kaffees zunächst in einem Percolator mit heissem Wasser ein Primärextrakt gewonnen werden, der einen besonders hohen Anteil an röstkaffeetypischen Aromastoffen aufweist. Anschliessend können die extrahierten Kaffeebohnen mit Prozesswasser in einer oder mehreren weiteren Extraktionsstufen unter Erzielung eines sog. Sekundarextrakts weiter behandelt werden. Bei gekannten Extraktionsverfahren für die Gewinnung von Kaffee-Extrakt ist der Geschmack häufig unbefriedigend. Um insoweit eine Verbesserung zu erzielen, sind verschiedene Verfawhren entwickelt worden, um Extrakte oder Teilextrakte von geschmacklich ungünstigen Stoffen zu befreien. Bekannt ist auch bereits das Abziehen von Aromafraktionen durch Wasserdampfdestillation. Die so gewonnenen Aromastoffe werden nach der Extraktion des Röstkaffees im übrigen dem Extrakt zur Aromaverbesserung wieder zugesetzt. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren für die Herstellung von Kaffee-Extrakt vorzuschlagen, durch das im wirtschaftlich günstigem Rahmen Erzeugnisse mit verbesserten Geschmackseigenschaften gewonnen werden können. Zur Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäss vorgeschlagen, dass man den nach Abtrennen der Extraktfraktion einer primären Heisswasserextraktionsstufe verbleibenden Röstkaffee einer sekundären Heisswasserextrak ti on unterwirft und den dabei erhaltenen Sekundarextrakt mit einem schwach basischen Ionenaustauscher behandelt. Die Behandlung des Sekundarextrakts mit Ionenauschtauschern des Typs schwach basisch führt zu einer überraschend deutlichen Geschmacksverbesserung des Kaffee-Extrakts unter Mitverwendung des im erfindungsgemässen Sinne behandelten Sekundärextrakts. Durch die Anwendung des Ionenaustauschers wird einerseits der pH-Wert des Extrakts verändert, nämlich angehoben. Hieraus ergibt sich in Verbindung mit dem Primärextrakt und evtl. den durch vorherigen Dampfdestillation entzogenen Aromastoffen ein insgesamt günstiger pH-Wert des Kaffee-Extrakts. Dabei ist die Erkenntnis von Bedeutung, dass der Sekundärextrakt Säuren enthält, die eine ungünstige Wirkung auf den Geschmack des Kaffee Extrakts ausüben ("unerwünschte Säuren"). Hingegen enthält der Primärextrakt für die Geschmacksbildung vorteilhafte Säuren ("feine Säuren"). Ein Merkmal des erfindungsgemässen Verfahrens ist demnach eine geschmacklich wirksame Reduzierung der unerwünschten Säuren des Sekundärextrakts. Darüber hinaus beruht die überraschend günstige Wirkung der Behandlung des Sekundärextrakts mit (schwach ba sisc-hen) Ionenaustauschern offen sicht 1 i ch auch in der Adsorptionswirkung des Ionenaustauschers in bezug auf (nicht identifizierbare) Stoffe, die ebenfalls eine ungünstige Wirkung auf die Geschmacksbildung des Kaffee-Extrakts ausüben. Das Zusammenwirken von Anheben des pH-Wertes und Adsorption von geschmacklich ungünstigen Stoffen führt zu der überraschenden Geschmacksverbesserung. Das durch die Erfindung erzielte Ergebnis der Geschmacksverbesserung von Extrakt-Kaffee kann dadurch zusätzlich gesteigert werden, dass nach dem Verfahren des Kurzzeitröstens behandelte Röstkaffeebohnen verwendet werden. Bei Kurzzeitrösten aufgrund bekannter Verfahren bzw. in bekannten Röstmaschinen mit Röstzeiten von vorzugsweise 1 bis 3 Minuten wird Röstkaffee mit einem höheren Anteil an Aroma- und Extraktionsstoffen gewonnen. Auch ist der Anteil an geschmacklich erwünschten "feinen Säuren" höher als bei "normal geröstetem" Kaffee. Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemässen Verfahrens werden die gerösteten Kaffeebohnen in üblicher Weise gebrochen, insbesondere bei einem Mahl grad für 3,5 mm Korngrösse. Der gebrochene Röstkaffee kan nun unmittelbar einer nachfolgenden Heisswasserextraktion unterworfen werden. Vor dieser Extraktion können dem Röstkaffee in bekannter bzw. geeigneter Weise Aromastoffe entzogen werden, die aus Gründen oder Schonung der Extraktiow und Konzentration nicht ausgesetzt, sondern nach Durchführung dieser Verfahrensschritte dem Extrakt wieder zugesetzt werden. Die Absonderung der Aromastoffe kann insbesondere durch Wasserdampfdestillation erfolgen. Vorzugsweise wird diese Dampfdestillation bei einem derartigen Druck ausgeführt, dass die Behandlungstemperatur unterhalb 100"C liegt. In einem beigefügten Fliessschema ist der Gang des bevorzugten Ausführungsbeispiels des Verfahrens wiedergegeben. In einem Percolator El wird eine Dampfdestillation des Röstkaffees durchgeführt. Das durch Vakuumbehandlung und anschliessende Kondensation erzielte Destillat wird mit den übrigen Extrakten nach deren Konzentrieren vereint. Der beispielsweise nach dem vorstehenden Verfahren behandelte Röstkaffee wird mit heissem Wasser in einem gesonderten Extraktionskreislauf extrahiert (Percolatoren E2 .. Ei). Hierbei wird ein sog. Primärextrakt mit hohem Anteil an Aromastoffen und "feinen Säuren" gewonnen. Die Extraktion erfolgt in einer üblichen Feststoff-Extraktionseinrichtung, die mit Wasser unter erhöhten Temperaturen betrieben werden kann. Geeignet ist beispielsweise ein Percolator. Das Prozesswasser wird erwärmt, durch die Percolaturen E2 .. Ei geführt und der erhaltene Primärextrakt < PE) mit einem in nachfolgend beschriebener Weise gewonnenen und behandelten Sekundärextrakt {SE) vor dem Konzentrieren der wässrigen Extrakte vereint. Die Primärextraktion erfolgt bei relativ niedrigen Temperaturen bis zu etwa 1300C, vorzugsweise bei etwa 100"C. Nach dem Abziehen des so erhaltenen wässrigen Primärextrakts verbleibt der Röstkaffee in dem Extraktionsbehälter und wird in diesen Behälter der Sekundärextraktion unterworfen (Percolatoren En . . Ei+l ). Diese erfolgt ebenfalls mit Wasser bei Temperaturen zwischen 1300C und 200"C, vorzugsweise bei etwa 1700C. Wie aus dem "Fliessschema" ersichtlich, wird mit Vorteil die Sekundärextraktion in der Weise durchgeführt, dass mehrere Percolatoren En . . Ei+l nacheinanderge scnaltet sind, durch die das Prozesswasser hindurchgeleitet wird. Dieses tritt in den Percolator Ei+l mit dem zuvor der Primärextraktion unterworfenen Röstkaffee. Der Percolator El mit dem höchsten Grad der Extraktion wird entfernt, entleert und für einen neuen Extraktionsgang vorbereitet, sobald ein nachfolgender Percolator nach Ausführung der Primärextraktion die Position des Percolators Ei+l einnimmt. Dem Röstkaffee wird so ein Maximum an Sekundarextrakt (SE) entzogen. Der Sekundarextrakt (SE) wird sodann über einen Ionenaustauscher I1 des Typs schwach basisch geleitet. Dieser bewirkt einerseits eine Anhebung des pH-Wertes des Sekundarextrakts. Der pH-Wert desselben kann im Bereich zwischen 4 und 5, beispielsweise bei 4,5 liegen und durch den Ionenaustauscher (IA) auf 6 bis 7, insbesondere auf 6,5, angehoben werden. Des weiteren werden durch den Ionenaustauscher (IA) noch nicht identifizierte Stoffe gebunden, die offensichtlich eine ungünstige Wirkung auf den Geschmack des Kaffee-Extrakts haben. Durch die Adsoprtionswirkung und die Beeinflussung des pH-Wertes des Sekundärextrakts wird eine deutliche, überraschende geschmackliche Verbesserung des Kaffee-Extrakts erzielt. Der lonenaustauscher in der Ausführung eines schwach basischen Anionenaustauschers, insbesondere in der OH -Form, kann mikroporös oder makroporös sein. Besonders geeignet sind schwach basische Anionenaustauscher auf Polystyrol-Basis in Pulverform bzw. als Granulat (Kügelchen). Dem Ionenaustauscher ist weiterhin vorzugsweise ein Anteil (z.B. 9%) an Diphenylbenzol zur Vernetzung beigefügt. Als besonders vorteilhaft haben sich Ionenaustauscher Typ II der Firma Merck sowie Ionenaustauscher Lewatit MP 62 der Firma Bayer AG erwiesen. Die Behandlung des Sekundärextrakts im Ionenaustauscher erfolgt vorzugsweise in Chargen. Der Extrakt mit einen pH-Wert von beispielsweise 4,5 wird durch den Ionenaustauscher hindurchgeleitet und an der Austrittsseite in einem Behälter aufgefangen. Dabei wird laufend der pH-Wert des behandelten Extrakts gemessen. Dieser nimmt von einem verhältnismässig hohen Wert ausgehend nach und nach ab. Sobald ein pH-Hert in der angestrebten Grössenordnung von beispielsweise 6,5 erreicht ist, wird die Behandlung abgebrochen. Die Behandlung im Ionenaustauscher kann auch kontinuierlich erfolgen. Die Menge des schwach basischen Ionenaustauschers, die Durchströmgeschwindigkeit bzw. Kontakt- oder Verweilzeit des Extrakts im Ionenaustauscher sowie die Temperatur beeinflussen den pH-Wert der behandelten Lösung. Die vorgenannten Daten sind so zu wählen, dass die erwünschte Erhöhung des pH-Wertes für den Sekundärextrakt erzielt wird. Die Behandlungstemperatur liegt etwa bei Zimmertemperatur oder darunter. Durch Herabsetzen der Temperatur wird zwar die Reaktionsgeschwindigkeit vermindert, jedoch das Adsorptionsvermögen des Ionenaustauschers verbessert. Nach Durchlauf einer Charge des Sekundärextrakts durch den Ionenaustauscher bzw. nach mehrmaligem Durchlauf wird dieser regeneriert. Zu diesem Zweck wird der Ionenaustauscher zunächst mit Wasser durchspült. Danach erfolgt eine Behandlung mit z.B. Natronlauge. Im Anschluss daran erfolgt eine erneute Spülung mit Wasser. Die vorstehende Reinigung des Ionenaustauschers erfolgt vorzugsweise bei erhöhter Temperatur von z.B. 40"C bis 80"C. Der im vorstehenden Sinne behandelte Sekundärextrakt, eine klare, braune Flüssigkeit, wird mit dem Primärextrakt vereinigt und eingedickt, beispielsweise in üblichen Verdampfern. Danach wird das evtl. eingangs durch Vakuumextraktion gewonnene Destillat dem Konzentrat zugefügt. Das Gesamtgemisch kann dann in üblicher Weise getrocknet werden, beispielsweise in üblichen Sprühtrocknungs- oder Gefriertrocknungsverfahren. Das vorstehend erläuterte Verfahren ist - unter Einschluss des Kurzzeitröstens - in dem beigefügten "Blockschema" dargestellt. Des weiteren ist dort von der Dampfdestillation zur Absonderung von Aromastoffen vor den Extraktionsverfahren Gebrauch gemacht. Der nach dem erfindungsgemässen Verfahren gewonnene Kaffee-Extrakt enthält eine deutliche Aromaverbesserung, obwohl der Sekundärextrakt mit verwendet wird. Durch die Verarbeitung des Sekundärextrakts ist durch die Wirtschaftlichkeit des Verfahrens gewährleistet, da eine höhere Ausbeute des Röstkaffees unter Vermeidung geschmacklicher Nachteile gegeben ist. Die nachfolgenden Beispiele dienen zur Erläuterung der Erfindung, wobei das Beispiel 1 Ergebnisse unter Verwendung von "normal" geröstetem und Beispiel 2 Ergebnisse auf der -Grundlage von kurzzei tgeröstetem Rohkaffee zeigen. Beispiel 1 1. Rohkaffee Mischung Komponente : Ath. Mocca 20 X Santos 25 X Guat. 15 X Elfenbein 20 X Cameroun 20 % 2. Rösten (Langzeitrösten) Probat Batchröster Farbwert 11 Röstzeit 11 min. 55 s. Gasdruck 61 mbar m Röka 5 kg Gesamtmenge Röka 20 kg 3. Mahlen Bühl er-Mi ag-Mahl stuhl (Technikum) Spaltweiten oben 3,4 mm unten 2,4 mm Schüttdichte fs 308 g/ltr. Korngrösse d 3,1 mm 4. Vakuumstrippen Technikumanlage Röka Einwaage 4 000 g Druck 100 mbar SD-Menge 500 g (SD-Dampfdestillat) Strippfaktor m SD = 0,125 m Röka 5. Split-Up Extraktion Pilotanlage Primärextr.-Röka Menge 1,9 kg -Prozesswasser-Temp. am Eintritt ¯ 100 C -Druck ¯ 10 bar -Menge 60 l/h -Ablassmenge 30 kg Feststoff 1,31 % -Ausbeute 20,7 % -pH 5,10 Sekundärextr. - Röka Menge 1,9 kg - Prozesswasser-Temp. am Eintritt 1700C N1700C -Druck ¯ 17 bar -Menge 60 l/h - Ablassmenge 29,5 kg - Feststoff 1,18 % - Ausbeute 18,3 % - pH 4,5 6. Separieren Westfalia Separator Mengenstrom ¯100 l/h vor Separieren - TS 1,17 % (TS = Trockensubstanz) - pH 4,58 nach Separieren- TS 1,10 % - pH 4,59 TS-Verlust ¯ 6% 7. Ionenaustauscherbehandlung Pilotanlage Säulenvolumen = lonenaustauschervolumen = 4 1 = 2 kg Ionenaustauscher Merck Typ II, schwachbasischer Anionenaustauscher Verfahrensparameter: Temperatur = Raumtemp. Volumenstrom Extr. 30 lih Gesamtmenge Extr. 40 1 spez. Belastung 7,5 l/h Extr. pro 1 IA Extr. vor Behandlung - pH 4,59 - TS 1,10 % Extr. nach Behandlung- pH 6,55 - TS 1,00 % TS-Verlust ¯ 9% 8. Mischen von Primär- und Sekundärextrakt im Verhält nis der bei der Extraktion anfallenden Mengen. 9. Konzentration Centritherm Parameter: Heizdampftemp. 65"C Verdampfungsdruck 75 mbar Verdampfungstemp. 38"C Aufgabemenge Extr. 30 lih pH 5,46 TS 20 % 10. Beimpfen des Extraktes mit Vakuum SD Impfmenge = 100% pH 5,41 11. Gefriertrocknung Pilotanlage G 06 Parameter: Kondensatortemp. - 43"C Kondensatordruck 0,47 mbar Heizplettentemp. 35o C Gesamttrockungszeit 3 Std. Beispiel 2 l. Rohkaffee-Mischung Komponente: Ath. Mocca 20% Santos 25% Guat. 15% Elfenbein 20% Cameroun 20% 2. Rösten Jetzone Batchröster Farbwert 11 Röstzeit 90 s Temp. 308 C 11,3 mbar m Roka 400 g Gesamtmenge Röka 20 kg 3. Mahlen Bühler-Miag-Mahlstuhl (Technikum) Spaltweiten oben 3,4 mm unten 2,4 mm Schüttdichte 9s = 264 g/l Korngrösse d50 = 3,1 mm 4. Vakuumstrippen Technikumanlage Röka-Einwaage 3 500 g Druck 100 mbar SO-Menge 437,5 9 Strippfaktor m SO = 0,125 m Röka 5. Split-Up-Extraktion Pilotanlage Primärextr. - Röka Menge 1,87 kg - Prozesswasser-Temp. am Eintritt ¯ 100 C -Druck ev10 bar -Menge 60 lih (durch gepumpte Menge) - Ablassmenge 30 kg - Feststoff 1,52 % - Ausbeute 24,4 % (bez. auf Aus gangsmenge) - pH 4,98 Sekundärextr. - Röka Menge 1,87 kg - Prozesswasser-Temp. am Eintritt ¯ 1700C -Druck a17bar -Menge 60 l/h - Ablassmenge 27,5 kg - Feststoff 1,33 % - Ausbeute 19,5 % - pH 4,4 6. Separieren Westfalia Separator Mengenstrom 100 l/h vor Separieren - TS 1,32 % - pH 1,38 nach Separieren - TS 1,30 X - pH 4,38 7. Ionenaustauscherbehandlung Pilotanlage Säulenvolumen = lonenaustauschervolumen = 4 1 = 2 kg Ionenaustauscher Merck Typ II, schwachbasischer Anionenaustauscher Verfahrensparameter: Temperatur = Raumtemp. Volumenstrom Extr. = 30 bis 35 l/h Gesamtmenge Extr. = 4G 1 Spez. Belastung = 7 /. S l/h Extr. pro 1 lA Extraktion vor Behandlung - pH 4,38 - TS 1,30 % Extraktion nach Behandlung- pH 6,54 - TS 1,20 % TS-Verlust 8% 8. Mischen vor Primär- und Sekundärextrakt im Verhält nis der bei der Extraktion anfallenden Mengen. 9. Konzentrieren Centritherm Parameter: Heizdampftemp. 65"C Verdampfungsdruck 75 mbar Verdampfungstemp. 38"C Aufgabemenge Extr. 30 l/h pH 5,34 TS 27 % 10. Beimpfen des Extraktes mit Vakuum SD Impfmenge = 100 % pH 5,29 11. Gefriertrocknen Pilotanlage G 06 Parameter: Kondensatortemp. - 43"C Kondensatordruck 0,47 mbar Heizplattentemp. 35 C Gesamtrocknungszeit 6 Std.

Claims: Verfahren zum Herstellen von Kaffee-Extrakt Patentansprüche: 1. Verfahren zum Herstellen von i'er.fee- Extrakt durch Extrahieren von gerösteten und gebrochenen Kaffeebohnen, dadurch gekennzeichnet, dass man den nach Abtrennen einer Extraktfraktion einer primären Hei sswas serextrakti onsstufe verbleibenden Röstkaffee einer sekundären Heisswasserextraktion unterwirft und den dabei erhaltenen Sekundärextrakt mit einem schwach basischen Ionenaustauscher behandelt. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Ionenaustauscher ein schwach basischer Anionenaustauscher verwendet wird. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass vor der primären Heisswasserextraktion ein Teilentzug der Aromastoffe erfolgt, insbesondere durch Dampfdestillation. 4. Verfahren nach Anspruch 1 sowie einem oder mehreren der weiteren Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die sekundäre Heisswasserextraktion und/ oder die primäre Heisswasserextraktion in mehreren Percolatoren im Gegenstromprinzip durchgeführt wird. 5. Verfahren nach Anspruch 1 sowie einem oder mehreren der weiteren Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass durch die Behandlung des Extrakts mittels schwach basischem Ionenaustauscher sowohl der pH-Wert des Extrakts erhöht, als auch geschmacksbeeinträchtigende Substanzen des Extrakts durch den Ionenaustauscher adsorbiert werden. 6. Verfahren nach Anspruch 5 sowie einem oder mehreren der weiteren Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Behandlung mittels schwach basischem Ionenaustauscher der pH-Wert des Sekundärextrakts auf vorzugsweise 6 bis 7 angehoben wird. 7. Verfahren nach Anspruch 1 sowie einem oder mehreren der weiteren Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Kurzzeitröstverfahren hergestellte Röstkaffeebohnen verwendet werden. 8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, gekennzeichnet durch folgende Stufen: a) Kurzzeitrösten der Kaffeebohnen, b) Brechen der Kaffeebohnen, c) Bildung eines Aromadestillats durch Dampfdestilla ti on, d) Bildung eines wässrigen Primärextrakts, e) Bildung eines wässrigen Sekundärextrakts, f) Behandeln des Sekundärextrakts mit schwach ba sischem Ionenaustauscher, g) Vereinen der in d) und f) gewonnenen Extrakte, h) Konzentrieren der vereinten Extrakte, i) Vereinen des Konzentrats mit dem in c) gewonnenen Aromadestillats.

Inventors: BONNE, HARRY, SCHWEINFURTH, HERMANN, DR.
Applicants: JACOBS SUCHARD GMBH
Application year: 1984
Main classification: A23F5
IPC codes: A23F5