DE3044911C3 - Kontinuierliches Verfahren zum Rösten von Kaffee - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein kontinuierliches Verfahren zum Rösten von Kaffee nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Das Rösten von Rohkaffee bezweckt bekanntlich die Erzeugung der erwünschten dunkelbraunen Farbe und eine Veränderung der natürlichen, in den Rohkaffeebohnen vorhandenen Bestandteile um diejenigen Aroma- und Geschmackseigenschaften zu erhalten, die in einem frisch zubereiteten Kaffeegetränk erwünscht sind. Ein bekanntes Verfahren zum kontinuierlichen Rösten von Kaffee ist in dem US-Patent 35 72 235 beschrieben. Danach werden die Kaffeebohnen zunächst in eine Vorheizzone einer Bedampfung ausgesetzt, danach fortschreitend als Fließbett durch eine Röstzone bewegt, in der die vorgeheizten Bohnen mit einem heißen Röstgas, dessen Temperatur zwischen 232°C und 302°C beträgt, in Berührung gebracht. Darauf werden die Bohnen durch Berührung mit einem Umgebungsluftstrom getrocknet.

Im Hinblick auf die steigenden Rohkaffeepreise ist es aus wirtschaftlichen Gründen erwünscht, die Ergiebigkeit pro Volumen an Rohkaffeebohnen zu steigern, vorausgesetzt, daß die Qualität des Kaffees gehalten werden kann.

In dem US-Patent 41 69 164 ist ein der eingangs genannten Gattung entsprechender zweistufiger Fließbettröstprozeß für Kaffee beschrieben, der ein ausgezeichnetes Röstprodukt von niedriger Dichte und hochlöslichem Feststoffgehalt liefert. Nach diesem bekannten Verfahren werden die Kaffeebohnen in der ersten Verfahrensstufe bei einer Temperatur zwischen 232°C und 443°C und in der zweiten Stufe bei etwa 282°C mit einer Fließbettiefe von etwa 6 cm geröstet.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein besonders schnell durchführbares Röstverfahren der eingangs genannten Art für Rohkaffee zu schaffen, bei dem die erwünschten Geschmacks- und Aromaeigenschaften aus den Rohkaffeebohnen entwickelt werden, um ein Röstkaffeeprodukt von niedriger Dichte mit einer besonders hohen Ergiebigkeit von löslichen Feststoffbestandteilen zu erhalten.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den in dem Patentanspruch 1 gekennzeichneten Merkmalen gelöst.

Im folgenden ist die Erfindung anhand der Zeichnungen beispielsweise näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 die schematische Darstellung einer Vorrichtung zur Durchführung des kontinuierlichen Röstverfahrens gemäß der Erfindung;

Fig. 2 eine Darstellung in größerem Maßstab des Querschnitts der Einrichtung nach Fig. 1 mit Blickrichtung auf die Schnittebene 2-2; und

Fig. 3 eine Darstellung in noch größerem Maßstab der Rösteinrichtung von Fig. 2 mit Blickrichtung auf die Schnittebene 3-3.

Es handelt sich um ein zweistufiges, mit hoher Geschwindigkeit durchführbares Röstverfahren zur Gewinnung eines Röstkaffeeprodukts von niedriger Dichte und hoher Ergiebigkeit an löslichen Feststoffen. Die Bohnen werden fortschreitend kontinuierlich bewegt und gerührt oder gerüttelt, während sie durch die zwei Röststufen in Form eines fließenden Bettes hindurchbewegt werden, und danach gekühlt und ggf. gemahlen, um das Endprodukt zu bilden.

In der ersten Stufe oder Zone des zweistufigen Röstverfahrens werden die Rohkaffeebohnen einem mit hoher Geschwindigkeit strömenden heißen Röstgas ausgesetzt, um zumindest eine teilweise Röstung der Kaffeebohnen zu bewirken. Es wurde gefunden, daß durch Steuern oder Regeln der Bedingungen in der ersten Zone die Zellstruktur der Kaffeebohnen expandiert wird. Die Röstgase werden als Gasströmung hoher Geschwindigkeit in die Kaffeebohnen geleitet und passieren das Bohnenbett mit genügend hoher Geschwindigkeit, um ein Fließen der Bohnen in dem Bett und damit ihre gleichmäßige Erhitzung zu bewirken.

In der ersten Zone werden Heizbedingungen eingehalten, die eine Ausdehnung der Zellstruktur der Kaffeebohnen zur Folge haben. Dies wiederum führt zu einem Zerreißen oder leichtem Aufblähen dieser, wobei poröse Öffnungen oder Durchgänge von der Oberfläche der Bohnen in deren Inneres geschaffen werden. Die expandierte Struktur erlaubt ein hochwirksames Eindringen oder Durchdringen der Röstgase in die Kaffeebohnen während des Röstvorganges und auch einen leichteren Zugang zu den löslichen Feststoffbestandteilen der Bohnen bei Einwirkung des heißen Wassers während der Zubereitung des Kaffeegetränks. Auf diese Weise wird die Ergiebigkeit des Produktes gesteigert.

Die Temperatur des Röstgases wird so eingestellt, daß sie der flachen Tiefe und der höheren Geschwindigkeit entspricht. Dabei soll der Temperaturunterschied zwischen der ersten und zweite Zone nicht größer als etwa 2,78°C sein.

Die Strömungsgeschwindigkeit der Röstgase bei dieser Temperatur für eine gegebene Verweilzeit und Bettiefe bestimmt den Hitzezugang zu den Bohnen. Eine geeignete Luftströmung in dieser Verfahrensstufe beträgt etwa 538 bis 594 m³/min.

Nach dem Durchgang durch die erste Stufe oder Zone bewegt sich das Fließbett von Kaffeebohnen in die zweite Zone, und zwar in Form eines Bettes von konstanter Tiefe. In der zweiten Zone werden die Röstbedingungen erheblich geändert. Dort geschieht das Rösten unter solchen Bedingungen, daß die offene Porenstruktur der Bohnen stabilisiert wird und diese die erwünschte dunkelbraune Färbung erhalten, ohne jedoch zu verbrennen. Außerdem werden die Bedingungen so eingestellt, daß ein Röstkaffeeprodukt mit niedriger Dichte von hochlöslichem Feststoffgehalt zustandegebracht wird. Es ist erwünscht, die Röstgasgeschwindigkeit zu vermindern, so daß die gesamte Hitzezufuhr zu den Kaffeebohnen in der zweiten Stufe nicht dazu ausreicht, die Bohnen zu verbrennen. Eine geeignete Röstgasgeschwindigkeit beträgt weniger als etwa 510 m³ pro Minute und vorzugsweise etwa 481 m³ pro Minute oder weniger.

Nach der Beendigung des Röstvorgangs in der zweiten Zone wird ein fortlaufender Strom der gerösteten Kaffeebohnen durch ein geeignetes Kühlverfahren rasch gekühlt, um den Röstvorgang anzuhalten und die poröse Struktur der Kaffeebohnen mit offenen Zellen aufrechtzuerhalten. Ein geeignetes Verfahren für eine solche rasche Kühlung besteht darin, daß ein Umgebungsluftstrom durch ein fließend gemachtes Bett des Röstkaffeeprodukts, beispielsweise durch Blasen oder Saugen, gerichtet wird. Die Kühlung wird vorzugsweise in einer relativ kurzen Zeitspanne durchgeführt, die von 0,5 bis 10 Minuten und vorzugsweise 0,5 bis 2 Minuten beträgt. Die Kühlung erfolgt vorzugsweise durch Anwendung von Umgebungsluftströmen hoher Geschwindigkeit, welche die gerösteten Kaffeebohnen mit einer Geschwindigkeit durchsetzen, die ausreicht, um diese in ähnlicher Weise fließend zu machen wie bei dem Röstvorgang in der ersten und zweiten Zone. Eine Kühlung auf diese Weise ist in weniger als 2 Minuten durchführbar.

Fig. 1 zeigt schematisch eine Vorrichtung zur Ausführung des kontinuierlichen Röstverfahrens gemäß der Erfindung. Bei 10 werden Rohkaffeebohnen über einen Zuführtrichter 12 in die Vorrichtung eingegeben und auf eine schräge Rutsche oder Rampe 14 geleitet, so daß die Bohnen durch ihre Schwerkraft in die zweistufige Röstvorrichtung 16 gelangen.

Die Röstvorrichtung 16 bewirkt eine gesteuerte oxydierende Hitzebehandlung der Rohkaffeebohnen. Ströme hoher Geschwindigkeit erhitzten Röstgases bewirken ein Fließendmachen der Bohnen in der Röstvorrichtung 16 und eine gleichmäßige Hitzebehandlung. Die Röstvorrichtung weist eine Platte 20 auf, die ein gasundurchlässiges Bett nach Art einer Schüttelrutsche innerhalb des Hauptgehäuses 22 bildet und durch Lenker 24 nach Art einer Parallelogrammführung mit dem Tragrahmen 26 verbunden ist. Die Platte 20 wird in bekannter Weise durch einen umlaufenden Exzenter 28 mit Antriebsmotor 30 in vibrierende Bewegung versetzt, der mit der Platte durch einen Lenker 32 verbunden ist. Die Vorrichtung ist von der Art wie sie in dem schon erwähnten US-Patent 35 72 235 beschrieben ist. Sie enthält eine in einem bestimmten Muster angeordnete Gruppe von Düsen oder Rohren 34, die von einer Teilungswand 36 herabhängen, welche einen oberen Teil eines Gesamtraumes in dem Gehäuse der Röstvorrichtung von einer Auslaßkammer 40 trennt. Wie Fig. 3 zeigt ist der Gesamtraum durch eine undurchlässige Teilungswand 44 in eine erste Röstzone 40 und eine zweite Röstzone 42 unterteilt. Die Teilungswand erstreckt sich von der Decke zum Boden der Röstkammer in senkrechter Richtung und bildet eine Sperre gegen das Fließen von Luft zwischen den Zonen 40 und 42.

An entgegengesetzten Seitenwänden der Zone 42 sind Gebläse 46 vorgesehen, durch die das Einströmen von Luft in den oberen Teil des Gesamtraumes und über die Rohre 34 gesteuert wird, um einen Düsenstrom hoher Geschwindigkeit unterhalb jedes Rohres zu erhalten wie er bei 48 angedeutet ist. Diese Düsenströme dienen dazu, die Kaffeebohnen in einem fließenden Zustand in der Schwebe zu halten, während sie sich fortschreitend durch den Röster bewegen. Dabei wird der Effekt des Fließendmachens durch Injizieren der Röstgase nach unten in die gasundurchlässige Platte 20 bei gleichzeitigem raschem Abzug der Gase nach oben durch die Gebläseeinheiten erreicht, wie dies beispielsweise durch die Pfeile 50 und 52 angedeutet ist. Größere Teile der zurückgeführten Gase werden zu den Rohren 34, wie durch die Pfeile 54 angedeutet, zurückgeführt, während ein Teil der Gase gleichzeitig aus dem Röster durch Abzugskanäle 56 entfernt wird, wie durch die Pfeile 58 angedeutet. Wie in Fig. 1 dargestellt, werden die Gebläseeinheiten durch Motoren oder ähnliche Antriebseinheiten 60 angetrieben, die so gesteuert werden können, daß die Gase in den Röhren 34 die erwünschten Geschwindigkeiten erhalten. Nach Fig. 3 sind unabhängige Gebläseeinheiten 62 an entgegengesetzten Seiten der Gesamtkammer 40 der ersten Stufe mit Antriebsmotoren 64 von ähnlicher Art wie die Gebläse 46 vorgesehen.

In der ersten Zone werden die umlaufenden Gase zwecks Durchführung der erwünschten Hitzebehandlung zum Rösten erhitzt. Die Erhitzung der Gase kann auf beliebige Weise erfolgen. Wie in den Fig. 2 und 3 veranschaulicht, werden die Röstgase direkt durch Injizieren und Verbrennen eines gasförmigen Brennstoffs in dem Plenum oder Füllraum der Röstereinheit 16 erhitzt. Eine Vorrichtung für diesen Zweck bilden die zu beiden Seiten der Trennwand 44 vorgesehenen Injektionsdüsen 66. Die Verbrennung des gasförmigen Brennstoffs, als welcher beispielsweise Naturgas Propan verwendet werden kann, geschieht in dem Füllraum durch Einleiten brennbarer Mischungen des Gases mit Verbrennungsluft durch eine jede der Düsen 66. Das Brenngas wird in getrennten unabhängigen Strömen innerhalb der ersten und zweiten Füllraumröstzone 40 bzw. 42 verteilt, die durch die Trennwand 44 getrennt sind. Auf diese Weise lassen sich verschiedene Brenngasgeschwindigkeiten in jeder der beiden Röstzonen einstellen.

Nach dem Röstvorgang werden die heißen gerösteten Kaffeebohnen von dem Ende der Förderplatte 20 in dem Röster 16 in die in Fig. 1 dargestellte Kühleinheit 70 abgegeben. Die Kaffeebohnen werden von einer Rutsche oder Rampe 72 ähnlich der Rampe 14 aufgenommen. Die Kühleinheit als Ganzes kann einen ähnlichen Aufbau wie die Röstereinheit aufweisen, wobei die Rampe 72 einen Teil einer gasundurchlässigen Rüttelplatte 74 in der Kühleinheit bildet. Die Platte 74 wird von einem Rahmen 76 getragen und ist durch ähnliche Parallelogrammlenker 78 mit dem Rahmen 76 verbunden. Nach dem Abkühlen in der Einheit 70 werden die Kaffeebohnen in einem Becken 80 zwecks anschließender Behandlung gesammelt, zu denen das Mahlen und Verpacken gehören kann. Ein gasförmiges Kühlmittel, insbesondere Umgebungsluft, kann innerhalb der Kühleinheit durch ein Gebläse in Umlauf versetzt werden, welches das Kühlmittel durch Röhren in derselben Weise wie in dem Röster nach unten leitet.

Der Arbeitsvorgang verläuft typischerweise so, daß die Kaffeebohnen mit einer solchen Geschwindigkeit auf die Rampe 14 gebracht werden, daß ihr Lauf durch die beiden Stufen des Rösters in einer Zeitspanne von etwa 3 bis 4 Minuten erfolgt, und zwar mit gleichen Verweilzeiten in jeder Stufe. Die Kaffeebohnen werden fortschreitend in einem gleichbleibenden Zustand der Fließfähigkeit bewegt, der durch die umlaufenden Röstgase hervorgerufen wird. Das Fließbett hat dabei eine Tiefe von etwa 1,27 cm. Die Temperatur in der ersten Röstzone beträgt 293°C, bei einer Röstgasströmungsgeschwindigkeit aus dem Gebläse von etwa 566 m³ pro Minute. Hier erfolgt die Anfangserhitzung der Kaffeebohnen auf die Rösttemperatur, wobei die Zellstruktur der Kaffeebohnen expandiert wird, um ein Netzwerk zusammenhängender Poren zu bilden.

In der zweiten Zone der Röstung unterhalb des Füllraumes 42 bleibt die Röstgastemperatur im wesentlichen konstant bei etwa 293°C mit einer herabgesetzten Strömungsgeschwindigkeit, etwa von der Größenordnung von 481 m³ pro Minute. Die gerösteten Kaffeebohnen entwickeln weiterhin die erwünschte dunklere braune Farbe, ohne zu verbrennen und ohne die in der ersten Zone gebildete expandierte poröse Zellstruktur zu verlieren. Danach wird der gebrannte Kaffee durch die Kühleinheit 70 in einem flüssig gemachten Bett von derselben Tiefe geleitet. Dort werden die Bohnen einer Gasströmung mit einer Geschwindigkeit ähnlich derjenigen in der Röstereinheit unterworfen, um eine rasche Kühlung zu bewirken. Eine typische Verweilzeit, um eine angemessene Kühlung zu erhalten, liegt in der Größenordnung von 0,5 bis 2 Minuten. Es wird angenommen, daß eine solche rasche Abkühlung dazu beiträgt, die poröse Zellstruktur mit offenen Zellen der Kaffeebohnen beizubehalten.

Das durch den vorstehend beschriebenen Prozeß erzeugte Röstkaffeeprodukt ist von niedrigem Schüttgewicht das etwa 0,36 bis 0,37 g/cm³ beträgt, vergleichbar dem Produkt des in dem US-Patent 41 69 164 beschriebenen Verfahrens. Das zur Messung verwendete Verfahren besteht darin, daß ein mit einer Meßteilung versehenes zylindrisches Gefäß von einem Fassungsvermögen von 250 cm³ abgegriffen wird, welches 50 g einer Probe für 250 Hübe enthält. Die Dichte des abgegriffenen Volumens wird dadurch bestimmt, daß die 50 g durch das in dem mit der Meßteilung versehenen Zylinder verbleibende Volumen geteilt werden. Das Produkt des hier beschriebenen Verfahrens hat auch eine hohe Ergiebigkeit an löslichen Feststoffen, die mit der des US-Patents 41 69 164 vergleichbar ist.

Claims (1)

1. Kontinuierliches Verfahren zum Rösten von Kaffee, bei dem die rohen Kaffeebohnen ständig fortschreitend in einem Fließbett gerüttelt, verrührt und nacheinander durch zwei Röstkammern hindurchbewegt werden, wobei die Bohnen in der ersten Kammer gleichmäßig mit einem trockenen Röstgasstrom von hoher Geschwindigkeit in Berührung gebracht werden, der sie zum Fließen bringt und mindestens eine teilweise Röstung und eine Ausdehnung der Zellstruktur der Bohnen bewirkt, daß dann die Bohnen durch die zweite Kammer geleitet werden, in der sie gleichmäßig mit einem von dem ersten unabhängigen trockenen Röstgasstrom in Berührung gebracht werden, der sie wiederum zum Fließen bringt, den Röstprozeß vollendet und eine geringere Geschwindigkeit aufweist als der Gasstrom in der ersten Kammer, und bei dem schließlich die Bohnen gekühlt werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Fließbettiefe in beiden Röstkammer bei etwa 1,27 cm gehalten wird und die Temperatur der Röstgasströme in beiden Röstkammern etwa gleich und auf einen Wert von etwa 293 plus/minus 2,78°C eingestellt wird, wobei die gesamte Verweilzeit 3 bis 4 Minuten beträgt.