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DE4040034C2 - Verfahren zur Herstellung eines Kaffee-Extrakts und geschmacksverstärkter Löslichkaffee-Extrakt - Google Patents

Verfahren zur Herstellung eines Kaffee-Extrakts und geschmacksverstärkter Löslichkaffee-Extrakt

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DE4040034C2
DE4040034C2 DE4040034A DE4040034A DE4040034C2 DE 4040034 C2 DE4040034 C2 DE 4040034C2 DE 4040034 A DE4040034 A DE 4040034A DE 4040034 A DE4040034 A DE 4040034A DE 4040034 C2 DE4040034 C2 DE 4040034C2
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DE
Germany
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coffee
dried
sample
coffee extract
pressure
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DE4040034A
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Ralph L Colton
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Individual
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Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein neues Verfahren zur Herstellung von Kaffee-Extrakten in hohen Ausbeuten durch Aussetzen von gemahlenem, geröstetem Kaffee oder teilweise extrahiertem Kaffee einem hohen Dampfdruck und erhöhten Temperaturen, gefolgt durch schnelle Dekompression auf at­ mosphärisches Niveau. Das resultierende Substrat wird dann enzymatischer Hydrolyse ausgesetzt, um einen Extrakt be­ reitzustellen, aus dem durch den Zusatz von Wasser ein Ge­ tränk zubereitet werden kann. Die vorliegende Erfindung betrifft außerdem einen geschmacksverstärkten Löslichkaf­ fee-Extrakt, der durch dieses Verfahren erhältlich ist.
Industrieller Kaffeeextrakt wird als eine wässrige Lösung von aus der Kaffeebohne extrahierten, löslichen Festkör­ pern angesehen. Es ist ein Zwischenprodukt bei der Her­ stellung von gefriergetrocknetem oder sprühgetrocknetem (regulärer Instant) Kaffees. Er wird auch direkt in Ge­ schmacksstoffen und bestimmten Verkaufsautomatenverfahren verwendet.
Bis oder sogar nach dem zweiten Weltkrieg wurde Kaffee- Extrakt batchweise von geröstetem und gemahlenem Kaffee gebraut und dann getrocknet. Der Geschmack war teilweise wegen technischer Probleme beim Wasserentziehen schlecht. Das getrocknete Produkt war hygroskopisch und verbackte leicht, während es sich schlecht wieder löste. Jedoch war er in der C-Ration der Armee willkommen, was der Akzeptanz des Produkts nach dem Krieg einen Schub verlieh.
Später wurde gefunden, daß der Zusatz von Maltodextrin (Maissirup) das Aroma verbesserte durch Unterstützen des Dehydratisierungsprozesses, die Hygroskopizität (Verbacken) verringerte, die Wiederauflösung stark unter­ stützte, und die Messung zweckmäßiger machte.
Intensive Nachkriegskonkurrenz verlangte nach dem Verkauf eines "reinen Instant-Kaffees", als die Firmen in diesen schnell wachsenden Markt drängten. Der gebrauchte Kaffeesatz wurde die naheliegende Quelle für lösliche Produkte, um Maltodextrin zu ersetzen. Es gab drei potentielle Ansätze:
  • 1. Der erste war enzymatische Hydrolyse. Sie hatte viele mögliche Vorteile. Jedoch wurde dieser Ansatz fallengelassen, da die Ausbeute an erhältlichen löslichen Produkten zu gering war, um kommerziell machbar zu sein.
  • 2. Saure Hydrolyse; diese war sehr wirksam, verlangte aber die Entfernung von Salz, wenn der pH auf für das Getränk akzeptable Werte wieder eingestellt wurde. Sie wurde aber von der Industrie abgelehnt.
  • 3. Hochtemperatur-hohe Dampfdruck-Hydrolyse; sie wurde zuerst 1950 kommerziell verwendet und wurde bald weltweit das System der Wahl bei der Herstellung von Instant-Kaffee. Morganthaler wurde das 1943 herausgegebene US-PS 2 573 405 erteilt, das dieses Verfahren abdeckte.
Das Verfahren verwendet hohe Temperatur (bis zu 175°C), hohe Dampfdruck-Hydrolyse. Die Stehzeit ist lange, bis zu zwei bis drei Stunden.
Das Verfahren und seine Betriebsprobleme und Beschränkungen sind ausführlich in "Coffee Processing", Vol. 2; Sivetz & Foote, 1963 und in der auf den neuesten Stand gebrachten Version, "Coffee Technology", Sivetz & Desrosier, 1979, beide von AVI Publishing, beschrieben.
Unter Verwendung des Morganthaler-Verfahrens wuchs die Standard-Ausbeute der Industrie an löslichen Festkörpern (Trockengewichtsbasis), basierend auf dem Gewicht des verwendeten grünen Kaffees, auf 40%. Dies varriert natürlich, abhängig von der Rohmaterialquelle, dem Röstgrad und anderen Betriebsbedingungen.
Es ist in der Industrie erkannt worden, daß eine Steigerung von nur 5°C über die 175°C in dem Patent das Substrat abbauen kann in nur "15 bis 30 Minuten zusammen mit den dabei erzeugten Extrakt und führt zu einem nicht akzeptierbaren Produkt". Gesteigerte Stehzeit über den zwei bis drei Stunden-Standard in der Industrie führt zu einem "überextrahierten" nicht trinkbarem Getränk (Referenzen: "Coffee Processing", Bd. 2 und "Coffee Technology", auf die oben hingewiesen wurde).
Neben der oben beschriebenen Beschränkung auf Richtung höhere Ausbeuten hin hat der nach diesem System hergestellte flüssige Kaffee-Extrakt Mängel in Gel-Bildung (nicht wünschenswert, wenn das Konzentrat für Verkauf von Flüssigkaffee verwendet wird) und Viskosität, die das Konzentrieren durch Verdunstung, was optimale Verwendung der Dehydratisierungsmittel erlauben würde, beschränkt. Enzyme werden zum Verringern dieser Probleme verwendet. (Siehe US-PS 2 801 920, 1957).
1942 wurden John L. Kellogg US-PSen 2 282 138 und 2 282 139 erteilt. Die patentierten Konzepte, die die Verwendung eines Enzyms (Diastase) und "relativ hohe Dampfdrucke" als eine Vorbehandlung des Gemahlenen, gerösteten Kaffees umfaßten, um die Ausbaute an löslichen Produkten zu erhöhen, waren wesentliche Fortschritte der Löslichkaffee-Technologie.
Kellogg verlangte die Verwendung eines umsetzenden Enzyms Diastase ("vorzugsweise Taka-Diastase", Takemine U.S.PS 1 391 219, 1921) bei Temperaturen von 51,7-57,2°C (125-135°F) nach Vorbehandeln des Kaffees bei 103,4 kPa (15 psi) für eine Stunde, "um die Fasern zu erweichen und zu lösen". Er weist darauf hin, mehr des "delikaten Aromas" von Kaffee zu erhalten und zu konservieren, und eine "stark erhöhte Ausbeute an Extraktbestandteilen" zu erhalten. Leider zeigte Kellogg keine Figuren, um seine Ansprüche zu begründen. Andere, die dieses System versuch­ ten, fanden die Ausbeuten zu gering, um kommerziell prak­ tikabel zu sein, besonders im Vergleich zu der Ausbeute, die möglich ist unter Verwendung des Morganthaler- Verfahrens.
Kellogg war stark interessiert an der Konservierung von Aroma und dem Schutz vor bakteriellem Abbau, die, wie er glaubte, sein System unter Verwendung von taka-Diastase bereitstellen würde. Obwohl sein enzymatisches Hydrolyse-System einen Vorzug zu haben schien, ist seine Wahl der Diastase als dem umsetzenden Enzym fragwürdig. Diastase macht Stärke löslich, primär zu Dextrose. 1942 war wenig über die chemische Zusammensetzung von geröstetem Kaffee bekannt. "All about Coffee", William H. Ukers, 2. Ausgabe, 1935, veröffentlicht durch Tea & Coffee Trade Journal (das fortschrittlichste technische Buch zu dieser Zeit) erkennt diese Tatsache an.
Bis 1985 stand keine wesentliche Analyse der Kaffeechemie zur Verfügung. "Coffee: Botany, Biochemistry and Production of Beans and Beverage", herausgegeben von M. N. Clifford und K. C. Willson, veröffentlicht von Croom Held, London, berichtete die Arbeit von vielen Forschern. Von diesen ist es möglich, eine ungefähre chemische Analyse von geröstetem Kaffee zu erhalten. Überraschenderweise ist der Stärkegehalt (der der Bestandteil ist, den Diastase löslich macht) weniger als 1/2% nach dem Durchschnitt der berichteten Befunde. Die obige Arbeit deutete auch an, daß Zellulose bis zu 50% des Gewichts des gerösteten Kaffees ausmacht und wäre somit der wichtigste Bestandteil zum Aufschließen. Jedoch führt "Coffee Technology", Sivetz & Descrosier, 1979, auf Seite 369 unter der Überschrift "Useless Techniques" auf, "die Verwendung von Enzymen zum Aufschließen von Zellulose-Anteilen von grünem oder geröstetem Kaffee ist unpraktisch".
Die DE-28 43 258 A1 offenbart ein Verfahren zur primären Ex­ traktion von gemahlenem Röstkaffee, das durch folgende in­ tegrierbare Verfahren gekennzeichnet ist:
  • A) Ein Verfahren, nach dem ein Strom von gemahlenem Röst­ kaffee bei erhöhten Temperaturen im Gegenstrom mit einem Strom wässriger Extraktionsflüssigkeit geführt wird unter Erhaltung eines Extrakts einer vorher bestimmten Konzen­ tration und
  • B) ein Verfahren, nach dem der gemahlene Röstkaffee, an­ gewendet in dem unter (A) genannten stromgemahlenen Röst­ kaffees, bei den unter (A) genannte Temperaturen mit einer wässrigen Extraktionsflüssigkeit in Berührung gebracht wird unter Extraktion von hydrophoben Aromakomponenten aus dem gemahlenem Röstkaffee, und die Extraktionsflüssigkeit sodann durch einen Stripper geführt wird, in dem die hy­ drophoben Aromakomponenten aus der wässrigen Extraktions­ flüssigkeit gestrippt werden, welche Aromakomponenten als eine konzentrierte wässrige Lösung gewonnen werden.
Die EP-0363529 A2 offenbart ein Verfahren zum Hydrolysieren von teilweise extrahiertem geröstetem und gemahlenem Kaf­ fee, umfassend das Lösen dieses Kaffees in einem Reaktor, vorzugsweise einem längsdurchströmten Reaktor, durch ein Verfahren bei hoher Temperatur und kurzer Zeitdauer ohne das Verwenden eines Säurekatalysators.
Die EP-0366837 A1 beschreibt die Hydrolyse von teilweise extrahiertem geröstetem und gemahlenem Kaffee, wobei es sich um ein Verfahren zum Lösen dieses Kaffees in einem Festbettreaktor ohne Verwendung eines Säurekatalysators handelt.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Verfah­ ren zur Herstellung eines Kaffee-Extrakts zur Verfügung zu stellen, das die vorstehend genannten Nachteile des Stan­ des der Technik nicht aufweist.
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zur Herstel­ lung eines Kaffee-Extrakts, umfassend:
  • 1. Vorbehandeln einer wässrigen Mischung aus gemahlenem Röstkaffee mit Dampf in einem geschlossenen Gefäß un­ ter einem Druck von 1,55 bis 3,10 MPa und bei einem Temperaturbereich von 220 bis 250°C;
  • 2. Beibehalten der Temperatur und des Drucks über eine Zeitspanne von 1 bis 10 Minuten;
  • 3. rasches Einstellen des Inhalts des Gefäßes auf ein atmosphärisches Niveau; und
  • 4. Behandeln der nach Schritt (3) erhaltenen Aufschläm­ mung mit einem hydrolytischen Enzym oder mit einer Mi­ schung von hydrolytischen Enzymen, um das gewünschte Produkt bereitzustellen.
Die vorliegende Erfindung stellt weiterhin einen ge­ schmacksverstärkten Löslichkaffee-Extrakt, erhältlich aus hydrolysiertem, gemahlenem Röstkaffee, der vorbehandelt worden ist mit gesättigtem Dampf unter einem Druck von 1,55 bis 3,10 MPa und bei einem Temperaturbereich von 220 bis 250°C für eine Zeitspanne von 1 bis 10 Minuten, ge­ folgt von rascher Dekompression auf atmosphärische Bedin­ gungen, und enzymatischer Hydrolyse, zur Verfügung.
Es ist überraschenderweise gefunden worden, daß die mit der Verwendung von großer Hitze und hohem Druck in Kaffee-Extraktionsverfahren assoziierten Schwierigkeiten überwunden werden können durch Einführen der Hitze und des Drucks in einem kurzen Vorbehandlungsschritt vor der enzymatischen Hydrolyse.
Das Wesen der vorliegenden Erfindung liegt in dem Auffinden, daß gemahlener Kaffee, der einem Dampfvorbehandlungsschritt oder einer Dampfexplosion (steam explosion) ausgesetzt wird, lösliche Kaffeefestkörper in hoher Ausbeute und ohne die Herbheit, die mit vielen bekannten Verfahren assoziiert ist, bereitstellt.
"Dampfexplosion" meint, daß gemahlener Kaffee in ein Druckgefäß eingebracht wird, und der Inhalt mit Dampf bei erhöhten Temperaturen und höheren als Umgebungsdrucken in Kontakt gebracht wird. Die Bestandteile müssen zumindest kurz in Kontakt gebracht werden, d. h. es ist eine Kontakt­ zeit von 1 bis 10 Minuten, vorzugsweise 1 bis 5 Minuten, zu erlauben. Temperaturen von 220 bis 250°C werden benö­ tigt. Dieser Dampfvorbehandlungsschritt wird bei Drucken von 1,55 bis 3,10 MPa (225 bis 450 psi), und vorzugsweise bei 2,55 bis 3,10 MPa (370 bis 450 psi), für eine Zeit­ spanne von 1 bis 10 Minuten durchgeführt, gefolgt von ra­ scher Dekompression auf atmosphärisches Niveau.
Der Anmelder gibt nicht vor, die Umsetzung, die stattfindet wenn der Kaffee der Dampfexplosion ausgesetzt wird, voll zu verstehen, aber es wird angenommen, daß Zellbruch und Porengrößenerweiterung erfolgt, wodurch als ein Ergebnis die Oberfläche des Kaffeesubstrats erhöht wird, und die Möglichkeit der hydrolysierenden Enzyme, den Aufschluß zu bewirken, erhöht ist.
Praktisch wandelt sich der Zellbruch, der dem Resten von Kaffeebohnen zugeschrieben wird, in eine Brauextraktion von ungefähr 15 bis 25% um. Im Gegensatz dazu wird von der erfindungsgemäßen Dampfexplosion oder Dampfvorbehandlung angenommen, daß sie zusätzlichen Zellbruch und Zellausdehnung verursacht, als deren Ergebnis die festen Bestandteile des Kaffees den zugesetzten Enzymen eine stark erhöhte Oberfläche für den Aufschluß bieten. Dieses Dampfvorbehandlungsverfahren kann auf grünen Kaffee, gerösteten Kaffee oder teilweise extrahierten, gemahlenen Kaffee, einschließend Gemüsematerial wie Eicheln, Gerste u. ä., angewendet werden.
Ist das Dampfexplosionsverfahren einmal abgeschlossen, werden die dampfbehandelten Festkörper auf 30 bis 60°C abgekühlt und im Kontakt mit dem hydrolysierenden Enzym oder der Mischung von Enzymen gebracht. Die Enzyme machen die ansonsten unlöslichen Bestandteile der Kaffeefestkörper durch Binden an spezifi­ sche Rezeptorstellen löslich. Enzyme, die verwendet werden können, schließen z. B. die Amylasen, Hemizellulase, Zellulase, Protease, Zellobiase, Pektinase und die Lipasen ein. Besonders bevorzugt sind Protease, Zellulase und Hemizellulase. Diese Enzyme können einzeln oder in Kombi­ nation in relativ geringen Konzentrationen von 0,1 bis 1,0% von Enzymkonzentrat relativ zu dem Substratbestand­ teil eingesetzt werden.
Zellulose umfaßt ungefähr 50% der meisten gemahlenen Röstkaffees, und Zellulase, hergestellt von einer Mutante des Pilzes Trichoderma viride (T. reesei) ist am wirksamsten zum Spalten der unlöslichen Bestandteile zu kleineren Molekülen, die wasserlöslich sind, wie durch die Verkleinerung von Glukozellulose zu Glukose und Zellobiose erläutert.
Ein typisches Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung besteht aus Behandeln von gemahlenem Restkaffee mit heißem Wasser in herkömmlichen Extraktionsbatterien, Konzentrieren des Extrakts durch Evaporation, und Zurückhalten dieses ersten Extraks zum späteren Mischen.
Der teilweise extrahierte Kaffeesatz wird dann weiter ex­ trahiert durch Einbringen in ein Druckgefäß und Behandeln des Inhalts mit Dampf, der mit Drucken von 2,55 bis 3,10 MPa (370 bis 450 psi) für vier Minuten eingeleitet wird. Die resultierende Aufschlämmung wird rasch auf Atmosphä­ rendruck dekomprimiert, und der Inhalt des Gefäßes wird auf 25 bis 65°C gekühlt.
Die gekühlte Kaffeeaufschlämmung wird dann mit einem hydrolytischen Enzym, wie Zellulase, in Kontakt gebracht, um die Hydrolyse zu bewirken, und die wässrige Mischung wird drei bis sechs Stunden lang geschüttelt, um optimalen Aufschluß zu erzielen.
Ist der Aufschluß einmal erfolgt, wird der resultierende Extrakt von unlöslichen Resten durch Zentrifugation abgetrennt, und der Extrakt wird durch Evaporation konzentriert und mit dem ersten Extrakt gemischt, um einen konzentrierten Flüssigextrakt bereitzustellen, der die Aromastoffe und Geschmacksstoffe von frisch gebrautem Kaffee enthält.
Partikelgrößenverringerung verstärkt enzymatischen Kontakt. Zunehmend kleinere Partikelgrößen, sogar Mikro-Pulverisierung auf weniger als 100 µm, ergab als Substratvorbehandlung zunehmend größere Ausbeuten für enzymatische Hydrolyse, aber war nicht ausreichend, um kommerziell praktikabel zu sein. Extremere Substratvorbehandlung war notwendig, um eine größere Fläche für enzymatischen Kontakt bereitzustellen, und Untersuchungen wurden durchgeführt, die gemahlenen, gerösteten Kaffee verwendeten, der Dampfexplosion und enzymatischer Hydrolyse (Beispiel 2) ausgesetzt wurde. Die Enzyme, die den Aufschluß von Kaffeebestandteilen bewirken, sind alle kompatibel und ihre Ausbeuten sind additiv.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann kontinuierlich oder batchweise durchgeführt werden. Falls gewünscht, kann die Flüssigkeit gefriergetrocknet oder sprühgetrocknet werden, um einen löslichen Festkörper bereitzustellen, der durch den Zusatz von Wasser wieder gelöst werden kann, um ein Kaffeegetränk zu bilden.
Diese Erfindung wird nun durch Bezugnahme auf genaue Ausführungsformen beschrieben. Beispiel 1 erläutert die enzymatische Hydrolyse von gebrauchtem Kaffeesatz ohne Dampfvorbehandlung. Beispiel 2 beschreibt andererseits die vorliegende Erfindung und erläutert ausführlich die enzymatische Hydrolyse von gemahlenem, geröstetem Kaffee, der zunächst "Dampfexplosion" ausgesetzt worden ist.
BEISPIEL 1
Gebrauchter Kaffeesatz von gebrautem, mikropulverisiertem Kaffee wurde in fünf Teile geteilt, wobei jedes 100 g wog, und diese wurden als Proben A, B, C, D und E gekennzeichnet. Probe A wurden 75 ml Wasser zugesetzt, und diese Mischung wurde als die Kontrolle bezeichnet.
Proben B, C, D und E wurden auch mit Wasser gemischt (75 ml), und die folgenden Enzyme wurden zugesetzt:
Die Proben A, B, C, D und E wurden in mit magnetischen Rührern ausgestattete Becher gebracht, und die Mischungen wurden geschüttelt und in einem Wasserbad auf Temperaturen von 45 bis 50°C 24 Stunden lang erwärmt.
Folgend auf die Erwärmungsperiode wurde Wasser (100 ml) jeder Probe zugesetzt, die Badtemperatur wurde auf 90°C für 20 min erhöht, um die Enzyme zu inaktivieren, und das Rühren wurde unterbrochen. Es erfolgte Sedimentation, und der Abfluß-(effluents) einer jeden Probe wurde dekantiert, zentrifugiert und getrocknet. Die Sedimente von jeder Probe wurden auch getrocknet, und die Ausbeuten an getrocknetem Sediment und getrockneten Abflußrückständen wurden berechnet.
Probe A (Kontrolle)
Getrocknetes Sediment: 20,14 g
getrockneter Abflußrückstand: 0,82 g
Gesamtgewicht an Festkörpern: 20,96 g (Kontrolle)
Basierend auf dieser Untersuchung beträgt die Gesamtausbeute an löslichen Kaffeefestkörpern 4,1%, berechnet wie folgt: 0,82 g dividiert durch 20,96 g × 100 = 4,1%.
Probe B (Protease)
Getrocknetes Sediment: 19,09 g
getrockneter Abflußrückstand: 1,78 g
Gesamtgewicht an Festkörpern: 20,87 g
Basierend auf dieser Untersuchung beträgt die Gesamtausbeute an löslichen Kaffeefestkörpern 8,5%, berechnet wie folgt: 1,78 g dividiert durch 20,87 g × 100 = 8,5%.
Probe C (Zellulase)
Getrocknetes Sediment: 19,57 g
Getrockneter Abflußrückstand: 1,44 g
Gesamtgewicht an Festkörpern: 21,01 g
Basierend auf dieser Untersuchung beträgt die Gesamtausbeute an löslichen Kaffeefestkörpern 6,8%, berechnet wie folgt: 1,44 g dividiert durch 21,01 g × 100 = 6,8%.
Probe D (Hemizellulase)
Getrocknetes Sediment: 17,85 g
getrockneter Abflußrückstand: 3,08 g
Gesamtgewicht an Festkörpern: 20,93 g
Basierend auf dieser Untersuchung beträgt die Gesamtausbeute an löslichen Kaffeefestkörpern 14,7%, berechnet wie folgt: 3,08 g dividiert durch 20,93 g × 100 = 14,7%.
Probe E (Protease, Zellulase, Hemicellulase)
Getrocknetes Sediment: 16,34 g
getrockneter Abflußrückstand 4,72 g
Gesamtgewicht an Festkörpern: 21,06 g
Basierend auf dieser Untersuchung beträgt die Gesamtausbeute an löslichen Kaffeefestkörpern 22,4%, berechnet wie folgt: 4,72 g dividiert durch 21,06 g × 100 = 22,4%.
Die kombinierte Ausbeute an Produkt von Proben B, C und D (17,7%) wurde bestimmt durch Substrahieren der Kontrollausbeute (4,1%) von der Prozent-Ausbeute der Proben B, C und D und Addieren der Ergebnisse.
Auf der Grundlage dieser Untersuchung wurde bestimmt, daß die Ausbeute an Produkt mit diesen Enzymen additiv ist.
Das vorgenannte Verfahren stellt den Stand der Technik dar, und es ist mit dem erfindungsgemäßen Verfahren zu vergleichen, das die Dampfvorbehandlung des Kaffeesubstrats bereitstellt. Die Ergebnisse dieser Untersuchung sind in Beispiel 2 gezeigt.
BEISPIEL 2
Schritt A; Dampfbehandlung: Gemahlener, gerösteter Kaffee wurde benetzt und in ein Druckgefäß gegeben. Dampf wurde ausreichend eingeleitet, um die Temperatur auf 225°C zu steigern, und einen Druck von 2,55 MPa (370 psi) zu erzeu­ gen. Nach vier Minuten wurde der Druck rasch verringert auf atmosphärische Bedingungen, und der behandelte Satz wurde auf Raumtemperatur gekühlt.
Schritt B; enzymatische Hydrolyse: Der nach Schritt A erhaltene Satz wurde in 200-g-Teile geteilt. Wasser (75 ml) wurde einem Teil zugesetzt, und die Mischung wurde als Probe R (Kontrolle) gekennzeichnet. Wasser (75 ml), Hemizellulase (15 mg) und Zellulase (135 mg) wurden dem zweiten Teil zugesetzt, und diese Mischung wurde als Probe S bezeichnet.
Proben R und S wurden bei einer Wasserbadtemperatur von 45°C-50°C für drei Stunden unter Rühren gehalten, wonach jeder Probe Wasser (75 ml) zugesetzt wurde, und ihre jeweiligen Temperaturen wurden auf 90°C erhöht. Nach 20 Minuten wurde das Rühren Unterbrochen, die Sedimentation wurde zugelassen, der Abfluß wurde von jeder Probe abgegossen und der Rückstand zentrifugiert. Der Abfluß und das Sediment wurden dann getrocknet, um die folgenden Ausbeuten und löslichen Kaffeefestkörper zu ergeben:
Probe R (Kontrolle)
Getrocknetes Sediment: 15,28 g
getrockneter Abflußrückstand: 12,03 g
Gesamtgewicht an Festkörpern: 27,31 g
Das Gesamtgewicht des Abflusses (wässriger Extrakt von Kaffee) betrug 170,77 g, der (wie oben gezeigt) 12,03 g an löslichen Kaffeefestkörpern enthielt.
Basierend auf dieser Untersuchung beträgt die Gesamtausbeute an löslichen Kaffeefestkörpern 44,0%, berechnet wie folgt: 12,03 g dividiert durch 27,31 g × 100 = 44,0%.
Probe S (Hemizellulase und Zellulase)
Getrocknetes Sediment: 12,53 g
getrockneter Abflußrückstand: 14,09 g
Gesamtgewicht an Festkörpern: 26,62 g
Das Gesamtgewicht von Abfluß (wässriger Kaffeeextrakt) betrug 174,41 g, der, wie eben gezeigt, 14,09 g an löslichen Kaffeefestkörpern enthielt.
Basierend auf dieser Untersuchung beträgt die Gesamtausbeute an löslichen Kaffeefestkörpern 52,9%, berechnet wie folgt: 14,09 g dividiert durch 26,62 g × 100 = 52,9%.
Die Standardausbeute bei der Herstellung von löslichem Kaffee beträgt 40% von grünen Bohnen, die auf 48,2% von gerostetem Kaffee eingestellt wird, nachdem 17% Restverlust zugelassen wird. Z. B. wird ein 60-kg-Beutel an grünem Kaffee 24 kg an trockenem, löslichem Kaffeebestandteil liefern. Nach mittelstarkem Rösten mit einem Gewichtsverlust von 17% liefert ein 60-kg-Beutel an grünem Kaffee 49,8 kg an gerüstetem Kaffee. Die 24 kg an getrocknetem, löslichem Kaffeebestandteil geteilt durch 49,8 zeigt eine Ausbeute von 48,2% an löslichen Kaffeebestandteilen an.
Diese Untersuchung zeigt die verbesserte Ausbeute an löslichem Kaffee (52,9% gegen 48,2%, wie oben gezeigt), der durch Aussetzen von gemahlenem, geröstetem Kaffee einer Dampfbehandlung und schneller Dekompression vor der enzymatischen Hydrolyse erhalten wird.
Das Ergebnis des Tests, das als Beispiel 2 aufgenommen wurde, war sehr befriedigend und ergab Ausbeuten wesentlich über denen, die in der Industrie Standard sind.
Es wurde auch ein Test gemacht unter Verwendung verschiedener Stärken von Dampfvorbehandlung, wobei 15 psi Druck (empfohlen durch Kellogg in US-PS 282 138), 225 psi (200°C) und 370 psi (225°C) verwendet wurden, und die Ergebnisse dieser Untersuchung sind in Beispiel 3 dargestellt.
BEISPIEL 3
Fünf Teile von gerösteten, regulärem, gemahlenen Kaffee wurden in als Proben A, B, C, D und E bezeichnete Becher gegeben und mit 75 ml Wasser gemischt. Diese wässrigen Mischungen wurden wie folgt behandelt:
Proben A und B: Probe A wurde mit Dampf bei 225°C und 370 psi in einem Autoklaven vorbehandelt. Nach vier Minuten wurde der Autoklav geöffnet. Die Aufschlämmung wurde mit Wasser bis annähernd 20 Gew.-% Festkörper verdünnt, auf Umgebungstemperatur gebracht und mit Zellulase (Novo Industri "Celluclast", 1.5 L) bei 1% des geschätzten Zellulosegehalts behandelt.
Probe A wurde in einem Wasserbad bei 45 bis 50°C für drei Stunden gehalten und dekantiert gemäß den oben beschriebenen Verfahren in Beispiel 1. Der dekantierte Abfluß wurde vakuumgetrocknet, und das Sediment wurde im Ofen getrocknet. Die Ausbeute an Kaffee-Extrakt wurde gemessen und als 44,1% berechnet.
Probe B wurde auf identische Weise wie Probe A behandelt, außer daß die Temperatur des Autoklaven bei 200°C gehalten wurde, und der Druck bei 1,56 MPa (225,6 psi) gehalten wurde. Die Ausbeute an Kaffee-Extrakt wurde gemessen und als 24,4% berechnet.
Probe C: Probe C wurde auf gleiche Weise wie Probe A behandelt, außer daß die wässrige Kaffeemischung auf ungefähr 20 Gew.-% Festkörper gebracht wurde, bevor sie eine Stunde lang einem Erhitzen unter Druck bei ungefähr 120°C und 15 psi ausgesetzt wurde.
Die abgekühlte Kaffeemischung wurde dann mit Zellulase bei 1% des geschätzten Zellulosegehalts behandelt.
Die Probe wurde bei einer Wasserbadtemperatur von 45 bis 50°C für drei Stunden gehalten und ansonsten gemäß dem oben für Probe A beschriebenen Verfahren verarbeitet. Die Ausbeute an getrocknetem Kaffee-Extrakt wurde gemessen und als 21,7% berechnet.
Probe D: Zu der als Probe D bezeichneten Probe, einer Aufschlämmung, die ungefähr 20 Gew.-% Festkörper enthält, wurden 130 mg Zellulase (Nova Industri "Celluclast", 1,5 L) zugesetzt.
Diese Probe wurde unter Rühren bei einer Wasserbadtemperatur von 45 bis 50°C gehalten. Nach drei Stunden wurde Wasser (75 ml) zugesetzt, und die Temperatur wurde wieder unter Rühren auf 90°C erhält. Nach 20 Minuten wurde das Rühren unterbrochen, Sedimentation erlaubt, und der Abfluß wurde von der Probe gegossen, und der Rückstand wurde zentrifugiert. Der Abfluß wurde getrocknet, um eine Ausbeute an Kaffeeextrakt von 20,7% zu liefern.
Probe E: Die als E bezeichnete Probe wurde gemäß dem für Probe D dargelegten Verfahren behandelt, außer daß der enzymatische Hydrolyseschritt weggelassen wurde. Die nach diesem Verfahren erhaltene Ausbeute an Kaffee-Extrakt betrug 18,9%.
Eine Zusammenfassung der in dieser Untersuchung verwendeten Reaktionsbedingungen und die erhaltenen Ausbeuten an Kaffee-Extrakten sind in der folgenden Tabelle dargelegt. Die Eintragungen unter "Dampfbehandlung" beschreiben die Verfahren, denen die gemahlenen Kaffeeproben unterzogen wurden, falls überhaupt, vor der enzymatischen Hydrolyse.
TABELLE I
Die Ergebnisse in Tabelle I zeigen, daß Vorbehandlung von gemahlenen Kaffeeproben mit Dampf bei Temperaturen von mindestens 225°C zu einem deutlich höheren Anstieg in der Ausbeute an Kaffee-Extrakt (44,1%) führt im Vergleich zu den bei 200°C erhaltenen Ausbeuten (24,4%).
Weiterhin führt die Kombination an Dampfvorbehandlung mit enzymatischer Hydrolyse zu einer sogar noch größeren Ausbeutesteigerung, wenn man die Ergebnisse von Probe A mit Probe E vergleicht (44,1% gegen 18,9%).
Auf der Grundlage dieser Untersuchung ist geschlossen worden, daß die Dampfvorbehandlung von Kaffeemischungen bei Temperaturen von 225°C und höher über Zeitspannen von ungefähr 1 bis 5 min die Ausbeute an löslichen Kaffee-Extrakten deutlich erhöht.
Zellulase wurde in diesem Test verwendet anstelle von Diastase, da ungefähr 100 mal mehr Zellulose als Stärke in geröstetem Kaffee ist, und daher die Ausbeuteunterschiede leichter zu beobachten sind, wenn die Ergebnisse der Verschiedenen Dampfdrucke der Vorbehandlung verglichen werden.
Es ist aus diesem Test ersichtlich (Tabelle I), daß ein Anstieg in der Stärke der Vorbehandlung in einer Größenordnung von 12 bis 15 mal des von Kellogg empfohlenen Drucks notwendig ist, um eine befriedigende enzymatische Hydrolyse zu erhalten.
Zusätzlich zu einer hohen Ausbeute an löslichen Festkörpern stellt enzymatische Hydrolyse eine Anzahl von anderen Vorteilen gegenüber dem Morganthaler-Verfahren bereit. Es wurde gefunden, daß, da jede Klasse von Enzymen spezifisch ist für den Kaffeebestandteil, den es aufschließt, ein Endprodukt mit gesteigerten Geschmackseigenschaften erhalten werden kann. Bitterheit ist oft ein Problem bei der Herstellung von löslichen Kaffee, da Protein, wenn es aufgeschlossen wird, zu Aminosäuren und Peptiden umgesetzt wird, von denen manche bitter sind. Die bekannten Verfahren besitzen keine Selektivität, und die Hydrolyse hängt nur von Zeit und Temperatur ab. Bei enzymatischer Hydrolyse verbleibt das Protein in dem letzten Rückstand, wenn das umsetzende Enzym, Protease, nicht verwendet wird. Dadurch kann der Bitterkeitsfaktor, der durch den Proteinaufschluß beigetragen wird, größtenteils vermieden werden.
Ein weiterer wesentlicher Vorteil folgt von dem Belassen des Proteins in dem letzten Rückstand. Wegen der Dampfexplosion ist der Rückstand für Vieh verdaulich. Der Rückstand bei der Verwendung des Morganthaler-Verfahrens ist dies nicht. Gerösteter Kaffee enthält 10 bis 12% Protein. Nach Extraktion unter Verwendung enzymatischer Hydrolyse, ohne Proteasen zu verwenden, sollte der letzte Rückstand ungefähr 20% Protein enthalten, was ein sehr nahrhaftes wie auch verdaubares Viehfutter darstellt.
Während es offensichtlich erscheint, daß die vorliegende Erfindung eine wesentliche Verbesserung gegenüber den Kellogg-Patenten darstellt, ist seine Nützlichkeit an seiner Vermarktungsstelle abhängig von den folgenden kommerziellen Vorteilen:
  • 1. Die Ausbeute an löslichen Festkörpern ist beträchtlich höher als die nach dem Morganthaler-Verfahren erhältlichen.
  • 2. Die Produktqualität (Geschmack) kann besser sein als mit dem Morganthaler-Verfahren möglich ist.
  • 3. Energie- und andere Kosten sind niedriger als die mit dem Morganthaler-Verfahren assoziierten.
  • 4. Die Betriebsprobleme unter Verwendung enzymatischer Hydrolyse sind beträchtlich geringer als diejenigen unter Verwendung hoher Temperatur, hoher Dampfdruckhydrolyse.
  • 5. Der letzte Rückstand ist ein verdaubares und nahrhaftes Viehfutter, das als hochwertiges Nebenprodukt nützlich ist.

Claims (7)

1. Verfahren zur Herstellung eines Kaffee-Extrakts, umfassend:
  • 1. Vorbehandeln einer wässrigen Mischung aus gemahlenem Röstkaffee mit Dampf in einem geschlossenen Gefäß unter einem Druck von 1,55 bis 3,10 MPa und bei einem Temperaturbereich von 220 bis 250°C;
  • 2. Beibehalten der Temperatur und des Drucks über eine Zeitspanne von 1 bis 10 Minuten;
  • 3. rasches Einstellen des Inhalts des Gefäßes auf ein atmosphärisches Niveau; und
  • 4. Behandeln der nach Schritt (3) erhaltenen Aufschlämmung mit einem hydrolyti­ schen Enzym oder mit einer Mischung von hydrolytischen Enzymen, um das ge­ wünschte Produkt bereitzustellen.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das gewünschte Produkt als ein konzentrierter Abfluß erhalten wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der konzentrierte Abfluß zu einem löslichen Festkörper getrocknet wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Enzyme ausgewählt werden aus der Gruppe, bestehend aus Protease, Zellulase, Hemizellulase, Pektina­ se, Lipase, Ligninase und Zellulobiase.
5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das enzymatische Hydro­ lyseverfahren in Schritt (4) bei Temperaturen im Bereich von 30 bis 60°C über eine Zeitspanne von 1 bis 6 Stunden durchgeführt wird.
6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der gemahlene Röstkaf­ fee im wesentlichen aus extrahiertem Kaffeesatz besteht.
7. Ein geschmacksverstärkter Löslichkaffee-Extrakt, erhältlich aus hydrolysiertem, ge­ mahlenem Röstkaffee, der vorbehandelt worden ist mit gesättigtem Dampf unter ei­ nem Druck von 1,55 bis 3,10 MPa und bei einem Temperaturbereich von 220 bis 250°C für eine Zeitspanne von 1 bis 10 Minuten, gefolgt von rascher Dekompression auf atmosphärische Bedingungen, und enzymatischer Hydrolyse.
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