NO120347B - - Google Patents

Description

Fremgangsmåte for fremstilling av ekstrakter av vegetabilske stoffer

og anordning for utførelse av fremgangsmåten.

Foreliggende oppfinnelse vedrQrer fremstilling av plante-ekstrakter, mer spesielt ekstrakter av kaffe eller te torket ved frysetOrring.

Man kjenner forskjellige fremgangsmåter som, etter vandig ekstraksjon av de oppløselige bestanddeler i kaffe eller te for eksempel, omfatter fryseoperasjoner av det vandige ekstraktet inntil massen er stivnet, oppdeling eller knusing og malingav det frosne ekstrakt og tOrking ved sublimasjon. Malingen av det frosne ekstrakt falges vanligvis av sikting for å fjerne for store og for små partikler som faller utenfor den valgte partikkelstOrrelse.

Partiklenes stOrrelsesfordeling har spesiell betydning ved fremstilling av kaffeekstrakter, fordi malingen gir det torrede kaffe-ekstrakt utseende som vanlig brent og malt kaffe. Det er også en fordel å velge slike partikkelstdrrélser som benyttes av kaffebrenneriene, dvs. mellom 0,3 og 2 mm.

Siktingen gj8r det mulig å utskille de finstoffer eller små-partikler som dannes i mollen, idet partikkelstorrelsen for dette finstoff ligger under 0,2 - 0,4 mm, og har uheldige virkninger både overfor, produktet og overfor tOrkeprosessen. Et tOrrekstrakt som inneholder" over 3 - 5 % finstoff mister nemlig utseende av brent og malt kaffe, fordi maling av kaffebønner gir lite finstoffer på den ene side, og på grunn av det velkjente faktum at jo mindre partiklene blir, desto mer antar partikkelmassen en hvit farge. Videre se r man at finstoffet har en tendens til å sette seg fast på glassbeholderens innervegg etter en del behandling av glasset, og det ser følgelig ut som om dette finstoff fyller glasset, hvilket ikke er Ønskelig.

Videre medfarer de finknuste partikler ugunstige virkninger under tørkingen.

Ved de vanlige satsvise frysetørringsmetoder blir det frosne og oppdelte ekstrakt fordelt på plater i form av et lag med 1 - 5 cm tykkelse for eksempel, og disse plater føres derpå inn i et frysetør-ringskammer inntil man har fått et tørt produkt. For å oppnå en hurtig sublimering av isen, er det viktig at partiklene ikke er for små, fordi man vil bibeholde mellomrommene mellom partiklene som utgjør av-løpskanaler for sublimasjonsdampene. Det er nemlig velkjent at finstoffet har tendens til å gjentette disse kanaler og følgelig ha en uheldig virkning på tørkeprosessen, hvilket kan føre til en delvis sammen-smeltning av produktet. Videre vil en del av finstoffet på grunn av den lave vekten rives med av sublimasjonsdampene mot kondensatorene, hvilket gir betraktelige tap. Det foreligger altså en rekke grunner til å fjerne finstoffet som oppsamles ved siktingen.

De vandige og frosne ekstratøer av kaffe eller te er sprø produkter og ved oppmalingen dannes det, som for de fleste krystal-linske stoffer, en relativt stor mengdefinstoffer, vanligvis mellom 20 og 30 vekt-% av utgangsmengden. Følgelig må finstoffet føres tilbake i prosessen, og to løsninger frembyr seg umiddelbart for fag-mannen. Førstnevnte løsning består i å tilsette det frosne finstoffet til ekstraktmassen i det Øyeblikk frysingen begynner. På grunn av den store mengde stoff som skal tilbakeføres er utførelse av denne metode i industriell målestokk vanskelig å gjennomføre og frembyr store appa-raturproblemer. Den annen løsning består i å la finstoffet smelte og derpå tilsette det til det smeltede produkt av flytende ekstrakt før frysingen. Denne fremgangsmåte som er meget enkel medfører imidlertid et betydelig Økonomisk tap, nemlig den energi som brukes for frysing av partiklene.

Foreliggende oppfinnelse har til hensikt å avhjelpe nevnte ulemper. Det fremlegges en metode som spesielt utmerker seg ved at endel av de frosne og malte ekstraktpartikler ved lav temperatur sammen» presses til en homogen fast frossen masse, at denne faste masse oppdeles eller knuses, hvoretter i det minste en del av det knuste pro-

duktet tørkes ved sublimasjon.

Fortrinnsvis sammentrykkes uønsket finstoff kontinuerlig, idet finstoffet kommer fra møllen og utsiktes i en første sikt, ved hjelp av en ekstruderingsanordning som drives ved l*av temperatur og som leverer det sammenpressede produkt kontinuerlig i form av en fast frossen masse som f.eks. et rorå et bånd osv., som deretter knuses eller oppdeles. Etter sikting av det oppdelte produktet blir det produkt som holdes tilbake på sikten ført sammen med det tilbakeholdte produkt fra første sikting, hvoretter blandingen tørkes ved sublimering. ;Oppfinnelsen vedrører likeledes en anordning for utførelse av fremgangsmåten. Den består i det vesentlige av et kompresjons-eller sammentrykkingskammer, anordninger for vedlikeholdelse av en kammertemperatur på under -20°C, anordninger for innføring under trykk av frossent materiale i kammeret, en roterende skrue i kammeret som sammenpresser det frosne materialet, og en dyse som er påsatt ved ut-løpet av kammeret. ;Den eneste vedlagte tegning viser skjematisk og som utførel-seseksempel en utførelsesform i henhold til oppfinnelsen. ;Som vist på tegningen består ekstruderingsanordningen i henhold til oppfinnelsen av en trakt 1 som er forbundet med en vertikal sylinder 2 som er innskåret ved 2a på en slik måte at produktet som helles i trakten kommer i direkte kontakt med skruen 3 som dreier seg i kammeret 2. Konstant innføring av produkt mot mateskruen 3 lettes ved hjelp av en elektrisk vibrator 4 som overforer svingninger til traktveggen 1 med passende frekvens. ;Sylinderen 3 munner ut i en horisontal sylinder eller et kompresjons- eller trykk-kammer 5* En ekstruderingsskrue 6 med konstant eller synkende gjengestigning dreier seg inne i sylinderen 5, som får kontinuerlig tilførsel under trykk fra skruen 3. Skruen 6 presser produktet sammen mot åpningen av kammeret 5»301;1 munner ut i dysen 7 laget av et syntetisk materiale med stor slitasjemotstand som f.eks. teflon. Dysens innervegg er utformet konisk med minste åpning utover og et sylindrisk utløp med nedsatt diameter forbundet med det koniske parti. Dette innsnevrede utløp danner sammen med endepartiet av aksen som løper gjennom skruen 6, en ringformet åpning som gir det ekstruderte produkt form av et kontinuerlig fast rør (angitt ved strek-prikkede linjer på tegningen).

I henhold til oppfinnelsen beregnes apparaturen for behandling av et produkt ved lav temperatur, idet produktet bør være i frossen tilstand inntil behandlingen er avsluttet. Fortrinnsvis anbringes apparaturen i et nedkjølt kammer, og den skal f.eks. kunne drives ved en temperatur på -40°C.

For å minske friksjonen og lette den glidende freramatning av det sammenpressede produkt i trykkammeret er anordningen forsynt med oppvarmningsorganer som gjor det mulig å oppvarme kontaktflatene helt eller delvis. Man oppnår på denne måten en svak smelting av det faste stoffets overflate, hvilket gir en viss smørevirkning.

I den utførelse som er vist på tegningen, er oppvarmnings-organene 8 anbragt i den ene enden av sylinderen 5« Et annet oppvar-mningslegeme 9» likeledes elektrisk, er anbragt inne i skruens aksel. Man kan likeledes anbringe et oppvarmningsorgan 10 i ringform omkring dysen 7 hvis materialet i dysen ikke tilveiebringer tilstrekkelig lav friksjon.

Oppfinnelsens fremgangsmåte vedrører i det vesentlige en rekke operasjoner som finner sted etter den vandige ekstraksjon av et plantestoff som f.eks. kaffe. Det vandige ekstraktet blir vanligvis konsentrert, hvoretter det flytende konsentrerte ekstraktet eventuelt anrikes med aromatiske bestanddeler som er trukket ut på forhånd.

Det flytende konsentrerte ekstraktet blir derpå frosset inntil det stivner på et kjølebånd eller kjøleplater ned til en temperatur på mellom -25 og -60°C.

Hvis konsentrasjonen av kaffeekstraktet er lavere enn 28-30 % fast stoff, kan produktet fryses direkte, og volumvekten (til-synelatende egenvekt) for tørrekstraktet vil ligge mellom de vanlige grenser på dette industriområdet, dvs. mellom 0,2 og 0,3. Man kan imidlertid med fordel konsentrere det vandige ekstraktet opp til for eksempel 45 - 4-8 % oppløselig fast stoff", og innblåse et passende volum inert gass i massen for på denne måte å danne et homogent skum som etter frysing, oppmaling og tørking har en riktig volumvekt.

Det frosne ekstrakt blir derpå oppdelt eller oppmalt til en Ønsket partikkelfordeling, f.eks. mellom 0,3 og 2 mm. Det som blir igjen på sikteduken med 0,3 mm maskevidde sendes til tørking. Den del av produktet som går igjennom sikteduken og som i foreliggende beskri-velse betraktes som uønsket finstoff, fraskilles og holdes ved lav temperatur.

Ifølge oppfinnelsen blir en del av det malte og frosne ekstrakt, spesielt finstoffet, sammentrykket ved tilstrekkelig lav temperatur til at man unngår dybdesmelting av produktet. Man oppnår en fast, homogen masse hvor sammenklebingen eller kohesjonen mellom ut-gangspartiklene er minst like stor som klebingen mellom de elementer som utgjør partiklene.

Den enkleste løsning for utførelse av denne operasjon består i å sammenpresse satsvise ladninger av disse ekstraktpartikler ved hjelp av en stempelpresse. Den herskende temperatur i kompresjonskammeret reguleres slik at man unngår enhver uønsket smelting av produktet, dvs. under ca. -25°C, og trykket må være tilstrekkelig til å danne en homogen fast masse i form av en plate eller en skive.

Den store mengde finstoff som dannes ved malingen av det frosne ekstrakt gjør det imidlertid lønnsomt å benytte en kontinuerlig fremgangsmåte for komprimering eller sammenpressing av partiklene. Dette resultat kan oppnås ved å anvende en anordning som vist på tegningen. Denne anordning anbringes i et rom som er avkjølt og hvor man fortrinnsvis holder en temperatur på under -40°C. Trykket i kompresjonskammeret må være tilstrekkelig til å danne en fast sammenhengende masse av de opprinnelige partikler. På grunn av skruen 3 innføres det frosne produktet allerede under trykk i kompresjonskammeret og den relative glidning mellom kontaktflatene hos den faste masse som dannes og anordningens organer lettes ved oppvarming av hele eller deler av disse organers overflate, hvilket medfører en svak smelting av stoffets overflate. Man oppnår på denne måten et rør av frossent ekstrakt som består av en homogen,fast masse med i det vesentlige samme utseende og egenvekt som det faste frosne utgangsprodukt. Uavhengig av den valgte sammenpressingsmetode blir det resulterende faste stoff oppdelt, malt og siktet. Som tidligere blir finstoffet fraskilt, og tilbakeholdte partikler tørket ved sublimasjon.

Fortrinnsvis blir tilbakeholdte partikler på sikten sammen-blandet med de frosne ekstraktpartikler som holdes tilbake på første sikteduk, dvs. blandes sammen med den del av produktet som ikke utsettes for ovenstående sammenpressingsbehandling. De to typer partikler blir omhyggelig blandet før de tørkes ved sublimering ved hjelp av en egnet frysetørringsinstallasjon, som drives kontinuerlig eller satsvis.

De nedenstående eksempler illustrerer oppfinnelsen, som imidlertid ikke er begrenset til de' angitte betingelser.

Eksempel 1

Over et tidsrom på 60 minutter og ved ca. -45°C fryses et

s vandig kaffe-ekstrakt inneholdende 28 $ oppløselig fast stoff. Det frosne produktet oppdeles og males, hvoretter det malte ekstrakt siktes gjennom to sikteduker med respektive åpninger 0,3 og 1,8 mm.

Partikler tilbakeholdt på sikteduken med 1,8 mm maskevidde fores tilbake til møllen, og produktet som går gjennom denne sikt og holdes tilbake på 0,3 mm sikten tørkes ved sublimering, og de partikler som er mindre enn 0,3 mm fraskilles. Denne fraksjon utgjør omkring 25 vekt-% av den samlede malte partikkelmasse.

Finpartiklene sammenpresses i frossen tilstand satsvis ved hjelp av en stempelpresse. Trykket i kompresjonskammeret var 200 kg/cm og produktets temperatur holdes på ca. -30°C.Etter sammenpressing^får man et homogent fast stoff i form av en skive med 20 cm diameter og 15 mm tykkelse.

Skivene blir oppdelt, malt og etter sikting av det malte produktet blir partikler tilbakeholdt på 0,3 mm sikten, tørket ved sublimasjon. De tørre ekstraktpartikler fra første og annen sikting blir omhyggelig blandet, og man får et produkt med en volumvekt på mellom 200 og 300 g/liter.

Eksempel 2

Man nedkjøler en kaffe-ekstraktmasse inneholdende 45 % opp-løselig fast stoff til -3°C og innblåser i denne masse et egnet volum vannfri karbondioksyd for å danne en homogen skummasse. Dette skummet fryses i løpet av 10 minutter på et avkjølt metallbånd inntil man får et fast produktymed en temperatur på - 45°C«

Det frosne ekstraktet knuses, males og siktes, som angitt

i eksempel 1, bortsett fra at tilbakeholdte partikler på 0,3 mm sikten ikke tørkes direkte og at mengdeforholdet av finstoff er omkring 28 % av den samlede knuste partikkelmasse.

Finstoffpartiklene mates inn i en ekstruderingsanordning. Finpartiklene sammenpresses kontinuerlig, idet kompresjonskammerets temperatur holdes på ca. -30°C, og ekstruderingsdysen leverer et frosset ekstraktbånd med 10 mm tykkelse og ca. 10 cm bredde. Dette bånd utgjor et- homogent fast stoff med omtrent samme utseende som det opprinnelige frosne ekstrakt og en volumvekt som ligger litt høyere enn produktets.

Etter knusing og maling blir ekstrakt partiklene siktet.

De tilbakeholdte partikler på 0,3 mm sikten sammenføyes med partiklene tilbakeholdt under første sikting og blandingen tørkes ved sublimering.

Man får et frysetørket kaffe-ekstrakt med utseende som brent og malt kaffe, praktisk talt fritt for finpartikler og med en spesifik vekt på mellom 200 og 240 g/liter.

Eksempel 3

Man avkjøler kontinuerlig og på et metallisk transportbånd et kaffeekstrakt inneholdende 27-28 % fast stoff. Temperaturen holdes på omkring -45°C °& v©d utløpet av apparaturen får man en frosset kake av kaffe-ekstrakt i fast form.

Inne i et rom eller kammer hvor temperaturen holdes på -40°C blir kaken knust, oppmalt og siktet gjennom en US standard sikt med 12 og 70 masker. Partikler tilbakeholdt på 70 masker-sikten sendes på nytt til møllen, mens partikler som går gjennom 70 masker-sikten (0,210 mm), som utgjor finpartiklene, fraskilles. Resten av produktet lagres ved lav temperatur.

Trakten 1 i ekstruderingsapparatet, anbragt i det nedkjølte rom, får kontinuerlig tilførsel av de frosne finstoffpartikler. Produktet fremmates av skruen 3 til sylinderen 5 hvor det sammenpresses av skruen 6 som roterer med en hastighet på l60 omdreininger i minuttet. En del av sammenpressingskammerets vegger og en del av skruen 6 er oppvarmet slik at man letter den glidende fremmatning av det sammenpressede materiale mot apparaturens kontaktflater. Ved utløpet av dysen 7 får man 2,4 m/minutt av et fast rør med 50 mm ytterdiameter og 6,3 mm veggtykkelse.

Dette kontinuerlige rør kan være svakt plastisk ved utløpet

.av dysen. Fortrinnsvis løper røret umiddelbart inn i en kjolekanal,

og etter ca. 3 minutters opphold er røret helt stivt igjen.

Det frosne ekstrakt i rørform føres til møllen, og partiklene siktes som ovenfor beskrevet. De tilbakeholdte partikler på sikten med 70 masker føres sammen med produktet som holdes tilbake ved første sikting, og blandingen tørkes ved sublimasjon. Finstoffet som går gjennom sikten^øres tilbake og prosessen gjentas.

Man får et frysetørket kaffe-ekstrakt som aromatiseres ved kontakt fØr kondisjonering under inert atmosfære. Produktet ligner brent og malt kaffe, fargen er godtagbar og den spesifike vekt ligger mellom 200 og 280 gram pr. liter.

Claims (18)

1. Fremgangsmåte for fremstilling av ekstrakter av plantestof-fer, særlig kaffe eller te, hvor et vandig ekstrakt av et av nevnte stoffer fryses til fast form, og det frosne ekstraktet oppmales og torkes ved sublimasjon, karakterisert ved at en del av de frosne og malte ekstraktpartikler sammenpresses ved lav temperatur til en homogen fast frosset masse, og at man oppdeler denne faste masse fulgt av torking ved sublimering av i det minste en del av det oppdelte produkt.

2. Fremgangsmåte som angitt i krav 1,karakterisert ved at man fraskiller det frosne finstoff som dannes ved oppmalingen, at disse finpartikler sammenpresses ved lav temperatur til en homogen fast masse, at denne faste masse oppdeles hvoretter i det minste en del av det oppdelte produktet torkes ved sublimering.

3. Fremgangsmåte som angitt i krav 1,karakterisert ved at man ved sikting fraskiller det frosne finstoff dannet ved oppmalingen, at man ved lav temperatur sammenpresser disse partikler til en fast frosset masse, at denne faste masse oppdeles og siktes, at finpartiklene fraskilles og at -de tilbakeholdte partikler på sikten sammenføyes med tilbakeholdte partikler fra fbrste sikting, hvoretter blandingen torkes ved sublimering.

4. Fremgangsmåte som angitt i krav 1, karakterisert ved at nevnte ekstrakt inneholder 20 - 30 $ fast stoff.

5. Fremgangsmåte som angitt i krav 1,karakterisert ved at ekstraktet konsenteres til et fast stoffinnhold på over 30 " Jo, og at man for frysingen danner et homogent skum ved å innblåse inert gass i den konsentrerte ekstraktmasse.

6. Fremgangsmåte som angitt i kravene 1 og 2, karakterisert ved at nevnte finpartikler har en slik partikkelstorrelse at de går gjennom en sikt med 0,2 til 0,4 mm maskevidde.

7. Fremgangsmåte som angitt i krav 1,karakterisert ved at de nevnte frosne ekstraktpartikler sammenpresses satsvis til plater eller skiver.

8. Fremgangsmåte som angitt i krav 1, karakterisert ved at nevnte frosne ekstraktpartikler sammenpresses ved hjelp av en ekstruderingsanordning som drives ved lav temperatur og som leverer det sammenpressede produkt kontinuerlig i form av en frosset fast masse.

9. Fremgangsmåte som angitt i krav 1, karakterisert ved at nevnte frosne ekstraktpartikler sammenpresses ved et trykk på mellom 50 og 400 kg/cm .

10.. Fremgangsmåte som angitt i krav 1, karakterisert ved at nevnte frosne ekstraktpartiklér sammenpresses ved en temperatur på under - 25°C

11. Fremgangsmåte som angitt i krav 1 og 8, karakterisert ved at nevnte frosne ekstraktpartikler sammenpresses ved hjelp av ekstruderingsanordningen i form av et fast ror.

12. Fremgangsmåte som angitt i krav 1 og 8, karakterisert ved at man frembringer en svak smelting av det faste stoffets overflate mens dette dannes i ekstruderingsanordningen, for å lette glidningen mellom det frosne produkt og anordningens organer

13. Fremgangsmåte som angitt i krav 1 og 8, karakterisert ved at den frosne masse som kontinuerlig utmates av ekstruderingsanordningen utsettes for fortsatt frysing i en på-følgende avkjolingskanal.

14. Anordning for utførelse av fremgangsmåten som angitt i et eller flere- av kravene 1-8, bestående av minst ett kompres-sjonskammer, anordninger som besørger innføring av materiale under trykk i nevnte kammer, en roterende skrue i kammeret som besorger sammenpresning av materialet og en dyse anbrakt ved utløpet av kammeret, karakterisert ved at den omfatter organer som er beregnet for oppvarming av den del av kompressjonskammerets vegger som er i kontakt med materialet under høyt trykk.

15. Anordning som angitt i krav 14, karakterisert ved at den omfatter organer beregnet for oppvarming av skruen.

16. Anordning som angitt i krav 14, karakterisert ved at den omfatter organer beregnet for oppvarming av dysen.

17. Anordning som angitt i krav 14, karakterisert ved at dysen i det minste delvis er laget av en syntetisk harpiks med stor slitestyrke og med liten friksjonsmotfetand mot det frosne faste stoff.

18. Anordning som angitt i krav 14, karakterisert ved en kjolekanal anbrakt i forlengelsen av dysen.