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Beeinflussung der Produkteigenschaften von Instantkaffee durch gezielte Imprägnierung von Flüssigkaffee mit Inertgas vor der Sprühtrocknung

Projekt

Ernährung und Verbraucherschutz

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Ernährung und Verbraucherschutz


Förderkennzeichen: AiF 15618 N
Laufzeit: 01.01.2008 - 31.12.2010
Fördersumme: 239.050 Euro
Forschungszweck: Angewandte Forschung

Der Sprühtrocknungsprozess zur Herstellung von löslichem Kaffee umfasst die Versprühung einer flüssigen Phase mit eingelöster Trockensubstanz (TS) und die anschließende Wasserverdampfung über die Wärmezufuhr durch eine heiße Gasphase. Für die Kundenakzeptanz des Instantproduktes ist es notwendig, dass dieses beim Wiederauflösen in heißem Wasser Eigenschaften wie das frisch zubereitete Getränk aufweist. Daraus ergeben sich unterschiedliche Anforderungen: Wird das Produkt als lösliches Kaffeepulver vertrieben, so sollte wie bei frisch gebrühtem Kaffee wenig bis gar kein Schaum auf der Oberfläche entstehen. Bei der Rekonstitution von löslichem Espresso-Pulver hingegen sollte ein gleichmäßiger stabiler Schaum entstehen, ähnlich der Crema auf einem frisch zubereiteten Espresso. Durch eine gezielte Beeinflussung der Schäumungsverhaltens des Produktes bei der Rekonstitution könnte eine bessere Annährung an das frisch zubereitete Produkt erreicht werden. Daneben müssen aber auch andere Produkteigenschaften wie Farbe, Schüttgewicht oder sensorische Eigenschaften den Ansprüchen der Konsumenten genügen. In der Industrie existieren Verfahrensansätze, durch die Zudosierung von Inertgasen (CO2 und N2) vor der Versprühung Einfluss auf die Schäumungseigenschaften des Produktes beim Wiederauflösen zu nehmen. Dieses Verfahren wird auch angewendet, um die Schüttdichte des Produktes zu verringern. Je nach Prozessbedingungen besteht das Produkt entweder aus Kugeln mit feinen, gleichmäßig über den Querschnitt verteilten Gaseinschlüssen oder aus Hohlkugeln, deren Wand von Gaseinschlüssen durchsetzt ist. Die Gaseinschlüsse im getrockneten Produkt werden beim Wiederauflösen freigesetzt, schwimmen an die Oberfläche und bilden dort zusammen mit anderen Blasen Schaum. Die Versprüh- und Trocknungsbedingungen sind für den Erhalt der gewünschten Produkteigenschaften besonders zu berücksichtigen. Für einen verbesserten Gasrückhalt, der für gute Schäumungseigenschaften und eine geringe Schüttdichte sorgt, ist es notwendig, die Versprüh- und Trocknungsbedingungen so zu wählen, dass die Verdampfung des Wassers schneller als der Vorgang des Ausgasens vonstatten geht. Durch Arbeiten zum Wärme- und Stofftransports am Einzeltropfen wird eine Vorausbestimmung der Morphologie der sprühgetrockneten Partikel erleichtert. Über den Ausgasungsvorgang von Inertgasen, insbesondere der Auslösung von CO2 aus Kaffee-Extrakt-Partikeln während der Sprühtrocknung, ist bisher nichts bekannt. Aus Berechnungen aus der Literatur zum Aromarückhalt bei der Sprühtrocknung hat sich gezeigt, dass bei höheren Ausgangsgehalten an Trockensubstanz der Aromaverlust ge- AiF 15618 N 2 ringer ausfällt, sofern es nicht zu einem Aufplatzen der Tropfen kommt. In einem vorhergehenden Projekt der Forschungsstelle (AiF 14086 N) wurde bei der Versprühung von Flüssigkaffee mit CO2 beobachtet, dass Ablagerungen an der Düse auftreten können (Bartbildung). Es wird vermutet, dass diese Strukturen entstehen, wenn sich das CO2 vor der Düse nicht vollständig eingelöst hat, da in Versprühversuchen an einer Laboranlage mit vollständig eingelöstem CO2 dieses Phänomen nicht auftrat. Ablagerungen an der Düse sind im industriellen Prozess nachteilig, da die Anlage regelmäßig zur Düsenreinigung gestoppt werden muss. Eine vollständige Einlösung des CO2 vor der Düse ist anzustreben, um Ablagerungen entgegenzuwirken. Weiterhin wird die Viskosität durch das Einlösen von CO2 herabgesetzt. Dieser Effekt ist umso stärker, je mehr Gas eingelöst wird. Die Löslichkeit von CO2 in Flüssigkaffee wurde bereits von der Forschungsstelle experimentell bestimmt. Die Einlösekinetik für CO2/Flüssigkaffee ist hingegen nicht untersucht, jedoch von entscheidender Bedeutung, wenn eine vollständige Einlösung der zugegebenen CO2- Menge bei kontinuierlicher Fahrweise erreicht werden soll. Für N2 liegen hinsichtlich Bartbildung keine Erfahrungen vor. Ziel des Forschungsvorhabens ist es, durch die Imprägnierung mit Inertgasen die Schäumungseigenschaften unter Berücksichtigung anderer Produkteigenschaften zu steuern. Angestrebt wird hierbei die Aufklärung des Zusammenhanges zwischen Betriebsbedingungen bei der Sprühtrocknung von hochkonzentriertem Flüssigkaffee mit zudosierten Inertgasen und dem Gasrückhalt im Produkt.

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