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Beeinflussung der Produkteigenschaften von Instantkaffee durch gezielte Imprägnierung von Flüssigkaffee mit Inertgas vor der Sprühtrocknung
Projekt
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.
Abschnittsübersicht
Fachgebiete
- Verfahrenstechnik Lebensmittel