Röstertechnologie (Zusammenfassung)

Trommelröster• Meistverwendeter Röster. Rotierende Trommel. Von aussen über die Man-

telfläche beheizt, sowie zusätzlich mit Heizgas, welches durch die Trommelgeleitet wird (Kontakt-Konvektions-Röstung). 220-250°C, 10-12 min. ReineKontaktröster (200-250°C, 35 min) sind selten, da ungleichmäßige Röstung

• Variante: Druckröster = gasdichte, geschlossene Trommel. Druckaufbau(0,6 MPa) nach Schließen der Ventile. Beenden der Röstung durch Ein-spritzen von Kühlwasser. Selten eingesetzt.

Wirbelschichtröster• Rohkaffeebohnen befinden sich in einer (am unteren Ende durch einen

Lochboden begrenzten) Röstkammer. Einleiten von heissem Gas (Luft,Stickstoff etc.) durch den Lochboden in die Röstkammer. Kaffeebohnensind gleichmäßig vom heissen Gas umgeben und werden gut durchmischt.Kurzzeitröstung (1-2 min) bei hohen Temperaturen (300-400°C) möglich.Überwiegend Konvektionsröstung.

• Spezialform: Strahlschicht-(Jet-)Röster. Heisses Gas wird durch eine kleineEintrittsöffnung mit hoher Geschwindigkeit eingebracht. Bohnen werdenmitgerissen und nach oben geschleudert und fallen wieder nach unten.Gute Durchmischung und Wärmeübergang.

Zentrifugalröster• Die in einer rotierenden Schale befindlichen Kaffeebohnen werden durch

Fliehkräfte nach oben zum Rand und durch einen feststehenden Lamel-lenring zurück in die Schale transportiert. Wärmezufuhr in Form von Heiss-luft. Überwiegend Konvektionsröstung. Kurze Röstzeiten (wenige Minuten)

Aerothermröster• Die Kaffeebohnen schweben in einem indirekt erhitzten Luftstrom (250°C)

ohne Berührung mit heißen Metallteilen, so dass Verbrennungen vermie-den werden. Die verwendeten Röster weisen eine eine konische Form auf.Röstzeit (je nach Kaffeesorte): 3-5 min. Reine Konvektionsröstung.

Infrarot- und Mikrowellenröster (Strahlungsröster)• Infrarotröster arbeiten mit einer Infrarotstrahlungsquelle und einem Heiss-

luftstrom in einer rotierenden, perforierten Trommel. Beim Mikrowellen-röster werden die Kaffeebohnen beispielsweise in ein Rohr gegeben, inwelches die Mikrowellen eingeleitet werden. (Experimentierstadium)

Bei allen Verfahren muss das Röstgut nach Ende des Röstprozesses zurVermeidung von Überröstungen/Verbrennungen rasch abgekühlt werden!

Veränderungen des Rohkaffees durch denRöstprozess

-> tiefgreifende Veränderungen infolge der hohen Temperaturen

• Volumenzunahme 50-100% (-> Röster nur zu 50% füllen!)

• Gewichtsverlust („Einbrand“) 12-24% (helle -> dunkle Röstung)

• Spezifisches Gewicht Abnahme (�� = 1.2 -> � = 0.6 - 0.7)

• Rohkaffeebohne: hornartig Röstkaffee: mürbe, spröde

• Ausbildung der Farbe z.B. durch Maillard-Reaktion,

• Ausbildung des Aromas Pyrolyse-Produkte etc.

Veränderungen während der vier Phasen des Röstprozesses:

> 50°C Wasser verdunstet, Eiweiß koaguliert

> 100°C Bohne bräunt; thermische Zersetzung organischer Substanz

> 150°C gasförmige Produkte (Wasserdampf, CO2 etc.)

�200°C Zersetzungsphase: - Bohne wird gesprengt

- bläuliche Rauchentwicklung

- Ausbildung des Kaffeearomas

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Acrylamid• Während des Röstprozesses entsteht nebenden mehr als 1000 Aroma- und Geschmacks-stoffen (v.a. durch Maillard-Reaktion, Karameli-sierung und Pyrolyse) aus der Aminosäure Aspa-ragin und reduzierenden Zuckern u.a. Acrylamid.

• Acrylamid wird als für den Menschen potentiell karzinogen eingestuft. DasBundesamt für Verbraucherschutz und Lebensmittelsicherheit (BVL) gehtbei geröstetem Kaffee von 250-300 �g Acrylamid/kg aus (Schwankungs-breite 85-600 �g/kg).

• Acrylamid ist gut wasserlöslich und gelangt daher in das Kaffeegetränk,allerdings nur in relativ geringen Mengen. Eine Tasse Kaffee (aufgebrühtaus 6-8 g Kaffeepulver) enthält durchschnittlich 2 �g (2 x 10-6 g) Acrylamid.

0 min (ungeröstet) 6 min

8 min 8.5 min

Quelle: www.rohkaffeebohnen.de

Säure-/Aroma-/Geschmacksprofil der Kaffeebohne inAbhängigkeit von der Röstzeit/-Farbe

hell mittel dunkel Röstzeit/-Farbe

Säure

AromaGeschmack

Quelle: www.rohkaffeebohnen.de

9 min 9.5 min

10 min 10.5 min

11 min 11.5 min

12 min 14 min (verkohlt)Quelle: www.rohkaffeebohnen.de

http://www.kaffeeshop24.de/category/rohkaffee.8378.html

http://www.rohkaffeebohnen.de

Bezugsquellen für Rohkaffeebohnen und Equipment(Haushaltsröster) (Auswahl):

Für experimentierfreudige Leser/innen

Haushaltskaffeeröster Rohkaffeebohnen

http://www.dieckmann-aroma-kaffee.de/de/Rohkaffees.html

http://www.amazon.de

http://www.kopiba.de/rosterei/live-kaffeerostungen/

Schauröstereien in Deutschland

z.B. in Hamburg (Speicherstadt)

Zusammensetzung des Röstkaffees

•Gase 1% (-> 90% CO2, 7% CO, Rest: N2)

•Wasser 0.5-3.5%, max. 5%

•Fett Arabica 16-20% Robusta 9-14%

•N-Substanzenohne Coffein 10-17%

•Coffein Arabica ca. 1.3% Robusta ca. 2.0%

•Trigonellin 0.1-1.2%

•Nicotinsäure 5-60 mg/100 g

•Chlorogensäure 0.2 - 5.6%

•Zucker,Reduktone 0.2-2.6%

•Diacetyl 10-20 mg/kg

•Maltol 50 mg/kg

•Furfural 10-90 mg/kg

•HMF 10-90 mg/kg

•Brenzkatechin 100-200 mg/kg

•org. Säuren

•Gerbstoffe, Melanoidine

Rohkaffee

10%

unverändert

Abbau 50% 1%

Abbau 30-70% 6-9%

20-30%

Aromastoffe des Röstkaffees• sehr komplexe Zusammensetzung der flüchtigen Fraktion von Röst-

kaffee

• bisher nahezu 1000 unterschiedliche aromaaktive Verbindungenidentifiziert, von denen ca. 40 wesentlich zum Aroma beitragen

• Aromaprofil: zusammengesetzt aus unterschiedlichen Aromanoten:süß/karamelartig, erdig, schweflig/röstig, rauchig/phenolisch

• niedermolekulare Zersetzungsprodukte (Aldehyde, länger- sowie kurz- kettige Säuren, Amine, Alkohole, Phenole)

• Mercaptane und andere schwefelhaltige Verbindungen

• heterocyclische Verbindungen

• Beispiele: Acetaldehyd, Propanal, 2-Furfurylthiol, Alkylpyrazine,Guajacol, Vanillin etc.

• wichtigste Einzelverbindung: 2-Furfurlythiol

Herkunft der Aromastoffe

• aus pyrogenem Abbau der Kohlenhydrate

• Kondensations- /Polymerisationsprozesse (Röstbitter, Caramelisierung)

• Maillard-Reaktion (-> aus reduzierenden Zuckern und Aminosäuren)

• Abbau charakteristischer K.- Inhaltsstoffe (Trigonellin, Chlorogensäure)

Die meisten Aromastoffe sind leicht flüchtig oder oxidationsempfindlich

-> Röstkaffee entsprechend verpacken!!

Verpacken von Röstkaffee• als ganze Bohnen oder (meist) als gemahlener Kaffee

• Kaffee soll geschmacklich einwandfrei bleiben

• während der Lagerung können signifikante Aromaveränderungenauftreten

• Entscheidend: Schutz des Produktes vor Sauerstoff („Hauptfeinddes Aromas“) und Wasserdampf sowie Verhinderung der Diffu-sion (-> Verlust) von Aromastoffen durch die Verpackung

Verpackungsarten• Verpackung unter Atmosphärendruck

• Vakuum-Verpackung

• begaste Packung (Inertgas, z.B. Stickstoff)

• Kombination von Vakuum und Begasung

• Ventilpackung

• heutzutage: überwiegend Folien-Vakuumverpackung; meistAluminium-Verbundfolie (Polyester, Aluminiumfolie, Poly-ethylen); 70% Marktanteil

• teilweise auch Einsatz kostengünstigerer aluminiumbedampfterFolien (metallisierte Kunststofffolien) mit Sauerstoff- undWasserdampf-Fängern („Scavenger“ )

• Lagerung in unbeschädigten Vakuumpackungen: bis zu 18 Mo-nate. Geöffnete Packung: im Kühlschrank aufbewahren und denInhalt alsbald verbrauchen

• Für längere Lagerung: Kaffee einfrieren

)

„Wässriger, eingedickter Auszug aus geröstetem Kaffee“

Rohkaffee

Mischen

Rösten

Mahlen

Extraktion

Kühlen undSeparieren

KonzentrierenVerdampfen

oder Gefrieren

Sprühtrocknen

Versprühenund Trocknen

Agglo-merieren

Abfüllen

Gefriertrocknen

Gefrieren

Verdampfen des Wassers durch

Sublimation

Abfüllen

Abtrennendes Aromas

Entfernen des Kaffeesatzes

Zuführen von heißem Wasser

Wasser

Wasser

Rückführungdes Aromas

(200°C -> 80°C;Gegenstrom)

(40% i.Tr.)

Aufschäumen

Befeuchten+„Verkleben“ der Partikel0.1 mm -> 3 mm

(grobkörnig, sonstFiltrationsprobleme)

Vakuum

(meist stärkergeröstet)

Kaffee-Extrakt (löslicher Kaffee)

*Perkolatoren: hintereinander geschaltete zylindrische Extraktions- zellen, gefüllt mit gemahlenem Röstkaffee. Extraktion bei max. 200°C

Behandlung mit Wasserdampf- verbessertes Produktaussehen- verbesserte Löslichkeit

Herstellung von Kaffee-Extrakt (II)(Instant-Kaffee, löslicher Kaffee)

1. EXTRAKTIONa) im Gegenstromprinzip - diskontinuierlich (Perkolatoren*)

- kontinuierlich

b) fraktionierte Extraktion - mit kaltem Wasser, CO2

(überwiegend) - oder Dampfdestillation; dann weiter wie unter a)

2. EINDICKEN Dünnsaft -> Dicksaft (40% TM.)

3. TROCKNUNG a) Sprühtrocknung - Sprühturm

Hohlkügelchen (0.1 mm) - dann Agglomerierung (3 mm)

b) Gefriertrocknung - Extrakt mit Inertgas aufschäumen

- Schaum gefrieren (-40°C), mahlen, sieben- Gefriertrocknen im Vakuum

- Schüppchen (2-4 mm)

AROMATISIERUNG:Preßöl aus Röstkaffee (= gesondert gewonnenes Aromakonzentrat)zugefügt. Keine Qualitätsverbesserung für die „Tasse“, sondernnur beim Öffnen der Packung

AROMARÜCKFÜHRUNG:Wässriges Aromakonzentrat; vorher entzogen, später wieder zugesetzt

SchonendeAroma-

abtrennung

Produktionsschema zur Herstellung von löslichem Kaffee

Sprühgetrockneter,nicht agglomerierter

Instant-Kaffee

Sprühgetrockneter,agglomerierterInstant-Kaffee

GefriergetrockneterInstant-Kaffee

(Quelle: http://www.kaffeeverband.de)

Perkolatoren

Aufkonzentrieren

Sprühtrockner

Extraktion

B

A

1 Silo2 Mahl- und Dosiervorrichtung3 Extraktionsbehälter (Gegenstrom) „Perkolatoren“4 aufbereitetes Wasser -> letzte Extraktionsstufe5 frischer Röstkaffee (B) + Entfernen des ausgelaugten Kaffeesatzes (A)7 Filter9 Aufkonzentrieren ( -> 40% Trockenmasse)11 Sprühtrockner;„Turmpulver“ -> Agglomerieren

H2O 200°C H2O 40-80°C

B = frischer Röstkaffee; A = ausgelaugter Röstkaffee

Kaffee-Extrakt + InertgasSchaum gefrieren -> mahlen

KältekammerGefriertrocknen im Vakuum

1 Scherbeneistrommel3 Füllautomat5 Kältekammer7 Vakuumkammer

Extrakt tief-gefrieren u.in Eisstücke

zerteilen

Kaffee-Extrakt: Gefriertrocknung

Herstellung von flüssigem und sprühgetrocknetem Extrakt

Quelle: Osterroth (Hrsg:) Taschenbuch für LM-Chemiker und -technologen Bd. 2

• Löslicher Kaffee oder Instantkaffee (engl. „Instant Coffee“) ist eingetrockneter, wässriger Extrakt aus Röstkaffee

• Erstmalige industrielle Herstellung: 1938 (Nestlé)

• Röstung: Mischung unterschiedlicher Sorten (Arabica, Robusta).Manchmal auch nur Robusta; meist kräftiger geröstet

• Vermahlung: grobkörniger (ca. 2 mm), sonst Filtrationsprobleme

• Extraktion der wasserlöslichen Kaffeebestandteile in einerExtraktionsanlage (Perkolatoren) bei ca. 200°C; Druck: 2 MPa

• Der gewonnene Kaffeeextrakt wird in einer Eindampfanlageaufkonzentriert und danach sprüh- oder gefriergetrocknet

Sprühtrocknung

• Der eingedickte Kaffeeextrakt wird mit hohem Druck im Sprüh-turm unter Einblasen von heißer trockenen Luft zerstäubt

• Das Wasser verdampft, und im unteren Teil des Sprühturmssammelt sich der sprühgetrocknete Instantkaffee

• Bei der Sprühtrocknung wird ein sehr feines Pulver (Partikel-größe ca. 0.1 mm) erhalten. Durch Agglomerieren kann mandaraus größere Partikel (Durchmesser ca. 3 mm) erzeugen

Gefriertrocknung

• Der aufkonzentrierte Kaffeeextrakt wird zunächst mit Luft oderCO2 aufgeschäumt und auf ca. -5 °C abgekühlt und dann aufeinem Gefrierband bis auf ca. -50 °C tiefgefroren

• Anschließend erfolgt eine Vermahlung und Siebung

• Sublimation des gefrorenen Wasser im Vakuumtrockner; derübrig bleibende feste Bestandteil ist der Instantkaffee

Vergleich Sprüh- und Gefriertrockung

• Gefriertrocknung: apparativ aufwändiger und teurer, jedochbesser schmeckendes Produkt

• Sprühtrocknung: preisgünstiger, aber höhere thermische Be-lastung

Zusammenfassung: Herstellung von Instant-Kaffee

Qualitätssicherung von Roh- und Röstkaffee

• Qualitätssicherung = Maßnahmen zur Sicherstellung festgelegterQualitätsanforderungen

• Qualitätssicherung umfasst alle Wertschöpfungsstufen, d.h vomRohkaffee bis zum Endprodukt

• Kontrollen: im Erzeugerland und im Zielland (Lagerhalter, Impor-teur, Röster oder andere Verarbeiter (-> Entcoffeinierung etc.))

• Sensorische und analytische Prüfung des Roh- und Röstkaffees

Rohkaffeebeurteilung

• sensorisch: Klassifizierung nach Form, Farbe, Geruch

• analytisch: Rückstände von Pestiziden, Ochratoxin A (OTA), Restfeuchte

Röstkaffeebeurteilung

• sensorisch (Röstkaffee und Röstkaffeeaufguss)

• analytisch: Restfeuchte, Ochratoxin A, Acrylamid, Furan, Restcoffeingehalt bei entcoffeiniertem Kaffee u.a.

Coffein

Ochratoxin A AcrylamidCoffein

Trinkfertiger gekühlter Kaffee

Trinkfertiger Kaffee• Milch u./o. Milchpulver• Instant-Kaffee• Aromen• Zucker• auch ohne Zuckerzusatz• auch laktosefrei

Kaffee-Ersatzstoffe• Durch Rösten von Pflanzenteilen hergestellte Erzeugnisse, die durch

Ausziehen mit heissem Wasser ein kaffeeähnliches Getränk liefern(„Muckefuck“ = mocca faux (?) = falscher Kaffee; coffeinfrei)

Ausgangsmaterialien• Ungemälztes oder gemälztes Getreide• Zichorien, Zuckerrüben u.a. Wurzelgemüse• Feigen, Datteln, Eicheln, Bucheckern u.a..• Beispiele: Kathreiner‘s Malzkaffee, Caro-Kaffee

Herstellung• Einweichen, Dämpfen, ggf. Mälzen• Rösten bei 180-200°C• Vermahlen

Kaffee-Einzelportionssysteme („Pads“, „Cups“)

• Kapseln („Cups“): aus Kunststoff, oben miteiner Aluminiumfolie verschlossen

• enthalten 7- 8 g Kaffeepulver• Beim Einsetzen in die Maschine wird die

Kapsel oben und unten durch Dorne ge-locht, durch die später das heiße Wasser

zu- bzw. abfließt• Durch unterschiedliche Mahlgrade stellt

sich in der Kapsel jeweils der richtige Druck für die verschiedenen Sorten ein

• Kaffeepad: Kaffeepulver in einem Filterbeutel (ähnlich einem Teebeutel)